JP2765905B2 - 電池用電極の製造方法 - Google Patents
電池用電極の製造方法Info
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- JP2765905B2 JP2765905B2 JP1006538A JP653889A JP2765905B2 JP 2765905 B2 JP2765905 B2 JP 2765905B2 JP 1006538 A JP1006538 A JP 1006538A JP 653889 A JP653889 A JP 653889A JP 2765905 B2 JP2765905 B2 JP 2765905B2
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- electrode
- welding
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明はアルカリ蓄電池などに使用される、スポンジ
状ニッケルよりなる電極基体を用いた、電池用電極の製
造方法に関するものである。
状ニッケルよりなる電極基体を用いた、電池用電極の製
造方法に関するものである。
（ロ） 従来の技術 アルカリ蓄電池等に用いる電極は従来カルボニルニッ
ケル焼結体に、ニッケル塩、カドミウム塩などの溶液を
含浸し、アルカリ処理により活物質化する焼結式製法が
主流であった。しかし、近年コスト低減と高エネルギー
密度化を計る目的で金属繊維焼結体、スポンジ状ニッケ
ルなどの三次元多孔金属体に、ペースト状の活物資を直
接充填する非焼結式製法が検討されている。この種の非
焼結式電極の製法においては電極基体が、集電機能、活
物質保持機能及び極板形状保持機能を有しているため、
焼結式極板では不可欠のパンチングメタルなどの芯体を
使う必要がない。
ケル焼結体に、ニッケル塩、カドミウム塩などの溶液を
含浸し、アルカリ処理により活物質化する焼結式製法が
主流であった。しかし、近年コスト低減と高エネルギー
密度化を計る目的で金属繊維焼結体、スポンジ状ニッケ
ルなどの三次元多孔金属体に、ペースト状の活物資を直
接充填する非焼結式製法が検討されている。この種の非
焼結式電極の製法においては電極基体が、集電機能、活
物質保持機能及び極板形状保持機能を有しているため、
焼結式極板では不可欠のパンチングメタルなどの芯体を
使う必要がない。
ところで焼結式極板では、芯体の一部を電池端子へ接
続される集電タブとして利用することができるが、前記
非焼結式極板においては芯体を有していないので別途集
電タブを取付ける必要があり、且この取付けに問題があ
る。つまり電極基体が90％以上の高多孔度のものである
ため、集電タブの溶接が難しく、機械的強度、電導度が
低くなる傾向があった。
続される集電タブとして利用することができるが、前記
非焼結式極板においては芯体を有していないので別途集
電タブを取付ける必要があり、且この取付けに問題があ
る。つまり電極基体が90％以上の高多孔度のものである
ため、集電タブの溶接が難しく、機械的強度、電導度が
低くなる傾向があった。
ところで、この種のスポンジ状ニッケルに集電タブを
溶接する場合、スポンジ状ニッケル即ち電極基体内に充
填されている活物質は、不導体あるいは電導度の著しく
小さいものである。したがって、そのままでは、一般的
な抵抗溶接法を用いても溶接できず、あらかじめ活物質
を除去しおく必要がある。この具体的な方法としては、
特開昭57−80672号公報に記載されているように、予じ
め集電タブ溶接部をプレスして多孔度を下げ、活物質が
充填されないようにしておき、一連の充填等の工程が終
了した後、集電タブ溶接部の表面に付着した活物質をブ
ラッシングなどにより除去し、しかる後集電タブをスポ
ット溶接するものがある。この方法は、工程的に複雑で
ある上、生産性が低くなって活物質の除去が不十分にな
りやすく、溶接の信頼性が低下するという問題がある。
また一方、特開昭63−40253号公報には、金属繊維焼結
体よりなる電極基体の孔中に活物質を充填した後、超音
波振動により前記電極基体から所定部分の活物質を除去
し、集電タブを溶接する方法が記載されている。この公
報には金属繊維焼結体を電極基体として用いた場合につ
いてのみ、好適するものとしての例示がある。しかしな
がら、スポンジ状ニッケルを電極基体として用いた場合
には、超音波振動により電極基体が損傷しやすく、電池
用電極としての強度が十分に得られない。したがって、
スポンジ状ニッケルを用いた場合には、新たな条件を設
定する必要がある。
溶接する場合、スポンジ状ニッケル即ち電極基体内に充
填されている活物質は、不導体あるいは電導度の著しく
小さいものである。したがって、そのままでは、一般的
な抵抗溶接法を用いても溶接できず、あらかじめ活物質
を除去しおく必要がある。この具体的な方法としては、
特開昭57−80672号公報に記載されているように、予じ
め集電タブ溶接部をプレスして多孔度を下げ、活物質が
充填されないようにしておき、一連の充填等の工程が終
了した後、集電タブ溶接部の表面に付着した活物質をブ
ラッシングなどにより除去し、しかる後集電タブをスポ
ット溶接するものがある。この方法は、工程的に複雑で
ある上、生産性が低くなって活物質の除去が不十分にな
りやすく、溶接の信頼性が低下するという問題がある。
また一方、特開昭63−40253号公報には、金属繊維焼結
体よりなる電極基体の孔中に活物質を充填した後、超音
波振動により前記電極基体から所定部分の活物質を除去
し、集電タブを溶接する方法が記載されている。この公
報には金属繊維焼結体を電極基体として用いた場合につ
いてのみ、好適するものとしての例示がある。しかしな
がら、スポンジ状ニッケルを電極基体として用いた場合
には、超音波振動により電極基体が損傷しやすく、電池
用電極としての強度が十分に得られない。したがって、
スポンジ状ニッケルを用いた場合には、新たな条件を設
定する必要がある。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって、
電極基体としてスポンジ状ニッケルを用いた場合であっ
ても、超音波振動による活物質除去時における電極基体
の損傷を抑え、集電タブの堅固な溶接を可能ならしめる
ものである。そして、高い生産性と、優れた信頼性を有
する電池用電極の製造方法を提供するものである。
電極基体としてスポンジ状ニッケルを用いた場合であっ
ても、超音波振動による活物質除去時における電極基体
の損傷を抑え、集電タブの堅固な溶接を可能ならしめる
ものである。そして、高い生産性と、優れた信頼性を有
する電池用電極の製造方法を提供するものである。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、スポンジ状ニッケルよりなる電極基体の孔
中に活物質を充填した後、超音波振動により前記電極基
体の所定部所における活物質を除去し、次いで前記所定
部所に集電タブを溶接する電池用電極の製造方法であっ
て、前記スポンジ状ニッケルとして引張り破断強度3kg/
cm以上、且つ平均孔径200μｍ以上を有するものを用い
たことを特徴とするものである。
中に活物質を充填した後、超音波振動により前記電極基
体の所定部所における活物質を除去し、次いで前記所定
部所に集電タブを溶接する電池用電極の製造方法であっ
て、前記スポンジ状ニッケルとして引張り破断強度3kg/
cm以上、且つ平均孔径200μｍ以上を有するものを用い
たことを特徴とするものである。
また、前記方法は、活物質を充填した前記電極基体を
加圧後、前記超音波振動による活物質の除去を行うのが
好ましく、更に、前記活物質を充填した電極基体の加圧
後における空隙率は、22％以下とするのが望ましい。
加圧後、前記超音波振動による活物質の除去を行うのが
好ましく、更に、前記活物質を充填した電極基体の加圧
後における空隙率は、22％以下とするのが望ましい。
（ホ） 作用 本発明の如く、電極基体であるスポンジ状ニッケルと
して引張り破断強度3kg/cm以上、且つ平均孔径200μｍ
以上を有するものを用いることにより、電極基体として
の強度が十分得られ、超音波振動による活物質除去時に
おける電極基体の損傷を抑えることができる。
して引張り破断強度3kg/cm以上、且つ平均孔径200μｍ
以上を有するものを用いることにより、電極基体として
の強度が十分得られ、超音波振動による活物質除去時に
おける電極基体の損傷を抑えることができる。
また本発明法は、電極基体に活物質を充填し、加圧し
た後、超音波振動により活物質を除去することが望まし
い。これは電池用電極として高い充填密度が得られるこ
とに基づく。
た後、超音波振動により活物質を除去することが望まし
い。これは電池用電極として高い充填密度が得られるこ
とに基づく。
更に、具体的な加圧の程度としては活物質を充填した
電極基体の加圧後における空隙率を22％以下に設定する
ことにより、高い充填密度を有する電池用電極が得られ
る。
電極基体の加圧後における空隙率を22％以下に設定する
ことにより、高い充填密度を有する電池用電極が得られ
る。
（ヘ） 実施例 本発明者は、超音波発振条件及び極板状態を種々変え
て実験を行い、以下の知見を得た。
て実験を行い、以下の知見を得た。
〔第１実験例〕 超音波振動状態の極板に及ぼす影響について調べた。
活物質の充填密度が高くなる程、活物質除去のための超
音波発振条件は大きなエネルギーを与える方向、即ち発
振時間の長時間化、振幅増加側にシフトしなければなら
ない。したがって、電極基体が損傷を受ける傾向が大き
くなる。よって超音波振動による活物質の除去は、電極
基体に活物質を充填した後、極板圧延（加圧）前に行う
のが好ましい。しかし集電タブ溶接のために、活物質を
充填していない部分を設けた極板は、圧延の際生じる伸
びが不均一となり、極板のソリや、タワミなどの変形を
起こし易い。したがって、圧延前の活物質除去というこ
の方法は、電極の量産上好ましいとは言えない。
活物質の充填密度が高くなる程、活物質除去のための超
音波発振条件は大きなエネルギーを与える方向、即ち発
振時間の長時間化、振幅増加側にシフトしなければなら
ない。したがって、電極基体が損傷を受ける傾向が大き
くなる。よって超音波振動による活物質の除去は、電極
基体に活物質を充填した後、極板圧延（加圧）前に行う
のが好ましい。しかし集電タブ溶接のために、活物質を
充填していない部分を設けた極板は、圧延の際生じる伸
びが不均一となり、極板のソリや、タワミなどの変形を
起こし易い。したがって、圧延前の活物質除去というこ
の方法は、電極の量産上好ましいとは言えない。
尚、このように圧延の時期が問題となるのは、非焼結
式製法においては、活物質の充填を通常１回しか行なわ
ない上、その充填密度が1.0〜1.5g/cm3−voidと、焼結
式製法の含浸時に得られる1.6〜2.5g/m3−voidに比べ、
低水準である。したがって、予め厚めに活物質を充填し
た電極基体を加圧、圧縮即ち圧延することにより、活物
質の充填密度を高めるという操作が必要なことに基づ
く。
式製法においては、活物質の充填を通常１回しか行なわ
ない上、その充填密度が1.0〜1.5g/cm3−voidと、焼結
式製法の含浸時に得られる1.6〜2.5g/m3−voidに比べ、
低水準である。したがって、予め厚めに活物質を充填し
た電極基体を加圧、圧縮即ち圧延することにより、活物
質の充填密度を高めるという操作が必要なことに基づ
く。
そこで、以下の説明では、活物質の充填された電極基
体即ち極板を圧延したものを前提として、活物質を除去
する条件を追求した。この時用いた極板の活物質充填密
度は、2.0〜3.0g/cm3であった。
体即ち極板を圧延したものを前提として、活物質を除去
する条件を追求した。この時用いた極板の活物質充填密
度は、2.0〜3.0g/cm3であった。
ここで超音波の発振条件としては、周波数を40kHzで
固定し、振幅５〜20μｍ、発振時間0.01〜0.5秒とし、
超音波ホーンによる加圧を2kgに設定した。そして、電
極における活物質除去度及び電極基体損傷度を調べた。
尚、活物質除去面積は0.5cm2である。
固定し、振幅５〜20μｍ、発振時間0.01〜0.5秒とし、
超音波ホーンによる加圧を2kgに設定した。そして、電
極における活物質除去度及び電極基体損傷度を調べた。
尚、活物質除去面積は0.5cm2である。
この結果を、第１表に示す。第１表中、“△”は多少
難あり、“○”は良好、“◎”は極めて良好であるとい
う状態を、それぞれ示す。
難あり、“○”は良好、“◎”は極めて良好であるとい
う状態を、それぞれ示す。
これにより、活物質除去度は、超音波振動の振幅に依
存する度合が小さく、発振時間に依存する度合が大きい
ことがわかる。
存する度合が小さく、発振時間に依存する度合が大きい
ことがわかる。
〔第２実施例〕 次にスポンジ状ニッケル（電極基体）の電極基体強度
即ち引張り破断強度と、集電タブ溶接強度即ち電極基体
の損傷度との関係を調べた。ここで、集電タブ溶接強度
を電極基体損傷度を示す指標とする理由は、集電タブ溶
接部に有する電極基体に、少しでも基体破断等の欠陥が
あると、引張り試験時にその部分から電極基体の破壊が
始まり、これにより電極基体の損傷度合を知ることがで
きるからである。
即ち引張り破断強度と、集電タブ溶接強度即ち電極基体
の損傷度との関係を調べた。ここで、集電タブ溶接強度
を電極基体損傷度を示す指標とする理由は、集電タブ溶
接部に有する電極基体に、少しでも基体破断等の欠陥が
あると、引張り試験時にその部分から電極基体の破壊が
始まり、これにより電極基体の損傷度合を知ることがで
きるからである。
第１図に、この結果を示す。第１図において、横軸は
電極基体の引張り破断強度（kg/cm）を示し、縦軸は集
電タブ溶接強度（kg）を表している。また、図中、
“□”は超音波発振時間0.02秒を、“○”は0.05秒を、
“△”は0.15秒を、“◇”は0.30秒を、それぞれ示して
いる。
電極基体の引張り破断強度（kg/cm）を示し、縦軸は集
電タブ溶接強度（kg）を表している。また、図中、
“□”は超音波発振時間0.02秒を、“○”は0.05秒を、
“△”は0.15秒を、“◇”は0.30秒を、それぞれ示して
いる。
この時用いた電極基体は、平均孔径250μｍを有する
スポンジ状ニッケルであり、ここに水酸化ニッケル90重
量部、水酸化コバルト10重量部からなる活物質スラリー
を充填、乾燥、圧延したものを使用している。
スポンジ状ニッケルであり、ここに水酸化ニッケル90重
量部、水酸化コバルト10重量部からなる活物質スラリー
を充填、乾燥、圧延したものを使用している。
また、前記電極基体の引張り破断強度は、長さ100mm
×幅20mm×厚さ1.5mmの電極基体を、上下25mmずつチャ
ック装着し、引張り試験機を用い8mm/分の速さで、電極
基体の長手方向に引張り、電極基体が破断した時の荷重
を、単位幅（1cm）に換算して求めるというものであ
る。また、前記集電タブ溶接強度は、集電タブ溶接部
（0.5cm2）に、集電タブを、４点でスポット溶接したも
のを用い、引張り試験機で集電タブを引張り、集電タブ
がはずれた時の荷重を求めるというものである。
×幅20mm×厚さ1.5mmの電極基体を、上下25mmずつチャ
ック装着し、引張り試験機を用い8mm/分の速さで、電極
基体の長手方向に引張り、電極基体が破断した時の荷重
を、単位幅（1cm）に換算して求めるというものであ
る。また、前記集電タブ溶接強度は、集電タブ溶接部
（0.5cm2）に、集電タブを、４点でスポット溶接したも
のを用い、引張り試験機で集電タブを引張り、集電タブ
がはずれた時の荷重を求めるというものである。
第１図の結果より、集電タブ溶接強度は、電極基体の
引張り破断強度に依存することが理解される。そして3k
g/cm以上の引張りを破断強度を有する電極基体では、超
音波発振条件にかかわりなく、集電タブ溶接強度が十分
大きい。これに対し、2kg/cm以下の電極基体では、集電
タブ溶接強度が超音波発振条件に大きく依存すると共
に、前記引張り破断強度が大幅に低下する。
引張り破断強度に依存することが理解される。そして3k
g/cm以上の引張りを破断強度を有する電極基体では、超
音波発振条件にかかわりなく、集電タブ溶接強度が十分
大きい。これに対し、2kg/cm以下の電極基体では、集電
タブ溶接強度が超音波発振条件に大きく依存すると共
に、前記引張り破断強度が大幅に低下する。
したがって、電極基体の引張り破断強度が、3kg/cm以
上のものを用いる必要がある。
上のものを用いる必要がある。
〔第３実施例〕 さらに、スポンジ状ニッケル（電極基体）の平均孔径
と、集電タブ溶接不良率即ち活物質除去度との関係を調
べた。
と、集電タブ溶接不良率即ち活物質除去度との関係を調
べた。
ここで集電タブ溶接不良率を活物質除去度を示す指標
とする理由は、電極基体内部に除去されずに残った活物
質粉末が溶接不良を発生することに基づくものである。
とする理由は、電極基体内部に除去されずに残った活物
質粉末が溶接不良を発生することに基づくものである。
第２図に、この結果を示す。第２図において、横軸は
用いた電極基体の平均孔径を示し、縦軸は集電タブ溶接
不良率を表す。また図中、“□”は超音波発振時間0.02
秒を、“○”は0.05秒を、“△”は0.15秒をそれぞれ示
している。ここで集電タブ溶接不良率は、試料数100個
における溶接不良発生数である。
用いた電極基体の平均孔径を示し、縦軸は集電タブ溶接
不良率を表す。また図中、“□”は超音波発振時間0.02
秒を、“○”は0.05秒を、“△”は0.15秒をそれぞれ示
している。ここで集電タブ溶接不良率は、試料数100個
における溶接不良発生数である。
尚、活物質の充填、集電タブ溶接等の種々の条件は、
前記第２実施例に準じた。また、この時用いた種々の平
均孔径を有する電極基体の引張り破断強度は、4kg/cmで
あった。
前記第２実施例に準じた。また、この時用いた種々の平
均孔径を有する電極基体の引張り破断強度は、4kg/cmで
あった。
第２図の結果より、集電タブ溶接不良率は、電極基体
の平均孔径に依存することが理解される。そして200μ
ｍ以上の平均孔径を有する電極基体では、超音波発振条
件にかかわりなく集電タブ溶接不良率が極めて低い。こ
れに対し、150μｍ以下の平均孔径を有する電極基体で
は、集電タブ溶接不良率が高く、活物質が電極基体に多
く残存していると考えられる。
の平均孔径に依存することが理解される。そして200μ
ｍ以上の平均孔径を有する電極基体では、超音波発振条
件にかかわりなく集電タブ溶接不良率が極めて低い。こ
れに対し、150μｍ以下の平均孔径を有する電極基体で
は、集電タブ溶接不良率が高く、活物質が電極基体に多
く残存していると考えられる。
したがって、平均孔径が、200μｍ以上の電極基体を
用いる必要がある。
用いる必要がある。
〔第４実施例〕 電極における活物質充填密度と、最小超音波発振時間
との関係を調べた。
との関係を調べた。
ここで最小超音波発振時間とは、活物質を充填した電
極基体に、集電タブを堅固に溶接できる、超音波による
良好な活物質除去状態を得るための最小時間である。
極基体に、集電タブを堅固に溶接できる、超音波による
良好な活物質除去状態を得るための最小時間である。
この結果を、第３図に示す。ここで用いた電極基体
は、平均孔径250μｍ、電極基体の引張り破断強度4kg/c
mを有するものである。
は、平均孔径250μｍ、電極基体の引張り破断強度4kg/c
mを有するものである。
第３図より、活物質充填密度が高くなる程、活物質除
去に要する超音波発振時間は長くなり、活物質の除去が
しにくくなることが理解される。しかし、一般的な圧延
後の活物質充填密度である2.0〜3.0g/cc−voidの極板で
は、電極基体の損傷を実用上問題のない水準に抑えなが
ら、活物質の除去が可能であることがわかる。
去に要する超音波発振時間は長くなり、活物質の除去が
しにくくなることが理解される。しかし、一般的な圧延
後の活物質充填密度である2.0〜3.0g/cc−voidの極板で
は、電極基体の損傷を実用上問題のない水準に抑えなが
ら、活物質の除去が可能であることがわかる。
尚、この活物質充填密度を電極の空隙率に換算すると
22％以下という値になり、このように設定することで良
好な結果が得られる。
22％以下という値になり、このように設定することで良
好な結果が得られる。
（ト） 発明の効果 本発明の電池用電極の製造方法によれば、超音波振動
による活物質除去時のスポンジ状ニッケルからなる電極
基体の損傷を抑えることができるので、高い生産性と優
れた信頼性を有する電極が提供でき、その工業的価値は
極めて大きい。
による活物質除去時のスポンジ状ニッケルからなる電極
基体の損傷を抑えることができるので、高い生産性と優
れた信頼性を有する電極が提供でき、その工業的価値は
極めて大きい。
第１図は電極基体の引張り破断強度と集電タブ溶接強度
との関係を示す図、第２図は電極基体の平均孔径と集電
タブ溶接不良率との関係を示す図、第３図は活物質充填
密度と最小超音波発振時間との関係を示す図である。
との関係を示す図、第２図は電極基体の平均孔径と集電
タブ溶接不良率との関係を示す図、第３図は活物質充填
密度と最小超音波発振時間との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉川 卓也 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−40253（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−24363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−15763（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 2/22 - 2/26 H01M 4/32 H01M 4/80
Claims (3)
- 【請求項１】スポンジ状ニッケルよりなる電極基体の孔
中に活物質を充填した後、超音波振動により前記電極基
体の所定部所における活物質を除去し、次いで前記所定
部所に集電タブを溶接する方法において、 前記スポンジ状ニッケルとして引張り破断強度3kg/cm以
上、且つ平均孔径200μｍ以上を有するものを用いたこ
とを特徴とする電池用電極の製造方法。 - 【請求項２】活物質を充填した前記電極基体を加圧後、
前記超音波振動による活物質の除去を行うことを特徴と
する請求項記載の電池用電極の製造方法。 - 【請求項３】前記活物質を充填した電極基体の加圧後に
おける空隙率は、22％以下であることを特徴とする請求
項記載の電池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006538A JP2765905B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006538A JP2765905B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186557A JPH02186557A (ja) | 1990-07-20 |
| JP2765905B2 true JP2765905B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=11641125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1006538A Expired - Lifetime JP2765905B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2765905B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1006538A patent/JP2765905B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02186557A (ja) | 1990-07-20 |
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