JPH02250261A - アルカリ蓄電池用ペースト式電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野、］ 本発明は、アルカリ蓄電池に用いられるペースト式電極
の製造方法に関し、特に導電性芯体へのリボン状金属片
の溶接工程を改良したペースト式電極の製造方法に係わ
るものである。

［従来の技術及び課題］ 従来、ニッケルカドミウム電池に代表されるアルカリニ
次電池用電極としては、直径数μｍの金属ニッケル粉末
を含むスラリーを穿孔鋼板へ塗布した後、焼結。して多
孔性導電性基板とし、この基板に活物質（例えばニッケ
ル極の場合、水酸化ニッケル）を含浸処理により保持さ
せた、いわゆる焼結式電極が多用されてきた。しかしな
がら、かかる焼結式電極は製造工程が複雑であり、コス
トの低減化が望めないばかりか、電極体積に占める多孔
性導電性基板の体積が大きく、二次電池の高容量化の妨
げとなっていた。

このようなことから、最近、活物質を含むペースト状物
を焼結金属繊維基板、金属めっき繊維基板等の三次元構
造を有する導電性芯体中へ直接充填する、いわゆる非焼
、結成電極の開発が盛んに行われてきた。

しかしながら、前記非焼結式電極では導電性芯体として
通常、焼結金属繊維基板、金属めっき繊維基板等が用い
られているが、かかる基板は機械的強度が従来の焼結多
孔性導電基板に比べて劣る他、単位体積で比較した場合
、電気抵抗も大きい。

その結果、電極への代表的給電方法であるリード引き出
しによるタブ式給電やタブレス給電を行なう場合、前者
においては電気抵抗が、後者においては機械的強度が問
題となる。

そこで、実用に耐える電極とするためには三次元構造の
導電性芯体に活物質を含むペースト状物を充填する前に
、該芯体の集電部となる部分をローラ等で板金状に圧縮
して無地部とし、前記ペースト状物を充填し、更に前記
無地部上のペースト状物を除去した後、前記無地部に集
電体と補強材を兼ねるリボン状金属片、例えばＮ１リボ
ンを゛溶接することが行われている。更に、最近では溶
接電源の進歩により連続的に抵抗溶接が可能なシーム溶
接も用いられている。

上述した無地部へのＮ１リボンの溶接はスポット溶接や
シーム溶接等の溶接母材間に電流を流してその接触抵抗
に起因する発熱により接合するものである。このため、
例えば無地部上に少量のペースト状物が残留すると爆飛
現象（以下スプラッシュと称す）が発生し、良好な溶接
強度が得られないという問題があった。また、前記抵抗
溶接においてはＮｌリボンの幅と同じ幅の溶接電極を用
いた場合には、その幅のｌ／２〜１７３程度の大きさの
溶接痕（以下ナゲツトと称す）しか形成されず、その強
度は極めて弱いため、前記ペースト式電極を巻回した時
点でＮ１リボンが導電性芯体から剥離する等の問題があ
った。そこで、必要な強度を得るためにＮｉ　リボンの
幅と同じナゲツトを形成しようとすると、その幅の１．
５〜３倍の幅の溶接電極が必要となり、製造上不可能で
あった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、３次元構造の導電性芯体に対してリボン状金属片
が強固に溶接されたアルカリ蓄電池用ペースト式電極の
製造方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、活物質を含むペースト状物の充填部及びペー
スト状物の存在しない集電部として作用する無地部を有
する三次元構造の導電性芯体における前記無地部に、集
電体として作用するリボン状金属片を重ね、溶接するペ
ースト式電極の製造方法において、前記リボン状金属片
に超音波振動を前記無地部面に対して平行にかつ無地部
の長手方向に対して直角方向となるように与えて溶接を
行なうことを特徴とするアルカリ蓄電池用ペースト式電
極の製造方法である。

以下、本発明を第１図を参照して詳細に説明する。

まず、導電性芯体ｌの集電部となる部１分を予めローラ
等で板金状に圧縮して無地部２を形成する。

つづいて、前記導電性芯体ｌに活物質を含むペースト状
物を充填した後、前記無地部２上のペースト状物を除去
する。次いで、前記無地部２に集電体と補強材を兼ねる
リボン状金属片３を重ね、該金属片８に超音波振動ホー
ン４を当接させ、超音波振動を付与して溶接を行うこと
によりペースト式電極を製造する。この超音波振動の付
与に当たっては、矢印Ｘに示すように無地部２の表面に
平行に、かつ該無地部２の長手方向に対して直角となる
ように行う。

上記三次元構造の導電性芯体としては、例えば発泡メタ
ル、焼結金属繊維基板、金属メツキ繊維基板等を挙げる
ことができる。

上記ペースト状物としては、例えば■水酸化ニッケルな
どの正極活物質とカルボキシメチルセルロース、メチル
セルロース、ポリアクリル酸ソーダなどの結着剤と水な
どの溶媒の組成からなる正極用ペースト状物、■酸化カ
ドミウムなどの負極活物質とポリビニルアルコールなど
の結着剤どエチレングリコールなどの溶媒の組成からな
る負極用ペースト状物を挙げることができる。なお、前
記正極用ペースト状物には必要に応じて利用率を高める
ためにコバルト化合物、例えばβ−Ｃ。

（ＯＨ）　２を添加してもよい。

［作用］ 超音波溶接は、抵抗溶接と異なり重なりあった溶接母材
に対し電流を通すものではなく、二つの溶接母材を所定
の加圧力で挾み超音波振動により母材間を摩擦し、その
摩擦熱により再結晶温度付近まで昇温し、同時に塑性変
形が起こり、最終的には原子間引力により両母材が接合
される方法である。このため、電流を必要としない上、
例え少量のベート状物などの絶縁物が両母材の溶接面に
存在していても、前記超音波振動により飛散させること
ができるので、スプラッシュは起こらずに溶接できる。

また、ナゲツトの大きさは溶接母材に当接されるを超音
波振動ホーンの接触部分そのままの大きさとなるため、
例えばリボン状金属片の幅すべてを溶接することも容易
に行・うことか可能である。更に、前記超音波振動ホー
ンを円盤状にすれば、抵抗溶接におけるシーム溶接のよ
うに連続溶接が可能である。

上述した超音波溶接による導電性芯体ｌの無地部２への
リボン状金属片３の溶接に際して超音波振動ホーン４に
よる振動を矢印Ｘに示すように無地部２の表面に平行に
かつ該無地部２の長手方向に対して直角となるように行
うことによって、導電性芯体ｌの無地部２にリボン状金
属片３が良好に溶接された高信頼性のアルカリ蓄電池用
ペースト式電極を量産的に製造できる。

即ち、第３図示すように超音波振動ホーン４によるリボ
ン状金属片３への振動方向を矢印Ｙのように無地部２表
面に対して垂直となるようにすると、無地部２とリボン
状金属片３の間に必要な摩擦熱が得られず、溶接されな
い場合が生じる。これに対し、第２図に示すように超音
波振動ホーン４によるリボン状金属片３への振動方向を
矢印Ｘ′のように無地部２表面に平行にかつ無地部２の
長手方向に与えると、無地部２とリボン状金属片３の間
に十分な摩擦熱が生じて強固な溶接が可能となる。しか
しながら、前記超音波溶接を無地部２とリボン状金属片
３の間の多点に亘って行なうと、既に溶接が済んだ前段
の溶接部が後段の溶接のための超音波振動を付与ｉ−で
いる時に剥離作用が働き、結果的には前段の溶接部の強
度が著しく低下するという問題があった。

このようなことから、本発明では既述したように超音波
振動ホーン４による振動を矢印Ｘに示すように無地部２
の表面に平行にかつ該無地部２の長手方向に対して直角
となるように行うことによって、既に溶接が済んだ前段
の溶接部が後段の溶接のための超音波振動を付与してい
る時に剥離作用が生じるのを防止でき、導電性芯体１の
無地部２にリボン状金属片３が良好に溶接された高信頼
性のアルカリ蓄電池用ペースト式電極を量産的に製造で
きるに至ったものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を前述した第１図を参照して詳細
に説明する。

実施例 まず、水酸化ニッケルを主体とし、導電材としてニッケ
ル粉末、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース、結
石剤としてポリテトロフルオロエチレンをそれぞれ所定
の割合で混合し、純水をを加え混練してペースト状物を
調製した。

次いで、三次元構造を有する導電性芯体である焼結ニッ
ケル繊維基板１の集電部となる部分を予めローラで板金
状に圧縮して幅３ｍｍｘ厚さＯ，１５ｍ１の無地部２を
形成した。つづいて、前記焼結ニッケル繊維基板体ｌに
前記活物質を含むペースト状物を充填した後、前記無地
部２上のペースト状物を除去し、更に乾燥、プレス、裁
断を行なって長さＧＯ＋ｇａ＋、幅４０ａｖの１０枚の
電極素片を作成した。ひきつづき、こ−れらの素片の前
記無地部２に集電体と補強材を兼ねるリボン状金属片で
あるＮ１　リボン３を重ね、該リボン　３に超音波振動
ポーン　４を当接させ、矢印Ｘに示すように無地部２の
表面に平行に、かつ該無地部２の長手方向に対して直角
となるよう超音波振動を付与して溶接を１０点施すこと
により１０枚のペースト式電極を製造した。この時の超
音波振動溶接条件は、周波数３０ｋ　Ｈｚ、加圧力５０
ｋｇ／ｃｍ２、溶接時間０．３　ｓｅｅ　ｓ超音波振動
ホーンのＮ１　リボン３への当接径３　ｍｍとした。

参照例１ 第２図に示すように超音波振動ホーン　４による振動方
向を矢印Ｘ′のように無地部２の表面に平行でかつ無地
部２の長手方向に沿うように付与して溶接した以外、実
施例と同様な方法により１０枚のペースト式電極を製造
した。

参照例２ 第３図に示すように超音波振動ホーン４による振動方向
を矢印Ｙのように無地部２の表面に垂直となるように付
与して溶接した以外、実施例と同様な方法により１０枚
のペースト式電極を製造した。

比較例 実施例と同様な方法により作製した素片の無地部にＮ１
リボンを重ね、インバータ制御式抵抗溶接機（スポット
溶接機）を用いて１０点溶接することにより１０枚のペ
ースト式電極を製造した。この時の溶接条件は、溶接電
流２〜３ｋＡ、加圧力２０ｋｇ／ｃ１１２、溶接時間１
０ｖａ　ｓ　ｓ溶接電極先端径３■であった。

得られた本実施例、参照例１．２及び比較例のペースト
式電極について、溶接部での剥離が１１！１所起こって
いた枚数の割合と、剥離が起こった電極では平均何箇所
生じていたかを測定した。その結果を、第４図に示す。

なお、第４図中の０は溶接部での剥離が１箇所起こって
いた枚数の割合を、Δは剥離が起こった電極での剥離箇
所数を、それぞれ示す。

第４図から明らかなように本実施例のペースト式電極で
は無地部にＮｌ　リボンが極めて良好な溶接されている
ことがわかる。

また、比較例での溶接部でのナゲツトの大きさは溶接電
極先端径が３　ｍｎ＋であったにもかかわらず、１．８
〜２■であったが、本実施例ではナゲツトの大きさが超
音波振動ホーンの径と同じ８■であった。

なお、上記実施例では電極寸法とした素片にＮ１リボン
を溶接してペースト式電極を製造したが、長尺のペース
ト状物が充填された三次元構造の導電性芯体の無地部に
Ｎ１リボンを超音波溶接した後、製品寸法に裁断しても
よい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば３次元構造を有する
導電性芯体に対してリボン状金属片を強固に溶接でき、
高信頼性のアルカリ蓄電池用ペースト式電極を生産性よ
く安定的に製造し得る方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のペースト式電極の製造を説明するため
の概略斜視図、第２図は参照例１のペースト式電極の製
造を説明するための概略斜視図、第３図は参照例２のペ
ースト式電極の製造を説明するための概略斜視図、第４
図は本実施例、参照例１．２および比較例により得られ
たペースト式電極における溶接部で剥離を差止じた枚数
と剥離が起こった電極での剥離箇所の数を示す特性図で
ある。 ｌ・・・導電性芯体（焼結ニッケル繊維基板）、２・・
・無地部、３・・・リボン状金属片にッケルリボン）、
４・・・超音波振動ホーン。 第１図 第２図 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活物質を含むペースト状物の充填部及びペースト状物の
   存在しない集電部として作用する無地部を有する三次元
   構造の導電性芯体における前記無地部に、集電体として
   作用するリボン状金属片を重ね、溶接するペースト式電
   極の製造方法において、前記リボン状金属片に超音波振
   動を前記無地部面に対して平行にかつ無地部の長手方向
   に対して直角方向となるように与えて溶接を行なうこと
   を特徴とするアルカリ蓄電池用ペースト式電極の製造方
   法。