JPH0982334A - 電池用電極基板 - Google Patents

電池用電極基板

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JPH0982334A
JPH0982334A JP7230313A JP23031395A JPH0982334A JP H0982334 A JPH0982334 A JP H0982334A JP 7230313 A JP7230313 A JP 7230313A JP 23031395 A JP23031395 A JP 23031395A JP H0982334 A JPH0982334 A JP H0982334A
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JP
Japan
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battery
electrode substrate
porous body
metal
skeleton
Prior art date
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Pending
Application number
JP7230313A
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English (en)
Inventor
Kenichi Watanabe
渡辺  賢一
Keizo Harada
敬三 原田
Seisaku Yamanaka
正策 山中
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries 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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池用極板の活物質保持性を向上させ、特に
アルカリ二次電池に好適な電極基板を提供する。 【解決手段】 電池用集電体として用いる活物質保持体
を形成する電池用電極基板において、三次元網状構造を
有する金属多孔体から構成され、かつ金属多孔体を構成
する骨格表面に凹凸があることを特徴とし、多孔体の比
表面積S(m2/m3)と1インチ当たりの気孔数N(個
/インチ)の間に式(1)で表される関係があることを
特徴とする電池用電極基板である。 S≧160×N−300……(1)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル−カドミウ
ム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池など
のアルカリ二次電池などに用いる電極基板に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の電源として使われる蓄電池として
鉛蓄電池とアルカリ蓄電池がある。このうちアルカリ蓄
電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能などの理
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。このアルカリ蓄電池におい
て、負極としてはカドミウムの他に亜鉛、鉄、水素など
が対象となっている。しかし正極としては一部空気極や
酸化銀極なども取り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代わって特性
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。しかし通常の粉末焼結式では基板の気孔率を8
5%以上にすると強度が大幅に低下するので活物質の充
填に限界があり、したがって電池としての高容量化に限
界がある。そこで90%以上のような一層高気孔率の基
板として焼結基板に代えて発泡状基板や繊維状基板が取
り上げられ実用化されている。このような高気孔率を有
する金属多孔体基板の製造方法としては、特開昭57−
174484号公報に開示されているメッキ法によるも
のと、特公昭38−17554号公報等に開示されてい
る焼結法によるものがある。メッキ法ではウレタンフォ
ームなどの発泡樹脂の骨格表面にカーボン粉末等を塗着
することにより導電化処理を行い、その上に電気メッキ
法によりNiを電析させ、その後発泡樹脂及びカーボン
を消失させ、金属多孔体を得るという方法である。一
方、焼結法ではスラリー化した金属粉末をウレタンフォ
ームなどの発泡樹脂の骨格表面に含浸塗布し、その後加
熱することにより金属粉末を焼結している。これ等の方
法を用いた金属多孔体として、Ni金属よりなる「セル
メット」〔商品名:住友電気工業(株)製〕が既に市販
されており、アルカリ二次電池用極板として使用されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に示したとお
り金属多孔体を電池用極板として適用することにより、
電池の高容量化に果たした寄与は大きい。しかしなが
ら、これらのアルカリ電池では充放電過程で正極活物質
が膨張するため、一部で極板からの活物質の脱落が生
じ、徐々に電池容量が低下する原因となる。本発明は、
こうした実情の下に極板の活物質保持性を向上させ、と
くにアルカリ二次電池に好適な電極基板を提供すること
を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、特定の金属多孔体からなる電極基板により上記
課題を達成できることを見出し、本発明に至った。本発
明は電池用集電体として用いる活物質保持体を形成する
電池用電極基板において、三次元網目構造を有する金属
多孔体から構成され、かつ金属多孔体を構成する骨格表
面に凹凸がある金属多孔体を用いる。本発明の構造によ
れば、三次元網目構造であることに加えて、骨格表面の
凹凸により、活物質の保持力が向上し、活物質の脱落を
抑制することが可能になる。さらには骨格表面の凹凸に
より、比表面積が増加し、活物質の利用効率が向上し、
電池のさらなる高容量化が可能となる。特に多孔体の比
表面積S(m2/m3)と1インチ当たりの気孔数N(個
/インチ)の間にS≧160×N−300の関係がある
場合に有効であることを見出した。
【0005】
【発明の実施の形態】本構造を得る方法としては、従来
技術に示した焼結法が有効である。特に本発明において
は、熱処理条件により金属粉末同士の結合程度を制御
し、一部に金属粉末の形状を残すことで所望の比表面積
を得ることが重要である。さらには上記金属のアルカリ
電解液に対する耐食性が無い場合は、上記方法により骨
格内部を形成した後、電気メッキによりNi及びNi合
金表面層を設け、2層構造とすることによりこの問題を
解決することができる。金属多孔体の骨格内部にFeを
用いた場合、Feが安価であることから安価な電池用極
板を提供することが可能となる。さらにCuを用いた場
合、安価材料であることに加えて、電気抵抗が低いこと
から極板の低抵抗化が可能となり電池の高性能化が可能
となる。
【0006】また、多孔性樹脂芯体としては代表的には
ポリウレタン発泡樹脂を用いる。他に樹脂繊維からなる
織布及び不織布を用いることもできる。表1は前記式
(1)と下記の実施例並びに比較例との関係を示す一覧
表で、図1はそれをグラフ化したものであり、比較例に
用いたNi多孔体は各セル数に対して図中斜線を施した
範囲の比表面積をもつ。
【0007】
【表1】
【0008】
【実施例】
実施例1 平均粒径6μmのNi粉末に重量%でそれぞれ、アクリ
ル樹脂10%、カルボキシルメチルセルロース2%、水
38%を配合し、5時間混合してNiスラリーを作製し
た。厚さ3.0mmの1インチ当たりの気孔数の異なる
ポリウレタンフォームにNi粉末スラリーを含浸させ、
絞りロールにて過剰含浸塗着分を除去した。室温中1時
間放置して乾燥させた後、この塗着物を水素気流中で3
0℃/分の昇温速度で1100℃まで昇温し、1100
℃にて10分間熱処理を行った。スラリーの付着量は、
熱処理後の各多孔体の面密度が550g/m2となるよ
うに調整した。
【0009】この温度領域では完全にNiの液相が出現
することがないために、一部でNi粉末の形状をとどめ
ており、骨格表面に凹凸のある金属多孔体が得られた。
得られた金属多孔体の比表面積を、同じ気孔数で骨格表
面の凹凸の少ない、Niメッキにより作製した面密度5
50g/m2のNi多孔体〔住友電気工業(株)製セル
メット〕を比較例として表2に示す。いずれの場合も式
(1)で与えられる関係を満足しており、各気孔数で比
較例に対して比表面積が増加している。
【0010】
【表2】
【0011】実施例2 平均粒径45μmのFe粉末にそれぞれ重量%で、アク
リル樹脂10%、カルボキシルメチルセルロース2%、
水38%を配合し、5時間混合してFeスラリーを作製
した。厚さ3.0mmの1インチ当たりの気孔数の異な
るポリウレタンフォームにFe粉末スラリーを含浸さ
せ、絞りロールにて過剰含浸塗着分を除去した。室温中
1時間放置して乾燥させた後、この塗着物を水素気流中
で30℃/分の昇温速度で1250℃まで昇温し、12
50℃にて10分間熱処理を行った。スラリーの付着量
は、熱処理後の各多孔体の面密度が450g/m2とな
るように調整した。
【0012】この温度領域では完全にFeの液相が出現
することがないために、一部でFe粉末の形状をとどめ
ており、骨格表面に凹凸のある金属多孔体が得られた。
ついでこの金属多孔体に電気Niメッキ用ワット浴中で
電流密度10A/dm2でNiメッキを100g/m2
った。得られた金属多孔体の比表面積を、同じ気孔数で
骨格表面の凹凸の少ない、Niメッキにより作製した面
密度550g/m2のNi多孔体〔住友電気工業(株)
製セルメット〕を比較例として表3に示す。電気メッキ
によりFe骨格表面の凹凸が緩和される方向にはあった
が、いずれの場合も式(1)で与えられる関係を満足し
ており、各気孔数で比較例に対して比表面積が増加して
いる。
【0013】
【表3】
【0014】実施例3 平均粒径10μmのCu粉末にそれぞれ重量%で、アク
リル樹脂10%、カルボキシルメチルセルロース2%、
水38%を配合し、5時間混合してCuスラリーを作製
した。厚さ3.0mmの1インチ当たりの気孔数の異な
るポリウレタンフォームにCu粉末スラリーを含浸さ
せ、絞りロールにて過剰含浸塗着分を除去した。室温中
1時間放置して乾燥させた後、この塗着物を水素気流中
で30℃/分の昇温速度で850℃まで昇温し、850
℃にて10分間熱処理を行った。スラリーの付着量は、
熱処理後の各多孔体の面密度が450g/m2となるよ
うに調整した。
【0015】この温度領域では完全にCuの液相が出現
することがないために、一部でCu粉末の形状をとどめ
ており、骨格表面に凹凸のある金属多孔体が得られた。
ついでこの金属多孔体に電気Niメッキ用ワット浴中で
電流密度10A/dm2でNiメッキを100g/m2
った。得られた金属多孔体の比表面積を、同じ気孔数で
骨格表面の凹凸の少ない、Niメッキにより作製した面
密度550g/m2のNi多孔体〔住友電気工業(株)
製セルメット〕を比較例として表4に示す。電気メッキ
によりCu骨格表面の凹凸が緩和される方向にはあった
が、いずれの場合も式(1)で与えられる関係を満足し
ており、各気孔数で比較例に対して比表面積が増加して
いる。
【0016】
【表4】
【0017】実施例4 実施例1〜3で示したサンプルのうち、1インチ当たり
の気孔数が50のサンプルC,F,Jおよび実施例1〜
3に比較例として示したNi多孔体〔住友電気工業
(株)製セルメット〕をサンプルKとし、これらを電池
用極板として150mm×120mmのサイズに切断加
工を行い、それぞれ集電体としてNi−水素二次電池の
正極を以下の手順で製造した。水酸化ニッケルを主とす
る活物質ペーストを金属多孔体にプレス充填した後、平
滑化し、その後120℃で1時間乾燥し、得られた極板
を1トン/cm2の圧力で加圧して厚さ0.7mmに調
整した。
【0018】この正極10枚と負極として公知のMmN
i(ミッシュメタルニッケル)系水素吸蔵合金極10
枚、親水処理ポリプロピレン不織布セパレータを用いて
角型密閉形Ni−水素電池を構成した。電解液として比
重1.25の苛性カリ水溶液に25g/lの水酸化リチ
ウムを溶解して用いた。以上の手順で得られた電池を金
属多孔体サンプルC,F,JおよびKに対応してそれぞ
れ、C−B、F−B、J−BおよびK−Bとする。各電
池の放電電流10Aと150Aの際の放電電圧と容量を
調べた。また寿命試験として、10A放電において50
0サイクル後の容量維持率を評価した。結果を表5に示
す。
【0019】
【表5】
【0020】この結果から明らかなように、本発明の極
板による電池が比較例に対して容量が増加しており、ま
た500サイクル後の容量維持率も向上しており、優れ
た電池特性を示す。特に金属多孔体の骨格内部をCuと
した場合には、極板の低抵抗化により優れた電池特性を
示す。また500サイクル後電池を分解して活物質の保
持状態を調べたところ、比較例の極板ではわずかに極板
からの活物質の脱落が認められたが、本発明の極板では
認められず、活物質の保持力が向上している。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば比表面積が大きく、アル
カリ二次電池に適用された場合、活物質の保持性が高い
電池用極板が実現でき、電池の高容量かつ高寿命化が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】セル数と比表面積との関係を示すグラフであ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池用集電体として用いる活物質保持体
    を形成する電池用電極基板において、三次元網目構造を
    有する金属多孔体から構成され、かつ金属多孔体を構成
    する骨格表面に凹凸があることを特徴とし、多孔体の比
    表面積S(m2/m3)と1インチ当たりの気孔数N(個
    /インチ)の間に式(1)で表される関係があることを
    特徴とする電池用電極基板。 S≧160×N−300……(1)
  2. 【請求項2】 金属多孔体がNiおよびNi合金から形
    成されることを特徴とする請求項1に記載の電池用電極
    基板。
  3. 【請求項3】 金属多孔体の骨格が骨格内部の金属とN
    iまたはNi合金の表面部からなる2層構造により形成
    されていることを特徴とする請求項1に記載の電池用電
    極基板。
  4. 【請求項4】 金属多孔体の骨格内部の金属がFe,C
    uであることを特徴とする請求項3に記載の電池用電極
    基板。
JP7230313A 1995-09-07 1995-09-07 電池用電極基板 Pending JPH0982334A (ja)

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JP7230313A JPH0982334A (ja) 1995-09-07 1995-09-07 電池用電極基板

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010180789A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Sumitomo Electric Ind Ltd ガス分解素子
JP2015153648A (ja) * 2014-02-17 2015-08-24 富山住友電工株式会社 金属多孔体およびその製造方法、電極板および電池

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010180789A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Sumitomo Electric Ind Ltd ガス分解素子
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