JP2002208398A - 電池電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄い箔からなる集電体に活物質塗料を生産性
よく塗布形成し、電池容量の向上が可能な電池電極の製
造方法を提供する。 【解決手段】 電解ニッケル箔にエンボス加工などの三
次元的加工を施し、箔の厚さよりも厚い集電体２を作製
し、その集電体２の両面に一対のダイ３を用いて活物質
層１を塗布形成し、前記活物質層１を乾燥し、前記活物
質層をプレスする。薄い電解ニッケル箔を、厚い集電体
に加工した後、一対のダイ３の間を通過させるので、正
確にダイ３の中央位置を集電体２は通過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル水素電池
などの電池に使用される電極の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ニッケル水素電池の電極の製造方
法として、正極については、水酸化ニッケル粉末、バイ
ンダー、溶媒を主とする塗料を、三次元的な連通孔を有
する金属多孔体からなる集電体である、ニッケル発泡メ
タルに充填し、乾燥した後、加圧圧縮するものが一般的
に知られている。

【０００３】塗料を金属多孔体へ充填する方法として
は、例えば、特公平７−７３０４９号公報に示されてい
るような方法がある。

【０００４】また、負極については、水素吸蔵合金、バ
インダー、溶媒を主とする塗料を、厚みとして約６０μ
ｍのニッケルを含んだ圧延ニッケルパンチングメタルか
らなる集電体の両面に塗布形成し、乾燥した後、加圧圧
縮するものが一般的に知られている。塗料をパンチング
メタルに塗布及び乾燥する方法は、例えば、特開平９−
１１７７０６号公報に示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、携帯電話や、携
帯性に優れたノートパソコンは、その利便性から急速に
普及しており、これらに用いられる電池は上記機器の長
時間使用を可能にさせるべく、ますます高容量化が望ま
れている。しかしながら、前記集電体では極板に占める
集電体の割合が多く、活物質量を増やすには限界があ
り、高容量化の妨げとなっていた。

【０００６】従って、集電体を薄い箔にすることによっ
て集電体の占める割合を小さくすればよい訳であるが、
箔の厚みを単純に薄くすると、上述したニッケル発泡メ
タルを利用する方法では、集電体の表裏に塗布形成した
活物資層の厚みにバラツキが生じ、プレス工程で延びの
差から極板の平坦生が著しく損なわれるという課題があ
った。この理由は金属箔が機械的強度が弱いため、ダイ
から吐出された塗料の圧力で変形して、塗布厚みがばら
つくためと考えられる。

【０００７】さらに上述した、圧延ニッケルを用いたニ
ッケルパンチングメタルを利用する方法は、活物資層の
乾燥時の加熱によって変形し、場合によってはダイの先
端に接触して集電体が切断するという生産上致命的な課
題が発生していた。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みて、薄い箔から
なる集電体に活物質塗料を生産性よく塗布形成し、電池
容量の向上が可能な電池電極の製造方法を提供すること
を目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の本発明（請求項１に対応）は、金属箔に三次
元的加工が施されることによって、その金属箔の厚さよ
りも大きい厚さ有する集電体の両面に、一対のダイを用
いて活物質層を塗布形成する工程と、前記活物質層を乾
燥する工程と、前記活物質層をプレスする工程とを備え
得た、電池電極の製造方法である。

【００１０】第２の本発明（請求項２に対応）は、前記
金属箔の厚みは５〜５０μｍの範囲である請求項１記載
の電池電極の製造方法である。

【００１１】第３の本発明（請求項３に対応）は、極板
の厚さをｔ１、三次元的加工を施した集電体の厚さをｔ
２としたとき、ｔ１≧ｔ２≧ｔ１／４の範囲である請求
項１記載の電池電極の製造方法である。

【００１２】第４の本発明（請求項４に対応）は、前記
一対のダイの先端間のギャップをｄ、三次元的加工を施
した集電体の厚さをｔ２としたとき、ｄ＞ｔ２≧ｄ／４
の範囲である請求項１記載の電池電極の製造方法であ
る。

【００１３】第５の本発明（請求項５に対応）は、前記
金属箔は電解ニッケル箔である請求項１記載の電池電極
の製造方法である。

【００１４】第６の本発明（請求項６に対応）は、ダイ
を用いて集電体に、ニッケル水素電池用活物質を塗布形
成して電池電極を製造する方法において、ダイの内部及
びダイの先端と前記集電体との間で流動する活物質塗料
に対するせん断速度を５００（１／ｓｅｃ）以下とし
て、前記活物質塗料を前記集電体に塗布する電池電極の
製造方法である。

【００１５】第７の本発明（請求項７に対応）は、前記
ダイ先端と前記集電体との間の活物質塗料の圧力が０．
５ＭＰａ以下である請求項１または６記載の電池電極の
製造方法である。

【００１６】第８の本発明（請求項８に対応）は、前記
集電体の表面と裏面の活物質層の厚みの差を±３０％以
内としたことを特徴とする請求項１または６記載の電池
電極の製造方法である。

【００１７】第９の本発明（請求項９に対応）は、前記
集電体の表面と裏面の活物質層の厚みの差を±１０％以
内としたことを特徴とする請求項１または６記載の電池
電極の製造方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１９】図１は、本発明の電池電極の製造方法に適
用可能な塗布装置の実施形態に係る概略図である。

【００２０】集電体２は図３に示すように厚さｔ０（５
〜５０μｍ）の電解ニッケル箔２０３の表裏に凸状にそ
れぞれ突出する短冊状の湾曲部２０１と２０２が互いに
平行な配置で一方向Ｘに沿って所定の寸法で加工してあ
る。集電体２の加工手段は図示していないが、金型など
のエンボス加工などを用いることができる。この三次元
加工によって、集電体２の厚さが箔の厚さに比べて大き
くなる。この集電体２の厚さを、後述のようにｔ２とす
る。

【００２１】集電体２に塗布する工程は図１及び図２に
示すように、左右一対のダイ３の先端間に形成したギャ
ップの略中央に通過させる。ダイ３へはポンプ（図示せ
ず）により所定の塗布厚みとなる量の活物質塗料５（以
下、塗料と略す）を供給する。塗料５は、まずマニホー
ルド３０１内部に供給され、ここでダイ３の塗布幅方向
に圧力が均一化されて、スリット３０２に流れ込み、ダ
イ３の先端から押し出されて集電体２に幅方向で、両面
に同時に且つ均一に塗布される。

【００２２】塗布する厚みは図４に示すように活物質塗
布後の極板の厚さをｔ１、三次元的加工を施した集電体
の厚さをｔ２としたとき、ｔ１≧ｔ２≧ｔ１／４の範囲
である。この条件は、電流が充分流れるための条件であ
る。

【００２３】また集電体２をギャップの略中央へ導くた
めの集電体位置規制具４を、ダイ３に対してその上流側
や、必要に応じて下流側へも設けても良い。位置規制具
４はロールやバーで構成される。

【００２４】塗料５を塗布し、活物質層１を形成した
後、図示していないが乾燥工程で乾燥し、さらに巻き取
る。その後、図示していないがプレス工程にて加圧圧縮
処理して極板となる。

【００２５】本実施の形態における第１の特徴は、三次
元的加工を施した集電体２を二つのダイの先端間に通過
させるので、集電体２が二つのダイの先端で形成される
ギャップの中央を走行する。その結果、活物質層１の集
電体２の表裏での塗布量のバラツキは極めて小さくな
り、プレス後の極板の平坦生は優れている。

【００２６】さらに詳しく説明すると、図２に示すよう
に、二つのダイの先端間のギャップをｄ、三次元的加工
を施した集電体の厚さをｔ２としたとき、ｄ＞ｔ２≧ｄ
／４の範囲とすることによって、集電体２の凸部先端と
ダイ先端３０４との距離ｇは小さなものとなる。すなわ
ち、通常ｄは０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。例
えばｄを０．６ｍｍ、ｔ２を０．４ｍｍとすると、図２
で示す集電体２の凸部先端とダイ先端３０４との距離ｇ
は、わずか０．１ｍｍと極めて小さい数値となる。従っ
て、隙間ｇの間に存在する塗料５の粘性力で集電体２の
位置が不安定となることを抑制し、二つのダイのギャッ
プｄの中央で集電体２が走行することが可能となる。

【００２７】さらに隙間ｇを塗料の粘性力で保持するこ
とが可能であるため、ダイの先端３０４と集電体２とが
接触することが無く、従って箔の厚みとして５〜５０μ
ｍの薄くて機械的強度の弱い集電体でも、塗布中に切断
することなく安定した生産が可能となった。

【００２８】本実施の形態における第２の特徴は、極板
の厚さをｔ１、三次元的加工を施した集電体の厚さをｔ
２としたとき、ｔ１≧ｔ２≧ｔ１／４の範囲とする。こ
の条件から逸脱するように厚く活物質層を塗布すると、
電流が流れにくくなるという問題が生じる。

【００２９】本実施の形態における第３の特徴は、電解
ニッケル箔を用いることである。集電体としての箔は圧
延ニッケル箔と電解ニッケル箔とに大別できる。圧延ニ
ッケル箔に比べて電解ニッケル箔にすると、活物質層の
乾燥時における熱の変形を大幅に抑制できる。つまり、
圧延ニッケルはその圧延工程によって応力歪みを抱え込
んでおり、その応力歪みが加熱によって反りとなって現
れてくるのである。

【００３０】電解ニッケル箔を用いた結果、極板の平坦
性などの精度が向上し、これにより正極、負極、セパレ
ータを倦回しやすくなり、電池の品質、歩留まりが格段
に向上する。

【００３１】厚みとしては５０μｍを越えると高容量化
が困難となり、５μｍよりも薄いと塗布工程などでの集
電体走行に必要なテンションに耐えられず、切断などの
大きな問題が生じる。したがって、本発明においては、
５〜５０μｍの範囲とする。上記観点からさらに好まし
くは、１０〜３０μｍの範囲が望ましい。

【００３２】本実施の形態における第４の特徴は、ダイ
の内部及びダイの先端と集電体との間を流動する活物質
塗料に対するせん断速度が５００（１／ｓｅｃ）以下と
することである。ここで、せん断速度とは、ダイの先端
と集電体との間隔をｇ、集電体の移動速度をＶとしたと
き、Ｖ／ｇで定義されるものである。

【００３３】図５に本実施の形態で用いる塗料の粘度特
性を示す。測定はレオメトリックス社製のレオメータＲ
Ｆ−２を用い、測定ヘッドはコーン・プレートタイプに
て行った。

【００３４】図５において、横軸は測定時間（ｓｅ
ｃ）、縦軸は粘度（Ｐａ・ｓ）である。せん断速度を１
（１／ｓｅｃ）、１０（１／ｓｅｃ）、１００（１／ｓ
ｅｃ）、１０００（１／ｓｅｃ）と、それぞれ３０秒毎
に変更しながら、それぞれの粘度変化を見た。図５にお
いては、２度の測定を行った結果を示している。

【００３５】図５からも明らかなように、せん断速度１
０００（１／ｓｅｃ）では、測定の度に値にばらつきが
生じ、粘度が極めて不安定な値を示すことがわかった。

【００３６】本発明者らの検討によれば、この現象は、
水酸化ニッケルや水素吸蔵合金など比較的比重の高い粉
体を主成分として、ＣＭＣやＳＢＲなどのバインダー量
が３％以下の極少量で、さらに固形分濃度で５０％以上
の塗料系、つまりニッケル水素電池用の塗料系において
見られる現象であることを見い出した。

【００３７】従来の発泡メタルへ塗料を充填する極板の
製造方法では、発泡メタルの孔径が５０〜２００μｍの
範囲のため、せん断速度は最大で１０００（１／ｓ）に
なり、上記した粘度が不安定な領域になる。粘度の高い
部分は孔詰まりを生じて不完全な充填しかできなくな
る。この結果、発泡メタル内で塗料の充填が不均一とな
り、電池容量バラツキやサイクル寿命のバラツキなど電
池特性上、致命的な問題となっていた。本発明において
は、せん断速度５００（１／ｓｅｃ）以下であれば、こ
のような粘度が不安定とならず、従って集電体へ均一な
活物質層を塗布形成することができる。

【００３８】本発明の第５の特徴は、隙間圧力が適正で
あることが望ましい点である。本発明者らの検討では、
隙間における圧力と、粘度の不安定現象とも密接に関わ
っていることが判明した。隙間圧力が０．５ＭＰａ以
内、さらに好ましくは０．３ＭＰａ以内であれば、粘度
不安定現象は発生しない。この現象はおそらく高い圧力
によって粉体と溶媒との分離によるものと推定される。

【００３９】なお、参考のために、ニッケル水素電池用
活物質塗料の粘度に関して、せん断速度１（１／ｓｅ
ｃ）のときの粘度η１が１〜１００（Ｐａ・ｓ）の範
囲、せん断速度１００（１／ｓｅｃ）のときの粘度η２
が１（Ｐａ・ｓ）以下の範囲となっている。粘度η１が
１（Ｐａ・ｓ）よりも小さいと、塗布直後の塗膜が乾燥
するまでに流動して厚みが不均一となる。また、１００
（Ｐａ・ｓ）よりも大きいと、流動が悪くなり、さらに
前記したせん断速度１０００（１／ｓ）での粘度不安定
現象が顕著となることから好ましくない。また、せん断
速度１００（１／ｓｅｃ）のときの粘度η２が１（Ｐａ
・ｓ）よりも大きいと、ダイで塗料を塗布するときの集
電体とダイ先端との隙間における塗料の圧力が０．５Ｍ
Ｐａよりも高く成りすぎて塗布不可能となる。

【００４０】以上のような特徴から、集電体の表と裏の
活物質層の厚みの差が±３０％〜±１０％以内の高い精
度の極板を得ることが可能となる。このような厚み差と
すれば、乾燥工程で集電体の表裏における塗膜の収縮差
が小さくなるため、平坦な極板を製造することが可能と
なった。さらに加圧圧縮行程での極板の平坦性も向上さ
せることができた。

【００４１】従来の製造方法では平坦性は±３ｍｍ以内
であったものが、本発明によれば±１ｍｍ以内と格段に
向上でき、電池の容量やサイクル特性向上を可能とし
た。また、上記した厚み差とすることにより、極板の湾
曲度は、曲率半径が１０００ｍｍ以内に抑えることがで
きる。これにより、極板の捲回がしやすくなり、電池の
品質を向上できる。

【００４２】

【実施例】本実施の具体例を説明する。厚さ２５μｍ、
幅５００ｍｍの電解ニッケル箔に図３の加工を施したも
のを集電体として、所定のスリットギャップを持つ２つ
のダイを対向させた塗布ヘッドで、集電体の両面に同時
に活物質層を塗布形成した。また比較例は、厚さ２５μ
ｍのニッケル箔で加工無しのものを集電体として、ダイ
で両面同時に塗布形成した。

【００４３】負極用塗料は、水素吸蔵合金、ＳＢＲ、Ｃ
ＭＣ及び水を混練したもので、混練条件とＣＭＣ及び水
の分量の設定で、せん断速度１（１／ｓｅｃ）での粘度
η１は５０（Ｐａ・ｓ）、せん断速度１００（１／ｓｅ
ｃ）での粘度η２は０．５（Ｐａ・ｓ）とした。比較例
として、本発明の粘度の範囲外の塗料として、せん断速
度１（１／ｓｅｃ）での粘度η１は０．５（Ｐａ・
ｓ）、せん断速度１００（１／ｓｅｃ）での粘度η２は
０．５（Ｐａ・ｓ）とした。

【００４４】正極用塗料は、水酸化ニッケル、導電剤、
フッ素系樹脂、ＣＭＣ及び水を混練したもので、混練条
件とＣＭＣ及び水の分量の設定で、せん断速度１（１／
ｓｅｃ）での粘度η１は３０（Ｐａ・ｓ）、せん断速度
１００（１／ｓｅｃ）での粘度η２は０．７（Ｐａ・
ｓ）とした。比較例として、本発明の粘度の範囲外の塗
料として、せん断速度１（１／ｓｅｃ）での粘度η１は
０．８（Ｐａ・ｓ）、粘度η２は０．７（Ｐａ・ｓ）と
したものも作成した。

【００４５】これにより得られた極板を所定の加圧圧縮
し、所定幅に裁断し、ニッケル水素電池を作成した。得
られた電池に対して、以下の評価を行い、本発明の効果
を確認した。

【００４６】（１）塗布の均一性 マイクロメータによる集電体の表裏の厚み差と塗布後の
目視観察により塗膜の垂れを確認した。塗料の粘度が本
発明の範囲である上記実施例では、厚み差は±１８％の
範囲となり、比較例では±５６％の範囲であった。

【００４７】（２）塗布後の塗料の垂れ また、塗膜の垂れは、本実施例では全くなく良好であっ
たが、比較例では垂れが生じ、塗膜の平坦性は著しく損
なわれた。

【００４８】（３）極板の平坦性 本実施例で得られた極板をプレスした結果、平坦性は±
０．５ｍｍの範囲であったが、比較例で得られた極板の
平坦性は±３．５ｍｍもあった。従って、電池ケースに
挿入するときの捲回は、本実施の形態では全く問題な歩
留まりは９８％であったが、比較例では極めて困難であ
り歩留まりも５０％と悪かった。

【００４９】（４）電池特性 サイクル寿命を図６に、放電容量比を図７に示す。サイ
クル寿命で本実施例では比較例に比べて約２０％アップ
した。さらに放電容量比も本実施例による電池は比較例
に比べて約２０％アップした。

【００５０】なお、以上の効果は上記実施例に限ること
なく、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲であれ
ば、同等の効果が得られた。以上、本実施例によれば、
電解ニッケル箔からなる集電体に生産性よく均一に塗料
を塗布でき、極板の平坦性の向上と、放電容量の向上と
バラツキ抑制、サイクル特性の向上が図れる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、集電体に生産性よく均一に塗料を塗布
でき、極板の平坦性の向上、放電容量の向上と、サイク
ル特性の向上等が図れ、その効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用しうる塗布装置の実施形態に係る
構成図

【図２】本発明を適用しうる塗布装置の実施形態に係る
構成図

【図３】本発明の実施の形態における集電体に係わる構
成図

【図４】本発明の実施の形態における極板の断面図

【図５】本発明の実施の形態における塗料の粘度特性を
示す図

【図６】本発明の実施の形態における電池のサイクル寿
命特性を示す図

【図７】本発明の実施の形態における電池の放電容量特
性を示す図

【符号の説明】

１ 活物質層 ２ 集電体 ３ ダイ ４ 位置規制具 ５ 塗料 ６ 液溜まり

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上木原伸幸 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 竹内 一郎 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 AA02 AS02 BB08 BB14 BB19 CC03 DD01 DD08 EE04 HH01 HH03 HH07 HH09 5H050 AA08 BA14 CA03 CB16 DA06 GA02 GA03 GA22 GA30 HA04 HA15 HA20

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔に三次元的加工が施されることに
   よって、その金属箔の厚さよりも大きい厚さ有する集電
   体の両面に、一対のダイを用いて活物質層を塗布形成す
   る工程と、 前記活物質層を乾燥する工程と、 前記活物質層をプレスする工程とを備え得た、 電池電極の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金属箔の厚みは５〜５０μｍの範囲
   である請求項１記載の電池電極の製造方法。
3. 【請求項３】 極板の厚さをｔ１、三次元的加工を施し
   た集電体の厚さをｔ２としたとき、ｔ１≧ｔ２≧ｔ１／
   ４の範囲である請求項１記載の電池電極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記一対のダイの先端間のギャップを
   ｄ、三次元的加工を施した集電体の厚さをｔ２としたと
   き、ｄ＞ｔ２≧ｄ／４の範囲である請求項１記載の電池
   電極の製造方法。
5. 【請求項５】 前記金属箔は電解ニッケル箔である請求
   項１記載の電池電極の製造方法。
6. 【請求項６】 ダイを用いて集電体に、ニッケル水素電
   池用活物質を塗布形成して電池電極を製造する方法にお
   いて、 ダイの内部及びダイの先端と前記集電体との間で流動す
   る活物質塗料に対するせん断速度を５００（１／ｓｅ
   ｃ）以下として、前記活物質塗料を前記集電体に塗布す
   る電池電極の製造方法。
7. 【請求項７】 前記ダイ先端と前記集電体との間の活物
   質塗料の圧力が０．５ＭＰａ以下である請求項１または
   ６記載の電池電極の製造方法。
8. 【請求項８】 前記集電体の表面と裏面の活物質層の厚
   みの差を±３０％以内としたことを特徴とする請求項１
   または６記載の電池電極の製造方法。
9. 【請求項９】 前記集電体の表面と裏面の活物質層の厚
   みの差を±１０％以内としたことを特徴とする請求項１
   または６記載の電池電極の製造方法。