(57)【要約】【課題】充電速度、放電速度ともに飛躍的に向上した電池を得る。【解決手段】繊維状の水素吸蔵合金をニッケル水素電池の負極として用いる。この場合、繊維状の水素吸蔵合金を不織布、織物としたもの、繊維状の水素吸蔵合金を複数本束ねたもの等が電極として使用できる。繊維状水素吸蔵合金を用いた電池は、例えば、炭素繊維の表面をニッケル／水酸化ニッケルでコートしたものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間にセパレータを挟んで積層され、正極として敷設した繊維状物質の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、セルに電解液を充填して構成される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル水素電池の負極である水素吸蔵合金を繊維状としたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電極。
【請求項２】
繊維状の水素吸蔵合金を不織布とした請求項１記載の電極。
【請求項３】
繊維状の水素吸蔵合金を織物とした請求項１記載の電極。
【請求項４】
繊維状の水素吸蔵合金を複数本束ねて構成した請求項１記載の電極。
【請求項５】
繊維径の異なる繊維状水素吸蔵合金を用いた請求項１〜４のいずれかに記載の電極。
【請求項６】
組成の異なる繊維状水素吸蔵合金を用いた請求項１〜５のいずれかに記載の電極。
【請求項７】
電子伝導性のある繊維状物質と繊維状水素吸蔵合金を集束して複合繊維とした請求項１〜６のいずれかに記載の電極。
【請求項８】
有機繊維と繊維状水素吸蔵合金を集束して複合繊維とした請求項１〜６のいずれかに記載の電極。
【請求項９】
有機繊維と電子伝導性のある繊維状物質と繊維状水素吸蔵合金を集束して複合繊維とした請求項１〜６のいずれかに記載の電極。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかの繊維状水素吸蔵合金、又は請求項７、８もしくは９の複合繊維に金属メッキを施したことを特徴とする電極。
【請求項１１】
粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状及びブロック状の少なくともいずれかの形状に導電性材料を含有して形成されたニッケル／水酸化ニッケルからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、敷設した正極の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１２】
粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状及びブロック状の少なくともいずれかの形状に導電性材料を含有して形成されたニッケル／水酸化ニッケルからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、敷設した正極の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１３】
電子伝導性のある繊維状物質の表面をニッケル／水酸化ニッケルでコートしたものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、正極として敷設した繊維状物質の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１４】
電子伝導性のある繊維状物質の表面をニッケル／水酸化ニッケルでコートし、さらにその外側を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、正極として敷設した繊維状物質の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１５】
多孔性絶縁体が、テフロン（登録商標）、ナイロンもしくはポリエチレン、ポリプロピレンに代表されるポリオレフィン系のメンブラン膜もしくは不織布、又は水もしくはアルコールに可溶な溶剤に溶解する樹脂を用いて、溶剤に溶解した樹脂から水もしくはアルコールで溶剤を抽出して多孔質とした樹脂である請求項１２又は１４記載の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１６】
水に可溶な溶剤に溶解した樹脂が、ジメチルスルフォオキサイドに溶解したポリエーテルスルフォン樹脂、アセトンに溶解したポリスチレン、ジメチルホルムアミドもしくはジメチルスルフォオキサイドに溶解したポリスルホン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォオキサイドもしくはエチレンカーボネートに溶解したポリアクリロニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォオキサイドもしくはＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデン、ジメチルホルムアミドもしくはＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解したポリアミド、又はジメチルホルムアミドもしくはＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解したポリイミドであり、アルコールに可溶な溶剤に溶解した樹脂が、塩化メチレンに溶解した酢酸セルロース、又は塩化メチレンに溶解したオキサイドフェニレンエーテルである請求項１５記載の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１７】
プロトン伝導性絶縁体が、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）に代表される固体電解質である請求項１２又は１４記載の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池。
【請求項１８】
粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状及びブロック状の少なくともいずれかの形状を有するカーボンからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、正極として敷設したカーボンの少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層キャパシタ。
【請求項１９】
粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状及びブロック状の少なくともいずれかの形状を有するカーボンからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、正極として敷設したカーボンの少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、セルに電解液を充填して構成されたことを特徴とする繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金を繊維状とし、電池活物質として繊維状水素吸蔵合金を使用することで、高性能な電池となるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許第３０５１４０１号公報には、電池活物質を粉体又は粒子にして構成した、いわゆる三次元電池が開示されている。また、積層化された三次元電池についても既に特許出願がなされている（特願平１１−３０９６２７）。また、粒子状活物質を充填して固定層とした三次元電池についても、本出願人が特許出願している（特願２０００−３３２２８１、特願２０００−３３２５０３）。また、活物質材料粉末に導電フィラーを加えて樹脂で粒子状等に成形し硬化させた電池活物質（特願２００１−２８０８４７）や、活物質材料粉末に導電フィラーを加え樹脂で硬化させた一次成形体をプレート状等に二次成形した電池活物質（特願２００１−２８０８４８）についても、本出願人が特許出願している。さらに、電子伝導性のある繊維状物質表面に電池活物質をつけたものを、交互にあるいはランダムに並べるだけ、あるいは織物状にして、これらを積層することで構成した電池（特願２００２−１１８６３９）についても、本出願人が特許出願している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、正極としてニッケル／水酸化ニッケル、負極として水素吸蔵合金を用いるニッケル水素二次電池が従来から知られている。そして、現在の水素吸蔵合金の製造直後の形態はブロック状あるいは微粉末状となっている。固気反応として水素を吸蔵／放出させるだけなら問題にならないが、上記のように二次電池として利用するためには、水素吸蔵合金の電子伝導性が重要となってくる。この場合、電池反応は水素吸蔵合金の表面で起こるので、比表面積が大きいほど反応し易くなるが、比表面積を大きくするために微粉末の水素吸蔵合金を用いると、電子伝導性が悪くなるという問題がある。そのため、バインダーを用いて強固に圧密したり、導電性バインダーを用いたりしているが、電池の性能低下は避けられない。
【０００４】
例えば、特開平６−１４００３２号公報には、水素吸蔵合金成分の混合物の溶融液に金属繊維を含有させたのち凝固させて得た水素吸蔵合金塊を、粉末化し、結着剤にて一体化してなる水素吸蔵合金電極が開示されている。また、特開平６−３１０１３２号公報には、水素吸蔵合金の粉末とニッケル粉末又は繊維等の導電剤及び高分子結着剤を混合して集電体に一体的に結合するという技術が開示されている。また、特開平１０−６９９０４号公報には、水素吸蔵合金粉末に結着剤と樹脂とを混合したものを集電体に塗着一体化した水素吸蔵合金電極が開示されている。また、特開平１１−３７０２号公報には、ニッケル粉末又はニッケル繊維をシート状に焼結して形成した導電性芯体に、水素吸蔵合金を主体とするペーストを塗布して構成した水素吸蔵合金電極が開示されている。
【０００５】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、水素吸蔵合金を繊維状とすることで、電子伝導性を確保しながら、大きな比表面積が得られるようにし、電池活物質として繊維状水素吸蔵合金を用いて、充電速度、放電速度ともに飛躍的に向上した高性能な電池とすることを目的とする。また、繊維状水素吸蔵合金を不織布や織物などとし電池活物質として用いることで、電池の組み立てが容易となり、電池製造コストを低減することができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、繊維状の水素吸蔵合金をニッケル水素電池等の負極として用いるようにしたものである。この場合、例えば、繊維状の水素吸蔵合金を不織布としたもの、繊維状の水素吸蔵合金を織物としたもの、繊維状の水素吸蔵合金を複数本束ねたもの等が電極として使用できる。
また、繊維径の異なる繊維状水素吸蔵合金を上記の電極として使用できる。繊維径が細いと電池の出力が大きくなり、繊維径が太いと出力は小さいがエネルギー密度が大きくなる。
また、組成の異なる繊維状水素吸蔵合金を上記の電極として使用できる。水素吸蔵合金の組成によって出力、耐久性等が変わってくる。また、繊維径及び組成の異なる繊維状水素吸蔵合金を上記の電極として使用することも可能である。
また、ニッケル繊維、ニッケルメッキした繊維、カーボンファイバーなどの電子伝導性のある繊維状物質と繊維状水素吸蔵合金を集束している複合繊維を電極として用いることができ、この複合繊維を上記の各構成の電極として使用することが可能である。また、有機繊維と繊維状水素吸蔵合金を集束している複合繊維を電極として用いることができ、有機繊維を同時に集束させることで、水素吸蔵合金の全体としての膨張収縮を緩和することができる。さらに、有機繊維と電子伝導性のある繊維状物質と繊維状水素吸蔵合金を集束している複合繊維を電極として用いることができる。
また、上記の繊維状水素吸蔵合金や複合繊維に金属メッキしたものを電極として用いることができる。金属メッキすることにより、繊維の結束を強くし、導電性、形状の維持が良くなる。
【０００７】
なお、水素吸蔵合金を繊維状とする方法としては、一例として、水素吸蔵合金を溶融状態とし、遠心力により繊維状とする方法、水素吸蔵合金を圧延する方法、水素吸蔵合金を引抜加工する方法、水素吸蔵合金を押出加工する方法、水素吸蔵合金を削り細繊維化する方法、水素吸蔵合金を引っ張る方法などが挙げられる。これらの方法で水素吸蔵合金を繊維状とする際には、繊維表面の酸化を防止するため、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中、又は真空中で作業を行うことが好ましい。
【０００８】
本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池は、粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状、ブロック状などの形状に導電性材料を含有して形成されたニッケル／水酸化ニッケルからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、敷設した正極の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。例えば、正極を粒子状、板状、ブロック状などとする場合は、活物質材料粉と導電性材料に樹脂を混合して成形・固化する。
【０００９】
また、本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池は、粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状、ブロック状などの形状に導電性材料を含有して形成されたニッケル／水酸化ニッケルからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、敷設した正極の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池は、電子伝導性のある繊維状物質の表面をニッケル／水酸化ニッケルでコートしたものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、正極として敷設した繊維状物質の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。なお、正極で使用する繊維状物質としては、例えば、炭素繊維、金属繊維などの電子伝導性のある物質、表面に金属メッキした有機繊維、無機繊維、繊維状のプラスチック、ゴムなどが使用可能である。
【００１１】
また、本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電池は、電子伝導性のある繊維状物質の表面をニッケル／水酸化ニッケルでコートし、さらにその外側を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、正極として敷設した繊維状物質の少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、電池セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。
【００１２】
多孔性絶縁体としては、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどのメンブラン膜や不織布などが使用可能である。また、多孔性絶縁体としては、水又はアルコールに可溶な溶剤に溶解する樹脂を用いて、溶剤に溶解した樹脂から水又はアルコールで溶剤を抽出して多孔質とした樹脂が使用可能である。水に可溶な溶剤に溶解した樹脂としては、ジメチルスルフォオキサイド（ＤＭＳＯ）に溶解したポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、アセトンに溶解したポリスチレン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）もしくはＤＭＳＯに溶解したポリスルホン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯもしくはエチレンカーボネートに溶解したポリアクリロニトリル、ＤＭＦ、ＤＭＳＯもしくはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解したポリフッ化ビニリデン、ＤＭＦもしくはＮＭＰに溶解したポリアミド、ＤＭＦもしくはＮＭＰに溶解したポリイミドなどが用いられる。アルコールに可溶な溶剤に溶解した樹脂としては、塩化メチレンに溶解した酢酸セルロース、塩化メチレンに溶解したオキサイドフェニレンエーテル（ＰＰＯ）などが用いられる。この場合、電解液は水溶液系であり、水（ＯＨ−イオン）が移動するためには細孔が必要である（電解液の流通）。
また、プロトン伝導性絶縁体としては、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）のような固体電解質などが使用可能である。この場合、電解液は非水溶液系（有機溶媒）であり、プロトンが移動するためには細孔は不要である。なお、上記のイオンという表現にはプロトンも含まれるので、電子伝導性が無くイオン伝導性があるものであれば、多孔性絶縁体とプロトン伝導性絶縁体とを区別しなくても特に問題はないが、電解液の種類が異なることと、細孔の有無が異なるので、あえて区別して記載している。
【００１３】
本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層（化学）キャパシタ（コンデンサ）は、粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状、ブロック状などのカーボンからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金を１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが、正極と負極の間に電子伝導性が無くイオン伝導性のあるセパレータを挟んで積層され、正極として敷設したカーボンの少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層（化学）キャパシタ（コンデンサ）は、粒子状、針状、繊維状、棒状、箔状、板状、ブロック状などのカーボンからなる正極と、繊維状水素吸蔵合金の表面を多孔性絶縁体又は／及びプロトン伝導性絶縁体で被覆したものを１本ずつもしくは束状で並べるか又は織物もしくは不織布とした負極とが積層され、正極として敷設したカーボンの少なくとも一端が接するように正極集電体が取り付けられ、負極として敷設した繊維状水素吸蔵合金の少なくとも一端が接するように負極集電体が取り付けられ、セルに電解液を充填して構成されたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１、図２は、本発明の実施の第１形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示している。本実施の形態は、一例として、正極としてカーボンファイバーにニッケル／水酸化ニッケルをつけたもの、負極として繊維状水素吸蔵合金の織物を使用したニッケル水素電池である。本実施の形態の電池の製造例について説明する。
【００１６】
繊維状水素吸蔵合金の製作
まず、ブロック状の水素吸蔵合金を用意する。なお、水素吸蔵合金の組成は特に限定されない。以降の操作は窒素雰囲気中で行う。例えば、水素吸蔵合金を直径１０ｍｍの貫通孔を有するダイスから押出／引抜加工して棒状とする。直径１０ｍｍのダイスから８ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍと順次小さい直径の貫通孔を有するダイスへ変えて押出／引抜加工する。これにより、直径が１ｍｍの細長い水素吸蔵合金が得られる。この水素吸蔵合金を長さ方向に引っ張りどんどん細くしていく。そして、直径が１００μｍとなった水素吸蔵合金を１００本束ねて、さらに引っ張り細くしていく。この場合、集束剤として樹脂を使用してもよい。さらに、直径が１０μｍとなった水素吸蔵合金を１００００本束ねて、さらに引っ張り直径が２μｍになるまで細くしていく。素材は細繊維化で加工硬化するため、細繊維化した繊維は焼きなまして、次の細繊維化を行う。このようにして繊維状水素吸蔵合金が得られるが、繊維の最終的な直径は任意である。
【００１７】
ニッケル水素電池の負極の製作
得られた繊維状の水素吸蔵合金を織物とし、シート状にカットする。織物とする場合は、平織り、綾織り、トンキャップ織り等とすることができる。得られた繊維状水素吸蔵合金織物シートを負極として使用する。
【００１８】
ニッケル水素電池の正極の製作
例えば、内容積１０リットルのヘンシェルミキサーに粒子状黒鉛（アセチレンブラック、ケッチェンブラック）を１５０ｇ入れ、１０００ｒｐｍで約３分間攪拌して粒子状黒鉛を十分に分散する。これに、電池用水酸化ニッケル粉末を１０００ｇ添加し、約３分間１０００ｒｐｍで混合する。別途、６０℃に加熱したキシレン２０００ｇにエチレン酢酸ビニルコーポリマーを３００ｇ添加し溶解させる。６０℃に加熱した前記の粒子状黒鉛と水酸化ニッケル粉の混合物に、加熱キシレンに溶解した樹脂を添加し、６０℃に加熱保持しながらヘンシェルミキサーで攪拌し、分散する。これにカーボンファイバーを浸漬し、引き上げる。そして、真空加熱炉により５０℃で真空乾燥し、キシレンを気化させる。このニッケル／水酸化ニッケルで表面をコートしたカーボンファイバーを正極として使用する。
【００１９】
ニッケル水素電池の組み立て
正極として使用する水酸化ニッケルを表面にコートしたカーボンファイバー１０を一列に並べて、その上にセパレータ１２としてテフロン（登録商標）の膜を敷く。このとき、正極集電体側となる端は正極のカーボンファイバー１０の断面が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。なお、セパレータとしては、テフロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどの織物や不織布又はメンブラン膜等が使用可能である。そして、セパレータ１２の上に負極として使用する繊維状水素吸蔵合金織物シート１４を敷く。このとき、負極集電体側となる端は繊維状水素吸蔵合金織物シート１４の端部が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体と繊維状水素吸蔵合金織物シートが接する状態とし、正極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。さらにその上にセパレータ１２を敷き、正極と負極をセパレータを挟んで積層していく。この積層体を電池セル１６に充填し、積層体に対して直角方向（垂直方向）から正極のカーボンファイバー１０とセパレータ１２を揃えた面に正極集電体１８を押しつける。正極集電体１８側が底面となるようにした状態で、電解質（ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ等）溶液を注入した後、負極の繊維状水素吸蔵合金織物シート１４とセパレータ１２を揃えた面、すなわち、正極集電体１８と反対側から負極集電体２０を押しつけて電池を完成させる。なお、図２では、手前側の負極集電体の図示を省略している。
【００２０】
つぎに、本実施の形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池に電圧をかけ、発電手段（図示せず）から負極集電体２０へ電子を供給する。電子は負極集電体２０より負極活物質に移動して反応する。反応によって発生したイオンはセパレータ１２を通過し、正極活物質と反応して電子を放出する。この電子は正極集電体１８に移動して発電手段に送られる。
（放電）
負荷（図示せず）から正極集電体１８へ電子が供給される。電子は正極集電体１８より正極活物質に移動し反応する。反応によって発生したイオンはセパレータ１２を通過し、負極活物質と反応して電子を放出する。この電子は負極集電体２０に移動して負荷に送られる。
【００２１】
図３、図４は、本発明の実施の第２形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示している。本実施の形態は、一例として、正極としてカーボンファイバーにニッケル／水酸化ニッケルをつけたもの、負極として繊維状水素吸蔵合金の不織布を使用したニッケル水素電池である。本実施の形態の電池の製造例について説明する。
【００２２】
ニッケル水素電池の負極、正極の製作
繊維状水素吸蔵合金の製作については、上記の実施の第１形態の製造例と同様である。得られた繊維状の水素吸蔵合金とカーボンファイバーを複合繊維としたものを不織布とし、シート状にカットする。得られた繊維状水素吸蔵合金・カーボンファイバー複合不織布シートを負極として使用する。ニッケル水素電池の正極の製作については、上記の実施の第１形態の製造例と同様である。
【００２３】
ニッケル水素電池の組み立て
正極として使用する水酸化ニッケルを表面にコートしたカーボンファイバー１０を一列に並べて、その上にセパレータ１２としてテフロン（登録商標）の膜を敷く。このとき、正極集電体側となる端は正極のカーボンファイバー１０の断面が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。そして、セパレータ１２の上に負極として使用する繊維状水素吸蔵合金・カーボンファイバー複合不織布シート２２を敷く。このとき、負極集電体側となる端は繊維状水素吸蔵合金・カーボンファイバー複合不織布シート２２の端部が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体と不織布シートが接する状態とし、正極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。さらにその上にセパレータ１２を敷き、正極と負極をセパレータを挟んで積層していく。この積層体を電池セル１６に充填し、積層体に対して直角方向（垂直方向）から正極のカーボンファイバー１０とセパレータ１２を揃えた面に正極集電体１８を押しつける。正極集電体１８側が底面となるようにした状態で、電解質（ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ等）溶液を注入した後、負極の繊維状水素吸蔵合金・カーボンファイバー複合不織布シート２２とセパレータ１２を揃えた面、すなわち、正極集電体１８と反対側から負極集電体２０を押しつけて電池を完成させる。
他の構成及び作用効果は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２４】
図５、図６は、本発明の実施の第３形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層（化学）キャパシタの一例を示している。本実施の形態の電気二重層（化学）キャパシタの製造例について説明する。
繊維状水素吸蔵合金の製作
まず、ブロック状の水素吸蔵合金を用意する。なお、水素吸蔵合金の組成は特に限定されない。以降の操作は窒素雰囲気中で行う。例えば、鋭角なハイス（金属材料の高速切削用の鋼）でブロック状の水素吸蔵合金を削り出し、繊維状の水素吸蔵合金を得る。
電気二重層（化学）キャパシタの負極として使用する際の、負極の製作
得られた繊維状の水素吸蔵合金を不織布とし、シート状にカットする。得られた繊維状水素吸蔵合金不織布シートを負極として使用する。
【００２５】
電気二重層（化学）キャパシタの組み立て
正極として使用するカーボンファイバー２４を一列に並べて、その上にセパレータ１２としてテフロン（登録商標）の膜を敷く。このとき、正極集電体側となる端はカーボンファイバー２４の断面が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。なお、セパレータとしては、テフロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどの織物や不織布又はメンブラン膜等が使用可能である。そして、セパレータ１２の上に負極として使用する繊維状水素吸蔵合金不織布シート２６を敷く。このとき、負極集電体側となる端は繊維状水素吸蔵合金不織布シート２６の端部が露出した状態でセパレータ１２とともに位置を揃えて、負極集電体と繊維状水素吸蔵合金不織布シートが接する状態とし、正極集電体側となる端ではセパレータ１２の方が長くなるようにする。さらにその上にセパレータ１２を敷き、正極と負極をセパレータを挟んで積層していく。この積層体をセル２８に充填し、積層体に対して直角方向（垂直方向）からカーボンファイバー２４とセパレータ１２を揃えた面に正極集電体１８を押しつける。正極集電体１８側が底面となるようにした状態で、電解質（ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ等）溶液を注入した後、負極の繊維状水素吸蔵合金不織布シート２６とセパレータ１２を揃えた面、すなわち、正極集電体１８と反対側から負極集電体２０を押しつけて電気二重層（化学）キャパシタを完成させる。なお、図６では、手前側の負極集電体の図示を省略している。
【００２６】
図７、図８は、本発明の実施の第４形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示している。本実施の形態は、一例として、正極としてカーボンファイバーにニッケル／水酸化ニッケルをつけ、さらにその外側に多孔質樹脂をコートしたもの、負極として繊維状水素吸蔵合金の表面に多孔質樹脂をコートしたものを使用したニッケル水素電池である。本実施の形態の電池の製造例について説明する。
【００２７】
ニッケル水素電池の負極の製作
繊維状水素吸蔵合金の製作については、上記の実施の第１形態の製造例と同様である。得られた繊維状の水素吸蔵合金を、ＰＥＳをＤＭＳＯに溶解させた樹脂液に浸漬して引き上げる。これを水に浸漬し、ＤＭＳＯを水で抽出しＰＥＳを固化することで多孔質膜とする。この外側を多孔質膜でコートした繊維状水素吸蔵合金を負極として使用する。
【００２８】
ニッケル水素電池の正極の製作
例えば、硝酸ニッケル浴中でカーボンファイバーを陰極、ニッケル板を陽極として電気分解を行い、カーボンファイバー表面にニッケル／水酸化ニッケルを電解析出させる。つぎに、ＰＥＳをＤＭＳＯに溶解させた樹脂液に上記のカーボンファイバーを浸漬して引き上げる。これを水に浸漬し、ＤＭＳＯを水で抽出しＰＥＳを固化することで多孔質膜とする。このニッケル／水酸化ニッケルで表面をコートし、さらに外側を多孔質膜でコートしたカーボンファイバーを正極として使用する。
【００２９】
ニッケル水素電池の組み立て
正極として使用するニッケル／水酸化ニッケルを表面にコートしさらに外側を多孔質膜でコートしたカーボンファイバー３０を、断面が露出した一方の端を正極集電体側として位置を揃え、他方の多孔質膜３２で被覆した端が負極集電体側となるように並べる。負極として使用する外側を多孔質膜でコートした繊維状水素吸蔵合金３４を、断面が露出した一方の端を負極集電体側として位置を揃え、他方の多孔質膜３２で被覆した端が正極集電体側となるように並べる。正極と負極はランダムに並べてもかまわないが、交互に並べた方がより高性能な電池となる。この積層体を電池セル１６に充填し、積層体に対して直角方向（垂直方向）から正極として使用するカーボンファイバー３０の断面側に正極集電体１８を押しつける。正極集電体１８側が底面となるようにした状態で、電解液を注入した後、反対側である、外側を多孔質膜でコートした繊維状水素吸蔵合金３４の断面側に負極集電体２０を押しつけて電池を完成させる。
【００３０】
つぎに、本実施の形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池に電圧をかけ、発電手段（図示せず）から負極集電体２０へ電子を供給する。電子は負極集電体２０より負極活物質に移動して反応する。反応によって発生したイオンは多孔質膜３２を通過し、正極活物質と反応して電子を放出する。この電子は正極集電体１８に移動して発電手段に送られる。
（放電）
負荷（図示せず）から正極集電体１８へ電子が供給される。電子は正極集電体１８より正極活物質に移動し反応する。反応によって発生したイオンは多孔質膜３２を通過し、負極活物質と反応して電子を放出する。この電子は負極集電体２０に移動して負荷に送られる。
【００３１】
図９、図１０は、本発明の実施の第５形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示している。本実施の形態は、一例として、正極としてカーボンファイバーにニッケル／水酸化ニッケルをつけ、さらにその外側にプロトン伝導性絶縁体をコートしたもの、負極として繊維状水素吸蔵合金の表面にプロトン伝導性絶縁体をコートしたものを使用したニッケル水素電池である。本実施の形態の電池の製造例について説明する。
【００３２】
ニッケル水素電池の負極の製作
繊維状水素吸蔵合金の製作については、上記の実施の第１形態の製造例と同様である。得られた繊維状の水素吸蔵合金を、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）に浸漬して引き上げる。この外側をプロトン伝導性絶縁体でコートした繊維状水素吸蔵合金を負極として使用する。
ニッケル水素電池の正極の製作
例えば、硝酸ニッケル浴中でカーボンファイバーを陰極、ニッケル板を陽極として電気分解を行い、カーボンファイバー表面にニッケル／水酸化ニッケルを電解析出させる。つぎに、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）に上記のカーボンファイバーを浸漬して引き上げる。このニッケル／水酸化ニッケルで表面をコートし、さらに外側をプロトン伝導性絶縁体でコートしたカーボンファイバーを正極として使用する。
【００３３】
ニッケル水素電池の組み立て
正極として使用するニッケル／水酸化ニッケルを表面にコートしさらに外側をプロトン伝導性絶縁体でコートしたカーボンファイバー３６を、断面が露出した一方の端を正極集電体側として位置を揃え、他方のプロトン伝導性絶縁体３８で被覆した端が負極集電体側となるように並べる。負極として使用する外側をプロトン伝導性絶縁体でコートした繊維状水素吸蔵合金４０を、断面が露出した一方の端を負極集電体側として位置を揃え、他方のプロトン伝導性絶縁体３８で被覆した端が正極集電体側となるように並べる。正極と負極はランダムに並べてもかまわないが、交互に並べた方がより高性能な電池となる。この積層体を電池セル１６に充填し、積層体に対して直角方向（垂直方向）から正極として使用するカーボンファイバー３６の断面側に正極集電体１８を押しつける。正極集電体１８側が底面となるようにした状態で、電解液を注入した後、反対側である、外側をプロトン伝導性絶縁体でコートした繊維状水素吸蔵合金４０の断面側に負極集電体２０を押しつけて電池を完成させる。
他の構成及び作用効果は、実施の第４形態の場合と同様である。
【００３４】
図１１〜図１４は、本発明の実施の第６形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示している。本実施の形態は、一例として、繊維状水素吸蔵合金を負極として使用し、正極側は樹脂を用いてプレート状に成形した水酸化ニッケルを充填して構成したニッケル水素電池である。本実施の形態の電池の製造例について説明する。
【００３５】
ニッケル水素電池の正極の製作
例えば、内容積１０リットルのヘンシェルミキサーに粒子状黒鉛（アセチレンブラック、ケッチェンブラック）を１５０ｇ入れ、１０００ｒｐｍで約３分間攪拌して粒子状黒鉛を十分に分散する。これに、電池用水酸化ニッケル粉末を１０００ｇ、炭素繊維（商品名：ドナＳ−２４７）を１００ｇ添加し、約３分間１０００ｒｐｍで混合する。別途、６０℃に加熱したキシレン１０００ｇにエチレン酢酸ビニルコーポリマーを１５０ｇ添加し溶解させる。６０℃に加熱した前記の水素吸蔵合金粉と導電性フィラーの混合物に、加熱キシレンに溶解した樹脂を添加し、６０℃に加熱保持しながらヘンシェルミキサーで攪拌する。次いで、攪拌しながらヘンシェルミキサーを冷却し、混練物を冷却粉砕して粉末状とする。この粉末をハイスピードミキサーに入れ、アジテータで粉体全体を攪拌しつつ、チョッパーで造粒粒子の粒径を調節する。ハイスピードミキサーは２リットル容量の物、アジテータの回転数は６００ｒｐｍ、チョッパーの回転数は１５００ｒｐｍで、この条件で攪拌しつつ、粉体の温度を常温から５０℃に昇温する。造粒粒子が生成した後、冷却しつつ攪拌を停止する。粒子はキシレンを含んでいるため、この粒子を減圧乾燥機に入れ、５０℃に加熱してキシレンを除去する。この粒子を冷却した後、２．８８ｍｍ目の篩と１ｍｍ目の篩でふるい、１〜２．８８ｍｍの一次成形粒子とする。　一次成形粒子９０ｇを１００ｍｍ□の型枠に充填し、型枠ごと１００℃に加熱して一次成形粒子に含有される樹脂（エチレン酢酸ビニルコーポリマー）を軟化させる。次いで、型枠中で０．１ＭＰａの圧力をかけた状態で、温度を下げ、樹脂を硬化させる。これを型枠から取り出し、得られたプレート状活物質４４を正極として使用する（図１１）。
【００３６】
ニッケル水素電池の負極の製作
繊維状水素吸蔵合金の製作については、上記の実施の第１形態の製造例と同様である。得られた繊維状水素吸蔵合金４６を複数本並べ、その端部を一つのニッケルプレートで固定し、負極外部端子４８とする。得られた外部端子付き繊維状活物質５０を負極として使用する（図１２）。
【００３７】
ニッケル水素電池の組み立て
図１３に示すように、正極であるプレート状活物質４４を横にして置いた上にセパレータ１２を敷く。その上に負極である外部端子付き繊維状活物質５０を置き、負極外部端子４８を外部にはみ出させる。さらに上から絶縁シート５２（セパレータで可）をかぶせる。この状態のものを、図１４に示すように、正極であるプレート状活物質４４が、正極集電体であり電池セルも兼ねる正極外部端子５４と接触するように、電池セル１６に充填する。電解液を入れた後、蓋３２をして電池を完成させる。
なお、本実施の形態においては、例えば、粒子状の正極活物質を充填した電池セルに、負極である繊維状水素吸蔵合金を挿入して電池を構成することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）　水素吸蔵合金を繊維状とすることで、電子伝導性を確保しながら、大きな比表面積が得られるので、電池活物質として繊維状水素吸蔵合金を用いることにより、充電速度、放電速度ともに飛躍的に向上した高性能な電池となる。また、負極側の導電助剤が不要となり、低コスト化を図ることができる。
（２）　繊維状水素吸蔵合金を不織布や織物などとして電池活物質に用いると、電池の組み立てが容易であり、電池製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【図２】本発明の実施の第１形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の横断面方向から見た模式図である。
【図３】本発明の実施の第２形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【図４】本発明の実施の第２形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の横断面方向から見た模式図である。
【図５】本発明の実施の第３形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層（化学）キャパシタの一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【図６】本発明の実施の第３形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電気二重層（化学）キャパシタの一例を示す繊維の横断面方向から見た模式図である。
【図７】本発明の実施の第４形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【図８】本発明の実施の第４形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の横断面方向から見た模式図である。
【図９】本発明の実施の第５形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【図１０】本発明の実施の第５形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の横断面方向から見た模式図である。
【図１１】本発明の実施の第６形態の電池におけるプレート状活物質の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の第６形態の電池における外部端子付き繊維状活物質の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の第６形態の電池における組立工程を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の第６形態による繊維状水素吸蔵合金を用いた電池の一例を示す繊維の長手方向から見た模式図である。
【符号の説明】
１０　水酸化ニッケルを表面にコートしたカーボンファイバー
１２　セパレータ
１４　繊維状水素吸蔵合金織物シート
１６　電池セル
１８　正極集電体
２０　負極集電体
２２　繊維状水素吸蔵合金・カーボンファイバー複合不織布シート
２４　カーボンファイバー
２６　繊維状水素吸蔵合金不織布シート
２８　セル
３０　ニッケル／水酸化ニッケルを表面にコートしさらに外側を多孔質膜でコートしたカーボンファイバー
３２　多孔質膜
３４　外側を多孔質膜でコートした繊維状水素吸蔵合金
３６　ニッケル／水酸化ニッケルを表面にコートしさらに外側をプロトン伝導性絶縁体でコートしたカーボンファイバー
３８　プロトン伝導性絶縁体
４０　外側をプロトン伝導性絶縁体でコートした繊維状水素吸蔵合金
４４　プレート状活物質
４８　負極外部端子
５０　外部端子付き繊維状活物質
５２　絶縁シート
５４　正極外部端子
【図１】
2004022332.tif 000003
【図２】
2004022332.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004022332.tif 000009
【図８】
2004022332.tif 000010
【図９】
2004022332.tif 000011
【図１０】
2004022332.tif 000012
【図１１】
2004022332.tif 000013
【図１２】
2004022332.tif 000014
【図１３】
2004022332.tif 000015
【図１４】
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