JP2004103462A

JP2004103462A - 二次電池の電極用の芯材

Info

Publication number: JP2004103462A
Application number: JP2002265410A
Authority: JP
Inventors: Jun Kaneko; 金子　純
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】水素吸蔵合金粉末などの電極活物質の固着力を高めることができ、剥離や脱落を極力防止できる二次電池の電極用の芯材を提供すること。
【解決手段】電極活物質が付けられる二次電池の電極用の芯材１０を、金属箔部材１１に表裏両面から貫通させて反りないしバリ１３を残存させて複数の孔１２を形成して構成する。
これにより、これまでは反りやバリが存在すると、電極の空隙率が高くなったり、巻回時にセパレータを突き破ることが有るとされ、予め除去するようにしていた反りやバリの不定形な形状を積極的に利用して電極活物質を食い込ませて固着力の増大を図るようにしている。
なお、この芯材では、電極活物質を固着した後、ローラ間を通すことで、反りやバリの突き出しを防止すると同時に厚みの調整を行い、これまでの反りやバリによって生じる問題をなくすようにしている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の電極用の芯材に関し、ニッケル・水素二次電池などの電極用の芯材として、両表面に付ける水素吸蔵合金粉末等の電極活物質の固着力を高めることができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、基本的には、一方の電極となる正極、もう一方の電極となる負極、正極と負極とを絶縁するセパレータ、および正極と負極との間でイオンの移動を可能にする電解液で構成されており、電極を構成する材料などによってニッケル・亜鉛二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池、ニッケル・水素二次電池などの二次電池がある。
【０００３】
例えばニッケル・水素二次電池では、正極として導電性の芯材に活物質となる水酸化ニッケル粉末等が付けられたものが、負極として導電性の芯材に活物質となる水素吸蔵合金粉末等が付けられたものが用いられており、芯材としてはエキスパンドメタルやパンチングメタルなどが用いられ、多数の孔部を介して電解液が通過できるようになっている。
【０００４】
このようなニッケル・水素二次電池に用いられている電極のうち例えば負極板は、２０〜６０μｍ程度に薄く伸ばした鋼板にパンチングなどにより多数の貫通孔をあけた多孔板の表面にニッケルメッキを施して芯材とし、この芯材の表面に、例えばランタン・ニッケル系等の水素吸蔵合金粉末と、樹脂などの接着剤に導電性粒子を添加してなる導電性の有機バインダとを混合したスラリを塗布し、これを乾燥させた後、プレス加圧することによって、例えば厚さを２５０〜４５０μｍ程度としたものが用いられている。
【０００５】
このような負極板を用いて、例えば円筒状のニッケル・水素二次電池を製造する場合には、負極板を正極板およびセパレータとともにコイル状に巻く必要があるが、このコイル状に巻く段階で水素吸蔵合金粉末が芯材から剥離したり、脱落するおそれがあり、二次電池の性能が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本願出願人において、水素吸蔵合金粉末の芯材への固着力を高めることができる芯材として、特許文献１に開示したものがあり、例えば図４に示すように、この芯材１は、ニッケル箔に表裏を貫通する長孔形状の孔部２を形成し、この孔部２の周縁部を表裏交互に盛り上げて突出部３として非平面形状に形成し、この突出部３によって水素吸蔵合金粉末の固着力を高めるようにしている。
【０００７】
また、２次電池の電極用の芯材では、反りやバリが存在すると、電極の空隙率が高くなったり、巻回時にセパレータを突き破ることが有るとされ、予め除去することが特許文献２に開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献３の立体多孔金属箔、この金属箔の加工方法及びその加工装置には、金属箔に、所定の折り曲げ半径に応じて形成した不連続カットラインと、不連続カットラインに当たらないように開けた多数の空孔部とを有することで、金属箔を容易に折り曲げることを可能とすることが開示されている。
【０００９】
また、二次電池用集電体に関しては、特許文献４や特許文献５などがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１５１１７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８５７６７号公報
【特許文献３】
特開２００１−３５７８５６号公報
【特許文献４】
特開平１１−６７２１９号公報
【特許文献５】
特開平１１−１９１４１８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような芯材１の孔部２の周縁部を表裏交互に盛り上げて突出部３を形成することで、平坦な芯材に比べて水素吸蔵合金粉末の固着力を増大できるものの、二次電池の性能向上のためには、さらなる固着力の増大が望まれている。
【００１２】
この発明は、上記従来技術に対する要望に鑑みてなされたもので、水素吸蔵合金粉末などの電極活物質の固着力を高めることができ、剥離や脱落を極力防止することができる二次電池の電極用の芯材を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため二次電池の電極用の芯材について鋭意検討を重ねた結果、孔の周縁部を滑らかに盛り上げて突出部を形成するだけでなく、突出部自体での固着力を向上することが有効であり、このための形状として孔をあける場合に形成される反りやバリを利用することが有効であることを見出だし、本願を完成したものである。
【００１４】
すなわち、この発明の請求項１記載の二次電池の電極用の芯材は、正極活物質または負極活物質が付けられる二次電池の電極用の芯材であって、金属箔部材に表裏両面から貫通させて反りないしバリを残存させて複数の孔を形成して構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
この二次電池の電極用の芯材によれば、電極活物質が付けられる二次電池の電極用の芯材を、金属箔部材に表裏両面から貫通させて反りないしバリを残存させて複数の孔を形成して構成するようにしており、これまでは反りやバリが存在すると、電極の空隙率が高くなったり、巻回時にセパレータを突き破ることが有るとされ、予め除去するようにしていた（特許文献２などを参照）が、ここでは、反りやバリの不定形な形状を積極的に利用して電極活物質の固着力の増大を図るようにしている。
【００１６】
なお、この芯材では、電極活物質を固着した後、ローラ間を通すことで、反りやバリの突き出しを防止すると同時に厚みの調整を行い、これまでの反りやバリによって生じる問題をなくすようにしている。
【００１７】
また、この発明の請求項２記載の二次電池の電極用の芯材は、請求項１記載の構成に加え、前記複数の孔を、異形の孔としたことを特徴とするものである。
【００１８】
この二次電池の電極用の芯材によれば、複数の孔を、異形の孔とするようにしており、生じる反りやバリの形状も不定形となって電極活物質の固着力も増大できるようになる。
【００１９】
ここで、異形の孔とは、円形や矩形などの整った形状でない孔および多数の孔同士の間でも同一形状でなく異なる形状である孔をいう。
【００２０】
さらに、この発明の請求項３記載の二次電池の電極用の芯材は、請求項１または２記載の構成に加え、前記複数の孔の表裏両面に残存される反りないしバリを、二次電池の電極として巻回する内周側を小さく、外周側を大きくすることを特徴とするものである。
【００２１】
この二次電池の電極用の芯材によれば、前記複数の孔の表裏両面に残存される反りないしバリを、二次電池の電極として巻回する内周側を小さく、外周側を大きくするようにしており、内外周の曲率の違いや伸びによる影響を抑えて一層固着力を高めることができるようにしている。
【００２２】
また、この発明の請求項４記載の二次電池の電極用の芯材は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記金属箔部材を、ニッケルメッキを施した鉄箔またはステンレス箔としたことを特徴とするものである。
【００２３】
この二次電池の電極用の芯材によれば、前記金属箔部材を、ニッケルメッキを施した鉄箔またはステンレス箔とするようにしており、ニッケルメッキを施した鉄箔とすることで、電解液による腐蝕などを防止しながらニッケル箔に比べてコスト低減を図ることができ、ステンレス箔とすることで、電解液による腐蝕などを防止しながらニッケルメッキの工程を省略でき、一層のコスト低減を図るようにしている。
【００２４】
ここで、反りないしバリとは、突き刺すようにして形成する孔の周囲にできる母材の突出部をいい、反りとバリとを特に区別する必要はなく、通常、金属板材の加工の際に生じる反りであっても、バリであってもその大きさなどに拘らず含む意である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の二次電池の電極用の芯材の一実施の形態にかかり、（ａ）は部分拡大斜視図、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【００２６】
この二次電池の電極用の芯材（以下、単に芯材とする。）１０は、例えばニッケル・水素二次電池の負極板の芯材として用いられる。
【００２７】
この芯材１０は、金属箔部材１１として、例えばニッケルメッキを施した鉄箔やステンレス箔が用いられ、その厚さが２０〜６０μｍの範囲とされ、この金属箔部材１１に表裏両面から貫通させて複数の孔１２を形成し、これによって貫通方向前方となる面にそれぞれ反りないしバリ１３を残すようにしてある。
【００２８】
すなわち、この芯材１０に形成される複数の孔１２は、切削や打ち抜きにより孔部分を除去することで形成されるものでなく、工具を突き刺すことで孔部分の金属箔部材を前方に突き出させて反りやバリとして残した状態となっている。
【００２９】
この芯材１０に形成する複数の孔１２は、例えば図１に示すように、千鳥状に配置されて金属箔部材１１の長手方向には、表裏交互に反りないしバリ１３が突き出すようにし、金属箔部材１１の幅方向には、同一面に反りないしバリ１３が突き出すように形成される。
【００３０】
このような芯材１０の複数の孔１２の形状は、金属箔部材１１に突き刺す工具の形状によってある程度定まり、例えば図１に示したような略円形の孔１２と反りないしバリ１３とする場合には、図２（ａ）に示す円錐部と円柱部を組み合わせた工具２１を用いて形成するが、孔１２の形状はこれに限らず、円形以外であっても良く、図２（ｂ）に示す角錐部と角柱部を組み合わせた工具２２を用いて形成する矩形の孔１２と反りないしバリ１３とするようにしても良い。
【００３１】
また、反りないしバリの発生を促すため、例えば図２（ｃ）に示す直角な板状部の先端部を尖らせた工具２３や、図２（ｄ）に示す１枚の板に直交させて２枚の板を設けて先端部を尖らせた工具２４などを用いて複数の孔１２および反りないしバリ１３を形成しても良く、打ち抜くこと無く、突き刺すようにして孔１２を形成でき、反りないしバリ１３を残すようにできれば良く、できる孔の形状や工具の形状は適宜定めれば良い。
【００３２】
なお、図では、反りないしバリ１３の周縁部が滑らかに描いてあるが、通常は引き千切られるようにギザギザ等の複雑な形状になる。
【００３３】
また、芯材１０の孔１２は、径が１〜１０００μｍの範囲とされ、間隔が５〜１０００μｍの範囲とされる。
【００３４】
したがって、これらの孔１２によって生じる反りないしバリ１３の高さは最大でも孔１２の径と同一であり、通常は孔１２の径の半分程度の高さになる。これにより、この芯材１０を用いるニッケル・水素二次電池の負極板では、芯材１０の両表面に水素吸蔵合金粉末を付けた状態での厚さを２５０〜４５０μｍとすることから、場合によっては水素吸蔵合金粉末から反りないしバリ１３が突き出すことになるが、水素吸蔵合金粉末を芯材１０の付けるためローラ間に通すことで、突き出しを無くして厚さも一定にすることができる。
【００３５】
次に、この芯材１０によるニッケル・水素二次電池の負極板３０の成形について、図３により説明する。
【００３６】
この負極板３０の製造は、例えば有機バインダを用いず乾式法で行われ、板状の電極プリフォームを成形した後、この電極プリフォームを少なくとも１回圧延することで製造される。
【００３７】
この電極プリフォームを製造する乾式法としては、例えば粉末圧延法が用いられ、図３（ａ）に示すように、１対の圧延ロール３１の間に芯材１０を送給する一方、それぞれの圧延ロール３１の上方に配置したホッパ３２に入れられた水素吸蔵合金粉末３３を芯材１０の両表面に送り出すようにし、圧延ロール３１で加圧することで、水素吸蔵合金粉末３３同士および芯材１０と水素吸蔵合金粉末３３とを反りないしバリ１３および孔１２に噛み込ませるようにして強固に付着させる。
【００３８】
こうして成形された電極プリフォームは、必要に応じて予備圧延、予備焼結が行われ、水素吸蔵合金粉末３３同士および芯材１０と水素吸蔵合金粉末３３との結合を強化するようにする。なお、予備圧延として電極プリフォームに電圧を印加して圧延ロールによって加圧するようにすれば、通電加熱により水素吸蔵合金粉末３３同士および芯材１０と水素吸蔵合金粉末３３とを拡散接合させることもできる。
【００３９】
こうして得られた電極プリフォームは、図示しない圧延ロール間で少なくとも１回圧延することで負極板３０となる。
【００４０】
なお、負極板の製造方法としては、乾式法に限らず、有機バインダを用いる湿式法であっても良い。
【００４１】
この負極板３０では、芯材１０の貫通させて突き刺すようにした孔１２とその周縁部に突き出した反りないしバリ１３に、負極活物質である水素吸蔵合金粉末３３を食い込ませることができ、これまでの滑らかな孔や平坦な突出部が形成された芯材に比べ、強固に水素吸蔵合金粉末３３を付着させて固着力を高めることができる。
【００４２】
また、このような負極板３０を用いてニッケル・水素二次電池を構成する場合には、セパレータを介して正極板を巻いてケース内に収納するようにするが、芯材１０に形成する孔１２および反りないしバリ１３を内周側を小さくし、外周側を大きくしておくことで、内外周の曲率の相違や伸びなどの影響を極力抑えて負極活物質である水素吸蔵合金粉末３３の脱落や剥離を一層強力に防止することができる。
【００４３】
これにより、ニッケル・水素二次電池とした場合にも、放電容量が高くなって二次電池としての性能に優れたものとなった。
【００４４】
また、芯材１０を構成する金属箔部材として、ニッケルメッキを施した鉄箔を用いることで、二次電池とした場合の電解液による腐蝕などを防止しながらニッケル箔に比べてコスト低減を図ることができ、ステンレス箔とすることで、二次電池とした場合の電解液による腐蝕などを防止しながら、ニッケルメッキを施した鉄箔を用いる場合と比べ、ニッケルメッキの工程を省略でき、一層のコスト低減を図ることができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、ニッケル・水素二次電池の負極として用いる場合を例に説明したが、これに限らず、ニッケル・亜鉛二次電池など他の二次電池の正極（電極）用や負極（電極）用の芯材としても同様に用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の二次電池の電極用の芯材によれば、電極活物質が付けられる二次電池の電極用の芯材を、金属箔部材に表裏両面から貫通させて反りないしバリを残存させて複数の孔を形成して構成したので、これまでは反りやバリが存在すると、電極の空隙率が高くなったり、巻回時にセパレータを突き破ることが有るとされ、予め除去するようにしていた反りやバリの不定形な形状を積極的に利用して電極活物質を食い込ませることができ、これにより固着力の増大を図ることができ、電極活物質の剥離や脱落を防止することができる。
【００４７】
また、この発明の請求項２記載の二次電池の電極用の芯材によれば、複数の孔を、異形の孔とするようにしたので、円形や矩形などの整った形状でない孔や多数の孔同士の間でも同一形状でなく異なる形状とした孔とすることで、これらに生じる反りやバリの形状も不定形とすることができ、電極活物質を、より一層食い込ませることができる部分が増大し、固着力の増大を図ることができる。
【００４８】
さらに、この発明の請求項３記載の二次電池の電極用の芯材によれば、前記複数の孔の表裏両面に残存される反りないしバリを、二次電池の電極として巻回する内周側を小さく、外周側を大きくするようにしたので、内外周の曲率の違いや伸びによる影響を抑えて一層固着力を高めることができる。
【００４９】
また、この発明の請求項４記載の二次電池の電極用の芯材によれば、前記金属箔部材を、ニッケルメッキを施した鉄箔またはステンレス箔とするようにしたので、ニッケルメッキを施した鉄箔とすることで、電解液による腐蝕などを防止しながらニッケル箔に比べてコスト低減を図ることができ、ステンレス箔とすることで、電解液による腐蝕などを防止しながらニッケルメッキの工程を省略でき、一層のコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の二次電池の電極用の芯材の一実施の形態にかかり、（ａ）は部分拡大斜視図、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図２】この発明の二次電池の電極用の芯材の一実施の形態にかかり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれが孔および反りないしバリの概略斜視図と孔加工用の工具の概略斜視図である。
【図３】この発明の二次電池の電極用の芯材の一実施の形態にかかり、（ａ）はこの芯材を用いたニッケル・水素二次電池の負極板の製造装置の概略構成図、（ｂ）は負極板の部分拡大断面図である。
【図４】従来の電極用の芯材の概略斜視図および部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０　芯材
１１　金属箔部材
１２　孔
１３　反りないしバリ
２１〜２４　孔加工用の工具
３０　負極板
３１　圧延ロール
３２　ホッパ
３３　水素吸蔵合金粉末

Claims

正極活物質または負極活物質が付けられる二次電池の電極用の芯材であって、金属箔部材に表裏両面から貫通させて反りないしバリを残存させて複数の孔を形成して構成したことを特徴とする二次電池の電極用の芯材。
前記複数の孔を、異形の孔としたことを特徴とする請求項１記載の二次電池の電極用の芯材。
前記複数の孔の表裏両面に残存される反りないしバリを、二次電池の電極として巻回する内周側を小さく、外周側を大きくすることを特徴とする請求項１または２記載の二次電池の電極用の芯材。
前記金属箔部材を、ニッケルメッキを施した鉄箔またはステンレス箔としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の電極用の芯材。