JP2000503159A - 溶融金属の気体微粒化により電極を作製する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ニッケルもしくは銅基材上に気体微粒化により水素化ニッケルの多孔質コーティングを形成することを包含する電極形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融金属の気体微粒化により電極を作製する方法 本発明は、電極、制限されるわけでないが、特に負極、より特定的には電池用 負極を作製する方法に関するものであり、そしてまたそうした方法により作製さ れた電極にも関係する。 ニッケル金属水素化物電池用の平坦な負極は従来から次の方法により作製され ている。適当な水素化ニッケル合金のインゴットが鋳造される。その後、インゴ ットから、粉末が、グラインディング、クラッシング、ミリング或いはデクレピ テーションの一つ乃至複数の工程により製造される。粉末はその後、適当なポリ マー材料のようなバインダー、及び炭素のような電導性媒体と混合される。混合 物はその後、多孔質ニッケルシート上にプレスもしくはローリングされそしてま た別のそうしたシートとのサンドイッチに形成される。 気体微粒化・噴霧化（ガス・アトマイゼーション）は、粉末の製造において使 用される既存の技術である。例えばこの技術の幾つかの変更例は、気体微粒化に よる被覆ストリップもしくはプレートの製造のために使用されて、ローリングの 必要性を軽減している。この技術は、非気孔質金属コーティング或いは完全密度 になるたけ近い中実インゴットを提供するのに使用される。この技術は、コーテ ィング或いはインゴットの金属を溶融し、その後溶融金属をオリフィスに通し、 流れを形成することを包含する。この流れはその後、単数乃至複数の気体噴流に 通され、気体噴流は流れに衝突して、流れを微粒化・噴霧化する。微粒化された 粒子は基材上に堆積するように投射されるかもしくは飛行中粉末に凝固せしめら れる。 本発明に従えば、気体微粒化により、所要の合金の基材上への多孔質コーティ ングの形成を含む、電極を形成する方法が提供される。 コーティングの気孔率（多孔度）は、好ましくは１５％を超え、そして望まし くは５０％を超える。基材は好ましくはやはり多孔質である。 コーティングの気孔率は好ましくは、基材上へ噴霧される微粒の付着高さ、付 着流量、付着時間、基材に衝突する微粒化粒子の速度、微粒滴の寸法分布、融体 の過熱度、基材の温度、基材の熱伝導率、気体の伝導率、気体の温度の一つ以上 をコントロールすることにより与えられる。 合金は好ましくは水素化ニッケル合金そして望ましくはＭＭＮｉＡｌＭｎＣｏ である。 基材は好ましくは金属質であり、そしてニッケルもしくは銅製とされ、そして 中実シート、多孔シート乃至金網（ガーゼ）の形態でありうる。 基材の相対位置は好ましくは、付着中、基材上への実質上一様な付着を与える ように変化される。基材を移動しても良いしそして／または溶融合金に対する気 体流れの方向を移動してもよいし、そして／または合金の流れの方向を移動して もよい。基材は好ましくはその両側に付着を与えるように少なくとも１回ひっく り返される。 本方法は好ましくは、アルゴンのような不活性気体雰囲気で実施される。 過剰微粒を収集するための部材が設けられそしてこの部材は基材の下側に位置 付けられうる容器から構成しうる。 基材は好ましくは、微粒化・付着工程に続いて必要な厚さまで圧延される。基 材は微粒化・付着後熱処理を施されうる。 本発明はまた、上記９つの項目のいずれかに従う方法により製造された電極を も提供する。 電極は好ましくは負極であり、そして望ましくは電池電極である。 本発明の具体例について例示目的のみで述べる。 所望の組成を有する水素化ニッケル合金の融体が加熱により生成される。温度 は合金の液相線より上に昇温されそして融体はノズルを通して注出される。ノズ ルの先端において、融体は高エネルギーの単数乃至複数の気体噴流により分断さ れまたは連続した気体の囲いが環状の気体により形成され、そして融体滴が生成 される。 融体滴は多孔質基材に差し向けられる。融体の凝固した、部分凝固したまた液 体の滴の混合物が基材上に衝突し、ここで多孔質シート中に凝着する。プロセス は、気孔率及びミクロ組織をコントロールするように調整される。詳しくは、合 金の付着高さが相応に調整される。付着流量／時間が調整されうる。基材に衝突 する微粒化粒子の速度が、気体速度を変更することにより調整されうる。微粒滴 の寸法分布が、ダイ設計そして／または流動する気体及び金属の量を使用して調 整されうる。融体の加熱度、すなわち融点を超えての温度が調整されうる。基材 の温度、基材の熱伝導率、気体伝導率及び気体温度のいずれかが必要に応じて調 節されまた決定されうる。 微粒化に続いてそして付着前に、合金滴の一部は、粒子の外側から凝固し始め る。凝固がほとんど乃至全然起こらない場合には、付着に際して、粒子はかなり 拡がり、それにより気孔率を減じる。しかし、粒子が固体もしくは半固体いずれ かであるなら、粒子は凝集したコーティングを生成するに十分変形することは起 こりがたく、逆に粒子は多孔質層を形成する。 所望のコーティング厚さ及び幅を有するシートを生成するために、基材そして ／またはノズルそして／または融体微粒が移動されうる。付着は、アルゴンのよ うな不活性気体雰囲気中で実施される。粒子の気体微粒化は一貫した寸法分布の 球状粒子を生成しやすく、これは定常的な流れを与える。但し、条件が注意深く 検知されないなら、これは低気孔率につながる傾向がある。過剰微粒は基材の下 側の容器内に収集される。基材は両面を被覆されそして満足しうる層を提供する ために基材を何度もひっくり返すことが必要であろう。 被覆されたシートは、所要の厚さを得るまで微粒化・付着に続いて圧延され、 またシートを連続ストリップとして形成し、それを必要長さに切断することがで きる。被覆したシートに熱処理を施すことができる。 本発明に従い電極を製造するための材料及び条件の特定例を以下の表に呈示す る。 これら例は、標準的な技術により同様の材料を使用して生成された合金に比べ てそして特定の性質が考慮されるとき、かなり増大せる電気化学的性能を有する 合金を生成した。上記例は、試行的な条件において行われそして工業的なプロセ スに対しては金属流量は例えば５０〜１００ｋｇ／分のようなはるかに高いもの でありうる。気孔率は、付着物の表面から内方に伸延する任意の凹所或いは他の 構造体が気孔の一部として計数された点で「見かけの気孔率」である。 以上、従来方法及びそれにより製造された電極を上回るかなりの利点を備える 本発明の電極を製造する方法及びこの方法により製造された電極を記載した。本 方法は、電池用の負極の一段階製造を可能ならしめる。電極は扁平型（角型）電 池対しては平坦でありうるしまた円筒型電池に対しては丸く巻かれれる。 本発明は、合金の粉末を形成しそして続いて合金を他の材料と混合する段階を 低減する。本発明は従来のように発火性粉末の取扱を必要としない。電極は、バ インダーの使用なしに製造され、それにより電池の比容量を増大する。余分な材 料やプロセスを必要としない点でコストの節減を実現する。更に、本発明に従っ て製造された電池は、追加材料が存在しないことによりはるかに容易にリサイク ルされうる。 本発明において使用されるプロセスは、容易にコントロールでき、従って最適 の気孔率及びミクロ組織が得られる。本プロセスは不活性ガス雰囲気中で達成さ れ、これは低酸素含有量の製品を生み出す。本プロセスは急速冷却と関与し、こ れは別の製造ルートによるよりも一層高い容量を持つ電極につながりやすい。急 速冷却はまた、電極のサイクル寿命を改善する。使用される気体微粒化プロセス は、挙動を一層しやすい、一定した組成の球状粒子を生成しやすい。そうした粒 子はまた一層耐久性である傾向があり、従って一層多くの回数の再充電を可能な らしめる。 本過程は粒内でのまた結晶粒界における不純物の偏析を抑制する傾向がある。 余剰微粒粉末は、副産物として、ばらばらの粉末を使用する電池製造のために使 用できる。本方法は、水素化ニッケルのような材料が電極上に非常に薄い層を成 して形成されることを許容し、これは一層高い充電及び放電率を可能とする。 本発明が水素化ニッケル合金以外の電極を製造するのに使用されうることが認 識されるべきである。明らかに、他の種電極に対しては、適当な材料の溶融と適 当な基材上への付着が必要とされよう。具体例は多孔質ニッケル乃至銅基材を使 用するが、基材は、金網（ガーゼ）また時として薄い中実シートの形態でありう る。銅はニッケルより高い伝導率を有し、そして銅はもっと低い融点を有するか ら、電極材料との一層良好な結合が一般に得られる。 様々の他の改変を本発明の範囲から逸脱することなくなされうる。例えば、本 プロセスは異なった雰囲気で実施されうる。実施例における条件以外の他の異な った条件が適用されうる。 以上の明細書においては特に重要であると考えられる本発明の特徴に注目を向 けるように努めたが、本件出願人は先に言及したそして／または図面に示される いかなる特許性のある特徴或いは特徴の組合せについて、特別の強調がなされて いようといまいと、保護を請求するものであることが理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 4/66 Ｈ０１Ｍ 4/66 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 シリトー，スティーブン マイケル アン ドルー イギリス国 エスティー４ ７エルキュー スタッフォードシャー，ストークオント レント，ペンクハル，クイーンズ ロー ド，ブリティッシュ セラミック リサー チ リミテッド (72)発明者 イアセミデス，ジョージ イギリス国 エスティー４ ７エルキュー スタッフォードシャー，ストークオント レント，ペンクハル，クイーンズ ロー ド，ブリティッシュ セラミック リサー チ リミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基材上に気体微粒化により所要の合金の多孔質コーティングを形成すること を包含し、そしてコーティングの気孔率が、基材上への微粒の付着高さ、付着流 量、付着時間、基材に衝突する微粒化粒子の速度、微粒滴の寸法分布、融体の過 熱度、基材の温度、基材の熱伝導率、気体の伝導率、気体の温度の一つ以上をコ ントロールすることにより設定されることを特徴とする電極形成方法。 ２．コーティングの気孔率が１５％を超えることを特徴とする請求項１に従う方 法。 ３．コーティングの気孔率が５０％を超えることを特徴とする請求項２に従う方 法。 ４．基材が金属質であり、そして多孔質シート、金網若しくは中実シートの形態 にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに従う方法。 ５．基材もまた多孔質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに従う方 法。 ６．基材がニッケル製であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに従う方 法。 ７．基材が銅製であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに従う方法。 ８．合金が水素化ニッケル合金を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか に従う方法。 ９．合金がＭＭＮｉＡｌＭｎＣｏから成ることを特徴とする請求項８に従う方法 。 １０．基材上への実質上一様な付着を与えるため付着中基材の相対位置が変化さ れることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに従う方法。 １１．基材が移動され、そして／または溶融合金に対する気体流れの方向が移動 され、そして／または合金の流れの方向が移動されることを特徴とする請求項１ ０に従う方法。 １２．基材がその両側に付着されるように少なくとも１回ひっくり返されること を特徴とする請求項１〜１１のいずれかに従う方法。 １３．不活性ガス雰囲気中で実施されることを特徴とする請求項１〜１２のいず れかに従う方法。 １４．不活性ガスがアルゴンであることを特徴とする請求項１３に従う方法。 １５．基材が微粒化・付着に続いて所要厚さまで圧延されることを特徴とする請 求項１〜１４のいずれかに従う方法。 １６．基材に微粒化・付着後熱処理が施されることを特徴とする請求項１〜１５ のいずれかに従う方法。 １７．余剰微粒を収集するための部材が設けられることを特徴とする請求項１〜 １６のいずれかに従う方法。 １８．部材が基材の下側に位置付けられうる容器から構成されることを特徴とす る請求項１７に従う方法。 １９．請求項１〜１８のいずれかに従って製造されることを特徴とする電極。 ２０．電極が負極であることを特徴とする請求項１９に従う電極。 ２１．電極が電池電極であることを特徴とする請求項１９乃至２０に従う電極。