JPH0132633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電極活物質を保持する電池用電極基
体の製造法に関する。

各種ポータブル機器、移動用、据置用などに用
いられる電池の電極には、大別してペースト式、
粉末加圧式、クラツド式とポケツト式、焼結式な
どがある。

これらのうちペースト式は、鉛電池で最もよく
知られており、鉛粉を主とする活物質粉末を水と
硫酸を用いて練合してペースト状にし、これを鉛
を主とする格子に塗着して得られる。最近、アル
カリ電池にも非焼結式と称して、スクリーンや孔
あき板、エキスパンデツドメタルなどに水酸化ニ
ツケルや酸化カドミウムを主とし、結着剤を用い
てペースト状にしたものを塗着して電極として用
いられている。しかし、現在の技術ではこの方式
の電極は十分な量の電解液を用いた電池では寿命
に問題があるので、主に電解液量を規制した密閉
型電池に用いられている。

また、粉末加圧式はとくに一次電池の二酸化マ
ンガン極、酸化水銀極、酸化銀極などに用いられ
ていて、活物質粉末を主として用いた電極材料を
加圧成型したものである。

これらペースト式や粉末加圧式はいずれも製法
が簡単であり、低コストになるとともに電池特性
上でも比較的すぐれているので電極の製法上主流
を占めている。しかし、一次電池は別にして二次
電池に用いて充放電を繰り返すと、耐久性に問題
があり、活物質の脱落や電極のふくれが生じ易
い。

鉛電池のクラツド式やアルカリ電池のポケツト
式はこのようなペースト式の問題点を解決して長
寿命化を可能にしたものであるが、逆に高放電で
の電圧低下が比較的大きいので、主に低放電用の
用途に用いられている。

最後の焼結式は、焼結基体を用いているので、
特性、寿命ともに大きな改善が認められている。
しかし、焼結体の製法、活物質の充てんなどに工
程上の複雑さがあるので、コストの点でかなり不
利な面を有している。

したがつて性能は焼結式に近づけ、しかも低廉
化をはかる試みが多くなされている。

本発明はそのうちの一つの有効な電極基体の製
造法を提供するものである。

すなわち、本発明は天然あるいは合成樹脂から
なる織物、不織布、フエルトなど繊維で構成され
た微孔体に樹脂粉末を付着させておき、これ全体
を金属メツキして粉末構造を有する繊維状微孔性
金属体を得て、これを電極基体とするものであ
る。

ここで、織物、不織布、フエルトなどにはそれ
自身十分な強度を有しているので、これに金属メ
ツキをほどこして得られる多孔体も厚さを任意
に、しかも高多孔度で強度も大きいものが得られ
て、従来の焼結基体や金属繊維を集めて焼結など
により得られる多孔体、さらには発泡メタルなど
よりもむしろすぐれている。たとえば現在広く用
いられている円筒状電池に用いるようなうず巻状
に巻いても他の電極に比べて亀裂や破損は極めて
少ない。また、繊維上に金属メツキがされている
ので、金属量が少なくても繊維状に互いにからま
つた形状を呈しているので導電性の点ですぐれて
いるなどの長所もある。

ただ、織物や不織布、フエルトなどを金属層の
芯にして得られる金属微孔体であるので、孔の形
状が焼結式や発泡メタルのような球状ではなく、
正方状あるいは長方状になつている。一方活物質
粉末は一般的には球状であるので、充てんされた
活物質の保持力についてはやや問題がある。ま
た、繊維の表面は一般的には平滑であるのでこれ
にメツキしたものはやはり平滑で、粉末から得ら
れた焼結体に比べると凹凸がほとんどなく、その
点からも活物質との付着力の点で改良が望まれ
る。すなわち、これらは活物質の均一な充てんと
寿命に改良すべき点を残していることを示唆して
いる。

このような繊維で構成された微孔体に金属メツ
キを行なつて得られる電極基体の上記問題点を抑
制する有効な手段として、本発明者らは先きにこ
の微孔体にあらかじめ耐電解液性で導電性の粉末
を含有させておき、全体をメツキする方法を提案
した。

すなわち、まず、メツキの前に導電性の粉末を
介在させておくので、メツキ後に得られた繊維状
の金属微孔体と導電性粉末の一体化は完全であ
る。また、粉末の介在により繊維で形成された孔
形が正方形や長方状から球状に近づき、また、表
面状態も複雑化するので、活物質の保持能力が向
上する。したがつて強度の大きいことはそのまま
残しつつ、活物質の均一充てん性は向上し、寿命
も向上することがわかつた。

本発明では、これをさらに軽量化および低コス
ト化するものであつて、導電性金属粉末の代わり
に樹脂粉末を用い、これを微孔体内に付着させた
後に金属メツキするものである。

なお、樹脂粉末の微孔体内へ付着させる方法と
しては、この粉末を好ましくは結着剤を含む溶媒
に分散させておき、これを微孔体に含浸後乾燥す
る方法が最も有効である。その他に、微孔体の表
面層にのみ粉末を一体化しても粉末が存在すると
ころは金属メツキの量が増すので導電性は向上
し、さらに構造の複雑化により活物質の保持力の
向上には効果がある。この場合には粉末と結着剤
による分散液をスプレー等により微孔体の表面に
付着させた後乾燥すればよい。

なお、これら繊維と粉末の一体化の後にほどこ
す金属メツキについては、まず無電解メツキを行
なつてから電解メツキを行なうのが望ましい。

以下本発明をその実施例により説明する。

微孔体として、厚さ約0.8mm、孔径平均150μ、
多孔度約90％のポリアミド繊維からなるマツトを
用いる。一方平均粒径15μのポリエチレン粉末10
重量部に対してポリビニルアルコールの２重量％
水溶液を100重量部加えた溶液を十分かく拌しな
がら、この液中に上記マツトを浸せきする。マツ
トを液からひき上げた後に80℃で１時間乾燥す
る。粉末のマツトに対する付着量は６重量％であ
つた。第１図はこの微孔体を示す拡大模式図であ
り、図中１はポリアミド繊維からなる微孔体、２
は微孔体１の繊維に付着したポリエチレン粉末で
ある。ついで公知のニツケル無電解メツキ、さら
に電解メツキを行なつて厚さ約5μのニツケルメ
ツキ層１′，２′を微孔体１の繊維および粉末２の
上に第２図の如く形成する。第２図中３は活物質
が充てんされる孔部である。以上により芯材とし
てポリエチレン粉末を介在させたポリアミド繊維
を有する、つまり粒状を有する繊維状ニツケル微
孔体を得る。その多孔度は約85％であつた。

なお、この場合にリード取り付け部に対応する
部分にはあらかじめニツケルメツキを行なう前に
ポリスチロールの１０重量％ベンゼン溶液を塗着
しておいた。したがつてこの部分は他よりも樹脂
分の密度が高くそれだけメツキ量が多くなり、リ
ード板のスポツト溶接が容易となる。前記例のよ
うに樹脂溶液を塗着する代わりに樹脂粉末の付着
量を多くしてもよい。

また、先の実施例では金属メツキ後そのまま電
極基体として用いたが、電極基体の軽量化をはか
るためにはメツキ後に加熱処理して繊維および粉
末の樹脂を分解除去することは有効な方法であ
り、この場合熱処理温度は600℃〜800℃がよい。
第３図はこの熱処理後の基体を示す模式図で、微
孔体１の繊維および粉末２は樹脂部分が分解して
空洞化している。さらに金属の焼鈍処理を行なう
ことは金属層の強度向上に有効である。

この他、導電性粉末を結着剤とともに付着させ
てからメツキしたり、単に厚メツキしてもよい。

その後に硝酸ニツケル水溶液を含浸し、か性カ
リ水溶液中で電解する、いわゆる含浸−電解法を
５回繰り返して活物質を充てんした。このように
して得られたニツケル極と公知のカドミウム極を
用いて単１型密閉電池を製作した。この電池をＡ
とし、比較のためにポリエチレン粉末を含有させ
ないでそれ以外はＡと同じ製法のニツケル極を用
いた電池をＢ、また、公知の多孔度82％の焼結基
体を用い、これに含浸−電解法で８回活物質の充
てんを繰り返して得られたニツケル極を用いた電
池Ｃとする。

まず第４図は、Ａ〜Ｃの電池各20個の25℃での
600ｍＡでの平均放電曲線である。容量はＡ＝Ｂ
＞Ｃ、電圧はすべてほぼ同じであつた。つぎに第
５図は同じく45℃での8A放電での平均放電曲線
である。容量の傾向は第４図の場合とほぼ同じで
あり、電圧はＡ、Ｃに比べてＢがわずかではある
が低い。

最後に、５時間率充電−１時間率放電の条件で
寿命試験を行なつたところ、1000サイクルでＡは
77％、Ｂは69％、Ｃは78％の容量を維持してい
て、ＡはＢに比べてかなり容量低下が少ないこと
が認められた。

以上の結果から、本発明による電極は、その多
孔度が90％前後と一般に78〜83％程度の焼結体に
比べて大きいので、活物質の充てん回数は少なく
てよく、しかも充てん量を多くすることが容易で
ある特長を有するとともに、電圧、寿命とも焼結
式にほとんど劣らないことが明らかである。ま
た、多孔度が大きいことは活物質保持体としての
金属の含有量が少なくてもよいことを示すととも
に、焼結体のようなスクリーン等の芯材を必要と
しないことから価格の点でも有利である。

なお、実施例では繊維から構成される微孔体と
してマツト（フエルト）を用いたが、織物や不織
布も用いることができる。又その構成材料として
も実施例のポリアミドの他のポリプロピレン、ポ
リエチレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−アク
リロニトリル共重合体等通常の合成樹脂やセルロ
ース系のアセタール化物等天然繊維系のものも用
いることができる。

また、樹脂粉末としては、実施例ではポリエチ
レン粉末を用いたが、その他にポリスチロール、
ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等
通常の安価な樹脂が利用できる。また、その結着
剤としてもポリビニルアルコールの他にフツ素樹
脂、ポリスチロール、ポリ塩化ビニル等通常の結
着剤を用いることができる。微孔体に対する樹脂
粉末の添加量としては少量でもそれだけの効果は
あるが、重量比で３〜30％程度がよい。

さらに実施例ではニツケル極について詳述した
が、酸化カドミウムあるいは水酸化カドミウム等
を充てんすれば、カドミウム極としても同様に製
造できて同じ効果が得られる。

なお、充てんの方法についてもニツケル極、カ
ドミウム極とも実施例のような活物質への転化を
伴う充てん法の他に、活物質を直接充てんするペ
ースト方式を採用することもできる。

以上のように本発明は繊維からなる微孔体に樹
脂粉末を付着させておき、これにメツキするのみ
の簡単な工程ですぐれた電池用電極基体が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は合成樹脂繊維マツトにポリエチレン粉
末を付着させた微孔体を示す模式図、第２図は同
微孔体に金属メツキをほどこした模式図、第３図
はメツキ後に熱処理して樹脂を分解除去した微孔
体の模式図、第４図は各種のニツケル極を用いた
単１型ニツケル−カドミウム蓄電池の25℃におけ
る600ｍＡ放電時の特性を示す図、第５図は45℃
における8A放電時の特性を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 天然あるいは合成樹脂からなる繊維で構成さ
   れた微孔体１に樹脂粉末２を付着させ、ついでこ
   れに金属メツキ１′，２′をほどこすことを特徴と
   する電池用電極基体の製造法。 ２ 樹脂粉末２を微孔体１に付着する工程が、樹
   脂粉末２を分散した、結着剤を有する溶液を微孔
   体１中に含浸させた後乾燥することからなる特許
   請求の範囲第１項記載の電池用電極基体の製造
   法。 ３ 樹脂粉末２を微孔体１に付着する工程が、樹
   脂粉末２を分散した、結着剤を有する溶液を微孔
   体１にスプレーにより付着させた後乾燥すること
   からなる特許請求の範囲第１項記載の電池用電極
   基体の製造法。 ４ 天然あるいは合成樹脂からなる繊維で構成さ
   れた微孔体１に樹脂粉末２を付着させ、ついでこ
   れに金属メツキを１′，２′ほどこし、この後加熱
   により前記樹脂を分解除去することを特徴とする
   電池用電極基体の製造法。 ５ メツキ金属１′，２′を加熱焼鈍する工程を有
   する特許請求の範囲第４項記載の電池用電極基体
   の製造法。