JP2002184410A

JP2002184410A - ニッケルカドミウム電池用の負極集電体とその製造方法、およびニッケルカドミウム電池用の負極

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Publication number: JP2002184410A
Application number: JP2000382425A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Mashima; 正利真嶋; Shinji Inasawa; 信二稲澤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-28

Abstract

(57)【要約】【課題】全体が高純度のニッケルにて形成されるた
め、電池の充放電特性の低下を生じない上、リサイクル
が容易であり、また高強度で寸法安定性にすぐれるため
変形したり破断したりせず、しかも薄肉化が容易で電池
の高容量化にも適したニッケルカドミウム電池用の負極
集電体、その製造方法、および負極を提供する。【解決手段】負極集電体１０は、ビッカース硬さＨｖ
が３５０〜４５０、炭素含有量が０．０１〜０．１％の
ニッケルにより、多数の孔１０１を有する薄板状に形成
した。製造方法は、負極集電体１０に対応する電極領域
と、孔１０１に対応する絶縁領域とをパターン形成した
めっき金型を使用して、電気めっきにより、電極領域に
選択的にニッケルの薄膜を析出させたのち、薄膜をめっ
き金型からはく離する。負極は、負極集電体１０にカド
ミウムを担持させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ニッケルカドミ
ウム電池用の負極集電体と、それを用いた負極とに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】正極活物質として水酸化ニッケル、負極
活物質としてカドミウムを利用するニッケルカドミウム
電池は安価であるため、現在でも、種々の分野で広く使
用されている。ニッケルカドミウム電池においては、正
極で、水酸化ニッケルを酸化してオキシ水酸化ニッケル
に変化させるとともに、負極で、水酸化カドミウムを還
元してカドミウムに変化させることで充電が行われる。
また逆に正極で、オキシ水酸化ニッケルを還元して水酸
化ニッケルに変化させるとともに、負極で、カドミウム
を酸化して水酸化カドミウムに変化させることで放電が
行われる。

【０００３】近年、例えば電気自動車やハイブリッド自
動車、あるいは電動工具などの電源として、これまでよ
りも高出力の二次電池が求められている。また携帯電話
や携帯型パソコン、デジタルカメラなどの電源として
は、これまでよりもさらに急速な充放電が可能で、しか
も高容量化された二次電池が求められている。そして、
これらの要求に対処すべく、種々の構造を有する電極が
開発されている。例えばニッケル水素電池の負極として
は、下記の負極集電体に、水素吸蔵合金を担持させたも
のが提案されている。 (1) ニッケル製の線材を編み込んで形成した金網（特
開昭６１−１８５８６３号公報）。 (2) ニッケルを圧延して形成した圧延ニッケル箔に、
所定長の切り込みまたは長孔を多数、形成し、当該切り
込みもしくは長孔の長手方向と交差する方向に薄板を延
伸させて、切り込みや長孔を延伸方向に引き伸ばすこと
で、菱形もしくはそれに類似した形状の多数の通孔を形
成したエキスパンドメタル（特開平４−３５７６７０号
公報）、 (3) 鉄を圧延し、その両面にニッケルめっきを施した
３層構造の基材に、打ち抜きにより多数の通孔を形成し
たパンチングメタル（特開昭６４−６７８６８号公
報）。

【０００４】そこでこれらの負極構造を、ニッケルカド
ミウム電池にも適用することが検討される。ニッケルカ
ドミウム電池の負極は、例えば上記負極集電体の少なく
とも片面に、ニッケルの微粉末を焼結して多孔質のニッ
ケル層を形成したのち、このニッケル層の表面（層自体
の表面だけでなく、多孔質の孔の内壁面をも含む）に金
属カドミウムを析出させて担持することで形成される。
金属カドミウムを析出、担持させる方法としては、上記
ニッケル層に硝酸カドミウム水溶液を含浸し、次いで水
酸化ナトリウム水溶液などで中和したのち、水洗、乾燥
させる工程を繰り返すことが一般的に行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の負極集電体のう
ち(1)の金網は、その構造上、線材の直径の２倍以上の
厚みを必要とするため薄型化が困難であること、孔形状
が限られること、などの問題がある。また(2)のエキス
パンドメタルは、引張力が加わると大きく伸び変形しや
すいという問題がある。例えば負極の製造時や、あるい
は製造した負極の電池への組み込み時などに、エキスパ
ンドメタルの長手方向（先に述べた切り込みや長孔の長
手方向とは必ずしも一致しない、むしろ直交する場合が
殆どである）に引張力が加わると、それによって同方向
に大きく伸び変形しやすい。またエキスパンドメタル
は、かかる長手方向への伸び変形によって幅方向には大
きく縮む傾向を示す。このためエキスパンドメタルは寸
法安定性が悪い。しかもその変形によって、前記のよう
にカドミウムを担持させた多孔質のニッケル層が剥落す
るといった問題を生じるおそれもある。

【０００６】また、エキスパンドメタルのうち長孔を打
ち抜いて形成するものは、抜きカスが多量に発生するた
め省資源および製造コストの点で問題がある。また長孔
を打ち抜いたあとのエキスパンドメタルにはバリが発生
し、このバリを除去する工程を加えるとさらに製造コス
トが高くつくという問題もある。一方、バリを除去しな
い場合には電池の組み立て時に短絡を生じやすくなる。
このため、例えば厚み５０μｍ程度の薄型の隔膜と組み
合わせることができず、電池の高容量化に適さないとい
う別の問題を生じる。

【０００７】さらに(3)のパンチングメタルは、例えば
鉄のホットコイルを繰り返し圧延して厚みを５０〜６０
μｍ程度とした基材の両面に、それぞれ厚み５μｍ程度
のニッケルめっきを施したのち、打ち抜きによって多数
の通孔を形成することで製造される。このためエキスパ
ンドメタルと同様に、抜きカスの問題、およびバリの問
題を生じる。また、ホットコイルの圧延を繰り返して、
その厚みを現在よりも薄くすることは、主に製造コスト
上の制約から困難であり、しかも現状の厚みでは電池の
高容量化に適さないという問題がある。

【０００８】また充放電を繰り返した際に基材を形成す
る鉄が溶出して、そのイオンが電池反応系中に不純物と
して混入することで、電池の充放電特性が低下するとい
う問題も生じる。また近時、環境問題、資源問題等の観
点から、使用済みの電池を回収し、分解して部品ごとに
リサイクルすることの必要性が、広く一般にも認知され
つつある。ところが、前記(3)のパンチングメタルは、
鉄基材とニッケルめっき層の複合構造を有するためリサ
イクルが難しいという問題がある。とくに、高価で生産
量も少ないニッケルを回収することは重要であるが、鉄
の混入による純度の低下が避けられず、高純度のニッケ
ルとして再利用できないという問題がある。

【０００９】(3)のパンチングメタルに代えて、例えば
ニッケルを薄板状に圧延した圧延ニッケル箔に、打ち抜
きにより多数の通孔を形成したパンチングメタルを使用
することも考えられる。しかし、上記パンチングメタル
のもとになる圧延ニッケル箔は、ビッカース硬さＨｖが
およそ３００程度と柔らかく、塑性変形しやすいため、
例えば負極の製造時や、あるいは製造した負極の電池へ
の組み込み時などに引張力が加わると変形したり破断し
たりしやすいという問題がある。

【００１０】また圧延ニッケル箔を用いたパンチングメ
タルでも、抜きカスの問題、およびバリの問題は依然と
して解消されない。この発明の主たる目的は、全体が高
純度のニッケルにて形成されるため、電池反応系への不
純物の混入による充放電特性の低下等を生じることがな
い上、リサイクルが容易であり、なおかつ高強度で寸法
安定性にもすぐれるため、負極の製造時や、製造した負
極の電池への組み込み時などに引張力が加わっても変形
したり破断したりするおそれがなく、しかも薄肉化が容
易で電池の高容量化にも適した新規なニッケルカドミウ
ム電池用の負極集電体を提供することにある。

【００１１】また本発明の他の目的は、かかる負極集電
体を、抜きカスやバリの問題を生じることなく、低コス
トで安価に、しかも生産性よく製造できる、負極集電体
の製造方法を提供することにある。また本発明のさらに
他の目的は、高容量でかつ充放電特性にすぐれたニッケ
ルカドミウム電池を製造しうるニッケルカドミウム電池
用の負極を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１記載の発明は、ビッカース硬さＨｖが３５０〜４５０
で、かつ炭素含有量が０．０１〜０．１％のニッケルに
より、多数の孔を有する薄板状に形成されたことを特徴
とするニッケルカドミウム電池用の負極集電体である。
請求項１の構成によれば、負極集電体は、０．０１〜
０．１％という微量の炭素を含むものの、その全体が高
純度のニッケルにて形成される。このため前記(3)のパ
ンチングメタルのように、電池反応系への不純物の混入
による充放電特性の低下等を生じることがない上、リサ
イクルも容易である。

【００１３】また負極集電体は、エキスパンドメタルに
比べて変形しにくい、多数の孔を有する薄板状に形成さ
れている。それとともに負極集電体は、０．０１〜０．
１％の炭素を含むために、ビッカース硬さＨｖが３５０
〜４５０という、圧延ニッケル箔に比べて塑性変形しに
くい適度の硬さを有している。したがって負極の製造時
や、製造した負極の電池への組み込み時などに引張力が
加わっても、変形したり破断したりするおそれがない。

【００１４】しかも負極集電体は、上記のようにその全
体がニッケルにて単層構造に形成され、かつ引張力が加
わっても変形したり破断したりしにくい硬さと構造とを
有しているため薄肉化が容易であり、電池の高容量化に
も適している。請求項１の構成において、ビッカース硬
さＨｖが３５０〜４５０に限定されるのは、下記の理由
による。すなわちビッカース硬さＨｖが３５０未満では
硬さが十分でなく、塑性変形しやすいため、引張力が加
わった際に変形したり破断したりしやすい。逆にビッカ
ース硬さＨｖが４５０を超えるものは硬すぎて、例えば
電池製造のためにロール状に巻くなどの加工をした際に
破断しやすいため、これらの加工を行うことができな
い。これに対し、ビッカース硬さＨｖが３５０〜４５０
の範囲内であれば、負極集電体は、加工に適し、なおか
つ十分な強度を発揮しうる適度の硬さを有するものとな
る。すなわち、電池製造のためにロール状に巻くなどの
加工をしても破断するおそれがなく、しかも負極の製造
時や、製造した負極の電池への組み込み時などに引張力
が加わっても変形したり破断したりしないものとなる。
したがってビッカース硬さＨｖは３５０〜４５０に限定
される。

【００１５】また負極集電体のビッカース硬さＨｖを上
記の範囲内とするためには、請求項１に記載したよう
に、ニッケルの炭素含有量を０．０１〜０．１％の範囲
に調整する必要がある。すなわちニッケルの炭素含有量
は、負極集電体のビッカース硬さＨｖと対応関係にあ
り、炭素含有量を０．０１〜０．１％の範囲内に調整す
ることで、負極集電体のビッカース硬さＨｖを３５０〜
４５０の範囲内とすることができる。

【００１６】なお加工性にすぐれる上、引張力が加わっ
た際に変形したり破断したりしにくい高強度の負極集電
体を得ることを考慮すると、そのビッカース硬さＨｖ
は、上記の範囲内でもとくに３７０〜４２０であるのが
好ましい。また、ビッカース硬さＨｖをこの範囲とする
ためには、ニッケルの炭素含有量は、０.０２〜０.０８
％であるのが好ましい。請求項２記載の発明は、厚みが
２〜６０μｍ、孔の孔径が１０〜５０００μｍ、開口率
が２０〜９０％である請求項１記載のニッケルカドミウ
ム電池用の負極集電体である。

【００１７】負極集電体は、その厚みが薄いほど電池を
高容量化できる。そして請求項１の負極集電体は、薄肉
化が可能な強度と構造とを有しており、薄肉化して電池
を高容量化するのに適したものである。しかしその厚み
が２μｍ未満では、薄すぎて引張強度が低下するため、
引張力が加わった際に破断するおそれがある。一方、厚
みが６０μｍを超える場合には、電池の容量が低下する
おそれがある。したがって負極集電体の厚みは、請求項
２に記載したように２〜６０μｍであるのが好ましい。

【００１８】なお電池の高容量化と、負極集電体の強度
とを併せ考慮すると、その厚みは、上記の範囲内でもと
くに１０〜３０μｍであるのがさらに好ましい。また負
極集電体は、孔の孔径が１０〜５０００μｍであるのが
好ましい。孔は、(a) その内部にも前記ニッケルの微
粉末を充てんして多孔質のニッケル層を形成すること
で、負極集電体へのカドミウムの担持量を増加させるた
めと、(b) かかる充てんにより、負極集電体の少なく
とも片面に形成した多孔質のニッケル層を負極集電体に
しっかりと固着させるためと、そして(c) 電解液中の
イオンを通過させるために設けられる。

【００１９】しかし孔の孔径が１０μｍ未満では、孔を
設けたことによるこれらの効果が十分に発揮されないお
それがある。一方、孔の孔径が５０００μｍを超える場
合には、多孔質のニッケル層の、負極集電体への固着性
が却って低下するおそれがある。したがって孔の孔径は
１０〜５０００μｍであるのが好ましい。なおこれらの
機能を併せ考慮すると、孔の孔径は、上記の範囲内でも
とくに３００〜７００μｍであるのがさらに好ましい。

【００２０】負極集電体上の孔が形成された領域におけ
る、当該領域の全面積に対する、孔の開口面積の百分率
で表される開口率は、２０〜９０％であるのが好まし
い。開口率が２０％未満では、前記(a)〜(c)の効果が十
分に発揮されないおそれがある。一方、開口率が９０％
を超える場合には負極集電体の引張強度が低下して、引
張力が加わった際に破断するおそれがある。したがって
開口率は２０〜９０％であるのが好ましい。

【００２１】なおこれらの機能を併せ考慮すると、開口
率は、上記の範囲内でもとくに４０〜５０％であるのが
さらに好ましい。請求項３記載の発明は、孔の断面形状
が正六角形であり、孔がハニカム状に配列されている請
求項１記載のニッケルカドミウム電池用の負極集電体で
ある。孔の断面形状は、円形、矩形その他、種々の形状
に形成できる。しかし、例えば図１(a)(b)に示すよう
に、負極集電体１０に形成される孔１０１の形状が、孔
径φの等しい正六角形であり、また各孔１０１…がハニ
カム状でかつ等間隔に配列されている場合には、隣り合
う孔１０１、１０１間の距離ｄが、いずれの方向にも等
しくなる。このため負極の製造時や、製造した負極の電
池への組み込み時などに、負極集電体に加えられる引張
力が均等に分散されるため、当該負極集電体の変形をさ
らに確実に防止できる。

【００２２】請求項４記載の発明は、電極の集電タブと
なる領域を一体に形成した請求項１記載のニッケルカド
ミウム電池用の負極集電体である。かかる請求項４の構
成によれば、例えば図２に示すように集電タブとなる領
域１１０が、負極集電体１０と一体に形成されるため、
集電タブを後付けする工程を省略できる。請求項５記載
の発明は、ロール状に巻くことで使用され、その最外周
に相当する位置に、孔のない領域を有している請求項１
記載のニッケルカドミウム電池用の負極集電体である。

【００２３】例えば図３(a)に示すように、負極１を、
セパレータ２、正極３、およびセパレータ４と重ね合わ
せた状態で、ロール状に巻いて形成される電池において
は、当該負極１の、最外周に相当する位置（図中の一点
鎖線より右側の位置１ａ）に多孔質のニッケル層を形成
してカドミウムを担持させても負極として機能しない。
そしてこの機能しないニッケル層が、電池の高容量化の
妨げとなる。そこで図３(b)に示すように、負極集電体
１０の、上記位置１ａに相当する位置に孔のない領域１
０ａを設けて、多孔質のニッケル層を形成しないように
すると、電池のさらなる高容量化が可能となる。

【００２４】請求項６記載の発明は、負極集電体の形状
に対応する電極領域と、孔の形状に対応する絶縁領域と
をパターン形成しためっき金型を使用して、電極領域を
陰極とする電気めっきにより、当該電極領域に選択的
に、その形状に対応したニッケルの薄膜を析出させたの
ち、この薄膜をめっき金型からはく離することによって
製造される請求項１記載のニッケルカドミウム電池用の
負極集電体である。また請求項７記載の発明は、請求項
１〜６のいずれかに記載の負極集電体を製造する方法で
あって、負極集電体の形状に対応する電極領域と、孔の
形状に対応する絶縁領域とをパターン形成しためっき金
型を使用して、電極領域を陰極とする電気めっきによ
り、当該電極領域に選択的に、その形状に対応したニッ
ケルの薄膜を析出させたのち、この薄膜をめっき金型か
らはく離することを特徴とする負極集電体の製造方法で
ある。

【００２５】上記の製造方法によって電極領域に析出、
形成されるニッケルの薄膜は、電気めっきに使用するめ
っき液の組成を調整することで、自動的に、０．０１〜
０．１％の炭素を含むものとすることができる。また、
それによって形成されるニッケルの薄膜は、ビッカース
硬さＨｖが３５０〜４５０という硬い膜となるため、従
来のニッケル箔のように圧延加工やパンチング加工が容
易でない。しかしこの製造方法によれば、圧延加工やパ
ンチング加工などを経ることなく、めっき金型の電極領
域上に直接に、多数の孔を有する薄板状に、上記の硬い
ニッケルの薄膜を形成できる。

【００２６】しかもこの製造方法によれば、パンチング
メタルのように抜きカスやバリなどを生じることもな
い。したがって負極集電体を、抜きカスやバリの問題を
生じることなく、低コストで安価に、しかも生産性よく
製造することが可能となる。また上記の製造方法では、
例えば電極領域に、電極の集電タブとなる領域を追加す
るだけで、外形の加工工程などを加えることなしに、請
求項４に記載した形状の負極集電体を製造できる。また
電極領域のうち、ロール状に巻いた際に最外周に相当す
る位置に、孔に対応する絶縁領域を形成しないことによ
り、請求項５に記載した形状の負極集電体を製造するこ
ともできる。

【００２７】請求項８記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれかに記載の負極集電体の少なくとも片面に、負極活
物質としてカドミウムを担持させたことを特徴とするニ
ッケルカドミウム電池用の負極である。請求項８の構成
によれば、負極集電体が、前記のようにこれまでよりも
薄肉化に適したものである上、バリを有しない。このた
め請求項８の負極を用いれば、例えば厚み５０μｍ程度
の薄型の隔膜と組み合わせても、電池の組み立て時に短
絡を生じることがないので、これまでよりも高容量のニ
ッケルカドミウム電池を製造できる。また負極集電体
は、その全体が高純度のニッケルにて形成される。この
ため請求項８の負極を用いれば、充放電特性にすぐれた
ニッケルカドミウム電池を製造できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明を説明する。〔負極集電体〕図１(a)は、この発明の負極集電体１０
の一実施形態を拡大して示す部分切り欠き斜視図であ
る。また図１(b)は、上記負極集電体１０の一部を拡大
した平面図である。

【００２９】負極集電体１０は、多数の孔１０１…を有
する薄板状に形成されている。負極集電体を形成する薄
板１００は、ビッカース硬さＨｖが３５０〜４５０で、
かつ炭素含有量が０．０１〜０．１％のニッケルにより
形成される。各孔１０１…は、それぞれ孔径φの等しい
正六角形に形成されている。また、各孔１０１…は、隣
り合うもの同時の距離ｄが、いずれの方向にも等しくな
る用に、ハニカム状でかつ等間隔に配列されている。

【００３０】薄板１００の厚みｔは２〜６０μｍである
のが好ましい。また孔径φは１０〜５０００μｍ、開口
率は２０〜９０％であるのが好ましい。これらの理由
は、いずれも前述したとおりである。負極集電体１０
は、図２に示すように、多数の孔１０１…を形成した領
域１０ｂから外方に膨出するように、電極の集電タブと
なる領域１１０を一体に形成してもよい。

【００３１】また図３(a)に示すように負極１を、セパ
レータ２、正極３、およびセパレータ４と重ね合わせた
状態で、ロール状に巻いて電池を形成する際に使用する
負極用の負極集電体１０としては、図３(b)に示すよう
に、負極１の、最外周に相当する位置１ａに対応する位
置に孔のない領域１０ａを設けてもよい。図中符号１０
ｂは、図２の場合と同様に、多数の孔１０１…を形成し
た領域である。これらの理由も先に述べたとおりであ
る。

【００３２】上記負極集電体１０は、以下に述べる製造
方法によって製造される。〔負極集電体の製造方法〕図４(a)は、この発明の負極
集電体の製造方法に使用されるめっき金型２の一部を拡
大した平面図である。めっき金型２は、負極集電体１０
の形状に対応する電極領域２０と、多数の孔１０１…の
形状に対応する絶縁領域２１…とをパターン形成したも
のである。かかるめっき金型２は、例えば電極領域２０
となる金属板の表面に、フォトリソグラフ法、スクリー
ン印刷法等によって、絶縁領域２１…のもとになる絶縁
材料をパターン形成することで得られる。

【００３３】パターン形成する絶縁材料としては、めっ
き液や電気めっき工程に対して安定であること、パター
ン形成の方法に応じて、そのパターン形成方法に好適に
使用できること、などの要件を満たすものが好ましい。
例えばスクリーン印刷法の場合は、パターン形成する絶
縁材料の一例としてエポキシ樹脂などがあげられる。ま
た電極領域２０を形成する金属板としても、めっき液や
電気めっき工程に対して安定であることが好ましく、そ
の一例としてはステンレス鋼板やチタニウム板、ニッケ
ル板などがあげられる。

【００３４】金属板の表面には、薄膜をはく離しやすく
する離型層を設けてもよい。離型層としては、例えば酸
化膜、金属化合物膜、黒鉛粉塗布被膜などがあげられ
る。また、例えば金属を圧延、熱処理などした際に形成
される不働態被膜を利用することもできる。また、必要
に応じて化学的あるいは電気化学的に不働態被膜を形成
して離型層としてもよい。かかる不働態被膜の例として
は、電鋳用として形成用の薬剤が市販されているチアゾ
ール系化合物の被膜などが挙げられる。

【００３５】次に、このめっき金型２のうち金属板を電
源の陰極に接続するとともに、電源の陽極にはニッケル
製の対極を接続する。そしてめっき金型２と対極とを、
ニッケルめっき液に浸漬して電気めっきを行う。ニッケ
ルめっき液としては、スルファミン酸ニッケル浴やワッ
ト浴を使用する。ニッケルめっき液は、めっき金型２の
電極領域２０に析出、形成されるニッケルの薄膜が０．
０１〜０．１％の炭素を含むものとなるように、その組
成を調整しておく。

【００３６】そうするとめっき金型２の電極領域２０
に、当該電極領域２０の形状に対応して選択的に、絶縁
領域２１…の形状に対応する多数の孔１０１…を有する
ニッケルの薄膜１００が形成される。そしてこの薄膜１
００をめっき金型２の表面からはく離することによっ
て、図１(a)(b)に示した形状を有する負極集電体１０が
製造される。図４(b)は、上記のめっき金型２を円筒状
に巻いてドラムＤを形成し、このドラムＤを、円周上の
一定範囲がめっき液Ｌと接触するように浸漬した状態
で、中心軸Ｄ１を回転軸として、図中実線の矢印で示す
ように円周方向に一定速度で回転させながら負極集電体
１０を製造する装置を示す概略断面図である。図におい
て符号Ｂは電源、Ｃは対極、Ｒは、形成された負極集電
体１０を、図中二点鎖線の矢印で示すようにドラムＤの
周面からはく離したのち、装置外へ搬送するためのロー
ラである。また符号Ｔは、対極Ｃを収容するとともに、
ドラムＤを回転できるように支持した状態で、めっき液
Ｌを内部に充てんしてめっきを行うためのめっき槽であ
る。

【００３７】上記の製造装置によれば、多数の孔を有す
る薄板状の負極集電体１０を長尺の帯状として連続的に
製造することができる。かくして製造される負極集電体
１０は、例えばその少なくとも片面に、前記多孔質のニ
ッケル層を形成し、次いでこのニッケル層に、負極活物
質としてカドミウムを担持させたのち、適当な長さにカ
ットして使用される。また、たとえばドラムＤの円周長
を、図３(a)に示す、ロール状に巻いて形成される電池
の、負極１の１本分、ないしは数本分に相当する長さ、
もしくはそれより少し長めに設定するとともに、ドラム
Ｄの円周上に、前述した孔のない領域１０ａと、多数の
孔１０１…を形成した領域１０ｂとを形成する。そうす
るとドラムＤが１周するごとに、周方向に１本分〜数本
分ずつの、図３(b)に示す負極集電体１０を、図中破線
で示すように多数が長さ方向に連続した状態で連続的に
製造することができる。またこの際には、ドラムＤの幅
を、負極集電体１０の複数本分の幅に設定すると、さら
に多数の負極集電体１０を連続的に製造できる。

【００３８】またこの際、ドラムＤの表面の電極領域
に、電極の集電タブとなる領域を追加すると、負極集電
体１０に、集電タブとなる領域１１０をも同時に形成で
きる。〔ニッケルカドミウム電池用の負極〕ニッケルカドミウ
ム電池用の負極は、上記負極集電体に、負極活物質とし
てカドミウムを担持させることで製造される。具体的に
は、従来同様に負極集電体の少なくとも片面に、ニッケ
ルの微粉末を焼結して多孔質のニッケル層を形成したの
ち、このニッケル層の表面（層自体の表面だけでなく、
多孔質の孔の内壁面をも含む）に金属カドミウムを析出
させて担持することで形成される。金属カドミウムを析
出、担持させる方法としても、従来同様に、上記ニッケ
ル層に硝酸カドミウム水溶液を含浸し、次いで水酸化ナ
トリウム水溶液などで中和したのち、水洗、乾燥させる
工程を繰り返すことが行われる。

【００３９】かくして製造される負極を、活物質として
水酸化ニッケルを担持させた正極、および多孔性樹脂フ
ィルムなどのセパレータと組み合わせることで、ニッケ
ルカドミウム電池が形成される。本発明の負極集電体、
負極およびその製造方法の構成は、以上で示した各図の
例には限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種
々の設計変更を施すことができる。

【００４０】

【実施例】以下にこの発明を、実施例、比較例に基づい
て説明する。実施例１厚み０．５ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４製）の
片面に、絶縁領域のもとになるエポキシ樹脂を用いて、
スクリーン印刷法によって、図４(a)に示す正六角形の
絶縁領域２１…を等間隔のハニカム状にパターン形成し
て、めっき金型２を作製した。なお各絶縁領域２１の径
φは５００μｍ、隣り合う絶縁領域２１、２１間の距離
ｄは２００μｍとした。

【００４１】次にこのめっき金型を、直径５０ｃｍ、幅
１００ｃｍの胴の周囲に円筒状に巻き付けてドラムＤを
形成した。そしてこのドラムＤを、ニッケル製の対極
Ｃ、めっき槽Ｔ、電源Ｂ、およびゴムローラＲと組み合
わせて、図４(b)に示す装置を構成した。そして、下記
組成のスルファミン酸ニッケルめっき液Ｌをめっき槽Ｔ
に充てんし、めっき液Ｌの液温、電流密度、ドラムＤの
回転速度などを、ドラムＤの表面に形成されるニッケル
の薄膜の厚みが２０μｍとなるように調整した状態で装
置を運転して、連続的に、長尺の負極集電体１０を製造
した。ｐＨは４、液温は５０℃であった。

【００４２】めっき液組成（成分）（濃度）６０％スルファミン酸ニッケル液６００ｇ／リットル臭化ニッケル５ｇ／リットルホウ酸３０ｇ／リットル応力調整剤１ミリリットル／リットルピット防止剤２ミリリットル／リットル製造した負極集電体１０の厚みは２０μｍであった。ま
た負極集電体１０を顕微鏡で観察したところ、孔１０１
の孔径φは５００μｍ、隣り合う孔１０１、１０１間の
距離ｄは２００μｍであり、めっき金型上に形成したパ
ターンが忠実に再現されていることがわかった。さらに
この顕微鏡観察で求めた、孔１０１の開口率は４０％で
あった。

【００４３】また上記負極集電体１０のビッカース硬さ
Ｈｖを測定したところ３８０であった。また負極集電体
１０を形成するニッケルの炭素含有量をトータルカーボ
ン測定法によって測定したところ０.０５％であった。〈負極〉上記で製造した負極集電体の両面に、ニッケル
の微粉末を焼結して多孔質のニッケル層を形成すること
で、多孔度約８５％の焼結式ニッケル基板を作製した。

【００４４】次にこのニッケル基板のニッケル層に対
し、硝酸カドミウム水溶液を減圧含浸させたのち水酸化
ナトリウム水溶液に浸漬して水洗、乾燥させる含浸・中
和工程を１０回、繰り返し行って、負極活物質としての
カドミウムを析出、担持させた。そしてプレスすること
で、総厚み２５０μｍの負極を製造した。〈ニッケルカドミウム電池〉上記負極を所定の寸法に切
り出して、同じく所定の寸法に切り出した下記の正極、
および２枚のセパレータ（厚み１００μｍのスルフォン
化ポリプロピレン不織布）とともに、図３(a)に示すよ
うにロール状に巻いて、単三型電池用の容器に収容し
た。そしてこの容器に、電解液としての６Ｍの水酸化カ
リウム水溶液３ｃｃを加え、封口してニッケルカドミウ
ム電池を作製した。

【００４５】（正極の作製）前項で製造した多孔度約８
５％の焼結式ニッケル基板の多孔質ニッケル層に対し、
硝酸ニッケル水溶液を減圧含浸させたのち水酸化ナトリ
ウム水溶液に浸漬して水洗、乾燥させる含浸・中和工程
を１０回、繰り返し行って、正極活物質としての水酸化
ニッケルを担持させた。そしてプレスすることで、総厚
み２５０μｍの正極を製造した。

【００４６】比較例１負極集電体として、ビッカース硬さＨｖが３００、厚み
が２０μｍの圧延ニッケル箔に、通孔が長径１０００μ
ｍ、短径５００μｍの菱形となるようにエキスパンド加
工をしたエキスパンドメタルを使用したこと以外は実施
例１と同様にして負極を作製し、ニッケルカドミウム電
池を作製した。比較例２負極集電体として、ビッカース硬さＨｖが３００、厚み
が２０μｍの圧延ニッケル箔に、通孔が直径５００μｍ
の円形となるように打ち抜き加工をしたパンチングメタ
ルを使用したこと以外は実施例１と同様にして負極を作
製し、ニッケルカドミウム電池を作製した。

【００４７】比較例３負極集電体として、厚み５０μｍの圧延鉄箔の両面に、
それぞれ厚み５μｍのニッケルめっき層を形成した３層
構造の基材に、通孔が直径５００μｍの円形となるよう
に打ち抜き加工をしたパンチングメタル（ビッカース硬
さＨｖが３１０、厚みが６０μｍ）を使用したこと以外
は実施例１と同様にして負極を作製し、ニッケルカドミ
ウム電池を作製した。

【００４８】上記実施例１、および比較例１〜３で作製
したニッケルカドミウム電池について、それぞれ０．２
Ｃの充放電レートで充放電を繰り返し行い、充放電１０
サイクル目に、その容量を測定した。また、さらに充放
電を繰り返して、容量が７０％まで低下したサイクル数
をもって電池寿命とした。結果を表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】表より、実施例１で作製したニッケルカド
ミウム電池は、比較例１、２のものよりも高容量で、し
かも長寿命であることが確認された。また、比較例２の
ものは負極および電池の製造時に、パンチングメタルの
変形や破断が多発し、その不良率は７０％に達した。こ
れに対し実施例１では、負極集電体の変形や破断はほと
んど発生せず、その不良率は５％未満であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a)は、この発明の負極集電体の、一実施
形態を拡大して示す部分切り欠き斜視図、同(b)は、上
記負極集電体の一部を拡大した平面図である。

【図２】負極集電体の、他の例の要部を示す平面図であ
る。

【図３】同図(a)は、この発明の負極を正極、およびセ
パレータとともにロール状に巻いて電池を形成する状態
を説明する斜視図、同図(b)は、上記負極に使用する負
極集電体の例の部分切り欠き平面図である。

【図４】同図(a)は、この発明の製造方法に使用するめ
っき金型の一部を拡大した平面図、同図(b)は、この発
明の製造方法により負極集電体を連続的に製造する装置
の概略を説明する図である。

【符号の説明】

１負極１０負極集電体１００薄板１０１孔２めっき金型２０電極領域２１絶縁領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H017 AA02 AS10 BB14 BB16 BB19 CC01 DD08 EE00 EE04 HH00 HH01 HH02 HH03 5H050 AA14 AA17 AA19 BA13 CA03 CB14 DA03 DA06 DA09 EA08 FA05 FA15 GA21 GA24 GA29 HA02 HA04 HA06 HA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビッカース硬さＨｖが３５０〜４５０で、
かつ炭素含有量が０．０１〜０．１％のニッケルによ
り、多数の孔を有する薄板状に形成されたことを特徴と
するニッケルカドミウム電池用の負極集電体。
【請求項２】厚みが２〜６０μｍ、孔の孔径が１０〜５
０００μｍ、開口率が２０〜９０％である請求項１記載
のニッケルカドミウム電池用の負極集電体。
【請求項３】孔の断面形状が正六角形であり、孔がハニ
カム状に配列されている請求項１記載のニッケルカドミ
ウム電池用の負極集電体。
【請求項４】電極の集電タブとなる領域を一体に形成し
た請求項１記載のニッケルカドミウム電池用の負極集電
体。
【請求項５】ロール状に巻くことで使用され、その最外
周に相当する位置に、孔のない領域を有している請求項
１記載のニッケルカドミウム電池用の負極集電体。
【請求項６】負極集電体の形状に対応する電極領域と、
孔の形状に対応する絶縁領域とをパターン形成しためっ
き金型を使用して、電極領域を陰極とする電気めっきに
より、当該電極領域に選択的に、その形状に対応したニ
ッケルの薄膜を析出させたのち、この薄膜をめっき金型
からはく離することによって製造される請求項１記載の
ニッケルカドミウム電池用の負極集電体。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の負極集電
体を製造する方法であって、負極集電体の形状に対応す
る電極領域と、孔の形状に対応する絶縁領域とをパター
ン形成しためっき金型を使用して、電極領域を陰極とす
る電気めっきにより、当該電極領域に選択的に、その形
状に対応したニッケルの薄膜を析出させたのち、この薄
膜をめっき金型からはく離することを特徴とする負極集
電体の製造方法。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載の負極集電
体の少なくとも片面に、負極活物質としてカドミウムを
担持させたことを特徴とするニッケルカドミウム電池用
の負極。