JPH10334892A - アルカリ蓄電池とその電極の製造法 - Google Patents

アルカリ蓄電池とその電極の製造法

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JPH10334892A
JPH10334892A JP9141961A JP14196197A JPH10334892A JP H10334892 A JPH10334892 A JP H10334892A JP 9141961 A JP9141961 A JP 9141961A JP 14196197 A JP14196197 A JP 14196197A JP H10334892 A JPH10334892 A JP H10334892A
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JP
Japan
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nickel
core material
electrode
conductive core
fibers
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Pending
Application number
JP9141961A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Inagaki
徹 稲垣
Hiroki Takeshima
宏樹 竹島
Kazushige Sugimoto
一茂 杉本
Katsuhiro Okamoto
克博 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の集電性および活物質保持力を改良し
て、大電流での充放電特性および充放電サイクル特性に
優れたアルカリ蓄電池とその電極を提供する。 【解決手段】 金属板または金網等の多孔体からなる導
電性芯材であるパンチングメタル1とこのパンチングメ
タルの両表面から起毛しているニッケル繊維2とが一体
化している基板に活物質を充填した電極で、ニッケル繊
維2は、その先端部分の直径が芯材つけ根部のそれより
も太くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ蓄電池とそ
の電極の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アルカリ蓄電池はその利用機器である通
信機、パーソナルコンピュータなどの携帯化が進むにつ
れて市場規模を拡大してきた。これらの分野においては
最近では軽量かつ高容量な電池への需要が急激に伸びて
いる。また、電動工具、補助動力など大電流での充放電
が必要な用途においても、アルカリ蓄電池の需要は高ま
っている。
【0003】アルカリ蓄電池用電極の製造法は大別し
て、パンチングメタルなどの導電性芯材にニッケル粉末
と増粘剤とを混練したペーストを塗着し、これを焼結し
た基板に活物質を含浸することによって得られる焼結式
と、発泡メタル、ニッケル不織布などの金属多孔体ある
いはパンチングメタル、エキスパンドメタルなどの導電
性芯材に、活物質を含むペーストを充填または塗着して
得られるペースト式とがある。
【0004】本発明の電極に類似したものとして、特開
昭61−293618号公報においては、ステンレス鋼
網に繊維状ニッケルを植毛し、これを圧延して焼結した
基板が提案されている。これは、上述したような焼結式
極板において焼結されたニッケル板の亀裂発生や、板厚
の制御が不可能となる不都合を解決しようとするもので
ある。
【0005】また、特開平8−144153号公報で
は、炭素繊維を含む糸条基布層とこの基布層より起毛し
た植毛部からなる炭素繊維パイル布帛が提案されてい
る。これは、一部の二次電池、特にナトリウム−硫黄電
池の電極導電材(基板)として使用するものであり、ア
ルカリ蓄電池用電極基板としては、適性がなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ペースト式電極の基板
として、活物質の導電性が低いニッケル極では発泡メタ
ルやニッケル不織布などの金属多孔体が使用されてい
る。これらの基板は、基板中央部に導電性芯材が通って
いる焼結式基板と比較して、活物質から電流出入り口で
ある電極端子までの集電経路が長いため大電流での充放
電特性が劣る。また、焼結式基板と比較して基板の空孔
径が大きいため基板強度、活物質の保持力でも劣る。ニ
ッケル極においては充放電を繰り返すと活物質の体積が
大きく変化し、電解液を吸収して極板が膨潤する。その
際、活物質の保持力が低いと、基板と活物質粒子との接
触性が低下しやすく集電能力の劣化が大きい。
【0007】一方、活物質の導電性が比較的高いカドミ
ウム極、水素合金極では基板としてパンチングメタルな
どの二次元の導電性芯材を使用し、さらに導電性を補う
ためにカーボン繊維あるいは金属繊維などの導電材、活
物質保持力を補うための結着剤などを添加した電極が普
及している。しかし、導電材の添加によっても大電流で
充放電する場合には集電能力がなお不足する場合があ
る。
【0008】なお、ニッケル極についても電極製造コス
トの低廉化のため、パンチングメタルなどの二次元の導
電性芯材を使用した電極の検討が従来からなされている
が、適当な導電材、結着剤が得られていないため、大電
流での充放電特性、充放電サイクル寿命特性が劣るた
め、まだ実用化されていない。
【0009】一方、焼結式電極は大電流での電池特性は
ペースト式よりも優れているが、ペースト式で用いられ
ている基板と比べて空孔率が低く、また多孔体の厚みを
厚くすることが困難であるため、単位体積当たりの電池
容量はペースト式のそれよりも低い。さらに焼結式の空
孔径はペースト式のそれより小さいため、必要量の活物
質を充填するためには溶液の含浸を数回くり返す必要が
あるなど、その製法が繁雑であるという課題があった。
【0010】本発明は、このような課題を解決するもの
で、アルカリ蓄電池において従来のペースト式電極と同
等の電池容量を維持するとともに、活物質保持力、集電
性を改善して大電流での充放電特性に優れた電極および
電池を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では金属板または金網等の多孔体からなる導
電性芯材と、この導電性芯材の両表面から起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつこのニッケル繊
維は、先端部分の直径が芯材つけ根部のそれよりも太く
した基板を用いた電極およびこの電極を組み込んだアル
カリ蓄電池を提供するものである。
【0012】また、この電極の製造法は、導電性芯材の
両面に接着剤を塗布してから樹脂繊維を植毛する工程
と、無電解めっきにより導電性芯材および樹脂繊維の表
面にニッケルを被覆する工程と、無電解ニッケル被覆層
の表面にさらに例えば電解めっきにより所望の厚さまで
ニッケルを被覆する工程と、樹脂繊維と接着剤を熱分解
除去し、導電性芯材の表面および樹脂繊維の表面を被覆
しているニッケルと導電性芯材とを焼結して基板とする
工程と、得られた基板に活物質を充填する工程とからな
るものである。
【0013】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、アルカ
リ蓄電池について規定したものであり、正極と負極とセ
パレータとアルカリ電解液とからなるアルカリ蓄電池で
あって、正、負極のうちの少なくとも一方の電極は、導
電性芯材と、この導電性芯材の両表面から起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつこのニッケル繊
維はその先端部分の直径が芯材つけ根部のそれよりも太
くした基板に活物質が充填されているものである。
【0014】請求項2の発明は、ニッケル繊維の形状を
規定したもので、繊維は芯材つけ根部から先端部分に向
かうに従って連続的に太くなっているものである。
【0015】また、請求項3に記載の発明は、電極の製
造法について規定したものである。導電性芯材から起毛
している樹脂繊維にニッケル被覆する方法として、無電
解めっきのみで所望の厚みまでニッケル被覆するとニッ
ケルめっきの厚みは全体的にほぼ均一になる。しかしこ
の場合には、基板中央の導電性芯材からニッケル繊維の
先端部分に向かうに従って基板抵抗が高くなる。
【0016】そこで、無電解めっきにより樹脂繊維に導
電性を付与した後に、電気めっきで所望のめっき厚さま
でニッケルを被覆すると、樹脂繊維の先端部分に向かう
に従って電荷が集中して電流密度が高くなるため、ニッ
ケルめっきの厚みもそれに従い繊維の先端部分に向かう
に従って厚くなる。このような基板を電極に用いると、
電極表面層の基板抵抗は低下して分極が小さくなり、充
放電特性が向上する。また、電極表面層のニッケル繊維
の直径は太く、この部分の機械的強度も高くなり、電極
表面層での活物質保持力も向上するため、電池としての
充放電サイクル特性も改善される。
【0017】
【実施例】
(実施例)厚さ60μm、パンチング孔径1mm、開孔
率42%のニッケルメッキした鉄製パンチングメタルの
両面に、フェノール系接着剤(固形分20%)をその塗
布量が50g/m2になるようにスプレー塗布した。続
いて、接着剤が乾燥する前に直径30μm、長さ2mm
のレーヨン繊維を電極を備えたふるいから振り落としつ
つ、ふるい内の電極とパンチングメタルとの間に70k
Vの電圧を印加してレーヨン繊維を帯電させ、静電吸引
を利用して静電植毛を行った。
【0018】接着剤を硬化させるため120℃で10分
間乾燥させた後、無電解めっきによりレーヨン繊維およ
びパンチングメタルの表面に厚さ0.5μmのニッケル
−リン合金を被覆した。その後、電気めっき用ワット浴
中で電流密度10A/dm2でニッケルめっき重量が3
00g/m2になるように電気ニッケルめっきを施し
た。
【0019】その後、フェノール系接着剤とレーヨン繊
維とを熱分解して除去するために大気中700℃で5分
間の焼成をおこなった。続いて、窒素−水素気流中にお
いて1000℃で焼結をおこない、本発明による基板a
を作製した。
【0020】図1は基板aの拡大模式である。図中1は
ニッケルめっきした鉄製パンチングメタルであり、2は
レーヨン繊維が熱分解して中空になったニッケル繊維を
示している。
【0021】次に得られた基板aを加圧して厚さ1.4
mmに調整した後、所定の位置に5mm四方の金型で厚
さ約0.2mmまで圧縮して活物質が充填されないリー
ド取りつけ部を形成した。
【0022】続いて市販の水酸化ニッケル90部と水酸
化コバルト10部にペースト中の水分率が30%となる
量の水を加えて混練したペーストを基板aに充填し、9
0℃で30分間乾燥した後、加圧して厚さ0.7mmに
調整した。このようにして得られたニッケル電極を幅3
5mm長さ110mmに裁断した。このニッケル電極の
容量は約1600mAhである。そして活物質が充填さ
れていないリード取りつけ部にニッケルリード板をスポ
ット溶接してニッケル正極3とした。
【0023】負極には水素吸蔵合金極を用いた。これは
MmNi3.55Mn0.4Al0.3Co0. 75の組成式の水素吸
蔵合金を粉砕して50μm以下の粉末を用意し、これを
80℃の31%KOH水溶液に1時間入れて、粉末表面
の酸化被膜を取り除く活性化処理を行った。この粉末に
1.5wt%カルボキシメチルセルロース水溶液を加え
たペーストを発泡状ニッケル板に充填し、90℃で30
分間乾燥した後、加圧して厚さ0.4mmに調整した。
その後5wt%フッ素樹脂ディスパージョンでコーティ
ングし、乾燥した後、幅35mm、長さ145mmに裁
断して水素合金極4とした。
【0024】このニッケル電極と水素合金極との間にス
ルホン化処理したポリプロピレン不織布製セパレータ5
を介在させて渦巻状に捲回し、4/5Aサイズの電池ケ
ース6に収納した。その後、比重1.30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
解液を所定量注入し、正極端子を固定した封口板7でケ
ース開口部を封口して図2に示すような密閉型ニッケル
−水素蓄電池を構成した。このようにして本発明の電池
Aを作製した。
【0025】(比較例)厚さ60μm、パンチング孔径
1mm、開孔率42%のニッケルめっきした鉄製パンチ
ングメタルの両面にフェノール系接着剤(固形分20
%)を塗布量が50g/m2になるようにスプレー塗布
した。続いて、接着剤が乾燥する前に、直径30μm、
長さ2mmのレーヨン繊維を電極を備えたふるいから振
り落としつつふるい内の電極とパンチングメタルとの間
に70kVの電圧を印加してレーヨン繊維を帯電させて
静電植毛を行った。
【0026】接着剤を硬化させるため120℃で10分
間乾燥させた後、無電解めっきによりレーヨン繊維およ
びパンチングメタル表面に厚さ約5μm、ニッケルめっ
き重量300g/m2でニッケル−リン合金を被覆し
た。
【0027】その後、フェノール系接着剤とレーヨン繊
維とを除去するために大気中700℃で5分間の焼成を
おこなった。続いて、窒素−水素気流中において100
0℃で焼結を行い、比較のための基板bを作製した。こ
れを用いて実施例と同様な方法により電池Bを作製し
た。
【0028】次に電池A,Bの放電特性を評価した。1
CmAで72分間充電した後、放電電流を0.2Cm
A,1CmA,3CmAとして1.0Vまで放電したと
きのそれぞれの電池の放電容量を(表1)に示す。
【0029】
【表1】
【0030】(表1)の結果に示すように、実施例によ
る電池Aは電池Bに比べて放電容量、放電平均電圧とも
に向上した。
【0031】次に、電池A,Bの各3セルについて、2
0℃で0.5CmAで3時間充電し1CmAで0.9V
まで放電するサイクル寿命試験をおこない、放電容量が
初期容量の60%まで低下したときのサイクル数を(表
2)に示す。
【0032】
【表2】
【0033】(表2)の結果に示すように実施例による
電池Aは電池Bに比較して、充放電サイクル特性が向上
した。これらはいずれもニッケル繊維と活物質との接触
状態集電状態の優劣によると推測できる。
【0034】なお、実施例では本発明の基板をニッケル
極に使用した場合について述べたがカドミウム極、水素
吸蔵合金極に使用した場合についても同様な効果が得ら
れる
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、アルカリ蓄電池および
その電極において、基板の集電性が改善されて充放電特
性が向上するとともに、活物質保持力も改善されるため
充放電サイクル特性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における基板の拡大模式図
【図2】同実施例の電池の断面概略図
【符号の説明】
1 ニッケルメッキした鉄製パンチングメタル 2 ニッケル繊維 3 ニッケル極 4 水素吸蔵合金極 5 セパレータ 6 電池ケース 7 封口板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 克博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極と負極とセパレータとアルカリ電解液
    とからなり、正、負極のうちの少なくとも一方の電極
    は、金属板または金網等の多孔体よりなる導電性芯材と
    前記導電性芯材の両表面から起毛しているニッケル繊維
    とが一体化した基板に活物質を充填したものであって、
    前記ニッケル繊維はその先端部の直径が、芯材つけ根部
    の直径よりも太いものであるアルカリ蓄電池。
  2. 【請求項2】ニッケル繊維の直径は、芯材つけね部から
    先端に向かうに従って連続的に太くなっている請求項1
    記載のアルカリ蓄電池。
  3. 【請求項3】正極と負極とセパレータとアルカリ電解液
    とからなり、正、負極のうちの少なくとも一方の電極
    は、金属板または金網等の多孔体よりなる導電性芯材と
    前記導電性芯材の両表面から垂直方向に起毛しているニ
    ッケル繊維とが一体化した基板に活物質を充填したもの
    であり、前記ニッケル繊維は先端部の直径が芯材つけ根
    部のそれよりも太くなっているものであって、この電極
    は 導電性芯材の両面に接着剤を塗布してから樹脂繊維を植
    毛する工程と、 この導電性芯材の両表面から起毛している樹脂繊維の上
    から接着剤をスプレー塗布する工程と、 無電解めっきにより前記導電性芯材および樹脂繊維の表
    面にニッケルを被覆する工程と、 ニッケル被覆層の表面に、さらに電気めっきによりニッ
    ケルを被覆する工程と、 樹脂繊維と接着剤を熱分解除去し、芯材および樹脂繊維
    の表面を被覆しているニッケルと芯材とを焼結する工程
    と、 得られた基板に、活物質を充填するものであるアルカリ
    蓄電池用電極の製造法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017117713A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用集電体及びリチウムイオン電池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017117713A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用集電体及びリチウムイオン電池

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