JPH05174831A - アルカリ蓄電池用焼結式電極 - Google Patents

アルカリ蓄電池用焼結式電極

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JPH05174831A
JPH05174831A JP3343416A JP34341691A JPH05174831A JP H05174831 A JPH05174831 A JP H05174831A JP 3343416 A JP3343416 A JP 3343416A JP 34341691 A JP34341691 A JP 34341691A JP H05174831 A JPH05174831 A JP H05174831A
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JP
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sintered
electrode
nickel
cobalt
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Pending
Application number
JP3343416A
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English (en)
Inventor
Etsuya Fujisaka
悦也 藤阪
Kazuaki Ozaki
和昭 尾崎
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒型電池の渦巻き電極体に好適する、焼結
基板が弾性を有し且つ強度の高いアルカリ蓄電池用焼結
式電極を提供する。 【構成】 芯体と、コバルトを含むニッケル焼結体から
なる第1層と、コバルトを含まないニッケル焼結体から
なる第2層と、活物質とから構成される焼結式電極にお
いて、芯体上に、第1層を配置形成し、更にこの上に、
第2層を配置形成し、第1層と第2層とで形成される多
孔体部分に、活物質を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケルーカドミウム
蓄電池等に使用されるアルカリ蓄電池用焼結式電極、特
に電極の焼結基板の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】ニッケルーカドミウム蓄電池等に使用さ
れる電極としては、焼結式電極と、ペースト式を主体と
する非焼結電極とがある。そして、焼結式電極は、焼結
用のニッケルパウダ−と有機バインダー水溶液とを混練
してニッケルスラリ−とし、これを、鉄板にニッケルメ
ッキを施したパンチングメタルからなる芯体にコ−ティ
ングして、乾燥後、焼結することによって焼結式基体を
作製し、ここに化学含浸法によって活物質が充填される
ことによって、製造されている。ここで、焼結式基体の
多孔度は、ニッケルスラリ−中への造孔剤の添加や、ニ
ッケルパウダーの粒子径を変化させることによって、増
大させることが可能である。ここで問題となるのが、多
孔度の増大に伴う焼結式基体の強度の低下である。
【0003】焼結式基体の強度増大法の一つとして、ニ
ッケルパウダーのスラリ−中に金属繊維を添加して混練
しこれを芯体にコーティングし乾燥した後、焼結する技
術が例えば特公昭60−42586号公報等に、開示さ
れている。この方法によれば、焼結ニッケル粒子間を金
属繊維で橋渡しするので、焼結ニッケル粒子の脱落が防
止でき、焼結式基体の強度を向上させるというものであ
る。然し乍ら、添加された金属繊維の中には、基体即ち
電極から突出しているものもあるため、電池を構成した
場合、これがセパレータを貫通し、内部短絡を引き起こ
してしまう可能性がある。
【0004】また、特開昭64−24364号公報で
は、芯体近傍の中央の層がニッケルパウダーと金属繊維
の焼結体からなり、その外側の層が金属繊維を含まない
ニッケルパウダーの焼結体からなる焼結式基体を使用す
ることが開示されている。この方法によれば、金属繊維
によってニッケルパウダー間の結合強度が向上し、外側
の金属繊維を含まない層によって、金属繊維の突出によ
る内部短絡が減少する。然し乍ら、芯体と焼結体との結
着は、ニッケルパウダーによるものであるから、芯体か
らのニッケル焼結体の剥離、脱落を抑制するにはいたら
ない。
【0005】更に、特公昭60−41426号公報で
は、芯体とニッケルパウダ−からなる焼結体との結合力
を強くするために、微小な粒子径のニッケルパウダーを
芯体にコーティングし焼結後、更に、粒子径の大きなニ
ッケルパウダーをこの上にコーティング、焼結する方法
が開示されている。この方法によれば、ニッケルの焼結
体が、芯体から剥離、脱落するのが比較的に抑制できる
が、まだまだ十分ではない。そして、第1層目の焼結体
と、第2層目の焼結体との物性が大きく異なる可能性が
あり、これらの間で孔径分布が大きく変化してしまうの
で、活物質の充填率が電極表面とその内部とで大きく異
なってしまう。その結果、充放電サイクルを行ったとき
に、これらの間に亀裂が生じ、この部分から剥離、脱落
が生じる可能性がある。
【0006】また、特公昭60−258856号公報で
は、ニッケルパウダ−に対し、コバルト化合物粉末を2
〜15重量%添加した粉末を焼結させて基板を作製する
ことが開示されている。この方法では、高温での微小電
流による充電時の活物質の利用率の向上と、1C以上の
電流で放電した場合の電池電圧特性の向上を目的として
いる。そして、この方法でも、確かに芯体とニッケルの
焼結体との密着性は向上する。然し乍ら、焼結基板の全
体が硬化し弾性力が減少するため、曲げに対し脆くな
り、やはり強度面での十分な解決にはいたらない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点に
鑑みて成されたものであって、上記せる問題点を解決す
べく、焼結基板が弾性を有し渦巻き電極体への使用に好
適すると共に強度の高いアルカリ蓄電池用焼結式電極を
提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、芯体と、コバ
ルトを含むニッケル焼結体からなる第1層と、コバルト
を含まないニッケル焼結体からなる第2層と、活物質と
から構成されるアルカリ蓄電池用焼結式電極であって、
前記芯体上に、前記第1層が配置形成されており、前記
第1層上に、前記第2層が配置形成されており、前記第
1層と前記第2層とで形成される多孔体部分に、前記活
物質が充填されたものであることを特徴とするものであ
る。
【0009】
【作用】前記本発明の構成によれば、第1層がコバルト
を含むニッケル焼結体としているので、ニッケル粉末の
表面にコバルト合金が形成される。このため、同程度の
多孔度とした場合、電極の強度は従来のものと比べて高
くなる。尚、ニッケル繊維を添加していないため、多孔
度の低下が少ないことも、特徴である。
【0010】また、本発明では、コバルトを、芯体のニ
ッケルメッキ層及びニッケル粉末表面において、合金化
させることによって、芯体とニッケルの焼結体との結合
力を向上させることができ、焼結体部分の結合力をも増
大させ、加えて渦巻き電極体に好適する巻き取りやすく
しなやかな電極が提供できる。ここで添加使用できるコ
バルトは、焼結によって金属コバルトになるため、その
形態としては、金属コバルトパウダーはいうまでもな
く、水酸化コバルト、酸化コバルトの化合物の形態であ
ってもよいし、焼結体を形成する時のスラリ−中へ溶解
するものから、溶解せず単に分散しているものまで、幅
広く選択使用できる。唯、溶解せず単に分散しているも
のは、その分散性を考慮すると、粒子径の小さいものが
好ましい。
【0011】
【実施例】以下に、本発明の実施例と比較例の対比を、
図面に基づき、詳述する。
【0012】[実施例]芯体としてパンチングメタルに
ニッケルメッキを施したものを準備し、ここに焼結用の
ニッケルパウダー、コバルト化合物粉末、造孔剤として
の有機中空球体及び有機バインダーとしてのメチルセル
ロ−スの水溶液を混合、撹拌してスラリ−としたもの
を、塗着した。
【0013】次に、この上に、コバルト化合物を含まな
い以外は、前記スラリ−と同様のスラリ−を、更に、塗
着して、全体で1.2mmの厚みにした。そして、これ
を乾燥した後に、900〜1000℃の還元性雰囲気中
で、焼結して、焼結基板を得た。
【0014】この焼結基板に、化学含浸法により水酸化
ニッケルよりなる活物質を充填することにより、本発明
によるアルカリ蓄電池用焼結式電極Aを作製した。
【0015】ここで、この電極の断面を図面を用いて説
明する。図1は本発明電極Aの断面図である。図1にお
いて、1はニッケルメッキされた芯体、2はコバルトを
含むニッケルの焼結体からなる第1層、3はコバルトを
含まないニッケルの焼結体からなる第2層であり、水酸
化ニッケルからなる活物質は第1層及び第2層に充填さ
れている。
【0016】前記第1層と第2層とは、同程度の多孔度
とするのが望ましい。これは、第1層及び第2層におけ
る活物質の充填率を同程度にするためであり、活物質の
充填率が異なれば、電池の充放電サイクルが進行するに
従って、各層間での膨化、収縮の差が生じ、焼結基板に
おけるハガレが発生する可能性があるためである。尚、
このような問題は、金属繊維のような、ニッケルパウダ
ーの形状とは全く相違する添加物を使用するものと比べ
ても、本発明では粉末同士であり孔径分布が非常に近似
していることからも、低減されている。
【0017】尚、この電極におけるコバルトを含んだ第
1層の厚みは0.05mm、この部分においてコバルト
の含有量は、金属コバルト換算で10重量%であり、焼
結基板の厚みは1mm、多孔度を87%としてある。
【0018】[比較例]前記実施例において、コバルト
を添加しない以外は、同様にして焼結基板を作製し、こ
こに活物質を充填して、比較電極Bを作製した。
【0019】尚、本発明電極A及び比較電極Bにおける
活物質の充填量は、どちらも1.8g/cc void
に設定してある。
【0020】[実験1]前述せる本発明電極A及び比較
電極Bを用いて、電極の強度を比較した。ここでは各電
極と、対極としてのニッケル板とを組み合わせ、アルカ
リ電解液中において、ニッケル正極である電極に対して
0.2Cの電流で、連続充電を行うというものである。
そして、電極を作製した時点の重量を100として、相
対的に各充電量における電極A及びBの重量を測定し、
相対的に表している。
【0021】この結果を、図2に示す。図2は、各充電
量における、電極重量の変化の様子を相対的に表したも
のである。
【0022】これより、本発明電極Aは、比較電極Bと
比べて、充電量が増えても、電極重量の現象の割合が小
さいことが理解される。これは、本発明電極Aにおいて
焼結基板にコバルトが含まれた第1層が形成されている
ので、電極の強度が向上し、焼結体の芯体からのハガレ
が抑制されていることに起因すると考えられる。
【0023】[実験2]ここでは、焼結基板の第1層に
おいて含有されるコバルト量を変化させて、焼結基板の
曲げ応力及び密着度を調べた。コバルト量は、第1層形
成時におけるニッケルパウダーに対する割合であり、コ
バルトを含んだ第1層の厚みは0.1mmに設定してあ
る。また、ここで使用した焼結基板の多孔度は、それぞ
れ87%に統一されている。尚、曲げ応力とは、焼結基
板を曲げて行き初めてひびが観察されるときの力のこと
であり、また、密着度は、平板上に固定した焼結基板の
表面に、単位面積のプレートを接着し、このプレートに
垂直方向の負荷重をかけることにより、焼結基板から焼
結体が剥離するときの単位面積当りの荷重を測定すると
いうものである。この結果を、表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】この結果より、コバルトを添加した焼結基
板と、コバルトを添加しない焼結基板とを対比すると、
前記実験1の結果も含めて、焼結基板強度における第1
層へのコバルト添加の優位性が理解される。
【0026】また、第1層へ添加するコバルト量として
は、曲げ応力及び密着度の観点から、金属コバルト換算
で、5重量%以上とするのが望ましい。
【0027】[実験3]次に、ここでは、焼結基板の第
1層において含有されるコバルト量を10重量%に固定
しその厚みを変化させて、焼結基板の曲げ応力及び密着
度を調べた。コバルト量は、第1層形成時におけるニッ
ケルパウダーに対する割合であり、焼結基板の多孔度
は、それぞれ87%に統一されており、その厚みは1m
mに設定されている。この結果を、表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】この結果より、焼結基板における第1層の
厚みとしては、曲げ応力及び密着度の観点から、0.0
5mm以上とするのが望ましい。
【0030】また、このことから、焼結基板においてニ
ッケルとコバルトとの合金層、即ち第1層が薄すぎる
と、電極の強度を向上させることは難しい。従って、類
似した技術である芯体をコバルトメッキしたものとは、
明確に区別される。一方、焼結基板におけるニッケルと
コバルトとの合金層が厚くなり過ぎる場合(表2におい
て、第1層の厚みが1.00mmの時)、即ち焼結基板
全体がニッケルとコバルトとの合金層で構成される場合
には、芯体と焼結体との密着度が向上していることが理
解できるが、焼結基板自身の硬化が観察されるため、曲
げ応力が低下してしまう。その結果、一般の円筒型電池
に使用される渦巻き型の電極体への適用を考えた場合、
捲回時に電極がひび割れしてしまうなどの問題が生じる
可能性がある。従って、コバルトを含む第1層の厚さと
しては、厚さ1mmの焼結基板において0.05mmか
ら0.60mmの範囲、即ち焼結基板の厚さに対して、
5%から60%の範囲とするのが好ましい。
【0031】
【発明の効果】上述した如く、本発明は、芯体と、コバ
ルトを含むニッケル焼結体からなる第1層と、コバルト
を含まないニッケル焼結体からなる第2層と、活物質と
から構成されるアルカリ蓄電池用焼結式電極において、
前記芯体上に、前記第1層が配置形成されており、前記
第1層上に、前記第2層が配置形成されており、前記第
1層と前記第2層とで形成される多孔体部分に、前記活
物質が充填されているので、焼結基板が弾性を有すると
共に強度の高いアルカリ蓄電池用焼結式電極が提供でき
るので、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明電極の断面図である。
【図2】図2は、充電量と電極重量の変化の関係を表し
た図である。
【符号の説明】 1 芯体 2 第1層 3 第2層 A 本発明電極 B 比較電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯体と、コバルトを含むニッケル焼結体
    からなる第1層と、コバルトを含まないニッケル焼結体
    からなる第2層と、活物質とから構成されるアルカリ蓄
    電池用焼結式電極であって、前記芯体上に、前記第1層
    が配置形成されており、前記第1層上に、前記第2層が
    配置形成されており、前記第1層と前記第2層とで形成
    される多孔体部分に、前記活物質が充填されたものであ
    ることを特徴とするアルカリ蓄電池用焼結式電極。
JP3343416A 1991-12-25 1991-12-25 アルカリ蓄電池用焼結式電極 Pending JPH05174831A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6596436B1 (en) 1999-06-30 2003-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Nickel positive electrode plate for alkaline storage batteries and method for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6596436B1 (en) 1999-06-30 2003-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Nickel positive electrode plate for alkaline storage batteries and method for producing the same

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