JP2000156223A - 電極の製造方法と電池 - Google Patents

電極の製造方法と電池

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JP2000156223A
JP2000156223A JP10329487A JP32948798A JP2000156223A JP 2000156223 A JP2000156223 A JP 2000156223A JP 10329487 A JP10329487 A JP 10329487A JP 32948798 A JP32948798 A JP 32948798A JP 2000156223 A JP2000156223 A JP 2000156223A
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battery
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Shigeru Takagi
繁 高木
Yoshihisa Ohashi
善久 大橋
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池用の電極における活物質の充填密度を上
げることで放電容量を上げる。 【解決手段】 活物質の粉末、結着剤および水を含むペ
ーストを集電体に塗布して電極のプリフォームを形成す
る工程と、該プリフォームの加圧成形を行って電極の活
物質の圧密化を図る工程とを含む電極の製造方法におい
て、前記プリフォームを40℃以上に保持して前記加圧成
形を行うか、前記プリフォームを構成するペーストが水
分を3重量%以上、10重量%以下含有している状態で前
記加圧成形を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池の電極の製造
方法、特に、水素吸蔵合金粉末を活物質として用いたNi
−水素電池の電極の製造方法ならびにそのような電極を
組み込んだ電池に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、Ni−水素電池などの二次電池は、
その用途拡大に伴って、電池の高容量化のニーズが高ま
ってきている。例えば、長時間の使用を可能とするため
に電池の高容量化が求められている。
【0003】そのために、従来にあっても、例えば、水
素吸蔵合金等の電極の活物質の粉末を、結着剤および水
等と混合してペーストとし、これを集電体に塗布して電
極のプリフォームを構成し、次いでロールを用いた圧延
法等でこのプリフォームを加圧し電極の活物質を圧密化
する電極の製造方法がよく用いられている。
【0004】活物質を圧密化すること、つまり活物質を
電極に高密度に充填することは、電3の放電容量、ひい
ては電池の放電容量(以下、単に容量あるいは電極容量
ということもある)を大きくすることに直接つながるた
め、これまでにあっても多くの提案が行われてきた。
【0005】例えば、特開平7−57771 号公報では加圧
前後の電極のプリフォームの厚さの変化量および加圧後
の活物質の充填密度を規定する電極の製造方法を提案し
ている。しかし、その提案では加圧して電極プリフォー
ムの加圧前後の厚さの変化量を10%以上にすると単に述
べているだけで、どのようにすればそのような厚さの変
化量を与えられるか述べられていない。実際、結着剤と
してはゴム系の樹脂のような弾性材料が多く用いられて
いるため、折角加圧して一旦は圧密化しても加圧荷重を
除くとそれらは弾性回復するためにプリフォーム全体と
して充分に圧密化できず、従って電極に活物質を高密度
に充填できず電極の容量が思うように大きくならないと
いう問題があった。
【0006】また密度を上げようとして、大きな加圧荷
重を掛けると集電体が変形して伸びてしまい、集電体に
塗布した活物質のペーストに割れが発生したり、極端な
場合には電極が破断してしまうというようなことが起こ
ることがあり、思うように密度が上がらないというのが
実態であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の課題
は、電池用の電極における活物質の充填密度を上げるこ
とができる方法を開発することである。また、本発明の
課題は、そのように活物質の充填密度を上げた電極を組
み込んだ容量の大きい電池を開発することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】まず、本発明者らは、上
述のような課題達成のためには、電極のプリフォームに
加圧成形を行って、圧密化を図る方法が有利であること
ことに着目した。
【0009】本発明者等は、そのような着目点に基づい
て、種々実験を重ねた結果、以下の知見を得て本発明を
完成した。
【0010】電極のプリフォームを加圧成形する際、
プリフォームを常温より温度を上げて成形すると結着剤
の弾性回復力が減少し、加圧によるプリフォームの厚さ
の減少量を大きくすることができ、従って高密度、高容
量の電極を製造することができる。 特定量の水分を含有したプリフォームを加圧成形する
と、上記と同様に高密度・高容量の電極を製造すること
ができる。
【0011】よって、本発明は、活物質の粉末、結着剤
および水を含むペーストを集電体に塗布して電極のプリ
フォームを形成する工程と、該プリフォームの加圧成形
を行って電極の活物質の圧密化を図る工程とを含む電極
の製造方法において、前記プリフォームを40℃以上に保
持して前記加圧成形を行うことを特徴とする電極の製造
方法である。
【0012】また別の面からは、本発明は、活物質の粉
末、結着剤および水を含むペーストを集電体に塗布して
電極のプリフォームを形成する工程と、該プリフォーム
の加圧成形を行って電極の活物質の圧密化を図る工程と
を含む電極の製造方法において、前記プリフォームを構
成するペーストが水分を3重量%以上、10重量%以下含
有している状態で前記加圧成形を行うことを特徴とする
電極の製造方法である。さらに、本発明は、活物質とし
て水素吸蔵合金を用い、上記の加圧成形による圧密化に
より製造された電極を負極として備えたニッケル−水素
電池である。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明を上述のように規定
した理由についてさらにその作用効果とともに具体的に
説明する。
【0014】本発明は、プリフォームの成形工程と、プ
リフォームの加圧成形による圧密化工程とから成る。そ
して、そのようにして得られた活物質が高密化した電極
を負極として組込むことで電池、例えばニッケル−水素
電池を構成する。
【0015】成形工程:活物質の粉末と、結着剤と、水
と、さらに必要に応じて導電助剤などを混合してスラリ
ーとする。本発明の製造方法に用いる正極なまたは負極
の活物質は、Ni−水素電池の水酸化ニッケル、水素吸蔵
合金、Ni−Cd電池のカドミウム、水酸化カドミウム、お
よびLiイオン電池の炭素質粉、Li化合物などが例示でき
る。これらは粉末の形態でペースト化されるが、そのと
きの粉末の形態としては粒径1〜200 μmの球形粉末で
あることが電極を構成したときの電池特性の改善に好ま
しい。
【0016】本発明の製造方法に用いる結着剤は、ポリ
ビニルアルコール、スチレンブタジエンラバー、ポリエ
チレン酸化物、カルボキシメチルセルローズ、ポリテト
ラフルオロエチレン等のゴム系樹脂の結着剤を用いるこ
とが好ましい。その他の添加成分としての導電助剤とし
ては、黒鉛粉、カーボンブラック等が例示される。
【0017】このようにして調製するペーストにおける
各成分の混合比は特に制限ないが、ニッケルめっきをし
たあるいはニッケル製のパンチングメタル板である集電
体に所定厚さに塗布できる程度の粘度をもったものとす
るのが好ましい。
【0018】ペーストの塗布手段は通常のものであれば
よく、塗布ブラシ、ロールコータ等が例示される。ま
た、集電体をペースト中に浸漬して、所定の幅を持つギ
ャップ板を通す手段も用いることができる。集電体にペ
ーストを塗布してからは、必要により乾燥を行っても、
あるいは乾燥を行わなくでもよい。
【0019】加圧成形による圧密化工程:集電体に所定
厚さにまでペーストを塗布することで電極のプリフォー
ムを構成するが、従来は、乾燥してから、そこに含まれ
る活物質の充填密度を高めるために、圧延等の圧下処理
を行うが、本発明の場合には、乾燥を行わずあるいは行
ってから、プリフォームの温度を40℃以上としてから、
適宜手段で加圧成形して、プリフォームの活物質の圧密
化を図る。
【0020】本発明の一つの特徴は、プリフォームの温
度を40℃以上に保持してこれを加圧成形して圧密化を図
ることである。加圧成形時のプリフォームの温度が40℃
未満になると、結着剤の弾性が増して加圧後の弾性回復
が大きくなり加圧による厚さの変化量を大きくすること
ができない。
【0021】この温度範囲の上限は、本来限定するもの
ではないが、現在一般的に用いられている結着剤は200
℃を越えると、分解して結着剤としての用をなさなくな
るものが多く、実用的には200 ℃が上限となる。好適温
度範囲としては上限が100 ℃である。
【0022】本発明の上記態様にあってはプリフォーム
を構成するペーストの水分含有量は何ら制限されない。
次に、本発明の別の態様にあっては、圧密化に際して、
プリフォームを構成するペーストの水分含有量が3〜10
重量%のときに加圧成形を行う。
【0023】プリフォームの水分含有量が3重量%未満
であると、水分で結着剤を希釈して結着剤による弾性回
復力を減少させる効果が薄れる。一方、10重量%を越え
ると、結着剤としての機能が減少し、加圧時ペーストの
流動性が大きくなりすぎ結果として密度を上げることが
できなくなることがある。
【0024】水分を上記範囲で含有したペーストは、加
圧荷重を除去したときの電極の弾性回復力を減少させ、
活物質を電極に高密度に充填させることができる。本発
明にあって、この態様の場合には加圧成形時のプリフォ
ームの温度は何ら制限はないが、好ましくは、プリフォ
ームの温度を40℃以上に保持してこれを加圧成形して圧
密化を図る。
【0025】プリフォームの加圧成形を行う方法として
は特に限定しない。プレス、ロールを用いた圧延等が好
ましく用いられる。また、ロール外周部を低弾性の材
料、例えばウレタン等で構成した弾性ロール等を用いる
と一層効果が上がる。例えばロールによる加圧成形時に
幅方向にペーストが逃げるのを防止するために幅拘束部
材を設けてもよい。
【0026】本発明にしたがってプリフォームの加圧成
形を行うと、上述のいずれの態様にあっても、加圧前の
プリフォームの厚さに対し、加圧荷重を除去した後、す
なわち弾性回復後のプリフォームの厚さの減少量 (永久
歪み量) は通常12%から20%程度となる。
【0027】電池組立工程:上述のようにして活物質を
圧密化して得た電極を負極とし、通常の水酸化ニッケル
焼結体を正極として、セパレータを介して対向させて電
池を構成する。電解液は公知のアルカリ電解液を用いれ
ばよく、その他の組立工程等は慣用のものを用いればよ
い。
【0028】かくして本発明によれば、放電容量がさら
に改善されたニッケル−水素電池が得られる。次に、実
施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明す
る。
【0029】
【実施例】電極の活物質として、化学組成がMm1.0Ni
3.62Co0.60Mn0.49Al0.29(添え字は原子比、Mmは希土類
元素の混合物) である水素吸蔵合金の原料をArガス雰囲
気中で溶解し、ガスアトマイズ法で球状の粉末を得た。
この粉末を分級して平均粒径32μmに調整した水素吸蔵
合金粉末 (以下粉末と呼ぶ) を作製した。
【0030】この粉末の100 重量部に対し、結着剤とし
てのSBR(スチレンブタジエンラバー) 2.0 重量部および
CMC(カルボキシメチルセルローズ) 0.4 重量部、導電助
剤としてのアセチレンブラック0.5 重量部、水18重量部
を混合・攪拌してペーストとした。このようにして得た
ペーストを、次いで、孔径2mm、幅45mm、長さ120 mm、
厚さ0.08mmのニッケル製のパンチングメタルの両側に塗
布して、水分含有量がほゞ0.2 %と充分に乾燥した電極
のプリフォームを得た。また、作成した電極を負極とし
て用いた電池の放電容量の試験の要領は以下の通りであ
る。
【0031】[電池の作製]得られた水素吸蔵合金から成
る負極を、ポリアミド不織布のセパレーターで包み込
み、その両側を負極より充分大きな容量をもつ正極とし
て公知の焼結式水酸化Ni電極で挟み込んだ。こうして作
製した正負極板を、電池容器内に装入し、電解液として
の6NのKOH 溶液を注入して、負極容量規制型のNi−水素
電池を作製した。
【0032】[電極の評価] 電極容量:25℃の一定の温度において、50mA/gの電気量
で9時間充電した後、30分休止し、その後50mA/gの放電
を行う、充電・放電サイクルを50回繰り返し、得られた
最大の放電容量を電池の電極容量とした。
【0033】[実施例1]前記要領で作製したプリフォー
ム2個をそれぞれ50℃および100 ℃に加熱し、1T/cm2
の面圧でプレスして水素吸蔵合金の電極を得た。プレス
による加圧成形時、前記プリフォームに接触する加圧工
具もプリフォームの温度と同一の温度に加熱して用いた
(以下、同様) 。
【0034】プリフォームと電極の厚さは、それぞれマ
イクロメーターを用いて測定し、プリフォームと電極の
厚さの差の値をプリフォームの厚さの値で除したものに
100%を掛けた値を永久歪み(%) とした。
【0035】同じく密度は、周知のアルキメデス法を用
いて測定した重量と容積から、予め測定しておいた集電
体の重量と容積を差し引いて求めたペーストの重量と容
積により計算して求めた。
【0036】こうして作製した電極を用いて前記の要領
で電極容量を測定した。また、比較のためにプリフォー
ムの温度を28℃とした以外は上記実施例と同様の試験を
行った。結果を比較例として表1に示す。
【0037】[実施例2]本例は実施例1を繰り返した
が、プリフォームの温度を100 ℃に加熱し、直径150 mm
の鋼製の芯金の外周部を厚さ50mmウレタンゴムで巻いた
直径250 mmの低弾性ロールを用いて圧延して電極を作製
し、実施例1と同様の要領で試験を行った。結果を表1
に示す。この場合の圧延の加圧力は1T/cm2 であった。
比較のために、プリフォームの温度を28℃とした以外は
実施例2と同様の方法で電極を作製し、同様の方法で試
験を行った結果も比較例として表1に示す。
【0038】[実施例3]本例は実施例を繰り返してペー
ストをパンチングメタルに塗布した後、ペーストの水分
含有量をそれぞれ3重量%および10重量%としたプリフ
ォームをそれぞれ作製し、プリフォームの温度28℃で1
T/cm2 の面圧でプレスにより加圧成形して電極を作製
し、得られた電極に対して上記実施例1と同様の試験を
行った。この結果も表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】表1に示すように、本発明の製造方法で作
製した電極は密度および電極容量の値は大きい。
【0041】
【発明の効果】かくして本発明によれば、プリフォーム
の加圧成形を行う際に温度制御またはペーストの水分制
御という簡便な手段にもかかわらず、温度制御の場合、
4.8 %の密度の向上、3.6 %の電極容量の向上がみら
れ、一方、ペーストの水分制御の場合、4.5 %の密度の
向上、そして3.4 %の電極容量の向上がみられるなど本
発明の実用上の改善効果は大きい。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H014 AA02 AA04 BB05 BB06 BB08 CC01 EE05 HH01 HH08 5H016 AA03 AA05 BB05 BB06 BB08 EE01 HH01 HH11 5H028 AA01 BB03 BB04 BB06 HH01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活物質の粉末、結着剤および水を含むペ
    ーストを集電体に塗布して電極のプリフォームを形成す
    る工程と、該プリフォームの加圧成形を行って電極の活
    物質の圧密化を図る工程とを含む電極の製造方法におい
    て、前記プリフォームを40℃以上に保持して前記加圧成
    形を行うことを特徴とする電極の製造方法。
  2. 【請求項2】 活物質の粉末、結着剤および水を含むペ
    ーストを集電体に塗布して電極のプリフォームを形成す
    る工程と、該プリフォームの加圧成形を行って電極の活
    物質の圧密化を図る工程とを含む電極の製造方法におい
    て、前記プリフォームを構成するペーストが水分を3重
    量%以上、10重量%以下含有している状態で前記加圧成
    形を行うことを特徴とする電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 活物質として水素吸蔵合金を用い、請求
    項1または2に記載の方法で製造された電極を負極とし
    て備えたニッケル−水素電池。
JP10329487A 1998-11-19 1998-11-19 電極の製造方法と電池 Withdrawn JP2000156223A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013065400A (ja) * 2011-09-15 2013-04-11 Nippon Zeon Co Ltd 電極層の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013065400A (ja) * 2011-09-15 2013-04-11 Nippon Zeon Co Ltd 電極層の製造方法

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