JP2002042820A - 電池電極用導電性シート - Google Patents

電池電極用導電性シート

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JP2002042820A
JP2002042820A JP2000230661A JP2000230661A JP2002042820A JP 2002042820 A JP2002042820 A JP 2002042820A JP 2000230661 A JP2000230661 A JP 2000230661A JP 2000230661 A JP2000230661 A JP 2000230661A JP 2002042820 A JP2002042820 A JP 2002042820A
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Japan
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conductive
sheet
battery
electrode
conductive sheet
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JP2000230661A
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Jun Sakamoto
純 坂本
Kenji Tsunashima
研二 綱島
Tetsuya Machida
哲也 町田
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】導電性に優れ、軽量な電池電極用導電性シー
ト、特に鉛蓄電池の電極材料として好ましく用いること
ができる電池電極用導電性シートを提供する。 【解決手段】導電性短繊維を含有した導電性シートの少
なくとも片表面に、電極活物質を付着した電池電極用導
電性シートであり、導電性短繊維としては、ステンレス
繊維またはチタン繊維等の金属繊維やカーボン繊維が好
ましく用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池電極用導電性
シートに関するものであり、特に鉛蓄電池に好適な電池
電極用導電性シートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電池電極には、金属箔や板、金属
メッシュや格子が使用されており、鉛蓄電池では鉛格子
が、またリチウムイオン電池などではアルミ箔や銅箔が
使用されてきている。一方、電池の重量エネルギー密度
を向上させるために軽量化がなされた電極用格子が特開
平10−188996号公報で提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の金属製電極では、単位体積あたりの重量が大
きく、電池の重量エネルギー密度が低下するという欠点
が存在した。特開平10−188996号公報では、網
目状物に鉛からなる導電部を設けることが示されている
が、この場合でも上記課題を解決するには十分とは云え
ない。
【0004】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を解消し、軽量であり、鉛蓄電池に使用し得る耐薬品性
および導電性に優れた電池電極用導電性シートを提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題に鑑み鋭意検討した結果、導電性短繊維を含有した
熱可塑性樹脂シートに電極活物質を保持させることによ
って前記問題が解決できることを見出し本発明をなすに
至った。
【0006】すなわち、本発明の電池電極用導電性シー
トは、導電性短繊維を含有した熱可塑性樹脂からなる導
電性シートであり、該導電性シートの体積固有抵抗が1
00Ω・cm以下であり、かつ該導電性シートの少なく
とも片表面に電極活物質を付着せしめたことを特徴とす
る電池電極用導電性シートである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。
【0008】本発明における電池電極用導電性シート
は、導電性短繊維を含有した体積固有抵抗が100Ω・
cm以下である熱可塑性樹脂シートの少なくとも片表面
に、電極活物質を付着せしめたものである。
【0009】導電性シートの主体を熱可塑性樹脂とする
ことで軽量化を図ることができ、これを用いることで電
池の重量エネルギー密度を向上させることが可能とな
る。
【0010】本発明の電池電極用導電性シートは、この
ように導電性の熱可塑性樹脂シートと電極活物質とから
構成されるが、該導電性の熱可塑性樹脂シート部分の体
積固有抵抗は100Ω・cm以下であることが必要であ
る。体積固有抵抗が100Ω・cmを超える場合、電池
の電圧降下が大きく、電力ロスが大きくなる。体積固有
抵抗は小さいほど好ましく、10Ω・cm以下、さらに
は1Ω・cm以下であることが好ましい。
【0011】体積固有抵抗を小さくするには、導電性短
繊維の含有率を高めることが必要であるが、むやみに該
含有率を高めればシートの成形が困難になり、実質的に
は0.01Ω・cm程度が限度である。熱可塑性樹脂に
対する導電性短繊維の含有量では、5重量%〜40重量
%の範囲が導電性とシート成形性の点から好ましく、さ
らに好ましくは10〜30重量%の範囲である。
【0012】本発明における導電性短繊維は、導電性物
質からなるものであれば特に限定されないが、金属繊
維、カーボン繊維が良好な導電性を有するために好まし
く用いられる。短繊維の糸径(単繊維径)などは特に限
定はないが、3〜100μmの範囲であることがシート
成形性の点から好ましく、より好ましくは5〜50μm
の範囲である。また、繊維長さは1〜20ミリの範囲で
あることが同様にシート成形性の点および導電性の点か
ら好ましく、より好ましくは3〜15ミリの範囲であ
る。
【0013】導電性短繊維が金属繊維からなる場合、素
材としてはステンレス鋼や金属チタンからなることが耐
薬品性の点から好ましい。特に鉛蓄電池では電解液とし
て硫酸水溶液を用いるので、導電性短繊維としてカーボ
ン繊維が特に好ましい。
【0014】これらの導電性短繊維は単独でもそれぞれ
混合して用いてもかまわない。
【0015】本発明の電池電極用導電性シートで用いる
熱可塑性樹脂には特に限定はなく、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニ
レンスルファイド、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレ
フタレートなどを用いることができるが、耐薬品性の観
点からポリエチレン、ポリプロピレンおよびこれらの共
重合体が特に好ましく用いられる。
【0016】導電性短繊維を含有した熱可塑性樹脂シー
トは、導電性短繊維を含有させた熱可塑性樹脂を溶融成
形することで得ることができる。導電性短繊維を熱可塑
性樹脂に含有させる方法は、導電性短繊維と熱可塑性樹
脂をブレンドした後、溶融混練機で溶融状態にした熱可
塑性樹脂中に導電性短繊維を分散させる方法や、熱可塑
性樹脂を含浸用ダイから押し出し、該含浸用ダイへ導電
性長繊維を供給し、繊維に熱可塑性樹脂を含浸させ、こ
れをチップカッターにてチップ状に成形する方法があ
る。
【0017】本発明の電池電極用導電性シートの厚みは
特に限定されないが、薄過ぎれば電池製造の際の取り扱
いが難しくなり、厚すぎればシート単位面積あたりの重
量が増すため、電池に使用した場合の重量エネルギー密
度向上の効果が小さくなる。このため、電極活物質を除
いた導電性の熱可塑性樹脂シート部分の厚みは20〜5
00μmの範囲であることが好ましく、特に50〜30
0μmの範囲であること好ましい。
【0018】本発明の電池電極用導電性シートは、導電
性の熱可塑性樹脂シートの少なくとも片表面に、電極活
物質を付着せしめたものである。
【0019】本発明において電極活物質とは、電池の化
学反応に関与する物質を指し、鉛蓄電池では正極におい
て酸化鉛が使用され、また負極においては金属鉛が使用
される。酸化鉛としては、粉体からなる多孔質体が好ま
しく用いられる。
【0020】電極活物質を導電性の熱可塑性樹脂シート
に付着させる量は、電池の必要とされる容量によって異
なり特に限定はないが、活物質を付着させた電極シート
の厚みとして0.1ミリ〜5ミリの範囲内であることが
電極シートの取り扱い性、電池軽量化の観点から好まし
い。
【0021】このように、導電性の熱可塑性樹脂シート
に電極活物質を付着させた電極シートを電池に使用すれ
ば、従来の全金属製電極に比較して重量が軽いため、電
池の容量を保ちながら電池重量を軽くすることが出来
る。
【0022】本発明の電池電極用導電性シートの製造
は、導電性短繊維を熱可塑性樹脂に混練分散したペレッ
トを準備し、該ペレットを溶融押し出し機に供給し、溶
融したのちTダイから溶融シートとして吐出し、該溶融
シートを冷却体上で冷却固化せしめて導電性の熱可塑性
樹脂シートを製造し、このようにして得られた導電性の
熱可塑性樹脂シートに電極活物質を熱圧着すれば電池電
極用導電性シートが得られる。導電性の熱可塑性樹脂シ
ート自身は熱可塑性樹脂が主体であるため、該熱可塑性
樹脂の軟化点近傍で電極活物質を熱圧着することができ
る。さらに、導電性の熱可塑性樹脂シートは導電性短繊
維を含有しているため、そのシート表面には凹凸が形成
されており、これがアンカーとなって電極活物質が確実
に付着できる。電極活物質が例えば鉛シートであれば、
導電性の熱可塑性樹脂シートと直接熱圧着させることが
でき、また酸化鉛であれば、あらかじめ希硫酸を混合混
練してペーストを作成し、これをシート化、乾燥して酸
化鉛活物質板を作成し、これを導電性シートと圧着すれ
ばよい。
【0023】このようにして得られた電池電極用導電性
シートは、軽量でありながら優れた導電性を有してお
り、特に鉛蓄電池に好ましく用いることができる。本発
明の電池電極用導電性シートを電極材料として用いるこ
とにより、鉛畜電池の重量エネルギー密度を向上させる
ことができる。
【0024】[物性の測定法]次に、本発明で使用した
測定法について述べる。
【0025】1.シートの体積固有抵抗JIS−K71
94法に則り、4探針法によって測定した。
【0026】
【実施例】実施例により、本発明をさらに詳細に説明す
る。
【0027】[実施例1]ポリプロピレン樹脂を溶融押
出機によって280℃で含浸用ダイに押し出し、さらに
該含浸用ダイ部分に導電性繊維「東レ(株)製カーボン
繊維T−300」(単繊維径7μm)を走行させ、ポリ
プロピレン樹脂とカーボン繊維からなるストランドを得
た。該ストランドは水槽で冷却したのちチップカッター
にて長さ5ミリのペレットにカッティングした。ペレッ
ト化によってカーボン繊維長は5ミリとなっている。な
お、得られたペレットは、ポリプロピレン樹脂が85重
量%、カーボン繊維が15重量%であった。
【0028】このようにして得られたペレットを、シリ
ンダー径90ミリの押し出し機に供給し、280℃で溶
融押し出し、幅600ミリのTダイから溶融シートとし
て金属ドラム上に押し出した。金属ドラムは、直径50
0ミリ、表面温度が60℃であり、溶融シートはエアー
ナイフによって金属ドラムに密着させた。このようにし
て厚さ100μm、体積固有抵抗0.5Ω・cmの導電
性の熱可塑性樹脂シートを得た。
【0029】次に、厚み500μmの鉛シートを、先に
得た導電性の熱可塑性樹脂シートの片表面に重ね合わ
せ、200℃の温度で1MPaの圧力でプレスし、厚み
600μmの鉛電池負極用電極シートを得た。得られた
電極シートは、金属製電極よりも軽量であり、本発明の
電池電極用導電性シートを用いた鉛蓄電池では電池の重
量エネルギー密度も向上した。
【0030】[実施例2]導電性繊維としてSUS30
4製、長さ300μm、単繊維径15μmのステンレス
短繊維を用い、ポリプロピレン樹脂と2軸混練機によっ
て280℃でブレンドし、ポリプロピレン樹脂が85重
量%、ステンレス繊維が15重量%であるペレットを得
た。このようにして得られたペレットを用い、実施例1
と同様の方法で厚さ100μm、体積固有抵抗0.1Ω
・cmの導電性の熱可塑性樹脂シートを得た。次に、実
施例1と同様に、厚み500μmの鉛シートを、先に得
た導電性の熱可塑性樹脂シートの片表面に重ね合わせ、
200℃の温度で1MPaの圧力でプレスし、厚み60
0μmの鉛電池負極用電極シートを得た。得られた電極
シートは金属製電極よりも軽量であり、本発明の電池電
極用導電性シートを用いた鉛蓄電池では電池の重量エネ
ルギー密度も向上した。
【0031】[実施例3]30%硫酸水溶液を30重量
部、酸化鉛を70重量部混合し、よく混練することで酸
化鉛ペーストを作成し、型枠に流し込み、乾燥させるこ
とによって厚み500μmの酸化鉛板を得た。このよう
にして得られた酸化鉛板と、実施例1で得られたカーボ
ン繊維含有ポリプロピレン導電性の熱可塑性樹脂シート
を重ね合わせ、200℃の温度で1MPaの圧力でプレ
スし、厚み600μmの鉛電池正極用電極シートを得
た。得られた電極シートは金属製電極よりも軽量であ
り、本発明の電池電極用導電性シートを用いた鉛蓄電池
では電池の重量エネルギー密度も向上した。
【0032】[実施例4]ポリエチレン樹脂を溶融押出
機によって230℃で含浸用ダイに押し出し、さらに該
含浸用ダイ部分に導電性繊維「東レ(株)製カーボン繊
維T−300」(単繊維径7μm)を走行させ、ポリエ
チレン樹脂とカーボン繊維からなるストランドを得た。
該ストランドは水槽で冷却したのちチップカッターにて
長さ5ミリのペレットにカッティングした。ペレット化
によってカーボン繊維長は5ミリとなっている。なお、
得られたペレットは、ポリエチレン樹脂が85重量%、
カーボン繊維が15重量%であった。
【0033】このようにして得られたペレットを、シリ
ンダー径90ミリの押し出し機に供給し、230℃で溶
融押し出し、幅600ミリのTダイから溶融シートとし
て金属ドラム上に押し出した。金属ドラムは、直径50
0ミリ、表面温度が50℃であり、溶融シートはエアー
ナイフによって金属ドラムに密着させた。このようにし
て厚さ100μm、体積固有抵抗0.5Ω・cmの導電
性の熱可塑性樹脂シートを得た。
【0034】次に、厚み500μmの鉛シートを、先に
得た導電性の熱可塑性樹脂シートの片表面に重ね合わ
せ、150℃の温度で1MPaの圧力でプレスし、厚み
600μmの鉛電池負極用電極シートを得た。得られた
電極シートは金属製電極よりも軽量であり、本発明の電
池電極用導電性シートを用いた鉛蓄電池では電池の重量
エネルギー密度も向上した。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、導電性に優れた軽量な
電池電極用導電性シートを得ることができる。本発明の
電池電極用導電性シートは、特に鉛蓄電池の電極材料と
して好ましく用いることができ、電池の重量エネルギー
密度を向上させることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性短繊維を含有した熱可塑性樹脂か
    らなる導電性シートであって、該導電性シートの体積固
    有抵抗が100Ω・cm以下であり、かつ該導電性シー
    トの少なくとも片表面に電極活物質を付着せしめてなる
    ことを特徴とする電池電極用導電性シート。
  2. 【請求項2】 導電性短繊維が金属繊維であることを特
    徴とする請求項1記載の電池電極用導電性シート。
  3. 【請求項3】 金属繊維がステンレス繊維またはチタン
    繊維であることを特徴とする請求項2記載の電池電極用
    導電性シート。
  4. 【請求項4】 導電性短繊維がカーボン繊維であること
    を特徴とする請求項1記載の電池電極用導電性シート。
  5. 【請求項5】 熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリプロ
    ピレンおよびこれらの共重合体から選ばれた一つである
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電池
    電極用導電性シート。
  6. 【請求項6】 電池が鉛蓄電池であることを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の電池電極用導電性シー
    ト。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010092607A (ja) * 2008-10-03 2010-04-22 Nissan Motor Co Ltd 双極型二次電池用集電体
WO2010073050A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Iti Scotland Limited Titanium composite electrodes and methods therefore
JP2014216296A (ja) * 2013-04-30 2014-11-17 信越ポリマー株式会社 二次電池の集電体用の導電性樹脂フィルム及びその製造方法

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