(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法において、
ニッケルストリップである集電体上に多数の貫通孔を空ける穿孔段階と、
２枚の前記集電体の間に水素貯蔵合金粉末を充填する充填段階と、
前記集電体に所定強度の外力を加えて前記２枚の集電体を水素貯蔵合金粉末と共に圧着することにより、２枚の集電体の対向する上端部および下端部を互いに結合させることによって、前記水素貯蔵合金粉末を前記２枚の集電体の間に拘束させる圧着段階とを含むことを特徴とするニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法。
【請求項２】
前記充填段階前に、
前記水素貯蔵合金粉末の表面にニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、または前記ニッケル及び前記銅の混合物をコーティングするコーティング段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法。
【請求項３】
ニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板において、
多数の貫通孔が各々形成され、対向する上端部及び下端部が互いに結合される２枚のニッケルストリップと、
前記２枚のニッケルストリップの間に粉末状に拘束されている水素貯蔵合金とを含むことを特徴とするニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板。
【請求項４】
前記水素貯蔵合金粉末が、ニッケル、銅、またはニッケル及び銅の混合物でコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電及び放電が可能な２次電池に係り、特に、ニッケル／水素貯蔵合金２次電池に適用される陰極板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の急速な発達に伴い、電気、電子機器のポータブル化、小型化、軽量化が進んでいる。これにより、ニッケル／水素貯蔵合金電池などの高性能の２次電池に対する需要が急増しつつある。
【０００３】
かかるニッケル／水素貯蔵合金２次電池において、陰極板は電池の充電及び放電時に水素を放出したり吸収し、充電過ぎの場合には陽極板で生じるガスを吸収して消費する。したがって、ニッケル／水素貯蔵合金２次電池の性能（例えば、電池の充電及び放電サイクル寿命、高率放電特性など）は陰極板の性能により大きく左右される。
【０００４】
この明細書では、従来のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板を製造するための技術として、韓国科学技術研究院（ＫＩＳＴ：Korea Institute of Science and Technology）により『ペースト式水素貯蔵合金電極の製造方法』という名称で米国に出願されて登録された米国特許第５，６８２，５９２号について簡略に説明する。
【０００５】
この米国特許第５，６８２，５９２号公報によれば、前記陰極板は、粉末状の活物質（すなわち、水素貯蔵合金（Metal Hydryde）） 、バインダー（Binder）、導電剤（Conductor）及び水を所定の割合で混合して練った後、前記水素貯蔵合金練りを集電体であるニッケルスクリーンに圧着して製造される。前記バインダーとしては、結合剤（ポリテトラフルオロエチレン、Polytetrafluoroethylene；ＰＴＦＥ及び５０３Ｈ）及び増粘剤（ヒドロキシプロピルメチルセルロース、Hydroxypropyl methyl cellulose； ＨＰＭＣ ）が用いられる。前記導電剤としては粉末状のニッケル、銅、黒鉛、アセチレンブラック（Acetylene Black；ＡＢ）などが約５〜１０ｗｔ％混合される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したように、従来の技術の製造方法により製造されたニッケル／水素貯蔵合金電池用陰極板においては、バインダー及び導電剤の量だけ水素貯蔵合金粉末の量が減るため、前記陰極板を適用した２次電池の容量は低下する。また、水素貯蔵合金がニッケルスクリーンの外壁に固定されるため、放電時に未粉化した水素貯蔵合金が電極から分離される脱離現象が生じるという問題点をもっている。これにより、従来の製造方法により製造された陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池のサイクル寿命は、図１を参照すれば、放電容量が約８０％に達する充電及び放電サイクル回数が約５００回しかならない程度に、低下する。
【０００７】
さらに、前述した従来の技術の製造方法により製造された陰極板においては、集電体（すなわち、ニッケルスクリーン）から水素貯蔵合金へと電流が流れるとき、バインダーが抵抗として作用してしまうという問題もある。これにより、従来の製造方法により製造された陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金電池の高率放電特性は、図２を参照すれば、５時間放電率が１００％であるという仮定下で１時間放電率が９５％を超えない程度に悪い。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の技術の問題点を効率よく解決することのできるニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の一面は、ニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板に関する。本発明のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板は、多数の貫通孔が各々形成され、対向する上端部及び下端部が互いに結合される２枚のニッケルストリップと、前記２枚のニッケルストリップの間に粉末状に拘束される水素貯蔵合金とを含む。
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の他の一面は、ニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法に関する。本発明のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法は、集電体上に多数の貫通孔を空ける穿孔段階と、２枚の前記集電体の間に水素貯蔵合金粉末を充填する充填段階と、前記集電体に所定強度の外力を加えて前記２枚の集電体を水素貯蔵合金粉末と共に圧着することにより、前記水素貯蔵合金粉末を前記２枚の集電体の間に拘束させる圧着段階とを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図３ないし図７に基づき、本発明の望ましい実施形態によるニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１２】
図３の（ａ）及び（ｂ）を参照すれば、本発明のニッケル／水素貯蔵合金電池用陰極板は、配列される多数のニッケルストリップ１００及び互いに対向する２枚のニッケルストリップ１００の間に充填される水素貯蔵合金２００を含む。
【００１３】
前記各々のニッケルストリップ１００には多数の貫通孔１１０が形成される。前記各貫通孔１１０は、その直径が数十ｎｍ〜数百ｎｍであることが望ましい。そして、本発明による陰極板の一端部に位置するニッケルストリップ１００には電池の充電及び放電のための端子１２０が形成される。これらのニッケルストリップ１００は集電体としての機能を行う。すなわち、電流が端子１２０に供給される場合、前記電流を水素貯蔵合金２００に流すのである。一方、前記ニッケルストリップ１００はニッケルだけで加工されることが望ましいが、これに限定されることなく、ストリップ状に加工された鉄板にニッケルメッキを施して加工しても良い。
【００１４】
前記水素貯蔵合金２００としてはＡＢ5系合金（例えば、ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ｍｎ0.4Ａｌ0.3（Ｍｍ：Misch metal、希土類金属の合金）、ＭｍＮｉ4.3Ｍｎ0.4Ａｌ0.3など）及びＡＢ2系合金（例えば、Ｔｉ1-xＺｒxＶ0.5Ｎｉ1.1Ｆｅ0.2Ｍｎ0.2など）のうち選ばれるいずれか一つが使用できる。前記水素貯蔵合金２００粉末の表面はニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち選ばれるいずれか一つでコーティングされることが望ましく、この場合、電池の自己放電及び高温腐食が抑制され、高率充放電特性が向上できる。さらに、前記水素貯蔵合金２００はニッケル及び銅の混合物でもコーティングされ得る。
【００１５】
図４は、本発明によるニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法を示したフローチャートである。
【００１６】
図４を参照すれば、まず、各々のニッケルストリップ１００に多数の貫通孔１１０を空ける（Ｓ１１０）。そして、前記水素貯蔵合金２００粉末の表面をニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）のうち選ばれるいずれか一つでコーティングする（Ｓ１２０）。次に、互いに対向して位置する２枚のニッケルストリップ１００の間には粉末状の水素貯蔵合金２００を充填し（Ｓ１３０）、前記ニッケルストリップ１００に外力を加えて圧着させる（Ｓ１４０）。このとき、互いに対向する２枚のニッケルストリップ１００の対向する上端部及び下端部は互いに結合され、前記水素貯蔵合金２００粉末は結合された２枚のニッケルストリップ１００により拘束される。すなわち、前記水素貯蔵合金２００は２枚のニッケルストリップ１００の間に貯蔵された状態を維持することになる。一方、前記水素貯蔵合金２００が大気中の水分と反応することを防止するために、本発明の陰極板の製造に際し、温度は常温であり、大気の状態は乾燥であることが望ましい。
【００１７】
前述のように製造される本発明の陰極板は、水素貯蔵合金２００が２枚のニッケルストリップ１００の間に維持されているので、放電時に水素貯蔵合金２００が脱離することが防止できる。そして、バインダー及び導電剤を用いないので、本発明の陰極板に含まれる水素貯蔵合金の量は従来の技術の陰極板に含まれる水素貯蔵合金のそれよりも一層多くなる。
【００１８】
また、前記ニッケルストリップ１００が水素貯蔵合金２００の両側に配置されるので、導電剤を加えなくても集電体の機能が強化され、前記ニッケルストリップ１００から水素貯蔵合金２００へと電流が流れるとき、前記ニッケルストリップ１００と水素貯蔵合金２００との間に生じる接触抵抗がバインダーを用いる従来の技術に比べて著しく低減するので、高率放電特性が著しく向上できる。
【００１９】
図５は、本発明による陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池の構成を示した斜視図である。
【００２０】
図５を参照すれば、ニッケル／水素貯蔵合金電池は、ハウジング１０と、このハウジング１０の外側に突設される陽極柱１２及び陰極柱１４と、陽極柱１２に連結される陽極板１６と、陰極柱１４に連結される本発明の陰極板１８と、前記陽極板１６と陰極板１４との間に設けられるセパレータ２０とを備える。ここで、前記陽極板１６、陰極板１８及びセパレータ２０はハウジング１０に内蔵される。
【００２１】
このように、本発明の陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金電池のサイクル寿命は、図６を参照すれば、充電及び放電を約１，０００回繰り返す場合、放電容量が約８０％に近づく程度に向上される。具体的に説明すれば、従来の技術の製造方法により製造された陰極板を適用した２次電池の放電容量は充電及び放電を約５００回繰り返せば約８０％に達するのに対し（図１参照）、本発明の陰極板を適用した２次電池の放電容量は充電及び放電を約１，０００回繰り返すとき約８０％に達することになる（図６参照）。
【００２２】
さらに、本発明の陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池の高率放電特性は、図７を参照すれば、従来の技術でのように５時間放電率が１００％であるという仮定下で１時間放電率も１００％に近づく程度に向上される。具体的に説明すれば、電池の電圧が０．８Ｖになるまで、従来の技術の製造方法により製造された陰極板を適用した２次電池の放電率は９５%を超えないのに対し（図２参照）、本発明の陰極板を適用した２次電池の放電率は９５％を超えるのである（図７参照）。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法により製造される陰極板は、圧着工程により、水素貯蔵合金が２枚の多孔性ニッケルストリップ、すなわち集電体により拘束されるので、バインダーを用いなくても水素貯蔵合金が集電体の間に維持でき、導電剤を用いなくても集電体から水素貯蔵合金への電流の流れが良好になされ得る。
【００２４】
また、前述した理由により、本発明の陰極板を適用した２次電池は下記のような効果を有する。
【００２５】
（１）陰極板に用いられる水素貯蔵合金の容量がバインダー及び導電剤を用いる従来の技術の陰極板に比べて著しく増大され、かつ水素貯蔵合金の脱離現象が生じないので、本発明の陰極板を適用した２次電池のサイクル寿命が著しく向上できる。
【００２６】
（２）集電体と水素貯蔵合金との間の接触抵抗が大いに低減するので、本発明の陰極板を適用した２次電池の高率放電特性が著しく向上できる。
【００２７】
（３）前記（１）及び（２）の効果により、本発明の陰極板が適用される２次電池は超高率充放電特性及び超長寿命を要求する産業用電池に好適である。
【００２８】
本発明は図面に示された一実施形態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野における通常の知識を有した者なら、これより各種の変形及び均等な他の実施形態が可能であることは言うまでもない。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は特許請求の範囲上の技術的な思想によって定まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のニッケル／水素貯蔵合金２次電池のサイクル寿命特性を概略的に示したグラフである。
【図２】従来のニッケル／水素貯蔵合金２次電池の高率放電特性を概略的に示したグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の望ましい一実施形態によるニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の構成を示した正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ-Ａ'線に沿って取った断面図である。
【図４】本発明によるニッケル／水素貯蔵合金２次電池用陰極板の製造方法を示したフローチャートである。
【図５】本発明による陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池の構成を示した斜視図である。
【図６】本発明による陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池のサイクル寿命特性を示したグラフである。
【図７】本発明による陰極板を適用したニッケル／水素貯蔵合金２次電池の高率放電特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１００  ニッケルストリップ（集電体）
１１０  貫通孔
１２０  端子
２００  水素貯蔵合金
１０    ハウジング
１２    陽極柱
１４    陰極柱
１６    陽極板
１８    陰極板
２０    セパレータ
【図１】
0003541028.tif 000002
【図２】
0003541028.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003541028.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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