JP3061303B2 - アルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電極の製造方法 - Google Patents

アルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電極の製造方法

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JP3061303B2
JP3061303B2 JP3225012A JP22501291A JP3061303B2 JP 3061303 B2 JP3061303 B2 JP 3061303B2 JP 3225012 A JP3225012 A JP 3225012A JP 22501291 A JP22501291 A JP 22501291A JP 3061303 B2 JP3061303 B2 JP 3061303B2
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浩 服部
宏和 貴堂
修 石田
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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、化学含浸法によるアル
カリ二次電池用の焼結式ニッケル電極の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電
極の製造方法としては、化学含浸法と電解含浸法が採用
されている〔例えば、前者については、A.Fleis
cher,Trans.Electrochem.So
c.94,289(1948)、後者については、E.
J.McHenry,Electrochem.Tec
hnol.5,275(1967)〕。
【0003】化学含浸法では、硝酸ニッケルなどのニッ
ケル塩の水溶液中に基体となるニッケル焼結体を浸漬
し、ニッケル焼結体の空孔中にニッケル塩を充填した
後、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液中に浸漬し
て、ニッケル塩を中和して活物質である水酸化ニッケル
に変換する。そして、これらの含浸工程を所定量の水酸
化ニッケルがニッケル焼結体に充填し終わるまで繰り返
し、その後、アルカリ水溶液中で化成し、水洗、乾燥し
て、ニッケル電極が製造される。
【0004】これに対して、電解含浸法は、ニッケル塩
の水溶液中にニッケル焼結体を浸漬し、ついで電解還元
し、ニッケル焼結体の空孔中に水酸化ニッケルを析出さ
せて、ニッケル電極を製造する方法であるが、化学含浸
法に比べて、水酸化ニッケルの充填密度が低いという欠
点がある。
【0005】ところで、上記の化学含浸法による含浸工
程では、含浸液が硝酸酸性であるため、ニッケル焼結体
は下記の反応式により、含浸液中に溶解し、 4Ni+HNO3 +6H2 O → 4Ni2++NH4 + +9OH- 生成したOH- により、Ni2+が沈殿して水酸化ニッケ
ル〔Ni(OH)2 〕になる。
【0006】この現象は、特に第1回目の含浸工程にお
いて著しく、これがニッケル電極の容量を増加させる要
因になっている。
【0007】また、化学含浸法による含浸液には、ニッ
ケル電極の利用率の向上や充放電に伴う電極の膨潤を抑
制してサイクル特性を向上させるために、亜鉛塩やコバ
ルト塩などの添加物が添加され、最終的に水酸化ニッケ
ルと固溶するようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のよう
に、ニッケル焼結体が溶解した部分に生成した水酸化ニ
ッケルは、上記亜鉛塩やコバルト塩などの添加物の濃度
が低いため、それらの添加物の作用を充分に発揮するこ
とができない。
【0009】そのため、電位をかけて含浸を行うこと
で、ニッケル焼結体を溶解せずに水酸化ニッケルを充填
することが行われているが、これはニッケル電極の容量
を低下させる原因になる。
【0010】本発明は、ニッケル焼結体の溶解が生じた
場合に添加物の作用が充分に発揮できないという問題点
やニッケル焼結体の溶解を抑制した場合に容量が低下す
るといった問題点を解消し、高容量で、かつ充放電に伴
う膨潤の少ない焼結式ニッケル電極を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1回目の含
浸に、ニッケル塩を含まない亜鉛塩の水溶液またはニッ
ケル塩を含まない亜鉛塩とコバルト塩との水溶液を用い
ることによって、ニッケル焼結体が溶解した部分に生成
した水酸化ニッケルと水酸化亜鉛〔Zn(OH2 〕また
は水酸化亜鉛〔Zn(OH)2 〕と水酸化コバルト〔C
o(OH)2 〕とが固溶し、それらの添加物の作用を充
分に発揮できるようにして、上記目的を達成したもので
ある。
【0012】すなわち、ニッケル焼結体の溶解による水
酸化ニッケルの生成は、主として第1回目の含浸工程で
生じるので、この第1回目の含浸にニッケル塩を含まな
い亜鉛塩またはニッケル塩を含まない亜鉛塩とコバルト
塩との水溶液を用いることによって、ニッケル焼結体の
溶解により生成する水酸化ニッケルに水酸化亜鉛や水酸
化コバルトなどが必要な濃度で固溶するようにして、ニ
ッケル焼結体の溶解による容量増加を生かしながら、上
記添加物の作用を充分に発揮できるようにしたのであ
る。
【0013】ここで、上記の亜鉛塩または亜鉛塩とコバ
ルト塩などの添加物の作用について述べると、これらの
亜鉛塩または亜鉛塩とコバルト塩などの添加物は、活物
質の導電性を高め、かつ充放電に伴うニッケル電極の膨
潤の原因となるγ−NiOOHの生成を抑制する。
【0014】充放電に伴うニッケル電極の膨潤は、充放
電サイクル特性を低下させる要因になるが、上記の添加
物は、水酸化ニッケルの結晶層間距離を制御し、層間に
カリウムの水和物が侵入するのをしにくくすることによ
って、上記γ−NiOOHの生成を抑制するものと考え
られる。
【0015】本発明において、亜鉛塩としては、たとえ
ばZn(NO3 2 ・6H2 O、ZnSO4 ・7H
2 O、Zn(CH3 COO)2 ・2H2 Oなどが用いら
れる。また、コバルト塩としては、たとえばCo(NO
3 2 ・6H2 O、CoSO4 ・7H2 O、Co(CH
3 COO)2 ・4H2 Oなどが用いられる。
【0016】第1回目の含浸には、ニッケル塩を含まな
い亜鉛塩の水溶液またはニッケル塩を含まない亜鉛塩と
コバルト塩の水溶液を用いるが、この際の亜鉛塩の濃度
としては1〜5重量%で、コバルト塩の濃度としては1
〜5重量の%程度が適している。
【0017】第2回目以降の含浸には、従来同様の含浸
液を使用すればよく、また、基体として用いるニッケル
焼結体も従来同様のものを使用することができる。
【0018】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。
【0019】実施例1 まず、焼結式ニッケル電極の基体として用いるニッケル
焼結体の作製方法について説明する。なお、以下におい
て、濃度を示す%はいずれも重量基準によるものであ
る。
【0020】メチルセルロース30gと水1リットルと
を混合したゲルにニッケル粉末を加えてニッケルスラリ
ーとし、このニッケルスラリーをニッケル製のパンチン
グメタル(厚さ:70μm、開口率:25%)の両面に
塗布し、還元雰囲気中900℃で20分間加熱してニッ
ケルを焼結することにより、ニッケル焼結体を作製し
た。
【0021】つぎに、このニッケル焼結体の空孔中に活
物質を充填する工程について説明する。
【0022】まず、Co(NO3 2 ・6H2 Oを20
g、Zn(NO3 2 ・6H2 Oを20gおよびHNO
3 (硝酸)を2.5g容器内に入れ、その中に水を加え
て全容を1リットルにし、第1回目の含浸に用いる含浸
液を調製した。
【0023】この含浸液にニッケル焼結体を20分間浸
漬した後、含浸液中から取り出し、100℃で30分間
乾燥した後、80℃に加熱した30%NaOH(水酸化
ナトリウム)水溶液に10分間浸漬して、それぞれを水
酸化物に変換した。ついで、純水でアルカリ成分がなく
なるま洗浄した後、乾燥した。
【0024】つぎに、Co(NO3 2 ・6H2 Oを5
0g、Zn(NO3 2 ・6H2 Oを50g、Ni(N
3 2 ・6H2 Oを1000gおよびHNO3 を5g
容器内に入れ、その中に水を加えて全容を1リットルに
し、第2回目以降の含浸に用いる含浸液を調製した。
【0025】この第2回目以降の含浸に用いる含浸液
に、上記のニッケル焼結体を上記と同条件下で含浸し、
中和し、この含浸工程を8回繰り返した後、30%Na
OH水溶液中で対極をニッケルとして、ニッケル焼結体
の空孔中に充填された水酸化ニッケル量(重量増加量)
に対し、2Cで60分間充電し、1.5Cで45分間放
電し、ついで純水中でアルカリ成分がなくなるまで洗浄
した後、乾燥してニッケル電極を製造した。
【0026】実施例2 Zn(NO3 2 ・6H2 Oを40gおよびHNO3
2.5g容器内に入れ、その中に水を加えて全容を1リ
ットルにし、第1回目の含浸に用いる含浸液を調製し、
これを第1回目の含浸に用いた以外は実施例1と同様に
してニッケル電極を製造した。
【0027】比較例1 第1回目の含浸に、実施例1の第2回目以降の含浸に使
用した含浸液〔Co(NO3 2 ・6H2 Oを50g、
Zn(NO3 2 ・6H2 Oを50g、Ni(NO3
2 ・6H2 Oを1000gおよびHNO3 を5g容器内
に入れ、その中に水を加えて全容を1リットルにしたも
の〕を用い、それ以外は実施例1と同様にしてニッケル
電極を製造した。
【0028】比較例2 ポテンシオスタットを用いて含浸液中のニッケル焼結体
の電位をAg/AgCl参照電極に対して0.5Vに保
ちながら含浸を行った以外は、実施例1と同様にしてニ
ッケル電極を製造した。なお、電位を印加したのは含浸
液による焼結体の溶解を防止するためである。
【0029】比較例3 ポテンシオスタットを用いて含浸液中のニッケル焼結体
の電位をAg/AgCl参照電極に対して0.5Vに保
ちながら含浸を行った以外は、比較例1と同様にしてニ
ッケル電極を製造した。
【0030】つぎに、上記実施例1〜2および比較例1
〜3のニッケル電極をそれぞれ正極として用い、負極に
はV22Ti16Zr16Ni39Cr7 の組成を持つ大過剰の
水素吸蔵合金を活物質とする水素吸蔵合金電極を用い
て、図1に示す試験用電池を作製した。
【0031】図1において、1は正極であり、この正極
1にはそれぞれ上記実施例1〜2および比較例1〜3で
製造されたニッケル電極が用いられている。2は負極で
あり、この負極2は上記のようにV22Ti16Zr16Ni
39Cr7 の組成を持つ水素吸蔵合金を活物質とする水素
吸蔵合金電極からなるものである。
【0032】3はポリプロピレン不織布からなるセパレ
ータで、4は電解液であり、この電解液4は30%水溶
液カリウム水溶液(ただし、17g/lの水酸化リチウ
ムを添加している)からなるものである。
【0033】5および6はそれぞれニッケル製の集電体
であり、7はポリプロピレン製の容器である。
【0034】上記5種類の電池を0.1Cで15時間充
電し、充電後、電池電圧が0.9Vになるまで0.2C
で放電し、その充放電を2回繰り返した後の放電容量を
調べ、それに基づいて容量密度を算出した。その結果を
表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】表1に示すように、含浸時に電位をかけて
ニッケル焼結体の溶解を防止した比較例2〜3は、40
0mAh・cc-1以下と容量密度が低かったが、実施例
1〜2と比較例1は、容量密度が450mAh・cc-1
以上であり、比較例2〜3に比べて約15%容量密度が
大きかった。
【0037】そこで、容量密度が大きい実施例1〜2お
よび比較例1について、上記充放電を継続し、充放電に
伴うニッケル電極の厚みの変化を調べた。測定されたニ
ッケル電極の厚みからニッケル電極の膨潤度を算出し、
その膨潤度と充放電サイクル数との関係を図2に示し
た。図2において、各ニッケル電極の初期の厚みは10
0%のところに示されている。
【0038】図2に示すように、比較例1では50回の
充放電サイクルで膨潤度が115%になったが、実施例
1では50回の充放電サイクルで膨潤度が107%で、
実施例2では50回の充放電サイクルで膨潤度が106
%であった。
【0039】膨潤した部分だけで比較すると、実施例1
では膨潤度が比較例1の45%であり、実施例2では膨
潤度が比較例1の40%であり、実施例1〜2は比較例
1に比べて膨潤度が低かった。
【0040】充放電サイクルに伴うニッケル電極の膨潤
は、充放電サイクル特性を低下させることになるので、
上記のような膨潤度の低減は充放電サイクル特性を向上
させることになるものと期待される。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、化学
含浸法によるアルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電極
の製造にあたり、第1回目の含浸に、ニッケル塩を含ま
ない亜鉛塩の水溶液またはニッケル塩を含まない亜鉛塩
とコバルト塩の水溶液を用いることによって、高容量
で、かつ充放電に伴う膨潤の少ない焼結式ニッケル電極
を製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜2および比較例1〜3で得られたニ
ッケル電極の特性を調べるために作製した試験用電池を
示す概略断面図である。
【図2】実施例1〜2および比較例1で得られたニッケ
ル電極の充放電サイクル数と充放電に伴うニッケル電極
の膨潤度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 電解液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 龍 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立 マクセル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−97127(JP,A) 特開 平2−304867(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/24 - 4/32 H01M 4/52

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル焼結体をニッケル塩の水溶液中
    に浸漬し、ニッケル焼結体の空孔中にニッケル塩を充填
    した後、アルカリ水溶液中に浸漬して、ニッケル塩を中
    和して水酸化ニッケルに変換する含浸中和を繰り返すア
    ルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電極の製造にあた
    り、 第1回目の含浸に、ニッケル塩を含まない亜鉛塩の水溶
    液またはニッケル塩を含まない亜鉛塩とコバルト塩との
    水溶液を用いることを特徴とするアルカリ二次電池用の
    焼結式ニッケル電極の製造方法。
JP3225012A 1991-08-09 1991-08-09 アルカリ二次電池用の焼結式ニッケル電極の製造方法 Expired - Lifetime JP3061303B2 (ja)

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