JPH01302668A - アルカリ蓄電池用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業−■−の利用分野 本発明は、アルカリ電解液を使用する電池、たとえば、
ニソケルーガドミウム電池、ニッケルー鉄電池、ニッケ
ルー亜鉛電池などに適用できる電極に関するものである
。

従来の技術 アルカリ電解液を使用するアルカリ蓄電池としては、現
在二ンケルーカドミウム電池が最も多く生産されている
。この電池は、各種電気製品のポータプル化、コードレ
ス化による需要の増加が大きく、市販電池の中でも、そ
の重要性が増大している。

ニラゲル−カドミウム電池は、ニッケル極、カドミウム
極と両者の間に介在するセパＩノータによ、って構成さ
れる、従来、ニッケル極、カドミウム極とも、いわゆる
焼結式電極が用いられてきた。焼結式電極は、ニラゲル
メッキした穿孔鋼板十に形成された多孔質ニッケル焼結
体に活物質を含浸析出させることによって得られる電極
である。この電極は内部抵抗が低いとか、急速充放電が
可能であるなどのすぐれた特性を有している。しかし、
焼結体の形成する直角１０μｍ程度の微細孔中に活物質
を均一・か゛つ密に充填するには限界があり、同一形状
の電池から、より多くの放電電気墳を得ることが可能と
なる高容量密度化の要求には十分対応できない。そこで
、活物質の占める割合がより太き（なる方式の電極が必
要となり、その要求に応じ、ベースト式電極が提案され
ている。この方式は活物質粉末を集電体に直接充填する
方式であり、ニッケル焼結体を使用しない分だけ活物質
を多く充填できることになる。この方式の実用電池への
適用状況を見ると、汎用型の円筒形ニラゲル−カドミウ
ム電池ではペースト式カドミウム極がかなり普及してい
る。ペースト式カドミウム極の製法としては活物質であ
る酸化カドミウム２い の７ラリを焼結式電極の芯材として用いら乃ψニッケル
メッキした穿孔鋼板上に塗着して作製する製法が一般に
用いられている。ペースト式ニッケル極の技術としては
、発泡ニッケルを基体とする方法（特開昭５５−１２５
２０２号公報）あるいは、金属繊維焼結体を基体とする
方法（特開昭５６−２６３６６号公報）などが提案、発
表されているものの実用電池への技術の適用はカドミウ
ム極に比べ遅れている。し、かじ、今後、その適用は拡
大して行くものと考えられる。

発明が解決しようとする問題点 本発明は水酸化カリウム、水酸化リチウム、す ものである。特にその電極の集電体であ丸、強度保持の
芯材ともなる電極基体に関連する。

従来のベースト式電極について見ると、焼結式電極に比
べ強度、導電性で劣るという問題点があった。強度につ
いてはニッケル焼結体を電極骨格とする焼結式に比べて
、活物質のペースト自体が電極骨格を維持するため、機
、波山強度が低く、円筒形電池を形成するための電極の
捲回工程において、活物質の剥離、脱落が生じやすいこ
とが問題であり、そのため歩き止まりの低下、あるいは
容器に充填した後の短絡などを生じていた。導電性の低
下は、ニッケル粒子の形成する微細孔中に活物質を充填
する焼結式に比べ、ペースト式では相対的に活物質の占
める体積割合が大きくなるので、抵抗が大きくなる傾向
にあるということである。この問題点を解決するために
、活物質層中にニッケル微粉末などの導電剤を添加して
いる。しかし活物質層と電極基体との界面接触が焼結式
電極に比べて不上方であり、ミクロな接触面積を増加さ
せる必要がある。

問題点を解決するだめの手段 本発明は」Ｌ記の問題点を解決するために、電極基体の
表面に突起を形成したことにある。表面に突起を形成す
る方法としては、溶射、焼結、電気化学的処理、機械的
加工などがある。溶射は、線材、粉末を溶融して吹き付
ける方法であり、焼結は線材、繊維、粉末などを基体表
面に固定する方法である。電気化学的処理は電気メッキ
、化学メッキなどにより基体表面に不均一な析出を生じ
させるものである。機械的加工とは穿孔板の穿孔時のハ
リを大きくすることなどがあげられる。基板の形状とし
ては、金網、エキスパンドメタル、穿孔板などの平板状
導電性多孔体が適している。その材質としては、導電性
は不可欠であるが、耐アルカリ性は必ずしも必要でない
。従って、ニッケル、ニッケルを主成分とする合金の他
、鉄、鉄を主成分とする合金炭素などの使用が可能であ
る。基本上に形成される突起の材料についても上記基板
の材料についてと全く同様の基準があてはまる。突起の
形成された基板の少なくとも一部の表面の耐アルカリ性
が不十分な場合にはニッケル、ニッケルを主成分とする
合金などの耐アルカリ性材料の表面被覆処理をする必要
がある。また基板材料の耐アルカリ性が不十分であり、
形成する突起の材料の耐アルカリ性が十分な場合には、
突起を形成する前に基板の表面に耐アルカリ性材料の表
面被覆処理をしておく方が効率的である。

表面被覆処理をする方法としては、電気メッキ、化学メ
ッキなどの湿式法、蒸着、スパッタリング、イオンブレ
ーティングなどの乾式法の適用が可能である。

突起の高さは、基板の厚さを含めて、活物質塗布後の電
極厚さ以下でよい。電極厚さ以上にすることは短絡の原
因ともなるので好ましくない。また、平板状基板の両面
に均一に突起を形成するときの突起の高さは電極厚さと
基板厚さの差の半分以下になることが好ましい。しかし
、突起の高さが低すぎても、効果が小さくなる。

検討の結果、突起の高さは少なくとも５０μｍ必要であ
ることがわかった。

作用 本発明により電極の活物質層と基体との接触が密になり
固着強度が向上し、捲回時の活物質の脱落、剥離が減少
し、電池容器収納後の短絡不良も減少した。このことは
、突起により基体表面に形成された凹凸が活物質層と良
好な接触をしていることにより、捲回時の外力によって
も十分密着性を保ち続けているためである。

△ また、電極基体表面に突起を形成することにより、活物
質層との接触抵抗及び活物質との平均距離を低減させる
ことが可能となり電極全体の抵抗を低減することができ
る。その結果、充放電時の電極の分極が低減し、活物質
利用率、エネルギー効率が向上する。

実施例 本発明を図面にもとづいて更に詳細に説明する。第１図
は本発明の対象である円筒形電池の断面を展開した図で
ある。第１図において、１は正極、２はセパレータ、３
は負極であり、１．２．３により渦巻電極が形成されて
いる。本発明の要点は、この正極、負極にあり、とりわ
けその電極活物質を保持している電極基体に関する。以
下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ ニッケル線材を溶射して突起を形成した。用いた基体は
ニッケルメッキをした穿孔鋼板（厚さ８０μｍ、開孔率
５０％）、６０メツシユニツケル金網（線径１００μｍ
）、ニッケルエキスパンドメタル（板厚１２７μｍの平
板より加工、開孔率６６％）これらの平板上多孔性基板
上に２０■／　ｃｙｌｌの面密度で表裏両面に溶射した
。この溶射物突風 起を有する基体の断面を第２図の（ａ）に示す。得られ
た突起は５０〜１５０μｍであった。これらの基板の上
に活物質ペーストを塗布し、その強度を評価した。なお
このとき比較のため溶射処理していない基板にも塗布し
た。用いたペーストはニッケルーカドミウム電池のニッ
ケル極用であり、活物質である水酸化ニッケル（粒径１
０μｍ）８０ｗｔ％、導電剤としてニッケル粉末（粒径
４μｍ）１０ｗｔ％、添加剤としてコバルト粉末（粒径
５μｍ）５ｗｔ％、結着剤としてシリテトラフルオロエ
チレン微粉末（粒径０．４μｍ）５ｗｔ％から成る水系
ペーストである。このペーストを１ミ 各基体で塗着後、８０°Ｃで乾燥し、加圧し、ニッケル
極とした。得られたニッケル極を４０ｍｍＸ６７映の長
方形に切断し、セパレータ（ポリイミド樹脂不織布、厚
さ０．２ｍｍ）とともに直径３柵の丸棒に碕回し、その
後、展開しニッケル極の重量減少で活物質膜・落壊を評
価した。同様にカドミウム極ペーストも塗布して脱落量
を評価した。

用いペーストは活物質である酸化カドミウム（粒径０．
７μｍ）９６ｗｔ％、補強材としてのボリイ弯ド樹脂繊
維１ｗｔ％、結着剤のポリビニールアルコール３ｗｔ％
からなる松未合削をエチＩノングリコールにより混練し
たものである。基板に塗着後、１４０°Ｃで乾燥し、加
圧してカドミウム極とした。結果を第１表に示す。

第　　１　　表 第１表より、いずれの場合も溶射処理づ−るごとにより
脱落ｌ（ｗｔ％）が低減していること、ニッケル極、カ
ドミウム極の両者においてもその差がないことがわかり
、基板表面に突起を形成することにより活物質の固着強
度が向上したことがわかるつ 実施例２ ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０）を溶射して突起を形成し
、その後ニッケルメッキをした。用いた基板は、穿孔鋼
板（１７さ７０μｍ、開花率５０％）とステンレス釦１
金網（６０メソシユ、線径１００μｍ）であり、その上
へステンレス鋼の線剤をｍｇ　、／　ｃｎｔＯ面密度で
表裏両面に溶１・１シ、その後電気メッキによりニッケ
ルの皮膜を形成した。膜厚は５μｍである。得られた基
板の突起高さは６０〜２００μｍであった。上記実施例
１と同様にしてこの電極基板のににニッケル極ペースト
を塗布し、その結果、活物質脱落量はそれぞれ０．２ｗ
ｔ％（穿孔鋼板基板）と０．１ｗｔ％（金網基板）であ
り、良好な固着強度を示した。

実施例３ ニッケル繊維を基板上に焼結して突起を形成した。用い
た基板はニッケルメッキをした穿孔鋼板（＋’Ｘさ８０
μｍ、開孔率５０％）とニッケルエキスパンドメタル（
厚さ１２７μｍの平板から加工、開花率６６％）−ヒ１
、こ長さ３胴、線径５０〜１００μｍのニッケル繊維を
２５ｍｇ／ｃｎｉＯ面密度で表裏両面に散布し加圧した
後、１０００〜１１００°Ｃの水素雰囲気炉で焼結した
。このニッケル繊維の突起を有する基板の断面を第２図
（１））に示す。得られた基（ル表面の突起は５０へ・
２５０μｍであった。

実施例１と同様ｊ、こしてニノノフール極とし、活物質
板）であり、良好な固着性を示した。

（板厚７０μｍ）に直径１　、３　ｎｕｎの円形孔を穿
孔し、開孔率５０％の穿孔板とするのに、穿孔加工のハ
リを大きくし、パリの突起を表裏両面に交互に突出さゼ
、その高さを５０へ・２００７ノｍとした。その上に厚
さ５μｍのニッケルメッキを施し、電極基板とした。こ
の基板の断面を第２図（Ｃ）に示す。得られた基板のう
えに、実施例１と同様にニッケル極ベース１−を塗布し
、活物質脱落量を評価（１，た。脱落けは０．５ｗｔ％
であり、良好な固着強度を示した。

実施例５ 前記実施例１〜４によって得られたニッケル極を用い、
ニッケルカドミウム電池を組み）″して、ニッケル極の
性能を活物質利用率で評価した。

セパＩ／−夕はポリイミド樹脂不織布（厚さ０．２胴）
を用い、電解液は３０％の水酸化カリウ１、と２％の水
酸化リチウＪ、−水和物を合む水溶液である。充電電流
０．１ＣｍＡ、放電電流０　、２Ｃｍ　Ａと閃と第２表
に示す。第３図においてＡはニッケル金網上にニッケル
を溶射した基板を用いたニッケル極を用いた二ッケルー
ガドミウム電池の放電特性であり、Ｂは溶射を施してい
ないものを用いた場合であり、ニッケル極の活物質利用
率はそれぞれ９４％と７８％であり、本発明になるへの
方が放電電圧が高く利用率が高い。その他の方法により
表面に突起を形成した基板を用いたニッケル極の性能を
第２表に示す。表において、いずれの処理を施したもの
も、未処理のものに比べ、活物質利用率が向上している
ことがわかる。これは電極基体と活物質層との接触面積
の増大によるものと考えられる。

発明の効果　　　　　　　　　　　　　　　　　１本発
明によれば、平板状の基体に突起を形成　　（すること
により、活物質層の固着強度が向上し、　　。

捲回時の活物質の脱落が減少した。このことは電極の歩
止まりの向上と電池組立後の内部での　　ン短絡の不良
発生の低減につながるので工業上の効果は大である。ま
た基体の活物質との接触表面積の増大により接触抵抗が
低減し、活物質層からの集電が効率的になる。その結果
、活物質利用率が向上し放電容量が増加する。　なお、
本発明は、上記実施例において示したニッケルーカドミ
ウム電池用のニッケル極にその適用が限定されるもので
なく、活物質をペーストの形態で塗布するタイプの電極
に対して広く適用できるものであり、それぞれの場合に
おいて上記の効果が期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象であるペースト式電極を用いた円
筒形電池を示す断面展開図、第２図は本発明になる表面
に突起を有する電極基板の断面図、第３図は本発明にな
るニッケル極を用ハたニッケルーカドミウム電池と従来
技術になめ るものうζ型持性の比較を示す特性図である・１・・・
正極、３・・・負極、１０・・・導電性基板、１１・・
・・容射物、１２・・・ニッケル繊維、１３・・・パリ
、Ａ：本定明になる電池 第２図 ＩＵ ＜ａ） （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金網、エキスパンドメタル、穿孔板などの平板状の
   導電性多孔体上に導電性の突起を形成した基板と、その
   上に塗着された活物質を主成分とする活物質層によって
   形成されたことを特徴とするアルカリ蓄電池用電極。 ２、導電性の突起が溶射によって形成されたこと特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のアルカリ蓄電池用電極
   。 ３、導電性の突起が導電性繊維、粉末等を固定したこと
   によって形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のアルカリ蓄電池用電極。 ４、導電性の突起が、メッキによって形成されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアルカリ蓄電池
   用電極。 ５、導電性の突起が穿孔板の機械加工によって形成した
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のアルカリ蓄電池用電極。 ６、ニッケル、ニッケルを主成分とする合金などの耐ア
   ルカリ性材料ですくなくともその表面が被覆されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲１項ないし第５項から
   選ばれる１つの項に記載のアルカリ蓄電池用電極。 ７、ニッケル、ニッケルを主成分とする合金などの耐ア
   ルカリ性材料で突起が形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１ないし第５項から選ばれる１つの項
   に記載のアルカリ蓄電池用電極。 ８、ニッケル、ニッケルを主成分とする合金などの耐ア
   ルカリ性材料より耐アルカリ性の劣る材料によって突起
   を形成した後、ニッケル、ニッケルを主成分とする合金
   などの耐アルカリ性材料によって表面を被覆したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項から選ば
   れる１つの項に記載のアルカリ蓄電池用電極。 ９、表面被覆処理が、電気メッキ、化学メッキなどの湿
   式処理であることを特徴とする特許請求の範囲第６項ま
   たは第８項記載のアルカリ蓄電池用電極。 １０、表面被覆処理が、蒸着、スパッタリング、オンブ
   レーティングなどの乾式処理であることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項または第８項記載のアルカリ蓄電池
   用電極。