JP5573419B2 - 水素吸蔵合金電極及びその製造方法、並びに水素吸蔵合金電極を備えた電池 - Google Patents

Description

本発明は、穿孔板（パンチングメタル）を基材とした水素吸蔵合金電極とその製造方法に関する。

アルカリ蓄電池の電極に用いられる水素吸蔵合金の特性は放電容量やサイクル特性といった蓄電池の性能に大きな影響を及ぼすことが知られている。

特許文献１には、長尺帯状の「パンチングメタル」と呼ばれる多数の穿孔が設けられた薄い金属板に水素吸蔵合金粉末を含む負極活物質を塗着、乾燥して得られる水素吸蔵合金電極が記載されている。特に、活物質の脱落や電極を捲回したときに部分的短絡の原因となる鋭利な部分の発生を防ぐために、穿孔部の端部の少なくとも相対向する二辺（好ましくは四辺）に「穿孔されていない無地部」を設けることが記載されている。

特開平７−７３８７４号公報 特開２００２−３１９３９５号公報

しかしながら、無地部を有する従来の水素吸蔵合金電極の製造方法では、パンチングメタルの両面側全面にペースト状の活物質を塗布し、その活物質を乾燥させた後、両面側からプレスしてその活物質を所定の厚さに変形させ、その後、所定の形状に切断して完成する。このため、パンチングメタルを個々の電極に切断する時点ではすでにパンチングメタルの両面側の全面が活物質で覆われているために、無地部の位置を正確に特定することが困難であるという問題がある。また、活物質で覆われていない露出部を設けると、加圧により電極に歪みが生じることが特許文献２に記載されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、活物質の脱落を抑えるための無地部の位置を特定することを主たる技術的課題とする。

本発明に係る水素吸蔵合金電極は、水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を支持するための多数の穿孔が設けられたパンチングメタルを具備する水素吸蔵合金電極であって、前記パンチングメタルは、中央部に多数の穿孔を有する穿孔形成領域が設けられていると共に前記穿孔形成領域に前記パンチングメタルの両面側から活物質が形成され前記穿孔形成領域の外周縁部に前記穿孔が存在しない無地部を有し、前記パンチングメタルの無地部であり、活物質が形成されていない露出部の一部に目印が設けられていることを特徴とする。

パンチングメタルは無地部に沿って切断され個片化されるが、目印は切断位置を特定する機能を担う。この目印は、穿孔であってもよい。

本発明に係る水素吸蔵合金電極の製造方法は、多数の穿孔を有する穿孔形成領域と前記穿孔形成領域の外周縁部に前記穿孔が存在しない無地部と、前記無地部であり、活物質が形成されていない露出部の一部に目印とを含むパンチングメタルに水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を支持させた水素吸蔵合金電極の製造方法であって、ロール状に捲回されているパンチングメタルシートの両面側全面に順次水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を塗布する塗布工程と、前記塗布された活物質の一部を掻き落とす塗工工程と、前記パンチングメタル上に残置された活物質を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥後の活物質を前記パンチングメタルと共にプレスするプレス工程と、前記目印を基準として前記パンチングメタル上の無地部の位置を特定することにより、前記パンチングメタルを前記プレス工程後の活物質と共に切断する切断工程とを含むことを特徴とする。このような構成によると、切断工程において切断位置を正確に特定することができるなどの効果を奏する。

このパンチングメタルシートは、パンチングメタルの穿孔形成領域が幅方向に並べられ、パンチングメタルシートの捲回方向に沿って連ねられていることが好ましい。このような構成によると、塗工工程からプレス工程までを１つの製造ラインにすることができるなどの効果を奏する。

本発明によれば、パンチングメタルを個片化する際の切断工程において、正確に切断位置を特定することができるため、無地部で確実に切断することが可能となり、活物質の脱落を抑えることができる水素吸蔵合金電極を得ることができる。

パンチングメタルとパンチングメタルに活物質を塗布した水素吸蔵合金電極１１を示す概略図（ａ）活物質を塗布する前の状態のパンチングメタル（ｂ）パンチングメタルに活物質を塗布した水素吸蔵合金電極の表面（ｃ）は、（ｂ）の裏面図 図１（ｂ）のＸ−Ｘ線の拡大断面図 （ａ）水素吸蔵合金電極の製造材料（ｂ）〜（ｅ）水素吸蔵合金電極の製造工程を示す模式図（ｆ）完成した水素吸蔵合金電極 水素吸蔵合金電極の製造ライン（ａ）塗工工程からプレス工程まで（ｂ）切断工程 パンチングメタルシート 塗工工程途中のパンチンメタルシート 塗工工程途中のパンチンメタルシート 活物質を積層したパンチングメタルシート１ａの切断工程図

（実施形態）
図１は、パンチングメタルとパンチングメタルに活物質を塗布した水素吸蔵合金電極１１を示す概略図である。図１（ａ）は、活物質を塗布する前の状態のパンチングメタルを示している。図１（ｂ）は、パンチングメタルに活物質を塗布した水素吸蔵合金電極の表面を示している。図１（ｃ）は、図１（ｂ）を裏面から見た図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、パンチングメタル１は、長辺Ｌと短辺Ｓとからなる略矩形状の薄い鋼板からなるもので活物質の支持体となる。パンチングメタル１の中央部には、多数の穿孔２ａからなる穿孔部形成領域２を有しており、穿孔部形成領域２の四辺の外周縁部には無地部３を有している。穿孔部形成領域２にはパンチングメタル１の両面側から水素吸蔵合金粉末を含む活物質が形成されているが、無地部３には穿孔が存在しない。そして、活物質が形成されていない露出部の一部には目印４が設けられている。

目印４は、切断工程において、切断位置を識別するための基準位置となるものであり、例えば光電センサーなどで読みとり可能な程度の直径を持つ穿孔であることが好ましい。但し、目印４は、センサーで読みとり可能なものであればどのような構成でもよく、必ずしも穿孔でなくてもよい。例えば、凹部や切り欠きなどであってもよい。

図２は、図１（ｂ）のＸ−Ｘ線の断面を拡大して矢印の方向から見た図である。パンチングメタル１の厚さｈ１は、例えば約６０［μｍ］であり、パンチングメタルの両面側の活物質の層を含めた水素吸蔵合金電極の厚さｈ２は、例えば約４００［μｍ］である。パンチングメタル１の表面は、大部分が活物質で覆われているが、穿孔部形成領域２の一部であっても活物質５が存在しない部分（Ｋ）があってもよい。この理由は、負極となる水素吸蔵合金電極は通常は正極及びセパレーターとともに捲回されて用いられるが、捲回された水素吸蔵合金電極の最外周にあたる部分では塗布された活物質が殆ど発電に寄与しないことからエネルギー密度を高めるためにこの部分の活物質を除去することがあるためである。

図３（ａ）は、水素吸蔵合金電極の製造材料となるシート状のパンチングメタル（以下、「パンチングメタルシート」という）１ａと、活物質５ａとをそれぞれ示している。図３（ｂ）〜図３（ｅ）は水素吸蔵合金電極の製造工程を模式的に示しており、図中の矢印は、パンチングメタルを繰り出す方向やローラーの回転方向などを示している。図３（ｆ）は、完成した水素吸蔵合金電極を示している。

図３（ａ）に示すように、パンチングメタルシート１ａはロール状に捲かれた長尺の鋼板に多数の穿孔が予め形成されている。活物質５ａは水素吸蔵合金粉末等を混練したペースト状のものが用いられる。

図５は、パンチングメタルシートに形成された多数の穿孔のパターンを示している。図中の右向きの矢印はパンチングメタルシートの捲回方向すなわち水素吸蔵合金電極を製造する工程においてパンチングメタルを繰り出す方向を表している。この図に示すように、パンチングメタルシート１ａは、幅方向（短辺方向）に沿ってパンチングメタル１の穿孔形成領域を２列に並べたものパンチングメタルシート１ａの捲回方向に沿って連ねる構成を採っている。これに対し、パンチングメタル１を縦向きに多数並べる構成も採りうるが、そうすると捲回外周部の活物質の除去を連続的に行うのが困難となる。しかも、パンチングメタルを個片化するための切断工程が長辺方向と幅方向の２回に分かれるため、製造工程が複雑になる欠点もある。図中の破線はパンチングメタルを個片化する際の切断位置を示している。このように、１枚のパンチングメタルシート１ａから多数の水素吸蔵合金電極を製造することができる。

図３（ｂ）は、パンチングメタルシート１ａに活物質を塗布する塗工工程を示しており、活物質を塗布すると共に塗布された活物質の両面又は片面の一部分を連続的に例えばスクレパーをとおしてゴム製のヘラ６で掻き落とす様子を示している。

図６及び図７は、いずれも塗工工程途中のパンチンメタルシートを示す図である。図６はパンチングメタルシートを表面側から見た図であり、図７は裏面側から見た図である。図中の矢印はパンチングメタルの捲回方向すなわちパンチングメタルを繰り出す方向を、破線は切断位置を規定する仮想的な線及び仮想的な領域の境界をそれぞれ示している。

図中のＡ１は、活物質５ａの塗布前の状態を表しており、Ａ２は活物質５ａをシート１ａの全面に塗布した状態を、Ａ３は塗布直後に活物質５ａの不要な部分Ｋ１をヘラ６で掻き落とした状態を表している。

図３（ｃ）は、塗布された活物質の乾燥工程を示している。この図に示すように、乾燥機７にペースト状の活物質５ａを通過させて乾燥させる。図３（ｄ）は、プレス工程を示す図であり、ロールプレス機のローラー８で活物質５をパンチングメタル１の両面側から押圧することで一定の厚さに変形させている。図３（ｅ）は切断工程を示す図であり、切断機９ａ、９ｂによって長手方向及び幅方向の無地部３に沿ってそれぞれ切断する。図３（ｆ）は完成した水素吸蔵合金電極を示す図である。

パンチングメタルシート１ａは、各パンチングメタル１の外周縁部に無地部３を備えているため、ペースト状の活物質５ａを掻き落として段差を設けても、無地部３が歪みを緩和するため、プレス工程において歪みは生じにくい。しかも、活物質５ａは乾燥工程前に除去されるため、ゴム製のヘラなどで掻き落とすことは容易であり、さらに、掻き落とされた活物質は再利用することもできる。

図８は、活物質を積層したパンチングメタルシート１ａの切断工程を説明する図である。切断工程では、図８に示すように、破線Ｓ１、Ｌ１に沿って切断する。これにより、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す水素吸蔵合金電極を得る。

パンチングメタルシート１ａの幅方向の中央部に切断刃を設けることで破線Ｓ１に沿って切断することができる。一方、図８に示すように、パンチングメタルシート１ａの両端部に形成された目印４を光電センサー等で検知して基準位置とすることにより、切断刃はパンチングメタル１の長手方向の切断位置Ｌ１を特定することができる。

図４は、水素吸蔵合金電極の製造ラインを示す図である。図４（ａ）は、塗工工程からプレス工程までの製造ラインを示す図であり、図４（ｂ）は、切断工程の製造ラインを示す図である。図４に示すように、水素吸蔵合金電極の製造方法では、各パンチングメタル１の外周縁部に無地部３を備えているため、プレス工程の際に歪みが生じにくく、塗工工程からプレス工程までを１つの製造ラインとすることができる。

本発明は、水素吸蔵合金電極の製造工程における切断工程を改良するものとして産業上の利用可能性は極めて大きい。

１ パンチングメタル
１ａ パンチングメタルシート
２ 穿孔部
２ａ 穿孔
３ 無地部
４ 目印
５ 活物質
５ａ ペースト状の活物質
６ スクレパー及びヘラ
７ 乾燥機
８ ローラー
９ａ、９ｂ 切断機
１０ センサー
１１ 水素吸蔵合金電極
Ｋ、Ｋ１ 不要な部分
Ｌ 長辺
Ｌ１ 切断線
Ｓ 短辺
Ｓ１ 切断線

Claims (5)

1. 水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を支持するための多数の穿孔が設けられたパンチングメタルを具備する水素吸蔵合金電極であって、
   前記パンチングメタルは、中央部に多数の穿孔を有する穿孔形成領域が設けられていると共に前記穿孔形成領域に前記パンチングメタルの両面側から活物質が形成され前記穿孔形成領域の外周縁部に前記穿孔が存在しない無地部を有し、
   前記パンチングメタルの無地部であり、活物質が形成されていない露出部の一部に目印が設けられていることを特徴とする水素吸蔵合金電極。
2. 前記目印は、穿孔であることを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵合金電極。
3. 多数の穿孔を有する穿孔形成領域と
   前記穿孔形成領域の外周縁部に前記穿孔が存在しない無地部と
   前記無地部であり、活物質が形成されていない露出部の一部に目印とを含むパンチングメタルに水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を支持させた水素吸蔵合金電極の製造方法であって、
   ロール状に捲回されているパンチングメタルシートの両面側全面に順次水素吸蔵合金粉末を含有する活物質を塗布する塗布工程と、前記塗布された活物質の一部を掻き落とす塗工工程と、前記パンチングメタル上に残置された活物質を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥後の活物質を前記パンチングメタルと共にプレスするプレス工程と、前記目印を基準として前記パンチングメタル上の無地部の位置を特定することにより、前記パンチングメタルを前記プレス工程後の活物質と共に切断する切断工程とを含むことを特徴とする水素吸蔵合金電極の製造方法。
4. 前記パンチングメタルシートは、パンチングメタルの穿孔形成領域が幅方向に並べられ、パンチングメタルシートの捲回方向に沿って連ねられていることを特徴とする請求項３記載の水素吸蔵合金電極の製造方法。
5. 請求項１または２記載の水素吸蔵合金電極を備えた電池。
   

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