JP6800802B2 - Bipolar electrode for alkaline storage battery and alkaline storage battery - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ蓄電池用バイポーラ電極及びアルカリ蓄電池に関する。 The present invention relates to a bipolar electrode for an alkaline storage battery and an alkaline storage battery.
アルカリ蓄電池は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリーに用いられている。この種のアルカリ蓄電池は、複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有している。また、セパレータとしては不織布が使用されており、不織布を構成する繊維同士の隙間に電解液が保持されている。セパレータは、その内部に保持された電解液を迅速に電極に供給することができるように、電極に密着して配置されている（例えば、特許文献１）。 Alkaline batteries are used as batteries for vehicles such as forklifts, hybrid vehicles, and electric vehicles. This type of alkaline storage battery has an electrode assembly in which a plurality of electrodes are laminated via a separator. Further, a non-woven fabric is used as the separator, and the electrolytic solution is held in the gaps between the fibers constituting the non-woven fabric. The separator is arranged in close contact with the electrode so that the electrolytic solution held inside the separator can be quickly supplied to the electrode (for example, Patent Document 1).
アルカリ蓄電池においては、充電中に正極が収縮し、負極が膨張する。このときの正極の収縮量は、負極の膨張量と厳密に同一ではないため、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。また、放電中には、充電中とは逆に、正極が膨張し、負極が収縮する。このときの正極の膨張量は、負極の収縮量と厳密に同一ではないため、充電時と同様に、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。 In an alkaline storage battery, the positive electrode contracts and the negative electrode expands during charging. Since the amount of contraction of the positive electrode at this time is not exactly the same as the amount of expansion of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies depending on the charge rate. Further, during discharging, the positive electrode expands and the negative electrode contracts, contrary to the charging. Since the expansion amount of the positive electrode at this time is not exactly the same as the contraction amount of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies depending on the charging rate, as in the case of charging.
充放電中に電極間距離が狭くなった場合は、電極同士の間に配置されたセパレータが圧縮され、セパレータ内に保持された電解液が、セパレータの側周面を介して電極組立体の外部へ押し出される。一方、電極間距離が広くなった場合は、電極同士の距離の増大に伴ってセパレータの厚みが復元される。そして、セパレータの厚みの復元に伴って、セパレータから押し出された電解液がセパレータ内に吸収される。 When the distance between the electrodes becomes narrow during charging / discharging, the separator arranged between the electrodes is compressed, and the electrolytic solution held in the separator is transferred to the outside of the electrode assembly via the side peripheral surface of the separator. Is pushed out to. On the other hand, when the distance between the electrodes becomes wide, the thickness of the separator is restored as the distance between the electrodes increases. Then, as the thickness of the separator is restored, the electrolytic solution extruded from the separator is absorbed into the separator.
このとき、セパレータ外に存在する電解液は、セパレータの側周面から吸収され、不織布における繊維同士の間の隙間を通ってセパレータの内側へ移動する。そのため、セパレータ内における側周面からの距離が比較的大きい部位は、当該距離が比較的小さい部位に比べて、電解液が到達するまでに長い時間を要する。また、場合によっては、セパレータ内に局所的に電解液の存在しない部分が生じ、内部抵抗の増大を招くおそれもある。 At this time, the electrolytic solution existing outside the separator is absorbed from the side peripheral surface of the separator and moves to the inside of the separator through the gaps between the fibers in the non-woven fabric. Therefore, a portion of the separator having a relatively large distance from the lateral peripheral surface requires a longer time for the electrolytic solution to reach than a portion having a relatively small distance. Further, in some cases, a portion where the electrolytic solution does not exist locally may occur in the separator, which may lead to an increase in internal resistance.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、電極やセパレータへの電解液の供給を迅速に行うことができ、内部抵抗を低減できるアルカリ蓄電池用バイポーラ電極及びこの電極を備えたアルカリ蓄電池を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of this background, and is a bipolar electrode for an alkaline storage battery capable of rapidly supplying an electrolytic solution to an electrode or a separator and reducing internal resistance, and an alkaline storage battery provided with this electrode. Is intended to provide.
本発明の一態様は、多数の山状部と、上記山状部同士の間に形成された多数の谷状部とを備えた金属箔と、
上記金属箔の一方の面における上記山状部及び上記谷状部に配置された正極活物質層と、
上記金属箔の他方の面における上記山状部及び上記谷状部に配置された負極活物質層と、を有し、
上記谷状部に配置された上記正極活物質層及び上記負極活物質層の表面は、当該谷状部の形状に沿った凹面状に湾曲しており、
上記谷状部の底における上記正極活物質層の厚みは、上記山状部の頂点における上記正極活物質層の厚みよりも厚く、
上記谷状部の底における上記負極活物質層の厚みは、上記山状部の頂点における上記負極活物質層の厚みよりも厚い、アルカリ蓄電池用バイポーラ電極にある。
One aspect of the present invention is a metal leaf having a large number of mountain-shaped portions and a large number of valley-shaped portions formed between the mountain-shaped portions.
A positive electrode active material layer disposed on the mountain-shaped portion and the trough portion of one surface of the metal foil,
It has a negative electrode active material layer arranged in the mountain-shaped portion and the valley-shaped portion on the other surface of the metal foil .
The arranged in the trough portion cathode active material layer and the surface of the negative electrode active material layer is curved in a concave shape along the shape of the trough-like portion,
The thickness of the positive electrode active material layer at the bottom of the trough portion is rather thick than the thickness of the positive electrode active material layer at the apex of the mountain-shaped portion,
The thickness of the negative electrode active material layer in the bottom of the trough-shaped section, have a thickness than the thickness of the negative electrode active material layer at the apex of the mountain-shaped portions, in the bipolar electrode for an alkaline storage battery.
上記アルカリ蓄電池用バイポーラ電極（以下、単に「電極」という。）は、多数の山状部と、多数の谷状部とを備えた金属箔を有している。また、谷状部に配置された活物質層の表面は、当該谷状部の形状に沿った凹面状に湾曲している。そのため、上記電極とセパレータとを交互に積層した際に、活物質層の表面とセパレータとの間に隙間を形成することができる。 The bipolar electrode for an alkaline storage battery (hereinafter, simply referred to as “electrode”) has a metal foil having a large number of chevron portions and a large number of valley-shaped portions. Further, the surface of the active material layer arranged in the valley-shaped portion is curved in a concave shape along the shape of the valley-shaped portion. Therefore, when the electrodes and the separator are alternately laminated, a gap can be formed between the surface of the active material layer and the separator.
このように、活物質層の表面とセパレータとの間に隙間を形成することにより、充放電時に圧縮されたセパレータから押し出された電解液を当該隙間に保持することができる。また、セパレータの厚みが復元する際に、上記隙間に保持された電解液を再びセパレータや電極の各部に供給することができる。 By forming a gap between the surface of the active material layer and the separator in this way, the electrolytic solution extruded from the separator compressed during charging / discharging can be held in the gap. Further, when the thickness of the separator is restored, the electrolytic solution held in the gap can be supplied to each part of the separator and the electrode again.
また、上記電極においては、谷状部の底における活物質層の厚みが山状部の頂点における活物質の厚みよりも厚くなっているため、比較的厚みの厚い谷状部により多くの電解液を供給する必要がある。これに対し、上記隙間は、上記電極における谷状部に対応する位置に形成される。そのため、上記隙間に保持された電解液を、谷状部上に配置された活物質層に迅速かつ円滑に供給することができる。 Further, in the above electrode, since the thickness of the active material layer at the bottom of the valley-shaped portion is thicker than the thickness of the active material at the apex of the mountain-shaped portion, more electrolytic solution is used in the relatively thick valley-shaped portion. Need to be supplied. On the other hand, the gap is formed at a position corresponding to the valley-shaped portion of the electrode. Therefore, the electrolytic solution held in the gap can be quickly and smoothly supplied to the active material layer arranged on the valley-shaped portion.
以上のように、上記電極によれば、電極やセパレータへの電解液の供給を迅速に行うことができ、アルカリ蓄電池の内部抵抗を低減することができる。 As described above, according to the electrode, the electrolytic solution can be quickly supplied to the electrode and the separator, and the internal resistance of the alkaline storage battery can be reduced.
上記電極は、金属箔の一方の面上に正極活物質層を有するとともに、他方の面上に負極活物質層を有するバイポーラ電極である。 The electrodes, which has a positive electrode active material layer on one surface of gold Shokuhaku a bipolar electrode having an active material layer on the other surface.
バイポーラ電極を電極組立体に組み込む場合には、セパレータを介して複数枚のバイポーラ電極を積層するという単純な構成により、正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して対面した単セルを直列に接続することができる。その結果、アルカリ蓄電池の起電力をより高くすることができる。 When the bipolar electrode is incorporated into the electrode assembly, a single cell in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via the separator is formed by a simple configuration in which a plurality of bipolar electrodes are laminated via a separator. Can be connected in series. As a result, the electromotive force of the alkaline storage battery can be increased.
また、バイポーラ電極を用いる場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて、電極の総数に対する単セルの数を増やすことができる。それ故、電極の総数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて単セルの数を多くすることができる。また、単セルの数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて電極の総数を少なくし、積層方向におけるアルカリ蓄電池の寸法をより小さくすることができる。 Further, when the bipolar electrode is used, the number of single cells can be increased with respect to the total number of electrodes as compared with the case where the unipolar electrode is used. Therefore, when the total number of electrodes is the same, the number of single cells can be increased as compared with the case where unipolar electrodes are used. Further, when the number of single cells is the same, the total number of electrodes can be reduced as compared with the case where unipolar electrodes are used, and the size of the alkaline storage battery in the stacking direction can be made smaller.
集電体としての金属箔は、多数の山状部と、山状部同士の間に形成された多数の谷状部とを有している。このような凹凸形状は、例えば、表面に凹凸を形成した圧延ロール等を用い、金属箔に当該ロール等の表面形状を転写することにより容易に形成することができる。 The metal leaf as a current collector has a large number of mountain-shaped portions and a large number of valley-shaped portions formed between the mountain-shaped portions. Such an uneven shape can be easily formed by, for example, using a rolling roll or the like having an uneven surface formed on the surface and transferring the surface shape of the roll or the like to a metal foil.
山状部は、金属箔の厚み方向から視た平面視において、点在していてもよいし、直線状に延在していてもよい。前者の場合には、山状部は、角錐状、円錐状、錐台状等の種々の形態を採り得る。また、後者の場合には、山状部は、延在方向に垂直な断面において、三角形状、台形状、弧状等の種々の断面形状を採り得る。 The mountain-shaped portions may be scattered or may extend linearly in a plan view viewed from the thickness direction of the metal foil. In the former case, the chevron can take various forms such as a pyramidal shape, a conical shape, and a frustum shape. Further, in the latter case, the mountain-shaped portion may take various cross-sectional shapes such as a triangular shape, a trapezoidal shape, and an arc shape in a cross section perpendicular to the extending direction.
谷状部は、山状部同士の間に形成されている。谷状部は、一定のピッチで配置されていることが好ましい。この場合には、電極とセパレータの間の隙間を、電極の全面に均等に設けることができる。これにより、電解液の局所的な消失をより効果的に抑制し、アルカリ蓄電池の内部抵抗をより低減することができる。 The valley-shaped portion is formed between the chevron-shaped portions. The valleys are preferably arranged at a constant pitch. In this case, the gap between the electrode and the separator can be evenly provided on the entire surface of the electrode. As a result, the local disappearance of the electrolytic solution can be suppressed more effectively, and the internal resistance of the alkaline storage battery can be further reduced.
谷状部は、山状部に取り囲まれていることが好ましい。この場合には、電極とセパレータとの間の隙間が山状部上に配置された活物質層によって区画されるため、各隙間から当該隙間に隣接する隙間への電解液の移動を抑制することができる。その結果、電解液を各隙間に保持し、谷状部に配置された活物質層に電解液をより確実に供給することができる。 The valley-shaped portion is preferably surrounded by the mountain-shaped portion. In this case, since the gap between the electrode and the separator is partitioned by the active material layer arranged on the mountain-shaped portion, the movement of the electrolytic solution from each gap to the gap adjacent to the gap should be suppressed. Can be done. As a result, the electrolytic solution can be held in each gap, and the electrolytic solution can be more reliably supplied to the active material layer arranged in the valley shape.
上記電極において、活物質層は、集電体としての金属箔の片面に設けられていてもよく、両面に設けられていてもよい。金属箔を裏側から視た場合に上述した山状部と谷状部とによって形成される金属箔の凹凸は、金属箔を表側から視た場合の凹凸を反転させた形状となる。即ち、金属箔を表側から視た場合の谷状部は、裏側から視たときの山状部となる。同様に、金属箔を表側から視たときの山状部は、裏側から視たときの谷状部となる。 In the electrode, the active material layer may be provided on one side of the metal leaf as a current collector, or may be provided on both sides. The unevenness of the metal foil formed by the mountain-shaped portion and the valley-shaped portion described above when the metal foil is viewed from the back side has a shape obtained by reversing the unevenness when the metal foil is viewed from the front side. That is, the valley-shaped portion when the metal foil is viewed from the front side becomes a mountain-shaped portion when viewed from the back side. Similarly, the mountain-shaped portion when the metal foil is viewed from the front side becomes a valley-shaped portion when viewed from the back side.
このように、金属箔は、表側及び裏側のいずれから視ても、多数の山状部と多数の谷状部とを有している。それ故、活物質層を金属箔の両面に設ける場合には、いずれの面においても、上記特定の形状を有する活物質層を形成することができる。その結果、各活物質層に電解液を迅速かつ円滑に供給することができる。 As described above, the metal leaf has a large number of mountain-shaped portions and a large number of valley-shaped portions when viewed from either the front side or the back side. Therefore, when the active material layer is provided on both sides of the metal foil, the active material layer having the above-mentioned specific shape can be formed on either surface. As a result, the electrolytic solution can be quickly and smoothly supplied to each active material layer.
活物質層は、通常、活物質とバインダとを含んでいる。活物質としては、例えば、水酸化ニッケルや水素吸蔵合金等の、アルカリ蓄電池用として公知の活物質を採用することができる。 The active material layer usually contains an active material and a binder. As the active material, for example, an active material known for alkaline storage batteries such as nickel hydroxide and a hydrogen storage alloy can be adopted.
山状部の頂点における活物質層の厚みは１０〜５０μｍの範囲で適宜設定することができる。また、谷状部の底における活物質層の厚みは５０〜１５０μｍの範囲で適宜設定することができる。活物質層の厚みを上記特定の範囲とすることにより、セパレータから押し出された電解液を活物質層とセパレータとの隙間に保持するとともに、谷状部上に配置された活物質層に電解液を迅速かつ円滑に供給することができる。 The thickness of the active material layer at the apex of the mountain-shaped portion can be appropriately set in the range of 10 to 50 μm. Further, the thickness of the active material layer at the bottom of the valley-shaped portion can be appropriately set in the range of 50 to 150 μm. By setting the thickness of the active material layer within the above-mentioned specific range, the electrolytic solution extruded from the separator is held in the gap between the active material layer and the separator, and the electrolytic solution is placed on the active material layer arranged on the valley. Can be supplied quickly and smoothly.
上記電極とセパレータとを交互に積層することにより、アルカリ蓄電池に組み込まれる電極組立体を作製することができる。セパレータとしては、例えば、親水性官能基を有する不織布等の、ニッケル水素蓄電池用として公知のセパレータを使用することができる。この不織布を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂を採用することができる。 By alternately stacking the electrodes and separators, an electrode assembly to be incorporated in an alkaline storage battery can be produced. As the separator, for example, a separator known for nickel-metal hydride storage batteries, such as a non-woven fabric having a hydrophilic functional group, can be used. As the resin constituting this non-woven fabric, for example, a polyolefin-based resin such as polyethylene, polypropylene, or an ethylene-propylene copolymer can be adopted.
（実施例１）
上記アルカリ蓄電池用バイポーラ電極の実施例を、図を用いて説明する。図１〜図３に示すように、電極１は、多数の山状部２１と、山状部２１同士の間に形成された多数の谷状部２２とを備えた金属箔２と、山状部２１及び谷状部２２に配置された活物質層３（３ｐ、３ｎ）とを有している。図２及び図３に示すように、谷状部２２に配置された活物質層３の表面３１（３１ｐ、３１ｎ）は、当該谷状部２２の形状に沿った凹面状に湾曲している。また、谷状部２２の底２２１における活物質層３の厚みは、山状部２１の頂点２１１における活物質層３の厚みよりも厚くなっている。
(Example 1)
An example of the bipolar electrode for an alkaline storage battery will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the electrode 1 has a metal foil 2 having a large number of mountain-shaped portions 21 and a large number of valley-shaped portions 22 formed between the mountain-shaped portions 21, and a mountain-shaped portion 21. It has an active material layer 3 (3p, 3n) arranged in a portion 21 and a valley-shaped portion 22. As shown in FIGS. 2 and 3, the surface 31 (31p, 31n) of the active material layer 3 arranged in the valley-shaped portion 22 is curved in a concave shape along the shape of the valley-shaped portion 22. Further, the thickness of the active material layer 3 at the bottom 221 of the valley-shaped portion 22 is thicker than the thickness of the active material layer 3 at the apex 211 of the mountain-shaped portion 21.
図２及び図３に示すように、本例の電極１は、金属箔２の一方の面上に正極活物質層３ｐが配置され、他方の面上に負極活物質層３ｎが配置されたバイポーラ電極として構成されている。図１に示すように、正極活物質層３ｐは、金属箔２の周縁部２３よりも内側に配置されている。また、図には示さないが、負極活物質層３ｎも、正極活物質層３ｐと同様に、金属箔２の周縁部２３よりも内側に配置されている。以下において、便宜上、電極１及び金属箔２の表裏方向に関して、正極活物質層３ｐが配置されている側を「表側」といい、負極活物質層３ｎが配置されている側を「裏側」ということがある。 As shown in FIGS. 2 and 3, in the electrode 1 of this example, the positive electrode active material layer 3p is arranged on one surface of the metal foil 2, and the negative electrode active material layer 3n is arranged on the other surface. It is configured as an electrode. As shown in FIG. 1, the positive electrode active material layer 3p is arranged inside the peripheral edge portion 23 of the metal foil 2. Further, although not shown in the figure, the negative electrode active material layer 3n is also arranged inside the peripheral portion 23 of the metal foil 2 like the positive electrode active material layer 3p. In the following, for convenience, the side on which the positive electrode active material layer 3p is arranged is referred to as the “front side” and the side on which the negative electrode active material layer 3n is arranged is referred to as the “back side” with respect to the front and back directions of the electrode 1 and the metal foil 2. Sometimes.
金属箔２は、厚み１０μｍのニッケル箔から構成されている。金属箔２における正極活物質層３ｐ及び負極活物質層３ｎが配置される部分には、多数の山状部２１と、山状部２１同士の間に形成された多数の谷状部２２とが設けられている。図１及び図２に示すように、表側、即ち、正極活物質層３ｐが配置される側から視た金属箔２の平面視において、山状部２１は格子状に配置されている。また、図４に示すように、これらの山状部２１によって区画された部分には、四角錐状を呈する谷状部２２が形成されている。このように、本例の谷状部２２は、山状部２１に取り囲まれている。本例における谷状部２２の一辺の長さは０．５ｍｍであり、谷状部２２の深さは０．４ｍｍである。 The metal foil 2 is made of a nickel foil having a thickness of 10 μm. In the portion of the metal foil 2 where the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n are arranged, a large number of mountain-shaped portions 21 and a large number of valley-shaped portions 22 formed between the mountain-shaped portions 21 are formed. It is provided. As shown in FIGS. 1 and 2, in the plan view of the metal leaf 2 viewed from the front side, that is, the side on which the positive electrode active material layer 3p is arranged, the mountain-shaped portions 21 are arranged in a grid pattern. Further, as shown in FIG. 4, a valley-shaped portion 22 having a quadrangular pyramid shape is formed in the portion partitioned by these mountain-shaped portions 21. As described above, the valley-shaped portion 22 of this example is surrounded by the mountain-shaped portion 21. The length of one side of the valley portion 22 in this example is 0.5 mm, and the depth of the valley portion 22 is 0.4 mm.
図には示さないが、金属箔２を裏側から視た場合には、上述した山状部２１と谷状部２２とが入れ替わっている。即ち、裏側から視た金属箔２の平面視においては谷状部が格子状に配置されており、谷状部によって区画された部分に四角錐状を呈する山状部が形成されている。 Although not shown in the figure, when the metal leaf 2 is viewed from the back side, the mountain-shaped portion 21 and the valley-shaped portion 22 described above are interchanged. That is, in the plan view of the metal leaf 2 viewed from the back side, the valley-shaped portions are arranged in a grid pattern, and a mountain-shaped portion having a quadrangular pyramid shape is formed in the portion partitioned by the valley-shaped portions.
図１〜図３に示すように、正極活物質層３ｐは、金属箔２の表側面上に配置され、山状部２１及び谷状部２２の両方を覆っている。図２及び図３に示すように、金属箔２を表側から視た場合において、谷状部２２に配置された正極活物質層３ｐの表面３１ｐは、谷状部２２の形状に沿った凹面状を呈している。 As shown in FIGS. 1 to 3, the positive electrode active material layer 3p is arranged on the front side surface of the metal foil 2 and covers both the mountain-shaped portion 21 and the valley-shaped portion 22. As shown in FIGS. 2 and 3, when the metal foil 2 is viewed from the front side, the surface 31p of the positive electrode active material layer 3p arranged in the valley-shaped portion 22 has a concave shape along the shape of the valley-shaped portion 22. Is presenting.
本例の正極活物質層３ｐは、水酸化ニッケルを含む正極活物質３２ｐと、正極活物質３２ｐ同士を接着するバインダ（図示略）とを有している。正極活物質層３ｐの目付は、例えば２０〜５０ｍｇ／ｃｍ2の範囲で適宜設定することができる。本例における正極活物質層３ｐの目付は２３ｍｇ／ｃｍ2である。また、山状部２１の頂点２１１における正極活物質層３ｐの厚みは２５μｍであり、谷状部２２の底２２１における正極活物質層３ｐの厚みは１３５μｍである。 The positive electrode active material layer 3p of this example has a positive electrode active material 32p containing nickel hydroxide and a binder (not shown) for adhering the positive electrode active material 32p to each other. The basis weight of the positive electrode active material layer 3p can be appropriately set in the range of, for example, 20 to 50 mg / cm 2 . The basis weight of the positive electrode active material layer 3p in this example is 23 mg / cm 2 . The thickness of the positive electrode active material layer 3p at the apex 211 of the mountain-shaped portion 21 is 25 μm, and the thickness of the positive electrode active material layer 3p at the bottom 221 of the valley-shaped portion 22 is 135 μm.
また、負極活物質層３ｎは、金属箔２の裏側面上に配置され、山状部及び谷状部の両方を覆っている。図２及び図３に示すように、金属箔２を裏側から視た場合において、谷状部に配置された負極活物質層３ｎの表面３１ｎは、谷状部の形状に沿った凹面状を呈している。 Further, the negative electrode active material layer 3n is arranged on the back side surface of the metal foil 2 and covers both the mountain-shaped portion and the valley-shaped portion. As shown in FIGS. 2 and 3, when the metal leaf 2 is viewed from the back side, the surface 31n of the negative electrode active material layer 3n arranged in the valley shape has a concave shape along the shape of the valley shape. ing.
本例の負極活物質層３ｎは、水素吸蔵合金からなる負極活物質３２ｎと、負極活物質３２ｎ同士を接着するバインダ（図示略）とを有している。負極活物質層３ｎの目付は、例えば２０〜６０ｍｇ／ｃｍ2の範囲で適宜設定することができる。本例における負極活物質層３ｎの目付は４８ｍｇ／ｃｍ2である。また、山状部２１の頂点２１１における負極活物質層３ｎの厚みは４５μｍであり、谷状部２２の底２２１における負極活物質層３ｎの厚みは１４５μｍである。 The negative electrode active material layer 3n of this example has a negative electrode active material 32n made of a hydrogen storage alloy and a binder (not shown) for adhering the negative electrode active materials 32n to each other. The basis weight of the negative electrode active material layer 3n can be appropriately set in the range of, for example, 20 to 60 mg / cm 2 . The basis weight of the negative electrode active material layer 3n in this example is 48 mg / cm 2 . The thickness of the negative electrode active material layer 3n at the apex 211 of the mountain-shaped portion 21 is 45 μm, and the thickness of the negative electrode active material layer 3n at the bottom 221 of the valley-shaped portion 22 is 145 μm.
本例の電極１は、例えば、以下の方法により作製することができる。まず、表面に四角錐状の突起を多数有する圧延ロールを準備し、この圧延ロールの表面形状を凹凸のない金属箔に転写する。これにより、図４に示すように、金属箔２に山状部２１と谷状部２２とを形成することができる。 The electrode 1 of this example can be produced, for example, by the following method. First, a rolling roll having a large number of quadrangular pyramid-shaped protrusions on the surface is prepared, and the surface shape of the rolling roll is transferred to a metal foil having no unevenness. As a result, as shown in FIG. 4, a mountain-shaped portion 21 and a valley-shaped portion 22 can be formed on the metal foil 2.
次に、活物質３２（３２ｐ、３２ｎ）、バインダ及び溶媒を含むスラリーを準備し、バーコーターやロールコーター等の公知の方法を用いてスラリーを金属箔２の両面に塗布する。このとき、バーコーター等を用いてスラリーを塗布する場合には、金属箔２上のスラリーの液面が平坦になる。また、ロールコーター等を用いてスラリーを塗布する場合にも、金属箔２上のスラリーの液面が表面張力によって平坦になる。それ故、谷状部２２上のスラリーの厚みを山状部２１上のスラリーの厚みよりも厚くすることができる。 Next, a slurry containing the active material 32 (32p, 32n), a binder and a solvent is prepared, and the slurry is applied to both surfaces of the metal foil 2 by using a known method such as a bar coater or a roll coater. At this time, when the slurry is applied using a bar coater or the like, the liquid level of the slurry on the metal foil 2 becomes flat. Further, when the slurry is applied using a roll coater or the like, the liquid level of the slurry on the metal foil 2 becomes flat due to the surface tension. Therefore, the thickness of the slurry on the valley portion 22 can be made thicker than the thickness of the slurry on the chevron portion 21.
その後、スラリーを乾燥させて溶媒を除去することにより、金属箔２上に正極活物質層３ｐ及び負極活物質層３ｎを形成することができる。上述したように、谷状部２２に塗布されたスラリーの厚みは、山状部２１に塗布されたスラリーの厚みよりも厚いため、スラリーを乾燥させることにより、谷状部２２の底２２１における各活物質層３の厚みを、山状部２１の頂点２１１における各活物質層３の厚みよりも厚くすることができる。 Then, the slurry is dried to remove the solvent, so that the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n can be formed on the metal foil 2. As described above, since the thickness of the slurry applied to the valley-shaped portion 22 is thicker than the thickness of the slurry applied to the mountain-shaped portion 21, by drying the slurry, each of the slurries at the bottom 221 of the valley-shaped portion 22 is formed. The thickness of the active material layer 3 can be made thicker than the thickness of each active material layer 3 at the apex 211 of the mountain-shaped portion 21.
スラリーを乾燥させた後、活物質層３ｐ、３ｎを厚み方向にプレスし、正極活物質層３ｐ及び負極活物質層３ｎを金属箔２に密着させることにより、電極１を得ることができる。 After the slurry is dried, the active material layers 3p and 3n are pressed in the thickness direction, and the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n are brought into close contact with the metal foil 2 to obtain the electrode 1.
次に、本例の作用効果を説明する。電極１は、多数の山状部２１と、多数の谷状部２２とを備えた金属箔２を有している。また、谷状部２２に配置された活物質層３の表面３１は、当該谷状部２２の形状に沿った凹面状に湾曲している。そのため、電極１とセパレータ４とを交互に積層した際に、図２に示すように、活物質層３の表面３１とセパレータ４との間に隙間Ｃを形成することができる。 Next, the action and effect of this example will be described. The electrode 1 has a metal foil 2 having a large number of chevrons 21 and a large number of valleys 22. Further, the surface 31 of the active material layer 3 arranged in the valley-shaped portion 22 is curved in a concave shape along the shape of the valley-shaped portion 22. Therefore, when the electrodes 1 and the separator 4 are alternately laminated, a gap C can be formed between the surface 31 of the active material layer 3 and the separator 4, as shown in FIG.
そして、活物質層３の表面３１とセパレータ４との間に隙間Ｃを形成することにより、充放電時に圧縮されたセパレータ４から押し出された電解液を当該隙間Ｃに保持することができる。また、セパレータ４の厚みが復元する際に、隙間Ｃに保持された電解液を再びセパレータ４や電極１の各部に供給することができる。 Then, by forming a gap C between the surface 31 of the active material layer 3 and the separator 4, the electrolytic solution extruded from the separator 4 compressed during charging / discharging can be held in the gap C. Further, when the thickness of the separator 4 is restored, the electrolytic solution held in the gap C can be supplied again to each part of the separator 4 and the electrode 1.
また、電極１とセパレータ４との間の隙間Ｃは、電極１における谷状部２２に対応する位置に形成される。そのため、隙間Ｃに保持された電解液を、谷状部２２上に配置された活物質層３に迅速かつ円滑に供給することができる。 Further, the gap C between the electrode 1 and the separator 4 is formed at a position corresponding to the valley-shaped portion 22 in the electrode 1. Therefore, the electrolytic solution held in the gap C can be quickly and smoothly supplied to the active material layer 3 arranged on the valley-shaped portion 22.
本例の谷状部２２は、一定のピッチで配置されているため、電極１とセパレータ４の間の隙間Ｃを、電極１の全面に均等に設けることができる。これにより、電解液の局所的な消失をより効果的に抑制し、アルカリ蓄電池の内部抵抗をより低減することができる。 Since the valley-shaped portions 22 of this example are arranged at a constant pitch, the gap C between the electrode 1 and the separator 4 can be evenly provided on the entire surface of the electrode 1. As a result, the local disappearance of the electrolytic solution can be suppressed more effectively, and the internal resistance of the alkaline storage battery can be further reduced.
また、電極１の表側において、各谷状部２２が格子状の山状部２１に取り囲まれている。そのため、電極１とセパレータ４との間の隙間Ｃを山状部２１上に配置された活物質層３によって区画することができる。その結果、各隙間Ｃから当該隙間Ｃに隣接する隙間Ｃへの電解液の移動を抑制し、谷状部２２に配置された活物質層３に電解液をより確実に供給することができる。 Further, on the front side of the electrode 1, each valley-shaped portion 22 is surrounded by a grid-shaped mountain-shaped portion 21. Therefore, the gap C between the electrode 1 and the separator 4 can be partitioned by the active material layer 3 arranged on the mountain-shaped portion 21. As a result, the movement of the electrolytic solution from each gap C to the gap C adjacent to the gap C can be suppressed, and the electrolytic solution can be more reliably supplied to the active material layer 3 arranged in the valley-shaped portion 22.
以上のように、電極１によれば、電極１やセパレータ４への電解液の供給を迅速に行うことができ、アルカリ蓄電池の内部抵抗を低減することができる。 As described above, according to the electrode 1, the electrolytic solution can be quickly supplied to the electrode 1 and the separator 4, and the internal resistance of the alkaline storage battery can be reduced.
（実施例２）
本例は、山状部２４及び谷状部２５の形状を変更した例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。
(Example 2)
This example is an example in which the shapes of the mountain-shaped portion 24 and the valley-shaped portion 25 are changed. In addition, among the codes used in the present and subsequent examples, the same codes as those used in the above-mentioned Examples represent the same components and the like as those in the above-mentioned Examples unless otherwise specified.
図５及び図６に示すように、本例の電極１０２における金属箔２０２は、表側から視た平面視において格子状に配置された山状部２４を有している。そして、これらの山状部２４によって区画された部分には、滑らかな曲面からなる谷状部２５が形成されている。その他は実施例１と同様である。 As shown in FIGS. 5 and 6, the metal leaf 202 in the electrode 102 of this example has mountain-shaped portions 24 arranged in a grid pattern in a plan view viewed from the front side. A valley-shaped portion 25 having a smooth curved surface is formed in the portion partitioned by the mountain-shaped portions 24. Others are the same as in Example 1.
図５に示すように、本例の電極１０２においては、実施例１と同様に、谷状部２５に配置された活物質層３の表面３１が谷状部２５の形状に沿った凹面状を呈している。また、谷状部２５の底２５１における活物質層３の厚みは、山状部２４の頂点２４１における活物質層３の厚みよりも厚くなっている。それ故、本例の電極１０２は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。 As shown in FIG. 5, in the electrode 102 of this example, the surface 31 of the active material layer 3 arranged in the valley-shaped portion 25 has a concave shape along the shape of the valley-shaped portion 25, as in the first embodiment. It is presented. Further, the thickness of the active material layer 3 at the bottom 251 of the valley-shaped portion 25 is thicker than the thickness of the active material layer 3 at the apex 241 of the mountain-shaped portion 24. Therefore, the electrode 102 of this example can exhibit the same effect as that of Example 1.
（実施例３）
本例は、バイポーラ電極１１と、セパレータ４とが交互に積層された電極組立体５１を有するアルカリ蓄電池５の例である。
(Example 3)
This example is an example of an alkaline storage battery 5 having an electrode assembly 51 in which bipolar electrodes 11 and separators 4 are alternately laminated.
図７に示すように、本例のアルカリ蓄電池５は、複数の電極１１、１２がセパレータ４を介して積層された電極組立体５１を有している。電極組立体５１は、その積層方向の両端にそれぞれ配置された終端電極１２（１２ｐ、１２ｎ）と、これらの終端電極１２ｐ、１２ｎの間に配置されたバイポーラ電極１１とを有している。電極組立体５１の積層方向における各端部には拘束部材５２が当接している。電極組立体５１の側周面はシール部５３により覆われている。 As shown in FIG. 7, the alkaline storage battery 5 of this example has an electrode assembly 51 in which a plurality of electrodes 11 and 12 are laminated via a separator 4. The electrode assembly 51 has terminal electrodes 12 (12p, 12n) arranged at both ends in the stacking direction, and bipolar electrodes 11 arranged between these terminal electrodes 12p, 12n. Restraint members 52 are in contact with each end of the electrode assembly 51 in the stacking direction. The side peripheral surface of the electrode assembly 51 is covered with a seal portion 53.
バイポーラ電極１１は、実施例１の電極１と同様の構成を有している。なお、図７においては、便宜上、金属箔２の形状を簡略化したが、バイポーラ電極１１の金属箔２は、山状部２１及び谷状部２２を有している。 The bipolar electrode 11 has the same configuration as the electrode 1 of the first embodiment. In FIG. 7, the shape of the metal leaf 2 is simplified for convenience, but the metal leaf 2 of the bipolar electrode 11 has a mountain-shaped portion 21 and a valley-shaped portion 22.
２つの終端電極１２のうち一方の終端電極１２ｐは、平坦な金属箔１２１と、金属箔１２１の片面に設けられた正極活物質層３ｐとを有している。また、他方の終端電極１２ｎは、平坦な金属箔１２１と、金属箔１２１の片面に設けられた負極活物質層３ｎとを有している。 One of the two terminal electrodes 12 has a flat metal foil 121 and a positive electrode active material layer 3p provided on one side of the metal foil 121. Further, the other terminal electrode 12n has a flat metal foil 121 and a negative electrode active material layer 3n provided on one side of the metal foil 121.
本例の電極組立体５１において、各電極１１、１２は、正極活物質層３ｐと負極活物質層３ｎとが積層方向において交互に並ぶように配置されている。これにより、セパレータ４と、当該セパレータ４に面した正極活物質層３ｐ及び負極活物質層３ｎとにより構成される複数の単セルが電気的に直列に接続されている。 In the electrode assembly 51 of this example, the electrodes 11 and 12 are arranged so that the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n are alternately arranged in the stacking direction. As a result, a plurality of single cells composed of the separator 4, the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n facing the separator 4 are electrically connected in series.
電極組立体５１の積層方向における両端には、金属製の拘束部材５２が配置されている。拘束部材５２は、図示しない保持板により、終端電極１２の金属箔１２１に当接した状態で保持されている。また、拘束部材５２は、ケース外に配置された電極端子と電気的に接続されている。これにより、電極組立体５１と電極端子とが、拘束部材５２を介して電気的に接続されている。 Metal restraining members 52 are arranged at both ends of the electrode assembly 51 in the stacking direction. The restraint member 52 is held in contact with the metal leaf 121 of the terminal electrode 12 by a holding plate (not shown). Further, the restraint member 52 is electrically connected to an electrode terminal arranged outside the case. As a result, the electrode assembly 51 and the electrode terminals are electrically connected via the restraint member 52.
電極組立体５１の側周面は、シール部５３により覆われている。また、シール部５３には、バイポーラ電極１１における金属箔２の周縁部２３、及び、終端電極１２における金属箔１２１の周縁部１２２が保持されている。 The side peripheral surface of the electrode assembly 51 is covered with a seal portion 53. Further, the sealing portion 53 holds the peripheral edge portion 23 of the metal leaf 2 in the bipolar electrode 11 and the peripheral edge portion 122 of the metal foil 121 in the terminal electrode 12.
本例のアルカリ蓄電池５は、バイポーラ電極１１における正極活物質層３ｐとセパレータ４との間、及び、負極活物質層３ｎとセパレータ４との間に多数の隙間Ｃ（図３参照）を有している。そのため、充放電時に圧縮されたセパレータ４から押し出された電解液を当該隙間Ｃに保持することができる。また、セパレータ４の厚みが復元する際に、隙間Ｃに保持された電解液を再びセパレータ４や電極１の各部に供給することができる。その結果、アルカリ蓄電池５の内部抵抗を低減することができる。 The alkaline storage battery 5 of this example has a large number of gaps C (see FIG. 3) between the positive electrode active material layer 3p and the separator 4 in the bipolar electrode 11 and between the negative electrode active material layer 3n and the separator 4. ing. Therefore, the electrolytic solution extruded from the separator 4 compressed during charging / discharging can be held in the gap C. Further, when the thickness of the separator 4 is restored, the electrolytic solution held in the gap C can be supplied again to each part of the separator 4 and the electrode 1. As a result, the internal resistance of the alkaline storage battery 5 can be reduced.
また、アルカリ蓄電池５は、セパレータ４を介して複数枚のバイポーラ電極１１が積層された電極組立体５１を有している。これにより、正極活物質層３ｐと負極活物質層３ｎとがセパレータ４を介して対面した単セルを直列に接続することができる。その結果、アルカリ蓄電池５の起電力をより高くすることができる。 Further, the alkaline storage battery 5 has an electrode assembly 51 in which a plurality of bipolar electrodes 11 are laminated via a separator 4. As a result, a single cell in which the positive electrode active material layer 3p and the negative electrode active material layer 3n face each other via the separator 4 can be connected in series. As a result, the electromotive force of the alkaline storage battery 5 can be increased.
また、バイポーラ電極１１を用いることにより、単極性の電極を用いる場合に比べて、電極の総数に対する単セルの数を増やすことができる。それ故、電極の総数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて単セルの数を多くすることができる。また、単セルの数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて電極の総数を少なくし、積層方向におけるアルカリ蓄電池５の寸法をより小さくすることができる。 Further, by using the bipolar electrode 11, the number of single cells can be increased with respect to the total number of electrodes as compared with the case of using a unipolar electrode. Therefore, when the total number of electrodes is the same, the number of single cells can be increased as compared with the case where unipolar electrodes are used. Further, when the number of single cells is the same, the total number of electrodes can be reduced as compared with the case where unipolar electrodes are used, and the size of the alkaline storage battery 5 in the stacking direction can be made smaller.
本発明に係るアルカリ蓄電池用バイポーラ電極及びアルカリ蓄電池の態様は、上述した実施例１〜３の態様に限定されるものではなく、その趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。例えば、実施例１及び実施例２においては、谷状部２２、２５が一定のピッチで配置された金属箔２、２０２の例を示したが、谷状部を無秩序に形成することもできる。 The aspects of the bipolar electrode for an alkaline storage battery and the alkaline storage battery according to the present invention are not limited to the aspects of Examples 1 to 3 described above, and the configuration can be appropriately changed as long as the purpose is not impaired. For example, in Examples 1 and 2, although the metal leafs 2 and 202 in which the valley-shaped portions 22 and 25 are arranged at a constant pitch are shown, the valley-shaped portions can also be formed in a disorderly manner.
また、実施例１及び実施例２では、表側から視た場合に山状部２１、２４が格子状を呈し、谷状部２２、２５が点在している金属箔２、２０２の例を示したが、山状部及び谷状部の両方を直線状とし、山状部と谷状部とを交互に配置することもできる。
山状部２１、２４の頂部は平坦になっていてもよい。同様に、谷状部２２、２５の底も平坦になっていてもよい。
Further, in the first and second embodiments, examples of the metal foils 2 and 202 in which the mountain-shaped portions 21 and 24 are in a grid pattern and the valley-shaped portions 22 and 25 are scattered when viewed from the front side are shown. However, both the chevron and the trough may be linear, and the chevron and the trough may be arranged alternately.
The tops of the chevrons 21 and 24 may be flat. Similarly, the bottoms of the valley portions 22 and 25 may be flat .
１、１１、１０２ アルカリ蓄電池用バイポーラ電極
２、２０２ 金属箔
２１、２４ 山状部
２１１、２４１ 頂点
２２、２５ 谷状部
２２１、２５１ 底
３ 活物質層
３１ 活物質層の表面
1,11,102 Bipolar electrode for alkaline storage battery 2,202 Metal leaf 21,24 Crests 211,241 Peaks 22,25 Valleys 221,251 Bottom 3 Active material layer 31 Surface of active material layer
Claims (7)
上記金属箔の一方の面における上記山状部及び上記谷状部に配置された正極活物質層と、
上記金属箔の他方の面における上記山状部及び上記谷状部に配置された負極活物質層と、を有し、
上記谷状部に配置された上記正極活物質層及び上記負極活物質層の表面は、当該谷状部の形状に沿った凹面状に湾曲しており、
上記谷状部の底における上記正極活物質層の厚みは、上記山状部の頂点における上記正極活物質層の厚みよりも厚く、
上記谷状部の底における上記負極活物質層の厚みは、上記山状部の頂点における上記負極活物質層の厚みよりも厚い、アルカリ蓄電池用バイポーラ電極。 A metal foil having a large number of mountain-shaped portions and a large number of valley-shaped portions formed between the mountain-shaped portions.
A positive electrode active material layer disposed on the mountain-shaped portion and the trough portion of one surface of the metal foil,
It has a negative electrode active material layer arranged in the mountain-shaped portion and the valley-shaped portion on the other surface of the metal foil .
The arranged in the trough portion cathode active material layer and the surface of the negative electrode active material layer is curved in a concave shape along the shape of the trough-like portion,
The thickness of the positive electrode active material layer at the bottom of the trough portion is rather thick than the thickness of the positive electrode active material layer at the apex of the mountain-shaped portion,
The thickness of the negative electrode active material layer in the bottom of the trough-shaped section, have a thickness than the thickness of the negative electrode active material layer at the apex of the mountain-shaped portion, the bipolar electrode for an alkaline storage battery.
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