JP2673078B2 - アルカリ二次電池用のペースト式電極 - Google Patents

アルカリ二次電池用のペースト式電極

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルカリ二次電池用のペ
ースト式電極に関し、特に導電芯体を改良したアルカリ
二次電池用のペースト式電極に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来のアルカリ二次電池用ニッケル電極
としては、焼結式、ペースト式、ポケット式などのもの
が挙げられる。これらの内でも高容量密度でしかも低コ
ストな電極として、ペースト式ニッケル電極が最も広く
用いられている。
【０００３】ペースト式ニッケル電極は、従来、例えば
エキスパンデッドメタル、穿孔剛板、ニッケルネット等
の導電芯体にペースト状ニッケル活物質を塗布し、圧着
することにより製造される。このペースト式ニッケル電
極は、高容量密度化及び低コスト化が達成されるもの
の、導電芯体とニッケル活物質との電気伝導性が悪いた
め、焼結式ニッケル電極に比べて活物質の利用率が低
く、特に大電流放電においてはその差が顕著に現われて
いた。
【０００４】このペースト式ニッケル電極における活物
質の利用率を改良する試みとして、三次元的に連続した
空間を有する発泡状ニッケル多孔体（空隙率９０〜９５
％）を導電芯体として用いたペースト式ニッケル電極が
提案されている。しかし、この発泡状ニッケル多孔体
は、ニッケル骨のばらつきによって電極特性にばらつき
を生じさせ、更に、引張強度の弱さや捲回した際に亀裂
が生じる等の機械的な脆さがあり、電極製造上において
も問題があった。
【０００５】この他の試みとして、特公昭４８−２５１
４９号公報、特開昭６１−２０８７５６号公報では、繊
維状の有機材料の表面に電着、蒸着方法で耐アルカリ性
金属を被覆した後、有機材料部分を加熱分解することに
より得られるフェルト状金属繊維多孔体を導電芯体とし
て用いることが記載されている。このフェルト状金属繊
維多孔体は、金属繊維の分布を比較的均一にできるため
電極特性のばらつきを小さくでき、しかも引張強度、伸
び率などの電極捲回時に必要とされる機械的特性に優れ
る。
【０００６】しかしながら、前記金属繊維多孔体を導電
芯体として用いたペースト式ニッケル電極は、電池に組
込むために対極と共にセパレータを介してスパイラル状
に捲回する際に前記金属繊維多孔体を構成する金属繊維
がセパレータを貫通して対極に接触し、内部短絡不良を
生じるという問題点があった。また、ペースト式水素吸
蔵合金電極などの他のアルカリ二次電池用のペースト式
電極においても、同様な問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の問題
点を解決するためになされたもので、電池に組込むため
に捲回する際の対極との接触に起因する内部短絡不良の
発生が低減されたアルカリ二次電池用のペースト式電極
を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極活物質を
主成分とする活物質合剤を導電芯体に充填したアルカリ
二次電池用のペースト式電極において、前記導電芯体と
して、金属メッキが施された有機繊維不織布を還元性雰
囲気中で焼成することにより得られたもので、かつ表面
付近の金属繊維を内部の金属繊維よりも太くした構造を
有する金属繊維多孔体を用いたことを特徴とするアルカ
リ二次電池用のペースト式電極である。前記電極活物質
としては、水酸化ニッケルなどの正極活物質；又は水素
吸蔵合金、水酸化カドミウムなどの負極活物質を用いる
ことができる。
【０００９】前記活物質合剤中には、前記電極活物質の
他に必要に応じて添加剤及び結着剤などを配合してもよ
い。前記添加剤としては、例えば一酸化コバルトなどを
挙げることができる。前記結着剤としては、例えばカル
ボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸塩、及びポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを挙げること
ができる。
【００１０】前記金属繊維多孔体を得るための母材とな
る有機繊維不織布としては、例えばポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリエステル、ポリアミド等の合成繊維、
又はカーボン繊維を適当なバインダーと共に不織布状に
成形したものを挙げることができる。かかる有機繊維不
織布の製造方法としては、長さ２〜１０ｃｍの繊維を紡
績カードで開繊するか、繊維を空気流でランダムに集積
する乾式不織布製造方法；長さ１ｃｍ以下の繊維を水中
に分散させた後、網で捕集する湿式不織布製造方法；溶
融された樹脂を紡糸し、これを直接ランダムに支持体に
吹き付けるスパンボンド製造方法が挙げられる。
【００１１】前記有機繊維不織布に施される金属メッキ
としては、ニッケルメッキ、銀メッキ、コバルトメッキ
などが挙げられる。かかる金属メッキは、例えば次のよ
うに行なわれる。即ち、まず、前記有機繊維不織布に、
例えばカーボン、導電性樹脂、金属粉又はこれらの２種
以上の混合物などからなる導電材を塗布又は含浸して導
電性を付与する方法、或いは無電解メッキのような化学
的に金属を基材表面に還元析出させる方法により導電性
処理を施す。次いで、この有機繊維不織布に電解メッキ
又は無電解メッキにより金属メッキを施す。この際、有
機繊維不織布の表層部（表面付近）に金属がより多く析
出するようにコントロールする。例えば電解メッキの場
合、有機繊維不織布の表層部での電着金属イオンの消費
を大きくするため、電流密度を常法より大きくする。
【００１２】前記導電芯体としての金属繊維多孔体は、
電池に組込むために電極を捲回する際の対極との接触に
起因する内部短絡不良の発生をより確実に低減させる観
点から、表面付近の平均金属繊維径が内部の平均金属繊
維径よりも１．５倍以上の太さであることが望ましい。
更に、内部の平均金属繊維径が１０〜１００μｍの範囲
であり、表面付近の平均金属繊維径が２０〜１５０μｍ
の範囲であることが望ましい。
【００１３】前記金属繊維多孔体の目付け量は、３００
〜８００ｇ／ｍ2 であることが望ましい。この理由は、
その目付け量を３００ｇ／ｍ2 未満にすると機械的強度
が低下するため、金属繊維多孔体単独で導電芯体として
使用することが困難となる虞がある。一方、その目付け
量が８００ｇ／ｍ2 を越えると活物質充填量が大きく低
下する虞がある。
【００１４】前記金属繊維多孔体の空隙率（多孔度）
は、９０〜９８容積％であることが望ましい。この理由
は、その空隙率を９０容積％未満にすると活物質充填量
が低下たり、製造コストの上昇を招く虞がある。一方、
その空隙率が９８容積％を越えると機械的強度が低下す
るため、金属繊維多孔体単独で導電芯体として使用する
ことが困難となる虞がある。
【００１５】前記金属繊維多孔体の孔径は、電極活物質
として水酸化ニッケル粉末を用いる場合に５０〜６００
μｍであることが望ましい。この理由は、水酸化ニッケ
ル粉末の粒径が５〜５０μｍであることから、その孔径
を５０μｍに未満にすると活物質合剤を充填することが
困難となる虞があり、一方、その孔径が６００μｍを越
えると電極からの活物質の脱落や集電性の低下を招く虞
がある。
【００１６】本発明のペースト式電極としては、ニッケ
ル電極、水素吸蔵合金電極、カドミウム電極、二酸化マ
ンガン電極、亜鉛電極、鉄電極、鉛電極、酸化銀或いは
触媒を用いる電極などが挙げられる。
【００１７】本発明のペースト式電極は、例えば次のよ
うに製造される。まず、電極活物質に添加剤や結着剤を
配合したペーストを調製する。次いで、このペーストを
前記金属繊維多孔体に充填し、乾燥した後、成形するこ
とにより、ペースト式電極を製造する。
【００１８】なお、本発明のペースト式電極は、電池に
組込むために捲回する際の対極との接触に起因する内部
短絡不良の発生をより一層低減させる観点から、電極表
面に金属繊維多孔体が存在しない状態，つまり金属繊維
多孔体の表面を活物質合剤で被覆した状態にすることが
望ましい。
【００１９】
【作用】本発明によれば、導電芯体に電極活物質を主成
分とする活物質合剤を充填したアルカリ二次電池用のペ
ースト式電極において、前記導電芯体として、金属メッ
キが施された有機繊維不織布を還元性雰囲気中で焼成す
ることにより得られたもので、かつ表面付近の金属繊維
を内部の金属繊維よりも太くした構造を有する金属繊維
多孔体を用いる。この金属繊維多孔体は、電池に組込む
ために電極をスパイラル状に捲回する際に表面付近の金
属繊維から構成される金属格子が太い強固な結合を有
し、内部の金属繊維の立ち上がりを抑制するため、従来
の問題点となっていた金属細繊維によるセパレータの貫
通が防止される。その結果、電池に組込むために捲回す
る際の対極との接触に起因する内部短絡不良の発生が低
減されたアルカリ二次電池用のペースト式電極を得るこ
とができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例１
【００２１】まず、線径１８μｍのポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）を主体とする繊維を乾式法により不
織布化し、これを接着又は溶融結合することにより、目
付け量が６０ｇ／ｍ2 、厚みが２．５ｍｍの有機繊維不
織布を得た。
【００２２】次いで、前記有機繊維不織布の各単繊維表
面に無電解ニッケルメッキにより導電性処理を施した
後、ワット浴にて３００Ａ／ｄｍ2 の電流密度で一定時
間電解ニッケルメッキを施す。つづいて、脱媒装置を用
いて、このニッケルメッキが施された有機繊維不織布の
有機材料部分を熱分解除去し、更に還元雰囲気中で加熱
焼成することにより、金属繊維多孔体を製造した。こう
して得られた金属繊維多孔体は、目付け量が５００ｇ／
ｍ2 、空隙率（多孔度）が９５容積％であり、図１に示
すように内部の平均金属繊維径が約３０μｍ、表面付近
の平均金属繊維径が約８０μｍであった。
【００２３】次いで、水酸化ニッケル粉末９０重量部、
及び一酸化コバルト（ＣｏＯ）粉末１０重量部からなる
混合粉体に、水酸化ニッケル粉末に対してカルボキシメ
チルセルロース０．５重量％、及びテトラフルオロエチ
レン３．０重量％を添加し、更にこれらに純水４５重量
％を添加して混練することにより、ペーストを調製し
た。つづいて、このペーストを前記金属多孔体の空隙に
充填し、乾燥した後、ローラプレスによって圧延するこ
とにより、厚さが０．５ｍｍで、電極単位体積当りの電
気容量が６００ｍＡｈ／ｃｃのペースト式ニッケル正極
を作製した。 比較例１
【００２４】有機繊維不織布をワット浴にて電解ニッケ
ルメッキを施す際、電流密度を５０Ａ／ｄｍ2 として電
解浴を十分に攪拌した以外、実施例１と同様にして金属
繊維多孔体を製造した。こうして得られた金属繊維多孔
体は、内部の平均金属繊維径、及び表面付近の平均金属
繊維径が共に約３５μｍであった。次いで、得られた金
属繊維多孔体を用いて実施例１と同様なペースト式ニッ
ケル正極を作製した。
【００２５】こうして得られた実施例１及び比較例１の
各ペースト式ニッケル正極をカドミウム負極と共にセパ
レータを介して捲回し、適量のアルカリ電解液と共に電
池缶内に収納することにより、理論容量約６００ｍＡｈ
のニッケルカドミウム二次電池を１００個づつ組立て
た。これらの電池について、それぞれ絶縁試験を行なっ
て内部短絡不良数を調べた。その結果を下記表１に示
す。 表１ 内部短絡不良数（１００個中） 実施例１ ０個 比較例１ １８個
【００２６】表１から明らかなように実施例１のペース
ト式ニッケル極は、電池に組込んだ時の内部短絡不良の
発生が皆無であり、比較例１と比べて著しく低減されて
いることがわかる。これは、金属繊維多孔体の表面付近
の金属繊維が内部の金属繊維よりも太いことから、電池
に組込むために捲回する際に該金属繊維多孔体の金属繊
維がセパレータを貫通してカドミウム負極に接触するこ
とが防止されていることによるものである。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば電池
に組込むために捲回する際の対極との接触に起因する内
部短絡不良の発生が低減され、ひいては電池に組込むた
めの捲回性が良好で、かつ優れた電極特性を有するアル
カリ二次電池用のペースト式電極を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のペースト式ニッケル電極に用いた金
属繊維多孔体の一部分を示す断面図。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極活物質を主成分とする活物質合剤を
    導電芯体に充填したアルカリ二次電池用のペースト式電
    極において、前記導電芯体として、金属メッキが施され
    た有機繊維不織布を還元性雰囲気中で焼成することによ
    り得られたもので、かつ表面付近の金属繊維を内部の金
    属繊維よりも太くした構造を有する金属繊維多孔体を用
    いたことを特徴とするアルカリ二次電池用のペースト式
    電極。
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