JP3010992B2 - 電池用電極 - Google Patents
電池用電極Info
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- JP3010992B2 JP3010992B2 JP5276618A JP27661893A JP3010992B2 JP 3010992 B2 JP3010992 B2 JP 3010992B2 JP 5276618 A JP5276618 A JP 5276618A JP 27661893 A JP27661893 A JP 27661893A JP 3010992 B2 JP3010992 B2 JP 3010992B2
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- electrode
- battery
- polyethylene
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- carbon particles
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- 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
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル−カドミウム電
池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池、鉛電池
などに用いられる電池用電極に関するものである。
池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池、鉛電池
などに用いられる電池用電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種の電源として使われる蓄電池として
鉛電池とアルカリ電池がある。このうちアルカリ蓄電池
にはニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、
ニッケル−水素電池などがある。いずれも信頼性の向上
が図られ、小形軽量化も可能になり小型電池は各種ポー
タブル機器用に、大型は産業用として広く使われてき
た。
鉛電池とアルカリ電池がある。このうちアルカリ蓄電池
にはニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、
ニッケル−水素電池などがある。いずれも信頼性の向上
が図られ、小形軽量化も可能になり小型電池は各種ポー
タブル機器用に、大型は産業用として広く使われてき
た。
【０００３】これら蓄電池において、電極としてはニッ
ケル極やカドミウム極などの一部に焼結式が採用されて
いるが、非焼結式、いわゆるペースト式電極が主流であ
る。
ケル極やカドミウム極などの一部に焼結式が採用されて
いるが、非焼結式、いわゆるペースト式電極が主流であ
る。
【０００４】すなわち、鉛電池ではスクリーン、パンチ
ングメタル、エキスパンドメタルなどを支持体とし、ア
ルカリ蓄電池では発泡状基板や繊維状基板などを支持体
とし、活物質に導電剤と結着剤を加えてシート状に加工
して得られている。このような非焼結式が広く研究され
多くの製法上の提案がなされている。
ングメタル、エキスパンドメタルなどを支持体とし、ア
ルカリ蓄電池では発泡状基板や繊維状基板などを支持体
とし、活物質に導電剤と結着剤を加えてシート状に加工
して得られている。このような非焼結式が広く研究され
多くの製法上の提案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ペースト式電極はすで
に述べたように、支持体に活物質と導電剤と結着剤とを
加えてシート状に塗着加工して得られるので工程が比較
的簡単であり安価にできる。
に述べたように、支持体に活物質と導電剤と結着剤とを
加えてシート状に塗着加工して得られるので工程が比較
的簡単であり安価にできる。
【０００６】しかしながら、焼結式に比べると導電剤の
支持体骨格への活物質の接触が少ないので、電極として
の電子伝導性を向上させるために加える導電剤の役目は
極めて大きいと言える。また強度の向上および長期使用
時での強度の維持のための結着剤もまた重要である。
支持体骨格への活物質の接触が少ないので、電極として
の電子伝導性を向上させるために加える導電剤の役目は
極めて大きいと言える。また強度の向上および長期使用
時での強度の維持のための結着剤もまた重要である。
【０００７】ところが、導電性を高め活物質の利用率を
向上させるために電子伝導性に優れた導電剤を多量に加
えると活物質の絶対量が減ってしまい、また膨潤や活物
質の脱落を抑えるために有効な結着剤の量を増すと電極
の電子伝導性が低下して電圧低下が生じたり容量が減少
する。
向上させるために電子伝導性に優れた導電剤を多量に加
えると活物質の絶対量が減ってしまい、また膨潤や活物
質の脱落を抑えるために有効な結着剤の量を増すと電極
の電子伝導性が低下して電圧低下が生じたり容量が減少
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では導電性を兼ね備えた結着剤を用いた。
に、本発明では導電性を兼ね備えた結着剤を用いた。
【０００９】すなわち、炭素粒子表面に直接重合により
ポリエチレンを形成したいわゆるフィラー分散型ポリエ
チレン組成物を活物質に添加して電池用電極を構成する
ようにした。
ポリエチレンを形成したいわゆるフィラー分散型ポリエ
チレン組成物を活物質に添加して電池用電極を構成する
ようにした。
【００１０】この場合、炭素粒子としてはカーボンブラ
ックが最適である。また、形成するポリエチレンの量は
炭素材料に対して５乃至２０重量％程度がよく、炭素粒
子の表面に直接重合によりポリエチレンを形成した粉末
の添加量としては活物質に対して０．１乃至５重量％程
度がよい。また、対象となる電極としてはペースト式で
あればよいので活物質として水酸化ニッケルを用いたニ
ッケル極、カドミウム極、水素吸蔵合金極、それに鉛電
池用電極も本願の範疇に入る。なお、フィラー分散型ポ
リエチレンのほかに他の導電剤や結着剤を併用してもよ
い。
ックが最適である。また、形成するポリエチレンの量は
炭素材料に対して５乃至２０重量％程度がよく、炭素粒
子の表面に直接重合によりポリエチレンを形成した粉末
の添加量としては活物質に対して０．１乃至５重量％程
度がよい。また、対象となる電極としてはペースト式で
あればよいので活物質として水酸化ニッケルを用いたニ
ッケル極、カドミウム極、水素吸蔵合金極、それに鉛電
池用電極も本願の範疇に入る。なお、フィラー分散型ポ
リエチレンのほかに他の導電剤や結着剤を併用してもよ
い。
【００１１】このようにして、できたフィラー分散型ポ
リエチレンの模式図を図１に示す。図中１は炭素粒子、
２はその表面に形成されたポリエチレンを示す。
リエチレンの模式図を図１に示す。図中１は炭素粒子、
２はその表面に形成されたポリエチレンを示す。
【００１２】
【作用】カーボンブラックなどの炭素粒子の表面に直接
重合によりポリエチレンを形成して得た組成物を非焼結
式、いわゆるペースト式電極に用いると、これが導電剤
と結着剤としての役割を果たし、少ない添加量でペース
ト式電極の導電性と強度が向上し、活物質の利用率の低
下も少ない。その理由として考えられるのは、本発明で
はフィラー分散型ポリエチレンの用途としてあげられて
いる電子写真用キャリア剤などとは異なり、ポリエチレ
ンの生成量を減少させ数％程度に抑制している。このこ
とにより、もともとカーボンブラックなどの炭素粒子と
ポリエチレンの接触は、ポリエチレンを複雑な表面形状
を有する炭素粒子の表面に直接重合して形成しているの
で、炭素粒子とポリエチレンを単に混合した場合よりは
るかにすぐれている。また他の用途よりもポリエチレン
の生成量を減少させることで炭素粒子の表面の一部を露
出させ、この部分で活物質と接触させているので炭素粒
子のすぐれた導電性が損なわれることもない。つまり、
とくに結着剤であるポリエチレンを複雑な表面形状を有
する炭素粒子の表面に直接重合して形成していることが
少ない添加量ですぐれた特性が得られる最大の理由であ
る。
重合によりポリエチレンを形成して得た組成物を非焼結
式、いわゆるペースト式電極に用いると、これが導電剤
と結着剤としての役割を果たし、少ない添加量でペース
ト式電極の導電性と強度が向上し、活物質の利用率の低
下も少ない。その理由として考えられるのは、本発明で
はフィラー分散型ポリエチレンの用途としてあげられて
いる電子写真用キャリア剤などとは異なり、ポリエチレ
ンの生成量を減少させ数％程度に抑制している。このこ
とにより、もともとカーボンブラックなどの炭素粒子と
ポリエチレンの接触は、ポリエチレンを複雑な表面形状
を有する炭素粒子の表面に直接重合して形成しているの
で、炭素粒子とポリエチレンを単に混合した場合よりは
るかにすぐれている。また他の用途よりもポリエチレン
の生成量を減少させることで炭素粒子の表面の一部を露
出させ、この部分で活物質と接触させているので炭素粒
子のすぐれた導電性が損なわれることもない。つまり、
とくに結着剤であるポリエチレンを複雑な表面形状を有
する炭素粒子の表面に直接重合して形成していることが
少ない添加量ですぐれた特性が得られる最大の理由であ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明電池用電極の実施例について比
較例とともに説明する。
較例とともに説明する。
【００１４】（実施例１）まずニッケル極を例とした実
施例を説明する。市販の水酸化ニッケル粉末７５部、コ
バルト粉末６部それに補強剤としてアクリロニトリル系
単繊維０．８部、これに結着剤と導電剤となる出光興産
製の炭素粒子ケッチェンブラックに低圧法でポリエチレ
ンを５重量％直接重合して形成した粉末を３部加え、さ
らにポリエチレンディスパージョンの２重量％の水溶液
をこの樹脂が水酸化ニッケルに対して３部になるように
加えてペーストとした。このペーストを厚さ０．１７ｍ
ｍ、孔径１．８ｍｍ、開口度５３％の鉄製でニッケルメ
ッキを施したパンチングメタル板に塗着し、０．６ｍｍ
のスリットを通して平滑化した。その後１４０℃で１時
間熱処理してポリエチレンを溶融した。得られた電極は
エンボス加工を施したローラプレス機に３回通して厚さ
０．５ｍｍに調整した。このようにして得られたペース
ト式ニッケル極を幅３９ｍｍ、長さ３１０ｍｍに裁断
し、リード板をスポット溶接により取り付けた。
施例を説明する。市販の水酸化ニッケル粉末７５部、コ
バルト粉末６部それに補強剤としてアクリロニトリル系
単繊維０．８部、これに結着剤と導電剤となる出光興産
製の炭素粒子ケッチェンブラックに低圧法でポリエチレ
ンを５重量％直接重合して形成した粉末を３部加え、さ
らにポリエチレンディスパージョンの２重量％の水溶液
をこの樹脂が水酸化ニッケルに対して３部になるように
加えてペーストとした。このペーストを厚さ０．１７ｍ
ｍ、孔径１．８ｍｍ、開口度５３％の鉄製でニッケルメ
ッキを施したパンチングメタル板に塗着し、０．６ｍｍ
のスリットを通して平滑化した。その後１４０℃で１時
間熱処理してポリエチレンを溶融した。得られた電極は
エンボス加工を施したローラプレス機に３回通して厚さ
０．５ｍｍに調整した。このようにして得られたペース
ト式ニッケル極を幅３９ｍｍ、長さ３１０ｍｍに裁断
し、リード板をスポット溶接により取り付けた。
【００１５】次に、このようにして得られたニッケル極
を用い、相手極として公知のペースト式カドミウム極を
用いるとともに、ポリアミド不織布セパレータを用いて
極群を構成し、電解液として比重１．２２の苛性カリ水
溶液に１５ｇ／ｌの水酸化リチウムを溶解したものを用
い、公称容量２．５Ａｈの密閉型ニッケルカドミウム電
池Ａを作成した。
を用い、相手極として公知のペースト式カドミウム極を
用いるとともに、ポリアミド不織布セパレータを用いて
極群を構成し、電解液として比重１．２２の苛性カリ水
溶液に１５ｇ／ｌの水酸化リチウムを溶解したものを用
い、公称容量２．５Ａｈの密閉型ニッケルカドミウム電
池Ａを作成した。
【００１６】（比較例１）つぎに比較のためにケッチェ
ンブラックにポリエチレンを低圧法で直接形成した粉末
の代わりにケッチェンブラックとポリエチレンを別々に
加え、他はすべて前記実施例１と同様にしてニッケル極
を作成し、この電極を用い、実施例１と同様にして電池
Ｂを作成した。
ンブラックにポリエチレンを低圧法で直接形成した粉末
の代わりにケッチェンブラックとポリエチレンを別々に
加え、他はすべて前記実施例１と同様にしてニッケル極
を作成し、この電極を用い、実施例１と同様にして電池
Ｂを作成した。
【００１７】つぎに、得られた電池Ａ、Ｂの特性につい
て試験した。まず初期の放電電圧と容量を比較した。１
時間率で容量の１２５％定電流充電後、１．０Ａで０．
９Ｖまでの定電流放電を行ったところ、電池Ａは平均電
圧は１．２３Ｖであったが、電池Ｂは１．２１Ｖであっ
た。また放電容量は電池Ａが２．８Ａｈであり、電池Ｂ
は２．４Ａｈであった。
て試験した。まず初期の放電電圧と容量を比較した。１
時間率で容量の１２５％定電流充電後、１．０Ａで０．
９Ｖまでの定電流放電を行ったところ、電池Ａは平均電
圧は１．２３Ｖであったが、電池Ｂは１．２１Ｖであっ
た。また放電容量は電池Ａが２．８Ａｈであり、電池Ｂ
は２．４Ａｈであった。
【００１８】つぎに両電池それぞれ１０セル用い、１時
間率で容量の１２０％定電流充電後、１．０Ａで０．９
Ｖまでの定電流放電の条件で寿命特性を比較した。その
結果、放電容量が初期の６０％にまで劣化するサイクル
数が、電池Ａでは７７０〜８１０サイクルであったのに
対して、電池Ｂでは６２０〜６６０サイクルであった。
この結果から明らかなように電池Ａが長寿命であった。
間率で容量の１２０％定電流充電後、１．０Ａで０．９
Ｖまでの定電流放電の条件で寿命特性を比較した。その
結果、放電容量が初期の６０％にまで劣化するサイクル
数が、電池Ａでは７７０〜８１０サイクルであったのに
対して、電池Ｂでは６２０〜６６０サイクルであった。
この結果から明らかなように電池Ａが長寿命であった。
【００１９】（実施例２）次にカドミウム極を例とした
実施例を説明する。平均粒径１μｍの酸化カドミウム粉
末と平均粒径１０μｍの金属カドミウム粉末を重量比で
６０：４０の割合で混合し、補強材としてアクリロニト
リル系単繊維０．５部、これに結着剤と導電剤となる出
光興産製の炭素粒子ケッチェンブラックに低圧法でポリ
エチレンを５重量％直接重合して形成した粉末を３部加
え、ポリビニルアルコールのエチレングリコール溶液で
練合しペーストとした。このペーストを厚さ０．１０ｍ
ｍ、孔径２．０ｍｍ、開口度５８％の鉄製でニッケルメ
ッキを施したパンチングメタル板に塗着し、０．６ｍｍ
のスリットを通して平滑化した後、１８０℃で乾燥し
た。得られた電極は、ローラプレス機に通して厚さ０．
５ｍｍに調整した。このようにして得られたペースト式
カドミウム極を幅３９ｍｍ、長さ３１０ｍｍに裁断し、
リード板をスポット溶接により取り付けた。次に、この
ようにして得られたカドミウム極を用い、相手極として
公知のシンター式ニッケル極を用いるとともに、ポリア
ミド不織布セパレータを用いて極群を構成し、電解液と
して比重１．２２の苛性カリ水溶液に１５ｇ／ｌの水酸
化リチウムを溶解したものを用い、公称容量２．５Ａｈ
の密閉型ニッケルカドミウム電池Ｃを作成した。
実施例を説明する。平均粒径１μｍの酸化カドミウム粉
末と平均粒径１０μｍの金属カドミウム粉末を重量比で
６０：４０の割合で混合し、補強材としてアクリロニト
リル系単繊維０．５部、これに結着剤と導電剤となる出
光興産製の炭素粒子ケッチェンブラックに低圧法でポリ
エチレンを５重量％直接重合して形成した粉末を３部加
え、ポリビニルアルコールのエチレングリコール溶液で
練合しペーストとした。このペーストを厚さ０．１０ｍ
ｍ、孔径２．０ｍｍ、開口度５８％の鉄製でニッケルメ
ッキを施したパンチングメタル板に塗着し、０．６ｍｍ
のスリットを通して平滑化した後、１８０℃で乾燥し
た。得られた電極は、ローラプレス機に通して厚さ０．
５ｍｍに調整した。このようにして得られたペースト式
カドミウム極を幅３９ｍｍ、長さ３１０ｍｍに裁断し、
リード板をスポット溶接により取り付けた。次に、この
ようにして得られたカドミウム極を用い、相手極として
公知のシンター式ニッケル極を用いるとともに、ポリア
ミド不織布セパレータを用いて極群を構成し、電解液と
して比重１．２２の苛性カリ水溶液に１５ｇ／ｌの水酸
化リチウムを溶解したものを用い、公称容量２．５Ａｈ
の密閉型ニッケルカドミウム電池Ｃを作成した。
【００２０】（比較例２）つぎに比較のためにケッチェ
ンブラックにポリエチレンを低圧法で直接形成した粉末
の代わりにケッチェンブラックとポリエチレンを別々に
加え、他はすべて前記実施例２と同様にしてカドミウム
極を作成し、この電極を用い、実施例２と同様にして電
池Ｄを作成した。
ンブラックにポリエチレンを低圧法で直接形成した粉末
の代わりにケッチェンブラックとポリエチレンを別々に
加え、他はすべて前記実施例２と同様にしてカドミウム
極を作成し、この電極を用い、実施例２と同様にして電
池Ｄを作成した。
【００２１】つぎに、得られた電池Ｃ、Ｄの特性につい
て試験した。まず初期の放電電圧と負極の放電特性を評
価するために放電率特性を比較した。１時間率で容量の
１２５％定電流充電後、１．０Ａで０．９Ｖまでの定電
流放電を行ったところ、平均電圧は電池Ｃは１．２３Ｖ
であったが、電池Ｄは１．２１Ｖであった。つぎに、１
時間率で容量の１２０％定電流充電を行い、各種の放電
レートで０．９Ｖまでの定電流放電をしたときの放電容
量と５時間率の容量で放電したときの放電容量との比率
で評価した。
て試験した。まず初期の放電電圧と負極の放電特性を評
価するために放電率特性を比較した。１時間率で容量の
１２５％定電流充電後、１．０Ａで０．９Ｖまでの定電
流放電を行ったところ、平均電圧は電池Ｃは１．２３Ｖ
であったが、電池Ｄは１．２１Ｖであった。つぎに、１
時間率で容量の１２０％定電流充電を行い、各種の放電
レートで０．９Ｖまでの定電流放電をしたときの放電容
量と５時間率の容量で放電したときの放電容量との比率
で評価した。
【００２２】図２は放電レートと放電容量比率との関係
を示す。図中の直線Ｃ、Ｄは前記電池Ｃ、Ｄの各特性を
示し、電池Ｄに比べ、電池Ｃの放電特性が向上している
ことがわかる。
を示す。図中の直線Ｃ、Ｄは前記電池Ｃ、Ｄの各特性を
示し、電池Ｄに比べ、電池Ｃの放電特性が向上している
ことがわかる。
【００２３】なお、フィラー分散型ポリエチレンは水素
吸蔵合金極、亜鉛極、鉛電池の正負極に用いても、前記
と同様に放電特性と寿命特性の向上に寄与することが確
認された。
吸蔵合金極、亜鉛極、鉛電池の正負極に用いても、前記
と同様に放電特性と寿命特性の向上に寄与することが確
認された。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば非焼結
式、いわゆるペースト式電極の導電剤兼結着剤としてカ
ーボンブラックなどの炭素粒子にポリエチレンを直接重
合して得られた組成物を用いることにより、活物質の利
用率の低下が少なく高容量で長寿命の電池を構成できる
電池用電極が得られる。
式、いわゆるペースト式電極の導電剤兼結着剤としてカ
ーボンブラックなどの炭素粒子にポリエチレンを直接重
合して得られた組成物を用いることにより、活物質の利
用率の低下が少なく高容量で長寿命の電池を構成できる
電池用電極が得られる。
【図１】直接重合によりポリエチレンを形成した炭素粒
子の模式図
子の模式図
【図２】放電レートと放電容量比率の関係を示す図
１ 炭素粒子 ２ ポリエチレン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海谷 英男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−245856（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/14,4/24,4/26 H01M 4/32,4/62
Claims (5)
- 【請求項１】 直接重合により表面にポリエチレンを形
成した炭素粒子を活物質に添加して得たことを特徴とす
る電池用電極。 - 【請求項２】 前記炭素粒子がカーボンブラックである
ことを特徴とする請求項１記載の電池用電極。 - 【請求項３】 前記ポリエチレンの量が炭素材料に対し
て５乃至２０重量％であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の電池用電極。 - 【請求項４】 前記直接重合によりポリエチレンを形成
した炭素粒子の添加量が活物質に対して０．１乃至５重
量％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに
記載の電池用電極。 - 【請求項５】 前記活物質は水酸化ニッケル、カドミウ
ム、水素吸蔵合金、亜鉛、二酸化鉛、鉛の中から選ばれ
たものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか
に記載の電池用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276618A JP3010992B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 電池用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276618A JP3010992B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 電池用電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130369A JPH07130369A (ja) | 1995-05-19 |
| JP3010992B2 true JP3010992B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=17571953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5276618A Expired - Lifetime JP3010992B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 電池用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3010992B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8800612B2 (en) | 2008-04-24 | 2014-08-12 | Toppan Printing Co., Ltd. | Container and package using the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101145918B1 (ko) * | 2007-08-16 | 2012-05-15 | 주식회사 엘지화학 | 도전성이 우수한 리튬 이온 2차 전지용 바인더 조성물 및이를 포함하는 리튬 이온 2차 전지 |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP5276618A patent/JP3010992B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8800612B2 (en) | 2008-04-24 | 2014-08-12 | Toppan Printing Co., Ltd. | Container and package using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07130369A (ja) | 1995-05-19 |
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