JP2003297349A

JP2003297349A - 非焼結式ニッケル電極、アルカリ電池および非焼結式ニッケル電極用複合体の前駆体

Info

Publication number: JP2003297349A
Application number: JP2002097227A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kurokuzuhara; 実黒葛原; Mitsuhiro Kodama; 充浩児玉; Masaharu Watada; 正治綿田
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】非焼結式ニッケル電極を正極に適用するアル
カリ電池において、安価で且つ集電機能に優れた非焼結
式ニッケル電極を実現し、該正極を適用することによっ
て放電特性に優れ且つ安価なアルカリ電池の提供を可能
にする。【解決手段】水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉
末と、高次コバルト化合物と金属ニッケルからなる導電
剤を主構成材料とする複合体を２次元の導電性基板に担
持させたことを特徴とする非焼結式ニッケル電極とし、
該ニッケル電極を正極に適用したアルカリ電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ電池の非
焼結式ニッケル電極とそれに用いる活物質粉末と導電剤
からなる複合体および前記ニッケル電極を適用したアル
カリ電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年携帯電話等の小型情報端末機器、パ
ーソナルコンピュータ、電動工具等の電源として、ニッ
ケル水素電池やニッケルカドミウム電池等のアルカリ電
池が広く用いられている。また、ニッケル亜鉛一次（ニ
ッケル亜鉛乾電池ともいう）および二次電池も高エネル
ギーを有する電池として注目されている。殊に、ニッケ
ル水素電池は、従来高出力を必要とする用途には不向き
とされていたが、高率放電特性の改良によって前記の用
途のみならず、ハイブリッド形電気自動車（ＨＥＶ）の
動力源としても用いられるようになり、その需要が増大
している。

【０００３】前記用途において、電池は一般的に限定さ
れた大きさの空間に収納される。省スペース化のため、
電池に対しても小型化が要求されている。また、適用す
る機器の電気的負荷が大きくなる傾向にあり、電池に対
して更なる高容量化が要求されている。

【０００４】アルカリ電池は、水酸化ニッケルを主活物
質とするニッケル電極を正極とし、水素吸蔵合金電極、
カドミウム電極や亜鉛電極を負極とする構成を採ってい
る。正極については、生産性が高いことと、高容量化を
図ることができるところから、かっての焼結式ニッケル
電極に替えて、非焼結式（ペースト式ともいう）ニッケ
ル電極が広く用いられている。

【０００５】前記非焼結式ニッケル電極は、活物質であ
る水酸化ニッケルとニッケル粉末等導電剤の混合粉末
や、ニッケル電極内に高次コバルト化合物からなる導電
層を形成するための前駆体である一酸化コバルトや水酸
化コバルトとの混合物にカルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）等の贈年剤の水溶液を添加して混連してペー
ストにし、該ペーストを発泡ニッケル等のスポンジ状金
属多孔体やニッケル繊維の焼結体からなるマット状金属
多孔体等３次元の多孔性基板に充填した後乾燥し、プレ
ス加工を施したものである。

【０００６】前記導電層を形成するための前駆体である
一酸化コバルトや水酸化コバルトは電池に組み込まれた
後導電性の高次コバルト化合物に変わる。高次コバルト
化合物からなる導電層の形成方法として、水酸化ニッケ
ルを主成分とする活物質粉末の表面に水酸化コバルトを
コートしておき、該活物質粉末を適用したニッケル電極
を電池に組み込んだ後に前記水酸化コバルトを高次コバ
ルト化合物に変える方法や、前記活物質粉末を次亜塩素
酸塩等の酸化剤を用いて電池に組み込む前に高次コバル
ト化合物に変える方法が提案されている。

【０００７】前記非焼結式ニッケル電極は、それ以前の
焼結式ニッケル電極に比べて活物質充填量の増大を図る
ことができかつ生産能率も高めることができる。そし
て、活物質粉末の支持基板兼集電体として前記３次元の
多孔性基板を用いる。

【０００８】図３は、前記３次元多孔性基板５を用いた
ニッケル電極４を模式的に示した拡大図である。該多孔
性基板５は基板内の空間７が多孔性基板５によって１０
０〜２００μｍ（図で空間の大きさを孔径として示し
た）と小さく仕切られているので、空間７内に充填した
平均粒径１０〜２０μｍの活物質粉末６と多孔性基板５
との距離が小さく集電機能に優れた極板が実現できる利
点がある。

【０００９】図４は、従来のニッケル電極における多孔
性基板５と活物質粉末６間の電気的導通の機構を模式的
に示した図である。図４の（イ）に示した活物質粉末２
に混合添加した一酸化コバルト粉末もしくは水酸化コバ
ルト粉末８や図４の（ロ）に示した活物質粉末６の表面
にコートした水酸化コバルト９を基にして図４の（ハ）
に示した前記高次コバルト化合物からなる導電層１０を
形成させるのみで十分な集電機能が得られる。

【００１０】しかし、前記３次元の多孔性基板は高価で
あり、アルカリ電池の材料コストを押し上げる欠点があ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の問題点に鑑みてなされたものであり、ニッケル電極
の基板に安価な２次元の基板を適用しつつ、これまでの
非焼結式ニッケル電極およびそれを用いたアルカリ電池
と比べて遜色のない性能を有するニッケル電極およびア
ルカリ電池を提供せんとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、アル
カリ電池の正極に水酸化ニッケルを主成分とする活物質
粉末と、高次コバルト化合物と金属ニッケルからなる導
電剤を主構成材料とする複合体を２次元の導電性基板に
担持させたことを特徴とする非焼結式ニッケル電極を適
用することによって前記課題を解決する。ここでいう高
次コバルト化合物とは、オキシ水酸化コバルトとも称
し、コバルトの酸化数が３価の導電性化合物である。

【００１３】本発明は、前記複合体の形成に水酸化ニッ
ケルを主成分とする芯層の表面に高次コバルト化合物の
層を配し、さらにその外面に金属ニッケルの層を配する
かまたは水酸化ニッケルを主成分とする芯層の表面に水
酸化コバルトの層を配し、さらにその外面に金属ニッケ
ルの微粉体を配した前駆体を適用することによって本発
明に係る非焼結式ニッケル電極を実現する。

【００１４】本発明は、前記複合体を適用することによ
って、３次元の多孔性基板を用いることなく集電機能の
優れた非焼結式ニッケル電極を実現する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る非焼結式ニッケル電
極の基板には２次元の導電性基板を適用する。ここでい
う２次元の基板とは、平板の他穿孔板やエキスパンドメ
タルのように孔を開けた板も含む。基板を構成する基材
にはニッケルまたはニッケルメッキを施した鋼板を適用
する。

【００１６】図１は、本発明に係るニッケル電極の断面
を模式的に示した拡大図である。電極の総厚さは通常５
００〜６００μｍであり、厚さ３０〜１００μｍの２次
元の基板２を中心にしてその両面に厚さ２００〜３００
μｍの複合体の層１が形成されている。図１と前記図３
を比較して判る通り、本発明に係るニッケル電極の場
合、複合体の厚さ方向の通電経路が長い。そのために、
図３に示した従来の３次元の多孔性基板を適用している
ニッケル電極のように、活物質粉末の芯層２の表面に配
した高次コバルト化合物１０のみでは集電機能が不足す
る。

【００１７】図２（ロ）は本発明に係るニッケル電極の
活物質粉末６と導電性基板２の間の、電気的導通の様子
を模式的に示した図である。本発明では、図２（ロ）に
示したように、ニッケル電極を高次コバルト化合物１０
と金属ニッケル１１（図では金属ニッケル粉体の例を示
した）からなる導電剤と活物質粉末６の複合体とするこ
とによって、集電機能を高める。図２（ロ）の複合体
は、図２（イ）に示したように活物質粉末６の表面に水
酸化コバルトの層９を形成させ、さらにその外面に金属
ニッケル粉体を配置した粉末を主構成材料とする前記複
合体の前駆体を形成し、例えば該前駆体を適用したニッ
ケル電極をアルカリ電池に組み込んだ後、電池を化成し
て前記水酸化コバルトを高次コバルト化合物に変えるこ
とによって作する。

【００１８】本発明に適用する水酸化ニッケルを主成分
とする活物質粉末の芯層は、アンミン錯塩法によって合
成されたタップ密度が２．０ｇ／ｃｍ³以上の高密度の
粉末であって、平均粒径が８〜１２μｍであることが好
ましい。該活物質粉末の芯層は、また、亜鉛（Ｚｎ）や
マグネシウム（Ｍｇ）等の２族元素の他コバルト（Ｃ
ｏ）を各々数重量％固溶状態で含むことが望ましい。

【００１９】本発明に適用するニッケル電極用複合体の
前駆体は、前記水酸化ニッケルを主成分とする芯層の表
面に芯層に対して１〜１０重量％の高次コバルト化合物
からなる層を形成し、その外面に活物質粉末の全重量に
対して５〜２０重量％の金属製ニッケルの層を設ける。
該粉末の表面に金属ニッケル層を設けるために無電解メ
ッキ、電解メッキ、蒸着、溶射等の方法が適用できる。
該金属ニッケル製の層は、高次コバルト化合物のみの導
電機能の不足を補い、ニッケル電極の集電機能を高める
働きを有する。

【００２０】前記表面に高次コバルト化合物の層を配し
た粉末は、導電性を有しているので、電解メッキが可能
である。電解メッキは、生産能率が高く、粉体表面に安
価に金属ニッケルの層を形成できるので好ましい方法で
ある。

【００２１】前記芯層の表面に配した高次コバルト化合
物の層は、芯層表面に水酸化コバルトを層状に析出させ
た後に、苛性アルカリ水溶液の共存下で次亜塩素酸塩等
の酸化剤を用いて酸化することによって生成させること
ができる。該酸化の過程で芯層の水酸化ニッケルの一部
をも酸化して高次ニッケル化合物とすることによって負
極の放電リザーブの生成を抑制し容量の向上をはかるこ
とができるので好ましい。

【００２２】本発明に適用するニッケル電極用複合体の
前駆体は、水酸化ニッケルを主成分とする芯層の表面に
水酸化コバルトの層を配し、さらにその外面に金属ニッ
ケルの微粉体を配したことを特徴とする請求項１記載の
非焼結式ニッケル電極用複合体の前駆体である。該前駆
体の芯層表面に形成させた表面層は、α型またはβ型の
水酸化コバルトである。該表面層の外面に配置する金属
ニッケルの微粉体の粒径は０．８〜１．５μｍのものが
好ましい。金属ニッケル微粉体の添加比率は前記芯層と
表面層を含む粉末に対して５〜２０重量％とすることが
望ましい。

【００２３】前記表面層の外面に金属ニッケルの微粉体
を配置する方法は、特に限定されるものではない。ニッ
ケルの微粉体を、活物質を主成分とする粉末の表面に均
一に分散させるには、メカノケミカル（メカノフュージ
ョンともいう）な方法を適用して金属ニッケル微粉体を
表面層に強固に接合させることが好ましい。その他、リ
ボン型、スクリュー型あるいはロータ型撹拌装置を備え
た混合機を用い湿式で混合するのが好ましい。該金属ニ
ッケルの微粉体は前記金属ニッケルの層同様コバルトの
高次化合物のみからなる導電剤の導電機能の不足を補う
働きをする。

【００２４】本発明に係るニッケル電極は、前記活物質
粉末を前記２次元の導電性基板に担持させたものであ
る。該ニッケル電極は、前記活物質粉末と増粘剤の水溶
液、結着剤を混合混連してペーストとし、基板に塗布し
乾燥した後にプレス加工することによって作製する。プ
レス加工を施すことによって、活物質の充填密度を高め
ると同時に導電層の密度も高めて集電機能を向上させ
る。

【００２５】前記増粘剤としてはＣＭＣの他にメチルセ
ルロース（ＭＣ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）な
どの水溶性ポリマーが適用できる。結着剤にはポリテト
ラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂の他、エチレンプロピレン
ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）等のポリオレフィン系
のエラストマーが適用できる。ＰＴＦＥは化学的安定性
に優れ混連することによって繊維状となり決着機能を発
揮するので生産能率が高いところから好適である。

【００２６】以下、ニッケル水素電池を例に採り、１実
施例に基づいて本発明の詳細を説明するが、本発明は、
水酸化ニッケルやニッケルの高次化合物（オキシ水酸化
ニッケル）を主たる活物質とする非焼結式ニッケル電極
を備えるアルカリ電池全てに適用できる。従って、本発
明の電池構成、電極の構成材料等は、以下に記載の実施
例に限定されるものではない。

【００２７】

【実施例】（実施例１）（ニッケル電極の活物質粉末の作製）ニッケル電極の活
物質には、高容量型のニッケル電極用活物質として用い
られている高密度タイプの水酸化ニッケルを主成分とす
る粉末（以下単に水酸化ニッケル粉末と記述する）を適
用した。該水酸化ニッケル粉末は、平均粒径が約１０μ
ｍの粉末であって、金属としての比率で亜鉛（Ｚｎ）お
よびコバルト（Ｃｏ）をそれぞれ４重量％と５重量％固
溶させた水酸化ニッケルを芯層とし、表面にβ−水酸化
コバルト｛Ｃｏ（ＯＨ）₂｝を被覆したものである。
尚、水酸化ニッケル紛末（活物質粉末）に占める前記水
酸化コバルトの比率を６重量％とした。

【００２８】（表面層の酸化処理）前記水酸化ニッケル
粉末１００ｇを温度９０℃、濃度３０重量％の水酸化ナ
トリウム水溶液２００ｍｌ中に投入し、撹拌して粉末を
分散させた。前記分散液の温度を９０℃に維持しなが
ら、酸化剤である濃度５％の次亜塩素酸ナトリウム溶液
５０ｍｌを徐徐に滴下した。該反応浴の温度を前記温度
に維持しながら、２時間の間ゆっくり撹拌した。前記水
酸化ニケル粉末を反応浴溶液とろ過分離した後、水洗し
その後乾燥した。該水酸化ニッケル紛末の平均酸化数は
２．１７であった。前記平均酸化数は水酸化コバルトの
全てが酸化されたときの平均酸化数を超えており、水酸
化ニッケルに比べて水酸化コバルトの方が優先的に酸化
されるので、水酸化コバルトの殆ど全てが高次コバルト
化合物に変わっていると推定される。

【００２９】（電解メッキによる金属ニッケル層の形
成）前記表面に高次コバルト化合物の層を形成させた活
物質粉末を金属製のメッシュ製容器に入れ、硫酸ニッケ
ルを溶解させたメッキ浴に浸漬し、活物質粉末を収納し
たメッシュ製容器を回転させながら、対極にニッケル板
を使用して電解メッキを行った。メッキ終了後粉末を水
洗乾燥し、メッキ後とメッキ前の重量差をメッキによっ
て形成された金属ニッケルの重量とした。該金属ニッケ
ルの粉末全体の重量に対する比率は１０重量％であっ
た。

【００３０】（ニッケル電極の作製）前記電解メッキに
よって表面に金属ニッケル層形成した粉末７９重量部お
よび粒径約０．２μｍのＰＴＦＥ粉末１重量部の混合物
に、濃度１％のＣＭＣ水溶液２０重量部を添加混連し
て、ペーストを作製した。該ペーストを、厚さ６０μ
ｍ、開口率４０％のニッケルメッキを施した穿孔鋼板の
両面にコーテイングし乾燥した。乾燥後の総厚さは約
１．３ｍｍであった。

【００３１】前記乾燥極板をロールによって加圧加工し
た。加圧加工後の極板の総厚さは、０．６ｍｍであっ
た。加圧加工後所定の寸法に裁断してニッケル電極とし
た。該ニケル電極の容量は、活物質塗布重量を基にして
１６００ｍＡｈと算定された。

【００３２】（水素吸蔵合金電極の作製）平均粒径約５
０μｍ、ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3（Ｍｍは
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ等の希土類元素の混合物である
ミッシュメタルを表す）で示される組成の水素吸蔵合金
粉末８０重量部と増粘剤であるＣＭＣの１％水溶液１９
重量部および前記ＰＴＦＥ粉末１重量部を混練してペー
ストとし厚さ６０μｍ、開口率４０％の穿孔鋼板に塗布
し乾燥した。ロールを用いて加圧し厚さ０．６ｍｍの負
極用原板とした。概原板を所定の寸法に裁断し、負極板
とした。なお、負極と正極の活物質の充填容量比を１．
６とした。

【００３３】（ニッケル水素電池の作製）前記ニッケル
電極と水素吸蔵合金電極を親水処理を施したポリプロピ
レン性不織布からなるセパレータを介して積層し、捲回
して捲回式極板群を作製した。該極板群を適用して、定
法によりＡＡサイズの円筒型ニッケル水素電池を５個づ
つ組み立てた。

【００３４】（実施例２）（金属ニッケル微粉体の配置）前記表面に６重量％の水
酸化コバルトの層を形成させた活物質粉末９０重量部と
平均粒径１μｍのニッケル微粉体１０重量部をホソカワ
ミクロン株式会社製ハイブリダイザー（メカノフュージ
ョンタイプの混合機）に投入し回転数４８００回転／分
で約６時間混合した。混合終了後の粉末と混合前の粉末
の重量差から混合によって水酸化コバルト層の外面に配
置された金属ニッケル微粉体の粉末全体に占める比率を
求めた。該比率は１０重量％であった。

【００３５】（ニッケル電極の作製）前記粉体混合によ
って表面に金属ニッケル微粉体を配置した粉末７９重量
部および粒径約０．２μｍのＰＴＦＥ粉末１重量部の混
合物に、濃度１％のＣＭＣ水溶液２０重量部を添加混連
して、ペーストを作製した。該ペーストを、厚さ６０μ
ｍ、開口率４０％のニッケルメッキを施した穿孔鋼板の
両面にコーテイングした。以降の工程は前記ニッケル電
極１の作製と同じとした。活物質充填容量が実施例１と
同じになるよう塗布量を調整した。

【００３６】（水素吸蔵合金電極の作製およびニッケル
水素電池の作製）水素吸蔵合金電極の作製およびニッケ
ル水素電池の作製は実施例１と同じ方法にて行った。

【００３７】（実施例３）（金属ニッケル微粉体の配置とニッケル電極の作製）前
記実施例２において、水酸化コバルトの表面層を形成し
てない水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末９３重
量部と平均粒径約５μｍの水酸化コバルト粉末７重量部
を混合した。さらに、該混合粉末９０重量部と金属ニッ
ケル微粉体１０重量部を実施例２と同じ方法および条件
で混合した。混合後の活物質粉末と一酸化コバルト粉末
の和に占めるニッケル微粉体の比率は１０重量％であっ
た。該紛末を用いて実施例２と同様にニッケル電極を作
製した。

【００３８】（水素吸蔵合金電極の作製およびニッケル
水素電池の作製）水素吸蔵合金電極の作製およびニッケ
ル水素電池の作製は実施例１と同じ方法にて行った。

【００３９】（コバルト化合物の添加方法と添加比率の
影響調査）前記実施例２において水酸化ニッケルを主成
分とする活物質粉末に対する表面の水酸化コバルトの比
率を２，３、５、７および１０重量％の５水準について
試作試験を実施した。表面層を形成する水酸化コバルト
の比率以外は実施例２と同一の方法および同一の条件で
活物質粉末の表面に金属ニッケル微粉体を配置した。該
ニッケル微粉体の活物質粉末に占める比率を全て１０重
量％とした。該紛末を用いて実施例２と同様にニッケル
電極を作製した。

【００４０】（水素吸蔵合金電極の作製およびニッケル
水素電池の作製）水素吸蔵合金電極の作製およびニッケ
ル水素電池の作製は実施例１と同じ方法にて行った。

【００４１】前記実施例３において、水酸化ニッケルと
水酸化コバルトの和に占める水酸化コバルト粉末の比率
を２、３、５、１０重量％と変えた。その他のニッケル
電極の作製および該ニッケル電極を適用したニッケル水
素電池の作製は実施例３と同じとした。

【００４２】（金属ニッケル微粉体の添加比率の影響調
査）実施例２において、活物質粉末と金属ニッケル微粉
体の和に対する金属ニッケル微粉体の比率を５、１５お
よび２０重量％と変えた。その他のニッケル電極の作製
および該ニッケル電極を適用したニッケル水素電池の作
製は実施例２と同じとした。

【００４３】（比較例１）（ニッケル電極の作製）前記水酸化ニッケルを主成分と
する芯層の表面に高次コバルト化合物からなる表面層を
形成させた活物質粉末７９重量部に、濃度１％のＣＭＣ
水溶液２０重量部を粒径約０．２μｍのＰＴＦＥ粉末１
重量部添加混連して、ペーストを作製した。該ペースト
を、厚さ６０μｍ、開口率４０％のニッケルメッキを施
した穿孔鋼板の両面にコーテイングした。以降の工程は
前記ニッケル電極１の作製と同じとした。活物質充填容
量が実施例１と同じになるよう塗布量を調整した。

【００４４】（水素吸蔵合金電極の作製およびニッケル
水素電池の作製）水素吸蔵合金電極の作製およびニッケ
ル水素電池の作製は実施例１と同じ方法にて行った。

【００４５】（比較例２）実施例２において、表面に水
酸化コバルトの層を形成させない水酸化ニッケル粉末を
適用し、その表面にメカノフュージョン法によって金属
ニッケルの微粉体を固着させた。それ以外は実施例２と
同様にしてニッケル水素電池を作製した。

【００４６】（化成）前記実施例および比較例に係るニ
ッケル水素電池を電池組立後常温において１昼夜放置し
た後化成を行った。温度２０℃において初回電流５３ｍ
Ａ｛１／３０Ｉｔ（Ａ）｝にて３６時間充電した後、電
流３２０ｍＡ｛１／５Ｉｔ（Ａ）｝終止電圧１．０Ｖに
て放電した。２回目以降電流１６０ｍＡ｛１／１０Ｉｔ
（Ａ）｝にて１２時間充電した後、電流３２０ｍＡ｛１
／５Ｉｔ（Ａ）｝終止電圧１．０Ｖにて放電した。充放
電を１０サイクル繰り返し行い、放電容量が安定するの
を確認した。ニッケル電極の複合体に含まれる水酸化ニ
ッケルは、苛性アルカリ電解液中で溶解析出を繰り返し
た後、該化成の過程で酸化され導電性の高次コバルト化
合物に変わり、前記複合体中に導電性ネットワークを形
成する。外面に金属ニッケル微粉体を配置した水酸化コ
バルトの層も水酸化コバルトがニッケル微粉体の隙間を
通って電解液中に溶出し再度析出した後、充電時に酸化
されて導電性の高次コバルト化合物に変わる。

【００４７】（中率放電での放電性能評価試験）化成終
了後前記ニッケル水素電池を、１１サイクル目温度２０
℃において３２０ｍＡ｛１／５Ｉｔ（Ａ）｝にて６時間
充電した後、電流３２０ｍＡ｛１／５Ｉｔ（Ａ）｝終止
電圧１．０Ｖにて放電した。得られた放電容量の正極の
活物質充填容量に対する比率を活物質利用率と定義し結
果を表１に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１の結果に示す如く、本発明に係る実施
例電池の活物質利用率は、比較例電池に比べて高く、か
つ、活物質利用率９５％以上であり、従来の３次元多孔
体を基板に適用したニッケル電極を備える電池と比べて
遜色ない利用率を示す。特に活物質と導電剤を主成分と
する複合体の前駆体において活物質と高次コバルト化合
物の和に対する高次コバルト化合物の比率を６重量％と
した実施例１および活物質と高次コバルト化合物の和に
対する水酸化ニッケルの比率を６重量％とした実施例２
の場合、利用率１００％と高い値を示す。これは本発明
電池のニッケル電極の集電機能が高いことに起因する。

【００５０】実施例３の場合、実施例２と異なり水酸化
ニッケル粉末の表面にコバルト化合物の層を形成させる
のではなく水酸化コバルトの粉末を添加したのであるが
活物質の利用率が９５％と実施例２の１００％と比較す
ると劣る結果となっている。このことは、水酸化コバル
トの粉末を添加するよりも、水酸化ニッケル粉末の表面
に水酸化コバルトの層を形成させた方が集電機能に優れ
たニッケル電極ができることを示唆している。

【００５１】一方、ニッケル電極の集電機能を高次コバ
ルト化合物のみに頼っている比較例１および金属ニッケ
ル粉体のみに頼っている比較例２の場合は活物質利用率
が低い。これは、２次元の導電性基板を適用したニッケ
ル電極の場合、高次コバルト化合物または金属ニッケル
粉体のみによる導電機構では集電機能が不足するためで
ある。本発明に係るニッケル電極のように金属ニッケル
微粉体と高次コバルト化合物の導電性ネットワークを併
用することによって、ニッケル金属微粉体は高次コバル
ト化合物の導電機能の不足を補い、また高次コバルト化
合物はニッケル微粉体を大量に添加しなければ実現が難
しい複合体のすみずみまで行き渡る導電性のネットワー
クを形成するために前記の結果が得られているものと考
えられる。

【００５２】水酸化コバルトの添加比率がニッケル電極
の活物質利用率に及ぼす影響を図５に示す。水酸化コバ
ルトの添加比率が７重量％以下においては、実施例２の
ように水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末の表面
に水酸化コバルトの層を形成する方が、実施例３のよう
に水酸化コバルトの紛末を添加するよりも高い利用率を
示す。従って、水酸化コバルトの添加方法としては活物
質粉末表面に層を形成するように添加することが好まし
い。

【００５３】また、図５に示すように水酸化コバルトの
添加比率を３重量％から２重量％に減らすと活物質利用
率が大きく低下する。従って、水酸化コバルトの添加比
率を活物質粉末と水酸化コバルトの和に対して３重量％
以上とすることが好ましい。また、水酸化コバルトの添
加比率が１０重量％を超えるとニッケル電極の活物質の
充填量が少なくなり容量の低下を招くので好ましくな
い。ここでは、省略するが水酸化コバルトに替えて一酸
化コバルト粉末を添加した場合も水酸化コバルト粉末を
添加した場合とほぼ同様の結果がえられた。

【００５４】ニッケル電極の活物質利用率に及ぼす影響
を図６に示す。図６に示すように、金属ニッケル微粉体
の添加比率が１０重量％以上において、ニッケル電極の
活物質利用率が１００％であった。また、該添加比率が
５重量％において９５％と、従来の３次元多孔体を基板
に適用したニッケル電極を備える電池と比べて遜色ない
高い利用率が得られた。このことから、金属ニッケル微
粉体の添加比率を５重量％以上にすることが好ましい。
金属ニッケル紛の添加比率を２０重量％以上と大きくす
ることによって、高次コバルト化合物からなる導電層を
併用しない場合でも１００％近い活物質利用率が得られ
た。ただし、金属ニッケル微粉体の添加比率が１５％を
超えると、ニッケル電極の活物質の充填量が少なくな
り、電池の放電容量が低下した。このことから金属ニッ
ケル紛の添加比率は、５〜１５重量％とすることが好ま
しい。また、金属ニッケルの添加比率と活物質利用率お
よび活物質充填量に関し、実施例１に示したように電解
メッキによって表面にニッケルメッキ層を形成させた場
合も、メカノフュージョン法によってニッケルの活物質
粉末の表面にニッケルの微粉を固着させたものとほぼ同
一の結果が得られた。

【００５５】（高率放電での放電性能評価試験）化成終
了後、前記ニッケル水素電池を、１１サイクル目温度２
０℃において３２０ｍＡ｛１／５Ｉｔ（Ａ）｝にて６時
間充電した後、電流１６００ｍＡ｛１Ｉｔ（Ａ）｝終止
電圧１．０Ｖにて放電した。得られた放電容量の正極の
活物質充填容量に対する比率を活物質利用率と定義し結
果を表２に示した。

【００５６】

【表２】

【００５７】表２に示した通り、本発明に係る実施例電
池とりわけ実施例１および実施例２に係るニケル水素電
池は比較例電池に比べて活物質利用率が高く、従来の３
次元多孔性基板を適用したニッケル電極を備えるニッケ
ル水素電池に比べても遜色ない放電性能を有する。この
ことは、前記同様本発明に係るニッケル水素電池が、従
来の３次元の多孔性基板を用いたニッケル電極を適用し
た電池に比べて遜色ない放電性能を有することを示唆し
ている

【発明の効果】

【００５８】本発明の請求項１に係るニッケル電極は、
集電機能に優れかつ安価な非焼結式ニッケル電極であ
る。

【００５９】本発明の請求項２に係るアルカリ電池は、
請求項１に係る非焼結式ニッケル電極を適用したアルカ
リ電池であって、放電特性に優れかつ安価なアルカリ電
池である。

【００６０】本発明の請求項３および請求項４によれ
ば、安価な２次元の基板を用いて集電機能の優れたニッ
ケル電極を実現することができる。

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るニッケル電極を模式的に示す断面
図である。

【図２】本発明に係るニッケル電極の活物質粉末と基板
間の電気的導通経路を模式的に示す拡大図である。

【図３】従来のニッケル電極の一部分を模式的に示す拡
大図である。

【図４】従来のニッケル電極の活物質粉末と基板間の電
気的導通経路を模式的に示す拡大図である。

【図５】本発明の実施例に係るニッケル電極のコバルト
化合物添加量と活物質利用率の関係を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の実施例および比較例に係るニッケル電
極のニッケル微粉体添加比率と活物質利用率の関係を示
すグラフある。

【符号の説明】

２２次元の導電性基板３活物質粉末と導電剤を主構成材料とする複合体６水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末８一酸化コバルトまたは水酸化コバルトの粉末１０高次コバルト化合物からなる表面層１１金属ニッケル微粉体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G048 AA03 AB04 AC06 AD03 AE05 5H050 AA12 BA11 CA03 CB16 DA02 DA10 EA03 EA12 FA17 FA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉
末と、高次コバルト化合物と金属ニッケルからなる導電
剤を主構成材料とする複合体を２次元の導電性基板に担
持させたことを特徴とする非焼結式ニッケル電極。
【請求項２】請求項１記載の非焼結式ニッケル電極を
正極に適用したアルカリ電池。
【請求項３】前記複合体が、水酸化ニッケルを主成分
とする芯層の表面に高次コバルト化合物の層を配し、さ
らにその外面に金属ニッケルの層を配したことを特徴と
する請求項１記載の非焼結式ニッケル電極用複合体の前
駆体。
【請求項４】前記複合体が、水酸化ニッケルを主成分
とする芯層の表面に水酸化コバルトの層を配し、さらに
その外面に金属ニッケルの微粉体を配したことを特徴と
する請求項１記載の非焼結式ニッケル電極用複合体の前
駆体。