JP6385368B2 - コーティングされた鉄電極及びこの鉄電極を製造する方法 - Google Patents
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Description
上記基材は、電極の活物質(鉄)を収容する、電流伝導性で集電性の材料として使用される。現行のポケット式設計において、基材は、活物質を包含し、活物質を保持している。したがって、電極1つ当たり、2層の基材が必要になる。本発明においては、単一層の基材が使用される。この単一層は、コーティングした材料が少なくとも1つの面に結合している担体として作用する。一実施形態において、基材の両面がコーティングされている。この基材は、金属箔若しくは金属シート、金属発泡体、金属メッシュ、織物状金属又はエキスパンドメタル等、薄い導電性材料であってよい。例えば、0.060インチ、80ppiのニッケル発泡体材料が使用されてきた。一実施形態において、基材は、金属発泡体又は金属フェルト等の三次元的な材料である。一実施形態において、ニッケルめっきされ、穿孔した箔を使用することができる。
水素還元した鉄粉末(325番のメッシュサイズ)、16%のニッケル粉末255番、0.5%硫黄元素粉末(沈降させて精製したもの)及び適当量の結合剤を含む水系ペーストを、1300RPMで操作するデジタル式撹拌装置及び3翼型撹拌ブレードを用いて10〜15分かけて調製した。脱イオン水を混合物に添加すると、120,000cPから130,000cPの間の粘度を有するペーストが生成した。
(例1)
水系ペーストを、隙間の幅が0.068インチに設定されたドクターブレード器具に取り付けられていて底に開口部があるポットの最上部を経由して送られるストリップを供給することにより、2mmの開口部が付いていて幅1.63インチのニッケルめっきした連続した穿孔ストリップに塗布した。ペースト混合物をポットに注ぎ込み、穿孔ストリップを2.7ft/minの速度で引き下ろして、ペースト混合物によって穿孔ストリップをコーティングする。4〜5インチの範囲の切片を、コーティングしたストリップから切り出し、150°Fの乾燥オーブンに20分入れておく。
一連の鉄電極を、表1に記載のいくつかの異なる結合剤組成物を含む様々なペーストをニッケル発泡体に含浸させることによって調製した。これらの電極から調製した個々のセルの放電容量を測定し、図6においてアノード中の鉄の量に対してプロットした。容量に対するレートの効果をC/10、C/5、C/2及び2Cという複数のレートでセルを放電することによって評価した。ここでCは、1時間以内にセルを放電するのに必要となる電流を表す。
水系ペースト(表2)を、隙間の幅が0.068インチに設定されたドクターブレード器具に取り付けられていて底に開口部があるポットの最上部を経由して送られるストリップの連続的な供給により、2mmの開口部が付いていて幅1.63インチのニッケルめっきされた穿孔ストリップに塗布した。ペースト混合物をポットに注ぎ込み、穿孔ストリップを2.7ft/minの速度で引き下ろして、ペースト混合物によって穿孔ストリップをコーティングする。4〜5インチの範囲の切片を、コーティングしたストリップから切り出し、150℃の乾燥オーブンに20分入れておく。
120°Fから125°Fの間で予備加熱したPVA(Elvanol7130)の10wt%溶液を、120°Fに予備加熱した鉄粉末(325番のメッシュ)、ニッケル粉末255番及び硫黄を含んだジャケット付き容器に添加した。この混合物を、120°Fで30分撹拌した。このペーストの固形成分混合物は、80%の鉄、16%のニッケル、0.4%の硫黄及び3.5%のPVAであった。ペーストの粘度測定値は、容器からの除去直後では25000cPから39000cPの範囲を有しており、さらに90秒後では、粘度は、22000cPから31000cPの範囲であった。
ペースト調製
水素還元した鉄粉末(325番のメッシュサイズ)、ニッケル粉末255番、硫黄元素粉末(沈降させて精製したもの)及び適当量の結合剤を含む水系ペーストを、1300RPMで操作するデジタル式撹拌装置及び3翼型撹拌ブレードを用いて10〜15分かけて調製した。脱イオン水を混合物に添加すると、120,000cPから130,000cPの間の粘度を有するペーストが生成した。ニッケル含有量及び鉄含有量は、表3に従って変動し、硫黄含有量は0.5%であり、結合剤含有量は3.5%であった。
ペースト調製
水素還元した鉄粉末(325番のメッシュサイズ)、ニッケル粉末255番、硫黄元素粉末(沈降させて精製したもの)及び適当量の結合剤を含む水系ペーストを、1300RPMで操作するデジタル式撹拌装置及び3翼型撹拌ブレードを用いて10〜15分かけて調製した。脱イオン水を混合物に添加すると、120,000cPから130,000cPの間の粘度を有するペーストが生成した。ニッケル含有量は16%であり、ポリビニルアルコール含有量は3.5%であり、硫黄含有量は、0%から1.5%の間で変動し、電極の組成の残り部分は鉄粉末であった。
Claims (20)
- 鉄活物質及び結合剤を含むコーティングで少なくとも1つの面の上をコーティングされている導電性基材の単一層を含む、ニッケル鉄電池用の鉄電極であって、前記鉄電極が前記結合剤として前記コーティングに対し1wt%から5wt%のポリビニルアルコールを含む、前記鉄電極。
- 鉄活物質を含むコーティングで少なくとも1つの面の上をコーティングされている導電性基材の単一層を含み、前記コーティングが少なくとも2つの層を含む、請求項1に記載の鉄電極。
- 前記コーティングが2つの層を含む、請求項2に記載の鉄電極。
- 前記2つの層が異なる多孔度を有する、請求項3に記載の鉄電極。
- 前記2つの層が異なる組成を有する、請求項3に記載の鉄電極。
- 前記コーティングが3つの層を含む、請求項2に記載の鉄電極。
- 前記3つの層の少なくとも2つが異なる多孔度を有する、請求項6に記載の鉄電極。
- 前記3つの層の少なくとも2つが異なる組成を有する、請求項6に記載の鉄電極。
- 前記鉄電極が前記結合剤として前記コーティングに対し2.5wt%から4wt%の範囲のポリビニルアルコールを含む、請求項2に記載の鉄電極。
- 前記鉄電極が添加剤をさらに含む、請求項1に記載の鉄電極。
- 前記添加剤がニッケル粉末を含む、請求項10に記載の鉄電極。
- 前記添加剤が硫黄を含む、請求項10に記載の鉄電極。
- 前記硫黄が硫黄元素を含む、請求項12に記載の鉄電極。
- ニッケル鉄電池用の鉄電極を調製するための方法であって、
鉄活物質及び結合剤を含むミックスを調製するステップと、
前記ミックスで連続する基材材料の少なくとも1つの面の上をコーティングするステップと、
乾燥し、圧縮し、そして前記鉄電極を所定サイズへ切断するステップと、
タブを前記電極に取り付けるステップと
を含み、前記鉄電極が前記結合剤として前記コーティングに対し1wt%から5wt%のポリビニルアルコールを含む、前記方法。 - 前記鉄電極が前記結合剤として前記コーティングに対し2.5wt%から4wt%の範囲のポリビニルアルコールを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記連続する基材をコーティングするステップが、異なる特性を有する材料を積層するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記層が異なる多孔度及び/又は密度を有する、請求項16に記載の方法。
- 前記層が異なる添加剤の濃度を有する、請求項16に記載の方法。
- 前記乾燥が、第1のステップにおける赤外線、マイクロ波又は紫外線による乾燥と、第2のステップにおける対流式乾燥とを組み合わせて実施される、請求項14に記載の方法。
- ニッケル系カソードと、請求項1に記載の電極をアノードとして含む、バッテリー。
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