KR100438262B1 - 전지용 전극판의 제조방법과 제조장치 및 그것을 이용한전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공질의 박판형상의 심재(1) 전체에 활물질(3)을 충전하는 활물질충전공정과, 상기 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부(8)를 형성하는 프레스공정과, 상기 잔존볼록부에 초음파진동을 부여함으로써 활물질을 제거하여 심재노출부(13)를 형성하는 활물질제거공정과, 상기 심재노출부에 압력을 가하여 다른 부분과 동일 평면이 되는 상태까지 압축하는 평탄화공정과, 적어도 상기 심재노출부를 포함하는 소정 개소를 절단하는 절단공정을 거쳐 전지용 전극판(19)을 제조한다.

Description

전지용 전극판의 제조방법과 제조장치 및 그것을 이용한 전지{METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING ELECTRODE PLATE FOR CELL, AND CELL USING THE ELECTRODE PLATE}

이차전지의 전극판으로서는 삼차원의 그물눈구조를 갖는 발포 금속을 심재로서, 이 심재에 활물질을 충전한 것이 방전용량이 비교적 우수하기 때문에 널리 채용되고 있다. 더욱이, 최근의 전지에는 고율방전특성의 향상이 강력히 요구되고 있고, 그 대응책으로서 예컨대, 일본 특개 2000-77054호 공보에는 도 7의 (a)∼(e)에 나타내는 바와 같은 전지용 전극판의 제조방법이 개시되어 있다. 우선, 발포 금속으로 이루어지는 심재(1)에 제 1 프레스공정에서 양측변에 평행하고 소정의 홈폭을 갖는 2개의 홈부(2)가 형성된다. 심재(1)에 활물질(3)을 충전한 후, 홈부(2) 내에 저장되어 있는 활물질(3)은 브러시 등을 이용해 제거된다. 이어서, 심재(1)는 제 2 프레스공정에서 프레스가공을 3회 거침으로써, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같은전체가 홈부(2)의 홈바닥과 동일 평면이 되는 형상으로 가공된다. 그 후, 홈부(2)를 미리 형성해 놓은 부분은 브러시와 에어 블로(air blow)에 의한 활물질제거공정을 거쳐, 도 7의 (d)에 나타내는 바와 같이 심재노출부(4)가 된다. 이 심재(1)를 절단하여 전지용 전극판(7)을 작성한다.

이 전지용 전극판(7)에는 그 한 변에 심재노출부(4)로 이루어지는 집전부(7b)가 형성되어 있고, 이 전극판을 감아서 형성한 원통형상의 전극군은 그 단면에 집전부(7b)가 형성된다. 이 전극군은 전지용 전극판의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 집전하기 때문에 전체의 집전효율이 향상된다. 더욱이, 상기의 집전부(7b)에 집전용 리드편을 용접하는 탭 없는(tabless)방식에 의해 집전특성이 현저히 향상되어, 고율방전특성을 향상시키는 요망에 대응할 수 있다.

그러나, 상기 공정을 거쳐 제작된 전지용 전극판(7)에는 이하에 설명하는 여러가지의 문제가 있다. 제 1 문제는 활물질충전부(7a)에서 활물질(3)의 충전밀도에 편차가 생기기 때문에, 이 전지용 전극판(7)을 이용하여 작성한 전지에는 용량의 편차가 있어, 팩전지에 적용한 경우에 과충전이나 과방전이 발생하기 쉬운 것이다.

제 2 문제는 활물질충전부(7a)와 집전부(7b)와의 경계선(7c)이 정확한 직선이 되지 않기 때문에 전지용 전극판(7)의 치수나 형상의 정밀도가 낮아, 이 전지용 전극판(7)을 이용하여 구성한 전지의 집전기능이 저하되어 고율방전특성이 얻어지지 않는 것이다.

제 3 문제는 집전부(7b)에서의 활물질(3)의 제거가 불충분하기 때문에, 이 집전부(7b)에 집전용 리드편을 장착할 때에 용접불량이 발생하기 쉬워 수율이 저하하는 것이다. 브러시와 에어 블로를 이용한 활물질제거는 효율이 나빠 생산성의 저하도 초래하고 있다.

제 4 문제는 도 7의 (d)에 나타내는 절단 전의 심재노출부(4)의 폭이 설정값과는 다른 값이 되는 것이다. 그 결과, 심재노출부를 직각으로 구부린 후, 압축하여 집전부를 형성하는 방법을 적용할 수 없어 집전부의 기계적인 강도나 높은 집전효율을 확보할 수 없다.

제 5 문제는 심재(1)를 절단하여 얻어지는 전지용 전극판(7)에 휨 현상이 발생하기 쉬운 것이다. 이것은 전지용 전극판(7)을 소용돌이형상으로 감아 전극군을 구성했을 때에 잘못 감기는 현상이 발생하여 전극군이 불량형상으로 되는 원인이 된다. 더욱이, 휨 현상이 발생할 뿐만 아니라 현미경으로 확대하여 관찰한 바, 활물질충전부(7a)와 집전부(7b)와의 경계부분에 미세한 균열이 발생하고 있어, 심재(1)의 금속골격의 일부가 파괴되어 강도가 저하하고 있는 것이 확인되었다. 그 결과, 이 전지용 전극판(7)에는 활물질(3)의 탈락, 단락불량 및 전기전도성의 저하 등의 결함이 발생하기 쉽다.

한편, 상술한 일본 특개 2000-77054호 공보에는 전지용 전극판의 다른 제조방법도 개시되어 있다. 이 제조방법은 발포 금속으로 이루어지는 심재 전체에 활물질을 충전하고, 그 후 전체를 소정의 두께로 압축하는 프레스가공을 실행하여 소요 개소의 활물질을 초음파진동기를 이용해서 제거하여 심재노출부를 형성하는 것이다.

그런데, 이 제조방법으로는 전지용 전극판의 활물질충전부와 집전부와의 경계선이 정확한 직선으로는 되지 않기 때문에, 이 전지용 전극판을 이용하여 구성한 전지의 집전기능이 저하되어 고율방전특성이 얻어지지 않는다. 이것은 프레스가공 후에 활물질을 제거하기 위해서는 진폭이 큰 초음파진동을 부여할 필요가 있지만, 그 결과, 심재노출부를 형성해야 할 개소의 주변부의 활물질까지도 탈락하기 때문이다. 더욱이, 심재의 금속골격은 진폭이 큰 초음파진동을 받으면 손상이나 열화의 우려가 있다.

그래서, 본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 활물질의 충전밀도에 편차가 없고, 활물질충전부와 집전부와의 경계선이 정확한 직선이 되어 집전부에서의 활물질의 잔존율이 낮아, 집전부의 전체가 소정의 폭을 갖고 있는 전지용 전극판의 제조방법과 제조장치 및 그것을 이용한 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 니켈수소전지, 니켈 카드뮴전지 등의 이차전지에 이용되는 전지용전극판에 관한 것으로, 특히, 발포 금속의 심재(core material)에 활물질이 충전되어 이루어지는 비소결식 전지용 전극판의 제조방법과 제조장치 및 그것을 이용한 전지에 관한 것이다.

도 1의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 전지용 전극판의 제조방법을 구현한 제조공정을 순서대로 나타낸 사시도.

도 2의 (a)는 상기와 같은 제조방법에서의 프레스공정에 이용되는 스트라이프롤 프레스기를 나타내는 정면도이고, (b)는 도 2의 (a)의 IIB부의 확대도.

도 3의 (a)는 활물질제거공정에 이용되는 활물질제거장치를 나타내는 정면도이고, (b)는 우측면도.

도 4는 상기 제조방법에 의해 얻어진 전지용 전극판을 수납한 원통형전지를 나타내는 일부절단 사시도.

도 5의 (a)∼(g)는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 전지용 전극판의 제조방법을 구현한 제조공정을 순서대로 나타내는 사시도.

도 6은 상기 제조방법에 의해 얻어진 전지용 전극판을 수납한 각형전지를 나타내는 일부절단 사시도.

도 7의 (a)∼(e)는 종래의 전지용 전극판의 제조방법의 제조공정을 순서대로 나타낸 사시도.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전지용 전극판의 제조방법은 다공질의 박판형상의 심재 전체에 활물질을 충전하는 활물질충전공정과, 상기 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부를 형성하는 프레스공정과, 상기 잔존볼록부에 초음파진동을 부여함으로써 활물질을 제거하여 심재노출부를 형성하는 활물질제거공정과, 상기 심재노출부의 상부에 압력을 가하여 다른 부분과 동일 평면이 되는 상태까지 압축하는 평탄화공정과, 적어도 상기 심재노출부를 포함하는 소정 개소를 절단하여 개개의 전지용 전극판으로 분할하는 절단공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 제조방법에 의해 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판을 양자 사이에 격리판을 개재시켜 소용돌이형상으로 감아서 이루어지는 전극군을 원통형상의 전지 케이스 내에 수납하여 원통형전지를 구성하면 적합하다.

또한, 본 발명의 전지용 전극판의 다른 제조방법은 다공질의 박판형상의 심재 전체에 활물질을 충전하는 활물질충전공정과, 상기 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부를 형성하는 프레스공정과, 상기 잔존볼록부에 초음파진동을 부여함으로써 활물질을 제거하여 심재노출부를 형성하는 활물질제거공정과, 상기 심재노출부에 압력을 가하여 압축하는 심재노출부 압축공정과, 상기 심재노출부에 리드 후프를 심(seam)용접하는 리드용접공정과, 적어도 상기 리드 후프를 포함하는 소정 개소를 절단하여 개개의 전지용 전극판으로 분할하는 절단공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 제조방법에 의해 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판을 격리판을 개재시켜 교대로 적층하여 이루어지는 전극군을 각통형상의 전지 케이스 내에 수납하여 각형전지를 구성하면 적합하다.

본 발명의 전지용 전극판의 제조장치는 다공질의 박판형상의 심재 전체에 활물질이 충전된 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부를 형성하는 스트라이프 롤 압축기와, 상기 잔존볼록부에 초음파발생 혼(horn)을 접촉시켜 초음파진동을 부여하는 초음파진동기 및 이 각 초음파진동기에 대하여 하방으로 서로 대향하는 위치에 설치되어 초음파진동의 부여에 의해 제거되는 활물질을 흡인하는 진공흡인기로 이루어지는 활물질제거장치를 구비하여 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 전지용 전극판의 다른 제조장치는 다공질의 박판형상의 심재 전체에 활물질이 충전된 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부를 형성하는 스트라이프 롤 프레스기와, 상기 잔존볼록부에 초음파발생 혼을 접촉시켜 초음파진동을 부여하는 초음파진동기 및 이 각 초음파진동기에 대하여 하방으로 서로 대향하는 위치에 설치되어 초음파진동의 부여에 의해 제거되는 활물질을 흡인하는 진공흡인기로 이루어지는 활물질제거장치와, 상기 활물질제거장치에 의해서 가공된 심재노출부에 리드 후프를 심용접하는 용접장치와, 적어도 상기 리드 후프를 포함하는 소정 개소를 절단하여 개개의 전지용 전극판으로 분할하는 절단기를 구비하여 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 전지용 전극판의 제조방법을 구현한 제조공정을 순서대로 나타낸 사시도이다. 우선, 도 1의 (a)에 나타내는 소정 크기의 직사각형의 발포 금속으로 이루어지는 심재(1) 전체에 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 활물질(3)을 충전한다. 이 경우, 활물질(3)은 프레스가공 전으로서 전혀 요철이 없는 심재(1)에 충전되기 때문에, 전체에 걸쳐 균일한 충전밀도가 되도록 충전되는 동시에, 심재(1)에 요철 즉, 고저차가 없기 때문에 유동하지 않고 내부에 유지되어, 균일한 충전밀도를 유지한 채로 건조한다. 또, 심재(1)는 이 실시예에서 니켈로 이루어지는 삼차원의 그물눈구조의 발포 금속으로서, 두께가 예컨대, 1.24mm의 직사각형의 박판이다. 단, 이 실시예의 제조방법은 연속적인 띠형상의 심재 즉, 후프심재에 적용하는 것이 바람직하다.

이어서, 활물질(3)이 균일하게 충전된 심재(1)는 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 후 공정에서 심재노출부(13)가 되는 부분을 제외하는 다른 모든 부분에 프레스가공이 실시되어, 예컨대, 두께가 상술한 1.24mm에서 0.6mm로 거의 1/2로 압축된다. 이 때, 0.9mm∼1.1mm 정도의 두께를 갖는 2개의 평행한 레일형상의 잔존볼록부(8, 8)가 형성된다. 이 프레스가공에는 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같은 스트라이프 롤 프레스기(9)가 이용된다.

도 2의 (a)는 스트라이프 롤 프레스기(9)의 정면도, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 ⅡB부의 확대도이다. 이 스트라이프 롤 프레스기(9)는 받침 프레스롤(10)과 가공 프레스롤(11)에 의해 구성되어 받침 프레스롤(10)은 위치를 고정한 상태에서 자유자재로 회전할 수 있게 지지되어 있는 동시에, 가공 프레스롤(11)은 받침 프레스롤(10)을 향한 방향으로 소정의 가압력이 가해지도록 되어 있다. 따라서, 가공 프레스롤(11)은 가압력에 견디는 강성을 갖고 있고, 이 가공 프레스롤(11)의 소정의 2개소에는 잔존볼록부(8, 8)를 형성하기 위한 고리형상 홈부(12, 12)가 주면에 설치되어 있다. 상기 고리형상 홈부(12)의 양측벽(12a, 12b)의 개구테두리부는 도 2의 (b)에 명시하는 바와 같이 예컨대, 곡율반경 R이 0.3mm∼0.6mm의 곡면으로 되어 있다.

또한, 양 프레스롤(10, 11)은 롤직경이 예컨대, 550mm로 비교적 크고, 이 실시예의 프레스공정에서는 양 프레스롤(10, 11) 사이를 통과하는 활물질충전이 끝난 심재(1)에 예컨대, 300ton의 비교적 큰 가압력을 가하는 1회의 프레스가공에 의해, 도 1의 (b)의 상태로부터 한번에 도 1의 (c)에 나타내는 상태로 가공한다. 이로 인해, 형성된 2개의 레일형상 잔존볼록부(8, 8)의 피치는 가공 프레스롤(11)의 고리형상 홈부(12)의 치수로 결정되고 정확히 설정값대로 된다.

그런데, 종래의 전지용 전극판의 제조방법은 2회의 프레스공정을 갖는 것에대하여, 이 실시예의 제조방법에서는 2개의 잔존볼록부(8, 8)를 형성하기 위한 가공공정이 1회 존재할 뿐이기 때문에 심재의 연장이나 변형이 억제되지만, 그 1회의 프레스공정에 의해서 상술한 소정의 두께와 활물질(3)의 소정의 충전밀도를 확보할 필요가 있다. 그러기 위해서는 실험결과에 의하면, 극판폭 1cm 당 3ton의 하중을 필요로 하는 것이 판명되었다. 실용상에 있어서는, 잔존볼록부(8)의 폭을 전체에 걸쳐 일정값으로 하기 위해서, 양 프레스롤(10, 11) 사이의 갭(gap)을 넓게 예컨대, 0.3mm 정도로 설정하는 것이 바람직하고, 이 경우에는 10ton/cm의 가압력을 필요로 한다.

또한, 전지용 전극판의 심재(1)로서는 전연성(展延性)이 풍부한 순 니켈로 이루어지는 발포 금속이 이용되고 있기 때문에, 프레스공정에서는 활물질(3)의 충전밀도가 높은 부분의 연장이 커진다. 이 연장의 편차는 프레스롤(10, 11)의 롤직경을 크게 함으로써 억제할 수 있다. 예들 들면, 도 7의 (c)에 나타내는 종래의 제조방법에서의 2회째의 프레스공정에서 이용되고 있는 롤직경이 400mm인 프레스롤에서는 길이 방향으로 3.3%∼3.5%나 연장이 발생하는 데 대하여, 본 실시예에서의 프레스공정에서 이용되고 있는 롤직경이 550mm인 프레스롤(10, 11)에서는 같은 압축율에서 길이방향으로 1.7%∼1.9%의 연장밖에 발생하지 않는다. 즉, 심재(1)의 연장은 롤직경이 클수록 작아진다. 이것은 프레스롤의 롤직경이 커질수록 평면적인 프레스가공에 가까워지기 때문이다. 따라서, 롤직경이 큰 프레스롤(10, 11)을 이용하면 활물질(3)의 충전밀도의 편차에 기인하는 연장율의 차이를 억제할 수 있다.

그리고, 종래의 제조방법에서의 2회째의 프레스공정에서는 롤직경이 400mm로작은 프레스롤에 의한 프레스를 3회 되풀이하여 실행하고 있고, 길이 방향으로 6%나 연장이 생기고 있었다. 이것이 심재(1)를 개개의 전지용 전극판(7)으로 분할했을 때의 휨 현상의 원인으로 되어 있다. 이에 대하여, 이 실시예의 제조방법에서의 프레스공정에서는 비교적 큰 롤직경의 프레스롤(10, 11)에 의한 1회의 프레스가공을 실행할 뿐이므로, 길이 방향의 연장은 상술한 바와 같이 1.7%∼1.9%로 억제할 수 있어, 후 공정에서 심재(1)를 개개의 전지용 전극판(19)으로 분할하였을 때에 휨 현상이나 균열이 거의 발생하지 않는다.

게다가, 상기 프레스공정에서는 가공 프레스롤(11)의 고리형상 홈부(12)의 양측벽(12a, 12b)의 개구테두리부가 상술한 바와 같이 곡율반경 R이 0.3mm∼0.6mm의 곡면으로 되어 있기 때문에, 잔존볼록부(8, 8)와 주변부와의 경계가 명확하고, 또한 프레스가공 시에 심재(1)의 금속골격에 파괴나 열화가 생기지 않는다. 아르면의 곡율반경 R을 0.3mm∼0.6mm보다 크게 설정한 경우에는, 잔존볼록부(8, 8)의 테두리부의 활물질(3)이 탈락하여 잔존볼록부(8, 8)와 주변부와의 경계가 명확하게 되지 않고, 또 상기값보다도 작게 설정한 경우에는 심재(1)의 금속골격의 파괴나 열화를 초래하여 이 전지용 전극판을 이용해 전지를 제조했을 때의 집전효율이 저하한다.

이어서, 2개의 잔존볼록부(8, 8)는 도 1의 (d)에 나타내는 활물질제거공정에서 자체의 내부에 충전되어 있는 활물질(3)이 제거되어, 2개의 레일형상의 심재노출부(13, 13)가 된다. 도 3의 (a), (b)는 이 활물질제거공정에 이용되는 활물질제거장치(14)를 나타내고, 도 3의 (a)는 정면도, (b)는 우측면도이다. 이 활물질제거장치(14)는 자체의 초음파발생 혼(17a, 17a)을 각 잔존볼록부(8, 8)의 상부에 각각 접촉시켜 초음파진동을 부여함으로써 활물질(3)을 박리하여 제거하는 한 쌍의 초음파진동기(17, 17)와, 이 각 초음파진동기(17, 17)에 대하여 하방으로 서로 대향하는 위치에 배치되어 박리·제거된 활물질(3)을 흡인하는 한 쌍의 진공흡인기(18, 18)를 구비하여 구성되어 있다.

또, 상기 초음파발생 혼(17a)은 활물질충전이 끝난 심재(1)로의 당접면에 심재(1)의 이송방향으로 내리막 경사의 경사면(17b)이 형성되어 있어, 이 경사면(17b)에 의해서 심재(1)에 손상을 주지 않도록 하고 있다. 또한, 상기 경사면(17b) 및 이 경사면(17b)에 연속하는 평탄한 접촉면(17c)은 마모를 경감하기 위해서 매우 단단한 재료를 이용해 형성되어 있고, 초음파발생 혼(17a)의 본체부분은 티탄으로 형성되어 있다.

이 활물질제거장치(14)에서는 위치고정의 한 쌍의 초음파진동기(17, 17)의 각각의 초음파발생 혼(17a, 17a)에 각각 잔존볼록부(8, 8)의 상부를 접촉시킨 상태로 활물질충전이 끝난 심재(1)를 도 3의 (b)에 나타내는 화살표방향으로 이송한다. 잔존볼록부(8)에 초음파진동을 부여함으로써, 금속골격을 눌러 찌그러뜨리면서 그 내부의 활물질(3)을 박리하여 제거하는 동시에, 하방의 진공흡인기(18)에 의해서 잔존볼록부(8) 및 이것의 하방 개소에 각각 충전되어 있는 활물질(3)을 흡인하여 제거한다. 이로 인해, 잔존볼록부(8) 및 이것의 하방 개소는 내부의 활물질(3)이 거의 완전히 제거되어 고품질의 심재노출부(13)가 된다.

이어서, 심재노출부(13)에서 활물질(3)의 잔존율이 매우 낮은 이유에 관해서설명한다. 상기 활물질제거공정에서의 제거대상인 활물질(3)은 잔존볼록부(8)에 충전되어 있는 것으로, 이 상태의 활물질(3)은 잔존볼록부(8)가 프레스가공되어 있지 않기 때문에 상당히 제거하기 쉽다. 따라서, 이 활물질(3)은 종래의 공정에서 제거가 매우 곤란하던 바인더가 내장된 것이더라도, 초음파진동기(17)의 초음파발생 혼(17a)의 접촉에 의해 초음파진동을 부여하면서 하방으로부터 진공흡인기(18)로 진공흡인함으로써 용이하면서 완전하게 제거된다.

실측값에 의하면, 상기 활물질제거공정을 거쳐 형성한 심재노출부 13의 활물질잔존율은 1∼4%이었다. 이에 대하여 종래의 제조방법에 의해 얻어진 심재노출부 4의 활물질잔존율은 10% 이상으로 높은데다가, 부분적으로 활물질(3)의 덩어리가 남아 있어, 이 덩어리가 집전리드편을 용접할 때의 스파크발생의 주된 원인으로 되어 있었다. 그로 인해, 상기 덩어리는 수작업으로 제거되고 있고 생산성의 저하를 더욱 초래하는 하나의 원인으로 되어 있다. 또, 상기 활물질잔존율의 평가는 심재(1)의 소재인 니켈이 용해하지 않는 초산수용액에 침지하여 활물질(3)만을 용해시켜, 그 용해한 활물질(3)의 중량변화율로부터 심재노출부 4 또는 13에 잔존하는 활물질(3)의 중량을 측정산출하여 실행하였다.

또한, 심재노출부 13의 활물질잔존율의 저하를 도모하기 위해서는, 활물질제거장치(14)에서 활물질충전이 끝난 심재(1)의 하면과 초음파발생 혼(17a)의 접촉면(17c)과의 사이의 극간 C를 잔존볼록부(8)의 두께 B가 1.1mm 정도이고, 활물질충전이 끝난 심재(1)의 프레스가공 후의 두께 D가 0.6mm 정도인 경우에, 0.7mm∼0.8mm로 설정하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 극간 C는 도 1의 (c)에나타내는 활물질충전이 끝난 심재(1)의 프레스가공 후의 두께 D가 정확하게는 0.58mm이므로, 상기의 0.7mm∼0.8mm보다도 작은 값으로 설정하는 것이 가능하지만, 그와 같은 작은 값으로 설정하더라도 활물질잔존율은 변하지 않는다. 한편, 상기 극간 C를 0.7mm∼0.8mm보다 큰 값으로 설정한 경우에는 활물질잔존율이 높아진다.

더욱이, 상기 활물질제거장치(14)는 잔존볼록부(8)의 활물질(3)은 제거가 용이한 상태인 것과, 위치고정의 초음파진동기(17)에 대하여 활물질충전이 끝난 심재(1)를 고속으로 연속적으로 이송시키면서 활물질(3)의 제거를 실행할 수 있는 것과, 잔존볼록부(8)의 하방으로부터 진공흡인기(18)로 활물질(3)을 진공흡인하고 있는 것에 의해 활물질(3)이 효율적으로 제거되어, 생산성이 현저히 향상한다. 실측값에 의하면 활물질충전이 끝난 심재(1)는 활물질(3)의 제거가 용이한 상태이므로, 450mm/sec 정도의 고속으로 이송하는 것이 가능하다. 이 활물질제거공정에서는 활물질충전이 끝난 심재(1)의 이송속도를 50mm/sec보다 느리게 하여 활물질(3)을 제거하는 시간을 길게 설정하면, 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 심재(1)가 파괴되어 마치 벌레 먹은 것같은 상태로 구멍이 생기는 불량이 생긴다.

또한, 상기 활물질제거공정에서는 초음파진동기(17)를 진폭이 25∼50㎛의 범위 내가 되도록 설정하여 구동하고 있다. 이것은 진폭이 상기 범위보다 작아지면 활물질(3)을 제거하는 데 필요한 시간이 길어지고, 반대로 진폭이 상기 범위보다 커지면 활물질(3)의 제거효율이 높아지지만, 심재(1)의 금속골격이 파괴되어 기계적 강도가 열화하기 때문에 집전기능이 저하하는 동시에, 심재노출부 13 근방의 활물질(3)이 부분적으로 박리되어 심재노출부 13과 다른 개소와의 경계선의 직선성이나빠지기 때문이다.

본원 발명의 실시예의 활물질제거공정에서는 초음파진동의 부여로 인해 활물질(3)을 제거함에도 불구하고, 심재(1)에서의 강도의 열화가 생기지 않는다. 이 효과는 인장시험기에 의한 평가결과에 의해서 확인할 수 있었다. 이에 대하여, 종래의 심재(1)에 충전한 활물질(3)을 초음파진동의 부여에 의해서 제거하는 경우에는, 심재(1)의 강도가 일반적으로 50∼70% 정도 저하하고 있었다. 이것은 종래의 어떤 전지용 전극판의 제조방법에서도 활물질(3)을 충전한 심재(1)에 대하여 프레스가공을 실시하고, 그 후에, 집전부로 해야 할 개소에 초음파진동을 부여하고 있기 때문에, 활물질(3)이 상당히 제거하기 어려운 상태로 되어 있는 것에 기인하고 있다. 이에 대하여, 본 실시예에서는 거의 프레스가공되어 있지 않은 잔존볼록부(8, 8)에 충전되어 있는 활물질(3)을 제거하는 것과, 초음파진동이 돌출상태의 잔존볼록부(8, 8)의 상부에만 부여되어 다른 개소에 영향을 주지 않기 때문에, 심재(1)의 강도열화가 생기지 않는다.

이어서, 상기 심재노출부(13)는 도 2의 (a)에 도시한 것과는 다른 프레스롤(도시생략)로 가볍게 눌려져 도 1의 (e)에 나타내는 바와 같이, 활물질(3)이 충전되어 있는 개소에 대하여 동일 평면이 되는 상태로 된다. 마지막으로, 도 1의 (e)에 일점쇄선으로 나타내는 3개의 절단선을 따라 절단됨으로써, 도 1의 (f)에 나타내는 바와 같은 4개의 전지용 전극판(19)이 얻어진다. 이 각 전지용 전극판(19)은 모두 동일한 띠형상으로, 그 길이 방향을 따라 활물질충전부(19a)와 활물질(3)이 제거된 집전부(19b)와의 경계선(19c)을 갖고 있다.

상기 공정을 거쳐 얻어진 전지용 전극판(19)에서의 활물질충전부(19a)와 집전부(19b)와의 경계선(19c)의 직선성은 현미경을 이용하여 측정한 실측값에 따르면, 종래의 방법으로 제조된 전지용 전극판(7)에서 0.8mm나 오차가 생겼던 것에 대해, 0.2mm 이하의 작은 오차로 억제되어 있었다. 이것은 종래의 제조방법으로는 활물질(3)의 충전 후에 소정의 충전밀도로 하는 것을 목적으로 하여 3회의 프레스가 반복되는 프레스공정을 갖고 있는 것에 비해, 본 실시예의 제조방법에서 활물질충전이 끝난 심재(1)에 대하여 도 1의 (c)에 나타내는 잔존볼록부(8, 8)를 형성하기 위한 프레스가공을 1회 실시할 뿐인 것에 기인한다. 따라서, 이 실시예에서 얻어진 전지용 전극판(19)은 심재노출부 13을 구부린 후 압축하여 집전부(19b)를 작성하는 것이 가능하고, 그로 인해, 집전부(19b)는 기계적인 강도나 밀도가 높아지고, 또한 집전효율이 향상된다.

또한, 상기 제조공정을 거쳐 얻어진 전지용 전극판(19)은 활물질충전부(19a)의 충전밀도의 편차가 1.5% 이하로 억제되어 있다. 이것은 프레스가공이 실시되기 전의 요철이 없는 심재(1)에 활물질(3)을 충전한 것에 의한다. 이에 대하여, 종래의 제조공정을 거쳐 얻어진 전지용 전극판(7)에서는 프레스가공된 요철이 있는 심재(1)에 활물질(3)을 충전하기때문에 전체에 걸쳐 균등한 충전량으로 충전할 수 없어, 활물질충전부(7a)의 충전밀도에 3.5% 이상의 편차가 있었다.

도 4는 상기 제조방법에 의해 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판(19p, 19q)을 양자 사이에 격리판(55)을 개재시켜 소용돌이형상으로 감아 이루어지는 전극군(51)을 원통형상의 전지 케이스(52) 내에 수납하여 이루어지는 니켈수소전지를나타내고 있다. 이 원통형전지는 봉입판(57)의 양극단자(56)와 양극의 전지용 전극판(19p)이 리드를 개재시켜 전기적으로 접속되어, 음극캔(can)인 전지 케이스(52)와 음극의 전지용 전극판(19)이 리드를 개재시켜 전기적으로 접속되어 있다. 전지 케이스(52) 내에는 전해액이 충전되어 있다.

도 5의 (a)∼(g)는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 전지용 전극판의 제조방법을 구현한 제조공정을 순서대로 나타내는 사시도이다. 상기 제 1 실시예에서는 소용돌이형상 전극군을 구성하여 원통형전지에 이용하는 전지용 전극판(19)의 제조방법에 관해서 설명하였지만, 이 제 2 실시예에서는 적층형 전극군을 구성하여 각형전지에 이용하는 전지용 전극판의 제조방법에 관한 것으로, 도 5의 (a)∼(g)에서, 도 1의 (a)∼(f)와 동일 또는 동등한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

우선, 도 5의 (a)에 나타내는 소정 크기의 직사각형 또는 띠형상의 발포 금속으로 이루어지는 심재(1) 전체에 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 활물질(3)을 충전한다. 이 경우, 활물질(3)은 프레스가공 전으로서 전혀 요철이 없는 심재(1)에 충전되기 때문에, 전체에 걸쳐 균일한 충전밀도로 충전되는 동시에, 심재(1)에 요철 즉, 고저차가 없기 때문에, 유동하지 않고 내부에 유지되어 균일한 충전밀도를 유지한 채로 건조된다.

이어서, 상술한 바와 같이 활물질(3)이 균일하게 충전된 심재(1)는 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 후 공정에서 심재노출부가 되는 부분을 제외하는 모든 부분이 프레스가공이 실시되어 두께가 거의 1/2로 압축되어, 후 공정에서 심재노출부가 되는 부분이 2개의 평행한 레일형상의 잔존볼록부(20, 20)로서 잔존한다. 이프레스가공에는 도 2의 (a)에 나타낸 스트라이프 롤 프레스기(9)와 기본구조가 같고, 고리형상 홈부가 도 5의 (c)의 잔존볼록부(20, 20)를 형성할 수 있는 배치로 설치된 가공 프레스롤을 구비한 스트라이프 롤 프레스기(도시생략)가 이용된다.

이어서, 2개의 잔존볼록부(20, 20)는 활물질제거공정에서 자체의 내부에 충전되어 있는 활물질(3)이 제거됨으로써, 2개의 심재노출부(21, 21)로 된다. 이 활물질제거공정에서는 도 3의 (a), (b)에 나타낸 초음파진동기(17)를 구비한 활물질제거장치(14)와 거의 같은 구성을 갖는 활물질제거장치(도시생략)를 이용해 제 1 실시예와 같이 처리된다.

상기 심재노출부(21, 21)는 제 1 실시예와 같이, 프레스롤(도시생략)로 가볍게 눌려져, 활물질(3)이 충전되어 있는 개소에 대하여 동일 평면이 되는 상태까지 압축된다. 더욱이 도 5의 (e)에 나타내는 바와 같이, 상기 심재노출부(21, 21)는 그 상면이 활물질(3)이 충전되어 있는 개소보다 낮아지는 위치까지 프레스롤에 의해서 압축된다. 그 후에, 양 심재노출부(21, 21)에는 띠형상 리드 즉, 리드 후프(22)가 심용접된다. 마지막으로 도 5의 (f)에 일점쇄선으로 나타내는 각 절단선을 따라 절단 또는 천공됨으로써 도 5의 (g)에 나타내는 바와 같은 복수의 전지용 전극판(23)이 얻어진다. 이 각 전지용 전극판(23)은 모두 동일형상으로, 활물질충전부(23a)와 활물질(3)이 제거된 집전부(23b)와, 이 집전부(23b)에 고착된 리드편(23c)을 갖고 있다.

이 전지용 전극판(23)의 제조방법은 제 1 실시예와 거의 같은 공정을 거치기때문에 상술한 제 1 실시예의 여러 가지 효과와 같은 효과를 얻을 수 있고, 각형전지에 이용하는 고품질의 전지용 전극판(23)을 생산성 좋게 제조할 수 있다. 또, 리드 후프(22)를 용접하는 공정 대신에, 즉 리드 후프(22)를 용접하지 않은 활물질충전이 끝난 심재(1)를 도 5의 (f)의 중앙의 절단선을 따라 절단하여 두 개로 분할하여, 심재노출부(21)를 구부린 후 압축하여 집전부를 작성하고, 그 후에 개개의 전지용 전극판으로 분할하도록 해도 된다. 집전부는 상술한 처리에 의해서 기계적인 강도나 밀도가 높아지고, 또한 집전효율도 향상하고 있으므로, 리드 후프(22)를 절단하여 이루어지는 리드편(23c)을 설치한 경우와 같은 품질이 안정된 리드편을 형성할 수 있다.

도 6은 상기 제조방법에 의해 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판(23p, 23q)을 격리판(58)을 개재시켜 교대로 적층하여 이루어지는 전극군(53)을 각통형상의 전지 케이스(54) 내에 수납하여 이루어지는 니켈수소전지를 나타내고 있다. 이 각형전지는 봉입판(59)의 양극단자(60)와 양극의 전지용 전극판(23p)이 리드를 개재시켜 전기적으로 접속되어 있고, 음극관인 전지 케이스(54)와 음극의 전지용 전극판(23q)이 리드를 개재새켜 전기적으로 접속되어 있다. 전지 케이스(54) 내에는 전해액이 충전되어 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 활물질의 충전밀도에 편차가 없고, 활물질충전부와 집전부와의 경계선이 정확한 직선으로, 집전부에서의 활물질의 잔존율이 낮아, 집전부의 전체가 소정의 폭을 갖고 있는 전지용 전극판이 얻어진다. 따라서, 본 발명은 고율방전특성이 높은 전지를 효율적으로 작성하는 데에 있어서 유용하다.

Claims (10)

1. 다공질의 박판형상의 심재(1) 전체에 활물질(3)을 충전하는 활물질충전공정과,

   상기 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부(8)를 형성하는 프레스공정과,

   상기 잔존볼록부에 초음파진동을 부여함으로써 활물질을 제거하여 심재노출부(13)를 형성하는 활물질제거공정과,

   상기 심재노출부에 압력을 가하여 다른 부분과 면일이 되는 상태까지 압축하는 평탄화공정과,

   적어도 상기 심재노출부를 포함하는 소정 개소를 절단하여 전지용 전극판(19)을 작성하는 절단공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조방법.
2. 다공질의 박판형상의 심재(1) 전체에 활물질(3)을 충전하는 활물질충전공정과,

   상기 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부(20)를 형성하는 프레스공정과,

   상기 잔존볼록부에 초음파진동을 부여함으로써 활물질을 제거하여 심재노출부(21)를 형성하는 활물질제거공정과,

   상기 심재노출부에 압력을 가하여 압축하는 심재노출부 프레스공정과,

   상기 심재노출부에 리드 후프(22)를 심(seam)용접하는 리드용접공정과,

   적어도 상기 리드 후프를 포함하는 소정 개소를 절단하여 전지용 전극판(23)을 작성하는 절단공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조방법.
3. 다공질의 박판형상의 심재(1) 전체에 활물질(3)이 충전된 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부(8)를 형성하는 스트라이프 롤 프레스기(9)와,

   상기 잔존볼록부에 초음파발생 혼(17a)을 접촉시켜 초음파진동을 부여하는 초음파진동기(17) 및 이 각 초음파진동기에 대하여 하방으로 서로 대향하는 위치에 설치되어 초음파진동의 부여에 의해 제거되는 활물질을 흡인하는 진공흡인기(18)로 이루어지는 활물질제거장치(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조장치.
4. 다공질의 박판형상의 심재(1) 전체에 활물질이 충전된 활물질충전이 끝난 심재에 프레스가공을 실시하여 복수의 레일형상 잔존볼록부(8)를 형성하는 스트라이프롤 프레스기(9)와,

   상기 잔존볼록부에 초음파발생 혼(17a)을 접촉시켜 초음파진동을 부여하는 초음파진동기(17) 및 이 각 초음파진동기에 대하여 하방으로 서로 대향하는 위치에 설치되어 초음파진동의 부여에 의해 제거되는 활물질을 흡인하는 진공흡인기(18)로이루어지는 활물질제거장치(14)와,

   상기 활물질제거장치에 의해서 가공된 심재노출부(21)에 리드 후프(22)를 심용접하는 용접장치와,

   적어도 상기 리드 후프를 포함하는 소정 개소를 절단하여 전지용 전극판(23)을 작성하는 절단기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   스트라이프 롤 프레스기(9)는 위치를 고정한 상태로 지지된 받침 프레스롤(10)과, 잔존볼록부(8)를 형성하기 위한 고리형상홈부(12)가 주면의 소정 개소에 설치되어, 상기 받침 프레스롤을 향한 방향으로 소정의 가압력이 가해지는 가공 프레스롤(11)을 구비하여 구성되어 있는 동시에, 상기 고리형상 홈부의 양측벽(12a, 12b)의 개구테두리부가 소정의 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조장치.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   활물질제거장치(14)의 초음파발생 혼(17a)의 접촉면은 레일형상 잔존볼록부(8)의 반대면을 기준으로 하여, 스트라이프 롤 프레스가공이 끝난 부분의 두께보다도 크고, 또한 레일형상 잔존볼록부의 두께보다도 작은 극간을 개재하여 대향하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지용 전극판의 제조장치.
7. 제 1항에 기재된 제조방법으로 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판(19p, 19q)을 양자 사이에 격리판(55)을 개재시켜 소용돌이형상으로 감아 이루어지는 전극군(51)을 원통형상의 전지 케이스(52) 내에 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형전지.
8. 양극과 음극의 전지용 전극판 중 어느 하나가 제 1항에 기재된 제조방법으로 제조되어, 양쪽극의 전지용 전극판에 격리판(55)을 개재시켜 소용돌이형상으로 감아 이루어지는 전극군을 원통형상의 전지 케이스(52) 내에 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형전지.
9. 제 2항에 기재된 제조방법으로 제조된 양극 및 음극의 전지용 전극판(23p, 23q)을 양자 사이에 격리판(58)을 개재시켜 교대로 적층하여 이루어지는 전극군(53)을 각통형상의 전지 케이스(54) 내에 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형전지.
10. 양극과 음극의 전지용 전극판 중 어느 하나가 제 2항에 기재된 제조방법으로 제조되어, 양쪽극의 전지용 전극판에 격리판(58)을 개재시켜 교대로 적층하여 이루어지는 전극군을 각통형상의 전지 케이스(54) 내에 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형전지.