JPH02183964A - 水素吸蔵電極の製造方法 - Google Patents

水素吸蔵電極の製造方法

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JPH02183964A
JPH02183964A JP1002524A JP252489A JPH02183964A JP H02183964 A JPH02183964 A JP H02183964A JP 1002524 A JP1002524 A JP 1002524A JP 252489 A JP252489 A JP 252489A JP H02183964 A JPH02183964 A JP H02183964A
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哲男 境
Hiroshi Ishikawa
博 石川
Nobuhiro Kuriyama
栗山 信宏
Tokuichi Hazama
狭間 徳一
Shizuo Sakamoto
坂本 静男
Hiroyuki Kawashima
弘之 川島
Keizo Sakaguchi
坂口 景三
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Kurimoto Ltd
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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〕 本発明は、水素吸蔵合金を負極とし、酸化ニッケル電極
を正極とするニッケルー水素二次電池に関するものであ
り、特に、合金負極の製造と活性化を同時に行うことに
より、電池の製造コストの低減を図るとともに、その後
の電気化学的な水素の吸蔵・放出に伴う電極の変形を防
止することで電池寿命を向上させる新しい水素吸蔵電極
の製造方法に関するものである。
〔従来技術とその課題〕
ホットプレスなどで作製したマイクロカプセル化水素吸
蔵電極は、これを酸化ニッケル極、セパレータと組み合
わせて電池を構成する前に合金に水素を吸収させる活性
化処理が必要である。従来、この活性化処理は、電極を
オートクレーブ中に入れ十分真空排気後、10〜30気
圧の水素雰囲気下で150“Cまで昇温し、1時間程度
保持した後、放冷する工程によって行っていた。
この場合、電極面積が大きくなると活性化処理に伴う合
金の水素吸蔵によって電極が変形し、コンパクト・高容
量に電池を組み立てることを困難にし、また変形した電
極のエツジによってセパレータを破を員し、短絡が生じ
やすいといった問題点があった。本願発明は上記の課題
を解決するために変形の生じ難い水素吸蔵電極を簡素化
したプロセスで製造する方法の提供を目的とする。
〔課題を解決する為の手段) 本発明に係る水素吸蔵電極の製造方法は、水素吸蔵合金
粉末の表面を銅又はニッケルで被覆したマイクロカプセ
ル化合金をホットプレスにより集電体と一体に結合する
工程を、水素ガス雰囲気下で実施し、電極の成型と活性
化を同時に行うことにより前記の課題を解決した。さら
に詳しくは、このマイクロカプセル化合金を単独で用い
る他、これに粘結剤として銅粉末、ニッケル粉末、PT
FE、FEP、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロ
ンよりなる群から選んだ少なくとも1種を、その量が電
極に対して、10重量パーセント以下になるよう混合し
て用いることも提示する。また、ホットプレス温度は1
00’C以上350℃以下の範囲で、水素ガス雰囲気は
1気圧以上10気圧以下、ホットプレス圧はit/cm
”以下、また、冷却時のプレス圧は200kg/c++
”以下、好ましくは5〜50kg/cm”の範囲で行う
ことが最適の実施態様として推賞できる。
〔作用〕
本願方法で製造された電極は水素吸蔵状態で平滑な形状
となっているため、水素放出時でもその形状が維持され
る。そこで、ニッケル正極、セパレークを組み合わせて
電池を構成する際に、電池ケース内にコンパクト・高密
度に充填することができ、また、電気化学的な水素の吸
蔵・放出サイクルの長期繰り返しにおいても、電極の変
形に伴う電極間の短絡や合金粉末の脱落が防止でき、電
池寿命を大幅に改善することができる。
〔実施例〕
ホットプレス温度は、マイクロカプセル化合金を単独で
用いる場合や、粘結剤として銅粉末、ニッケル粉末、P
TFE、FEPなどを用いる場合には、250〜350
’Cが好ましく、粘結剤としてポリエチレンやポリプロ
ピレン、ナイロンなどを用いる場合には80〜140℃
が好ましい、一方、合金電極を水素化活性化するために
は100℃以上の温度が必要である。したがって、ホン
トブレス温度は100℃以上300℃以下の範囲がよい
、また、水素圧については常温で1気圧以上あればよい
が、10気圧を越えると耐圧容器の基準が厳しくなるの
で、!気圧以上10気圧以下の範囲が好ましい、プレス
圧については、粘結剤を使用する場合には、100〜4
00kg/cm2で十分であするが、マイクロカプセル
化合金を単独で用いる場合には300kg/cm”以上
の圧力が好ましい。しかし、It/cm”以上の圧力で
プレスすると電極が圧密化しすぎて、これに水素を吸蔵
させる活性化処理が円滑に進行しなくなるため、100
kg/cm”以上l t/cm2以下の範囲が好適であ
る。また、電極を冷却する際にはそのプレス圧を合金の
水素吸蔵状態の膨張圧力以下にすることが必要である。
すなわち、プレス圧を200kg/cm”以下、好まし
くは5 kg/c+w”〜50kg/cI11”の範囲
で行うと電極にその変形を防ぎながら水素を完全に吸蔵
せさることができる。この活性化処理によって水素吸蔵
状態の電極を、ニッケル正極、セパレータと組み合わせ
て正極規制の半密閉型電池を構成すると、1回の充放電
サイクルで電池の公称容量を得ることができる。活性化
処理を施さない電極については、充電効率が悪いためガ
ス発生が多く、電池セルを開放状態にして10〜30回
充放電サイクルを繰り返す電気化学的活性化処理が必要
であり表置的、時間的なロスが大きい。銅又はニッケル
によるマイクロカプセル化合金の場合は、被覆金属が水
素化物と酸素との直接接触を防ぐため水素吸蔵状態で大
気中に取り出しても酸化による合金の劣化はほとんど進
行しない。一方、裸の合金を用いた場合は、水素化物表
面で大気中の酸素との反応による酸化が進行するため、
大気中に取り出す前に再度150’C程度まで昇温し、
水素を放出させる脱気処理が必要となり、工程が煩雑と
なる。そこで、本発明の方法は、特にカプセル化合金を
用いる電極製造法及び活性化処理法として実用的価値が
大きい。
電極用材料としてはLaN1z、5Co□、4^1゜、
、水素吸蔵合金粉末(粒径:150μm以下)に無電解
銅メ・ンキ(銅メツキI: 20wt%相当)を施した
ものを使用し、第1表の実施例ならびに比較例にも示す
ようにそれぞれ活性化方法等を変えて電極を作製した。
この合金の初期放電容量は265mAh/g程度である
。なお、また、電極支持体として用いた発泡ニッケル金
属は、−辺56鋼−1厚さ1.6IIII、多孔率95
%、空孔径350〜500 u−のものであり、面内四
カ所にそれぞれ一辺20mm四方の切り抜き部を設けた
格子状のものである。
第1表は本願実施例及び対照のための比較例である。
第1表 表における実施例の電極は、本発明の製造方法によると
ころのもので、この発泡ニッケル電極支持体の切り抜き
部に合金粉末を充填してこの表面を集電体である銅製金
網でおおい、これをホントプレス装置中100℃で十分
真空排気して、これに水素ガスを3気圧で導入して温度
300℃1プレス圧400kg/c+m”で1時間保持
することでホットプレスを行った後、プレス圧を10k
g/cm”まで下げて室温まで冷却することで作製した
ものである。
また、表における比較例の電極は、温度300℃、プレ
ス圧400kg/cm”で真空下でホットプレス成形し
た後、これをオートクレーブ中に入れ、温度150℃2
水素圧10気圧で1時間保持し、合金中に強制的に水素
を吸蔵させることにより活性化処理を行ったものである
前記いずれの電極においても、銅メツキ重量を除いた合
金自体の重量を約2.5g(約66抛^hの容1)とな
るようにした、これらの水素吸蔵電極を負極とし、正極
に焼結型の酸化ニッケル電極を、セパレーターとしてナ
イロン不織布を用い、5N水酸化カリウムとIN水酸化
リチウム混合溶液を電解液とし、公称容量をおよそ45
抛Ahとする正極規制の開放型電池を組み立てた。これ
らの試験用電池を温度20゛Cの恒温室内に置いて、充
電電流250+a^で2.5時間充電し、0.5時間休
止した後、放電電流225nAで電圧が0.8Vに低下
するまで放電するといったサイクルで長期間充放電繰り
返し試験を行った。この試験の結果を、電極活性化処理
時の変形量とともに表に示す。
画電極とともに活性化処理が終了しているため、lサイ
クル目から450sAhの放電容量を得ることができた
。実施例の電池については500サイクル以上の寿命が
得られたが、比較例の電池については300サイクル付
近で電池の短絡が起こった。この原因は変形した合金負
極を、正極であるニッケル極とセパレータをはさんで強
制的に圧着させたため、変形した合金電極のエツジ部分
がセパレータにくい込み、正極と短絡を引き起こしたも
のと分かった。
電極の変形に関しては、実施例の電極が成形後あるいは
電池の充放電過程においても全(平滑な形状を維持して
いるのに対して、比較例の電極は活性化処理段階で既に
お碗状に変形しており、この変形量を電極の4つのコー
ナーで形成される面とお碗の頂点との間の距離で表すと
2〜3+amであった。
以上に示してきたように、新たに開発した製造方法で作
製された水素吸蔵電極は、水素の吸蔵状態で平滑な形状
となっているため、平板型電池を高密度に組み立てるの
が容易であり、またその後の長期にわたる水素吸蔵・放
出サイクルを経ても変形することはないため電極間の短
絡も起こりにくく、電池の寿命を顕著に改善することが
できた。
〔発明の効果〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)水素吸蔵合金粉末の表面を銅又はニッケルで被覆し
    たマイクロカプセル化合金をホットプレスにより集電体
    と一体に結合する工程を、水素ガス雰囲気下で実施し、
    電極の成型と活性化を同時に行うことを特徴とする水素
    吸蔵電極の製造方法。 2)前記マイクロカプセル化合金粉末を単独で用いるか
    、あるいはこれに粘結剤として、銅粉末、ニッケル粉末
    、四フッ化エチレン(PTFE)、四フッ化エチレン・
    フッ化プロピレン共重合体(FEP)、ポリエチレン、
    ポリプロピレン、ナイロンよりなる群から選んだ少なく
    とも1種を、その量が電極に対して10%重量以下にな
    るよう混合して用いる特許請求の範囲第1項記載の水素
    吸蔵電極の製造方法 3)前記ホットプレス温度が100℃以上350℃以下
    である特許請求の範囲第一項記載の水素吸蔵電極の製造
    方法 4)前記水素ガス雰囲気が1気圧以上10気圧以下であ
    る特許請求の範囲第一項記載の水素吸蔵電極の製造方法 5)前記ホットプレス圧が1t/cm^2以下であり、
    冷却時のプレス圧が200kg/cm^2以下、好まし
    くは5〜50kg/cm^2の範囲である特許請求の範
    囲第一項記載の水素吸蔵電極の製造方法
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