JPH1083819A - 電極用多孔質金属基材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加圧成形時の格子部の切断を防止することで、
電池の出力特性を向上させる。 【解決手段】長粒形状の造孔材を長手方向がそれぞれ略
平行になるように集積し、それに導電性金属の無電解メ
ッキを施した後、造孔材を消失させる。空孔１の周囲の
格子部２は、加圧成形時の加圧方向に略平行な方向の長
さが他の方向の長さより短いため、格子部２の切断が防
止され電池の出力特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル・カドミ
ウム蓄電池やＮｉ−ＭＨ蓄電池などの電極の基材として
用いられる多孔質金属基材とその製造方法に関する。本
発明の電極用多孔質金属基材は、その空孔に活物質が充
填された後、加圧成形されてから用いられる。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池は、信頼性が高いこと、
小型軽量化及び高容量化が可能であることなどの理由に
より、各種ポータブル機器や産業用の電源として広く用
いられている。そしてアルカリ蓄電池の正極には、主と
して水酸化ニッケルからなる活物質をもつ水酸化ニッケ
ル電極が用いられている。

【０００３】この水酸化ニッケル電極は、多孔質金属基
材を硝酸ニッケルなどの酸性ニッケル塩の水溶液中に浸
漬し、次いでアルカリ水溶液中に浸漬する方法で製造さ
れている。この方法は、一般に浸漬法と称されている。
この製造方法によれば、多孔質金属基材の空孔中に含浸
したニッケル塩が、アルカリと接触することで水酸化ニ
ッケルが生成し、活物質を多孔質金属基材の空孔中に充
填することが可能となる。

【０００４】しかし上記浸漬法では、一度の処理で活物
質を充填することが困難であるため、所望の容量とする
には上記処理を何度か繰り返す必要がある。そこで活物
質の充填方法の別の方法として、水酸化ニッケルを主と
する活物質材料を結着剤とともに多孔質金属基材に物理
的に充填する方法が知られている。この方法は、ペース
ト充填法と称され、上記浸漬法に比べ多くの活物質を空
孔中に簡単に充填でき、高容量の電極を容易に製造する
ことができる。

【０００５】ところで、多孔質金属基材に活物質を充填
しただけでは、多孔質金属基材と活物質との電気的接触
が不十分となる場合がある。そのため、特開昭５７−３
４６６８号公報や特開平２−２６２２４５号公報には、
活物質が充填された多孔質金属基材を加圧成形し、活物
質と多孔質金属基材との接触を高めるとともに、活物質
の充填密度を向上させて高容量化を図ることが開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが多孔質金属基
材は、細かい格子部が集まった三次元網目構造をなして
空隙率が高いため、その格子部の強度が低く加圧成形時
に格子部が切断される場合があった。このように三次元
ネットワーク構造の一部でも切断されると、内部抵抗が
上昇して電池の出力特性が低下するという不具合があ
る。また、集電ネットワークが切断されることで、活物
質からの集電効率が低下し、活物質の利用率の低下も発
生する。

【０００７】また格子部が切断されると、活物質の保持
力が低下し、電池反応による電極の膨張・収縮の応力に
より活物質が脱落し易くなり、電池寿命が低下するとい
う問題もある。本発明はこのような事情に鑑みてなされ
たものであり、加圧成形時の格子部の切断を防止するこ
とで、電池の出力特性を向上させ、電池寿命の延命化を
図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載の電極用多孔質金属基材の特徴は、格子部に
よって区画された空孔をもち空孔に活物質を充填後加圧
成形することにより電極として用いられる三次元網目構
造の多孔質金属基材であって、格子部は加圧成形時の加
圧方向に略平行な方向の長さを他の方向の長さより短く
されたことにある。

【０００９】また上記多孔質金属基材を容易に製造でき
る請求項２に記載の電極用多孔質金属基材の製造方法の
特徴は、長粒形状の造孔材を長手方向がそれぞれ略平行
になるように集積して集積体とする工程と、集積体に導
電性金属の無電解メッキを施して造孔材の表面及び造孔
材どうしの界面にメッキ層を形成する工程と、無電解メ
ッキされた集積体から造孔材を消失させる工程と、から
なることにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の多孔質金属基材
では、格子部は加圧成形時の加圧方向に略平行な方向の
長さが他の方向の長さより短くされている。したがっ
て、活物質充填後の加圧成形時に加圧されると、その圧
力は短い格子部で受けられて短い格子部が変形する。短
い格子部は、他の格子部より短くされているためモーメ
ントが小さくなり、加圧成形時に切断されるのが防止さ
れる。

【００１１】またペースト充填法にて活物質を多孔質金
属基材に充填する場合には、空孔の長手方向にペースト
を塗布すれば、空孔開口部が長く活物質が空孔内に入り
やすくなるため作業性が向上する作用も奏される。そし
て請求項２に記載の多孔質金属基材の製造方法では、先
ず長粒形状の造孔材を長手方向がそれぞれ平行になるよ
うに集積して集積体が形成される。予め長粒形状に形成
された造孔材を用いてもよいし、例えば球状や立方体形
状の造孔材を集積時に加圧することにより変形させて長
粒形状とすることもできる。なお長粒形状とは、直方体
形状、円柱形状、紡錘形状あるいは扁平形状などの形状
をいい、その長手方向がそれぞれ平行になるように積層
する。

【００１２】次に集積体に導電性金属の無電解メッキが
施され、造孔材の表面及び造孔材どうしの界面にメッキ
層が形成される。造孔材は集積されているので、造孔材
粒子表面に形成されたメッキ層は互いに造孔材どうしの
界面で連結され、格子状のメッキ層が形成される。そし
て無電解メッキされた集積体から造孔材が消失される
と、残ったメッキ層は三次元網目構造となり、造孔材の
存在していた部分が空孔となるとともに、空孔の周囲が
格子部となる。これにより空孔は造孔材の形状が転写さ
れた長粒形状をなし、それぞれの空孔は長手方向がそれ
ぞれ平行に並んで積層形成されている。

【００１３】したがって活物質を充填後、空孔の長手方
向と垂直方向から加圧すれば、空孔周囲の短い格子部の
延びる方向と略平行方向に加圧することとなり、格子部
の切断が防止される。造孔材としては、有機質の焼失性
のもの、無機質の可溶性のもの、あるいは昇華性のもの
など、所定手段で消失するものであれば制限なく用いる
ことができる。

【００１４】メッキ層を形成する金属の種類としては、
ニッケルが一般的である。なお、この造孔材の集積密度
を調整することで、得られる多孔質金属基材の空隙率を
制御することができる。また造孔材を消失後にさらに電
気メッキなどを行えば、多孔質金属基材の格子部を太く
することができ、その強度を向上させることができるた
め、加圧成形時の切断が一層防止される。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）図１に本実施例の多孔質金属基材の要部斜
視図を示す。この多孔質金属基材はニッケルからなり、
長粒状の空孔１と、空孔周囲に形成された格子部２とを
有する三次元網目構造をなしている。

【００１６】以下、この多孔質金属基材の製造方法を説
明する。平均粒径５００〜６００μｍの球状の発泡ウレ
タン粒子３を用意し、図２に示すように上型４０及び下
型４１からなる所定の金型内に充填した後、加熱しなが
ら一方から加圧して、図３に示すように厚さ１ｍｍ程度
のウレタンシート３０を形成した。得られたウレタンシ
ート３０の空隙率は２〜３％であり、発泡ウレタン粒子
３はそれぞれ紡錘形状に変形して、ウレタンシート３０
の厚さ方向に対して直角方向にそれぞれ平行に並んで配
向した状態で集積されている。

【００１７】次に、このウレタンシートを硫酸ニッケル
水溶液中に浸漬し、還元剤としての次亜リン酸ナトリウ
ムを加えて１〜２時間処理することにより、無電解メッ
キにてニッケルメッキ層５を形成した。図４に示すよう
に、ニッケルメッキ層５はウレタンシート３０の表面の
みならず、発泡ウレタン粒子３の表面及び発泡ウレタン
粒子３どうしの界面にも形成され、全体として格子状に
形成された。

【００１８】ニッケルメッキ層５をもつウレタンシート
３０を、大気中にて加熱してた。これにより発泡ウレタ
ン粒子３が焼失し、図５に示すようにニッケルメッキ層
５のみからなる多孔質金属基材が得られた。ただしニッ
ケルメッキ層５のみでは肉厚がきわめて薄く強度に不足
しているため、さらに電気メッキにてニッケルをメッキ
し、網目を構成する格子部２の厚さが数μｍのニッケル
からなる三次元網目構造のシート状多孔質金属基材を得
た。

【００１９】この図１及び図５に示す多孔質金属基材
は、無数の空孔１をもつ三次元網目構造をなし、それぞ
れの空孔１はウレタンシート３０を構成していた発泡ウ
レタン粒子３と同一の紡錘形状をなしている。またそれ
ぞれの空孔１は、長手方向が厚さ方向に対して垂直に配
向され、空孔１の周囲の格子部２のうち短い格子部２０
がそれぞれ厚さ方向に平行に延びている。

【００２０】したがって、この多孔質金属基材に活物質
を充填し、厚さ方向に加圧成形すれば、加圧力は短い格
子部２０を変形させ、多孔質金属基材の厚さ方向に空孔
１を圧縮する。短い格子部２０は従来に比べて長さが短
いので、加圧力によるモーメントが小さくてすみ、切断
が防止される。これにより得られるニッケル電極を用い
た電池では、内部抵抗の上昇が防止され、出力特性の低
下が防止される。また、活物質の保持力の低下も防止さ
れるので、電池反応による電極の膨張・収縮の応力によ
る活物質の脱落が防止され、電池寿命を長くすることが
可能となる。

【００２１】（実施例２）本実施例では、円柱形状の発
泡ウレタン粒子を用い、型内に充填後加圧せずに加熱の
みでウレタンシートを形成したこと以外は実施例１と同
様にして、多孔質金属基材を製造した。本実施例で得ら
れた多孔質金属基材には円柱形状の空孔が形成され、そ
の空隙率は実施例１に比べて高かった。つまり、ウレタ
ンシート中の発泡ウレタン粒子の充填密度を調整するこ
とで、多孔質金属基材の空隙率を調整することができ
る。

【００２２】また空孔は、長手方向が厚さ方向に対して
垂直に配向され、空孔の周囲のニッケル格子のうち短い
格子部がそれぞれ厚さ方向に平行に延びていた。したが
って、この多孔質金属基材を電池の電極に用いれば、実
施例１と同様の作用効果が奏される。

【００２３】

【発明の効果】すなわち本発明の電極用多孔質金属基材
によれば、活物質充填後の加圧成形時に空孔周囲の格子
の切断が防止される。したがって、得られた電極を用い
た電池では、内部抵抗の上昇が防止され出力特性の低下
が防止される。そして集電ネットワークの切断が防止さ
れることで、活物質からの集電効率の低下が防止され、
活物質の利用率が向上する。さらに、活物質の保持力の
低下も防止されるので、電池反応による電極の膨張・収
縮の応力による活物質の脱落が防止され、電池寿命を長
くすることが可能となる。

【００２４】また本発明の電極用多孔質金属基材の製造
方法によれば、格子の短い部分が厚さ方向に配向した上
記の多孔質金属基材を容易に、かつ確実に製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の多孔質金属基材の要部斜視
図である。

【図２】本発明の一実施例においてウレタンシートを製
造する前の金型の状態を示す説明断面図である。

【図３】本発明の一実施例においてウレタンシートを製
造した直後の金型の状態を示す説明断面図である。

【図４】本発明の一実施例において製造されたニッケル
メッキ層をもつウレタンシートの要部拡大断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例における多孔質金属基材の断
面図である。

【符号の説明】

１：空孔 ２：格子部 ３：発泡ウ
レタン粒子（造孔材） ５：ニッケルメッキ層 ２０：短い格
子部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格子部によって区画された空孔をもち該
   空孔に活物質を充填後加圧成形することにより電極とし
   て用いられる三次元網目構造の多孔質金属基材であっ
   て、 前記格子部は前記加圧成形時の加圧方向に略平行な方向
   の長さを他の方向の長さより短くされたことを特徴とす
   る電極用多孔質金属基材。
2. 【請求項２】 長粒形状の造孔材を長手方向がそれぞれ
   略平行になるように集積して集積体とする工程と、 該集積体に導電性金属の無電解メッキを施して該造孔材
   の表面及び該造孔材どうしの界面にメッキ層を形成する
   工程と、 無電解メッキされた該集積体から該造孔材を消失させる
   工程と、からなることを特徴とする電極用多孔質金属基
   材の製造方法。