JP2870125B2 - 不織布状金属焼結シートの製造法 - Google Patents
不織布状金属焼結シートの製造法Info
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- JP2870125B2 JP2870125B2 JP2138949A JP13894990A JP2870125B2 JP 2870125 B2 JP2870125 B2 JP 2870125B2 JP 2138949 A JP2138949 A JP 2138949A JP 13894990 A JP13894990 A JP 13894990A JP 2870125 B2 JP2870125 B2 JP 2870125B2
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- fiber
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- 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
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はニッケル・カドミウム蓄電池などのアルカリ
蓄電池に用いられる電極基体に関するものである。
蓄電池に用いられる電極基体に関するものである。
従来の技術 従来、アルカリ蓄電池電極基体には、ニッケルメッキ
した穿孔鋼板にニッケル粉末を有機バインダと水でスラ
リ状としたものを塗着し、乾燥したのち還元雰囲気中で
焼結した、いわゆる焼結式ニッケル基体が一般に用いら
れている。また、近年に至り連続気泡の高分子発泡体に
ニッケルメッキを施こしたのち、高分子を焼失させた、
ニッケル発泡体やニッケル繊維マットなどが用いられは
じめている。これらは主に電極製造工程の簡略化のため
とこれら基体が焼結式ニッケル基体にくらべ、気孔率が
大きく、活物質の充填率を向上出来るので、電池の高容
量化が図れるために用いられている。
した穿孔鋼板にニッケル粉末を有機バインダと水でスラ
リ状としたものを塗着し、乾燥したのち還元雰囲気中で
焼結した、いわゆる焼結式ニッケル基体が一般に用いら
れている。また、近年に至り連続気泡の高分子発泡体に
ニッケルメッキを施こしたのち、高分子を焼失させた、
ニッケル発泡体やニッケル繊維マットなどが用いられは
じめている。これらは主に電極製造工程の簡略化のため
とこれら基体が焼結式ニッケル基体にくらべ、気孔率が
大きく、活物質の充填率を向上出来るので、電池の高容
量化が図れるために用いられている。
発明が解決しようとする課題 従来の電極基体は単位面積当りの重量（目付重量）
が、焼結式ニッケル基体では100mg/cm2〜150mg/cm2であ
るのに対し、ニッケル発泡体やニッケル繊維マットは50
mg/cm2〜90mg/cm2と軽量化され、基体の気孔率も向上し
た。しかし、これら電極基体を更に軽量化し、気孔率を
向上させるためには、基体の骨格を細くし、孔径を大き
くする必要があるが、その場合電極基体の強度が低下
し、自己支持性に欠ける問題があった。また、電極基体
を薄くすることも上記目的には有効であるが、500μｍ
程度の厚みが限界であった。
が、焼結式ニッケル基体では100mg/cm2〜150mg/cm2であ
るのに対し、ニッケル発泡体やニッケル繊維マットは50
mg/cm2〜90mg/cm2と軽量化され、基体の気孔率も向上し
た。しかし、これら電極基体を更に軽量化し、気孔率を
向上させるためには、基体の骨格を細くし、孔径を大き
くする必要があるが、その場合電極基体の強度が低下
し、自己支持性に欠ける問題があった。また、電極基体
を薄くすることも上記目的には有効であるが、500μｍ
程度の厚みが限界であった。
一方、活物質粉末と金属繊維又はその粒子と有機又は
無機繊維を用いて抄造製紙して薄形電極を作る方法（特
公昭44−18247号公報）が提案されている。この方法で
は、0.2mm程度の薄形電極は作れるが、活物質粉末を高
密度に充填しにくいため、電池の高容量化には不適であ
ることや活物質粉末と導電体及び導電体同士の接触が保
ちにくいことから電極の抵抗が高く、放電特性が悪いと
いう問題があった。また、金属粉末あるいは金属繊維と
パルプ等の加熱消失性繊維を混ぜて抄造製紙した後焼結
して電極基体を作る方法（特公昭48−36049号公報、特
開昭63−171802号公報）が提案されている。これらの方
法では金属粉末の場合で多孔度約80％、厚さ0.6mmある
いは1.0mmの焼結体が得られているが、薄くすると機械
的強度が低くなるという問題があった。金属粉末と金属
繊維を混ぜた場合は金属粉末が焼結される温度では金属
繊維同志の焼結が十分なされず、やはり機械的強度が低
いという問題があった。
無機繊維を用いて抄造製紙して薄形電極を作る方法（特
公昭44−18247号公報）が提案されている。この方法で
は、0.2mm程度の薄形電極は作れるが、活物質粉末を高
密度に充填しにくいため、電池の高容量化には不適であ
ることや活物質粉末と導電体及び導電体同士の接触が保
ちにくいことから電極の抵抗が高く、放電特性が悪いと
いう問題があった。また、金属粉末あるいは金属繊維と
パルプ等の加熱消失性繊維を混ぜて抄造製紙した後焼結
して電極基体を作る方法（特公昭48−36049号公報、特
開昭63−171802号公報）が提案されている。これらの方
法では金属粉末の場合で多孔度約80％、厚さ0.6mmある
いは1.0mmの焼結体が得られているが、薄くすると機械
的強度が低くなるという問題があった。金属粉末と金属
繊維を混ぜた場合は金属粉末が焼結される温度では金属
繊維同志の焼結が十分なされず、やはり機械的強度が低
いという問題があった。
本発明は上記従来の電極基体の欠点を除去し、軽量、
薄形の電極基体を得るにある。
薄形の電極基体を得るにある。
課題を解決するための手段 本発明は上記の如き欠点を除去するもので、ニッケル
被覆した加熱消失繊維とニッケル粉末、コバルト粉末及
びその混合物のうちの１種類とを主たる構成要素とし
て、水中に分散懸濁させ、抄造製紙した後加熱焼結する
ことによって得られる不織布状金属焼結シートを用いる
点にある。
被覆した加熱消失繊維とニッケル粉末、コバルト粉末及
びその混合物のうちの１種類とを主たる構成要素とし
て、水中に分散懸濁させ、抄造製紙した後加熱焼結する
ことによって得られる不織布状金属焼結シートを用いる
点にある。
上記加熱消失性繊維としてはセルロース系繊維、合成
繊維、カーボン繊維等加熱によって分解消失するものな
らいずれでも良い。これら繊維をニッケルにて被覆する
方法はメッキ、蒸着、スパッタリング、イオンプレーテ
ィング等いずれの方法でも良い。繊維の直径は30μｍ以
下、ニッケル被覆層の厚みは10μｍ以下のものが好適に
用いられる。また、繊維長さは抄造しやすさを考慮する
と5mm以上が好ましい。ニッケル粉末及びコバルト粉末
は水中での分散性を考慮すると平均粒径５μｍ以下のも
のが好適に用いられる。金属粉末と繊維の混合割合は重
量比で金属粉末が５〜90wt％の範囲で選択出来る。この
範囲外では焼結シートの機械的強度が低下する。また、
抄造の際にセルロース系繊維や合成繊維を補強用に添加
したり、合成ゴムや合成樹脂、水溶性高分子などの有機
バインダや定着、凝集剤なども適宜使用し得る。これら
の混合割合は焼結シートの気孔率、目付重量、機械的強
度、厚み等によって左右されるが、金属部に対して30wt
％以下にするのが望ましい。
繊維、カーボン繊維等加熱によって分解消失するものな
らいずれでも良い。これら繊維をニッケルにて被覆する
方法はメッキ、蒸着、スパッタリング、イオンプレーテ
ィング等いずれの方法でも良い。繊維の直径は30μｍ以
下、ニッケル被覆層の厚みは10μｍ以下のものが好適に
用いられる。また、繊維長さは抄造しやすさを考慮する
と5mm以上が好ましい。ニッケル粉末及びコバルト粉末
は水中での分散性を考慮すると平均粒径５μｍ以下のも
のが好適に用いられる。金属粉末と繊維の混合割合は重
量比で金属粉末が５〜90wt％の範囲で選択出来る。この
範囲外では焼結シートの機械的強度が低下する。また、
抄造の際にセルロース系繊維や合成繊維を補強用に添加
したり、合成ゴムや合成樹脂、水溶性高分子などの有機
バインダや定着、凝集剤なども適宜使用し得る。これら
の混合割合は焼結シートの気孔率、目付重量、機械的強
度、厚み等によって左右されるが、金属部に対して30wt
％以下にするのが望ましい。
これらの材料は適宜PHを調製した水溶液中で混合懸濁
させ、通常の抄造方法で製紙した後、繊維が消失する温
度まで空気中で加熱した後、還元性気流中で加熱し、金
属部を焼結する。
させ、通常の抄造方法で製紙した後、繊維が消失する温
度まで空気中で加熱した後、還元性気流中で加熱し、金
属部を焼結する。
このようにして得られる焼結シートにおいて、ニッケ
ル被覆した加熱消失性繊維はニッケル被覆部を残して消
失するので、中空のニッケル繊維となる。また、焼結に
よって繊維同志が接触する部分で融合すると共に、金属
粉末が繊維と融合し、さらに、金属粉末同志も融合した
状態のなる。
ル被覆した加熱消失性繊維はニッケル被覆部を残して消
失するので、中空のニッケル繊維となる。また、焼結に
よって繊維同志が接触する部分で融合すると共に、金属
粉末が繊維と融合し、さらに、金属粉末同志も融合した
状態のなる。
作用 加熱消失性繊維の表面を活性金属層で被覆したことに
より、金属粉末の焼結温度でも繊維同志の焼結が十分な
されるので、シートの機械的強度が高く且つ電気抵抗は
低くなる。また、繊維は上記のように中空となるため軽
量化が図られる。
より、金属粉末の焼結温度でも繊維同志の焼結が十分な
されるので、シートの機械的強度が高く且つ電気抵抗は
低くなる。また、繊維は上記のように中空となるため軽
量化が図られる。
実施例 本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１ 通常の電解メッキにてニッケル被覆したカーボン繊維
（直径7.5μｍ、メッキ厚さ0.25μｍ、長さ15mm）とニ
ッケル粉末（平均粒径2.5μｍ、Inco社）及びコバルト
粉末（平均粒径1.5μmMHO社）を種々の割合で混合し、
更にパルプ繊維を上記金属部に対して10wt％，ポリアク
リルアミド凝集剤を0.2wt％添加し、水中で混合懸濁
し、通常の抄造法でシートを作製した。該シートを空気
中で600℃に加熱し、カーボン繊維消失させた後、水素
と窒素の混合ガス気泡中で、昇温速度1.5℃/Sで900℃ま
で加熱した後、900℃に10分間保持して焼結した。こう
して得られた各不織布状金属焼結シートの物性値を第１
表に示した。第１表からわかるように、従来の焼結式や
発泡体、繊維マットに比べ、軽量、薄型化が達成出来て
いる。また、金属粉末の混合割合が５〜90wt％の間で、
電気抵抗、引張強さ共に良好なものが得られた。
（直径7.5μｍ、メッキ厚さ0.25μｍ、長さ15mm）とニ
ッケル粉末（平均粒径2.5μｍ、Inco社）及びコバルト
粉末（平均粒径1.5μmMHO社）を種々の割合で混合し、
更にパルプ繊維を上記金属部に対して10wt％，ポリアク
リルアミド凝集剤を0.2wt％添加し、水中で混合懸濁
し、通常の抄造法でシートを作製した。該シートを空気
中で600℃に加熱し、カーボン繊維消失させた後、水素
と窒素の混合ガス気泡中で、昇温速度1.5℃/Sで900℃ま
で加熱した後、900℃に10分間保持して焼結した。こう
して得られた各不織布状金属焼結シートの物性値を第１
表に示した。第１表からわかるように、従来の焼結式や
発泡体、繊維マットに比べ、軽量、薄型化が達成出来て
いる。また、金属粉末の混合割合が５〜90wt％の間で、
電気抵抗、引張強さ共に良好なものが得られた。
実施例２ 上記実施例１の各不織布状金属焼結シートに水酸化ニ
ッケル粉末（粒径５〜20μｍ）と２体積％のコバルト粉
末（平均粒径1.5μm,MHO社）と固形分として３体積％の
ポリテトラフロロエチレンの水性懸濁液と水で混練した
ペーストを塗着し、乾燥とプレスによりアルカリ蓄電池
用ニッケル正極（厚み0.6mm）を作製した。
ッケル粉末（粒径５〜20μｍ）と２体積％のコバルト粉
末（平均粒径1.5μm,MHO社）と固形分として３体積％の
ポリテトラフロロエチレンの水性懸濁液と水で混練した
ペーストを塗着し、乾燥とプレスによりアルカリ蓄電池
用ニッケル正極（厚み0.6mm）を作製した。
これら電極を水酸化カリウム水溶液（比重1.30）中
で、電極の理論容量の150％を５時間で充電した後、５
時間率の電流値で放電するサイクルを５回繰返した。各
電極の５サイクル目の容量密度を第２表に示した。
で、電極の理論容量の150％を５時間で充電した後、５
時間率の電流値で放電するサイクルを５回繰返した。各
電極の５サイクル目の容量密度を第２表に示した。
ここで、シートNo.2〜No.6について高い容量密度が得
られた。更にコバルト粉末を含むシートNo.8〜No.10で
はより容量密度が向上した。
られた。更にコバルト粉末を含むシートNo.8〜No.10で
はより容量密度が向上した。
比較例 次に比較例として、目付重量75mg/cm2のニッケル発泡
体に上記実施例２と同様の活物質ペーストを充填し、乾
燥、プレスによってニッケル正極（厚み0.6mm）を作製
した。実施例２と同様の充放電を行ったところ、５サイ
クル目の容量密度は511mAh/cm3であった。
体に上記実施例２と同様の活物質ペーストを充填し、乾
燥、プレスによってニッケル正極（厚み0.6mm）を作製
した。実施例２と同様の充放電を行ったところ、５サイ
クル目の容量密度は511mAh/cm3であった。
発明の効果 本発明によれば、軽量、薄系、多孔質な金属シートが
得られ、且つ該シートを電極基体として用いた電極の容
量密度を向上出来る。これは上記シートの金属繊維表面
に金属粉末が付着、融合したことによる表面積増加が電
極活物質を塗布した際の密着性向上に結びつき、繊維中
空部が電解液の保持や拡散促進に結びつき、結果的に活
物質利用率を増加させる効果を有する。
得られ、且つ該シートを電極基体として用いた電極の容
量密度を向上出来る。これは上記シートの金属繊維表面
に金属粉末が付着、融合したことによる表面積増加が電
極活物質を塗布した際の密着性向上に結びつき、繊維中
空部が電解液の保持や拡散促進に結びつき、結果的に活
物質利用率を増加させる効果を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−98475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−88272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 4/80 B22F 5/00
Claims (2)
- 【請求項１】ニッケル被覆した加熱消失性繊維とニッケ
ル粉末、コバルト粉末及びその混合物のうちの１種類と
を主たる構成要素として水中に分散懸濁させて抄造製紙
した後加熱焼結することを特徴とする不織布状金属焼結
シートの製造法。 - 【請求項２】目付重量が30mg/cm2〜50mg/cm2で、厚みが
0.1mm〜0.3mmであることを特徴とする。 特許請求の範囲第１項記載の不織布状金属焼結シートの
製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138949A JP2870125B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 不織布状金属焼結シートの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138949A JP2870125B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 不織布状金属焼結シートの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0433264A JPH0433264A (ja) | 1992-02-04 |
| JP2870125B2 true JP2870125B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=15233925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2138949A Expired - Lifetime JP2870125B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 不織布状金属焼結シートの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870125B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5495646B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2014-05-21 | 日本バイリーン株式会社 | 電気化学素子用集電材及び、これを用いた電気化学素子 |
-
1990
- 1990-05-29 JP JP2138949A patent/JP2870125B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0433264A (ja) | 1992-02-04 |
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