JPH03129667A - 電池用電極及び電池 - 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（Ｌ活物質保持機能と電解液保持機能とを併せ持
つ電池用電極及び該電極を用いた電池に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、各種の電池では、ペースト式、粉体加圧式、クラ
ッド式、ポケット式、燃焼式等の電極が使用されている
。

ペースト式電極は、活物質になる粉体に溶液を加えて練
合してペースト状活物質を作り、これを集電体に充填す
ることにより得られる。この電極は、鉛蓄電池において
良く用いられており、主に鉛粉と水と希硫酸とを練合し
てペースト状にしたペースト状活物質材料を、鉛を主成
分とする格子体の格子部に充填して得られる。Ｎｉ−Ｃ
ｄ電池においても、水酸化ニッケルや酸化カドミウムを
結着剤でペースト状にして得たペースト状活物質材料を
用いて電極が構成されている。

また粉末加圧式電極は、乾電池で知られている一次電池
の二酸化マンガン電池、酸化銀電池等に用いられており
、活物質粉体に導電性を良くする粉末等を混ぜ合わせて
これを加圧成型し、加圧成型したものを容器等に充填し
て電極を構成するものである。

これらペースト式や粉末加圧式の電極は、製造が容易で
低コストであると共に電池の充放電特性が比較的良いた
めに、現在生産されている電極の主流になっているが、
これらの電極を二次電池で用いると、充放電を繰り返す
内に活物質の脱落や形状変化が生じ安いという問題が生
じる。

一方、クラッド式やポケット式の電極は、活物質を多孔
質のチューブ等に入れであるためペースト式に比べて長
寿命になるものの、エネルギー密度が低く、また生産性
に劣る欠点がある。

焼結式電極は、焼結基板を用いているため電池特性、寿
命性能とも良くなっているが、焼結基板の製造、活物質
の充填等の工程が複雑であり、電極の価格が高価になっ
てしまう問題がある。

近年、上記の各種の電極の欠点に鑑み、次のような電極
が提案されている。

（Ａ）三次元網目構造の発泡金属又は発泡樹脂の表面に
導電性付与のための金属メツキを施したものを電極基体
とし、これに活物質を充填した電極。

（Ｂ）フェルト、不織布、織布等に導電性付与のための
金属メツキを施すか、金属繊維を混抄したものを電極基
体とし、これに活物質を充填した電極。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に電池では、電極に活物質と多量の電解液とを同時
に保持させれば、導電性が向上する上、活物質と電解液
とが反応する電池系では速かに反応が進むために、電池
特性を向上させることができるが、従来のペースト式や
粉末加圧式等の電極では、電解液を保持する空間を充分
に確保することが難しく、また仮に多孔性を高めると電
極の強度が低下する問題が生じる。従ってこれらの電極
では、電極に電解液を充分に保持させることができない
。

また上記（Ａ）及び（Ｂ）の電極も含めて、多孔質の電
極基体に活物質を充填する電極でも、電極基体の孔は活
物質保持を主目的としているため、電解液保持能力はま
だ不十分である。そのうえ、従来の電極はすべて、電極
基体を製造する工程と、その後に電極基体に活物質を充
填する工程とを必ず必要とするため、製造工程を減らす
ことに限界があり、所定レベル以上に量産性が向上しな
いという問題を有していた。

本発明の目的は、活物質保持能力と電解液保持能力に優
れ、しかも予め電極基体を用意しておく必要のない電池
用電極を提供することにある。

本発明の他の目的は、活物質保持能力と電解液保持能力
に優れ、また予め電極基体を用意しておく必要がなく、
しかも機械的強度の強い電池用電極を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、本出願によって提案された新
規な電池用電極を用いる電池において、電槽や加圧ケー
スを利用することなく電極群に群加圧を印加することが
できる電池を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 請求項１の発明は、抄造可能に加工された活物質素材及
び抄造可能に加工された電解液保持素材を原料として抄
造してなる電池用電極である。抄造可能に加工された活
物質素材は、例えば繊維状又は粉状若しくはこれらの混
合材である。また抄造可能に加工された電解液保持素材
は、例えば繊維状又は粉状若しくはこれらの混合材であ
る。

請求項４の発明では、電池用電極の強度及び集電性を高
めるために、抄造した電極シートをシート状集電体に密
着状態で接合する。電極シートとシート状集電体との接
合は溶接により行うことができる。

請求項６の発明では、上記電池用電極を用いた電池にお
いて、抄造可能に加工された活物質素材及び電解液保持
素材を原料として抄造されてなる正極電極と負極電極と
を隔離体を介して重合して電極群を構成する。そして電
極群を絶縁性を有する縫合部材により群加圧を発生する
ように縫合する。

請求項７の発明では、抄造可能に加工された活物質素材
及び電解液保持素材を原料として抄造されてなる正極電
極と負極電極とを隔離体を介して重合して電極群を構成
する。正極電極及び負極電極の重合面と隔離体の重合面
とには、それぞれ対向する位置に熱溶着部材を分散して
固定する。その上で正極電極及び負極電極の重合面に固
定した熱溶着部材と隔離体の重合面に固定した熱溶着部
材とを熱溶着する。

［作　用］ 請求項１の発明の電池用電極のように、抄造可能に加工
された活物質素材と電解液保持素材とを原料として抄造
により電極を構成すると、電極中にいわゆる集電部、活
物質層及び電解液保持層とを同時に形成できる。従って
電極の生産性が向上する。また活物質素材または電解液
保持素材に含まれる導電性物質が相互に接触して集電部
が構成され、活物質素材と電解液保持素材とが混在して
、混合した活物質層及び電解液保持層とが形成されるこ
とになる。その結果、電解液保持素材が活物質層（電極
中）に分散された状態になるため、活物質層（電極中）
に電解液を多量に保持することができて電池性能を向上
させることができる。別の見方をすると、電解液保持層
形成と同時に該層中に活物質を混在させることになるた
め、多量の電解液を活物質に接触させることができる。

請求項４の発明では、抄造により形成した電極の集電能
力を向上させることができる。抄造により製造した電極
シートは高多孔質であり、また導電性物質の量の多少に
よって集電能力に差が生じる。そこで電極シートをシー
ト状集電体に密着状態で接合すれば、電極の集電能力を
向上させることができる。

請求項６の電池のように、抄造により製造した電極を用
いた電極群を絶縁性を有する縫合部材により群加圧を発
生するように縫合すれば、加圧ケース等を用いずに、適
切な群加圧を極板群に印加することができる。抄造によ
り製造した極板シートは、不織布状で多孔質であるため
、活物質をほとんど脱落させることなく、布と同様にし
て糸のような縫合部材により縫合することができる。請
求項４で用いるシート状集電体も、その厚みにもよるが
縫合が可能である。

請求項７の発明の電池では、請求項６の発明と同様に、
抄造により製造した電極を用いる場合に、電極と隔離体
との間を溶着させた熱溶着素材により接合するため、簡
単な構成で群加圧を得ることができる。

［実施例］ 本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の電池用電極を密閉形鉛蓄電池の正極電
極に用いた実施例の概略部分拡大図を示している。同図
において、１はＰｂ粉、２はＰｂＯ２粉、３は鉛繊維、
４はガラス繊維である。Ｐｂ粉１及びＰｂＯ２粉２の活
物質素材は、鉛繊維３及びガラス繊維４からなる電解液
保持素材の層に吸着可能な粒径寸法を有していればよく
、また鉛繊維３及びガラス繊維４は、抄造工程により相
互に絡み合って両繊維が電極基体に相当する層を形成で
きる直径寸法及び長さを有していればよい。

これらの素材の配合比及び電極の厚み寸法は、電極に必
要な電気的性能及び機械的強度を考慮して定められる。

第１図の電極の製造方法について説明する。まず所定量
のＰｂ粉１及びＰｂＯ２粉２と、所定量の鉛繊維３及び
ガラス繊維４とを水溶液中に分散混合し、分散混合した
ものの中にポリアクリルアマイドの如き凝集定着剤を添
加して粉体を繊維に吸着させる。その後続を抄造する場
合と同様の工程により電極シートを抄造する。なお抄造
の工程は、所定の大きさの電極シートを抄く工程と、適
宜の乾燥工程と、適宜の切断工程等とを含む。所望の大
きさに加工された電極シートに、集電用の耳をスポット
溶接や高周波加熱等で取付けて電極の製造が完成する。

このようにして製造した正極電極では、鉛繊維３とガラ
ス繊維４からなる電解液保持層中に、Ｐｂ粉１とＰｂＯ
２粉２からなる活物質素材が保持された高多孔質の状態
になっている。

一方負極電極は、活物質素材としてＰｂ粉を使用し、電
解液保持素材として鉛繊維とガラス繊維とを使用して、
上記と同様の湿式抄造により製造することができる。

なお正極電極の場合、活物質素材としてＰｂ粉１とＰｂ
Ｏ２粉２だけでなく、Ｐｂ３　ｏ、粉や親水性を高める
ためにシリカ粉等その他の粉体を混入させてもよい。ま
た電解液保持素材として、さらに機械強度を上げるため
にアクリル繊維等の合成繊維や無機繊維を混入したり、
更に導電性を上げるために鉛繊維以外の他の導電性繊維
を混入することができる。

負極電極の場合も、活物質素材としてＰｂ粉１だけでな
く、Ｐｂ０粉、ＢａＳＯ４粉やリグニンを含むものを用
いることができ、また電解液保持素材としては正極電極
と同様にアクリル繊維等の合成繊維や無機繊維を混入し
たり、更に導電性を上げるために鉛繊維以外の他の導電
性繊維を混入することができる。なお導電性を向上させ
るために、カーボン、黒鉛の繊維や粉を混入させること
が望ましい。

活物質素材と電解液保持素材との混抄すなわち抄造とし
ては、前述のように水溶液を用いる湿式抄造法だけでな
く、いわゆる公知の乾式抄造法を用いることもできる。

第２図は、上記第１図の構造の正極電極５と負極電極６
とをセパレータすなわち隔離体７を介して重合または積
層してなる電極群を用いた薄形密閉型鉛蓄電池であり、
電極群はフィルム状またはシート状の一対の合成樹脂体
の周囲を溶着してなるいわゆるフィルムバック式の電槽
８内に配置されている。９は電槽８の上端側開口部に溶
着された熱溶着可能な合成樹脂枠体であり、この枠体９
には安全弁１０が固定され、また各電極５及び６に固定
した耳部を延長してなる出力端子（１である。電槽８内
には電解液を注入し、充電を施して密閉形鉛蓄電池が完
成する。なお電解液を隔離体７に含浸保持させることが
できるのは勿論である。

ここで隔離体７としては公知の隔離体を用いることがで
きるが、第１図の正極電極と同様に微細なガラス繊維を
主体として抄造により隔離体を作ることもできる。この
場合、隔離体の材料として用いられる絶縁性繊維として
は、ガラス繊維の外にポリエチンレン等の耐酸性を有す
る有機物を用いることもできる。なおその他の繊維物質
を種々混合してその特性を向上してもよい。

第３図は、第２図に示した構造の本発明の電池（ｌＡｈ
［１０時間率コ）とペースト式電極を用いた従来の電池
とについて放電試験を行った結果を示している。試験の
条件は１６０ｍＡ定電流放電、終放電圧１．７５Ｖ、　
２５°Ｃであった。これかられかるように本発明の電極
を用いた電池は、従来のシール鉛蓄電池とほとんど変わ
らない放電特性を示す。

上記実施例は鉛蓄電池の電極に本発明を適用した場合の
実施例であるが、本発明は実施例の密閉形鉛蓄電池に用
いる電極だけではなく、その他の一次電池、二次電池に
用いる電極にも適用できるのは勿論である。

第４図は、抄造により製造した電極の集電能力と機械的
強度とを向上させる請求項４の発明の電極を製造する場
合の製造工程の途中の状態を示している。第１図に示し
た構造は、多孔質であり電解液保持能力は優れているが
、その分集型能力は低下することになる。そこで請求項
４の発明では、抄造により製造した電極シートをシート
状集電体に接合して集電性能を向上させる。第４図にお
いて、５０は抄造により製造した第１図の実施例と同様
の正極電極シートである。本実施例ではこの電極シート
５０を鉛箔からなるシート状集電体１２上に載置し、こ
れを積層方向両側からスポット溶接用Ｗの電極を用いて
スポット溶接することにより、電極シート５０と集電体
１２とを接合している。なお電極シート５０と集電体１
２とを密着状態で接合する方法としては、溶着だけでは
なく、耐酸性を有する糸のような縫合部材を用いて両者
を縫合させて接合する方法や、メツキや化学的結合方法
を用いて接合する方法を用いることができる。また両者
を完全に結合させずに、電極群に加圧ケース等を用いて
外部から群加圧を加える場合には、単に電極シート５０
の外側に集電体１２を配置するだけでもよい。

シート状集電体１２としては、電解液に対して耐性を有
するものであればよい。例えば鉛蓄電池に用いる電極の
場合には、電極シート５０に接触する側を鉛または鉛合
金の箔で構成し、非接触面側にステンレス等の腐蝕しに
くい金属箔を有するラミネート構造の集電体を用いるこ
ともできる。

鉛とステンレスのラミネート構造の集電体を用いると、
集電体それ自体を電槽の一部または端子として使用する
ことができる。このように集電体として多層構造の集電
体を用いることができるのは勿論のこと、導電性と電解
液に対する耐性とを有するものでれば、有機物や無機物
からなる集電体を用いることができる。

第５図は、集電体１２それ自体を電槽の一部または端子
として使用した場合の電池の外観の一例を示している。

ここで８０は、ラミネート構造の一対の合成樹脂体８１
．８２を熱溶着して構成した電槽であり、合成樹脂体８
１及び８２の中央部には開口部８１ａ及び８２ａが形成
され、この開口部から集電体１２の一部↓２１を露出さ
せて端子としている。このように集電体１２の中央部を
端子とすると、電極自体に電流が集中しなくなり寿命が
伸びる利点がある。また第６図に示すように電極群を構
成する場合には、中央に配置される集電体１２を正極端
子として利用することもできる。

第７図（Ａ）は、請求項１の発明の電極５，６を用いて
構成した請求項６の電池の実施例で用いる電極群の製造
工程の途中の状態を示しており、第７図（Ｂ）は完成し
た電極群の斜視図を示している。電槽や加圧ケースを用
いて電極群を積層方向または重合方向に群加圧して電極
と隔離体との密着性を高めてもよいが、電極群それ自体
で群加圧を発生させることができれば、特別な加圧ケー
スが不要になる。抄造により製造した電極５，６は、不
織布状で多孔質であるため、活物質をほとんど脱落させ
ることなく、布と同様にして縫い合わせることができる
。そこで第７図に示すように、正極電極５と隔離体７と
負極電極６とを積層してなる電極群を絶縁性と電解液に
対する耐性とを有する糸１３を用いて縫合すれば、電極
群自体で群加圧を発生させることができる。なお第７図
（Ａ）において１４は縫い針である。第７図（Ｂ）に示
した完成品は一例であって、縫い方は実施例に限定され
るものではなく任意である。電極群の縫合は、工業用ミ
シンを用いれば簡単に行うことができる。縫合は布を縫
合する場合と同じ要領で行えばよく、量産性に優れてい
る。ここで縫合に使用する縫合部材としては、縫合に使
用される周知の形状の部材を用いることができ、糸状の
他に帯状の縫合部材等を用いることもできる。縫合部材
としては、例えばポリプロピレン製の糸を用いることが
できる。

第８図は、請求項１の発明の電極５，６を用いて構成し
た請求項７の電池の一実施例の一部切り欠き概略平面図
であり、この実施例では第７図の実施例と同様に電極群
それ自体で群加圧を発生することができる。この実施例
では、正極電極５及び負極電極６の重合面と隔離体７の
重合面とに、それぞれ対向する位置に熱溶着可能な熱溶
着部材１５・・・を分散して固定しておく。そして正極
電極シート及び負極電極シートの重合面に固定された熱
溶着部材と隔離体の重合面に固定された熱溶着部材を熱
溶着して電極群に群加圧を生じさせる。

なお本実施例では電槽８と電極５及び６とを熱溶着させ
ている。従って電極５及び６と隔離体７の両面に、それ
ぞれ熱溶着部材１５・・・が固定してあり、熱溶着部材
１５・・・どうしの熱溶着は、電槽８内部に電極群を収
納した後に、電槽８の開口部を溶着する際に、電槽を構
成する合成樹脂体の上から熱を加えることにより簡単に
行うことができる１熱溶着部材１５・・・としては、ポ
リプロピレンを用いることができる。

第９図は、熱溶着部材１５・・・を形成する方法の一例
を示している。この例では、容射装置１６を用いて、正
極電極５．隔離体７及び負極電極６の上に順次ポリプロ
ピレンを容射することにより熱溶着部材１５・・・を形
成する。容射されたポリプロピレンは、各部材（５，６
，７）に含浸されて各部材に固定される。熱溶着部材１
５の固定は、ポリプロピレンの粉体や繊維を、電極及び
隔離体を抄造する際に抄造原料の中に入れて、電極及び
隔離体の抄造と同時に行ってもよい。熱溶着部材の量は
、電池の電気的な性能に影響を与えることなしに、所定
の群加圧を与えることができる程度に定めれる。

上述した本発明の実施例によれば、活物質保持機能と電
解液保持機能とを併せ有する電極を備えたことにより、
電極間をたとえ薄いセパレータのみで近接させても活物
質周囲に多量の電解液を存在させることができ、電解液
を電極以外に保持又は存在させなくても、十分な特性が
得られるほど電池特性を向上させることができ、更に電
極が電解液保持層形成と同時に該層中に活物質が混在し
たものになるため、従来における電極基体の作製と該電
極基体への活物質充填と電解液保持体作製の各工程を一
度に行え、電池の生産性が著しく向上する点工業的価値
甚だ大なるものである。

［発明の効果コ 請求項１の発明のように、抄造可能に加工された活物質
素材と電解液保持素材とを原料として抄造により電極を
構成すると、電極中にいわゆる集電部、活物質層及び電
解液保持層とを同時に形成できるため、電極の生産性が
著しく向上する。また活物質素材と電解液保持素材とが
混在して、混合した活物質層及び電解液保持層とが形成
されることになり、その結果電解液保持素材が活物質層
に分散された状態になるため、活物質層に電解液を多量
に保持させることができる。

請求項４の発明によれば、抄造により形成した電極シー
トにシート状集電体を密着状態で接合させるため、集電
能力と機械的強度とを向上させることができる。

請求項６の発明によれば、抄造により製造した電極を用
いて構成した電極群を絶縁性を有する縫合部材により群
加圧を発生するように縫合するため、加圧ケース等を用
いずに、適切な群加圧を極板群に印加することができ、
電極と隔離体との密着性を向上させることができる。

請求項７の発明によれば、請求項６の発明と同様に、抄
造により製造した電極を用いる場合に、電極と隔離体と
の間を溶着させた熱溶着素材により接合するため、簡単
な構成で群加圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の発明の一実施例における正極電極の
構造を示す部分拡大断面図、第２図は第１図の構造の電
極を用いた電池の実施例の構造を示す斜視図、第３図は
第２図の電池と従来の電池との特性を示す線図、第４図
は請求項４に記載の電極を製造する場合の工程の途中の
状態を示す図、第５図は請求項４の電極を用いた電池の
斜視図、第６図は請求項４の電極を用いた他の電池の断
面図、第７図（Ａ）は請求項６の電池の実施例で用いる
電極群の製造工程の途中の状態を示す図、第７図（Ｂ）
は完成した極板群の斜視図、第８図は請求項７の電池の
実施例の一部切欠き概略構成図、第９図は熱溶着部材を
形成する方法の一例を説明するための図である。 １・・・ｐｂ粉、２・・・ｐｂ○２粉、３・・・鉛繊維
、４・・・ガラス繊維、５・・・正極電極、６・・・負
極極板、７・・・隔離体、８，８０・・・電槽、↓０・
・・安全弁、１１・・・端子、↓２・・・シート状集電
体、１３・・・糸（縫合部材）、１４・・・針、１５・
・・熱溶着部材。 第 １ 図 、ｐｂ％１１ 第 図 第 図 Ｉｉ！　　電　時　闇（ｉ） 第 図 第 図 第 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）抄造可能に加工された活物質素材及び抄造可能に
   加工された電解液保持素材を原料として抄造してなる電
   池用電極。
2. （２）前記活物質素材は、繊維状又は粉状若しくはこれ
   らの混合材であることを特徴とする請求項１に記載の電
   池用電極。
3. （３）電解液保持素材は、繊維状又は粉状若しくはこれ
   らの混合材であることを特徴とする請求項１に記載の電
   池用電極。
4. （４）抄造可能に加工された活物質素材及び抄造可能に
   加工された電解液保持素材を原料として抄造されてなる
   電極シートがシート状集電体に密着状態で接合されてい
   る電池用電極。
5. （５）前記電極シートと前記シート状集電体とは溶接に
   より接合されている請求項４に記載の電池用電極。
6. （６）抄造可能に加工された活物質素材及び抄造可能に
   加工された電解液保持素材を原料として抄造されてなる
   正極電極と負極電極とが隔離体を介して重合されて電極
   群が構成され、 前記電極群が絶縁性を有する縫合部材により群加圧を発
   生するように縫合されてなる電池。
7. （７）抄造可能に加工された活物質素材及び抄造可能に
   加工された電解液保持素材を原料として抄造されてなる
   正極電極と負極電極とが隔離体を介して重合されて電極
   群が構成され、 前記正極電極及び負極電極の重合面と前記隔離体の重合
   面とにはそれぞれ対向する位置に熱溶着部材が分散して
   固定されており、 前記正極電極及び負極電極の重合面に固定された前記熱
   溶着部材と前記隔離体の重合面に固定された前記熱溶着
   部材が熱溶着されてなる電池。