WO2006115035A1 - 電極フープの圧延方法 - Google Patents

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Kimihiro Imamura
Hiroyuki Usui
Keiji Minamino
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for rolling an electrode hoop in which electrode mixture layers are provided on both surfaces of a core made of a thin metal plate, and particularly when the thickness of the electrode mixture layer differs between the front and back, the distortion of the electrode hoop after rolling.
  • the present invention relates to a method for rolling an electrode hoop that suppresses the above.
  • Batteries such as alkaline storage batteries and lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable devices, electric appliances, or electric vehicles.
  • a typical manufacturing method of the electrode a method of filling a three-dimensional metal porous body with a powder material like a positive electrode of an alkaline storage battery, a positive electrode of a lithium ion battery, or a negative electrode of a nickel metal hydride battery, And a method of applying an electrode mixture paste obtained by kneading a powder material to a core made of a thin metal plate.
  • the latter coating method is particularly applied regardless of the battery system because of its high productivity.
  • various manufacturing methods including multi-row coating have been proposed as highly efficient manufacturing methods! (See, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • an electrode hoop is manufactured by drying the electrode mixture paste after application.
  • the electrode hoop 21 is installed in the uncoiler part 23 of the rolling apparatus in the state of the electrode coil 22 wound in a coil shape, and is unwound by the uncoiler part 23 to be guided.
  • the electrode mixture layer 21b supplied to both sides of the core material 21a is supplied to the rolling section 25 composed of a pair of rolling rolls 26a and 26b via the roll 24, and is rolled.
  • the thickness C of the electrode mixture layer 21b is normally set to the same thickness on both sides.
  • the electrode hoop 21 rolled by the rolling unit 25 is sent to the coiler part 28 through the guide roll 27, wound in a coil shape and taken out.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-297756
  • Patent Document 2 JP 2002-304988 A
  • the battery was manufactured by a coating method on the outermost periphery of the electrode group.
  • current is collected by placing a negative electrode and bringing it into contact with the inner wall of the metal battery case. Since the negative electrode mixture layer outside the core material in the outermost negative electrode hardly contributes to the battery reaction, the battery capacity can be increased without difficulty by making it as thin as possible.
  • the thickness of the negative electrode mixture layer on the front and back sides of the negative electrode is made different, and the thinner one is placed outside. There is a way to wind up. Note that even if electrodes having different thicknesses are used for the front and back, the resistance of the electrode mixture layer is low, and the battery efficiency is not lowered by using the electrode mixture.
  • the present invention provides a post-rolling method in order to prevent the electrode group from being inserted into the battery case even when the thickness of the electrode mixture layer is different between the front and back surfaces of the core material.
  • An object of the present invention is to provide an electrode hoop rolling method capable of obtaining a flat electrode.
  • the electrode hoop rolling method of the present invention for achieving the above object includes a supply step of supplying an electrode hoop in which an electrode mixture layer is provided on both sides of a belt-like core material that also has a metal thin plate force, and an electrode hoop.
  • the electrode hoop has an average thickness of the electrode mixture layer.
  • the electrode hoop is supplied so that the a-side is wound around one of the rolling rolls in the rolling process, with the side with the average thickness of the electrode mixture layer in the electrode hoop being the a-side and the other being the b-side. is there.
  • the a-side with a thin average thickness of the electrode mixture layer is in contact with the rolling roll over a wide area and subjected to a rolling action for a long time, and the other b-side is in contact with a smaller area and is short. Due to the rolling action for a long time, the a-plane side can be extended without difficulty during rolling, and the flatness of the electrode after rolling can be improved.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing one embodiment of a rolling method of an electrode hoop according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another configuration example of the electrode hoop.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing a conventional electrode hoop rolling method.
  • reference numeral 1 denotes an electrode hoop in which electrode mixture layers 3 a and 3 b are provided on both surfaces of a core material 2 that also has a thin metal plate force.
  • the electrode mixture layers 3a and 3b were formed by applying an electrode mixture paste on both sides of the core material 2 at the coating portion and adjusting the coating thickness adjusting portion to a predetermined coating thickness, followed by drying.
  • the electrode hoop 1 is installed in the uncoiler part 5 of the rolling device in the state of the electrode coil 4 wound in a coil shape, and is unwound by the uncoiler part 5 to guide rolls. 6 is supplied to a rolling section 7 composed of a pair of rolling rolls 8a and 8b, and the electrode mixture layers 3a and 3b are rolled.
  • the electrode hoop 1 rolled in the rolling section 7 is sent to the coiler part 10 through the guide roll 9 and is wound in a coil shape and taken out.
  • the thickness A of one electrode mixture layer 3a of the electrode hoop 1 is formed thinner than the thickness B of the other electrode mixture layer 3b.
  • the guide roll 6 is disposed at a position moved a predetermined distance from the contact point of the pair of rolling rolls 8a and 8b to the surface a side (upper side in FIG. 1) of one electrode mixture layer 3a. Then, the electrode hoop 1 is supplied so that the surface a of the thin electrode mixture layer 3a is wound around the rolling roll 8a.
  • the area where the electrode mixture layer 3a contacts the rolling roll 8a can be made larger than the area where the electrode mixture layer 3b contacts the rolling roll 8b.
  • the electrode mixture layer 3a also stretches easily during rolling.
  • the electrode mixture layer 3a includes a case where the average thickness is small.
  • the thin layer portion 11 is formed in a partial region in the width direction of the electrode mixture layer 3a. Similar effects can be obtained when the average thickness of the electrode mixture layer 3a is thin.
  • the present invention is a nickel hydrogen battery in the following examples as long as it is an electrode hoop in which an electrode mixture is applied to both surfaces of a core material made of a thin metal plate.
  • the present invention is not limited to the negative electrode of, for example, a sintered substrate that is a precursor of a sintered nickel positive electrode of an alkaline storage battery, and a positive and negative electrode of a lithium polymer battery using a lath metal as a metal thin plate. .
  • the hydrogen storage alloy powder was obtained by pulverizing in water to an average particle size of 30 m. After this hydrogen storage alloy powder is immersed in an alkaline aqueous solution for surface treatment, 10 kg of carboxymethylcellulose aqueous solution with a solid content ratio of 1.5% and 0.4 kg of ketjen black are added to 100 kg of this hydrogen storage alloy powder. Then, 1.75 kg of an aqueous solution of styrene-butadiene copolymer rubber particles having a solid content ratio of 40% was added and stirred to prepare an electrode mixture paste.
  • This electrode mixture paste was applied to both sides of the core material 2 made of iron punched metal with nickel plating with a thickness of 60 ⁇ m, a width of 300 mm, a punching hole diameter of 1 mm, and an opening ratio of 40% to a width of 26 Omm. Went out and applied.
  • the coating thickness on both sides can be adjusted by adjusting the position of the core material when the core material passes through the coating thickness adjusting section, so that the thickness A of the electrode mixture layer 3a on one side is 60 / zm.
  • This electrode hoop 1 was rolled in a positional relationship as shown in FIG. Specifically, the distance from the guide roll 6 to the rolling rolls 8a and 8b was 500 mm, and the height of the guide roll 6 with respect to the contact point of the rolling rolls 8a and 8b was 50 mm.
  • the sample was taken out from the electrode hoop 1 after rolling so that the length in the rolling direction was 200 mm and the width was 50 mm.
  • This sample was placed on a flat plate with the electrode mixture layer 3a on top, and the warp height was measured using a caliper. As a result, it was 0.3 mm.
  • An electrode mixture paste was applied to and dried to produce an electrode hoop 1. After rolling this in the same manner as in Example 1, the warp height was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 1.3 mm.
  • An electrode mixture paste was applied to and dried to produce an electrode hoop 1. After rolling this in the same manner as in Example 1, As a result of measuring the warp height in the same manner as in Example 1, it was 0.7 mm.
  • An electrode mixture paste was applied and dried to prepare an electrode hoop 1. After rolling this in the same manner as in Example 1, the warp height was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was -0.2 mm.
  • Example 2 Using the same electrode hoop 1 as in Example 1, as shown in FIG. As a result of measuring the warpage in the same manner as in Example 1, it was 2.7 mm.
  • the thinner electrode mixture layer is more than the thicker electrode mixture layer. Since the contact area with the rolling roll can be widened, it can be stretched easily during rolling to ensure flatness after rolling, and as a result, the amount of warpage that impedes insertion into the battery case of the electrode group can be reduced. Is possible. As in Examples 1, 3, and 4, where A is the thickness of the thinner electrode mixture layer and B is the thickness of the thicker electrode mixture layer, AZB is 0.1 or more and less than 1. I was able to clarify what I liked.
  • the electrode hoop rolling method of the present invention it is possible to obtain an electrode that ensures flatness after rolling even when the thickness of the electrode mixture layer is different between the front and back of the core material. Since the electrode group can be easily inserted into the battery case, it is possible to manufacture various battery electrodes with high productivity such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries. It is useful for manufacturing various battery electrodes.

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Abstract

  金属薄板からなる帯状の芯材（２）の両面に電極合剤層（３ａ、３ｂ）を設けた電極フープ（１）を一対の圧延ロール（８ａ、８ｂ）間に供給して圧延する圧延工程において、電極フープ（１）の電極合剤層（３ａ、３ｂ）の平均厚みが表裏で異なっている場合に、電極フープ（１）における電極合剤層の平均厚みが薄い方をａ面、他方をｂ面として、ａ面を圧延ロールの一方に巻き付けるように電極フープ（１）を供給するようにしたことにより、芯材の表裏で電極合剤層の厚みを異なる場合でも、圧延後に平坦な電極が得られる電極フープの圧延方法を実現する。

Description

明 細 書
電極フープの圧延方法
技術分野
[0001] 本発明は金属薄板から成る芯材の両面に電極合剤層を設けた電極フープの圧延 方法に関し、特に電極合剤層の厚みが表裏で異なる場合に、 圧延後の電極フープ の歪の抑制を図った電極フープの圧延方法に関するものである。
背景技術
[0002] アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動ェ 具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。その電極の代表的な 製造方法としては、アルカリ蓄電池の正極のように、三次元金属多孔体に粉体材料 を充填する方法と、リチウムイオン電池の正負極やニッケル水素電池の負極のように 、金属薄板から成る芯材に粉体材料を混練して成る電極合剤ペーストを塗布する方 法とが挙げられる。これらの電極の製造方法の内、特に後者の塗布工法は生産性が 高いので、電池系に関係なく適用されている。さらに、高効率な製造方法として、多 列塗布をはじめ様々な製造方法が提案されて！ヽる (例えば、特許文献 1及び特許文 献 2参照)。
[0003] 芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する方法では、塗布した後電極合剤ペース トを乾燥して電極フープが製造される。その後、図 3に示すように、電極フープ 21は、 コイル状に卷回された電極コイル 22の状態で、圧延装置のアンコイラ一部 23に設置 され、アンコイラ一部 23にて巻き出され、ガイドロール 24を介して一対の圧延ロール 26a、 26bからなる圧延部 25に向けて供給され、芯材 21aの両面に塗布された電極 合剤層 21bが圧延される。なお、電極合剤層 21bの厚さ Cは、通常両面で同じ厚さに 設定されている。圧延部 25で圧延された電極フープ 21は、ガイドロール 27を介して コイラ一部 28に送られ、コイル状に卷回されて取り出される。
[0004] このようにして製造された正負極の電極を、セパレータを介して卷回して電極群を 構成し、これを金属電槽に挿入した後に、電解液を注入することにより、所望する電 池が得られる。 特許文献 1：特開 2001— 297756号公報
特許文献 2：特開 2002 - 304988号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところで、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの正極容量規制式（ 正極の方が理論容量が小さ!/ヽ)電池の場合、電極群の最外周に塗布方式にて作製 された負極を配置し、これを金属電槽の内壁に接触させることにより集電することが 多い。この最外周の負極における芯材より外側の負極合剤層は電池反応に殆ど寄 与しないので、これをできるだけ薄くすることによって、電池容量を無理無く増大させ ることができる。このように最外周の負極においてその芯材より外側の負極合剤層を 薄くする方法の 1つとして、負極の表裏の負極合剤層の厚さを異ならせ、厚さの薄い 方を外側にして卷回する方法がある。なお、合剤層の厚みが表裏で異なる電極を用 Vヽても、電極合剤層に抵抗値の低 、電極合剤を用いることによって電池効率が低下 することはない。
[0006] し力しながら、表裏で合剤塗布層の厚さが異なる電極を用いて電池を生産するに は困難がある。すなわち、芯材の両面に設けた合剤塗布層の厚みが表裏で異なる場 合、芯材両面に電極合剤を塗布'乾燥した後圧延すると、塗布層の厚い方は材料供 給が容易なので延び易ぐ逆に薄い方は伸び難いので、厚い方の塗布層が外側に なるように電極が円弧状に反ることになる。しかるに、厚さの薄い方の合剤塗布層を 外側にして電極を卷回して電極群を構成するには、圧延後に癖付けされたのとは逆 方向に電極群を卷回する必要があるので、電極群の最外周の卷回最終端が外側に 反り返ることになり、電槽への挿入性が低下し、短絡不良が増すという問題があった。
[0007] これは、電極を短冊状にして正負の電極をセパレータを介して交互に重ね合わせ る積層型電極群の場合も同様で、最外側に配置された負極が電極群の外側に向け て反り返ることにより、電槽への挿入性が同様に低下するという問題がある。
[0008] 本発明は、上記従来の問題点に鑑み、芯材の表裏で電極合剤層の厚みを異なら せた場合でも、電極群の電槽への挿入性が低下しないように、圧延後に平坦な電極 を得ることができる電極フープの圧延方法を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0009] 上記目的を達成するための本発明の電極フープの圧延方法は、金属薄板力もなる 帯状の芯材の両面に電極合剤層を設けた電極フープを供給する供給工程と、電極 フープを一対の圧延ロール間に供給して圧延する圧延工程と、圧延後の電極フープ を巻き取る卷取工程と力 成る電極フープの圧延方法であって、電極フープはその 電極合剤層の平均厚みが表裏で異なっており、電極フープにおける電極合剤層の 平均厚みが薄い方を a面、他方を b面として、圧延工程において a面を圧延ロールの 一方に巻き付けるように電極フープを供給するものである。
[0010] この構成によると、電極合剤層の平均厚みの薄い a面が圧延ロールに広い面積で 接触して長時間圧延作用を受け、他方の b面はそれより狭い面積で接触して短時間 の圧延作用を受けて、圧延時に a面側も無理なく伸びるようになり、電極の圧延後の 平坦性を向上することができる。
[0011] また、圧延前の電極フープにおける電極合剤層の薄い部分の厚みを A、他方の厚 みを Bとして、 AZBを、 0. 1以上、 1未満とすることにより、上記作用効果を確実に得 ることがでさる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1は、本発明の電極フープの圧延方法の一実施形態を模式的に示す側面図 である。
[図 2]図 2は、電極フープの他の構成例の横断面図である。
[図 3]図 3は、従来例の電極フープの圧延方法を模式的に示す側面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明の電極フープの圧延方法の一実施形態について、図 1、図 2を参照 して説明する。
[0014] 図 1において、 1は、金属薄板力も成る芯材 2の両面に電極合剤層 3a、 3bを設けた 電極フープである。電極合剤層 3a、 3bは、芯材 2の両面に塗布部で電極合剤ぺー ストを塗布し、塗布厚調整部で所定の塗布厚となるように調整した後、乾燥して形成 されたものである。電極フープ 1は、コイル状に卷回された電極コイル 4の状態で、圧 延装置のアンコイラ一部 5に設置され、アンコイラ一部 5にて巻き出され、ガイドロール 6を介して一対の圧延ロール 8a、 8bからなる圧延部 7に向けて供給され、電極合剤 層 3a、 3bが圧延される。圧延部 7で圧延された電極フープ 1は、ガイドロール 9を介し てコイラ一部 10に送られ、コイル状に卷回されて取り出される。
[0015] ここで、電極フープ 1の一方の電極合剤層 3aの厚み Aは、他方の電極合剤層 3bの 厚み Bよりも薄く形成されている。このような場合、ガイドロール 6を、一対の圧延ロー ル 8a、 8bの接触点よりも一方の電極合剤層 3aの表面 a側（図 1では上側）に所定距 離移動した位置に配置し、薄い方の電極合剤層 3aの表面 aを圧延ロール 8aに巻き 付けるように電極フープ 1を供給する。
[0016] 以上の構成によると、電極合剤層 3aが圧延ロール 8aと接触する面積を、電極合剤 層 3bが圧延ロール 8bと接触する面積よりも広くすることができるので、薄いために伸 び難 ヽ電極合剤層 3aも圧延時に無理なく伸びる。
[0017] 圧延前の電極合剤層 3aの厚みを A、電極合剤層 3bの厚みを Bとして、 AZBが 0.
1以上 1未満であれば、上記作用効果は顕著に得られる。一方、 AZBが 0. 1未満の 場合は、本発明の技術を持ってしても圧延後の電極フープの平坦性を確保すること は困難であることが実験的に確かめられている。
[0018] 上記実施形態の説明では、電極合剤層 3a、 3bが芯材 2の全面にわたってそれぞ れ同一厚さで塗布されている電極フープ 1の例を示した力 本発明における厚みの 薄い電極合剤層 3aとは、その平均厚みが薄い場合を含み、例えば図 2に示すように 、電極合剤層 3aの幅方向の一部の領域に薄層部 11が形成されていることによって、 電極合剤層 3aの平均厚みが薄くなつている場合にも同様の作用効果が得られる。
[0019] 以上の実施形態の説明から分力るように、本発明は金属薄板からなる芯材の両面 に電極合剤が塗布された電極フープである限り、以下の実施例におけるニッケル水 素電池の負極に限定されないのは言うまでも無ぐ例えばアルカリ蓄電池の焼結式 ニッケル正極の前駆体であるシンター基板や、金属薄板としてラスメタルを用いたリ チウムポリマー電池の正負極にも適用可能である。
[0020] 以下に、本発明をニッケル水素蓄電池の負極 (水素吸蔵合金電極）に適用した実 施例と比較例について説明する。
[0021] (実施例 1) 組成式 MmNi Co Mn Al で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより
3.55 0.75 0.4 0.3
水中で平均粒径 30 mに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この水素吸蔵合金粉 末をアルカリ水溶液に浸漬して表面処理した後、この水素吸蔵合金粉末 100kgに対 し、固形分比 1. 5%のカルボキシメチルセルロース水溶液 10kg及びケッチェンブラ ック 0. 4kgをカ卩えて混練し、さらに固形分比 40%のスチレン—ブタジエン共重合体 ゴム粒子の水溶液 1. 75kgを加えて攪拌することにより、電極合剤ペーストを作製し た。
[0022] この電極合剤ペーストを、厚さ 60 μ m、幅 300mm、パンチング孔径 lmm、開孔率 40%のニッケルメツキを施した鉄製パンチングメタルから成る芯材 2の両面に、幅 26 Ommにわたつて塗布した。両面の塗布厚は、芯材が塗布厚調整部を通る際の芯材 位置を調整することにより、片面の電極合剤層 3aの厚さ Aを 60 /z m 他面の電極合 剤層 3bの厚さ Bを 140 mとし、 A/B = 0. 43となるように塗布し、その後乾燥して 電極フープ 1を作製した。
[0023] この電極フープ 1を図 1に示すような位置関係で圧延した。具体的には、ガイドロー ル 6から圧延ロール 8a、 8bまでの距離は 500mm、圧延ロール 8a、 8bの接触点に対 するガイドロール 6の高さは 50mmであった。
[0024] 圧延後の電極フープ 1から、圧延方向の長さ 200mm、幅 50mmとなるようにサンプ ルを取り出した。このサンプルを、電極合剤層 3aが上となるように平板上に置き、ノギ スを用いて反り高さを測定した結果、 0. 3mmであった。
[0025] (実施例 2)
実施例 1に対し、電極合剤層 3aの厚み Aを 5 μ m、電極合剤層 3bの厚み Bを 195 mとし、 AZB=0. 03となるようにした以外は、実施例 1と同様に電極合剤ペースト を塗布して乾燥し、電極フープ 1を作製した。これを実施例 1と同様に圧延した後、実 施例 1と同様に反り高さを測定した結果、 1. 3mmであった。
[0026] (実施例 3)
実施例 1に対し、電極合剤層 3aの厚み Aを 18 μ m、電極合剤層 3bの厚み Bを 182 mとし、 AZB=0. 1となるようにした以外は、実施例 1と同様に電極合剤ペースト を塗布して乾燥し、電極フープ 1を作製した。これを実施例 1と同様に圧延した後、実 施例 1と同様に反り高さを測定した結果、 0. 7mmであった。
[0027] (実施例 4)
実施例 1に対し、電極合剤層 3aの厚み Aを 90 m、電極合剤層 3bの厚み Bを 110 mとし、 AZB=0. 82となるようにした以外は、実施例 1と同様に電極合剤ペースト を塗布して乾燥し、電極フープ 1を作製した。これを実施例 1と同様に圧延した後、実 施例 1と同様に反り高さを測定した結果、—0. 2mmであった。
[0028] (比較例）
実施例 1と同じ電極フープ 1を用いて、図 3に示すように、従来と同様の圧延を行つ た。実施例 1と同様に反りを測定した結果、 2. 7mmであった。
[0029] 以上の説明から明らかなように、薄い方の電極合剤層を、圧延ローラに巻き付ける ように供給することにより、薄い方の電極合剤層は、厚い方の電極合剤層よりも圧延 ロールとの接触面積を広く取ることができるので、圧延時に無理なく伸びて圧延後の 平坦性を確保でき、結果として電極群の電槽への挿入性に障害となる反り量を低減 することが可能となる。なお、実施例 1、 3、 4のように、薄い方の電極合剤層の厚みを A、厚い方の電極合剤層の厚みを Bとして、 AZBが 0. 1以上 1未満であるのが好ま しいことも明確ィ匕できた。
産業上の利用可能性
[0030] 以上説明したとおり、本発明の電極フープ圧延方法によれば、芯材の表裏で電極 合剤層の厚みが異なる場合にも圧延後の平坦性を確保した電極を得ることができる ため、電極群の電槽への挿入性を向上することができることから、種々の電池の電極 を高い生産性のもとで製造できる技術として利用可能性が高ぐリチウムイオン電池、 ニッケル水素電池などの各種電池の電極製造に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 1.金属薄板からなる帯状の芯材 (2)の両面に電極合剤層（3a, 3b)を設けた電極 フープ（1)を供給する供給工程と、
電極フープを一対の圧延ロール (8a, 8b)間に供給して圧延する圧延工程と、 圧延後の電極フープを巻き取る卷取工程とから成る電極フープの圧延方法であって 電極フープはその電極合剤層の平均厚みが表裏で異なっており、電極フープにお ける電極合剤層の平均厚みが薄い方（3a)を a面、他方（3b)を b面として、圧延工程 にお 、て a面を圧延ロールの一方（8a)に巻き付けるように電極フープを供給する電 極フープの圧延方法。
[2] 2.圧延前の電極フープ（1)における電極合剤層の薄い部分（3a)の厚みを A、他 方（3b)の厚みを Bとした時に、 AZB力 0. 1以上、 1未満である請求項 1記載の電 極フープの圧延方法。
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