(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元的に連続する空間を有する金属多孔体からなる基板に活物質粉末を主成分とする活物質スラリーを連続的に充填するスラリー充填工程と、このスラリー充填工程にて前記基板に付着した不要な活物質スラリーを同基板から除去するスラリー除去工程と、このスラリー除去工程にて不要な活物質スラリーを除去した前記基板を乾燥する乾燥工程からなる非焼結式電極の製造方法であって、
前記活物質スラリーとしてその粘度が１，０００−１０，０００ｃｐの活物質スラリーを用いて、同活物質スラリーが前記スラリー充填工程にて連続的に充填された前記基板を前記乾燥工程にて乾燥する前に、前記スラリー除去工程にて不要な活物質スラリーを除去された前記基板の表面から水分を取り除く水分除去工程を適用したことを特徴とする非焼結式電極の製造方法。
【請求項２】
三次元的に連続する空間を有する金属多孔体からなる基板に活物質粉末を主成分とする活物質スラリーを連続的に充填した後に乾燥して非焼結式電極を製造する装置において、
前記活物質スラリーとしてその粘度が１，０００−１０，０００ｃｐの活物質スラリーを収容するスラリー収容槽と、
前記基板を前記スラリー収容槽内を通して連続的に駆動する基板駆動手段と、
前記スラリー収容槽内に収容した前記活物質スラリーを前記基板に充填するスラリー充填手段と、
前記基板に充填された前記活物質スラリーのうち不要なスラリーを同基板から除去するスラリー除去手段と、
該スラリー除去手段により不要なスラリーを除去された前記基板の表面から水分を除去する水分除去手段と、
該水分除去手段によりその表面から水分を除去された前記基板を乾燥する乾燥装置とを備えたことを特徴とする非焼結式電極の製造装置。
【請求項３】
前記水分除去手段として、前記基板の表面から水分を取り除く刷毛を採用したことを特徴とする請求項２に記載の非焼結式電極の製造装置。
【請求項４】
前記水分除去手段として、前記基板の表面から水分を取り除く多孔質高分子体を採用したことを特徴とする請求項２に記載の非焼結式電極の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池などのアルカリ蓄電池等に使用される三次元的に連続する空間を有する金属多孔体を基板として用いる非焼結式電極の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルカリ蓄電池等に用いる電極の基板としては、ニッケル粉末の焼結体が用いられているが、その多孔度は７０〜８０％程度であり、これ以上に多孔度を上げるとその機械的強度が著しく減少するため、その空隙内に活物質を充填した場合、基板が変形したり、亀裂が生じたり、活物質の剥離を招来する等の欠点があった。
【０００３】
そこで、近年、上記したような焼結式電極に代わって、フェルト状の金属繊維からなる多孔体や発泡状の金属多孔体等からなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体を基板として、この基板に活物質粉末を充填した、いわゆる非焼結式電極が提案されるようになった。三次元的に連続する空間を有する金属多孔体は、その多孔度が９０〜９８％と高く、しかも機械的強度が大きい上に、孔径が大きいので、この基板に活物質を充填すると高容量化を計ることが可能となる。ところで、上記した三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板に水を媒体とした活物質スラリーを充填する場合において、所定の量のスラリーを均一に充填するためには、高粘度のスラリーを加圧充填するか、あるいは活物質スラリーの粘度を低減させて小さい圧力で充填する方法が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高粘度のスラリーを加圧充填する場合においては、スラリー充填時に大きな加圧力が必要になるため、金属多孔体に大きな応力が加わり、金属多孔体を構成する金属骨格が損傷を受けて、スラリー充填後の金属多孔体の機械的強度が低下するという問題を生じた。
また、活物質スラリーの粘度を低減させて小さい圧力で充填する場合においては、比較的低い加圧力で金属多孔体に充填可能であるため、金属多孔体を構成する金属骨格の損傷が少なくなる反面、スラリーの粘度が低いため、スラリーの流動性が大きく、充填工程から乾燥工程を経て完全に乾燥されるまでに、金属多孔体内に一旦充填されたスラリーがその内部から表面に染み出すという現象が発現する。充填されたスラリーが金属多孔体の内部から表面に染み出すと、充填量のばらつきが生じる。そのため、乾燥後の圧延時において、充填量が大きい部分においては過圧延されることとなって、電極にひび割れが発生するという問題を生じた。
本発明の目的は、上記問題に対処するため、金属多孔体に充填された粘度の低い活物質スラリーが乾燥工程を経て完全に乾燥されるまでにその内部から染み出すことを防止して、乾燥後の圧延工程にて活物質スラリーが充填された電極にひび割れを生じさせないようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、上記の目的を達成するため、三次元的に連続する空間を有する金属多孔体からなる基板に活物質粉末を主成分とする活物質スラリーを連続的に充填するスラリー充填工程と、このスラリー充填工程にて前記基板に付着した不要な活物質スラリーを同基板から除去するスラリー除去工程と、このスラリー除去工程にて不要な活物質スラリーを除去した前記基板を乾燥する乾燥工程からなる非焼結式電極の製造方法であって、前記活物質スラリーとしてその粘度が１，０００−１０，０００ｃｐの活物質スラリーを用いて、同活物質スラリーが前記スラリー充填工程にて連続的に充填された前記基板を前記乾燥工程にて乾燥する前に、前記スラリー除去工程にて不要な活物質スラリーを除去された前記基板の表面から水分を取り除く水分除去工程を適用したことを特徴とする非焼結式電極の製造方法を案出したものである。
【０００６】
上記の本発明による非焼結式電極の製造方法においては、スラリー充填工程により三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板に活物質粉末を主成分とするスラリーを充填した後、スラリー除去工程により不要なスラリーが基板より除去されて均一な厚みの基板となる。この後、水分除去工程により基板表面の水分を取り除いた後、乾燥工程により乾燥され、圧延後、所定の形状に切断されて電極となる。
【０００７】
このように、不要なスラリーを除去した基板表面の水分を水分除去工程により取り除くようにすると、基板表面の水分がなくなった分だけ乾燥工程における乾燥時間が短くなる。そのため、乾燥時間が比較的短時間となり、基板内部からその表面へのスラリーの染み出しが防止できるようになり、充填むらのない均一な電極とすることが可能になるとともに、充填むらに起因する圧延時のひび割れの発生を防止できるようになる。
【０００８】
本発明の実施にあたっては、活物質粉末を主成分とする活物質スラリーとしてその粘度が１，０００−１０，０００ｃｐの活物質スラリーを収容するスラリー収容槽と、  三次元的に連続する空間を有する金属多孔体からなる基板を前記スラリー収容槽内を通して連続的に駆動する基板駆動手段と、前記スラリー収容槽内に収容した前記活物質スラリーを前記基板に充填するスラリー充填手段と、前記基板に充填された前記活物質スラリーのうち不要なスラリーを同基板から除去するスラリー除去手段と、該スラリー除去手段により不要なスラリーを除去された前記基板の表面から水分を除去する水分除去手段と、該水分除去手段によりその表面から水分を除去された前記基板を乾燥する乾燥装置とを備えた非焼結式電極の製造装置が提供される。
【０００９】
上記のように構成した非焼結式電極の製造装置においては、スラリー充填工程により三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板に活物質粉末を主成分とするスラリーを充填した後、スラリー除去工程により不要なスラリーが基板より除去されて均一な厚みの基板となる。この後、水分除去工程により基板表面の水分を取り除いた後、乾燥工程により乾燥され、圧延後、所定の形状に切断されて電極となる。
【００１０】
このように、水分除去手段により、基板表面の水分を除去するようにすると、基板表面の水分がなくなった分だけ乾燥工程における乾燥時間が短くなる。そのため、乾燥時間が比較的短時間となり、基板内部からその表面へのスラリーの染み出しが防止できるようになるとともに、圧延時のひび割れの発生を防止できるようになる。
【００１１】
上述した非焼結式電極の製造装置においては、水分除去手段として、前記基板の表面から水分を取り除く刷毛又は多孔質高分子体を採用することにより、簡単な構成でかつ容易に水分除去手段を構成することが可能となり、この種の電極製造装置が安価になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１４】
ａ．電池用非焼結式電極の製造装置
図１は本発明に係る電池用非焼結式電極の製造装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、この電池用非焼結式電極の製造装置は、活物質粉末を主成分とする水を媒体としたスラリー１１を収容するスラリー収容槽１０を備えている。このスラリー収容槽１０の上方には、図示しない第１駆動装置により回転駆動されることにより、三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板１００をスラリー収容槽１０内のスラリー１１中を通して引っ張り上げる一対の駆動ローラ（基板駆動手段）２０，２０が配設されている。
【００１５】
スラリー収容槽１０の上部には、図示しない第２駆動装置により回転駆動されれて基板１００にスラリー１１を充填する充填ローラ（スラリー充填手段）３０がスラリー１１中に没しない程度の深さの位置に配設されている。また、スラリー収容槽１０内には、スラリー収容槽１０内に進入した基板１００の方向を転換する反転ローラ４０がスラリー１１中に没して配設されている。スラリー収容槽１０の上部角部には、図示しない巻取りローラに巻取られた三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板１００を充填ローラ３０に向けてガイドするガイドローラ５０が配設されている。
【００１６】
スラリー収容槽１０の上方で一対の駆動ローラ（基板駆動手段）２０，２０の下部に位置して、基板１００に付着した余剰のスラリーを欠き落とすスクレパー（スラリー除去手段）６０と、このスクレパー６０の上方に基板１００表面の水分を除去するブラシ（水分除去手段）７０とが配設されている。なお、ブラシ７０は基体の先端部のみをブラシ状に形成してもよいし、あるいはブラシ７０全体をブラシ状に形成してもよい。
【００１７】
ここで、駆動ローラ２０の直径と充填ローラ３０の直径とが略等しくなるように設定するとともに、充填ローラ３０の回転速度を駆動ローラ２０の回転速度の例えば４倍の速度となるように設定し、かつ、基板１００の移動方向と同一方向（図１のα方向）に充填ローラ３０を回転させるように設定すると、充填ローラ３０表面の基板１００に対する相対速度は、基板１００の移動速度の約３倍に設定することができる。
【００１８】
このように、駆動ローラ２０および充填ローラ３０を設定して、図示しない第１駆動装置を駆動して一対の駆動ローラ２０，２０を図１の矢印方向に回転駆動すると、図示しない巻取りローラに巻取られた三次元的に連続する空間を有する金属多孔体よりなる基板１００は、ガイドローラ５０を介して、基板１００の移動方向と同一方向（図１のα方向）でかつ駆動ローラ２０の回転速度の４倍の速度で回転する充填ローラ３０上に導かれる。
【００１９】
すると、スラリー１１はスラリー液面より上部では充填ローラ３０の表面に付着し、この付着したスラリー１１は基板１００との接触点Ａへ運ばれることとなる。このとき、スラリー１１自体の流動性（粘性）と基板１００の移動速度と充填ローラ３０の周速度とに起因する摺り込み作用により、スラリー１１は基板１００に充填される。なお、この基板１００へのスラリー１１の充填は基板１００が接触点Ａからスラリー１１中に没する間において行われる。したがって、充填されるべきスラリー１１は常に下方から供給されて上方に押し上げられ行くため、基板１００中の空気との置換がスムーズに行え、空孔が残ることなく均一な充填状態が得られる。
【００２０】
ついで、スラリー１１が充填された基板１００は反転ローラ４０によりその移動方向が垂直になるよう方向転換されて、一対の駆動ローラ２０，２０に向けて垂直に引っ張られる。このとき、スクレパー６０を通過する際に、基板１００に余分に付着するスラリーがスクレパー６０により掻き取られた後、ブラシ７０をを通過する際に、基板１００表面に付着している水分が取り除かれる。基板１００表面に付着している水分が取り除れた基板１００が一対の駆動ローラ２０，２０間を通過した後、図示しない周知の乾燥装置内に移動して、乾燥処理が施されて完全乾燥状態となる。
【００２１】
このように、ブラシ７０により基板１００表面に付着している水分を取り除くようにすると、乾燥装置内での乾燥処理時間が水分を取り除いた分だけ短縮することが可能となる。そのため、乾燥処理時に、基板１００の内部の未乾燥のスラリーが内部から表面に染み出す前に乾燥させることが可能となり、スラリーの染み出しを防止できるようになる。
【００２２】
変形例
上述した実施形態においては、水分除去手段としてブラシ７０を用いる例について説明したが、ブラシ７０に代えて発泡ウレタン等の多孔質高分子体８０を用いてもよい。図２はこの変形例の電池用非焼結式電極の製造装置の概略構成を示す図である。なお、図１の符号と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略する。この変形例の電池用非焼結式電極の製造装置と図１の電池用非焼結式電極の製造装置と相違する点はブラシ７０に代えて発泡ウレタン等の多孔質高分子体８０を用いる点だけである。このように、発泡ウレタン等の多孔質高分子体８０を用いても基板１００に表面に付着する水分を除去することが可能となる。
【００２３】
ｂ．活物質スラリーの作製
共沈成分として亜鉛２．５重量％とコバルト１重量％を含有する水酸化ニッケル粉末９０重量部と、水酸化コバルト粉末１０重量部と、酸化亜鉛粉末３重量部との混合粉末に、ヒドロキシプロピルセルロースの０．２重量％水溶液を加えて撹拌、混合して活物質スラリー１１を作製する。
【００２４】
なお、この活物質スラリー１１の粘度としては、ニュートン流動を示す１，０００〜１０，０００ｃｐのものが好ましい。この粘度より低粘度の活物質スラリー１１を用いると、スラリー中の粉末の沈降が速やかに起こり、均一なスラリー状態を保持しにくくなり、含水率が高くなってスラリー中の活物質の密度が低くなって、基板１００内の活物質の充填密度が低下する。一方、この粘度より高粘度の活物質スラリー１１を用いると、スラリーの流動性が低くなり、基板１００の内部までスラリーが流入しにくくなる。
【００２５】
ｃ．ニッケル電極の作製
上述したように作製した活物質スラリー１１をスラリー収容槽１０内に注入し、三次元的に連続する空間を有する金属多孔体として発泡ニッケル（例えば、目付：約６００ｇ／ｍ２、多孔度：９５％、厚み：約２ｍｍ）を用いて基板１００とする。この基板１００を上述した図１に示した本実施形態の製造装置に配置して、充填ローラ３０により基板１００の多孔中に活物質スラリー１１を連続的に充填する。このとき、活物質の充填量は圧延後の活物質密度が約２．９ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように、駆動ローラ２０および充填ローラ３０の各回転速度を調整する。その後、乾燥装置により基板１００を連続的に乾燥した後、厚みが０．６７ｍｍになるように基板１００を圧延する。その後、所定の形状になるように切断して、本実施形態のニッケル電極板を作製する。
【００２６】
同様に、上述したように作製した活物質スラリー１１をスラリー収容槽１０内に注入し、三次元的に連続する空間を有する金属多孔体として発泡ニッケル（例えば、目付：約６００ｇ／ｍ２、多孔度：９５％、厚み：約２ｍｍ）を用いて基板１００とする。この基板１００を上述した図２に示した変形例の製造装置に配置して、充填ローラ３０により基板１００の多孔中に活物質スラリー１１を連続的に充填する。このとき、活物質の充填量は圧延後の活物質密度が約２．９ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように、駆動ローラ２０および充填ローラ３０の各回転速度を調整する。その後、乾燥装置により基板１００を連続的に乾燥した後、厚みが０．６７ｍｍになるように基板１００を圧延する。その後、所定の形状になるように切断して、本変形例のニッケル電極板を作製する。
【００２７】
同様に、上述したように作製した活物質スラリー１１をスラリー収容槽１０内に注入し、三次元的に連続する空間を有する金属多孔体として発泡ニッケル（例えば、目付：約６００ｇ／ｍ２、多孔度：９５％、厚み：約２ｍｍ）を用いて基板１００とする。この基板１００を図１のブラシ７０あるいは図２の多孔質高分子体８０を備えない製造装置に配置して、充填ローラ３０により基板１００の多孔中に活物質スラリー１１を連続的に充填する。このとき、活物質の充填量は圧延後の活物質密度が約２．９ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように、駆動ローラ２０および充填ローラ３０の各回転速度を調整する。その後、乾燥装置により基板１００を連続的に乾燥した後、厚みが０．６７ｍｍになるように基板１００を圧延する。その後、所定の形状になるように切断して、比較例のニッケル電極板を作製する。
【００２８】
ｄ．評価方法および評価結果
上述したように作製した実施形態のニッケル電極板、変形例のニッケル電極板および比較例のニッケル電極板の各極板表面の状態を目視による検査を行った。即ち、表面にひび割れが生じている極板を不良極板として、下記の数１の算出式に基づいて不良率を算出すると、表１に示す結果が得られた。
【００２９】
【数１】
不良率（％）＝（不良枚数／総極板枚数）×１００（％）
【００３０】
【表１】
0003561585.tif 000002
【００３１】
上記表１の結果より明らかなように、本実施形態およびその変形例においては、ブラシ７０あるいは多孔質高分子体８０により基板１００表面に付着している水分が取り除かれるようになるので、乾燥装置内での乾燥処理時間が水分を取り除いた分だけ短縮することが可能となる。そのため、乾燥処理時に、基板１００の内部の未乾燥のスラリーが内部から表面に染み出す前に乾燥させることが可能となり、スラリーの染み出しを防止できるようになる。その結果、基板１００の多孔内へのスラリーの充填量が均一となって、スラリーの充填むらに起因する圧延時のひび割れを防止できるようになる。
【００３２】
なお、上述の実施形態およびその変形例においては、水分除去手段としてブラシあるいは多孔質高分子体を用いる例について説明したが、これらに限ることなく、水分を除去、吸収する構造を有していればどのようなものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非焼結式電極の製造装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る非焼結式電極の製造装置の変形例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…スラリー収容槽、１１…スラリー、２０…駆動ローラ、３０…充填ローラ、４０…反転ローラ、５０…ガイドローラ、６０…スクレーパ、７０…ブラシ、８０…多孔質高分子体、
【図１】
0003561585.tif 000003
【図２】
0003561585.tif 000004