JPH03222260A - ペースト式ニッケル正極及びアルカリ蓄電池 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素電池
等のアルカリ蓄電池に使用するペースト式ニッケル正極
に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ ペースト式ニッゲル極は従来の焼結式ニッケル極に比べ
、高容量が得られ、かつ低コストで製造できる等の優れ
た長所を多く有しており、近年その需要が増加する傾向
にある。現在ペースト式ニッケル極において主流となっ
ているのは、電極基板にスポンジ状金属多孔体または繊
維状金属多孔体を用いる方式である。スポンジ状金属多
孔体は、主にスポンジ状樹脂の表面に電着や蒸着等の方
法で耐アルカリ土類金属を被覆し、後に樹脂分を加熱分
解する方法によって得られ、一方繊維状金属多孔体は、
主に耐アルカリ性を有する金属のインゴットをびびり振
動切削した金属繊維を不織布状に成形し、焼結する方法
によって得られる。このほか、特公昭４８−２５１４９
号公報や特開昭６１−２０８７５８号公報に見られるよ
うに、繊ＩＩｔ状の有機材料の表面に電着や蒸着の方法
で耐アルカリ性金属を被覆したのち加熱分解して得るフ
ェルト状金属多孔体がある。

上に挙げた３種のうち、広く実用されているスボンジ状
金属多孔体と繊維状金属多孔体による２種類の基板を比
較すると、まずスポンジ状金属多孔体をｔ極基板として
用いたペースト式ニッケル極においては、特に大電流放
電を行った際の容量低下の度合が繊維状金属多孔体を用
いたものに比べ著しいという欠点がある。

それは主にスポンジ形状に起因した集電性能の低さによ
るところが大きい、スポンジ状金属多孔体は直径５００
〜６００ミクロンの球形または略紡錘形の空隙が連続的
に連なって存在し、残りの部分が金属からなることによ
って構成されているため一本あたりの金属格子の直径は
不均一なものとなっている。そのため大電流放電におい
ては最も細い部分の直径が電子導電性を規定してしまい
、同じ空隙率で比較すると繊維状金属多孔体に比べ電気
抵抗が大きい傾向にある。また球形または略紡錘形をし
た空隙の中心部にある活物質は、最も近い基板までの距
離が２５０〜３００ミクロンもあり充放電時の反応抵抗
が大きく、これらが原因となり大電流放電時の容量低下
が著しいものと考えられる。

一方、繊維状金属多孔体を電極基板として用いたペース
ト式ニッケル正極においては、特にスパイラル状に捲回
する際に構成する金属格子がセパレータを貫通して対極
と接触して内部短絡不良を生ずる割合がスポンジ状態金
属多孔体に比べて著しく高いという欠点がある。その原
因は、−本当りの金属格子が切削により形成されている
ため外径が１０〜２０ミクロンと細く、これがセパレー
タ繊維間の貫通を容易にしているものと考えられる。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもの
で、大を流放電の際の容量低下が小さく、かつ捲回時の
内部短絡不良の小さいペースト式ニッケル正極を提供し
ようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、フェルト状有機材料の表面に、電着や蒸着等
の方法で耐アルカリ性金属を被覆した後、有機材料を加
熱分解して得たフェルト状金属多孔体を電極基板とし、
これに水酸化ニッケルを主成分とするペースト状活物質
を充填して戒るペースト式ニッケル正極において、前記
フェルト状金属多孔体を構成する金属格子一本当りの平
均外径が３０〜７０ミクロンの範囲にあり、かつ近接す
る金属格子同士の平均間隔が１００〜４００ミクロンの
範囲にあることを特徴とするものである。

［作用］ ます大を流放電時の容量低下を抑制するためには活物質
と基板との平均距離ができるたけ小さいことが望ましく
、そのためには、金属格子の本数を多くするか、または
同じ本数同士であれば、金属格子が均一に分布している
ほうが有利である。

その値は少なくとも４００ミクロン以下であることが望
ましいが、過度に小さいと活物質を充填可能な空隙の割
合（以下有効空隙率と呼ぶ）が減少してしまうため１０
０〜４００ミクロンの範囲が実用上適当である。

また金属格子によるセパレータの貫通を防止するために
は金属格子の外径かできるたけ大きいことが望ましい。

この値は少なくとも３０ミクロン以上であることが望ま
しいが過度に大きいと上記と同様に有効空隙率か減少し
てしまうため３０〜７０ミクロンの範囲が実用上適当で
ある。但し上記範囲内にあってもその組合わせによって
は有効空隙率が不足してペースト式ニッケル正極本来の
長所である高容量を損なったり、逆に強度等の点で使用
できないほど空隙率が大きくなる場合があるため、実用
上８５〜９９％の有効空隙率であることが望ましい。

これら要求を満たす電極基板の形状としては、金属格子
の外径や隣接した金属格子同士の間隔が均一であるとい
う点で、スポンジ状金属多孔体よりも、むしろ繊維状金
属多孔体のほうが適している。ただし切削により底形し
た金属格子は外径が大きくできない問題があるため、前
述したフェルト状の有機材料の表面に耐アルカリ土類金
属を電着や蒸着等の方法で被覆したものが外径を自由に
調節できるため好適である。その際の有機材料としては
、ポリエチレン、ポリアミド。またはカーボン繊維を適
当なバインダーとともに不織布状に底形したものを挙げ
ることができる。ただし電極中に有機材料、特に炭素が
残留するニッケル正極としての自己放電特性等に悪影響
を及ぼすため・上記型＠または蒸着により耐アルカリ性
金属を被覆した後、有機材料を加熱分解、除去すること
が望ましい。

［実施例コ フェルト状有機材料としては、外径１３ミクロンのピッ
チ径カーボン繊維をバインダーによりフェルト状に成形
した物を使用した。この表面に電着によりニッケルを被
覆した後、まず酸素の存在下で加熱して炭素を分解し、
続いて還元雰囲気中で加熱焼鈍する操作を経てフェルト
状の金属多孔体を得た。このフェルト状金属多孔体を電
極基板としてその空隙中に水酸化ニッケル９０重量部、
水酸化コバルト１０重量部、カルボキシメチルセルロー
ス０．５重量部、水３５重量部からなるペースト状活物
質を充填し、８０℃の温度で恒量になるまで乾燥したの
ち、ローラープレスで所定の厚みになるまで加圧して、
本発明のペースト式ニッケル正極を得た。フェルト状金
属多孔体を製造する過程において、カーボン繊維の量、
および電着における通電電気量を調節することにより、
金属格子の外径および隣接した金属格子同士の間隔を変
化させた。その値を完成電極の状態で計算したところそ
れぞれ２０〜１００ミクロンおよび５０〜５００ミクロ
ンの範囲であった。作製したペースト式ニッケル極の有
効空隙率を表１に、体積当り充填密度を表２に示す。

表　　１ 以下余白 表 表における白抜き特に右上の部分は空隙率が過大であり
、強度の点で電極基板として使用できなかった箇所を示
す。全般的に金属格子の外径が大きく、隣接する金属格
子同士の間隔が小さい場合有効空隙率、および体積当り
充填密度が減少する傾向にある。

得られたペースト式ニッケル極をカドミュウム極を対極
として捲回してＡＡ（単三）サイズのニッケルカドミウ
ム電池を作製した。第１図がこのニッケルカドミウム電
池の構造を示す断面図であり、図で１が金属缶、２が本
発明のペースト式ニッケル正８ｉ！３とカドミウム負極
４をセパレータ５を介して巻回した電極群、６が金属封
口板、７が正極端子である。捲回の際の内部短絡不良は
金属格子の外径が３０〜１００ミクロンのものが９０％
以上の良品率であったのに対し、２０ミクロンの場合は
約５０％であった。続いてこのニッケルカドミウム電池
をならし充放電の後、理論容量にたいして３Ｃ率の放電
を行いその時の利用率を測定した。その結果を表３に示
すが、隣接した金属格子同士の間隔が４００ミクロンを
越えると利用率が低下する傾向にある。さらに表２の体
積当り充填密度に表３の３０放電利用率を掛は合わせた
値、すなわち実効の体積当り容量を表４に示す。

表４において体積当り容量が大きく、かつ電池を作製す
る際の捲回時の良品率が高い条件は金属格子の平均外径
が３０〜７０ミクロンで、かつ隣接した金属格子同士の
平均間隔が１００〜４００ミクロンの範囲にある。

表 以下余白 表 ただしその範囲においても体積当り容量が比較的小さい
ものがあり、それは表１に示す有効空隙率が８５％未満
の場合に相当する。また有効空隙率が９９′Ｘを越える
と強度の点で電極基板として使用できないため、さらに
有効空隙率が８５〜９９％の範囲にあるものが好適であ
る。

同時に比較的として直径５００ミクロンの連続した略紡
錘形空間を有するスポンジ状金属多孔体と、−本当りの
金属格子の外径が約２０ミクロンの繊維状金属多孔体を
それぞれ電極基板とし、その他の方法は実施例と同様な
方法でペースト式ニッケル正極を、およびニッケルカド
ミュウム電池を作製したところ、スポンジ状金属多孔体
を使用したものは、３Ｃ放電時の利用率が６５％とフェ
ルト状金属多孔体を使用したものより低い結果を示した
。

また繊維状金属多孔体を使用したものは捲回時の内部短
縮試験後の良品率が約４０％とやはりフェルト状のもの
と比較して低い結果を示した。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明によれば大電流放
電の際にも高容量を有し、かつ捲回時の内部短絡不良の
少ない高性能のペースト式二・ンケル正極を提供するこ
とができ、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ペーストニッケル正極を用いたニッケル
カドミュウム電池の断面図である。 １・・・金属缶　　　　　２・・・電極群３・・・ペー
スト式ニッケル正極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フェルト状有機材料の表面に、電着や蒸着等の方
   法で耐アルカリ性金属を被覆した後該有機材料を加熱分
   解して得たフェルト状金属多孔体を電極基板とし、これ
   に水酸化ニッケルを主成分とするペースト状活物質を充
   填してなるペースト式ニッケル正極において、前記フェ
   ルト状金属多孔体を構成する金属格子一本当りの平均外
   径が３０〜７０ミクロンの範囲にあり、かつ隣接した金
   属格子同士の平均間隔が１００〜４００ミクロンの範囲
   にあることを特徴とするペースト式ニッケル正極。