JP2003282052A - 電極及び電池 - Google Patents

電極及び電池

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JP2003282052A
JP2003282052A JP2002082047A JP2002082047A JP2003282052A JP 2003282052 A JP2003282052 A JP 2003282052A JP 2002082047 A JP2002082047 A JP 2002082047A JP 2002082047 A JP2002082047 A JP 2002082047A JP 2003282052 A JP2003282052 A JP 2003282052A
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JP
Japan
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electrode
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battery
current collector
powder
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JP2002082047A
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English (en)
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Takayuki Iwasaki
孝行 岩▲崎▼
Tomotoshi Mochizuki
智俊 望月
Koki Yoshizawa
廣喜 吉澤
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IHI Corp
Original Assignee
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    • 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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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池性能と圧延設備コストのバランスの上で
最適な集電体への活物質の食い込み量を設定する。 【解決手段】 導電性を有する集電体1の表面に、粉末
状の活物質2を、もしくは当該粉末状の活物質に導電性
を有する結着剤、導電材または非導電性の結着剤の全部
もしくは一部を混合したものを塗布、圧着、焼結、ある
いはこれらを複合化あるいは繰り返して形成する電池用
の電極であって、集電体1の表面に熱的に焼結している
より、機械的に食い込んでいる活物質粉末が存在し、集
電体1の表面に対する活物質2の食込深さkが集電体1
と活物質2との接触抵抗を低下させる必要最小限の範囲
内に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極及び電池に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】特開2
000−173603号公報には、金属粉末を粉末圧延
することにより金属多孔箔(集電体)を成形し、この金
属多孔箔の表面に上記金属粉末よりも遙かに粒径の大き
な水素吸蔵合金粉末(活物質)を付着させて樹脂バイン
ダーに浸漬した後に乾燥させ、さらに圧延ローラにて所
用厚となるまで圧延を繰り返すことにより電池用電極板
を製造する技術が開示されている。
【0003】このような電池用電極板の製造方法では、
金属多孔箔の表面に付着した水素吸蔵合金粉末は、圧延
を繰り返すことにより徐々に金属多孔箔内に食い込んで
いき、その一部が最終的には金属多孔箔内に入り込む。
すなわち、この電池用電極板では、水素吸蔵合金粉末が
金属多孔箔内に食い込ませるあるいは入り込ませること
により水素吸蔵合金粉末の金属多孔箔への固着力を向上
させて、水素吸蔵合金粉末が金属多孔箔から剥離するの
を防止している。
【0004】しかしながら、このような従来技術によれ
ば、水素吸蔵合金粉末の金属多孔箔への固着力の向上が
図れる反面、圧延を繰り返す必要があるために圧延設備
のコストが増大するという欠点がある。また、上記従来
技術は、金属多孔箔への水素吸蔵合金粉末の食い込みや
入り込みを電池の性能という観点から捉えたものではな
い。あくまで固着力に着目したものである。また、集電
体の構造が多孔質に限定されるという問題点もある。
【0005】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、電池性能と圧延設備コストのバランスの上で
最適な集電体への活物質の食い込み量を設定することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電極に係わる第1の手段として、導電
性を有する集電体の表面に、粉末状の活物質を、もしく
は当該粉末状の活物質に導電性を有する結着剤、導電材
または非導電性の結着剤の全部もしくは一部を混合した
ものを塗布、圧着、焼結、あるいはこれらを複合化ある
いは繰り返して形成する電池用の電極であって、集電体
の表面に熱的に焼結しているより、機械的に食い込んで
いる活物質粉末が存在し、この活物質粉末の食込深さk
が集電体と活物質との接触抵抗を低下させる必要最小限
の範囲内に設定されるという構成を採用する。
【0007】また、電極に係わる第2の手段として、上
記第1の手段において、食込深さkが5ミクロンメート
ル以上であるという構成を採用する。
【0008】電極に係わる第3の手段として、上記第1
または第2の手段において、活物質の平均粒径は20ミ
クロンメートルから70ミクロンメートルまでの範囲内
に設定されるという構成を採用する。
【0009】 電極に係わる第4の手段として、上記第
1〜第3いずれかの手段において、食込深さkが活物質
の平均粒径の半分以下であるという構成を採用する。
【0010】電極に係わる第5の手段として、上記第1
〜第4いずれかの手段において、集電体の表面近傍の堅
さがHv150以下であるという構成を採用する。
【0011】電極に係わる第6の手段として、上記第1
〜第5いずれかの手段において、集電体は金属粉末を粉
末圧延して成形されるという構成を採用する。
【0012】電極に係わる第7の手段として、上記第1
〜第6いずれかの手段において、活物質は水酸化ニッケ
ルを主成分とする正極活物質であるという構成を採用す
る。
【0013】電極に係わる第8の手段として、上記第1
〜第6いずれかの手段において、活物質は水素吸蔵合金
を主成分とする負極活物質であるという構成を採用す
る。
【0014】一方、本発明では、電池に係わる第1の手
段として、電極に係わる上記第5の手段に記載の電極
(正電極)を絶縁材を挟んで負電極と交互に積層した状
態で電槽内に実装してなるという構成を採用する。
【0015】電池に係わる第2の手段として、電極に係
わる上記第5の手段に記載の電極(正電極)を絶縁材を
挟んで負電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内
に実装してなるという構成を採用する。
【0016】電池に係わる第3の手段として、電極に係
わる上記第6の手段に記載の電極(負電極)を絶縁材を
挟んで正電極と交互に積層した状態で電槽内に実装して
なるという構成を採用する。
【0017】電池に係わる第4の手段として、電極に係
わる上記第6の手段に記載の電極(負電極)を絶縁材を
挟んで正電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内
に実装してなるという構成を採用する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる電極及び電池の一実施形態について説明する。
【0019】図1は、本実施形態に係わるニッケル水素
電池用の負極(負電極9の斜視図及び一部拡大断面図で
ある。この図1の斜視図に示すように、本電極Dは、平
板状の金属材料からなる母材1(集電体)の両面に活物
質2を圧着したものである。このように構成された電極
Dは、所定の平均粒径を有する粉末を粉末圧延によって
集電体1の両面に厚着させたものである。
【0020】上記集電体1は、板厚40ミクロンメート
ルのニッケル箔である。一方、活物質2は、水素吸蔵合
金を主成分とするニッケル水素電池用の負極活物質であ
る。
【0021】一例として、平均粒径が30ミクロンメー
トル及び40ミクロンメートルの活物質粒子bを集電体
1の表面に粉末圧延法で圧着し、圧延加重を変化させて
活物質粒子bの食い込み深さkを調整した負電極を製作
し、この負電極を用いたニッケル水素電池を構成した。
図2は、このようにして構成したニッケル水素電池にお
ける放電容量比と食い込み深さkとの関係を示す実験結
果である。ここで、放電容量比は、食い込み深さkが
「0」の場合の放電容量を100としたときの比率であ
る。
【0022】この図2が示すように、放電容量比は食い
込み深さkが深くなるに伴って徐々に増大する。これ
は、食い込み深さkが深くなるに伴って、活物質粒子b
と集電体1との接触面積が増大し、当該活物質粒子bと
集電体1との接触抵抗が低下するためである。特に食い
込み深さkが5ミクロンメートルを越えると放電容量比
の増加率が大きくなる。さらに、例えば平均粒径が30
ミクロンメートルの活物質粒子bの場合、放電容量比は
食い込み深さkが15ミクロンメートルで最大となり、
食い込み深さkがこれ以上深くなると若干低下する。
【0023】これに対して、平均粒径が40ミクロンメ
ートルの活物質粒子bの場合には、放電容量比は、食込
深さkが15ミクロンメートルを越えてもさらに低下す
る傾向にあり、食い込み深さkが20ミクロンメートル
で最大となり、食い込み深さkがこれ以上深くなると若
干低下する。これは、活物質粒子bの平均粒子径の半分
以上の深さに活物質粒子bを食い込ませても、大きな接
触面積の増加は実現できず、むしろ食い込み深さkを大
きくしたことによって集電体1の断面積が減り、集電体
1自体の電気抵抗が大きくなる効果の方が強く現れてく
るためである。
【0024】食い込み深さkをさらに深くするために
は、大きな圧延加重を必要とするなどのコストの増大を
招くので、食い込み深さkは、活物質粒子bの平均粒子
径の半分以下にすることが好ましい。また、この範囲で
あれば、集電体1自体の電気抵抗は著しく大きくならな
いので、電極全体としての電気抵抗が下がり、放電容量
比を大きくすることができる。
【0025】なお、大きな圧延加重を加えれば食い込み
深さkを深くすることはできるが、集電体1の硬さをア
ニールなどの方法で低下させておけば、より小さな圧延
加重で大きな食い込み深さkを実現できる。また、活物
質粒子bを食い込ませる集電体1の表面部分だけをメッ
キ等によって別の材料とし、表面部分の硬度を低下させ
ておくことも有効である。
【0026】次に、図3は、上記電極Dを用いた円筒二
次電池P(例えばニッケル水素電池)の斜視図である。
この円筒二次電池Pでは、負電極D1と正電極D2とは、
セパレータ3を挟んだ状態で渦巻き状に多重巻回して電
槽4(負極端子)内に収納されており、また電槽4内に
充填された電解液に浸漬されている。電槽4の上端は開
口部が形成されており、当該開口部は、中央に正極端子
5が設けられると共に電槽4に対して絶縁された封口板
6によって封止されている。また、負電極D1は電槽4
に接続され、また正電極D2は正極端子5に接続されて
おり、負電極D1と正電極D2とは電解液を介して直列回
路を構成している。
【0027】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、例えば以下のような変形例が考えられ
る。 (1)集電体1については、さらに加工を施すことによ
り多数の孔や凸部を離散的に形成して活物質Bの固着力
を向上させたものを用いても良い。例えば、周面に多数
の突起が離散的に形成されたローラやプレス金型で母材
を挿通させることにより母材の表面を上記突起によって
局所的に押圧して多数の貫通孔を離散的に形成し、当該
貫通孔及びこの回りに形成されるバリによって活物質B
の固着力を向上させることが考えられる。
【0028】(2)上記図3は円筒二次電池Pについて
示しているが、上記電極Dを負電極を絶縁材を挟んで正
電極と交互に積層して電槽内に実装した角形電池にも適
用することができる。
【0029】(3)上記実施形態はニッケル水素電池用
の負極に関するものであるが、本発明はこれに検定され
ることなく、ニッケル水素電池用の正極(正電極)や、
他の電池の電極にも適用可能である。
【0030】(4)図2の実験結果は、活物質粒子bの
平均粒子径を30ミクロンメートル及び40ミクロンメ
ートルに設定したものであるが、本発明は、本質的に活
物質粒子bの平均粒子径の制約を受けるものではない。
一般的には20ミクロンメートル〜70ミクロンメート
ルの平均粒子径を有する活物質が電池用電極には多く使
用されているので、本発明は、このような平均粒子径の
活物質粒子bを用いた電極にも適用可能である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集電体の表面に対する活物質の食込深さkが集電体と活
物質との接触抵抗を低下させる必要最小限の範囲内に設
定されるので、食込深さkを不必要に大きくすることに
よる圧延設備コストの増大を抑えつつ効率良く活物質と
集電体との接触抵抗を低く、つまり電池性能を向上させ
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係わる電極の斜視図
及び一部拡大断面図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係わる電極におい
て、集電体に形成される貫通孔のピッチ間隔と活物質の
平均粒径との関係を示す特性図である。
【図3】 本発明の一実施形態に係わる円筒二次電池
の斜視図である。
【符号の説明】
1……母材(集電体) 2……活物質 3……セパレータ 4……電槽 5……正極端子 6……封口板 b……活物質粒子 k……食込深さ D……電極 D1……負電極 D2……正電極 P……円筒二次電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 智俊 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 吉澤 廣喜 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 Fターム(参考) 5H017 AA02 AA03 AS02 BB06 BB08 BB11 CC03 CC25 DD03 EE01 EE04 HH00 HH03 5H028 AA02 BB03 BB04 CC07 CC10 CC11 CC20 EE01 HH00 HH06 5H050 AA12 AA14 AA19 BA11 BA14 CA03 CB16 DA04 FA13 FA17 GA03 GA07 GA08 GA22 GA25 HA05

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性を有する集電体(1)の表面
    に、粉末状の活物質(2)を、もしくは当該粉末状の活
    物質に導電性を有する結着剤、導電材または非導電性の
    結着剤の全部もしくは一部を混合したものを塗布、圧
    着、焼結、あるいはこれらを複合化あるいは繰り返して
    形成する電池用の電極であって、 集電体(1)の表面に熱的に焼結しているより、機械的
    に食い込んでいる活物質粉末が存在し、この活物質粉末
    の食込深さkが集電体(1)と活物質(2)との接触抵
    抗を低下させる必要最小限の範囲内に設定されることを
    特徴とする電極。
  2. 【請求項2】 食込深さkが5ミクロンメートル以上
    であることを特徴とする請求項1記載の電極。
  3. 【請求項3】 活物質(2)の平均粒径は、20ミク
    ロンメートルから70ミクロンメートルまでの範囲内に
    設定されることを特徴とする請求項1または2記載の電
    極。
  4. 【請求項4】 食込深さkが活物質(2)の平均粒径
    の半分以下であることを特徴とする請求項請求項1〜3
    いずれかに記載の電極。
  5. 【請求項5】 集電体(1)の表面近傍の堅さがHv1
    50以下であることを特徴とする請求項請求項1〜4い
    ずれかに記載の電極。
  6. 【請求項6】 集電体(1)は、金属粉末を粉末圧延し
    て成形されることを特徴とする請求項請求項1〜5いず
    れかに記載の電極。
  7. 【請求項7】 活物質(2)は、水酸化ニッケルを主
    成分とする正極活物質であることを特徴とする請求項1
    〜6いずれかに記載の電池の電極。
  8. 【請求項8】 活物質(2)は、水素吸蔵合金を主成
    分とする負極活物質であることを特徴とする請求項1〜
    6いずれかに記載の電池の電極。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の電極(正電極)を絶縁
    材を挟んで負電極と交互に積層した状態で電槽内に実装
    してなることを特徴とする電池。
  10. 【請求項10】 請求項7記載の電極(正電極)を絶
    縁材を挟んで負電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して
    電槽内に実装してなることを特徴とする電池。
  11. 【請求項11】 請求項8記載の電極(負電極)を絶
    縁材を挟んで正電極と交互に積層した状態で電槽内に実
    装してなることを特徴とする電池。
  12. 【請求項12】 請求項8記載の電極(負電極)を絶
    縁材を挟んで正電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して
    電槽内に実装してなることを特徴とする電池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227328A (ja) * 2006-01-24 2007-09-06 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池用負極及びその製造方法並びにリチウム二次電池
JP2010108821A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd アルカリ蓄電池用電極およびこれを備えるアルカリ蓄電池
WO2022113498A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 電極、及び電極の製造方法

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