JPH0685331B2 - アルカリ蓄電池用極板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ニッケル‐カドミウム蓄電池やニッケル‐
亜鉛蓄電池などのアルカリ蓄電池に用いられる非焼結式
極板の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 アルカリ蓄電池に用いられる極板としては多孔性焼結基
板の微孔中に活物質充填を行なって製造される焼結式極
板、並びにペースト式に代表される非焼結式極板などが
知られている。このうち、前者の焼結式極板では高率放
電特性が良好である反面、極板中に占める多孔性焼結基
板の重量及び体積の割合が大きく、極板の重量効率並び
に体積効率が悪いという欠点がある。その点、非焼結式
極板は重量及び体積効率が高いことから、高エネルギー
密度の極板であるといった特長があり、工業的に広く用
いられている。

このような非焼結式極板、例えばペースト式極板は、活
物質粉末を粘着剤溶液で混練してペースト状となし、こ
うして得た活物質ペーストを、集電並びに活物質保持材
を重ねた多孔性集電体（例えば多孔性ニッケル基板）に
塗着し保持させた後、乾燥して作製される。また、極板
並びに電池の高容量化のため、上記の多孔性集電体とし
て、発泡ニッケル基体やニッケル繊維焼結体などのよう
に多孔度の大きな材料を使用し、この集電体の空孔中に
活物質を充填し保持させることで極板の活物質ペースト
含有量の増大を図るようにしたものも用いられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この種の非焼結式極板では、一般に、活
物質と多孔性集電体との結着力があまり大きくないこと
から、極板の機械的強度が小さいという欠点がある。こ
のため、活物質ペースト塗着後の乾燥工程あるいは製造
後に極板を渦巻状に巻回する際などの製造工程において
活物質層に亀裂などが生じ易く、また充放電サイクルに
おける活物質の剥がれや脱落の度合が大きく、サイクル
進行に伴う極板の形状変化が著しくなって電池サイクル
寿命の低下を招くといった問題がある。

また、例えば発泡ニッケル基体を多孔性集電体に用いた
場合、この発泡ニッケル基体は多孔度が大きいためにそ
の機械的強度が弱く、活物質充填操作中あるいは取扱中
などに発泡ニッケルが切れることから、極板性能が低下
し、またサイクルにおける極板の脆弱化を招くという問
題がある。

更に上記のニッケル繊維焼結体では、焼結体中でのニッ
ケル繊維同士はその一部は焼結により強固に結合してい
るものの、多くは繊維同士が単に接触し合って接続して
いるにすぎないため、ニッケル繊維間の接続が弱く、極
板の集電効率が低いという問題がある。加えて、この焼
結体を用いた極板の活物質充填密度を上げるべく、活物
質充填を終えた極板をローラプレスにより圧延する際、
焼結体中の焼結により結合された接合部分が外れてしま
い、このため、極板の集電性能が低下したり、あるいは
極板が脆弱化する等の問題もある。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は上記問題点に鑑みなされたもので、多孔性集
電体に特定の表面処理を行なうことにより、集電体と活
物質層の結着性を強化し、また集電体の強度増大を図る
ようにしたものである。

即ち、この発明は、表面にニッケル‐亜鉛共析メッキを
施した多孔性集電体をアルカリ液中に浸漬し、前記共析
メッキから亜鉛を電解溶出させた後、多孔性集電体へ活
物質を保持させることを要旨とするアルカリ蓄電池用極
板の製造方法である。

〈作用〉 上記のように多孔性集電体に施したニッケル‐亜鉛共析
メッキから亜鉛を溶出させることにより、集電体表面の
多孔度が増大してその表面積が著しく大きくなる。この
結果、活物質層と集電体との接触面積が大きくなって両
者の間の結着力が増大し、また結着力の増大によってサ
イクルにおける極板の変形などが抑制される。加えて、
上記の接触面積の増加によって極板の集電効率が高ま
る。

そして、上記多孔性集電体として発泡ニッケル基体を用
いた場合、この表面に残存するニッケルメッキ層によっ
て基体の機械的強度が大きくなる。また、ニッケル繊維
焼結体を使用した場合には、表面のニッケルメッキによ
ってニッケル繊維同士が強く接続されるようになるの
で、極板の集電効率が向上し、また圧延時における変形
やサイクルにおける脆弱化が抑制される。

〈実施例〉 実施例1. 塩化亜鉛50g/l、塩化ニッケル300g/l、ホウ酸60g/l及び
塩化ナトリウム60g/lに調製したメッキ浴を作製し、こ
のメッキ浴を温度60℃に加熱し、この中にニッケルパン
チング板を浸漬すると共に、メッキ電流密度50mA/cm²で
１時間メッキ処理を行なって、上記のニッケルパンチン
グ板の表面にニッケル‐亜鉛共析メッキを施した。次い
でこのニッケルパンチング板をメッキ浴より取出し、水
洗いした後、30重量％の水酸化カリウム水溶液中に浸漬
し、別のニッケル板を対極として用い、この対極との間
にアノード電流20mA/cm²を通電させ、ニッケルパンチン
グ板表面の共析メッキ中の共析亜鉛を溶出させた。共析
亜鉛の溶出が終了するまで通電を続けた後、ニッケルパ
ンチング板を取出し、十分に水洗いした後に乾燥して、
本発明に係る多孔性集電体を得た。

一方、活物質としての酸化亜鉛85重量％と亜鉛粉末10重
量％及び添加剤としての酸化カドミウム2.5重量％を混
合し、この混合物にポリテトラフルオロエチレン乳液2.
5重量％を加えて混練した後、ローラにより圧延して亜
鉛活物質シートを作製した。この亜鉛活物質シートを前
記処理により得た多孔性集電体の両面にそれぞれ圧着に
より保持させて本発明の亜鉛極を作った。そして、この
亜鉛極にセパレータを介して公知の焼結式ニッケル極を
組合せ、これらを一緒に渦巻状に巻回して電極体を作
り、この電極体を円筒容器に挿入し、電極群に含浸され
る程度のアルカリ電解液を注入した後に封口して、公称
容量1.5AHのニッケル−亜鉛蓄電池（本発明電池Ａ）を
作製した。

一方、ニッケル‐亜鉛共析メッキを施さないニッケルパ
ンチング板を亜鉛極の多孔性集電体として用いた他は本
発明電池Ａと同様にして、比較用のニッケル‐亜鉛蓄電
池（比較電池Ｂ）を作製した。

これらの電池A,Bを、４時間率の電流で５時間充電した
後に同じく４時間率の電流で電池電圧が1.0Vになるまで
放電するという一連の充放電サイクルを行なった。尚、
放電容量が初期容量の60％以下になった時点をサイクル
寿命とした。結果を第１図に示した。

この実験結果より、本発明電池Ａのサイクル寿命は約35
0サイクルであったのに対し、比較電池Ｂでは約230サイ
クルであり、本発明電池は比較電池Ｂの約1.5倍のサイ
クル寿命であった。

一方、上記サイクル試験後に電池A,Bを分解して亜鉛極
を取出し、その状態をそれぞれ観察した所、電池Ｂの亜
鉛極では活物質の脱落あるいは剥離が生じていたのに対
し、本発明電池Ａの亜鉛極では活物質の脱落や剥離は観
察されなかった。

このように本発明電池Ａにおいてサイクル特性が改善さ
れ、またサイクル中における亜鉛極での活物質脱落や剥
離が生じないのは次の理由に依るものと考えられる。即
ち、本発明電池Ａに用いた亜鉛極では、その集電体の表
面積が大きく、これによって集電体と亜鉛活物質との接
触面積が増大すると共に、集電体表面に形成された多数
の凹部によって活物質が集電体上で固定される度合が高
まり、この結果、集電体と亜鉛活物質との結着力が比較
電池Ｂに用いた亜鉛極に較べて著しく大きく、充放電サ
イクルにおける活物質の剥がれや脱落の発生が抑制され
て電池の放電容量が長期サイクルに亘って高く維持され
た。また、このように多孔性集電体の表面積の増大によ
り、亜鉛極における実質の電流密度が小さくなり、比較
電池Ｂに較べて、充放電サイクルにおいて電流が亜鉛極
のエッジ部に集中する程度が緩和され、極板内の電流分
布が均一化される結果、亜鉛極周縁部における活物質の
変形が抑制されたことも原因と考えられる。

実施例2. 活物質としての酸化カドミウム74重量％及び添加剤とし
てのニッケル粉末10重量％に、合成樹脂単繊維１重量％
並びにエチレングリコール15重量％を加え、十分混練し
て活物質ペーストを作製した。この活物質ペーストを実
施例１で作製した本発明の多孔性集電体の両面に塗着し
て保持させ、乾燥した後、ローラプレスにより所定厚み
に圧延して本発明に係るカドミウム極を作った。

このカドミウム極を陰極とし、また陽極には公知の焼結
式ニッケル極を用い、これらをセパレータを介して渦巻
状に巻き取り、こうして得た電極体を円筒容器内に挿入
し、電極群に含浸される程度のアルカリ電解液を注入し
た後に封口して、ニッケル‐カドミウム蓄電池（本発明
電池Ｃ）を作製した。

一方、ニッケル‐亜鉛共析メッキを施さないニッケルパ
ンチング板をカドミウム極の集電体として用いた他は同
様にして、比較用のニッケル‐カドミウム蓄電池（比較
電池Ｄ）を作製した。

これら２つの電池について0.1時間率の電流による放電
を行ない、電池電圧（Ｖ）の経時変化を調べた。結果は
第２図に示した。同図より、本発明電池Ｃは比較電池Ｄ
より約20mV放電電圧が高いことがわかる。これは、本発
明電池Ｃのカドミウム極で用いた多孔性集電体はその表
面積が大きく、これと活物質との接触面積が比較電池Ｄ
に用いたカドミウム極に較べて著しく増大した結果、カ
ドミウム極における集電効率が向上したことに依ること
は明らかである。

実施例3. ニッケル‐亜鉛共析メッキを施す多孔性集電体として、
多孔度が90％以上の発泡ニッケル基体を用いた他は本発
明電池Ｃと同様にしてニッケル‐カドミウム蓄電池（本
発明電池Ｅ）を、また同じく還元雰囲気下で焼結させた
ニッケル繊維焼結多孔たいを多孔性集電体として使用し
た他は本発明電池Ｃと同様にしてニッケル‐カドミウム
蓄電池（本発明電池Ｆ）を、それぞれ作製した。また、
本発明のニッケル‐亜鉛共析メッキ処理をしない発泡ニ
ッケル基体並びにニッケル繊維焼結多孔体をカドミウム
極で用いる多孔性集電体として用いた他は本発明電池E,
Fと同じ構成のニッケル‐カドミウム蓄電池（比較電池
G,H）をそれぞれ作製した。

これらの電池Ｅ〜Ｈを実施例２と同じ条件で放電させた
所、本発明電池E,Fの放電電圧は比較電池G,Hより夫々20
mV程度高く、実施例２の場合と同様な結果を得た。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の製造方法によれば、多孔性集電
体と活物質層との結着力が著しく増大する結果、充放電
サイクルにおける極板の形状変化が抑制されると共に、
極板の集電効率を高めることができて、その極板並びに
これを用いたアルカリ蓄電池のサイクル寿命の向上を図
ることができる。

また、極板に用いる多孔性集電体として発泡ニッケル基
体、あるいはニッケル繊維焼結体を用いた場合は、集電
体の機械的強度を高めることができ、サイクル進行に伴
う極板の脆弱化が抑制されて、その分サイクル寿命が更
に向上する等という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電池及び比較電池の放電容量のサイクル
変化を示したグラフ、第２図は本発明電池と比較電池の
放電時における電池電圧の経時変化を示したグラフであ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面にニッケル‐亜鉛共析メッキを施した
   多孔性集電体をアルカリ液中に浸漬し、前記共析メッキ
   から亜鉛を電解溶出させた後、多孔性集電体へ活物質を
   保持させることを特徴とするアルカリ蓄電池用極板の製
   造方法。
2. 【請求項２】前記多孔性集電体が多孔性ニッケル基板で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造
   方法。
3. 【請求項３】前記多孔性ニッケル基板が発泡ニッケル基
   体あるいはニッケル繊維焼結体であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の製造方法。