JP3222902B2 - 水素吸蔵合金電極の製造方法 - Google Patents

水素吸蔵合金電極の製造方法

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正夫 武江
房吾 水瀧
衛 木本
義人 近野
義典 松浦
晃治 西尾
修弘 古川
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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、金属−水素アルカリ蓄
電池に用いられる水素吸蔵合金電極の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来からよく用いられる蓄電池として
は、鉛電池及びニッケル−カドミウム電池がある。しか
し、近年、これら電池より軽量で且つ高容量となる可能
性があるということで、特に常圧で負極活物質である水
素を可逆的に吸蔵及び放出することのできる水素吸蔵合
金を備えた電極を負極に用い、水酸化ニッケルなどの金
属酸化物を正極活物質とする電極を正極に用いた金属−
水素アルカリ蓄電池が注目されている。
【0003】ここで、上記水素吸蔵合金電極の製造方法
としては、水溶性の結着剤を水に完全に溶かした後、こ
の水溶液と水素吸蔵合金粉末とを混合してペーストを作
製し、更にペーストを集電体に塗布,乾燥後加圧するよ
うな方法が一般に用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では、水素吸蔵合金粉末の表面に厚い結着
剤の層ができるような構造となるので、電解液や過充電
時に生じる酸素ガスの拡散性能に劣る。この結果、低温
放電特性や酸素ガス吸収性能が低下するといった課題を
有していた。
【0005】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、低温放電特性や酸素ガス吸収性能を向上させ
ることができる水素吸蔵合金電極の製造方法の提供を目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、結着剤を水に溶解させて結着剤水溶液を作
製する第1ステップと、水素吸蔵合金粉末と、前記第1
ステップで作製した結着剤水溶液と、PTFEを除く
末状の結着剤とを混合してペーストを作製する第2ステ
ップと、上記ペーストを集電体に塗布,乾燥後加圧し
て、上記水素吸蔵合金粉末同士を結着剤により結着させ
る第3ステップとを有することを特徴とする。ここで、
水素吸蔵合金電極に粉末状の結着剤が存在するように作
製することが望ましく、また、第1ステップ及び第2ス
テップで、結着剤として、PEO,PVP,PVA,H
PC,CMCを用いることも望ましい。
【0007】
【作用】上記製造方法の如く、水に完全に溶解した結着
剤の量を少なくすれば、水素吸蔵合金粉末の表面の一部
にのみ結着剤の層が形成されるか、あるいは全面に形成
されてもその厚みが極めて薄くなる。したがって、電解
液や過充電時に生じる酸素ガスの拡散性能を向上させる
ことが可能となる。
【0008】加えて、上記結着剤の層は薄くなるが、水
素吸蔵合金粉末間には粉末状の結着剤が存在するので、
水素吸蔵合金粉末同士の結着性は保たれる。したがっ
て、充放電サイクルを繰り返した場合であっても水素吸
蔵合金が脱落するようなこともない。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を、図1〜図5に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例〕図1は本発明の電極を用いた密閉円筒型ニッ
ケル−水素アルカリ蓄電池の断面図であり、焼結式ニッ
ケルから成る正極1と、水素吸蔵合金粉末及び結着剤を
含む負極2と、これら正負両極1・2間に介挿されたセ
パレータ3とから成る電極群4は渦巻状に巻回されてい
る。この電極群4は負極端子兼用の外装罐6内に配置さ
れており、この外装罐6と上記負極2とは負極用導電タ
ブ5により接続されている。上記外装罐6の上部開口に
はパッキング7を介して封口体8が装着されており、こ
の封口体8の内部にはコイルスプリング9が設けられて
いる。このコイルスプリング9は電池内部の内圧が異常
上昇したときに矢印A方向に押圧されて内部のガスが大
気中に放出されるように構成されている。また、上記封
口体8と前記正極1とは正極用導電タブ10にて接続さ
れている。
【0010】ここで、上記構造の密閉円筒型ニッケル−
水素アルカリ蓄電池を、以下のようにして作製した。先
ず、市販のMmとNiとCoとAlとMnとを元素比で
1:3.2:1:0.6:0.2の割合となるように秤
量した後、高周波溶解炉内で溶解して溶湯を作成する。
次に、上記溶湯を冷却することにより、MmNi3.2
oAl0.6 Mn0.2 で示される水素吸蔵合金鋳塊を作成
した後、この水素吸蔵合金鋳塊を粒径が50μm以下と
なるように粉砕して水素吸蔵合金粉末を作成する。
【0011】この後、この水素吸蔵合金粉末と、水に完
全に溶解した結着剤〔PVP(ポリビニルピロリド
ン)〕と、粉末状の結着剤〔PEO(ポリエチレンオキ
サイド)〕とを混合して、ペーストを作成する。この
際、ペースト量(水素吸蔵合金粉末の量+結着剤の総
量)に対する結着剤の総量は2%となるように設定して
おり、また、結着剤の総量に対する粉末状の結着剤の量
は30%となるように設定している。しかる後、上記ペ
ーストを集電体に塗布,乾燥後加圧することにより負極
2を作製した。
【0012】次に、この負極2と、焼結式ニッケル正極
1とを、不織布からなるセパレータ3を介して巻回し、
電極群4を作製した。しかる後、この電極群4を外装罐
6内に挿入し、更に30重量%のKOH水溶液を上記外
装罐6内に注液した後、外装罐6を密閉することにより
密閉円筒型ニッケル−水素蓄電池を作製した。このよう
にして作製した電池を、以下(A)電池と称する。 〔比較例〕粉末状の結着剤の量を0%とする(即ち、結
着剤は全て水に完全に溶解した結着剤を用い、且つこの
結着剤の添加量をペースト量に対して2%とする)他
は、上記実施例と同様にして電池を作製した。
【0013】このようにして作製した電池を、以下
(X)電池と称する。 〔実験1〕上記本発明の電極を用いた(A)電池と比較
例の電極を用いた(X)電池とにおける低温放電特性を
調べたので、その結果を下記表1に示す。尚、実験条件
は、電流0.1Cで16時間で充電(温度:室温)した
後、3時間休止(温度:−20℃)させ、更に電流1C
で電池電圧が1.0Vになるまで放電(温度:−20
℃)するという条件である。また、表1においては、休
止と放電とを室温で行った場合の放電容量を100とし
た場合の割合を示している。
【0014】
【表1】
【0015】表1から明らかなように、本発明の電極を
用いた(A)電池は比較例の電極を用いた(X)電池に
比べて、放電容量の低下率が小さくなっていることが認
められる。これは、(X)電池では、結着剤が水に完全
に溶解した結着剤のみから構成されているので、図3に
示すように、水素吸蔵合金粉末20の表面に厚い結着剤
の層21ができ、この結果電解液の拡散性能が低下す
る。これに対して、(A)電池では、粉末状の結着剤も
添加されているので、水に完全に溶解した結着剤の量が
少なくなる。したがって、図2に示すように、水素吸蔵
合金粉末20の表面に形成される結着剤の層21が極め
て薄くなるので、電解液の拡散が円滑に行われるという
理由によるものと考えられる。尚、(A)電池では、結
着剤の層21は薄くなるが、水素吸蔵合金粉末20間に
は粉末状の結着剤22が存在するので、水素吸蔵合金粉
末20同士の結着性は保たれる。したがって、充放電サ
イクルを繰り返した場合であっても水素吸蔵合金が脱落
するようなことはない。
【0016】また、上記実験には示さないが、本発明の
電極を用いた(A)電池は比較例の電極を用いた(X)
電池に比べて、酸素ガス吸収性能が向上するということ
も実験により確認している。これは、本発明の電極を用
いた(A)電池では、結着剤の層が極めて薄くなるの
で、酸素ガスの拡散が円滑に行われるという理由による
ものと考えられる。
【0017】次に、粉末状の結着剤の最適添加量を調べ
るべく、下記実験2及び実験3を行った。 〔実験2〕全結着剤量に対する粉末状の結着剤の添加比
率を変化させる(具体的には、1、5、10、30、5
0、70%とする)他は、上記実施例と同様の電池を作
製し、これら電池の低温放電特性を調べたので、その結
果を図4に示す。尚、実験条件は上記実験1と同様の条
件であり、また、図4においては、休止と放電とを室温
で行った場合の放電容量を100とした場合の割合を示
している。
【0018】図4から明らかなように、粉末状の結着剤
の添加比率が1%では放電容量は余り大きくならない
が、粉末状の結着剤の添加比率が5%以上になると放電
容量が著しく増大していることが認められる。したがっ
て、低温放電特性の面から見れば、結着剤の総量に対す
る粉末状の結着剤の量は5%以上であることが望まし
い。尚、酸素吸収性能においても、結着剤の総量に対す
る粉末状の結着剤の量は5%以上であることが望ましい
ことを実験により確認している。 〔実験3〕上記実験2で示す電池(但し、粉末状の結着
剤の添加比率が1%のものを除く)を用いて、これら電
池のサイクル特性を調べたので、その結果を図5に示
す。尚、図5中、「%」で示しているのは粉末状の結着
剤の添加比率である。また、実験条件は、室温で放電を
行う他は、上記実験1と同様の条件である。
【0019】図5から明らかなように、粉末状の結着剤
の添加比率が50%以下であればサイクル特性の低下は
少ないが、粉末状の結着剤の添加比率が70%となると
サイクル特性が著しく低下していることが認められる。
これは、粉末状の結着剤の添加比率が70%を超える
と、水素吸蔵合金粉末の表面に形成される結着剤の層が
余りにも薄くなり過ぎるため、水素吸蔵合金が脱落を生
じるという理由によるものと考えられる。したがって、
サイクル特性の面から見れば、粉末状の結着剤の添加比
率は50%以下であることが望ましい。 〔実験2,3のまとめ〕上記実験2より明らかなよう
に、低温放電特性の面から見れば、粉末状の結着剤の量
は5%以上であることが望ましく、上記実験3より、サ
イクル特性の面から見れば、粉末状の結着剤の添加比率
は50%以下であることが望ましい。
【0020】したがって、両者を考慮すると、粉末状の
結着剤の添加量は5%以上50%以下であることが望ま
しい。 〔その他の事項〕結着剤は、上記実施例に示す如く2
種類用いる必要はなく、1種類のみであっても良い。但
し、上記実施例の如く、水に溶解し易い結着剤(PV
P)と水に溶解し難い結着剤(PEO)とを用いる方が
製造が容易となる。 結着剤の種類としては、上記実施例に示すPEOやP
VPに限定するものではなく、例えばPVA(ポリビニ
ルアルコール)、HPC(ヒドロキシプロピルセルロー
ス)、CMC(カルボキシルメチルセルロース)であっ
てもよい。 ペースト量に占める結着剤の量は上記実施例に示す2
%に限定するものではなく、0.05〜10%の範囲で
あれば良いことを実験により確認している。 水素吸蔵合金としては、上記MmNi3.2 CoAl
0.6 Mn0.2 に限定するものではなく、如何なる水素吸
蔵合金にも本発明を適用することは可能である。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
解液や過充電時に生じる酸素ガスの拡散性能を向上させ
ることができるので、低温放電特性や酸素ガス吸収性能
を飛躍的に向上させることができるといった優れた効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電極を用いた密閉円筒型ニッケル−水
素アルカリ蓄電池の断面図である。
【図2】(A)電池に用いる水素吸蔵合金電極の説明図
である。
【図3】(X)電池に用いる水素吸蔵合金電極の説明図
である。
【図4】粉末状の結着剤の添加比率と放電容量との関係
を示すグラフである。
【図5】粉末状の結着剤の添加比率を変えた場合のサイ
クル特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 松浦 義典 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 古川 修弘 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−267960(JP,A) 特開 平2−236956(JP,A) 特開 平3−283362(JP,A) 特開 平4−179052(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/26 H01M 4/36 - 4/62

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結着剤を水に溶解させて結着剤水溶液を
    作製する第1ステップと、 水素吸蔵合金粉末と、前記第1ステップで作製した結着
    剤水溶液と、PTFEを除く粉末状の結着剤とを混合し
    てペーストを作製する第2ステップと、 上記ペーストを集電体に塗布,乾燥後加圧して、上記水
    素吸蔵合金粉末同士を結着剤により結着させる第3ステ
    ップと、 を有することを特徴とする水素吸蔵合金電極の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 結着剤を水に溶解させて結着剤水溶液を
    作製する第1ステップと、 水素吸蔵合金粉末と、前記第1ステップで作製した結着
    剤水溶液と、PTFEを除く粉末状の結着剤とを混合し
    てペーストを作製する第2ステップと、 上記ペーストを集電体に塗布,乾燥後加圧して、上記水
    素吸蔵合金粉末同士を結着剤により結着させる第3ステ
    ップと、 を有することを特徴とする粉末状の結着剤が存在してい
    る水素吸蔵合金電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 PEO,PVP,PVA,HPC,CM
    Cの中から選ばれた結着剤を水に溶解させて結着剤水溶
    液を作製する第1ステップと、 水素吸蔵合金粉末と、前記第1ステップで作製した結着
    剤水溶液と、PEO,PVP,PVA,HPC,CMC
    の中から選ばれた粉末状の結着剤とを混合してペースト
    を作製する第2ステップと、 上記ペーストを集電体に塗布,乾燥後加圧して、上記水
    素吸蔵合金粉末同士を結着剤により結着させる第3ステ
    ップと、 を有することを特徴とする水素吸蔵合金電極の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第2ステップにおいて、前記粉末状
    の結着剤を混合する割合は、結着剤の総混合量に対して
    5〜50%となるように設定されることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれか記載の水素吸蔵合金電極の製造方
    法。
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