JP3781660B2 - 蓄電池用電極の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状体巻回用支持リールを用いた蓄電池用電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりアルカリ蓄電池は各種の電源として広く使われており、小型電池は各種の携帯用の電子通信機器に、大型電池は産業用にそれぞれ広く用いられるようになってきている。
この種のアルカリ蓄電池においては、正極としてはほとんどの場合がニッケル電極である。一方、負極の場合は、カドミウムの他に、亜鉛、鉄、水素等が使われる。
【０００３】
円筒型電池の場合、ニッケル電極に、セパレータと負極を重ねあわせて渦巻き状に巻回し、巻回されたものを円筒型電池ケースに収納し、このケース内に電解液を注入し蓄電池が形成される。また、角型電池の場合は、このようにして形成されたニッケル電極に、セパレータと負極を重ねあわせて積層体を形成し、これを角型電池ケースに収納し、このケース内に電解液を注入し蓄電池が形成される。
【０００４】
このニッケル電極あるいはカドミウム電極を形成する方法として、焼結式と非焼結式とがある。
【０００５】
後者は、ニッケルやカドミウムなどの化合物の粉末と各種添加剤粉末とを配合し、これに有機物結着剤を加えて混練し、ペースト状にし、これを多孔質ニッケル基板に充填し乾燥してプレスすることによって形成するものである。
【０００６】
また、前者の焼結式電極は、導電性芯材にニッケル粉を含むスラリー状のものを塗布して焼結し、この焼結された基板（焼結基板）を硝酸ニッケルのような金属塩溶液とアルカリ液とに交互に何度も繰り返し浸漬して、この焼結基板に水酸化ニッケルを析出させる方法によって形成される。
【０００７】
この方法では、焼結基板に活物質を析出せしめる際、高温度で高濃度の硝酸ニッケルなどの溶融塩含浸液を使用して硝酸塩を充填した後、乾燥、アルカリ処理を行うというサイクルを数回行い、活物質を水酸化物として析出せしめるという方法がとられている。
【０００８】
この方法では、前述したように、導電性芯材にニッケル粉を含むスラリー状のものを塗布して焼結することによって形成した焼結基板を硝酸ニッケルのような金属塩溶液とアルカリ液とに交互に何度も繰り返し浸漬して、水酸化ニッケルを析出させる必要がある。
【０００９】
その際、生産性向上のために特開昭５１−７０４２４に示されているように焼結基板を巻回体の状態で一連の浸漬・乾燥・アルカリ処理・水洗の各工程を施す方法が提案されている。この方法では、焼結基板をステンレス製スプリングなどの間隔保持体により所定極板間隔を保持して巻回し、巻回体の状態で含浸することにより大量処理を可能にしている。この支持リールは図４および図５に示すように、主軸１１の両端に配設された支持部１２ａ、１２ｂを有している。またこれら支持部には、主軸を中心として放射状にリブ１３が配設されており、巻回された焼結基板７の側端部がこれらリブ１３によって支持されるようになっている。通常、支持リールは主軸１１が直立するような態勢で使用されるが、リブ１３による部分的支持により、巻回された焼結基板の側端部の全辺が支持部と接触することがない。これにより、焼結基板側端部の損傷が防止でき、かつ焼結基板を処理液に浸漬しても処理液などの循環が妨げられないようになっている。しかしながら、近年、更なる大量処理が求められるようになり、焼結基板の幅広化、長尺化が更に推し進められるようになった。この結果、リブにかかる焼結基板の重みが増大し、特に保持体外周部においてはリブの間隔が広がることから、焼結基板が自重で変形し、巻回体の真円度が維持できなくなるといった問題が生じるようになった。これにより、焼結基板同士が接触し、その部分で液体あるいは気体の流通が悪くなり、極板表面に汚れが生じたり、均一な表面処理ができなかったりすることにより、品質低下の原因となっていた。
【００１０】
そこで、上記焼結基板同士の接触を防ぐために、リール中心部の軸受型鍔部から放射状に延び出たリブ上に渦巻き状に極板支持ガイド片を固定し、帯状の焼結基板を支持する極板支持ガイド片相互の間隔を、鍔部に近い巻き初め部分で広くし、外周部に近い巻き終わり部分では狭くして巻き取る方法が提案されている（特開平１１−２１３９９７）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような方法では、巻回体中心部での巻回ピッチが大きくなるため焼結基板の巻長さが減少し、生産性向上効果を十分に発揮し得ず、又、巻回体の外周部と内周部で焼結基板同士の間隔が異なり、液体、気体の流通が均一にならないなどの問題があった。
【００１２】
一方、支持リールの機械的強度を高めようとするとリブは密に配置することになり、処理に際して液体、気体の流通を妨げるという問題があった。
【００１３】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、液体、気体の流通を妨げることなく、生産性よく電極板を形成することのできる支持リールを用いた蓄電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の蓄電池用電極の製造方法において使用される支持リールでは、主軸と、この主軸より径大にして、主軸の両端部に位置し互いに対向する一対の支持部とを備える帯状体巻回用支持リールであって、前記一対の支持部の少なくとも一方は、前記主軸の端部付近をその円周方向において同一面内で取り巻く複数の枠と、それらの枠で区画された各領域内に配置され内方に延びる複数のリブとを具備し、少なくとも一つの前記領域内にあるリブは、当該領域より内側の領域内にあるリブより多く配設されていることを特徴とする。ところで、支持リールは支持強度と流通性を必要とするため、強度保持と占有面積の低減という背反的な２つの要求を満たす必要がある。すなわち支持性を高めるという要求に対しては、リブは機械的強度を高める必要があり、一方遮蔽性を低くするためには、液体や気体の流通を妨げないようにリブを配置すると共に、それを細く形成する必要がある。
【００１５】
そこで本発明では、主軸の両端部に位置し互いに対向する一対の支持部の少なくとも一方は、前記主軸の端部付近をその円周方向において同一面内で取り巻く複数の枠と、それらの枠で区画された各領域内に配置され内方に延びる複数のリブとを具備する構造とし、強度維持と、液体あるいは気体の流通になるべく影響のないリブ配置をとるようにしている。そして更に領域面積が小さくなる内周側領域でリブが少なく、領域面積が大きくなる外周側領域でリブを多く配置する構造にしているため、外周側の機械的強度が高められ、面全体にわたって同程度の機械的強度をもつものとなっている。
【００１６】
したがって、本発明に使用される支持リールによれば、巻回体内周部から外周部にわたって巻回体を構成する焼結基板などの帯状体の距離を短く保ったまま、支持することができるため、巻回体が全体にわたって真円に近い形状を維持することが可能となる。一方、内周部では必要以上にリブが密集することが無いため、液体、気体の流通が悪くなることもない。従って、液体や気体の通過を遮断することのないように配置することができる。その結果、巻回体全長にわたって必要最低限の間隔で巻回することができ、一度に処理し得る最大量の処理を行なうことが可能となり、生産性が飛躍的に向上する。また、十分に均一な処理を行なうことが可能となる。
【００１７】
望ましくは、前記リブは前記枠、もしくは前記主軸と連結されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、リブと枠とが相互に支持しあう構造となっており、より機械的強度を高めることが可能となる。また、強度バランス上、リブと枠との幅は同程度であることが望ましい。
【００１９】
望ましくは、 リブは、それが属する前記領域内で、等間隔に配設されていることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、リブの間隔が等しくなっているため、均一な機械的強度を有することになる、したがって、巻回体の外周側でも変形を生じたりすることなく、真円に近い状態を維持することが可能となり、所望の間隔を維持することができ、生産性が飛躍的に向上する。
【００２１】
本発明の蓄電池用電極の製造方法によれば、上記構成の支持リールを準備する工程と、前記支持リールに、前記主軸を中心として帯状焼結体が巻回され、かつ帯状焼結体の側端部が前記枠およびリブで支持された巻回体を準備する巻回工程と、前記巻回体を処理液に浸漬し、該処理液を帯状焼結体に供給し、処理液を帯状焼結体に含浸せしめる含浸工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、領域面積が小さくなる内周側でリブが少なく、領域面積の大きくなる外周側ではリブが多くなる構造の支持リールを用いているため、この支持リールは、外周側の機械的強度が高められ、面全体にわたって同程度の機械的強度をもつものとなっている。したがって巻回体内周部から外周部にわたって巻回体を構成する帯状焼結基板の距離を短く保ったまま、全体にわたって真円に近い形状を維持することが可能となる。一方、内周部では必要以上にリブが密集することが無いため、液体、気体の流通が悪くなることもなく表面状態の良好な電極基板を形成することが可能となる。したがって、巻回体全長にわたって必要最低限の間隔で巻回することができ、一度に処理し得る最大量の処理を行なうことが可能となり、生産性が飛躍的に向上する。
【００２３】
望ましくは、前記リブの間隔は４ｃｍ以上４０ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、前記リブで焼結基板が支持される間隔は４ｃｍ以上４０ｃｍ以下となるため、どの領域でも十分な機械的強度を有することになる。したがって、巻回体の外周側でも変形を生じたりすることなく、真円に近い状態を維持することが可能となり、所望の間隔を維持することができ、生産性が飛躍的に向上する。隣接する前記リブ同士の間隔が４ｃｍよりも小さいと、液体や気体の通過を遮断する間隔が密になるため、十分に均一な処理ができなくなるが、この間隔を４ｃｍより大きくすることにより、かかる遮断性が改善される。
【００２５】
望ましくは、前記帯状体は、帯状焼結基板であり、処理液または処理気体が供給されるように構成されていることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、処理液または処理気体により処理が成される場合にも、巻回体に垂直な方向に走行するリブが必要分だけ形成されており、処理液や処理気体を遮断することもない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に使用される含浸用支持リールについて説明する。
１．含浸用支持リール（実施例１）この含浸用支持リールは、図１に全体図、図２に支持部の下面を示すように、最外周の直径が約３ｍ、高さ５００ｍｍの構造体であり、主軸１と、主軸１より径大にして、主軸１の両端部にて主軸１と垂直関係に固定配置され互いに対向する一対の支持部２ａ、２ｂとを備える。これら一対の支持部の少なくとも一方、本実施例では下側の支持部２ａは、主軸１の端部付近をその円周方向において同一面内で、主軸１を中心に同心円状に取り巻く複数の枠４ａ，４ｂ，４ｃと、それらの枠で区画された各領域内に配置され内方に延びる複数のリブ３、３、３とを具備する。前記領域内にあるリブは、当該領域より内側の領域内にあるリブより多く配設されており、本実施例では、リブの本数は、最内周側の領域で４本、それに隣接する外側の領域で８本、最外周側の領域で２４本である。最内周の枠４ａが区画する領域に配置されたリブ３は最内周枠４ａと主軸１とに連結され、隣り合う枠４ａと４ｂや４ｂと４ｃが区画する各領域に配置されたリブ３は当該隣り合う枠に連結されている。またリブ３は主軸１の半径方向に延びている。更に、リブ３はそれが属する領域の中で等間隔に配置されている。
【００２８】
各枠４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ半径２５０ｍｍ、５００ｍｍ，１５００ｍｍ、幅８ｍｍの円環状であり、リブ３の幅は同じく８ｍｍである。これらの枠やリブの材質はステンレスである。そして、この含浸用支持リールに帯状焼結基板が巻回されて巻回体を構成する。
【００２９】
（実施例２）
本発明の第２の実施例の含浸用支持リールでは、図３に下側の支持部２ａを示すように、最内周の枠４ａが正方形、その外側の枠４ｂが正八角形、最外周の枠４ｃが円状を成すように形成されており、他部については前記実施例１と同様に形成されている。
【００３０】
最内周の枠４ａおよびその外側の枠４ｂは、それぞれ半径２５０ｍｍ、５００ｍｍの円に外接する正方形および正八角形をなすように形成されており、最外周の枠の半径は１５００ｍｍである。この含浸用支持リールに帯状焼結基板が巻回されて巻回体を
構成する。
【００３１】
（比較例）
この含浸用支持リールは、図４に全体図、図５に支持部の下面を示すように、下側の支持部１２ａは、主軸１１と同心状に配置された外枠１５と、主軸１１から外枠１５まで放射状に延びる１６本のリブ１３を有している点で、実施例１と異なっている。
【００３２】
２．帯状焼結基板の形成
この含浸用リールは、導電性芯材にニッケル粉を焼結し、この焼結体を硝酸ニッケルのような金属塩溶液とアルカリ液とに交互に何度も繰り返し浸漬して、この焼結された導電性芯材に水酸化ニッケルを析出させる方法に用いられる。
【００３３】
まず、ニッケル粉末にカルボキシルメチルセルロース等の増粘剤および水を混練してスラリーを調整し、このスラリーを帯状のパンチングメタルからなる導電性芯体に塗着する。この後、スラリーを塗着した導電性芯体を還元性雰囲気下で焼結して、多孔度が約８０％である帯状の焼結基板を作成した。
【００３４】
３．活物質の含浸
上記実施例１、実施例２および比較例の含浸用支持リールを用い、夫々上述のようにして作成した焼結基板を巻回させ巻回体ａ１、巻回体ｂ１、巻回体ｘ１を形成した。この時支持リールの主軸が直立するような態勢に保持し、巻回された焼結基板の側端部が下側の支持部のリブ乃至枠によって支持されるようにした。次いで巻回体を金属塩溶質（ニッケル塩、カドミウム塩などから選ばれる金属塩）を含む溶液に一定時間浸漬した後、乾燥機に投入し乾燥させた。更に乾燥させた巻回体をアルカリ水溶液中に浸漬した後、水洗するという化学含浸操作を数回繰り返して、巻回された焼結基板に活物質を含浸させた。
【００３５】
ついで、巻回体ａ１、巻回体ｂ１、巻回体ｘ１から焼結基板を取り外し、帯状の活物質含浸焼結基板ａ，ｂ、ｘをそれぞれ得た。
【００３６】
４．含浸用リールの評価
このようにして形成された、ニッケル正極板は、実施例１および２の含浸用リールを用いたものについては、不良はなく、表面全体にわたって良好な表面状態でニッケル塩を析出してなる電極となっている。
これに対し比較例の含浸用リールを用いて形成したニッケル正極板は、十分に内部でニッケル塩が析出しておらず、表面の汚れた領域が多くなっている。
【００３７】
５．リブ間隔と極板不良部位面積との関係
次に、活物質含浸焼結基板ａおよびｘに対し、これら基板（図１、図４に図７で示す）の側端部に形成されたリブとの接触痕をもとに、図７の様にして区切られる各領域のリブ接触間隔Ａ、および領域面積（基板の幅Ｗ×Ａ）に占める不良部面積の割合Ｓ（％）を夫々求め、Ｓに対するＡの関係を図６に示した。なお、図６では、最大のリブ接触間隔における部分でのＳを１００％に正規化して示してある。
【００３８】
図６から明らかなように、比較例の含浸用リールを用いて形成した活物質含浸焼結基板ｘについてはリブ接触間隔Ａが４ｃｍ以下および４０ｃｍ以上となる領域で不良部面積の割合Ｓが著しく増加している。一方、実施例１の含浸用支持リールで作成された活物質含浸焼結基板ａについては、リブ接触間隔Ａが４ｃｍ以下および４０ｃｍ以上となる領域が存在しないので不良部面積の割合Ｓは低い値に抑えられている。
なお、実施例２の含浸用支持リールで作製された活物質含浸焼結基板ｂについては図示していないが、活物質含浸焼結基板ａと同じ結果が得られることがわかっている。
以上の結果から明らかなように、リブ接触間隔Ａが４ｃｍ以上および４０ｃｍ以下である場合に不良部面積は極めて小さく、良好な活物質含浸焼結基板を得ることができる。
【００３９】
なお、比較例の含浸用支持リールを用いた場合、間隔Ａの長さが小さいものでは、液や風の流通が悪く、極板表面に不良部位が多くなるという問題があった。
【００４０】
また、比較例の含浸用支持リールを用いた場合、間隔Ａの長さが長いものでは、巻回密度を下げなければ、重量的に支持し得ないため、１回に処理し得る長さが少なく、この場合も結果として、作業性が悪いと言う問題があった。
【００４１】
従って、本発明によれば、作業性よくかつ均一な処理が可能となり、信頼性の高い電極板を生産性よく形成することが可能となる。
【００４２】
なお、本発明では、蓄電池用帯状焼結基板への活物質の含浸について説明したが、この支持リールは蓄電池用帯状焼結基板の巻回への用途に限定されることなく、帯状金属箔などへのめっき工程あるいは、フィルムキャリア上の回路パターン形成工程におけるエッチング工程をはじめ、種々の処理工程に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に使用される支持リールでは、強度維持と液体あるいは気体の流通になるべく影響のない構造にしているため、支持部の面全体にわたって同程度の機械的強度をもつものとなっている。
【００４４】
したがって、本発明に使用される支持リールによれば、巻回体内周部から外周部にわたって巻回体を構成する燒結基板などの帯状体の距離を短く保ったまま、支持することができるため、巻回体が全体にわたって真円に近い形状を維持することが可能となる。一方、内周部では必要以上にリブが密集することが無いため、液体、気体の流通が悪くなることもない。その結果、巻回体全長にわたって必要最低限の間隔で巻回することができ、生産性の向上をはかることができるとともに、十分に均一な処理を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の含浸用支持リールを示す全体図。
【図２】本発明の実施例１の含浸用支持リールを示す下面図。
【図３】本発明の実施例１の含浸用支持リールを示す下面図。
【図４】従来例の含浸用支持リールを示す全体図。
【図５】従来例の含浸用支持リールを示す下面図。
【図６】本発明実施例および比較例の含浸用支持リールを用いた場合の間隔Ａと極板表面不良部位面積との関係を測定した結果を示す図。
【図７】図６の間隔Ａと極板表面不良部位面積との関係を測定する際の測定領域を示す説明図。
【符号の説明】
１ 主軸
２ａ、２ｂ 支持部
３ リブ
４ａ、４ｂ、４ｃ 枠

Claims (5)

1. 主軸と、この主軸より径大にして、主軸の両端部に位置し互いに対向する一対の支持部とを備える支持リールであって、前記一対の支持部の少なくとも一方は、前記主軸の端部付近をその円周方向において同一面内で取り巻く複数の枠と、それらの枠で区画された各領域内に配置され内方に延びる複数のリブとを具備し、少なくとも一つの前記領域内にあるリブは、当該領域より内側の領域内にあるリブより多く配設されている支持リールを準備する工程と、前記支持リールに、前記主軸を中心として帯状焼結体が巻回され、かつ帯状焼結体の側端部が前記枠およびリブで支持された巻回体を準備する巻回工程と、前記巻回体を処理液に浸漬し、該処理液を帯状焼結体に供給し、処理液を帯状焼結体に含浸せしめる含浸工程とを含むことを特徴とする蓄電池用電極の製造方法。
2. 前記支持リールは、前記複数の枠のうち最内周の枠が区画する領域に配置されたリブが当該最内周枠と前記主軸とに連結され、複数の枠のうち隣り合う枠により区画された領域に配置されたリブが当該隣り合う枠に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用電極の製造方法。
3. 前記支持リールの前記リブは前記主軸の半径方向に延びることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電池用電極の製造方法。
4. 前記リブはそれが属する領域の中で等間隔に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の蓄電池用電極の製造方法。
5. 隣り合う前記リブの間隔は４ｃｍ以上４０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の蓄電池用電極の製造方法。

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