JPS5931831B2 - 円柱状電極の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 各種のポータブル電源、非常灯等比較的小容量の電池に
は円柱状の電池がよく用いられている。

単一、単二、単三、サブｃ等と呼称されているこれら円
柱状の電池は、主に製法が容易であり、取扱いも簡単で
あることが普及している原因である。このような円柱状
電池の電池構成法としては、ルクランシエ乾電池に代表
されるような円柱状の陽極の周囲に円筒状の陰極（この
場合は電槽ケースそのもの）あるいは、インサイドアウ
トと呼ばれるその逆の構成と、もう一つはニッケル−カ
ドミウムアルカリ電池に代表される板状の陽極と陰極を
セパレータを介してうず巻状に捲回したものである。そ
の他には、中央に位置する電極ほど幅を大きくとつて陽
極ど陰極をセパレータを介してタンザク状に組上げる方
法もある。これらのうち極板および組立ての製造上もつ
とも容易なのは乾電池に用いられている方式である。他
の方法は性能の上では好ましいが、製法は複雑である。
しかしアルカリ電池や鉛電池等の二次電池を円柱状にし
た電池においては、ほとんどこの板状極板が採用されて
いる。その主な理由はもちろん性能上であるが、その他
にも極板の製造上、円柱状にすることが困難であること
があげられる。本発明はとくにアルカリ電池の改良に関
するものであるので、アルカリ電池とくにその主流であ
るニッケル−カドミウム電池について詳述する。

アルカリ電池の極板としては焼結式、ポケット式、それ
に活物質を結着剤とともに芯材に塗着した非焼結式と呼
ばれるものの３通りがある。まず焼結式であるが、この
極板は板状には容易に製造できるが、円柱状にすると金
属粉末が焼結時に収縮して成型が困難であるとともに高
多孔度にもなりがたく、また内部にまで均一に活物質が
入りに゛くい。

したがつて板状極板をうず巻状に捲何したものよりも容
量、電圧とも大幅に劣化してしまう。一方、非焼結式極
板では、エキスパンデツドメタル、孔あき板等に活物質
を結着剤でかためて塗着しているので、これも板状では
一応用いられるが、円柱状に成型したものでは、結着剤
の量が多いので内部の利用率が極端に低下し、焼結式に
比べてもともと性能の上で劣るものが円柱状にすること
により劣化の度合がさらに顕著になつてしまう。ポケツ
ト式においてはポケツトとなる金属部の体積が小型の電
池では大きな割合を占めて充填量も充分でないうえに、
特性も非焼結式と同様な問題がある。本発明は、このよ
うに従来は円柱状極板にすることにより極端に性能が低
下していたものを、製法が簡単でしかも性能の低下がそ
れほどない円柱状電極の製造法を提供するものである。

すなわち、三次元的につながつた金属スポンジ状多孔体
を芯材とし、この中に活性物質を主とする粉末を充填し
たのち、規格の寸法に切断してそれらを２体以上重ね合
わせて円柱状に加圧一体化することを特徴とする。スポ
ンジ状金属多孔体は、多孔度、孔径とも焼結体に比べて
はるかに大きくできるので、活物質の粉末を例えばペー
スト状にして容易に充填することができ、しかも充填さ
れた活物質は、多孔体を加圧する際、三次元的に連続す
る空間部内を移動しうるので、多孔体を加圧変形させて
も、活物質充填密度をほぼ均等にできるのである。本発
明者等は以前、前記のスポンジ状金属多孔体に活物質を
充てんした少なくとも後の円柱の直径以上の厚さをもつ
柱状の電極基体を加圧成型によつて円柱状に成型する方
法を提案した。本発明では、このような厚さの厚い板状
、つまり角柱状より活物質の充てんが容易で、しかも内
部まで均一充填がさらに容易である板状のスポンジ状金
属多孔体に活物質を充てんして、これを重ね合わせて加
圧一体化することにより、充分円柱状を形成する強度を
有することを見出し、これを適応して板状の電極基体を
重ね合わせて加圧により円柱状電極に成型しようとする
ものである。つまり２枚あるいはそれ以上の板を重ねて
円柱状にしても、接合部の強度が小さい場合にはばらば
らになつてしまうが、高多孔材のスポンジ状金属同志の
場合は、加圧時にからみ合いを生じて接合部の強度が強
く、通常の円柱状電極としての取扱いや電池内での使用
に充分耐えるのである。なおその強度を、さらに増加す
る必要がある場合は、接合部に結着性の樹脂粉末を配し
た状態で加圧一体化することが好ましい。以下本発明の
実施例を説明する。

実施例 １ 多孔度約９７％、平均孔径約２００ミクロン、厚さ５１
１のニツケル製スポンジ状多孔体に、水酸化ニツケルを
主とし、これに導電材のニツケル粉末、添加剤のコバル
ト粉末、結着剤としてカルボキシメチルセルロースを加
えたペーストを充填し、長さ３６１ｍ１幅１０ｍｍ１こ
切断する。

第１図は、こうして得られた電極片１を示すもので、２
はスポンジ状金属多孔体の骨格、３は活物質を主とする
粉末を表す。

次にこの電極片２枚を重ね合わせ、半円を形成した型２
枚の間に挟んで、約４００Ｋｆ／Ｃ７ｌＬの圧力で加圧
成型して直径７ｍ７１Ｌ１長さ３６ｍＴ１Ｌの円柱に一
体化する。

第２図は得られた円柱状電極４を示し、５は各電極片の
多孔体芯材のからみ合い部分を表す。実施例 ２ 実施例１において活物質を充填して切断したのち、樹脂
分約３重量％のフツ素樹脂懸濁液に含浸し、半乾燥状態
で実施例１と同様に約４００Ｋｆ／ｄの圧力で加圧成型
して直径７詣、長さ３６１１の円柱に一体化する。

以上の実施例では、活物質として水酸化ニツケルを用い
たニツケル電極について述べたが、他の陽極、つまり活
物質として二酸化マンガン、酸化銀、鉛、また陰極、つ
まり活物質としてカドミウム、亜鉛、鉛等を用いても全
く同様な効果が期待できる。

また上記実施例では電極の成型方法を述べたが、重ね合
わせて加圧する際、電極リードを介して加圧一体化する
と、リードの接続も容易である。なお第１図に示す各々
の電極片１を、それぞれ加圧成型したのち加圧一体化し
た場合は、第２図４で示すような芯材のからみ合いがほ
とんどないが、ペーストを充てんしたのち、重ね合わせ
て加圧一体化を行なつたときにはこのからみ合いにより
、結着強度が増加する。

これはすでに述べたようにペーストを充填してもスボン
ジ状芯材が加圧により変形する際、互いに接触している
基体の表面の芯材同志がからんで上記現象が生じるもの
と考えられる。この際、芯材自体は金属であり強度が高
いものであるから、接合部がはなれることがないのが、
電極基体にスポンジ状金属多孔体を用いる特徴である。
また前述のように加圧成型時に表面に結着剤粉末を塗着
する工程を併用するとその強度はさらに向上する。ここ
に用いる結着性樹脂粉末としては、ポリエチレン、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレンなどがある
。

これらの粉末は、電極片の他の電極片と接合される部分
にのみ塗着してもよい。第３図の曲線ａは、実施例１に
よるニツケル電極と、この電極と比較して充分な容量を
有するカドミウム電極を組み合わせた単３型電池の充放
電サイクル数と放電容量の関係を示す。

充電は７０ｍＡで２０時間、放電は１００ｍＡで行なつ
た。比較どして、スポンジ状ニツケル多孔体を用いて、
幅３６ｍ』長さ４５ｍｍ１厚さ０．７ｍｍの板状電極に
成型してカドミウム電極とセパレータを介して捲回し、
同様に充放電を行なつた結果を曲線ｂに示す。また比較
として汎用の焼結式ニツケル電極を使用してｂと同様に
組立てた単３型電池のそれをｃに示す。Ａ，ｂ，ｃはそ
れぞれの電池の１０個の平均をもつて表した。この結果
、本発明による電極は、放電容量も大きく、寿命も焼結
式に劣らないことがわかる。また製造も比較的簡単であ
り、その実用価値は大である〇

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた電極片の斜視図、第２
図は同電極片を用いて得た円柱状電極の斜視図、第３図
は各種ニツケル電極を用いたニツケルーカドミウム電池
の充放電に伴う放電容量の変化を示す。 １・・・・・・電極片、４・・・・・・円柱状電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三次元的に連続した構造を有する柱状もしくは板状
   のスポンジ状金属多孔体に活物質を充てんした電極片を
   、少なくとも２個重ねて加圧により円柱状に成型するこ
   とを特徴とする円柱状電極の製造法。 ２ 電極片が、少なくとも他の電極片と接する部分に結
   着性樹脂粉末を塗着されている特許請求の範囲第１項記
   載の円柱状電極の製造法。