JPH10284076A - アルカリ蓄電池及びその電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケル焼結基板の多孔度を高くするととも
に、その基板強度の優れた、しかも活物質が基板の内部
まで効率よく充填された高容量なアルカリ蓄電池を提供
する。 【解決手段】 正極板１１と、ペースト式負極板１４
と、セパレータ１５とからなるアルカリ蓄電池であっ
て、正極板の基板５は導電性芯材４側から表面側に向け
て順次段階的に多孔度を大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ蓄電池に
関するもので、特にニッケル焼結基板の多孔度を高くす
るとともに、その基板強度の優れた、しかも活物質を基
板の内部まで効率よく充填し、電池の高容量化を図るも
のである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池用焼結基板の製造方法
は、ニッケル粉末と水とバインダーとを混合してスラリ
ーを作製し、このスラリーを導電性芯材に塗着後、乾
燥、焼結させるものである。

【０００３】近年、電池の高容量化のために、焼結基板
の多孔度を高くして、活物質の充填量を増加させる試み
がされている。しかし上述の製法では、焼結基板の多孔
度は７０〜８０％が限界で、水およびバインダーを増加
して多孔度を高くさせようとするとスラリーの粘度が低
下し、均一な空孔を有する焼結基板が得られない。この
ため、さらに多孔度を高くして活物質の充填量を増加さ
せると、極板の柔軟性が極端に低下し、渦巻き状極板群
を構成する際に、極板に引張や曲げなどの力が加わり、
その基板に部分的な破断が発生し、その基板の電気抵抗
を上昇させ、その結果、電池の内部抵抗が上昇するとい
う問題があった。

【０００４】また、ニッケル粉末とバインダーからなる
スラリーに造孔剤として有機中空球体を混和して導電性
芯材の両面に塗着し、焼結するとともに有機中空球体を
燃焼除去させ、その有機中空球体の消失した部分が空孔
となり基板の多孔度を増加させる方法が特開平２−２７
６１６０号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、焼結基板の多孔度は向上するが、芯材とニッ
ケル焼結体の接触面積低下のため基板強度が低下する。
したがって、基板に活物質を充填する工程や、基板に活
物質を充填した極板を所定の寸法に切断したり、その極
板を渦巻状に巻回して極板群を構成するときに、極板に
引張や曲げ等の力が加わり、その基板に部分的な破断が
生じ、その基板の電気抵抗を上昇させ、その結果、電池
の内部抵抗が上昇するという問題があった。

【０００６】また、この焼結基板は通常１〜１００μｍ
の粒径をもつ有機中空球体を用いて作製されるので、有
機中空球体を消失して形成された空孔部は、空孔の大き
さが均一でない。このため基板に活物質を充填すると、
基板の表面部分の空孔の小さな所では、活物質が充填さ
れることによってその空孔が埋まってしまうので基板の
内部まで十分に活物質を充填することができなくなり、
基板の多孔度が高い割には活物質の充填効率が悪く、電
池を思ったように高容量化できなかった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するもので、ニ
ッケル焼結基板の多孔度を高くするとともに、その基板
強度の優れた、しかも、活物質が基板の内部まで効率よ
く充填された高容量なアルカリ蓄電池を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】正極とペースト式負極と
セパレータとからなるアルカリ蓄電池であって、前記正
・負極のうち少なくとも一方は、ニッケル焼結基板に活
物質を充填した電池であって、その基板は導電性芯材側
から表面側に向けて順次段階的に多孔度が大きくなって
いるものとした。

【０００９】また、この電極の製造方法は中央部に配さ
れた多孔性の導電性芯材の両面にニッケル粉末を主体と
したスラリーを塗布して乾燥した後、このスラリーを塗
布した導電性芯材の両面に、ニッケル粉末と粒径が４０
〜６０μｍの有機中空球体を前記ニッケル粉末に対して
４〜６重量％混合したスラリーを塗布して乾燥し、さら
にこのスラリーを塗布した導電性芯材の両面にニッケル
粉末と粒径が７０〜９０μｍの有機中空球体を、前記ニ
ッケル粉末に対して９〜１１重量％混合したスラリーを
塗布して乾燥し、ついでこれを焼結したものとした。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、正・負極
のうち少なくとも一方はニッケル焼結基板に活物質を充
填した電池であって、その基板は導電性芯材側から表面
側に向けて順次段階的に多孔度を大きくしたものであ
る。

【００１１】このため基板の中央部の芯材とニッケル焼
結体との接触面は、多孔度が低いので、芯材とニッケル
焼結体との接触点を多く確保でき、基板強度の低下はな
い。したがって、この基板に活物質を充填した極板を渦
巻状に巻回して極板群を構成する際、極板に曲げや引張
の力が加わっても、その基板に破断が生じることがな
い。したがって、その基板の電気抵抗の上昇を抑制させ
ることができる。

【００１２】また、上記基板は芯材側から表面側にかけ
て多孔度の低い層と多孔度の高い層との間にその中間の
多孔度をもつ層を介在させ、焼結時の収縮率の違いによ
って多孔度の高い層と、多孔度の低い層との間にかかる
残留応力を緩和させることができ、これによって基板強
度の低下を防ぐことができる。

【００１３】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明の電極の製造方法であり、導電性芯材の両面に、
第１層目として、ニッケルの粉末スラリーを塗布し、乾
燥したものを形成し、この第１層目の両面に第２層目と
してニッケル粉末と粒径が４０〜６０μｍの有機中空球
体を前記ニッケル粉末に対して４〜６重量％混合したス
ラリーを塗布して乾燥したものを形成し、さらにこの第
２層目の両面に、第３層目としてニッケル粉末と粒径が
７０〜９０μｍの有機中空球体を前記ニッケル粉末に対
して９〜１１重量％混合したスラリーを塗布して乾燥し
たものを形成し、ついでこれを焼結して基板を作成して
活物質をこの基板に充填する電極の製造方法である。

【００１４】この基板の製造方法では、その基板の中央
部の芯材側から表面側に向けて芯材の両面に８０％程度
の多孔度を有する第１層目と、８５％程度の多孔度を有
する第２層目と、９０％程度の多孔度を有する第３層目
が形成できる。つまり、この焼結基板はその基板の中央
部の芯材側から表面側に向けて多孔度が順次段階的に大
きく形成できるものである。

【００１５】また、この基板の製造方法では、第２層目
がニッケル粉末に粒径を４０〜６０μｍに規定した有機
中空球体を混合したスラリーを焼結させるとともに有機
中空球体を消失させて形成したものなので、その空孔も
均一な大きさのものが得られ、これと同様に第３層目は
ニッケル粉末に第２層目よりも粒径の大きな７０〜９０
μｍに規定した有機中空球体を混合したスラリーを焼結
させるとともに有機中空球体を消失させて形成したもの
なので、その空孔も均一なものが得られる。

【００１６】したがって、この焼結基板は、その表面側
からその中央部の芯材側に行くにつれて順次段階的に空
孔が小さくなる。このため活物質を基板に充填する際
に、活物質は基板の表面の大きな空孔部を通りやすく、
基板の中央部まで活物質が充填できるので基板の内部か
ら表面部にまで、活物質を効率よく充填した電極を構成
できる。

【００１７】この電極を用いて極板を構成して電池とす
ることにより、電池の高容量化が可能となるものであ
る。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００１９】ニッケル粉末１００重量部に、水１００重
量部とメチルセルロース３．６重量部とを混合してニッ
ケル粉末スラリー１を作成した。

【００２０】次に、ニッケル粉末スラリー１に粒径が４
０〜６０μｍのアクリル系の有機中空球体をニッケル粉
末に対して５重量％混合してニッケル粉末スラリー２を
作成した。

【００２１】同様に、ニッケル粉末スラリー１に粒径が
７０〜９０μｍのアクリル系の有機中空球体をニッケル
粉末に対して１０重量％混合してニッケル粉末スラリー
３を作成した。

【００２２】開孔率６０％のパンチングメタルからなる
導電性芯材４の両面にニッケル粉末スラリー１を塗布、
乾燥した後、その上側にニッケル粉末スラリー２を塗
布、乾燥した。さらにこのスラリー２を塗布、乾燥した
面の上側に、ニッケル粉末スラリー３を塗布、乾燥し
た。ついでこれを還元雰囲気中８５０℃で焼結し、厚み
が０．７ｍｍの本発明の実施例におけるニッケル焼結基
板５を作製した。この基板５の模式断面図を図１に示
す。

【００２３】図１に示すように、ニッケル焼結基板５
は、中央部の導電性芯材４と、その両面に設けられた多
孔度８０％の第１層６と、多孔度８５％の第２層７と、
多孔度９０％の第３層８とからなるニッケル焼結体から
なる。このニッケル焼結体は、芯材４側から基板５の表
面側に向けて段階的に多孔度が高くなっており、基板５
の平均多孔度は８５％である。

【００２４】導電性芯材４の両面にニッケル粉末スラリ
ー１のみを塗布して乾燥し、上記と同様に焼結させて厚
みが０．７ｍｍの比較例１のニッケル焼結基板９を作成
した。

【００２５】また、導電性芯材４の両面にニッケル粉末
スラリー３のみを塗布して乾燥し、上記と同様に焼結さ
せて厚みが０．７ｍｍの比較例２のニッケル焼結基板１
０を作製した。

【００２６】この比較例１の焼結基板９の多孔度は８０
％となり、比較例２の焼結基板１０の多孔度は９０％と
なった。

【００２７】次に、本発明の実施例におけるニッケル焼
結基板５を硝酸ニッケル水溶液に浸漬後、アルカリ処理
を行う通常の化学含浸法を用いて上記基板５に水酸化ニ
ッケルを充填して実施例の正極板１１を作製した。

【００２８】上記と同様な方法で、比較例１の基板９と
比較例２の基板１０のそれぞれに、水酸化ニッケルを充
填して、比較例１の正極板１２と比較例２の正極板１３
とを作製した。

【００２９】上記で作製した実施例の正極板１１と、酸
化カドミウムを主体とするペーストをパンチングメタル
に塗着して乾燥した負極板１４とこの両者間にポリプロ
ピレン不織布製セパレータ１５を介在させて渦巻き状に
巻回して極板群を構成し、これを鉄製の電池ケース１６
に挿入し、正極端子を兼ねる封口板１７で密閉して、公
称容量１４００ｍＡｈのＳＣサイズの本発明の実施例に
おける円筒型ニッケル−カドミウム蓄電池Ａを構成し
た。この電池Ａの構成図を図２に示す。

【００３０】正極板１１の代わりに比較例１の正極板１
２と比較例の正極板１３のそれぞれ用いた以外は、それ
ぞれ上記と同様な構成として比較例１の電池Ｂと比較例
２の電池Ｃを構成した。

【００３１】電池Ａ，Ｂ，Ｃの放電特性の評価を行っ
た。

【００３２】まず電池Ａ，Ｂ，Ｃの電池を１ＣｍＡで７
２分間充電し、１ＣｍＡで１．０Ｖの端子電圧に至るま
で放電を行った。その時の各電池の放電容量の結果を
（表１）に示す。

【００３３】次に、電池Ａ，Ｂ，Ｃの電池を５ＣｍＡの
ハイレートで１３分間充電し、５ＣｍＡで１．００Ｖの
端子電圧に至るまで放電を行った。そのときの各電池の
１ＣｍＡの放電容量に対する５ＣｍＡの放電容量の比率
を同じく（表１）に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】（表１）に示すように、電池Ａは１ＣｍＡ
での放電容量は１５００ｍＡｈと高いが電池Ｂは１４０
０ｍＡｈ、電池Ｃは１４５０ｍＡｈと低くなった。

【００３６】電池Ａは基板５の平均多孔度が８５％と高
く、また基板５の表面側から芯材４側に向かって順次段
階的に多孔度が低くなり、またその空孔も基板５の表面
側から芯材４側に向かって順次段階的に小さくなってい
るので基板５の表面から内部まで活物質が効率よく充填
できるため、放電容量が高くなったものである。

【００３７】電池Ｂは、基板９の多孔度が８０％と低い
ので、基板９への活物質の充填量を上げることができな
いために放電容量が低くなったものである。

【００３８】電池Ｃは、基板１０の多孔度が９０％と高
いが、基板１０内に焼結によって有機中空球体が消失し
て形成された空孔の大きさはバラツキが大きい。これ
は、このときに使用された有機中空球体の粒径が７〜９
０μｍであり、粒径を細かく規定していないため、ニッ
ケル焼結体に実際に形成される空孔の大きさが大きく変
化するからである。その結果、活物質を基板１０に充填
しても、表面側の小さな空孔を埋めて基板１０の内部ま
で十分に活物質を充填できない部分があり、その分電池
Ａより放電容量が低くなったものである。

【００３９】次に電池Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの１ＣｍＡ
の放電容量に対する５ＣｍＡの放電容量の比率を比較す
ると、電池ＡとＢは９２％と高いが、電池Ｃは８５％と
低くなった。

【００４０】電池Ａ，Ｂは、正極板に基板５と基板９を
それぞれ用いている。この基板５と基板９は中央部にあ
る芯材４と接触する部分の多孔度は８０％と低く、その
ため芯材４とニッケル焼結体との接触点が多くなり、基
板の強度が維持できる。その結果、電池Ａ，Ｂは正極板
を渦巻状に巻回しても、その基板は部分的な剥がれや破
断がおこりにくいので、電気抵抗は渦巻状に巻回する前
後でほとんど変化しない。このため電池Ａ，Ｂは、電池
Ｃより内部抵抗が低く１ＣｍＡの放電容量に対する５Ｃ
ｍＡの放電容量比率が９２％と高くなったものである。

【００４１】電池Ｃは、中央部にある芯材４と接触する
部分の多孔度は９０％と高く、そのため芯材４とニッケ
ル焼結体との接触点が少なくなり、基板１０の強度は低
くなる。このため電池Ｃは、正極板を渦巻状に巻回する
と、基板１０に部分的な剥がれや破断がおこり、基板１
０の電気抵抗は渦巻状に巻回する前よりも巻回後の方が
大きくなる。その結果、電池Ｃは、内部抵抗が上昇し、
１ＣｍＡの放電容量に対する５ＣｍＡの放電容量の比率
が８５％と低くなったものである。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ニッケル
の焼結基板の中央部に配された導電性芯材側から表面側
に向けて順次段階的に多孔度を大きくすることによっ
て、基板の平均多孔度を高くするとともに、その基板強
度の優れた、しかも基板の表面から内部まで効率よく活
物質を充填した電極が得られ、これを用いてアルカリ蓄
電池を構成することによって電池の高容量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるニッケル焼結基板の模
式断面図

【図２】同電池の構成図

【符号の説明】

４ 導電性芯材 ５ ニッケル焼結基板 ６ 多孔度８０％の第１層 ７ 多孔度８５％の第２層 ８ 多孔度９０％の第３層 １１ 正極板 １４ 負極板 １５ セパレータ １６ 電池ケース １７ 封口板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正極とペースト式負極とセパレータとから
   なるアルカリ蓄電池であって、前記正・負極のうち少な
   くとも一方は、ニッケル焼結基板に活物質を充填した電
   池であって、その基板は導電性芯材側から表面側に向け
   て順次段階的に多孔度が大きくなっているアルカリ蓄電
   池。
2. 【請求項２】中央部に配された多孔性の導電性芯材とそ
   の両面に形成されたニッケル粉末の焼結体からなる基板
   に活物質を充填する電極の製造法であって、前記基板は
   中央部に配された多孔性の導電性芯材の両面にニッケル
   粉末を主体としたスラリーを塗布して乾燥した後、この
   スラリーを塗布した導電性芯材の両面に、ニッケル粉末
   と粒径が４０〜６０μｍの有機中空球体を前記ニッケル
   粉末に対して４〜６重量部％混合したスラリーを塗布し
   て乾燥し、さらにこのスラリーを塗布した導電性芯材の
   両面に、ニッケル粉末と粒径が７０〜９０μｍの有機中
   空球体を前記ニッケル粉末に対して９〜１１重量％混合
   したスラリーを塗布して乾燥し、ついでこれを焼結する
   アルカリ蓄電池用電極の製造方法。