JPH02256162A - アルカリ蓄電池用ペースト式ニッケル正極 - 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】 産業上の利用分野 本発明はニッケル・カドミウム電池等のアルカリ蓄電池
に用いられるペースト式ニッケル正極に関し、特に該電
極の高容量密度化に関するものである。

従来技術 従来、アルカリ蓄電池用のニッケル正極はニッケル焼結
基体に、硝酸ニッケル等のニッケル塩水溶液を含浸し、
アルカリ水溶液中で水酸化ニッケルに転化することによ
り製造されている。

しかし、この方法は工程が複雑であシ、経済的ではない
し、水酸化ニッケルの充填量にも限度があシ、大きな容
量密度を有する電極を得ることは困難であった。そのた
め、発泡状金属や繊維状金属を用いた三次元網状構造を
有する基体に、水酸化ニッケルを主体としたペースト状
活物質を直接充填するペースト式ニッケル正極が提案さ
れている。この方法によれば製造工程が簡単になシ、廉
価なニッケル正極を得ることが出来るし、水酸化ニッケ
ルの高密度充填が可能になる等の利点を有している。

発明が解決しようとする課題 従来の焼結式ニッケル正極の電極体積当りの容量密度は
４５０＠Ａｈ／ｃｃ程度であるのに対し、上記三次元網
状構造の基体を用いたペースト式ニッケル正極は５００
〜５５０ｒｒＬＡｈ／ｃｃになるとされておシ、容量密
度が向上する。しかし、さらに上記三次元網状構造の基
体を用いたペースト式ニッケル正極の容量密度を増加さ
せるためには、使用する基体の多孔度、活物質である水
酸化ニッケルの充填率及び利用率をそれぞれ向上させる
必要がある。基体の多孔度を高くするには、基体骨格を
細くするか孔径を大きくする必要があるが、活物質の充
填率は向上するものの極板強度の低下や活物質利用率の
低下を招く。また、活物質中に添加する導電材の量を増
やすことによシ利用率を高くすることは出来るが、活物
質自体の充填率は低下する。少量の導電材の添加で活物
質利用率を向上させる方法として、ニッケル繊維導電材
を用いる提案がなされている楓（４？開昭６３−４５６
１号公報）。この方法では二ソケル繊維の長さが５．０
　ｍｍ以上になると三次元網状構造の基体内部に活物質
ペーストを充填することが著しく困難になるので、実用
的には２．０ｍｍ長さのものを添加することになｐｌそ
の場合ニッケル正極の容量密度は５５０＠Ａｈ／ｃｃ以
下である。三次元網状構造の基体空隙部のすみずみに活
物質層 煤量はおのずと多くなり、活物質充填率を大幅に高くす
ることは困難である。

一方、金網、エキスバンドメタル及び穿孔板のような二
次元多孔金属板を基体に用いた場合は活物質ペーストの
塗布は比較的容易であり、充填率を高くすることが出来
るが、基体と活物質層の密着性が悪く、電極を渦巻き状
に捲回したときの活物質の脱落が多く、また、活物質利
用率も低い。

本発明は上記従来の各種ニッケル正極の問題点を解消し
、従来にない高容量密度を有するペースト式ニッケル正
極の提供を目的とするものである。

課題を解決するだめの手段 本発明は上記の問題点を解決するため、二次元多孔金属
板基体の表面に金属を溶射することによって突起を形成
すると共に、活物質ペースト中に導電性長繊維を添加し
、上記基体に塗布することによって得られるペースト式
ニッケル正極である。

二次元多孔金属板基体の形状は金網、エキスバンドメタ
ル、穿孔板が適している。その材質としてニッケル、ニ
ッケルを主成分とする合金、鉄、鉄を主成分とする合金
などの使用が可能である。また、ニッケル以外の素材を
使用する場合はその表面にニッケルメッキを施こすのも
良い。さらに、上記形状の可燃性素材にニッケルメッキ
を施こした後、該素材を焼失させたものも使用出来る。

溶射は線材、粉末を溶融して吹き付ける方法で、その材
料として上記基体と全く同様のものが使用出来る。但し
、可燃性素材は除かれる。

溶射によって形成される突起の高さは、基体の厚みも含
めて最終的に調整された電極厚み以下で良い。電極厚み
以上にすることは負極との短絡の原因になるので好まし
くない。また、突起の高さが低すぎても効果は小さくな
る。検討の結果５０μｍ以上必要であることがわかった
。

導電性長繊維の形状は直径２〜１０μｍ、長さ５〜２０
ｍｍ程度が好ましい。直径２μｍ以下では、ペースト混
練時に断線することによｐ導電機能が低下するし、直径
１０μｍ以上では体積当シの繊維数が少なくなり同様に
効果が得られなくなる。

また繊維長さ５　ｍｍ以下では十分な導電機能は得られ
ないし、２０世以上では混線作業性が劣る。

ニッケル以外の素材を使用する場合はその表面にニッケ
ルメッキを施こすのも良い。また、その添加量は活物質
に対して３〜７体積チ程度が良い。この範囲以下では十
分な活物質利用率が得られないので電極体積当シの容量
密度は低くなるし、それ以上では水酸化ニッケルの充填
率が下がるので同様に容量密度が低下する。

水酸化ニッケルを主体とする活物質ペーストは上記導電
性長繊維の他に、充放電反応制御用に金属コバルト粉末
やコバルト化合物、カドミウム化合物を含んでも良い。

該ペーストの粘度は５万〜１０万センチポアズ程度に調
製することによって、導電性長繊維のペースト中での分
散が良くなる。このような高粘度を得るには、ポリテト
ラフロロエチレンの水性懸濁液を結着剤として用いるの
が好ましい。該結着剤は少量の添加で所望の粘度を得る
ことが出来るので、活物質の利用率を低下させることも
ない。

作用 本発明は上記構成であシ、二次元多孔金属板基体の表面
に突起を設けたことにより、従来以上に活物質ペースト
の塗布が容易になり、水酸化ニッケルの充填密度も高く
することが出来る。

また、活物質と基体との密着性も良好になり、接触抵抗
も低減される。さらに、活物質ペースト中に添加する導
電性長繊維は、活物質層内で効果的に導電ネットワーク
を形成すると共に、ペースト塗布の際に基体の突起にか
らみ合い、活物質層と基体との密着性、導電性を向上さ
せる。以上の作用により、活物質利用率が向上し、電極
の容量密度も従来以上に向上する。

実施例 本発明を実施例によシさらに詳細に説明する。

実施例１ ニッケル金網（６０メツシユ、線径１００μｍ１乎Ｍｌ
、ニッケルエキスバンドメタル（シート厚８０μｍ１短
径×長径＝　１．ＯＸ　Ｚ、Ｏｍｍ　）及びニッケルメ
ッキ穿孔鋼板（厚さ８０μｍ、開孔率５０チ）に対して
、ニッケル線材を両面に２０ｍｙ／ｃ！ｌの面密度でア
ーク溶射した。得られた突起の高さは５０〜１５０μｍ
であった０ これらニッケル溶射二次元多孔金属板を基体として、活
物質ペーストラ塗布し電極を作成した。活物質ペースト
は水酸化ニッケル粉末（平均粒径１０μｍ）に５体積チ
のニッケル長繊維（直径４μｍ１長さ１５ｍｍ）と３体
積チの金属コバルト粉末（平均粒径１μ蒲）を混ぜ、こ
れにポリテトラフロロエチレンの水性懸濁液（ポリテト
ラフロロエチレンの固形分として５体積チ）ヲ加え、混
練することによって得た。このペーストの粘度は９５，
０００センチポアズ（回転粘度計）であった。このペー
ストを上記基体に塗布し、乾燥とプレスを併用して、長
さ７０ｍｍｘ幅４０［１１１１１，厚さ０．６胴の電極
を得た。比較として、溶射をしていないニッケル金網に
ついて同様の電極を作成した。

これら電極を３０重量％水酸化カリウム溶液中で、理論
容量の１５０％を５時間で充電した後、５時間率の電流
値で放電するサイクルを５回繰返した。５サイクル目の
これら電極の活物質利用率と容量密度の関係を第１表に
示した。この表からも明らかなように、ニッケル溶射し
た二次元多孔金属板を用いたものは、活物質利用率が９
０チ以上で、しかも水酸化ニッケルの充填率が高くなっ
たため、電極の容量密度が従来になく太幅に向上した。

　９　一 実施例２ 実施例１と同様のニッケル溶射ニッケル金網を用い、活
物質中へのニッケル長繊維の添加量を１〜１０体積チの
範囲で変化させた以外は、実施例１と同様の方法で電極
を作成し、充電、放電を行った。ニッケル長繊維の添加
量と電極の容量密度（５サイクル目）の関係を第１図に
示した。添加量３〜７体積係の範囲で従来になく高い容
量密度が得られた。それ以下では、水酸化ニッケルの充
填率は高くなるものの、活物質利用率が低下し、電極の
容量密度は低下した。

また、その範囲以上では、活物質の利用率は高いものの
、水酸化ニッケルの充填率が低下し、電極の容量密度は
低下した。

実施例３ 実施例１と同様のニッケル溶射ニッケル金網を用い、活
物質中へのニッケル長繊維の添加量を５体積チ一定とし
、その長さを０．５ｍｍ〜２，５闘の範囲で変化させ、
実施例１と同様の方法で電極を作成し、容量密度の測定
を行った。第２図にニッケル長繊維の長さと電極の容量
密度（５サイクル目）の関係を示した。ニッケル長繊維
の長さ５　ｍｍ以上で従来になく高い容量密度が得られ
た。それ以下では活物質利用率が低下し、電極の容量密
度は低下した。

実施例４ 導電性長繊維としてニッケルメッキカーボン繊維（直径
７，５μｍ１メツキ厚さ２．５μｍ１長さ６　ｍｍ　）
を用いた以外は実施例３と同様の方法で電極を作成し、
容量密度の測定を行った。５サイクル目のこの電極の容
量密度は５８８　ｍＡｈ／ｃｃであった。

実施例５ 実施例１と同様のニッケル溶射ニッケル金網を用い、４
．７重量％水酸化カドミウムを共沈物として含有する水
酸化ニッケル粉末（平均粒径１０μｍ）と１．５体積チ
の金属コバルトと１．５体積チの水酸化コバルトと炭酸
コバルトの共沈物を用いた以外は実施例１と同様の方法
で電極を作成し、充放電を行った。５サイクル目のこの
電極の溶量密度は６１３　ＴｒＬＡｈ／ｃｃであった。

比較例１ 導電材として５体積チのカーボニルニッケル粉末（平均
粒径４μｍＩｒＬ）を用いた以外は実施例１の比較例と
同様の方法で電極を作成し、充放電を行った。５サイク
ル目のこの電極の容量密度は４５０ｒｒＬＡｈ／ｃｃで
あった。

発明の効果 本発明によれば、活物質の充填率を高く出来、基体と活
物質との密着性及び活物質層内での導電ネットワーク形
成が良好なので、活物質利用率が高く、シたがって、電
極の容量密度も高くなるという効果を有する。

なお、溶射金属及び導電性長繊維の材質は実施例に限定
されるものではなく、使用目的に応じて適宜選択される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るニッケル長繊維の添加量と電極の
容量密度の関係を示す特性図、第２図は発明に係る添加
するニッケル長繊維の長さと電極の容量密度の関係を示
す特性図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属溶射した二次元多孔金属板基体に、５ｍｍ以
   上の長さの導電性繊維を含む水酸化ニッケルを主体とし
   た活物質ペーストを塗布して成ることを特徴とするアル
   カリ蓄電池用ペースト式ニッケル正極。
2. （２）活物質ペーストに結着剤としてポリテトラフロロ
   エチレンが含まれていることを特徴とする第１項記載の
   アルカリ蓄電池用ペースト式ニッケル正極。
3. （３）導電性繊維の活物質への添加量が３〜７体積％で
   あることを特徴とする第１項又は第２項記載のアルカリ
   蓄電池用ペースト式ニッケル正極。