(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質及びポリテトラフルオロエチレンを含むペーストが用いられるペースト充填装置において、
底面に集電体挿入穴を有するペースト収容容器と、
前記容器内に前記ペーストを供給するためのペースト供給手段と、
前記容器内に互いに距離を隔てて配置された２枚の保持プレートと、
前記２枚の保持プレートの間に配置され、前記集電体挿入穴から挿入された帯状の集電体が通過するスリットを有するペースト充填量調節部材と、
前記ペーストで満たされた前記スリット内のペースト液面よりも、前記容器の内面と各保持プレートとの間のペースト液面を高くし、かつその液面の差を一定に保つためのペースト液面高さ制御手段と
を具備したことを特徴とするペースト充填装置。
【請求項２】
前記ペースト液面高さ制御手段は、前記容器の内面と各保持プレートとの間のペースト液面が低下したことを検知するセンサを具備することを特徴とする請求項１記載のペースト充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は活物質を含むペーストが集電体に充填された構造を有するペースト式電極の製造方法に関し、特に集電体にペーストを充填する工程を改良したペースト式電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
負極に水素吸蔵合金を使用したアルカリ二次電池は、近年の二次電池に対する高容量化の要求に応え得る電池として期待されている。また、この水素吸蔵合金を負極とし、かつ正極活物質として水酸化ニッケルを用いるニッケル水素二次電池は、負極活物質としてカドミウム化合物を用いるニッケルカドミウム二次電池と同様に負極の容量が正極のそれより大きい構造を有する。このため、前記ニッケル水素二次電池は、過充電時に前記正極で発生する酸素を前記負極に吸収させることができるため、密閉化が可能である。
【０００３】
水素吸蔵合金を用いる負極を製造する方法としては、水素吸蔵合金粉末と、例えばポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロースなどの高分子結着剤と、導電材とを混練することによりペーストを調製し、前記ペーストを例えばパンチドメタルなどの集電体に充填し、これを乾燥した後、加圧し、所望のサイズに裁断することにより負極を製造する方法が知られている。前記ポリテトラフルオロエチレンは、前記負極の強度を高めるために前記ペースト中に添加される。
【０００４】
このような製造方法において前記集電体に前記ペーストを充填する工程は従来より、図４に示すペースト充填装置を用いて行われている。前記ペースト充填装置は、底部に長孔３１ａを有するペースト収容容器３１を備える。ペースト充填量調節部材３２は、矩形のスリット３３と、前記スリット３３と連通するように形成されたテーパ状の長穴３４を有する。このような構造のペースト充填量調節部材３２は、前記容器３１の上方に配置されている。１対のローラ３５ａ，３５ｂは、前記容器３１内の上方に配置されている。このような装置において、前記容器３１内にペーストを収容し、前記ローラ３５ａを半時計回りに回転させ、かつ前記ローラ３５ｂを時計回りに回転させる。帯状のパンチドメタルＳを前記長孔３１ａから前記容器３１内に挿入して上方へ移動させる。前記１対のローラ３５ａ，３５ｂが回転すると、この回転により前記ペーストが前記帯状パンチドメタルＳの周囲に寄って前記帯状パンチドメタルの近傍のペーストの圧力が高まるため、前記帯状パンチドメタルＳに前記ペーストが充填される。ペーストが充填された帯状パンチドメタルＳが前記充填量調節部材３２の前記長穴３４を通過した後、前記スリット３３を通過すると、前記スリット３３により余分に塗着されたペーストが掻き落されて前記パンチドメタルＳに所定量のペーストが充填される。
【０００５】
しかしながら、前記充填工程において、前記容器内のペーストを前記１対のローラにより前記パンチドメタルＳの周囲に寄せると、前記ペーストの圧力が局所的に高まるため、前記ペーストに剪断応力が加わる。前記ペースト中に含まれるポリテトラフルオロエチレンは、この剪断応力により繊維化するため、充填工程が進行するのに伴って前記ペーストの粘度が高くなるという問題点があった。その結果、前記ペーストが前記帯状パンチドメタルの周囲に移動され難くなるため、充填工程が進行するのに伴って前記帯状パンチドメタルに充填されるペースト量が減少し、歩留りが低下するという問題点があった。このようなことから前記ローラを前記装置から取り除くと、前記帯状パンチドメタルの近傍のペースト圧力を高めることが困難になるため、前記帯状パンチドメタルに十分な量のペーストを充填できなくなるという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、帯状の集電体にペーストを均一に充填することが可能なペースト式電極の製造方法及びペースト充填装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るペースト充填装置は、活物質及びポリテトラフルオロエチレンを含むペーストが用いられるペースト充填装置において、
底面に集電体挿入穴を有するペースト収容容器と、
前記容器内に前記ペーストを供給するためのペースト供給手段と、
前記容器内に互いに距離を隔てて配置された２枚の保持プレートと、
前記２枚の保持プレートの間に配置され、前記集電体挿入穴から挿入された帯状の集電体が通過するスリットを有するペースト充填量調節部材と、
前記ペーストで満たされた前記スリット内のペースト液面よりも、前記容器の内面と各保持プレートとの間のペースト液面を高くし、かつその液面の差を一定に保つためのペースト液面高さ制御手段と
を具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
前記活物質としては、例えば水素吸蔵合金、カドミウム化合物、水酸化ニッケル等を挙げることができる。
前記帯状の集電体としては、例えばパンチドメタル、エキスパンドメタル、金網等の二次元構造のもの、発泡メタル、網状焼結金属繊維などの三次元構造のもの等を挙げることができる。
【００１０】
【作用】
本発明のペースト式電極の製造方法によれば、容器内に活物質及びポリテトラフルオロエチレンを含むペーストを収容し、かつ前記容器内にペースト充填量調節部材をそのスリット内がペーストで満たされるように配置し、前記ペーストに外部から一定の圧力を加えることによって、前記ペースト全体の圧力を均一に高めることができる。その結果、前記ペーストに剪断応力が加わらないため、前記ペースト中のポリテトラフルオロエチレンが繊維化するのを防止することができ、ペーストの粘度を所望の値に維持することができる。従って、帯状の集電体を集電体挿入穴から前記容器内に挿入して前記充填量調節部材のスリットを通すことによって、前記帯状の集電体にペーストを均一に充填することができるため、歩留りを向上することができる。また、長期間に亘って充填工程を続けることができるため、充填工程の作業効率を向上することができる。
【００１１】
また、本発明に係わるペースト充填装置によれば、ペースト充填量調節部材をそのスリットがペーストで満たされるように容器内に配置し、ペースト液面制御手段により前記容器の内面と接するペースト液面を前記充填量調節部材のスリット内に位置するペースト液面よりも高くすることによって、前記容器内のペーストの圧力をほぼ均一に高めることができる。このため、前記ペーストに剪断応力が加わるのを防止することができる。また、前記ペースト液面制御手段により液面の差を一定に保つことによって、前記ペーストに加えられる圧力を一定に維持することができる。従って、帯状の集電体を前記容器の集電体挿入穴から前記容器内に挿入して前記充填量調節部材の前記スリット内を通過させることによって、前記帯状の集電体にペーストを均一に充填することができる。また、長期間に亘って充填工程を続けることができるため、充填工程の作業効率を向上することができる。
【００１２】
【実施例】
実施例
まず、本発明の実施例で用いられるペースト充填装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係わるペースト充填装置の要部斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
長箱形の枠状本体１は、長手方向と直交する上部両端に天板１ａ，（１ｂ）がそれぞれ形成されている（１ｂは図示しない）。また、前記本体１は、前記天板１ａ，（１ｂ）間に開口部２を有する。前記本体１の長手方向と直交する下部両端には、２枚の底板（図示しない）がそれぞれ形成されている。ローラ（図示しない）は、前記本体１内に配置され、その両端が前記底板に固定されている。
【００１４】
第１の門形ブラケット３は、前記本体１の前記天板１ａに固定されている。前記ブラケット３は、本体１の開口部２側に位置する上面に矩形の切欠部を有する。また、前記ブラケット３は、上面に互いに所望距離を隔てて平行に配置された２つの支持ピン４ａ，４ｂを有する。２本の支柱５ａ，５ｂは、前記ブラケット３の支柱間に位置する前記天板１ａに等間隔を隔てて固定されている。前記本体１の前記天板（１ｂ）には、前記ブラケット３と同様な構造を有する第２の門形ブラケット（図示しない）が前記ブラケット３と前記開口部２を挟んで対向するように配置されている。また、前記第２の門形ブラケットの支柱間に位置する前記天板１ｂには、前記各支柱５ａ，５ｂと同様な構造の２本の支柱（図示しない）が前記支柱５ａ，５ｂと前記開口部２を挟んで対向するように配置されている。
【００１５】
角形のペースト収容容器６は、上部開口部に矩形の庇部６ａを有し、前記容器６の長手方向に沿う底面中央部に集電体挿入穴としての長孔６ｂが開口されている。前記容器６の長手方向と直交する庇部６ａ（手前側）の下面には、前記各支柱５ａ，５ｂの上端がそれぞれ取付けられている。また、前記庇部６ａと容器６の上部開口部を挟んで対向する庇部（図示しない）の下面には、前記天板（１ｂ）上の前記２本の支柱の上端が固定されている。２つのペースト導入管７ａ，７ｂの一端は、前記容器６の側面にそれぞれ連結され、かつそれらの他端は上方に延出されている。前記導入管７ａはその側壁に互いに等間隔を隔てて配置された３つのペースト導入穴８1 ，８2 ，（８3 ）（８3 は図示しない）を有する。また、前記導入管７ｂは、その側壁に互いに等間隔を隔てて配置された３つのペースト導入穴（８4 ），８5 ，（８6 ）（８4 ，８6 は図示しない）を有する。前記各導入穴８1 〜８6 には、ペースト供給手段としての図示しないダイヤフラムポンプが接続されている。
【００１６】
２つの角柱形の上部冷却器９ａ，９ｂは、前記容器６の上部側面と前記各導入管７ａ，７ｂとの間にそれぞれ介装されている。２つの下部冷却器１０ａ，１０ｂは、長手方向に沿う端部に立上り部を有する角柱からそれぞれ形成されている。前記各下部冷却器１０ａ，１０ｂの本体は、その立上り部が前記容器６の下部側面中央を覆うように前記容器６の底部に固定されている。これらの冷却器９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂは、その内部を冷却水が循環するようになっており、これにより前記容器６内に収容されるペーストの温度は１０℃〜１５℃に保たれる。２つのペースト止め１１ａ，１１ｂは、ゴム製の角柱からそれぞれなり、前記容器６の底部に前記長孔６ｂを挟むように取付けられている。
【００１７】
ペースト充填量調節部材を保持するための保持手段１２は、矩形状の枠１３と、長手方向に沿う枠１３の下面に互いに所望距離を隔てて固定された下部に突起部を有する２枚の長方形の保持プレート１４ａ，１４ｂとから構成される。前記保持手段１２の前記２枚の保持プレート１４ａ，１４ｂは、前記容器６内に配置されている。前記保持手段１２の長手方向と直交する枠１３（手前側）は、前記ブラケット３の上面に載置されている。この枠１３は前記支持ピン４ａ，４ｂがそれぞれ貫通されている。前記各支持ピン４ａ，４ｂの上端がねじ止めされることにより前記長手方向と直交する手前側の枠１３は前記ブラケット３上に固定されている。前記長手方向と直交する手前側の枠１３と枠１３の開口部を挟んで対向する枠（図示しない）は、前記第２の門形ブラケット上に載置されている。この枠も同様に支持ピンによって前記第２の門形ブラケット上に固定されている。ペースト充填量調節部材１５は、上部に矩形のスリット１６ａと、前記スリットと連通するように形成された長穴１６ｂを有する。前記長穴１６ｂは、内面が外側に拡口されている。前記充填量調節部材１５は、前記２つの保持プレート１４ａ，１４ｂの前記突起部に載置されている。５つのセンタリングガイド１７1 ，１７2 ，（１７3 ），（１７4 ），（１７5 ）（１７3 ，１７4 ，１７5 は図示しない）は、前記ペースト充填量調節部材１６上に等間隔の距離を隔てて配置されている。
【００１８】
２枚の大きい寸法のＬ形基板押え棒固定プレート１８1 ，（１８2 ）（１８2 は図示しない）は、互いに対向するように前記保持プレート１４ａの両端にそれぞれ取付けられている。２枚の小さい寸法のＬ形基板押え保持プレート１９1 ，（１９2 ）（１９2 は図示しない）は、互いに対向するように前記保持プレート１４ｂの両端にそれぞれ取付けられている。上部基板押え棒２０は、両端が前記２枚の固定プレート１８1 ，（１８2 ）にそれぞれ固定されている。下部基板押え棒２１は、前記押え棒２０の下方に配置され、両端が前記２枚の固定プレート１８1 ，（１８2 ）にそれぞれ固定されている。中央部基板押え棒２２は、両端が前記２枚の固定プレート１９1 ，（１９2 ）にそれぞれ固定されている。
【００１９】
ペースト液面制御手段は、２つの長箱形フロート２３ａ，２３ｂを備える。前記２つのフロート２３ａ，２３ｂは、前記容器６内に前記２枚の保持プレート１４ａ，１４ｂを挟むように配置されている。前記各フロート２３ａ，２３ｂは、２つのフロート支持ピン２４1 ，（２４2 ），２４3 ，（２４4 ）（２４2 ，２４4 は図示せず）をそれぞれ有する。前記各フロート支持ピン２４1 〜２４4 は、上部が前記枠１３から突出している。４つの円筒形のストッパ２５1 ，（２５2 ），２５3 ，（２５4 ）（２５2 ，２５4 は図示せず）は、前記４つのフロート支持ピン２４1 ，（２４2 ），２４3 ，（２４4 ）の上部にそれぞれ固定されている。前記長手方向に沿う枠１３には、前記容器６の内面と接するペースト液面を判定するための透過型光電センサー（図示せず）が取り付けられている。前記センサーは前記センサーが取付けられた位置を前記各円筒形ストッパ２５1 〜２５4 が通過したことを検知する機能を有する。前記センサーの位置は、前記容器６の内面と接するペースト液面（Ｈ1 ）が目的とする高さよりも低下した時に前記各円筒形ストッパ２５1 〜２５4 が下降される高さに設定されている。また、前記センサーには、前記センサーからの検知信号が入力されている間前記ダイヤフラムポンプを駆動させるようになっているコントローラ（図示しない）が取付けられている。このようなペースト液面制御手段において、前記容器６内に収容されたペースト量が減少すると、前記容器６の内面と接するペースト液面Ｈ1 が低下して前記２つのフロート２３ａ，２３ｂと共に前記各円筒形ストッパ２５1 〜２５4 が下降する。前記各ストッパ２５1 〜２５4 が前記センサーにより検知されると、検知信号が前記コントローラに入力され、前記ダイヤフラムポンプが駆動されてペーストが前記２つの導入管７ａ，７ｂから前記容器６内に供給される。前記容器６の内面に接するペースト液面Ｈ1 が目的とする高さになると、前記２つのフロート２３ａ，２３ｂと共に前記各ストッパ２５1 〜２５4 が上昇して、これらのストッパは前記センサーにより検知されなくなるため、前記コントローラが前記ダイヤフラムポンプの駆動を停止させ、ペーストの供給が止まる。その結果、前記容器６の内面と接するペースト液面Ｈ1 は、目的とする高さに保たれる。
【００２０】
以下、前述したペースト充填装置を用いて本発明のペースト式電極の製造方法を説明する。
まず、水素吸蔵合金に、導電材としてのカーボンと、高分子結着剤としてのカルボキシメチルセルロース，ポリアクリル酸ナトリウム，ポリテトラフルオロエチレンのディスパージョンと、水とを添加し、混練してペーストを調製した。前記ペーストを１０℃の低温庫内に静置することによりエージングを施した。
【００２１】
次いで、前記ペースト供給手段としての前記ダイヤフラムポンプにより前記ペーストを前記２つのペースト導入管７ａ，７ｂから前記容器６内に供給し、前述した図２に示すように前記容器６の内面と接するペースト液面Ｈ1 が前記充填量調節部材１５のスリット１６ａ内のペースト液面（Ｈ2 ）より所望の高さ（Ｈ3 ）高くなるように供給した。その結果、前記容器６内のペーストの圧力がほぼ均一に高められたため、前記ペーストに剪断応力が加わらなかった。
【００２２】
次いで、前記ローラを回転させることにより集電体としての帯状のパンチドメタルＳ（厚さは８０μｍである）を前記容器６の前記長孔６ａから前記容器内に挿入し、前記基板押え棒２０，２１と前記基板押え棒２２との間，前記充填量調節部材１５の長穴１６ｂ，スリット１６ａ，前記センタリングガイド１７1 〜１７5 を通過させることにより前記帯状パンチドメタルＳにペーストを均一に充填した。この充填に伴い前記容器６の内面と接するペースト液面Ｈ1 が低下すると、前記ペースト液面制御手段の前記センサーから前記コントローラに検知信号が入力され、前記ダイヤフラムポンプから前記容器６に前記ペーストが供給される。従って、充填工程中、前記容器６の内面と接するペースト液面Ｈ1 と前記充填量調節部材１５のスリット１６ａ内のペースト液面Ｈ2 との差は一定（Ｈ3 ）に保たれ、前記容器６内のペーストに加えられた圧力は一定に保たれた。このように前記容器６内のペースト全体の圧力がほぼ均一に高められ、かつその圧力が一定に維持された状態で前記帯状のパンチドメタルＳを前記容器６の前記長孔６ｂから前記容器内に挿入し、前記スリット１６ａを通過させることによって、前記帯状パンチドメタルＳ２００ｍ分にペーストを均一に充填することができた。
【００２３】
このペースト充填済みの帯状パンチドメタルＥを乾燥した後、プレスすることにより負極を作製した。
比較例
前述した図４に示すペースト充填装置を用い、容器３１内に実施例と同様なペーストを収容し、ローラ３５ａを半時計回りに回転させ、かつローラ３５ｂを時計回りに回転させた。実施例と同様な帯状のパンチドメタルを長孔３１ａから前記容器３１内に挿入して上方へ移動させると、前記ローラ３５ａ，３５ｂによって前記パンチドメタルの周囲にペーストが寄るため、前記パンチドメタルに前記ペーストが充填された。このパンチドメタルをペースト充填量調節部材３２のテーパ状の長穴３４、スリット３３を通過させることにより余分なペーストを除去して充填量を調節した。これを乾燥した後、プレスすることにより負極を作製した。
【００２４】
得られた実施例及び比較例の負極を１０ｍおきに直径３０ｍｍの円板に打ち抜き、この円板の重量を測定し、その結果を図３に示した。
図３から明らかなように、ペーストに外部から一定の圧力を加えながら帯状の集電体を集電体挿入穴から容器内に挿入して充填量調節部材のスリットを通すことにより帯状の集電体にペーストを充填する実施例の負極は、重量が長期間に亘って一定であることがわかる。これに対し、ローラでペーストを帯状集電体の周囲に寄せてペーストの圧力を局所的に高めることによりこの集電体にペーストを充填する比較例の負極は、充填工程が進行するのに伴って重量が減少することがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のペースト式電極の製造方法によれば、帯状の集電体にペーストを均一に充填することができ、歩留まりを向上することができ、充填工程の作業効率を向上することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のペースト充填装置の要部斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】本発明の実施例における負極重量の経時変化を示す特性図。
【図４】従来のペースト式電極の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
６…ペースト収容容器、６ｂ…長孔、７ａ，７ｂ…ペースト導入管、１２…保持手段、１５…ペースト充填量調節部材、１６ａ…スリット、２３ａ，２３ｂ…フロート、２４1 〜２４4 …フロート支持ピン、２５1 〜２５4 …ストッパ。
【図１】
0003665659.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003665659.tif 000004
【図４】
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