JP3037034B2 - アルカリ二次電池用電極 - Google Patents

アルカリ二次電池用電極

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JP3037034B2
JP3037034B2 JP5197552A JP19755293A JP3037034B2 JP 3037034 B2 JP3037034 B2 JP 3037034B2 JP 5197552 A JP5197552 A JP 5197552A JP 19755293 A JP19755293 A JP 19755293A JP 3037034 B2 JP3037034 B2 JP 3037034B2
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斎 上原
博 石川
純 西田
孝 佐久間
伸之 斉藤
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  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ二次電池にお
ける、金属多孔体を用いた負電極に関する。
【0002】
【従来の技術】現在実用化されている、金属多孔体を用
いた電極としては、例えばポリウレタンフォームのよう
な網状発泡樹脂にカーボンやグラファイトで導電化処理
後、メッキ槽中においてニッケルを電着させ、焼成し内
部の合成樹脂を消失させて得られたニッケル多孔体に、
負極は水素吸蔵合金、正極は水酸化ニッケル粒子を充填
し、加圧、成形したものがある。しかしながら、この金
属多孔体には次の問題点が存在する。
【0003】1)金属多孔体を製造する際に、網状基体
に金属を電着するための導電化処理が不可欠であるこ
と、およびメッキ槽などの電着装置が必要であることな
どの工程上、設備上、複雑化の難点がある。
【0004】2)金属を電着させる網状発泡樹脂の、1
cm3あたり空孔数(以後P.P.C.C.と称する)
は、その製造技術上の制約から7,600 程度が限界となっ
ている一方、電着金属は焼成によっても焼き締まりしな
いので、焼成によるP.P.C.C.の増加は期待でき
ず、得られた金属多孔体のP.P.C.C.は、使用し
た網状発泡樹脂のP.P.C.C.と同様、7,600 程度
が限界である。
【0005】3)電着金属骨格に覆われた発泡樹脂基体
は、焼成により熱分解するが、上記2)で述べたよう
に、電着金属骨格が焼成によっても焼き締まりしないの
で、金属骨格中に空間が残る。したがって、電着金属骨
格は、活物質が入り込めない、すなわち、活物質の充填
にはなんら寄与しない無駄な空間を有する。
【0006】4)導電化処理に用いたカーボンやグラフ
ァイト、および発泡樹脂の熱分解により生成した炭素
は、電着金属に囲まれているため消失し難く、金属多孔
体中に残留(残留炭素:約260ppm)し、効率的な
充放電反応の阻害要因ともなりやすい。
【0007】一方、ニッッケル繊維を焼結し、活物質を
充填した電極も実用化されているが、電池組立て時に円
筒状に巻く際に、剥がれたり、表面がささくれだって、
ニッケル繊維が短絡の原因となる危険があり、また、製
造コスト高になるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のアルカリ二次電池用電極の抱えていた問題点を解消
し、アルカリ二次電池に求められている高速充・放電性
能、高容量化を可能ならしめるアルカリ二次電池用電極
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、(1)相互に連通した三次元網目状構造を
有する、1cm3あたりの空孔数が10,000〜21,000の金
属多孔体に、活物質を充填してなることを特徴とするア
ルカリ二次電池用電極である。
【0010】(2)上記活物質として、粉末の水素吸蔵合
金を主成分とした活物質を用いた前記(1)に記載のアル
カリ二次電池用電極である。
【0011】(3)即ち本発明は、発泡樹脂に金属粉末を
懸濁させたスラリーを塗着含浸し、焼成し、焼結させて
作成した、内部が空洞がない中実の骨格により区割され
た空孔が相互に連通した三次元網目状構造を有し1cm
3 あたりの該空孔数が10,000〜21,000の金
属ニッケル質の多孔体の空孔に、粉末の水素吸蔵合金を
主成分とする活物質が充填されていることを特徴とす
る、アルカリ二次電池用電極である。
【0012】(4)即ち上記金属多孔体、ニッケルまた
はニッケルを主成分とする合金である。
【0013】(5)また上記金属多孔体、発泡樹脂に、
金属粉を懸濁させたスラリーを塗着含浸し、焼成し、更
に焼結させて製造した金属多孔体である。
【0014】
【作用】本発明のアルカリ二次電池用電極について説明
する。まず、アルカリ二次電池用電極に用いる金属多孔
体は、相互に連通した三次元網目状構造を有する発泡樹
脂(例えば、ポリウレタンフォーム)に、金属微粒子を
懸濁させたスラリーを塗着含浸し、乾燥後、焼成して焼
結させて製造する。したがって、導電化処理やメッキ槽
などの電着装置は不要である。
【0015】また、この焼成工程においては、前述の、
導電化処理した発泡樹脂に金属を電着させて焼成する場
合とは異なり、発泡樹脂に塗着含浸したスラリー中の金
属微粒子が焼結時に焼き締まるため、P.P.C.C.
は、使用した発泡樹脂で7,600 程度であったものが、得
られた金属多孔体では10,000〜21,000に増加する。
【0016】金属多孔体のP.P.C.C.すなわち1
cm3あたりの空孔数の増加は、空孔に充填されている
活物質と、集電体である金属多孔体骨格との接触面積の
増加につながり、その結果、電子の授受が容易になっ
て、電極体としての集電効率が向上する。
【0017】この集電効率の向上により、高速充・放電
性能が向上すると共に、初期活性化が容易で、かつ、接
触抵抗の少ないアルカリ二次電池用電極を得ることが可
能となる。
【0018】また、スラリー中の金属微粒子が焼結する
際の焼き締まりにより、生成途中の金属多孔体の骨格内
に残っていた空洞が潰され、活物質充填に有効な空孔率
が増加する。
【0019】この有効空孔率の増加は、活物質充填量の
増加につながり、その結果、アルカリ二次電池の高容量
化が可能となる。
【0020】一方、発泡樹脂は、焼成時に熱分解する
が、熱分解で生成した炭素は、焼成雰囲気調整により除
去することが可能(残留炭素:約70ppm)である。
【0021】なお、アルカリ二次電池用電極に用いる金
属多孔体は、活物質の保持体であるとともに、集電体で
もあるので、強度、耐蝕性、集電性、経済性を考慮した
結果、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金とす
る。
【0022】次に、相互に連通した三次元網目状構造を
有する発泡樹脂(例えば、ポリウレタンフォーム)に、
金属微粒子を懸濁させたスラリーを塗着含浸し、乾燥
後、焼成し焼結させて得られた金属多孔体を保持材およ
び集電体とし、水素吸蔵合金の粉末を主成分とする活物
質を充填して、アルカリ二次電池用電極を作製する。以
下、本発明の実施例について説明する。
【0023】
【実施例1】負極用合金として、合金組成 MmNi
3.8Co0.5Al0.3Mn0.4(Mm:希土類混合物)を機械
粉砕し、200mesh以下の合金粉末とした。この合
金粉末に、合金粉末と接着剤の合計重量に対して3重量
部になるようPTFE(ポリ四フッ化エチレン)ディスパ
ージョン(固形分60重量部)と若干の増粘材と水10
重量部を混合混練し、ニッケル微粉末の導電剤を添加し
てペーストを調整した。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示す電池A,B,Cの負極支持体
に、上記ペーストを塗布後、真空含浸させ、乾燥後、3
00kg/cm2で加圧プレスし、水素吸蔵合金電極
A,B,Cを作製した。電極の大きさは4×3cmで、
厚さは0.8mmである。
【0026】図1に示すように、水素吸蔵合金電極A,
B,Cを負極とし、正極に、負極容量の2倍の焼結式ニ
ッケル極を、セパレーターを介在し2枚配置し、負極規
制の電池A,B,Cを作製した。電解液には6M−KO
Hを、セパレーターにはナイロン不織布を用いた。
【0027】各電池に対し、25℃で充電100mA/
g 3.6時間、放電 50mA/gで正負極間の電圧
が0.8Vになるまで充放電を数回繰り返し、電極を活
性化活性化後の容量を負極容量とし、各電極A,B,C
に対して、0.2C(220mA)の電流密度で120
%充電し、0.5時間充電休止後、正負極間の電圧が0.
8Vになるまで放電する充放電条件で高率充放電試験を
行った。この試験において、負極Bの、0.2Cの放電
容量を100とした相対値で比較した結果を図2に示
す。
【0028】本発明におけるP.P.C.C.の大きい
焼結式Ni多孔体を負極支持体に用いた電池Aは、P.
P.C.C.の小さいメッキ式Ni多孔体を使用した電
池B、およびNi繊維を使用した電池Cと比較して、
0.2Cの低電流密度では放電容量差は若干であるが、
1C以上の高率の電流密度では、電池B,Cと比較し
て、30〜50%、放電容量が高い結果が得られた。
【0029】一定容積におけるNi多孔体空孔数の増加
は、電気電導性の少ない水素吸蔵合金負極活物質との接
触面積の増加につながり、電極体としての集電効率が向
上する。特に高率の充放電条件ではその特性が顕著にあ
らわれる。
【0030】本発明者等はまた下記の試験を行なった。
市販の正極用水酸化ニッケル粉末100重量部と若干量
の導電性粉末と3重量部のPTFE(ポリ四フッ化エチ
レン)ディスパージョンとさらに若干量の増粘材と10
重量部の水とを混合混練し、正極材のペーストを調整し
た。そのペーストを表2の正極支持体D,E,Fに塗布
後、真空含浸させ、乾燥後、300kg/cm2の荷重
でプレスし、水酸化ニッケル正極D,E,Fを作製し
た。
【0031】この電極を、実施例1と同様のセパレータ
ーを介して、理論的に計算されるこの電極の容量の2倍
以上の水素吸蔵合金負極2枚で挾み、電解液として6M
−KOH水溶液中に含浸して電池を構成した。
【0032】この電池に対して、実施例1と同様の手法
で活性化の後、25℃の温度において、0.2Cの電流
密度で120%の容量まで充電し、同じ電流密度で正負
極間の電圧が0.8Vになるまで放電する充放電条件
で、高率充放電試験を行った。この試験において、正極
Eの、0.2Cの放電容量を100とした相対値で比較
した結果を図3に示した。
【0033】
【表2】
【0034】本発明で用いた金属多孔体と同じ、P.
P.C.C.の大きい焼結式Ni多孔体を電極支持体に
用いた電池Dは、P.P.C.C.の小さいメッキ式N
i多孔体を使用した電池E、およびNi繊維を使用した
電池Fと比較して、0.2Cの低充放電率では放電容量
差は若干であるが、1C以上の高率の充放電では、電池
E,Fと比較して、20〜30%高い放電容量が得られ
る結果となった。
【0035】これは電池に用いた支持体が、電極体と
しての集電効率が従来用いられた支持体よりも高いこと
を示している。特に高率の充放電条件ではその特性が顕
著にあらわれる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアルカリ
二次電池用電極は、集電効率が高く、特に、電気自動車
用電池に求められている高速充・放電性能の向上につな
がり、また、活物質の充填量を多くすることができるの
で、アルカリ二次電池の高容量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は実施例1の電池の構成の説明図。
【図2】は実施例1の充・放電試験結果の図。
【図3】は本発明で用いたものと同じ金属多孔体を用い
た正極の充・放電試験結果の図。
【符号の説明】
1:正極、 2:負極、 3:セパレーター、 4:電
解液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01M 4/24 B22F 3/02 K (72)発明者 佐久間 孝 富山県高岡市吉久1−1−1 日本重化 学工業株式会社高岡技術研究所内 (72)発明者 斉藤 伸之 茨城県つくば市東光台5−9−6 日本 重化学工業株式会社筑波研究所内 審査官 青木 千歌子 (56)参考文献 特開 平5−174827(JP,A) 特開 平5−89877(JP,A) 特開 昭59−191263(JP,A) 特開 平3−30259(JP,A) 特開 昭50−5410(JP,A) 特開 昭55−125202(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/64 - 4/80 H01M 4/24 - 4/26 B22F 5/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発泡樹脂に金属粉末を懸濁させたスラリー
    を塗着含浸し、焼成し、焼結させて作成した、内部に空
    洞がない中実の骨格により区割された空孔が相互に連通
    した三次元網目状構造を有し1cm 3 あたりの該空孔数
    が10,000〜21,000の金属ニッケル質の多孔
    体の空孔に、粉末の水素吸蔵合金を主成分とする活物質
    が充填されていることを特徴とする、アルカリ二次電池
    用電極
JP5197552A 1993-08-09 1993-08-09 アルカリ二次電池用電極 Expired - Lifetime JP3037034B2 (ja)

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