JP4378902B2

JP4378902B2 - 電極板

Info

Publication number: JP4378902B2
Application number: JP2001265101A
Authority: JP
Inventors: 巧渋谷; 正弘和田; 公明加藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003073875A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極板に係り、特に発泡金属板を接合した電極基板からなる電極板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水分解用の電極や、電池の電極として中実の金属板に発泡金属板を接合したものが使用されている。これは、同じ条件下では、電極表面の表面積が大きいほど、効率の良い電極となるという理由によるもので、同体積において表面積の大きい物質として発泡金属が使用されている。
一般的に、上記のような電極基板に発泡金属板を接合した電極を得るため、スポット溶接、またはロウ付け等の手段によって、該発泡金属板の片面を金属板に接合する方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記発泡金属板を前記金属板に接合する工程において、溶接またはロウ付け等といった、比較的高温の条件下での加工となる場合、その温度条件によっては発泡金属が融解してしまうことがあり、それを防ぐための温度管理が難しいという問題があった。
【０００４】
また、上記のように、金属板と発泡金属板の接合作業が比較的難易度の高いものであるために、製造時の歩留まりが悪くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、製造が容易で、歩留まりの良い発泡金属板を備えた電極板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、電極基板の表面に発泡金属板が接合されてなる電極板であって、前記発泡金属板の少なくとも接合部に、前記発泡金属板の気孔率よりも小さい気孔率の緻密な発泡金属からなる接合金属部が設けられ、該接合金属部が前記電極基板に接合されており、前記接合部においては、レーザーが前記発泡金属板に照射されて前記発泡金属板の一部が融解することで前記接合金属部と前記電極基板とが溶接接合されており、前記発泡金属板のうち前記電極基板とは反対側を向く面に、レーザー接合跡が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る電極板においては、接合金属部が緻密部からなるため、高温による接合が可能となって、電極基板と発泡金属板との接合が容易で確実なものとなり、該発泡金属板が前記電極基板から剥離することを防止することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電極板において、前記接合金属部は、前記発泡金属板の接合部側表面に積層された接合金属層であることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る電極板においては、電極基板と発泡金属板との接合が強固なものとなり、該発泡金属板が前記電極基板から剥離することを防止することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電極板において、前記接合金属部は、前記発泡金属板の前記接合部側表面全面に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る電極板においては、電極基板と発泡金属板との接合が強固なものとなり、該発泡金属板が前記電極基板から剥離することを防止することができる。また、電極板としての通電性をよくすることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の電極板において、前記緻密な発泡金属からなる接合金属部は、前記発泡金属板を押し潰して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る電極板においては、電極基板と発泡金属板との接合が容易かつ強固なものとなり、該発泡金属板が前記電極基板から剥離することを防止することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、原料粉末を含有するスラリーをシート状に形成してなるスラリー層を、少なくともその最下層を除く上側のスラリー層に発泡剤を含有させて発泡させ、これらスラリー層を乾燥させた後に、これらを焼成して最下層に緻密な発泡金属からなる接合金属部を有する発泡金属板を形成し、電極基板の表面に前記接合金属部を接触させた状態に重ねて、レーザーを前記発泡金属板に照射することにより前記発泡金属板の一部を溶解し、前記接合金属部と前記電極基板とを部分的に溶接接合して接合部を形成し、請求項１から請求項３のいずれかに記載された電極板を製造することを特徴とする。
この発明に係る電極板の製造方法においては、効率の良い電極を容易に得ることができる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、電極基板の表面に発泡金属板を積層し、前記発泡金属板の一部を縦方向寸法が半分以下となるように押し潰して前記接合金属部を形成し、レーザーを前記発泡金属板に照射することにより前記発泡金属板の一部を溶解して、前記接合金属部と前記電極基板とを接合することにより、請求項４に記載された電極板を製造することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の第１の実施の形態について説明する。図１〜図３は、この発明を水分解用の電極板に適用した場合のものを示した概略図である。
【００２３】
図１〜図３において、電極板１は、電極基板２と、積層発泡金属板３からなっており、電極基板２の表面４と裏面５との両面に積層発泡金属板３が接合されている。電極基板２は金属板を矩形に形成したものであって、その材質としては、例えばニッケルが用いられる。積層発泡金属板３は、図３に示すように、連続空孔を有する気孔率の高い（８５％〜９８％）発泡金属板１０に、該発泡金属板１０の気孔率よりも小さい気孔率（０％〜７５％）をもつ緻密な発泡金属からなる接合金属部１１を積層状態に設けてなるものである。この積層発泡金属板３の形状は矩形に形成されたものであるが、その縦横寸法は電極基板２よりも小とされている。なお、この積層発泡金属板３の製造方法については後述する。
また、これらの部材はレーザー接合によって接合されており、符号１２はレーザー接合跡を示している。
【００２４】
ここで、積層発泡金属板３は、前述の通りレーザー溶接によって電極基板２に接合されている。接合加工の際は、電極基板２上に積層発泡金属板３を、接合金属部１１を電極板２側に向けた状態で仮固定し、電極基板２上にも達する任意の線上で積層発泡金属板３にレーザーを照射し、その熱を持って積層発泡金属板３を電極基板２に溶接接合する。このときのレーザーの熱により発泡金属板１０は融解し、その部分は切断されてしまうこととなるが、その下層である接合金属部１１は融解せず、その電極基板２側の表面と電極基板２の表面とが線状にレーザー溶接されることとなる。つまり、発泡金属板１０が、電極基板２と直接接合されるわけではなく、接合金属部１１を介して溶接接合される。
【００２５】
次に、積層発泡金属板３の製造方法について図を用いて説明する。
図４は、この発明の一実施形態における、発泡金属板１０と金属接合部１１からなる積層発泡金属板３を製造するための装置を示した概略図である。
図４において、ホッパー１３ａに貯蔵した緻密部形成スラリー（スラリー）１４をキャリアシート１５の上に供給し、ドクターブレード２０ａによって緻密部形成スラリー１４を薄く延ばすことにより、キャリアシート１５の上に緻密部スラリー層（スラリー層）２１を形成する。この緻密部スラリー層２１を、高温・高湿度槽２２ａに通し、３０℃、２分間の条件下で表面を軽く乾燥させ、引き続きこの緻密部スラリー層２１の上にホッパー１３ｂより発泡スラリー（スラリー）２３を供給しながら、ドクターブレード２０ｂにより薄く延ばして発泡スラリー層（スラリー層）２４を成形する。
【００２６】
さらに、これを高温・高湿度槽２２ｂに通し、温度：４０℃、湿度：９０％、２０分間保持の条件で発泡させた後、続いてこれを乾燥槽２５に通し、温度：８０℃、１５分保持の条件で温風乾燥を行い、緻密部グリーン層と発泡状グリーン層とを積層させた複合グリーン板３０を作製する。
そして、この複合グリーン板３０を、脱脂装置および焼成炉（いずれも図示せず）に通すことにより脱脂、焼成して、積層発泡金属板３を製造する。高温・高湿度槽２２ａを設けたのは、複合グリーン板３０を作製する際に、緻密部形成スラリー１４と発泡スラリー２３とが混合しないように、緻密部スラリー層２１の表面を、軽く乾燥させるためである。
【００２７】
ここで、緻密部形成スラリー１４の配合組成は表１に示す通りであり、密閉容器内で４時間混練して作製する。
また、発泡スラリー２３の配合組成は表２に示す通りであり、密閉容器内で２４時間混練したのち、表２に示す量の界面活性剤を添加して減圧下で１５分混練し、ついで表２に示す量の発泡剤を添加して大気圧下で５分間混練して発泡スラリーを調整する。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
上記のように構成された積層発泡金属板３によれば、発泡金属板１０を直接電極基板２に接合する場合と比較して、その接合強度は飛躍的に向上し、電極基板２からの積層発泡金属板３の剥離を抑制することができる。
【００３１】
また、積層発泡金属板３を電極基板２にレーザー溶接によって接合する際、発泡金属単体を接合する場合と比較して、温度管理を厳格に行う必要がなくなるため、接合工程が比較的容易なものとなり、接合時の発泡金属板１０の破損による歩溜まりの悪化も抑制することが可能となる。
【００３２】
さらに、発泡金属単体には、その断面積あたりの金属部分が通常の金属に対して小さいため、比較的通電性が悪いという特性があるが、第１の実施の形態では、発泡金属板１０の一部を電極基板２に直接接合して通電する場合と比較すると、発泡金属板１０の下層に接合金属部１１が存在しているため、この接合金属部１１が電気を通すバイパスの役目を果たし、全体としての通電性を向上させることができ、通電抵抗の面でも有利となる。
【００３３】
さらにまた、上記の製造方法は、スラリーを使用した製造方法であることから、多種多様な金属を用いた発泡金属板の製造が可能であり、気孔率の大小を使用目的に応じて任意に設定した発泡金属板を容易に製造することが可能となる。
【００３４】
なお、上述の第１の実施の形態においては、接合部を緻密な発泡金属からなる接合金属部１１としているが、この接合金属部１１が中実の金属であってもよい。例えば、発泡金属板１０と電極基板２との間に薄い金属箔を挟み、その金属箔を接合部としても良い。
【００３５】
次に、第２の実施の形態について図を用いて説明する。
図５は、この発明の第２の実施の形態に係る発泡金属板と電極基板との接合部を示す拡大断面図である。
図５において、発泡金属板４０は、第１の実施の形態とは異なり、発泡金属板４０と圧縮緻密部４１（接合金属部）とによって構成されており、圧縮緻密部４１は、電極基板２に接合されている。
【００３６】
なお、図５において、図１〜図３に示す構成と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。以下、図１〜図３と異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
ここで、圧縮緻密部４１の気孔率は、発泡金属板４０の気孔率よりも小さいものとなっているが、これは、発泡金属板４０の一部を、縦方向寸法が半分以下になるよう、物理的な力で押し潰して形成したものである。発泡金属板４０を電極基板２に接合する際は、この圧縮緻密部４１をレーザー溶接することによって、電極基板２に接合されることとなる。
【００３８】
この第２の実施の形態に係る電極板によれば、発泡金属板４０を直接電極基板２に接合する場合と比較して、その接合強度は向上し、電極基板２からの発泡金属板４０の剥離を抑制することができる。
【００３９】
また、発泡金属板４０を電極基板２にレーザー溶接によって接合する際、発泡金属単体を接合する場合と比較して、温度管理を厳格に行う必要がなくなるため、接合工程が比較的容易なものとなり、接合時の発泡金属板４０の破損による歩溜まりの悪化も抑制することが可能となる。
【００４０】
なお、上述した第１、第２の実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、この発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。この発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００４１】
接合の方法はレーザー溶接に限定するものではなく、同等の強度を持って接合できる方法によればよい。例えば、導電性を有する接着剤による接着等も含まれる。
また、接合の範囲についても、線状のものに限定するものではなく、スポット状に接合してもよいし、全面を接合してもよい。
さらに、各部品の材質は特定なものに限定されるわけではなく、必要な剛性、通電性が得られる材質であればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、発泡金属板に、緻密部からなる接合金属部が設けられ、その接合金属部によって電極基板に接合されていることから、前記発泡金属板と前記電極基板との接合が、溶接等の方法で容易に行えることとなり、充分な強度を持つことができる。よって、前記電極基板から前記発泡金属板が剥離することを防止することができる。
【００４３】
さらに、前記発泡金属板は、発泡金属部の下層に緻密部が存在する構造となっているため、この緻密部が電気を通すバイパスの役目を果たし、全体としての通電性を向上させることができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、発泡金属板に、電極基板との接合部側表面に金属接合部が設けられるため、前記発泡金属板と電極基板との接合を強固に行うことができる。
【００４７】
また、請求項３に係る発明によれば、発泡金属板に、電極基板との接合部側表面全面に金属接合部が設けられるため、前記発泡金属板と前記電極基板との接合を強固に行うことができる。また、電極板としての通電性を良好なものにすることができる。
【００４８】
また、請求項４に係る発明によれば、発泡金属板の緻密部が、該発泡金属板を押し潰して形成されることから、接合作業が容易となり、強固な接合を実施することができる。
【００５１】
また、請求項５及び請求項６に係る発明によれば、緻密層を有した発泡金属板を、該緻密層を電極基板に接触させた状態で接合して電極板を製造するため、製造が容易で、強固な電極板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電極板の平面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る電極板の側面図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る発泡金属板の拡大断面図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る発泡金属板の製造装置の概略図である。
【図５】この発明の別の実施形態に係る発泡金属板と電極基板との接合部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１電極板
２電極基板
３積層発泡金属板
１０発泡金属板
１１接合金属部
１４緻密部形成スラリー（スラリー）
２１緻密部スラリー層（スラリー層）
２３発泡スラリー（スラリー）
２４発泡スラリー層（スラリー層）
４０発泡金属板
４１圧縮緻密部（緻密部）

Claims

電極基板の表面に発泡金属板が接合されてなる電極板であって、
前記発泡金属板の少なくとも接合部に、前記発泡金属板の気孔率よりも小さい気孔率の緻密な発泡金属からなる接合金属部が設けられ、該接合金属部が前記電極基板に接合されており、
前記接合部においては、レーザーが前記発泡金属板に照射されて前記発泡金属板の一部が融解することで前記接合金属部と前記電極基板とが溶接接合されており、
前記発泡金属板のうち前記電極基板とは反対側を向く面に、レーザー接合跡が形成されていることを特徴とする電極板。
請求項１に記載の電極板において、
前記接合金属部は、前記発泡金属板の接合部側表面に積層された接合金属層であることを特徴とする電極板。
請求項１又は請求項２に記載の電極板において、
前記接合金属部は、前記発泡金属板の前記接合部側表面全面に形成されていることを特徴とする電極板。
請求項１に記載の電極板において、
前記緻密な発泡金属からなる接合金属部は、前記発泡金属板を押し潰して形成されていることを特徴とする電極板。
原料粉末を含有するスラリーをシート状に形成してなるスラリー層を、少なくともその最下層を除く上側のスラリー層に発泡剤を含有させて発泡させ、これらスラリー層を乾燥させた後に、これらを焼成して最下層に緻密な発泡金属からなる接合金属部を有する発泡金属板を形成し、電極基板の表面に前記接合金属部を接触させた状態に重ねて、レーザーを前記発泡金属板に照射することにより前記発泡金属板の一部を溶解し、前記接合金属部と前記電極基板とを部分的に溶接接合して接合部を形成し、請求項１から請求項３のいずれかに記載された電極板を製造することを特徴とする電極板の製造方法。
電極基板の表面に発泡金属板を積層し、前記発泡金属板の一部を縦方向寸法が半分以下となるように押し潰して前記接合金属部を形成し、レーザーを前記発泡金属板に照射することにより前記発泡金属板の一部を溶解して、前記接合金属部と前記電極基板とを接合することにより、請求項４に記載された電極板を製造することを特徴とする電極板の製造方法。