JPH10116621A

JPH10116621A - 電極基体

Info

Publication number: JPH10116621A
Application number: JP8268340A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Oka; 良雄岡; Koichi Yamada; 浩一山田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】開口金属板を波板状に形成したものであっ
て、しかも外力が加わった際に伸び変形しにくいため
に、活物質の脱落を防止し、かつ利用率を向上する効果
にすぐれるとともに、電池の量産にも適した、新規な電
極基体を提供する。【解決手段】厚み方向の断面形状を波状に形成すると
ともに、上記波の尾根部１１を、面方向から見て波状ま
たは不連続な線状に形成した電極基体１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電池、とくにアル
カリ二次電池の電極に好適に使用される電極基体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ二次電池は、高信頼性でかつ小
型化、軽量化が可能であるため、ポータブル機器用の小
型のものから、産業用、大形設備用の大形のものまで、
各種装置の電源として多用されている。上記アルカリ二
次電池には、正負両極の組み合わせによって多数の種類
があるが、ほとんどの場合、正極としてはニッケル電極
が使用される。また負極としては、カドミウム電極、亜
鉛電極、鉄電極、水素電極等があり、これらのうちカド
ミウム電極が最も一般的であるが、活物質として水素吸
蔵合金を使用した水素電極も、高容量化と低公害化が可
能であるため注目されている。

【０００３】上記のうちニッケル電極としては最初、い
わゆるポケット式のものが用いられていたが、現在は、
ニッケル等の導電性材料からなり、かつ多孔質である電
極基体の空げき中に、水酸化ニッケルを含む正極用の活
物質を充填したものが、電池の密閉化が可能で、しかも
ポケット式のものよりも電池の特性を向上できるため、
一般化している。またカドミウム電極や水素電極として
も、上記と同様の多孔質の電極基体の空げき中に、負極
用の活物質であるカドミウムや水素吸蔵合金を充填した
ものが用いられる。

【０００４】上記構造の各電極において多孔質の電極基
体としては、通常、ニッケル粉末を焼結した焼結体が用
いられる。また、上記焼結体よりも活物質の充てん量を
多くできるため電池の高容量化に適したものとして、た
とえばポリウレタンの発泡体等の、空げき率の大きな３
次元網目状構造を有する絶縁性の芯材の表面を金属化、
とくにニッケル化して製造される、３次元網目状構造を
有する電極基体も知られている。

【０００５】しかし、とくにボタン型電池等の小型のア
ルカリ二次電池用の電極基体としては、エキスパンドメ
タルやパンチグメタル等の、多数の開口を有する金属板
からなるものが、構造が簡単かつ製造が容易で、しかも
低コストである等の利点を有するため、実用化に向けて
種々の検討がなされている。たとえば特開昭５２−１１
８５３２号公報には、上記の開口金属板を波板状に成形
した電極基体を用いて、当該電極基体と活物質との接触
面積を増加させることで、活物質の電極基体からの脱落
を防止し、活物質の利用率を向上することが提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記先願公報
の発明にかかる、図５(a)(b)に示すような波板状の電極
基体９１は、外力が加わった際に、図中白矢印で示す、
波が伸びる方向に変形しやすく、かかる伸び変形が発生
すると、前述した、活物質の脱落を防止し、利用率を向
上するという、波板形状による効果が不十分になるおそ
れのあることが、発明者らの検討により明らかとなっ
た。

【０００７】またとくにアルカリ二次電池の量産工程に
おいては、フープ状に捲回した電極基体を順次、繰り出
しながら活物質の充てんと、充てん後の活物質を電極基
体に定着させるための加圧とを行っており、繰り出しの
際の引張力が上記白矢印の方向に作用したり、あるいは
加圧力が、上記白矢印の方向と交差する、図(b) に黒矢
印で示す方向に作用したりする機会が多いために、上記
のように外力によって伸び変形しやすい電極基体９１
は、電池の量産に適さないという問題を有することも明
らかとなった。

【０００８】この発明の目的は、開口金属板を波板状に
形成したものであって、しかも外力が加わった際に伸び
変形しにくいために、活物質の脱落を防止し、かつ利用
率を向上する効果にすぐれるとともに、電池の量産にも
適した、新規な電極基体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、発明者らは、波の形状について種々、検討を行っ
た。その結果、波の尾根部９１ａを、前記図５(a)(b)に
二点鎖線で示すような単純な直線状でなく、電極基体の
面方向から見て波状または不連続な線状に形成すると、
その形状に基づく面方向への補強効果により、電極基体
が、外力によって伸び変形しにくくなることを見出し、
この発明を完成するに至った。

【００１０】すなわちこの発明の電極基体は、多数の開
口を有する開口金属板からなるものであって、厚み方向
の断面形状が波状に形成されているとともに、上記波の
尾根部が、面方向から見て波状または不連続な線状に形
成されていることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の電極基体を、そ
の実施の形態の一例を示す図１(a)(b)を参照しつつ説明
する。上記図の例の電極基体１は、多数の開口を有する
開口金属板から形成されるもので、その厚み方向の断面
形状が、同図(b) に示すように正弦波状に形成されてい
るとともに、上記波の尾根部１１が、同図(a) に示すよ
うに電極基体１の面方向から見て、やはり正弦波状に形
成されたものである。

【００１２】かかる電極基体１は、波の尾根部１１が正
弦波状に形成されたことに基づく面方向への補強効果、
すなわち、主として正弦波の曲線部分による補強効果に
より、図中白矢印で示す方向への伸び変形が抑制され
る。このため上記電極基体１は、たとえばアルカリ二次
電池の量産工程において、フープ状に捲回したものを繰
り出す際等に、上記白矢印の方向へ引張力が作用した
り、あるいは充てん後の活物質を電極基体１に定着させ
るための加圧力等が、図(b) に黒矢印で示す方向に作用
したりしても容易に伸び変形しないため、活物質の脱落
を防止し、かつ利用率を向上する効果にすぐれるととも
に、電池の量産にも適したものとなる。

【００１３】なお電極基体１の、厚み方向の断面形状は
正弦波状には限定されず、三角波状、台形波状、矩形波
状等の他の波状であってもよい。またこれらの波形を組
み合わせたものでもよい。あるいはまた大きい波がより
小さい波により形成された複合波であってもよい。上記
波の波長についても、この発明ではとくに限定されない
が、およそ０．５〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。波
の波長が上記の範囲未満では、加工が複雑になって生産
性が低下するおそれがあり、逆に上記の範囲を超えた場
合には、活物質の保持性が低下するおそれがある。

【００１４】また、上記波に基づく電極基体１の厚み、
つまり波の振幅に開口金属板の厚みを加えた寸法は、当
該電極基体１を使用する電池のサイズ等に応じて適宜、
設定すればよいが、通常は、０．５〜４ｍｍ程度が好ま
しい。さらに波の尾根部１１の形状も、前記正弦波状に
は限定されず、種々の形状とすることができる。

【００１５】たとえば図２(a) に示した電極基体１は、
上記尾根部１１を三角波状に形成したものであり、図２
(b) に示した電極基体１は、台形波状に形成したもので
ある。これらの電極基体１はそれぞれ、主として波の角
の部分による補強効果により、図中白矢印で示す方向へ
の伸び変形が抑制される。

【００１６】また、図３(a) に示した電極基体１は、尾
根部１１を、直線の途中に半円部を左右に交互に規則的
に突出させた波状に形成したものであり、主として上記
半円部による補強効果により、図中白矢印で示す方向へ
の伸び変形が抑制される。さらに図３(b) に示した電極
基体１は、尾根部１１を不連続な直線状に形成したもの
であり、主として各直線の端に形成される曲面部による
補強効果により、図中白矢印で示す方向への伸び変形が
抑制される。

【００１７】上記のうち、波の尾根部１１を波状に形成
するものにおいては、その波長が１０ｍｍ以下で、かつ
その振幅が０．２〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。波
の尾根部１１の波長が上記の範囲を超えた場合には、波
中の部位による補強効果の違いが大きくなって、伸び変
形を抑制する効果にばらつきを生じるおそれがある。ま
た波の尾根部１１の振幅が上記の範囲未満では、伸び変
形を抑制する効果が不十分になるおそれがあり、逆に上
記の範囲を超えた場合には、各図中に白矢印で示した方
向と、電極基体１の面内で直交する方向への伸び変形
が、かえって大きくなるおそれがある。

【００１８】上記の各電極基体１を構成する開口金属板
としては、生産性の観点から、従来同様にエキスパンド
メタルやパンチグメタルが好適に使用されるが、エッチ
ング加工、ドリル加工、プレス加工等によって多数の開
口を形成した金属板を使用することもできる。上記のう
ち図４(a)(b)に示すエキスパンドメタル１ａは、同一方
向に伸びる多数の直線状の切込みを入れた金属板を、上
記切込みと直交する方向に延伸（エキスパンド）して、
図に見るように切込みを略菱形に開口させることにより
製造されるもので、金属板自体の厚みｔよりも十分に大
きな厚みＴを有するとともに開口率が大きいために、活
物質の充てん量を多くできるとともに、その開口を構成
する骨格が、図(b) に見るように、エキスパンドメタル
１ａの面方向に対して傾きを有しているため、活物質の
保持性が高い等の利点を有している。

【００１９】上記エキスパンドメタル等の開口金属板に
おける開口の大きさは、この発明ではとくに限定され
ず、開口金属板の種類や厚み、あるいは使用する電池の
種類等に応じて適宜、変更することができるが、一般的
には、０．０１〜１０ｍｍ²程度が好ましい。また開口
金属板を構成する金属板の厚み（たとえばエキスパンド
メタルの場合は図(b) 中のｔに相当）は、１０〜２００
μｍ程度であるのが好ましい。

【００２０】金属板の厚みが上記の範囲未満では、電極
基体全体の強度が不十分となって、前述した、波の尾根
部１１の形状によって伸び変形を抑制する効果が不十分
になるおそれがある。また逆に、金属板の厚みが上記の
範囲を超えた場合には加工性が不十分となって、後述す
るプレス加工等によって、前記のような波板状に加工す
るのが容易でなくなるおそれがある。

【００２１】上記の開口金属板を構成する金属として
は、アルカリ二次電池用の電極基体の場合、アルカリ電
解液に対して安定な種々の金属材料がいずれも使用可能
であり、とくにニッケルを使用するの理想的であるが、
ニッケルの薄板は高価であるため、鉄等の、加工が容易
でかつ安価な他の金属材料からなる薄板の表面に、金属
の溶出を防止すべくニッケルを被覆したものが好適に使
用される。

【００２２】この発明の電極基体は、上記のエキスパン
ドメタルやパンチングメタル等の開口金属板を、たとえ
ば前記各図に示した例のように、厚み方向の断面形状が
波状で、かつ波の尾根部が、面方向から見て波状または
不連続な線状となるようにプレス加工、曲げ加工等する
ことにより製造される。かかるこの発明の構成は、前述
したようにアルカリ二次電池用の、ニッケル電極用の電
極基体に最も好適に適用できるが、アルカリ二次電池用
の他の電極、たとえばカドミウム電極、亜鉛電極、鉄電
極、水素電極等の負極側の電極基体や、あるいは鉛蓄電
池その他、各種の電池用の電極基体等にも適用可能であ
る。

【００２３】

【実施例】以下にこの発明の電極基体を、実施例に基づ
いて説明する。実施例１図４(a)(b)に示す形状を有し、かつその送りピッチＰ＝
０．２ｍｍ、横方向の開口ピッチＬＷ＝１．４ｍｍ、縦
方向の開口ピッチＳＷ＝０．８ｍｍ、厚みｔ＝５０μ
ｍ、目付け重量２５０ｇ／ｍ²の、亜鉛めっき鉄板製の
エキスパンドメタルを希塩酸で処理して、表面の亜鉛め
っき層を除去した。

【００２４】つぎにこのエキスパンドメタルを、図１
(a)(b)に示すように厚み方向の断面形状が正弦波状で、
かつ波の尾根部１１が、面方向から見てやはり正弦波状
となるようにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波
の波長は２ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパンドメタルの
厚みで求められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍ
ｍ、尾根部１１の正弦波の波長は３ｍｍ、振幅は１ｍｍ
とした。

【００２５】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実施例２実施例１で使用したのと同じエキスパンドメタルを希塩
酸で処理して、表面の亜鉛めっき層を除去した後、厚み
方向の断面形状が正弦波状で、かつ波の尾根部１１が、
図２(a) に示すように面方向から見て三角波状となるよ
うにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波の波長は
２ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパンドメタルの厚みで求
められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍｍ、尾根部
１１の三角波の波長は３ｍｍ、振幅は１ｍｍとした。

【００２６】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実施例３実施例１で使用したのと同じエキスパンドメタルを希塩
酸で処理して、表面の亜鉛めっき層を除去した後、厚み
方向の断面形状が正弦波状で、かつ波の尾根部１１が、
図２(b) に示すように面方向から見て台形波状となるよ
うにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波の波長は
２ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパンドメタルの厚みで求
められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍｍ、尾根部
１１の台形波の波長は３ｍｍ、振幅は１ｍｍとした。

【００２７】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実施例４実施例１で使用したのと同じエキスパンドメタルを希塩
酸で処理して、表面の亜鉛めっき層を除去した後、厚み
方向の断面形状が正弦波状で、かつ波の尾根部１１が、
図３(a) に示すように面方向から見て直線と半円を組み
合わせた波状となるようにプレス加工した。なお、厚み
方向の正弦波の波長は２ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパ
ンドメタルの厚みで求められる電極基体１の全体の厚み
は１．５ｍｍ、尾根部１１の台形波の波長は３ｍｍ、振
幅は１ｍｍとした。

【００２８】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実施例５実施例１で使用したのと同じエキスパンドメタルを希塩
酸で処理して、表面の亜鉛めっき層を除去した後、厚み
方向の断面形状が正弦波状で、かつ波の尾根部１１が、
図３(b) に示すように面方向から見て不連続な直線状と
なるようにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波の
波長は３ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパンドメタルの厚
みで求められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍｍ、
直線状の尾根部１１の長さは６ｍｍ、不連続部分、つま
りとなりあう尾根部１１間の距離は３ｍｍとした。

【００２９】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実施例６半径１ｍｍの円形の開口が２．８ｍｍ間隔で穿設され
た、厚み５０μｍ、目付け重量２５０ｇ／ｍ²の、亜鉛
めっき鉄板製のパンチングメタルを希塩酸で処理して、
表面の亜鉛めっき層を除去した。

【００３０】つぎにこのパンチングメタルを、図１(a)
(b)に示すように厚み方向の断面形状が正弦波状で、か
つ波の尾根部１１が、面方向から見てやはり正弦波状と
なるようにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波の
波長は２ｍｍ、正弦波の振幅＋パンチングメタルの厚み
で求められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍｍ、尾
根部１１の正弦波の波長は３ｍｍ、振幅は１ｍｍとし
た。

【００３１】そして、上記のようにプレス加工したパン
チングメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ／
ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。比較例１実施例１で使用したのと同じエキスパンドメタルを希塩
酸で処理して、表面の亜鉛めっき層を除去した後、図５
(a)(b)に示すように、厚み方向の断面形状が正弦波状
で、かつ波の尾根部１１が面方向から見て直線状となる
ようにプレス加工した。なお、厚み方向の正弦波の波長
は２ｍｍ、正弦波の振幅＋エキスパンドメタルの厚みで
求められる電極基体１の全体の厚みは１．５ｍｍとし
た。

【００３２】そして、上記のようにプレス加工したエキ
スパンドメタルを電解めっきして、目付け重量４５０ｇ
／ｍ²のアルカリ二次電池用の電極基体を製造した。実用試験上記各実施例、比較例で製造した電極基体に、下記の各
成分からなるペースト状のニッケル電極用の活物質を加
圧充てんした後、その表面を平滑化し、１２０℃で１時
間、乾燥させた。〈ニッケル電極用活物質〉（成分）（重量部）球状水酸化ニッケル粉末７５コバルト粉末３酸化コバルト粉末４ポリビニルアルコール水溶液（２重量％）１８つぎに、上記乾燥物を平板プレス機によってプレスし
て、その厚みを０．７ｍｍに調整した後、幅１３ｍｍ、
長さ３０ｍｍに裁断し、さらにリード線をスポット溶接
してニッケル電極を製造した。

【００３３】上記ニッケル電極は、充てんした活物質の
量から計算した公称容量が１８０ｍＡｈであった。つぎ
に、上記ニッケル電極と組み合わせる負極として、市販
の発泡ニッケル基体中に、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金で
ある、ＭｍＮｉ_3.7Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3Ｃｏ _0.6を充てん
した後、厚み０．５ｍｍ、幅１３ｍｍ、長さ３０ｍｍに
裁断し、さらにリード線をスポット溶接した水素電極を
製造した。

【００３４】そして、上記のニッケル電極１枚、水素電
極２枚と、セパレータとしての、親水処理したポリプロ
ピレン不織布と、電解液（比重１．２６の苛性カリ水溶
液に３０ｇ／リットルの水酸化リチウムを溶解したも
の）とを用いて、角形の密閉型ニッケル−水素電池を製
造した。なお上記電池は、前記各実施例、比較例で製造
した電極基体を用いたものを、それぞれ１０個ずつ製造
した。

【００３５】そして上記の電池を用いて、以下の各試験
を行い、各１０個の電池の平均値を求めた。試験Ｉ化成終了後の電池を、５時間率で容量の１２０％まで定
電流充電した後、放電電流２０ｍＡ、終止電圧０．９Ｖ
の条件で、その放電容量を測定した。

【００３６】試験II 上記試験Ｉが終了した電池を、再び５時間率で容量の１
２０％まで定電流充電した後、放電電流１８０ｍＡ、終
止電圧０．９Ｖの条件で、その放電容量を測定した。試験III 上記試験IIが終了した電池に対し、２時間率で容量の１
２０％まで定電流充電した後、放電電流９０ｍＡで、終
止電圧０．９Ｖまで放電する充放電サイクルを繰り返し
行い、そのうち５サイクル目、１００サイクル目および
２００サイクル目における放電容量を測定した。

【００３７】以上の結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】上記表１より、比較例１の電極基体を用い
た電池は、実施例１〜６の電極基体を用いたものに比べ
て容量が低いことがわかった。そこで電池を分解して電
極基体を確認したところ、実施例１〜６の電極基体には
異常は見られず、製造時と同じ形状を維持していたが、
比較例１の電極基体は、前記図５(a)(b)中に白矢印で示
す方向に伸び変形しているのが確認された。この伸び変
形は、ニッケル電極の製造時の外力により発生したもの
と推測される。

【００４０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、外力が加わった際に伸び変形しにくいために、活物
質の脱落を防止し、かつ利用率を向上する効果にすぐれ
るとともに、電池の量産にも適した、新規な電極基体を
提供できるという特有の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a) は、この発明の電極基体の、実施の形
態の一例を示す平面図、同図(b) は、上記図(a) のＩ−
Ｉ線断面図である。

【図２】同図(a)(b)はそれぞれ、この発明の電極基体
の、実施の形態の他の例を示す平面図である。

【図３】同図(a)(b)はそれぞれ、この発明の電極基体
の、実施の形態のさらに他の例を示す平面図である。

【図４】同図(a) は、この発明の電極基体を構成する開
口金属板の一例としてのエキスパンドメタルの拡大平面
図、同図(b) は、上記図(a) のIV−IV線断面図である。

【図５】同図(a) は、従来の電極基体の一例を示す平面
図、同図(b) は、上記図(a) のＶ−Ｖ線断面図である。

【符号の説明】

１電極基体１１尾根部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の開口を有する金属板からなる、電池
用の電極基体であって、厚み方向の断面形状が波状に形
成されているとともに、上記波の尾根部が、面方向から
見て波状または不連続な線状に形成されていることを特
徴とする電極基体。
【請求項２】多数の開口を有する金属板が、エキスパン
ドメタルである請求項１記載の電極基体。