JPH044558A

JPH044558A - アルカリ蓄電池用正極板の製法

Info

Publication number: JPH044558A
Application number: JP2104688A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Horiba; 達雄堀場; Jinichi Imahashi; 甚一今橋; Hiroyuki Sugimoto; 博幸杉本; Shigeoki Nishimura; 西村　成興
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1992-01-09

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蓄電池に係り、特にニッケルーカドミウム電池
、ニッケルー鉄電池、ニッケルー亜鉛電池、ニッケルー
水素電池などのアルカリ電解液を使用するアルカリ蓄電
池に関する。

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テハ、現
在ニッ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大が大きく市販電池の中でも、その
重要性が増大している。

ニッケルーカドミウム電池は、ニッケル極、カドミウム
極との両者の間に介在するセパレ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来た。

焼結式電極は、ニッケルメッキした穿孔鋼板上に形成さ
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径１０μｍ
程度の微細孔中に活物質を均一かつ緻密に充填するには
限界があり、同一形状の電池から、より多くの放電電気
量を得たいとする高容量密度化の要求には十分に対応で
きない。そこで、活物質の占める割合がより大きくなる
方式の電極が必要となり、その要求に応じ、ペースト式
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
は、円筒形ニッケルーカドミウム電池のカドミウム極に
はかなり適用されている。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のスラリを焼
結式電極基板の芯材に用いられているニッケルメッキし
た穿孔鋼板上に塗着して作製する方法が一般に用いられ
ている。

一方、ペースト式ニッケル極の技術では、基体に活物質
を導電剤および結着剤とともに充填するだけでは導電性
か不十分であり、その改善のための提案かなされている
。たとえば、特開昭５６＝７８０７２号公報、特開昭５
６−８４８７６号公報などでは作製したペースト式ニッ
ケル極表面にニッケルメッキを施すことか提案されてい
る。

発明が解決しようとする課題ニッケルーカドミウム電池の生産量の増大と用途の拡大
にともない。それぞれの用途に応じ、更に高性能化が望
まれるようになった。その主なものは、高容量密度化、
急速充電化、急速放電化である。

本発明の目的は、高容量密度化と急速放電化が同時に可
能なアルカリ蓄電池を提供することにある。高容量密度
化にはニッケル極、カドミウム極両者の高容量密度化が
必要であるが、現状ではカドミウム極の高容量密度化の
方が進んでおり、ニッケル極の高容量密度化が不可欠で
ある。急速放電化のためにはニッケル極容量が電池容量
を支配しているため。ニッケル極の改良が必要である。

これらの目的に関連する従来技術を見ると、従来の焼結
式ニッケル極は急速放電特性がすぐれているが、容量密
度４００〜４５０　ｍＡｈ／ｃｒ／が実用的な限界であ
り、それ以上に大幅な容量増加は望めない。また、発泡
金属、金属繊維焼結体などを電極基体に用いる従来技術
のペースト式ニッケル極の容量密度は５００〜５５０ｍ
Ａｈ／ｃｉの値であり、上記焼結式よりも高容量な電池
が可能である。しかし、その急速放電特性は焼結式より
低くなる傾向があった。更にまた、−層の高容量密度化
をはかるには、電極基体を平板状の形状にして、その両
面に活物質ペーストを塗布することも可能であるが、急
速放電特性は上記従来技術と同程度ないしは、さらに低
くなる傾向があった。その改善方法として、作製したニ
ッケル極表面にニッケルメッキを施し導電性を向上させ
ることが検討されている。（特開昭５６−７８０７２号
公報、特開昭５６−８４８７６号公報）しかし、この方
法では作製したニッケル極　□にメツキ処理を施すこと
が必要であり、工程が複雑になる。そのため、工程が簡
単になるというペースト式ニッケル極お特長が損われる
という問題点がある。より簡単で高い効果のある方法の
開発が望まれる。

課題を解決するための手段本発明の特徴は上記従来技術の問題点を解決するために
、高密度のペースト式ニッケル極表面に導電性コーティ
ング層を塗布形成し、従来よりも簡略な方法で高容量密
度にして、しかも急速放電が可能なニッケル極を得たと
ころにある。また、本発明では、導電性繊維表面にニッ
ケルメッキ層を形成した導電材を用い、従来技術に開示
された、プラスチック繊維表面にニッケルメッキ層を形
成した導電材を用いる方法よりも電極の導電性向上をは
かっている。前記導電性コーティング層はニッケル極表
面の片側または両側にあって、その組成は活物質層と異
なっている。

コーティング層の厚さは厚すぎると電極自体の容量密度
を低下させることになる。しかし、薄すぎるとコーティ
ング層の作用が不十分になる。導電性物質の材料にもよ
るが実用的には、１００μｍ〜１０μｍの厚さが好まし
い。また、コーティング層は電極表面に平面上に広がっ
ているのみならず、厚さ方向、すなわち活物質層内部ま
で、その一部が達している構造も可能である。コーティ
ング層を形成する材料としては、使用条件に対して安定
であること、つまり耐アルカリ性があって、ニッケル極
の作動電位領域で電気化学的に安定であることが必要で
ある。その物質としては、ニッケル、コバルト、および
それらを主成分とする合金などがある。またコーティン
グ層は導電性物質の他に導電性物質を結着する結着剤を
含有することもある。結着剤としては、カルボキシメチ
ルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸
ナトリウム、メチルセルロースなどの水溶性のもの、ポ
リ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチ
レン、ポリスチレンなどの水に不溶性のもののいずれの
使用も可能である。

導電性コーティング層を形成する方法としては、導電性
物質のみを活物質層に塗布する方法、結着剤と混合して
活物質層表面に塗布する方法があり、必要に応じてロー
ラプレス、油圧プレスなどの加圧処理を施すことが望ま
しい。

作用本発明の作用はニッケル極活物質の充放電による電気抵
抗の変化に関連している。すなわちニッケル極の充放電
反応は一般にで表わされ、充電反応生成物が１０’Ｓ／ｃｍの電導塵
を示す導電体であるのに対し、放電反応生成物が１０　
　”Ｓ／ｃｍの電導塵を示す絶縁体である。そのため放
電反応の進行とともにニッケル極活物質層の抵抗は増加
して行くことになる。導電ネットワークが十分に形成さ
れている焼結式ニッケル極ではこの変化の影響も小さく
急速充放電時の容量低下も小さい。

しかし、活物質の体積占有率が高まっているペースト式
ニッケル極においてはこの変化の影響は大きく、活物質
層の導電性を向上させるために、ニッケル粉末１４表面
にニッケルメッキをしたプラスチック繊維などの導電剤
を混合させている。しかし、その導電剤の形成する導電
ネットワークは、焼結式ニッケル極のニッケル焼結板が
形成するものに比べ連続性が不十分であり、急速放電特
性も低下する。このようなペースト式ニッケル極の表面
にニッケル、コバルトなどを塗布すると電極の表面にお
いて二次元的な導電ネットワークが形成される。このよ
うな導電性コーティング層形成以前にもミ活物質層表面
の少なくとも一部においては、添加されている繊維状導
電材により電極基体との導電性が確保されている点があ
るはずであり、その点がニッケル極表面において、二次
元的な広がりを有するコーティング層と接することにな
り、結果として、電極表面部分の電気的接続が向上する
ことになる。このような機構により、電極表面上へのコ
ーティング層の形成が実質的な抵抗を低下させることに
なり、その結果、急速放電特性が向上することになった
ものと考えられる。

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ニッケルーカドミウム電池
用ペースト式ニッケル極の断面を示す図である。図にお
いて、■は活物質層１．２は電極基体、３はコーティン
グ層である。第１図のａ、　　ｂのうちｂはコーティン
グ層を設けない、従来技術によるペースト式ニッケル極
である。ａは本発明によるニッケル極である。

実施例１本発明を実施するために用いたペースト式ニッケル極の
製法を示す。電極基体には線径１００μｍの６０メツシ
ユニツケル金網を用いた。その上へ活物質ペーストを塗
布した。活物質ペーストは平均粒径１０μｍの水酸化ニ
ッケル粉末８０ｗｔ％、線径７μｍの表面にニッケルメ
ッキした炭素繊維４ｗｔ％、粒径５μｍの金属コバルト
粉末５ｗｔ％から成る混合粉末に水を添加して十分に混
練した後、ポリテトラフルオロエチレン微粉末を添加し
て得られたものである。活物質ペーストは塗布後１５ｈ
風乾燥した後、８０℃で３時間乾燥し、その上へ平均粒
径５μｍのニッケル微粉末をニッケル極の両面にふりか
け、その後、ローラプレスをかけ。

ニッケル極上ニッケル微粉末から成る導電性コーティン
グ層を形成した。このときのニッケル粉末の表面添加量
は２　ｍｇ　／　ｃｎｆであった。また比較のためにニ
ッケル微粉末をふりかけずにローラプレスをかけた未処
理ニッケル極を作製した。得られたニッケル極の充填容
量密度は、表面コーティング層ありのもので６３１　ｍ
Ａｈ／ｃ＆、未処理のもので６４４　ｍＡｈ／ｃ＋／で
あった。これらのニッケル極の急速放電特性を測定した
。対極には十分量の容量を有するペースト式カドミウム
極を用い、ポリアミド樹脂不織布から成るセパレータを
介してニッケルーカドミウム電池を形成させた。電解液
は１．６ｗｔ％のＬｉＯＨ”　Ｈ２Ｏと３０ｗｔ％のＫ
ＯＨを含む水溶液を用い、室温下で充放電した。得られ
た結果を第２図のＡに示す。また未処理ニッケルについ
てもり、３Ｃ放電で約２０％の利用率向上がはかられた
。

実施例２結着材を用いてコーティング層を塗布した。平均粒径５
μｍのニッケル粉末１０ｇに対し、２ｗｔ％のポリビニ
ルアルコール水溶液１００ｍ１の割合で混合したニッケ
ルスラリを三段ローラを用いてペースト式ニッケル極上
に転写した。用いたニッケル極は前記実施例１の未処理
電極相当の仕様のものである。片面にコーティングした
後、乾燥し、他方の面にも同様の方法でコーティングし
た。

得られたコーティング層の面密度は２．７■／＋ｆｆｌ
であった。以上の結果得られた、表面、表面コーティン
グ層付ペースト式ニッケル極を実施例１と同様の方法に
より、ニッケルーカドミウム電池としての急速放電特性
を測定した。結果を第２図のＢに示す。実施例１と同様
、未処理の場合のＣに比べすぐれた急速放電特性を示し
ており、３Ｃ放電時の利用率は８２％にも達している。

以上の実施例において示したように、本発明になる技術
により６００　ｍＡｈ／ｃ＆以上の高充填密度のペース
ト式ニッケル極であっても、その表面に導電性コーティ
ング層を塗布することにより急速放電性が大幅に向上し
、高容量密度にして、しかも急速放電特性のすぐれたペ
ースト式ニッケル極を得ることが可能になった。

発明の効果本発明のごとくペースト式ニッケル極の表面に導電性コ
ーティング層を塗布するという簡単な工程で、電極表面
部分と電極基体との電気的接続性が向上する。この結果
、例えば放電速度３ＣｍＡにおいて活物質利用率が８０
％以上というように、高率放電時の電池の容量の改善に
効果がきわめて犬である。また、コーティング層が活物
質層表面部分にだけ存在するので、活物質充填密度を低
下させずに高性能のニッケル極が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例である、表面にニッケル粉
末よりなる導電性コーティング層を塗布したニッケル極
の断面図、第１図すは公知例であるペースト式ニッケル
極の断面図、第２図は本発明の実施例及び比較例のニッ
ケル極の放電速度と活物質利用率との関係を示す特性曲
線図である。１・・・電極活物質、２・・・集電体、３・・：コーテ
ィング層、Ａ・・・実施例１の電極、Ｂ・・・実施例２
の電極＝第１図第２図ＡとＢ：本発８月＠７七負

Claims

【特許請求の範囲】１、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケルなどのニッ
ケル化合物からなる活物質と導電性繊維の表面にニッケ
ル層を形成した導電材および結着剤などから成る正極と
、カドミウム、鉄、亜鉛などを活物質とする負極と、水
酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど
を電解質とするアルカリ電解液を用いるアルカリ蓄電池
において、該正極の表面にニッケル、コバルトなどから
なる導電性コーティング層を塗布することを特徴とする
アルカリ蓄電池用正極板の製法。２、導電性コーティング層が、導電性物質または、導電
性物質を主成分とする粉末または、粉末を含有する流動
体を電極上に展開することによって形成される請求項第
１項に記載のアルカリ蓄電池用正極板の製法。