JP2008305698A - Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery - Google Patents

Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery Download PDF

Info

Publication number
JP2008305698A
JP2008305698A JP2007152489A JP2007152489A JP2008305698A JP 2008305698 A JP2008305698 A JP 2008305698A JP 2007152489 A JP2007152489 A JP 2007152489A JP 2007152489 A JP2007152489 A JP 2007152489A JP 2008305698 A JP2008305698 A JP 2008305698A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
nickel
fiber
electrode
electrode substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007152489A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuki Okuno
一樹 奥野
Masahiro Kato
真博 加藤
Katsuji Emura
勝治 江村
Tetsuo Sakai
哲男 境
Tsutomu Iwaki
勉 岩城
Masaru Yao
勝 八尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2007152489A priority Critical patent/JP2008305698A/en
Publication of JP2008305698A publication Critical patent/JP2008305698A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode board for a battery having a high air gap ratio and greater tensile strength, and a battery having large battery capacity and high battery voltage. <P>SOLUTION: In the electrode board for a battery wherein metal including nickel is coated on the fiber surface of a nonwoven fabric made of resin, an air gap ratio is 90% or more and 98% or less, and a tensile strength of the board is 20 N/cm or more in a longitudinal direction and 10 N/cm or more in a width direction. A basis weight of the amount of metal including the coated nickel is preferable to be 150 to 350 g/m<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、アルカリ二次電池などに用いられる電池用電極基板に関するものである。   The present invention relates to a battery electrode substrate used for an alkaline secondary battery or the like.

これまでに開発されてきたアルカリ二次電池などに用いられる、不織布にニッケルを被覆して作製される集電体としては、例えば以下のようなものがある。
特許文献1では、ウェブに水流交絡処理を施した後に無電解ニッケルめっきを施すことを特徴としたニッケルめっき不織布電極の製造方法を提案し、これによって有機溶剤系の接着剤を使用することなく引っ張り強度特性を向上させ、かつ繊維の抜けを抑えることができるとしている。
特許文献2では、スルホン化処理等の表面処理を施した不織布材にニッケルめっきしたものをアルカリ二次電池用集電材に適用している。樹脂製不織布を芯材として残すことで柔軟性と強度を確保することができるとされている。
Examples of current collectors produced by coating nickel on a nonwoven fabric used for alkaline secondary batteries that have been developed so far include the following.
Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a nickel-plated nonwoven fabric electrode characterized in that electroless nickel plating is performed after hydroentanglement treatment is performed on the web, thereby pulling without using an organic solvent-based adhesive. It is said that the strength characteristics can be improved and the loss of fibers can be suppressed.
In Patent Document 2, a non-woven material subjected to surface treatment such as sulfonation treatment and nickel plating is applied to a current collector for an alkaline secondary battery. It is said that flexibility and strength can be secured by leaving the resin nonwoven fabric as a core material.

特許文献3では、不織布表面のめっき量を断面積で規定することで高容量かつハイレート充放電が可能な集電材を開示している。
特許文献4では、不織布の表面にニッケルめっきを施し、単位体積当りの比表面積が0.13m2/cm3〜0.35m2/cm3である集電材に粘度が0.3Pa.s以下の活物質ペーストを充填し乾燥して得ることを特徴としている。これにより高出力化が可能なアルカリ電池が得られるとしている。
Patent Document 3 discloses a current collector capable of high capacity and high rate charge / discharge by defining the amount of plating on the surface of the nonwoven fabric by a cross-sectional area.
In Patent Document 4, nickel plated on the surface of the non-woven fabric, the specific surface area per unit volume is viscosity is power collector at 0.13m 2 / cm 3 ~0.35m 2 / cm 3 0.3Pa. It is characterized by being obtained by filling an active material paste of s or less and drying. As a result, an alkaline battery capable of high output is obtained.

しかしながら、このような従来の集電体は、いずれもポリオレフィン系繊維からなる不織布にニッケルめっきを施し、引っ張り強度を向上させているが、基材の空隙率を充分に高くできなかったため、高容量の電池を提供するには至っていなかった。
また、不織布の表面にめっきした基材の場合、熱処理することができないので、めっきされたニッケルは硬いものとなる。そのため、ニッケルの引っ張り伸び率が小さく、基材の引っ張り強度が小さい場合は電極作製時の圧延工程で表面のニッケルが損傷(割れ・剥離)しやすく、ニッケルが損傷した結果、電気抵抗が上がり、電池の電圧が低くなって、電池容量も小さくなるという問題を有していた。
However, these conventional current collectors all have a nickel-plated non-woven fabric made of polyolefin fibers to improve the tensile strength, but the porosity of the base material could not be sufficiently increased. The battery has not been provided.
Moreover, in the case of the base material plated on the surface of the nonwoven fabric, since the heat treatment cannot be performed, the plated nickel is hard. Therefore, when the tensile elongation of nickel is small and the tensile strength of the substrate is small, nickel on the surface is easily damaged (cracked / peeled) during the rolling process during electrode production, and as a result of nickel damage, the electrical resistance increases, There has been a problem that the battery voltage is lowered and the battery capacity is also reduced.

特開平5−290838号公報JP-A-5-290838 特開2001−313038号公報JP 2001-313038 A 特開2003−109600号公報JP 2003-109600 A 特開2005−347177号公報JP 2005-347177 A

本発明は、空隙率が高く、かつ引っ張り強度の大きい電池用電極基板を提供し、もって電池容量が大きく、電池電圧の高い電池を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a battery electrode substrate having a high porosity and a high tensile strength, thereby providing a battery having a large battery capacity and a high battery voltage.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、電池用電極基板及びこれを用いた電池用電極並びに電池に、以下の(1)〜(5)の構成を採用する事が有効であることを見出した。
(1)樹脂からなる織布又は不織布の繊維表面にニッケルを含有した金属を被覆することにより形成された電池用電極基板であって、その空隙率が90%以上98%以下であり、なおかつ基板の引っ張り強度が長手方向20N/cm以上、幅方向10N/cm以上であ
ることを特徴とする電池用電極基板。
(2)前記樹脂からなる織布又は不織布の繊維が芯鞘構造をしており、芯がポリプロピレン、鞘がポリエチレンから成る繊維であり、その繊維の総重量に対するPEの重量比が30%以上90%以下であることを特徴とする上記(1)に記載の電池用電極基板。
(3)前記被覆されたニッケルを含有した金属量の目付量が、150〜350g/m2
あることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の電池用電極基板。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一に記載の電池用電極基板に、水酸化ニッケルを主体とする活物質合剤が担持され、不織布長手方向にロール圧延されていることを特徴とする電池用電極。
(5)上記(4)に記載の電池用電極を使用したことを特徴とする電池。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors may adopt the following configurations (1) to (5) for a battery electrode substrate, a battery electrode using the same, and a battery. I found it effective.
(1) A battery electrode substrate formed by coating a metal surface containing nickel on the surface of a woven or non-woven fiber made of a resin, the porosity of which is 90% or more and 98% or less, and the substrate A tensile strength of the battery is 20 N / cm or more in the longitudinal direction and 10 N / cm or more in the width direction.
(2) The woven or non-woven fiber made of the resin has a core-sheath structure, the core is made of polypropylene and the sheath is made of polyethylene, and the weight ratio of PE to the total weight of the fiber is 30% or more 90 % Or less of the battery electrode substrate according to (1) above.
(3) The battery electrode substrate according to (1) or (2) above, wherein the weight per unit area of the metal containing the coated nickel is 150 to 350 g / m 2 .
(4) The battery electrode substrate according to any one of (1) to (3) above, wherein an active material mixture mainly composed of nickel hydroxide is supported and roll-rolled in the longitudinal direction of the nonwoven fabric. A battery electrode.
(5) A battery using the battery electrode according to (4) above.

本発明に係る電池用電極基板は、樹脂からなる織布又は不織布の繊維表面にニッケルを含む金属が被覆されていることを特徴とする。樹脂は特に限定されないが、本発明に係る電池用電極基板をアルカリ電池に使用する場合には、強アルカリ中で溶出や分解の無い材質であることが必要であるから、ポリオレフィンであることが好ましい。   The battery electrode substrate according to the present invention is characterized in that a metal including nickel is coated on a fiber surface of a woven or nonwoven fabric made of a resin. The resin is not particularly limited, but when the battery electrode substrate according to the present invention is used for an alkaline battery, it is necessary to be a material that does not dissolve or decompose in a strong alkali, and is preferably a polyolefin. .

本発明に係る電池用電極基板は、空隙率が90%以上98%以下であり、なおかつ基板の引っ張り強度が長手方向20N/cm以上、幅方向10N/cm以上であることを特徴とする。
空隙率が90%未満であると、活物質の充填量が少なくなり電池容量が少なくなるため好ましくない。また、空隙率が98%超であると基板の強度特性が低下し、後述する電極作製時の圧延工程で表面のニッケルが損傷(割れ・剥離)しやすくなる。ニッケルが損傷すると、電気抵抗があがり、電池の電圧が低くなり、電池容量も小さくなるため好ましくない。このため、電池用電極基板の空隙率は90〜98%であることが好ましい。より好ましくは93%以上97%以下である。なお、空隙率とは、不織布全体の容積に対する空孔の百分率をいう。
電池用電極基板の空隙率は、織布又は不織布の繊維の目付け量によって調節することが可能である。例えば、織布又は不織布の繊維目付け量を10g/m2以上130g/m2以下とすることにより、空隙率を90%以上98%以下にすることができる。繊維目付け量が大きいと引っ張り強度は増すが、空隙率が小さくなるため、電池容量も小さくなり好ましくない。このため、繊維目付け量のより好ましい値は60g/m2以下である。
The battery electrode substrate according to the present invention is characterized in that the porosity is 90% or more and 98% or less, and the tensile strength of the substrate is 20 N / cm or more in the longitudinal direction and 10 N / cm or more in the width direction.
If the porosity is less than 90%, the active material filling amount is reduced and the battery capacity is reduced, which is not preferable. Further, when the porosity is more than 98%, the strength characteristics of the substrate are deteriorated, and nickel on the surface is easily damaged (cracked / peeled) in a rolling process at the time of electrode fabrication described later. If nickel is damaged, the electric resistance increases, the battery voltage decreases, and the battery capacity also decreases, which is not preferable. For this reason, it is preferable that the porosity of the battery electrode substrate is 90 to 98%. More preferably, it is 93% or more and 97% or less. In addition, a porosity means the percentage of the void | hole with respect to the volume of the whole nonwoven fabric.
The porosity of the battery electrode substrate can be adjusted by the basis weight of the woven or non-woven fiber. For example, the porosity can be set to 90% or more and 98% or less by setting the fiber basis weight of the woven or non-woven fabric to 10 g / m 2 or more and 130 g / m 2 or less. If the fiber areal weight is large, the tensile strength is increased, but the porosity is decreased, so that the battery capacity is also decreased, which is not preferable. For this reason, a more preferable value of the fiber basis weight is 60 g / m 2 or less.

基板の引っ張り強度は長手方向において20N/cm以上、幅方向において10N/cmであると、電極作製時の圧延工程に置いて不織布表面の金属膜への損傷を最小にでき、電気抵抗の増加を抑えることができるため好ましい。
このような引っ張り強度の良好な電池用電極基板は、繊維の融着成分の量及び繊維目付け量を調整することにより得ることができる。例えば、低融点のポリエチレン(以下、PEとも記す)を鞘とし、ポリエチレンより高融点のポリプロピレン(以下、PPとも記す)を芯とした、芯鞘繊維を使用することによりPEのみ溶融する条件で熱処理をして基材の引っ張り強度を調整することが可能となる。引っ張り強度を確保する観点から、繊維目付け量のより好ましい値は30g/m2以上である。PE重量比は30%以上とすること
が好ましい。PE重量比が30%未満であると引っ張り強度が低下し、逆に、PE重量比が90%をこえると不織布がうすくなり、空隙率が下がって電池容量が低下する。このため、PE重量比は30〜90%であることが好ましい。より好ましくは、50〜90%、更に好ましくは70〜90%である。なお、基板の引っ張り強度は後述するように熱処理以外の方法によっても調整することが可能である。
長手方向と幅方向の引っ張り強度の調整は、例えば不織布を作製する際に繊維のそろい具合を変えることにより行うことができる。繊維のそろい具合は例えば不織布を作製する際のラインスピードを変更することにより調整することが可能である。
When the tensile strength of the substrate is 20 N / cm or more in the longitudinal direction and 10 N / cm in the width direction, damage to the metal film on the nonwoven fabric surface can be minimized by placing it in the rolling process during electrode production, and the electrical resistance can be increased. Since it can suppress, it is preferable.
Such an electrode substrate for a battery having good tensile strength can be obtained by adjusting the amount of the fiber fusion component and the fiber basis weight. For example, heat treatment is performed under the condition that only PE is melted by using a core-sheath fiber having a low melting point polyethylene (hereinafter also referred to as PE) as a sheath and a polypropylene having a higher melting point than polyethylene (hereinafter also referred to as PP) as a core. Thus, it becomes possible to adjust the tensile strength of the base material. From the viewpoint of securing the tensile strength, a more preferable value of the fiber basis weight is 30 g / m 2 or more. The PE weight ratio is preferably 30% or more. If the PE weight ratio is less than 30%, the tensile strength decreases. Conversely, if the PE weight ratio exceeds 90%, the nonwoven fabric becomes thin, the porosity decreases, and the battery capacity decreases. For this reason, it is preferable that PE weight ratio is 30 to 90%. More preferably, it is 50-90%, More preferably, it is 70-90%. The tensile strength of the substrate can be adjusted by a method other than heat treatment as will be described later.
The tensile strength in the longitudinal direction and the width direction can be adjusted, for example, by changing the degree of fiber alignment when producing a nonwoven fabric. The degree of fiber alignment can be adjusted, for example, by changing the line speed when producing a nonwoven fabric.

本発明に係る電池用電極基板は、被覆されたニッケルを含む金属量が150〜350g/m2であることを特徴とする。150g/m2未満であると、電極基板の電気抵抗が高くなり電池電圧が低下するため好ましくない。また350g/m2超であると、空隙率が小
さくなり電池容量が低下するため好ましくない。このため、被覆されたニッケルを含む金属量は150〜350g/m2であることが好ましい。より好ましくは200〜250g
/m2である。
The electrode substrate for a battery according to the present invention is characterized in that the amount of metal containing coated nickel is 150 to 350 g / m 2 . If it is less than 150 g / m 2 , the electric resistance of the electrode substrate increases and the battery voltage decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 350 g / m 2 , the porosity is decreased and the battery capacity is decreased, which is not preferable. For this reason, it is preferable that the metal amount containing the covered nickel is 150-350 g / m < 2 >. More preferably 200 to 250 g
/ M 2 .

本発明に係る電池用電極基板は、空隙率が90%以上であるため、活物質を充分に充填でき、電池容量を大きくすることができる。また、不織布を使用した基板では加熱することができないため、不織布繊維を被覆する金属が硬く、加工に弱いという問題に対しても、基材の引っ張り強度が大きいため、加工時の伸びを抑えて、金属膜の割れ・剥離を抑制することができるという効果を奏する。   Since the electrode substrate for a battery according to the present invention has a porosity of 90% or more, the active material can be sufficiently filled and the battery capacity can be increased. In addition, because the substrate that uses nonwoven fabric cannot be heated, the problem is that the metal that coats the nonwoven fabric is hard and weak to processing. There is an effect that cracking and peeling of the metal film can be suppressed.

織布又は不織布を構成する繊維は、耐アルカリ性の繊維であれば特に限定されないが、ポリオレフィン系繊維やポリアミド樹脂系繊維が好ましい例として挙げられる。これらの繊維は、すでに電池のセパレーターとして使用されている実績があり、20〜35重量%KOH水溶液と接触しても繊維が溶解しないため物性の変化がなく、耐アルカリ性に優れるとともに安価であり汎用性が高いものである。   Although the fiber which comprises a woven fabric or a nonwoven fabric will not be specifically limited if it is an alkali-resistant fiber, A polyolefin-type fiber and a polyamide resin-type fiber are mentioned as a preferable example. These fibers have already been used as battery separators, and the fibers do not dissolve even when contacted with 20-35 wt% KOH aqueous solution, so there is no change in physical properties, excellent alkali resistance, low cost, and general use It is highly probable.

ポリオレフィン系繊維を構成する樹脂としては、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、エチレン−ビニルアルコールコポリマー等が挙げられる。ポリオレフィン系繊維としては、これらの樹脂の一種からなるもの又は2種以上からなる複合繊維を挙げることができる。ポリアミド樹脂系繊維を構成する樹脂としては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロン6とナイロン12との共重合体等が挙げられる。ポリアミド樹脂系繊維としては、これらの樹脂の一種からなるもの又は2種以上からなる複合繊維を挙げることができる。   Examples of the resin constituting the polyolefin fiber include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene-propylene copolymer, and ethylene-vinyl alcohol copolymer. Examples of polyolefin fibers include those composed of one of these resins or composite fibers composed of two or more. Examples of the resin constituting the polyamide resin-based fiber include nylon 6, nylon 66, nylon 12, a copolymer of nylon 6 and nylon 12, and the like. Examples of the polyamide resin-based fibers include those composed of one of these resins or composite fibers composed of two or more.

織布又は不織布がポリオレフィン系繊維からなる場合、前記の例示の中でも、耐アルカリ性及び耐酸性に優れるポリエチレン又はポリプロピレンからなる繊維、又はポリエチレン及びポリプロピレンを組合せた複合繊維が好ましい。特に、ポリプロピレンからなる芯の周囲をポリエチレンからなる鞘で覆った芯鞘型複合繊維は、耐アルカリ性と強度特性を同時に満たすことができるので好適である。   When the woven or non-woven fabric is made of polyolefin fibers, among the above examples, fibers made of polyethylene or polypropylene excellent in alkali resistance and acid resistance, or composite fibers combining polyethylene and polypropylene are preferable. In particular, a core-sheath type composite fiber in which a core made of polypropylene is covered with a sheath made of polyethylene is preferable because it can satisfy both alkali resistance and strength characteristics at the same time.

不織布は、例えば、不織布を構成する繊維のウエブを形成した後、繊維同士を結合することにより製造することができる。繊維のウエブは、カード法やエアレイ法、又は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、或いは繊維を水に分散し、それを抄きとる湿式法等により製造することができる。   A nonwoven fabric can be manufactured, for example, by forming a web of fibers constituting the nonwoven fabric and then bonding the fibers together. The fiber web can be obtained by a card method, an air lay method, a dry method such as a melt blow method or a spun bond method in which a sheet is continuously formed from a spun state, or a wet method in which fibers are dispersed in water and drawn. Can be manufactured.

繊維同士の結合方法としては、非常に細かい高圧の水ジェットを衝撃的に与える水流交絡処理、ニードルパンチによる交絡処理、繊維をその軟化点以上、熱分解温度未満に加熱して、繊維を互いの接触点で局部的に融着させる熱処理等の方法を例示できる。前記交絡処理及び熱処理の一方のみでもよいが、交絡処理を行った後に熱処理を行うと、得られる不織布の強度特性が向上するので好適である。又、前記交絡処理及び熱処理により、空隙率を適正な値に調整することもできる。なお、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記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。   The fiber-to-fiber bonding method includes hydroentanglement treatment that impacts a very fine high-pressure water jet, entanglement treatment with a needle punch, heating the fiber to above its softening point and below the thermal decomposition temperature, Examples thereof include a heat treatment method for locally fusing at the contact point. Although only one of the entanglement treatment and the heat treatment may be performed, it is preferable to perform the heat treatment after the entanglement treatment because the strength characteristics of the resulting nonwoven fabric are improved. Further, the porosity can be adjusted to an appropriate value by the entanglement treatment and the heat treatment. In addition, when the said core-sheath-type composite fiber with which the circumference | surroundings of polypropylene are covered with polyethylene as a fiber is used, it is preferable that the temperature of heat processing is 110-140 degreeC.

織布又は不織布とニッケルの被覆層との密着度を向上するために、繊維表面の親水化処理を行ってもよい。親水化処理としては、フッ素処理、コロナ放電処理、スルホン化処理、ビニルモノマーのグラフト重合、親水性樹脂による処理、又は界面活性剤処理等を挙げることができる。
本発明の電池用電極基板は、前記織布又は不織布を構成する繊維表面にニッケルを含む金属を被覆することにより、得ることができる。被覆の方法としては、無電解メッキやスパッタリング法により織布又は不織布の繊維の表面にニッケルの層を形成し表面を導電化した後電解メッキを行う方法等が挙げられる。
In order to improve the adhesion between the woven or non-woven fabric and the nickel coating layer, the fiber surface may be subjected to a hydrophilic treatment. Examples of the hydrophilization treatment include fluorine treatment, corona discharge treatment, sulfonation treatment, vinyl monomer graft polymerization, treatment with a hydrophilic resin, or surfactant treatment.
The battery electrode substrate of the present invention can be obtained by coating the surface of fibers constituting the woven fabric or nonwoven fabric with a metal containing nickel. Examples of the coating method include a method in which a nickel layer is formed on the surface of a woven or non-woven fiber by electroless plating or sputtering, and the surface is made conductive, followed by electrolytic plating.

スパッタリングや無電解メッキは、一般的なスパッタリングや無電解メッキと同様な条件により行うことができる。例えば、無電解メッキは、織布又は不織布を触媒付与槽に浸漬して触媒付与を行い、次いでメッキ槽へ浸漬してメッキする(無電解メッキ工程)方法により行うことができる。触媒付与は、例えば、塩化第一錫の塩酸水溶液で織布又は不織布を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により行うことができる。無電解メッキ工程は、例えば、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に織布又は不織布を浸し、ニッケルをヒドラジン誘導体等の還元剤にて還元する方法により行うことができる。   Sputtering and electroless plating can be performed under the same conditions as general sputtering and electroless plating. For example, the electroless plating can be performed by a method in which a woven fabric or a non-woven fabric is immersed in a catalyst applying tank to apply a catalyst, and then immersed in a plating tank and plated (electroless plating step). The catalyst can be applied by, for example, a method of treating a woven or non-woven fabric with an aqueous solution of stannous chloride in hydrochloric acid and then catalyzing with an aqueous solution of palladium chloride in hydrochloric acid. The electroless plating step can be performed, for example, by a method in which a woven or non-woven fabric is immersed in an aqueous solution containing a nickel salt such as nickel nitrate, nickel chloride, or nickel sulfate, and nickel is reduced with a reducing agent such as a hydrazine derivative. .

電解メッキは、例えば、ワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴等のメッキ浴を用いて行われる。前記の無電解メッキやスパッタリングにより繊維の表面が導電化された織布又は不織布をメッキ浴に浸し、織布又は不織布を陰極に、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、無電解メッキやスパッタリングにより形成されたニッケルを含む金属層上に、さらにニッケルを含む金属の被覆を形成することができる。ニッケルを含む金属は、ニッケル単体でも良いし、クロム、銅、鉄、コバルト、チタン、亜鉛、アルミニウムの中から選ばれる一種類以上の金属とニッケルとの合金あるいは混合状態でもよい。   Electrolytic plating is performed using, for example, a plating bath such as a watt bath, a chloride bath, or a sulfamic acid bath. A woven or non-woven fabric whose surface is made conductive by electroless plating or sputtering is immersed in a plating bath, and the DC or pulse intermittent current is applied by connecting the woven or non-woven fabric to the cathode and the nickel counter electrode to the anode. By doing so, it is possible to form a metal coating further containing nickel on the metal layer containing nickel formed by electroless plating or sputtering. The metal containing nickel may be nickel alone, or an alloy or mixed state of one or more kinds of metals selected from chromium, copper, iron, cobalt, titanium, zinc, and aluminum.

ニッケルを含む金属の目付量としては、150g/m2〜350g/m2の範囲が好ましい。ここで、ニッケルを含む金属の目付量とは、無電解メッキやスパッタリング、電解メッキ等により被覆されるニッケルを含む金属の重量(g)を電池用電極基板の面積で除したものであり、電池用電極基板の単位面積当たりのニッケルを含む金属被覆量を意味する。ニッケルを含む金属の目付量が150g未満であると、この電池用電極基板の電気伝導度が低下してこれを用いて製造された電極の集電特性が低下する傾向がある。集電特性が低下すると利用率が低下しやすくなり、特に電池の放電時の電流率が高い場合(ハイレート放電)この問題が顕著である。又、ニッケルを含む金属量の目付量を150g/m2
上とすることにより、繊維量に対するニッケルを含む金属量が多くなるので、得られた電池用電極基板は溶接性に優れこの点でも好ましい。
電池用電極基板の電気伝導度はニッケルを含む金属量の目付量が増大する程向上する傾向があるが、350g/m2を越えてニッケルを含む金属量の目付量を増大しても電気伝
導度はそれほど向上しないうえ、基材の空隙率が下がって電池容量が低下するので、350g/m2以下が好ましい。
The basis weight of the metal containing nickel, preferably in the range of 150g / m 2 ~350g / m 2 . Here, the basis weight of the metal containing nickel is obtained by dividing the weight (g) of the metal containing nickel coated by electroless plating, sputtering, electrolytic plating, etc. by the area of the battery electrode substrate, It means the amount of metal coating containing nickel per unit area of the electrode substrate. When the basis weight of the metal containing nickel is less than 150 g, the electric conductivity of the battery electrode substrate is lowered, and the current collecting characteristics of an electrode manufactured using the battery electrode substrate tend to be lowered. When the current collection characteristic is lowered, the utilization rate is liable to be lowered, and this problem is particularly remarkable when the current rate during battery discharge is high (high rate discharge). Moreover, since the metal amount containing nickel with respect to the fiber amount increases by setting the basis weight of the metal amount containing nickel to 150 g / m 2 or more, the obtained battery electrode substrate is excellent in weldability and preferable in this respect. .
The electrical conductivity of the battery electrode substrate tends to improve as the amount of metal containing nickel increases, but even if the amount of metal containing nickel exceeds 350 g / m 2 , the electric conductivity is increased. The degree is not so much improved, and the porosity of the base material is lowered to lower the battery capacity. Therefore, 350 g / m 2 or less is preferable.

本発明は、前記の電池用電極基板に加えて、この電池用電極基板に、活物質を充填してなることを特徴とする電池用電極を提供する。活物質としては水酸化ニッケルを主体とするものを用いることができるが、この活物質は、主成分の水酸化ニッケルの他に、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、一酸化コバルト、水酸化亜鉛等の他の成分を含むものでもよい。活物質の充填は、水酸化ニッケルを主体とする成分を含むペーストに、前記のようにして調厚した電池用電極基板を浸漬して圧力を加え、電池用電極基板の表面よりペーストを圧入する方法や、該ペーストを電池用電極基板の表面に吹き付ける方法等により行うことができる。このようにして、電池用電極基板の空隙に活物質を含むペーストを充
填した後、通常、乾燥及びロール圧延を行い、電池用電極(正極)を得ることができる。この電池用電極(正極)には、さらに必要により、集電用外部端子が設けられる。
The present invention provides a battery electrode characterized in that, in addition to the battery electrode substrate, the battery electrode substrate is filled with an active material. As the active material, a material mainly composed of nickel hydroxide can be used. In addition to the main component of nickel hydroxide, this active material is cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide, cobalt monoxide, zinc hydroxide. And other components may be included. The active material is filled by immersing the battery electrode substrate having a thickness adjusted as described above in a paste containing a component mainly composed of nickel hydroxide, and applying pressure from the surface of the battery electrode substrate. It can be performed by a method, a method of spraying the paste on the surface of the battery electrode substrate, or the like. Thus, after filling the space | gap of a battery electrode substrate with the paste containing an active material, normally, drying and roll rolling can be performed and the battery electrode (positive electrode) can be obtained. The battery electrode (positive electrode) is further provided with a current collecting external terminal as necessary.

電池用電極の製造において、電池用電極基板は、切り揃え等により電池用電極の形状とされるが、この工程は、ペーストの圧入前に行ってもよく、乾燥及びロール圧延後に行ってもよく、両方において行ってもよい。
ロール圧延はローラープレス等を用いて行われる。ロール圧延により電池用電極はさらに所定の厚さに圧縮されて平滑化した電極平面を有する電池用電極を得ることができる。
In the production of the battery electrode, the battery electrode substrate is formed into the shape of the battery electrode by trimming or the like, but this step may be performed before press-fitting of the paste, or after drying and roll rolling. , May be done in both.
Roll rolling is performed using a roller press or the like. The battery electrode can be obtained by roll rolling so that the battery electrode has an electrode plane that is further compressed and smoothed to a predetermined thickness.

本発明は、さらに、この電池用電極を用いることを特徴とするアルカリ二次電池を提供する。本発明のアルカリ二次電池は、前記の電池用電極からなる正極、負極及びセパレーターよりなる発電体、並びに電解質を、電池容器に密封して形成することができる。
負極、電解質や電池容器としては、従来のアルカリ二次電池に使用されているものと同様なものを用いることができる。例えば、負極としては、水素を含んだ水素吸蔵合金を用いた電極が例示され、電解質としては水酸化カリウム水溶液を例示することができる。セパレーターは、負極と正極間の短絡を防止しかつ電解質を保持するものであるが、このセパレーターとしても、従来のアルカリ二次電池に使用されているものと同様なもの、例えば、親水化処理したポリオレフィン繊維製の不織布を用いることができる。
The present invention further provides an alkaline secondary battery using the battery electrode. The alkaline secondary battery of the present invention can be formed by sealing a positive electrode composed of the above-mentioned battery electrode, a negative electrode and a separator, and an electrolyte in a battery container.
As the negative electrode, the electrolyte, and the battery container, those similar to those used in conventional alkaline secondary batteries can be used. For example, an electrode using a hydrogen storage alloy containing hydrogen is exemplified as the negative electrode, and a potassium hydroxide aqueous solution can be exemplified as the electrolyte. The separator is to prevent a short circuit between the negative electrode and the positive electrode and retain the electrolyte. This separator is also the same as that used in the conventional alkaline secondary battery, for example, a hydrophilic treatment. A nonwoven fabric made of polyolefin fibers can be used.

本発明のアルカリ二次電池の構造も、従来のアルカリ二次電池と同様なものとすることができる。例えば、前記の正極、負極及びセパレーターを帯状の形状とし、これらを重ね合わせた後、ロール状に捲回してロール状の発電体を形成し、このロール状の発電体を円筒状の電池容器に収納した構造を挙げることができる。角柱状の電池容器を用い、正極、負極及びセパレーターを重ね合わせた帯を、電池容器の断面形状に適合するように捲回した発電体からなるもの、角柱状の電池容器を用い、正極、負極及びセパレーターを重ね合わせた帯を蛇腹状に重ね合わせた発電体からなるものも、例示することができる。本発明の電池用電極基板は、機械的強度や柔軟性に優れるので、捲回や蛇腹状の重ね合せの際に破損して電池の特性を低下する問題が生じにくい。   The structure of the alkaline secondary battery of the present invention can also be the same as that of a conventional alkaline secondary battery. For example, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are formed in a band shape, and after superposing them, they are wound into a roll to form a roll-shaped power generator, and this roll-shaped power generator is formed into a cylindrical battery container. A housed structure can be mentioned. A prismatic battery container is used, which is composed of a power generator in which a band in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked is wound so as to conform to the cross-sectional shape of the battery container, and a prismatic battery container is used. And what consists of the electric power generation body which piled up the belt | belt which overlap | superposed the separator on the bellows form can also be illustrated. Since the battery electrode substrate of the present invention is excellent in mechanical strength and flexibility, it does not easily cause a problem of being damaged during winding or bellows-like superposition and deteriorating battery characteristics.

表1に示す実施例1〜比較例5のように繊維の繊度、PE比、繊維目付量及び繊維のそろい具合を変更して、引っ張り強度の異なる不織布を作製した。この不織布にスパッタリングによりニッケルを被覆し、さらに電気めっきを行って総ニッケル目付量が200g/m2になるように電池用集電体を作製した。不織布の厚さは1.6mmとした。
この集電体に水酸化ニッケルを主体とする活物質ペーストを充填した後80℃で乾燥し、ロールプレスにて加圧して電極とした。
以下に、上記方法で作製した電極基材の繊維目付量、繊度、PE比、空隙率、引っ張り強度、電極の容量密度、電極の電気抵抗を測定した結果を表1にまとめる。
空隙率は電極基材の繊維目付重量と金属目付重量および、繊維密度と金属密度から基材の材料体積を求め、基材の見かけ体積に対する空隙の体積の割合として求めた。
引っ張り強度は、基材の幅方向・長手方向共に幅10mm長さ150mmの基材をチャックスパン100mmで引っ張り、基材が破断したときの強度を測定した。
電極容量密度は、活物質充填重量から容量を計算し、その値を電極の面積で割って求めた。
電気抵抗は電極の長手方向・幅方向共に4端子法で測定した。
As in Examples 1 to 5 shown in Table 1, the non-woven fabrics having different tensile strengths were prepared by changing the fineness of the fibers, the PE ratio, the fiber basis weight, and the fiber alignment. The nonwoven fabric was coated with nickel by sputtering, and further electroplated to produce a battery current collector so that the total nickel basis weight was 200 g / m 2 . The thickness of the nonwoven fabric was 1.6 mm.
The current collector was filled with an active material paste mainly composed of nickel hydroxide, dried at 80 ° C., and pressed with a roll press to form an electrode.
The results of measuring the fiber basis weight, fineness, PE ratio, porosity, tensile strength, electrode capacity density, and electrode electric resistance of the electrode base material produced by the above method are summarized in Table 1.
The porosity was determined as the ratio of the volume of the void to the apparent volume of the substrate by determining the material volume of the substrate from the fiber basis weight and metal basis weight of the electrode substrate and the fiber density and metal density.
The tensile strength was measured by pulling a substrate having a width of 10 mm and a length of 150 mm in both the width direction and the longitudinal direction of the substrate with a chuck span of 100 mm and breaking the substrate.
The electrode capacity density was obtained by calculating the capacity from the active material filling weight and dividing the value by the area of the electrode.
The electrical resistance was measured by the 4-terminal method in both the longitudinal direction and the width direction of the electrode.

Figure 2008305698
Figure 2008305698

比較例1、2及び3は基材の引っ張り強度が低く、電極にした際の電気抵抗が高い。また、比較例4は引っ張り強度が強く電気抵抗も低いものの、空隙率が低く電池容量が小さい。また、比較例5は空隙率が高いが引っ張り強度が弱く、電気抵抗が大きい。
以上より、本発明によれば高容量で電気抵抗の小さい電池用の基材および電極を提供することができる。
In Comparative Examples 1, 2 and 3, the tensile strength of the substrate is low, and the electrical resistance when used as an electrode is high. Comparative Example 4 has high tensile strength and low electrical resistance, but has a low porosity and a small battery capacity. In Comparative Example 5, the porosity is high, but the tensile strength is weak and the electric resistance is large.
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a battery substrate and electrode having a high capacity and a small electric resistance.

Claims (5)

樹脂からなる織布又は不織布の繊維表面にニッケルを含有した金属を被覆することにより形成された電池用電極基板であって、その空隙率が90%以上98%以下であり、なおかつ基板の引っ張り強度が長手方向20N/cm以上、幅方向10N/cm以上であることを特徴とする電池用電極基板。   A battery electrode substrate formed by coating a metal containing nickel on the surface of a woven or non-woven fiber made of a resin, the porosity of which is 90% or more and 98% or less, and the tensile strength of the substrate Is an electrode substrate for a battery, characterized by having a longitudinal direction of 20 N / cm or more and a width direction of 10 N / cm or more. 前記樹脂からなる織布又は不織布の繊維が芯鞘構造をしており、芯がポリプロピレン、鞘がポリエチレンから成る繊維であり、その繊維の総重量に対するPEの重量比が30%以上90%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電池用電極基板。   The fiber of the woven fabric or nonwoven fabric made of the resin has a core-sheath structure, the core is polypropylene and the sheath is made of polyethylene, and the weight ratio of PE to the total weight of the fiber is 30% or more and 90% or less. The battery electrode substrate according to claim 1, wherein the battery electrode substrate is provided. 前記被覆されたニッケルを含有した金属量の目付量が、150〜350g/m2である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電池用電極基板。
3. The battery electrode substrate according to claim 1, wherein the basis weight of the metal amount containing the coated nickel is 150 to 350 g / m 2 .
請求項1〜3のいずれか一に記載の電池用電極基板に、水酸化ニッケルを主体とする活物質合剤が担持され、不織布長手方向にロール圧延されていることを特徴とする電池用電極。   The battery electrode substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein an active material mixture mainly composed of nickel hydroxide is supported and rolled in the longitudinal direction of the nonwoven fabric. . 請求項4に記載の電池用電極を使用したことを特徴とする電池。

A battery comprising the battery electrode according to claim 4.

JP2007152489A 2007-06-08 2007-06-08 Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery Pending JP2008305698A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007152489A JP2008305698A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007152489A JP2008305698A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008305698A true JP2008305698A (en) 2008-12-18

Family

ID=40234229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007152489A Pending JP2008305698A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008305698A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4914059B2 (en) Current collector, battery electrode substrate, and manufacturing method thereof
TW516252B (en) Collector for alkaline secondary battery, method for making the same, and alkaline secondary battery using the same
JP5137117B2 (en) Nonwoven fabric substrate for battery, battery electrode using the same, and battery
JP2009163976A (en) Nonwoven fabric substrate for battery, and its manufacturing method
JP2009176517A (en) Nonwoven fabric-like nickel chromium current collector for nonaqueous electrolyte secondary battery and electrode using it
JP4903959B2 (en) Battery current collector and battery using the same
JP4481282B2 (en) Battery electrode substrate, battery electrode, and alkaline secondary battery using the same
JP4973892B2 (en) Capacitors
JP4973882B2 (en) Capacitors
JP5565114B2 (en) Capacitor using porous metal
WO2005108647A1 (en) Porous metal foil with carrier foil and process for producing the same
JP5285014B2 (en) Current collector, battery electrode substrate, and manufacturing method thereof
JP2008305698A (en) Nonwoven-fabric board for battery, electrode of battery using the same, and battery
JP2008181739A (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4699686B2 (en) Current collector for electrochemical device, battery using the same, and electric double layer capacitor using the same
JP2009283315A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009026562A (en) Electrode substrate for battery, electrode for battery, and battery
JP2010010364A (en) Polarizable electrode for electric double-layer capacitor and its production process
JP2008159497A (en) Current collector material for electrochemical element and electrochemical element
JP2008198470A (en) Manufacturing method of battery nonwoven fabric board and battery electrode and battery using the board
JP2016173934A (en) Aluminum porous body, method of producing aluminum porous body, electrode, electric double-layer capacitor, lithium ion capacitor, and lithium ion battery
JP5013361B2 (en) Method for producing nickel electrode for alkaline secondary battery
JP5136822B2 (en) Manufacturing method of battery electrode substrate, battery electrode and battery using the same
JP5495646B2 (en) Current collector for electrochemical element and electrochemical element using the same
JP5116076B2 (en) Battery electrode substrate, battery electrode using the same, and battery