JPH0963575A

JPH0963575A - 電池用極板の製造方法

Info

Publication number: JPH0963575A
Application number: JP7222116A
Authority: JP
Inventors: Teruyoshi Uchida; 輝義内田; Kenji Otsuka; 健司大塚; Hitoshi Shiyou; 仁尚
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】集電タブとの溶接信頼性が高い電池用極板の
製造方法を提供する。【解決手段】この電池用極板の製造方法は、３次元網
状構造を有する集電基体１の表面のうち、集電タブを溶
接すべき個所を厚み方向に部分的に圧縮して圧縮部２を
形成する工程；集電基体に活物質ペーストを充填したの
ち乾燥処理を施す工程；前記圧縮部が圧延されないよう
な圧延処理を施して所定の厚みに成形する工程；および
前記圧縮部に存在する活物質ペーストを超音波除去する
工程；を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池用極板の製造方
法に関し、更に詳しくは、集電基体が３次元網状構造を
有する電池用極板であって、集電タブを溶接して取付る
ときに、当該集電タブの溶接不良を起こすことがなく、
集電タブとの間で信頼性の高い溶接強度を実現すること
ができる電池用極板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電子機器の駆動電源としては、例え
ば、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池の
ようなアルカリ二次電池が広く用いられている。このア
ルカリ二次電池は、通常、負極端子も兼ねる導電性の有
底缶体に注液された所定のアルカリ電解液の中に正極板
と負極板とがセパレータを介して配置され、全体が密閉
構造になっている。

【０００３】ここで、組み込まれる正極板または負極板
は、導電性の集電基体に電池反応を進行させるための活
物質の所定量を担持させて構成されている。例えば、ニ
ッケル・水素電池の正極板の場合、集電基体には活物質
として水酸化ニッケルが担持されている。その場合、集
電基体への活物質の担持量が多いほど、その極板を組み
込んだ電池の容量は高くなる。観点を変えれば、電池の
小型化、薄型化を実現するためには、仮に集電基体の形
状が小型・薄型であっても、そこに活物質が多量に担持
されていればよいことになる。

【０００４】このようなことから、最近では、例えば発
泡体状の金属多孔板や金属不織布のように、通常、空隙
率が９０〜９７体積％であり、また空孔の径が１００μ
ｍ以上である３次元網状構造を有する集電基体が使用さ
れはじめている。この集電基体の場合、空隙率が上記し
たように非常に大きいので単位体積当りの活物質の担持
量を多くすることができ、また空孔径も大きいので、活
物質を集電基体の内部にまで充填して担持させる作業が
行いやすいという利点がある。

【０００５】このような集電基体に所望の活物質を担持
させる場合には、概ね、次のような方法が採用されてい
る。それを、ニッケル極板の場合について説明する。ま
ず、活物質である水酸化ニッケルの粉末と導電材である
ニッケル粉末との所定量を混合し、これを例えばカルボ
キシメチルセルロースを溶解する増粘剤水溶液と混練し
て粘稠な活物質ペーストを調製する。ついで、この活物
質ペーストの所定量を、塗布、真空含浸、圧入などの方
法で例えば発泡ニッケル板のような集電基体の空隙部に
充填したのち乾燥して、活物質ペーストに含有されてい
た水分を除去する。かくして、水分が除去された活物質
ペーストは固く凝固した状態で集電基体の空隙部を埋
め、またその表面に付着して担持される。このとき、凝
固状態で担持されている活物質には、除去された水分の
痕跡が微細空孔として残存している。

【０００６】その後、全体に例えばロール圧延を行っ
て、所定の厚みにまで成形して薄くする。このとき、前
記した活物質の凝固体内の微細空孔も圧潰されるので活
物質の全体は高密度化し、また集電基体も押しつぶされ
て高密度化することにより、活物質は稠密に担持され、
ここに高硬度の極板が得られる。ところで、上記した極
板を電池に組み込んでニッケル極として機能させる場合
には、電池反応によって得られた電気量を系外に取り出
すために当該極板に集電タブを取付けることが必要であ
る。

【０００７】しかしながら、３次元網状構造を有する集
電基体に活物質が担持されている上記極板の場合、抵抗
溶接法で、その極板に集電タブを直接溶接して取付ける
ことはできない。集電基体の空隙部や表面に担持されて
いる活物質は、通常、不導体であるかまたは電導度が非
常に小さいものであるため、そのままでは抵抗溶接が不
可能であるからである。

【０００８】したがって、この極板へ集電タブを抵抗溶
接するためには、集電タブを溶接すべき個所の極板部分
を、活物質が担持されていない状態にすることが必要と
なる。このような状態を実現するために、従来から、大
別して次のような方法が採用されている。ひとつは、集
電基体に活物質ペーストを充填するときに、集電基体に
対しては、集電タブを溶接すべき個所に活物質ペースト
を充填しないような処置を施すことであり、他の方法
は、集電タブを溶接すべき個所に充填されている活物質
ペーストを集電タブの溶接作業の前段で除去する方法で
ある。

【０００９】前者の方法には、例えば、特開昭５７−８
０６７２号公報に開示されているような方法がある。こ
の方法では、３次元網状構造を有する集電基体の表面の
うち、集電タブを溶接すべき個所だけを予め厚み方向に
選択的に圧縮して薄くする。通常、最初の厚みの１／１
０よりも薄くなる厚みにまで圧縮する。その結果、圧縮
された個所では空隙部が押しつぶされて空隙率が極めて
小さくなり、事実上、３次元網状構造ではない高密度部
が形成される。

【００１０】ついで、全体に活物質ペーストの充填処理
を行う。活物質ペーストは上記した高密度部の内部には
充填されず、高密度部以外の３次元網状構造の部分にの
み充填される。ついで、乾燥処理を行ったのち全体に圧
延処理を行なって所定の厚みに成形し、その後、前記し
た高密度部の表面に付着している乾燥活物質を例えばブ
ラッシングにより除去して、当該高密度部の表面を露出
させ、ここに、集電タブを抵抗溶接する。

【００１１】しかしながら、この方法の場合には次のよ
うな問題がある。まず、３次元網状構造の集電基体を最
初の厚みの１／１０よりも薄くなるまで圧縮して高密度
部を形成すると、その高密度部の機械的強度は、圧縮前
の値に比べて非常に小さくなる。そのため、集電タブの
抵抗溶接を行うに際し、前記した高密度部の表面に付着
している乾燥活物質をブラッシングして除去するとき
に、高密度部は強く擦られて破損してしまい、集電タブ
の抵抗溶接を行うことができなくなる場合がある。

【００１２】また、乾燥処理を行ったのちに全体の厚み
を所定の厚みにまで成形するために圧延処理を行うと、
前記した高密度部の伸び量に比べてその個所以外の３次
元網状構造の部分の伸び量の方が大きくなる。そのた
め、後者の厚みが目的の厚みになるように圧延処理を行
ったときに、高密度部は後者に引張られることにより、
前記した選択的な圧縮によって既に強度低下を起こして
いた当該高密度部はその強度低下が一層加速されること
になる。そして、このような状態になっている高密度部
の表面に対し乾燥活物質のブラッシングによる除去を行
うと、その高密度部は一層破損しやすくなる。また、３
次元網状構造の部分の伸び量を適正に調節して高密度部
への引張り力が小さくなるような圧延処理を行うと、今
度は逆に、高密度部はほとんど伸びずに元のままの形状
にとどまるため、圧延処理後には、当該高密度部が波打
ち状態を呈する。このような平坦でない表面状態の高密
度部に集電タブを抵抗溶接しても溶接は確実に行えず、
溶接強度が大きく高信頼性の溶接部を形成することは困
難である。

【００１３】更に、この方法の場合、集電タブを抵抗溶
接するまでに至る工程は複雑であり、しかも、高密度部
の表面から乾燥活物質を完全に除去することはかなり困
難で、少量ではあれ抵抗溶接にとって不都合な乾燥活物
質の残存することがあり、そのため、抵抗溶接後に不良
品が発生しやすく、生産性も低いという問題がある。次
に、後者の方法としては、例えば、特開平２−１８６５
５７号公報に開示されている方法がある。

【００１４】この方法は、スポンジ状ニッケルのような
電極基体の孔の中に活物質を担持したのち、集電タブが
溶接されるべき個所を超音波ホーンで加圧してそこに超
音波振動を与え、当該個所に担持されている活物質を除
去するという方法である。その場合、活物質の除去に関
しては、全体の圧延処理に先立って、集電タブを溶接す
べき個所に充填・乾燥されている活物質を選択的に除去
するという方法と、全体の圧延処理を行ったのちに、集
電タブを溶接すべき個所の活物質を超音波除去するとい
う方法とが開示されている。

【００１５】これらの除去方法のうち前者の場合、活物
質の除去は容易である。しかし、活物質が除去された個
所（集電タブを溶接すべき個所）と活物質が除去されて
いない個所との圧延処理時における伸び量は異なるの
で、全体の圧延処理を終了した時点では、特開昭５７−
８０６７２号公報に開示されている方法の場合と同じ理
由で集電タブを溶接すべき個所の機械的強度が低下した
り、また波打ち現象が起こるようになる。

【００１６】また、全体の圧延処理を行ったのちに活物
質を超音波除去するという後者の方法の場合、全体の圧
延処理後にあっては、活物質と集電基体とは強固に一体
化しているため、活物質を超音波振動で集電基体から完
全に除去することは非常に困難である。したがって、集
電タブの抵抗溶接は困難になる。そして、印加する超音
波振動のパワーを高めると、活物質の除去効果は向上す
るものの、他方では集電基体それ自体が損傷するように
なり、その結果、集電タブの溶接部の強度低下が起こ
り、溶接個所の信頼性は低下してしまう。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、集電基体が
３次元網状構造を有する電池用極板を製造する際におけ
る上記した問題を解決し、集電タブとの抵抗溶接を確実
に行うことができ、しかも溶接強度は大きく、高い信頼
性を備えている電池用極板の製造方法の提供を目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、３次元網状構造を有する集
電基体の表面のうち、集電タブを溶接すべき個所を厚み
方向に部分的に圧縮して圧縮部を形成する工程（以下、
第１工程という）；集電基体に活物質ペーストを充填し
たのち乾燥処理を施す工程（以下、第２工程という）；
前記圧縮部が圧延されないような圧延処理を施して所定
の厚みに成形する工程（以下、第３工程という）；およ
び、前記圧縮部に存在する活物質ペーストを超音波除去
する工程（以下、第４工程という）；を備えていること
を特徴とする電池用極板の製造方法が提供される。

【００１９】本発明方法の場合、第１工程で形成される
圧縮部は、従来のように、活物質ペーストが充填できな
いほど緻密な状態に押しつぶされていない。したがっ
て、この圧縮部の空隙率は、圧縮されていない集電基体
の他の部分の空隙率よりは小さいが、しかしなお、活物
質ペーストは充填可能な状態の空隙率になっている。そ
して、第２工程で活物質ペーストの充填処理を行うと、
前記圧縮部にもそれ以外の非圧縮部（３次元網状構造の
ままの部分）にも活物質ペーストが充填されるが、圧縮
部への充填量は非圧縮部への充填量よりも少なくなる。

【００２０】そして、第３工程の圧延処理では、前記し
た圧縮部は圧延されず、他の非圧縮部のみが所定の厚み
にまで圧延される。そのため、非圧縮部では活物質と集
電基体が強固に一体化するが、前記圧縮部では一体化し
ない。そのため、第４工程で上記圧縮部に超音波ホーン
を加圧して超音波振動を印加すると、集電基体を損傷す
ることなくこの圧縮部から活物質を確実に除去すること
ができる。したがって、その後に行う集電タブの抵抗溶
接は円滑に進行する。なお、このとき、圧縮部は超音波
ホーンで加圧されるので、圧延処理時に圧縮部と他の個
所との伸び量の相違によって発生することもある圧縮部
の波打ち状態は矯正され、集電タブの抵抗溶接における
信頼性が高まる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、第１工程によって、３次
元網状構造を有する厚みｔ₀の集電基体１の表面のう
ち、集電タブを溶接すべき個所を前記集電基体１の厚み
方向に部分的に圧縮して厚みｔ₁の圧縮部２を形成した
状態を示す斜視図である。この場合、圧縮部２の密度
は、集電基体１の密度のｔ₀／ｔ₁倍の密度になってい
る。すなわち、圧縮部２の密度は集電基体１の密度に比
べて（ｔ₀／ｔ₁−１）だけ大きくなっていて、圧縮部
２は他の個所よりも緻密化している。

【００２２】ここで、集電基体１としては、３次元網状
構造を有するものであれば従来から電池用極板に用いら
れているものを全て使用することができる。例えば、発
泡ニッケル板や金属不織布などをあげることができる。
この第１工程で形成する圧縮部２の厚みｔ₁は、集電基
体１の厚みｔ₀の１０〜５０％となるような厚みに設定
することが好ましい。

【００２３】この厚みｔ₁が集電基体１の厚みｔ₀の１
０％に相当する厚みよりも薄くなるように圧縮すると、
形成された圧縮部２の空隙部はほとんど圧潰して全体と
しては緻密な組織になるため、次の活物質ペーストの充
填過程で当該圧縮部には活物質ペーストはほとんど充填
されなくなる。そのため、後述の圧延工程では、従来の
場合と同じように、圧縮部２と非圧縮部（活物質ペース
トが充填されている個所）との伸び量の相違によって、
当該圧縮部の強度低下や波打ち現象などが生じやすくな
る。

【００２４】逆に、この厚みｔ₁が集電基体１の厚みｔ
₀の５０％に相当する厚みよりも厚い場合は、いまだ圧
潰しない空隙部が多量に存在しているので、活物質ペー
ストの充填工程でこの圧縮部２にも多量の活物質ペース
トが充填される。そして、後述の圧延工程で、全体の厚
みを目的の厚みにまで圧延するときに、この圧縮部も圧
延されてしまい圧延後の圧縮部２では、乾燥活物質と集
電基体とは他の個所の場合と同じように強固に一体化し
てしまうため、この圧縮部の乾燥活物質を超音波除去す
ることが困難になり、圧縮部の損傷が起こりやすくなる
という傾向が現れてくる。

【００２５】第２工程では、図１で示した集電基体に活
物質ペーストが充填されたのち乾燥処理が施される。こ
の過程で、活物質ペーストは、前記した圧縮部２にも充
填される。しかし、圧縮部２は他の個所（非圧縮部）に
比べて高密度化しているので、活物質ペーストの充填量
は非圧縮部におけるよりも少なくなる。

【００２６】充填された活物質ペーストに乾燥処理が施
されたのち、次の第３工程で圧延処理が施され、目的の
厚み（ｔ）に成形される。このとき、圧縮部は圧延され
ない。すなわち、図２で示したように、圧延処理後の厚
みｔは、ｔ≧ｔ₁の関係が満足するように圧延される。
したがって、圧縮部２は厚み方向に圧下されることはな
いので、乾燥活物質と集電基体が強固に一体化するとい
う事態は起こらない。

【００２７】そして最後に、第４工程として、圧縮部２
に超音波ホーンを加圧して超音波を印加し、圧縮部２の
内部または表面に担持されている乾燥活物質が除去され
る。このとき、第３工程の圧延処理時に圧縮部２は圧下
されていないので、第２工程で充填され乾燥処理を受け
た活物質は集電基体と強固に一体化していないため、集
電基体を損傷することなく圧縮部２から乾燥活物質を容
易に除去することができる。

【００２８】このようにして活物質が除去された圧縮部
に集電タブを抵抗溶接して目的とする極板が製造され
る。しかし、活物質が除去されたこの圧縮部は完全に緻
密な構造ではなく、若干の空隙率を有する多孔構造であ
るため、図３で示すように、圧縮部を更に圧縮して厚み
ｔ₂（ｔ₂＜ｔ₁）の緻密な板状にしたのち、ここに集
電タブを抵抗溶接すると、溶接強度は一層大きくなり、
高い信頼性を備えた極板にすることができる。

【００２９】

【実施例】

実施例１面密度が６２５ｇ／ｍ²、厚みｔ₀が1.０ｍｍである発
泡ニッケル板を用意した。この発泡ニッケル板１の表面
のうち、集電タブを溶接すべき個所に対してプレス加工
し、図１で示したように、縦3.５ｍｍ、横3.５ｍｍ、厚
みｔ₁が0.３ｍｍの圧縮部２を形成した。

【００３０】次に、水酸化ニッケル粉末を主成分とする
活物質ペーストを調製し、真空充填法でこの活物質ペー
スト３０ｇを発泡ニッケル板１に充填したのち温度１０
０℃で0.３時間の乾燥処理を行った。ついで、全体にロ
ール圧延を行って厚み0.５ｍｍに成形した。得られた極
板の圧縮部２の上下面に、接触面の寸法が縦３ｍｍ、横
３ｍｍの超音波ホーンを面圧９２ｋｇ／ｃｍ²で加圧
し、周波数４０ｋＨｚ、振幅１０μｍ、加振時間１００
ｍｓｅｃの条件で超音波振動を印加した。

【００３１】ついで、圧縮部２の表面を軽くブラッシン
グしたのち、そこに、幅２ｍｍ、厚み0.２ｍｍの集電タ
ブを載せて抵抗溶接を行った。溶接を行った極板の枚数
は１０００枚であった。このときに溶接不良を起こした
数はゼロであり、全て集電タブを溶接することができ
た。

【００３２】また、集電タブを引張り、集電タブが溶接
個所から引きはがされるときの強度を測定した。測定値
は2.５〜3.３ｋｇｆの範囲にあり、その平均値は2.９ｋ
ｇｆであった。実施例２実施例１で圧縮部２から乾燥活物質を超音波除去したの
ち、再び、圧縮部２をプレス加圧して厚み0.２ｍｍとし
た。加圧面は緻密な板状を呈していた。

【００３３】ここに、実施例１と同様の条件で集電タブ
を抵抗溶接した。溶接を行った極板の枚数は１０００枚
であった。このときの溶接不良の発生数はゼロであっ
た。また、集電タブを引張り、溶接個所から引きはがさ
れるときの強度は2.９〜3.５ｋｇｆの範囲にあり、その
平均値は3.２ｋｇｆであり、実施例１の場合よりも優れ
た溶接強度を示した。

【００３４】比較例１実施例１の第１工程において、圧縮部の厚みｔ₁が0.０
８ｍｍとなるようにプレス加工した。その後、実施例１
と同様にして活物質ペーストの充填処理と乾燥処理を行
った。圧縮部では空孔の大きさが活物質ペーストの水酸
化ニッケル粉末の粒径より小さくなっていたため、この
圧縮部に活物質ペーストは全く充填されなかった。

【００３５】ついで、実施例１と同様にロール圧延を行
って全体の厚みを0.５ｍｍに成形し、更に圧縮部の表面
を軽くブラッシングしたのち、そこに、実施例１と同様
にして集電タブの抵抗溶接を行った。溶接を行った極板
は１０００枚であった。集電タブの溶接不良の個数は５
枚（不良発生率：0.５％）であり、引きはがされるとき
の強度は、1.８〜2.７ｋｇｆの範囲にあり、その平均値
で2.３ｋｇｆであった。

【００３６】比較例２圧縮部をプレス加工することなく、実施例１で用いた発
泡ニッケル板に実施例１と同様にして活物質ペーストの
充填処理と乾燥処理を行った。ついで、全体を厚み0.５
ｍｍまで圧延処理したのち、集電タブを溶接すべき個所
に実施例１と同じ条件で超音波振動を印加して活物質除
去処理を行った。

【００３７】そして、超音波振動を印加した個所の表面
をブラッシングしたのち、ここに実施例１と同じ条件で
集電タブの抵抗溶接を行った。溶接を行った極板の枚数
は１０００枚であった。集電タブの溶接不良が起こった
枚数は２枚（不良発生率：0.２％）であり、引きはがさ
れるときの強度は1.５〜2.３ｋｇｆの範囲にあり、その
平均値は1.９ｋｇｆであった。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
の方法によれば、集電タブを溶接すべき個所を予め部分
的に圧縮しておくので、その圧縮部への活物質ペースト
の充填量は少なくなり、また圧延処理時には、当該圧縮
部が圧延されないような圧延処理が適用されるので、活
物質が集電基体と強固に一体化するという事態が回避さ
れる。したがって、この圧縮部に超音波振動を印加する
だけで、活物質を圧縮部から容易かつ完全に除去するこ
とができ、集電タブの抵抗溶接を確実に行うことができ
る。

【００３９】請求項２の方法では、圧縮部の厚みｔ₁を
集電基体の厚みｔ₀の１０〜５０％の厚みとなるように
したので、活物質の超音波除去を一層好適に行うことが
できる。また、請求項３では、活物質を除去した部分を
更に圧縮して緻密な板状にしているので、集電タブとの
溶接強度は一層高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】集電基体に圧縮部を形成した状態を示す斜視図
である。

【図２】圧延処理を行ったのちの状態を示す断面図であ
る。

【図３】活物質を超音波除去したのちの圧縮部を更に圧
縮した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１集電基体２圧縮部（集電タブを溶接すべき個所）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚健司東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者尚仁福島県いわき市常磐下船尾町杭出作23番６号古河電池株式会社いわき事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元網状構造を有する集電基体の表面
のうち、集電タブを溶接すべき個所を厚み方向に部分的
に圧縮して圧縮部を形成する工程；集電基体に活物質ペ
ーストを充填したのち乾燥処理を施す工程；前記圧縮部
が圧延されないような圧延処理を施して所定の厚みに成
形する工程；および、前記圧縮部に存在する活物質ペーストを超音波除去する
工程；を備えていることを特徴とする電池用極板の製造
方法。
【請求項２】前記圧縮部の厚みを、前記集電基体の元
の厚みの１０〜５０％の厚みとなるように調整する請求
項１の電池用極板の製造方法。
【請求項３】前記活物質ペーストを超音波除去したの
ちの圧縮部を更に圧縮し、ついで、その表面に集電タブ
を溶接する請求項１の電池用極板の製造方法。