JP2007280922A - Manufacturing method of electrode for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池用電極の製造方法に関し、より詳しくはアルカリ蓄電池の電極を安定して連続的に生産するための方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a battery electrode, and more particularly to a method for stably and continuously producing an electrode for an alkaline storage battery.
アルカリ蓄電池などの電池は携帯機器の電源から電動工具の電源や電気自動車の補助電源に用途を拡大しつつある。これに伴って高率放電特性の向上が強く求められており、その対応策の一つとして電極(正極および負極)の長手方向に沿った一辺に未塗工部を形成させるように合剤ペーストを塗工し、正極と負極の未塗工部どうしが対峙しないよう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付けて電極群を形成し、この電極群の上下面に正極集電板と負極集電板とを溶接する構成が採られる。この構成の利点として、長手方向の一端のみにリードを接合する従来技術とは異なり、正極および負極の全周から集電できるので内部抵抗が激減し、高率放電特性を向上させることができる。 Applications of batteries such as alkaline storage batteries are expanding from the power source of portable devices to the power source of electric tools and the auxiliary power source of electric vehicles. Along with this, improvement of the high rate discharge characteristics is strongly demanded, and as one of the countermeasures, a mixture paste that forms an uncoated part on one side along the longitudinal direction of the electrodes (positive electrode and negative electrode) In order to prevent the uncoated portions of the positive electrode and the negative electrode from facing each other, the electrode groups are formed by winding them in a spiral shape in a state of being alternately stacked with separators interposed between them. The structure which welds a positive electrode current collecting plate and a negative electrode current collecting plate is taken. As an advantage of this configuration, unlike the conventional technique in which the lead is joined to only one end in the longitudinal direction, current can be collected from the entire circumference of the positive electrode and the negative electrode, so that the internal resistance is drastically reduced and the high rate discharge characteristics can be improved.
三次元金属多孔体に活物質などの合剤を充填してなる電極は、少量の結着剤でこれら合剤を電極中に多量に保持できるという観点から、アルカリ蓄電池の正極を中心に実用化が広まっている。ただしこのような電極に精度よく未塗工部を形成するのは困難である。そこで三次元金属多孔体に合剤ペーストを充填した後に塗工部に当たる箇所をストライプロールプレス機によってプレス加工する一方、未塗工部に当たる箇所を残存凸状部としてプレス加工せずに、この箇所に超音波振動を与えて活物質を除去する方法が提案されている(例えば特許文献1)。また三次元的金属多孔体などの芯材に合剤ペーストを吐出するノズルを近接させて合剤ペーストを吐出し、芯材より幅が狭い塗工部を設ける方法が提案されている(例えば特許文献2)。
しかし特許文献1の方法では、除去した合剤ペーストがロスとなるので効率的とはいえない。その点では特許文献2の方法は合剤ペーストのロスが発生しない特長があるが、塗工直後に塗工部の両端で合剤ペーストが液垂れすることにより塗工部の幅のバラツキが大きくなり、これに追従して未塗工部の幅のバラツキも大きくなって、電極群の上下面に正極集電板と負極集電板とを溶接する際に未塗工部に残存した合剤ペーストによって溶接が不十分になるという課題が生じる。さらに生産性を向上させるためには三次元金属多孔体をフープ状にして連続的に供給する必要があるのだが、このような三次元金属多孔体は連続供給時に蛇行しやすい。しかるに特許文献1および2の方法では上述した蛇行を抑制する手段を有しないので、塗工後の電極に歪みが生じて湾曲することが避けられない。この湾曲により上述した溶接不具合はさらに増すことになる。
However, the method of Patent Document 1 cannot be said to be efficient because the removed mixture paste is lost. In that respect, the method of
本発明は上記課題に対処するためになされたもので、高い歩留で合剤ペーストを活用するとともに、未塗工部と集電板との溶接不具合に直結する未塗工部の幅のバラツキや電極の歪みを削減できる、精度の高い電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to address the above-described problems, and uses the mixture paste at a high yield, and the variation in the width of the uncoated portion that directly leads to a welding failure between the uncoated portion and the current collector plate. It is an object of the present invention to provide a highly accurate battery electrode manufacturing method capable of reducing distortion of electrodes.
上記目的を達成するために、本発明の電池用電極の製造方法は、連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含み、この塗工工程に先駆けて、芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密
度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the battery electrode manufacturing method of the present invention includes a coating step of continuously applying a mixture paste containing an active material to a core material composed of a continuous three-dimensional porous metal body. In addition, prior to this coating process, a pre-processing process is provided in which the travel position of the core material is regulated and a part of the core material is sandwiched and densified to provide an uncoated part. .
合剤ペーストを塗工する前に芯材の一部を高密度化して未塗工部を設けることにより、塗工部と未塗工部との境界が明確化して合剤ペーストが未塗工部へ液垂れしにくくなり、未塗工部の幅のバラツキが低減できる。さらにこの工程において芯材に設けた未塗工部を挟持することにより芯材の走行直線性が向上し、三次元金属多孔体ゆえに連続供給時に発生しやすい蛇行が抑制でき、塗工後の電極の歪みによる湾曲が回避できる。これらの効果によって未塗工部と集電板との溶接不具合を回避することが可能となる。 Before applying the mixture paste, by densifying a part of the core material and providing an uncoated part, the boundary between the coated part and the uncoated part is clarified and the mixture paste is not coated. It is difficult for the liquid to drip into the part, and the variation in the width of the uncoated part can be reduced. Further, by sandwiching the uncoated part provided in the core material in this process, the running linearity of the core material is improved, and the meandering that is likely to occur during continuous supply due to the three-dimensional metal porous body can be suppressed, and the electrode after coating Can be avoided. Due to these effects, it is possible to avoid welding defects between the uncoated portion and the current collector plate.
本発明によると、高い歩留で合剤ペーストを活用できる上に、未塗工部と集電板との溶接不具合に直結する未塗工部の幅のバラツキや電極の歪みを削減できるので、精度の高い電池用電極を製造することができる。 According to the present invention, the mixture paste can be used at a high yield, and the variation in the width of the uncoated part and the distortion of the electrode directly connected to the welding failure between the uncoated part and the current collector plate can be reduced. A battery electrode with high accuracy can be manufactured.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1の発明は、連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含み、この塗工工程に先駆けて、芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする電池用電極の製造方法に関する。 1st invention includes the coating process which coats the mixture paste containing an active material continuously to the core material which consists of a continuous three-dimensional metal porous body, and precedes this coating process, The present invention relates to a method for manufacturing a battery electrode, characterized in that a pretreatment step is provided in which a density is increased while sandwiching a part of the core material while restricting a traveling position and an uncoated portion is provided.
図1は本発明の電池用電極の製造方法の概略図である。芯材1(具体的には三次元金属多孔体)はこの図の下側から上側へ走行し、芯材走行位置規制装置5と高密度処理装置6とを経た後に、合剤ペースト塗工装置4(例えばノズルなどからなる)を通過することにより、電極7となる。得られた電極7は未塗工部2と塗工部3とを有する。
FIG. 1 is a schematic view of a method for producing a battery electrode of the present invention. The core material 1 (specifically, the three-dimensional metal porous body) travels from the lower side to the upper side in this figure, passes through the core material travel
合剤ペースト塗工装置4を経る前に芯材1の一部を高密度化して未塗工部2を設けることにより、塗工部3と未塗工部2との境界が明確化して合剤ペーストが未塗工部2へ液垂れしにくくなり、未塗工部2の幅のバラツキが低減できる。さらにこの工程において芯材1の走行位置を芯材走行位置規制装置5が規制しており、かつ芯材1に設けた未塗工部2を高密度処理装置6が挟持しているので、芯材1の走行直線性が格段に向上し、三次元金属多孔体ゆえに連続供給時に発生しやすい蛇行が抑制でき、塗工後の電極7の歪みによる湾曲が回避できる。これらの効果によって未塗工部2と集電板(図示せず)との溶接不具合を回避することが可能となる。
Before passing through the mixture paste
なお本発明における高密度化とは、元の芯材1に対して合剤以外のもので空孔体積を減らすことを総称したものである。 The densification in the present invention is a general term for reducing the pore volume with a material other than the mixture with respect to the original core material 1.
本発明の電池用電極の製造方法の細部について、さらに詳しく説明する。図2は本発明における高密度処理装置6の断面模式図、図3は本発明における合剤ペースト塗工装置4の断面模式図である。芯材1が芯材走行位置規制装置5を経ることにより、芯材1の走行位置が規制される。しかる後に高密度処理装置6によって未塗工部2を形成するのだが、この高密度処理装置6が未塗工部2となる箇所を挟持するために、芯材1が走行中に左右に蛇行することを抑制できる。このような製造方法を経て得られた電極7は、未塗工部2と塗工部3との境界の直線性が高いものとなる(図4(B)および図5(B)参照)。さらには塗工時の蛇行が抑制されているので、塗工後に行う圧延工程にて顕著化する湾曲をも回避できる。
Details of the method for producing the battery electrode of the present invention will be described in more detail. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the high-
一方で高密度処理装置6を省略すると、芯材1がわずかに蛇行する上に、未塗工部2に
合剤ペーストが液垂れするために、図4(A)に示すように未塗工部2の幅のバラツキが生じて、溶接の不具合が目立つようになる。また芯材走行位置規制装置5を省略すると、蛇行が激しくなって図5(A)に示すように塗工部3の波打ち現象が生じる。この現象は未塗工部2の幅のバラツキに直結するだけでなく、圧延工程を経た電極7の湾曲をも引き起こすため、未塗工部2と集電板との溶接不具合は顕著化する。
On the other hand, if the high-
第2の発明は、第1の発明において、前処理工程において芯材1の両端部を未塗工部2とすること特徴とする。最も位置規制効果の高い芯材1の両端部を未塗工部2として挟持することにより、蛇行防止効果はさらに増し、塗工後に行なう圧延工程にて顕著化する湾曲をも回避できる。
The second invention is characterized in that, in the first invention, both end portions of the core material 1 are uncoated
第3の発明は、第1の発明において、前処理工程において芯材1を圧縮することによって未塗工部2を設けることを特徴とする。高密度化処理した未塗工部2を設ける方法の中で、この方法は他の部材を必要としないので最も生産性が高い。
The third invention is characterized in that, in the first invention, the
第4の発明は、第1の発明において、前処理工程において芯材1にこの芯材1と同一のものを貼り合わせることによって未塗工部2を設けることを特徴とする。未塗工部2の単位面積当たり金属重量を大きくすることにより、第3の発明を経たものよりも集電体との溶接が容易になるが、用意する部材の増加は免れない。その中でも第4の方法は、芯材1と同一のもの(例えば芯材1の一部を切片やリール状に加工したもの)を用いることができるので、部品点数を実質的に増やす必要がなくなる。
A fourth invention is characterized in that, in the first invention, the
第5の発明は、第1の発明において、前処理工程において芯材1に金属板を貼り合わせることによって未塗工部2を設けることを特徴とする。この方法は第4の発明に記した方法に比べて部品点数が増すが、集電体との溶接をより容易にできるので好ましい。なお金属板としては、電池環境下において電気化学的に安定な材料であれば自由に選択できる。具体的にはニッケル板、鋼板にニッケルメッキしたものなどが挙げられる。
The fifth invention is characterized in that, in the first invention, the
本発明は、主にアルカリ蓄電池用正極の製造方法として有用である。アルカリ蓄電池用正極の合剤ペーストは、活物質である水酸化ニッケルと、高温特性などを改善するための添加剤である希土類酸化物や酸化亜鉛などと、結着剤であるポリテトラフルオエチレン(PTFE)などと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース(CMC)やキサンタンガムなどを水などの溶媒と混合して構成する。また芯材1は連続する三次元金属多孔体であって、具体的には発泡状あるいは繊維状のニッケルなどを、主としてフープ上に梱包してなる帯状の連続体が用いられる。 The present invention is mainly useful as a method for producing a positive electrode for an alkaline storage battery. The positive electrode mixture paste for alkaline storage batteries consists of nickel hydroxide, which is an active material, rare earth oxides and zinc oxide, which are additives for improving high temperature characteristics, and polytetrafluoroethylene ( PTFE) and the like, carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like as a thickener are mixed with a solvent such as water. The core material 1 is a continuous three-dimensional metal porous body. Specifically, a band-like continuous body obtained by packing foamed or fibrous nickel or the like mainly on a hoop is used.
以下、本発明における電池用電極の製造方法について詳細に説明する。 Hereafter, the manufacturing method of the battery electrode in this invention is demonstrated in detail.
(実施例1)
活物質である水酸化ニッケル100重量部に対して、酸化イッテルビウム1.5重量部、CMC0.1重量部、キサンタンガム0.1重量部、PTFE0.3重量部(固形分比)および適量の水を加えて練合し、合剤ペーストを得た。この合剤ペーストを、芯材1である連続する発泡状ニッケル多孔体(幅130mm、厚み0.5mm、多孔度98%、平均孔径200μm)の上に、図1〜3に示す方法で20m塗工した。なお塗工は、未塗工部2に掛からないようにして行った。ここで未塗工部2は芯材1を厚み0.1mmとなるように圧縮することによって設けた。またこの未塗工部2の幅は7mmとし、両端および略中央部の3箇所に設け、塗工部3における合剤(固形分比)の塗工量は0.06g/cm2とした。
Example 1
To 100 parts by weight of nickel hydroxide as an active material, 1.5 parts by weight of ytterbium oxide, 0.1 parts by weight of CMC, 0.1 parts by weight of xanthan gum, 0.3 parts by weight of PTFE (solid content ratio) and an appropriate amount of water In addition, kneading was performed to obtain a mixture paste. This mixture paste is coated on the continuous foamed nickel porous body (width 130 mm, thickness 0.5 mm, porosity 98%, average pore diameter 200 μm) as the core material 20 by the method shown in FIGS. Worked. The coating was performed so as not to be applied to the
この後、塗工部3の厚みが0.28mmとなるように圧延し、電極7のフープを得た。これを実施例1とする。
Then, it rolled so that the thickness of the
(実施例2)
実施例1に対して、芯材1の両端に未塗工部2を設けなかった(高密度化処理を芯材1の略中央部のみに行った)こと以外は実施例1と同様に電極7のフープを作製した。これを実施例2とする。
(Example 2)
In contrast to Example 1, the
(実施例3)
実施例1に対して、高密度処理装置6の近傍に芯材1である発泡状ニッケル多孔体と同じ材質のリール(幅7mm)を備え付け、これを貼り合わせることにより厚みが0.2mmの未塗工部2を設けたこと以外は実施例1と同様に電極7のフープを作製した。これを実施例3とする。
(Example 3)
In contrast to Example 1, a reel (width 7 mm) made of the same material as the foamed nickel porous body, which is the core material 1, is provided in the vicinity of the high-
(実施例4)
実施例1に対して、高密度処理装置6の近傍に厚み0.08mmのニッケルリール(幅7mm)を備え付け、これを溶接電流値3A、電圧値240V、加圧120Nで溶接する事により、厚みが0.18mmの未塗工部2を設けたこと以外は実施例1と同様に電極7のフープを作製した。これを実施例4とする。
Example 4
Compared to Example 1, a nickel reel (width 7 mm) having a thickness of 0.08 mm is provided in the vicinity of the high-
(比較例1)
実施例1に対して、高密度処理装置6を外したこと以外は実施例1と同様に電極7のフープを作製した。これを比較例1とする。
(Comparative Example 1)
A hoop of the electrode 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the high-
(比較例2)
比較例1に対して、芯材走行位置規制装置5をさらに外したこと以外は比較例1と同様に電極7のフープを作製した。これを比較例2とする。
(Comparative Example 2)
A hoop of the electrode 7 was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the core material travel
以上の各例に対し、以下の評価を行った。結果を(表1)に示す。 The following evaluation was performed on each of the above examples. The results are shown in (Table 1).
(走行直線性)
当初設定した芯材1の一端の位置からのズレを位置センサーで計測し、その触れ幅の最大値を蛇行位置ズレ量として(表1)に記した。
(Running linearity)
The deviation from the position of one end of the core 1 that was initially set was measured by a position sensor, and the maximum value of the touch width was recorded in (Table 1) as the meandering position deviation amount.
(塗工部2と未塗工部3との境界の直線性)
当初設定した塗工部2と未塗工部3との境界に対する振れ幅の最大値を各n=10で光学顕微鏡にて測定し、(表1)に記した。
(Linearity of boundary between
The maximum value of the deflection width with respect to the boundary between the initially set
(溶接性)
得られた電極7を幅50mm(うち未塗工部幅4mm)、長さ90cmに切断し、これを直径30mmとなるように負極、セパレータを一緒に捲回した後、厚み0.6mm、直径29mmのニッケル製集電板に溶接する。ここで、集電体溶接強度を引張強度試験機で確認し、引張強度100N以下の物を、溶接不具合品と判定し、その発生率を(表1)に記した。
(Weldability)
The obtained electrode 7 was cut into a width of 50 mm (including an uncoated portion width of 4 mm) and a length of 90 cm, and the negative electrode and the separator were wound together so as to have a diameter of 30 mm. Weld to a 29 mm nickel current collector. Here, the current collector welding strength was confirmed with a tensile strength tester, and those having a tensile strength of 100 N or less were determined as defective welding products, and the occurrence rates thereof are shown in (Table 1).
一方、高密度処理装置6を設けなかった比較例1は、芯材走行位置規制装置5のみで芯材1の走行位置を規制したものの、芯材1がわずかに蛇行する上に、未塗工部2に合剤ペーストが液垂れするために未塗工部2の幅のバラツキが生じて、溶接箇所に存在する合剤ペーストの影響で溶接不具合が目立つようになった。さらに芯材走行位置規制装置5をも設けなかった比較例2は、未塗工部2と塗工部3の境界に波打ち現象が生じるほどに蛇行が激しくなった。また比較例2は比較例1と比べて溶接不具合発生率が顕著に悪化したが、その理由として、比較例1と同様に未塗工部2に合剤ペーストが液垂れした影響と、空孔体積比率が異なる未塗工部2と塗工部3との境界が波打ちによって一定しないことによりその後の圧延工程で歪みが生じて電極7の湾曲を誘発した影響とが重複したことが考えられる。
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the high-
本発明を活用することにより、集電体との溶接が容易な電極を安定供給できるので、ハイブリッド自動車用電源など集電板を必須とする分野の電池の普及に多大な効果をもたらすことが期待できる。 By utilizing the present invention, an electrode that can be easily welded to a current collector can be stably supplied, so that it is expected to have a great effect on the spread of batteries in fields where a current collector plate is essential, such as a power source for a hybrid vehicle. it can.
1 芯材
2 未塗工部
3 塗工部
4 合材ペースト塗工装置
5 芯材走行位置規制装置
6 高密度処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記塗工工程に先駆けて、前記芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする電池用電極の製造方法。 A method for producing a battery electrode comprising a coating step of continuously applying a mixture paste containing an active material to a core material comprising a continuous three-dimensional metal porous body,
Prior to the coating process, a battery is provided with a pretreatment process in which a travel position of the core material is restricted and a part of the core material is sandwiched and densified to provide an uncoated part. For manufacturing an electrode.
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