JPS5834906B2 - アルカリ電池用鉄電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニッケルー鉄電池、空気−鉄電池などのアル
カリ電池用鉄電極に関し、高容量、長寿命で、しかも低
順な鉄電極を得ることを目的とする。

アルカリ電池用鉄電極の鉄粉末材料は、鉄電極のコスト
はもちろんのこと、放電容量、寿命などに重大な影響を
及ぼし、したがって良好な鉄粉材料を開発することが重
要である。

鉄粉の種類としては、還元鉄粉、カーボニル鉄粉、電解
鉄粉およびアトマイズ鉄粉などがある。

このうち、還元鉄粉については、−・般に有効表面積が
大きく、初放電だけであるが利用率が高いという利点が
ある反面、広く市販されている還元鉄粉は不純物が多い
ので充電され難く、シたがって２サイクル以後の放電容
量が低下するという欠点がある。

またカーボニル鉄粉は高価であり、かなりの性能が得ら
れるにもかかわらず経済的観点から大量には使用できな
い。

アトマイズ鉄粉は最近、主に粉末冶金用に大量に、安価
に生産されるようになったが、一般市販品は粉末粒子が
大きく、さらに不純物も多いことから、電池用粉末とし
ては適していない。

ところが、電解鉄粉については、純度的にもかなりすぐ
れ、工業的に量産されていることもあり比較的安価に入
手できる。

したがって電池用鉄粉としてかなり有望なものであると
いえる。

しかしながら、通常の方法で製作した電解鉄粉は、鉄塩
の水溶液を電解して得た塊状電解鉄をボールミルなどで
機械的に粉砕した鉄粉であり、その粒子は破片状あるい
は比較的丸味を帯びた柱状であり、その大きさは３５０
メツシユを通過した粉末でも約１０〜２０ミクロンと比
較的大きく、さらに粒子表面が平滑であるなどの理由に
より、有効表面積が比較的少なく、このため鉄電極利用
率が低くなるという欠点がある。

この理由として、電解液と直接に接する鉄活物質の実際
の表面が少ないことがあげられる。

したがって利用率をあげるためには、通常の電解鉄粉を
さらに機械的に粉砕すればよいのであるが、３２５メツ
シユ以下の鉄粉を通常の方法でさらに微細化することは
多くの労力を要し、能率の上でも問題が多い。

このように通常の電解鉄粉をさらに超微細化することに
よって利用率を向上させることは難しいといえる。

本発明は、大量に製造されていて、比較的低順な電解鉄
粉を用い、従来困難と考えられていた利用率の向上を図
るものであり、具体的には通常の電解鉄粉のような破片
状あるいは球状と異なった扁平状の電解鉄粉を単独、あ
るいは通常の破片状あるいは柱状の電解鉄粉と混合して
用いることを特徴とする。

ここで扁平状電解鉄粉は、鉄塩の水溶液を液温４０℃程
度において、塊状鉄を得る場合に比較して高い電流密度
１００Ａ／ｄｄ程度で電解することによって得ることが
できる。

この扁平状鉄粉の走査型顕微鏡写真を第１図に示す。

この図より明らかなように、個々の鉄粉粒子形は扁平状
であり、その大きさは１０〜３０ミクロン、厚さは約０
．３ミクロンである。

この鉄粉の特徴は、粉末の見掛密度が小さいことであり
、このことは高利用率化に適した高多孔度の鉄電極を作
るのに好都合である。

したがってこの扁平状電解鉄粉を用いた鉄電極は、高容
量であり、さらにサイクル寿命もすぐれていることが判
明した。

この理由として、すでに示したように、電極の多孔度は
同一でも、この扁平状鉄粉の場合は、粒子間の三次元的
空間は通常の形のものに比べ扁平状となるので、必然的
に鉄電極の有効表面積は増大し、直接に電解液と接する
活物質の割合が増加するので高利用率、高容量となると
推定でできる。

また寿命については、電極全体が均一に作動しているた
めに、低利用率の鉄電極のように、局部的に深い放電が
生じないので、比較的長寿命となると推定できる。

以下本発明を実施例により説明する。

ここに用いた扁平状鉄粉は、東邦亜鉛（株）製であり、
その見掛密度は０．７４ ｒ／ＣＣで、通常の電解鉄粉
の約名である。

また、鉄粉中に含まれている不純物は微量であり、電解
鉄粉としての長所を保持している。

粒度分布については、２００メツシユより粒径の犬なる
もの１．２％、２００〜２５０メツシュ１．８％、２５
０〜３２５メツシュ１９．２％、３２５メツシユより粒
径の小なるもの７７．２ ％であり、とくに微細粒子と
はいえない。

粒子外観は扁平状である。

まず電極の製造法を説明する。

扁平状電解鉄粉単独Ａ１通常の電解鉄粉（破片状）に扁
平状鉄粉を５重量多湿合した混合鉄粉Ｂ１また比較例と
して通常の電解鉄粉単独Ｃの３種について、それぞれカ
ルボキシメチルセルロースの２．５重ｉ％水溶液を適量
混合し、練合してペースト状とした。

ついで所定の間隔のスリットの間を、厚さＱ、 ｌ ｍ
ｍの電極芯材としての鉄製パンチング板とともに通して
芯材に塗着し、乾燥させ、一定の大きさに切断後、８０
０℃の水素気流中に約３０分間保って、焼結した。

その後、再び４８Ｘ５２７ｍｎの大きさに切断し、ニッ
ケル製リード板をスポット溶接して鉄電極とした。

そして、電極の多孔度を電極Ｃと同一にするために、扁
平状鉄粉単独で作った電極Ａの場合には約５０ｋｇ／ｃ
ｒ！の圧力で加圧プレスし、多孔度を６５優とした。

また５係だけ混合した電極Ｂは５ｋｇ／ｃｒ／ｌで加圧
し、他の鉄電極と同じ多孔度とした。

このようにして、最終的な鉄電極の厚さは、３枚とも約
１．０朋とした。

つぎにこれらの鉄電極を用いて鉄−ニッケル電池を組み
立てた。

その構成概略図を第２図に示す。図中１は上記の製造法
によって得た鉄電極、２はその端子、３は厚さ約２．０
ｍａｎの公知の焼結式ニッケル極であり、その放電容
量は鉄電極の約１．５倍である。

４はニッケル極の端子、５はナイロン織布よりなるセパ
レータ、６はポリ塩化ビニル製の電槽、７はか性カリの
２５重量多水溶液からなる電解液である。

このような単電池を上記鉄電極Ａ、Ｂ、Ｃを用いてそれ
ぞれ電池ａ、ｂ、ｃを組み立てた。

ついで鉄電極の放電容量を求めるために、これらの電池
を０．３ Ａの定電流で充放電した。

充電量は放電容量の約１．５倍とし、放電終止電圧は１
．ＯＶとした。

２０サイクル後の放電曲線を第３図に示す。この図より
、本発明による鉄電極を用いた電池ａ。

ｂは、従来例のＣに比べ高い利用率を示している。

この理由は、前に示したように、つぎのように考えられ
る。

扁平状鉄粉は、破片状鉄粉に比べ同一粒子の大きさでも
、有効表面積が大きく、そのため焼結などの成型後も、
電極の有効表面積が大きいことがあげられる。

さらに、この扁平状鉄粉も電解鉄粉の一種であるので、
純度が高いという特徴があり、これも利用率向上に大き
く寄与している。

このように扁平状電解鉄粉はすぐれた特長を有している
ので、これを通常の電解鉄粉に混合して使用することに
より、特性の向上が可能であることがわかった。

そこで、通常の電解鉄粉に扁平状鉄粉を混合する割合に
ついて調べた。

実施例と同様に、各混合割合（重量比）について電池を
試作し、充放電試験をした。

条件はすべて実施例と同一であり一例として、２０サイ
クル後の平均利用率を求めて、第４図に示す。

この図より明らかなように、わずか５多の混合で利用率
は大幅に向上し、それ以上の混合割合でも次第に利用率
は増加の傾向が生じた。

この利用率向上、長寿命化は鉄粉末の形状によるもので
あり、扁平状鉄粉の混入は電池性能の大幅な向上を可能
にするものである。

なお、価格的には、扁平状鉄粉はカーボニル鉄粉より安
価であるが、通常の電解鉄粉に比べや＼高価となるので
、極めて高容量が要求される用途に対しては、これを単
独で用いた電極が適している。

また、通常の用途に対しては、通常の電解鉄粉への混入
で十分であり、混合割合も５〜３０重量φ程度でよい。

なお、比較のために、カーボニル鉄粉のみを用いて製造
した電極の利用率はほぼ電極Ｂと同一であった。

また、このカーボニル鉄粉を電解鉄粉に混合しても、カ
ーボニル鉄粉の見掛密度が大きいので、利用率の向上は
ほとんど認められなかった。

実施例では焼結式電極の例を示したが、本発明はポケッ
ト式電極にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた扁平状電解鉄粉の顕微鏡写真を
示し、第２図は鉄−ニッケル電池の縦断面略図、第３図
は各種鉄電極を用いた電池の利用率を比較した図、第４
図は扁平状電解鉄粉の混合割合と利用率との関係を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電解鉄粉からなり、前記鉄粉の少なくとも５重量％
   が扁平状鉄粉であることを特徴とするアルカリ電池用鉄
   電極。