JPH0817441A - 空気亜鉛電池用触媒層の製造法 - Google Patents

空気亜鉛電池用触媒層の製造法

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JPH0817441A
JPH0817441A JP6145897A JP14589794A JPH0817441A JP H0817441 A JPH0817441 A JP H0817441A JP 6145897 A JP6145897 A JP 6145897A JP 14589794 A JP14589794 A JP 14589794A JP H0817441 A JPH0817441 A JP H0817441A
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JP
Japan
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kneaded
powder
ptfe resin
grains
particles
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Pending
Application number
JP6145897A
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English (en)
Inventor
Tomoya Watanabe
朋也 渡辺
Toshina Saeki
俊奈 佐伯
Akira Miura
晃 三浦
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PTFE樹脂の繊維化を十分に促進させ、P
TFE樹脂の微細繊維による触媒層構成粒子間の結合力
を向上させて機械的強度に優れるとともに、気−液−固
相の三相界面を良好に保って放電性能に優れた空気亜鉛
電池用触媒層を提供する。 【構成】 炭素系粉末、無機金属酸化物およびポリテト
ラフルオロエチレン樹脂の各粉末を混練する工程と、前
記工程による混練物を乾燥して、金網に擦るようにして
粒度範囲が300〜1200μmとなるように粉砕する
工程と、前記工程による粉砕物に液状潤滑剤を加えて混
練する工程と、前記工程による混練物をローラーで圧延
しシート状に成型する工程とからなる空気亜鉛電池用触
媒層の製造法とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気亜鉛電池の、とくに
その正極に用いる触媒層の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料電池では触媒物質を含有した
導電性物質粉末とポリテトラフルオロエチレン(以下P
TFEとする)樹脂とからなる触媒層が電極として用い
られており、この電極は前記導電性物質粉末とPTFE
樹脂を混合した混合物にアルコール類やグリコール類な
どの液状潤滑剤を添加して混練し、これをシート状に成
型した後、シートを加熱してシート中の液状潤滑剤を揮
発除去することにより作製している。
【0003】また、特開昭63−187574号公報に
はPTFE樹脂と触媒を含有する触媒層と、PTFE樹
脂と無機粉末を含有する層が一体に形成されたものや、
特開平2−177264号公報にはPTFE樹脂と炭素
粉末とからなる層と、PTFE樹脂と非炭素系粉末とか
らなる層が一体に形成されたものが提案されている。ま
た、混練物をスピードミキサーなどの粉砕機で粉砕し、
それを直接金網上に圧着することで強度のある電極を成
型することも知られている。
【0004】ここで、撥水性のあるPTFE樹脂粉末は
触媒粉末や導電性粉末の結着剤として使用されており、
混練の際にPTFE樹脂は液状潤滑剤によって膨潤し、
さらに機械的剪断力により繊維化される。そして、この
PTFE樹脂の微細繊維によって、前記粉末が凝集して
できた小塊状の混練粒子が三次元的に結合されて、触媒
層の機械的強度を高めている。さらに、触媒層シートの
成型後にシートを加熱して液状潤滑剤を揮発除去するこ
とにより、混合した粉末間に微小細孔を多数生じさせ、
酸素ガス、電解液および触媒層とからなる気−液−固層
の三相界面を形成している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒層
を構成する粉末を液状潤滑剤とともに混練した際の機械
的剪断力だけでは、PTFE樹脂粉末の繊維化が進みに
くく、粉末間の結合力が低下していた。
【0006】また、混練時にできた小塊状の混練粒子の
大きさは大小様々にばらついており、これにともなって
PTFE樹脂の微細繊維の長さも長短様々にばらつくの
で、PTFE樹脂微細繊維どうしのからみ状態は弱くな
って、前記粒子間の微細繊維による結合状態も弱くなっ
ていた。
【0007】さらに、前記小塊状の混練粒子の粒径のバ
ラツキが大きいと、ローラーでの圧延時に粒径の大きい
混練粒子に応力が過剰に加わるため、混練粒子中でのP
TFE樹脂の繊維化にムラが生じ、結果として触媒層の
機械的強度が低下していた。また、スピードミキサーで
粉砕すると、混練粒子の粒径が小さくなり、これに含ま
れるPTFE樹脂の微細繊維の長さも短くなっているの
で、触媒層構成粒子のPTFE樹脂微細繊維による結合
数が減少して触媒層の強度が低下していた。本発明はこ
のような課題を解決するものであり、PTFE樹脂の微
細繊維による触媒層構成粒子間の結合力を向上させて機
械的強度に優れるとともに、気−液−固相の三相界面を
良好に保って放電性能に優れた空気亜鉛電池用触媒層を
提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の空気亜鉛電池用触媒層の製造法は、炭素系
粉末、無機金属酸化物およびポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂の各粉末を混合する工程と、前記工程で得られた
混合物にアルコールを加えて混練し、粒径が2000〜
10000μmの混練粒子を得る工程と、前記混練粒子
を乾燥させ、これを金網に擦るようにして粒径300〜
1200μmの粒子に粉砕する工程と、前記工程で得ら
れた粉砕物にアルコールを加えて混練する工程と、前記
工程で得られた混練物ローラーで圧延しシート状に成型
する工程とからなるものである。
【0009】
【作用】従来の方法のようなスピードミキサーによる粉
砕は、液状潤滑剤により混練合剤中に繊維化したPTF
E樹脂繊維を短く切断するため、シートを作製してもそ
の機械的強度は小さい。
【0010】そこで本発明では、炭素系粉末、無機金属
酸化物およびPTFE樹脂の各粉末からなる触媒層構成
粉末にアルコールを加えて混練(1次混練)し、粒径を
2000〜10000μmとした混練粒子を得た後、こ
の混練粒子を乾燥して金網に擦るようにして粒径300
〜1200μmに粉砕し、さらに液状潤滑剤を加えてこ
れらを混練(2次混練)している。ある程度の目開きを
もった金網に擦るように粉砕することによって、混練合
剤中のPTFE樹脂に剪断応力が加わり、繊維化する作
用が大きくなる。また、粉砕により混練粒子の粒径のバ
ラツキは低減されるので、2次混練時やローラー圧延時
には各粒子に応力が均一に加わり、これらの粒子中のP
TFE樹脂粉末の繊維化も均一に進む。そして、適当に
繊維化されたPTFE樹脂微細繊維が絡み合うことによ
って、触媒層構成粒子間が強く結合されることとなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明の
空気亜鉛電池用触媒層を以下に示す。
【0012】まず、炭素系粉末46.5重量%、マンガ
ン酸化物粉末46.5重量%、PTFE樹脂粉末7重量
%とを混合し、この混合物にエタノールを加えて混練
(1次混練)して粒径5000μmの混練粒子からなる
混練物を得た。前記混合物とエタノールの比率は重量比
で1:1.5とした。 (実施例)上記混練物を110℃で24時間乾燥した
後、金網に擦るようにして粉砕し、混練粒子の粒径が3
00〜1200μmの範囲になるようにした。なお、こ
こでは金網の目開きが0.3,0.5,1.0,1.
4,1.7,2.0mmのものを用いた。さらに、これ
らの混練粒子にエタノールを添加し、混練(2次混練)
して正極合剤を得た。ついで、各正極合剤を2本ローラ
ーで圧延し、厚み0.5mmの触媒層シートを作製し
た。 (従来例)前述の実施例のうち、混練物を金網に擦るよ
うにして粉砕しないで、スピードミキサーにより粉砕
し、混練粒子の粒径が300〜1200μmの範囲にな
るようにしたものについてシートを作製した。
【0013】そして、これらの方法で作製した各々10
枚のシートの機械的強度として引張強度と電池性能の指
標となる電流特性の初度特性、および60℃10日間ゲ
ル状亜鉛負極上にセパレータを介して放置したものの保
存性能を調べた。
【0014】ここで、電流特性の測定方法は、半電池試
験セルを用い、触媒層シートの片側をネット状の集電体
に一定圧力で圧着し、触媒層側を濃度40重量%のKO
H水溶液に浸し、集電体層側を空気にさらして、参照電
極にはHg/HgOを、対極には白金を用いて行った。
また、測定電流値は空気亜鉛電池の電池電圧で0.9V
に相当する電位である−200mVでの単位面積当たり
の電流値とした。
【0015】この結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示したように、従来例のスピードミ
キサーにより粉砕する方法の場合、特に、引張強度の測
定値は小さく、バラツキは大きくなっている。また、乾
燥合剤を目開きが0.5〜1.7mmの金網に擦るよう
に粉砕する方法を施した場合、触媒層シートの引張強度
およびシートの電流特性を高めることができた。しか
し、目開きが0.3mm、2.0mmの金網によるもの
は、0.5〜1.7mmのものに比べ引張強度の測定値
は小さく、バラツキは大きくなっている。これは金網の
目開きが0.3mmの場合、粉砕合剤の粒径が小さくな
り、合剤中のPTFE樹脂切断されて繊維が短くなり、
炭素系粉末、無機金属酸化物間でのPTFE樹脂微細繊
維による触媒層構成粒子間の結合力が低下し、シート強
度が低下したと考えられる。また、目開きが2.0mm
では粉砕合剤に粒径の大きなものも存在し、合剤の粒径
の大小はローラーでの圧延時に、合剤粒子に加わる圧力
が一様でなく、シート内に密度のムラが生じ、炭素系粉
末、無機金属酸化物およびPTFE樹脂の結着力が低下
あるいは結着力の高低の分布が生じる。シート内にこの
ようなムラが生じることにより、引張強度のバラツキが
大きくなったと考えられる。
【0018】電流特性について初度の特性を比較する
と、金網に乾燥合剤を擦るように粉砕する方法を施すと
特性が向上することがわかる。また、60℃10日保存
後の保存性能を比較してみると、目開きが0.3mmの
金網によるものは、0.5〜1.7mmのものに比べ電
流値は小さく、特にバラツキは大きくなっている。60
℃に保存することは目開きが0.3mmの場合、粉砕合
剤の粒径が小さくなり、合剤中のPTFE樹脂が切断さ
れて繊維が短くなり、炭素系粉末、無機金属酸化物間で
のPTFE樹脂微細繊維による触媒層構成粒子間の結合
力が低下したためと考えられる。また、目開きが2.0
mmのものは、電流値は0.5〜1.7mmのものと同
等であるが、バラツキが1番大きくなっている。これは
粉砕合剤に粒径の大きなものも存在し、合剤の粒径の大
小はローラーでの圧延時に合剤粒子に加わる圧力が一様
でなく、シート内に密度のムラが生じ、炭素系粉末、無
機金属酸化物およびPTFE樹脂の結着力が低下あるい
は結着力の高低の分布が生じる。シート内にこのような
ムラが生じることにより、電流特性のバラツキが大きく
なったと考えられる。すなわち、結着力が低下すると特
に高温保存においては三相界面に必要な細孔径を有する
分布であったものが、保存中に炭素系粉末、無機金属酸
化物およびポリテトラフルオロエチレン樹脂間に緩みが
生じ、細孔分布が変化し、三相界面に有用であった適度
な径の細孔数が減少し、触媒層中の三相界面のバランス
が崩れ、かつ電解液の浸透による反応ガスの閉塞などに
より、保存性能が劣化すると考えられる。
【0019】
【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明の空気亜鉛電池用触媒層の製造法は、炭素系
粉末、無機金属酸化物およびPTFE樹脂の各粉末を混
合する工程と、前記工程で得られる混合物にアルコール
を加えて混練し、粒径が2000〜10000μmの混
練粒子を得る工程と、前記混練粒子を乾燥させ、これを
金網に擦るようにして粒径300〜1200μmの粒子
に粉砕する工程と、前記工程で得られる粉砕物に液状潤
滑剤を加えて混練する工程と、混練物をローラーで圧延
しシート状に成型する工程とからなるものであり、合剤
を粉砕する際、金網に合剤を擦るようにして粉砕するこ
とで、PTFE樹脂の繊維を短く切断する作用よりも繊
維化する作用が支配的となり、ある程度の長さのPTF
E樹脂の繊維を残存させ、粉砕合剤をローラーでシート
状に成型する際、PTFE樹脂粉末を均一に、かつ十分
に繊維化することができ、PTFE樹脂の微細繊維によ
る触媒層構成粒子間の結合力を向上させることができ
る。
【0020】したがって、機械的強度が向上するととも
に、気−液−固相の三相界面を良好に保って放電性能に
優れた空気亜鉛電池用触媒層を提供することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素系粉末、無機金属酸化物およびポリ
    テトラフルオロエチレン樹脂の各粉末を混合する工程
    と、前記工程で得られる混合物にアルコールを加えて混
    練し、粒径が2000〜10000μmの混練粒子を得
    る工程と、前記混練粒子を乾燥させ、これを金網に擦る
    ようにして粒径300〜1200μmの粒子に粉砕する
    工程と、前記工程で得られた粉砕物にアルコールを加え
    て混練する工程と、前記工程で得られた混練物をローラ
    ーで圧延しシート状に成型する工程とからなる空気亜鉛
    電池用触媒層の製造法。
  2. 【請求項2】 金網の目開きが0.5〜1.7mmであ
    ることを特徴とする請求項1記載の空気亜鉛電池用触媒
    層の製造法。
JP6145897A 1994-06-28 1994-06-28 空気亜鉛電池用触媒層の製造法 Pending JPH0817441A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116130808A (zh) * 2023-02-09 2023-05-16 宁夏宝丰昱能科技有限公司 一种复合极片及其制备方法和二次电池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116130808A (zh) * 2023-02-09 2023-05-16 宁夏宝丰昱能科技有限公司 一种复合极片及其制备方法和二次电池

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