JPH10334895A

JPH10334895A - アルカリ蓄電池とその電極の製造法

Info

Publication number: JPH10334895A
Application number: JP9141964A
Authority: JP
Inventors: Toru Inagaki; 徹稲垣; Hiroki Takeshima; 宏樹竹島; Kazushige Sugimoto; 一茂杉本; Katsuhiro Okamoto; 克博岡本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

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、充放電特性および充放電サイクル特性に優れたアル
カリ蓄電池を提供する。【解決手段】金属板またはネット等の多孔性素材から
なる導電性芯材１と、その両表面より起毛しているニッ
ケル繊維とが一体化している基板に活物質を充填した電
極であり、電極内においてニッケル繊維は長い繊維２と
短い繊維３が混在しているものである。

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
が必要とされる用途においても、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、発泡メタルや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】本発明に類似したものとしては、先に公開
された特開昭６１−２９３６１８号公報において、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基板の亀
裂発生や、基板厚みの制御が不可能となるといった不都
合を解決するものである。

【０００５】また、特開平８−１４４１５３号公報で
は、炭素繊維を含む糸条からなる基布層と基布層より起
毛した立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、二次電池、特にナトリウム−硫黄電池の
電極導電材（基板）として使用することをねらいとした
ものであり、アルカリ蓄電池用基板としては不向きなも
のであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ペースト式電極の基板
としては、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口とし
ての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総じて基板
の空孔径が大きいため基板強度や活物質の保持力も劣
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、水素吸蔵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粉末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してい
た。

【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、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】焼結式電極は大電流での充放電特性はペー
スト式より優れているが、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
ースト式より低い。さらに焼結式基板の空孔径はペース
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製法
が繁雑であるという課題もある。

【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
機能が改善された、優れた充放電特性とサイクル寿命特
性をもった電極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ネット等の多孔性素材から
なる導電性芯材と、この芯材の両表面より起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつニッケル繊維の
長さが異なるものが混在している基板を用いた電極とこ
れを用いた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長さの異なるものが混在さ
せてある樹脂繊維を静電植毛工法などにより植毛する工
程と、導電性芯材および樹脂繊維の表面に例えば無電解
メッキや電気メッキによって所望の厚みまでニッケルを
被覆する工程と、次いで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表面を被覆してい
るニッケルと芯材とを焼結する工程から得られた基板
に、基板厚みを一定にするためプレスして厚みを調整し
た後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より起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつニッケル繊維の
長さの異なるものが混在している基板に活物質が充填さ
れているものである。

【００１４】樹脂繊維の長さは最長の繊維と最短の繊維
との長さの比が１より大きく３以下が良好である。繊維
長さの比が３より大きい場合は、植毛繊維相互間の距離
が不均一になるため、導電骨格となるニッケル繊維の植
毛密度もばらつき、集電が不均一になるため好ましくな
い。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、この電極
の製造法について規定したものである。

【００１６】樹脂繊維は静電気を利用した静電植毛工法
によって、接着剤が塗布されているパンチングメタルな
どの導電性芯材表面に、ほぼ当間隔をおいて直立した構
造に植毛される。その間隔は繊維の長さ、直径によって
規制され、繊維長さが短くなるほど、直径が細くなるほ
ど狭くなる。この植毛間隔が狭くなるにともないニッケ
ル被覆後に形成されるニッケル繊維の密度も高まって活
物質から基板までの集電経路が短くなるため、電極とし
ての充放電特性が向上する。

【００１７】集電性の改良のため、ニッケル繊維の長さ
を電極厚みの半分程度まで短くしたときには、電極内に
おいてニッケル繊維の大部分は直線状あるいは軽く湾曲
した状態で存在するため、活物質保持力に劣る。そこ
で、これより長い繊維を混合して植毛した基板を作製
し、基板厚みを一定にするためプレスをした後、活物質
を充填して電極を作製した場合、電極表面層において長
い繊維が折れ曲がり、この長い繊維どうしあるいは長い
繊維と短い繊維が絡みあう構造となるため、電極の活物
質保持力が改善されて、活物質の膨潤の影響も抑制でき
るため、充放電のサイクル寿命特性が向上する。

【００１８】また、導電性芯材の斜めや平行方向にも繊
維が位置して集電経路が存在し、活物質と基板との接触
性も向上するため、基板全体としての抵抗が低減して充
放電特性がさらに向上する。

【００１９】

【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で塗布した。
続いて、接着剤が乾燥する前に、直径１０μｍ、長さ１
ｍｍのレーヨン繊維８０重量部と直径１５μｍ、長さ２
ｍｍのレーヨン繊維２０重量部とを混合して電極を備え
たふるいに装入し、このふるいからこのレーヨン繊維を
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。

【００２０】次いで接着剤を硬化させるため１２０℃で
１０分間乾燥させた後、無電解メッキによりレーヨン繊
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、電気メッキ用ワ
ット浴中で電流密度１０Ａ／ｄｍ²でニッケルメッキ重
量が３００ｇ／ｍ²になるように電気ニッケルメッキを
施した。

【００２１】この後、先の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で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℃でパンチングメタルとニッケル繊
維の焼結を行い、本発明による基板ａを作製した。この
基板の厚みは約１．５ｍｍである。

【００２２】図１はこの基板ａの拡大概略図である。図
中１はニッケルメッキした鉄製パンチングメタルであ
り、２は長さの長いレーヨン繊維が熱分解して中空とな
ったニッケル繊維であり、３は長さの短いニッケル繊維
を示している。

【００２３】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
ド取付部分を形成した。

【００２４】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
されていない所定の位置にニッケルリード板をスポット
溶接してニッケル極４とした。

【００２５】負極には水素吸蔵合金極を用いた。これは
ＭｍＮｉ_3.55Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3Ｃｏ_0. ₇₅からなる組成の水
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、合金
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％の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１４
５ｍｍに裁断して水素合金極５とした。

【００２６】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製不織布セパレータ６
を介在させて渦巻状に捲回し、４／５Ａサイズの電池ケ
ース７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８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。

【００２７】（比較例）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
ーで塗布した。続いて、接着剤が乾燥する前に、直径１
０μｍ、長さ１ｍｍのレーヨン繊維を電極を備えたふる
いに装入し、この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。以
下、実施例と同様にして比較のための基板ｂを作製し
た。これを用いて実施例と同様にして電池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】（表１）の結果に示すように、実施例による電池Ａは電
池Ｂに比較して集電機能の向上により放電容量、放電平
均電圧ともに若干向上した。

【００３０】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０．９
Ｖまで放電するサイクル寿命試験を行い、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。

【００３１】

【表２】（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、充放電サイクル寿命特性が大幅に向上し
た。これは活物質の保持力と集電機能が良好であること
による。

【００３２】なお、実施例では導電性芯材にパンチング
メタルを使用したが、開孔部のない金属板、金網、エキ
スパンドメタルなどを使用しても同様な効果が得られ
る。樹脂繊維についてもレーヨン繊維以外にアクリル、
ナイロンなどの樹脂繊維を使用してもよい。

【００３３】また、実施例では植毛型基板をニッケル極
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。

【００３４】

【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、電極としての活物質
保持力が改善されるため、充放電特性、充放電の繰り返
し寿命特性が向上する。

【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】同実施例における電池の断面概略図

【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長いニッケル繊維３短いニッケル繊維４ニッケル極５水素吸蔵合金極６セパレータ７電池ケース８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

【特許請求の範囲】

【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、金属板またはネット等の多孔性素材からなる導電性
芯材と、この導電性芯材の両表面より起毛しているニッ
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、電極内において前記ニッケル繊維の長さが異な
るものが混在しているアルカリ蓄電池。
【請求項２】ニッケル繊維の長さは、最長の繊維と最短
の繊維との長さの比率が１より大きく３以下である請求
項１記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】長さの長いニッケル繊維は、電極の表層部
分で折り曲がっている請求項１記載のアルカリ蓄電池。
【請求項４】長さの長いニッケル繊維は、電極の表層部
分で相互にまたは長さの短いニッケル繊維と絡みあって
いる請求項１記載のアルカリ蓄電池。
【請求項５】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、金属板またはネット等の多孔性素材からなる導電性
芯材と、この導電性芯材の両表面より起毛しているニッ
ケル繊維とが一体化し、かつニッケル繊維の大部分はそ
の先端近傍で複数本ずつ結合している基板に活物質を充
填したものであり、この電極は、前記導電性芯材の両面に接着剤を塗布してから、長さの
異なるものが混在した樹脂繊維を植毛する工程と、次い
で前記導電性芯材および樹脂繊維の表面を所望の厚みの
ニッケルで被覆する工程と、前記樹脂繊維と接着剤を熱
分解除去し、前記導電性芯材および樹脂繊維の表面を被
覆しているニッケルと前記導電性芯材とを焼結する工程
とより得た基板に、基板厚みを一定にするためにプレス
して厚みを調整した後に活物質を充填して得られたもの
であるアルカリ蓄電池用電極の製造法。