JP4152457B2 - 電池用電極およびその製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池用電極、特にアルカリ蓄電池用のニッケル電極およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池用電極のタイプには、大別して、ペースト式電極、焼結式電極およびポケット式電極がある。これらの電極の製造法のうち最も量産性に優れているのがペースト式で、活物質ペーストを芯材に連続的に塗着していくので、他の方式に比較してその製造法が容易である。近年、アルカリ蓄電池用の特にニッケル電極の製法として、三次元的に連通した空間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導電性芯材の空間に、活物質を主体としたぺースト状混練物（以下、これをペーストという）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】
これらの導電性芯材は、空間部分が導電性芯材全体に占める比率つまり空孔率が95％程度、空間の開口つまり孔径が最大数百μｍにも及ぶことから、空間部にペースト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特徴を有している。
【０００４】
従来、これらの導電性芯材への具体的な活物質充填方法には、ペーストに振動を与えて空間部に充填する方法、ドクターナイフでペーストを空間部に擦り込む方法、導電性芯材の片面にペーストを接触させ、他面より減圧吸引して空間部に充填する方法、ペーストをノズルより噴射して導電性芯材の空間部に吹き付ける方法およびダイコート方式ノズルを導電性芯材の一面に接触させてペーストを供給し、導電性芯材の空間部に圧入する方法などがある。
【０００５】
これらの活物質充填方法のうち、ペーストを導電性芯材の空間部に均一に充填するには、吹き付け充填法（特開昭59-81868号公報参照) と圧入充填法（特願平7-110442号) が優れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記吹き付け充填法は、充填に用いる装置の耐久性および簡易性の点で優れている。しかしながら、この吹き付け充填法は、比較的粘度の低いペーストを用い、導電性芯材の空間の容積を超える量のペーストをこれに流速を与えて導電性芯材に吹き付け、空間に充填されずに落下した過剰分のペーストを回収するようにしているので、ペーストの充填量は、導電性芯材の空孔率に依存することから導電性芯材によってばらつきが生じる。さらに、導電性芯材の一面から空間に入り込んだペーストが他面から吹き付けられる別のペーストに弾き飛ばされたり、導電性芯材自体の一面にペーストが打ち当たって跳ね返されたりする。これにより、ペーストの充填量がさらにばらつくとともに、その充填量を調整することも困難である。また、ペーストを導電性芯材の容積に対し100 ％まで充填するので、出来上がった電極が厚くなり、この電極を渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、電極にひびや割れが発生してペーストの脱落を招き、内部短絡や放電容量の低下が生じる問題がある。
【０００７】
一方、圧入充填法は、図１５に示すような構造を有するダイコート方式ノズル５０を用いて行われる。同図において、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。このノズル５０は、連続的に移送される帯状の導電性芯材の幅に相当する幅Ｌを有し、図示しない定量吐出ポンプから圧送されてくるペーストを、導入路５０ａから液溜まり部５０ｂに導いて幅方向に均等に広げたのちに、液溜まり部５０ｂに連通して幅方向全体に広がる細いガイド孔５０ｃを通して幅方向の全体にわたり均一な所定量を通過させて吐出口５０ｄから導電性芯材に充填するものである。
【０００８】
上記ダイコート方式ノズルを用いた圧入充填法は、充填に用いる装置のシンプル性、操作や保守の簡易性および充填量の制御の容易性から、極めて優れたペースト充填法である。しかしながら、この種のノズル５０には、粘度の低いペーストを充填する場合に、図１５（ｃ）に示す特性のような欠陥がある。すなわち、（ｃ）は、（ｂ）に対応するノズル５０の幅方向におけるペーストの吐出量の特性を示したもので、ノズル５０の幅方向の両端近傍箇所でのペーストの吐出量が特に多くなり、導電性芯材の幅方向のペースト充填量にばらつきが生じる欠陥がある。
【０００９】
一方、凝集性の高い高粘度のペーストを充填する場合には、ガイド孔５０ｃを通って圧送されてくるペーストが、導電性芯材の一面に接触している吐出口５０ｄから導電性芯材の空間に圧入される際に、ペーストに含まれる固形物が吐出口５０ｄ付近の内面に付着し易く、吐出口５０ｄが部分的に狭くなってペーストの吐出量が均一化しなくなったり、ときには、完全に詰まって吐出口５０ｄに全く吐出されない部分が生じたりすることがあり、ペーストの塗着量が導電性芯材の幅方向においてばらつく。また、ペーストには活物質の他に電池性能を向上させるための添加物が混合されているので、このペーストがノズル５０の特にガイド孔５０ｃの内壁面に付着し易く、さらに、活物質の密度のばらつきによってもペーストの吐出量にばらつきが生じる。そのため、ガイド孔５０ｃまたは吐出孔５０ｄに目詰まりが生じる結果、導電性芯材にペーストのかすれや充填むらが生じて電極としては致命的欠陥となる。したがって、ダイコート方式ノズルを用いた圧入充填法は、ペーストの充填量のばらつきを少なくし、電池容量を大きくすることが実用上から要望されている。
【００１０】
また、従来の別の課題として、電池の高容量化のためには、ペーストの充填量を多くして高密度にする必要があるが、ペーストの充填量を単に多くしただけでは、この電極を渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、電極に、ひびや割れが発生してペーストの脱落を招き、内部短絡や放電容量の低下が生じる。そこで、巻回を円滑に行えることを目的として、導電性芯材に溝部を予め設けることが既に提案されている（例えば、特開平5-41211 号公報参照）。しかし、溝部を設けた面から導電性芯材内にペーストの充填を行った場合、その溝部にもペーストが入り込んで存在するため、加圧して電極を形成し、セパレータを介在して渦巻き状に巻回する際に、溝部から活物質が脱落してしまう問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、導電性芯材の空間にペーストを均一な密度で充填できる構成を備えた電池用電極およびその電極を高精度に生産性良く製造できる製造装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解消するために、本発明は、三次元的に連なる空間を有したシート状の導電性芯材の前記空間内に活物質を含むペーストを充填してなる電池用電極において、前記導電性芯材に、その一面および他面からそれぞれ前記空間の容積に対し各々50％未満であって共に同一量の前記ペーストを全面にわたり均等に充填してなる構成になっている。
【００１３】
この電池用電極では、導電性芯材に対しその一面および他面からそれぞれ充填されるペーストの充填量の合計が導電性材における空間の容積の100 ％未満であるから、製造に際して、ペーストが導電性芯材に過剰に充填されることがない。
【００１４】
すなわち、製造に際して、導電性芯材の一面側から充填されるペーストが他面側からのペーストの充填を阻害するよう作用することがないので、導電性芯材の容積の50％未満である所定量に設定されたペーストは、それぞれ導電性芯材の一面および他面から空間内に確実に充填される。
【００１５】
このため、ペーストの充填量にばらつきが生じることがないから、電池の設計容量を大きくすることが可能となる。また、ペーストを充填した後の導電性芯材に、その厚み方向の中間部にペーストの未充填部が僅かに存在することがあっても、このペーストの未充填部は、ペースト充填後の導電性芯材が圧延ローラで加圧されるときに低減され、電池の性能上の支障は生じない。しかも、ペーストが導電性芯材に過剰に充填されないことから、電極が厚くなり過ぎることがなく、この電極を渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、電極に、ひびや割れが発生することがなく、ペーストの脱落による内部短絡や放電容量の低下を防止できる。
【００１６】
また、本発明の他の構成では、三次元的に連なる空間を有したシート状の導電性芯材の前記空間内に活物質を含むペーストを充填してなる電池用電極において、前記導電性芯材に、前記空間の容積に対し100 ％未満の量の前記ペーストを、互いに異なる量に分配して前記芯材の一面および他面から各々の全面にわたりそれぞれ均等に充填してなる構成になっている。
【００１７】
この電池用電極においても、導電性芯材に対しその一面および他面からそれぞれ充填されるペーストの充填量の合計が導電性材における空間の容積の100 ％未満であるから、ペーストの充填量にばらつきが生じなく、且つ厚くなり過ぎないよう製造することができる効果を得られる。それに加えて、渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、少ない量のペーストを充填した面を内側にして巻回することにより、巻回作業が容易になるとともに電極に曲げ応力によるひびや割れが発生し難くなる利点がある。
【００１８】
上記発明において、前記導電性芯材をその長さ方向に対し直交する幅方向に切断してなる電池用電極において、前記ペーストを前記導電性芯材に前記幅方向の一端から他端に向けて充填量を連続的に加減して充填してなる構成になっている。
【００１９】
この電池用電極では、シート状の導電性芯材をその長さ方向に対し直交方向に所定の幅で切断して電池１セル分とされるが、この電池１セル分の導電性芯材の幅方向の一端から他端に向けてペーストの充填厚みが連続的に変化する形状となるから、この導電性芯材を渦巻き状に巻回して電極を構成する際に、厚みの小さい端部を巻芯側として巻回することにより、巻回作業を容易に行えるとともに、渦巻き外周側の電極の厚みが大きいので、曲げ応力によるひびや割れが発生し難い効果を得られる。
【００２０】
上記発明において、導電性芯材を、その幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー状の断面を有する形状とすることができる。
【００２１】
この電極は、導電性芯材の厚みの薄い側を巻芯側として巻回することにより、巻回作業を容易に行える上に、渦巻き外周側の電極の厚みが大きいので、曲げ応力によるひびや割れが発生し難く、渦巻き型の電池に適したものとなる。
【００２２】
本発明の電池用電極の製造装置は、シート状の導電性芯材をその長さ方向に走行させる移送機構と、走行される前記導電性芯材の両面にそれぞれ近接して配置され、ペースト供給源から送給される活物質を含むペーストを吐出して前記導電性芯材の空間に充填する一対のダイコート方式ノズルとを備え、前記ノズルは、上面にペースト導入孔を、下面に前記導電性芯材の幅方向に沿った長孔形状のペースト吐出口がそれぞれ開口されたケーシングと、前記ペースト吐出口に臨ませて前記ケーシングの内装空間に回転自在に支持され、前記ペースト吐出口の長さに対応した長さを有し、且つ長さ方向に対し直角方向の断面外形が円形となった回転ドラムとを備えるとともに、定量供給源から圧送される活物質を含むペーストを前記ペースト導入孔から送給され、前記送給されるペーストを、回転駆動源により回転される前記回転ドラムと前記内装空間の内面との間のペースト導出通路を介して前記ペースト吐出口から吐出するよう構成され、ペースト吐出口における導電性芯材の走行方向側の縁部に、回転ドラムの外周面に残存付着しているペーストの掻き落とし板が設けられており、ノズルは、回転ドラムの軸芯を傾斜させることにより前記回転ドラムとケーシングの内面との隙間が前記回転ドラムの長さ方向に沿って連続的に変わるよう前記回転ドラムを変位可能に支持した構成になっている。
【００２３】
この電池用電極の製造装置は、ダイコート式ノズルの特徴を生かして定量供給源から圧送されペースト導入孔から送給される活物質を含むペーストを吐出口の全長に向けてほぼ均等な分布で移送するとともに、このペーストを、断面外形が円形の回転ドラムの外周面全長にわたり均一に巻き付くように付着させ、且つ回転ドラムの回転により強制的に吐出口から導電性芯材に圧入して充填する。
【００２４】
そのため、粘度の低いペーストを充填する場合、ダイコート方式ノズルにおける吐出口の両端近傍箇所でのペーストの吐出量が特に多くなる特性を解消して、吐出口の全長にわたりペーストをばらつきなく均一に吐出することができる。一方、凝集性の高い高粘度のペーストを充填する場合、回転ドラムの回転によりペーストに含まれる固形物や添加物を吐出口の内面などに付着させることなく吐出口から強制的に押し出すので、ペーストの導出通路への付着による滞留や吐出口の目詰まりなどが生じることがなく、ペーストを常に吐出口の全長にわたり均一に吐出させることができるから、導電性芯材にペーストのかすれや充填むらが生じることがない。
【００２５】
また、ケーシング内部でのペーストの滞留や吐出口での目詰まりなどが生じないことから、導電性芯材に送給されるペースト量を常に一定値に維持することができ、電極が厚くなり過ぎることがない。
【００２７】
しかも、回転ドラムの外周面に定量分だけ付着してペースト吐出口に送られてくるペーストの全てを掻き落とし板により導電性芯材に供給することができ、吐出口から導電性芯材へのペーストの供給量を常に所定値に維持することができる。さらに、ノズルにおいて、軸芯が傾斜した回転ドラムとケーシングの内面との隙間が前記回転ドラムの長さ方向に沿って連続的に変わることにより、吐出口からのペーストの吐出量を、吐出口の一端から他端に向けて連続的に変えることができる結果、導電性芯材にその幅方向の一端から他端に向けて充填量を連続的に加減して充填してなる電池用電極を容易に製作することができる。特に幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー状の断面形状を有する導電性芯材に、ペーストを導電性芯材の厚みに比例して充填量を連続的に増大させて充填することができ、幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化する形状を有して巻回作業の容易な電極を、生産性良く高精度に生産することができる。
【００２８】
上記本発明の電池用電極の製造装置は、また、上記に加え、回転ドラムは、その外周面にローレット、スプラインまたはエンボスなどの凹凸形状を形成する。
【００２９】
これにより、回転ドラムの外周面は、それの凹部にペーストが常に埋め込まれた状態に保持されるから、この回転ドラムの外周面に常時滞留するペ−ストが、吐出のために搬送するペーストに良好に付着するよう作用して、回転ドラムの外周面へのペーストの付着性が向上する。それにより、回転ドラムは、ペーストに含まれる固形物や添加物がケーシングの内面などへ付着しようとするのを確実に防止しながら、常に一定量のペーストを外周面に巻き付くよう付着させて搬送する。また、回転ドラムの外周面に付着しているペーストを掻き取るための掻き落とし板を設ければ、回転ドラムの外周面における導電性芯材へペーストを圧入した後の箇所には、それの凹部にのみペーストが残留するだけであり、吐出口からのペーストの吐出量を常に所定値に維持することができる。
【００３５】
さらにまた、上記製造装置において、回転ドラムに、これとは反対方向に回転駆動される１以上の補助ドラムを所定の間隙で対設する構成とすることが好ましい。
【００３６】
これにより、吐出口全体からのペーストの吐出量のばらつきをほぼ完全に無くすことができ、導電性芯材に対し幅方向のペースト充填量を高精度に均一化することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図２（ａ）は本発明の一実施の形態に係る電池用電極１を示す斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この電池用電極１は、この実施の形態では三次元的に連なる空間３を有した繊維状の金属ニッケル４からなる全体に均一な厚みを有するスポンジ状ニッケル多孔体２をシート状導電性芯材として用いて、このニッケル多孔体２の空間３内に、（ｂ）に示すように、ニッケル多孔体２の一面および他面から前記空間３の容積に対し各々50％未満であって共に同一量のペースト７を全面にわたり均等に充填することにより、活物質層５が形成された構成になっている。
【００３８】
したがって、ペースト７を充填した後の（ｂ）に図示の電極１には、ペースト７が未充填の空隙部８が厚み方向の中間部において小さな一定幅で長さ方向に沿った配置で存在するが、この空隙部８は、充填したペースト７を乾燥したのちにニッケル多孔体２を圧延ローラで加圧するときに、充填済みのペースト７と共に圧潰されることにより低減されるから、電池の性能上には殆ど支障とならない。なお、図２（ｃ）には、空間３にペースト７が充填されていない状態のニッケル多孔体２の断面図を、ペースト７の充填後の状態との比較のために示してある。
【００３９】
上記電池用電極１は、導電性芯材としてのニッケル多孔体２に対しその一面および他面からそれぞれ充填されるペースト７の充填量の合計がニッケル多孔体２における空間３の容積の100 ％未満であるから、製造に際して、ニッケル多孔体２の一面側から充填されるペースト７が他面側からのペースト７の充填を阻害するよう作用することが殆どない。したがって、ニッケル多孔体２の一面および他面からは、それぞれ設定した量だけのペースト７を確実に充填させることができる。
【００４０】
それにより、ペースト７の充填量にばらつきが生じることがなく、それに伴って電池容量にもばらつきが生じない。この電池用電極１は、定量吐出源（ペースト供給源）から圧送される所定量のペースト７を、ニッケル多孔体２の両面の全面に対し均等に充填できるように分布させる制御をおこなうだけで、製造することができる。
【００４１】
しかも、ペースト７は、ニッケル多孔体２の空間３の容積に対し100 ％未満の量を充填するから、活物質層５が厚くなり過ぎることがない。そのため、この電極１を渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、電極１にひびや割れが発生することがないから、ペースト７の脱落による内部短絡や放電容量の低下を確実に防止できる。
【００４２】
図２の電極１の実施例について説明する。ニッケル多孔体２としては、幅が150 ｍｍ、厚さが1.5 ｍｍ、多孔度が96％、空間３の平均孔径が400 μｍのものを用いた。また、ペースト７は、平均粒径が10μｍの水酸化ニッケル100 重量部に対して、粒径が0.5 μｍの金属粉末10重量部、粒径が0.5 〜3 μｍのコバルト酸化粉末５重量部を加えて粉末混合し、これらに分散媒体としての水を、全ペーストに占める比率が25％になるように加えたのちに、練り合わせて調合したものを用いた。
【００４３】
図３は図２の変形例の電極１を示す一部の縦断面図である。この電極１は、全体に均一な厚みを有するニッケル多孔体２に、互いに異なる量のペースト７を一面および他面から充填して構成され、ペースト７の充填総量は、前記空間３の容積に対し100 ％未満に設定されている。例えば、一面から空間容積に対し80％の割合のペースト７を、他面から空間容積に対し15％の割合のペースト７をそれぞれ充填して構成されており、充填密度は全体にわたり均等になっている。
【００４４】
この電池用電極１においても、ニッケル多孔体２対しその一面および他面からそれぞれ充填されるペースト７の充填量の合計がニッケル多孔体２における空間３の容積の100 ％未満であるから、ニッケル多孔体２の両面から設定した量だけのペースト７を空間３内に確実に充填できる。それにより、ペースト７の充填量のばらつきが少なく、且つ厚くなり過ぎないように製造できる。さらに、この電極１では、渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、電極１における少ない量のペースト７を充填した面（図の右面）を内側にして巻回することにより、巻回作業が容易になるとともに電極１にひびや割れが発生し難くなる利点がある。また、このような両面からそれぞれ充填するペースト７の量が異なる構成の電極１は、性質の異なる２種のペースト７を空間３の容積に対し任意の割合で配分した量だけ両面からそれぞれ充填すれば、電池の特性を一層向上させることのできる電極１を得られる可能性がある。
【００４５】
つぎに、図２および図３の電極１の製造装置について説明する。図１は電極１を製造できる製造装置を示す斜視図であり、帯シート状のニッケル多孔体２をその長さ方向に走行させる周知の移送機構（図示せず）と、走行されるニッケル多孔体２の両面にそれぞれ0.1 ｍｍ以下の間隙に近接して配置され、定量吐出ポンプなどの周知の定量吐出源（図示せず）から圧送される活物質を含むペーストを吐出してニッケル多孔体２の空間３に充填する一対のダイコート方式ノズル（エクストルージョン型ノズルとも称される。）９，９とにより構成されている。
【００４６】
ダイコート方式ノズル９は、その分解斜視図を示す図４のように、全体としてブロック形状のケーシング１０、回転ドラム１１および一対の側板１２，１２により構成されている。ケーシング１０には、上面の開口部がペースト７の定量吐出源に接続されるペースト導入孔１３と、帯シート状のニッケル多孔体２における走行方向に直交する方向の幅に相当する長さを有する下部の溝状のペースト吐出口１４と、このペースト吐出口１４の上方に連設されて回転ドラム１１を回転自在に内装する内装空間１６と、この内装空間１６の上方に連通した液溜まり部１７と、この液溜まり部１７とぺースト導入孔１３とを連通するほぼ三角形状のペーストガイド通路１８とが形成されている。一方、回転ドラム１１は、ペースト吐出口１４の長さに相当する長さ、つまり帯シート状のニッケル多孔体２の走行方向に直交する方向の幅に相当する長さを有し、且つ長さ方向に対し直交方向の断面外形が円形になっている。また、ペースト吐出口１４の一方側には、回転ドラム１１の外周面に付着しているペースト７の掻き落とし板２０（図９、図１１、図１２参照）が設けられている。
【００４７】
このダイコート方式ノズル９は、回転ドラム１１を、内装空間１６に挿入してその下部をペースト吐出口１４に臨ませた状態に位置させ、ケーシング１０の両面側にそれぞれ側板１２，１２を当てがった状態に固定し、且つこの両側板１２，１２により回転ドラム１１の支軸１９を軸受１５を介して回転自在に支持した構成になっており、回転ドラム１１と内装空間１６の内面との間にペーストの導出通路が形成される。回転ドラム１１は、図示しないモータなどの回転駆動源により回転され、上記の導出通路を介してペースト吐出口１４からペースト７を強制的に吐出するよう機能する。
【００４８】
この電池用電極１の製造装置では、一対のノズル９，９が、既存のダイコート方式ノズルの特徴をそのまま有している。すなわち、ノズル９は、定量吐出源から定量的に圧送されてくるペースト７を、ペースト導入孔１３およびペーストガイド通路１８を介して液溜まり部１７に導いたのちに、導出通路を介してペースト吐出口１４の全体に向けてほぼ均等な分布で移送する。それに加えて、このノズル９では、ペースト７を回転ドラム１１の外周面全長にわたり均一に巻き付くように付着させるとともに、回転ドラム１１の回転に伴って強制的にペースト吐出口１４から吐出させるようになっている。なお、帯シート状のニッケル多孔体２は、充填したペースト７を乾燥させたのちに、図１に２点鎖線で示した切断線のように、長さ方向に対し直交する幅方向に沿って切断され、電池１セル分の電極１とされる。したがって、ニッケル多孔体２の切断される幅方向は、電池１セル分の長方形状の電極１における長手方向となる。
【００４９】
したがって、上記製造装置では、回転ドラム１１の回転によってペースト７を強制的にペースト吐出口１４から吐出させるので、粘度の低いペースト７を充填する場合、既存のダイコート方式ノズルにおける吐出口の両端近傍箇所でのペーストの吐出量が特に多くなる特性を解消して、ペースト吐出口１４の全長にわたりペースト７をばらつきなく均一に吐出させることができる。一方、凝集性の高い高粘度のペーストを充填する場合、ペースト７に含まれる固形物や添加物をペースト吐出口１４の内面や導出通路の内面などに付着することなく吐出口から強制的に押し出し、且つペースト吐出口１４でのペーストの凝集を確実に防止できる。それにより、ペースト７の導出通路への付着による滞留やペースト吐出口１４の目詰まりなどが生じることがなく、ペースト７を常にペースト吐出口１４の全体にわたり均一に吐出させることができるから、ニッケル多孔体２に充填されたペースト７にかすれや充填むらが生じない。また、ペースト７の吐出量は、上述の滞留や目詰まりなどが生じないことから、定量供給源から送給される一定値を常に維持することができ、電極１の活物質層５が厚くなり過ぎない。
【００５０】
また、上記製造装置のダイコート方式ノズル９は、この種の既存のノズルに回転ドラム１１を付設した構成であるから、従来のダイコート方式ノズルと同様に、装置のシンプル性、操作や保守の簡易性および充填の制御の容易性といった特徴をそのまま有している。
【００５１】
また、上記実施の形態では、回転ドラム１１の外周面を単なる円形としたが、この回転ドラム１１の外周面には、図５（ａ）に示すローレット２１、（ｂ）に示すスプライン２２、（ｃ）に示すエンボス２３を形成するのが好ましい。このような回転ドラム１１を用いれば、外周面の凹部にペースト７が常に埋め込まれた状態に保持されるから、この回転ドラム１１の外周面に常時滞留するペ−スト７が、吐出のために搬送するペースト７に対し良好に付着するよう作用して、回転ドラム１１の外周面へのペースト７の付着性が向上する。それにより、回転ドラム１１は、ペースト７に含まれる固形物や添加物がケーシング１０の内面の各部に付着しようとするのを確実に防止しながら、常に一定量のペースト７を外周面全長に均等に巻き付くよう付着させて搬送するので、ニッケル多孔体２の幅方向へのペースト７の充填量精度が格段に向上する。
【００５２】
実測結果によると、鏡面仕上げの外周面を有する回転ドラム１１を用いた場合、ニッケル多孔体２の幅方向におけるペースト７の充填量のばらつきが±３％であったが、図５の何れかの加工を外周面に施した回転ドラム１１を用いた場合には、ニッケル多孔体２の幅方向におけるペースト７の充填量のばらつきが±1.5 ％まで低減した。
【００５３】
また、回転ドラム１１の外周面に付着したペースト７は、図４に示した掻き落とし板２０により掻き落とされ、回転ドラム１１の外周面には、それの凹部にのみペースト７が残留するだけであるから、ペースト吐出口１４からのペースト７の吐出量は、回転ドラム１１の外周面に付着した一定値に確実に維持することができる。したがって、回転ドラム１１に図５に示すような種々の凹凸加工を施しても、何ら支障が生じない。
【００５４】
図６は、他の実施の形態に係る製造装置を示す概略構成図であり、この製造装置は、特に図２に示した電極１の製造に適している。この製造装置は、走行する帯シート状のニッケル多孔体２の一面側に、図４に示したダイコート方式ノズル９を配置して、ニッケル多孔体２の空間に一面側から所定量のペースト７を先ず充填し、そののちに、乾燥室２４を通過させる。ニッケル多孔体２の一面側から充填されたペースト７は、乾燥室２４を通過するときに複数のヒータ２７により水分を蒸発される。つぎに、乾燥室２４から出たニッケル多孔体２の他面側から同様のダイコート方式ノズル９によりペースト７を充填する。
【００５５】
この製造装置を用いれば、一面側から充填されて乾燥したペースト７は、他面側から充填されるペースト７と混合することがない。そのため、この製造装置は、性質の異なる二種のペースト７を、空間３の容積に対し100 ％未満の量を任意の割合で配分した量だけ一面および他面からそれぞれ充填して図３に示した電極１を構成するのに適しており、電池特性を一層向上させることのできる電極１の製作が可能となる。
【００５６】
図７は、図２および図３の電極１のさらに他の製造装置を示す斜視図である。
【００５７】
上記の各製造装置では、帯シート状のニッケル多孔体２を走行させながらペースト７を充填し、ペースト７の充填後に帯シート状のニッケル多孔体２を所定の寸法に切断して個々の電極１を得るようにしたが、この実施の形態の製造装置は、予め電極１の寸法に切断した長方形シート状のニッケル多孔体２にペースト７を充填するものである。
【００５８】
同図において、一対のローラ２８，２８に巻き架けられたベルトコンベア２９はコンベア駆動モータ３１により回送される。長方形シート状のニッケル多孔体２は、ベルトコンベア２９の一面に整列状態に並べられ、且つベルトコンベア２９の下面に沿って配設された図示しないマグネットによりベルトコンベア２９に吸着されて、ベルトコンベア２９の回送に伴って矢印方向に移送されていく。この移送されるニッケル多孔体２の上方側の一面には、ドラム駆動モータ３０により駆動される図４と同様のダイコート方式ノズル９によりペースト７が充填される。後は、図６の製造装置と同様に、充填したペースト７を乾燥させたのちに、ニッケル多孔体２の他面にダイコート方式ノズル９によりペースト７が充填される。この製造装置を用いれば予め長方形シート状としたニッケル多孔体２にペースト７を充填して電極１を生産性良く製造できる。
【００５９】
図８（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る電極１を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この電極１は、導電性芯材としてのニッケル多孔体２が長さ方向に対し直交する幅方向に切断された電池１セル分を示してあり、ニッケル多孔体２の幅方向（電池１セル分の長方形の電極１では長手方向）の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー形状になっている。このニッケル多孔体２の空間３に、その両面からペースト７が全体にわたり同じ充填密度になるよう充填され、且つペースト７が未充填の空隙部８が、ニッケル多孔体２の厚み方向の中央部において小さなほぼ一定幅で長さ方向に沿って形成された構成になっている。すなわち、ニッケル多孔体２の一面および他面からは、それぞれニッケル多孔体２の空間３の厚み方向の容積に対し各々50％未満における同一割合であって共に同一量のぺースト７、例えばニッケル多孔体２の幅方向の全体にわたり空間３の厚み方向の容積の48％の割合となる量のペースト７が充填され、テーパー形状の活物質層５が形成されている。したがって、ペースト７は、ニッケル多孔体２の幅方向に対してその厚みに比例して増減するよう配分した量を一面および他面からそれぞれ充填されている。
【００６０】
この電極１は、ニッケル多孔体２の幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化する形状を有するから、渦巻き型の電池に適している。すなわち、厚みの薄い側（図の左側）を巻芯側として巻回することにより、巻回作業を容易に行えるとともに、渦巻き外周側の電極１の厚みが大きいので、曲げ応力によるひびや割れが発生し難い効果を得られる。その製造方法として図７に示す装置を用い、電池１セル分に予め切断された各長方形シート状のニッケル多孔体２を、その長手方向がベルトコンベア２９の幅方向に一致するようにしてベルトコンベア２９上に支持し、各ニッケル多孔体２にペースト７を充填して、電極１を製造すると好適である。あるいは、図２に示す電極１の場合は、帯シート状のニッケル多孔体２の幅方向の厚みを変化させるようにすればよい。
【００６１】
図９は、図８の電極１を製造するのに好適な本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置に用いるダイコート方式ノズル９を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、この実施の形態の電極１の製造装置は、同図のノズル９を図１、図６または図７のように配置して構成される。このダイコート方式ノズル９は、回転ドラム１１の支軸１９を軸受３３を介して回転自在に支持するための側板１２が、支軸１９を水平方向に変位可能に支持した構成になっている。
【００６２】
したがって、回転駆動源から回転ノズル１１への回転伝達機構は、図示していないが、自在継手またはベルトなどにより構成される。
【００６３】
図９には、回転ドラム１１を、（ｂ）の矢印で示す水平方向へｄの距離だけ変位させた状態を示してあり、（ａ）に示すように、回転ドラム１１の軸心Ｃがその基準設定線Ｍに対しＤ°の角度だけ水平面内で傾斜する。それにより、回転ドラム１１と内装空間１６の内面との隙間により形成されるペースト導出通路３２は、その通路幅が回転ドラム１１の長さ方向に沿って一端（図の左端）から他端（図の右端）に向けて連続的に増大するように変化している。ペースト導出通路３２には、ダイコート方式ノズル９の特徴として全体にわたりペースト７が均一な分布で搬送されるから、ペースト吐出口１４からは、ペースト導出通路３２の断面積に比例した量のペースト７が吐出される。
【００６４】
したがって、このノズル９を用いてニッケル多孔体２にペースト７を充填すれば、ニッケル多孔体２には、幅方向の一端から他端に向けて充填量が比例的に増分するようにペースト７が充填される。ここで、ニッケル多孔体２として、図８に示したような幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー形状のものを用いれば、図８に示した電極１を製造することができる。この場合、回転ドラム１１の軸心Ｃと基準設定線Ｍとのなす角度Ｄ°をニッケル多孔体２のテーパーの傾斜角度に対応して設定するのは言うまでもない。それにより、ニッケル多孔体２には、これの幅方向に対してその厚みに比例して増減した量のペースト７がペースト吐出口１４から充填されることになる。
【００６５】
また、上記ノズル９は、回転ドラム１１の軸心Ｃを基準設定線Ｍに合致させて設定すれば、図２または図３に示した電極１の製造装置として用いることもできる。さらに、上記ノズル９を用いて、厚みが均一なニッケル多孔体２にペースト７を充填すれば、電極１の内部に形成されるペースト７が未充填の空隙部８は、ニッケル多孔体２の厚みが大きくなる方向に従って幅が大きくなるが、図８に示したとほぼ同等の電極１を得ることができる。
【００６６】
図１０は図９の変形例のノズル９を示し、このノズル９は、回転ドラム１１がテーパー形状になっており、図９のノズル９と同様の機能を得ることができる。
【００６７】
すなわち、このノズル９を用いて長さ方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー形状となったニッケル多孔体２にペースト７を充填すれば、図８の電極１を製造することができる。ここで、回転ドラム１１は、ニッケル多孔体２のテーパー形状に対応するテーパー形状に形成するのは言うまでもない。
【００６８】
但し、このノズル９は、図８に示したような電極１を製造するための専用のものとなる。
【００６９】
図１１ないし図１３はそれぞれ変形例のノズル９を示す縦断面図である。ペースト７には付着性の低いものから高いものまで種々のものが存在するから、上記の各図に示したノズル９は、それらの種々のペースト７に対応して、何れのペースト７をも極めて安定的に吐出させるように工夫したものである。図１１のノズル９は、回転ドラム１１よりも小径の補助ドラム３４を回転ドラム１１に近接して配置し、この補助ドラム３４を回転ドラム１１とは逆方向に回転させるようになっている。また、補助ドラム３４には補助掻き落とし板３７が設けられている。このノズル９では、補助ドラム３４が、回転ドラム１１の外周面に巻き付くように付着したペースト７を全体にわたり一定量になるように削り落とすように機能するので、ペースト導出通路３２を通過するペースト７は、ペースト吐出口１４の長さ方向の全体にわたりより一層均一化される。
【００７０】
また、図１２のノズル９は、回転ドラム１１とほぼ同径であって回転ドラム１１に対し逆回転する補助ドラム３８を、回転ドラム１１の真上位置で近接させて配置したものである。このノズル９では、ペースト７を補助ドラム３８の全体にわたり予め均等に巻き付くように付着させたのちに、この補助ドラム３８のペースト７を回転ドラム１１に転写させるように巻き付け直すようになっており、ペースト７の均一度を一層高めることができる。さらに、図１３のノズル９は、互いに連動する三つの補助ドラム３９〜４１を回転ドラム１１に近接配置したものである。このノズル９では、各補助ドラム３９〜４１が、回転ドラム１１に巻き付くように付着するペースト７の付着量を正確に均一化するように作用するとともに、ペースト導出通路３２を、回転ドラム１１と各補助ドラム３９〜４１との隙間のみで構成されていることにより、ペースト７中の固形物などがケーシング１０の内面に付着するのを確実に防止できる。
【００７１】
図１４は、上述の電極１を用いて構成した渦巻き型の電池４２を示す。この電池４２は、図２，図３または図８に示す電極を、正極板４３および負極板４４の何れか一方またはその両方に用いて、これら正極板４３および負極板４４を、それらの間にセパレータ４７を介在して巻回し、これを電池ケース４８内に収納した後に、電解液を注入し、電池ケース４８の開口部を封口板４９で封口して密閉型に構成されている。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の電池用電極によれば、導電性芯材に、その一面および他面からそれぞれ空間の容積に対し各々50％未満であって共に同一量のペーストを全面にわたり均等に充填した構成としたので、製造に際して、導電性芯材の一面側から充填されるペーストが他面側からのペーストの充填を阻害するよう作用することがないので、導電性芯材の空間容積の50％未満である所定量に設定されたペーストを、それぞれ導電性芯材の一面および他面から空間内に確実に充填できる。
【００７３】
本発明の他の電池用電極によれば、導電性芯材に、その空間の容積に対し100 ％未満の量のペーストを、互いに異なる量に分配して芯材の一面および他面から各々の全面にわたりそれぞれ均等に充填する構成としたので、ペーストの充填量にばらつきが生じなく、且つ厚くなり過ぎないよう製造することができる効果を得られるのに加えて、渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、少ない量のペーストを充填した面を内側にして巻回することにより、巻回作業が容易になるとともに電極に曲げ応力によるひびや割れが発生し難くなる利点がある。
【００７４】
上記発明の電池用電極において、導電性芯材に、ペーストを導電性芯材の長さ方向に直交する幅方向の一端から他端に向けて充填量を連続的に加減して充填し、且つ導電性芯材を幅方向に切断する構成としたので、渦巻き状に巻回して電池を構成する際に、厚みの小さい端部を巻芯側として巻回することにより、巻回作業を容易に行えるとともに、渦巻き外周側の電極の厚みが大きいので、曲げ応力によるひびや割れが発生し難い効果を得られる。
【００７５】
本発明の電池用電極の製造装置によれば、ダイコート式ノズルの特徴を生かして定量供給源から圧送されペースト導入孔から送給される活物質を含むペーストを吐出口の全長に向けてほぼ均等な分布で移送するとともに、このペーストを、断面外形が円形の回転ドラムの外周面全体にわたり均一に巻き付くように付着させ、且つ回転ドラムの回転により強制的に吐出口から導電性芯材に圧入して充填できるようにしたので、粘度の低いペーストを充填する場合に吐出口の全長にわたりペーストをばらつきなく均一に吐出することができ、一方、凝集性の高い高粘度のペーストを充填する場合に、ペーストの導出通路への付着による滞留や吐出口の目詰まりなどが生じることがなく、ペーストを常に吐出口の全長にわたり均一に吐出させることができ、導電性芯材にペーストのかすれや充填むらが生じることがない。また、ペーストの吐出量を一定値に維持することができるので、電極が厚くなり過ぎることがない。しかも、回転ドラムの外周面に定量分だけ付着してペースト吐出口に送られてくるペーストの全てを掻き落とし板により導電性芯材に供給することができ、吐出口から導電性芯材へのペーストの供給量を常に所定値に維持することができる。さらに、ノズルにおいて、軸芯が傾斜した回転ドラムとケーシングの内面との隙間が前記回転ドラムの長さ方向に沿って連続的に変わることにより、吐出口からのペーストの吐出量を、吐出口の一端から他端に向けて連続的に変えることができる結果、導電性芯材にその幅方向の一端から他端に向けて充填量を連続的に加減して充填してなる電池用電極を容易に製作することができる。特に幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー状の断面形状を有する導電性芯材に、ペーストを導電性芯材の厚みに比例して充填量を連続的に増大させて充填することができ、幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化する形状を有して巻回作業の容易な電極を、生産性良く高精度に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池用電極の製造装置を示す斜視図。
【図２】（ａ）は本発明の一実施の形態に係る電池用電極を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はペーストが未充填の導電性芯材のみのＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る電池用電極を示す一部の縦断面図。
【図４】同上製造装置におけるノズルの分解斜視図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はいずれも同上ノズルにおける回転ドラムの他例を示す斜視図。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る電池用電極の製造装置を示す概略説明図。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る電池用電極の製造装置を示す斜視図。
【図８】（ａ）は本発明の他の実施の形態に係る電池用電極を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図９】（ａ）は本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置におけるノズルを示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置におけるノズルを示す縦断面図。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置におけるノズルを示す縦断面図。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置におけるノズルを示す縦断面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る製造装置におけるノズルを示す縦断面図。
【図１４】本発明の電池用電極の適用対象の電池を示す部分分解斜視図。
【図１５】（ａ）は従来の電池用電極の製造装置に用いられるダイコート方式ノズルの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は（ｂ）に対応して示したペーストの吐出量の特性図。
【符号の説明】
１ 電極
２ ニッケル多孔体（導電性芯材）
３ 空間
７ ペースト
９ ノズル
１０ ケーシング
１１ 回転ドラム
１３ ペースト導入孔
１４ ペースト吐出口
１６ 内装空間
１７ 液溜まり部
２１ ローレット
２２ スプライン
２３ エンボス
３０ ドラム駆動モータ（回転駆動源）
３２ ペースト導出通路
３４，３９〜４１ 補助ドラム

Claims (7)

1. 三次元的に連なる空間を有したシート状の導電性芯材の前記空間内に活物質を含むペーストを充填してなる電池用電極において、
   前記導電性芯材に、その一面および他面からそれぞれ前記空間の容積に対し各々50％未満であって共に同一量の前記ペーストを全面にわたり均等に充填してなることを特徴とする電池用電極。
2. 三次元的に連なる空間を有したシート状の導電性芯材の前記空間内に活物質を含むペーストを充填してなる電池用電極において、
   前記導電性芯材に、前記空間の容積に対し100 ％未満の量の前記ペーストを、互いに異なる量に分配して前記芯材の一面および他面から各々の全面にわたりそれぞれ均等に充填してなることを特徴とする電池用電極。
3. 三次元的に連なる空間を有したシート状の導電性芯材の前記空間内に活物質を含むペーストを充填し、且つ前記導電性芯材をその長さ方向に対し直交する幅方向に切断してなる電池用電極において、
   前記ペーストを前記導電性芯材に前記幅方向の一端から他端に向けて充填量を連続的に加減して充填してなることを特徴とする電池用電極。
4. 導電性芯材は、その幅方向の一端から他端に向けて厚みが連続的に変化するテーパー状の断面形状を有する請求項３に記載の電池用電極。
5. シート状の導電性芯材をその長さ方向に走行させる移送機構と、走行される前記導電性芯材の両面にそれぞれ近接して配置され、ペースト供給源から送給される活物質を含むペーストを吐出して前記導電性芯材の空間に充填する一対のダイコート方式ノズルとを備え、
   前記ノズルは、
   一端面にペースト導入孔が、他端面に前記導電性芯材の幅方向に沿った長孔形状のペースト吐出口がそれぞれ開口されたケーシングと、
   前記ペースト吐出口に臨ませて前記ケーシングの内装空間に回転自在に支持され、前記ペースト吐出口の長さに対応した長さを有し、且つ長さ方向に対し直交方向の断面外形が円形となった回転ドラムとを備えるとともに、定量供給源から圧送される活物質を含むペーストを前記ペースト導入孔から送給され、
   前記送給されるペーストを、回転駆動源により回転される前記回転ドラムと前記内装空間の内面との間のペースト導出通路を介して前記ペースト吐出口から吐出するよう構成さ
   れ、
   ペースト吐出口における導電性芯材の走行方向側の縁部に、回転ドラムの外周面に残存付着しているペーストの掻き落とし板が設けられており、ノズルは、回転ドラムの軸芯を傾斜させることにより前記回転ドラムとケーシングの内面との隙間が前記回転ドラムの長さ方向に沿って連続的に変わるよう前記回転ドラムを変位可能に支持した構成になっていることを特徴とする電池用電極の製造装置。
6. シート状の導電性芯材をその長さ方向に走行させる移送機構と、走行される前記導電性芯材の両面にそれぞれ近接して配置され、ペースト供給源から送給される活物質を含むペーストを吐出して前記導電性芯材の空間に充填する一対のダイコート方式ノズルとを備え、
   前記ノズルは、
   一端面にペースト導入孔が、他端面に前記導電性芯材の幅方向に沿った長孔形状のペースト吐出口がそれぞれ開口されたケーシングと、
   前記ペースト吐出口に臨ませて前記ケーシングの内装空間に回転自在に支持され、前記ペースト吐出口の長さに対応した長さを有し、且つ長さ方向に対し直交方向の断面外形が円形となった回転ドラムとを備えるとともに、定量供給源から圧送される活物質を含むペーストを前記ペースト導入孔から送給され、
   前記送給されるペーストを、回転駆動源により回転される前記回転ドラムと前記内装空間の内面との間のペースト導出通路を介して前記ペースト吐出口から吐出するよう構成され、
   ペースト吐出口における導電性芯材の走行方向側の縁部に、回転ドラムの外周面に残存付着しているペーストの掻き落とし板が設けられており、回転ドラムは、その外周面にローレット、スプラインまたはエンボスなどの凹凸形状が形成されており、ノズルは、回転ドラムの軸芯を傾斜させることにより前記回転ドラムとケーシングの内面との隙間が前記回転ドラムの長さ方向に沿って連続的に変わるよう前記回転ドラムを変位可能に支持した構成になっていることを特徴とする電池用電極の製造装置。
7. 回転ドラムは、長さ方向に沿って外径が連続的に変化するテーパー形状の外周面を有している請求項５、６のいずれかに記載の電池用電極の製造装置。

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