JP2000260427A - アルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極及びその製造方法 - Google Patents

アルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の高容量化を図りつつ、酸素ガス吸収性
能を増大させることにより、大電流充放電特性を向上さ
せることができるアルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負
極及びその製造方法の提供を目的としている。 【解決手段】 多孔性ニッケル焼結基板中に水酸化カド
ミウムを主体とする活物質が含浸されたアルカリ蓄電池
用焼結式カドミウム負極において、深さが0.1〜20
μmの溝3が極板表面に設けられて、極板表面に凹部と
凸部とが形成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔性ニッケル焼
結基板中に水酸化カドミウムを主体とする活物質が含浸
されたアルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、アルカリ蓄電池市場では、高容量
化や大電流充放電特性の向上等の要求が高まっており、
これに対応する技術が種々提案されている。例えば、電
池の高容量化については、負極における活物質の充填密
度を増加させるような方法が提案されている。しかしな
がら、上記従来の如く、活物質の充填密度を増加させる
方法では、酸素ガス吸収性能が低下したり、負極の充放
電特性が悪化するという問題があるので、高容量化と酸
素ガス吸収性能等の電池特性の向上との両立は困難であ
った。
【0003】そこで、上記負極の充放電特性の悪化を抑
制する方法として、ポリビニルピロリドン(以下、PV
Pと称する)やポリビニルアルコール(以下、PVAと
称する)、或いはメチルセルロース、デンプン等の多糖
類から成る糊料を添加する方法が提案されている。しか
し、これら糊料を添加すると、表面にガス透過性の悪い
膜が形成されることから、酸素ガス吸収性能が更に悪化
する。このように酸素ガス吸収性能が悪化すると、アル
カリ蓄電池用が有する優れた大電流充放電特性を害する
ことになる。ところで、過充電時に正極より発生する酸
素ガスは、下記に示す酸素ガス吸収反応により主として
負極表面で消費される。 (A)2Cd+O2+2H2O ⇒2Cd(OH)2…(化学的酸素ガス吸収反応) (B)2H2O+O2+4e- ⇒4OH - …(電気的酸素ガス吸収反応) そこで、上記酸素ガス吸収反応を円滑に達成するため
に、以下に示す方法が提案されている。 (1)極板を薄くして極板の長さを大きくすることによ
り、負極の表面積を増大させ、酸素ガスと負極との接触
面積を大きくする方法。 (2)特公平3−48616号公報に示すように、極板
表面をワイヤー入りブラシでブラッシングすることによ
り、ニッケル焼結基板を露出させ、上記(B)で示す電
気的酸素ガス吸収反応を促進させる方法。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1)及び(2)の製造方法では、以下に示す課題を有
していた。 (1)の方法の課題 (1)の方法であれば、(A)に示す化学的酸素ガス吸
収反応と(B)に示す電気的酸素ガス吸収反応とが促進
される。しかしながら、極板を薄くして極板の長さを大
きくするには、自ずと芯体の相対的割合が増加するた
め、そのぶん活物質の充填量が少なくなる。加えて、渦
巻状の発電要素を有する電池に適用した場合には巻径が
大きくなる。これらのことから、同一サイズの電池と比
べて電池容量が低下するという課題を有していた。
【0005】(2)の方法の課題 (2)の方法であれば、(B)に示す電気的酸素ガス吸
収反応は促進されるものの、ニッケル焼結基板を露出さ
せるだけでは極板の表面積は大きくならないので、全体
としての酸素ガス吸収反応は不十分であるという課題を
有していた。本発明は、上記従来の課題を考慮してなさ
れたものであって、電池の高容量化を図りつつ、酸素ガ
ス吸収性能を増大させることにより、大電流充放電特性
を向上させることができるアルカリ蓄電池用焼結式カド
ミウム負極及びその製造方法の提供を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちで請求項1記載の発明は、多孔性ニッ
ケル焼結基板中に水酸化カドミウムを主体とする活物質
が含浸されたアルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極に
おいて、深さが0.1〜20μmの溝が極板表面に設け
られて、極板表面に凹部と凸部とが形成されることを特
徴とする。
【0007】上記構成であれば、極板の長さを大きくす
ることなく極板の表面積が大きくなるので、電池容量を
低下することなく、化学的酸素ガス吸収反応と電気的酸
素ガス吸収反応とが促進される。また、上記の如くニッ
ケル焼結基板を露出させて、電気的酸素ガス吸収反応の
みを促進するものではないので、酸素ガス吸収性能が飛
躍的に増大する。また、溝の深さを0.1〜20μmに
規制するのは、溝の深さが0.1μm未満であると、極
板の表面積が十分に大きくならないので、酸素ガス吸収
性能を十分に向上させることができず、一方、溝の深さ
が20μmを超えると、極板の強度が低下するという新
たな課題を生じることになるからである。
【0008】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明において、上記極板表面の凹部及び凸部にPT
FE層が形成されていることを特徴とする。上記の如く
極板表面の凹部及び凸部にPTFE層が形成されている
(即ち、極板表面の全体にPTFE層が形成されてい
る)と、PTFEの結着性が向上して極板表面に三層界
面ができ易くなる。したがって、酸素ガス吸収性能を更
に向上させることができる。
【0009】また、請求項3記載の発明は、請求項1又
は2記載の発明において、上記極板表面の凸部にPVP
層及び/又はPVA層が形成されていることを特徴とす
る。PVP及びPVA等の糊量は酸素ガス吸収性能を阻
害するものの、充放電を繰り返した場合のカドミウムの
凝集を防止して電池のサイクル寿命を長くするという働
きを有する。したがって、上記の如く極板表面の凸部に
のみPVP層等が形成され、凹部にはPVP層等が形成
されていなければ、酸素ガス吸収性能の低下を抑制しつ
つサイクル寿命を長くすることができる。
【0010】上記目的を達成するために、本発明のうち
で請求項4記載の発明は、多孔性ニッケル焼結基板中に
水酸化カドミウムを主体とする活物質を含浸して活物質
含浸基板を作製する活物質含浸工程と、上記活物質含浸
基板に化成処理を施して化成処理基板を作製する化成処
理工程と、上記化成処理基板をワイヤー入りブラシでブ
ラッシングすることにより、深さが0.1〜20μmの
溝を極板表面に形成して、化成処理基板の表面に凹部と
凸部とを設ける溝形成工程とを有することを特徴とす
る。このような製造方法により、請求項1記載のアルカ
リ蓄電池用焼結式カドミウム負極を容易に製造すること
ができる。
【0011】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の発明において、上記ブラシがワイヤー入りブラシで
あることを特徴とする。このようなブラシを用いること
により、請求項1記載のアルカリ蓄電池用焼結式カドミ
ウム負極をより容易に製造することができる。
【0012】また、請求項6記載の発明は、請求項4又
は5記載の発明において、上記溝形成工程の終了後、上
記極板表面の凹部と凸部とに、PTFEを塗布又は含浸
してPTFE層を形成する工程を備えることを特徴とす
る。このような製造方法により、請求項2記載のアルカ
リ蓄電池用焼結式カドミウム負極を容易に製造すること
ができる。
【0013】また、請求項7記載の発明は、請求項4、
5又は6記載の発明において、上記化成工程の終了後、
上記化成処理基板の表面にPVP及び/又はPVAを塗
布又は含浸してPVP層及び/又はPVA層を形成する
工程を備えることを特徴とする。このような製造方法に
より、請求項3記載のアルカリ蓄電池用焼結式カドミウ
ム負極を容易に製造することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】〔実施の形態1〕公知のニッケル
焼結基板(多孔度:約80%)を硝酸カドミウム塩水溶
液に浸漬した後、乾燥し、更にアルカリ水溶液中に浸漬
して、前記ニッケル焼結基板中に水酸化カドミウムを生
成させるという活物質含浸操作を繰り返し行って、所定
量のカドミウム活物質が含浸された活物質含浸基板を作
製した。この後、上記活物質含浸基板をアルカリ電解液
中で化成し、部分充電して所定量の予備充電を確保した
後、水洗、乾燥し、図1に示す化成処理基板を作製し
た。尚、図1中、1は芯体、2はニッケル焼結基板及び
活物質であり、図2〜図5においても同一の符号を付
す。
【0015】最後に、この化成処理基板を、植毛率5〜
10%のワイヤー入りブラシでブラッシングして、図2
に示すように、溝3の深さL1 =1μmの負極を作製し
た。尚、溝の深さは、極板断面を電子顕微鏡により観察
して凹部と凸部との差を測定し、その平均値を求めるこ
とにより算出した。また、上記負極を用いて電池を作製
する場合には、負極と公知のニッケル正極とをナイロン
不織布から成るセパレータを介して渦巻状に巻回して発
電要素を作製した後、この発電要素を電池缶内に挿入す
ると共に電池缶内に電解液を注入し、更に電池缶を封口
すれば良い。尚、実際に、このようにして作製した電池
の容量は、1700mAhであった。
【0016】〔実施の形態2〕実施の形態1で示す負極
の表面に、水100重量部に対してPTFEが5.00
重量部の割合で溶解された水溶液を塗布し、更に乾燥し
て、図3に示すように、極板表面の凹部及び凸部にPT
FE層4を形成する他は、上記実施の形態1と同様にし
て負極及び電池を作製した。
【0017】〔実施の形態3〕実施の形態1で示す化成
処理基板の表面に、水100重量部に対してPVAが
5.00重量部の割合で溶解された水溶液を塗布し、更
に乾燥して、図4に示すように、PVA層5を形成した
後、植毛率5〜10%のワイヤー入りブラシでブラッシ
ングして、図5に示すように、深さL2 =1μmの溝3
を作製する他は、上記実施の形態1と同様にして負極及
び電池を作製した。尚、糊料としては、上記PVAに限
定するものではなく、PVP又はPVAとPVPとの混
合物を用いても良い。
【0018】
【実施例】〔第1実施例〕 (実施例1)実施例1としては、上記実施の形態1で示
す負極及び電池を用いた。このようにして作製した負極
及び電池を、以下、それぞれ本発明負極a1及び本発明
電池A1と称する。
【0019】(実施例2)溝の深さL1 を0.1μmと
する他は、上記実施例1と同様にして負極及び電池を作
製した。このようにして作製した負極及び電池を、以
下、それぞれ本発明負極a2及び本発明電池A2と称す
る。
【0020】(実施例3)溝の深さL1 を20μmとす
る他は、上記実施例1と同様にして負極及び電池を作製
した。このようにして作製した負極及び電池を、以下、
それぞれ本発明負極a3及び本発明電池A3と称する。
【0021】(比較例1)溝を形成しない他は、上記実
施例1と同様にして負極及び電池を作製した。このよう
にして作製した負極及び電池を、以下、それぞれ比較負
極x1及び比較電池X1と称する。
【0022】(比較例2)溝の深さL1 を0.05μm
とする他は、上記実施例1と同様にして負極及び電池を
作製した。このようにして作製した負極及び電池を、以
下、それぞれ比較負極x2及び比較電池X2と称する。
【0023】(比較例3)溝の深さL1 を50μmとす
る他は、上記実施例1と同様にして負極及び電池を作製
した。このようにして作製した負極及び電池を、以下、
それぞれ比較負極x3及び比較電池X3と称する。
【0024】(実験1)上記本発明電池A1〜A3及び
比較電池X1〜X3の電池内圧を調べたので、その結果
を表1に示す。尚、実験方法は、各電池を25℃の雰囲
気下で6.0Aの電流で充電し、ピーク電圧を超えた
後、10mVだけ電圧が低下した時点で電圧をカットし
(−ΔV方式)、ピーク電圧時点での電池内圧を測定す
ることによって行った。
【0025】
【表1】
【0026】表1から明らかなように、ブラッシングに
よる溝を形成していない比較電池X1や、溝は形成され
ているが溝の深さが小さい比較電池X2では電池内圧が
大きくなっているのに対して、溝の深さが大きな本発明
電池A1〜A3及び比較電池X3では電池内圧が小さく
なっていることが認められる。
【0027】(実験2)上記本発明負極a1〜a3及び
比較負極x1〜x3の破壊率(極板強度)を調べたの
で、その結果を表2に示す。尚、実験方法は、各負極を
長さ方向1cmおきに90度の角度で山折りと谷折りと
を繰り返すように折り曲げ、実験前の負極重量に対する
活物質及び焼結体の芯体からの脱落量の割合を調べ、こ
れを破壊率とした。
【0028】
【表2】
【0029】表2から明らかなように、ブラッシングに
よる溝を形成していない比較負極x1、溝は形成されて
いるが溝の深さが小さい比較負極x2、及び溝の深さが
適度な本発明負極a1〜a3では、破壊率が0〜0.1
%と非常に低いのに対して、溝の深さが大きすぎる比較
負極x3では、破壊率が0.5%と高くなっていること
が認められる。上記実験1及び実験2の結果から、極板
強度を低下させることなく酸素ガス吸収の向上を図るに
は、深さが0.1〜20μmの溝が極板表面に設けられ
ていることが望ましいことがわかる。
【0030】〔第2実施例〕 (実施例)実施例としては、上記実施の形態2で示す電
池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池Bと称する。
【0031】(比較例)化成処理基板をブラッシングす
ることなく、化成処理基板の表面に上記実施の形態2で
示すPTFE溶液と同様の溶液を塗布した他は、上記実
施例と同様にして電池を作製した。このようにして作製
した電池を、以下、比較電池Yと称する。
【0032】(実験)上記本発明電池B及び比較電池Y
の電池内圧を調べたので、その結果を表3に示す。尚、
実験方法は、上記第1実施例の実験1と同様の方法で行
った。
【0033】
【表3】
【0034】表3から明らかなように、溝が形成されて
いない比較電池Yでは電池内圧が大きくなっているのに
対して、溝の形成された本発明電池Bでは電池内圧が極
めて小さくなっており、上記本発明電池A1(PTFE
膜が形成されていない他は本発明電池Bと同様の電池)
よりも、更に電池内圧が小さくなっていることが認めら
れる。これは、PTFEの結着性が向上して、PTFE
による酸素ガス吸収性能の効果が発揮されることに起因
するものと考えられる。このことから、酸素ガス吸収性
能の更なる向上を図るには、極板表面にPTFE膜を形
成するのが望ましいことがわかる。
【0035】〔第3実施例〕 (実施例)実施例としては、上記実施の形態3で示す電
池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池Cと称する。
【0036】(比較例)化成処理基板の表面に上記実施
の形態3で示すPVA溶液と同様の溶液を塗布した後に
ブラッシングを行わない他は、上記実施例と同様にして
電池を作製した。このようにして作製した電池を、以
下、比較電池Zと称する。
【0037】(実験)上記本発明電池C及び比較電池Z
の電池内圧を調べたので、その結果を表4に示す。尚、
実験方法は、上記第1実施例の実験1と同様の方法で行
った。
【0038】
【表4】
【0039】表4から明らかなように、溝が形成されて
いない比較電池Zでは電池内圧が極めて大きくなってい
るのに対して、溝の形成された本発明電池Cでは上記本
発明電池A1(PVA膜が形成されていない他は本発明
電池Cと同様の電池)よりも電池内圧が若干大きくなっ
ている程度に抑えられていることが認められる。
【0040】これは、比較電池Zでは負極表面の全域に
PVA膜が形成されているため、酸素ガス吸収反応が大
きく阻害されるのに対して、本発明電池Cでは凸部には
PVA膜が形成されているが、凹部にはPVA膜が形成
されていないため、余り酸素ガス吸収反応を阻害しない
という理由によるものと考えられる。尚、表4には示し
ていないが、PVA膜を形成することによって、本発明
電池Cのサイクル特性が向上したことを実験により確認
している。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
池の高容量化を図りつつ、酸素ガス吸収性能を増大させ
ることにより、大電流充放電特性を向上させることがで
きるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いる化成処理基板を示す説明図であ
る。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる負極を示す説明
図である。
【図3】本発明の実施の形態2にかかる負極を示す説明
図である。
【図4】本発明の実施の形態3においてPVA膜形成後
の状態を示す説明図である。
【図5】本発明の実施の形態3にかかる負極を示す説明
図である。
【符号の説明】
1:芯体 2:ニッケル焼結基板及び活物質 3:溝 4:PTFE層 5:PVA層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 正弘 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H016 AA06 BB00 BB04 BB08 BB10 BB14 CC03 CC07 EE01 EE05 EE09 HH13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔性ニッケル焼結基板中に水酸化カド
    ミウムを主体とする活物質が含浸されたアルカリ蓄電池
    用焼結式カドミウム負極において、 深さが0.1〜20μmの溝が極板表面に設けられて、
    極板表面に凹部と凸部とが形成されることを特徴とする
    アルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極。
  2. 【請求項2】 上記極板表面の凹部及び凸部にPTFE
    層が形成されている、請求項1記載のアルカリ蓄電池用
    焼結式カドミウム負極。
  3. 【請求項3】 上記極板表面の凸部にPVP層及び/又
    はPVA層が形成されている、請求項1又は2記載のア
    ルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極。
  4. 【請求項4】 多孔性ニッケル焼結基板中に水酸化カド
    ミウムを主体とする活物質を含浸して活物質含浸基板を
    作製する活物質含浸工程と、 上記活物質含浸基板に化成処理を施して化成処理基板を
    作製する化成処理工程と、 上記化成処理基板をブラッシングすることにより、深さ
    が0.1〜20μmの溝を極板表面に形成して、化成処
    理基板の表面に凹部と凸部とを設ける溝形成工程と、 を有することを特徴とするアルカリ蓄電池用焼結式カド
    ミウム負極の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記ブラシがワイヤー入りブラシであ
    る、請求項4記載のアルカリ蓄電池用焼結式カドミウム
    負極の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記溝形成工程の終了後、上記極板表面
    の凹部と凸部とに、PTFEを塗布又は含浸してPTF
    E層を形成する工程を備える、請求項4又は5記載のア
    ルカリ蓄電池用焼結式カドミウム負極の製造方法。
  7. 【請求項7】 上記化成工程の終了後、上記化成処理基
    板の表面にPVP及び/又はPVAを塗布又は含浸して
    PVP及び/又はPVA層を形成する工程を備える、請
    求項4、5又は6記載のアルカリ蓄電池用焼結式カドミ
    ウム負極の製造方法。
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