JPS6048869B2 - 電池用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電池用電極には大別してペースト式、粉末加圧式、クラ
ッド式とポケット式、焼結式などがある。

ペースト式は、ペースト式鉛電池として最も有名であり
、自動車用がこの形式の電極を採用していることから電
池全体で考えても主流といえる。

製法は簡単であり、よく知られているように、活物質粉
末を硫酸と水でペーストにし、これを格子に塗着させる
。その他にアルカリ電池でも同様にスクリーンや孔あき
板、エキシパンデツドメタル等に活物質、必要に応じて
導電材を用い、これに結着剤を加えてものを塗着させる
方法が主に密閉型電池に採用されている。また、加圧式
は、活物質と結着剤とを加圧して得られる電極て、主に
一次電池に用いられている。このようにこれらの電極は
、製法が簡単であり低コストになる大きな長所を有して
いる。

また、電池特性としても比較的すぐれている。しかし、
反面、問題点としては、とくに二次電池での充放電の繰
り返しによる耐久性がある。充放電の繰り返しにより活
物質の脱落や電極のふくれが他の形式の電極よりも生じ
易い。クラッド式やポケット式は、このような問題点を
抑制して長寿命化をはかつたもので、活物質は耐電解液
性の多孔性容器に収納されているので、、活物質の脱落
やふくれははるかに少なくなる。

しかし、コストや放電性能の点では問題があり、比較的
低放電の用途に用いられている。なお、高放電に適して
いない理由として、厚さの薄い電極が得られ難いことも
あげられる。フ 最後に焼結式は、アルカリ電池用とし
て有名であり、金属の微孔部分に活物質が充てんされて
いるので、特性や寿命の点では申し分ない。

しかし、製法がどうしても複雑になつているので、コス
トの点では前記の各形式の電極に比べてかなり５省つて
いる。そこで、とくに最近特性や寿命はこの焼結式に近
づけ、焼結式よりも低コスト化を目指してスポンジ状金
属に活物質を直接充てんする方法が提案されている。

スポンジ状金属は、金属骨格が網目状に連続的につなが
つてΞ次元にひろがつた構造を有している。

多孔度も焼結式よりはるかに大きく、９０〜囮％、孔径
も５０〜３００μ等、焼結式よりも大きい。たとえば、
住友電工（株）よりセルメツトの名で販売されているも
のは、この発泡メタルである。このようにスポンジ状金
属は、孔径を比較的大きくできて、しかも三次元である
から、活物質の充てんが容易であり、しかも骨格で包含
できるし、また、活物質を保持する骨格が焼結のような
粉末の接触でなく連続的につながつているので、寿命も
単にスクリーンや孔あき板などを用いたペースト式より
もすぐれ、耐蝕性もむしろ焼結式よりもよい。また、特
性もかなり改善されている。しかし、発泡メタルの特長
をいかすために高多孔度にすると、従来の活物質塩を含
浸、転化する方法では１回の充てん量が増し、電析法で
も内部に充てんされ易く、また、活物質を直接充てんで
きるなどいずれの活物質充てんにとつても有利な点をも
つているが、電導性がうず巻状に巻く場合の強度の点で
劣ることが問題である。すなわち、電導度がやや劣るこ
とは、高放電時での分極がやや大きくなり、また、強度
はとくにうす巻状電極を製造する場合に亀裂や破損の原
因になる。本発明は、このような高多孔度の発泡メタル
の問題点を改良するものであり、この発泡メタルの層と
、比較的多孔度が小さく、しかも厚さも薄い繊維状メタ
ルの層を一体に固着させたものである。すなわち、発泡
メタルは、主に活物質の保持体としての役目をするもの
であり、したがつて多孔度を大きく、活物質を直接充て
んする場合には孔径も大きくしておく。

一方、繊維状メタルの層は、導電性の向上と強度の向上
を主とした役目と３し、一部活物質の保持体としての働
きを有するものであるので、発泡メタル層に比べて孔径
は別にして厚さを薄くし、多孔度も小さくしておく。そ
して両者を一体にするのは、加圧による場合はむしろ少
なくとも発泡メタル層に活物質を充て４んした後が好ま
しく、また、接着による場合は、両者を一体にした後に
活物質を充てんすることが好ましい。すなわち、発泡メ
タルは活物質を含有せしめた後にむしろ加圧することが
、特性が寿命の上で好ましいので、この加圧時に繊維状
メタルを当てて一体化することにより、両者の金属骨格
が互いに食い込み合つて一体化が可能になる。この方法
は、一体化による電気抵抗の増大はなく好ましい方法で
あるが、発泡メタルは活物質を充てんする前に加圧する
ととくに発泡メタル層の多孔度、孔の大きさともに減少
してしまい、その特長を失つてしまうからである。しカ
ル結合力をさらに増したい場合には接着剤フを用いるの
であるが、この場合は接着剤を多量に用いると両層との
間の抵抗が問題になる。

したがつて接着剤は少なくし、充てんした活物質にも一
体化の役割を持たせるために、両層を一体化した後に活
物質を充てんすることが好ましい。このような発泡メタ
ルと繊維状メタルは、各々発泡状高分子と繊維状高分子
をメッキすることにより得るのが最も簡単な方法である
。

この発泡メタルに多孔性繊維状メタルを一体に固着させ
ることにより、発泡メタルの特長を発揮させつつ、そ・
の問題点を抑制できるのである。つぎに両層の厚さにつ
いてであるが、電極の一般的な厚さとしては、用途によ
つて異なるが、高放電用としては１Ｔｆｇｎ以下、低放
電用としては３〜４ｗｔ）その中間が中間放電用である
。このような観点から０．７〜１』−の電極としては、
でき上がつた電極として発泡メタル層が０．６５〜０．
９−、繊維メタルが０．０５〜０．１ｗｇｎ）１〜２ｗ
ｇｎでは前者が０．９〜１．８７７Ｚ７７Ｅ）後者が０
．１〜０．２７Ｔｆｍ）３ 〜４ｍ１ｎでは同じく２．
７〜３．５ＴｗＬと０．３〜０．５７７１７７１程度の
ものを選ぶのがよい。また、多孔度については、活物質
充てん前の発泡メタルがとくに重要であり、９０〜９８
％程度これに対して繊維状メタルの方は、これより小さ
い方が強度の上ですぐれているので８０％程度以下がよ
く、下限はとくにないが、活物質も若干含有させること
や電解液の拡散の妨害にならないことなどから３０％程
度までがよい。

つぎに本発明をその実施例により詳しく説明する。

厚さ１．３ｍ７７Ｉ、多孔度９７％、孔径約１００μの
発泡メタルと、厚さ０．１５ＴＩｒｆｆｔ）多孔度６０
％、平均孔径１３０μの繊維状ニッケルとをポリスチロ
ールの１重量％ベンゼン溶液で接着させる。

これに、水酸化ニッケル８５重量部、ニッケル粉末ｗ重
量部およびコバルト５重量部をカルボキシメチルセルロ
ースの水溶液でペースト状にしたものを発泡メタル層を
上にして上からこすり込むように充てんする。その後乾
燥し、フッ素樹脂ディスパージョン（樹脂分５重量％）
を含浸させた後、半乾燥の状態にすＺる。これを３００
ｋ９／一の圧力で加圧する。なお、リード取付部につい
ては、活物質の充てん前に発泡メタルの層に同じ発泡メ
タルの小片を当てて加圧しておき、あらかじめリード板
をスポット溶接しておく。このようにして厚さ平均１．
０２ノーのニッケル極を得る。これを公知の方法でセパ
レータとカドミウム極を用いてうず巻き状に巻き、公称
容量２．５Ａｈの単２形密閉電池を構成した。このニッ
ケル極は、繊維状メタル層を有しているので電極として
の亀裂はほとんどなかつた。また、一度巻いたものを元
に戻してみたが破損は認められなかつた。この電池をＡ
とする。比較のために厚さ１．５Ｗ＄ｔ）多孔度９６％
、孔径約１００μの発池メタルの層を用いて以下Ａと同
様に活物質を充てんして得たニッケル極を用いた電池．
をＢ）焼結式によるニッケル極を用いた電池をＣとする
。

なお、うす巻状に巻く場合には、Ｂは巻くことができた
が、多くの亀裂が入り、巻いたものを戻すと破損した。
ＣはＡとほぼ同じ程度で亀裂は少なかつた。第１図は電
池Ａ−Ｃを２０℃の温度において、４５０ｒｎＡの電流
でで放電したときの各３０セルの平均放電曲線を示す。

この図で明らかなように、電圧に関しては、いずれほぼ
同じであり、容量に関しては、あまり大きな差はないが
Ａ≧Ｂ＞Ｃであつた。つぎに各電池を４５゜Ｃにおいて
、４Ａで放電した際の３０セルの平均放電曲線を第２図
に示す。

電圧はＡｚＣ＞Ｂであり、容量量はＡ＞ＢセＣであつた
。すなわち、高放電になるとＢのように亀裂が入つてい
ると導電性にやや劣り、また亀裂が入つていると電圧、
容量ともにやや悪影響が認められていて本発明の効果が
顕著に現れている。なおＡに比べてＣが容量の点でやや
劣るのは、Ｃは公知の焼結体を用いているので多孔度が
約８０％であ ιり、本発明のような高多孔度（電極全
体として９０％程度）でないので充てん量が若干少ない
からである。以上のように本発明による電極は、電圧、
容量ともに従来の複雑な工程で得られた焼結式と同程度
あるいはそれ以上の結果を示している。つぎに各電池の
寿命を調べるために、４時間率充電−１時間率放電を常
温で繰り返した。

その結果、Ａは１０００サイクルで平均容量維持率７９
％、Ｂは６８％、Ｃは７８％であり、ＡはＣに比べて劣
ることはなかつた。なお、Ｂが寿命の点で劣るのはやは
りうず巻状に巻いたときの亀裂によるものと思われる。
以上のように本発明の電極基体は、活物質保持体として
の機能は発泡メタルに主に持たせ、繊維状メタル層は電
導度と折り曲げ等での強度保持を主な役目とさせるもの
である。

したがつて繊維状メタルとしては実施例の織物状の他に
不織布状、フェルト状のものが用いられる。さらにスク
リーンやエキスパンデツドメタル等も原理的には用いら
れるが、これらは有効面積が小さいので接着時に簡単に
全面が樹脂で被覆され易く、したがつて両層の接触抵抗
の増大をもたらすことがあり、織布や不織布よりもやや
劣る。また、活物質の充てん法については、実施例では
、活物質をペースト状にして直接充てんしたが、その他
公知の活物質の塩溶液を含浸させ、電解、アルカリ処理
、加熱分解などによる活物質への転化を利用した充てん
あるいは電析などによることも勿論可能てあり、多孔度
を大きくすること′ができるのでこれらの方法によつて
も充てん効率はすぐれている。

さらにニッケル極の他にたとえばカドミウム極に対して
も本発明は同じ効果をもつ。

以上のように本発明は、製法の簡易化が可能で丁あると
ともに強度や特性にもすぐれた電池用電極を提供するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種ニッケル極を用いたニッケル−カドミウム
電池の２０℃、４５０ｍＡ放電時の特性を比フ較した図
、第２図は４５℃、伍放電時の特性を比較した図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発泡メタルと多孔性繊維状メタル層とからなる基体
   を用いたことを特徴とする電池用電極。 ２ 発泡メタルの層の厚さが、０．６〜４ｍｍであり、
   多孔性繊維状メタル層の厚さが、０．０５〜１．０ｍｍ
   である特許請求の範囲第１項記載の電池用電極。 ３ 発泡メタル層の多孔度が、９０〜９８％であり、繊
   維状メタル層の多孔度が、３０〜８０％である特許請求
   の範囲第１項記載の電池用電極。 ４ 発泡メタル層と多孔性繊維状メタル層とが、加圧に
   より一体化されている特許請求の範囲第１項記載の電池
   用電極。 ５ 発泡メタル層と多孔性繊維状メタル層とが、接着剤
   により接着されている特許請求の範囲第１項記載の電池
   用電極。