JPS61198562A - アルカリ二次電池用電極 - Google Patents

アルカリ二次電池用電極

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JPS61198562A
JPS61198562A JP60039845A JP3984585A JPS61198562A JP S61198562 A JPS61198562 A JP S61198562A JP 60039845 A JP60039845 A JP 60039845A JP 3984585 A JP3984585 A JP 3984585A JP S61198562 A JPS61198562 A JP S61198562A
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JP
Japan
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electrode
nickel
active material
fiber mat
metal fiber
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Pending
Application number
JP60039845A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Shimizu
清水 明夫
Noboru Kotani
小谷 昇
Kanehiro Tsuruta
鶴田 兼広
Naonobu Miama
尚伸 美甘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61198562A publication Critical patent/JPS61198562A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はアルカリ二次電池用電極に関する。
さらに詳しくは、簡単な操作でかつ安価に製造でき、電
気量密度が大きく、しかも充放電に対する耐久性の良好
なアルカリ二次電池用電極に関する。
〔従来の技術〕
従来、ニソケルーカドミウム二次電池、ニッケルー亜鉛
二次電池、ニッケルー水素二次電池などのアルカリ二次
電池用のニッケル電極は、カーボニルニッケル粉末を焼
結して、空孔率70〜80容量%の多孔性基体とし、こ
れに水溶液状または熔融状のニッケル塩を含浸させ、ア
ルカリと反応させて水酸化ニッケルを空孔内に沈着させ
るという操作を5〜6回繰り返し行うことによって製造
されていた(たとえばS3口、Falk &^、J、5
alkind“八Ikaline Storage B
atteries″ John Wiley & 5o
ns Inc、 (1969) )。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のようにニッケル電極は、ニッケル粉末を焼結する
工程と、得られた焼結体に活物質を充填するための含浸
操作を数回繰り返すという煩雑な工程を経て製造される
ため、製造コストが高くなり、それがニッケル電極を用
いるアルカリ二次電池のコストを高める原因になってい
た。また、予め形成されたニッケル焼結体の空孔内に液
状の活物質を充填するため、充填できる活物質量に限界
があり、電気量密度の大きなものが得られないという問
題があった。
このような製造工程上の問題ならびにそれに伴う性能上
の問題は、ニッケル電極のみに限らず、ニソケルーカド
ミウム二次電池のカドミウム電極についても同様であっ
た。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので
、活物質を主剤とするペースト状配合剤を電極基体に充
填して製造するアルカリ二次電池用電極の電極基体とし
て金属ファイバーマットを用いることによって、簡単な
操作でかつ安価に製造でき、しかも電気量密度が大きく
、かつ充放電に対する耐久性の良好なアルカリ二次電池
用電極を提供したものである。
すなわち、本発明において電極基体として用いる金属フ
ァイバーマットは、以下に詳述するように、一孔面積が
大きく、活物質を固体状で電極基体に充填でき、したが
って電極基体への活物質の 。
充填を1回の操作で行うことができるので、電極の製造
が簡単でかつ製造コストを低くでき、しかも従来の焼結
体より少ない体積占有率で電極に良好な導電性を付与で
き、かつ空孔率が大きいため電極の電気量密度を大きく
することができる。そして、金属ファイバーマットは活
物質の保持機能を有するので、電極の充放電に対する耐
久性を従来の粉末活物質圧着方式による電極に比べて大
幅に高め得る。
電極基体として用いる金属ファイバーマットとは、たと
えばニッケル、ステンレス鋼、鉄などの金属の繊維が大
きな空孔率を有しながらからみあって集積したもの、あ
るいはそれらの金属繊維を結着剤で結着して大きな空孔
率を有する不織布状にしたものなどであり、これらは焼
結体に比べて開孔面積が大きく、前述のように活物質を
固体状で充填することが可能である。なお、上記金属フ
ァイバーマットの構成金属が鉄の場合には使用に際して
ニッケルメッキなど適宜の金属メッキを施して酸化防止
を図るのが好ましい。
上記金属ファイバーマットを構成する金属繊維はからみ
あう程度の長さがあれば短繊維でもよく、また長繊維で
あってもよい。繊維径は特に附定されるものではないか
細すぎると強度面での問題があり、太すぎると空孔率を
低下させないかぎり導電マトリックスの形成が困難にな
るので、10〜.200 μm、特に25〜100μm
が好ましい。このような金属繊維としてはたとえば削り
屑として得られるものも使用することができる。
この金属ファイバーマットは、金属繊維で構成されてい
るので、電極中5〜6%程度の体積占有率で導電マトリ
ックスを形成でき、従来のニッケル焼結体(導電マトリ
ックスの形成に際しては電極中通常20〜30%程度の
体積占有率を要する)を用いる場合に比べて活物質の充
填量を多くすることができる。上記のように金属ファイ
バーマットは、少ない体積占有率で電極に良好な導電性
を付与することができるので、空孔率をできるだけ大き
くして活物質の充填量を多くすることが望ましく、空孔
率としては通常90容量%以上、特に94〜98容量%
程度のものが好ましい。
この金属ファイバーマットを電極基体に用いての電極作
製は、ニッケル電極、カドミウム電極の作製に適用でき
、また、得られたニッケル電極はニッケルーカドミウム
二次電池、ニッケルー亜鉛二次電池、ニッケルー水素二
次電池の正極に使用でき、カドミウム電極はニッケルー
カドミウム二次電池の負極として使用できる。特にニッ
ケル電極の場合、活物質がカドミウム電極におけるよう
な凝集作用を有しないので、これまでペースト式で実用
に耐える電極が得られなかったことより、ニッケル電極
の製造に際して本発明の効果が特に顕著に発揮される。
ニッケル電極の作製にあたって、活物質としては水酸化
ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルが用いられる。ニ
ッケル電極の作製は、上記の金属ファイバーマットより
なる電極基体に活物質を充填することによって行われる
が、この電極基体への活物質の充填は、活物質を主剤と
するペースト状配合剤を調製し、それを電極基体に含浸
させることによって行われる。このペースト状配合剤は
たとえば上記活物質と、ニッケル、コバルトなどの金属
の粉末、金属の短繊維、カーボン粉末、カーボン短繊維
などの導電助剤と、カルボキシメチルセルロース、テフ
ロン(商品名、デュポン社製フッ素樹脂)などの結着剤
と、水を混合することによって調製される。上記ペース
ト状配合剤において、活物質を主剤とするとは、活物質
を主要な成分とするという意味であって、必ずしも活物
質が量的に最も多いということを意味するものではない
。また上記コバルト粉末は導電助剤としての作用以外に
も充放電特性を向上させるという重要な役割を有してい
る。そして、上記ペースト状配合剤中には上記の成分以
外にも、たとえば活物質の周辺に適度な空孔を設けるな
どの目的で、加熱によって分解する炭酸塩の微粉末など
を添加することもできる。
カドミウム電極の作製に際しては、電極活物質には酸化
カドミウムまたは水酸化カドミウムが用いられる。そし
てペースト状配合剤は、上記ニッケル電極作製の場合と
同様に、たとえば上記カドミウム系活物質と、導電助剤
と、結着剤と水とを混合することによって1IilUさ
れる。
電極の作製は、たとえば次に示すようにして行われる。
まず、電極基体としての金属ファイバーマットに活物質
を主剤とするペースト状配合剤を流し込んで、配合剤を
金属ファイバーマットに含浸させる。これを乾燥して水
分含量を減じるいわゆる予備乾燥をしたのち、加圧して
圧縮する。その際、従来のニッケル焼結体を電極基体と
して用いる場合と同様に、補強の目的で、配合剤入りの
金属ファイバーマットを長さ方向に二つ折りにし、その
間にエキスバンドメタル、パンチングメタルなどを挟ん
で電極強度を高めるようにしてもよい。
加圧はプレスで加圧してもよいし、また2本のロールの
間隙を通す方法によってもよい。
そして、得られた電極はたとえば渦巻形電池に適用する
場合、電極面に1 cA当たり2〜4個所スポット電気
熔接溶接電極強度を高めるようにしてもよい。
上記のように、金属ファイバーマットは開孔面積が大き
いので、活物質を固体状のまま充填することができ、焼
結体より少ない体積占有率でも導電マトリックスを形成
でき、しかも空孔率が大きいので、体積当たりの活物質
充填量すなわち電気量の大きい電極を作製することがで
きる。たとえば従来の焼結式ニッケル電極の場合は電気
量密度が100mAh/gであったのに対し、本発明の
ニッケル電極では152mAh/Hの電気量密度が得ら
れる。そして、活物質の充填は1回の含浸操作でできる
など、電極製造面においても優れた効果が発揮され、電
極製造コストを低減できる。
(実施例) つぎに、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する
緯経30〜50μmのスチール繊維製ファイバーマット
(幅40IIII111長さ130 wlm、見掛は厚
さ11、重量0.5 g 、空孔率97容量%)を酸洗
し、脱脂をしたのち、予め80℃に加温された無電解メ
ッキ液に20分間浸漬し、ファイバー表面にニッケルメ
ッキを施した。このメッキによってファイバーマットの
重量は0.56gとなった。メッキ液は塩化ニッケル1
2重量部、次亜リン酸ナトリウム1重量部、塩化アンモ
ニウム5重量部、クエン酸ナトリウム10重量部、純水
72重量部からなるものである。
次に水酸化ニッケル20重量部、カーボニルニッケル粉
末2重量部、コバルト粉末0.4重量部、テフロンディ
スパージョン(テフロン濃度30重量%)4重量部、純
水73.6重量部を混合したペースト状配合剤を上記マ
ットに流し込み含浸させた。これを110℃に保った乾
燥器に入れ、配合剤中の水分含量が約10重量%になる
まで予備乾燥した。乾燥後、これを長さ方向に二つ折り
にし、その間にM71J65容量%のエキスバンドニッ
ケルを挟んで(第1図参照) 、100 kg/cJの
圧力で加圧した。
加圧後、再び110℃に保った乾燥器中で完全に乾燥し
て電極を得た。なお、第1図において、1aは活物質が
充填された電極基体としての金属ファイバーマットで、
1bはその折曲部、1cは補強のためのエキスバンドニ
ッケルである。
上記のようにして作製されたニッケル電極を正極として
用い、負極には従来法で作られたカドミウム電極を用い
、セパレータにポリプロピレンからなる不織布を用いて
渦巻状に巻き、電解液に濃度30重量%の水酸化カリウ
ム水溶液を用いて第2図に示すような構造で直径14.
5mm、高さ50mmのニソケル−カドミウム二次電池
(KR6相当)を作製した。
第2図において、lは前記のようにして作製されたニッ
ケル電極で、厚さ約0.5 mm、幅40mm、長さ6
5mmの板状をしている。2はポリプロピレン不織布か
らなるセパレータであり、平均厚さ0.2 mmで、各
電極幅より約2mm大きい幅を有している。
3は負極としてのカドミウム電極で、このカドミウム電
極3は厚さ約0.5 mm、幅40mm、長、さ85m
mのペースト式極板からなり、ニッケル電極1の電気容
量の約1.5倍の電気容量を持っている。そして、この
カドミウム電極3はセパレータ2を介在させて前記ニッ
ケル電極1と重ね合わせ、渦巻状に巻回されて外装缶9
内に収容されている。4はニッケル電極1のリードで、
5はカドミウム電極3のリードであり、6は金属製の封
目板で、この封口板6は上側部分6aと下側部分6bと
からなり、その下側部分6bに前記ニッケル電極側のり
一ド4の一端がスポット溶接されている。そして、この
電池は電池内圧が異常に上昇したときの安全性確保のた
めの防爆弁7を有し、絶縁バッキング8と外装缶9をか
しめるタリンプシールで密閉構造を保持しており、電池
内には濃度30重量%の水酸化カリウム水溶液よりなる
電解液が封入されている。
上記実施例のニッケル電極を用いた電池を電池Aとし、
従来法による焼結式ニッケル電極を用いた電池を電池B
とし、ファイバーマットを用いない粉末活物質圧着式ニ
ッケル電極を用いた電池を電池Cとし、それらの電池の
充放電特性を比較した。その結果を第3図に示す。充放
電特性を調べるための試験条件は放電電流100mA、
充電電流100mAで9時間充電し、放電時のカット電
圧は1.0■である。なお、電池A、B、、Cの相違は
ニッケル電極の作り方が違うのみで他は同じである。
第3図に示すように、本発明の実施例のニッケル電極を
用いた電池Aは、従来の焼結式ニッケル電極を用いた電
池Bより電気量が大きく、また従来の粉末活物質圧着方
式によるニッケル電極を用いた電池Cに比べて充放電の
繰り返しによる電気量劣化がはるかに少なかった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では金属ファイバーマット
を電極基体として用いることにより、従来の焼結式電極
に比べて活物質の充填工程が著しく簡略化され、したが
って電極の製造工程が簡略化でき、製造コストの低減化
が達成できた。また電極の電気量密度を従来の焼結式電
極より高くでき、かつ、従来の粉末活物質圧着方式によ
る電極に比べて充放電の繰り返しによる電気量劣化を著
しく抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すニッケル電極の製造中
における状態を示す斜視図である。第2図は本発明の実
施例のニッケル電極を用いたニッケルーカドミウム二次
電池を示す断面図であり、第3図は本発明の実施例のニ
ッケル電極を用いたニソケル−カドミウム二次電池と従
来のニッケル電極を用いたニッケルーカドミウム二次電
池との充放電特性図である。 ■・・・ニッケル電極、 1a・・・電極基体としての
金属ファイバーマット、  2・・・セパレータ、  
3・・・カドミウム電極 特許出願人 日立マクセル株式会社 第1図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極基体として金属ファイバーマットを用いたこ
    とを特徴とするアルカリ二次電池用電極。
  2. (2)電極がニッケル電極である特許請求の範囲第1項
    記載のアルカリ二次電池用電極。
JP60039845A 1985-02-27 1985-02-27 アルカリ二次電池用電極 Pending JPS61198562A (ja)

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JP60039845A JPS61198562A (ja) 1985-02-27 1985-02-27 アルカリ二次電池用電極

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108886161A (zh) * 2016-04-07 2018-11-23 Jenax股份有限公司 电极组装体及电极组装体和电池的制造方法

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