JP4855708B2 - 電極フープの圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は金属薄板から成る芯材の両面に電極合剤層を設けた電極フープの圧延方法に関し、特に電極合剤層の厚みが表裏で異なる場合に、 圧延後の電極フープの歪の抑制を図った電極フープの圧延方法に関するものである。

アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。その電極の代表的な製造方法としては、アルカリ蓄電池の正極のように、三次元金属多孔体に粉体材料を充填する方法と、リチウムイオン電池の正負極やニッケル水素電池の負極のように、金属薄板から成る芯材に粉体材料を混練して成る電極合剤ペーストを塗布する方法とが挙げられる。これらの電極の製造方法の内、特に後者の塗布工法は生産性が高いので、電池系に関係なく適用されている。さらに、高効率な製造方法として、多列塗布をはじめ様々な製造方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する方法では、塗布した後電極合剤ペーストを乾燥して電極フープが製造される。その後、図３に示すように、電極フープ２１は、コイル状に巻回された電極コイル２２の状態で、圧延装置のアンコイラー部２３に設置され、アンコイラー部２３にて巻き出され、ガイドロール２４を介して一対の圧延ロール２６ａ、２６ｂからなる圧延部２５に向けて供給され、芯材２１ａの両面に塗布された電極合剤層２１ｂが圧延される。なお、電極合剤層２１ｂの厚さＣは、通常両面で同じ厚さに設定されている。圧延部２５で圧延された電極フープ２１は、ガイドロール２７を介してコイラー部２８に送られ、コイル状に巻回されて取り出される。

このようにして製造された正負極の電極を、セパレータを介して巻回して電極群を構成し、これを金属電槽に挿入した後に、電解液を注入することにより、所望する電池が得られる。
特開２００１−２９７７５６号公報 特開２００２−３０４９８８号公報

ところで、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの正極容量規制式（正極の方が理論容量が小さい）電池の場合、電極群の最外周に塗布方式にて作製された負極を配置し、これを金属電槽の内壁に接触させることにより集電することが多い。この最外周の負極における芯材より外側の負極合剤層は電池反応に殆ど寄与しないので、これをできるだけ薄くすることによって、電池容量を無理無く増大させることができる。このように最外周の負極においてその芯材より外側の負極合剤層を薄くする方法の１つとして、負極の表裏の負極合剤層の厚さを異ならせ、厚さの薄い方を外側にして巻回する方法がある。なお、合剤層の厚みが表裏で異なる電極を用いても、電極合剤層に抵抗値の低い電極合剤を用いることによって電池効率が低下することはない。

しかしながら、表裏で合剤塗布層の厚さが異なる電極を用いて電池を生産するには困難がある。すなわち、芯材の両面に設けた合剤塗布層の厚みが表裏で異なる場合、芯材両面に電極合剤を塗布・乾燥した後圧延すると、塗布層の厚い方は材料供給が容易なので延び易く、逆に薄い方は伸び難いので、厚い方の塗布層が外側になるように電極が円弧状に反ることになる。しかるに、厚さの薄い方の合剤塗布層を外側にして電極を巻回して電極群を構成するには、圧延後に癖付けされたのとは逆方向に電極群を巻回する必要があるので、電極群の最外周の巻回最終端が外側に反り返ることになり、電槽への挿入性が低下し、短絡不良が増すという問題があった。

これは、電極を短冊状にして正負の電極をセパレータを介して交互に重ね合わせる積層型電極群の場合も同様で、最外側に配置された負極が電極群の外側に向けて反り返ることにより、電槽への挿入性が同様に低下するという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、芯材の表裏で電極合剤層の厚みを異ならせた場合でも、電極群の電槽への挿入性が低下しないように、圧延後に平坦な電極を得ることができる電極フープの圧延方法を提供することを課題とする。

本発明の電極フープの圧延方法は、金属薄板からなる帯状の芯材の両面に電極合剤層を設けた電極フープを供給する供給工程と、電極フープを一対の圧延ロール間に供給して圧延する圧延工程と、圧延後の電極フープを巻き取る巻取工程とから成る電極フープの圧延方法であって、電極フープはその電極合剤層の平均厚みが表裏で異なっており、電極フープにおける電極合剤層の平均厚みが薄い方をａ面、他方をｂ面として、圧延工程においてａ面を圧延ロールの一方に巻き付けるように電極フープを供給するものである。

この構成によると、電極合剤層の平均厚みの薄いａ面が圧延ロールに広い面積で接触して長時間圧延作用を受け、他方のｂ面はそれより狭い面積で接触して短時間の圧延作用を受けて、圧延時にａ面側も無理なく伸びるようになり、電極の圧延後の平坦性を向上することができる。

また、圧延前の電極フープにおける電極合剤層の薄い部分の厚みをＡ、他方の厚みをＢとして、Ａ／Ｂを、０．１以上、１未満とすることにより、上記作用効果を確実に得ることができる。

本発明の電極フープ圧延方法によれば、芯材の表裏で電極合剤層の厚みが異なる場合にも圧延後の平坦性を確保した電極を得ることができるため、電極群の電槽への挿入性を向上することができる。

以下、本発明の電極フープの圧延方法の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。

図１において、１は、金属薄板から成る芯材２の両面に電極合剤層３ａ、３ｂを設けた電極フープである。電極合剤層３ａ、３ｂは、芯材２の両面に塗布部で電極合剤ペーストを塗布し、塗布厚調整部で所定の塗布厚となるように調整した後、乾燥して形成されたものである。電極フープ１は、コイル状に巻回された電極コイル４の状態で、圧延装置のアンコイラー部５に設置され、アンコイラー部５にて巻き出され、ガイドロール６を介して一対の圧延ロール８ａ、８ｂからなる圧延部７に向けて供給され、電極合剤層３ａ、３ｂが圧延される。圧延部７で圧延された電極フープ１は、ガイドロール９を介してコイラー部１０に送られ、コイル状に巻回されて取り出される。

ここで、電極フープ１の一方の電極合剤層３ａの厚みＡは、他方の電極合剤層３ｂの厚みＢよりも薄く形成されている。このような場合、ガイドロール６を、一対の圧延ロール８ａ、８ｂの接触点よりも一方の電極合剤層３ａの表面ａ側（図１では上側）に所定距離移動した位置に配置し、薄い方の電極合剤層３ａの表面ａを圧延ロール８ａに巻き付けるように電極フープ１を供給する。

以上の構成によると、電極合剤層３ａが圧延ロール８ａと接触する面積を、電極合剤層３ｂが圧延ロール８ｂと接触する面積よりも広くすることができるので、薄いために伸び難い電極合剤層３ａも圧延時に無理なく伸びる。

圧延前の電極合剤層３ａの厚みをＡ、電極合剤層３ｂの厚みをＢとして、Ａ／Ｂが０．１以上１未満であれば、上記作用効果は顕著に得られる。一方、Ａ／Ｂが０．１未満の場合は、本発明の技術を持ってしても圧延後の電極フープの平坦性を確保することは困難であることが実験的に確かめられている。

上記実施形態の説明では、電極合剤層３ａ、３ｂが芯材２の全面にわたってそれぞれ同一厚さで塗布されている電極フープ１の例を示したが、本発明における厚みの薄い電極合剤層３ａとは、その平均厚みが薄い場合を含み、例えば図２に示すように、電極合剤層３ａの幅方向の一部の領域に薄層部１１が形成されていることによって、電極合剤層３ａの平均厚みが薄くなっている場合にも同様の作用効果が得られる。

以上の実施形態の説明から分かるように、本発明は金属薄板からなる芯材の両面に電極合剤が塗布された電極フープである限り、以下の実施例におけるニッケル水素電池の負極に限定されないのは言うまでも無く、例えばアルカリ蓄電池の焼結式ニッケル正極の前駆体であるシンター基板や、金属薄板としてラスメタルを用いたリチウムポリマー電池の正負極にも適用可能である。

以下に、本発明をニッケル水素蓄電池の負極（水素吸蔵合金電極）に適用した実施例と比較例について説明する。

（実施例１）
組成式ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ｍｎ_0.4 Ａｌ_0.3 で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより水中で平均粒径３０μｍに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この水素吸蔵合金粉末をアルカリ水溶液に浸漬して表面処理した後、この水素吸蔵合金粉末１００ｋｇに対し、固形分比１．５％のカルボキシメチルセルロース水溶液１０ｋｇ及びケッチェンブラック０．４ｋｇを加えて混練し、さらに固形分比４０％のスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子の水溶液１．７５ｋｇを加えて攪拌することにより、電極合剤ペーストを作製した。

この電極合剤ペーストを、厚さ６０μｍ、幅３００ｍｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開孔率４０％のニッケルメッキを施した鉄製パンチングメタルから成る芯材２の両面に、幅２６０ｍｍにわたって塗布した。両面の塗布厚は、芯材が塗布厚調整部を通る際の芯材位置を調整することにより、片面の電極合剤層３ａの厚さＡを６０μｍ、他面の電極合剤層３ｂの厚さＢを１４０μｍとし、Ａ／Ｂ＝０．４３となるように塗布し、その後乾燥して電極フープ１を作製した。

この電極フープ１を図１に示すような位置関係で圧延した。具体的には、ガイドロール６から圧延ロール８ａ、８ｂまでの距離は５００ｍｍ、圧延ロール８ａ、８ｂの接触点に対するガイドロール６の高さは５０ｍｍであった。

圧延後の電極フープ１から、圧延方向の長さ２００ｍｍ、幅５０ｍｍとなるようにサンプルを取り出した。このサンプルを、電極合剤層３ａが上となるように平板上に置き、ノギスを用いて反り高さを測定した結果、０．３ｍｍであった。

（実施例２）
実施例１に対し、電極合剤層３ａの厚みＡを５μｍ、電極合剤層３ｂの厚みＢを１９５μｍとし、Ａ／Ｂ＝０．０３となるようにした以外は、実施例１と同様に電極合剤ペーストを塗布して乾燥し、電極フープ１を作製した。これを実施例１と同様に圧延した後、実施例１と同様に反り高さを測定した結果、１．３ｍｍであった。

（実施例３）
実施例１に対し、電極合剤層３ａの厚みＡを１８μｍ、電極合剤層３ｂの厚みＢを１８２μｍとし、Ａ／Ｂ＝０．１となるようにした以外は、実施例１と同様に電極合剤ペーストを塗布して乾燥し、電極フープ１を作製した。これを実施例１と同様に圧延した後、実施例１と同様に反り高さを測定した結果、０．７ｍｍであった。

（実施例４）
実施例１に対し、電極合剤層３ａの厚みＡを９０μｍ、電極合剤層３ｂの厚みＢを１１０μｍとし、Ａ／Ｂ＝０．８２となるようにした以外は、実施例１と同様に電極合剤ペーストを塗布して乾燥し、電極フープ１を作製した。これを実施例１と同様に圧延した後、実施例１と同様に反り高さを測定した結果、−０．２ｍｍであった。

（比較例）
実施例１と同じ電極フープ１を用いて、図３に示すように、従来と同様の圧延を行った。実施例１と同様に反りを測定した結果、２．７ｍｍであった。

以上の説明から明らかなように、薄い方の電極合剤層を、圧延ローラに巻き付けるように供給することにより、薄い方の電極合剤層は、厚い方の電極合剤層よりも圧延ロールとの接触面積を広く取ることができるので、圧延時に無理なく伸びて圧延後の平坦性を確保でき、結果として電極群の電槽への挿入性に障害となる反り量を低減することが可能となる。なお、実施例１、３、４のように、薄い方の電極合剤層の厚みをＡ、厚い方の電極合剤層の厚みをＢとして、Ａ／Ｂが０．１以上１未満であるのが好ましいことも明確化できた。

本発明の電極フープの圧延方法により、圧延後の電極フープの反りを軽減できて電極群の電槽への挿入性を向上できるので、種々の電池の電極を高い生産性のもとで製造できる技術として利用可能性が高く、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの各種電池の電極製造に有用である。

本発明の電極フープの圧延方法の一実施形態を模式的に示す側面図。 電極フープの他の構成例の横断面図。 従来例の電極フープの圧延方法を模式的に示す側面図。

符号の説明

１ 電極フープ
２ 芯材
３ａ 薄い方の電極合剤層
３ｂ 厚い方の電極合剤層
７ 圧延部
８ａ、８ｂ 圧延ロール

Claims (2)

1. 金属薄板からなる帯状の芯材の両面に電極合剤層を設けた電極フープを供給する供給工程と、電極フープを一対の圧延ロール間に供給して圧延する圧延工程と、圧延後の電極フープを巻き取る巻取工程とから成る電極フープの圧延方法であって、電極フープはその電極合剤層の平均厚みが表裏で異なっており、電極フープにおける電極合剤層の平均厚みが薄い方をａ面、他方をｂ面として、圧延工程においてａ面を圧延ロールの一方に巻き付けるように電極フープを供給することを特徴とする電極フープの圧延方法。
2. 圧延前の電極フープにおける電極合剤層の薄い部分の厚みをＡ、他方の厚みをＢとして、Ａ／Ｂが、０．１以上、１未満であることを特徴とする請求項１記載の電極フープの圧延方法。
   

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