JP2003288902A

JP2003288902A - 電池用集電材及びそれを用いた電池

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Publication number: JP2003288902A
Application number: JP2002089575A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sato; 和哉佐藤; Yasushi Nishibori; 寧西堀; Hiroaki Yamazaki; 洋昭山崎; Toshiaki Takase; 俊明高瀬; Masanao Tanaka; 政尚田中; Yoshiyuki Mayuzumi; 良享黛; Hiroyuki Imai; 浩之今井
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd; Jemco Inc
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd; Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP4220718B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池を高容量化することができ、かつ集電性
能の良い電池を製造できる集電体及びそれを用いた電池
を提供する。【解決手段】本発明の集電材１０は、不織布１１と、
この不織布１１の表面に形成されためっき膜１２とを有
する。不織布１１の構成繊維の繊度は、望ましくは０．
０１ｄｔｅｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲である。この細い構
成繊維により、繊維束１３が形成されている。また、不
織布１１には、流体流例えば水流によって開孔１４が形
成される。不織布１１に開孔１４を形成する流体流条件
としては、ノズル径０．０５〜０．３ｍｍ、ピッチ０．
２〜３ｍｍで一列に配置したノズルプレート等を使用
し、水圧１０〜３００ｋｇ／ｃｍ²の流体流で処理す
る。開孔１４の形状は、不織布１１上に開孔１４が均一
に分散しているのであれば特に限定するものではなく、
四角形、円形、楕円形その他種々の形状であってもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池用集電材及び
それを用いた電池、特に、流体流による開孔を有する不
織布にめっきした集電材及びそれを用いた電池に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電池、特にアルカリ二次電池は、
高信頼性でかつ小型軽量化が可能であるため、ポータブ
ル機器から産業用大型設備までの各種装置の電源として
多用されている。このアルカリ二次電池には、ほとんど
の場合正極としては、水酸化ニッケル電極が使用され
る。水酸化ニッケル電極としては、集電機能を分担する
集電材に、電池反応を生起させるための正極活物質を担
持させた構造である。その場合の集電材としては、従来
からニッケル粉末を焼結した焼結ニッケル板やパンチン
グニッケル板などが広く用いられてきた。電池の容量は
このようなニッケル板の空隙中に充填させる活物質の量
によって決定され、当該活物質の充填量はニッケル板の
空隙率によって決定されるため、ニッケル板の空隙率を
できるだけ大きくすることが望まれる。

【０００３】ところが焼結ニッケル板はパンチングニッ
ケル板を基材としており、この基材は空隙率が７５〜８
０％と低い上、硝酸塩溶液中のニッケル含有量が少ない
ため、活物質を所定量充填するためには含浸及び中和の
充填サイクルを数回以上繰り返す必要があり、充填サイ
クルを繰り返すに従い硝酸塩溶液のニッケル板内部への
浸透が悪化するため、活物質を高密度に充填することが
困難である。そこで、最近では、電池の小型化、高容量
化の要請に伴い、集電材の活物質の充填密度を高めるた
めに、空隙率が大きく、それ故活物質の充填密度を高め
ることができる三次元網状構造体からなる集電材が採用
されている。

【０００４】この三次元網状構造の集電材としては、例
えば特開平８−３２９９５６号公報に記載されているよ
うに、有機繊維を抄造してなる不織布に所定量のニッケ
ルめっきを施し、不織布を熱分解除去することなしに、
不織布の表面のみが導電性を発揮できるようにした三次
元網状構造からなる集電材が知られている。

【０００５】また、不織布と、この不織布の表面に形成
されたニッケルめっき膜とを備えたアルカリ二次電池用
集電材も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−３２９９５６号公報に示された集電材に使用する有
機繊維を抄造してなる不織布は、その表面に施されるニ
ッケルめっき量が多いため、空隙率が低くなると同時に
孔径が小さくなるため、電池の活物質を十分に充填でき
ず電池の高容量化が困難であるという問題点があった。

【０００７】また、従来の不織布の表面にニッケルめっ
き膜が形成された集電材では、抵抗が高く集電性能が悪
いという問題点があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、電池を高容量化することが
でき、かつ集電性能の良い電池を製造できる集電体及び
それを用いた電池を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、電池用集電材であって、流体流による開孔を有
する不織布と、前記不織布に施されためっきとを備える
ことを特徴とする電池用集電材である。

【００１０】請求項２に係る発明は、前記不織布の構成
繊維の繊度が、０．０１ｄｔｅｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲
であることを特徴とする。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載された集電材を用いることを特徴とする電池であ
る。

【００１２】請求項１の発明によれば、電池用集電材と
して流体流による開孔を有する不織布を使用するので、
流体流（特に水流）により形成された開孔には、繊維が
残存しているため、活物質を充填し易く活物質が抜けに
くく、活物質の充填量を多くすることができる。結果と
して、この集電材を使用した電池は、容量が増大する。
また、流体流により形成された開孔に残存した不織布の
繊維によっても集電できるため、集電性能も優れてい
る。さらに、不織布の繊維が束状となり、１本のめっき
断面積が広くなるため、電気抵抗を低くすることがで
き、この点からも集電性能に優れる。

【００１３】請求項２の発明によれば、不織布の構成繊
維の繊度が０．０１ｄｔｅｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲であ
るので、繊維束を形成し易く十分な孔の面積を確保でき
るため活物質の充填密度を高めることができ、繊維表面
積が大きくなるため十分な集電性能が得られる。

【００１４】請求項３の発明によれば、電池が請求項１
又は２に記載された集電材を用いるので、電池容量が大
きく、集電性能も優れた電池が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態による集電材
の一部を拡大して示す概略平面図である。図に示すよう
に、本発明の集電材１０は、不織布１１と、この不織布
１１の表面に形成されためっき膜１２とを有する。不織
布１１の構成繊維の繊度は、望ましくは０．０１ｄｔｅ
ｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲である。この細い構成繊維によ
り、繊維束１３が形成されている。また、不織布１１に
は、流体流例えば水流によって開孔１４が形成されてい
る。本発明による集電材１０は、種々の一次電池及び二
次電池、例えばアルカリ電池やリチウム電池に使用する
ことができるが、望ましい電池の例として、アルカリ二
次電池を例に説明する。

【００１７】不織布１１に開孔１４を形成する流体流条
件としては、ノズル径０．０５〜０．３ｍｍ、ピッチ
０．２〜３ｍｍで一列に配置したノズルプレートや、ノ
ズルを２列以上に配列したノズルプレートを使用し、水
圧１０〜３００ｋｇ／ｃｍ²の流体流で処理する。開孔
成形用支持体は、金属又はプラスチックのネットからな
るコンベア−ベルトや前記ネットを巻いた水透過性のド
ラムを用いるか、又は金属、プラスチックで作製され孔
の開いた水透過性のドラム等を用いることができる。ネ
ットの場合は、平織り、綾織り等各種の織り構造のネッ
トを用いることができ、５〜６０メッシュの織り組織が
適している。６０メッシュを超える織り組織を用いた場
合は、開孔した不織布を形成するのが困難となる。５メ
ッシュ未満であると、形態安定性が悪い。

【００１８】開孔１４についての開孔面積は、１つの開
孔面積として１〜２５ｍｍ²の範囲が好ましい。開孔面
積が１ｍｍ²未満であると、開孔１４が小さく活物質が
入りずらいため充填密度が低くなる。一方、開孔面積が
２５ｍｍ²を超えると、開孔１４が大きいため、活物質
の充填時に開孔１４の部分の活物質が抜けやすく充填密
度が低くなる。また、開孔１４に入り込む繊維１５が開
孔１４の中心部に届きずらくなるため、集電性が悪くな
る。開孔面積は、４〜１６ｍｍ²がより好ましい。開孔
１４についての開孔面積比は、開孔面積比＝｛開孔面積
÷開孔がないとみなした開孔した不織布の面積｝×１０
０）で求められ、１０〜８５％の範囲が好ましい。開孔
面積比が１０％未満であると、充填密度向上の効果が少
ない。一方、開孔面積比が８５％を超えると、形態安定
性を失う、すなわち活物質の充填時に不織布１１が伸び
やすい。開孔１４の形状は、不織布１１上に開孔１４が
均一に分散しているのであれば特に限定するものではな
く、四角形、円形、楕円形その他種々の形状であっても
よい。

【００１９】次に、不織布１１は、ポリオレフィン系繊
維又はポリアミド樹脂系繊維のいずれか一方又は双方で
構成することができる。ポリオレフィン系繊維の樹脂成
分としては、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、エチレン−プロピレンコポリマ
ー、エチレン−ブテン−プロピレンコポリマー又はエチ
レン−ビニルアルコールコポリマーなどが挙げられ、ポ
リオレフィン系の繊維は、これらの樹脂成分を一種以上
含むことが好ましい。ポリアミド樹脂系繊維の樹脂成分
としては、例えば、ナイロン６，ナイロン６６，ナイロ
ン１２，又はナイロン６とナイロン１２との共重合体等
が挙げられ、ポリアミド樹脂系繊維はこれらの樹脂成分
を１種以上含むことが好ましい。

【００２０】ポリオレフィン系繊維又はポリアミド樹脂
系繊維のいずれか一方又は双方で構成された不織布１１
を使用できるのは、ポリオレフィン系繊維及びポリアミ
ド樹脂系繊維自体がすでに電池のセパレータとして使用
されている実績があり、電解液としての２０〜３５重量
％ＫＯＨ水溶液と接触してもポリオレフィン系繊維及び
ポリアミド樹脂系繊維は溶解しないため物性の変化がな
く、耐アルカリ性が優れており、非常に安価に購入でき
て汎用性が高いからである。

【００２１】ポリオレフィン系繊維の場合であれば、耐
アルカリ性及び耐酸性に優れているポリエチレン樹脂又
はポリプロピレン樹脂であることが特に好ましい。ポリ
オレフィン系繊維はポリプロピレン樹脂のみでも、ポリ
エチレン樹脂のみでも、或いはこれらの樹脂を組み合わ
せた繊維でもよい。特に、ポリプロピレン（芯）の周囲
がポリエチレン（鞘）で覆われている芯鞘型複合繊維
は、耐アルカリ性と強度特性の両者を同時に満たすこと
ができるので好適である。図１ではポリオレフィン系繊
維又はポリアミド系繊維を示しているが、本発明はそれ
に限定されるものではない。

【００２２】この不織布１１を構成する繊維としては特
に限定されるものではないが、巻縮を有する繊維を使用
することが好ましい。不織布１１が巻縮を有する繊維を
含むと、不織布１１が嵩高となるためその空隙体積が大
きくなり、活物質を多く充填できるので高容量の電池と
なる。また、平均孔径が大きくなるため活物質の充填が
容易となる。巻縮繊維としては巻縮数が３個／インチ以
上であるのが好ましく、５個／インチ以上であるのが更
に好ましい。また、適度な空隙率を保持できるように、
巻縮を有する繊維は、不織布中５重量％以上混在してい
るのが好ましく、より好ましくは２０重量％以上の比率
で混在するのが良く、５０重量％以上の比率で混在して
いるのが更に好ましい。この巻縮繊維は機械的に巻縮を
付与しても良いし、熱により巻縮が発現する繊維でも良
い。熱により巻縮が発現する繊維としては、収縮温度の
異なる２種の樹脂からなるサイドバイサイド繊維又は偏
芯タイプの芯鞘型繊維などが挙げられる。また、分割繊
維は分割後の表面積が大きいため、集電性に優れ好まし
い。この分割繊維の横断面形状は、オレンジ型、多重バ
イメタル型、海島型等であるのが好適である。

【００２３】この不織布１１を製造する方法としては、
（ａ）カード法やエアレイ法、又は（ｂ）紡糸状態から
連続的にシート化するメルトブロー法やスパンボンド法
のような乾式法、或いは（ｃ）繊維を水に分散し、それ
を抄きとる湿式法等により繊維ウェブを形成した後、流
体流を作用させることにより開孔を形成して得ることが
できる。特に、湿式法により得られた繊維ウェブから製
造した不織布は、乾式法により得られた繊維ウェブから
製造した不織布と比較してその目付及び厚みのばらつき
が小さいので、均一な集電材を得ることができる。この
ため、この集電材を使用すると厚みが均一な電極が形成
され、その電極を巻回すると密着性に優れた極群が形成
でき、結果として充放電特性に優れた電池を得ることが
できる。

【００２４】開孔させた不織布に対して熱処理を実施し
て、繊維を互いの接触点で局部的に融着させることによ
り全体の強度特性を高めることができる。しかし、繊維
の熱分解温度以上の温度で熱処理を行うと、繊維が熱分
解して消失してしまうので、その処理温度は繊維の熱分
解温度未満に設定して行うことが必要である。

【００２５】熱処理の温度は、あまり低温であると繊維
相互の熱融着は十分といえないので、得られた不織布の
強度は低くなり、活物質合成ペーストの充填時に破断な
どが起こりやすい。一方、あまり高温にすると繊維の溶
融が進行して空隙率の低下を招き、これもまた、活物質
合成ペーストの充填密度を低めることになりやすい。こ
のため、上述した繊維が軟化する温度から融点よりも３
０℃高い温度の範囲内に設定するのが好ましく、例え
ば、繊維としてポリプロピレンの周囲がポリエチレンで
覆われている前述の芯鞘型複合繊維を用いた場合、熱処
理の温度は１１０〜１４０℃であることが好ましい。

【００２６】不織布１１は、その空隙率が７０％以上で
あることが好ましい。この場合の空隙率とは、不織布全
体（開孔も不織布の一部であるとみなす）の容積に対す
る空孔の百分率をいう。空隙率を７０％より小さくする
と、得られた不織布１１の強度特性は向上するが、活物
質合成ペーストの充填密度が低くなり、結果として高容
量電池の電極用集電材１０としての性能低下を招く。よ
り好ましくは、空隙率は７５％以上である。一方、空隙
率をあまり高くすると、大幅な強度の低下が引き起こさ
れるので、空隙率を７５〜９８％となるようにすること
がさらに好ましい。

【００２７】集電材１０は、上述のようなポリオレフィ
ン系繊維又はポリアミド樹脂系繊維のいずれか一方又は
双方で構成された不織布１１を使用するのが好ましい。
好ましくは、不織布１１を親水化処理する。これによ
り、不織布の繊維とめっき膜との密着度が上昇し、めっ
き膜の表面抵抗が低下するため、ハイレート充放電が可
能となる。親水化処理は、スルホン化処理，フッ素ガス
処理又はビニルモノマーのグラフト処理、界面活性剤処
理、親水性樹脂付与処理及び放電処理により行われる。
特に、スルホン化処理、フッ素ガス処理又はビニルモノ
マーのグラフト処理は電池に使用される電解液である２
０〜３５重量％ＫＯＨの水溶液中で長期間におけるめっ
き膜の脱落や表面抵抗の上昇がなく好ましい。集電材１
０は、その親水化処理された不織布１１をめっき処理し
て作られる。

【００２８】スルホン化処理としては、特に限定するも
のではないが、例えば発煙硫酸、硫酸、三酸化イオウ、
クロロ硫酸、又は塩化スルフリルなどへの浸漬による処
理がある。これらの中でも発煙硫酸によるスルホン化処
理は、反応性が高く、比較的容易にスルホン化できるた
め、好適である。フッ素ガス処理についても、特に限定
するものではないが、例えば、不活性ガス（例えば窒素
ガス、アルゴンガス等）で希釈したフッ素ガスと、酸素
ガス、二酸化炭素ガス、及び二酸化イオウガスなどの中
から選んだ少なくとも一種類のガスとの混合ガスヘの接
触による処理を挙げることができる。なお、不織布に二
酸化イオウガスを予め付着させた後に、フッ素ガスを接
触させる方法は、より効率的で、恒久的な親水化処理方
法である。ビニルモノマーのグラフト処理についても、
特に限定するものではないが、例えば、アクリル酸、メ
タクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステ
ル、ビニルピリジン、或いはスチレンの中から選んだ少
なくとも１種類のグラフト重合液を不織布に含浸し、紫
外線を照射する処理を挙げることができる。これらの中
でも、アクリル酸は電解液であるＫＯＨ水溶液中での長
時間におけるめっき膜の脱落や表面抵抗の上昇がなく好
ましい。

【００２９】このようにして得られた開孔を有する不織
布、好ましくは親水化処理した開孔を有する不織布のめ
っき処理を行う。このめっき処理は、無電解めっき法で
あることが好ましく、必要に応じて無電解めっき法によ
り形成された無電解めっき膜に更に電解めっき法により
電解めっき膜を形成し、不織布１１の表面をめっき膜１
２で被覆する。めっきを行う金属としては、代表的には
ニッケルであるが、使用する電池に応じて種々の金属、
例えば銅、金、アルミニウムなどを使用することができ
る。

【００３０】本発明においては、めっき膜１２が形成さ
れためっき不織布繊維表面のめっき断面積は、１０μｍ
²〜１３０μｍ²の範囲であることが望ましい。めっき断
面積が１０μｍ²未満であると、めっき膜１２の表面抵
抗が高くなり、ハイレート充放電が困難となるので、２
０μｍ²以上であるのがより好ましく、３０μｍ²以上で
あるのがさらに好ましい。また、めっき断面積が１３０
μｍ²を超えると、繊維が太くなり、空隙率が低下し、
活物質の充填量が減り、電池の高容量化が困難となるの
で、１２０μｍ²以下であるのがより好ましく、１１０
μｍ²以下であるのがさらに好ましい。

【００３１】本発明においては、不織布を構成する繊維
として、繊度が０．０１〜３０ｄｔｅｘの範囲であるこ
とが好ましい。繊度が０．０１ｄｔｅｘ未満であると、
強度が弱く、活物質の充填時に繊維の破断が起こりやす
くなる。また、開孔以外の束状に繊維が集合した部分が
繊密なため活物質が入りずらく充填密度が低くなりやす
い。一方、繊度が３０ｄｔｅｘを超えると、繊維の表面
積が小さくなり集電性が不十分となりやすい。また、繊
維の自由度が下がるため流体流で開孔を形成しずらくな
りやすい。より好ましい繊度は、０．１〜１２ｄｔｅｘ
の範囲である。

【００３２】ここで、無電解めっき法は、具体的には触
媒付与化工程と無電解めっき工程とに分けられる。触媒
付与化工程は、塩化第一錫の塩酸水溶液で処理した後に
塩化パラジウムの塩酸水溶液で触媒化する方法と、硬化
剤のアミノ基を含む塩化パラジウムの塩酸溶液のみで固
定化する方法などがあるが、前者による方法が、最もめ
っき膜厚の均一性に優れるので好ましい。無電解めっき
工程は、一般的に硝酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニ
ッケル等のニッケル塩を含有する水溶液中でニッケルを
還元剤にて還元する方法であり、必要に応じて錯化剤、
ｐＨ調整剤、緩衝剤、安定化剤等が投入される。特に純
度の高いニッケル皮膜を得るため、還元剤として水和ヒ
ドラジン、硫酸ヒドラジン、酸化ヒドラジン等のヒドラ
ジン誘導体を使用する方法が好ましい。無電解めっきす
る際の不織布の性状は、連続した長尺を巻き取りながら
触媒付与槽からめっき槽へと連続にめっきする方法や、
ロール状に巻き取った状態で、チーズ染色機を使用して
強制的に液を循環させてめっきする方法などが挙げられ
る。ロール状に巻き取った状態での処理にあっては、触
媒付与工程のみ或いは無電解めっき工程のみを行っても
良く、又はその両工程をロール状に巻き取った状態で行
っても良い。

【００３３】必要に応じて電解めっき膜を更に形成す
る。電解めっき法は、めっき浴を用いて行われる。めっ
き浴としては、ワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴が
知られている。これに、ｐＨ緩衝剤、界面緩衝剤等の添
加剤が使用される場合もある。この浴に無電解めっきし
た不織布を陰極に、ニッケル対極板を陽極に接続して直
流或いはパルス断続電流を通電させることにより、無電
解めっき膜を形成した上に更に電解めっき膜を形成し、
めっき膜１２とする。

【００３４】次に、本発明による集電材を用いた電池の
例として、アルカリ二次電池を図面に基づいて説明す
る。

【００３５】図２に示すように、電池１０１は、開孔を
有する不織布にニッケルめっきを施した集電材を用いた
アルカリ二次電池であり、この集電材からなる帯状の正
極１０２と帯状の負極１０３を備える。そして正極１０
２と負極１０３との間には第１セパレータ１０４ａが介
装されており、正極１０２の内側に第２セパレータ１０
４ｂが介装されたロール状発電体１０６を備えている
（図２）。そしてこの電池１０１は、発電体１０６を収
容し負極を兼ねる導電性の電池ケース１０７と、このケ
ース１０７を封止し正極を兼ねる封入板１０８とを備え
ている。

【００３６】正極１０２は、上述した集電材１０を帯状
に形成し、端子を取り付ける箇所を押しつぶした後、集
電材全体の空隙部に正極活物質を含む正極ペーストを充
填し、その後乾燥及び圧延する。そして押しつぶした箇
所に集電用外部端子としてのニッケル片１０２ａをスポ
ット溶接することにより作られる。また、負極１０３は
上述の集電材を帯状に形成し、端子を取り付ける箇所を
押しつぶした後、集電材全体の空隙部に負極活物質を含
む負極ペーストを充填し、その後乾燥及び圧延する。そ
してその押しつぶした箇所に集電用外部端子としてのニ
ッケル片（図示せず）をスポット溶接することにより作
られる。一方、セパレータ１０４は多孔質シートにより
帯状に形成され、上記正極１０２及び負極１０３間に介
装された第１セパレータ１０４ａと、正極１０２の内面
に積層された第２セパレータ１０４ｂとを有する。第１
及び第２セパレータ１０４ａ，１０４ｂは正極１０２及
び負極１０３の短絡を防止し、かつ電解液を保持するよ
うに構成される。

【００３７】導電性電池ケース１０７は缶底１０７ａを
有する筒状に形成され、封入板１０８はこの電池ケース
１０７の上端の開口部を塞ぐように構成される。電池ケ
ース１０７はその内周面に負極１０３が接触するように
発電体１０６が収容可能に構成される。また、封入板１
０８の中央には電池の正極端子を形成する突起１０８ａ
が形成される。また、缶底１０７ａと発電体１０６との
間にはロア絶縁体１０９ａが介装される。発電体１０６
はロア絶縁体１０９ａが挿入された電池ケース１０７に
挿入され、発電体１０６の上端にはアッパ絶縁体１０９
ｂが配置される。

【００３８】ロア絶縁体１０９ａには負極１０３にスポ
ット溶接されたニッケル片が挿通可能なスリットが形成
され、アッパ絶縁体１０９ｂには正極１０２にスポット
溶接されたニッケル片１０２ａが挿通可能なスリットが
形成される。負極１０３にスポット溶接されたニッケル
片はロア絶縁体１０９ａに形成されたスリットを挿通し
て缶底１０７ａ側に突出し、正極１０２にスポット溶接
されたニッケル片１０２ａはアッパ絶縁体１０９ｂに形
成されたスリットを挿通して封止板１０８側に突出する
ように構成される。ロア絶縁体１０９ａのスリットから
突出したニッケル片は缶底１０７ａに接続され、アッパ
絶縁体１０９ｂのスリットから突出したニッケル片１０
２ａは封止板１０８に接続される。

【００３９】アッパ絶縁体１０９ｂが電池ケース１０７
に挿入された状態で、電池ケース１０７の開口部近傍の
上部にリング状のくびれ部１０７ｂが形成され、次いで
電解液が注入される。その後、正極１０２のニッケル片
１０２ａが接続された封止板１０８がそのくびれ部１０
７ｂにリング状の絶縁用パッキン１１１を介して配置さ
れる。その後電池ケース１０７の上端縁を折返して封入
板１０８の外周縁に絶縁用パッキン１１１とともに被せ
ることにより封入板１０８が電池ケース１０７と電気的
に絶縁され、電池ケースはその封入板１０８により封止
される。

【００４０】このように構成された電池１０１では、第
２セパレータ１０４ｂ、正極１０２、第１セパレータ１
０４ａ、負極１０３の順に積層する。このように積層さ
れた状態で、負極１０３が外側となるようにロール状に
巻回することにより発電体１０６は製造されるが、開孔
した不織布にニッケルめっきを施した集電材は、従来の
ニッケルからなる網状骨格からなる集電材に比較して比
較的柔軟であるため、この集電材を用いた正極１０２及
び負極１０３も比較的柔軟なものになり、ロール状に巻
回することが比較的容易であり、電池１０１自体の組み
立てが容易になる。

【００４１】また、親水化処理した不織布にニッケルめ
っきを施した集電材の場合、ニッケルめっきの密着性が
高いので、電池の組み立てや充放電を繰り返してもめっ
き膜質が変化することや部分的に欠落することはない。
このため、この集電材を用いた電池ではハイレート放電
特性及び容量を従来の電池より向上させることができ
る。

【００４２】なお、上述した実施の形態では円筒状の電
池ケース１０７にロール状に巻かれた発電体１０６が挿
入された電池を説明したが、電池ケースは角筒状のもの
であっても良く、発電体は図４に示すように正極１０２
及び負極１０３を渦巻き角状に巻回したもの、又は図５
に示すように蛇腹状に屈曲積層したものであっても良
い。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともにさら
に具体的に説明する。

【００４４】実施例本実施例で使用する不織布は、次のようにして調整し
た。すなわち、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長３８ｍｍの
分割性複合繊維（ポリプロピレンと高密度ポリエチレン
とからなり、繊度０．１３８ｄｅｔｘのポリプロピレン
繊維と繊度０．１３８ｄｔｅｘの高密度ポリエチレン繊
維とに分割可能、横断面形状：オレンジ状）１００％を
カード機により開繊し、目付２０（後述する比較例１で
は３１）ｇ／ｍ²の一方向繊維ウェブと、クロスレイヤ
ーにより繊維を交差させた、目付８０（後述する比較例
１では１２５）ｇ／ｍ²の交差繊維ウェブとを積層し
て、積層繊維ウェブを形成した。

【００４５】この積層繊維ウェブを下記表１の条件で、
水流によりパターンをつけた。得られた不織布は、目付
１００ｇ／ｍ²、厚み０．５０ｍｍ及び空隙率７６．５
％であり、２ｍｍ角の開孔（４ｍｍ²）が３ｍｍピッチ
で存在していた。これは、０．８１ｃｍ²中に０．３６
ｃｍ²の開孔面積となる（開孔面積比：４４．４％）。
また、開孔には多少繊維が入り込んでいた。

【００４６】

【表１】

【００４７】比較例１前記積層繊維ウェブを上記表１の条件で、水流により絡
合した後、パンチ加工により、直径２．２６ｍｍの開孔
を３ｍｍピッチで開けた。得られた不織布は目付１００
ｇ／ｍ²、厚み０．５０ｍｍ及び空隙率７６．５％であ
った。これは、０．８ｌｃｍ²中に０．３６ｃｍ²の開孔
面積であった（開孔面積比：４４．４％）。また、開孔
には繊維が入り込んでいなかった。

【００４８】比較例２前記積層繊維ウェブを上記表１の条件で、水流により絡
合した。得られた不織布は目付１００ｇ／ｍ²、厚み
０．５０ｍｍ及び空隙率７６．５％であった。この不織
布は、開孔していなかった。

【００４９】次いで、実施例及び比較例１〜２の不織布
を次のようにして無電解ニッケルめっきして、集電材１
０を作成した。

【００５０】まず、実施例及び比較例１〜２の不織布を
８０℃の発煙硫酸液に浸漬することによりスルホン化処
理を行い、得られた親水化処理不織布をニッケルめっき
処理した。このニッケルめっき処理は、親水化処理不織
布を染色機のキャリヤーに巻き付け、精錬剤を循環、水
洗いし、次に、塩化第１スズ１０ｇ／リットル、塩酸２
０ｍｌ／リットルを含んだ水溶液を循環し、水洗後、塩
化パラジウム１ｇ／リットル、塩酸２０ｍｌ／リットル
を含む水溶液を循環させて触媒化を行った。

【００５１】その後、更に水洗を行い、硫酸ニッケル１
８ｇ／リットル、クエン酸ナトリウム１０ｇ／リット
ル、水和ヒドラジン５０ｍｌ／リットル、２５％アンモ
ニア水１００ｍｌ／リットルに各濃度となる無電解ニッ
ケルめっき液を、めっき後の集電材の全重量に対するニ
ッケルめっき重量が１００ｇ／ｍ²となるニッケルを含
有する液量で、８０℃に加熱して循環した。１時間循環
させてめっき液がほぼ透明となった後にその循環を止め
て開孔した不織布を取り出し、水洗し更に乾燥を行って
集電材１０を得た。

【００５２】得られた集電材１０の評価を以下のように
行った。

【００５３】充填試験重量比で正極活物質Ｎｉ（ＯＨ）₂８０％、結着剤とし
て１％ＣＭＣ水溶液１６％、純水４％を混合し、粘度１
５００ｐｏｉｓのペーストを作製した。５ｃｍ角の集電
材をこのペースト中に浸漬し、０．５ｍｍ間隔のスリッ
トに通し、表面についたペーストを除去した。１００℃
のドライヤー中で３０分乾燥後、プレス機で０．３ｍｍ
に調厚した。この集電材の重量を測定し、活物質の充填
密度を計算した。充填密度は、充填密度（ｇ／ｃｍ³）
＝（充填後重量−開孔した不織布の重量）÷２５÷０．
０３の計算式により求めた。得られた充填密度及び後述
する他の試験項目を表２に示した。

【００５４】

【表２】

【００５５】実施例の集電材１０は、開孔１４に多少繊
維が入り込んでいるため、充填時に開孔部１４にも活物
質が詰まりやすく充填密度が高かった。また、充填時に
面からの充填のみではなく、開孔１４の断面方向からの
充填もされるためより活物質が充填され易かった。比較
例１の集電材は充填時に開孔部分の活物質が抜けやすく
充填密度が低かった。比較例２の集電材は活物質が入り
づらく充填密度が低かった。

【００５６】１０ｃｍ抵抗各集電材を１０ｃｍ×５ｃｍにカットし、両端（１０ｃ
ｍ間）の１ｋＨｚ交流抵抗を測定した。実施例の集電材
は繊維の方向が揃っているため、数本の単繊維が集まっ
た繊維束がメッキにより１本になりやすく、メッキの断
面積が大きくなるため抵抗が低かった。比較例１及び２
の集電材では、高い抵抗値であった。

【００５７】電池内部抵抗正極に各集電材、負極に発泡ニッケル基材を使用し、Ａ
Ａサイズのニッケル水素電池を作製した。極板のサイズ
は４×８ｃｍに統一した。理論容量は８３０〜１１６０
ｍＡｈである。なお、充填密度が異なるので理論容量も
異なる。０．１Ｃで電池を活性化（充電：理論容量×
０．１ｍＡｈ、１２時間、充電休止１５分、放電：理論
容量×０．１ｍＡｈ、１．０Ｖ、終止、次いで放電休止
１５分を１サイクルとし、５サイクル実施）した後、１
ｋＨｚで電池正負間の交流抵抗を測定した。実施例の集
電材は抵抗が低いため、電池内部抵抗も低かった。これ
に対して比較例１及び２の集電材では、電池内部抵抗が
比較的高いものであった。

【００５８】活物質利用率上記と同じ活性化後の放電容量から、活物質利用率を計
算した。活物質利用率は、活物質利用率（％）＝５サイ
クル目の放電容量（ｍＡｈ）÷理論容量（ｍＡｈ）×１
００の計算式により求めた。実施例の集電材は開孔部に
も繊維が入り込んでおり、開孔部に充填された活物質か
らの集電も優れているため、活物質利用率が高かった。
比較例２の集電材は１０ｃｍ抵抗が高いため、電池内部
抵抗も高くなり、多少利用率が低かった。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、電池用集電材として流体流による開孔を有する
不織布を使用するので、流体流（特に水流）により形成
された開孔には、繊維が残存しているため、活物質を充
填し易く活物質が抜けにくく、活物質の充填量を多くす
ることができる。結果として、この集電材を使用した電
池は、容量が増大する。また、流体流により形成された
開孔に残存した不織布の繊維によっても集電できるた
め、集電性能も優れている。さらに、不織布の繊維が束
状となり、１本のめっき断面積が広くなるため、電気抵
抗を低くすることができ、この点からも集電性能に優れ
た集電材が得られるという効果を奏する。

【００６０】請求項２の発明によれば、不織布の構成繊
維の繊度が０．０１ｄｔｅｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲であ
るので、繊維束を形成し易く十分な孔の面積を確保でき
るため活物質の充填密度を高めることができ、繊維表面
積が大きくなるため十分な集電性能が得られるという効
果を奏する。

【００６１】請求項３の発明によれば、電池が請求項１
又は２に記載された集電材を用いるので、電池容量が大
きく、集電性能も優れた電池が得られるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による集電材の一部を拡大
して示す概略平面図である。

【図２】本発明のアルカリ二次電池の一部を切り欠いた
斜視図である。

【図３】集電体が渦巻き円状に巻回された図２のＡ−Ａ
線断面図である。

【図４】集電体が渦巻き角状に巻回された図３に対応す
る断面図である。

【図５】集電体が蛇腹状に屈曲積層された図３に対応す
る断面図である。

【符号の説明】

１０…集電材、１１…不織布、１２…めっき膜、１３…
繊維束、１４…開孔、１５…繊維、１０１…アルカリ二
次電池、１０２…正極、１０２ａ…ニッケル片、１０３
…負極、１０４…セパレータ、１０４ａ…第１セパレー
タ、１０４ｂ…第２セパレータ、１０６…発電体、１０
７…電池ケース、１０７ａ…缶底、１０８…封入板、１
０９ａ…ロア絶縁体、１０９ｂ…アッパ絶縁体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西堀寧茨城県猿島郡総和町大字北利根７番地日本バイリーン株式会社内 (72)発明者山崎洋昭茨城県猿島郡総和町大字北利根７番地日本バイリーン株式会社内 (72)発明者高瀬俊明茨城県猿島郡総和町大字北利根７番地日本バイリーン株式会社内 (72)発明者田中政尚茨城県猿島郡総和町大字北利根７番地日本バイリーン株式会社内 (72)発明者黛良享秋田県秋田市茨島三丁目１番６号株式会社ジェムコ内 (72)発明者今井浩之秋田県秋田市茨島三丁目１番６号株式会社ジェムコ内Ｆターム(参考） 5H017 AS01 BB16 CC25 DD06 EE09 HH02 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池用集電材であって、流体流による開孔を有する不織布と、前記不織布に施されためっきとを備えることを特徴とす
る電池用集電材。
【請求項２】前記不織布の構成繊維の繊度は、０．０
１ｄｔｅｘ〜３０ｄｔｅｘの範囲であることを特徴とす
る、請求項１に記載の電池用集電材。
【請求項３】請求項１又は２に記載された集電材を用
いることを特徴とする電池。