JPS6028107B2 - 電池用活物質の充填方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、移動する三次元構造のスポンジ状金属多孔体
（以下発泡メタルという）中に連続的にペースト状活物
質を充てんする電池用活物質の充填方法に関する。

従来、電池用活物質の充填方法として、鉛電池において
は、多孔性基体あるいは格子に活物質を粉末の状態で充
填るか、あるいはペースト状態にして塗着する方法など
が主に孫用れている。

一方アルカリ電池においても、上記と類似の充填方法や
、嫌結体に活物質の塩溶液を含浸し、これを電解、加熱
分解、化学処理などにより活物質に転化する方法が採用
されてきた。このような方法において、暁結体の場合は
、活物質塩溶液の含浸、転化を数回〜ＩＭ団以上繰り返
す必要があり、工程が複雑である。

これに対して、格子すなわち導電性多孔体を基板として
用いて、これにペースト状宿物質を塗着する方法は、暁
結式と比較して製造は簡単であり、導電性多孔体として
、スクリーン、ェクスパンデイツドメタル、孔あき板な
どを用いると連続的な製造も可能である。しかしペース
ト式は、活物質が結着剤等である導電性多孔体と結合し
ているため、電気的結合も弱く、電圧、寿命特性、とく
に高率放電特性などが競結体に比べて若干劣る。そのた
め暁結体にペースト状活物質を充填することが考えられ
たが、従来の晩結体では、孔径が小さく、宿物質を直接
充填することが難しく実用的ではない。ところが、最近
連続的に連なる空隙部を有する三次元的構造のスポンジ
状金属多孔体（発泡メタル）が注目を浴びてきた。この
発泡メタルの場合は、多孔度が９０％以上と大きくとれ
、孔蓬も自由に変化させることができるため、活物質と
導亀性粉末、結着剤などと混合し、ペースト状にしたも
のを１回の操作で直接充填することができる。そのため
、焼結体のように活物質の塩溶液を合浸し転化するとい
う製造工程が簡易化される。また、従来のペースト状に
比べると高率放電特性、寿命特性などの向上が期待でき
る。しかし、この発泡メタルへの活物質粉末を主とする
ペースト状混合物の充填は、一般の二次元的な広がりを
持ったスクリーン、穴あき板、ェクスパンディッドメタ
ル等の表面に塗着する場合と異なり、三次元的な多孔体
内部に充填するため、単に発泡メタルの表面にペースト
状混合物を塗着しただけ、あるいはペースト状活物質中
を通過させるだけでは、発泡メタルの表面には、充填さ
れている様に見えても、内部にはほとんど充填されてい
ない。

この理由から発泡メタルの最尺帯状物に連続的に活物質
を充填するためには、機械的な手段で発泡メタル中の空
隙部の気体、あるいは液体が活物質と置換するような操
作を必要とする事が判明した。

そのため、上記発泡メタルの表面部にまたは接触させて
ゴム状の擦り板をペースト状活物質あるいは、粉末状活
物質とともに往復運動を行ないながら、強制的に充填さ
せる方法が提案された。しかし、この充填法において活
物質充填摺動沿具のゴム状擦り板に比較的柔軟度の高い
材質（歎賞材料）のものを使用すると、活物質の充填初
期には、まだペースト状活物質が低濃度であるため発泡
メタルの内部まで水分と共に充填されるが、充填末期に
近づくと、もはや強制的に押し込む事が困難となる。さ
らに、高濃度のペースト状活物質を充填させる事も当然
できない。

そこで柔軟度の低い（硬質材料）材質の擦り板を最初か
ら使用すると、高濃度の活物質や充填末期の充填には最
適であるが、逆に充填初期においては、活物質がまだ充
填されていない比較的強度の弱い部分を強く擦り板で擬
することになるので、高多孔体である発泡メタルの表面
の目をつぶし、活物質が充填しにくくなることが判明し
た。本発明は、以上のような従来の問題を解消し、ペー
スト状の活物質を高密度に充填する方法を提供すること
を目的とする。

本発明は、発泡メタルを導入してペースト状の活物質を
充填する充填槽を複数個設け、各充填槽内の活物質濃度
を発泡メタルの搬送方向に対して順次大きくするもので
ある。

この方法によれば、充填用の擦り板の柔軟度等がそれぞ
れ適切なものにすることにより活物質の充填密度を向上
することができる。さらに詳しく説明すれば、本発明で
は複数個のペースト状活物質充填槽を設たので、最初の
糟で発泡メタルに充填される活物質は少なく、２番目、
３番目の糟で同様な操作を繰り返すと、発泡メタルの内
部の気泡や水分が活物質と置換され、内部まで均質に活
物質が充填される事になる。

さらに、充填槽内の活物質濃度（ペースト濃度）を順次
高くすると、発泡メタル内に充填された活物質の水分量
が少なくなり、実質的に活物質の充填量の増大を図るこ
とになる。この充填操作においては、活物質濃度の高い
活物質を発泡メタル内に充填することになるので、摺動
治具に取り付けてある擦り具の柔軟度を低く、即ち擦り
板を順次硬い状態にしておく方がより効果的に充填でき
ることになる。活物質濃度が高いと強制的な手段で活物
質を充填する場合、当然擦り板が強くないと、強制的に
活物質を発泡メタル内部まで均一に充填できない。

この様に充填末期に活物質濃度が高い場合は、擦り板で
発泡メタルの上面部を擬する操作を強くした方がより効
果的であるので、さらに、摺動治具の移動速度を順次早
くする事により、機械的に水分の少なし・活物質を押し
込み充填することになるので高密度な状態を作りやすく
なる。

この様に水分の少ない状態で活物質を充填する場合、擦
り板の柔軟度を低くして、硬い材質にしたり、又は摺動
浴具の移動速度を早くする事がより効果的である。発泡
メタル中の水分の量を少なくする事は活物質の重量が実
質的に増大し、充填密度が高くなる。以下本発明をその
実施例により説明する。

図はペースト状活物質の充填装置を示すもので、この例
では３個の充填槽１，１′，１″とこの充填槽に対応し
た摺敷治具２，２′，２″を有する。

３，３′，３＾は充填槽の上記に設けた多孔性支持板で
、ペースト状活物質を充填される発泡メタル４は、これ
らの支持坂上を図矢印方向に連続的または間欠的に移動
する。

５，５′，５″は充填槽内に入れたペースト状活物質６
，６′”６″を縄拝する損梓機で、モータ７により駆動
される。

競梓機の回転速度およびペースト状活物質の量はペース
ト状活物質が多孔性支持板および発泡メタルの上面を覆
うように調整する。情動治具２，２′，２″は、下面に
シリコンゴム、軟質塩化ビニル樹脂などから擦り板８，
８′，８″の複数個を取り付けており、９，９′，９″
により駆動装置１０，１０′，１０″に連結されて、各
々独立して発泡メタルの長手方向に沿って前後進し、擦
り板によりペースト状活物質を発泡〆タルり擦り込む。

比較例 １ 発泡メタルとして、幅１５仇蚊、厚さ２柳、長さ２可、
多孔度９６％の発泡ニッケルを用いる。

ペースト状活物質は、市販の水酸化ニッケル粉末に導電
材としてニッケル粉末を約１広重量％加え、さらに適量
の水またはカルボキシメチルセルロースの水溶液を加え
て充分損拝したものを内容積３０その充填１，１′，１
″へ入れる。宿物質濃度は各充填槽ともほぼ同じで、６
９〜７１重量％である。一方、擦り板はシリコンゴムか
らなる幅１６０側、厚さ３肋の柔軟度の等しいものを各
摺動７台臭に９枚ずつ取り付け、振幅約８０ｃの、移動
速度約１サイクル／秒とし、発泡メタルの移動速度を０
．５肋／秒とする。上記の条件で発泡メタルへ活物質を
充填する。

実施例 １充填槽１，１′，１″のペースト中の活物質
濃度を各々６６〜６沈重量％、６９〜７１重量％，７１
〜７立重量％と発泡メタルの搬送方向に対して順次高く
なるようにした他は実施例１と同じ条件とする。

実施例 ２摺動沿具２，２′，２″のネオプレンゴム製
擦り板８，８′，８″の厚さを各々２側，４側，６肋と
して発泡メタルの搬送方向に対して順次柔軟度が小さく
なるようにした他は、実施例２と同じ条件とする。

実施例 ３ 摺動沿具２，２′，２″の移動速度を各々０．５サイク
ル／秒、１サイクル／秒、２サイクル／秒として発泡メ
タルの搬送方向に対して順次速くなるようにした他は実
施例３と同じ条件とする。

比較例 ２充填糟１と摺動袷具２を１個のみとし、他の
条件は比較例１と同じにする。

上記の各方法で得た基板を一定寸法に切り取り、４００
ｋ９／仇の圧力で圧縮成型して、活物質の量を理電気容
量に換算した充填密度で比較すると次表の如くであった
。

以上の様に、本発明の充填方法は、従来の方法（比較例
２）と比較とし、活物質の充填容量は１．２〜１．２３
割こ向上している。

このことは電池の高容量化に有利であり、とくに、大き
な基板になるとその効果は著しくなる。実施例では、複
数個の酒動拾具に取り付けた擦り板にシリコンゴム、ネ
オプレソゴムを採用したが、軟質塩化ビニル樹脂、ポリ
エチレンなどの合成樹脂またはプチルゴなどのゴム状の
ものを用いても同じ効果が期待できる。

さらに擦り板の柔軟度を厚さ規制で調整したが、材質を
変えてもよい。例えば、シリコンゴム、軟質塩化ビニル
樹脂、ブチルゴム、ネオプレンゴムの様に、発泡メタル
の移動方向に順次材質が硬くなるように配列してもよい
。

実施例では、ニッケル電極について説明したが、カドミ
ウム、亜鉛、鉄、鉛などペースト状になりうる活物質に
適用することができる。

以上のように、本発明によれば、活物質を発泡メタルへ
高密度で充填することができるので、高容量の電池を得
るのに有利である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例おおける活物質充填装置の縦断面
略図である。 １，１′，１ｒ・・・・・・充填槽、２，２′，２へ・
・・・・摺動拾臭、４・・・・・・発泡メタル、６・・
・・・・ペースト状活物質、８・・・・・・擦り板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に連なる空隙部を有する三次元的構造のスポ
   ンジ状金属多孔体を複数の充填槽に順次移動させ、それ
   ぞれの充填槽内のペースト状活物質を前記金属多孔体の
   上面において擦り板により擦ることによつて前記活物質
   を前記金属多孔体へ充填する方法であつて、前記充填槽
   内の活物質濃度を前記金属多孔体の搬送方向に対して順
   次大きくしたことを特徴とする電池用活物質の充填方法
   。 ２ 前記充填槽における擦り板の柔軟度を前記金属多孔
   体の搬送方向に対して順次小さくした特許請求の範囲第
   １項記載の電池用活物質の充填方法。 ３ 前記擦り板が異なる移動速度で動作する特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の電池用活物質の充填方法
   。