(57)【要約】【課題】アルカリ蓄電池の内部抵抗を低減すること。【解決手段】アルカリ蓄電池用電極は基材１、第１粒子１１および第２粒子１２を少なくとも含む。基材１は第１粒子１１および第２粒子１２を担持している。第１粒子１１は電極活物質を含む。第２粒子１２は、酸性官能基を有する有機化合物と、両性金属とからなる群より選択される少なくとも１種を含む。【選択図】図３
2019153550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材、第１粒子および第２粒子を少なくとも含み、
前記基材は前記第１粒子および前記第２粒子を担持しており、
前記第１粒子は電極活物質を含み、
前記第２粒子は、酸性官能基を有する有機化合物と、両性金属とからなる群より選択される少なくとも１種を含む、
アルカリ蓄電池用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はアルカリ蓄電池用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−２２９１３１号公報（特許文献１）は、アルカリ蓄電池用電極（以下「電極」と略記され得る）にニオブ化合物等を添加することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば車載用途等の高出力用途では、高出力を得るために薄型電極が使用されている。一般に薄型電極は、電極活物質を含むペーストが基材に塗工され、乾燥されることにより製造されている。ペーストの塗工により製造された薄型電極は、その表面が平滑であり、表面積が小さいと考えられる。そのため電極活物質とアルカリ電解液との接触面積が小さいと考えられる。すなわち有効反応面積が小さいと考えられる。
【０００５】
本開示の目的はアルカリ蓄電池の内部抵抗を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。
【０００７】
本開示のアルカリ蓄電池用電極は基材、第１粒子および第２粒子を少なくとも含む。基材は第１粒子および第２粒子を担持している。第１粒子は電極活物質を含む。第２粒子は、酸性官能基を有する有機化合物と、両性金属とからなる群より選択される少なくとも１種を含む。
【０００８】
本開示の第２粒子はいわば造孔剤である。第２粒子は、酸性官能基を有する有機化合物と、両性金属とからなる群より選択される少なくとも１種を含む。これらの物質はいずれもアルカリ電解液に溶解し得ると考えられる。
【０００９】
アルカリ蓄電池の製造時、アルカリ蓄電池内にアルカリ電解液が注入される。第２粒子がアルカリ電解液と接触することにより、第２粒子の少なくとも一部がアルカリ電解液に溶解すると考えられる。第２粒子の少なくとも一部が溶解することにより、電極内に開気孔が形成されると考えられる。これにより第１粒子に含まれる電極活物質と、アルカリ電解液との接触面積が増大すると考えられる。すなわち有効反応面積が増大すると考えられる。有効反応面積の増大により、アルカリ蓄電池の内部抵抗が低減することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第１概念図である。
【図２】図２は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第２概念図である。
【図３】図３は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第３概念図である。
【図４】図４は第２粒子の体積比率と内部抵抗との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本開示の実施形態（本明細書では「本実施形態」とも記される）が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。例えば以下ではニッケル水素蓄電池が説明される。ただしニッケル水素蓄電池は本実施形態のアルカリ蓄電池の一例に過ぎない。本実施形態のアルカリ蓄電池は例えばニッケル亜鉛蓄電池等であってもよい。また以下では正極が説明される。ただし正極は本実施形態の電極の一例に過ぎない。本実施形態の電極は負極であってもよい。
【００１２】
＜アルカリ蓄電池用電極＞
図１は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第１概念図である。
電極１０はシート状である。電極１０は電池仕様に応じて任意の平面形状を有し得る。電極１０の平面形状は例えば帯状等であってもよい。電極１０は薄型電極であり得る。電極１０は例えば５μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００１３】
図２は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第２概念図である。
図２には電極１０内の一部が概念的に示されている。電極１０は基材１、第１粒子１１および第２粒子１２を少なくとも含む。
【００１４】
電極１０は例えばバインダ等をさらに含んでもよい。バインダは特に限定されるべきではない。バインダは例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等であってもよい。バインダの含量は１００質量部の電極活物質に対して、例えば０．１質量部以上１０質量部以下であってもよい。
【００１５】
《基材》
基材１の外形は例えばシート状である。基材１は第１粒子１１および第２粒子１２を担持している。図２の基材１は多孔質金属材料である。多孔質金属材料はスポンジ状であってもよい。多孔質金属材料は三次元網目構造を有してもよい。基材１は集電体としても機能し得る。基材１は例えばニッケル（Ｎｉ）製であってもよい。ただし基材１は多孔質金属材料に限定されるべきではない。基材１は例えば金属箔（例えばＮｉ箔、Ｎｉメッキ鋼箔等）、穿孔金属板等であってもよい。
【００１６】
《第１粒子》
第１粒子１１は電極活物質を含む。本実施形態の電極活物質は水酸化ニッケル〔Ｎｉ（ＯＨ）2〕およびオキシ水酸化ニッケル〔ＮｉＯ（ＯＨ）〕からなる群より選択される少なくとも１種である。第１粒子１１は実質的に電極活物質のみからなる粒子であってもよい。第１粒子１１は例えば導電材等をさらに含んでもよい。導電材は電極活物質の表面を被覆していてもよい。導電材は例えばコバルト酸化物等であってもよい。
【００１７】
《第２粒子》
図３は本実施形態のアルカリ蓄電池用電極の構成を示す第３概念図である。
図３にはアルカリ蓄電池内での状態（すなわち電極１０にアルカリ電解液が浸透した後の状態）が概念的に示されている。第２粒子１２は、酸性官能基を有する有機化合物と、両性金属とからなる群より選択される少なくとも１種を含む。これらの物質はいずれもアルカリ電解液に溶解し得ると考えられる。アルカリ電解液は例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等であってもよい。
【００１８】
アルカリ蓄電池内において、アルカリ電解液が電極１０に浸透することにより、アルカリ電解液と第２粒子１２とが接触することになると考えられる。アルカリ電解液と第２粒子１２とが接触することにより、第２粒子１２の少なくとも一部がアルカリ電解液に溶解すると考えられる。これにより電極１０内に開気孔が形成され、有効反応面積が増大すると考えられる。図３において点線で囲まれた部分は、第２粒子１２が溶解した部分に相当する。有効反応面積の増大によりアルカリ蓄電池の内部抵抗が低減することが期待される。加えてアルカリ蓄電池の充放電効率が向上することも期待される。
【００１９】
第２粒子１２のうちアルカリ電解液と接触しないものは、電極１０内に残存することになる。第２粒子１２の一部が電極１０内に残存することにより、電極強度の低下が抑制されることが期待される。
【００２０】
さらに、これらの物質は中性の水には溶解し難いと考えられる。したがって水を溶媒として第１粒子および第２粒子を含むペーストを形成することが可能であると考えられる。ペーストの塗工、乾燥時には第２粒子１２が溶解し難いため、安定して電極１０を製造することができると考えられる。
【００２１】
酸性官能基は例えばフェノール性ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基等であってもよい。有機化合物は複数個の酸性官能基を有していてもよい。有機化合物は複数種の酸性官能基を有していてもよい。酸性官能基を有する有機化合物は、例えばフェノール、２−ナフトール等であってもよい。両性金属は例えばアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）等であってもよい。第２粒子１２は、例えばフェノール、２−ナフトール、ＡｌおよびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。
【００２２】
第２粒子１２のサイズにより、電極１０内に形成される開気孔のサイズが調整され得る。第１粒子１１のサイズに対する第２粒子１２のサイズの比（以下「サイズ比」とも記される）は、例えば０．５以上１．５以下であってもよい。サイズ比が０．５以上であることにより、内部抵抗の低減効果が大きくなることが期待される。好適サイズの開気孔が形成されるためと考えられる。サイズ比が１．５以下であることにより、内部抵抗の低減効果が大きくなることが期待される。第１粒子１１同士の電気的接触（すなわち導電ネットワーク）が適度に保たれるためと考えられる。
【００２３】
例えば第１粒子１１のＤ５０に対する第２粒子１２のＤ５０の比が０．５以上１．５以下であってもよい。「Ｄ５０」は体積基準の粒度分布において微粒側からの積算粒子体積が全粒子体積の５０％になる粒径を示す。Ｄ５０は例えばレーザ回折式粒度分布測定装置等により測定され得る。
【００２４】
第２粒子１２の体積比率により、電極１０の多孔度が調整され得る。多孔度が高くなることは、有効反応面積の増大を意味すると考えられる。第１粒子１１および第２粒子１２の合計に対して、第２粒子１２は例えば２０％以上８０％以下の体積比率を有してもよい。第２粒子１２の体積比率が２０％以上であることにより、内部抵抗の低減効果が大きくなることが期待される。好適サイズの開気孔が形成されるためと考えられる。第２粒子１２の体積比率が８０％以下であることにより、内部抵抗の低減効果が大きくなることが期待される。第１粒子１１同士の電気的接触が適度に保たれるためと考えられる。第２粒子１２は例えば３１％以上３５％以下の体積比率を有してもよい。
【実施例】
【００２５】
以下本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。
【００２６】
以下の構成を有する電極１０（６水準）がそれぞれ製造された。
第１粒子：水酸化ニッケル
第２粒子：２−ナフトール
サイズ比＝１．０
第２粒子の体積比率＝３１〜３５％（６水準）
【００２７】
各電極１０を含むニッケル水素蓄電池がそれぞれ製造された。各ニッケル水素蓄電池の内部抵抗（直流内部抵抗，ＤＣ−ＩＲ）がそれぞれ測定された。
【００２８】
図４は第２粒子の体積比率と内部抵抗との関係の一例を示すグラフである。
第２粒子１２の体積比率が３１％以上３５％以下の範囲において、第２粒子１２の体積比率と内部抵抗との間に線形相関が認められる。すなわち第２粒子１２の体積比率が高くなる程、内部抵抗が低減する傾向が認められる。第２粒子１２の体積比率が高くなる程、第２粒子１２の溶解に伴う有効反応面積の増大幅が大きくなるためと考えられる。
【００２９】
本開示の実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３０】
１  基材、１０  電極、１１  第１粒子、１２  第２粒子。
【図１】
2019153550.tif 000003
【図２】
2019153550.tif 000004
【図３】
2019153550.tif 000005
【図４】
2019153550.tif 000006