JP2840369B2 - 電池用極板の製造方法 - Google Patents

電池用極板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電池用極板の製造方法に関する。
(従来の技術) 円筒形の非水電解液電池、アルカリ二次電池等の極板
は、長尺の帯状の正負極間にセパレータを介在させて、
渦巻き状に形成している。このような極板の導電基材と
しては、ステンレス鋼などからなるラスメタル、つまり
金属板に一方向に沿う多数の切れ目を入れて、この切れ
目に直交する方向に金属板を引き延ばして切れ目を開口
させたものが多く使用されている。
従来の帯状極板の製造方法としては、例えば、電極活
物質および導電材を含有するペースト状の混合物(合剤
ペースト)を導電基材の両側に一定厚さで塗着し、溶媒
を飛散させた後、二本の回転ロール間に通し充填を行う
「ペースト法」、また、溶媒を用いず、混合粉末(合剤
粉末)を導電基材と共に二本の回転ロール間を通し、充
填を行う「ロール法」などが知られている。
(発明が解決しようとする課題) ところで、極板における合剤の粉を保持するバインダ
ーとしての結着性は、バインダーとして用いるポリテト
ラフルオロエチレンの繊維化により生じる複雑にからみ
合った網状構造内に活物質粉末と導電性粉末とを補捉し
やすいことと、ポリテトラフルオロエチレン粒子同士の
付着しやすさの2つの度合に依存している。ここでいう
「繊維化」とは、ポリテトラフルオロエチレン粒子同地
のこすり合わせ、またはポリテトラフルオロエチレンと
活物質粉末や導電性粉末とのこすり合わせによりポリテ
トラフルオロエチレン粒子はせん断力が生じポリテトラ
フルオロエチレン粒子が引き伸ばされ、互いにからみ合
い網状となることをいう。この繊維化を高めるためには
前記こすり合わせを如何に効率的にするかにかかってく
る。しかし、「ペースト法」の場合はペースト製造段階
では、水分含有率で60wt%も存在するため合剤粒子間に
存在する多量の水の影響で、ポリテトラフルオロエチレ
ン粒子にせん断力がかかりにくい状態になっており、十
分に繊維化した合剤ペーストを得ることはできない。ま
たこれに続く工程の回転ロール間に通した際のせん断力
による繊維化も不十分である。また、「ロール法」の場
合は、やはり、回転ロールによるせん断力だけでは、ポ
リテトラフルオロエチレンの繊維化が不十分である。そ
のため、ペースト法もロール法もともに、合剤粉末同士
の結着が不十分となり、極板表面からの粉の脱離や合剤
の脱落が発生し易いという問題があった。
そこで、ポリテトラフルオロエチレン粒子の繊維化を
促進させるため、合剤水分含有率を20〜40wt%に押える
ことで、粒子間に介在する水の量を減少させ、粒子どお
しの摩擦力を増加させ、せん断力を増大させることを考
えた。しかし、この場合の合剤は、水分が少ないためポ
リテトラフルオロエチレンの繊維化が促進はするが、ペ
ースト状にはならず、湿潤状態の大きな塊状をなすた
め、従来の「ペースト法」や「ロール法」を用いること
はできないことが分った。
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもの
で、その目的は粉の脱離や合剤の脱落のない電池用極板
の製造方法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち、本発明は、電極活物質、導電材、ポリテト
ラフルオロエチレン及び水を混練して水分含有率が20〜
40wt%となる混合物とし、この混合物を湿潤状態のまま
1.0mm〜5.0mmとなる径の大きさに製造する造粒工程と、
前記造粒工程で得られた造粒物を湿潤状態のまま導電基
材とともに二本の回転ロール間に通すことからなる充填
工程とを有することを特徴とする電池用極板の製造方法
に関する。
次に、本発明の正極板製造方法を説明する。
まず、電極活物質、導電材、ポリテトラフルオロエチ
レンおよび水を混練して、水分含有率が20〜40wt%とな
る混合物を作成する。ここで、水分含有率が20wt%未満
の場合は、均一な混練ができず、40wt%より大きい場合
は、ポリテトラフルオロエチレン粒子に十分なせん断力
が与えられないので繊維化が不十分となってしまう。
こうしてできた混合物は塊状になっており、このまま
では導電基材への充填は困難である。そこで、これに続
く工程として、この塊状混合物を細かく造粒する造粒を
行うには、混合物を乾燥し含有水分を除去した方が造粒
しやすいが、乾燥状態の粒子により導電基材へ充填する
と、粒子が硬いことにより導電基材に伸び、厚さ変化お
よび変形などが生じてしまう。そのため、造粒工程とし
ては、塊状混合物を湿潤状態のまま造粒する。こうすれ
ば、湿潤状態の混合物のもつ柔らかさのため、導電基材
の変形を伴わない充填が行われる。造粒は粒子が1.0mm
〜5.0mm径になるように行なう。造粒物の大きさが1.0mm
未満の場合は扱いが困難となり、5.0mmより大きい場合
は充填時に二本のロール間に入りにくく充填不良が生じ
てしまうからである。
続いて、二本の回転ロール間に前記造粒物を導電基材
とともに通すことにより充填を行う。この時は、導電基
材に充填され剥離がなければよいのであって、厚み出し
のための圧延は、乾燥後とする。
なお、混合物に加えるポリテトラフルオロエチレン量
は、電極活物質と導電材との総重量の2〜7wt%が好ま
しい。2wt%未満の場合は、第2図に示すように電極郡
作製時の絶縁不良が発生し、また、7wt%より大きい場
合は、第3図に示すように100Ω定抵抗放電時の放電容
量維持率が低下してしまう。なお放電容量維持率はポリ
テトラフルオロエチレン量0wt%時を100として示してあ
る。
(作 用) 本発明の電池用極板の製造方法は前述した造粒工程お
よび充填工程を有するので、合剤が導電基材から離脱し
ない。したがって本発明により製造した極板を用いれれ
ば、電極群作製時の絶縁不良や電池製造時の電圧不良の
ないすぐれた電池が得られる。
(実施例) 本発明の一実施例を円筒形二酸化マンガン/リチウム
電池に適用して説明する。
正極活物質としての二酸化マンガン92重量部に対し、
導電材8重量部、ポリテトラフルオロエチレン5重量
部、水40重量部を混練し得た混合物を、平均4.0mm径の
粒となるように造粒し、これらを材質SUS430幅100mm、
厚さ0.20mmからなるラスメタルMとともに、径100mmで
同速回転を行う。2本の回転ロールR1の間を通し充填を
行う。続いて100℃の熱風で20分間乾燥した後、圧延ロ
ーラープレスR2により厚みが0.47mmにるよう圧延を行っ
た。これを長さ220mm、幅26mmに裁断し、この中央部を4
mm幅で導電基板2aを露出させ、そこに長さ40mm、幅3m
m、厚さ0.1mmのSUSステンレス板よりなる正極集電体2c
を抵抗溶接により溶接した。第4図はこのときの正極板
の平面図である。
次に、負極板であるが、負極活物質は長さ230mm、幅2
3mm、厚さ0.16mmの金属リチウム板1aの端部より25mmの
部分に長さ30mm、幅8mmの圧着部と長さ16mm、幅5mmのリ
ード部を有する厚さ0.07mmのNi板よりなるL字型負極集
電板1bのリード部側端部が位置して、負極板1が形成さ
れる。第5図はこのときの負極板1の平面図である。
上記正極板及び負極板を用いて円筒形非水電解液電池
を以下のようにして製作する。
ポリプロピレン製微孔性樹脂フィルム(ジュラカード
2400,セラニーズ(株)製)からなる長さ520mm、幅29m
m、厚さ0.025mmの帯状セパレータ3に上記負極板1を包
み込み、上記正極板2をその上に載置し、正極板2が内
側になるように片端部より巻回し、渦巻状電極群を製造
すると、第6図に示すような横断面を有する渦巻状電極
群が得られる。
次いで、上記渦巻状電極群をその底部に絶縁板4を配
置した形で電池容器5に収納し、前記負極集電体1bを電
池容器内底部に接続固定し、一方正極集電体2cは、正極
端子板6に接続固定する。次に電池容器5内にプロピレ
ンカーボネート、1,2−ジメトキシエタンの1:1混合非水
溶媒に、過塩素酸リチウムを溶解した電解液を注入した
後、正極端子板6にポリプロピレンの封口体7を嵌合し
たものを容器開口部に載置し、開口部の縁を内側に湾曲
させることにより密封し、外径16.0mm,高さ33.2mmの円
筒形二酸化マンガン/リチウム電池を製造すると、第7
図に示すような縦断面図を有する円筒形非水電解液電池
が得られる。
上記の円筒形非水電解液電池を500個試作した際、ま
ず渦巻状電極群について抵抗計による導通試験を行い、
30MΩ未満のものを絶縁不良として、絶縁不良率を調
べ、結果を第1表に示した。
続いて、電極組立後1ケ月経過した時、電池の電圧を
電圧計により検査し、他と比較して極端に電圧の低いも
のを電圧不良として、電圧不良率を調べ、結果を第1表
に示した。
(比較例) 正極板の作製方法として、ペースト法を用いた点を除
き、実施例と同様の部材と構成からなる同一寸法の円筒
形二酸化マンガン/リチウム電池を500個試作した。
上記比較例電池について、実施例と同一の導通試験お
よび電圧試験を行ない、その結果を第1表に併記した。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば極板上の合剤の
脱離のない電池用極板が得られ、絶縁不良や電圧不良の
ない信頼性の高い優れた電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における電池用極板の製造工
程図、第2図は混合物中のポリテトラフルオロエチレン
量と渦巻状電極群の絶縁不良率との関係を示したグラ
フ、第3図は混合物中のポリテトラフルオロエチレン量
と放電容量維持率との関係を示したグラフ、第4図は本
発明における正極板の平面図、第5図は本発明における
負極板の平面図、第6図は本発明による極板が用いられ
た渦巻状電極群の横断面図、第7図は第6図の渦巻状電
極群を用いた円筒形非水電解液電池の縦断面図である。 1……負極板、1a……金属リチウム 1b……負極集電板、2……正極板 2a……導電基材、2b……正極合剤 2c……正極集電体、3……セパレーター 4……絶縁板、5……電池容器 6……正極端子板、7……封口体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 4/04 H01M 4/26 H01M 4/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極活物質、導電材、ポリテトラフルオロ
    エチレン及び水を混練して水分含有率が20〜40wt%とな
    る混合物とし、この混合物を湿潤状態のまま1.0mm〜5.0
    mm径の大きさに造粒する造粒工程と、前記造粒工程で得
    られた造粒物を湿潤状態のまま導電基材とともに二本の
    回転ロール間に通すことからなる充填工程とを有する電
    池用極板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ポリテトラフルオロエチレンの量は、
    電極活物質と導電材との総重量の2〜7wt%とする特許
    請求の範囲第1項記載の電池用極板の製造方法。
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