(57)【要約】【課題】安価で、確実に、優れたニッケル多孔質焼結体と芯体である鋼板との密着性が得られる二次電池電極用芯体およびその製造方法を提供する。【解決手段】穿孔された鋼板と、前記鋼板上に形成されたNiまたはNi-Fe合金からなるめっき層と、前記めっき層上に形成された導電性の炭素繊維層と、から構成された二次電池電極用芯体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
穿孔された鋼板と、前記鋼板上に形成されたNiまたはNi-Fe合金からなるめっき層と、前記めっき層上に形成された導電性の炭素繊維層と、から構成された二次電池電極用芯体。
【請求項２】
鋼板のC量が、0.05質量%以下である請求項1に記載の二次電池電極用芯体。
【請求項３】
導電性の炭素繊維層が、グラファイト繊維層である請求項1または請求項2に記載の二次電池電極用芯体。
【請求項４】
穿孔された鋼板上に、NiまたはFe-Ni合金からなるめっき層を形成後、H2-COガス雰囲気で、300〜650℃で1〜300分間加熱処理して導電性の炭素繊維層を形成する二次電池電極用芯体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル-カドミウム電池、ニッケル-水素電池などの二次電池に適用される二次電池電極用芯体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ニッケル-カドミウム、ニッケル-水素二次電池においては、大電流を取り出すことを可能とするために、広い比表面積を有する多孔質金属焼結体を用いた電極が使用されている。この焼結体は、ニッケルめっきが施された厚さ80μm以下の穿孔された鋼板(パンチング鋼板)である芯体の上に、ニッケル粉末をプレス、またはスラリー状のニッケル粉末を塗布し、非酸化雰囲気中で1000℃付近の温度にて焼結することにより製造されている。この熱処理により、ニッケルめっきされたパンチング鋼板とニッケル粉の接触部においてニッケルの固相拡散による接合が生じ、ニッケル粉同士が結合し、ネットワークが形成された多孔度を有するニッケル多孔質焼結体が鋼板に接合した二次電池用電極が製造される。
【０００３】
しかし、このような固相拡散のみにより多孔質金属焼結体と金属芯体を接合した構造を有する二次電池用電極では、密着性が十分でないため、電極を円筒型電池のケースに巻き込んで組み込むとき、ニッケル多孔質焼結体が芯体である鋼板から剥離・脱落したり、活物質が脱落し、脱落した焼結体や活物質がセパレータを突き破りショートを引き起こすといった問題を生じる。
【０００４】
そこで、特許文献1には、鋼板表面にNi-Co-P合金層やCo-P層を形成したり、Ni層やNi-P層を形成後さらにCo層やCo-P層などを形成してニッケル多孔質焼結体と鋼板との密着性を向上させる技術が提案されている。
【特許文献１】国際公開第WO01/004971号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、Coという高価な金属を使用する必要があるので著しいコスト増を招くととともに、必ずしも優れたニッケル多孔質焼結体と鋼板との密着性が得られない。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、安価で、確実に、優れたニッケル多孔質焼結体と芯体である鋼板との密着性が得られる二次電池電極用芯体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、穿孔された鋼板と、前記鋼板上に形成されたNiまたはNi-Fe合金からなるめっき層と、前記めっき層上に形成された導電性の炭素繊維層と、から構成された二次電池電極用芯体により達成される。
【０００８】
鋼板のC量が、0.05質量%以下であることが好ましい。
【０００９】
導電性の炭素繊維層としては、例えばグラファイト繊維層を挙げることができる。
【００１０】
本発明の二次電池電極用芯体は、例えば、穿孔された鋼板上に、NiまたはNi-Fe合金からなるめっき層を形成後、H2-COガス雰囲気で、300〜650℃で1〜300分間加熱処理して導電性の炭素繊維層を形成する方法により製造できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、安価で、確実に、優れたニッケル多孔質焼結体と芯体である鋼板との密着性が得られる二次電池電極用芯体を製造できるようになった。また、本発明の二次電池電極用芯体を用いることにより、ニッケル-カドミウムやニッケル-水素二次電池の充放電特性も向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明らは、ニッケル多孔質焼結体と芯体である鋼板との密着性向上について検討したところ、NiまたはFe-Ni合金からなるめっき層を有する穿孔された鋼板上に、さらに導電性の炭素繊維層を形成させることが極めて効果的であることを見出した。この原因は、必ずしも明確でないが、炭素繊維の間にニッケル焼結体が入り込み、機械的な接合が強化される、いわゆるアンカー効果によると考えられる。また、炭素繊維層を形成させるだけなので、著しいコスト増を招くこともない。
【００１３】
ここで、炭素繊維層とは、短径と長径の比が10以上で、短径が10〜1000nmの繊維状の炭素が鋼板面上方に成長して形成された炭素繊維からなる層のことである。
【００１４】
導電性の炭素繊維層としては、例えばグラファイト繊維層を挙げられる。このグラファイト繊維層は、H2-COガス雰囲気で、300〜650℃で1〜300分間加熱処理する、いわゆる熱CVD法で形成できる。密着性の観点から、炭素繊維層の付着量は100〜1000g/m2とすることが好ましいが、それにはCOが60〜80vol.%のH2-COガス雰囲気で加熱処理することが好ましい。なお、グラファイト繊維層は印刷法(炭素繊維とバインダーの混合物を鋼板表面にパターン化させる方法)によって形成することもできる。
【００１５】
鋼板上にNiまたはNi-Fe合金からなるめっき層を形成するには、通常のめっき条件で行えるが、例えば、250g/リットルの硫酸ニッケル、40g/リットルの塩化ニッケル、25g/リットルからなるpH4〜5で50℃のめっき浴を用い、電流密度15A/dm2でNiめっき層を形成できる。めっき層の厚さは、0.5μm未満では電池内での腐食が問題になり、一方、3μmを超えると密着性が劣化するため、0.5〜3μmとすることが好ましい。なお、Ni-Fe合金めっき層では、Feを50%以下含有することで、得られる炭素繊維の短径を10〜300nmと小さく制御することができ、密着性がより好ましいレベルになる。
【００１６】
本発明の二次電池電極用芯体に用いる鋼板では、NiまたはNi-Fe合金からなるめっき層の密着性を高める上で、C量を0.05質量%以下にすることが好ましい。その他の鋼板成分は特に限定するものではないが、特に、質量%で、C:0.005%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.5%以下、P:0.05%以下、N:0.005％以下、sol.Al:0.0001〜0.1%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板が好適である。こうした鋼板は、例えば、上記のような成分からなるスラブを、熱間圧延、酸洗後、冷間圧延および焼鈍を1回ないし複数回施すことにより製造できる。
【実施例】
【００１７】
質量%で、C:0.0030%、Si:0.01%、Mn:0.14%、P:0.01%、S:0.0028%、sol.Al:0.0002%、N:0.0018%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を鋳造し、得られたスラブを板厚2.0mmに熱間圧延した後、酸洗し、冷間圧延・焼鈍を2回施すことにより、板厚0.08mmの鋼板を得た。
【００１８】
焼鈍後の鋼板に、多数の1mm径の孔をパンチングにより形成させた後、厚み3μmのNiめっき層を形成し、グラファイト繊維層を、30vol%H2-70vol%CO雰囲気中で、620℃で20分の熱CVD処理することにより形成させ、二次電池電極用芯体を製造した。このとき、グラファイト繊維層の付着量は500g/m2であり、短径は40nm、短径と長径の比は10〜100であった。その後、この二次電池電極用芯体に多孔質ニッケル焼結体を形成させ、電極を製造した。比較として、グラファイト繊維層を形成させないでNiめっき層上に直接多孔質ニッケル焼結体を形成させた電極も製造した。そして、製造した電極を1mmの曲げ径で180度の曲げ加工し、ニッケル焼結体の芯体からの剥離程度を目視評価した。
【００１９】
その結果、本発明であるグラファイト繊維層が形成された二次電池電極用芯体では、剥離が全く認められず、密着性に優れていた。一方、比較であるグラファイト繊維層が形成されない二次電池電極用芯体では、芯体全面に剥離が認められた。