JP2001291509A - ニッケル−水素蓄電池とそれに用いる水素吸蔵合金負極の製造方法 - Google Patents

ニッケル−水素蓄電池とそれに用いる水素吸蔵合金負極の製造方法

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JP2001291509A JP2000103048A JP2000103048A JP2001291509A JP 2001291509 A JP2001291509 A JP 2001291509A JP 2000103048 A JP2000103048 A JP 2000103048A JP 2000103048 A JP2000103048 A JP 2000103048A JP 2001291509 A JP2001291509 A JP 2001291509A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵合金電極の表面の撥水性を増加さ
せ、水素吸蔵合金の水素ガス吸収能力を向上させて、電
池内圧上昇を抑制したニッケル−水素蓄電池を提供す
る。 【解決手段】 水素吸蔵合金粉末を主成分とするペース
トを支持体に充填または塗着して水素吸蔵合金負極を作
製し、撥水剤であるフッ素樹脂粉末と有機溶媒とを混合
するとともに超音波振動を加えながら、有機溶媒にフッ
素樹脂を分散状態とした溶液を、水素吸蔵合金負極の表
面に塗布した水素吸蔵合金負極を用いてニッケル−水素
蓄電池を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−水素蓄
電池とそれに用いる水素吸蔵合金負極の製造法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来からよく用いられている蓄電池とし
ては、ニッケル−カドミウム蓄電池あるいは鉛蓄電池等
が挙げられる。ところで、近年、これらの電池よりも軽
量で且つ高容量で高エネルギー密度となる可能性がある
ということで、水素吸蔵合金を負極材料として用いた水
素吸蔵負極を備えたニッケル−水素蓄電池が注目されて
いる。
【0003】このアルカリ蓄電池の負極に用いる水素吸
蔵合金負極は、一般に、特開昭61−66366号公報
に示されるように、ポリテトラフルオロエチレンやポリ
エチレンオキサイドなどの結着剤と水素吸蔵合金粉末と
を混練してペーストを作製し、パンチングメタル等の芯
体の両面に前記ペーストを塗着、乾燥して作製される。
こうして作製された水素吸蔵負極は、ニッケル−カドミ
ウム蓄電池に用いられている焼結式ニッケル正極との間
にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回した状態で電
池外装缶に収容されニッケル−水素蓄電池が構成され
る。
【0004】ここで、上記ニッケル−水素蓄電池では、
過充電時に正極、負極で次式に示すようにガス発生反応
が起こり、電池内圧が上昇する。特に、急速充電におい
てはこの圧力上昇が顕著になる。
【0005】
【式1】
【0006】そこで、特開平2−291665号公報に
は、水素吸蔵合金負極表面に撥水性樹脂を設ける製造の
一例として、PVAにフッ素樹脂粉末を分散させた水溶
液に負極を塗布する方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水素吸
蔵合金負極の表面に、有機溶媒にフッ素樹脂粉末を分散
した溶液を塗布する際、溶液中のフッ素樹脂粉末の粒子
の大きさにバラツキが大きいため、塗布ノズルの詰まり
や負極への塗布むらが発生し、フッ素樹脂粉末の偏在し
ている水素吸蔵合金負極の表面は、電解液の液周りが悪
化するので、この負極を用いて例えばニッケル−水素蓄
電池を構成するとその電池内圧が上昇するという問題が
起こる。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、水素吸蔵合金粉末を主成分とするペースト
を支持体に充填または塗着して水素吸蔵合金負極を作製
し、撥水剤であるフッ素樹脂粉末と有機溶媒とを混合す
るとともに超音波振動を加えながら有機溶媒にフッ素樹
脂を分散状態とした溶液を、水素吸蔵合金負極の表面に
塗布する水素吸蔵合金負極の製造方法とした。
【0009】これにより、水素吸蔵合金極板に塗布され
たフッ素樹脂の比表面積の増加を図ることと、極板の撥
水性が増加し水素吸蔵合金の水素ガス吸収の向上を目的
としている。また、ノズルの詰まりや塗布むらを低減す
ることを目的としている。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、水素吸蔵合金粉末を主成分とするペーストを支持体
に充填または塗着して水素吸蔵合金負極を作製し、撥水
剤であるフッ素樹脂粉末と有機溶媒とを混合するととも
に超音波振動を加えながら前記有機溶媒に前記フッ素樹
脂を分散状態とした溶液を、前記水素吸蔵合金負極の表
面に塗布する水素吸蔵合金負極の製造方法としたもので
ある。
【0011】これにより、フッ素樹脂粉末が、ノズルに
詰まることを防ぐことができ、水素吸蔵合金負極の表面
に均一に塗布されるので、撥水性が増加し水素吸蔵合金
の水素ガス吸収の向上が図れる。
【0012】また、上記の超音波振動は、周波数5〜4
0kHz、振幅40〜100μmであるのが好ましい。
周波数が5kHz、振幅40μmでは充分な分散効果が
得られない。周波数が40kHz、振幅100μmを超
えると大きな超音波の発生装置が必要であり現実的でな
い。
【0013】さらに、上記の有機溶媒に対してフッ素樹
脂粉末の量は、4〜15%であると撥水性の効果が得ら
れるとともに、均一に塗布することができるので好まし
い。
【0014】さらにまた、上記の水素吸蔵合金負極の表
面に塗布するフッ素樹脂粉末の量は、0.10〜2.0
mg/cm2であるのが好ましく、このフッ素樹脂粉末
の量が、0.10mg/cm2より少ないと撥水性の効
果が十分ではなく、また2.0mg/cm2より多いと
電解液を吸収し難くなり水素吸蔵合金負極の抵抗が上昇
するので好ましくない。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】焼結式ニッケル基板に活物質である水酸化
ニッケルを充填して正極1を作製した。
【0017】合金組成がMm3.55Mn0.4Al0.3Co
.75(Mmは希土類の混合物)で表わされる水素吸蔵合金
を、湿式ボールミルにより水中で平均粒径30μmにな
るように機械的に粉砕した水素吸蔵合金粉末を作製し
た。この合金粉末と、同重量の80℃に加温した比重
1.30の水酸化カリウム水溶液に60分浸漬攪拌し、
水洗した水のpHが10以下になるまで水洗し、水素吸
蔵合金粉末スラリーを得た。
【0018】この合金粉末スラリーの重量100に対
し、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを0.1
5重量%、導電剤としてカーボンブラックを0.3重量
%、結着剤としてのスチレン−ブタジエン共重合体を
0.8重量%及び分散媒として水とを混合しペーストを
作製した。
【0019】このペーストをパンチングメタルからなる
導電性支持体表面に塗着した後、乾燥及び加圧を行い負
極2を得た。
【0020】このようにして得られた水素吸蔵合金負極
2の表面に、5.89重量%のテトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、FEPと
いう。)粉末を分散媒であるエタノールに加えた溶液を
作製し、この溶液を攪拌するとともに、超音波振動を振
幅80μm、周波数20kHzの条件で加えながら、溶
液中のFEP粉末を分散させた状態(このときのFEP
粉末の粒径は5〜72μmであった。)で、0.20m
g/cm2,0.41mg/cm2,0.61mg/cm
2の量で噴霧して本発明の負極2−1,2−2,2−3
の3種類を作製した。
【0021】このようにして作製した負極2−1〜2−
3のそれぞれと焼結式ニッケル正極1とを、ポリプロピ
レン製の不織布からなるセパレータ3を介して捲回さ
せ、渦巻状の電極群4を作製し、これを電池ケース5に
収納し、この電池ケース5内に30重量%の水酸化カリ
ウム水溶液をアルカリ電解液として注液した後、電池ケ
ース5の上部を封口板6で密閉して、AAAサイズで公
称容量750mAhの本発明の実施例における円筒密閉
型ニッケル−水素蓄電池A1,A2,A3を作製した。
【0022】(比較例)上記実施例で作製した負極2の
表面に、5.89重量%のFEP粉末を分散媒であるエ
タノールに加えて攪拌して溶液(このときのFEP粉末
の粒径は20〜150μmであった。)を作製し、これ
を0.20mg/cm2,0.41mg/cm2,0.6
1mg/cm2の量で噴霧して比較例の負極7−1,7
−2,7−3の3種類を作製した。
【0023】比較例の負極7−1,7−2,7−3のそ
れぞれを用いた以外は、上記実施例と同じ構成とした比
較例のニッケル−水素蓄電池B1,B2,B3を作製し
た。
【0024】(実験1)実施例の電池A1,A2,A3
と比較例の電池B1,B2,B3のそれぞれの電池は、
予めケースの底部に孔をあけて、この孔部に内圧測定用
の圧力センサーを取り付けて、45℃の雰囲気下で2時
間放置後、750mAの電流で1.2時間充電を行いな
がら、電池内圧を測定した。この結果を(表1)に示
す。
【0025】
【表1】
【0026】(表1)から明らかなように、実施例と比
較例は、FEP粉末の塗布量が多くなると電池内圧が下
がる。また、実施例と比較例を比較すると、FEP粉末
の塗布量が同じ場合は、実施例の電池内圧は、比較例の
それよりも低くなり、実施例の電池は、比較例の電池よ
りも良好である。
【0027】これは、図1に示すように、実施例では、
その負極2の表面に塗布されているFEP粉末が均一に
分散されており撥水性が良好であるので電池内圧が低く
良好であるのに対して、比較例ではその負極7の表面に
FEP粉末が凝集して不均一な状態となって撥水性が損
なわれるので電池内圧が高くなり良好ではないものとな
ったと考えられる。
【0028】さらに、このことは、SEM写真で実施例
の負極2の表面に分散しているFEP粉末の粒径を測定
すると、5〜90μmであり、同じく負極7の表面に位
置するFEP粉末の粒径を測定すると20〜200μm
であったことからもわかる。
【0029】上記の実施例では、負極2の表面に撥水剤
としてFEP粉末を用いたが、PTFEなどのフッ素樹
脂粉末を用いても同様な効果が得られる。
【0030】また、上記の実施例では、負極2の表面に
撥水剤としてFEP粉末の量は、有機溶媒に対して5.
89重量%としたが、その量としては、4〜15重量%
の範囲であれば同様な効果が得られる。
【0031】さらに、上記の実施例では、負極表面に分
散しているFEP粉末の粒径の範囲は5〜90μmであ
ったが、この粒径の好ましい範囲は5〜100μmであ
る。
【0032】さらにまた、上記実施例の負極2の表面に
塗布されているFEP粉末の量は0.20〜0.61m
g/cm2の範囲であったが、FEP粉末の量として
は、0.10〜2.0mg/cm2の範囲が好ましい。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素吸
蔵合金電極の表面に、有機溶媒に分散させたフッ素樹脂
を微粉化して塗布することで、フッ素樹脂の比表面積の
増加が図れることと、極板の撥水性が増加し水素吸蔵合
金の水素ガス吸収の向上が可能となり電池内圧上昇を抑
制でき、また、ノズルの詰まりや塗布むらを低減するこ
とができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における負極と比較例の負極の
表面状態を示す図
【図2】本発明の実施例におけるニッケル−水素蓄電池
の半裁断面図
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 電極群 5 電池ケース 6 封口板 7 比較例の負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 健太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 竹内 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上木原 伸幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H028 BB03 BB06 CC12 EE01 EE05 EE06 EE08 HH00 HH01 HH05 5H050 AA01 AA19 BA14 CA03 CB16 DA03 DA11 EA24 FA05 FA17 GA10 GA22 HA00 HA01 HA04 HA05 HA08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素吸蔵合金粉末を主成分とするペースト
    を支持体に充填または塗着して水素吸蔵合金負極を作製
    し、撥水剤であるフッ素樹脂粉末と有機溶媒とを混合す
    るとともに超音波振動を加えながら前記有機溶媒に前記
    フッ素樹脂を分散状態とした溶液を、前記水素吸蔵合金
    負極の表面に塗布する水素吸蔵合金負極の製造方法。
  2. 【請求項2】超音波振動は、周波数5〜40kHz、振
    幅40〜100μmである請求項1記載の水素吸蔵合金
    負極の製造方法。
  3. 【請求項3】有機溶媒に対してフッ素樹脂粉末の量は、
    4〜15%である請求項1記載の水素吸蔵合金負極の製
    造方法。
  4. 【請求項4】水素吸蔵合金負極の表面に塗布するフッ素
    樹脂粉末の量は、0.10〜2.0mg/cm2である
    請求項1記載の水素吸蔵合金負極の製造方法。
  5. 【請求項5】水酸化ニッケルを主体とする正極と、水素
    吸蔵合金負極と、セパレータと、および電解液とからな
    るニッケル−水素蓄電池であって、前記水素吸蔵合金電
    極の表面には、5〜100μmのフッ素樹脂粉末が分散
    状態で塗布されているニッケル−水素蓄電池。
  6. 【請求項6】水素吸蔵合金負極の表面に塗布されている
    フッ素樹脂粉末の量は、0.10〜2.0mg/cm2
    である請求項5記載のニッケル−水素蓄電池。
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