JPS5832210Y2 - 円筒形アルカリ蓄電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高多孔度のスポンジ状ニッケル多孔体に活物
質を充填した円桂状ニッケル正極を用いた高容量、長寿
命の円筒形アルカリ蓄電池に関する。

現在製造されているニッケル極は、ニッケル粉末の焼結
体に活物質塩溶液を含浸し活物質に転化する焼結式、釦
よび金属多孔板を加工し袋状にした中に活物質を充填し
たポケット式が主である。

また他に、活物質を主とする粉末を孔あき板やエキスパ
ンデッドメタル等を芯材にして結着剤で固める非焼結式
ニッケル極がある。

しかし、この電極は、現在では、前二方式に対して電極
特性上の長所に乏しくわずかに一次電池用等に応用がみ
られる程度である。

円筒形アルカリ電池にチヘいては、利用率、高率放電等
に長所を有する焼結式ニッケル極が、捲回も容易である
ということからほぼ全面的に使用されているのが現状で
ある。

しかし、最近進歩を続ける各種電子機器の電源に、・」
＼型かつ高容量の蓄電池が要望されることが多くなり、
電力消費が、さほど大きくない場合には、現在の円節形
アルカリ電池はど高率放電を必要としないことがある。

このため対向面積を減らすこと、つまり電極自体を肉厚
にすることも一方法であるが、さらに高容量をはかるた
めには、正極もしくは負極を円柱状にする方法が考えら
れている。

これは一般の二酸化マンガン−亜鉛−次電池の陽極合剤
に用いられている方法である。

また以前、ニッケル極に釦いてもこういった円柱形電極
が検討されたが、前述の焼結式電極は、焼結体を適当な
多孔度を保ったまま均一な円柱形にすることが困難であ
り、ポケット式では、ポケットとなる金属多孔板の占め
る体積が、とくに・」・型の電極に釦いて大きくなり、
活物質を高密度に充填しにくい。

これに比べて、非焼結式ニッケル極が最も高密度にでき
、また成型も容易である。

しかし結着剤で電極形状に固めた電極であるから、とく
に利用率や放電時での電圧低下等に問題があり、長寿命
にもなりがたい。

ところが最近になって、スポンジ伏金属多孔体が製作さ
れるようになり、しかもその多孔体中の球状空間径がｌ
ＯＯ００ミフロン〜リまで任意に制御できるので、その
連続した球状空間中に活物質ペーストを充填した電極が
検討されている。

この電極の特徴は、活物質充填方法として、非焼結式や
ポケット式電極に類似した簡単な方法を採用することが
できる上に、電極特性として焼結式に近い特注にまであ
げ得ることである。

それは電極全体に三次元に広がる堅固なニッケル金属骨
格が存在するため、集電能トよび電極強度にすぐれ、活
物質を固める結着剤は極端に少量で済むからであり、利
用率、高率放電特性が焼結式にさほど劣らない電極がで
きるのである。

この電極を円柱形にする場合、活物質を充填した角柱状
ブロックを加圧成型して円桂状にするだけで良く、また
複数枚のブロックを重ねて加圧成型して円桂状にしても
、スポンジ伏金属芯材同志のからみ合いでその形状を比
較的強固にできる。

このような成型方法で電極全体の活物質充填密度が、５
００ｍＡｈ／ｃｃ、程度まで可能で、通常の非焼結式や
ポケット式よりはるかに大きな値である。

つまりスポンジ伏ニッケル多孔体に活物質を充填する方
法では、成型が比較的容易で、目的とする高密度充填が
可能であり、しかも電解液を豊富に用いた通常の電池構
成のもとでは電極特性は比較的良好であることがわかっ
た。

しかし、実際この電極を用いて密閉型の円筒形アルカリ
蓄電池を製作してみると、電解液を豊富に用いた場合に
比べて、放電利用率が低い。

この原因は密閉型電池の場合、負極のガス吸収作用を妨
げないように少量の電解液を注入しているので、ニッケ
ル極の深部まで電解液が浸透するのが困難なことによる
と考えられる。

そこで、本考案は、スポンジ伏ニッケル多孔体に活物質
粉末を充填した円桂状ニッケル正極の中心部に含液材を
設けることによって、ニッケル正極の利用率を向上し、
高容量で長寿命の円筒形アルカリ蓄電池を提供するもの
である。

すなわち本考案の円筒形アルカリ蓄電池は、前記のよう
に中心部に含液材を設けた円桂状ニッケル正極の周囲に
、セパレータを介して負極を配置し、これらを円筒形の
密閉容器に封入したものである。

本考案によれば、正極の中心部に設けた含液材が電解液
を保有し、充放電時に釦ける電極深部の液不足を解消す
るので、正極の利用率が大きく向上し、前記ニッケル正
極の特徴を充分発揮することができる。

含液材は正極の下端に露出させて、セパレータと接触さ
せるのが好ましい。

この含液材には耐アルカリ性を有するポリアミド、ポリ
プロピレン、ポリエチレン等の多孔性の布あるいは不織
布を用いるのが好ましく、これを配することにより、充
填容量はその分だけ低下するが、逆に利用率は約８０％
から約９０％に大きく向上するので、結果としては電極
の放電量は向上する。

つぎに具体的な例をのべる。

多孔度９６％、平均球伏空間径約２００□クロン、ニッ
ケル骨格平均径４５ミクロン、厚さ５闘、幅１０ｍｍ、
長さ３６ｍｖｔのスポンジ伏ニッケル多孔体を用いる。

この多孔体に水酸化ニッケル８５重量饅、ニッケル金属
粉末１０重量★、コバルト金属粉末５ 重量φの混合粉
末とカルボキシメチルセルロースのＯ０５重量多水溶液
とを練合したペーストを充填し、半乾燥後、この電極基
体２枚の間に厚さ約１ｍｍ、幅約２闘、長さ約３０闘の
ポリアミド系不織布の含液材を、中心部にかつ一端が電
極の外に出るようにして、挾んで約４００ｋｇ／Ｃｒｒ
１２の圧力で加圧成型する。

その際加圧成型に用いる金型は、上下型とも半円柱状に
くり抜き加工したものを使用し、成型後直径７朋、長さ
３６朋の円柱伏戒型体を得る。

さらに電極全体をフッ素樹脂微粉末の水性懸濁液（Ｗｉ
脂脂分２量量婦に浸漬処理する。

上記のニッケル電極をペースト式カドミウム負極と組み
合わせて第１図のような単３形アルカリ蓄電池を構成し
た。

図にトいて、１は上記の円柱状ニッケル正極で、第２図
のように活物質を充填したスポンジ伏ニッケル多孔体２
と、その中心部に配した含液材３とからなる。

４は多孔体の芯材を示す。

５は正極１をセパレータ６を介して包囲したカドミウム
負極、Ｔは絶縁板、８は負極端子を兼ねた金にケースで
ある。

９は封目板、１０はガスケット、１１はゴム弁、１２は
封目板に溶着した正極端子キャップで、これらによりケ
ース８の開口部は密封されているが、電池内圧が一定値
以上に上昇すると、ガスはゴム弁を押圧して封口板の透
孔１３、封口板９とキャップ１２との溶着部のＦＡ間を
通って外部に逸散する。

なお１４は負極とケースとを接続したリード片、１５は
正極と封目板とを接続したリード片である。

上記構成の本考案の電池をＡとする。

また比較例として、正極の含液材３を除いた他はＡと全
く同構成の電池をＢ、芯材を中央にしてその周囲に活物
質を結着剤で固めた非焼結式電極を用いた電池をＣ，微
孔を有する金属袋に活物質を充填したポケット式正極を
用いた電池なり、汎用の焼結式ニッケル正極とカドミウ
ム負極とをセパレータを介してうす巻き吠に巻回した単
３形電池をＥとする。

これらの電池各２０１固を、７０ ｍ Ａで２０時間充
電し、１００ｍＡで放電する操作を繰り返したときの放
電容量（平均値）の変化を第３図に示す。

図から明らかなように、電池Ａは放電容量にトいてはど
の電池よりも優れ、寿命に釦いては、焼結式電極を用い
た電池Ｅと変わらないことがわかる。

これは、容量にトいては、ニッケル極を円柱構造とした
ので、捲回型より充填容量は大きなものが得られること
は当然である。

そして非焼結式やポケット式より大きいのは、結着剤が
少量で良く、ポケット伏の金属板を使用する必要がない
ので実効体積が大きく、しかも高多孔度（約９７％）の
スポンジ伏金属骨格を使用し、加圧成型により約５００
ｍＡｈ／ｃｃ近くまで充填が可能であり、集電能が良好
で、利用率が高いためと考えられる。

また中心部に含液性の樹脂多孔体を配していることによ
り、中心部の活物質にも電解液が行きわたり、電極反応
に関係するようになったからである。

また寿命に釦いても浸れているのは、堅固なスポンジ伏
ニッケル骨格が電極の変形を防止し、変形や活物質の脱
落による微短絡を防いでいるためである。

以上のように、本考案によれば、・Ｊ＼型、高容量で長
寿命のアルカリ蓄電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示すニッケルーカドミウム電
池の縦断面図、第２図はその正極の要部を欠截した斜視
図、第３図は各種電池の充放電に伴う放電容量の変化を
示す。 １・・・正極、２・・・多孔体、３・・・含液材、５・
・・負極、６・・・セパレータ、８・・・ケース、９・
・・封目板。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） 三次元的に連続したスポンジ状ニッケル多孔
   体に活物質粉末を充填するとともに中心部に含液材を設
   けた円柱状のニッケル正極と、前記正極の周囲にセパレ
   ータを介して配した負極とアルカリ電解液とを円筒形の
   密閉容器に封入してなる円筒形アルカリ蓄電池。
2. （２）前記正極が２岡の電極片を含液材を中心にして加
   圧成型により一体に構成された実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の円筒形アルカリ蓄電池。
3. （３）＠記音液材が、正極下端に露出し、前記セパレー
   タと接触している実用新案登録請求の範囲第１項または
   第２項記載の円筒形アルカリ蓄電池。