JP3146014B2 - ペースト式ニッケル極の製造方法 - Google Patents
ペースト式ニッケル極の製造方法Info
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Description
製造方法に関する。
ル水素電池では、一般に焼結式ニッケル極が使用されて
いる。近年、前記焼結式ニッケル極に代わる電極として
ペースト式ニッケル極が提案され、一部実用化されてい
る。かかるペースト式ニッケル極は、活物質の水酸化ニ
ッケルをペースト状にしてこれを三次元網状多孔体から
なる導電性基板に充填して製造される。ところが、前記
ペースト式ニッケル極は、焼結式のものに比べて活物質
(水酸化ニッケル)間の結着性が著しく劣っており、電
池に組込んで充放電サイクルを繰り返すと活物質が脱落
して容量が低下したり、内部短絡を招くという問題点が
あった。
説明するポリテトラフロロエチレン(PTFE)ディス
パージョンを結着剤として含む活物質ペーストを導電性
基板に充填してペースト式ニッケル極を製造することが
行われている。即ち、前記PTFEディスパージョンを
活物質と共に混練して活物質ペーストを調製した後、該
ペーストを導電性基板に充填し、更に該導電性基板をロ
ーラプレスで圧延してせん断力を加えることによって、
前記PTFEを繊維化して活物質粒子をこの繊維化PT
FEに絡み付け、それら粒子の結着力を高めたペースト
式ニッケルを製造する方法である。
ョンを活物質と共に混練したペーストを導電性基板に充
填すると、この活物質ペースト調製の混練時や導電性基
板への充填時にペーストにせん断力が加わるためペース
ト中のPTFEを繊維化させる。その結果、前記活物質
ペーストを導電性基板に充填することが著しく困難とな
る。
にはPTFEディスパージョンを含まない活物質ペース
トを導電性基板に充填した後、この導電性基板にPTF
Eディスパージョンを含浸させる方法が開示されてい
る。しかしながら、かかる方法により得られるペースト
式ニッケル極では、PTFEの薄膜が表面に形成される
ため、電池に組込んだ際の電解液の浸透が妨げられて活
物質の利用率が低下するという問題点がある。更に、P
TFEディスパージョンの含浸量の制御が困難であるた
め電極性能に大きなバラツキを生じるという問題点もあ
る。
点を解決するためになされたもので、導電性基板への活
物質ペーストの充填性を損なうことなく、活物質粒子間
の結着性を向上したペースト式ニッケル極を製造し得る
方法を提供しようとするものである。
ニッケル、水、コバルト系添加剤、増粘剤及びポリテト
ラフロロエチレンディスパージョンを混合し、混練して
活物質ペーストを調製する工程と、前記活物質ペースト
を三次元多孔質構造の導電性基板に充填し、乾燥した
後、ローラプレスで圧延する工程とを具備することを特
徴とするペースト式ニッケル極の製造方法である。
い球状の粒子からなり、通常、その粒径が比較的大きな
5〜50μm程度に揃っている。かかる水酸化ニッケル
は、アルカリ水溶液中で種晶を出発点としてNi(O
H)2 の結晶粒子をゆっくり成長させる沈殿法によって
製造できる。
チルセルロース(CMC)、メチルセルロース(M
C)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、及びポリ
アクリル酸(PAA)などが挙げられる。特にCMC及
びMCのうちの少なくとも1種とSPA及びPAAのう
ちの少なくとも1種とを組合わせた増粘剤を用いること
が望ましい。
状、繊維状、フェルト状などの三次元多孔質構造のもの
が挙げられる。その材質としては、ニッケル、又はステ
ンレス等の金属や樹脂にニッケルメッキを施したものな
どが挙げられる。
に必要に応じて一酸化コバルト、水酸化コバルト、金属
コバルトなどの電極性能を向上させる添加剤を配合して
もよい。
ケル、水、増粘剤、及びPTFEディスパージョンを混
練することによって、ペースト中のPTFEを繊維化さ
せることなく活物質ペーストを調製できる。
化ニッケルとして粒径分布が1〜200μm程度と広
く、かつ形状が不揃いで角(エッジ)のある粒子,いわ
ゆる不定形の粒子からなるものを用いているため、前記
ペースト調製工程の混練時に、不定形の水酸化ニッケル
同士の衝突や摩擦によってペースト中のPTFEにせん
断力が加わり繊維化する。これに対し、本発明の製造方
法では、水酸化ニッケルとして球状のものを用いること
によって、前記ペースト調製工程の混練時において水酸
化ニッケル粒子同士の衝突や摩擦を低減し、ペースト中
のPTFEに加わるせん断力を小さくできるため、PT
FEの繊維化を抑制できる。更に、前記増粘剤として、
粘性が高いCMC及びMCのうちの少なくとも1種と、
保水性が高いSPA及びPAAのうちの少なくとも1種
とを組合わせたものを用いれば、かかる増粘剤が水酸化
ニッケル粒子を覆って該粒子同士の衝突や摩擦を効果的
に緩和できるため、PTFEにかかるせん断力をより小
さくできる。
充填する工程においても、水酸化ニッケル粒子同士の衝
突や摩擦が低減されてPTFEの繊維化を抑制できる。
その結果、前記活物質ペーストを導電性基板に良好に充
填することができる。この後、前記導電性基板をローラ
プレスで圧延してせん断力を加えることによって、前記
PTFEを繊維化して活物質粒子をこの繊維化PTFE
に絡み付け、それら粒子の結着力を高めたペースト式ニ
ッケルを製造できる。
ースト式ニッケル極は、従来のPTFEディスパージョ
ンを含浸させる方法のようにPTFE膜が表面に形成さ
れることがないため、電池に組込んだ際の電解液の浸透
性が良好で活物質の利用率を十分に高めることができ
る。従って、かかるペースト式ニッケル極を組込んだ電
池は、充放電サイクル寿命に優れ、かつ高容量化を実現
できる。
ケル90重量部、一酸化コバルト10重量部、CMC
0.3重量部、SPA0.3重量部、水60重量部、P
TFEを60重量%含有するPTFEディスパージョン
(三井デュポンフロロケミカル社製商品名;テフロン3
0−J)4重量部を加えてミキサーで5分間混練して活
物質ペーストを調製した。つづいて、この活物質ペース
トを厚さ1.5mmのフェルト状ニッケル基板にローラ
式充填機を用いて充填し、これを100℃で30分間乾
燥した後、ローラプレスで0.6mmの厚さになるまで
圧延した。その後、成形加工、集電体溶接加工を施して
ペースト式ニッケル極を作製した。比較例1
代えて粒径1〜200μmの不定形水酸化ニッケルを用
いた以外、実施例1と同様にしてペースト式ニッケル極
を作製した。 比較例2
ル、一酸化コバルト、CMC、SPA、及び水をミキサ
ーで5分間混練してPTFEディスパージョンを含まな
い活物質ペーストを調製した。づづいて、この活物質ペ
ーストをフェルト状ニッケル基板に充填し、これを乾燥
した後、実施例1で用いたPTFEディスパージョンを
水で15倍に希釈した分散液に浸漬し、更に100℃で
30分間乾燥した。その後、実施例1と同様にしてロー
ラプレスで圧延し、更に成形加工、集電体溶接加工を施
してペースト式ニッケル極を作製した。
ッケル極の作製において、活物質ペースト調製工程で混
練した時のペースト状態、及びフェルト状ニッケル基板
に充填した時のペースト状態を観察した。その結果を下
記表1に示す。 表1 混練時 充填時 実施例1 ペーストに変化なし ペーストに変化なし 比較例1 ペーストがやや硬くなる ペーストが硬くなる 比較例2 ペーストに変化なし ペーストに変化なし
ト式ニッケル極の作製においては、混練時,充填時でも
活物質ペーストに変化がなくPTFEが繊維化しないこ
とがわかる。事実、この活物質ペーストはフェルト状ニ
ッケル基板に良好に充填できた。また、比較例2のペー
スト式ニッケル極の作製においても、活物質ペーストに
PTFEが含まれていないためその状態に変化がなく、
この活物質ペーストをフェルト状ニッケル基板に良好に
充填できた。これに対し、比較例1のペースト式ニッケ
ル極の作製においては、活物質ペーストが次第に硬くな
って混練時では既に繊維化の兆候が見られ、充填時では
PTFEが明らかに繊維化していることがわかる。事
実、この活物質ペーストをフェルト状ニッケル基板に良
好に充填できなかった。
ニッケル極をそれぞれ100個作製し、カドミウム極と
組み合わせてAAサイズのニッケルカドミウム電池を組
立てた。得られたニッケルカドミウム電池について、そ
れぞれ充放電サイクルを繰返して100サイクル毎に放
電容量を測定してその平均値を求めたところ、図1に示
す特性図を得た。なお、図1の各特性線から延出される
縦線は、放電容量の測定値のバラツキ範囲を示す。
例2の電池は、放電容量に大きな変化がなく充放電サイ
クル寿命に優れることがわかる。これは、ペースト式ニ
ッケル極中でPTFEが繊維化しているため活物質(水
酸化ニッケル)粒子間の結着力が高いことによる。ま
た、実施例1の電池は、放電容量が高く、しかも放電容
量のバラツキが小さいことがわかる。これに対し、比較
例2の電池は、放電容量が低く、しかも放電容量のバラ
ツキが大きいことがわかる。これは、ペースト式ニッケ
ル極のPTFEが含浸法で充填されているため、その充
填量にバラツキがあると共にPTFE膜が電極表面に形
成されて活物質の利用率に悪影響を及ぼしていることに
よる。なお、上述したペースト式ニッケル極は、ニッケ
ルカドミウム電池のほかに水素吸蔵合金を負極活物質と
するニッケル水素電池などにも適用できる。
性基板への活物質ペーストの充填性を損なうことなく、
活物質粒子間の結着性を向上したペースト式ニッケル極
を製造でき、ひいては電池の正極として組込んだ場合に
充放電サイクル寿命の向上及び高容量化を実現できる等
の顕著な効果を奏する。
を組込んだニッケルカドミウム電池における充放電サイ
クル数に対する放電容量の変化を示す特性図
Claims (2)
- 【請求項1】 球状の水酸化ニッケル、水、コバルト系
添加剤、増粘剤及びポリテトラフロロエチレンディスパ
ージョンを混合し、混練して活物質ペーストを調製する
工程と、前記活物質ペーストを三次元多孔質構造の導電
性基板に充填し、乾燥した後、ローラプレスで圧延する
工程とを具備することを特徴とするペースト式ニッケル
極の製造方法。 - 【請求項2】 前記コバルト系添加剤は、一酸化コバル
ト、水酸化コバルト及び金属コバルトから選ばれること
を特徴とする請求項1記載のペースト式ニッケル極の製
造方法。
Priority Applications (1)
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JP00661191A JP3146014B2 (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | ペースト式ニッケル極の製造方法 |
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JPH04248265A JPH04248265A (ja) | 1992-09-03 |
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JP (1) | JP3146014B2 (ja) |
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1991
- 1991-01-23 JP JP00661191A patent/JP3146014B2/ja not_active Expired - Fee Related
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