JP3063159B2 - アルカリ電池用ニッケル電極及びこれを用いた電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアルカリ電池用ニッケル電極及びこれを用い
た電池に関するものである。

従来の技術 従来は厚さ１〜５μｍのコバルト鍍金を施した多孔性
の耐アルカリ性金属基板に、硫酸ニッケル塩水溶液と水
酸化ナトリウム水溶液から作製した水酸化ニッケル粉末
粒子を活物質として充填したニッケル電極及びこれを用
いたアルカリ電池が用いられていた。

発明が解決しようとする課題 近年ポータブルエレクトロニクス機器の軽量化に伴
い、高エネルギー密度化が要求されている。このニーズ
に対応するためには、活物質の利用率を向上させるだけ
では限界があることから、高密度化された水酸化ニッケ
ル粉末粒子の使用が必要である。従来においてもコバル
ト鍍金を集電体に施す方法により、活物質の利用率の向
上は行なわれてきた。

第１図に厚さ１〜６μｍの範囲において、１μｍごと
に厚みをかえてコバルト鍍金を施した厚さ200μｍのニ
ッケル基板に、硫酸ニッケル塩水溶液と水酸化ナトリウ
ム水溶液から作製した従来の水酸化ニッケル粒子を充填
したニッケル電極と、対極してペースト式カドミウム極
を組合わせ、比重1.26の水酸化カリウム電解液を流動電
解液が生じる程度に注液し作製した電池を、24時間放置
後、温度20℃において、充電0.1CA×15時間、放電0.2CA
（終止電圧1.00V）で10サイクル試験を行ったときの活
物質の利用率と、コバルト鍍金厚さの関係を示す。

第１図からコバルト鍍金厚さが２〜５μｍの範囲で
は、活物質の利用率は比較的安定であるが、厚さ５μｍ
以上になると活物質の利用率は大きく低下することが分
かる。このコバルト鍍金の厚さの違いによる利用率の変
化は、活物質と集電体との有効距離に限界があるためで
あると推定できる。

このようにコバルト鍍金を施した集電体と、活物質で
ある水酸化ニッケル粒子の境界部分に、オキシ水酸化コ
バルトの強力な導電性ネットワーク層が形成されること
によって活物質の利用率が向上し、エネルギー密度も大
きく改良された。

しかしながら従来の水酸化ニッケル粉末粒子内には多
数の空孔が存在し、高密度に充填できるといった点では
まだ改良の余地があった。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために電極に次のような改良を施
した。すなわち利用を向上させるために、厚さ１〜５μ
ｍのコバルト鍍金を多孔性の耐アルカリ金属基板に施
し、従来の水酸化ニッケル粉末粒子を充填するかわり
に、硫酸ニッケル塩水溶液と水酸化ナトリウム水溶液か
ら作製した空孔容積が0.08cm³/g以下で、かさ密度（タ
ッピング密度）が1.7〜2.2g/cm³の範囲内にある高密度
の水酸化ニッケル粉末粒子を充填し、エネルギー密度の
向上を計った。

作用 厚さ１〜５μｍのコバルト鍍金を施した多孔性の耐ア
ルカリ性金属基板を用いることにより利用率が向上し、
空孔容積が0.08cm³/g以下で、かさ密度が1.7〜2.2g/cm³
の範囲内にある水酸化ニッケル粉末粒子を充填したニッ
ケル電極を用いることによって、水酸化ニッケル粉末粒
子をより高密度に充填できるようになった。従って高エ
ネルギー密度化されたニッケル電極、すなわち高エネル
ギー密度化されたアルカリ電池を製作できるようになっ
た。

実施例 以下、本発明の一実施例について詳述する。

正極は厚さ３μｍのコバルト鍍金を施したニッケルメ
ッシュに、15〜30Åの細孔半径を有し、その空孔容積が
0.05m²/g以下で且つ比表面積15〜30ml/gの範囲内にある
水酸化ニッケル粉末粒子を活物質の主成分として充填し
た。

第２図にこの新水酸化ニッケル粉末粒子と、硫酸ニッ
ケル塩水水溶液と水酸化ナトリウム水溶液から作製した
従来の水酸化ニッケル粉末粒子の細孔径分布の比較を示
す。

細孔径分布と比表面積の差にみられる細孔構造の違い
は高密度に充填するうえで最も重要なかさ密度（タッピ
ング密度）に大きな差を生じる。この新水酸化ニッケル
粉末粒子を用いると、従来の中和粉末粒子よりも約20％
程度多く充填できることが明らかである。この水酸化ニ
ッケル粉末粒子50wt％とニッケル粉末50wt％を混合した
活物質をプレスし、ペレット状に成形したものを上記ニ
ッケルメッシュに包んで再びプレスしたものを正極とし
た。この正極の放電理論用量は400mAhとした。

このニッケル電極に、対極としたカドミウム電極を用
い、比重1.26の水酸化カリウム電解液を注液して電池を
作製した。以下、この電池を電池Ａと記述する。また従
来の水酸化ニッケル粉末粒子を活物質の主成分として用
い、この水酸化ニッケル粉末粒子50wt％とニッケル粉末
50wt％を混合した活物質を用いて、上記作製方法と同様
の方法を用いて電池を作製した。以下、この電池を電池
Ｂと記述する。これらの電池を24時間放置後、温度20℃
において、充填0.1CmA×15時間、放電0.2CmA（終止電圧
1.00V）で充放電試験を行った。第３図にこれらの電池
の放電電圧と放電時間の関係を示した。

第３図の結果は、電池Ａでは平均電圧1.22V、放電用
量348mAh、利用率87％であり、電池Ｂでは平均電圧1.20
V、放電用量300mAh、利用率75％であった。このように
利用率は12％向上し、平均電圧も20mV高くなった。この
結果からコバルト鍍金を施した多孔性の耐アルカリ性金
属基板と空孔容積が0.08cm³/g以下で、かさ密度が17〜2
2g/cm³の範囲内にある水酸化ニッケルの境界部分におい
ても導電性ネットワークは形成され、利用率、平均電圧
の向上によって、より高エネルギー密度化されたニッケ
ル電極を作製できることがわかった。

発明の効果 上述の如く本発明は活物質利用率の向上した高エネル
ギー密度のニッケル電極及びこれを用いたアルカリ電池
を提供することができるので、その工業的価値は極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はコバルト鍍金厚さと活物質利用率の関係図、第
２図は従来及び本発明で用いた水酸化ニッケルの細孔径
分布を示す図、第３図は従来電池及び本発明電池の放電
時間と放電電圧との関係図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−216764（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187768（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−253559（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/32,4/52,4/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚さ１〜５μｍのコバルト鍍金を施した多
   孔性の耐アルカリ性金属基板の上に、空孔容積が0.08cm
   ³/g以下で、かさ密度（タッピング密度）が1.7〜2.2g/c
   m³の範囲内にある水酸化ニッケル粉末粒子を活物質とし
   て充填したことを特徴とするアルカリ電池用ニッケル電
   極。
2. 【請求項２】請求項１に記載したアルカリ電池用ニッケ
   ル電極を用いた電池。