JP2612002B2 - 電 池 - Google Patents

電 池

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JP2612002B2
JP2612002B2 JP62225998A JP22599887A JP2612002B2 JP 2612002 B2 JP2612002 B2 JP 2612002B2 JP 62225998 A JP62225998 A JP 62225998A JP 22599887 A JP22599887 A JP 22599887A JP 2612002 B2 JP2612002 B2 JP 2612002B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • H01M10/345Gastight metal hydride accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/12Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with flat electrodes
    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電池に関する。
(従来の技術) 従来の電池は次のようにして製造されている。
例えば、電解液を用いたコイン型電池においては、正
極活物質となる材料を含んだ正極合剤を電極基板に充填
または含浸し、これを円盤状に切断して正極基板を得た
のち、この正極基板と電池容器とを溶接する。次に、繊
維状高分子またはフィルム状高分子からなるセパレータ
(電解液支持体)を円盤状に切断し、上記電池容器内に
溶接された正極基板上に置く。続いて、負極活物質とな
る材料を含んだ負極合剤を、上記正極合剤と同様に電極
基板に充填または含浸し、これを円盤状に切断して負極
基板を得たのち、この負極基板と電池蓋とを溶接する。
しかる後、電池容器に電解液を供給し、該容器を封口し
て、全工程を終える。
(発明が解決しようとする問題点) このように、従来の電池にあっては、その製造工程が
上述したように複雑であるため、製造に多大の時間を要
するといった問題があった。
(発明の目的) 本発明は、上記従来の電池がもつ製造上の問題を解消
するためになされたものであって、製造工程が簡略化し
うる電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、内部抵抗の小さな電池を提供するこ
とを目的とする。
(発明の構成) 本発明に係わる電池は、それぞれが粉末の正極合剤、
セパレータもしくは固体電解質合剤、負極合剤が、その
順序で積層されるとともに、粉末の集電体が、前記正極
合剤および負極合剤のいずれか一方または両方に積層さ
れ、それらの粉末が同時に加圧されて一体成形された4
層構造または5層構造のタブレットを電池内容物として
有していることを特徴とする。
まず、正極合剤、セパレータ、負極合剤および集電体
を用いて層状のタブレットを形成する場合(電解液を含
ませる場合)の各合剤について以下に説明する。
正極合剤は正極活物質、導電剤および結着剤を含む。
正極活物質としては、例えば二酸化マンガン、酸化ニッ
ケル、三酸化タングステン、二酸化鉛、三酸化モリブデ
ン等の酸化剤が挙げられるが、二酸化マンガンおよび酸
化ニッケルが好適である。上記導電剤とは、合剤中の電
子導電性を確保するために加えられる電子導電性物質で
ある。この導電剤としては、例えばアセチレンブラッ
ク、黒鉛、グラファイト、カーボンブラック、ニッケル
粉末等が挙げられるが、アセチレンブラックが好適であ
る。上記結着剤とは、上記二種の粉体の結着性を高める
ために加えられる物質である。この結着剤としては、例
えばカルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロ
エチレン、カルボキシメチルセルロース塩、ポリビニル
アルコール、ポリエチレン、寒天、メチルセルロース等
が挙げられる。前記導電剤および結着剤は、正極合剤中
におのおの3〜20重量パーセント配合される。
セパレータは、電解液支持体からなり、結着剤を含む
こともある。電解液支持体は、絶縁性を有するものであ
ればよく、この条件を満足する電解液支持体の例として
は、二酸化ケイ素および酸化アルミニウム等が挙げられ
る。結着剤は、上記正極合剤に用いたものがそのまま用
いられる。この結着剤は、電解液支持体100重量部に対
し、0〜20重量部配合されるのが好ましい。
負極合剤は、負極活物質を正極活物質の代わりに用い
る以外は前記正極合剤と何ら変わるところはない。ここ
で負極活物質とは、水素が吸蔵された水素吸蔵合金であ
り、この水素吸蔵合金としては、例えばTiNi,TiNi
B0.01,TiNiMm0.01,LaNi5,TiFe等が挙げられる。導電剤
および結着剤の配合量も前記正極合剤と変わりがない。
次に、上記セパレータに代えて固体電解質合剤を用い
て層状のタブレットを形成する場合の各合剤について以
下に説明する。
正極合剤は、正極活物質、導電剤、結着剤および固体
電解質を含む。正極活物質、導電剤および結着剤につい
ては、前記したセパレータを用いた場合の正極合剤と同
様の材料を用いる。固体電解室は合剤中のイオン導電性
を確保するために加えられる物質である。この固体電解
質としては、例えば酸化第二錫(SnO2・3H2O)や五酸化
アンチモン(Sb2O5・nH2O,n=3〜6)等の酸水和物の
水素イオン導電性固体電解質が挙げられる。これら各剤
の配合量は、導電剤および結着剤は、正極合剤中におの
おの3〜20重量パーセント、また固体電解質は正極合剤
中に10〜60重量パーセントとなる。
固体電解質合剤は、固体電解質粉体からなり、結着剤
を含むこともある。固体電解質粉体は、前記正極合剤中
に配合した固体電解質の粉体であり、結着剤も正極合剤
に用いたものがそのまま用いられる。結着剤は電解液支
持体100重量部に対して0〜20重量部配合されるのが好
ましい。
負極合剤は、負極活物質を正極活物質の代わりに用い
る以外は、上記正極合剤と何ら変わるところはない。こ
こで負極活物質とは、水素が吸蔵された水素吸蔵合金で
あり、この水素吸蔵合金としては、例えばTiNi,TiNiB
0.01,TiNiMm0.01,LaNi5,TiFe等が挙げられる。導電剤、
結着剤、および固体電解質の配合量も上記した正極合剤
と変わりがない。
集電体は、電子導電性を有する粉末からなり、結着剤
を含むこともある。電子導電性を有する粉末は、電極表
面で板状構造となり、耐電解質性、耐電解液性を有する
ものであればいずれでもよい。この条件を満足する電子
導電性を有する粉末は、上述の導電剤と同じである。結
着剤は、電子導電性を有する粉末100重量部に対して0
〜50重量部配合されるのが好ましい。
次に、本発明に係る電池の製造方法を第1図乃至第6
図に沿って説明する。なお、ここでは、正極および負極
の表面に共に集電体を形成する場合について説明した
が、一方にのみ集電体を形成させる場合については、集
電体の粉末の供給の工程が一方のみ省略されるだけであ
るから説明は省略する。
第1図において、1は成形用金型、2は金型内に投入
した粉体を加圧して形成する押棒、3は成形用金型1の
受台である。この受台3は、成形用金型1の深さを調整
するため、成形用金型1内において上下動可能となされ
ている。
まず、このような状態に設定された成形用金型1に、
集電体4の粉末を投入し、その後押棒2で軽く加圧して
集電体4を整地し、さらに正極合剤5の粉末を成形用金
型1に投入する(第1図参照)。
その後、正極合剤5を押棒2で軽く加圧して整地し、
続いてセパレータもしくは固体電解質合剤6の粉末を成
形用金型1に投入する。第2図にその状態を示す。
次に、セパレータもしくは固体電解質合剤6を上述の
操作と同様に押棒2で軽く加圧して整地したのち、成形
用金型1に負極合剤7の粉末を投入し、押棒2で軽く加
圧して負極合剤7を整地する。続いて、集電体4の粉末
を成形用金型1に投入する。その状態を第3図に示す。
なお、上記5種の粉末を成形用金型1に投入する順序
は上述の逆であってもよい。
ついで、成形用金型1内に投入された粉末4,5,6,7,4
を押棒2によって加圧し、一体成形する。このようにし
て得られたものを以下層状タブレットと言う。第4図に
その状態を示す。
なお、6で示される部分には、上述のような製造法を
実現できる粉末であれば、セパレータもしくは固体電解
質合剤のいずれを用いてもよい。6で示される部分がセ
パレータの場合には、電解液支持体を含んでおり、粉体
間の空隙または粉体表面での電解液の支持で本目的は達
成される。また、固体電解質合剤の場合には、固体電解
質自体のイオン導電性により本目的は達成される。
以上のようにして一体化成形された層状タブレットを
成形用金型1より取り出し、第5図に示すように、電池
容器8に入れる。なお、図中の符号9は集電材、10は絶
縁パッキングである。ここで、6で示される部分がセパ
レータの場合には、その後、層状タブレットに電解液11
を供給して含浸させる。電解液11は予め電池容器8内に
供給されていても、また電解液11が予め供給された層状
タブレットを電池容器8内に供給してもよい。ただし、
6で示される部分が固体電解質合剤の場合には、上記電
解液11の供給は不要である。
最後に、第6図に示すように、電池容器8の蓋12を取
り付け、電池容器8と該蓋12とをかしめて封口する。
以上述べた製造方法は、電解液がアルカリ水溶液であ
る電池に限定されるものではなく、他の液体電解液、例
えば酸性水溶液や有機溶媒等からなる電解質溶液等を用
いる電池や、固体電解質を用いる電池等に応用すること
が可能である。
(発明の効果) 本発明によれば、電池内容物を予めタブレット状に成
形するものであるから、電池内容物のみを多量に生産す
ることができ、電池の製造工程を簡略化することができ
る。
また、正極合剤および負極合剤の少なくとも一方の外
面に集電効果を高めるために導電性粉末を板状に一体化
成形させて層状タブレットを作製し、この層状タブレッ
トを電池内容物としているので、正極合剤および/また
は負極合剤内部の抵抗が軽減され、その結果電池の内部
抵抗を小さくすることができる。
(実施例) 以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
〔実施例1〕 集電体粉末として、グラファイト粉末を10重量部と、
結着剤であるカルボキシメチルセルロースを3重量部ず
つ混合し、この50mgをとり、内径15mmの成形用金型に入
れ、上から押棒で軽く押さえる。
正極合剤としては、γ−二酸化マンガンを10重量部
と、導電剤であるアセチレンブラックを2重量部、およ
び結着剤であるカルボキシメチルセルロースを1重量部
ずつ混合した粉末であり、これを200mgとり、成形用金
型内におかれた集電体の上へ入れ、上から押棒で軽く押
さえる。
セパレータ粉末としては、電解液支持体である二酸化
ケイ素粉末を20重量部および結着剤であるカルボキシメ
チルセルロースを1重量部ずつ混合したもので、この20
0mgをとり、成形用金型内におかれた集電体および正極
合剤の上へ入れ、上から押棒で軽く押さえる。
負極合剤としては、水素吸蔵合金であるTiNiMm0.01
粉末を水素化したものを10重量部と、導電剤であるアセ
チレンブラックおよび結着剤であるカルボキシメチルセ
ルロースを共に1重量部ずつ混合した粉末であり、この
200mgをとり、成形用金型内におかれた集電体、正極合
剤、およびセパレータの上へ入れ、上から押棒で軽く押
さえる。
さらに、前記集電体粉末を50mgとり、成形用金型内に
おかれた集電体、正極合剤、セパレータおよび負極合剤
の上へ入れ、上から押棒で200kgw/cm2の圧力で加圧す
る。
このようにして、電池内容物である層状タブレットを
得、これを成形用金型より取り出し、電池容器に入れ、
これに30wt%の水酸化カリウム水溶液を120μ加え、
その後電池容器を封口する。
以上のようにして作製した電池の25℃における充放電
挙動を第7図に示す。
〔実施例2〕 正極合剤としては、水酸化ニッケル(II)を10重量部
と、導電剤であるアセチレンブラックを2重量部および
結着剤であるポリテトラフルオロエチレン粉末を0.5重
量部ずつ混合したものをニッケル基板に取り付け、30wt
%水酸化カリウム水溶液中で充電し、その後、ニッケル
基板より取り外し、乾燥粉砕した粉末を用いる。
セパレータ粉末として、電解液支持体であるα−アル
ミナの粉末を20重量部および結着剤であるカルボキシメ
チルセルロースを1重量部ずつ混合したものを用いる。
集電体粉末として、Ni粉末を10重量部と、結着剤であ
るカルボキシメチルセルロースを1重量部ずつ混合した
ものを用いる。また、負極合剤としては、実施例1と同
様にして調整した粉末を用いる。
以上4種類の粉末を、実施例1とそれぞれ同量用い、
同様の手順によって層状タブレットを作製する。この層
状タブレットを電池容器に入れ、これに30wt%水酸化カ
リウム水溶液を120μ加え、その後電池容器を封口す
る。
このようにして作製した電池の25℃における充放電挙
動を第8図に示す。
(比較例) 集電体粉末のみ供給せず、正極合剤、セパレータおよ
び負極合剤に関しては実施例1と何ら変わるところなく
作製された層状タブレットを得る。この層状タブレット
に30wt%水酸化カリウム水溶液を120μ加え、その後
電池容器を封口する。
このようにして作製した電池の25℃における充放電挙
動を第9図に示す。
第7図乃至第9図から明らかなように、本発明よれ
ば、正極および負極の少なくとも一方に集電体を一体化
成形したため、分極の小さな電池が得られることがわか
る。
【図面の簡単な説明】 第1図乃至第6図は本発明に係る電池の製造工程を連続
的に説明する概略工程図、第7図および第8図は本発明
の実施例に係る電池の充放電特性図、第9図は本発明の
比較例に係る電池の充放電特性図である。 1……成形用金型、2……押棒 3……受台、4……集電体 5……正極合剤 6……セパレータもしくは固体電解質合剤 7……負極合剤、8……電池容器 9……集電材、10……絶縁パッキング 11……電解液、12……蓋

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれが粉末の正極合剤、セパレータも
    しくは固体電解質合剤、負極合剤が、その順序で積層さ
    れるとともに、粉末の集電体が、前記正極合剤および負
    極合剤のいずれか一方または両方に積層され、それらの
    粉末が同時に加圧されて一体成形された4層構造または
    5層構造のタブレットを電池内容物として有しているこ
    とを特徴とする電池。
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