JPH08124572A - アルカリ電池用金属多孔体および電極、ならびに該金属多孔体の製造方法 - Google Patents

アルカリ電池用金属多孔体および電極、ならびに該金属多孔体の製造方法

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JPH08124572A
JPH08124572A JP7218461A JP21846195A JPH08124572A JP H08124572 A JPH08124572 A JP H08124572A JP 7218461 A JP7218461 A JP 7218461A JP 21846195 A JP21846195 A JP 21846195A JP H08124572 A JPH08124572 A JP H08124572A
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JP
Japan
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nickel
electrode
boron
porous
porous material
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Withdrawn
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JP7218461A
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English (en)
Inventor
Yoshio Oka
良雄 岡
Takeshi Sakamoto
健 坂本
Akihisa Hosoe
晃久 細江
Takafumi Uemiya
崇文 上宮
Koji Hanabusa
幸司 花房
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • 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】 【課題】 高温環境下での使用において電池容量の低下
を抑制できるアルカリ電池用金属多孔体および電極を提
供する。 【解決手段】 三次元的連続気孔を有する多孔性支持体
の表面に、次亜リン酸およびホウ素化合物を還元剤とし
て用いる無電解ニッケルめっきを施す。多孔性支持体上
にさらに電気ニッケルめっきを施した後、熱処理を行な
ってニッケルを主成分とし少なくともリンおよびホウ素
を含む合金からなる金属多孔体を得る。得られた金属多
孔体に、活物質を充填してアルカリ蓄電池用電極を作製
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ電池用電極
に用いられる金属多孔体およびその製造方法に関し、特
に、寿命の長いアルカリ蓄電池を提供するために有用な
金属多孔体およびその製造方法、ならびに該金属多孔体
を用いた電極に関する。
【0002】
【従来の技術】各種電源として使われる蓄電池としてア
ルカリ電池がある。アルカリ蓄電池は高信頼性が期待で
き、小型軽量化も可能などという理由で小型電池は各種
ポータブル機器用に、大型は産業用として広く使われて
きた。
【0003】このアルカリ電池において、負極としては
カドミウムの他に亜鉛、鉄、水素なとが対象となってい
る。最も広く普及しているのはカドミウム極であり、亜
鉛は電位と容量の点では申し分ないが、可溶性なので寿
命に問題点があり、広く使われるまでには至っていな
い。それに対して、水素吸蔵合金極は高容量と低公害を
特徴にニッケル−水素蓄電池が商品化され、小型を中心
に需要が延びている。
【0004】一方、正極としては、一部空気極や酸化銀
電極なども取上げられているが、ほとんどの場合ニッケ
ル極である。ポケット式から、焼結式に変わり、特性が
向上し、さらに密閉化が可能になるとともに用途も広が
った。さらに高容量化のために特公昭55−39109
のように多孔体金属支持体を用いたニッケル極が広く使
われるようになってきた。
【0005】ところで、このニッケル極において詳しく
述べると、一般の芯材を用いた粉末充填−焼結、ペース
ト−焼結の方式の焼結式では基板の多孔体を85%以上
にすると強度が大幅に低下するので高容量化に限界があ
る。そこで、90%以上のような一層高多孔度の基板と
して発泡状樹脂にニッケルめっきし、これを熱処理によ
り樹脂などを除去して高多孔度の支持体を得る。ニッケ
ルめっきは、樹脂に予め導電性を付与しておいてから電
解めっきする。その手段として、たとえば特公昭57−
39317のように炭素層の形成が採用され、高容量の
ニッケル極が普及した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一層高容量に
するためには炭素は嵩高い。また、ニッケルの蒸着では
高価になるのと電極の大量生産時に蒸着層を迅速にしか
も精度よく形成することに問題がある。この問題を解決
するために、芯材にニッケルの無電解めっきを行ない、
その後で電解ニッケルめっきを行なうことが考えられ
る。この方法で得られた電極基板を用いた電池のサイク
ル特性について、さらなる向上が求められている。
【0007】本発明の目的は、無電解めっきを用いて作
製した金属多孔体(発泡金属、金属不織布など)を用い
る電極において、比較的高温である環境下において、サ
イクル特性が向上できるアルカリ電池用電極を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ニッケル
無電解めっきを用いて作製した金属多孔体を含む電極を
採用した場合、電池のサイクル特性を向上すべく検討を
重ねた。その結果、ニッケルを主成分として少なくとも
リンおよびホウ素を含む合金からなる金属多孔体を電極
に用いることが有効であることを見出し、本発明に至っ
た。
【0009】すなわち、本発明のアルカリ電池用金属多
孔体は、活物質を充填してアルカリ電池用電極を形成す
るための金属多孔体であって、ニッケルを主成分として
少なくともリンおよびホウ素を含む合金からなることを
特徴とする。
【0010】このような金属多孔体は、アルカリ電池の
ための集電体として用いられる。この集電体に活物質を
充填することによって電極を構成することができる。す
なわち、本発明に従って、アルカリ電池用電極が提供さ
れ、該電極は、ニッケルを主成分として少なくともリン
およびホウ素を含む合金からなる金属多孔体に活物質を
充填してなることを特徴とする。
【0011】一方、該金属多孔体は、本発明に従う次の
製造方法によって作製される。まず、三次元的連続気孔
を有する多孔性支持体の表面に、次亜リン酸およびホウ
素化合物を還元剤として用いる無電解ニッケルめっきを
施して、ニッケルを主成分とし少なくともリンおよびホ
ウ素を含むめっき層を形成する。次いで、多孔性支持体
上にさらに電気ニッケルめっきを施す。そして、多孔性
支持体に熱処理を施すことによって、ニッケルを主成分
として少なくともリンおよびホウ素を含む合金からなる
金属多孔体を得る。
【0012】
【発明の実施の形態】金属多孔体を構成する合金、たと
えばニッケル−リン−ホウ素合金において、ホウ素の含
有量は、重量濃度でたとえば10ppm〜10000p
pm、好ましくは50ppm〜2000ppmである。
金属多孔体は、内部に三次元連続気孔を有するものであ
れば種々のものを用いることができ、たとえばスポンジ
状、フェルト状のものを用いることができる。
【0013】金属多孔体は、無電解ニッケルめっきを用
いて形成される。無電解めっきを施すための支持体とし
て、三次元的連続気孔を有する多孔体が用いられる。こ
のような多孔体として、たとえばウレレンフォーム、ま
たはポリエチレンもしくはポリプロピレン等からなるポ
リマー不織布などの多孔性ポリマーが好ましく用いられ
る。
【0014】無電解ニッケルめっきには、還元剤として
次亜リン酸およびホウ素化合物が用いられる。これらの
還元剤を用いる無電解めっきは、これら2種類の還元剤
を同時に含むめっき液で行なってもよいし、1つの還元
剤を含む液でめっきを行なった後、もう1つの還元剤を
含む液でめっきを行なってもよい。ホウ素化合物には、
たとえば水素化ホウ素化合物、ジメチルアミンボランな
どがある。無電解めっきでは、支持体上にたとえばPd
/Sn触媒を吸着させた後、触媒を活性化し、次いでニ
ッケルおよび還元剤を含むめっき液に支持体を浸漬す
る。無電解めっきの後、めっき重量やリンおよびホウ素
濃度を調節する目的で、電気ニッケルめっきが行なわれ
る。支持体上に形成されためっき層は、たとえば酸素雰
囲気中での熱処理により支持体を分解除去させた後、水
素などの還元性雰囲気中で熱処理することによって、集
電体としての金属多孔体をもたらす。
【0015】電極形成のため、集電体としての多孔体に
は活物質が充填される。活物質には、たとえば、水酸化
ニッケルを主成分とする混合物が用いられる。混合物に
おける他の成分としては、たとえばコバルト3〜15重
量%、水酸化コバルト1〜5重量%、酸化亜鉛1〜5重
量%などを挙げることができる。その他に、ポリビニル
アルコールやカルボキシメチルセルロースなどを水に加
えてなる結着剤等を用いてもよい。
【0016】本発明に従う金属多孔体および電極は、ニ
ッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などのア
ルカリ蓄電池に適用される。このようなアルカリ蓄電池
は、集電体、該集電体と電気的に接続する正極、負極お
よび前記正極と負極との間に介在しアルカリ電解液を含
有するセパレータの各要素から構成される。
【0017】本発明によれば、優れたサイクル特性、特
に高温での優れたサイクル特性をアルカリ蓄電池におい
て発揮させる電極を提供することができる。以下の実施
例において明らかなように、本発明の電極を用いたアル
カリ蓄電池は、特に高温での充放電サイクルに対して容
量の劣化が少ない。
【0018】
【実施例】以下に実施例を示すが、これらは本発明を何
ら限定するものではない。
【0019】実施例1 1インチ当たり50個の連続気孔を有する厚さ1.4m
m、幅200mm、長さ300mmのウレタン発泡体
に、塩化パラジウムと塩化錫からなるコロイド触媒を吸
着させた。硫酸によってSnを除去し、触媒を活性化し
た後、硫酸ニッケル(20g/1)、次亜リン酸(20
g/1)、ジメチルアミンボラン(3g/1)、クエン
酸(20g/1)を主成分とする無電解めっき液に浸漬
し、無電解ニッケルめっきを行なった。このときのめっ
き重量は、ウレタン発泡体1m2 当たりに換算して1
2.0g/m2 であり、Ni被膜中に含まれるリンの濃
度は、4.3重量%、ホウ素の濃度は1.4重量%であ
った。次に、この発泡体に電気Niめっきを施した。無
電解めっきおよび電気めっきが施された多孔体を、十分
に水洗乾燥後、空気中で600℃で加熱し、基体のウレ
タンを熱分解除去した。さらにH2 気流中1000℃で
熱処理することにより、370g/m2 のニッケルを主
成分としてリンおよびホウ素を少なくとも含む合金から
なる金属多孔体を得た。得られた金属多孔体のリン濃度
は1400ppm、ホウ素濃度は450ppmであっ
た。
【0020】次に、市販の水酸化ニッケル粉末93重量
部、カルボニルコバルト粉末5重量部、酸化コバルト粉
末2重量部を混合した後、結着剤として水溶性樹脂であ
るカルボキシメチルセルロース(CMC)の2重量%の
水溶液を用いてペーストを作製した。得られたペースト
を上記の金属多孔体に塗布充填し、120℃で1時間乾
燥した。得られた電極は加圧して、厚さ0.65mmに
調節した。
【0021】このようにして得られた発泡ニッケル極を
カルボキシメチルセルロース1重量%の水溶液に浸漬
し、乾燥後SubC型用として幅33mm、長さ200
mmに裁断し、リード板をスポット溶接により取付け
た。得られたニッケル極の実際の放電容量は0.2Cで
2.8Ahであった。
【0022】負極として水素吸蔵合金を用いた。MmN
5 系合金の1つであるMmNi3. 7 Mn0.4 Al0.3
Co0.6 (Mmはミッシュメタル)を粉砕して、300
メッシュ通過させた後、1.5重量%CMC水溶液を加
えてペーストを作った。次いで、このペーストを多孔度
95%、厚さ0.8mmの特公昭57−39317号公
報に開示される方法に従って作製された発泡状ニッケル
板に充填し加圧して電極を得た。減圧で乾燥後、5%の
フッ素樹脂ディスパージョンを添加した。この発泡状ペ
ースト式水素吸蔵合金極を、幅33mm、長さ230m
mに裁断し、リード板をスポット溶接により取付けた。
なお、この電極の放電可能容量は、正極の1.6倍、
4.5Ahであった。
【0023】これらと親液処理ポリプロピレン不織布セ
パレータを用いて、密閉型ニッケル−水素蓄電池を構成
した。比重1.3の水酸化カリウム水溶液に30g/l
の水酸化リチウムを溶解した電解液を注入した。電池は
SubC型である。得られた電池をAとする。
【0024】実施例2 実施例1で用いた無電解めっきの代わりに、まず実施例
1と同様にして触媒で活性化したウレタン発泡体を、硫
酸ニッケル(20g/1)、次亜リン酸(20g/
1)、クエン酸(20g/1)を主成分とする無電解め
っき液に浸漬し、ニッケル無電解めっきを行なった。次
いで、硫酸ニッケル(20g/1)、ジメチルアミンボ
ラン(3g/1)、クエン酸(20g/1)を主成分と
する無電解めっきを行なった。これにより、リンを含む
ニッケルめっきと、ホウ素を含むニッケルめっきが順次
行なわれた。次に、実施例1と同様に処理を行ない金属
多孔体を作製し、得られた金属多孔体を正極の集電体と
して用いて電池を作製した。得られた電池をBとする。
【0025】実施例3 実施例1で用いられた無電解めっきの代わりに、まず、
実施例1と同様にして触媒で活性化したウレタン発泡体
を、硫酸ニッケル(20g/1)、ジメチルアミンボラ
ン(3g/1)、クエン酸(20g/1)を主成分とす
る無電解めっき液に浸漬し、ニッケル無電解めっきを行
なった。次に、硫酸ニッケル(20g/1)、次亜リン
酸(20g/1)、クエン酸(20g/1)を主成分と
する無電解めっきを行なった。これにより、ホウ素を含
むニッケルめっきの後、リンを含むニッケルめっきが行
なわれた。次に、実施例1と同様に処理を行ない金属多
孔体を作製し、得られた金属多孔体を正極の集電体とし
て用いて電池を作製した。得られた電池をCとする。
【0026】比較例1 実施例1で用いられた無電解めっきの代わりに、実施例
1と同様にして触媒で活性化したウレタン発泡体を、硫
酸ニッケル(20g/1)、次亜リン酸(20g/
1)、クエン酸(20g/1)を主成分とする無電解ニ
ッケルめっきを用いてリンを含むニッケルめっきが行な
われた。次いで実施例1と同様に処理を行ない金属多孔
体を作製し、得られた金属多孔体を正極の集電体として
用い電池を作製した。得られた電池をDとする。
【0027】以上、作製した電池A〜Dを40℃にて、
1Cの充放電サイクルテストを行なった結果を図1に示
す。図1から明らかなように、ニッケル中に、リンおよ
びホウ素を含有した金属多孔体を用いる電池は、いずれ
も充放電サイクル特性に優れ、寿命の長いものであっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】作製したアルカリ蓄電池の40℃、1Cの充放
電サイクルテストの結果を示す図である。なお、放電容
量については、初期値を1.0として規格化した値を用
いている。
フロントページの続き (72)発明者 上宮 崇文 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 花房 幸司 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活物質を充填してアルカリ電池用電極を
    形成するための金属多孔体であって、 ニッケルを主成分として少なくともリンおよびホウ素を
    含む合金からなることを特徴とする、アルカリ電池用金
    属多孔体。
  2. 【請求項2】 ニッケルを主成分として少なくともリン
    およびホウ素を含む合金からなる金属多孔体に活物質を
    充填してなることを特徴とする、アルカリ電池用電極。
  3. 【請求項3】 三次元的連続気孔を有する多孔性支持体
    の表面に、次亜リン酸およびホウ素化合物を還元剤とし
    て用いる無電解ニッケルめっきを施して、ニッケルを主
    成分とし少なくともリンおよびホウ素を含むめっき層を
    形成する工程と、 前記多孔性支持体上にさらに電気ニッケルめっきを施す
    工程と、 前記多孔性支持体を熱処理し、ニッケルを主成分として
    少なくともリンおよびホウ素を含む合金からなる金属多
    孔体を得る工程とを備える、アルカリ電池用金属多孔体
    の製造方法。
JP7218461A 1994-08-31 1995-08-28 アルカリ電池用金属多孔体および電極、ならびに該金属多孔体の製造方法 Withdrawn JPH08124572A (ja)

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