(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元金属多孔体に電気導電性の良い導電部材からなる複数個の集電路を形成することにより、高率放電特性の優れたアルカリ蓄電池用ニッケル電極を提供する。【解決手段】アルカリ蓄電池用ニッケル電極は、帯状の三次元金属多孔体１に活物質を充填した二次電池用電極であって、三次元金属多孔体の長手方向の少なくとも一方の側端に、金属板を溶接した集電体溶接部２を設け、さらに、この集電体溶接部と接続され、三次元金属多孔体の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路３を設けた。【選択図】図２
2009187692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の三次元金属多孔体に活物質を充填した二次電池用電極であって、
前記三次元金属多孔体の長手方向の少なくとも一方の側端に、金属板を溶接した集電体溶接部を設け、さらに、この集電体溶接部と接続され、三次元金属多孔体の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路を設けたことを特徴とする二次電池用電極。
【請求項２】
前記導電部材が、活物質を充填しない活物質未充填部に溶接した金属板であることを特徴とする請求項１記載の二次電池用電極。
【請求項３】
前記導電部材が、活物質を充填しない活物質未充填部に充填した金属粉末であることを特徴とする請求項１記載の二次電池用電極。
【請求項４】
前記金属板が、ニッケル板あるいは鉄板にニッケルメッキを施した金属板であることを特徴とする請求項２記載の二次電池用電極。
【請求項５】
前記金属粉末が、ニッケル粉末あるいはコバルト粉末であることを特徴とする請求項３記載の二次電池用電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池用電極を正極板に用いたことを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルカリ蓄電池等に用いる二次電池用電極に関し、より詳しくは高率放電特性を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池、なかでもアルカリ蓄電池は、一定の容量密度を有しつつ過充電や不定期なパターンの充放電に対する耐性が高いことから、タフユース用途を中心に非水電解液二次電池との棲み分けが進みつつある。
【０００３】
アルカリ蓄電池用ニッケル電極には、大別してペースト式電極と焼結式電極とがある。近年は高容量化の観点から、スポンジ状金属多孔体やニッケル繊維不織布などの三次元金属多孔体の空隙に活物質を主体としたペーストを充填してなるペースト式電極が活用されている。
【０００４】
ペースト式電極は、高容量化の特徴に加えて、電極の一部に活物質を含まない部分を設け金属板を溶接する等して集電体溶接部を設け、その箇所に略円板状の集電体を溶着する方式が提案されており、高率放電にも対応した電極となっている。
【０００５】
そして、さらなる高率放電特性の向上したペースト式電極を得るために、特許文献１のように、集電部に連なる多数条の活物質未充填加圧面部からなる集電路部を形成する方法などが提案させている。
【０００６】
この活物質未充填加圧面部から成る集電部は、集電体溶接部への通電路として作用し、集電性の向上、正極の利用率の向上が図れるとしている。
【特許文献１】特開平６−１７６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように、集電部と連なる多数条の活物質未充填加圧面部からなる集電路部を形成する方法では、集電性向上に対して十分ではない。
【０００８】
その理由は、この方法で得られた集電路部は三次元金属多孔体基板を加圧して形成されている為、金属重量を削減した三次元金属多孔体を適用した場合、三次元金属多孔体の電気抵抗が増大して、集電路部の集電性が低下するためである。
【０００９】
本発明は、高率放電特性とコストパフォーマンスを向上することを目的とするものであり、特に、材料費を削減するため金属重量を低減した三次元金属多孔体であっても、集電性を低下させることなく、高い放電特性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に基づき、本発明の二次電池用電極は、帯状の三次元金属多孔体に活物質を充填した二次電池用電極であって、前記三次元金属多孔体の長手方向の少なくとも一方の側端に、金属板を溶接した集電体溶接部を設け、さらに、この集電体溶接部と接続され、三次元金属多孔体の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
さらに上述した二次電池用電極を得るため、前記導電部材が、活物質を充填しない活物
質未充填部に溶接した金属板であること。あるいは前記導電部材が、活物質を充填しない活物質未充填部に充填した金属粉末であることを特徴とする。
【００１２】
このように集電体溶接部と接続され、三次元金属多孔体の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路を設けることにより、特許文献１のように多数条の活物質未充填部を加圧する方法と比較して、集電体溶接部への通電路としての集電性がより高まり高率放電特性を向上させることができる。
【００１３】
この高率放電特性の向上効果は、金属重量を低減した三次元金属多孔体でより顕著になる。
【００１４】
しかるに本発明は、三次元金属多孔体の金属重量を低減することによるコストパフォーマンスを向上しつつ、金属重量を低減することで三次元金属多孔体の電気抵抗が増大することによる放電特性の低下を防ぎ、高率放電特性の向上を達成するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によって、集電性を高めた二次電池用電極が得られるので、コストパフォーマンスが高く、かつ、高率放電特性に優れた二次電池用電極と高性能な二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、帯状の三次元金属多孔体に活物質を充填した二次電池用電極であって、前記三次元金属多孔体の長手方向の少なくとも一方の側端に、金属板を溶接した集電体溶接部を設け、さらに、この集電体溶接部と接続され、三次元金属多孔体の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路を設けたことを特徴とする二次電池用電極に関する。
【００１８】
図１は従来のアルカリ蓄電池用ニッケル電極の概略側面図である。
【００１９】
三次元金属多孔体１の長手方向の一方の側端を、活物質未充填部として、そこに金属板を溶接することにより集電体溶接部２とし、水酸化ニッケルを主体とするペースト４を三次元金属多孔体１の集電体溶接部２以外の部分に充填して、所定厚みにプレスすることで、従来のアルカリ蓄電池用ニッケル電極となる。
【００２０】
図２は集電路を形成したアルカリ蓄電池用ニッケル電極の概略側面図である。
【００２１】
三次元金属多孔体１の長手方向の一方の側端を、活物質未充填部として、そこに金属板を溶接することにより集電体溶接部２とし、集電体溶接部２と接続され、三次元金属多孔体１の長手方向に交叉する複数個の電気導電性の良い導電部材からなる集電路３を設けている。
【００２２】
この集電路３の一端は、集電体溶接部２と直接接続され、その他端は、三次元金属多孔体１のもう一方の側端まで配置されている。
【００２３】
水酸化ニッケルを主体とするペースト４を、三次元金属多孔体１の集電体溶接部２と集電路３を除く部分に充填して、所定厚みにプレスすることで、本発明の二次電池用電極として、アルカリ蓄電池用ニッケル電極を作製する。
【００２４】
ここで三次元金属多孔体１として、ニッケルやニッケルを被覆した鉄を原料としたスポンジ状金属多孔体や繊維不織布などを用いることができる。
【００２５】
三次元金属多孔体１の金属重量は、一般的に３００〜６００ｇ／ｍ2の範囲のものを使用する。高い集電性を確保できるのであれば、金属重量が少ないほど、コストパフォーマンスの面で有利であるが、三次元金属多孔体１の基板強度等を考慮すると、現状、作製可能な最小の金属重量は約３００ｇ／ｍ2である。
【００２６】
本発明では三次元金属多孔体１の金属重量が３５０ｇ／ｍ2以下のものが、金属重量を削減でき、コストパフォーマンスが向上できるために望ましい。
【００２７】
集電体溶接部２は、三次元金属多孔体１の一方の側端を活物質未充填部として、そこにニッケル板や鉄板にニッケルメッキを施した金属板を溶接して形成する。
【００２８】
導電部材からなる集電路３は、ニッケル板あるいは鉄板にニッケルメッキを施した金属板を活物質未充填部に溶接して形成する。あるいはニッケル粉末あるいはコバルト粉末を活物質未充填部に充填して形成する。
【００２９】
また集電路３は、電極全体から均一に集電することが望ましく、例えば、二次電池用電極の両端部と中央部の合計３箇所または両端部の２箇所に形成することが望ましい。
【００３０】
さらに、上記内容に加えて、図３に示したように、電極の中央部分に三次元金属多孔体１の長手方向に並行に電気導電性の良い導電部材からなる集電路５を設け、三次元金属多孔体１の長手方向に交叉する集電路３と接続すればより均一に集電できるため有効である。
【００３１】
なお、集電路３の個数を増加していくと集電性は向上するが、活物質を充填する電極面積が減少するため、電池容量の低下などの課題が発生する。
【００３２】
水酸化ニッケルを主体とするペースト４は、活物質として水酸化ニッケル粉末を用い、導電剤として水酸化コバルトや金属コバルトなどを用い、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略記）、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（以下ＣＭＣと略記）などを併せて用いることができる。これらを混合して含水率２０〜３０％のペーストとしている。
【００３３】
以下に実施例を示すことによって、本発明をさらに詳述する。
【実施例１】
【００３４】
三次元金属多孔体１（スポンジ状金属多孔体、幅４０ｍｍ、厚み１．２ｍｍ、長さ３００ｍｍ、金属重量が３５０ｇ／ｍ2 ）の長手方向の一方の側端に１．５ｍｍ幅、厚み０．１ｍｍのニッケル板を溶接して集電体溶接部２を形成した。
【００３５】
次に、集電体溶接部２と接続して、三次元金属多孔体１の長手方向に交叉するように集電路３を３個形成した。
【００３６】
この集電路３は、三次元金属多孔体１の長さ方向の端部から５０ｍｍ，１５０ｍｍ，２５０ｍｍの位置に形成した。
【００３７】
集電路３には、１．５ｍｍ幅、厚み０．１ｍｍのニッケル板を用い、このニッケル板の一端は、集電体溶接部２と直接接続され、その他端は、三次元金属多孔体１のもう一方の
側端まで配置するよう三次元金属多孔体１に溶接した。
【００３８】
次に、三次元金属多孔体１の双方の面に一対のペースト吐出ノズルを配置し、活物質である水酸化ニッケル粉末（平均粒径１０μｍ）１００重量部に対し水酸化コバルト１０重量部、ＰＴＦＥ０．５重量部、ＣＭＣ０．３重量部および適量の水を加えたペースト（固形分比７５％）を、ポンプで一定の圧力をかけながら吐出し、三次元金属多孔体１に充填した。この時、充填された部分は集電体溶接部２および集電路３を除く部分となるようにした。具体的には集電体溶接部２および集電路３を被覆する部材を貼り付けた後、ペーストの充填を行い、最終的にこの被覆した部材を剥離除去して形成した。
【００３９】
この電極前駆体を乾燥した後で厚みが０．６０ｍｍとなるように圧延し、これを縦３５ｍｍ、横２５０ｍｍに加工した。集電路３は電極の両端、中央の合計３箇所に設けた。
【００４０】
これを実施例１のニッケル電極とした。
【実施例２】
【００４１】
集電路３として、ニッケル粉末を充填したことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を実施例２のニッケル電極とした。
【実施例３】
【００４２】
集電路３として、ニッケルメッキを施した鉄板を用いたことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を実施例３のニッケル電極とした。
【実施例４】
【００４３】
集電路３として、コバルト粉末を充填したことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を実施例４のニッケル電極とした。
【実施例５】
【００４４】
活物質である水酸化ニッケル粉末が充填されている三次元金属多孔体１の表面に、集電路３としてニッケル板を圧着して接続したことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を実施例５のニッケル電極とした。実施例５は、三次元金属多孔体１に水酸化ニッケルを主体とするペースト４を充填した後に、集電路３を接続したことが特徴である。
【実施例６】
【００４５】
実施例１の集電路３を形成するとともに、図３に示したように、ニッケル電極の中央部分に三次元金属多孔体１の長手方向に並行に、ニッケル板（１．５ｍｍ幅、厚み０．１ｍｍ）を形成したことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を実施例６のニッケル電極とした。
【００４６】
（比較例１）
三次元金属多孔体の金属重量を５００ｇ／ｍ2とし、集電路を形成しなかったことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を比較例１のニッケル電極とした。
【００４７】
（比較例２）
集電路を形成しなかったことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を比較例２のニッケル電極とした。
【００４８】
（比較例３）
集電路を加圧形成したことの他は実施例１と同様に作製したニッケル電極を比較例３のニッケル電極とした。
【００４９】
得られた各実施例および比較例の正極と、公知のＭｍＮｉ5系の水素吸蔵合金を用いた負極（厚み０．５ｍｍ、縦３５ｍｍ、横３００ｍｍ、Ｍｍは軽希土類の混合物）とを、親水処理を施したポリプロピレン不織布セパレータ（厚み０．１５ｍｍ、縦３９ｍｍ、横５５０ｍｍ）を介して渦巻き状に捲回して電極群を構成した。つぎに電極群を円筒状のケースに挿入して濃度３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を電解液として注入し、封口板で密封して、理論容量が２５００ｍＡｈの円筒型ニッケル水素蓄電池を各１０個得た。この円筒型ニッケル水素蓄電池に対して、２０℃雰囲気で５Ｉｔの電流で放電を行い、平均放電容量利用率と平均放電電圧を求めた。これらの結果を（表１）に示す。
【００５０】
【表１】
2009187692.tif 000003
【００５１】
（表１）から明らかなように、実施例１〜５は比較例１に対して、ほぼ同等の高率放電特性を維持していることがわかった。また実施例１〜５は比較例２に対して、優れた高率放電特性を有していることがわかった。
【００５２】
比較例１と比較例２を比較してわかるように、三次元金属多孔体の金属重量を低減すると電気抵抗が増大するため比較例２は比較例１に対して高率放電特性が低下する。
【００５３】
これらのことより、実施例１〜５の導電部材からなる集電路は、集電体溶接部までの通電路として有効に作用していることがわかった。
【００５４】
なお実施例１〜５は三次元金属多孔体の金属重量が３５０ｇ／ｍ2であり、比較例１に対して、３０％の金属重量を削減しているため、コストパフォーマンスが高いという特徴を有している。
【００５５】
また実施例１〜５は比較例３に対して、高率放電特性が向上していることがわかった。三次元金属多孔体の金属重量がいずれも３５０ｇ／ｍ2の金属重量が低い領域の条件下で、集電路の形成に関しては、三次元金属多孔体を加圧して集電路とするよりも、導電部材からなる集電路を形成することが、より集電性を高めることができ高率放電特性の向上に対して効果が大きいことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる二次電池用電極は、集電性に優れコストパフォーマンスが高いため、高率放電特性が必要なアルカリ蓄電池等の用途に有用であり、ハイブリッド電気自動車の補助電源や電動工具の電源などのタフユース用途にも適しており、その利用可能性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来のアルカリ蓄電池用ニッケル電極を示す概略側面図
【図２】集電路を形成したアルカリ蓄電池用ニッケル電極を示す概略側面図
【図３】集電路を形成した他のアルカリ蓄電池用ニッケル電極を示す概略側面図
【符号の説明】
【００５８】
１  三次元金属多孔体
２  集電体溶接部
３  集電路
４  水酸化ニッケルを主体とするペースト
５  集電路
【図１】
2009187692.tif 000004
【図２】
2009187692.tif 000005
【図３】
2009187692.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月9日(2008.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
（表１）から明らかなように、実施例１〜６は比較例１に対して、ほぼ同等の高率放電特性を維持していることがわかった。また実施例１〜６は比較例２に対して、優れた高率放電特性を有していることがわかった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
これらのことより、実施例１〜６の導電部材からなる集電路は、集電体溶接部までの通電路として有効に作用していることがわかった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
なお実施例１〜６は三次元金属多孔体の金属重量が３５０ｇ／ｍ2であり、比較例１に対して、３０％の金属重量を削減しているため、コストパフォーマンスが高いという特徴を有している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
また実施例１〜６は比較例３に対して、高率放電特性が向上していることがわかった。三次元金属多孔体の金属重量がいずれも３５０ｇ／ｍ2の金属重量が低い領域の条件下で、集電路の形成に関しては、三次元金属多孔体を加圧して集電路とするよりも、導電部材からなる集電路を形成することが、より集電性を高めることができ高率放電特性の向上に対して効果が大きいことがわかった。