JP2002075345A - 電池用電極板の製造方法および製造装置 - Google Patents

電池用電極板の製造方法および製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】活物質の充填密度にばらつきがなく、活物質充
填部と集電部との境界線が正確な直線状となり、集電部
における活物質の残存率が低く、集電部の全体が所定の
幅を有している電池用電極板を製造できる方法および製
造装置を提供する。 【解決手段】多孔質を有する薄板状の芯材１の全体に活
物質３を充填する活物質充填工程と、活物質充填済み芯
材１にプレス加工を施して複数のレール状残存凸条部８
を残存形成するプレス工程と、残存凸条部８の上部に超
音波振動の付与により剥離状態に活物質３を除去してレ
ール状の芯材露出部１３を形成する活物質除去工程と、
芯材露出部１３の上部を押圧して他の部分と面一となる
状態まで圧縮する平坦化工程と、少なくとも芯材露出部
１３を含む所定箇所を切断して個々の電池用電極板１９
に分割する切断工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ニッケル
水素電池、ニッケルカドミウム電池などの２次電池にお
いて電解液と共に発電要素を構成する電池用電極板であ
って、特に、三次元発泡メタルからなる芯材に活物質が
充填されてなる非焼結式の電池用電極板を製造する方法
およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２次電池の電極板としては、高多孔度を
有する連続した三次元的な網目構造を有する発泡メタル
を芯材として、この芯材に活物質を充填したものが、放
電容量の面で比較的優れていることから、広く採用され
ている。さらに、近年の電池には高率放電特性の向上が
強く求められており、その対応策としては以下のような
構成が採用されている。
【０００３】すなわち、電池用電極板には、その長手方
向に沿った一辺に充填済みの活物質を除去して芯材を露
出させた集電部が形成されており、このような構成を有
する正負の電極板をその間にセパレータを介在して交互
に重ね合わせた状態で渦巻き状に巻き付けることによ
り、ほぼ円筒状の電極群が形成される。この電極群にお
けるほぼ円筒状の一端部全体には、活物質が除去されて
芯材が露出されてなる集電部が形成される。したがっ
て、上記電極群は、渦巻き状の全周部分から集電するこ
とが可能となって全体の集電効率が向上する。そして、
上記の集電部は金属の芯材が露出されて溶接するのに適
した状態となっているから、この部分に集電用リード片
を溶接するタブレス方式によって集電特性が格段に向上
し、上述の高率放電特性を向上させたいとする要望に対
応することができる。
【０００４】上述のような高率放電特性の向上を図るこ
とができる電池用電極板を製造する方法は、例えば、特
開2000−77054 号公報に複数開示されており、そのうち
の一つの方法（同公報の段落番号００４８に記述）は、
図５に示すような工程を経て電池用電極板を製造するも
のである。先ず、同図（ａ）に示すように、三次元発泡
メタルを所定寸法の矩形状または帯状とした芯材１に
は、１回目のプレス工程において、両側辺に平行であっ
て所定の溝幅を有する２本の溝部２がプレス成型で形成
される。この各溝部２は、共に同一形状であって、芯材
１の厚み方向のほぼ半分程度の溝深さに形成される。つ
ぎに、上記溝部２を形成した芯材１には、（ｂ）に示す
ように、その全体にわたり活物質３が充填される。この
場合、活物質３は、多孔質の芯材１内に円滑に充填でき
る流動性を有していることが必要であるから、スラリー
状またはペースト状として充填される。この活物質３を
充填したのちに、活物質３のうちの溝部２内に溜まって
いる余剰分はブラシなどを用いて除去される。
【０００５】続いて、活物質充填済み芯材１は、２回目
のプレス工程において、例えばφ400 のロール径を有す
る３段ロールプレス機を用いて30ｔｏｎの加圧を加える
プレス加工を３回繰り返し経ることにより、（ｃ）に示
すように、全体が溝部２の溝底と面一となるような形状
に加工される。そののち、溝部２を予め形成しておいた
部分は、ブラシとエアーブローによる活物質除去工程を
経ることにより、（ｄ）に示すように、充填されていた
活物質３が除去されて、芯材露出部４とされる。この芯
材露出部４の形成後に、（ｄ）に１点鎖線で示す３本の
切断線に沿って切断されることにより、（ｅ）に示すよ
うな４個の電池用電極板７に分割される。この各電池用
電極板７は、いずれも同一形状であって、帯状の長手方
向に沿って活物質充填部７ａと活物質３が除去された集
電部７ｂとを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記工
程を経て製作された図５に示す電池用電極板７には、以
下に説明する種々の問題がある。先ず、第１の問題は、
電池用電極板７における集電部７ｂを除く活物質充填部
７ａ全体の活物質３の充填密度にばらつきが生じるた
め、この電池用電極板７を用いて構成した電池をパック
電池に適用した場合に、個々の電池の容量のばらつきに
伴って過充電や過放電が発生し易いことである。上記活
物質３の充填密度のばらつきは、溝部２の存在により生
じる凹凸面に活物質３を充填するので、活物質３を充填
するときの充填圧力に凹凸に応じた差が生じることと、
活物質３の塗布方法にもよるが、充填された活物質３が
乾燥するまでの間に主として溝部２に向け流動し、その
溝部２の周辺に多く充填され易いこととに起因して発生
している。
【０００７】上記原因における後者について詳述する
と、活物質３は、多孔性を有する三次元発泡メタルから
なる芯材１内部に効率的に浸透させる必要から、高い流
動性を有するペースト状またはスラリー状として充填さ
れる。この充填された活物質３のうちの芯材１の内部に
浸透した活物質３は殆ど流動しないが、表面上の活物質
（オーバーペースト）は、保持されるものが存在しない
ことから、乾燥状態となるまでに容易に流動可能な状態
を維持しているので、低い方もしくは溝部２に向けて流
動していく。そのため、活物質３の充填密度は、特に溝
部２における溝底面と溝側壁との間の角部の箇所におい
て高くなる。また、活物質３の乾燥工程後に溝部２内に
溜まっている活物質３はブラシで除去しているが、狭い
溝部２内の活物質３をブラシで効果的に除去するのは困
難である。
【０００８】第２の問題は、活物質充填部７ａと集電部
７ｂとの境界線７ｃが正確な直線状にならないことか
ら、電池用電極板７の極板の寸法や形状の精度が低下
し、この電池用電極板７を用いて構成した電池の集電機
能が低下して高率放電特性が得られないことである。こ
の問題は、上述したように芯材１における活物質３の充
填密度にばらつきがあるために、充填密度の高い箇所が
延び易いことから波打ちや反り或いはしわが発生し易い
ことと、活物質３の充填後の圧縮し難い状態でプレス加
工することから、プレス加工を３回繰り返すことと、溝
部２の存在によって一面側に凹凸を有していることとに
より、芯材１の一面側全体を平面形状になるようプレス
加工する時の圧力が箇所によってばらつくことに起因し
て発生する。
【０００９】第３の問題は、集電部７ｂにおける活物質
３の残存率を低くできないことから、この集電部７ｂに
集電用リード片を溶接によって取り付ける際に溶接不良
が発生して歩留りが低下することである。例えば、集電
用リード片を抵抗溶接する場合には集電部７ｂに残存し
ている活物質粒子によってスパークが発生し、一方、集
電用リード片を超音波溶接する場合には残存する活物質
粒子の存在によって滑りが生じ、何れの場合にも溶接不
良が発生する。上記の集電部７ｂにおける活物質３の残
存率を低くできないのは、活物質充填部７ａと集電部７
ｂとの境界線７ｃが正確な直線状にならないことと、プ
レス加工したことによって活物質３の除去が困難になっ
た状態において活物質３の除去を行っていることと、ブ
ラシとエアーブローを用いた効率の低い除去手段を採用
していることによる。
【００１０】そこで、活物質除去手段として、効率の良
い超音波振動の付与手段を用いることも考えられるが、
この超音波振動で活物質３の除去を行う場合には、剥離
作用によって厚みが若干薄くなるから、プレス工程を経
て所要の厚みとされた状態ではこれ以下に薄くすること
ができないので、超音波振動の付与手段を採用すること
ができない。また、プレス加工後の活物質３を除去する
には超音波振動の振幅を大きする必要があるが、そのよ
うにすると、芯材露出部４の周辺部分の活物質３まで剥
離されてしまうので、活物質充填部７ａと集電部７ｂと
の境界線７ｃの直線性が悪くなののて、この点からも図
５の工程に超音波振動の付与による活物質除去手段を採
用できない。
【００１１】しかも、上記の活物質３の除去は、ブレス
工程後の活物質３の除去し難い状態においてブラシとエ
アーブローによる非能率的な手段で行っているから、電
池用電極板７の生産性の低下を招いているという別の大
きな問題もある。さらに、上記の活物質除去手段は、活
物質３の芯材１からの脱落防止などを目的としてＣＭＣ
などのバインダが活物質３内に混入された場合に、活物
質３の除去が一層困難となるか、あるいは除去できなく
なる。
【００１２】第４の問題は、図５（ｄ）に示す切断前の
芯材露出部４の幅が設定値とは異なる値となって、二つ
の芯材露出部４，４のピッチが設定値に対し変化してし
まうことである。すなわち、図５（ｂ）に示す活物質３
を塗布後の厚みｗ１は、プレス工程で１／２程度に圧縮
されて図５（ｃ）に示す厚みｗ２とされるが、このとき
に、（ｂ）に示す設定幅Ｄ１が、プレス工程による延び
の発生によって、（ｃ）に示す若干大きな幅Ｄ２に拡大
されてしまい、その変化分だけ溝部２の設定幅ｄ１が小
さな幅ｄ２に縮小されるため、その後の（ｄ）に示す活
物質除去工程を経て形成された二つの芯材露出部４，４
のピッチが設定値と異なる値に変化し、切断して得られ
た（ｅ）の各電池用電極板７の集電部７ｂの幅にばらつ
きが生じる。
【００１３】上記集電部７ｂの幅にばらつきが生じるこ
とは、後述する後工程を実用化できないという結果を招
く。すなわち、本件出願人は、三次元発泡メタルを芯材
として用いる電池用電極板の長さ方向に沿った一辺に、
機械的な強度や密度が高く、集電効率も良好で、品質の
安定した集電部を形成することのできる電池用電極板の
製造方法（特開2000−113881号公報参照）を先に提案し
ている。この電池用電極板の製造方法は、帯状の長さ方
向に沿って、活物質充填部とこれよりも幅の狭い芯材露
出部との境界線を設け、境界線に平行な直線に沿って芯
材露出部を直角に折り曲げたのちに、この折り曲げ部分
を、座屈しないように支えた状態で活物質充填部に対し
直交方向つまり折り曲げ方向に加圧して強制的に圧潰し
ながら、活物質充填部とほぼ同一厚みになるまで圧縮す
ることにより、その圧縮した部分によって集電部を形成
するものである。
【００１４】一般に、芯材として用いる三次元発泡メタ
ルには、集電用リード片を直接溶接することのできる強
固な金属部分が存在しないが、上述の工程を経て形成さ
れた集電部は、発泡により生じた空隙が圧縮により押し
潰されて金属部の強度と密度が高められることにより、
集電用リード片を容易且つ高品質に直接溶接することが
可能なものとなる。しかも、折り曲げ部への加圧力は活
物質充填部に加わらないので、活物質充填部などに曲が
りや凹凸あるいは厚みの変化などの変形が一切生じな
い。但し、この電池用電極板の製造方法の実用化を図る
ためには、活物質充填部と芯材露出部との境界線が正確
な直線状であって、芯材露出部がその全体にわたり正確
な設定幅を有していることが前提条件となる。したがっ
て、図５の製造工程では、上記前提条件を満足できる芯
材露出部４つまり集電部７ｂを有する電池用電極板７を
製造することができないので、上記製造方法を後工程と
して採用することができない。
【００１５】第５の問題は、図５（ｅ）に明示するよう
に、個々に分割して得られた電池用電極板７に弓反りが
発生し易いことである。この弓反りは、図５（ａ）と同
図（ｃ）とに示す２回のプレス工程を経ることによって
芯材１が長さ方向に比較的大きく伸ばされ、個々の電池
用電極板７に分割されたときに、延びによる内部応力が
開放されることに起因して発生していると推測される。
この弓反りは、実測によると、0.5 ｍｍと比較的大きい
ために、この電池用電極板７を渦巻き状に巻回して電極
群を構成したときに、巻きずれが発生して電極群が不良
となる。しかも、芯材１の延びの大きい部分は、反りの
発生だけでなく、顕微鏡で拡大して観察したところ、活
物質充填部７ａと集電部７ｂとの境界部分に微細なクラ
ックが発生しており、芯材１の金属骨格の一部が破壊さ
れて強度が低下していることが確認できた。その結果、
この電池用電極板７には活物質３の脱落、短絡不良およ
び電気伝導性の低下などの不具合が発生し易い。
【００１６】一方、上述の特開2000−77054 号公報に
は、図５の製造工程を用いる電池用電極板７の製造方法
とは別の製造方法（同公報の段落番号００４７に記述）
も提案されている。この製造方法は、、三次元発泡メタ
ルからなる芯材の全体に、プレス加工を行うのに先立っ
て活物質を充填することにより、活物質の充填密度を全
体にわたり均一化し、そののちに全体を所定の厚みに圧
縮するプレス加工を行い、所要箇所の活物質を超音波振
動器を用いて除去して芯材露出部を形成するものであ
る。
【００１７】ところが、この製造方法では、活物質充填
部と集電部との境界線の直線状が悪いために、得られた
電池用電極板の極板精度が低下し、この電池用電極板を
用いて構成した電池の集電機能が低下して高率放電特性
が得られない。これは、プレス加工後であって除去し難
い状態になっている活物質を除去するので、振幅の大き
な超音波振動を付与する必要があり、これによって芯材
露出部を形成すべき箇所の周辺部の活物質が脱落するた
めである。また、プレス加工部の除去し難い活物質は、
超音波振動器のみでは完全に活物質を除去することがで
きず、活物質を除去する箇所を予め加熱するなどの補助
手段が必要となる。さらに、芯材１としては、超音波振
動を受けたときに金属骨格が破壊され易いニッケルが用
いられているので、この芯材の多孔質金属骨格は、上述
の振幅の大きな超音波振動を受けると、損傷や劣化して
集電性が低下してしまう欠点がある。
【００１８】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、活物質の充填密度にばらつきがな
く、活物質充填部と集電部との境界線が正確な直線状と
なり、集電部における活物質の残存率が低く、集電部の
全体が所定の幅を有している電池用電極板を製造できる
方法および製造装置を提供することを目的とするもので
ある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池用電極板の製造方法は、多孔質を有す
る薄板状の芯材の全体に活物質を充填する活物質充填工
程と、前記活物質充填済み芯材にプレス加工を施して複
数のレール状残存凸条部を残存形成するプレス工程と、
前記残存凸条部に接して超音波振動を付与することによ
り剥離状態に活物質を除去してレール状の芯材露出部を
形成する活物質除去工程と、前記芯材露出部の上部を押
圧して他の部分と面一となる状態まで圧縮する平坦化工
程と、少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を切断
して個々の電池用電極板に分割する切断工程とを有して
いることを特徴としている。
【００２０】この電池用電極板の製造方法では、プレス
加工前であって全く凹凸のない芯材に対し活物質が充填
するので、活物質が、芯材の全体にわたり確実に均一な
充電密度になるよう充填されるとともに、凹凸がないこ
とから流動することなく内部に保持されて、均一な充填
密度を保持したまま乾燥される。また、プレス工程は１
回だけであるから、芯材の延びや変形を可及的に抑制す
ることができる。その結果、個々に分割された電池用電
極板の活物質充填部と集電部との境界線を正確に直線と
することができるとともに、残存凸条部の活物質を超音
波振動によって剥離状態に除去した後に軽く押圧して平
坦化するので、芯材露出部を所定のピッチに形成でき、
電池用電極板に全体にわたり所定の一定幅の集電部を有
する集電部を形成することができ、さらに、電池用電極
板に弓反りやクラックが殆ど発生しない。さらに、活物
質除去工程では、プレス加工されていない残存凸条部に
充填されて極めて除去し易い状態の活物質を、超音波振
動の付与により、容易、且つ完全に除去でき、活物質残
存率の極めて低い集電部を有する電池用電極板を得るこ
とができる。
【００２１】さらに、残存凸条部の活物質は除去が容易
な状態であることと、超音波振動器と活物質充填済み芯
材とを高速で連続的に相対移動させながら活物質の除去
を行うこととにより、活物質を能率的に短時間で除去で
きるから、生産性が格段に向上する。また、除去すべき
活物質が除去の極めて容易な状態であることと、超音波
振動を上方に突出状態の残存凸条部の上部のみに付与さ
れるだけであって他の箇所に影響を与えないので、芯材
の金属骨格に破損や劣化が生じない。
【００２２】また、本発明の電池用電極板の製造装置
は、多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活物質が充填
された活物質充填済み芯材にプレス加工を施して複数の
レール状残存凸条部を残存形成するストライプロールプ
レス機と、前記残存凸条部に接して超音波発生ホーンを
接触させて超音波振動を付与する超音波振動器およびこ
の各超音波振動器に対し下方位置で相対向する配置で設
置されて超音波振動の付与により除去される活物質を吸
引する真空吸引機とからなる活物質除去装置とを備えて
構成されている。
【００２３】この電池用電極板の製造装置では、ストラ
イプロールプレス機によってプレス加工することによっ
て芯材に所定の複数の残存凸条部を形成し、超音波振動
器の超音波発生ホーンに残存凸条部の上部を接触させた
状態で活物質充填済み芯材および超音波振動器を所定方
向に相対移動させて、残存凸条部の上部を超音波振動の
付与により剥離する状態で活物質を除去するとともに、
下方の真空吸引機によって残存凸条部およびこれの下方
箇所にそれぞれ充填されている活物質を吸引して除去す
る。これにより、残存凸条部およびこれの下方箇所は、
内部の活物質がほぼ完全に除去されて、高品質の芯材露
出部とすることができる。したがって、この製造装置
は、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造方法と
同様の効果を確実に得ることができる。
【００２４】上記製造装置において、ストライプロール
プレス機は、位置を固定した状態で支持された受けプレ
スロールと、残存凸条部を残存形成するための溝部が所
定箇所の周面に設けられて、前記受けプレスロールに向
けた方向に所定の加圧力が加えられる加工プレスロール
とを備えて構成され、前記溝部の両側の溝側壁の開口縁
部が所定の円弧状になっている構成とすることが好まし
い。
【００２５】これにより、残存凸条部をこれの周辺部と
の境界が明確となる形状に形成することができるととも
に、プレス加工時に芯材の金属骨格に破壊や劣化が生じ
ない。ここで、円弧状をＲ0.3 〜Ｒ0.6 に設定するのが
好ましく、この値より大きく設定した場合には、残存凸
条部の縁部の活物質が脱落して残存凸条部と他の部分と
の境界が明確にならず、容量のばらつきを招く。一方、
上記値よりも小さく設定した場合には、芯材の金属骨格
の破壊や劣化を招いて、電池としたときの集電効率が低
下する。
【００２６】さらに、上記製造装置において、活物質除
去装置は、超音波発生ホーンの接触は、レール状残存凸
状部の反対面である平坦面を基準として、ストライプロ
ール加工済み部分の厚みよりも大きく、且つレール状残
存凸条部の厚みよりも小さい隙間を介在して対向するよ
う設置されていることが好ましい。これにより、残存凸
条部の厚み方向全体の活物質がほぼ100 ％近くに完全に
除去されて、高品質の芯材露出部とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の第１の実施の形態に係る電池用電極板の製造方法を具
現化した製造工程を順に示した斜視図である。先ず、
（ａ）に示す所定サイズの矩形状の三次元発泡メタルか
らなる芯材１の全体に、（ｂ）示すように活物質３を充
填する。この場合、活物質３は、プレス加工前であって
全く凹凸のない芯材１に対し充填されるので、全体にわ
たり確実に均一な充電密度になるよう充填されるととも
に、凹凸つまり高低差がないことから流動することなく
内部に保持されて、均一な充填密度を保持したまま乾燥
する。なお、芯材１は、この実施の形態においてニッケ
ルからなる三次元発泡メタルであって、厚みが例えば1.
24ｍｍの矩形の薄板状である。但し、この実施の形態の
製造方法は、連続的な帯状の芯材に適用することが好ま
しい。
【００２８】つぎに、上述のように活物質３が均一に充
填された芯材１は、（ｃ）に示すように、後工程におい
て芯材露出部１３となる部分を除く他の全ての部分にプ
レス加工が施されて、例えば厚みが上述の1.2 ｍｍから
0.6 ｍｍにほぼ１／２に圧縮され、このとき、0.9 ｍｍ
〜1.1 ｍｍ程度の厚みを有する２本の平行なレール状の
残存凸条部８，８が形成される。このプレス加工には、
図２に示すようなストライプロールプレス機９が用いら
れる。
【００２９】図２（ａ）はストライプロールプレス機９
の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。この
ストライプロールプレス機９は、受けプレスロール１０
と加工プレスロール１１とによって構成され、受けプレ
スロール１０は位置を固定した状態で回転自在に支持さ
れているとともに、加工プレスロール１１は受けプレス
ロール１０に向けた方向に所定の加圧力が加えられるよ
うになっている。したがって、加工プレスロール１１は
加圧力に耐えられる高剛性を有しており、この加工プレ
スロール１１の所定の２箇所には、残存凸条部８，８を
残存形成するための溝部１２，１２が周面に設けられて
いる。上記溝部１２の両側の溝側壁１２ａ，１２ｂの開
口縁部は、（ｂ）に明示するように、例えばＲ0.3 〜Ｒ
0.6 の円弧状になっており、これによる効果については
後述する。
【００３０】また、両プレスロール１０，１１は、例え
ばφ550 の比較的大きなロール径を有したものであり、
この実施の形態のプレス工程では、両プレスロール１
０，１１間を通過する活物質充填済み芯材１に、例えば
300 ｔｏｎの比較的大きな加圧力を加える１回のプレス
加工により、図１（ｂ）の状態から一挙に同図（ｃ）に
示す状態に加工する。これにより形成された２つのレー
ル状残存凸条部８，８のピッチは、加工プレスロール１
１の溝部１２の寸法で決定されて、正確に設定値とな
る。
【００３１】ところで、図５に示す従来の製造方法で
は、同図（ａ）に示す芯材１に２本の溝部２を形成する
ための１回目のプレス工程と、同図（ｂ）に示す活物質
３の充填後の芯材１における溝部２を除く他の全ての箇
所を溝部２の溝底面と面一になるよう圧縮するための２
回目のプレス工程との計２回のプレス工程を有してい
る。これに対し、この実施の形態の製造方法では、２つ
の残存凸条部８，８を形成するためのプレス工程が１回
存在するだけであり、その１回のプレス工程によって上
述した所定の厚みと活物質３の所定の充填密度とを確保
する必要がある。これを確保するためには、実験結果に
よると、極板幅１ｃｍ当たり３ｔｏｎの荷重を必要とす
ることが判明した。実用上においては、残存凸条部８の
幅を全体にわたり一定値とするために、両プレスロール
１０，１１間のギャップを広く、例えば0.3 ｍｍ程度に
設定するのが好ましく、この場合には10ｔｏｎ／ｃｍの
加圧力を必要とする。
【００３２】また、電池用電極板の芯材１としては、展
延性に富んだ純ニッケルからなる三次元発泡メタルが用
いられているので、プレス工程では、活物質３の充填密
度の高い部分の延びが大きくなる。この延びのばらつき
は、プレスロール１０，１１のロール径によって抑制す
ることができる。例えば、図５（ｃ）に示す従来の製造
方法における２回目のプレス工程で用いているロール径
がφ400 のプレスロールでは、長さ方向に3.3 ％〜3.5
％もの延びが発生するのに対し、本発明の製造方法にお
ける図１（ｃ）に示すプレス工程で用いているロール径
が上述のようにφ550 のプレスロール１０，１１では、
同じ圧縮率において長さ方向に1.7 ％〜1.9 ％の延びし
か発生しない。すなわち、芯材１の延びはロール径が大
きい程小さくなる。これは、プレスロールのロール径が
大きくなる程平面的なプレス加工に近くなるからであ
る。したがって、ロール径の大きなプレスロール１０，
１１を用いれば、活物質３の充填密度のばらつきに起因
する延び率の違いを抑制することができる。
【００３３】そして、従来の製造方法における２回目の
プレス工程では、ロール径がφ400と小さなプレスロー
ルによるプレス１工程において３回のプレス加工を行っ
ており、長さ方向に６％もの大きな延びが生じていた。
これが個々の電池用電極板７に分割したときの弓反りの
発生原因になっている。これに対し、この実施の形態の
製造方法におけるプレス工程では、φ550 と比較的大き
なロール径のプレスロール１０，１１によるプレス１工
程において１回のプレス加工を行うだけであるから、長
さ方向の延びは上述のように1.7 ％〜1.9 ％に抑制する
ことができ、後工程において個々の電池用電極板１９に
分割したときに、弓反りやクラックが殆ど発生しない。
【００３４】しかも、上記プレス工程では、加工プレス
ロール１１の溝部１２の両溝側壁１２ａ，１２ｂの開口
縁部が上述のようにＲ0.3 〜Ｒ0.6 の円弧状になってい
るので、残存凸条部８，８がこれの周辺部との境界が明
確となる形状に形成されて容量をばらつきを抑制でき、
且つプレス加工時に芯材１の金属骨格に破壊や劣化が生
じない。すなわち、円弧状をＲ0.3 〜Ｒ0.6 より大きく
設定した場合には、残存凸条部８，８の縁部の活物質３
が脱落して残存凸条部８，８と他の部分との境界が明確
にならず、上記値よりも小さく設定した場合には芯材１
の金属骨格の破壊や劣化を招いて、電池としたときの集
電効果が低下する。
【００３５】続いて、２つの残存凸条部８，８は、図１
（ｄ）に示す活物質除去工程において、自体の内部に充
填されている活物質３が除去されることにより、２つの
レール状の芯材露出部１３，１３とされる。図３は、こ
の活物質除去工程に用いられる活物質除去装置１４を示
し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。この活
物質除去装置１４は、自体の超音波発生ホーン１７ａ，
１７ａをそれぞれ各残存凸条部８，８の上部に接触させ
て超音波振動を付与することにより活物質３を剥離する
状態で除去する一対の超音波振動器１７，１７と、この
各超音波振動器１７，１７に対し下方位置で相対向する
配置で設置されて超音波振動の付与により除去される活
物質３を吸引する一対の真空吸引機１８，１８とを備え
て構成されている。
【００３６】なお、上記超音波発生ホーン１７ａは、活
物質充填済み芯材１への当接面に、芯材１の移送方向へ
向け下り勾配の傾斜面１７ｂが形成されており、この傾
斜面１７ｂによって芯材１にダメージを与えないように
図っている。また、上記傾斜面１７ｂおよびこの傾斜面
１７ｂに連続する平坦な接触面１７ｃは、磨耗を軽減す
るために超硬を用いて形成されており、超音波発生ホー
ン１７ａの本体部分はチタンで形成されている。
【００３７】この活物質除去装置１４では、位置固定の
一対の超音波振動器１７，１７の各々の超音波発生ホー
ン１７ａ，１７ａにそれぞれ各残存凸条部８，８の上部
を接触させた状態で活物質充填済み芯材１を図３（ｂ）
に示す矢印方向に移送することにより、残存凸条部８の
上部を超音波振動の付与により剥離するようにして、こ
れの内部の活物質３を除去するとともに、下方の真空吸
引機１８によって残存凸条部８およびこれの下方箇所に
それぞれ充填されている活物質３を吸引して除去する。
これにより、残存凸条部８およびこれの下方箇所は、内
部の活物質３がほぼ100 ％近くに完全に除去されて、高
品質の芯材露出部１３となる。
【００３８】つぎに、上述した活物質３の残存率が極め
て低い芯材露出部１３を形成できる理由について説明す
る。上記活物質除去工程における除去対象の活物質３
は、残存凸条部８に充填されているものであり、この除
去対象の活物質３は、残存凸条部８がプレス加工されて
いないことから、極めて除去し易い状態である。したが
って、この除去対象の活物質３は、従来の工程において
除去が極めて困難であったバインダー入りのものであっ
たとしても、超音波振動器１７の超音波発生ホーン１７
ａの接触により超音波振動を付与しながら下方から真空
吸引機１８で真空吸引することにより、容易、且つ完全
に除去できる。
【００３９】実測値によると、上記活物質除去工程を経
て形成した芯材露出部１３の活物質残存率は１〜４％で
あった。これに対し従来の製造方法により得られた芯材
露出部４の活物質残存率は１０％以上と高い上に、部分
的に活物質３の塊が残っており、この塊が集電リード片
を溶接する際のスパーク発生の主な原因になっていた。
そのため、上記塊は作業者の手作業によって除去されて
おり、これが生産性のさらなる低下を招く一因になって
いる。なお、上記活物質残存率の評価は、芯材１の素材
であるニッケルが溶解しない酢酸水溶液に浸漬して活物
質３のみを溶解させ、その溶解した活物質３の重量変化
率から芯材露出部１３に残存する活物質３の重量を測定
算出して行った。
【００４０】また、芯材露出部１３の活物質残存率の低
下を図るためには、活物質除去装置１４において、活物
質充填済み芯材１の下面と超音波発生ホーン１７ａの接
触面１７ｃとの間の隙間Ｃを、残存凸条部８の厚みＢが
1.1 ｍｍ程度で、活物質充填済み芯材１のプレス加工後
の厚みＤが0.6ｍｍ程度である場合に、0.7 ｍｍ〜0.8ｍ
ｍに設定して使用するのが好ましい。上記隙間Ｃは、図
１（ｃ）に示す活物質充填済み芯材１のプレス加工後の
厚みＤが上述のように0.58ｍｍであることから、上記0.
7 ｍｍ〜0.8 ｍｍよりも小さい値に設定することが可能
であるが、そのような小さな値に設定しても活物質残存
率が変わらない。一方、上記隙間Ｃを0.7 ｍｍ〜0.8 ｍ
ｍより大きい値に設定した場合には、活物質残存率が高
くなる。
【００４１】さらに、上記活物質除去装置１４は、残存
凸条部８の活物質３は除去が容易な状態であることと、
位置固定の超音波振動器１７に対し活物質充填済み芯材
１を高速で連続的に移送させながら活物質３の除去を行
えることと、残存凸条部８の下方から真空吸引機１８で
活物質３を真空吸引していることとにより、活物質３を
能率的に除去でき、生産性が格段に向上する。実測値に
よると、活物質充填済み芯材１は、活物質３の除去が容
易な状態であることから450 ｍｍ／ｓｅｃ程度の高速で
移送することが可能である。この活物質除去工程では、
活物質充填済み芯材１の移送速度を50ｍ／ｓｅｃよりも
遅くして上述の活物質３を除去する時間を長く設定する
と、生産性が低下するだけでなく、芯材１が破壊されて
恰も虫食い状態に穴があくという不具合が生じる。
【００４２】また、上記活物質除去工程では、超音波振
動器１７を振幅が25〜50μｍの範囲内になるよう設定し
て駆動している。これは、振幅が上記範囲より小さくな
ると、活物質３を除去するのに要する時間が長くなり、
逆に振幅が上記範囲より大きくなると、活物質３の除去
効率が高くなる利点があるが、芯材１の金属骨格が破壊
されて機械的強度が劣化するため、集電機能が低下する
とともに、芯材露出部１３の近傍の活物質３が部分的に
剥離されて芯材露出部１３と他の箇所との境界線の直線
性が悪くなる。
【００４３】本願発明の実施の形態の活物質除去工程で
は、超音波振動の付与によって活物質３を恰も剥離する
状態で除去するにも拘わらず、芯材１における芯材露出
部１３およびこれの周辺部分の金属骨格に損傷や劣化な
どが全く生じない。この効果は、引っ張り試験機による
評価結果によって確認できた。これに対し、従来の芯材
１に充填した活物質３を超音波振動の付与によって除去
する工程を用いる場合には、芯材１に損傷や劣化が生じ
て芯材１の強度が一般的に50〜70％程度低下していた。
これは、従来の何れの電池用電極板の製造方法において
も、活物質３を充填した芯材１に対しプレス加工を施
し、そののちに、集電部とすべき箇所に超音波振動を付
与しているため、活物質３が極めて除去し難い状態にお
いて除去されることに起因している。これに対し、実施
の形態では、殆どプレス加工されていない残存凸条部
８，８の除去が極めて容易な活物質３を除去すること
と、超音波振動が上方に突出状態の残存凸条部８，８の
上部のみに付与されるだけであって他の箇所に影響を与
えないので、芯材１の金属骨格に破損や劣化が生じな
い。
【００４４】つぎに、上記芯材露出部１３は、図３に図
示のものとは異なるプレスロール（図示せず）で軽く押
さえられて、（ｅ）に示すように、活物質３が充填され
ている箇所に対し面一となる状態とされる。最後に、
（ｅ）に１点鎖線で示す３本の切断線に沿って切断され
ることにより、（ｆ）に示すような４個の電池用電極板
１９が得られる。この各電池用電極板１９は、いずれも
同一形状であって、帯状の長手方向に沿って活物質充填
部１９ａと活物質３が除去された集電部１９ｂとの境界
線１９ｃを有している。
【００４５】上記工程を経て得られた電池用電極板１９
における活物質充填部１９ａと集電部１９ｂとの境界線
１９ｃの直線性は、工具顕微鏡を用いた測定方法の実測
値によると、図５の従来の工程により製造された電池用
電極板７において0.8 ｍｍもの誤差が生じていたのに対
して、0.2 ｍｍ以下の小さな誤差に抑制できたことを確
認した。このような良好な結果を得られたのは、図５に
示す従来の製造方法では、活物質３の充填後に所定の充
填密度にすることを目的として３回のプレス工程を有し
ているのに比較して、実施の形態の製造方法において、
活物質充填済み芯材１に対し図１（ｃ）に示す残存凸条
部８，８を形成するためのプレス加工を１回施すだけで
あることに起因する。したがって、この実施の形態で得
られた電池用電極板１９は、上述した特開2000−113881
号公報に開示されている電池用電極板の製造方法を後工
程に用いて集電部１９ｂの処理を行うことが可能であ
り、それにより、集電部１９ｂは、機械的な強度や密度
が高められ、且つ集電効率が向上する。
【００４６】また、上記製造工程を経て得られた電池用
電極板１９は、これの活物質充填部１９ａの充填密度の
ばらつきが1.5 ％以下に抑制されている。これは、プレ
ス加工が施される前であって凹凸のない芯材１に活物質
３を充填したことによって得られたものである。これに
対し、従来の製造工程を経て得られた電池用電極板７で
は、プレス加工されて凹凸のある芯材１に活物質３を充
填することから必然的に全体にわたり均等な充填量に充
填することができないので、活物質充填部７ａの充填密
度に3.5 ％以上のばらつきがあった。
【００４７】図４（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施
の形態に係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造
工程を順に示す斜視図である。上記第１の実施の形態で
は、渦巻き状電極群を構成して円筒型電池に用いる電池
用電極板１９の製造方法について説明したが、この第２
の実施の形態では、積層型電極群を構成して角形電池に
用いる電池用電極板の製造方法に関するものであり、図
４において、図１と同一若しくは同等のものには同一の
符号を付してある。
【００４８】先ず、（ａ）に示す所定サイズの矩形状も
しくは帯状の三次元発泡メタルからなる芯材１の全体
に、（ｂ）示すように活物質３を充填する。この場合、
活物質３は、プレス加工前であって全く凹凸のない芯材
１に対し充填されるので、全体にわたり均一な充電密度
に充填されるとともに、凹凸つまり高低差がないことか
ら流動することなく内部に保持されて、均一な充填密度
を保持したまま乾燥される。
【００４９】つぎに、上述のように活物質３が均一に充
填された芯材１は、（ｃ）に示すように、後工程におい
て芯材露出部となる部分を除く全ての部分がプレス加工
を施されて厚みをほぼ１／２に圧縮され、後工程で芯材
露出部となる部分が２本の平行なレール状の残存凸条部
２０，２０として残存する。このプレス加工には、図２
に示したストライプロールプレス機９と基本構造が同じ
であって、溝部が（ｃ）の残存凸条部２０，２０を形成
できる配置に設けられた加工プレスロールを備えたスト
ライプロールプレス機（図示せず）が用いられる。
【００５０】続いて、２つの残存凸条部２０，２０は、
（ｄ）に示す活物質除去工程において、自体の内部に充
填されている活物質３が除去されることにより、２つの
レール状の芯材露出部２１，２１とされる。この活物質
除去工程では、図３に示した超音波振動器１７を備えた
活物質除去装置１４とほぼ同様の構成を有する活物質除
去装置（図示せず）を用いて、第１の実施の形態と同様
に処理される。
【００５１】上記芯材露出部２１，２１は、プレスロー
ル（図示せず）で軽く押さえられて、（ｅ）に示すよう
に、活物質３が充填されている箇所に対し面一となる状
態まで圧縮される。そののちに、両芯材露出部２１，２
１にはリードフープ２２がシーム溶接される。最後に、
（ｆ）に１点鎖線で示す各切断線に沿って切断または打
ち抜きされることにより、（ｇ）に示すような複数の電
池用電極板２３が得られる。この各電池用電極板２３
は、いずれも同一形状であって、活物質充填部２３ａと
活物質３が除去された集電部２３ｂと、この集電部２３
ｂに固着されたリード片２３ｃとを有している。
【００５２】この電池用電極板２３の製造方法は、第１
の実施の形態とほぼ同様の工程を経ることから、上述し
た第１の実施の形態の種々の効果と同様の効果を得るこ
とができ、角形電池に用いる高品質の電池用電極板２３
を生産性良く製造することができる。なお、リードフー
プ２２を溶接する工程に代えて、つまりリードフープ２
２を溶接していない活物質充填済み芯材１を、（ｆ）の
中央の切断線に沿って切断して二つに分割し、芯材露出
部２１に対して、上述した特開2000−113881号公報に開
示されている電池用電極板の製造方法による処理を施
し、そののちに個々の電池用電極板に分割するようにし
てもよい。この場合、芯材露出部２１を分割してなる集
電部は、上述した処理によって機械的な強度や密度が高
められ、且つ集電効率も向上しているので、リードフー
プ２２を切断してなるリード片２３ｃを設けた場合と同
様の品質の安定したリード片を形成することができる。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、本発明の電池用電極板の
製造方法によれば、プレス加工前であって全く凹凸のな
い芯材に対し活物質を充填するので、活物質の充填密度
をばらつきないように均一化できる。また、プレス工程
は１回だけであるから、電池用電極板の活物質充填部と
集電部との境界線を正確に直線とすることができるとと
もに、芯材露出部を所定のピッチに形成でき、電池用電
極板に全体にわたり所定の一定幅の集電部を有する集電
部を形成することができ、さらに、電池用電極板に弓反
りやクラックが殆ど発生しない。また、活物質除去工程
における除去対象の活物質は、ストライプロールプレス
加工されていない残存凸条部に充填されており、極めて
除去し易い状態であるから、超音波振動の付与により、
容易、且つ完全に除去でき、活物質残存率の極めて低い
集電部を有する電池用電極板を得ることができる。
【００５４】また、残存凸条部の活物質は除去が容易な
状態であることと、超音波振動器と活物質充填済み芯材
を高速で連続的に相対移動させながら活物質の除去を行
うので、活物質を能率的に短時間で除去でき、生産性が
格段に向上する。また、除去すべき活物質が除去の極め
て容易な状態であることと、超音波振動を上方に突出状
態の残存凸条部の凸部のみに付与されるだけであって他
の箇所に影響を与えないので、芯材の金属骨格に破損や
劣化が生じない。
【００５５】一方、本発明の電池用電極板の製造装置に
よれば、ストライプロールプレス機によってプレス加工
することによって芯材に所定の複数の残存凸条部を形成
し、超音波振動器の超音波発生ホーンに残存凸条部の凸
部を接触させた状態で活物質充填済み芯材および超音波
振動器を所定方向に相対移動させて、残存凸条部への超
音波振動の付与により活物質を除去するとともに、凸部
の反対面から真空吸引機によって残存凸条部の厚さ方向
全体に充填されている活物質を吸引して除去する構成と
したので、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造
方法と同様の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施の形態に
係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順
に示した斜視図。
【図２】同上の製造方法におけるプレス工程に用いられ
るストライプロールプレス機を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図。
【図３】活物質除去工程に用いられる活物質除去装置を
示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施の形態に
係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順
に示す斜視図。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は従来の電池用電極板の製造方
法の製造工程を順に示した斜視図。
【符号の説明】
１ 芯材 ３ 活物質 ８，２０ 残存凸条部 ９ ストライプロールプレス機 １０ 受けプレスロール １１ 加工プレスロール １２ 溝部 １２ａ，１２ｂ 溝側壁 １３，２１ 芯材露出部 １４ 活物質除去装置 １７ 超音波振動器 １７ａ 超音波発生ホーン １８ 真空吸引機 １９，２３ 電池用電極板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 武彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小島 幸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H017 AS02 BB15 CC28 EE04 5H050 DA04 FA13 GA03 GA04 GA12 GA23 GA26 GA29 HA04 HA12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活
    物質を充填する活物質充填工程と、 前記活物質充填済み芯材にプレス加工を施して複数のレ
    ール状残存凸条部を残存形成するプレス工程と、 前記残存凸条部に接して超音波振動を付与することによ
    り活物質を除去してレール状の芯材露出部を形成する活
    物質除去工程と、 前記芯材露出部を押圧して他の部分と面一となる状態ま
    で圧縮する平坦化工程と、 少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を切断して個
    々の電池用電極板に分割する切断工程とを有しているこ
    とを特徴とする電池用電極板の製造方法。
  2. 【請求項２】 多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活
    物質が充填された活物質充填済み芯材にプレス加工を施
    して複数のレール状残存凸条部を残存形成するストライ
    プロールプレス機と、 前記残存凸条部に接して超音波発生ホーンを接触させて
    超音波振動を付与する超音波振動器およびこの各超音波
    振動器に対し下方位置で相対向する配置で設置されて超
    音波振動の付与により除去される活物質を吸引する真空
    吸引機とからなる活物質除去装置とを備えて構成されて
    いることを特徴とする電池用電極板の製造装置。
  3. 【請求項３】 ストライプロールプレス機は、位置を固
    定した状態で支持された受けプレスロールと、残存凸条
    部を残存形成するための溝部が所定箇所の周面に設けら
    れて、前記受けプレスロールに向けた方向に所定の加圧
    力が加えられる加工プレスロールとを備えて構成されて
    いるとともに、前記溝部の両側の溝側壁の開口縁部が所
    定の円弧状になっている請求項２に記載の電池用電極板
    の製造装置。
  4. 【請求項４】 活物質除去装置の超音波発生ホーンの接
    触面は、レール状残存凸状部の反対面を基準として、ス
    トライプロールプレス加工済み部分の厚みよりも大き
    く、且つレール状残存凸条部の厚みよりも小さい隙間を
    介在して対向するよう設置されている請求項２または３
    に記載の電池用電極板の製造装置。
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