JP2984816B2 - 正極板へのタブ取付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ二次電池
のニッケル正極板の製造方法に関し、更に詳しくは、３
次元網状構造の集電体に活物質合剤を担持させてなる正
極板を製造する際に、正極板にタブを安定した状態でス
ポット溶接することができる正極板へのタブ取付け方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル・カドミウム電池やニッケル・
水素電池の正極として組み込まれるニッケル正極板は、
集電体に正極活物質合剤が担持されていて、その一部に
集電用のタブがスポット溶接された構造になっている。
ニッケル正極板に用いられる集電体としては、例えば、
発泡状のニッケル多孔体のような３次元網状構造をした
ものが広く用いられている。

【０００３】また、前記ニッケル多孔体に担持される正
極活物質合剤としては、水酸化ニッケルが主成分をな
し、必要に応じて酸化コバルトのようなコバルト化合物
の粉末などを混合した混合粉末が用いられる。ここで、
活物質合剤を構成する粉末の粒径は、通常、１〜１００
μｍ程度である。前記ニッケル多孔体に取付けられる集
電用のタブとしては、ニッケル箔などからなるシートが
一般的に用いられている。

【０００４】上述したような構造のニッケル正極板は、
通常以下のようにして製造されている。すなわち、ま
ず、シート状ニッケル多孔体を用意し、当該シート状ニ
ッケル多孔体１の所定位置の所定範囲を厚み方向に押し
つぶして凹部２を形成する（図１参照）。尚、この凹部
２は後述するタブ取付け箇所となる。ここで、前記シー
ト状ニッケル多孔体１において、凹部２以外の平面部分
を、本発明では、極板平面部１１という。

【０００５】ついで、前記正極活物質の混合粉末にカル
ボキシメチルセルロースやメチルセルロースなどを溶解
して成る増粘剤水溶液を添加して全体を撹拌することに
より、粘稠なペースト状活物質合剤にする。そして、当
該ペースト状活物質合剤を前記シート状ニッケル多孔体
に充填塗布したのち、乾燥する。その後、前記シート状
ニッケル多孔体の全体をロール圧延して、厚みの調整を
行い、図１中の二点鎖線で示した所定箇所をカッターで
切断し、図２に示すように、端部の所定位置にタブ取付
け箇所２ａを備えた短冊状のニッケル正極板の前駆体１
ａを得る。尚、このタブ取付け箇所２ａは、他の部分よ
りも高密度になっており、後段で行われるスポット溶接
時に良好なナゲット部が形成できるようになっている。

【０００６】そして最後に、前記短冊状前駆体１ａのタ
ブ取付け箇所２ａにタブ用のシートの端部を重ね合わせ
て溶接部を形成したのち、当該溶接部をスポット溶接機
の上電極と下電極で加圧しながら通電し、タブ取付け箇
所２ａにタブ３をスポット溶接することにより図３に示
すようなニッケル正極板１Ａを形成する。このようにし
て製造されたニッケル正極板は、負極板、セパレータ、
電解液等とともに電池の外装缶内に組み込まれ、電池が
形成される。

【０００７】

【発明が解決しよとする課題】ところで、ニッケル多孔
体シートの厚さの調整で行われるロール圧延の際、当該
シートは、その厚み方向が圧縮され、その分、厚み方向
と直行する方向に二次元的に展延する。このとき、図４
に示すように、極板平面部１１の外縁部１１ａは、厚み
方向と直行する外側方向（矢印Ａ方向）へ展延し、凹部
２に接する極板平面部の端部１１ｂは、凹部の内側方向
（矢印Ｂ方向）に延伸してくる。ここで、凹部２におい
て、極板平面部の端部１１ｂが延伸してくると、凹部２
の平面部にも厚さ方向と直行する方向に圧縮力がはたら
く。しかしながら、当該凹部２は、高密度化された状態
であり、極板平面部とは延伸する度合いが異なっている
とともに、四方への平面的な変形が制限される状態にな
っている。そのため、極板平面部の端部１１ｂが内側に
延伸してくると、前記凹部２にはゆがみが生じてしま
う。このような状態にある連続シート１を切断し、短冊
状の正極板前駆体１ａとすると、タブ取付け箇所２ａの
断面形状は、図５に示すように、うねった状態となるた
め、このタブ取付け箇所にタブのスポット溶接を行う
と、タブとタブ取付け箇所は密着した状態で全面接触せ
ず、結果として、良好なスポット溶接がなされない場合
がある。

【０００８】以上のように、タブ取付け箇所とタブとの
間で溶接不良が起こると、タブ取付け箇所とタブとの全
面で均等に電流は流れず、不均一にばらつく接触箇所だ
けに電流が流れるため、結果として、その接触箇所に大
きな電流が流れ、そこが抵抗発熱して当該正極板を組み
込んだ電池は発熱するおそれがある。また、電池の使用
途中でタブが正極板からはずれると、通電不能となった
り、正極板からはずれた前記タブが負極側の部材と接触
し短絡を起こしたりする不都合が生じる可能性がある。

【０００９】本発明は、アルカリ二次電池のニッケル正
極板における上記した問題を解決し、タブ取付け箇所に
生じたうねりに起因する溶接不良の発生を少なくするこ
とができる正極板へのタブ取付け方法の提供を目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、３次元網状構造の集電体連続シートの
所定箇所を圧縮してタブ取付け箇所を設けると共に、当
該集電体連続シートにペースト状活物質合剤を充填した
のち乾燥し、ついで当該集電体連続シートをロール圧延
し、その後、前記集電体連続シートを、端部にタブ取付
け箇所が位置する短冊状に切断して正極板前駆体とし、
当該正極板前駆体のタブ取付け箇所を加圧成形して平坦
にしたのち、当該タブ取付け箇所にタブをスポット溶接
して取付けることを特徴とする正極板へのタブ取付け方
法が提供される。

【００１１】本発明の正極板へのタブ取付け方法におい
て、正極板前駆体のタブ取付け箇所を加圧成形する際の
圧力は、２００〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ² とすることが好
ましい。本発明による正極板へのタブ取付け方法は、ロ
ール圧延後、短冊状に切断した正極板前駆体のタブ取付
け箇所に対し加圧成形を行うと、厚さの調整で行われた
ロール圧延により生じたタブ取付け箇所のうねりが矯正
され、当該箇所が平坦化される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の正極板へのタブ取付け方
法においては、正極板の前駆体を製造する工程（以下、
工程Ａという）とその前駆体のタブ取付け箇所を加圧成
形する工程（以下、工程Ｂという）とを必須の工程とし
て含んでいる。上記した工程Ａと工程Ｂが順次行われる
ことによって、本発明においては、正極板前駆体のタブ
取付け箇所のうねりが矯正され、平坦なタブ取付け箇所
が得られる。その結果、タブとタブ取付け箇所とが密着
した状態で接触するようになりタブ取付け箇所における
スポット溶接性は向上する。

【００１３】まず、工程Ａにおいては、３次元網状構造
の集電体連続シートが用意される。ここで、本発明で用
いられる３次元網状構造の集電体は、従来から用いられ
ているものであれば何であってもよく、格別限定される
ものではないが、ペースト状活物質合剤の充填量を多く
することができるという点で、例えば、多孔度９４〜９
７％で孔径５０〜５００μｍの連通孔を有する発泡状ニ
ッケル多孔体の連続シートを好適なものとしてあげるこ
とができる。

【００１４】ついで、前記ニッケル多孔体シート１の所
定位置を、例えばプレス機を用いることにより、所定面
積の広さで厚さ方向に押しつぶしてその箇所を高密度化
し、凹部２を形成する（図１参照）。ここで、前記ニッ
ケル多孔体シート１に対しプレス成形により凹部２を設
ける場合、ニッケル多孔体シートを押しつぶすことによ
り高密度化がなされ、後段で行われるスポット溶接にお
ける溶接性の向上が図られる。

【００１５】次に、従来から行われているような所定の
方法で調製したペースト状活物質合剤を前記ニッケル多
孔体シートに充填塗布したのち、乾燥する。その後、前
記ニッケル多孔体シートの全体をロール圧延して厚さの
調整を行ったのち、図１中の二点鎖線で示すように、前
記ニッケル多孔体シートを所定寸法で切断し、短冊状の
正極板前駆体１ａ（図２参照）とする。

【００１６】以上の工程Ａが終了したのち、工程Ｂで
は、正極板前駆体に対し、図２に示すように工程Ａのロ
ール圧延により生じたうねりのあるタブ取付け箇所２ａ
を加圧成形し、平坦な面に矯正することが行われる。こ
の矯正作業では、例えば、タブ取付け箇所の上下面を、
平坦な面を有する上型４と下型５とで上下から挟み込
み、加圧成形する方法が採用される。

【００１７】前記上型４及び下型５の面４ａ，５ａは、
タブ取付け箇所２ａと相似形状をしており、タブ取付け
箇所と同程度かそれよりも小さい面積を有している。こ
のとき、タブ取付け箇所を加圧する際の圧力が２００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 未満であると当該箇所のうねりを矯正して
平坦な面を形成することが困難であり、逆に、当該圧力
が２５０ｋｇｆ／ｃｍ² を超えると、うねりを矯正する
能力は向上するが当該箇所を破損するおそれがある。よ
って、タブ取付け箇所を加圧成形する際の圧力は、２０
０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ² に設定することが好ましい。
尚、前記圧力のより好ましい範囲は２２０〜２３０ｋｇ
ｆ／ｃｍ² であり、特に２２５ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で
加圧成形すると、タブ取付け箇所を破損することなく、
充分に平坦化できるので好適である。

【００１８】以上のように、工程Ａ及び工程Ｂが終了し
た後、正極板前駆体のタブ取付け箇所にタブ用シートの
端部を重ね合わせて溶接部を形成し、前記溶接部をスポ
ット溶接機の上電極と下電極で加圧保持しながら通電し
てタブの端部を前記正極板前駆体のタブ取付け箇所にス
ポット溶接し、正極板を形成する。

【００１９】

【実施例】

実施例１〜７ 孔径が１００〜５００μｍ，多孔度８５〜９５％で、厚
さ１．１ｍｍ，幅２０ｍｍのスポンジ状ニッケル多孔体
の連続シートを用意した。ついで、長辺寸法２０ｍｍ，
短辺寸法５ｍｍの長方形状の型を前記ニッケル多孔体シ
ートの幅方向の中心線上において、当該シートの長手方
向と型の長辺とが平行になるようにして、９０ｍｍ間隔
で押しつけ、図１に示すように当該シートの所定位置を
圧縮し、長方形状の凹部２を複数形成した。このときの
圧下率は８０％とした。

【００２０】次に、球状水酸化ニッケル粉末７０重量
部、ＣｏＯ粉末１０重量部、カルボキシメチルセルロー
スの１％水溶液２０重量部を混合してペースト状正極活
物質合剤を調製した。そして、当該ペースト状正極活物
質合剤を前記ニッケル多孔体シートに真空含浸法で充填
し、その後、１００℃で０．５時間乾燥した。その後、
当該シート１の全体に対して圧下率５０％でロール圧延
を行って、前記ニッケル多孔体シート１の厚さを０．５
ｍｍに調整した。

【００２１】次に、以上のように厚さ調整が終了したニ
ッケル多孔体シート１に対し、凹部２の活物質を除去し
たのち、当該ニッケル多孔体シート１を端部より５０ｍ
ｍ間隔で切断して、図２に示すように、タブ取付け箇所
２ａを備えた短冊状の正極板の前駆体１ａを形成した。
このとき、当該タブ取付け箇所２ａの断面形状は、図５
のようにうねりが生じた状態になっていた。尚、前記ニ
ッケル多孔体シート１の切断箇所としては、例えば、図
１に示したように、長方形の凹部２の長辺の中央が含ま
れるように設定した。

【００２２】ついで、前記正極板前駆体１ａをそれぞれ
表１に示した枚数だけ用意した。そして、図２に示すよ
うに、面４ａ，５ａが縦１０ｍｍ，横５ｍｍの長方形を
なす上型４と下型５とを有するプレス機により、当該正
極板前駆体１ａのタブ取付け箇所２ａに対し表１に示し
た圧力で加圧成形を行った。以上のようにして得られた
正極板の前駆体に対し、表面観察を行い、破損の有無を
検査し、破損していた正極板前駆体の枚数を表１に併記
した。更に、製造した全ての正極板前駆体の枚数に対す
る加圧成形時に破損した正極板前駆体の枚数の割合を求
め、この割合を加圧成形時における良品率（％）とし
て、表１に併記した。尚、破損した正極板前駆体はこの
時点で除去し、後段のタブのスポット溶接の工程には送
らないようにした。

【００２３】ついで、タブ取付け箇所の加圧成形が終了
し、破損していない前記前駆体１ａに対してタブ用のニ
ッケルシートをスポット溶接し、図３に示すような正極
板１Ａを製造した。得られた正極板１Ａに対し、溶接不
良を起こしているか否かを判定し、溶接不良を起こして
いる正極板の枚数を計数した。そして、タブ溶接を行っ
た正極板の枚数に対する溶接不良を起こした正極板の枚
数の割合を求め、この割合を溶接不良率（％）として、
得られた結果を表１に併記した。

【００２４】ここで、溶接不良は以下のようにして判定
した。まず、剥離試験機の上下のチャックに、正極板１
Ａの極板部分とタブとをそれぞれ取付け、正極板の長手
方向に沿って、引張り力が１ｋｇｆになるまで引張っ
た。そして、引張り力が１ｋｇｆ未満でタブが剥離した
ものを溶接不良品と判定し、剥離しなかったものを良品
とした。

【００２５】次に、得られた正極板１Ａを、公知のセパ
レータ，水素吸蔵合金電極，アルカリ電解液と組み合わ
せて、定格容量５００ｍＡｈのニッケル・水素電池を組
み立てた。尚、電池１個当たりに正極板は３枚組み込ま
れている。得られた電池に対して、短絡の発生率を求め
た。その結果を表１に併記した。ここで、短絡の発生率
は、以下のようにして求めた。

【００２６】まず、得られた電池に対して、充電，放
電，エージングを行い、当該電池を活性化させた後、個
々の電池について開路電圧を求め、その電圧値が規格電
圧以下である電池を抜き出した。ついで、抜き出した電
池を解体し、正極タブの状態を観察し、当該正極タブが
正極板からはずれ、負極側の部材と接触しているものを
短絡が発生した電池として計数した。そして、製造した
電池の総数に対する短絡が発生した電池の個数の割合を
求め、この割合を短絡の発生率（％）として表１に併記
した。

【００２７】また、製造した全ての正極板前駆体の枚数
に対する、破損，溶接不良を生じておらず、短絡発生電
池に組み込まれていない良品正極板の枚数の割合を求
め、この割合を正極板製造における正極板全体の良品率
（％）として表１に併記した。 比較例１ タブ取付け箇所の加圧成形を行わなかったことを除いて
は、実施例１と同様にして正極板を製造し、当該正極板
を用いて実施例１と同様にして電池を製造した。

【００２８】この正極板およびそれを組み込んだ電池に
対して、実施例１と同様にして加圧成形時の良品率、溶
接不良率、短絡の発生率、正極板全体の良品率を求め、
その結果を表１に併記した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の結果から次のことが明らかとなる。
すなわち、タブ取付け箇所を加圧成形してからタブを取
付けると比較例１と比べて明らかなように、溶接不良率
は著しく低くなり、ほぼ１００％を正極板として電池に
組み込むことができる。そして、その正極板を組み込ん
だ電池では、短絡事故が起こったとしても、その発生率
は高々１．２％（実施例１）程度である。しかし、加圧
成形時の圧力を高くするとタブ取付け箇所が破損するこ
とがある（実施例７）。

【００３１】特に、加圧成形時の圧力を２００〜２５０
ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲に設定した実施例２〜６の正極板
は、加圧成形時に破損は発生せず、溶接不良率は０．２
％以下と低い。そして、当該正極板を組み込んだ電池の
短絡発生率は０％であり、正極板全体での良品率は９
９．８％以上と高いことがわかる。これは、厚さ調整の
ために行われたロール圧延の際にうねりが生じてしまっ
たタブ取付け箇所を、本発明で規定した前記範囲内の圧
力で加圧成形すると、極板が破損することなくうねりが
矯正され、タブ取付け箇所が平坦になり、その結果、タ
ブのスポット溶接において、良好な溶接がなされるため
である。

【００３２】比較例１は、溶接不良率が４０．４％，短
絡の発生率が２．５％と高くなっていることがわかる。
これは、従来通りに、タブ取付け箇所の加圧成形を行わ
なかったので、当該箇所にうねりが残留してしまい、そ
れにより、タブとタブ取付け箇所との均一接触がなされ
ず、良好なスポット溶接が行われなかったためである。
このため、当該正極板を組み込んだ電池においては、タ
ブが正極板からはずれ、短絡するものがあり、短絡発生
率が高くなっており、それにより正極板全体の良品率は
低下している。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
おける正極板へのタブ取付け方法によれば、正極板前駆
体のタブ取付け箇所を加圧成形することにより、当該箇
所のうねりを矯正し、平坦化し得る。このため、タブを
当該タブ取付け箇所にスポット溶接する際、タブとタブ
取付け箇所とが密着して全面接触し、良好なスポット溶
接が行えるものである。よって、本発明における正極板
へのタブ取付け方法を採用すると正極板へタブを溶接す
る際、溶接不良の発生が少なくなり、電池製造における
歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続シート状の集電体（ニッケル多孔体シー
ト）の構造を示す斜視図である。

【図２】正極板の前駆体の構造を示す斜視図である。

【図３】正極板の構造を示す斜視図である。

【図４】連続シート状の集電体（ニッケル多孔体シー
ト）の上視平面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１ 集電体の連続シート（ニッケ
ル多孔体シート） １ａ 短冊状の正極板前駆体 ２ａ タブ取付け箇所 ３ タブ ４ 上型 ５ 下型

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−204911（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−199117（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−22704（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−335459（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−14570（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−101367（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−113963（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 2/26 H01M 2/30 H01M 4/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元網状構造の集電体連続シートの所
   定箇所を圧縮してタブ取付け箇所を設けると共に、当該
   集電体連続シートにペースト状活物質合剤を充填したの
   ち乾燥し、ついで当該集電体連続シートをロール圧延
   し、その後、前記集電体連続シートを、端部にタブ取付
   け箇所が位置する短冊状に切断して正極板前駆体とし、
   当該正極板前駆体のタブ取付け箇所を加圧成形して平坦
   にしたのち、当該タブ取付け箇所にタブをスポット溶接
   して取付けることを特徴とする正極板へのタブ取付け方
   法。
2. 【請求項２】 前記加圧成形時の圧力が２００〜２５０
   ｋｇｆ／ｃｍ² である請求項１の正極板へのタブ取付け
   方法。