JP3490858B2

JP3490858B2 - アルカリ蓄電池用非焼結式カドミウム負極

Info

Publication number: JP3490858B2
Application number: JP00976297A
Authority: JP
Inventors: 一浩吉村; 彰平川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JPH10208737A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はニッケル・カドミウ
ム蓄電池等のアルカリ蓄電池に用いる非焼結式カドミウ
ム負極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ニッケル・カドミウム蓄電池に用
いるカドミウム負極には、ニッケル粉末を焼結して形成
した多孔性基板に酸化カドミウムあるいは水酸化カドミ
ウムよりなる活物質を充填した焼結式極板と、活物質と
合成繊維、糊料等とを混練してペースト状としてパンチ
ングメタル等の導電性芯体に塗着した後、乾燥して形成
した非焼結式極板とがある。このうち、非焼結式極板は
比較的低コストで製造できることやエネルギー密度の高
い蓄電池が得られること等から、広く使用されるように
なった。

【０００３】この非焼結式極板を用いたアルカリ蓄電池
はニッケル粉末を焼結して形成した多孔性基板を有さな
いため、焼結式極板を用いたアルカリ蓄電池に比較し
て、活物質の充填量を多くできる反面、電流を集電する
ための導電ネットワークを有さないため、活物質の利用
率が低下するという問題があった。この点を改善するた
めに、活物質中にニッケル繊維を添加したり、あるいは
炭素繊維を添加して極板内に導電ネットワークを形成さ
せることが、例えば、特開昭６４−８４５７５号公報あ
るいは特公平２−３４４３３号公報等において提案され
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６４−８４５７５号公報において提案されたものにおい
ては、活物質中にニッケル繊維を添加しており、ニッケ
ルは水素過電圧が小さいため、過充電時に負極より水素
ガスが発生して電池内部圧力が上昇し、ガス排出弁より
電池内部のガスおよび電解液が外部に放出され、電池内
の電解液不足が生じたり、正負極の容量バランスを崩し
たりするという問題を生じた。

【０００５】一方、特公平２−３４４３３号公報におい
て提案されたものにおいては、活物質中に炭素繊維を添
加しており、炭素はアルカリ電解液中で安定で充放電に
関与せず、かつ水素過電圧の低下による著しい水素ガス
の発生を引き起こさないという特徴を有している。その
反面、炭素繊維の繊維長が長くなるとペースト作成時の
炭素繊維の分散性が悪くなって、極板内に均一な導電ネ
ットワークが形成されにくくなったり、あるいはその添
加量が多くなると活物質量が少なくなって極板容量が減
少するという問題を生じた。また、炭素繊維の繊維長が
短くなったりその添加量が少なくなると極板内に導電ネ
ットワークが形成されにくいために、結果として電池性
能を低下させるという問題を生じた。

【０００６】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであって、炭素繊維を極板内に均一に分散させ
て均一な導電ネットワークを形成させ、活物質利用率が
向上した非焼結式カドミウム負極を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明はアルカリ蓄電池用非焼結式カドミウム負極であっ
て、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明
においては、非焼結式カドミウム負極の負極活物質とし
て酸化カドミウム粉末あるいは水酸化カドミウム粉末を
用い、非焼結式カドミウム負極の導電剤として繊維長が
０．５〜１．３ｍｍの炭素繊維を負極活物質に対して
０．１５〜１．５０重量％添加したことにある。

【０００８】ここで、炭素繊維の繊維長が長くなれば長
くなるほど、極板内の導電性向上に効果があると考えら
れるが、繊維長を長くすればするほど、ペースト作成時
の炭素繊維の活物質中への分散性が悪くなるため、繊維
長をある程度以上に長くしても導電性は向上するもので
はなく、したがって、ある程度以上に長い炭素繊維を添
加しても活物質利用率は向上しない。また、繊維長が長
くなればなるほど繊維が絡み合って塊状になったりある
いは繊維が負極板より突出するようになるため、正極板
と短絡する恐れを生じる。

【０００９】一方、繊維長を短くすればするほど、ま
た、添加量を少なくすればするほど、ペースト作成時の
炭素繊維の活物質中への分散性は向上するが、極板内に
導電ネットワークを形成することが困難になるため、活
物質利用率は向上しない。

【００１０】そのため、本発明においては、炭素繊維の
繊維長を０．５〜１．３ｍｍと規定するとともに、負極
活物質に対する添加量を０．１５〜１．５０重量％と規
定している。このように、繊維長が０．５〜１．３ｍｍ
の炭素繊維を負極活物質に対して０．１５〜１．５０重
量％添加することにより、活物質中へ炭素繊維が均一に
分散するようになるので、負極板芯体の近傍だけでな
く、負極板の表面近傍でも充放電を行わせることが可能
になるため、負極板の全領域において均一に充放電させ
ることが可能になり、負極活物質の利用率が大幅に向上
するという実験結果が得られた。

【００１１】また、請求項２に記載の発明においては、
炭素繊維としてアクリル系炭素繊維を用いたことにあ
る。アクリル系炭素繊維は化学的に高純度であり、不純
物が少ないため電池性能に悪影響を及ぼしにくく、ま
た、強度が高いので補強材としての効果を得ることが可
能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

ａ．カドミウム負極板の作製酸化カドミウム粉末を負極活物質とし、この酸化カドミ
ウム粉末１００重量部に、ポリアミド繊維を１．５重量
部と、炭素繊維（直径７〜８μｍ、長さ０．１〜３ｍ
ｍ）を０．３５重量部とを加えて混合物とする。この混
合物に、ヒドロキシプロピルセルロースと水を加えて混
練して活物質ペーストを調製する。このように調製した
活物質ペーストを厚さ０．０８ｍｍのパンチングメタル
よりなる導電性芯体の両面に塗着して、乾燥する。この
後、アルカリ水溶液中で理論容量の３０％を充電した
後、水洗、乾燥を行ってカドミウム負極板を作製する。

【００１３】ここで、炭素繊維としては、アクリル系合
成繊維（ＰＡＮ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌ
ｅ）繊維）を空気中で２００〜４００℃で熱酸化架橋反
応を行って炭化繊維とした後、不活性雰囲気中で８００
〜３２００℃で加熱処理を行って炭素繊維としたものを
用いている。

【００１４】なお、上記のようにして作成するカドミウ
ム負極板の活物質中にアクリル系炭素繊維を添加する場
合、アクリル系炭素繊維の長さを変化させて、長さが
０．５ｍｍのアクリル系炭素繊維を０．３５重量部添加
したものを実施例１のカドミウム負極板とし、長さが
０．８５ｍｍのアクリル系炭素繊維を０．３５重量部添
加したものを実施例２のカドミウム負極板とし、長さが
１．３ｍｍのアクリル系炭素繊維を０．３５重量部添加
したものを実施例３のカドミウム負極板とした。

【００１５】一方、長さが０．１ｍｍのアクリル系炭素
繊維を０．３５重量部添加したものを比較例１のカドミ
ウム負極板とし、長さが０．２５ｍｍのアクリル系炭素
繊維を０．３５重量部添加したものを比較例２のカドミ
ウム負極板とし、長さが１．５ｍｍのアクリル系炭素繊
維を０．３５重量部添加したものを比較例３のカドミウ
ム負極板とし、長さが１．７５ｍｍのアクリル系炭素繊
維を０．３５重量部添加したものを比較例４のカドミウ
ム負極板とし、長さが２．０ｍｍのアクリル系炭素繊維
を０．３５重量部添加したものを比較例５のカドミウム
負極板とし、長さが２．５ｍｍのアクリル系炭素繊維を
０．３５重量部添加したものを比較例６のカドミウム負
極板とし、長さが３．０ｍｍのアクリル系炭素繊維を
０．３５重量部添加したものを比較例７のカドミウム負
極板とした。

【００１６】ついで、アクリル系炭素繊維の添加量を変
化させて、長さが１．３ｍｍのアクリル系炭素繊維を
０．１５重量部添加したものを実施例４のカドミウム負
極板とし、長さが１．３ｍｍのアクリル系炭素繊維を
０．６重量部添加したものを実施例５のカドミウム負極
板とし、長さが１．３ｍｍのアクリル系炭素繊維を１．
０重量部添加したものを実施例６のカドミウム負極板と
し、長さが１．３ｍｍのアクリル系炭素繊維を１．５重
量部添加したものを実施例７のカドミウム負極板とし
た。

【００１７】一方、アクリル系炭素繊維を無添加のもの
を比較例８のカドミウム負極板とし、長さが１．３ｍｍ
のアクリル系炭素繊維を０．１０重量部添加したものを
比較例９のカドミウム負極板とし、長さが１．３ｍｍの
アクリル系炭素繊維を１．８重量部添加したものを比較
例１０のカドミウム負極板とし、長さが１．３ｍｍのア
クリル系炭素繊維を２．２重量部添加したものを比較例
１１のカドミウム負極板とし、長さが１．３ｍｍのアク
リル系炭素繊維を２．６重量部添加したものを比較例１
２のカドミウム負極板とした。

【００１８】ｂ．実験結果以上のようにして作製した実施例１〜７および比較例１
〜１２の１９種類のカドミウム負極板を４０×７５ｍｍ
の大きさに切断して試料極板とし、この試料極板に対し
て充分大きな電気化学容量を持つ公知の焼結式ニッケル
正極板を対極として、ナイロン製セパレータを介して、
両極板が完全に対向するように積層し、これをポリエチ
レン袋に入れて、両側より加圧した後、比重１．２３の
水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）を注液し、簡易セル
（試験セル）を作製する。

【００１９】この試験セルを電極の理論容量に対し０．
１Ｃの電流で１２時間充電し、その後０．３Ｃの電流で
試料極板の電位が酸化水銀参照電極に対して±０．０Ｖ
となるまで放電させるという充放電サイクルを繰り返す
サイクル試験を行って、５サイクル目の各試料極板の容
量の測定を行い、下記の数１の算出式に基づいて各試料
極板の利用率を求めると表１に示す実験結果が得られ
た。

【００２０】

【数１】利用率（％）＝測定容量／理論容量×１００（％）

【００２１】

【表１】

【００２２】この実験結果に基づいて、添加量を一定
（０．３５重量％）にして炭素繊維の長さを変化させた
実施例１〜３および比較例１〜７の試料極板の実験結果
をグラフで表すと図１に示すような結果となった。ま
た、炭素繊維の長さを一定（１．３ｍｍ）にして添加量
を変化させた実施例４〜７および比較例８〜１２の試料
極板の実験結果をグラフにすると図２に示すような結果
となった。

【００２３】これらの実験結果について検討する。ま
ず、繊維長について検討すると、繊維長が長くなれば導
電性は向上するが、ペーストを芯体に塗着して極板を作
成する場合、繊維長の増加に伴い分散性が低下するた
め、導電性の悪い部分が部分的に生じる。この結果、均
一な充放電が行えず、利用率が低下する。一方、繊維長
を短くし過ぎると、導電ネットワークの形成が困難にな
るため、利用率向上の効果は見られない。そこで、本発
明においては繊維長は、図１より明らかなように、０．
５〜１．３ｍｍの範囲に規定すれば利用率は８０％以上
となって活物質が有効に利用されるようになる。

【００２４】ついで、添加量について検討すると、図２
より明らかなように、添加量を増加させるに伴い極板内
の導電性が向上して利用率が向上して行き、添加量が
０．１５重量％以上になるとほぼ最大となり、添加量が
１．５０重量％までは安定した値を示している。しかし
ながら、活物質でない炭素繊維の添加量を増やすことは
活物質量が低下することを意味するので、エネルギー密
度を低下させる原因となる。即ち、添加量が１．５重量
％以上になると利用率向上分より炭素繊維の占める体積
が増加するため、エネルギー密度的に不利となってく
る。このため、炭素繊維の添加量は０．１５〜１．５重
量％の範囲に規定すればエネルギー密度の高い極板を得
ることができる。

【００２５】なお、上述の実施形態においては、負極活
物質として酸化カドミウムを用いる例について説明した
が、負極活物質として水酸化カドミウムを用いてよいこ
とは明らかである。また、上述の実施形態においては、
炭素繊維としてアクリル系炭素繊維を用いる例について
説明したが、炭素繊維としてピッチ系炭素繊維を用いて
よいことも明らかである。さらに、負極活物質中に予備
充電活物質となる金属カドミウムを添加しても本発明は
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素繊維の長さに対する活物質利用率の関係
を示すグラフである。

【図２】炭素繊維の添加量に対する活物質利用率の関
係を示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ蓄電池用非焼結式カドミウム負
極であって、前記非焼結式カドミウム負極の負極活物質として酸化カ
ドミウム粉末あるいは水酸化カドミウム粉末を用い、同
非焼結式カドミウム負極の導電剤として繊維長が０．５
〜１．３ｍｍの炭素繊維を同負極活物質に対して０．１
５〜１．５０重量％添加したことを特徴とするアルカリ
蓄電池用非焼結式カドミウム負極。
【請求項２】前記炭素繊維はアクリル系炭素繊維であ
ることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池用
非焼結式カドミウム負極。