JP2010108821A - Electrode for alkaline storage battery, and alkaline storage battery with the same - Google Patents
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Abstract
【課題】電池の信頼性向上に寄与しかつ安価に製造できるアルカリ蓄電池用の電極、および、この電極を備える、信頼性に優れかつ安価に製造できるアルカリ蓄電池をを提供する。
【解決手段】角形形状のケーシング内に、セパレータを介して対向する複数の電極を積層して形成した電極体を収納してなるアルカリ蓄電池に用いられる電極を、導電性材料で形成された、平滑な主面および端面を有する平板状の基板と、該基板上に塗布された、活物質、バインダーおよび導電助材を含む合材とで構成する。
【選択図】図2An electrode for an alkaline storage battery that contributes to improving the reliability of the battery and that can be manufactured at low cost, and an alkaline storage battery that includes this electrode and that can be manufactured at low cost and with high reliability.
An electrode used for an alkaline storage battery in which an electrode body formed by stacking a plurality of electrodes facing each other with a separator interposed in a rectangular casing is formed of a conductive material and is smooth A flat substrate having a main surface and an end surface, and a composite material including an active material, a binder, and a conductive additive applied on the substrate.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、積層タイプの電極体を有する角形のアルカリ蓄電池に用いられる電極およびこれを備えるアルカリ蓄電池に関する。 The present invention relates to an electrode used for a rectangular alkaline storage battery having a laminated type electrode body and an alkaline storage battery including the electrode.
従来、主として携帯機器用の電源として使用する充放電可能な種々の二次電池が提案されてきた。さらに、近年、地球温暖化防止や分散型エネルギーシステムとしてのメリットが期待できる風力発電や太陽光発電のような新エネルギーの導入に伴い、大容量二次電池が開発されている。新エネルギーは、自然の影響を受けやすく出力が不安定な電源であり、大量に導入される際には蓄電技術による出力の平滑化や、夜間のような軽負荷時における新エネルギー発電電力の蓄電などが必要になるからである。 Conventionally, various rechargeable secondary batteries used mainly as a power source for portable devices have been proposed. Further, in recent years, large-capacity secondary batteries have been developed with the introduction of new energy such as wind power generation and solar power generation, which can be expected to provide benefits as a global warming prevention and distributed energy system. New energy is a power source that is easily affected by nature and has unstable output. When introduced in large quantities, the output is smoothed by power storage technology, or the storage of new energy generated power at light loads such as at night. This is necessary.
さらには、近年、環境への配慮から、自動車や電車などの車両に充放電可能な二次電池を搭載したものが開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時に生じる回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両の運行エネルギー効率を高めることができる。このように車両に搭載する二次電池としては、エネルギー密度、負荷変動追従性、耐久性、製造コストなどの諸条件から、例えばニッケル水素二次電池が適しているとされる(特許文献1)。 Furthermore, in recent years, a battery equipped with a rechargeable battery has been developed for vehicles such as automobiles and trains in consideration of the environment. When a secondary battery is mounted on the vehicle, the regenerative power generated during braking can be stored in the mounted battery and used as a power source for the vehicle, so that the operating energy efficiency of the vehicle can be increased. Thus, for example, a nickel metal hydride secondary battery is considered suitable as a secondary battery mounted on a vehicle from various conditions such as energy density, load fluctuation followability, durability, and manufacturing cost (Patent Document 1). .
一般に、ニッケル水素二次電池においては、正極の基板として、多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体を用い、基板に形成された空孔ないし間隙に、活物質、バインダー、導電助材などからなる合材を充填して正極を作製している。このようにして正極を作製することにより、活物質の基板への密着性が高まり、電池の信頼性向上が図られる。 In general, in a nickel metal hydride secondary battery, a porous foamed nickel or nickel sintered body is used as a positive electrode substrate, and an active material, a binder, a conductive additive, etc. are formed in pores or gaps formed in the substrate. A positive electrode is produced by filling a mixture. By producing the positive electrode in this manner, the adhesion of the active material to the substrate is increased, and the reliability of the battery is improved.
また、ニッケル水素電池の負極基板としては、例えば、ニッケルめっきを施した鋼板に多数の孔を形成したパンチングプレートを使用し、この基板に活物質を塗布することにより、活物質の基板への密着性を確保している(例えば、特許文献1)。 Moreover, as a negative electrode substrate of a nickel metal hydride battery, for example, a punching plate in which a large number of holes are formed in a nickel-plated steel plate is used, and an active material is applied to the substrate, thereby allowing the active material to adhere to the substrate. (For example, Patent Document 1).
ところで、上記のような車両用の電池には、従来の携帯機器等に用いられるものに比べて、高電圧および高エネルギー容量が要求されるため、大型の電池を使用する必要がある。大型の電池を使用する場合には、電池が設置されるスペースを効率的に利用する必要性が大きいことから、円筒形よりも角形の電池とすることが望ましい(特許文献1)。このような大型の角形電池には、電池性能や生産性の観点から、円筒形電池に用いられる巻取り式の電極体よりも、セパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層した電極体の方が適しているとされる。 By the way, since the vehicle battery as described above is required to have a higher voltage and a higher energy capacity than those used in conventional portable devices, it is necessary to use a large battery. When a large battery is used, it is desirable to use a square battery rather than a cylindrical battery because there is a great need to efficiently use the space where the battery is installed (Patent Document 1). In such a large square battery, from the viewpoint of battery performance and productivity, an electrode in which positive plates and negative plates are alternately stacked via separators rather than a wound electrode body used for a cylindrical battery. It is said that the body is more suitable.
しかしながら、このような積層型の電極体では、平板状の電極とセパレータとの接触箇所が多いので、発泡ニッケルやパンチングプレートを電極の基板として用いた場合、基板の端面に露出する空孔ないし間隙の縁にできたバリが、セパレータを突き破って内部短絡を起こし易い。また、電池内では充放電に伴って電極体の膨張・収縮が繰り返されるので、大型の角形電池に使用される電極基板には機械的強度が要求されるが、発泡ニッケルやパンチングプレートで形成した基板では、基板厚みを増すことが、加工性の点から困難である。さらには、発泡ニッケルやパンチングプレートのような部材は高価であり、電池のコスト増の要因となっている。 However, in such a laminated electrode body, there are many contact points between the flat electrode and the separator. Therefore, when foamed nickel or a punching plate is used as an electrode substrate, voids or gaps exposed on the end surface of the substrate are used. The burrs formed at the edges of the pierce easily break through the separator and cause an internal short circuit. In addition, since the electrode body is repeatedly expanded and contracted during charging and discharging in the battery, mechanical strength is required for the electrode substrate used for a large-sized rectangular battery, but it is formed of nickel foam or a punching plate. In the case of a substrate, it is difficult to increase the substrate thickness from the viewpoint of workability. Furthermore, members such as foamed nickel and punching plates are expensive, which increases the cost of the battery.
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、主面や端面が平滑な電極基板を用いることにより、電池の信頼性向上に寄与し、かつ安価に製造できるアルカリ蓄電池用の電極、および、この電極を備える、信頼性に優れ、かつ安価に製造できるアルカリ蓄電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrode for an alkaline storage battery that contributes to improving the reliability of the battery and can be manufactured at low cost by using an electrode substrate having a smooth main surface and end surface in order to solve the above-mentioned problems, and It is an object of the present invention to provide an alkaline storage battery comprising this electrode, which is excellent in reliability and can be manufactured at low cost.
前記した目的を達成するために、本発明に係るアルカリ蓄電池用電極は、角形形状のケーシング内に、セパレータを介して対向する複数の電極を積層して形成した電極体を収納してなるアルカリ蓄電池に用いられる電極であって、導電性材料で形成された、平滑な主面および端面を有する平板状の基板と、該基板上に塗布された、活物質、バインダーおよび導電助材を含む合材とを備える。ここで、「平滑な主面および端面」とは、主面および端面が、多孔質体構造による凹凸や孔加工を有していないことを意味する。また、このような電極構成は、正極および負極のいずれにも適用することができる。 In order to achieve the above-described object, the alkaline storage battery electrode according to the present invention is an alkaline storage battery in which an electrode body formed by laminating a plurality of electrodes facing each other via a separator in a rectangular casing. A flat plate substrate having a smooth main surface and an end surface formed of a conductive material, and an active material, a binder, and a conductive additive applied on the substrate. With. Here, “smooth main surface and end surface” means that the main surface and the end surface do not have irregularities or hole processing due to the porous body structure. Such an electrode configuration can be applied to both the positive electrode and the negative electrode.
この構成によれば、積層型の電極体を有する角形電池において、平板状の電極基板の主面および端面を平滑にしているので、基板のバリに起因する電池の内部短絡の発生を効果的に防止することができる。また、金属の板材をそのまま電極基板として利用することができるので、基板厚みを増大して電極の機械的強度を確保することが容易となる。したがって、このような電極を備える角形アルカリ蓄電池の信頼性向上に大きく寄与することができる。さらには、このような信頼性に優れる電池を安価に製造することも可能になる。 According to this configuration, in the prismatic battery having the stacked electrode body, the main surface and the end face of the flat electrode substrate are smoothed, so that the internal short circuit of the battery due to the burr of the substrate is effectively generated. Can be prevented. In addition, since the metal plate can be used as an electrode substrate as it is, it is easy to increase the substrate thickness and ensure the mechanical strength of the electrode. Therefore, it can greatly contribute to improving the reliability of the prismatic alkaline storage battery including such an electrode. Furthermore, such a battery having excellent reliability can be manufactured at low cost.
上記の構造を有する電極において、前記基板を、例えば、ニッケルめっきを施した鋼板で形成することができる。このように構成することにより、接触抵抗が低く、かつ耐腐食性や機械的強度にも優れる素材を、安価に電極の基板として利用して、電池の性能を向上させることが可能になる。 In the electrode having the above structure, the substrate can be formed of, for example, a nickel-plated steel plate. With this configuration, it is possible to improve the performance of the battery by using a material having low contact resistance and excellent corrosion resistance and mechanical strength as an electrode substrate at low cost.
また、上記の構造を有する電極において、前記バインダーとして、例えば、低不飽和ポリマーを、水酸基含有モノマー、カルボキシル基含有モノマー、グリシジル基含有モノマー、アルコキシシラン基含有モノマー、および塩素含有モノマーのうちの1種または2種以上の混合物で変性した変性ポリマーを含む非水溶液系バインダーを使用することができる。このように構成することにより、合材を平滑な基板上に塗布して形成した電極であっても、活物質と基板との密着性を維持することができる。また、非水溶性バインダーは、撥水性を有するので、正極上で発生した酸素を拡散し、負極上で迅速に水に戻すことが可能となり、電解液のドライアウトを防止する点においても効果的である。これにより、内部短絡を効果的に防止して信頼性を向上させながら、この電極が使用される電池の性能を維持することが可能となる。 In the electrode having the above structure, as the binder, for example, a low unsaturated polymer is selected from a hydroxyl group-containing monomer, a carboxyl group-containing monomer, a glycidyl group-containing monomer, an alkoxysilane group-containing monomer, and a chlorine-containing monomer. A non-aqueous binder containing a modified polymer modified with a species or a mixture of two or more species can be used. By comprising in this way, the adhesiveness of an active material and a board | substrate can be maintained even if it is the electrode formed by apply | coating a compound material on a smooth board | substrate. In addition, since the water-insoluble binder has water repellency, it can diffuse oxygen generated on the positive electrode and quickly return it to water on the negative electrode, which is also effective in preventing the electrolyte from drying out. It is. As a result, it is possible to maintain the performance of the battery in which this electrode is used while effectively preventing an internal short circuit and improving the reliability.
また、上記の構造を有する電極において、前記導電助材として、例えば、カーボン粉末を使用することができる。このように構成することにより、合材を平滑な基板上に塗布して形成した電極であっても、十分な導電性を確保することができる。これにより、内部短絡を効果的に防止して信頼性を向上させながら、この電極が使用される電池の性能を維持することが可能となる。 In the electrode having the above structure, for example, carbon powder can be used as the conductive additive. By comprising in this way, sufficient electroconductivity is securable even if it is the electrode formed by apply | coating compound material on a smooth board | substrate. As a result, it is possible to maintain the performance of the battery in which this electrode is used while effectively preventing an internal short circuit and improving the reliability.
上記の構造を有する電極において、好ましくは、前記基板の厚みが50μmから600μmの範囲にある。発泡ニッケルやパンチングプレートを使用せずに、平滑な主面および端面を有する板状部材によって電極基板を形成することにより、基板厚みの調整、特には厚みを増して基板強度を向上させることが容易に可能となるので、電池の信頼性に大きく寄与することができる。 In the electrode having the above structure, the thickness of the substrate is preferably in the range of 50 μm to 600 μm. By forming an electrode substrate with a plate-like member having a smooth main surface and end surface without using nickel foam or a punching plate, it is easy to adjust the substrate thickness, especially to increase the substrate strength by increasing the thickness. Therefore, it is possible to greatly contribute to the reliability of the battery.
本発明に係るアルカリ蓄電池は、角形形状のケーシング内に、セパレータを介して対向する複数の電極を積層して形成した電極体を収納して構成されており、本発明に係る上記構成の電極を少なくとも正極または負極として備えている。このように構成することで、セパレータと電極の端面との接触箇所が多い積層型の電極体を有するアルカリ蓄電池であっても、効果的に内部短絡を防止して、電池の充放電性能および信頼性を向上させることができる。さらには、加工の容易な平板状の基板を使用することにより、電池の製造コストを大幅に削減することができる。 The alkaline storage battery according to the present invention is configured by accommodating an electrode body formed by laminating a plurality of electrodes facing each other via a separator in a rectangular casing, and the electrode having the above-described configuration according to the present invention. At least as a positive electrode or a negative electrode. By configuring in this way, even an alkaline storage battery having a laminated electrode body with many contact points between the separator and the end face of the electrode can effectively prevent internal short circuit and charge / discharge performance and reliability of the battery. Can be improved. Furthermore, by using a flat substrate that can be easily processed, the manufacturing cost of the battery can be greatly reduced.
以上のように、本発明に係るアルカリ蓄電池用電極およびこれを備えるアルカリ蓄電池によれば、大型の角形電池に適した積層構造の電極体を採用しながらも、電極基板のバリに起因する内部短絡を効果的に防止し、かつ、電極の機械的強度を増大して、電池の性能および信頼性を向上させることができる。さらには、加工の容易な平板状の基板を電極に使用することにより、電池の製造コストを削減することができる。 As described above, according to the alkaline storage battery electrode and the alkaline storage battery including the same according to the present invention, the internal short circuit caused by the burr of the electrode substrate is adopted while adopting the electrode body having the laminated structure suitable for the large rectangular battery. Can be effectively prevented and the mechanical strength of the electrode can be increased to improve the performance and reliability of the battery. Furthermore, the manufacturing cost of a battery can be reduced by using a flat substrate that is easy to process as an electrode.
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池用電極を備える角形のアルカリ蓄電池(以下単に「電池」という)1の構造を示す斜視図である。本実施形態に係る電池1は、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とするニッケル水素二次電池として構成されており、正極および負極の集電板を兼ねる矩形の第1蓋部材3および第2蓋部材5と、これら第1および第2蓋部材3,5間に介在する絶縁素材からなる枠形部材7によって、電池1の角形のケーシング9が構成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a rectangular alkaline storage battery (hereinafter simply referred to as “battery”) 1 including an alkaline storage battery electrode according to an embodiment of the present invention. The
図2の断面図に示すように、ケーシング9の内方には、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ11と、電極すなわち正極13と負極15とからなる電極体17が収容されている。正極13は、平板状の正極基板21の主面である両表面21a,21aに、正極合材23を塗布して形成されている。同様に、負極15は、平板状の負極基板25の主面である両表面25a,25aに、負極合材27を塗布して形成されている。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, inside the casing 9, a
図2の要部を拡大して示す図3に示すように、正極13と負極15とは、両電極の基板21,25の各表面21aと25aとが対向する方向Xに、セパレータ11を介して交互に積層されている。このとき、正極基板21および負極基板25の端面21b、25bの一部は、プリーツ状のセパレータ11の折り曲げ部11aに対向している。
As shown in FIG. 3, which shows an enlarged view of the main part of FIG. 2, the
このように構成されている電極体17は、その積層方向Xと、第1および第2蓋部材3,5の対向方向Yとが直交するように、ケーシング9内に配置されている。したがって、正極基板21の端面21bは、プリーツ状のセパレータ11の折り曲げ部11aを介して、負極集電板である第2蓋部材5に対向しており、負極基板25の端面25bは、セパレータ11の折り曲げ部11aを介して、正極集電板である第1蓋部材3に対向している。
The
なお、電極体17は、プリーツ構造以外の積層構造を有していても良い。例えば、別体に形成された複数の袋状のセパレータにそれぞれ収容された正極13と負極15とを交互に積層して対向させてもよく、あるいは、別体の袋状のセパレータにそれぞれ収容された正極13と負極とを、さらにプリーツ状のセパレータ11を介して互いに対向するように積層してもよい。
The
正極基板21は、導電性材料、具体的には、例えばニッケルめっきを施した鋼板からなる平板状の部材として形成されている。また、図4の部分破断斜視図に示すように、正極基板21の両表面21a,21aおよび各端面21bは、孔や凹凸を有しない平滑な面として形成されている。同様に、図5の部分破断斜視図に示すように、負極基板25は、ニッケルめっきを施した鋼板からなる平板状の部材として形成されており、負極基板25の両表面25a,25aおよび各端面25bは、孔や凹凸を有しない平滑な面として形成されている。正極基板21ないし負極基板25の両表面と各端面の境界は、例えば、面取加工により丸みを持たせてもよい。これにより、加工時のバリを除去することができる。また、正極基板、負極基板の両表面に、ブラスト加工やセレーション加工を施してもよい。これにより、活物質の密着性が向上する。
The
正極および負極基板21,25を形成する素材としては、ニッケルめっき鋼板のほかにも、電気化学的な特性や機械的強度、耐食性などを考慮して、適宜選択することができ、例えば、ニッケル板、ステンレス鋼版、銅めっき鋼板、銀めっき鋼板、コバルトめっき鋼板、クロムめっき鋼板などが好ましく用いられる。
The material for forming the positive and
正極および負極用の基板21,25は、孔を有しない板状の素材を切り出すことによって作成することができるので、厚さの設定が容易である。本実施形態の電池1では、正極13、負極15と、正極側および負極側の各集電板である第1蓋部材3、第2蓋部材5との導通は、金属屑のような異物の混入の防止および工程の簡略化のために溶接は行わず、両蓋部材3,5の対向方向Yの接触圧のみによって確保されている。したがって、正極および負極基板21,25には面方向(対向方向Y)に付加される圧力に耐え得る機械的強度が要求される。この観点から、正極および負極基板21,25の厚みは50μm以上であることが好ましい。一方で、電池1のエネルギー密度を確保する観点からは、正極および負極基板21,25の厚みは0.6mm以下であることが好ましい。より好ましい基板21,25の厚みの範囲は、50〜200μmであり、さらに好ましくは80〜150μmである。また、基板21,25のビッカース硬さは、70〜300Hvの範囲にあることが好ましい。
Since the positive and
正極基板21の両表面21a,21aに塗布される正極合材23は、正極活物質である水酸化ニッケル、バインダー、および導電助材を主成分とし、これらを混合して作製される。また、負極基板25の両表面25a,25aに塗布される負極合材27は、負極活物質である水素吸蔵合金、バインダー、および導電助材を主成分とし、これらを混合して作製される。
The
次に、正極および負極の各合材23,27に好ましく用いられるバインダーおよび導電助材について説明する。
Next, binders and conductive aids that are preferably used for the positive and
(バインダー)
本実施形態におけるバインダーとしては、非水溶性のものを使用することが好ましい。非水溶性のバインダーの溶媒として有機溶剤が使われることがあるが、有機溶剤は有毒物質であり引火性を有しているので、製造過程における取り扱いが難しい。取り扱いの容易さの観点からは、水溶性バインダーが優れるが、活物質と基板との密着性が高く、活物質の脱落を防いで接触抵抗の増大を抑制できる点で、非水溶性バインダーが優れている。さらに、非水溶性バインダーは、撥水性を有するので、正極上で発生した酸素を拡散し、負極上で迅速に水に戻すことが可能となり、電解液のドライアウトを防止する点においても効果的である。
(binder)
As the binder in this embodiment, it is preferable to use a water-insoluble one. An organic solvent is sometimes used as a solvent for the water-insoluble binder. However, since the organic solvent is a toxic substance and has flammability, it is difficult to handle in the manufacturing process. From the viewpoint of ease of handling, water-soluble binders are excellent, but water-insoluble binders are excellent in that the adhesion between the active material and the substrate is high, and the active material can be prevented from falling off and increase in contact resistance can be suppressed. ing. Furthermore, since the water-insoluble binder has water repellency, it can diffuse oxygen generated on the positive electrode and quickly return it to water on the negative electrode, which is also effective in preventing the electrolyte from drying out. It is.
具体的には、バインダーとして、エチレン、プロピレン、ブチレン、スチレン、酢酸ビニル、ビニルアルコール、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、およびフッ化ビニリデンの中から選ばれたモノマーの重合体からなる低不飽和ポリマーを、水酸基含有モノマー、カルボキシル基含有モノマー、グリシジル基含有モノマー、アルコキシシラン基含有モノマー、および塩素含有モノマーのうちの1種または2種以上の混合物で変性した変性ポリマーを好ましく使用することができる。水酸基含有モノマーとしては、ヒドロキシアルキルアクリレート(またはメタクリレート)を、カルボキシル基含有モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等を、グリシジル基含有モノマーとしては、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルアクリレート等を、アルコキシシラン含有モノマーとしては、メタクリロイロキシアルコキシシランを、塩素含有モノマーとしては、塩化ビニル、2−クロロアクリル酸メチル、メタクリル酸クロライド等を好適に使用することができる。 Specifically, the binder is made of a polymer of a monomer selected from ethylene, propylene, butylene, styrene, vinyl acetate, vinyl alcohol, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, and vinylidene fluoride. It is preferable to use a modified polymer obtained by modifying a saturated polymer with one or a mixture of two or more of a hydroxyl group-containing monomer, a carboxyl group-containing monomer, a glycidyl group-containing monomer, an alkoxysilane group-containing monomer, and a chlorine-containing monomer. it can. Hydroxyl acrylate (or methacrylate) as the hydroxyl group-containing monomer, acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, etc. as the carboxyl group-containing monomer, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl acrylate, etc. as the glycidyl group-containing monomer, As the alkoxysilane-containing monomer, methacryloyloxyalkoxysilane can be preferably used, and as the chlorine-containing monomer, vinyl chloride, methyl 2-chloroacrylate, methacrylic acid chloride or the like can be preferably used.
また、活物質に対するバインダーの添加量としては、正極においては、正極活物質100重量部に対して、バインダー1〜10重量部添加するのが好ましい。バインダーの添加割合がこれより小さい場合には、十分な密着性が得られず、活物質の脱落が発生する。一方、バインダーの添加割合がこれより大きい場合には、活物質の表面がバインダーで覆われることにより利用率が低下するとともに、十分な電池のエネルギー密度が得られない。負極の場合は、活物質密度が高く、体積が比較的小さくなるので、必要とされる添加量は正極における場合よりも少なく、負極活物質100重量部に対してバインダーを0.5〜5重量部添加するのが望ましい。 Moreover, as an addition amount of the binder with respect to an active material, it is preferable to add 1-10 weight part of binders with respect to 100 weight part of positive electrode active materials in a positive electrode. When the addition ratio of the binder is smaller than this, sufficient adhesion cannot be obtained, and the active material falls off. On the other hand, when the addition ratio of the binder is larger than this, the utilization rate is lowered by covering the surface of the active material with the binder, and sufficient battery energy density cannot be obtained. In the case of the negative electrode, since the active material density is high and the volume is relatively small, the amount of addition required is smaller than that in the case of the positive electrode, and the binder is 0.5 to 5 weights with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. It is desirable to add a part.
正極合材に用いるバインダーの一例として、本実施形態においては、エチレン酢酸ビニル共重合ポリマー(EVA;エチレン90%、酢酸ビニル10%)と塩化ビニル系ポリマー(EVAに塩化ビニルをグラフト重合したもの;平均重合度900、EVA含有量55%)とを重量比85:15で混合したものを使用した。
As an example of the binder used for the positive electrode mixture, in this embodiment, an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA; ethylene 90%,
負極合材に用いるバインダーの一例として、本実施形態においては、正極合材に用いた上記EVAを変性処理した変性EVAを用いた。変性処理は、EVAに無水マレイン酸をグラフト重合することにより行った。この場合のマレイン化度は、小さ過ぎると密着性が低下し、大きすぎると溶剤への溶解性が低下するので、ポリマー100に対して0.1〜20重量部の範囲であることが好ましい。 As an example of the binder used for the negative electrode mixture, modified EVA obtained by modifying the EVA used for the positive electrode mixture was used in the present embodiment. The modification treatment was performed by graft polymerization of maleic anhydride on EVA. In this case, if the degree of maleation is too small, the adhesiveness is lowered, and if it is too large, the solubility in a solvent is lowered. Therefore, it is preferably in the range of 0.1 to 20 parts by weight with respect to the polymer 100.
(導電助材)
本実施形態における導電助材としては、カーボン、またはニッケルのような耐アルカリ性、耐酸化性を有する金属が好ましく用いられる。このような材料から作製した、微粒状導電助材(粒径20nm〜1μm)、粗粒状導電助材(粒径1μm〜200μm)、繊維状導電助材(繊維径1〜15μm、繊維長50〜300μm)のうちのいずれか2つ以上を組み合わせて使用することが望ましい。特に、微粒状導電助材は、活物質間の隙間に入り込んで細かい導電ネットワークを形成するのに効果的であるが、微粒状導電助材のみを使用すると、電極にひび割れが発生し易くなる。しかし、微粒状導電助材に粗粒状導電助材または繊維状導電助材を添加すると、電極におけるひび割れの発生が抑制される。微粒状導電助材と粗粒状または繊維状導電助材との混合比は、5:1〜1:5の範囲が好ましく、1:1程度がさらに好ましい。微粒状導電助材の混合比率がこの範囲よりも大きい場合には十分なひび割れ抑制効果が得られず、微粒状導電助材の混合比率がこの範囲よりも小さい場合には、細かい導電ネットワークの形成がなされず、十分な導電補助が得られない。
(Conductive aid)
As the conductive additive in the present embodiment, carbon or a metal having alkali resistance and oxidation resistance such as nickel is preferably used. Fine-grained conductive assistants (particle diameter 20 nm to 1 μm), coarse-grained conductive assistants (
また、活物質に対する導電助材の添加量としては、正極においては、正極活物質100重量部に対して、導電助材1〜20重量部添加するのが好ましい。導電助材の添加割合がこれより小さい場合には、十分な導電補助効果が得られず、活物質の利用率が低くなる。一方、導電助材の添加割合がこれより大きい場合には、十分な電池のエネルギー密度が得られない。負極の場合は、活物質が合金であって導電性を有しているので、必要とされる添加量は正極における場合よりも少なく、負極活物質100重量部に対して導電助材を0.5〜10重量部添加するのが望ましい。 Moreover, as an addition amount of the conductive support material with respect to the active material, it is preferable to add 1 to 20 parts by weight of the conductive support material with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material in the positive electrode. When the addition ratio of the conductive auxiliary material is smaller than this, a sufficient conductive auxiliary effect cannot be obtained, and the utilization factor of the active material becomes low. On the other hand, when the addition ratio of the conductive additive is larger than this, a sufficient battery energy density cannot be obtained. In the case of the negative electrode, since the active material is an alloy and has conductivity, the amount of addition required is smaller than that in the case of the positive electrode. It is desirable to add 5 to 10 parts by weight.
正極合材および負極合材に用いる導電助材の一例として、本実施形態においては、カーボンブラック(一次粒径50nm、ジブチルフタレート吸収量175cm3/100g、ラマン分光G値0.43、熱処理温度2300℃)と、ポリアクリロニトリル系炭素繊維(X線回折004面半値幅2.5°/Cu−Kα、熱処理温度2400℃)とを重量比1:1で混合したものを用いた。 As an example of the conductive agent used in the positive electrode material and negative electrode material, in the present embodiment, carbon black (primary particle size 50 nm, dibutyl phthalate absorption 175cm 3/100 g, Raman spectroscopy G value 0.43, the heat treatment temperature 2300 ° C) and polyacrylonitrile-based carbon fiber (X-ray diffraction 004 plane half-width 2.5 ° / Cu-Kα, heat treatment temperature 2400 ° C) mixed at a weight ratio of 1: 1 was used.
なお、上述した本発明に係る各実施形態は、図1に示した電池1のみならず、例えば、図6に示すように構成した電池モジュールBに使用される角形電池にも適用することができる。この電池モジュールBは、角形のニッケル水素二次電池として構成された電池1を、直列接続となるように複数積層したものである。電池1は、対向配置した折り曲げ部を有しない平板状の正極集電体53と負極集電体55との間に、両集電体よりも若干寸法の小さい絶縁素材からなる枠形部材57を介在させて角形のケーシング59を形成し、このケーシング59の内部に、上記で説明したのと同様の構造を有する電極体(図示せず)を電解液とともに収容して構成されている。電池1の積層体の両端面には、この端面全面を覆う圧縮板61,61が配置されている。各電池1の集電体53,55および圧縮板61,61の両側部に形成された複数のボルト孔に、絶縁素材からなる長尺のボルト63を挿通し、その先端にナット65を螺合することにより、電池モジュールBが組み立てられている。積層体の両端に位置する電池1,1の一方の正極集電体53と他方の負極集電体55には、それぞれ、電池モジュールBの正極端子67と負極端子69が突設されている。
Each embodiment according to the present invention described above can be applied not only to the
本実施形態に係る電極(正極13,負極15)およびこれを備える電池1によれば、以下の効果が得られる。
According to the electrode (
図3の電池1に使用されている正極13および負極15は、活物質等を含む合材23,27を塗布するための基板として、孔や凹凸が形成されていない平滑な表面21a,25aおよび平滑な端面21b,25bを有する平板状の基板21,25を使用している。これにより、基板のバリに起因する電池1の内部短絡の発生を効果的に防止することができるので、電池1の耐久性、信頼性の向上に大きく寄与する。特に、本実施形態に係る電池1では、正極および負極の各基板の端面21b,25bと、負極集電体および正極集電体である第2および第1蓋部材5,3とがセパレータ11を介して対向する箇所が多いので、端面21b,25bを平滑にすることによる電池1の信頼性向上の効果は極めて大きい。
The
また、金属の板材をそのまま切り出して電極基板21,25として利用することができるので、基板厚みを増大して電極の機械的強度を確保することが容易となる。特に、本実施形態に係る電池1では、両蓋部材3,5の対向方向Y、すなわち平板状の基板21,25の面方向の接触圧によって両蓋部材3,5と正極および負極基板21,25との導通を確保しているので、正極および負極基板21,25の厚みを適切な値に設定することにより基板の機械的強度を確保して、基盤21,25の変形を防止することにより、電池1の性能および信頼性を大幅に向上させることができる。
Further, since the metal plate material can be cut out as it is and used as the
さらには、本実施形態において、電極基板21,25を、ニッケルめっきを施した鋼板で形成しているので、接触抵抗が低く、かつ耐腐食性や機械的強度にも優れる素材を、安価に電極基板21,25として利用して、電池1の性能を向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
また、上記の構造を有する電極13,15において、バインダーとして、変性ポリマーを含む非水溶液系バインダーを使用しているので、合材23,25を平滑な基板21,25上に塗布して形成した電極であっても、活物質と基板との密着性を維持することができる。また、上記の構造を有する電極において、導電助材として、カーボン粉末を使用することにより、合材を平滑な基板上に塗布して形成した電極であっても、十分な導電性を確保することができる。これにより、この電極が使用される電池1の性能および耐久性を維持しながら、内部短絡を効果的に防止して信頼性を向上させることが可能となる。
Moreover, in the
なお、本実施形態では、電池1をニッケル水素二次電池として構成した例について説明したが、本発明は、他の種類のアルカリ蓄電池に使用される電極にも適用することが可能である。例えば、正極としては空気電極や酸化銀電極、負極としてはカドミウム、亜鉛、鉄などを主要な活物質とする電極に適用することができる。
In addition, although this embodiment demonstrated the example which comprised the
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.
1 電池
9 ケーシング
11 セパレータ
13 正極(電極)
15 負極(電極)
17 電極体
21 正極基板
21a 正極基板の表面(主面)
21b 正極基板の端面
23 正極合材
25 負極基板
25a 負極基板の表面(主面)
25b 負極基板の端面
27 負極合材
1 Battery 9
15 Negative electrode (electrode)
17
Claims (9)
導電性材料で形成された、平滑な主面および端面を有する平板状の基板と、
該基板上に塗布された、活物質、バインダーおよび導電助材を含む合材と、
を備えるアルカリ蓄電池用電極。 In a rectangular casing, an electrode used for an alkaline storage battery containing an electrode body formed by laminating a plurality of electrodes opposed via a separator,
A flat substrate having a smooth main surface and an end surface formed of a conductive material;
A composite material comprising an active material, a binder and a conductive additive applied on the substrate;
An electrode for an alkaline storage battery.
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