JP2001035487A

JP2001035487A - 二次電池負極板及びその製造方法

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Publication number: JP2001035487A
Application number: JP11203376A
Authority: JP
Inventors: Minoru Koga; 実古賀; Tomotoshi Mochizuki; 智俊望月
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】芯材に対して水素吸蔵合金粉末を有機バイン
ダを使用することなく強固に固定し得るようにした二次
電池負極板及びその製造方法を提供する。【解決手段】多数の貫通孔２を有する板状の芯材３と
してメタルラスを採用し、該メタルラスから成る芯材３
の両面に対し水素吸蔵合金粉末４を通電圧延により固定
して二次電池負極板１を構成する。このようにすれば、
水素吸蔵合金粉末４に対し菱形状に開口した貫通孔２の
各辺部が縫うように食い込み且つ水素吸蔵合金粉末４を
菱形状に取り囲んだ状態で保持することになるので、有
機バインダを使用しなくても、水素吸蔵合金粉末４が芯
材３の両面に対し強固に固定されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池負極板及び
その製造方法に関し、特に電気自動車等に用いられるニ
ッケル電池、ニッカド電池等の二次電池としての基本性
能を高め得るようにした二次電池負極板及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ニッケル水素電池、ニッカド
水素電池のような二次電池の負極側の電極には、ランタ
ン−ニッケル系のような水素吸蔵合金粉末によって成形
された水素吸蔵板からなる負極板が用いられている。

【０００３】図６はニッケル水素電池の場合で例示した
二次電池の構造を示す図であり、ここに図示されている
ニッケル水素電池は、底部ａを有し上部が開口したケー
スｂを備えており、ケースｂの内部には、焼結ニッケル
に水酸化ニッケル：Ｎｉ（ＯＨ）₂と導電剤を含む有機
バインダとを混合してなるペースト状の物質を注入した
正極板ｃと、水素吸蔵合金からなる負極板ｄと、正極板
ｃと負極板ｄとの間に介在させた布状を有して電解液を
染み込ませたセパレータｅとを重ねて「なるとまき」状
に巻き重ねたものを収容している。

【０００４】ケースｂの開口部には、前記正極板ｃに接
続される正極集電体ｆが設けられ、更に正極集電体ｆの
上部には、絶縁ガスケットｇを介して開口を閉塞するよ
うにした封口板ｈが設けられている。封口板ｈの中央に
は、安全弁ｉを介してキャップｊが設けられている。

【０００５】負極板ｄは、水素の吸収・放出によって充
電と放電を繰り返す。従って、このような負極板ｄは、
水素原子、分子、又はイオンを含んだ電解液或いはガス
等が透過可能な適宜の液体又は気体透過性を備えた多孔
質体である必要があると共に、所要の強度を備えている
必要がある。

【０００６】このため、従来の負極板ｄは、図７に一部
を拡大して示すように、２０〜６０μ程度に薄く延ばし
た鋼板ｋにパンチング等により貫通孔ｌを開けて多孔板
とし、この多孔板の表面に、ニッケルメッキｍを施すこ
とにより芯材ｎを構成し、芯材ｎの表面に、例えばラン
タン−ニッケル（Ｌａ−Ｎｉ）系等の水素吸蔵合金粉末
ｏと、樹脂等の接着剤ｐに導電微粒を添加して成る導電
性の有機バインダとを混合したスラリｑを塗布し、これ
を乾燥させた後、プレス加圧することによって例えば２
５０〜４５０μ程度の板厚精度を保持させた負極板ｄと
していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして、芯材ｎにスラリｑを塗布して乾燥させること
により負極板ｄを構成する方式の場合は、水素吸蔵合金
粉末ｏが芯材ｎに対し粗い状態で担持され、しかも、粉
末粒子同士が有機バインダの介在により電気的に殆ど接
続されないことから水素吸蔵合金粉末ｏ同志の電気的な
接合力が小さくなってしまい、水素吸蔵合金粉末ｏに高
い導電性ネットワークを形成することができず、また、
水素吸蔵合金粉末ｏの粒子相互間の隙間に対し水酸化カ
リウム等の電解液が有機バインダに阻まれて良好に行き
亘らないため、水素イオンの拡散速度も低下してしまう
という不具合があり、良好な高率放電特性を得ることが
困難であった。

【０００８】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、芯材に対して水素吸蔵合金粉末を有機バインダを使
用することなく強固に固定し得るようにした二次電池負
極板及びその製造方法を提供することによって、高率放
電特性を得られるようにすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の貫通孔
を有する板状の芯材としてメタルラスを採用し、該メタ
ルラスから成る芯材の両面に対し水素吸蔵合金粉末を通
電圧延により固定したことを特徴とする二次電池負極
板、に係るものである。

【００１０】而して、このような二次電池負極板によれ
ば、水素吸蔵合金粉末に対し菱形状に開口した貫通孔の
各辺部が縫うように食い込み且つ水素吸蔵合金粉末を菱
形状に取り囲んだ状態で保持することになるので、有機
バインダを使用しなくても、水素吸蔵合金粉末が芯材の
両面に対し強固に固定されることになり、しかも、単に
平坦なパンチングメタルに貫通孔を開口したものよりも
水素吸蔵合金粉末との接触面積を稼ぐことが可能とな
る。

【００１１】更に、本発明においては、水素吸蔵合金粉
末がアルカリ電解液中で改質処理を施されていることが
好ましく、このように水素吸蔵合金粉末に対しアルカリ
電解液中で改質処理を施すと、水素吸蔵合金粉末の表面
におけるアルカリに活性溶解し易い不純物が除去され、
これにより粉末表面にニッケルリッチ層が形成されるの
で、このニッケルリッチ層によって、腐食の内部への進
行を抑制する保護機能や、電子を供給するための集電機
能や、電極反応のための触媒機能等といった二次電池負
極板に必要な多面的な機能を付与させることが可能とな
る。

【００１２】また、本発明においては、例えば、アルカ
リ電解液中での改質処理によるニッケルリッチ層の形成
が不十分であったような場合に、ニッケル粉末等の延性
及び導電性を有する金属粉末を水素吸蔵合金粉末に対し
バインダとして添加することも可能である。

【００１３】そして、アルカリ電解液中で改質処理を施
された水素吸蔵合金粉末を構成要素とする二次電池負極
板の具体的な製造方法としては、例えば、水素吸蔵合金
粉末をアルカリ電解液中に浸漬させて粉末表面のアルカ
リに活性溶解し易い不純物を除去せしめ、これにより粉
末表面にニッケルリッチ層を形成し、メタルラスから成
る芯材を導電性の一対の圧延ロール間に通しながら水素
吸蔵合金粉末を前記芯材の表面に供給して通電圧延を行
い、該芯材の両面に対し前記水素吸蔵合金粉末を焼結固
定することが可能である。

【００１４】このようにニッケルリッチ層を表面に形成
した水素吸蔵合金粉末を芯材の両面に対し通電圧延する
と、通電電流により瞬時に加熱されて水素吸蔵合金粉末
の表面のニッケルリッチ層が軟化され、水素吸蔵合金粉
末の粒子相互間及び水素吸蔵合金粉末と芯材との間が良
好に軟化融合し、大きな接触面積で且つ電気抵抗の少な
い状態で強固な接合が図られることになる。

【００１５】また、メタルラスから成る芯材を導電性の
一対の圧延ロール間に通しながら水素吸蔵合金粉末を前
記芯材の表面に供給して通電圧延を行い、該芯材の両面
に対し前記水素吸蔵合金粉末を焼結固定し、然る後に、
芯材全体をアルカリ電解液中に浸漬させて粉末表面のア
ルカリに活性溶解し易い不純物を除去せしめ、これによ
り粉末表面にニッケルリッチ層を形成するようにしても
良い。

【００１６】このようにすれば、水素吸蔵合金粉末を芯
材の両面に焼結固定させた状態でアルカリ電解液による
改質処理を施すことが可能となるので、水素吸蔵合金粉
末を粉末状態のまま扱う場合よりも改質処理の作業性が
良くなる。

【００１７】尚、前述した何れの製造方法芯材に対し水
素吸蔵合金粉末を通電圧延するに際しては、延性及び導
電性を有する金属粉末を水素吸蔵合金粉末に添加すれば
良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する形態を図
面を参照しつつ説明する。

【００１９】図１は本発明の二次電池負極板の一例を示
すものであり、ここに図示する負極板１は、多数の貫通
孔２を有する板状の芯材３としてメタルラスを採用し、
このメタルラスから成る芯材３の両面に対し、例えばア
ルカリ電解液中で改質処理を施したランタン−ニッケル
系やミッシュメタル系等の水素吸蔵合金粉末４を通電圧
延により固定したものとなっている。

【００２０】図１の負極板１を具体的に製造するに際し
ては、先ず水素吸蔵合金粉末４をアルカリ電解液中に浸
漬させて粉末表面のアルカリに活性溶解し易い不純物を
除去せしめ、これにより水素吸蔵合金粉末４の表面にニ
ッケルリッチ層を形成する。

【００２１】ただし、このニッケルリッチ層の形成にあ
たっては、水素の透過性等も考慮して、ニッケルリッチ
層の形成度合を適宜に調整して改質処理を施すようにす
る必要がある。

【００２２】そして、このようにして得られた水素吸蔵
合金粉末４を、図２に模式的に示すように、一対の圧延
ロール５，６間に芯材３を通しながら該芯材３の両面に
対し供給し、これを通電圧延して前記芯材３の両面に焼
結固定させることにより負極板１を完成させる。

【００２３】即ち、前記各圧延ロール５，６は、導電性
材料にて構成されており、交流或いは直流の電源装置７
に接続されて該電源装置７により圧延ロール５，６間に
電流が流されるようにしてあり、水素吸蔵合金粉末４を
通電により瞬時に加熱して水素吸蔵合金粉末４に組織変
化（水素吸蔵合金粉末４は長時間高温下に晒されると金
属組織変化を起こして水素吸蔵能力が喪失する）を起こ
させないようにしてある。

【００２４】ここで、圧延ロール５，６の圧延部は、Ｎ
₂、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気、Ｈ₂等の還元性ガス雰囲
気、真空雰囲気等として、通電圧延時の酸化を防止し得
るようにしておくことが好ましく、図示する例では、圧
延ロール５，６の圧延部を酸化防止チャンバ８により包
囲して該酸化防止チャンバ８内を非酸化性の雰囲気に保
持するようにしている。

【００２５】また、前記芯材３を成すメタルラスとは、
図３に平面的に示すように、例えば２０〜６０μ程度に
薄く延ばしたニッケル板に対し同一方向（図中に矢印Ａ
で示す方向）に向け断続的にスリットを入れ、該スリッ
トの向きと直角方向（図中に矢印Ｂで示す方向）に前記
ニッケル板を引き延ばすことにより前記各スリットを拡
張して菱形状の多数の貫通孔２を形成した従来周知の製
法によるものである。

【００２６】そして、図４に拡大して示すように、前述
した如き製法により作られるメタルラスは、引き延ばし
前のニッケル板の平面に対し、引き延ばし後に略菱形状
を成す貫通孔２の各辺部が捩じれて引き延ばし方向（図
４中に矢印Ｂで示す方向）に傾斜し、しかも、スリット
の向き（図４中に矢印Ａで示す方向）に交互に山谷を繰
り返す波打ち形状を成し且つこの波打ち形状が引き延ば
し方向に互い違いに山谷を成すようなものとなる。

【００２７】このようなメタルラスを芯材３として負極
板１を製造すると、水素吸蔵合金粉末４に対し菱形状に
開口した貫通孔２の各辺部が縫うように食い込み且つ水
素吸蔵合金粉末４を菱形状に取り囲んだ状態で保持する
ので、従来の如き有機バインダを使用しなくても、水素
吸蔵合金粉末４が芯材３の両面に対し強固に固定され、
しかも、単に平坦なパンチングメタルに貫通孔を開口し
た芯材を採用した場合よりも水素吸蔵合金粉末４と芯材
３との接触面積を稼ぐことが可能となる。

【００２８】特に本形態例においては、水素吸蔵合金粉
末４に対しアルカリ電解液中で改質処理を施してから通
電圧延を行うようにしているので、水素吸蔵合金粉末４
の表面にニッケルリッチ層が形成されることになり、こ
のようなニッケルリッチ層を表面に形成した水素吸蔵合
金粉末４を芯材３の両面に対し通電圧延すると、通電電
流により瞬時に加熱されて水素吸蔵合金粉末４の表面の
ニッケルリッチ層が軟化され、図５に示す如く、図中に
白丸で模式的に示す軟化接合点ｘを介し水素吸蔵合金粉
末４の粒子相互間及び水素吸蔵合金粉末４と芯材３との
間が良好に軟化融合し、大きな接触面積で且つ電気抵抗
の少ない状態で強固な接合が図られることになる。

【００２９】また、水素吸蔵合金粉末４の表面にニッケ
ルリッチ層が形成されると、このニッケルリッチ層によ
って、腐食の内部への進行を抑制する保護機能や、電子
を供給するための集電機能や、電極反応のための触媒機
能等といった二次電池負極板に必要な多面的な機能が付
与されることになる。

【００３０】従って、上記形態例によれば、従来の如き
有機バインダを使用しなくても、水素吸蔵合金粉末４を
芯材３の両面に対し強固に固定することができ、しか
も、単に平坦なパンチングメタルに貫通孔を開口した芯
材を採用した場合よりも水素吸蔵合金粉末４と芯材３と
の接触面積を稼ぐことができるので、水素吸蔵合金粉末
４の粒子相互間を電気的に接続し且つ芯材３と水素吸蔵
合金粉末４との接触面積を大きく確保して良好な導電性
ネットワークを形成させることができ、しかも、水素吸
蔵合金粉末４の粒子相互間の隙間に対し水酸化カリウム
等の電解液を良好に行き亘らせて水素イオンの拡散速度
を大幅に向上させることができ、これらの相乗的な作用
によって、高電圧を取り出しても電圧の低下が少ない高
率放電特性を得ることができる。

【００３１】また、水素吸蔵合金粉末４に対しアルカリ
電解液中で改質処理を施した後に通電圧延するようにし
ているので、水素吸蔵合金粉末４の表面に形成したニッ
ケルリッチ層を通電電流による加熱で軟化して圧延し、
水素吸蔵合金粉末４の粒子相互間及び水素吸蔵合金粉末
４と芯材３との間を良好に軟化融合させて、大きな接触
面積で且つ電気抵抗の少ない状態でより一層強固に接合
させることができ、しかも、腐食の内部への進行を抑制
する保護機能や、電子を供給するための集電機能や、電
極反応のための触媒機能等といった二次電池負極板に必
要な多面的な機能を付与することができる。

【００３２】尚、本形態例においては、基本的に水素吸
蔵合金粉末４のみをバインダレスで芯材３に焼結固定す
ることができるが、例えば、アルカリ電解液中での改質
処理によるニッケルリッチ層の形成が不十分であったよ
うな場合には、ニッケル粉末等の延性及び導電性を有す
る金属粉末を水素吸蔵合金粉末４に対しバインダとして
添加することも可能であり、その場合には、およそ０〜
５重量％の金属粉末を添加すれば良い。

【００３３】また、以上に述べた形態例においては、水
素吸蔵合金粉末４に対しアルカリ電解液中で改質処理を
施してから通電圧延を行う場合を例示したが、メタルラ
スから成る芯材３を導電性の一対の圧延ロール５，６間
に通しながら水素吸蔵合金粉末４を前記芯材３の表面に
供給して通電圧延を行い、該芯材３の両面に対し前記水
素吸蔵合金粉末４を焼結固定し、然る後に、芯材３全体
をアルカリ電解液中に浸漬させて粉末表面のアルカリに
活性溶解し易い不純物を除去せしめ、これにより粉末表
面にニッケルリッチ層を形成するようにしても良く、こ
のようにすれば、水素吸蔵合金粉末４を芯材３の両面に
焼結固定させた状態でアルカリ電解液による改質処理を
施すことが可能となるので、水素吸蔵合金粉末４を粉末
状態のまま扱う場合よりも改質処理の作業性を向上する
ことができる。

【００３４】尚、本発明は上述した形態例にのみ限定さ
れるものではなく、水素吸蔵合金粉末、芯材、延性及び
導電性を有する金属粉末に関する具体的な材質に関して
は、明細書中に具体的に記述したもの以外の材質を選定
しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論であ
る。

【００３５】

【発明の効果】上記した本発明の二次電池負極板及びそ
の製造方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏
し得る。

【００３６】（Ｉ）従来の如き有機バインダを使用しな
くても、水素吸蔵合金粉末を芯材の両面に対し強固に固
定することができ、しかも、単に平坦なパンチングメタ
ルに貫通孔を開口した芯材を採用した場合よりも水素吸
蔵合金粉末と芯材との接触面積を稼ぐことができるの
で、水素吸蔵合金粉末の粒子相互間を電気的に接続し且
つ芯材と水素吸蔵合金粉末との接触面積を大きく確保し
て良好な導電性ネットワークを形成させることができ、
しかも、水素吸蔵合金粉末の粒子相互間の隙間に対し水
酸化カリウム等の電解液を良好に行き亘らせて水素イオ
ンの拡散速度を大幅に向上させることができ、これらの
相乗的な作用によって、高電圧を取り出しても電圧の低
下が少ない高率放電特性を得ることができる。

【００３７】（ＩＩ）アルカリ電解液中で改質処理を施
された水素吸蔵合金粉末を用いた場合には、腐食の内部
への進行を抑制する保護機能や、電子を供給するための
集電機能や、電極反応のための触媒機能等といった二次
電池負極板に必要な多面的な機能を付与することができ
る。

【００３８】（ＩＩＩ）水素吸蔵合金粉末に対しアルカ
リ電解液中で改質処理を施してから通電圧延を行う場合
には、水素吸蔵合金粉末の粒子相互間及び水素吸蔵合金
粉末と芯材との間を良好に軟化融合させて、大きな接触
面積で且つ電気抵抗の少ない状態でより一層強固に接合
させることができる。

【００３９】（ＩＶ）水素吸蔵合金粉末を芯材に通電圧
延してからアルカリ電解液中で改質処理を施す場合に
は、水素吸蔵合金粉末を芯材の両面に焼結固定させた状
態でアルカリ電解液による改質処理を施すことが可能と
なるので、水素吸蔵合金粉末を粉末状態のまま扱う場合
よりも改質処理の作業性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を模式的に示す断
面図である。

【図２】芯材の両面に水素吸蔵合金粉末を通電圧延して
いる状態を示す概略図である。

【図３】メタルラスから成る芯材の平面図である。

【図４】メタルラスの詳細を示す部分的な拡大図であ
る。

【図５】図１の水素吸蔵合金粉末の固定状態を模式的に
示す拡大図である。

【図６】二次電池の一例における一部を破断して展開し
た斜視図である。

【図７】従来の負極板の一例を模式的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１負極板２貫通孔３芯材４水素吸蔵合金粉末

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H003 AA01 AA02 AA06 BA01 BA02 BA05 BB02 BB11 BB14 BC01 BC05 5H016 AA05 BB01 BB03 BB05 BB10 BB11 BB19 EE01 5H017 AA02 AS02 BB07 CC05 EE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の貫通孔を有する板状の芯材として
メタルラスを採用し、該メタルラスから成る芯材の両面
に対し水素吸蔵合金粉末を通電圧延により固定したこと
を特徴とする二次電池負極板。
【請求項２】水素吸蔵合金粉末がアルカリ電解液中で
改質処理を施されていることを特徴とする請求項１に記
載の二次電池負極板。
【請求項３】延性及び導電性を有する金属粉末が水素
吸蔵合金粉末に対しバインダとして添加されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池負極板。
【請求項４】水素吸蔵合金粉末をアルカリ電解液中に
浸漬させて粉末表面のアルカリに活性溶解し易い不純物
を除去せしめ、これにより粉末表面にニッケルリッチ層
を形成し、メタルラスから成る芯材を導電性の一対の圧
延ロール間に通しながら水素吸蔵合金粉末を前記芯材の
表面に供給して通電圧延を行い、該芯材の両面に対し前
記水素吸蔵合金粉末を焼結固定することを特徴とする二
次電池負極板の製造方法。
【請求項５】メタルラスから成る芯材を導電性の一対
の圧延ロール間に通しながら水素吸蔵合金粉末を前記芯
材の表面に供給して通電圧延を行い、該芯材の両面に対
し前記水素吸蔵合金粉末を焼結固定し、然る後に、芯材
全体をアルカリ電解液中に浸漬させて粉末表面のアルカ
リに活性溶解し易い不純物を除去せしめ、これにより粉
末表面にニッケルリッチ層を形成することを特徴とする
二次電池負極板の製造方法。
【請求項６】芯材に対し水素吸蔵合金粉末を通電圧延
するに際し、延性及び導電性を有する金属粉末を水素吸
蔵合金粉末に添加することを特徴とする請求項４又は５
に記載の二次電池負極板の製造方法。