JP2013206622A - シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法、正極 - Google Patents
シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法、正極 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013206622A JP2013206622A JP2012072423A JP2012072423A JP2013206622A JP 2013206622 A JP2013206622 A JP 2013206622A JP 2012072423 A JP2012072423 A JP 2012072423A JP 2012072423 A JP2012072423 A JP 2012072423A JP 2013206622 A JP2013206622 A JP 2013206622A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- positive electrode
- sheet
- electrode
- battery
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 334
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 19
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 14
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 21
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 20
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 20
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 14
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 53
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 29
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 28
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 11
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000219 Ethylene vinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229910018007 MmNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- IPJKJLXEVHOKSE-UHFFFAOYSA-L manganese dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mn+2] IPJKJLXEVHOKSE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229910001122 Mischmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000004715 ethylene vinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- RZXDTJIXPSCHCI-UHFFFAOYSA-N hexa-1,5-diene-2,5-diol Chemical compound OC(=C)CCC(O)=C RZXDTJIXPSCHCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明のファイバー電池は、導電性ファイバーの表面に正極活物質を形成させた複数本の単一ファイバー電極から構成され、単一ファイバー電極の軸方向を揃えてシート状に形成されたシート状電極を、単一ファイバー電極の軸方向を揃えて複数積層した正極と、板状又はシート状の負極と、セパレータとを有し、正極と負極とがセパレータを介して積層され、かつ、少なくとも厚み方向に加圧されていることを特徴とする。
本発明のファイバー電池は、負極及びセパレータがシート状であり、正極及び負極がセパレータを介して渦巻状に捲かれている捲回型電池であることが好ましい。
【選択図】なし
Description
2枚以上6枚以下の前記シート状電極を、イオン透過性の結着剤を介して、単一ファイバー電極の軸方向が同じとなるように積層し、厚み方向に加圧することによって成型された正極に関する。
導電性ファイバーとしては、カーボンファイバー、ニッケル線、鋼線、金属被覆したポリオレフィンの他、木綿糸、絹糸又はポリエステル樹脂製糸のような耐酸化性又は耐アルカリ性が良好でない繊維状材料を、耐電解液性及び耐酸化性に優れたポリオレフィン系樹脂を被覆し、さらに金属被覆した材料も使用可能である。金属被覆した繊維を電解法又は加熱処理により酸化することで、内側の炭素又はポリオレフィンが酸化して分解されるため、細い中空糸状で多孔質の金属繊維を得ることができるが、そのような材料も使用可能である。導電性ファイバーとしては、導電性が高く、安価である観点から、カーボンファイバーが最も好ましい。
正極活物質としては、導電性ファイバーを被覆するように正極活物質層を形成し得る正極活物質であれば、その種類は特に限定されない。正極活物質の具体例は、遷移金属の酸化物又は水酸化物である。
本発明のファイバー電池においては、負極はファイバー負極に限定されないが、負極としてシート状のファイバー負極を用いる場合、導電性ファイバーには、正極と同様の導電性ファイバーを使用し得る。負極活物質としては、導電性ファイバーを被覆するように負極活物質層を形成し得る負極活物質であれば、その種類は特に限定されない。
セパレータの例は、フィルム、織布、不織布、多孔膜又は半透過膜であるが、保液性、絶縁性、耐アルカリ性及び耐酸化性を有していれば、その種類は特に限定されない。ポリマーの具体例は、ポリビニルアルコール、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、エチレンビニルアセテート、エチレンビニルアルコール、ポリプロピレン又はポリエチレンである。硫酸で処理したポリプロピレン不織布、架橋されたポリビニルアルコールのフィルム又はスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体の多孔膜も使用可能である。
電解液は、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)若しくは水酸化リチウム(LiOH)の水溶液、又はこれらの混合水溶液であれば、特に限定されない。一般的には、出力、容量(充電効率)及び電極寿命を考慮して、これら3種類の苛性アルカリから2種類以上を混合して電解液とする場合が多い。出力重視であればイオン導電性が優れたKOH単体が良いが、充電効率を向上させるため、通常はLiOHが添加される。ただし、LiOHは、溶解量に限度があるため、LiOHのみによって充電効率向上の目標が達成できない場合には、NaOHも添加される。NaOHは、イオン導電性及び充電効率を向上させる効果が3種類の苛性アルカリのうちで中間的な性質を示すため、KOHをベースとしてNaOHを添加し、出力を重視しつつ、充電効率を補うことも可能である。
図4は、シート状電極(シート状ファイバー電極)を複数枚積層し、ファイバー正極を作製する方法の概念図を示す。数百〜数万本の導電性ファイバー束は、エアフローのような開繊手段によって開繊される。必要に応じて、導電性ファイバーを金属メッキした後、電解析出法又は電気メッキ法によって正極活物質層9を導電性ファイバー8の表面に形成させる。こうして、表面に正極活物質層を形成させた導電性ファイバーを、シート状電極10とする。このとき、導電性ファイバーの一端には、正極活物質層を形成させないようにすると、正極活物質層が形成されていない該部分は、端子と接続させることにより、正極端子して機能し得る。
ポリアクリロニトリルから得られた、直径6μmのカーボンファイバー約12000本からなるファイバー束を開繊し、厚さ約100μm、幅40mmに調整した。調整されたカーボンファイバーは、硫酸ニッケル320g/L、塩化ニッケル50g/L、及びホウ酸40g/Lを含有するメッキ浴中に浸漬され、発泡状ニッケル板を対極として陰分極された。0.1Aの一定電流でメッキ処理を行い、カーボンファイバー表面に形成されるニッケルメッキの厚みは、約0.3μmに調整された。
ポリアクリロニトリルから得られた、直径6μmのカーボンファイバー約12000本からなるファイバー束を開繊し、厚さ約100μm、幅37mmに調整した。上記作製例と同様に、カーボンファイバーをニッケルメッキした後、0.3mol/Lの硝酸ニッケル水溶液中で電解析出した。電解析出した水酸化ニッケル量は、2.7g/mであった。水洗後、ニッケルメッキ表面に水酸化ニッケル層を形成した12000本からなるファイバー電極の束は、80℃のアルカリ水溶液(4.8mol/L-KOH+1.2mol/L-NaOH)に浸漬された。水洗後、乾燥させた12000本からなるファイバー電極の束を、8cmの長さにカットし、シート状電極とした。
ポリアクリロニトリルから得られた、直径6μmのカーボンファイバー約12000本からなるファイバー束を開繊し、厚さ約100μm、幅40mmに調整した。調整されたカーボンファイバーは、上記作製例と同様にニッケルメッキされた後、表面に水酸化ニッケルを電解析出させた。カーボンファイバーのニッケルメッキ表面に形成される水酸化ニッケル量は、1.3g/mに調整された。水洗後、表面に円環状の水酸化ニッケル層が形成されたカーボンファイバーは、80℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬された。水洗後、乾燥させた12000本からなるファイバー電極の束を、シート状電極とした。
上記捲回型ファイバー電池と同じ材質のセパレータを長軸方向に3cm間隔で折り曲げて蛇腹状に成型した。上記捲回型ファイバー電池と同じ正極及び負極を、蛇腹状に形成されたセパレータに交互に1枚ずつ、それぞれ1箇所(正極)と2箇所(負極)に挟持させた。正極1枚及び負極2枚を挟持させた蛇腹状のセパレータを、絶縁性の枠型(ポリプロピレン樹脂製)にはめ込み、枠の両方の開口部をニッケルメッキ鋼板で閉じ、ボルトで押さえ付けて密閉した。次いで、電解液であるアルカリ水溶液(6.5M-KOH+1.5M-LiOH)を注入して折込型ファイバー電池を製造した。
捲回型ファイバー電池及び折込型ファイバー電池を、0.1C、0.2C、0.5Cと段階的にレートを上昇させながら、充放電を繰り返すことによって活性化した。0.1Cでは60〜150%までサイクルを経るごとに徐々に充電量を増大させた。0.2Cでは、充電量を110%又は120%とした。0.5Cでは、充電量を100%とした。合計で60回の活性化充放電を繰り返し、十分に充放電特性を安定化させた後、1Cで充放電を行った。表2は、捲回型ファイバー電池及び折込型ファイバー電池の理論容量、活性化後の実容量、及び利用率(実容量÷理論容量×100(%))を示す。
図9は、捲回型ファイバー電池及び折込型ファイバー電池の活性化終了後における1C充放電挙動を示す。図9より、捲回型ファイバー電池は、折込型ファイバー電池と比較して、高い放電容量を示すことが確認された。
図10は、捲回型ファイバー電池のサイクル特性を示す。図11は、折込型ファイバー電池のサイクル特性を示す。図10及び図11より、捲回型ファイバー電池は、50サイクルの充放電を繰り返しても、折込型ファイバー電池と比較して容量劣化が非常に少ないことが確認された。
捲回型電池に用いるファイバー正極として、水酸化ニッケル重量が2.5g/mのシート状電極を3枚、導電性ファイバーが伸びている方向に積層した。水酸化ニッケルが電解析出されている部分の長さは3cmであり、両端に5mmずつ活物質層が形成されていないニッケルメッキファイバーが露出した部分がある。
2:活物質層
2a:活物質粒子
3:単一のファイバー電極
4:隙間
5:シート状正極
6:シート状負極
7:セパレータ
8:導電性ファイバー
9:活物質層
10:シート状電極
11:正極(ファイバー正極)
12:端子
19:正極(ファイバー正極)
20:正極活物質層が形成されていないカーボンファイバーの一端
21:集電用タブ
22:セパレータ
23:負極
24:3枚積層されたシート状電極
25:枠状集電体
26:正極
Claims (16)
- 導電性ファイバーの表面に正極活物質を形成させた複数本の単一ファイバー電極から構成され、単一ファイバー電極の軸方向を揃えてシート状に形成されたシート状電極を、単一ファイバー電極の軸方向を揃えて複数積層した正極と、
板状又はシート状の負極と、
セパレータとを有し、
正極と負極とがセパレータを介して積層されているファイバー電池。 - 前記負極がシート状であり、
前記セパレータがシート状であり、
前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して渦巻状に捲回されている捲回型電池である、請求項1に記載のファイバー電池。 - 前記シート状電極が、1000本以上20000本以下の単一ファイバー電極から構成される、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記正極が、結着剤を介して、2枚以上6枚以下の前記シート状電極を積層し、加圧成型されたシート状電極である、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記結着剤が、イオン透過性の結着剤である、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記正極が、枠状集電体に前記シート状電極を複数枚横並びに取り付けた正極である、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記正極が、厚み方向に加圧され、厚み方向にかかる圧力が0.1MPa以上100MPa以下である、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記正極を構成する前記導電性ファイバーがカーボンファイバーである、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記シート状電極を構成する前記導電性ファイバーの直径が1μm以上100μm以下である、請求項8に記載のファイバー電池。
- 正極活物質が水酸化ニッケルであり、負極活物質が水素吸蔵合金である、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記導電性ファイバーの軸方向は、捲回軸の軸方向と揃っている、請求項2に記載のファイバー電池。
- 前記シート状電極が、正極活物質層が複数本のファイバー電極の一端には形成されておらず、該一端が正極端子と接続されている、請求項1又は2に記載のファイバー電池。
- 前記正極端子と前記シート状電極が、セパレータによって挟持されている、請求項12に記載のファイバー電池。
- 導電性ファイバーの表面に正極活物質を形成させた複数本の単一ファイバー電極から構成されるシート状電極であって、当該単一ファイバー電極の軸方向を揃えてシート状に形成されたシート状電極を、単一ファイバー電極の軸方向を揃えて複数積層し、導電性ファイバーに端子を取り付けた正極と、端子を形成させた板状又はシート状の負極とを、厚み方向にかかる圧力が0.1MPa以上100MPa以下となるようにセパレータを介して積層し、積層ブロックを製造する工程と、
前記積層ブロックを電槽に収納し、電槽の底面及び蓋に積層ブロックの正極集電体及び負極集電体をそれぞれ接続した後、電解液を注入して電槽を密閉する工程と、
を有するファイバー電池の製造方法。 - 導電性ファイバーの表面に正極活物質を形成させた複数本の単一ファイバー電極から構成されるシート状電極であって、当該単一ファイバー電極の軸方向を揃えてシート状に形成されたシート状電極を、単一ファイバー電極の軸方向を揃えて複数積層し、導電性ファイバーに端子を取り付けた正極と、端子を形成させたシート状の負極とを、厚み方向にかかる圧力が0.1MPa以上100MPa以下となるようにシート状のセパレータを介して渦巻状に捲回し、捲回ブロックを製造する工程と、
前記捲回ブロックを電槽に収納し、電槽の底面及び蓋に捲回ブロックの正極集電体及び負極集電体をそれぞれ接続した後、電解液を注入して電槽を密閉する工程と、
を有する捲回型ファイバー電池の製造方法。 - 導電性ファイバーの表面に正極活物質を形成させた複数本の単一ファイバー電極から構成されるシート状電極であって、当該単一ファイバー電極の軸方向を揃えてシート状に形成されたシート状電極からなり、
2枚以上6枚以下の前記シート状電極を、結着剤を介して、単一ファイバー電極の軸方向が同じとなるように積層し、厚み方向に加圧することによって成型された正極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012072423A JP5924670B2 (ja) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012072423A JP5924670B2 (ja) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013206622A true JP2013206622A (ja) | 2013-10-07 |
JP5924670B2 JP5924670B2 (ja) | 2016-05-25 |
Family
ID=49525524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012072423A Expired - Fee Related JP5924670B2 (ja) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5924670B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017537437A (ja) * | 2014-10-31 | 2017-12-14 | エルジー・ケム・リミテッド | 多層のケーブル型二次電池 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62278753A (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-03 | Toshiba Battery Co Ltd | 金属酸化物・水素蓄電池 |
JP2003317794A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ファイバー電池及びその製造方法 |
JP2003317795A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 圧力吸収構造を備えた電池 |
JP2010225354A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | ファイバー状電池用ニッケル正極 |
WO2011007549A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極及びファイバー電池、並びにその製造方法、ファイバー電極及びファイバー電池の製造設備 |
WO2011007548A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極を備える蓄電デバイス及びその製造方法 |
JP2011034913A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Seiko Epson Corp | リチウム電池用電極とその製造方法、及びリチウム電池 |
-
2012
- 2012-03-27 JP JP2012072423A patent/JP5924670B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62278753A (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-03 | Toshiba Battery Co Ltd | 金属酸化物・水素蓄電池 |
JP2003317794A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ファイバー電池及びその製造方法 |
JP2003317795A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 圧力吸収構造を備えた電池 |
JP2010225354A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | ファイバー状電池用ニッケル正極 |
WO2011007549A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極及びファイバー電池、並びにその製造方法、ファイバー電極及びファイバー電池の製造設備 |
WO2011007548A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極を備える蓄電デバイス及びその製造方法 |
JP2011034913A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Seiko Epson Corp | リチウム電池用電極とその製造方法、及びリチウム電池 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017537437A (ja) * | 2014-10-31 | 2017-12-14 | エルジー・ケム・リミテッド | 多層のケーブル型二次電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5924670B2 (ja) | 2016-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101542167B1 (ko) | 프로톤을 삽입종으로 하는 2차 전지용 음극 및 이를 구비하는 2차 전지 | |
KR101385881B1 (ko) | 파이버 전극을 구비한 축전 디바이스 및 그 제조방법 | |
KR102328253B1 (ko) | 전도성 직물로 형성된 보호층을 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
US7758997B2 (en) | Secondary battery | |
WO2010058574A1 (ja) | ファイバー電池用ニッケル正極 | |
CN107305942B (zh) | 一种卷绕式负极片以及设有该负极片的电芯及锂浆料电池 | |
JP5602092B2 (ja) | アルカリ二次電池用負極板を適用したアルカリ二次電池 | |
EP2472641A1 (en) | Nickel-zinc battery and manufacturing method thereof | |
CN102856538B (zh) | 负极板、包括该负极板的圆筒形电池 | |
JP2010073533A (ja) | 充放電可能な電池 | |
TW201108496A (en) | Fiber electrode and fiber cell, and method for producing same, facility for producing fiber electrode and fiber cell | |
KR101917496B1 (ko) | 전기 화학 디바이스 및 전기 화학 디바이스의 제조 방법 | |
JP2013206623A (ja) | ファイバー電極及びファイバー電極を有するファイバー電池 | |
CN109088093B (zh) | 静态沉积型浆料电池 | |
JP3527586B2 (ja) | アルカリ蓄電池用ニッケル電極の製造法 | |
JP2014139880A (ja) | アルカリ電解液二次電池用セパレータ、アルカリ電解液二次電池及びアルカリ電解液二次電池の製造方法 | |
WO2015089208A1 (en) | Cell design for an alkaline battery with channels in electrodes to remove gas | |
JP5924670B2 (ja) | シート状のファイバー正極を有する電池及びその製造方法 | |
JP2022081421A (ja) | 亜鉛電池用負極体及び亜鉛電池 | |
JP2917702B2 (ja) | 密閉形ニッケル−水素電池 | |
JP3893856B2 (ja) | 角型アルカリ蓄電池 | |
JP2008181825A (ja) | アルカリ電池用ニッケル極 | |
JP4997529B2 (ja) | アルカリ電池用ニッケル極及びその製造方法 | |
JP2001143712A5 (ja) | ||
KR20220127565A (ko) | 이차전지 제조방법 및 이에 따라 제조된 이차전지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150325 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150325 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160301 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160316 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160405 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5924670 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |