JP2000357519A - 金属多孔体、該金属多孔体からなる電池用電極板、および該電極板を備えた電池 - Google Patents

金属多孔体、該金属多孔体からなる電池用電極板、および該電極板を備えた電池

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JP2000357519A JP11167778A JP16777899A JP2000357519A JP 2000357519 A JP2000357519 A JP 2000357519A JP 11167778 A JP11167778 A JP 11167778A JP 16777899 A JP16777899 A JP 16777899A JP 2000357519 A JP2000357519 A JP 2000357519A
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Hirofumi Sugikawa
裕文 杉川
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Katayama Special Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極板を円筒電池缶内を渦巻き状に巻いて収
容する時に完全な破断が発生しないようにする。 【解決手段】 第一金属発泡体層と第二金属発泡体層と
からなる二層形状、あるいは、第一金属発泡体層と第二
金属発泡体層との間に金属メッシュ層、金属不織布層あ
るいは/および一定のパターン穴を有する金属シート層
を備えた三層以上の多層形状の積層体からなり、上記第
一金属発泡体層と第二金属発泡体層のセル数とを異なら
せ、第一金属発泡体層のセル数は30PPI以上60P
PI以下、上記第二金属発泡体層のセル数は50PPI
以上80PPI以下とし、第二金属発泡体層のセル数を
第一金属発泡体層のセル数よりも多くしている。上記第
二金属発泡体層を外周側、第一金属発泡体層を内周側と
して渦巻き状にまくようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は積層構造からなる金
属多孔体、該金属多孔体からなる電池用電極板、および
該電極板を備えた電池に関し、特に、ニッケルカドミウ
ム電池、ニッケル水素電池等の各種の二次電池におい
て、円筒缶からなる電池缶に渦巻き状に巻回させて収容
するものに用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、ニッケルカドミウム電池、ニ
ッケル水素電池等に使用される陽極板および陰極板とし
て、ポリウレタンスポンジ等の三次元網状発泡体、不織
布、メッシュ網等からなる多孔体シートに対してメッキ
処理を施して形成した金属多孔体が用いられている。
【0003】上記金属多孔体のうち、ポリウレタンスポ
ンジにメッキを施した後に脱煤してポリウレタンを焼き
飛ばして形成した金属発泡体からなるものは、空孔率が
パンチングメタル等と比較して大きくとれるために活物
質の充填量を増加でき、かつ、空孔が三次元状に存在す
るために充填した活物質の保持力が強いことより金属発
泡体からなる金属多孔体が電極用基板として好適に用い
られる。
【0004】
【発明が解決しようする課題】従来提供されている上記
金属発泡体からなる電極用基板は、金属発泡体単体から
なる場合は、当然、その両側面のセル数は略同一となっ
ている。また、両側の金属発泡体を配して、中央部に金
属メッシュ層や金属不織布層を挟んでサンドイッチ形状
とした場合においても、両側の金属発泡体のセル数は、
同一材料からなるウレタンスポンジを配してメッキを施
しているために、略同一となっている。
【0005】上記金属発泡体からなる電極用基板には活
物質が充填されて電極板となるが、活物質を充填した状
態で剛性が増す。該電極板を円筒缶内に渦巻き状に巻い
て収容する時、内径の小さな電池缶内に所要あるいは所
要以上の電極板を収容するため、中心の内径は通常3m
m程度の非常に小さい曲率で巻かれるため、図7(A)
の写真および(B)の模式図に示すように、剛性を有す
る電極板に亀裂が発生し易く、特に、板厚の関係で内周
より外周の伸率が大きいため、外周からクラックCや破
断Bが発生しやすい。なお、最近の電池サイズの短小化
や容量増加の要求に伴い、その傾向はますます顕著にな
っている。
【0006】上記電極板の引張力に対する強度を低下さ
せると、巻回した時に、小さい亀裂は生じるが、大きな
亀裂や破断は生じにくくなる。この電極板の強度を低下
させる方法としては、発泡体のセル数を多くして、セル
(空孔)を囲む骨格を多くすると、単位面積当たりのメ
ッキ付着量を同一とした場合、骨格に付着するメッキ量
は減少し、よって、形成される金属発泡体の骨格は細く
なり強度を低下させることができる。しかしながら、金
属発泡体を連続搬送しながら活物質を充填する時、引張
力に対する強度が弱く、搬送速度を高めて効率よく活物
質を充填することができない問題がある。さらに、発泡
体のメッキ処理時に、発泡体を連続搬送しながらメッキ
を行うが、その時に、活物質充填時と同様に搬送速度を
高めて効率よくメッキすることが出来ない問題がある。
さらに、セル数を増加すると、セル径が小さいためウレ
タンスポンジの断面内周まではメッキが付着しにくく、
不均一になる問題がある。
【0007】これに対して、発泡体のセル数を少なく
し、セルを囲む骨格を少なくすると、単位面積当たりの
メッキ付着量を同一とした場合、骨格に付着するメッキ
量は増加し、よって、形成される金属発泡体の骨格は太
くなり強度が高くなる。引張力に対する強度が大となる
と活物質を充填する時の搬送速度を上げて生産性を高め
ることができる。しかしながら、上記のように引張力に
たいする強度が大きいため、小さい曲率に巻回した時に
巻きにくいと共に、クラックが入った時は深いクラック
となり、破断に至りやすい問題があり、破断した部分に
よってセパレータを突き破るという問題がある。
【0008】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、渦巻き状に巻回した時に深いクラックが入って破断
が生じることがないようにし、かつ、スムーズに巻き付
け作業ができるようにし、しかも、活物質の充填時に搬
送速度を低下させないようにすることを課題としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、第一金属発泡体層と第二金属発泡体層と
からなる二層形状、あるいは、第一金属発泡体層と第二
金属発泡体層との間に金属メッシュ層、金属不織布層あ
るいは/および一定のパターン穴を有する金属シート層
を備えた三層以上の多層形状の積層体からなり、上記第
一金属発泡体層と第二金属発泡体層のセル数とを異なら
せている電池用電極基板として用いる金属多孔体を提供
している。
【0010】上記第一金属発泡体層のセル数は30PP
I以上60PPI以下、上記第二金属発泡体層のセル数
は50PPI以上80PPI以下とし、第二金属発泡体
層のセル数を第一金属発泡体層のセル数よりも多くして
いる。
【0011】上記第一金属発泡体層のセル数を30PP
I以上60PPI以下としているのは、30PPIより
も少ないと、セル数が少なくなり過ぎ、活物質の保持力
が小さくなること、および活物質に導電性がないため、
セル径が大きくなると活物質の利用率が悪くなることに
よる。60PPIよりも多くすると、第二金属発泡体層
のPPIとの関係で、差異を持たせにくくなることによ
る。第二金属発泡体層のセル数を50PPIより多くし
ているのは、50PPIよりも少ないと小さいクラック
を発生させにくく、一方、80PPIよりも多いと引張
強度が弱くなり過ぎることによる。
【0012】上記第一金属発泡体層のセル数は45PP
I以上55PPI以下、第二金属発泡体層のセル数は5
6PPI以上65PPI以下が好適である。
【0013】上記PPIとは1インチ当たりのセル(空
孔)の数を表す単位であり、30PPIとは1インチ当
たりセル数は約30個であり、80PPIとは1インチ
当たりのセル数は約80である。30PPIとセル数が
少ないと、空孔を囲む骨格の数が少なくなり、1インチ
当たりの骨格の表面積が小さくなる。一方、80PPI
とセル数が多くなると、空孔を囲む骨格の数が多くな
り、1インチ当たりの骨格の表面積が大きくなる。よっ
て、発泡体に1インチ四方あたり同一量のメッキを付着
した場合、セル数が少なく骨格の表面積が小さい程、各
骨格へのメッキの目付量は多くメッキ厚が大となる。か
つ、メッキ付着時にセルの径が大きいためにウレタンス
ポンジの断面内側まで平均的にメッキが付着しやすくな
り、よって、セルを囲む骨格が太くなって引張力に対す
る強度が大となる。一方、セル数が多くなり骨格の表面
積が大きくなる程、各骨格へのメッキの目付量は少なく
メッキ厚が薄くなると共に、セル径が小さいため、ウレ
タンスポンジの断面内側までメッキが付着しにくくな
り、よって、骨格が細くなって引張力に対する強度が弱
くなる。
【0014】上記両側の金属発泡体層は、厚さ0.5m
m〜3.0mm、空孔径を200μm〜800μmとし
たポリウレタンスポンジを基材として用いることが好ま
しい。また、メッキする金属としては、Cu、Ni、N
i合金、Zn、Sn、Pd、Pb、Co、Fe等が特に
好適に用いられる。
【0015】上記した金属多孔体の製造は、まず、セル
数の異なるウレタンスポンジ等の発泡体を重ね合わせ、
あるいは、その間にメッシュ、不織布、一定パターン穴
を有する金属シートを挟んだ状態で重ね合わせ、かつ、
重ね合わせ面を接着剤で接着し、あるいは溶着してメッ
キを施している。その後、焼結、脱煤を行って樹脂を焼
き飛ばし、両面にセル数が異なる金属発泡体層を備えた
金属多孔体を製造している。
【0016】本発明は上記した両面にセル数を異ならせ
て、引張力に対する強度および伸び率を異ならせた金属
多孔体に活物質を充填した電池用電極板を提供してい
る。
【0017】さらに、本発明は、上記電池用電極板を渦
巻き状に巻回させて円筒缶に収容し、上記第二金属発泡
体層を外周側に、第一金属発泡体層を内周側としている
電池を提供している。
【0018】上記のように、セル数が多く、よって、骨
格が細く引張力に対する強度が弱く且つ伸び率が小さい
第二金属発泡体層を外周側として渦巻き状に巻くと、ク
ラックが発生しやすい外周側に、引張力に対する強度の
弱く且つ伸びの小さい層が位置するために、小さいクラ
ックを多数発生させることとなり、この小さいクラック
の発生によりスムーズに電極板を巻回することができ
る。かつ、外周側に小さいクラックが多く発生するた
め、内周側にまで深く切り込まれるようなクラックは発
生しにくく、電極板に破断が生じることを防止できる。
さらに、電極板の基板として金属多孔体を搬送して活物
質を充填する時、引張力に対して強度の大きな第一金属
発泡体層が存在するため、搬送速度を高めて引張力を強
めることができ、生産性を向上させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は第1実施形態の金属多孔体1
を示し、第一金属発泡体層3と第二金属発泡体層2とか
らなる二層構造である。上記第二金属発泡体層2のセル
数は60PPI、第一金属発泡体層3のセル数は47P
PIとしている。よって、図2(A)(B)に示すよう
に、第二金属発泡体層2の空孔2aは小さく、該空孔2
aを囲む金属製の骨格2bは細くなって引張力に対する
強度および伸びを小さくしている。一方、第一金属発泡
体3の空孔3aは大きく、該空孔3aを囲む骨格3bは
太くなっており、引張力に対する強度と伸びを大として
いる。
【0020】上記金属多孔体1は、セル数が60PP
I、厚さが0.9mmのウレタンスポンジシートと、セ
ル数が47PPI、厚さが0.9mmのウレタンスポン
ジシートとを接着して厚さ1.4mmの二層形状のウレ
タンスポンジシートとした後、メッキ装置に搬送して導
電性を付与した後にメッキを施している。該メッキ装置
において400g/mの目付量でNiメッキを施して
いる。メッキを施した後に、脱煤炉に通して700℃〜
800℃で加熱して樹脂を焼き飛ばし、ついで、焼結炉
に通して還元雰囲気中で焼結を行って、図1に示す金属
多孔体1を製造している。
【0021】上記2つのウレタンスポンジシートはメッ
キ処理により、その空孔を囲む骨格の表面に金属(N
i)が付着すると共に、2つのウレタンスポンジシート
の貼り合わせ部分にも金属が付着して固着される。メッ
キ処理後の脱煤でウレタンスポンジシートが焼き飛ばさ
れてメッキした金属のみからなる発泡状の金属体、即
ち、金属発泡体層2、3を一体に固着させた積層構造と
なる。
【0022】上記本実施形態では、メッキは目付量を4
00g/mとしているため、通常、両側のウレタンス
ポンジシートの目付量はそれぞれ略200g/mとな
る。一方のウレタンスポンジシートのセル数が60PP
Iで、他方のウレタンスポンジシート11のセル数が4
7PPIで、上記一方のウレタンスポンジシートの骨格
面積が22.8%多いため、このウレタンスポンジシー
トの骨格に付着するメッキ厚さは、他方のウレタンスポ
ンジシートの骨格に付着するメッキ厚さより、22.8
%薄くなる。よって、上記図2(A)(B)に示すよう
に、第二金属発泡体層2の多数の空孔2aを囲む骨格2
bは細く、よって、強度が弱くなる一方、第一金属発泡
体層3の空孔3aを囲む骨格3bは太く、外側と比較し
て強度が強く且つ伸び率も大きくなっている。
【0023】なお、本実施形態では、両側のウレタンス
ポンジシートの目付量は略同一としているが、両側の目
付量を異ならせても良いことは言うまでもない。この場
合、メッキ厚さの厚い方を内周側に巻回することが好ま
しい。また、上記実施形態では、両側のウレタンスポン
ジシートの厚さを同一としているが、異なった厚さのウ
レタンスポンジシートを積層してもよい。この場合、厚
さの厚い方を内周側に巻回することが好ましい。
【0024】上記第二金属発泡体層2と第一金属発泡体
層3とからなる金属多孔体1は、上記した工程により、
厚さ約1.5mmの薄い連続シートとして製造され、コ
イル状に巻き取られる。このコイル状に巻き取られた金
属多孔体1に水酸化ニッケル等の活物質を供給した後、
ローラで加圧して活物質を充填し、厚さ約0.7mmの
極板を製造している。その際、金属多孔体1は2kgf
/2cm以上、好ましくは5kgf/2cm以上の引張
強度が要求されるが、上記金属多孔体1は5〜7kgf
/2cmの引張強度を有するため、連続的に引張した状
態で活物質を充填することができる。即ち、活物質は金
属発泡体層3、2の空孔3a、2aに活物質が充填され
ると共に、それらの表面3c、2cに活物質が塗着され
る。このように、金属多孔体1に活物質が充填された状
態で容易に湾曲させることができない程度に硬くなって
いる。
【0025】上記のように金属多孔体1に活物質を充填
した後に、所要の大きさに切断して、図3に示す円筒形
状の電池缶20に渦巻き状に巻いて収容する電極板21
としている。
【0026】上記電極板21はセパレータ22を挟んだ
状態で渦巻き状に巻くが、巻き始めの中心の内径が3m
m程度と非常に小さい曲率で巻かれることとなる。其の
際、図4に示すように、第二金属発泡体層2を外周側と
し、第一金属発泡体層3を内周側として巻いている。こ
のように、引張力に対する強度を弱く伸び率を小さくし
ている第二金属発泡体層2を外周側とすると、内周側と
比較して伸びが大きな外周側にはクラックが入りやす
く、しかも引張力に対して強度が弱い第二金属発泡体層
2が位置するために、よりクラックが入り易くなり、図
示のように、小さいクラックXが多く発生する。このよ
うに、小さいクラックが多数入ることにより小さい曲率
でも巻やすくなる。一方、内周側には引張力に対して強
度があり且つ伸び率も大きい第一金属発泡体層3が位置
していると共に、外周側で小さくクラックが多数発生す
ることにより引張力を吸収しているため、内周側にはク
ラックが入りにくい。よって、外周面に発生したクラッ
クXは内周側には深く入り込まず、外周端から内周端に
至るクラックによる完全な破断は生じない。
【0027】上記第1実施形態の電極板を渦巻き状に巻
いてクラックの発生状態をみるテストと、従来の単一の
金属発泡体層のみからなる電極板を渦巻き状に巻いてク
ラックの発生状態をみる比較テストを行った。これら電
極板の長さは40mm、板厚587〜679μmであ
る。比較例の単一の金属発泡体層からなるものは、その
内外両側の厚さ方向の全体にわたってセル数は50PP
Iで同一である。上記比較テストの結果を下記の表1
(本発明品)と表2(比較例)に示す通りであった。
【0028】表1、2は電極の全長に対して、渦巻きの
内端から外端にむけて板厚(内周面から外周面に達する
厚さ)に対する割れ(クラック)を測定したもので、ク
ラックの深さは外周面からの寸法を表している。割れ率
100%は完全に破断したことを示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】表2に示すように、比較例では、100%
破断個数は21個数であったが、表1に示すように、本
発明品では100%破断箇所は0個であった。よって、
破断発生割合は、本発明品では0%であったが、比較例
では63.6%であった。また、外周面に発生したクラ
ックxのピッチは、本発明品では0.87mmである
が、比較例では1.15mmであり、本発明品は小さい
クラックが比較例より1.3倍発生していることが確認
できた。
【0032】図5(A)(B)は第2実施形態を示す。
上記第1実施形態の金属多孔体は、第二金属発泡体層2
と第一金属発泡体層3の2層構造であるが、第2実施形
態の金属多孔体1’では、第二金属発泡体層2と第一金
属発泡体層3との間に金属メッシュ層30を介在させ
て、サンドイッチ状に一体化した3層構造としている。
上記金属メッシュ層30は、金属線材をメッシュ状とし
たものを用い、内外ウレタンスポンジシートの間に挟ん
だ状態で積層し、これにメッキを施している。なお、樹
脂線材をメッシュ状としたものを用い、ウレタンスポン
ジシートと共にメッキしたものでもよい。
【0033】上記のように内外の金属発泡体層3と2の
間に金属メッシュ層30を介在させると、金属多孔体
1’の引張強度を高めることができ、第二金属発泡体層
2に発生したクラックXが引張強度のある金属メッシュ
層30の存在により、第一金属発泡体層3へクラックが
深く切り込みにくくなり、よって、破断の発生をより確
実に防ぐことができる。また、引張強度を高めることに
より、活物質の充填速度を早くして生産性をあげること
ができる。
【0034】図6(A)乃至(C)は3層以上の変形例
を示し、図6(A)は第一、第二金属発泡体層3と2の
間に金属不織布層31を介在させている。図6(B)は
第一、第二金属発泡体層3と2の間に一定のパターン穴
32aをあけた金属シート層32を介在させている。図
6(C)は第一、第二金属発泡体層3と2の間に金属メ
ッシュ層30と金属不織布層31とを介在させて4層構
造としている。
【0035】なお、上記実施形態では円筒形状の電池缶
に渦巻き状に巻いて収容する時、セル数が多く、よっ
て、引張力に対する強度が弱い第二金属発泡体層を外周
側としているが、形成される電極板の剛性や渦巻きの曲
率によっては、第二金属発泡体層を内周側と、第一金属
発泡体層を外周側とする方がスムーズに巻ける場合があ
る。
【0036】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
では、円筒形状の電池缶に渦巻き状に巻回して収容する
電極板の基板となる金属多孔体は、セル数の多い第二金
属発泡体層とセル数の少ない第一金属発泡体層とを備え
た形状とし、両側に引張力に対する強度および伸び率に
差異を持たせた金属発泡体層を備えている。よって、強
度の弱い第二金属発泡体層を巻回する時に外周側とし、
強度の強い第一金属発泡体層を内周側とすると、外周側
に小さいクラックを多数発生させて小さい曲率でもスム
ーズに巻回することができる、また、強度のある内周側
にクラックが達しにくくなり、外周端から内周端に達す
る深いクラックが生じて破断が生じることを防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の金属多孔体の断面図
である。
【図2】 (A)(B)は図1の一部拡大図である。
【図3】 電池缶に電極板を渦巻き状に巻いて収容する
形態を示す概略図である。
【図4】 渦巻き状に巻いた電極の拡大断面図である。
【図5】 第2実施形態の金属多孔体の断面図である。
【図6】 (A)乃至(C)は第2実施形態の変形例を
示す断面図である。
【図7】 (A)は従来の電極板の破断状態を示す写
真,(B)は破断状態を示す模式図である。
【符号の説明】
1 金属多孔体 2 第二金属発泡体層 2a 空孔 2b 骨格 3 第一金属発泡体層 3a 空孔 3b 骨格 20 電池缶 21 電極板 30 金属メッシュ層 31 金属不織布層 32 一定パターン穴を有する金属シート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年8月22日(2000.8.2
2)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一金属発泡体層と第二金属発泡体層と
    からなる二層形状、あるいは、第一金属発泡体層と第二
    金属発泡体層との間に金属メッシュ層、金属不織布層あ
    るいは/および一定のパターン穴を有する金属シート層
    を備えた三層以上の多層形状の積層体からなり、上記第
    一金属発泡体層と第二金属発泡体層のセル数を異ならせ
    ている電池用電極基板として用いる金属多孔体。
  2. 【請求項2】 上記第一金属発泡体層のセル数は30P
    PI以上60PPI以下、上記第二金属発泡体層のセル
    数は50PPI以上80PPI以下とし、第二金属発泡
    体層のセル数を第一金属発泡体層のセル数よりも多くし
    ている請求項1に記載の金属多孔体。
  3. 【請求項3】 上記第一金属発泡体層の空孔を囲む骨格
    の太さが、第二金属発泡体層の空孔を囲む骨格の太さよ
    りも太く、引張力に対する強度が第二金属発泡体層が第
    一金属発泡体層よりも弱い請求項1または請求項2に記
    載の金属多孔体
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に
    記載の金属多孔体に活物質を充填している電池用電極
    板。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の電池用電極板を渦巻き
    状に巻回させて円筒缶に収容しており、上記第二金属発
    泡体層を外周側に、第一金属発泡体層を内周側としてい
    る電池。
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