JPH07296809A - 三次元網目状基体電極及びその製造方法 - Google Patents

三次元網目状基体電極及びその製造方法

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JPH07296809A
JPH07296809A JP6086522A JP8652294A JPH07296809A JP H07296809 A JPH07296809 A JP H07296809A JP 6086522 A JP6086522 A JP 6086522A JP 8652294 A JP8652294 A JP 8652294A JP H07296809 A JPH07296809 A JP H07296809A
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JP
Japan
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electrode
active material
dimensional
dimensional network
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Application number
JP6086522A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Konuki
利明 小貫
Takao Ogura
孝夫 小倉
Mitsunori Oda
光徳 織田
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Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延機により加圧圧縮しても基体電極の伸び
を抑制して、活物質の充填密度を高めることができる三
次元網目状基体電極を提供する。 【構成】 三次元の網目構造を有するニッケル発泡体
(三次元網目状金属多孔体)を電極基体とし、ナイロン
短繊維が混入され水酸化ニッケル(活物質)をこのニッ
ケル発泡体に充填して三次元網目状基体電極を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電池の極板に用いる三次
元網目状基体電極に関するものであり、特に活物質充電
後に圧延機によって加圧圧縮される三次元網目状基体電
極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に三次元網目状基体電極は、骨格部
が網目状をなす三次元網目状構造を有する金属多孔体を
電極基体として構成されており、この三次元網目状構造
により活物質を充填保持する多孔部が形成されている。
例えば、ニッケル−水素電池のニッケル電極または水素
電極、ニッケル−カドミウム電池のニッケル電極に用い
る三次元網目状基体電極では、ニッケルを主原料とする
発泡金属からなる三次元網目状金属多孔体を電極基体と
して構成されている。この電極では、水酸化ニッケル粉
末と結着剤溶液とを混合したスラリを三次元網目状金属
多孔体に充填し、これを乾燥してから厚み方向に加圧圧
縮して活物質(乾燥されたスラリ)の高密度化を図って
いる。また、水素吸蔵合金と結着剤溶液とを混合したス
ラリを前述の三次元網目状金属多孔体に充填し、これを
乾燥してから厚み方向に加圧圧縮すれば水素電極ができ
る。
【0003】活物質を充填した三次元網目状基体電極を
加圧圧縮する場合は、圧延機の一対のロールの間に、活
物質を充填した三次元網目状基体電極を通過させて加圧
圧縮する。その後、これを所定の長さに切断して所望の
電極を得ている。
【0004】このように加圧圧縮に圧延機を用いると、
圧力を受ける面を小さくできるため、基体電極に高い圧
力を加えながら連続的に基体電極を加圧圧縮することが
できる。例えば、2g/ccの高密度を有する平均粒継15
μm の水酸化ニッケル粉末を充填した三次元網目状基体
電極を加圧圧縮した場合、加圧力に対して水酸化ニッケ
ル粉末の充填密度は図4に示す曲線のような変化特性を
示す。本図より水酸化ニッケル粉末の充填密度を 2.7g
/ccにするためには3000 kgf/cm2 の圧力が必要になる
のがわかる。
【0005】このような高圧力を、平板の油圧プレス機
にて発生させて電極の加圧圧縮を行うとすると、その生
産性は著しく低下してしまう。
【0006】圧延機を用いて三次元網目状基体電極を加
圧圧縮すると、前述のような利点がある反面、平板の油
圧プレス機を用いて加圧圧縮を行う場合に比べて、圧縮
された基体電極の面積が拡大する率(伸び率)が大きく
なるという問題がある。例えば充填密度が 2.3g/ccに
なるまで水酸化ニッケル粉末を充填した基体電極を加圧
圧縮する場合、平板の油圧プレス機を用いて加圧すると
基体電極は元の面積に対して 1.1%だけ伸びるのに対
し、ロール径 50 mmの圧延機を用いて加圧圧縮すると1
6.7%も伸びてしまう。
【0007】このように基体電極の伸び率が大きいと、
加圧圧縮により基体電極の厚みを薄くしても基体電極の
体積は大幅に小さくならず、結局電極の活物質の充填密
度をあまり高めることができない。また、活物質の充填
密度を高めるために加圧力を高めても、基体電極の引張
強度を越えて基体電極が伸びると、基体電極に亀裂が発
生する。また、電極が伸びると不要部が多くなり、コス
トが高くなってしまう。
【0008】そこで、基体電極の伸びを抑えて電極の充
填密度を高めるために、圧延機のロール径を大きくした
り、ロールの回転速度を変えることが検討された。しか
しながら、圧延機のロール径を大きくしたり、ロールの
回転速度を変えて基体電極を加圧圧縮した際に発生する
伸び程に基体電極の伸びを抑えることはできなかった。
【0009】また、ロール径を大きくすると、その回転
装置等の付属装置の大きさは、ロール径の増加量とは比
較にならないほど大型になってしまう。
【0010】上記の問題を解決するために、特開昭54
−16632号公報に示される電極のように、水素吸蔵
合金粉末を内蔵した三次元網目状金属多孔体の両面にそ
れぞれ金属網を配置して加圧により金属網を三次元網目
状金属多孔体に加圧圧着させた後、水素吸蔵合金粉末の
焼結処理と並行して熱処理により金属網を三次元網目状
金属多孔体に結合した電極が提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この金
属網を用いた電極では、三次元網目状金属多孔体の両面
に金属網が配置されるため、金蔵網の厚み分だけ電極は
厚くなる上に電極の重量が増加して、単位重量または単
位体積当りの電池の充放電容量が低下する問題点があ
る。また、この電極では熱処理により金属網を一体に最
終的に結合するため、活物質材料が水素吸蔵合金等のよ
うな焼結可能な金属に限られてしまい、水酸化ニッケル
粉末等を活物質材料に用いる電極には、このような従来
の電極構造を適用することができない問題点がある。
【0012】本発明の目的は、圧延機により加圧圧縮し
ても基体電極の伸びを抑制して、活物質の充填密度を高
めることができる三次元網目状基体電極を提供すること
にある。
【0013】本発明の他の目的は、圧延機により加圧圧
縮しても基体電極の伸びを抑制して、活物質の充填密度
を高めることができる三次元網目状基体電極の製造方法
を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、三次元の網目
構造を有する三次元網目状金属多孔体を電極基体とし、
前記三次元網目状金属多孔体に活物質が充填されてなる
三次元網目状基体電極を改良の対象としている。
【0015】本発明においては、このような三次元網目
状基体電極の前記活物質中に短繊維が混入されているこ
とを特徴とする。
【0016】前記短繊維としては、合成繊維の短繊維を
用いることができる。この場合、合成繊維の短繊維とし
ては、例えばナイロン短繊維を用いることができる。
【0017】また本発明は、三次元の網目構造を有する
三次元網目状金属多孔体を電極基体とし、前記三次元網
目状金属多孔体に活物質を充填し、この活物質を充填し
た三次元網目状基体電極の水分を除去した後、該三次元
網目状基体電極を圧延機の加圧ロール間に通して加圧圧
縮する三次元網目状基体電極の製造方法を改良の対象と
している。
【0018】本発明においては、前記活物質の充填時
に、短繊維を混入した活物質を用いることを特徴とす
る。
【0019】前記短繊維としては、合成繊維の短繊維を
用いることができる。この場合、合成繊維の短繊維とし
ては、例えばナイロン短繊維を用いることができる。
【0020】
【作用】三次元網目状金属多孔体に短繊維を含む活物質
を充填されていると、この短繊維が加圧圧縮時に金属多
孔体の骨格部間に連結されて補強材となり、また、この
短繊維にて加圧圧縮時の活物質の横への移動を抑制する
ため、基体電極を圧延機にて加圧圧縮しても基体電極の
圧縮方向(厚み方向)と直交する方向への伸びが抑制さ
れ、電極の伸び率を小さくすることができる。しかも、
短繊維を活物質と混合して充填するだけで補強効果が発
現されるため、活物質充填後の熱処理を必要としない。
また、2枚の金属網を用いる従来の基体電極と比べれ
ば、電極の単位体積または単位重量当りの容量を低くす
ることなく活物質の充填率を高めることができる。
【0021】
【実施例】以下、ニッケル−水素電池に用いる三次元網
目状基体ニッケル電極に本発明を適用した実施例につい
て詳細に説明する。
【0022】平均粒径15μm の水酸化ニッケル粉末にコ
バルトからなる活性化剤 10wt %を加えた混合粉末を作
り、この混合粉末に長さ0.5mm のナイロン短繊維(1デ
ニール)を0.5 wt%加え、更にこの混合粉末に対し0.00
4 wt%の重量比のカルボキシルメチルセルロースナトリ
ウムからなる増粘剤と、混合粉末に対して0.4 の重量比
の水とを混合粉末に加えて混練して活物質スラリを作
る。次に、この活物質スラリを厚み1.0mm で骨格部間の
距離が平均0.5mm のニッケル発泡体(三次元網目状金属
多孔体)に圧入してニッケル電極(三次元網目状基体電
極)を得た後に、これを80℃の気流中を通過させて水分
を蒸発させた。このニッケル電極を一対のロール径150m
m の圧延機で加圧圧縮し、ニッケル電極を完成した。
【0023】図1は、上記のようにして製造した本発明
に係る三次元網目状基体電極としてのニッケル電極(本
発明品)の断面を示す。
【0024】また、同条件でナイロン短繊維を含まない
ニッケル電極(従来品)を作製した。
【0025】本発明品と従来品との、それぞれの伸び率
を測定した。その結果を図2に示す。この図から明らか
なように、どちらの電極でも混合粉体の高密度化に伴い
伸び率が増大するが、本発明品に係るニッケル電極は従
来品に比べ伸び率を低くすることができる。そのため混
合粉体充填量が同じで、加圧圧縮後の混合粉体密度が同
じであるとき、同一面積においての活物質量は本発明に
係るニッケル電極の方が多くなり、高容量化が可能とな
る。
【0026】上記方策にて得られたニッケル電極とカド
ミウム電極を組合わせて、設計容量900mAhのAA型ニッ
ケル・カドミウム電池を作製し、1CmA で1.5 時間充電
した後、1CmA で放電するサイクル試験を実施した。そ
の結果を図3に示す。この図からわかるように、本発明
のニッケル極を用いた電池は短繊維が補強材となって活
物質を保持する効果も発現し、充放電サイクルによる活
物質の脱落を抑制でき、従来電極を用いた電池に比べ長
寿命化が可能になる。
【0027】なお、本実施例ではナイロン短繊維を用い
たが、他の合成繊維を用いても構わない。
【0028】また、上記実施例ではニッケル電極に本発
明を適用した例であるが、三次元網目状構造を有する金
属多孔体を用いる基体電極であれば、水素電極,カドミ
ウム電極等の他の極性及び材質の基体電極にも本発明を
適用できるのは勿論である。
【0029】
【発明の効果】本発明では、三次元網目状金属多孔体か
らなる骨格部間に連結されるように短繊維が配置するた
め、この短繊維が補強材となり、加圧圧縮時の電極の伸
び率を小さくして、活物質の充填密度を高めることがで
きる。
【0030】また本発明では、活物質の熱処理を必ずし
も必要としない上、2枚の金属網を用いる従来の基体電
極と比べれば、電極の単位体積または単位重量当りの容
量を低くすることなく活物質の充填率を高めることがで
きる。
【0031】従って、本発明の基体電極を用いると、高
容量の電池を得ることができる。更に、伸び率を小さく
すると、無駄な切断部分が減るためコストの減を図るこ
とができる。更に、短繊維にて活物質の保持効果がさら
に高まり、充放電サイクル中の活物質の脱落を抑制でき
るので、電池の長寿命化が実現でき、工業的価値が大で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る三次元網目状基体電極の一種であ
るニッケル電極の断面図である。
【図2】本発明に係るニッケル電極(本発明品)と従来
のニッケル電極(従来品)の伸び率を示した比較図であ
る。
【図3】本発明に係るニッケル電極を用いたニッケル・
カドミウム電池と従来のニッケル電極を用いたニッケル
・カドミウム電池のサイクル特性の比較図である。
【図4】水酸化ニッケル粉末の加圧力と圧縮密度の関係
を示した図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三次元の網目構造を有する三次元網目状
    金属多孔体を電極基体とし、前記三次元網目状金属多孔
    体に活物質が充填されてなる三次元網目状基体電極にお
    いて、 前記活物質中に短繊維が混入されていることを特徴とす
    る三次元網目状基体電極。
  2. 【請求項2】 前記短繊維が合成繊維の短繊維である請
    求項1に記載の三次元網目状基体電極。
  3. 【請求項3】 三次元の網目構造を有する三次元網目状
    金属多孔体を電極基体とし、前記三次元網目状金属多孔
    体に活物質を充填し、この活物質を充填した三次元網目
    状基体電極の水分を除去した後、該三次元網目状基体電
    極を圧延機の加圧ロール間に通して加圧圧縮する三次元
    網目状基体電極の製造方法において、 前記活物質の充填時に、短繊維を混入した活物質を用い
    ることを特徴とする三次元網目状基体電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記短繊維が合成繊維の短繊維である請
    求項3に記載の三次元網目状基体電極の製造方法。
JP6086522A 1994-04-25 1994-04-25 三次元網目状基体電極及びその製造方法 Pending JPH07296809A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008285761A (ja) * 2002-11-12 2008-11-27 Dowa Electronics Materials Co Ltd 微粒子銅粉
WO2023165593A1 (zh) * 2022-03-03 2023-09-07 比亚迪股份有限公司 电极极片及其制备方法和锂电池

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