CN1200471C - 碱性蓄电池用电极的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种碱性蓄电池用电极的制造方法，该方法是将活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂构成的活性物质浆料涂覆在导电性芯体上形成碱性蓄电池用电极的制造方法，其特征在于，该方法具备混合上述活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂制备活性物质浆料的活性物质浆料制备工序，对上述活性物质浆料进行加温的浆料加温工序，以及将上述加温后的浆料涂覆在导电性芯体上的浆料涂覆工序，以及通过加热对经过上述浆料涂覆工序在上述导电性芯体上进行涂覆得到的电极进行干燥的干燥工序，其中所述浆料加温工序中的加热温度的范围在30度到60度之间。

Description

碱性蓄电池用电极的制造方法
技术领域
本发明涉及一种将活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂构成的活性物质浆料涂覆在导电性芯体上形成的碱性蓄电池用电极的制造方法。
背景技术
近年来，随着小型便携式设备的增加，对可充放电的二次电池(蓄电池)的需求不断增高，特别是，伴随着设备的小型化、薄型化和空间效率化，对能获得大容量并且廉价的镍-氢蓄电池等碱性蓄电池的需求迅速增加。这种碱性蓄电池所采用的电极是在由保持活性物质层的穿孔金属等形成的导电性芯体的两面涂覆由活性物质粉末、水溶性粘结剂和该水溶性粘结剂的溶剂构成并与纯水或水混炼形成的活性物质浆料制成的，但是，通常经由在导电性芯体的两面涂覆活性物质浆料后，在常温(约20℃)下进行自然干燥的工序制备。
这里，如果对涂覆有活性物质浆料的碱性蓄电池用电极进行自然干燥，干燥速度慢，通常达到碱性蓄电池用电极干燥需要5～6个小时左右的长时间干燥，因此存在碱性蓄电池用电极生产效率低的问题。
因此，为了解决上述问题，已提出了在导电性芯体的两面涂覆活性物质浆料后，在高温(约60℃)下干燥的方法。如果将这种涂覆有活性物质浆料的碱性蓄电池用电极在高温下干燥，干燥时间为15～30分钟左右即可干燥，碱性蓄电池用电极的生产效率提高。
可是，为了提高碱性蓄电池用电极的干燥速度并提高生产效率，必须如上所述将碱性蓄电池用电极在高温下干燥，如果将碱性蓄电池用电极在高温下干燥，由于水分的蒸发速度加快，因而会使活性物质层中所含的水分由碱性蓄电池用电极的内部向表面(干燥面一侧)快速移动。但是，如果活性物质层中所含的水分快速移动，活性物质层中所含的粘结剂也随着水分的移动而发生移动。结果，由于移动的粘结剂在碱性蓄电池用电极的表面出现不均并胶结，因此产生在碱性蓄电池用电极中心部分配置的导电性芯体附近的活性物质层中粘结剂量减少的现象。
这里，导电性芯体附近的活性物质层中粘结剂量减少，由于导电性芯体附近存在的活性物质之间的结合力或导电性芯体与活性物质之间的结合力下降，会产生活性物质层变得易于从导电性芯体上脱落的问题。
发明内容
因此，本发明就是要解决上述问题，其目的在于提供一种即使提高涂覆有活性物质的碱性蓄电池用电极的干燥温度，提高生产效率，也能抑制碱性蓄电池用电极强度下降的制造方法，能够防止活性物质层从导电性芯体上脱落，获得高质量的碱性蓄电池。
为了实现上述目的，本发明提供一种碱性蓄电池用电极的制造方法，该方法是将活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂构成的活性物质浆料涂覆在导电性芯体上形成碱性蓄电池用电极的制造方法，其特征在于，该方法具备混合上述活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂制备活性物质浆料的活性物质浆料制备工序，对上述活性物质浆料进行加温的浆料加温工序，以及将上述加温后的浆料涂覆在导电性芯体上的浆料涂覆工序，以及通过加热对经过上述浆料涂覆工序在上述导电性芯体上进行涂覆得到的电极进行干燥的干燥工序，其中所述浆料加温工序中的加热温度的范围在30度到60度之间。
如上所述将活性物质浆料加温后，将该加温后的活性物质浆料涂覆到导电性芯体上，那么即使之后投入到用于加热活性物质浆料使之干燥的干燥炉内，干燥炉内的环境温度与活性物质浆料的温度之间的温度梯度也会减小。因此，由于抑制活性物质浆料中的粘结剂如上所述发生移动，因而能够防止导电性芯体附近的活性物质层中粘结剂量减少。结果，能够维持导电性芯体附近的活性物质粉末相互间的结合力或者导电性芯体与活性物质粉末之间的结合力，使得这种碱性蓄电池用电极的粘结强度提高，能够防止活性物质层从导电性芯体上脱落。
而且，如本发明所述为了发挥将活性物质浆料加温的效果，如果适用于具备将加温后的活性物质浆料涂覆在导电性芯体上得到的电极加热进行干燥的干燥工序和将干燥后的电极压延的加压工序的碱性蓄电池用电极制造方法，则特别有效。另外，活性物质浆料加温工序中浆料加温温度必须低于干燥温度。
优选地，还包括对上述干燥后的电极进行压延的加压工序。
这时，如果加温后的活性物质浆料的温度低于30℃，之后的干燥工序中干燥炉内的环境温度和活性物质浆料的温度之间的温度梯度不会减小，因而在干燥炉内活性物质浆料中的粘结剂向电极表面移动，导电性芯体附近的活性物质层中粘结剂量减少，导电性芯体和活性物质粉末的结合力降低。因此，必须规定活性物质浆料加温工序中的浆料加温温度为30℃以上。而且，如果加温到粘结剂分解的温度以上，则不能发挥粘结剂的功能，因此必须使对活性物质浆料进行加温的温度上限值为粘结剂不会被分解的温度。
附图说明
图1是表示在导电性芯体上涂覆活性物质浆料并使涂覆后的活性物质浆料干燥后进行压延的一系列制造工序的示意剖面图。
图2是表示为了进行活性物质脱落实验在活性物质层上产生网格状切槽后的状态的示意透视图。
其中，10…氢吸藏合金极板，11…导电性芯体(穿孔金属)，12…氢吸藏合金层(活性物质层)，12a…氢吸藏合金浆料(活性物质浆料)，20…浆料槽，20a…加热器，20b…电源，21…开卷辊，22…卷绕辊，23、24、25、26…输送辊，27…狭缝，28…干燥炉，29…加压辊。
具体实施方式
下面根据图1说明将本发明适用于镍氢蓄电池的负极所采用的氢吸藏合金电极时的一个实施方式。另外，图1是表示在导电性芯体上涂覆活性物质浆料并将涂覆后的活性物质浆料干燥后进行压延的一系列制造工序的示意剖面图。
1.氢吸藏合金电极的制造装置
本发明的氢吸藏合金电极的制造装置的一个实例，如图1所示，由将镀镍后的穿孔钢板(例如，厚度为0.06mm的穿孔金属)构成的导电性芯材11卷成辊状的开卷辊21；将得到氢吸藏合金电极10卷成辊状的卷绕辊22；输送导电性芯材11的输送辊23、24、25、26；在导电性芯材11上涂覆活性物质浆料12a形成涂膜的浆料槽20；将涂覆后的活性物质浆料12a调整到给定厚度的狭缝27；对涂覆后的活性物质浆料12a进行干燥的干燥炉28；以及将干燥后的电极压延成给定厚度的一对加压辊29构成。
另外，在本实施方式中，预先将镀镍后的穿孔钢板构成的导电性芯材11卷成辊状的开卷辊21设置在给定位置后，将该开卷辊21上卷绕的导电性芯材11的前部通过输送辊23、浆料槽20内、狭缝27、干燥炉28、输送辊24、25、加压辊29和输送辊26，卷绕到卷绕辊22上。另外，在浆料槽20的壁内设有将浆料槽20内贮存的活性物质浆料12a加热到给定温度的加热器20a，同时在其外部设有用于向加热器20a供给电流的电源20b。
2.氢吸藏合金粉末的制备
称量市售的各金属元素Mm、Ni、Co、Al、Mn，按给定的比例混合，以形成MmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6(其中，Mm是铈镧合金)。将该物质投入高频溶解炉内使之溶解后，倒入铸模，冷却，制成由MmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6构成的氢吸藏合金块(锭)。将该氢吸藏合金块粗粉碎后，在惰性气体环境中进行机械粉碎，直至平均粒径达到50μm左右，制成氢吸藏合金粉末。另外，氢吸藏合金粉末的平均粒径是通过激光衍射法测定得到的值。
3.氢吸藏合金电极的制备
其次，在如上所述制备的氢吸藏合金粉末99质量％中加入相对于氢吸藏合金粉末质量为1质量％的作为水溶性粘接剂的聚环氧乙烷(PEO)粉末以及适量的水(或者纯水)进行混炼，制成氢吸藏合金浆料(活性物质浆料)12a后，将该氢吸藏合金浆料12a贮存在浆料槽20内。接着，将电源20b连接在浆料槽20的加热器20a上后，由电源20b向加热器20a供给加热电流，将浆料槽20内加温到给定的温度。之后，通过以给定的速度使卷绕辊22进行卷绕，将开卷辊21上卷绕成辊状的导电性芯材11由开卷辊21上开卷。
这样，在通过浆料槽20内的氢吸藏合金浆料12a中的过程中，氢吸藏合金浆料12a附着在导电性芯材11的两面，形成氢吸藏合金层12a。而且，导电性芯材11通过狭缝27，使多余的氢吸藏合金浆料12a被刮落，调整氢吸藏合金金属12a的涂覆厚度。这样氢吸藏合金层12a被调整到给定厚度后的导电性芯材11放入温度维持在约60℃的干燥炉28内，经过给定时间，使氢吸藏合金层12a干燥。另外，这时调整卷绕辊22的转动速度，使在干燥炉28内存在的时间达到20分钟。
接着，氢吸藏合金层12a干燥后的导电性芯材11通过一对加压辊29之间，进行压延使氢吸藏合金层12a达到给定的厚度(0.6mm)，形成在导电性芯材11的两面具备氢吸藏合金层12的氢吸藏合金电极10，然后卷绕在卷绕辊22上。另外，对浆料槽20内进行加温使氢吸藏合金浆料12a的温度达到30℃制成的氢吸藏合金电极10作为实施例1的电极A。同样，使氢吸藏合金浆料12a的温度达到35℃制成的氢吸藏合金电极10作为实施例2的电极B，使氢吸藏合金浆料12a的温度达到40℃制成的氢吸藏合金电极10作为实施例3的电极C。而且，不对浆料槽20内进行加温而使氢吸藏合金浆料12a的温度为常温(20℃)制备的氢吸藏合金电极10作为比较例的电极X。
4.氢吸藏合金电极的附着强度的测定
其次，将如上所述制备的各氢吸藏合金电极10(A、B、C、X)切成给定的尺寸后，切削一面的氢吸藏合金层12，用破布轻轻擦拭切削面，除去表面的切削屑，制成样品氢吸藏合金电极10a后，测定该样品氢吸藏合金电极10a的附着强度。另外，在该附着强度的测定中，如图2所示，以相对于这些各样品氢吸藏合金电极10a的氢吸藏合金层12表面为约30度的角度保持切刀(图中未表示)，然后使切刀的刀刃承受250g左右的负荷，划出切槽x、y，以切割氢吸藏合金层12。另外，各切槽x、y的间隔为1mm，分别划出各切槽x、y使每10条相互交叉成直角。
接着，通过划出各切槽x、y使每10条相互交叉成直角，以网格状形成100个升目。然后，分别采用以网格状形成100个升目的各样品氢吸藏合金电极100a各10个，使样品氢吸藏合金电极10a垂直，并提升到高度约100mm的位置后，分别使各样品氢吸藏合金电极10a自由落体。这种落体实验重复进行3次后，数出在各样品氢吸藏合金电极10a上形成的升目的脱落个数，求得其平均值，得到下述表1所示的结果。
表1
样品电极的种类 浆料的温度(℃) 平均脱落数(个)
    A     30     10
    B     35     8
    C     40     7
    X     20     30
如上述表1的结果可知，使氢吸藏合金浆料12a的温度为20℃(常温)制备的样品氢吸藏合金电极X的平均脱落数为30个，与此相对，使氢吸藏合金浆料12a的温度为30℃制备的样品氢吸藏合金电极A的平均脱落数为10个，使氢吸藏合金浆料12a的温度为35℃制备的样品氢吸藏合金电极B的平均脱落数为8个，使氢吸藏合金浆料12a的温度为40℃制备的样品氢吸藏合金电极C的平均脱落数为7个，可见，与样品氢吸藏合金电极X相比，随着提高氢吸藏合金浆料12a的温度，平均脱落数极大地降低。
这可以认为是，如果将加温后的氢吸藏合金浆料12a涂覆在导电性芯体11上，即使将涂覆后的氢吸藏合金浆料12a放入干燥炉28中，由于干燥炉28内的环境温度(约60℃)和氢吸藏合金浆料12a的温度(30～40℃)之间的温度梯度减少，也能抑制氢吸藏合金浆料12a中的粘接剂向氢吸藏合金电极10的表面移动，因此可以防止导电性芯体11附近的活性物质层中粘接剂量减少，能够维持导电性芯体11附近的氢吸藏合金粉末相互间的结合力或者导电性芯体11和氢吸藏合金粉末之间的结合力。结果，氢吸藏合金电极10的附着强度提高，可以防止活性物质层12从导电性芯体11上脱落。
这时，如果加温后的氢吸藏合金浆料12a的温度低于30℃，干燥炉28内的环境温度和氢吸藏合金浆料12a的温度之间的温度梯度增大。因此，氢吸藏合金浆料12a干燥时，氢吸藏合金浆料12a中的粘接剂向氢吸藏合金电极10的表面移动，导电性芯体11附近的氢吸藏合金层12a中的粘接剂量减少，导电性芯体11附近的氢吸藏合金粉末相互间的结合力或者导电性芯体11与氢吸藏合金粉末之间的结合力降低。
因此，必须将对氢吸藏合金浆料12a进行加温的温度规定在30℃以上。这时，如果将氢吸藏合金浆料12a加温到粘接剂被分解的温度以上，就不能发挥粘接剂的功能，因此对氢吸藏合金浆料12a进行加温的温度上限值必须是粘接剂不会被分解的温度。
如上所述，在本发明中由于将加温后的氢吸藏合金浆料12a涂覆在导电性芯体11上，因此即使在干燥炉28内在高温下使之迅速干燥，干燥炉28内的环境温度和氢吸藏合金浆料12a的温度之间的温度梯度也会减小。因此，即使在高温下使之迅速干燥提高氢吸藏合金电极的生产率，也能防止导电性芯体11附近的活性物质层中的粘接剂量减少。这样，能够维持导电性芯体11附近的氢吸藏合金粉末相互间的结合力或者导电性芯体11和氢吸藏合金粉末之间的结合力，氢吸藏合金电极10的附着强度提高，可以防止活性物质层12从导电性芯体11上脱落。
另外，在上述实施方式中，说明了在浆料槽20中设有加热器20a，将电源20b连接在该加热器20a上供给加热电流，将浆料槽20内贮存的氢吸藏合金浆料12a加温到给定温度的实例，但是作为将氢吸藏合金浆料12a加温到给定温度的方法并没有限制，也可以采用各种热源对浆料槽20进行加热，也可以在浆料槽20之外对氢吸藏合金浆料12a进行加热后再注入到浆料槽20中。
另外，在上述实施方式中，说明了将干燥炉28内的环境温度(加热温度)保持在约60℃来干燥氢吸藏合金层12的实例，但是干燥炉28内的环境温度(加热温度)只要在50～100℃的范围内，多少度都可以，最好考虑构成活性物质浆料的活性物质、粘接剂、得到的电极的厚度等适当选择。另外，改变涂覆活性物质后的电极的干燥温度时，为了不增大与活性物质浆料的温度梯度，活性物质浆料的温度也必须相应改变。
另外，在上述实施方式中，说明了采用MmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6表示的氢吸藏合金的实例，但是也可以采用MmaNibCocMndAle表示的氢吸藏合金、LaNi5系中将一部分Ni用Co和Al、W等取代的AB6型稀土类系氢吸藏合金等。另外，在上述实施方式中，说明了采用机械粉碎的氢吸藏合金的实例，但是也可以采用按照雾化法制备的氢吸藏合金或者在其中混合粉碎合金得到的混合粉末。
另外，在上述实施方式中，说明了将本发明的制备方法适用于氢吸藏合金电极的实例，但是本发明并不限于氢吸藏合金电极，还可以适用于镉电极、镍电极等在导电性芯体上直接涂覆活性物质浆料形成的各种碱性蓄电池用电极。
而且，在上述实施方式中，说明了采用聚环氧乙烷(PEO)作为粘接剂的实例，但是粘接剂并不限于PEO，也可以采用各种粘结剂。这时，必须根据所采用的粘接剂选择溶剂。

Claims (2)

1.一种碱性蓄电池用电极的制造方法，该方法是将活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂构成的活性物质浆料涂覆在导电性芯体上形成碱性蓄电池用电极的制造方法，其特征在于，该方法具备混合上述活性物质粉末、粘结剂和该粘结剂的溶剂制备活性物质浆料的活性物质浆料制备工序，对上述活性物质浆料进行加温的浆料加温工序，将上述加温后的浆料涂覆在导电性芯体上的浆料涂覆工序，以及通过加热对经过上述浆料涂覆工序在上述导电性芯体上进行涂覆得到的电极进行干燥的干燥工序，其中所述浆料加温工序中的加热温度的范围在30度和60度之间。
2.如权利要求1所述的碱性蓄电池用电极的制造方法，其特征在于，还包括对上述干燥后的电极进行压延的加压工序。
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