JPS5834902B2 - 電池用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスポンジ状金属多孔体を芯材に用いた電池用電
極に関するもので、スポンジ状金属多孔体中の連続した
球状空間を方向性を有する略紡錘形空間とし、かつ活物
質を充填したスポンジ状金属多孔体を略紡錘形空間の長
径方向と直角方向に捲回して電極を構成することにより
、捲回方向の伸びに対し、スポンジ状金属多孔体の格子
に余裕をもたせて、亀裂、切断を防１［するようにした
ものである。

近年、各種電子機器、特に携帯用機器、玩具、非常灯の
電源として円筒型密閉電池が注目され、しかも最近では
省エネルギーの観点から高容量、低コストの二次電池の
要望が高くなっている。

この円筒型二次電池での中でも最近は鉛電池が各所で開
発されているが、現在主流をなすのはアルカリ電池であ
り、その正極は焼結式、負極は焼結式または孔あき板や
スクリーンを芯材にしたペースト式電極が一般に用いら
れている。

しかし、これにおいてはオキシ水酸化ニッケルよりなる
正極活物質の結着力が乏しいので、その電極の強度、寿
命を増加させるために、正極活物質を金属の焼結体の内
部に入れておく必要がある。

また一般にカドミウム、亜鉛、鉄等が使用される負極の
場合も。

前述したペースト式を使用することができるが、焼結式
の方が余分な結着剤等を含まないため、性能的には優れ
ている。

しかし、前述した高容量、低コスト電池の要望に沿った
方向としては、ペースト式の方ｆ）Ｓ優れている。

すなわち、製造工程上。焼結式の場合は活物質塩溶液の
含浸−転化を繰り返したり、活物質塩を含む溶液中で電
気化学的な方法で活物質を焼結体内部に充填する必要が
あるが、ペースト式の場合は、結着剤などとともに孔あ
き板やスクリーンに活物質粉末を主とするペーストを塗
着させるだけでよく、工程が簡単で、しかも高容量とす
ることが可能である。

しかし、このペースト式電極は、正極においては、利用
率、寿命、電極性能が焼結式よりかなり劣っている。

最近になってスポンジ状金属多孔体が製作されるように
なり、このスポンジ状金属多孔体はその孔径をｌＯＯ０
０ミフロン〜リと自由に変えることができ、かつ活物質
ペーストを直接充填することが可能である。

また電極寿命や特性も焼結式に近いものができるように
なった。

ところが、このスポンジ状金属多孔体は電極を構成する
ために円筒状に捲回する際に亀裂が発生した場合、他の
方式の電極のように電極中に丈夫な孔あき板やスクリー
ンがないため、その亀裂がそのまま電極の切断になる危
険性がある。

本発明は上記の問題点を解消するためになされたもので
、以下、本発明をその実施例を示す図面にもとづいて説
明する。

第１図は通常のスポンジ状金属多孔体１を示したもので
、このスポンジ状金属多孔体１は内部に三次元的に連続
した球状空間２を有し、かつ格子状に構成されており、
前記球状空間２内に斜線で示すように活物質３が充填さ
れる。

第２図は本発明の一実施例におけるスポンジ状金属多孔
体４を示したもので、このスポンジ状金属多孔体４は多
数の孔５を有し、かつこの孔５の大部分が一方向に向い
た長径と短径を有する略紡錘形空間をなす三次元構造と
している。

このように多数の孔５の大部分を一方向に向いた略紡錘
形空間とした場合、電極を構成するためにスポンジ状金
属多孔体４を円筒状に捲回する際、特に外周にかかる伸
びに対し、略紡錘形空間の長径方向はきわめて強度が弱
く、容易に切断されるが。

短径方向に捲回すると、外周にかかる伸びに対し、略紡
錘形が球状に近くなるだけで切断にきわめて強いことが
わかった。

また活物質を充填した後でも同様であることがわかった
。

前記スポンジ状金属多孔体４を構成する場合は。

まずポリウレタンの長い帯状のスポンジ板に、メッキ前
処理を施し、その後電解槽の中を順次通してメッキを行
ない、かつ空気中で焙焼して樹脂を除去した後、焼結し
て製作される。

またこの焙焼、焼結は高温中で行なわれるため、この連
結工程にかかるテンションが、スポンジ状金属多孔体４
を引き伸ばした形になり、その結果テンションの強弱に
応じて、スポンジ状金属多孔体４内の球状空間が短径方
向と長径方向の長さの比が異なる略紡錘形空間となる。

そしてこの略紡錘形空間の長径方向と短径方向の長さは
通常長径の方向の方が短径方向より５〜３０φ長くなっ
ている。

したがってこのようにして製作された帯状のスポンジ状
金属多孔体４を円筒状に捲回して電極を構成する場合は
、スポンジ状金属多孔体４を略紡錘形空間の長径方向と
直角方向に捲回するようにしたものである。

次に具体的な実施例としてニッケル極について述べる。

まず略紡錘形空間の長径方向と短径方向の長さの比が１
．Ｌ〜１．２の範囲で、厚さ１．５朋、幅が約ｔｓｏｍ
ｉ、多孔度９６φの帯状をなすスポンジ状金属多孔体に
、水酸化ニッケル８５重量係ニッケル粉末１０重量φ、
コバルト粉末５重量φから構成されるペースト状活物質
を充填し、そして乾燥させた後、加圧成形を行なって厚
さが約１ｍｍとなるようにし、そして帯状の長辺方向と
直角に３．３ｍｍ幅に切断し、厚さ約１朋、幅３．８朋
、長さ約ｔ５ｏｍｍの電極板を得る。

これに電極リードを取り付け、その後通常のカドミウム
極とセパレータを介して捲回することにより、単二の円
筒型アルカリ電池を製作する。

なお、上記実施例においては、単二の円筒型アルカリ電
池のニッケル極について述べたが、上記構造の電極は単
一あるいは学三にも適用することができる。

また電極としては、ニッケル極に限らず、二酸化マンガ
ン、カドミニウム、亜鉛、鉄。

鉛等にも適用することができる。

次に上記実施例で示した第二型のニッケルーカドミウム
電池と、多数の孔が通常の球状空間をなすスポンジ状ニ
ッケル多孔体を用いて製作した第二型の焼結式のニッケ
ルーカドミウム電池をそれぞれ２０個用意してその性能
を比較して見ると、後者の場合は、２０個のうち、５個
が容量が低くそのうち２個は４００ ｍｋ放電で約２．
４Ａｈ、残りの３個は４００ｍＡ放電で２．０〜２．２
Ａｈであった。

これに対し前者の場合は、後者の１５個と同様２０個全
部が４００ｍＡ放電で約２．６Ａｈの容量を確保した。

また前者と後者のそれぞれ２０個のうちから１０個づつ
を取り出し、ｌＡで完全放電し、２００７７ＺＡで１５
時間充電するという充放電サイクルを数百回繰り返して
電池寿命を調べた結果、第３図に示すように前者のニッ
ケルーカドミウム電池Ａの場合は、６００サイクル経て
も異常はなく、後者の焼結式ニッケル極を用いた電池Ｂ
と同等以上の寿命を確保することができた。

また後者のニッケル極を用いた電池Ｂの場合は、５００
サイクルで１０個中３個の容量低下が見られた。

上記実症例から明らかなように本発明によれば、多数の
孔の大部分が一方向に向いた長径と短径を有する略紡錘
形空間をなし、かつ活物質を充填した三次元構造のスポ
ンジ状金属多孔体を備え、このスポンジ状金属多孔体を
略紡錘形空間の長径方向と直角方向に捲回して電極を構
成するようにしているため、捲回特における亀裂、切断
ということはなくなり、その結果この電極を用いること
により、従来の焼結式電極を用いた電池に比較して、高
容量、低コストの電池を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常のスポンジ状金属多孔体を示す図、第２図
は本発明の一実施例におけるスポンジ状金属多孔体を示
す図、第３図は本発明の電極を用いた電池と従来の電極
を用いた電池の性能比較を示すグラフである。 ４・・・・・・スポンジ状金属多孔体、５・・・・・・
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の孔の大部分が一方向に向いた長径と短径を有
   する略紡錘形空間をなし、かつ活物質を充填した三次元
   構造のスポンジ状金属多孔体を備え、このスポンジ状金
   属多孔体を略紡錘形空間の長径方向と直角方向に捲回し
   て構成した電池用電極・２ 前記スポンジ状金属多孔体
   を長尺帯状に構成した特許請求の範囲第１項記載の電池
   用電極。 ３ 前記スポンジ状金属多孔体の略紡錘形空間の長径方
   向の長さを短径方向の長さに比べて５〜３０％長くした
   特許請求の範囲第１項記載の電池用電極。 ４ 前記スポンジ状金属多孔体の略紡錘形空間の長径方
   向の長さを１００〜５００ミクロンとした特許請求の範
   囲第１項記載の電池用電極。