JP2018045788A - Method and device for coating pasty electrode mixture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペースト状電極合剤の塗工方法及びペースト状電極合剤の塗工装置に係り、詳しくはニッケル水素二次電池の水素吸蔵合金負極を製造する際のペースト状電極合剤の塗工方法及びペースト状電極合剤の塗工装置に関する。 The present invention relates to a paste electrode mixture coating method and a paste electrode mixture coating apparatus, and more specifically, to applying a paste electrode mixture coating for producing a hydrogen storage alloy negative electrode of a nickel metal hydride secondary battery. The present invention relates to a construction method and a paste electrode mixture coating apparatus.
従来、金属板に被着される活物質層の厚さ及び電池の電力密度を確保しつつ電池内圧の低減が可能な水素吸蔵合金電極の製造方法が提案されている(特許文献1)。この製造方法では、重量平均分子量が1.2〜1.3×106g/molの高重合メチルセルロースを増粘材として用いて作製した水素吸蔵合金ペースト(ペースト状電極合剤)を金属板引き上げ方法で金属板に被着(塗工)する。 Conventionally, a method for producing a hydrogen storage alloy electrode capable of reducing the internal pressure of the battery while ensuring the thickness of the active material layer deposited on the metal plate and the power density of the battery has been proposed (Patent Document 1). In this production method, a metal plate is pulled up from a hydrogen storage alloy paste (a paste electrode mixture) prepared using a highly polymerized methylcellulose having a weight average molecular weight of 1.2 to 1.3 × 10 6 g / mol as a thickener. It is applied (coated) to a metal plate by the method.
この製造方法により作製された水素吸蔵合金負極を用いたニッケル水素二次電池は好適な厚さ及び表面平滑性をもち、更に、充電リザーブの増大によるエネルギー密度の低下を回避し、かつ、電池内圧を低減することができる。 A nickel metal hydride secondary battery using a hydrogen storage alloy negative electrode produced by this manufacturing method has a suitable thickness and surface smoothness, and further avoids a decrease in energy density due to an increase in charge reserve, and further reduces the internal pressure of the battery. Can be reduced.
図4に示すように、従来技術において、金属板に被着する水素吸蔵合金ペースト量、すなわちペースト塗着量は、メチルセルロース使用量が多いほど多くなり、充電リザーブ(水素吸蔵合金負極の充電容量−水酸化ニッケル正極の充電容量)の減少が大きいことがわかった。この理由は以下の如くであると考えられる。水素吸蔵合金電極が電池に組み込まれた後、過充電時に正極にて発生した酸素が水素吸蔵合金負極のメチルセルロースを分解して電子を生じ、この電子が負極に充電されて次第に水素吸蔵合金負極の余分の充電可能量(充電リザーブ)が減少してしまう。また、正極規制の密閉式ニッケル水素二次電池では、過充電時に発生する酸素によりメチルセルロースが分解すると、分解量に応じて充電リザーブが減少して充電末期に水素ガスが発生し、電池内圧の上昇を招いてしまう。 As shown in FIG. 4, in the prior art, the amount of hydrogen storage alloy paste deposited on the metal plate, that is, the amount of paste applied increases as the amount of methylcellulose used increases, and the charge reserve (charge capacity of the hydrogen storage alloy negative electrode − It was found that the decrease in the charge capacity of the nickel hydroxide positive electrode) was large. The reason is considered as follows. After the hydrogen storage alloy electrode is incorporated in the battery, oxygen generated at the positive electrode during overcharge decomposes methylcellulose of the hydrogen storage alloy negative electrode to generate electrons, which are charged into the negative electrode and gradually become hydrogen storage alloy negative electrode. The extra chargeable amount (charge reserve) will decrease. In addition, in sealed nickel-metal hydride secondary batteries regulated by the positive electrode, when methylcellulose is decomposed by oxygen generated during overcharge, the charge reserve decreases according to the amount of decomposition, and hydrogen gas is generated at the end of charging, resulting in an increase in battery internal pressure. Will be invited.
メチルセルロースの添加量の過度の減少は、得られるペースト層(活物質層)が極薄化してしまうので困難である。結局、正極規制の密閉式ニッケル水素二次電池では、メチルセルロースの分解による減少分だけ水素吸蔵合金負極の充電リザーブを予め大きく設定しておく必要があり、電池のエネルギー密度(最大放電量/重量)が低下してしまう。 An excessive reduction in the amount of methylcellulose added is difficult because the resulting paste layer (active material layer) becomes extremely thin. After all, in a sealed nickel-metal hydride secondary battery regulated by the positive electrode, it is necessary to set a large charge reserve for the hydrogen storage alloy negative electrode in advance by the amount reduced by the decomposition of methylcellulose, and the energy density of the battery (maximum discharge amount / weight) Will fall.
一方、重量平均分子量が1.2〜1.3×106g/molである高重合メチルセルロースを用いることは、水素吸蔵合金粉末、結着材、増粘材及び水を混合してペースト状電極合剤を形成し、集電体をなす金属板をペーストタンクから引き上げてペースト層を金属板の両面に被着させてペースト被着シートを形成し、ペースト層を乾燥させて活物質層とし、更にロールプレス法などで加圧して水素吸蔵合金電極とする金属板被着式水素吸蔵合金電極製造法においては、次の問題がある。具体的には、ペースト層を集電体に塗工するにあたり、ペーストタンク内でペースト成分である活物質、増粘材である高重合メチルセルロースならびに結着材としてのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やSBR(スチレンブタジェンラバー)やPVDF(ポリフッ化ビニリデン)やそれらの混合物の偏析を生じてしまい、電極板内で局所的に前述の電池性能の不具合を生じてしまう虞があった。すなわち、ペースト層を集電体に塗工するにあたり、部分的に増粘材の粘度低下が局所的に起こるため密着力の低い部分ができてしまい、充放電に伴い集電体からの剥離を生じ電池電気抵抗の増加や放電容量の低下を生じてしまう虞があった。 On the other hand, the use of highly polymerized methylcellulose having a weight average molecular weight of 1.2 to 1.3 × 10 6 g / mol means that a hydrogen storage alloy powder, a binder, a thickener and water are mixed to form a paste electrode Forming a mixture, pulling up the metal plate forming the current collector from the paste tank to deposit the paste layer on both sides of the metal plate to form a paste-coated sheet, drying the paste layer to make an active material layer, Furthermore, the metal plate-adhered hydrogen storage alloy electrode manufacturing method that uses a roll press method to form a hydrogen storage alloy electrode has the following problems. Specifically, when the paste layer is applied to the current collector, an active material that is a paste component in the paste tank, a highly polymerized methylcellulose that is a thickener, PTFE (polytetrafluoroethylene) as a binder, Segregation of SBR (styrene butadiene rubber), PVDF (polyvinylidene fluoride) or a mixture thereof may occur, and the above-described battery performance may be locally degraded in the electrode plate. That is, when the paste layer is applied to the current collector, the viscosity of the thickener partially decreases locally, resulting in a portion with low adhesion, and peeling from the current collector due to charge / discharge. As a result, the battery electrical resistance may increase or the discharge capacity may decrease.
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる水素吸蔵合金負極を形成するペースト状電極合剤の塗工方法及びペースト状電極合剤の塗工装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to apply a paste electrode mixture for forming a hydrogen storage alloy negative electrode capable of reducing the charge reserve of a nickel metal hydride secondary battery. It is in providing the method and the coating apparatus of a paste-form electrode mixture.
上記課題を解決するペースト状電極合剤の塗工方法は、水素吸蔵合金粉末、結着剤、増粘材及び水を混合してペースト状電極合剤を形成し、前記ペースト状電極合剤を貯留したペーストタンクから集電体を引き上げて前記ペースト状電極合剤を前記集電体の少なくとも片面に塗工するペースト状電極合剤の塗工方法である。そして、前記増粘材として、重量平均分子量が0.2×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースを用い、前記ペースト状電極合剤の前記集電体への塗工時に、前記ペースト状電極合剤に電圧を印加して粘度増加を起こさせた状態で塗工する。 A method for applying a paste electrode mixture that solves the above problems is to mix a hydrogen storage alloy powder, a binder, a thickener, and water to form a paste electrode mixture. In this method, the paste electrode mixture is applied to at least one surface of the current collector by lifting the current collector from the stored paste tank. And, as the thickener, using methylcellulose having a weight average molecular weight of 0.2 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol, when applying the paste electrode mixture to the current collector, Coating is performed in a state where a voltage is applied to the paste electrode mixture to increase the viscosity.
この構成によれば、重量平均分子量が0.2×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースが増粘材として使用されるため、固形分重量当たりの粘度が小さい点で扱い易く、ペースト状電極合剤を集電体に塗工するにあたり、ペースト状電極合剤は部分的に増粘材の粘度低下が局所的に起こって密着力の低い部分ができてしまうことが抑制される。しかし、このペースト状電極合剤は、重量平均分子量が1.2〜1.3×106g/molのメチルセルロースを用いた場合に比べて粘度が低いため、集電体をペーストタンクから引き上げてペースト状電極合剤を集電体に塗工した場合は、集電体に形成される活物質層の厚さが目的の厚さにならない。 According to this configuration, since methylcellulose having a weight average molecular weight of 0.2 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol is used as a thickener, it is easy to handle in terms of low viscosity per weight of solid content. In applying the paste-like electrode mixture to the current collector, the paste-like electrode mixture is partially prevented from partially reducing the viscosity of the thickening material and forming a portion with low adhesion. The However, this paste-like electrode mixture has a lower viscosity than when methylcellulose having a weight average molecular weight of 1.2 to 1.3 × 10 6 g / mol is used, so that the current collector is lifted from the paste tank. When the paste electrode mixture is applied to the current collector, the thickness of the active material layer formed on the current collector does not reach the target thickness.
しかし、前記のように構成されたペースト状電極合剤は、電気粘性流体すなわちER(Electro-Rheological)流体の性質を有するため、電圧を掛けるとその(見かけの)粘度が変化する。本発明の塗工方法では、ER流体の性質を有するペースト状電極合剤に電圧を印加して粘度を高めた状態で塗工することにより、増粘材のメチルセルロースの量を多くせずに、ペースト状電極合剤の粘度が高い状態で集電体に塗工することができ、集電体に形成される活物質層の厚さが目的の厚さになる。したがって、このペースト状電極合剤の塗工方法によりペースト状電極合剤が塗工された水素吸蔵合金負極は好適な厚さ及び表面平滑性を持ち、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる。 However, since the paste-like electrode mixture configured as described above has properties of an electrorheological fluid, that is, an ER (Electro-Rheological) fluid, its (apparent) viscosity changes when a voltage is applied. In the coating method of the present invention, by applying a voltage to the paste electrode mixture having the properties of ER fluid to increase the viscosity, without increasing the amount of methylcellulose of the thickener, The paste-like electrode mixture can be applied to the current collector with a high viscosity, and the thickness of the active material layer formed on the current collector becomes the target thickness. Therefore, the hydrogen storage alloy negative electrode coated with the paste electrode mixture by the paste electrode mixture coating method has a suitable thickness and surface smoothness, and reduces the charge reserve of the nickel metal hydride secondary battery. be able to.
前記集電体は前記ペーストタンクから引き上げられた後、前記集電体に付着された前記ペースト状電極合剤の厚さの均一化を行うために、前記集電体がスリット部を通過する際に、前記集電体上の前記ペースト状電極合剤に対して電圧の印加が行われる。したがって、電圧の印加を行うための構成は、例えば、集電体上に付着した状態のペースト状電極合剤に接触可能に設けられた電極板をスリット部に設けることにより簡単に構成することができる。 After the current collector is pulled up from the paste tank, the current collector passes through the slit portion in order to equalize the thickness of the paste electrode mixture adhered to the current collector. In addition, a voltage is applied to the paste electrode mixture on the current collector. Therefore, the configuration for applying the voltage can be simply configured by, for example, providing the slit plate with an electrode plate provided so as to be able to contact the pasty electrode mixture attached on the current collector. it can.
前記電圧の印加は、直流電圧の印加が行われる。集電体上のペースト状電極合剤に対して印加される電圧は直流電圧に限らず、正負の変化周期が長い交流であってもよいが、直流電圧の方が好ましい。 The voltage is applied by applying a DC voltage. The voltage applied to the paste electrode mixture on the current collector is not limited to a DC voltage, and may be an AC having a long positive / negative change period, but a DC voltage is preferred.
上記課題を解決するペースト状電極合剤の塗工装置は、ペースト状電極合剤を貯留するペーストタンクと、前記ペーストタンクから引き上げられて表面に前記ペースト状電極合剤が塗工された集電体が通過可能なスリット部を有するペースト塗工部と、前記ペースト塗工部の後に設けられた電極加熱乾燥部とを備えたペースト状電極合剤の塗工装置において、前記集電体が前記スリット部を通過する際に、前記集電体に付着された前記ペースト状電極合剤に電圧を印加する電圧印加部を設けた。 A paste electrode mixture coating apparatus that solves the above problems includes a paste tank that stores a paste electrode mixture, and a current collector that is pulled up from the paste tank and coated on the surface with the paste electrode mixture In a paste electrode mixture coating apparatus comprising a paste coating part having a slit part through which a body can pass and an electrode heating and drying part provided after the paste coating part, the current collector is When passing through the slit part, a voltage application part for applying a voltage to the paste electrode mixture attached to the current collector was provided.
したがって、この構成の塗工装置を用いることにより、前述のペースト状電極合剤の塗工方法を実施することができ、ペースト状電極合剤が塗工された水素吸蔵合金負極は好適な厚さやペースト塗着量(すなわち目付け量)及び表面平滑性を持ち、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる。 Therefore, by using the coating apparatus of this configuration, the above-described paste electrode mixture coating method can be carried out, and the hydrogen storage alloy negative electrode coated with the paste electrode mixture has a suitable thickness and It has a paste coating amount (ie, basis weight) and surface smoothness, and can reduce the charge reserve of the nickel metal hydride secondary battery.
前記電圧印加部は、前記スリット部の前記集電体の通過範囲全体に渡って設けられている。この構成によれば、同じ電圧を印加する場合、電圧印加部を小さくすることができる。 The voltage application part is provided over the entire passage range of the current collector of the slit part. According to this structure, when applying the same voltage, a voltage application part can be made small.
本発明によれば、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる水素吸蔵合金負極を形成することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen storage alloy negative electrode which can reduce the charge reserve of a nickel hydride secondary battery can be formed.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
図1に示すように電極製造装置は、集電体としての金属箔11を供給する金属箔供給部12と、金属箔供給部12から供給される金属箔11の両面にペースト状電極合剤Pを塗工するペースト状電極合剤の塗工装置13と、ロールプレス部14と、電極切断部15とを備えている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the electrode manufacturing apparatus includes a metal
金属箔供給部12は、帯状の金属箔11が巻回された供給用リール16を支持するとともに、供給用リール16を駆動して供給用リール16から金属箔11を繰り出すように構成されている。
The metal
ロールプレス部14は、上側ロール14a及び下側ロール14bを備え、塗工装置13でペースト状電極合剤Pが塗工されて活物質層が形成された金属箔11をプレスして所定の厚さの水素吸蔵合金負極とする。
The
塗工装置13は、ペースト状電極合剤Pを貯留するペーストタンク17と、金属箔11が通過可能なスリット部18aを有するペースト塗工部18と、電極加熱乾燥部19とを備えている。電極加熱乾燥部19はペースト塗工部18の上方に設けられ、ペースト状電極合剤Pが両面に塗工された金属箔11が下から上に向かって真っ直ぐに移動するようになっている。詳述すると、電極加熱乾燥部19は、一対の振動板19a,19bを備え、図示しない振動子の出力する機械振動が振動板19a,19bにおいて音波に変換される。そして、振動板19a,19bの放射面からの音波の放射圧によって、金属箔11を所定の位置で、非接触で搬送する。
The
金属箔供給部12とペーストタンク17との間、ペーストタンク17内及び電極加熱乾燥部19の上方にはテンションローラ20a,20b,20cがそれぞれ設けられている。また、テンションローラ20cとロールプレス部14との間にもテンションローラ20dが設けられている。各テンションローラ20a,20b,20c、20dは、金属箔供給部12から供給される金属箔11が、ペーストタンク17内に進入した後、ペースト塗工部18のスリット部18aを経て、電極加熱乾燥部19内を真っ直ぐ上方へ移動し、その後、ロールプレス部14まで円滑に移動する位置に設けられている。
ペースト塗工部18は、ペーストタンク17から引き上げられ、両面にペースト状電極合剤Pが付着されている金属箔11がスリット部18aを通過する際に、金属箔11に付着されているペースト状電極合剤Pに電圧を印加する電圧印加部21を備えている。電圧印加部21は、金属箔11に付着されたペースト状電極合剤Pに直流電圧を印加する。
The
電圧印加部21は、スリット部18aの金属箔11の通過範囲全体に渡って設けられている。詳述すると、電圧印加部21は、一対の電極板21a,21bを有し、一方の電極板21aが直流電源装置30のプラス端子30aに陽極配線31aにより電気的に接続され、他方の電極板21bが直流電源装置30のマイナス端子30bに陰極配線31bにより電気的に接続されている。
The
直流電源装置30から供給される直流電流の大きさは、ペースト状電極合剤Pを構成する水素吸蔵合金粉末、結着剤、増粘材及び水の割合と、増粘材を構成するメチルセルロースの重量平均分子量により、適正な値に設定される。この値は、予め試験により求められる。
The magnitude of the direct current supplied from the direct current
ペースト状電極合剤Pを構成する水素吸蔵合金粉末としては、ミッシュメタル系材料が好適であるが、それ以外の材料、例えばZr系やTi−Mn系材料を用いることができる。水素吸蔵合金粉末の平均粒径は10〜150μmとすることが好ましい。平均粒径が10μm未満であれば、コストが増大し、平均粒径が150μmを超えると、水素吸蔵合金電極の反応表面積が不足する。しかし、水素吸蔵合金粉末の平均粒径を10〜150μmとすることにより、そのようなことがなく、水素吸蔵合金粉末の表面に良導電性の金属被膜を被着してマイクロカプセル化することができる。金属被膜としては、ニッケル、銅、パラジウム、コバルトなどを採用することができる。金属被膜の重量は、水素吸蔵合金粉末重量の0.5〜15%、更に好ましくは0.5〜5%とすることができる。 As the hydrogen storage alloy powder constituting the paste electrode mixture P, a misch metal-based material is suitable, but other materials such as a Zr-based or Ti-Mn-based material can be used. The average particle size of the hydrogen storage alloy powder is preferably 10 to 150 μm. If the average particle size is less than 10 μm, the cost increases. If the average particle size exceeds 150 μm, the reaction surface area of the hydrogen storage alloy electrode is insufficient. However, by setting the average particle size of the hydrogen storage alloy powder to 10 to 150 μm, such a situation does not occur, and a surface of the hydrogen storage alloy powder can be coated with a highly conductive metal film to be microencapsulated. it can. As the metal coating, nickel, copper, palladium, cobalt, or the like can be used. The weight of the metal coating can be 0.5 to 15%, more preferably 0.5 to 5% of the weight of the hydrogen storage alloy powder.
結着材としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やSBR(スチレンブタジェンラバー)やそれらの混合物を採用することができる。PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)は水素吸収、放出に伴う水素吸蔵合金電極中における水素吸蔵合金粉末の体積変化を抑止したり、体積変化に抵抗して水素吸蔵合金粉末と結合してその崩落を抑止したりする。SBRは大きな弾性変形をもつので、水素吸蔵合金粉末が変形してもそれに追従して変形することができ、水素吸蔵合金粉末が集電体から剥離することを抑止する。結着材としては、その他、フッ素系樹脂微粉末としてFEP、PCTFEなどを採用することができ、合成ゴム系としてシリコンゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴムなどを採用することができる。 As the binder, PTFE (polytetrafluoroethylene), SBR (styrene butadiene rubber), or a mixture thereof can be employed. PTFE (polytetrafluoroethylene) suppresses the volume change of the hydrogen storage alloy powder in the hydrogen storage alloy electrode due to hydrogen absorption and release, or resists the volume change and combines with the hydrogen storage alloy powder to suppress the collapse. To do. Since SBR has a large elastic deformation, even if the hydrogen storage alloy powder is deformed, it can be deformed following the deformation, and the hydrogen storage alloy powder is prevented from peeling from the current collector. In addition, as the binder, FEP, PCTFE, or the like can be used as the fluororesin fine powder, and silicon rubber, acrylic rubber, butadiene rubber, or the like can be used as the synthetic rubber system.
結着材の添加量は、水素吸蔵合金粉末に対して0.1〜4%、更に好ましくは0.2〜2%とすることができる。結着材が0.1wt%より少なすぎると水素吸蔵合金粉末の剥落や微粉化による経時的な容量低下(サイクル寿命短縮)が生じ、結着材が4wt%より多すぎると容量低下や内部電気抵抗損失の増大を招く。 The amount of the binder added can be 0.1 to 4%, more preferably 0.2 to 2% with respect to the hydrogen storage alloy powder. If the amount of binder is less than 0.1 wt%, the capacity of the hydrogen storage alloy powder will be reduced or reduced over time due to pulverization (reduction of cycle life), and if the amount of binder is more than 4 wt%, the capacity will be reduced and internal electricity will be reduced. Increases resistance loss.
増粘材として、重量平均分子量が0.9×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースを用いる。増粘材としてのメチルセルロースの固形分の添加量は、水素吸蔵合金粉末に対して、0.1〜1wt%とすることができる。メチルセルロースが0.1wt%より少なすぎると集電体(金属箔11)に被着されるペースト層の厚さが薄くなり、メチルセルロースが1wt%より多すぎると形成されたペースト層の表面平滑性が低下し、電極抵抗が増大してしまう。 As the thickener, methylcellulose having a weight average molecular weight of 0.9 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol is used. The addition amount of the solid content of methylcellulose as the thickener can be 0.1 to 1 wt% with respect to the hydrogen storage alloy powder. If the amount of methyl cellulose is less than 0.1 wt%, the thickness of the paste layer applied to the current collector (metal foil 11) becomes thin. If the amount of methyl cellulose is more than 1 wt%, the surface smoothness of the formed paste layer is reduced. As a result, the electrode resistance increases.
次に、前記のように構成された電極製造装置による水素吸蔵合金負極の製造方法を説明する。
ペースト状電極合剤Pを調整する際に増粘材として使用する重量平均分子量が0.9×106g/molのメチルセルロース水溶液の各種濃度のものは、信越化学(株)製の60SH−8000を水で濃度調節して作製した。重量平均分子量が1.0×106g/molのメチルセルロース水溶液の各種濃度のものは、信越化学(株)製の60SH−1万を水で濃度調節して作製した。
Next, the manufacturing method of the hydrogen storage alloy negative electrode by the electrode manufacturing apparatus comprised as mentioned above is demonstrated.
Various concentrations of a methylcellulose aqueous solution having a weight average molecular weight of 0.9 × 10 6 g / mol used as a thickener when preparing the paste electrode mixture P are 60SH-8000 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Was prepared by adjusting the concentration with water. Various concentrations of methylcellulose aqueous solution having a weight average molecular weight of 1.0 × 10 6 g / mol were prepared by adjusting the concentration of 60SH-10,000 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. with water.
図1に示すように、金属箔供給部12の供給用リール16から繰り出された金属箔11は、テンションローラ20aを経て塗工装置13のペーストタンク17へ送られる。ペーストタンク17へ送られた金属箔11は、テンションローラ20bと係合して移動方向を垂直上向きに変更し、両面にペースト状電極合剤Pが付着した状態でペースト塗工部18へ案内される。
As shown in FIG. 1, the
図1では、ペースト塗工部18のスリット部18aを通過する金属箔11と、電圧印加部21の一対の電極板21a,21bとの間に隙間がある状態で図示されているが、金属箔11は、金属箔11に被着されたペースト状電極合剤Pが電極板21a,21bに接触した状態でスリット部18aを通過する。電圧印加部21は、直流電源装置30から供給される直流電流によりスリット部18aを通過する金属箔11に付着しているペースト状電極合剤Pに所定の直流電圧を印加する。
In FIG. 1, the
図2(a)に示すように、両電極板21a,21b間に電圧が印加されていない状態では、水素吸蔵合金粉末の粒子40はペースト状電極合剤Pの全体に分散している状態にある。しかし、図2(b)に示すように、両電極板21a,21b間に電圧が印加された状態では、分散していた粒子は、両電極板21a,21b間に鎖状のクラスタを形成した状態で存在するようになり、流動抵抗が大きくなる。ペースト状電極合剤Pの流動抵抗は、印加される電圧の大きさによって変化するが、比較的低い電圧の印加で必要な粘度変化を誘起できる。なお、図2(a),(b)においては、水素吸蔵合金粉末の粒子40を模式的に四角形で表しているが、勿論、実際には粒子40は四角形ではない。
As shown in FIG. 2A, in a state where no voltage is applied between the
図2(b)に示すように、両電極板21a,21b間に電圧が印加された状態では、両電極板21a,21b間に存在するペースト状電極合剤Pの粘度が上昇する。その結果、ペースト塗工部18のスリット部18aを通過して電極加熱乾燥部19に送り込まれる金属箔11の両面に付着するペースト状電極合剤Pの量が、両電極板21a,21b間に電圧が印加されない状態に比べて多くなる。なお、金属箔11の移動速度(引き上げ速度)は、例えば、20〜70cm/分とする。
As shown in FIG. 2B, in the state where a voltage is applied between the
ペースト塗工部18で金属箔11に塗工されたペースト状電極合剤Pは、電極加熱乾燥部19を通過する間に合有される水分が蒸発して乾燥され、金属箔11は塗工されたペースト状電極合剤Pが乾燥された状態でロールプレス部14によりプレスされて、活物質層が適正な厚さに調整される。その後、活物質層が適正な厚さで被着された金属箔11は、電極切断部15で所定長さに切断されて、水素吸蔵合金負極が完成する。
The paste-like electrode mixture P applied to the
なお、金属箔11の両面に塗工されたペースト状電極合剤Pの表面の平滑化を保つために、金属箔11の両面に塗工されたペースト状電極合剤Pに合有される水分を均等に蒸発するテンションローラ20bからテンションローラ20cまでの電極加熱乾燥部19では、金属箔11を所定の位置で、非接触で搬送する。
In addition, in order to keep the surface of the paste-like electrode mixture P applied to both surfaces of the
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)ペースト状電極合剤の塗工方法は、水素吸蔵合金粉末、結着剤、増粘材及び水を混合してペースト状電極合剤Pを形成し、ペースト状電極合剤Pを貯留したペーストタンク17から集電体(金属箔11)を引き上げて、ペースト状電極合剤Pを集電体の両面に塗工する。そして、増粘材として、重量平均分子量が0.9×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースを用い、ペースト状電極合剤Pの集電体への塗工時に、ペースト状電極合剤Pに電圧を印加して粘度増加を起こさせた状態で塗工する。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The paste electrode mixture is applied by mixing hydrogen storage alloy powder, binder, thickener and water to form the paste electrode mixture P, and storing the paste electrode mixture P. The current collector (metal foil 11) is pulled up from the
重量平均分子量が0.9×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースが増粘材として使用されるため、固形分重量当たりの粘度が小さい点で扱い易く、ペースト状電極合剤Pを集電体(金属箔11)に塗工するにあたり、ペースト状電極合剤Pは部分的に増粘材の粘度低下が局所的に起こって密着力の低い部分ができてしまうことが抑制される。 Since methyl cellulose having a weight average molecular weight of 0.9 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol is used as a thickener, it is easy to handle because of its low viscosity per solid content, and it is a paste electrode mixture When applying P to the current collector (metal foil 11), the paste-like electrode mixture P is partially prevented from partially reducing the viscosity of the thickening material and forming a portion with low adhesion. Is done.
また、ペースト状電極合剤Pは、重量平均分子量が1.2〜1.3×106g/molのメチルセルロースを増粘材に用いた場合に比べて粘度が低いため、単に集電体をペーストタンク17から引き上げてペースト状電極合剤Pを集電体に塗工した場合は、集電体に形成される活物質層の厚さが目的の厚さにならない。
Moreover, since the paste-like electrode mixture P has a lower viscosity than the case where methylcellulose having a weight average molecular weight of 1.2 to 1.3 × 10 6 g / mol is used as a thickener, a current collector is simply used. When the paste electrode mixture P is pulled up from the
しかし、前記のように構成されたペースト状電極合剤Pは、電気粘性流体すなわちER(Electro-Rheological)流体の性質を有するため、電圧を掛けるとその(見かけの)粘度が高くなる。そして、ER流体の性質を有するペースト状電極合剤Pに電圧を印加して粘度を高めた状態で塗工することにより、増粘材のメチルセルロースの量を多くせずに、ペースト状電極合剤の粘度が高い状態で集電体に塗工することができ、集電体に形成される活物質層の厚さが目的の厚さになる。したがって、このペースト状電極合剤の塗工方法によりペースト状電極合剤が塗工された水素吸蔵合金負極は好適な厚さ及び表面平滑性を持ち、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる。 However, since the paste-like electrode mixture P configured as described above has the property of an electrorheological fluid, that is, an ER (Electro-Rheological) fluid, its (apparent) viscosity increases when a voltage is applied. And by applying a voltage to the paste-like electrode mixture P having the properties of ER fluid to increase the viscosity, the paste-like electrode mixture can be used without increasing the amount of the thickening agent methylcellulose. The current collector can be applied to the current collector in a high viscosity state, and the thickness of the active material layer formed on the current collector becomes the target thickness. Therefore, the hydrogen storage alloy negative electrode coated with the paste electrode mixture by the paste electrode mixture coating method has a suitable thickness and surface smoothness, and reduces the charge reserve of the nickel metal hydride secondary battery. be able to.
(2)集電体(金属箔11)はペーストタンク17から引き上げられた後、集電体に付着されたペースト状電極合剤Pの厚さの均一化を行うために、集電体がスリット部18aを通過する際に、集電体上のペースト状電極合剤Pに対して電圧の印加が行われる。したがって、電圧の印加を行うための構成は、例えば、集電体上に付着した状態のペースト状電極合剤Pに接触可能に設けられた電極板21a,21bをスリット部18aに設けることにより簡単に構成することができる。
(2) After the current collector (metal foil 11) is pulled up from the
(3)集電体(金属箔11)上のペースト状電極合剤Pに対して直流電圧の印加が行われる。集電体上のペースト状電極合剤に対して印加される電圧は直流電圧に限らず、正負の変化周期が長い交流であってもよいが、直流電圧の方が、電圧印加条件が簡単になる。 (3) A DC voltage is applied to the paste electrode mixture P on the current collector (metal foil 11). The voltage applied to the paste electrode mixture on the current collector is not limited to a DC voltage, but may be an AC having a long positive / negative change period, but the DC voltage is easier to apply the voltage. Become.
(4)ペースト状電極合剤の塗工装置13は、ペースト状電極合剤Pを貯留するペーストタンク17と、ペーストタンク17から引き上げられて表面にペースト状電極合剤Pが塗工された集電体(金属箔11)が通過可能なスリット部18aを有するペースト塗工部18と、ペースト塗工部18の後に設けられた電極加熱乾燥部19とを備えている。更に、塗工装置13は、集電体がスリット部18aを通過する際に、集電体に付着されたペースト状電極合剤Pに電圧を印加する電圧印加部21を備えている。そのため、塗工装置13は、前述のペースト状電極合剤Pの塗工方法を実施することができ、ペースト状電極合剤Pが塗工された水素吸蔵合金負極は、好適な厚さやペースト塗着量(すなわち目付け量)及び表面平滑性を持ち、ニッケル水素二次電池の充電リザーブを低減することができる。
(4) Paste electrode
(5)電圧印加部21は、スリット部18aの集電体の通過範囲全体に渡って設けられている。この構成によれば、集電体(金属箔11)に付着した状態でスリット部18aを通過するペースト状電極合剤Pに対して、必要な大きさの電圧を印加する場合、電圧印加部21を小さくすることができる。
(5) The
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 増粘材は、重量平均分子量が0.9×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースに限らず、重量平均分子量が0.9×106g/molより小さく、0.2×106g/mol以上のメチルセルロースであってもよい。使用するメチルセルロースの重量平均分子量により、電圧印加部21において印加される電圧の大きさは変更されてもよい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
The thickener is not limited to methyl cellulose having a weight average molecular weight of 0.9 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol, but the weight average molecular weight is less than 0.9 × 10 6 g / mol, and It may be 2 × 10 6 g / mol or more of methylcellulose. The magnitude of the voltage applied in the
○ 集電体(金属箔11)上のペースト状電極合剤に対して印加される電圧は直流電圧に限らず、正負の変化周期が長い交流であってもよい。しかし、直流電圧の方が好ましい。 The voltage applied to the paste electrode mixture on the current collector (metal foil 11) is not limited to a DC voltage, and may be an AC having a long positive / negative change period. However, a DC voltage is preferred.
○ ペースト状電極合剤Pの塗工は、集電体(金属箔11)の両面に限らず、片面であってもよい。集電体(金属箔11)の片面に塗工する場合は、例えば、塗工装置13のペーストタンク17とペースト塗工部18との間に、ペーストタンク17から引き上げられる金属箔11の片面に接触する状態で掻き取り板を設ける。この場合、ペーストタンク17から引き上げられる金属箔11の両面に付着したペースト状電極合剤Pのうち、金属箔11の片面に付着したペースト状電極合剤Pが掻き取り板により除去される。そして、片面に付着したペースト状電極合剤Pが掻き取り板により除去された金属箔11は、ペースト状電極合剤Pが除去された面が、電圧印加部21を構成する一対の電極板21a,21bのうちの一方に接触し、他方に、金属箔11に付着したペースト状電極合剤Pが接触する状態で電圧印加部21を通過して、電極加熱乾燥部19へ移送される。
The application of the paste electrode mixture P is not limited to both sides of the current collector (metal foil 11), and may be on one side. When coating on one side of the current collector (metal foil 11), for example, on one side of the
○ 電圧印加部21を構成する電極板21a,21bは、スリット部18aの集電体(金属箔11)の通過範囲全体に渡って設けられる構成に限らない。例えば、スリット部18aの一部に電極板21a,21bが設けられた構成であってもよい。
The
○ 図3に示すように、電圧印加部21を構成する電極板21a,21bをペーストタンク17内に貯留されているペースト状電極合剤P中に浸漬される状態に設けてもよい。この構成の場合、ペーストタンク17内に貯留されているペースト状電極合剤Pのうち、両電極板21a,21b間に存在して両電極板21a,21b間に印加された直流電圧により粘度が高められた状態のペースト状電極合剤Pが金属箔11に付着する。したがって、金属箔11にペースト状電極合剤Pが付着された後、金属箔11がペーストタンク17の上方まで移動した状態で、ペースト状電極合剤Pが電圧印加部21により電圧の印加を受ける場合に比べて、金属箔11に目的の厚さの活物質層を形成し易くなる。
As shown in FIG. 3, the
○ 水素吸蔵合金粉末はミッシュメタル系材やZr系やTi−Mn系材料に限らず、金属水素化物(MHx)であるコンバージョン系の負極活物質でも良い。
○ ニッケル水素二次電池の水素吸蔵合金電極に限らず、高分子の増粘材を用いた電極を使用するリチウムイオン電池における電極製造方法に適用してもよい。
The hydrogen storage alloy powder is not limited to a misch metal material, a Zr material, or a Ti—Mn material, but may be a conversion-type negative electrode active material that is a metal hydride (MHx).
O It may apply to the electrode manufacturing method in the lithium ion battery which uses the electrode using not only the hydrogen storage alloy electrode of a nickel metal hydride secondary battery but a polymer thickener.
P…ペースト状電極合剤、11…集電体としての金属箔、13…塗工装置、17…ペーストタンク、18…ペースト塗工部、18a…スリット部、19…電極加熱乾燥部、21…電圧印加部。 P ... Paste electrode mixture, 11 ... Metal foil as current collector, 13 ... Coating device, 17 ... Paste tank, 18 ... Paste coating part, 18a ... Slit part, 19 ... Electrode heating and drying part, 21 ... Voltage application unit.
Claims (6)
前記増粘材として、重量平均分子量が0.2×106〜1.0×106g/molのメチルセルロースを用い、前記ペースト状電極合剤の前記集電体への塗工時に、前記ペースト状電極合剤に電圧を印加して粘度増加を起こさせた状態で塗工することを特徴とするペースト状電極合剤の塗工方法。 A hydrogen storage alloy powder, a binder, a thickener and water are mixed to form a paste electrode mixture, and a current collector is pulled up from a paste tank storing the paste electrode mixture, and the paste electrode mixture is extracted. In the coating method of the paste electrode mixture in which the agent is applied to at least one side of the current collector,
Methyl cellulose having a weight average molecular weight of 0.2 × 10 6 to 1.0 × 10 6 g / mol is used as the thickening material, and the paste is mixed with the paste electrode mixture when applied to the current collector. A method for applying a paste-like electrode mixture, comprising applying a voltage to the electrode-like electrode mixture to cause an increase in viscosity.
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DE102018218583A1 (en) * | 2018-10-30 | 2020-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Device for electrochemical processing of components for battery cells, method for operating the same and their use |
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