JP2976863B2 - 電池用電極の製造法 - Google Patents

電池用電極の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池用電極、とく
にアルカリ蓄電池のニッケル極に関し、またその製造法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電池用電極には、大別して、ペースト式
電極と、焼結式電極、ポケット式がある。近年、アルカ
リ蓄電池用とくにニッケル極の新しい製法として、三次
元的に連通した空間部を有するスポンジ状金属多孔体
や、ニッケル繊維の不織布からなる基体に、ペースト状
混練物を充填するペースト式電極が実用化され、多用さ
れている。
【０００３】これらの金属支持体は多孔度９５％程度、
空間部の孔径は最大数百μｍにも及ぶことから、ペース
ト状活物質あるいは活物質粉末を直接充填することが可
能であり、簡単な工程で電極を製造できるという特徴を
有している。
【０００４】従来、これらの金属支持体への具体的な活
物質充填方法には、ペースト状活物質に振動を与えて充
填する方法、ドクターナイフ等でペースト状活物質を擦
り込む方法、金属支持体の片面にペースト状活物質を接
触させ、他面より吸引して充填する方法、及びペースト
状活物質をノズルより噴射して金属支持体へ吹きつける
方法等がある。
【０００５】これらの方法のうち、活物質を金属支持体
の空間部に均一に充填するには、擦り込み法と吹きつけ
法とが優れている。さらにこの両方法を比較すると、充
填に用いる装置の耐久性及び操作や保守の簡易性等か
ら、吹きつけ法が擦り込み法よりも優れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この吹きつけ充填法
は、充填に用いる装置の耐久性及び簡易性の点では優れ
ている。しかしノズルで吹き出すことでペースト状活物
質に単に流速を与え、支持体、例えばスポンジ状金属多
孔体の両側よりその空間部に吹きつけて充填させている
ために、表面部分の空間に入り込んだペーストが後ろか
ら吹きつけられる別のペーストにはじき飛ばされたり、
金属多孔体自体の表面にペーストが打ち当たってはね返
されたりすることにより、金属多孔体への活物質充填量
を調整することに改良の余地を残している。すなわち充
填量のバラツキを一層少なくし、電池容量のバラツキを
少なくすることが要望されている。
【０００７】また、別の課題として高容量化のためには
電極を厚くすることが必要であるが、厚くすると円筒型
に巻回せて電池を構成する際には、電極にヒビ、ワレが
発生して、内部短絡や放電容量低下を生じる。
【０００８】この場合、巻回を円滑に行えるように金属
多孔体に溝部を設けることが既に提案されている（例え
ば特開平５−４１２１１号公報）。しかし、溝部を設け
た面からのペースト充填等を行った場合、その溝部にも
ペーストが存在するため、加圧して電極を形成し巻回す
る際に、溝部から活物質が脱落してしまうなどの問題が
あった。
【０００９】本発明は上記課題を解決するものであり、
三次元的に連なった空間を有する金属多孔体を支持体と
する電池用電極とくにニッケル極において、その活物質
充填量のバラツキを少なくすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために三次元的に連なった空間を有し、この空間
内に活物質が充填されていて、しかもこの金属多孔体の
一方の面の大部分には活物質が充填されていない電極で
あって、この金属多孔体は活物質の充填後所望の厚さに
加圧したものである。さらに好ましくはこの金属多孔体
の一方の面には全く活物質が充填されていない電池用電
極としたものである。
【００１１】またその好ましい製造法としては、金属多
孔体の一方の面にノズルを接近させ、このノズルからペ
ースト状活物質を吐出して多孔体内に充填し、多孔体の
反対の面にまではペーストを通過させないように充填
し、その後プレスすることである。
【００１２】さらに好ましい具体的な製造法としては、
三次元的に連なった空間を有する帯状の金属多孔体をそ
の長さ方向に走行させながら、その一方の面に接近させ
たペースト吐出ノズルから活物質を主体としたペースト
を吐出することによって、ペーストを金属多孔体の空間
中に多孔体の他方の面にまでは貫通しないように充填
し、その後プレスして他方の面に多孔体金属のみからな
る低多孔度の、薄い金属層を設けたものである。
【００１３】また、一方の面には活物質が充填されてい
ない金属多孔体を渦巻状に巻回する構成の電池用電極で
あり、少なくともその大部分の面に活物質が充填されて
いない電極の一方の面に、その長さ方向と平行な複数の
溝部を設けたものである。その好ましい製造法としては
三次元的に連なった空間を有する帯状の金属多孔体を長
さ方向に走行させながらその一方の面に長さ方向と平行
に複数の溝または切れ目を入れ、この溝または切れ目を
入れた面とは反体面から活物質を主体としたペーストを
ノズルより吐出することによって、金属多孔体中に吐出
されたペーストが金属多孔体の他方の面にまでは貫通し
ないように充填するものである。
【００１４】このようにして製造した電極を巻回する場
合には、帯状の電極をその長さ方向とは垂直の方向に切
り出した単電池用電極を、その溝部と垂直な方向に溝部
を外側にして巻回するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、まずノズルによって活
物質を主体としたペーストを金属多孔体の一方の面か
ら、他方の面にまでは貫通しないよう吐出することによ
り、多孔体の表面の空間部分に入り込んだペーストが後
ろから吹きつけられる別のペーストにはじき飛ばされた
りすることがなく、金属多孔体へのペーストの充填量を
調整してその充填量バラツキを小さくして電極を構成す
るものであり、その結果電池容量を大きくすることがで
きる。またこの電極は、ペースト充填後プレスして他方
の面に多孔体金属のみからなる低多孔度の、薄い金属層
を設けるものである。
【００１６】ペーストを金属多孔体へ吐出充填する際、
金属多孔体と、その一方の面に接近して配置したノズル
との距離を１ｍｍ以下にすると、ペーストが多孔体自体
の表面に打ち当たってはね返されることが減り、安定し
たペースト供給が可能になり、ペーストの充填バラツキ
が小さくなる。また、ペーストの含水率を小さくするこ
とで、活物質の実質的な充填密度が高まり、電池容量を
さらに大きくすることができる。
【００１７】また、この電極を渦巻状に巻回する場合、
ペースト充填側とは反対側の面に溝部を設けることで、
高容量化のために活物質充填量を多くして金属多孔体の
厚みが厚くなっても、活物質が充填されていない面を巻
回の外側に位置するように巻けば活物質の脱落も少な
く、溝部分で極板に規則的にクラックが入ることによ
り、脱落活物質による内部短絡不良や放電容量の低下を
抑制でき、品質的にも安定し、信頼性に優れた電池用電
極ができる。
【００１８】
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳し
く説明する。
【００１９】（実施例１）水酸化ニッケル１００重量部
に対して、ニッケル金属粉末１０重量部、コバルト酸化
物粉末５重量部を加えて粉末混合し、これらに分散媒と
して水を全ペーストに占める比率が２５重量％となるよ
う加え、練合してペースト状活物質とした。
【００２０】図１中、１で示す厚さ２．５ｍｍ、多孔度
９８％、平均孔径２００μｍの帯状のスポンジ状ニッケ
ル金属多孔体の一方の面にノズル３を対向させ、このノ
ズル３を用いてペースト状活物質を帯状のスポンジ状ニ
ッケル多孔体中へ、多孔体自体をその長さ方向に走行さ
せながら充填した。
【００２１】このとき、ノズル３と金属多孔体１との接
近距離は０．１ｍｍに保ち、ノズル３より一定量ずつペ
ースト状活物質を吐出して多孔体中への充填を行った。
ペーストの多孔体への充填に当って、その充填側である
一方の面から他方の面にまではペーストが貫通しないよ
うに多孔体の走行速度を調整した結果、その好ましい走
行速度は７ｍ／分となった。
【００２２】その後全体の厚さを１．０ｍｍにまで加圧
した後、図に示すように多孔体１をその幅方向、長さ３
０ｍｍに切断し、所定の位置にリード板をスポット溶接
して本発明による電極Ａを形成した。
【００２３】このようにして得られたニッケル極３枚
と、公知のセパレータと、ミッシュメタル・ニッケル系
水素吸蔵合金負極を４枚用いて角型のニッケル−水素電
池Ａを構成した。
【００２４】比較のため図２に示すような公知のスポン
ジ状ニッケル金属多孔体の両面から活物質を多孔体中に
吹きつけ充填したニッケル極を用い、その他はＡと同様
とした電池Ｂを構成した。このＡ，Ｂ各電池１００セル
について１Ｃ放電時の放電容量を調べたところ、電池Ａ
では１．８０〜１．８７Ａｈであったのに対し、Ｂでは
１．８０〜２．０１Ａｈであり、明らかにＡの電池のバ
ラツキが少なかった。
【００２５】（実施例２）実施例１と同様にして製造し
た電極を３５ｍｍ幅に切断４し、その切断方向を長手方
向として、１００ｍｍの両端を切断して長さ８７ｍｍと
し、所定の位置にリード板をスポット溶接した。これを
本発明の実施例による電極Ｃとする。
【００２６】比較例には金属基体にその両面よりノズル
３を用いてペースト状活物質を充填し、電極Ｃと同寸法
に裁断した後、所定の位置にリード板をスポット溶接し
た。これを電極Ｄとする。その後前記電極ＣとＤをそれ
ぞれの正極として、これに公知のセパレータとミッシュ
メタル・ニッケル系水素吸蔵合金負極とを組合せ、渦巻
状に巻回し、所定量（２ｍｌ）のアルカリ電解液を注入
して、４／５Ａサイズの電池を構成した。
【００２７】本発明による電極Ｃを用いて構成した電池
を電池Ｃとし、比較例による電極Ｄを用いて構成した電
池をＤとする。なお、アルカリ電解液を注入する以前
に、内部短絡確認を行い、アルカリ電解液注入後に２０
℃の雰囲気温度で、０．１ＣｍＡの電流で１５時間充電
後１ＣｍＡで放電終止電圧１．０Ｖの条件にて、Ｃ，Ｄ
各電池１００セルについて放電容量を測定した。
【００２８】その結果、電池Ｃの放電容量は１．８０〜
１．８６Ａｈであったのに対して、Ｄでは１．８０〜
２．０１Ａｈであり、明らかに、本実施例における電池
Ｃは、多孔体の片面から内部にペーストを充填し、もう
他方の面にまでは活物質が通過しないため、電池Ｄと比
較して、ペーストの充填バラツキによる放電容量のバラ
ツキを小さくできた。
【００２９】（実施例３）実施例１と同じ帯状のスポン
ジ状ニッケル金属多孔体を用い、ペーストも同じ処方、
同じ充填操作を行った。また、実施例２と同じ方法で電
池を作製し、その放電容量を測定した。このとき、ノズ
ル３と金属多孔体１との接近距離を変化させて、ノズル
３より一定量ずつペーストを吐出して多孔体への充填を
行った。
【００３０】図３は、このときのノズルと多孔体との距
離と、電池としての放電容量のバラツキとの関係を示し
た図である。図から明らかなように、ノズル３と金属多
孔体１との距離間隔は１．０ｍｍ以下に保つことで、安
定してペースト供給ができ、放電容量のバラツキを小さ
くできた。
【００３１】（実施例４）実施例１におけるペースト組
成のうち、水の全ペーストに占める比率を２０〜５０重
量％となるよう変化させてペーストを練合した以外は実
施例２と同じ条件として、帯状のスポンジ状ニッケル多
孔体を長さ方向に走行させながら、その一方の面に接近
させたノズルからペーストを多孔体中に充填した。
【００３２】図４は、このときのペーストの含水率と放
電容量密度との関係を示した図である。本発明によるペ
ーストの充填方法では含水率を少なくすることにより、
放電容量密度を高めることができた。
【００３３】（実施例５）実施例１と同じ帯状のスポン
ジ状ニッケル金属多孔体を用い、ペーストも同じ処方と
し、前記スポンジ状ニッケル金属多孔体１の一方（下
方）の面をリブ付きロールとそのフォロワーロールとで
加圧することにより、多孔体の長さ方向に沿って複数の
溝部２を設け、他方（上方）の面からノズル３を使い、
図５に示すように実施例１と同じ方法でペーストを充填
した。溝部の形成以外は実施例１と同じようにして電極
を作製し、これを本発明による電極Ｅとする。
【００３４】この電極Ｅを正極として、公知のセパレー
タとミッシュメタル・ニッケル系水素吸蔵合金負極とを
用いて、図６に示すように、溝部を設けた電極Ｅを溝部
が巻回の外側になるように全体を渦巻状に巻回し、実施
例１と同じようにして作製した電池をＥとする。比較の
ため前記の電池Ｄを用意して実施例２と同じように、内
部短絡確認を行い、その後Ｄ，Ｅ各電池１０００セルに
ついて放電容量のバラツキを測定した。
【００３５】また、その際、内部短絡発生率も測定し
た。その結果を（表１）に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】この（表１）から明らかなように、本実施
例における電池Ｅは多孔体の一方の面から充填し他方の
面にまでは活物質が通過しないため、多孔体の両面から
ペースト状活物質を充填した電池Ｄと比較して、ペース
トの充填バラツキによる放電容量のバラツキを小さくで
きる。また本実施例における電池Ｅは、極板にその巻回
方向と垂直に溝部２を設け、この溝部２が巻回の外側に
なるように巻回している。従って、厚型の極板において
も溝部に沿って規則的なクラックが生じるため、比較例
の電池Ｄのように正極の電極表面に不規則なヒビやワレ
が発生して起こる内部短絡を防止でき、容易に極板の厚
型化が可能なため電池として高容量化を図ることができ
る。
【００３８】なお、上記実施例においては、基体とし
て、スポンジ状のニッケル金属多孔体について述べた
が、スポンジ状のニッケル多孔体のかわりに、その他の
三次元的に連なる空間をもったニッケル繊維の不織布な
どの金属基体を用いて電極を製造した場合にも、前記と
ほぼ同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明の電極の製造法によ
り得られる電極を用いた場合、活物質の充填バラツキに
よる放電容量のバラツキを低減することができる。また
電極の他方の面（片面）には多孔体金属のみからなる低
多孔度の、薄い金属が存在して、これが電極の機械的強
度を高めるとともに集電性も高める補強材として機能す
るため、電極はその取扱い時に破断することはなく、従
来の電極よりもさらに高容量で、かつ信頼性に優れた電
池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極の製造方法を示す斜視図
【図２】比較例の電極の製造方法を示す図
【図３】本発明の製造法によるノズルと多孔体との距離
と電極の放電容量バラツキとの関係を示す図
【図４】本発明によるペーストの含水率と放電容量密度
との関係を示す図
【図５】本発明の他の電極の製造法を示す斜視図
【図６】同電極を渦巻状に巻回したときの部分断面図
【符号の説明】
１ 帯状の三次元空間をもった金属多孔体 ２ 溝部 ３ ノズル ４ 電池用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横尾 定顕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 三栗谷 仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−147657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−81868（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 4/24 - 4/32 H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/80 H01M 10/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】三次元的に連なる空間を有する帯状の金属
    多孔体を長さ方向に走行させながら、その一方の面にペ
    ースト吐出ノズルを１ｍｍ以下の接近した距離をおいて
    対向配置し、このノズルから前記一方の面に向けて活物
    質を主体としたペースト状混練物を吐出することによっ
    て、ペースト状混練物が金属多孔体の他方の面にまでは
    貫通しないように多孔体中に充填し、ついでプレスして
    他方の面に多孔体金属のみからなる低多孔度の、薄い金
    属層を設けることを特徴とする電池用電極の製造法。
  2. 【請求項２】三次元的に連なる空間を有する帯状の金属
    多孔体を長さ方向に走行させながらその一方の面に長さ
    方向と平行に複数の溝または切れ目を入れ、その反対面
    にペースト吐出ノズルを１ｍｍ以下の接近した距離をお
    いて対向配置し、このノズルから前記反対面に向けて活
    物質を主体としたペースト状混練物を吐出することによ
    って、前記金属多孔体中にペースト状混練物が金属多孔
    体の他方の面にまでは貫通しないように充填し、ついで
    プレスして他方の面に多孔体金属のみからなる低多孔度
    の、薄い金属層を設けることを特徴とする電池用電極の
    製造法。
  3. 【請求項３】ペースト状混練物は、分散媒としての水を
    全ペーストの２０〜３０重量％含んでいる請求項１また
    は２記載の電池用電極の製造法。
  4. 【請求項４】電池用電極がアルカリ蓄電池のニッケル極
    である請求項１または２記載の電池用電極の製造法。
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