JP2003282050A - 電極及び電池 - Google Patents

電極及び電池

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JP2003282050A JP2002079777A JP2002079777A JP2003282050A JP 2003282050 A JP2003282050 A JP 2003282050A JP 2002079777 A JP2002079777 A JP 2002079777A JP 2002079777 A JP2002079777 A JP 2002079777A JP 2003282050 A JP2003282050 A JP 2003282050A
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Koki Yoshizawa
廣喜 吉澤
Takayuki Iwasaki
孝行 岩崎
Tomotoshi Mochizuki
智俊 望月
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来とは異なる観点から、より簡単な工程で
集電体に対する活物質の固着力を向上させると共に固着
力のばらつきを抑える。 【解決手段】 平板状の電極芯材X,X’の表面に粉末
状の活物質Bを所定厚で固着された電極であって、電極
芯材X,X’に形成された貫通孔2のピッチaと活物質
Bの平均粒径dとの間に下式に示す関係を有する。 2d≦a≦30(170−d)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極及び電池に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例えば
特開2000−173603号公報には、金属粉末から
なる金属多孔箔を集電体とし、該金属多孔箔の表面に活
物質を固着することにより柔軟かつ活物質の固着力が高
い電池用電極が開示されている。また、特開平10−1
06580号公報には、金属シート(集電体)に離散的
に穴をあけることにより多数のバリを形成し、このバリ
によって活物質の固着力を向上させる電池用電極が開示
されている。
【0003】しかしながら、前者の場合、集電体に微細
な空孔を均一に形成することが困難であり、製造された
金属多孔箔の固着力に大きなばらつきがある。また、後
者の場合には、金属シートの加工が煩雑であり、加工設
備にコストが掛かるという問題点がある
【0004】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、従来とは異なる観点から、より簡単な工程で
集電体に対する活物質の固着力を向上させると共に固着
力のばらつきを抑えることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電極に係わる第1の手段として、平板
状の電極芯材の表面に粉末状の活物質を所定厚で固着さ
れた電極であって、電極芯材に形成された孔のピッチa
(μm)と活物質の平均粒径d(μm)との間に、平均
粒径dが5(μm)〜120(μm)の範囲内において
下式(1)に示す関係を有するという構成を採用する。 2d≦a≦30(170−d) (1)
【0006】また、電極に係わる第2の手段として、平
板状の電極芯材の表面に粉末状の活物質を所定厚で固着
された電極であって、電極芯材に形成された孔のピッチ
a(μm)と活物質の平均粒径d(μm)との間に、平
均粒径dが5(μm)〜120(μm)の範囲内におい
て下式(2)に示す関係を有するという構成を採用す
る。 4d≦a≦20(170−d) (2)
【0007】電極に係わる第3の手段として、上記第1
または第2の手段において、孔は電極芯材のいずれか片
面あるいは両面から局所的に押圧して形成された貫通孔
でありバリを有するという構成を採用する。
【0008】 電極に係わる第4の手段として、上記第
3の手段において、少なくとも一部のバリは、先端部が
電極表面に露出する状態に形成されるという構成を採用
する。
【0009】電極に係わる第5の手段として、上記第1
〜第4いずれかの手段において、活物質は、水酸化ニッ
ケルを主成分とする正極活物質であるという構成を採用
する。
【0010】電極に係わる第6の手段として、上記第1
〜第4いずれかの手段において、活物質は水素吸蔵合金
を主成分とする負極活物質であるという構成を採用す
る。
【0011】一方、本発明では、電池に係わる第1の手
段として、上記第5の手段に記載の電極(正電極)を絶
縁材を挟んで負電極と交互に積層した状態で電槽内に実
装してなるという構成を採用する。
【0012】電池に係わる第2の手段として、上記第5
の手段に記載の電極(正電極)を絶縁材を挟んで負電極
と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内に実装してな
るという構成を採用する。
【0013】電池に係わる第3の手段として、上記第6
の手段に記載の電極(負電極)を絶縁材を挟んで正電極
と交互に積層した状態で電槽内に実装してなるという構
成を採用する。
【0014】電池に係わる第4の手段として、上記第6
の手段に記載の電極(負電極)を絶縁材を挟んで正電極
と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内に実装してな
るという構成を採用する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる電極及び電池の一実施形態について説明する。
【0016】図1は、本実施形態に係わる電極の電極芯
材(集電体)の正面図である。この図1に示すように、
電極芯材X,X’は、平板状の金属材料からなる母材1
に多数の貫通孔2を離散的に形成したものである。
(a)に示す電極芯材Xは碁盤の目のように貫通孔2が
整然と配置され、一方、(b)に示す電極芯材X’は、
千鳥格子状に貫通孔2が整然と配置されている。
【0017】ここで、図1(a),(b)における寸法
aは貫通孔2のピッチを示しており、当該ピッチは、互
いに隣り合う貫通孔2同士の最小距離として定義され
る。例えば、(a)の電極芯材Xの場合、縦横に互いに
隣り合う貫通孔2同士の距離(すなわちピッチa)は、
斜め方向に互いに隣り合う貫通孔2同士の距離よりも小
さく、したがって縦横方向に並ぶ貫通孔2同士の距離が
互いに隣り合う貫通孔2同士の最小距離、つまりピッチ
aとなる。
【0018】これに対して、(b)の電極芯材X’の場
合には、縦横方向に並ぶ貫通孔2同士の距離よりも斜め
方向に互いに隣り合う貫通孔2同士の距離の方が小さ
く、したがって斜め方向に並ぶ貫通孔2同士の距離がピ
ッチaとなる。
【0019】図2は、このような電極芯材X,X’を用
いた電極Dの拡大断面図である。本実施形態に係わる電
極Dは、電極芯材X,X’の両面に粉末圧延等の手法に
よって粉末状の活物質Bを所定厚固着させたものであ
る。この活物質Bは、ニッケル水素電池の正電極の場
合、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質であり、
ニッケル水素電池の負電極の場合には、水素吸蔵合金を
主成分とする負極活物質である。
【0020】上記負極活物質は、例えば水素吸蔵合金粉
末、または該水素吸蔵合金粉末とバインダーとを混合さ
せた混合材である。しかし、二次電池用の負極活物質と
しては、水素吸蔵合金粉末以外の成分として種々の成分
を用いたものも実用化されているので、このような種々
の成分を用いた負極活物質を用いても良い。また、上記
正極活物質における水素吸蔵合金以外の成分について
も、種々の成分を用いたものが実用化されているので、
このような正極活物質を用いても良い。
【0021】このように構成される電極Dでは、以下の
式(1)あるいは(2)に基づいて上記ピッチaと活物
質Bの平均粒径dとが規定されている。 2d≦a≦30(170−d) (1) 4d≦a≦20(170−d) (2) なお、これら式(1),(2)は平均粒径dが5(μ
m)〜120(μm)の範囲内において規定されるもの
である。また、ピッチaと平均粒径dの各単位は、ミク
ロンメートル(μm)である。
【0022】図3は、上記電極Dを用いた円筒二次電池
P(例えばニッケル水素電池)の斜視図である。この円
筒二次電池Pでは、負電極D1と正電極D2とは、セパレ
ータ3を挟んだ状態で渦巻き状に多重巻回して電槽4
(負極端子)内に収納されており、また電槽4内に充填
された電解液に浸漬されている。電槽4の上端は開口部
が形成されており、当該開口部は、中央に正極端子5が
設けられると共に電槽4に対して絶縁された封口板6に
よって封止されている。また、負電極D1は電槽4に接
続され、また正電極D2は正極端子5に接続されてお
り、負電極D1と正電極D2とは電解液を介して直列回路
を構成している。
【0023】次に、このように構成された電極D及び円
筒二次電池Pの作用について詳しく説明する。
【0024】上記式(1)あるいは(2)に基づいて電
極Dの構造の特徴であるピッチaと平均粒径dとの関係
を規定する根拠は、図4に示す特性図にある。この特性
図は、実験に基づくものであり、ピッチaと平均粒径d
との関係を様々に設定した負電極と正電極とを製作して
10,000個(=サンプル数)の円筒状電池を構成
し、ショート頻度との関係がどのようになるかを示すも
のである。この実験結果から、ショート頻度を10個以
内に抑えるためには、上式(1)の関係を満足すれば良
いことが見出され、ショート頻度を3個以内に抑えるた
めには、上式(2)の関係を満足すれば良いことが見出
された。
【0025】ここで、ピッチaが平均粒径dの2倍(=
2d)以上の場合には、貫通孔2の中に活物質Bの粒子
が十分に入り込むことが可能となり、電極芯材X,X’
と活物質Bとの固着力が十分に確保されるものと考察さ
れる。このような傾向は平均粒径dが120μm程度ま
では同様であるが、これを越える平均粒径dの場合に
は、活物質Bの粒子同士の接触面積が低下することによ
って貫通孔2の存在による固着力向上効果が相殺される
ものと考えられる。なお、平均粒径dについては、5μ
m程度のものまで製造することは可能であるが、小さく
なる程製造コストが上昇するので、比較的小さな平均粒
径dは好ましくない。
【0026】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、例えば以下のような変形が考えられ
る。 (1)上記電極Dは電極芯材X,X’に貫通孔2を備え
るものであるが、上記作用の説明からもわかるように必
ずしも貫通している必要はない。貫通していない単純孔
であっても、当該単純孔を母材1の両面に設けることに
より活物質Bの粒子が単純孔内に入り込んで固着力の向
上が実現される。
【0027】(2)上記貫通孔2や単純孔は、例えばエ
ッチング処理によって母材1に形成することができる
が、貫通孔2の場合には、母材1のいずれか片面あるい
は両面から局所的に押圧することによって形成すること
ができる。例えば、周面に無数の突起が配列した1対の
ローラ間に母材1を挿通させることにより容易に貫通孔
2を形成することができる。また、このような加工方法
によれば、貫通孔2の周縁にバリが形成されるので、こ
のバリの存在によって固着力を向上させることができ
る。なお、この場合、バリの先端が活物質Bの表面に露
出するように、つまりバリの長さをできるだけ大きくす
ることにより固着力をさらに向上させることができる。
ただし、全てのバリ2bの先端が電極表面に露出してい
る必要はなく、少なくとも一部のバリ2bの先端が露出
していれば良い。
【0028】(3)また、貫通孔2や単純孔の配列パタ
ーンは、図1に限定されるものではなく、他の配列パタ
ーンであっても良く、貫通孔2や単純孔の形状について
も図1に示す円形でなくても良い。
【0029】(4)上記図3は円筒二次電池Pについて
示しているが、上記電極Dを負電極を絶縁材を挟んで正
電極と交互に積層して電槽内に実装した角形電池にも適
用することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
平板状の電極芯材の表面に粉末状の活物質を所定厚で固
着された電極であって、電極芯材に形成された孔のピッ
チa(μm)と活物質の平均粒径d(μm)との間に平
均粒径dが5(μm)〜120(μm)の範囲内におい
て下式に示す関係に設定することにより、上記ピッチa
と平均粒径dの関係を規定するというより簡単な方法に
よって電極芯(集電体)に対する活物質の固着力を向上
させることができると共に活物質の固着力が安定した電
極及び電池を得ることができる。 2d≦a≦30(170−d)
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係わる電極に用いら
れる電極芯材(集電体)の正面図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係わる電極の拡大図
断面図である。
【図3】 本発明の一実施形態に係わる円筒二次電池
の斜視図である。
【図4】 本発明の一実施形態に係わる電極におい
て、集電体に形成される貫通孔のピッチ間隔と活物質の
平均粒径との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
X,X’……電極芯材(集電体) B……活物質 D……電極 D1……負電極 D2……正電極 P……円筒二次電池 1……母材 2……貫通孔 3……セパレータ 4……電槽 5……正極端子
フロントページの続き (72)発明者 岩崎 孝行 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 望月 智俊 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 Fターム(参考) 5H017 AA02 AS02 BB06 BB08 CC03 DD01 DD03 DD08 EE01 HH00 HH03 5H028 AA02 AA05 BB03 BB04 CC07 CC08 CC10 CC20 HH00 HH06 5H050 AA14 BA14 CA03 CB16 DA04 FA08 FA10 FA17 GA03 GA04 GA07 GA25 HA05 HA06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板状の電極芯材(X,X’)の表面
    に粉末状の活物質(B)を所定厚で固着された電極であ
    って、 電極芯材(X,X’)に形成された孔(2)のピッチa
    (μm)と活物質(B)の平均粒径d(μm)との間
    に、平均粒径dが5(μm)〜120(μm)の範囲内
    において下式(1)に示す関係を有することを特徴とす
    る電極。 2d≦a≦30(170−d) (1)
  2. 【請求項2】 平板状の電極芯材(X,X’)の表面
    に粉末状の活物質(B)を所定厚で固着された電極であ
    って、電極芯材(X,X’)に形成された孔(2)のピ
    ッチa(μm)と活物質(B)の平均粒径d(μm)と
    の間に、平均粒径dが5(μm)〜120(μm)の範
    囲内において下式(2)に示す関係を有することを特徴
    とする電極。 4d≦a≦20(170−d) (2)
  3. 【請求項3】 孔(2)は、電極芯材(X,X’)の
    いずれか片面あるいは両面から局所的に押圧して形成さ
    れた貫通孔でありバリを有することを特徴とする請求項
    1または2記載の電極。
  4. 【請求項4】 少なくとも一部のバリは、先端部が電
    極表面に露出する状態に形成されることを特徴とする請
    求項3記載の電極芯材。
  5. 【請求項5】 活物質は、水酸化ニッケルを主成分と
    する正極活物質であることを特徴とする請求項1〜4い
    ずれかに記載の電池の電極。
  6. 【請求項6】 活物質は、水素吸蔵合金を主成分とす
    る負極活物質であることを特徴とする請求項1〜4いず
    れかに記載の電池の電極。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の電極(正電極)を絶縁
    材を挟んで負電極と交互に積層した状態で電槽内に実装
    してなることを特徴とする電池。
  8. 【請求項8】 請求項5記載の電極(正電極)を絶縁
    材を挟んで負電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電
    槽内に実装してなることを特徴とする電池。
  9. 【請求項9】 請求項6記載の電極(負電極)を絶縁
    材を挟んで正電極と交互に積層した状態で電槽内に実装
    してなることを特徴とする電池。
  10. 【請求項10】 請求項6記載の電極(負電極)を絶
    縁材を挟んで正電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して
    電槽内に実装してなることを特徴とする電池。
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