JPH07335209A

JPH07335209A - 電池用塗着式電極およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07335209A
Application number: JP6129056A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yanagihara; 伸行柳原; Hiroshi Kawano; 博志川野; Takayuki Hayashi; 隆之林; Masato Tsuji; 政人辻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】金属多孔体に活物質を塗着する塗着式電極を
改良して、活物質層または水素吸蔵合金層と波形状金属
多孔体との密着性および電子伝導性を向上する。また、
金属多孔体をその波形方向に巻回する事で、生産性、量
産性に優れる様にするとともに、不良品が発生しない様
にする。【構成】金属板または金属箔を両側より穿孔して、そ
の穿孔された孔周囲に形成されるバリによって波形状に
形成された金属多孔体に活物質または水素吸蔵合金粉末
を塗着し、この電極を金属多孔体の波形方向に巻回す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄電池、特にアルカリ蓄
電池に使用される巻回型の塗着式電極およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池用の代表的な正極にはニ
ッケル電極がある。この電極は、大別して焼結式電極と
非焼結式電極に分類される。前者は、ニッケル粉末を焼
結して得られる微孔性の焼結基板に、硝酸ニッケル水溶
液などを用いて浸漬法によりニッケル塩を添加し、乾燥
後、苛性アルカリ水溶液中に浸漬することにより前記ニ
ッケル塩を水酸化ニッケルに転化し、極板を得る。この
方法は工程が複雑であり、活物質である水酸化ニッケル
の充填密度が後に述べる非焼結式電極に比べて小さくな
る欠点を有している。しかし、電極の高率放電特性、サ
イクル寿命などが優れている特徴があり、用途に応じて
広く実用化されている。一方、非焼結式電極として
は、古くはポケット式と称される電極製法があり、最近
では発泡状ニッケル多孔体内へ活物質粉末である水酸化
ニッケル粉末を直接充填する方法が実用化されてきた。
このうち後者の方法によると、電極の製法が簡略化で
き、高多孔度の発泡状ニッケル多孔体が可能であるた
め、高密度充填ができ、高容量の電池を構成できる特徴
がある。しかし、発泡状ニッケル多孔体は、電気メッキ
やニッケル粉末焼結法等により作製されており、その材
料コストが高くつく欠点がある。

【０００３】したがって、電極支持体として発泡状ニッ
ケル多孔体に代わり、安価なパンチングメタル、エキス
パンドメタルなどを使用する非焼結式電極の開発が実施
されるようになってきた。例えば電極用芯材にエキスパ
ンドメタル、ニッケルの箔、パンチングメタルなどが一
般に用いられている（特開昭５８−１６３１５７号公
報）。これらの電極支持体は、焼結式基板、発泡状ニッ
ケル多孔体のように三次元的な構造を有していないた
め、電極として使用した場合、活物質の保持力が乏し
く、電極作製中あるいは充放電を繰り返した場合などに
活物質の脱落が生じやすい。さらに、電極の厚さ方向に
対する電子伝導性が乏しく、電極特性の低下が大きいた
め、一部の電極以外には実用化されていない。

【０００４】そこで、電極支持体の表面積を大きくし
て、活物質の保持力を増強させるために、ニッケル板や
ニッケルメッキ板の表面をブラスト処理して粗面にした
導電性電極支持体（金属芯体）も古くから提案されてい
る（特開昭４９−７７１４２号公報）。また、極板の金
属芯体（パンチングメタル）の表面の無孔部分に１０〜
１００μｍのバリ状突起（刃物状のキズ）を設ける提案
もある（実開昭５８−４１９７５号）。さらには同じ目
的で、金網、パンチングメタル、穿孔板の様な平板状の
導電性多孔体上に導電性突起（粉末状、繊維状）を溶射
によって形成した金属芯材を電極に用いる事も提案され
ている（特開平１−３０２６６８号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したパンチングメ
タル、エキスパンドメタルなどを電極支持体として使用
する電極製法は、活物質粉末を高分子結着剤の溶液と導
電性粉末とでペースト状として、上記電極支持体に塗
着、乾燥することにより、容易に電極を作製できる長所
を有している。しかし、電極支持体である金属多孔体と
活物質層との密着性が弱く、電池用電極として用いた場
合、金属多孔体と活物質が剥離しやすい。この結果、電
極支持体が集電体を兼ねている場合、電極の電気抵抗が
大きくなり、放電電圧、放電容量の低下の原因となる。
この問題を解決するために活物質層内に多量の結着剤を
添加すれば、剥離現象は抑制されるが、活物質の反応性
が低下し、放電特性に悪影響を与える。

【０００６】また、金属多孔体と活物質層の密着性を強
固にするため、接着剤の役割をする熱可塑性樹脂の層を
金属多孔体表面に形成させ、その上層部へ活物質を形成
させた後で、加熱することにより、金属多孔体と活物質
層の密着性を改善する方法もある。しかし、金属多孔体
と活物質層の間に絶縁層が形成されることになり、電極
の集電性が低下し、電極の反応性が阻害される。

【０００７】以上のように、電極支持体に比較的平面状
の金属多孔体を使用した場合は前記課題の解決が困難で
あった。

【０００８】したがって本発明は、金属多孔体に活物質
粉末を塗着する塗着式電極を改良して、活物質層と金属
多孔体との密着性および電子伝導性を向上することと、
電極をうず巻き状に構成する円筒密閉型電池において、
電極支持体の巻き方に方向性があり、量産性、信頼性に
優れた巻き方とすることを目的とする。

【０００９】本発明は、また、ニッケル電極、亜鉛電
極、カドミウム電極のみでなく、水素吸蔵合金粉末を用
いる水素吸蔵合金電極にも適用できる改良された電池用
塗着式電極とその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電池用塗着式電
極は、金属多孔体と、その両面に形成した活物質または
水素吸蔵合金粉末の塗着層からなり、前記金属多孔体
は、金属板または金属箔を両面側より穿孔して、その穿
孔された孔周囲に形成されるバリによって波形状に形成
されたものであり、かつ前記波形状に穿孔された金属多
孔体を波形方向に巻回して電極に構成したものである。

【００１１】また、この金属多孔体の周辺部分に無穿孔
部分あるいは加圧穿孔部分を設けたり、長尺帯状の構成
とすることが好ましい。

【００１２】本発明の電池用塗着式電極の製造方法は前
記波形状に穿孔された長尺帯状の金属多孔体をその波形
方向に対して平行方向あるいは直角方向に搬送する工程
と活物質または水素吸蔵合金粉末を塗着させる工程を有
する。

【００１３】また、本発明の電池用塗着式電極の製造方
法は前記波形状に穿孔された長尺帯状あるいは短尺状に
構成された金属多孔体の両面に活物質または水素吸蔵合
金粉末からなる塗着層を設け、この金属多孔体の波形方
向に対して直角方向に１回以上ローラープレスを行う工
程を有する。

【００１４】また、本発明の電池用塗着式電極の製造方
法は前記長尺帯状あるいは短尺状の波形金属多孔体の周
辺部分に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設け、その波形
方向に対して、直角方向あるいは平行方向に一回以上の
ローラープレスを行う工程を有する。

【００１５】

【作用】以上に示したように、穿孔時に孔周囲に波形状
にバリを発生させ、平面状の金属板または金属箔を立体
的に加工した波形状金属多孔体を塗着式電極の集電体を
兼ねた電極支持体として使用することにより、パンチン
グメタルのような平面状の電極支持体を使用した場合に
比べ電極活物質層が電極支持体より剥離する現象が抑制
されるとともに、立体構造の金属多孔体であることよ
り、電極の厚さの方向に対する電子伝導性が向上し、し
たがって電極活物質の利用率の向上による高容量化を図
り、さらに大電流放電時の電圧低下を抑制することがで
きる。しかも、波形状の金属多孔体に対して波形方向と
同じ方向に巻回する事で円滑に電極群構成ができるので
量産性、信頼性に優れた電池用塗着式電極を得る事がで
きる。また、金属多孔体の波形方向と直角に搬送および
ローラープレスを行うと電極自体の伸長がなく電極支持
体である金属多孔体の変形がない。そして、金属多孔体
の周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設ける事によ
り、金属多孔体の波形方向に対して直角あるいは平行い
ずれの方向で搬送およびローラープレスを行っても電極
自体の伸長がなく、金属多孔体の立体構造に変形がな
い。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】図１は、金属板または金属箔の穿孔に用い
る金型の構成例を示す縦断面図である。５は先端を切頭
円錐形にした多数のポンチ６を有する下型、７はポンチ
６に対応する部分に凹部８を設けた上型である。このポ
ンチ６と凹部８は上・下交互に合致する構造となってい
る。

【００１８】この上型７と下型５との間に金属板または
金属箔１を配し、上型７と下型５とを相対的に近づく方
向に加圧すると、金属板または金属箔１は、ポンチ６の
先端により凹部８内へ押しつけられることによって波形
状に引き伸ばされながら開孔される。このような穿孔に
よって図２（ａ）に示すような金属多孔体が得られる。
同図において、２が孔であり、３は穿孔時に金属板また
は金属箔１の加圧方向側上下に形成されたバリを示す。
また、ｔは元の金属板または金属箔１の厚さを示し、Ｔ
はバリ３を含めた見かけ上の厚さを示す。

【００１９】図１に示す金型において、ポンチ６と凹部
８を上下一対にしかも交互に設けてあるため、金属板ま
たは金属箔１の両側から穿孔することにより、金属板ま
たは金属箔１の両面にバリ３が形成される。その上側の
バリ３の先端から下側のバリ３の先端を結ぶと頂度図２
（ｂ）の様な波形状構造のモデル図を描く事ができる。
よって、波形構造を示す場合は、図２（ａ）の構造を意
味しており、簡略化のためにとくに波形状に記載してい
る。

【００２０】本発明で用いる金属板または金属箔は、後
述するように厚さ３０〜１５０μｍの範囲が適当であ
り、穿孔される孔の大きさは、円形の孔で径０．２〜２
ｍｍ、矩形またはそれに類似のもので一辺の長さが０．
２〜２ｍｍのものが好ましい。

【００２１】また、前記金属板または金属箔としては、
耐電解液性の金属または表面を耐電解液性の金属で被覆
した金属板または箔が用いられる。

【００２２】したがって、図２に示す様に金属板または
金属箔１の厚さをｔ（μｍ）と表示し、その上下のバリ
先端間の見掛け上の金属多孔体の厚さをＴ（μｍ）とす
ると、この比率Ｔ／ｔの値が金属多孔体を選択する上で
重要となってくる。

【００２３】図３は本発明で用いる金属多孔体の開孔部
形状、即ち上面透影図を示し、この金属多孔体のａ−
ａ’縦断面の概念構成を図４に示す。

【００２４】また、図２に示す波形状多孔体の両面に活
物質あるいは水素吸蔵合金粉末４を塗着形成させた電極
縦断面の構成を図５に示す。

【００２５】図６は、従来のパンチングメタルを示し、
例えば厚さ５０μｍのニッケル板９に径２ｍｍの孔１０
を中心間ピッチＤを３．５ｍｍとして開孔したものであ
る。この場合は、切頭円錐形の先端を有しないポンチを
用い、ポンチと凹部の縁部とで金属板を打抜き切断する
形となり、こうして穿孔される孔の周囲には、バリが形
成されてもほんのわずかである。次に、より具体的な
実施例を説明する。

【００２６】厚さ２０〜１６０μｍのニッケル板に、表
１中に示す仕様で穿孔して金属多孔体を作製した。な
お、孔の配列は格子状とし、孔間のピッチは３．５ｍｍ
とした。また、電極の製法条件について、その加圧条
件、巻回方向、ローラープレス方向を考慮し、これらの
金属多孔体を用いてペースト式ニッケル電極と水素吸蔵
電極を作製し、単２型の円筒密閉型ニッケル−カドミウ
ム蓄電池と同型ニッケル−水素蓄電池を構成してニッケ
ル電極と水素吸蔵電極を評価した結果について述べる。

【００２７】

【表１】

【００２８】〔実施例１〕まず、水酸化ニッケル粉末１
００ｇに対して、黒鉛粉末１０ｇ、ニッケル粉末５ｇ、
コバルト粉末１０ｇ、カルボキシメチルセルロースの３
ｗｔ％水溶液５５ｇ、およびスチレン−ブタジエンラバ
−の４８ｗｔ％水分散液５ｇを練合し、ペースト状にし
た。このペーストを収容した槽に表１中ａ〜ｔに示す各
金属多孔体を通過させて金属多孔体の両面にペーストを
塗着した後、ステンレス鋼製のスリットを通過させてペ
ースト塗着体を一定厚さに調整した後、乾燥工程を通し
てからローラープレスを行い、厚みが０．６３〜０．６
５ｍｍの塗着式ニッケル正極を作製した。

【００２９】次に、これらのニッケル電極を３８ｍｍ×
２２０ｍｍの大きさに裁断した。こうして得られる電極
中に含まれる水酸化ニッケル量より算出される電気化学
的理論容量は２６００〜２６８０ｍＡｈの範囲になる。

【００３０】ここで使用した金属多孔体は図７に示す様
に波形状金属多孔体１１の波形方向（図２に示す形状の
略図）に長尺状とし、この方向に対して平行に電極をう
ず巻き状に巻回して行き、円筒密閉型蓄電池を構成し
た。図８（ａ），（ｂ）は金属多孔体１１の周辺部、例
えば上辺部、側辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部１
２，１３を設けた場合である。いずれも波形状方向に対
して平行に電極をうず巻き状に巻回して電池を構成し
た。この無穿孔部あるいは加圧穿孔部１２，１３に集電
用のリード板を取り付けた。

【００３１】これらのニッケル正極と公知のカドミウム
負極およびポリアミド樹脂製の不織布からなるセパレー
タとを組み合わせて公称容量２．４Ａｈの単２型の円筒
密閉型電池を構成した。なお、電解液には、水酸化リチ
ウムを３０ｇ／ｌ溶解させた水酸化カリウムの３１ｗｔ
％水溶液を１セル当たり６ｍｌ使用した。こうして表１
の中に示す金属多孔体ａ〜ｊより得られたニッケル正極
を用いた電池Ａ〜Ｊを作製した。

【００３２】ここで金属多孔体の穿孔部の形状は略矩
形、円形、長方形とし、搬送方向とローラープレス方向
は金属多孔体の波形方向に対して直角方向の場合は補強
用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部の有無にかかわりがな
く、平行方向の場合に関してのみ周辺部に補強用の無穿
孔部あるいは加圧穿孔部を設けた場合である。

【００３３】この時の１例として実施した円筒密閉型ア
ルカリ蓄電池の構造を図９（ａ）に示す。また図９
（ｂ）は金属多孔体１１の波形方向と巻回方向が同方向
である所を示したものである。なお、図９において、１
４はカドミウム負極、１５はニッケル正極、１６はセパ
レータ、１７はケース（−）負極端子、１８はキャップ
（＋）正極端子、１９は安全弁、２０は封口板、２１は
絶縁リング、２２は絶縁板である。金属多孔体１１の穿
孔部の形状は図１０に示す様に実施例で用いる他にも多
種多形の穿孔が可能である。

【００３４】以上のような条件で構成した電池を０．１
Ｃで１５時間充電し、１時間の休止後０．２Ｃで電池電
圧が１．０Ｖに達するまで放電し、この条件で３サイク
ル繰り返した。次いで、充電条件を同様にして、４サイ
クル目の放電を０．５Ｃ、５サイクル目の放電を１Ｃに
して、放電特性の比較を行った。また、６サイクル目以
降は充電を０．３Ｃで４時間、放電を０．５Ｃで電池電
圧が１Ｖまで行うサイクル寿命試験を行い、ニッケル正
極の構成条件とサイクル寿命特性を比較した。これらの
結果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】一方、金属板（箔）と金属多孔体の見掛け
上の厚さおよび開孔率、加圧前の厚さ比率（Ｓ／Ｅ）、
波形方向と巻回方向、波形方向に対する搬送方向とロー
ラープレス方向、および無穿孔部あるいは加圧穿孔部の
有無など、本発明の範囲ではあるが、最適範囲をはずれ
ると電池特性が低下する例を表３に示す。電池Ｋ，Ｌは
金属板（箔）の厚さと金属多孔体の見掛け上の厚さ、電
池Ｍ，Ｎは加圧前の厚さ比率（Ｓ／Ｅ）、電池Ｏ，Ｐは
加圧率が不適切である場合、電池Ｑは波形方向と巻回方
向が直角方向の場合、電池Ｒは波形方向に対する搬送方
向とローラープレス方向が平行方向の場合、電池Ｓ，Ｔ
は開孔率が不適切な場合である。また電池Ｖは従来型の
パンチングメタルを用いた場合である。

【００３７】

【表３】

【００３８】本実施例の中で電池Ａ〜Ｊにおいて、ニッ
ケル電極に使用した水酸化ニッケルの利用率は各種電池
で９０．５〜９８．５％であり、すべて実用上必要な利
用率である９０％以上を保持している。また高率放電特
性（容量比率０．５Ｃ／０．２Ｃ、１Ｃ／０．２Ｃ）に
おいても各々８５．５〜９５．２％（８５％以上確
保）、８０．２〜９３．１％（８０％以上確保）を維持
している。また、充放電サイクル試験においては５０サ
イクル目、２００サイクル目の放電容量利用率は各々８
６．３〜９８．０％、８２．５〜９５．５％を保持して
いる。この範囲では実用上好ましい電池特性を示してい
る。一方、本実施例の中でも適切な条件がそろわない電
池の１例として表３に示す電池Ｋ〜Ｔについて試験した
結果、ニッケル電極に使用した水酸化ニッケルの利用率
は８０．２〜９６．２％の間にあり、電極構成や製法条
件によって大きな差を生じている。実用上好ましい９０
％以上を確保していない電池もある。また、高率放電特
性の１つである０．５Ｃ／０．２Ｃ、１Ｃ／０．２Ｃの
容量比率においても、各々７３．５〜９０．４％、７
０．０〜９０．２％であり同様に大きな差を生じて実用
上好ましい８５％、８０％以上を確保していない電池も
存在する。さらに、この種電池の５０サイクル目、１０
０サイクル目の放電時の利用率は初期と比べて大幅に低
下している。１００サイクルまでサイクル寿命（利用率
６０％以上）を達成できた電池は殆どなく、その原因は
電池内部抵抗の増大、電極厚さが大き過ぎて集電能力不
足による容量低下、電池内短絡、充放電による膨張によ
る電極破壊、あるいは電池構成時の不良発生（破壊）に
よるものであった。唯電池ＳとＴのみが１００サイクル
までで７０、７５％の利用率を保持していたが、１５０
サイクル目までは達成する事ができなかった。電池Ａ〜
Ｊと比較すると電池構成条件によって電池特性が低下す
る。よって仮に同じ波形状金属多孔体を用いても好まし
い電極構成条件、製法条件がある事がわかる。

【００３９】また、従来型のパンチングメタルを電極支
持体に使用した電池Ｕは初期の利用率が本発明の金属多
孔体と大差ないが、高率放電特性、サイクル寿命に関し
ては大きな差が認められる。１Ｃ／０．２Ｃ容量比率で
は本実施例の９０％以上に対して従来型は８０％程度で
ある。サイクル寿命においても、活物質とパンチングメ
タルとの密着性が悪く、剥離現象と共に放電容量に低下
が見られる。

【００４０】この結果より、本発明の様に金属板を孔周
囲にバリを有する立体的な構造（波形状構造）の金属多
孔体に加工した場合、バリを含めた見掛け上の厚さＴ
（μｍ）と元の金属板（箔）の厚さｔ（μｍ）の比率が
４≦Ｔ／ｔ≦４０（但し、６００≦Ｔ（μｍ）≦２１０
０、３０≦ｔ（μｍ）≦１５０）の範囲が最も実用的で
ある。この関係式を図１１に示す。図中実線で包囲して
いる部分が実用上望ましい範囲である。

【００４１】また、波形状金属多孔体の見掛け上の厚さ
Ｅ（ｍｍ）とその両面に活物質を塗着した状態で加圧前
の電極厚さＳ（ｍｍ）との比率が１．０≦Ｓ／Ｅ≦２．
０の範囲が実用上適用可能である。なお、３５％圧縮時
の電極基板の厚さが０．６５〜１．３ｍｍの場合の１例
として、電極加圧前の厚さ比率Ｓ／Ｅ値と高率放電特性
の関係を図１２に示す。この場合には圧縮率を３５％と
したがその圧縮率（１−加圧後の厚さ／加圧前の厚さ
）×１００％で表示）と放電時の中間端子電圧の関係
を図１３に示す。

【００４２】表２，３に示す様な実験結果から、圧縮率
は２５〜４５％が実用上最も適した範囲と言える。ま
た、波形状金属多孔体の開孔率は活物質と金属多孔体と
の密着性に大きく関係し、この値が小さいと両者の接触
抵抗が大きく、また、この値が大き過ぎると電極強度が
弱く、集電能力も乏しくなり実用上好ましくない。そこ
で、活物質の利用率、サイクル寿命などから、金属多孔
体の開孔率は３０〜６０％の範囲が望ましい。この関係
は図１４に示す通りである。

【００４３】図１１においてもＴ／ｔが４未満であれば
金属多孔体の立体構造の見掛け上の厚さが小さく、従来
型の安価なパンチングメタルと比較して大差がない。一
方、Ｔ／ｔが４０を越えると波形状金属多孔体の製作が
困難となり実用的でない。また、図１２においては、Ｓ
／Ｅが１．０未満であれば金属多孔体表面のバリによっ
て、短絡現象を発生させる度合いが高くなり信頼性の面
から不適当である。一方、２．０を越えると電極自体が
厚くなり、金属多孔体の波形状ネットワークが全体に広
がらず、電極自体の集電能力が低下する。図１３の圧縮
率に関しては２５％未満であれば、活物質と波形状金属
多孔体との密着性が不十分でしかも電極強度も弱く、高
率放電特性も悪くなり、またサイクル寿命も短くなる。
一方、４５％を越えると電極自体が加圧され過ぎて、波
形状金属多孔体の構造破壊とともに、低多孔度となり、
活物質が十分作用せず、電極としての耐久性に欠けると
いう問題点を発生する。

【００４４】この様に適切な条件を選択して電極、電池
を構成すれば、厚さの方向に対する電子伝導性が確保さ
れ、大電流放電における放電容量低下が少なく、長寿命
化が達成されたものと考えられる。

【００４５】波形状金属多孔体の材質としては耐アルカ
リ性の金属が好ましく、ニッケル、ニッケル合金、ある
いは鉄基体にニッケル、コバルト、銅、亜鉛の１種以上
でメッキした構成のものがよい。

【００４６】この波形状金属多孔体は穿孔部周囲にバリ
を形成させているが、電極製作時には加圧工程を加える
ので、電極の塗着層内部にある金属多孔体のバリの先端
部が屈曲し、電極間での短絡は防止される。したがっ
て、加圧工程を加えると問題はないが、しかし前もって
金属多孔体のバリ（突起物）先端を屈曲しておくとさら
に短絡現象に関わる信頼性は向上する。この時の波形状
金属多孔体の構造を図１５（ａ），（ｂ）に示す。図中
２３はそのバリ先端の屈曲部を示す。

【００４７】以上の結果により、塗着式ニッケル電極を
構成する波形状の電極支持体として、金属板（箔）を開
孔し、故意にバリを形成させた立体構造の金属多孔体を
使用することにより、電極の電子伝導性を向上するとと
もに活物質層の剥離現象を抑制し、放電特性とサイクル
寿命特性の優れた電池を構成することができる。穿孔方
向は、金属板の片側からでも効果は認められるが、両側
から穿孔した方が電極の骨格となる部分が中央に配置さ
れるため、電池特性に対して有利になる。また、開口さ
れた孔の大きさに関して、小さくした場合は元の金属板
の厚さに比べ、見かけ上の厚さが大きくなりにくく、本
発明の効果が小さくなる。逆に大きくした場合は、隣接
する孔間の距離が長くなり、電子電導性の向上に寄与す
る度合いが小さくなり、さらには電極活物質の保持力の
低下を起こすことになり、円形の場合は直径を０．２〜
２ｍｍ、矩形またはこれに類似の形状の場合は一辺の長
さを０．２〜２ｍｍの範囲にすると本発明の効果が大き
いことがわかった。

【００４８】以上にように、本発明は塗着式ニッケル電
極を構成する場合の電極支持体として平面状のパンチン
グメタルに比べ、電池特性を向上させることが可能にな
り、しかも一般的に三次元構造を有する発泡状ニッケル
多孔体、繊維状ニッケルをフェルト状に加工したものな
どに比べて１／３〜１／５程度まで安価に作製すること
ができ、電極コストの低廉化が可能になる。さらに、実
施例においては塗着式ニッケル電極について記載した
が、その他の塗着式電極が可能な、例えばアルカリ蓄電
池用の亜鉛電極、カドミウム電極、鉄電極など、あるい
は鉛蓄電池用の酸化鉛電極、リチウム２次電池のリチウ
ム複合酸化物電極やカーボン電極、空気−亜鉛電池のカ
ーボン電極などパンチングメタル、エキスパンドメタ
ル、格子、金属ネット、ラス板など電極支持体として使
用されている所に本発明の波形状金属多孔体が使用でき
る。特に電極をうず巻き状とする電池に適している。

【００４９】〔実施例２〕実施例１と同様の方法によ
り、金属板あるいは金属箔を両側より穿孔させ、故意に
バリを形成した波形状の金属多孔体を作製し、この波形
状の金属多孔体の両面に水素吸蔵合金のペースを塗着し
た後、ステンレス鋼製のスリットを通過させてペースト
塗着体を一定厚さに調整した後、乾燥工程を通してから
ローラープレスを行い、厚みが０．５７〜０．６０ｍｍ
の塗着式水素吸蔵合金負極を作成した。次に、これら
の水素吸蔵合金電極を３８ｍｍ×２５０ｍｍの大きさに
裁断した。こうして得られる負極中に含まれる水素吸蔵
合金量より算出される電気化学的放電容量は４４２０〜
４５５０ｍＡｈの範囲になる。

【００５０】ここで使用した金属多孔体は実施例１の図
７に示す様に波形状金属多孔体１１の波形方向に長尺状
とし、この方向に対して平行に電極をうず巻き状に巻回
して行き、図９に示す様な円筒密閉型蓄電池（ニッケル
−水素電池）を構成した。また、図８に示す様な金属多
孔体１１の周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部１２，
１３を設ける事も行った。

【００５１】これらの水素吸蔵合金負極と負極の特性が
わかる様に長寿命な公知の焼結型ニッケル正極およびポ
リアミド樹脂からなるセパレータとを組み合わせて公称
容量２．４Ａｈの単２型の円筒密閉型蓄電池を構成し
た。したがって、電極板としてカドミウム電極の代わり
に水素吸蔵合金電極を用いた以外、電池構成、試験方法
は実施例１と殆ど同じである。こうして表１の中に示す
金属多孔体ｖ，ｗ，ｘより得られる水素吸蔵合金負極を
用いた電池Ｖ，Ｗ，Ｘを作製した。これらの結果を表４
に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】ここで、金属多孔体の穿孔部の形状は略矩
形とし、搬送方向とローラープレス方向を金属多孔体の
波形方向に対して直角方向にした場合について試験を試
みた。使用した水素吸蔵合金の組成としては一般に公表
されているＭｍＮｉ_3.6Ｃｏ _0.7Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3系合
金を用いた。ニッケル正極は負極性能が判別できる様に
サイクル寿命に優れた焼結型電極を用いた。

【００５４】本実施例の中で電池Ｖ，Ｗ，Ｘにおいて、
負極に使用した水素吸蔵合金の容量は２３０ｍＡｈ／ｇ
以上で電池を構成し、実質放電容量は焼結型正極の容量
によって規制される。よって初期容量は従来型電池Ｙと
大差ない。しかし、放電電流値が１Ｃ、２Ｃと大きくな
ると、本発明の金属多孔体と従来型のパンチングメタル
に差を生じている。高率放電になると本発明の電池では
容量比率１Ｃ／０．２Ｃ、２Ｃ／０．２Ｃ、各々、９
３．１〜９５．１％、９０．３〜９１．５％に対して従
来型の電池では容量比率１Ｃ／０．２Ｃ、２Ｃ／０．２
Ｃ、各々８５．３％、７８．５％と８〜１０％、１１．
５〜１３％程低下している。また３００、５００サイク
ル目の放電容量も実施例１の正極程ではないが大きく低
下している。この原因としては厚さ方向への電子伝導性
が従来型電池の方が劣っており、パンチングメタルと水
素吸蔵合金間の抵抗が大きく、集電能力が低くなったも
のと考えられる。本発明の電池では水素吸蔵合金と波形
状金属多孔体との間で集電作用が働き、容量低下、電圧
低下が少ない。この様に波形状金属多孔体をその波形方
向に巻回する事によって、金属多孔体の亀裂等もなく、
量産性、生産性に優れたニッケル・水素電池を作製する
事ができる。

【００５５】〔実施例３〕波形状金属多孔体の両面に活
物質または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成する電池用
塗着式電極を、その製造例の１例として次の様にして製
造した。まず、長尺帯状の金属多孔体としては金属板ま
たは金属箔を両面より穿孔し、その穿孔された孔周囲に
形成されるバリによって波形状に形成されたものを用意
し、この長尺帯状の金属多孔体をその波形方向に対して
平行方向あるいは直角方向に搬送して、活物質または水
素吸蔵合金粉末を塗着させた。金属多孔体の波形方向に
対して直角方向に搬送する例を図１６（ａ）に示す。ま
た、金属多孔体の両側周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿
孔部を設けて搬送する例を図１６（ｂ）に示す。とくに
金属多孔体の波形方向と平行方向に搬送する場合には図
１６（ｂ）の様に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設けた
方が良い。この様な構造で搬送すれば工程上トラブルも
なく、均質な厚さに活物質や水素吸蔵合金粉末を塗着す
る事ができる。

【００５６】〔実施例４〕波形状金属多孔体の両面に活
物質または水素吸蔵合金粉末を塗着し、電池用塗着式電
極を製造する方法として、長尺帯状あるいは短尺状に構
成された金属多孔体を用いた。その金属多孔体は金属板
または金属箔を両側より穿孔して、その穿孔された孔周
囲に形成されるバリによって波形状に形成されたもの
で、この波形状に穿孔された金属板または金属箔の両面
に活物質または水素吸蔵合金粉末からなる塗着層を備え
る様にし、この金属多孔体の波形方向に対して直角方向
に搬送して１回以上ローラープレス、またはローラーの
表面が凹凸形状であるエンボスローラープレスを行っ
た。その構成を図１７に示す。図１７（ａ）は金属多孔
体の波形方向に対して直角方向に搬送して１回以上ロー
ラープレスを行った場合である。また、図１７（ｂ）は
同じく金属多孔体の両側周辺部に補強用の無穿孔部ある
いは加圧穿孔部を設けて搬送してエンボスローラープレ
スを行った場合である。金属多孔体の周辺部に補強用の
無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設ける場合には金属多孔
体の波形状方向に対して平行方向に搬送し、ローラープ
レスを行ってもよい。補強部がない金属多孔体は１回以
上のローラープレス時に大きく伸長し、波形状の立体構
造が減少し、見掛け上の厚さが減少し、電極特性が著し
く低下する。

【００５７】この様に長尺状金属多孔体の両面に活物
質、または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させた長尺
帯状電極基板に対して、金属多孔体の波形方向に対して
平行方向に、しかもその平行方向が長尺方向側になる様
に切断して電極を製造した。そして、その波形方向に対
して平行方向に巻回して、円筒密閉型電池を構成した。
図１８はその１例であって、波形状金属多孔体の周辺部
に補強用の無穿孔部や加圧穿孔部を有する場合であっ
て、この部分を集電用としてリード板を固定する事がで
きる。〔実施例５〕波形状金属多孔体の両面にペースト状の活
物質あるいは、水素吸蔵合金粉末を塗着する方法として
２種類について実施した。１つは波形状金属多孔体を下
から上に搬送して塗着する方法と上から下に搬送して塗
着する場合である。

【００５８】その実施例の１つとして、長尺帯状金属多
孔体の波形方向に対して平行に搬送した。金属多孔体は
補強用にその周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を帯
状に設けた。

【００５９】まず、図１９に示す様に、搬送用ローラー
２４、２５、２６で補強用の無穿孔部１２を設けた金属
多孔体１１を波形状方向と平行に搬送した。ペースト状
活物質あるいは水素吸蔵合金粉末４を内蔵した容器３０
内を通し、金属多孔体１１の両面に塗着層を形成し、ス
リット２７で厚さを調整しつつ乾燥機２８の中を通過さ
せた。さらに塗着層を有する金属多孔体は適切な厚さに
ローラープレスで加圧した。２９は蛇行防止用の治具で
ある。

【００６０】次の実施例として、長尺帯状金属多孔体の
波形方向に対して直角に搬送した。金属多孔体の補強用
にその周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を帯状に設
けた。図２０に示す様に、搬送用ローラー２４、２５、
２６で補強用の無穿孔部１２を設けた金属多孔体１１を
波形状方向と直角に搬送した。ペースト状活物質あるい
は水素吸蔵合金粉末４を内蔵した容器３０内を通し、金
属多孔体１１の両面に塗着層を形成し、スリット２７で
厚さを調整しつつ乾燥機２８の中を通過させた。さらに
厚さ測定器３１で電極体の厚さを制御した。これを検出
して、塗着層を有する金属多孔体を適切な厚さにエンボ
スローラープレスで加圧した。

【００６１】本発明の波形状金属多孔体を用いた電池特
性は従来型のパンチングメタルを用いた電池より優れて
いる。この事からニッケル正極として焼結式ニッケル電
極および発泡状ニッケル多孔体に電極活物質を充填した
ニッケル電極より安価となる。したがって本発明は電極
を構成する材料、とくに電極支持体である金属多孔体を
安価に作製できる特徴を有している。また、電極で電池
を構成する製法において生産性、量産性にも優れてい
る。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属板ま
たは金属箔を両側より穿孔して、その穿孔された孔周囲
に形成されるバリによって波形状に形成された波形状金
属多孔体を使用することにより、電極の剥離現象を抑制
し、厚さ方向に対する電子伝導性を向上することができ
る。これにより、高率放電特性およびサイクル寿命特性
の向上が可能になる。また、波形状金属多孔体の波形方
向を平行方向に巻回すると、不良品がなく、効率よく製
造することができる。また、従来のパンチングメタルよ
り優れた電池特性が得られることにより、現在使用され
ている焼結式電極や発泡メタル式電極より電極コストの
低廉化を図ることができる。しかも生産性、量産性に優
れており、工数コストも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いた金属多孔体を得るための
金型の例を示す縦断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の実施例における金属
多孔体の構成例を示す縦断面図と波形状構造の概念図で
ある。

【図３】本発明の実施例における金属多孔体の開孔部形
状（上面透影）図である。

【図４】本発明の実施例における金属多孔体の縦断面
（図３のａ−ａ´縦断面）の概念構成図である。

【図５】本発明の実施例における電極の縦断面図であ
る。

【図６】従来のパンチングメタルの平面図である。

【図７】本発明の実施例における電極の巻回方向を示す
波形状金属多孔体の構造図である。

【図８】本発明の実施例における電極の巻回方向を示す
波形状金属多孔体（周辺部に無穿孔部、加圧穿孔部付）
の構造図である。

【図９】本発明の実施例に用いた円筒密閉型電池の縦断
面略図と巻回型の電極の構成図である。

【図１０】本発明の実施例における金属多孔体の各種開
孔部形状（上面透影）図である。

【図１１】元の金属板（箔）厚さｔと波形状金属多孔体
の見掛け上の厚さＴの比率Ｔ／ｔを表示した図である。

【図１２】波形状金属多孔体の見掛上の厚さＥとその両
面に活物質を塗着した加圧前の電極の厚さＳとの比率Ｓ
／Ｅ値と高率放電容量の関係を示した図である。

【図１３】電極の圧縮率と放電時の中間端子電圧の関係
を示した図である。

【図１４】金属多孔体の開口率と利用率、サイクル寿命
の関係を示した図である。

【図１５】（ａ），（ｂ）は本発明の実施例におけるバ
リ（突起物）先端を屈曲した波形状構造の金属多孔体の
拡大図と波形状構造の概念図である。

【図１６】本発明の実施例における搬送用長尺帯状金属
多孔体の構造と搬送方向を示す図である。

【図１７】本発明の実施例における長尺帯状、短尺状金
属多孔体のローラープレス方向を示す概念構成図であ
る。

【図１８】本発明の実施例における長尺帯状電極基板の
切断方向を示す概念構成図である。

【図１９】本発明の実施例における長尺帯状金属多孔体
の両面に下から上に搬送して塗着層を形成させる製法を
示す工程図である。

【図２０】本発明の実施例における長尺帯状金属多孔体
の両面に上から下に搬送して塗着層を形成させる製法を
示す工程図である。

【符号の説明】

１金属板または金属箔２孔３バリ４活物質あるいは水素吸蔵合金粉末５下型６ポンチ７上型８凹部９ニッケル板１０孔１１波形状金属多孔体 12,13 無穿孔部あるいは加圧穿孔部１４カドミウム負極１５ニッケル正極１６セパレータ１７ケース（−）負極端子１８キャップ（＋）正極端子１９安全弁２０封口板２１絶縁リング２２絶縁板２３バリ（突起物）先端の屈曲部 24,25,26 長尺帯状金属多孔体の搬送用ローラー２７スリット２８乾燥機２９蛇行防止用器具３０ペースト内蔵容器３１厚さ測定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻政人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属多孔体と、その両面に形成した活物
質または水素吸蔵合金粉末の塗着層からなる塗着式電極
であって、前記金属多孔体は、金属板または金属箔を両
側より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバ
リによって波形状に形成されたものであり、この金属多
孔体をその波形方向に対して平行方向に巻回して電極に
構成した事を特徴とする電池用塗着式電極。
【請求項２】前記波形状に穿孔した金属板または金属
箔からなる金属多孔体の周辺部分に集電用の無穿孔部分
あるいは加圧穿孔部分を設けてなる請求項１記載の電池
用塗着式電極。
【請求項３】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体を長尺帯状に構成してな
る請求項１または２記載の電池用塗着式電極。
【請求項４】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の見掛け上の厚さＴと穿
孔する前の金属板または金属箔の厚さｔの比率が４≦Ｔ
／ｔ≦４０（但し、６００≦Ｔ（μｍ）≦２１００、３
０≦ｔ（μｍ）≦１５０）の範囲である請求項１乃至３
の何れかに記載の電池用塗着式電極。
【請求項５】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の見掛け上の厚さＥとそ
の両面に活物質あるいは水素吸蔵合金粉末を塗着した状
態で加圧前の電極厚さＳの比率が１．０≦Ｓ／Ｅ≦２．
０の範囲である請求項１乃至４の何れかに記載の電池用
塗着式電極。
【請求項６】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の両面に活物質または水素
吸蔵合金粉末を塗着した電極基板をさらに圧縮し、その
圧縮率が２５〜４５％（但し、圧縮率は（１−加圧後の
厚さ／加圧前の厚さ）×１００％で表示）の範囲である
請求項１乃至５の何れかに記載の電池用塗着式電極。
【請求項７】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の開孔率が３０〜６０％の
範囲である請求項１乃至６の何れかに記載の電池用塗着
式電極。
【請求項８】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体のバリ先端部の一部分を屈
曲した突起物構造とした請求項１乃至７の何れかに記載
の電池用塗着式電極。
【請求項９】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の材質がニッケルあるいは
鉄基板にニッケル、コバルト、銅、亜鉛、の１種類以上
をメッキした構成である請求項１乃至８の何れかに記載
の電池用塗着式電極。
【請求項１０】前記波形状に穿孔したバリ付金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の穿孔形状が正方形、長
方形、菱形、その他の多角形、円形、楕円形の１種類以
上およびその類似形状である請求項１乃至９の何れかに
記載の電池用塗着式電極。
【請求項１１】長尺帯状に構成された金属多孔体の両
面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させ
て巻回する電池用塗着式電極の製造方法であって、前記
長尺帯状の金属多孔体は金属板または金属箔を両側より
穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリによ
って波形状に形成されたものであり、この長尺帯状の金
属多孔体をその波形方向に対して平行方向あるいは直角
方向に搬送して、活物質または水素吸蔵合金粉末を塗着
させる事を特徴とする電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１２】前記長尺帯状金属多孔体の周辺部に補
強用として無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設ける様にし
た請求項１１記載の電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１３】前記活物質または水素吸蔵合金粉末か
らなる塗着層を備えた長尺帯状の金属多孔体をその波形
方向に対して平行方向に、しかもその平行方向が長尺方
向側になる様に切断する様にした請求項１１または１２
記載の電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１４】長尺帯状あるいは短尺状に構成された
金属多孔体の両面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗
着層を形成させて巻回する電池用塗着式電極の製造方法
であって、前記金属多孔体は金属板または金属箔を両側
より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリ
によって波形状に形成されたものであり、この前記波形
状に穿孔された金属板あるいは金属箔の両面に活物質ま
たは水素吸蔵合金粉末からなる塗着層を設け、この金属
多孔体をその波形方向に対して直角方向に搬送して１回
以上ローラープレスを行う事を特徴とする電池用塗着式
電極の製造方法。
【請求項１５】長尺帯状あるいは短尺状に構成された
金属多孔体の両面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗
着層を形成させて巻回する電池用塗着式電極の製造方法
であって、前記金属多孔体は金属板または金属箔を両側
より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリ
によって波形状に形成されたものであり、この長尺帯状
あるいは短尺状の金属多孔体の周辺部分に無穿孔部ある
いは加圧穿孔部を設けるとともに両面に活物質または水
素吸蔵合金粉末からなる塗着層を設け、この金属多孔体
をその波形方向に対して、直角方向あるいは平行方向に
搬送して１回以上ローラープレスを行う事を特徴とする
電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１６】長尺帯状に構成された金属多孔体の両
面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させ
て巻回する電池用塗着式電極の製造方法であって、前記
長尺帯状の金属多孔体は金属板または金属箔を両側より
穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリによ
って波形状に形成されたものであり、前記長尺帯状の金
属多孔体の周辺部分に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設
け、波形方向に対して直角方向あるいは平行方向に、し
かも下方から上方へ、あるいは上方から下方への搬送の
いずれかによって、ペースト状の活物質または水素吸蔵
合金粉末を前記金属多孔体の両面に塗着させる事を特徴
とする電池用塗着式電極の製造方法。