(57)【要約】【課題】微小短絡などの懸念をなくし、かつ芯材の溶接工程における不具合が回避できる、安定した電極合剤ペーストの塗布方法を提供する。【解決手段】コイル状に巻かれた芯材を巻きだす第１の工程と、芯材を電極合剤ペーストに浸漬する第２の工程と、電極合剤ペーストの塗布量を調節する第３の工程と、電極合剤ペーストが両面に塗布されたペースト塗布シートを乾燥させる第４の工程と、ペースト塗布シートをコイル状に巻き取る第５の工程とからなり、第１の工程と第２の工程との間には芯材のコイルどうしを接続するシーム溶接工程が設けられており、このシーム溶接工程は溶接電極としてモリブデンおよび／あるいはタングステンを含む金属を用い、かつ圧縮気体により空冷する機構を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開孔金属薄板からなる芯材を走行させ、この芯材の上に電極合剤ペーストを塗布する電極合剤ペーストの塗布方法であって、
コイル状に巻かれた前記芯材を巻きだす第１の工程と、
前記芯材を前記電極合剤ペーストに浸漬する第２の工程と、
前記電極合剤ペーストの塗布量を調節する第３の工程と、
前記電極合剤ペーストが両面に塗布されたペースト塗布シートを乾燥させる第４の工程と、
前記ペースト塗布シートをコイル状に巻き取る第５の工程とからなり、
前記第１の工程と第２の工程との間には、前記芯材のコイルどうしを接続するシーム溶接工程が設けられており、
前記シーム溶接工程における溶接電極は、モリブデンおよび／あるいはタングステンを含む金属からなり、
前記シーム溶接工程は、気体により空冷する機構を備えていることを特徴とする、電極合剤ペーストの塗布方法。
【請求項２】
前記シーム溶接工程において、溶接電流と気体吹付けとの動作が連動していることを特徴とする、請求項１記載の電極合剤ペーストの塗布方法。
【請求項３】
開孔金属薄板からなる芯材を走行させ、この芯材の上に電極合剤ペーストを塗布する電極合剤ペーストの塗布装置であって、
コイル状に巻かれた前記芯材を巻きだすアンコイラー部と、
前記芯材を前記電極合剤ペーストに浸漬する浸漬部と、
前記電極合剤ペーストの塗布量を調節する塗布量調節部と、
乾燥部と、
塗布乾燥後のペースト塗布シートをコイル状に巻き取るコイラー部とからなり、
前記アンコイラー部と前記浸漬部との間には、前記芯材のコイルどうしを接続するシーム溶接部が設けられており、
前記シーム溶接部における溶接電極は、モリブデンおよび／あるいはタングステンを含む金属からなり、
前記シーム溶接部は、気体により空冷する機構を備えていることを特徴とする、電極合剤ペーストの塗布装置。
【請求項４】
前記シーム溶接部において、溶接電流と気体吹付けとの動作が連動していることを特徴とする、請求項３記載の電極合剤ペーストの塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極合剤ペーストを開孔金属薄板からなる芯材の上に塗布する方法および装置に関し、より詳しくは芯材どうしの溶接方法の改善に関する。
【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工具、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。中でも比較的エネルギー密度が高く耐久性に優れるニッケル水素蓄電池については、電気自動車用電源を中心にその用途が広がりつつある。
【０００３】
一般的にニッケル水素蓄電池は、三次元金属多孔体に水酸化ニッケルその他を充填してなる正極と、パンチングメタルなどの開孔金属薄板（以下、単に「芯材」と略記）に水素吸蔵合金その他からなる電極合剤ペーストを塗布してなる負極とを主構成要素としている。中でも負極はその工法上、連続生産が可能であり、高効率な工程として着目されている。具体的には、芯材を電極合剤ペーストに浸漬した後、電極合剤ペーストの塗布量を調節し、ペースト塗布シートを形成する方法が提案されている。
【０００４】
ペースト塗布シートの前駆体である芯材は、流通の関係上、数百〜数千ｍ長のコイルとして生産されている。この芯材を用いて、数万ｍにおよぶペースト塗布シートを連続生産する場合、コイル状の芯材を数〜数十回接続することになる。
【０００５】
芯材どうしを接続する方法としては、ローラ電極および板状電極を溶接電極とし、ローラ電極を回転させながら板状電極との間で断続的に導電溶接する方法（シーム溶接）が一般的である。ローラ電極は、さすまた状のローラホルダーに挟持され、ローラピンによりローラホルダーと連結されることにより、回転走行できる構造となっている。ここでローラホルダーおよびローラピンは、溶接電極と同様に、高導電性材料にて構成されている。
【０００６】
通常の材料をシーム溶接する場合、溶接電極の材料として、特に導電性が高く汎用的な銅や銅合金を採用するが、電池材料の溶接の場合、スパーク飛沫が混入しても電解液に溶出することのない、電気化学的に安定な材料を採用する必要がある。具体的にはモリブデンなどの材料を採用し、これを用いてスポット溶接を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この技術を展開してシーム溶接を行うことにより、スパーク飛沫の再析出による微小短絡などの懸念がない状態で、ペースト塗布シートを連続生産できると考えられる。
【特許文献１】特開２００３−０３１２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
溶接電極の材料を銅（銅合金）からモリブデンなどに代えることにより、スパーク飛沫の混入による微小短絡の懸念は解消されるが、溶接時の発熱は高くなる傾向がある。特許文献１のように１点ずつスポット溶接する場合、熱の伝播による影響は無視できるが、シーム溶接の場合、溶接時間が長いため、発熱が著しくなる。一定以上の発熱量に達した場合、上述したローラピンが熱膨張によりローラ電極に付着するため、ローラ電極の回転による連続的な溶接ができなくなり、生産性が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、微小短絡などの懸念をなくし、かつ芯材の溶接工程における不具合が回避できる、安定した電極合剤ペーストの塗布方法を
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】
上記課題を解決するために、本発明の電極合剤ペーストの塗布方法は、コイル状に巻かれた芯材を巻きだす第１の工程と、芯材を電極合剤ペーストに浸漬する第２の工程と、電極合剤ペーストの塗布量を調節する第３の工程と、電極合剤ペーストが両面に塗布されたペースト塗布シートを乾燥させる第４の工程と、ペースト塗布シートをコイル状に巻き取る第５の工程とからなり、第１の工程と第２の工程との間には芯材のコイルどうしを接続するシーム溶接工程が設けられており、このシーム溶接工程は溶接電極としてモリブデンおよび／あるいはタングステンを含む金属を用い、かつ気体により空冷する機構を備えていることを特徴とする。
【００１０】
また上述した塗布方法を具現化する手段として、本発明の電極合剤ペーストの塗布装置は、コイル状に巻かれた芯材を巻きだすアンコイラー部と、芯材を電極合剤ペーストに浸漬する浸漬部と、電極合剤ペーストの塗布量を調節する塗布量調節部と、乾燥部と、塗布乾燥後のペースト塗布シートをコイル状に巻き取るコイラー部とからなり、アンコイラー部と浸漬部との間には芯材のコイルどうしを接続するシーム溶接部が設けられており、このシーム溶接工程は溶接電極としてモリブデンおよび／あるいはタングステンを含む金属を用い、かつ気体により空冷する機構を備えていることを特徴とする。
【００１１】
微小短絡などの懸念はないが発熱しやすい材料を溶接電極に用いてシーム溶接を行っても、発熱した溶接電極の周辺を空冷することにより、ローラピンが熱膨張により溶接電極（ローラ電極）に付着するという不具合が回避できるため、コイル状の芯材を連続供給することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、微小短絡などの懸念がない状態で、電極合剤ペーストを連続塗布できるので、ニッケル水素蓄電池をはじめとする電池の電極を、安定して供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の電極合剤ペーストの塗布装置の概略図である。開孔金属薄板からなるコイル状の芯材２は、アンコイラー部１によって巻き出された後、電極合剤ペースト５を満たした浸漬部４に導かれ、芯材２の上に電極合剤ペースト５が塗布される。続いて芯材２は、塗布量調節部３を経由してペースト塗布シート６となり、乾燥部７に導かれた後、コイラー部８によってコイル状に巻き取られる。ここでアンコイラー部１と浸漬部４との間には、コイル状の芯材２どうしを接続するためのシーム溶接部９が設けられている。
【００１５】
図２（ａ）および（ｂ）は、この装置におけるシーム溶接部の一例を示す概略斜視図および概略正面図である。シーム溶接部９は、溶接電極としてローラ電極９１と板状電極９７とを有する。ローラ電極９１と板状電極９７との間に断続的に溶接電流を流すことにより、シーム溶接が行われる。このローラ電極９１はさすまた状のローラホルダー９４に挟持され、一対のローラピン９２によりローラホルダー９４と連結されることにより、回転走行できる構造となっている。なおローラホルダー９４には、任意の位置にスイッチ９６が配置されており、これを押すことにより、電気コード９５を介してローラ電極９１と板状電極９７とが閉回路状態となり、断続的に溶接電流が流れる仕組みとなっている。
【００１６】
本発明の骨子として、溶接電極（具体的にはローラ電極９１）の周辺を空冷するために
、気体吹付口９３が近接して設けられている。ここから気体を吹付けることにより、ローラ電極９１の過度な昇温が抑制できるので、ローラピン９２が熱膨張によりローラ電極９１に付着する不具合を回避することができる。
【００１７】
なおここで、溶接電流と気体吹付けとの動作が連動していれば、連続してシーム溶接部９に気体が吹付けられることによる芯材２の位置ズレが回避できるので、溶接位置精度を向上させることができる。具体的一例として、ローラホルダー９４に配置されたスイッチ９６を押すことにより溶接電流が断続的に流れるとともに、シーケンサにより気体吹出口９３に近接して設けられた弁（図示せず）が開き、気体を吹付ける機構を挙げることができる。
【００１８】
図２では気体吹出口９３をローラホルダー９４と一体化する一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば塗布装置本体側に気体吹出口９３を設置しても構わない。同様に、図２ではスイッチ９６をローラホルダー９４の任意の位置に配置する一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスイッチ９６を塗布装置本体側の最下部に設置し、足踏み式にしても構わない。
【００１９】
以下に、本発明の実施例を、ニッケル水素蓄電池の負極（水素吸蔵合金電極）を用いて記す。ただし本発明は、芯材が開孔金属薄板である限り、本実施例のみに限定されないのはいうまでもなく、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、開孔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展開が可能である。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
組成式ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ｍｎ0.4Ａｌ0.3で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより水中で平均粒径３０μｍに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この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およびケッチェンブラック０．４ｋｇを加えて混練し、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５を作製した。
【００２１】
この電極合剤ペースト５を、厚さ６０μｍ、幅３００ｍｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開孔率４２％のニッケルめっきを施した鉄製パンチングメタルからなる芯材２（１コイルの全長２００ｍ）の両面に、幅２６０ｍｍ、塗布後の総厚が２６０μｍとなるよう、両端から２０ｍｍずつ電極合剤ペースト５をこき取りながら、５ｍ／分の速度で塗布した。具体的には、図２に示すシーム溶接部９を有する塗布設備を用いて、１０００ｍ（シーム溶接は４回）にわたって連続的に電極合剤ペースト５を塗布し、ペースト塗布シート６を作製した。
【００２２】
ローラ電極９１、ローラピン９２、ローラホルダー９４および板状電極９７はモリブデン製とした。またシーム溶接作業中は、スイッチ９６のオン／オフに関わらず、ローラ電極９１に向かって、気体吹出口９３から空気を連続的に吹付けた。
【００２３】
４回のシーム溶接において、ローラ電極９１が回転しないという不具合は発生しなかった。なお１０００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部（塗り終わりの箇所）において、芯材２の片端から電極合剤ペースト５の塗布部までの寸法を測定した結果、初期設定値２０ｍｍに対し、そのズレは０．５ｍｍであった。
【００２４】
（実施例２）
実施例１に対し、ローラ電極９１、ローラピン９２、ローラホルダー９４および板状電極９７をタングステン製とした以外は、実施例１と同様にペースト塗布シート６を作製した。
【００２５】
４回のシーム溶接において、ローラ電極９１が回転しないという不具合は発生しなかった。なお１０００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部（塗り終わりの箇所）において、芯材２の片端から電極合剤ペースト５の塗布部までの寸法を測定した結果、初期設定値２０ｍｍに対し、そのズレは０．６ｍｍであった。
【００２６】
（実施例３）
実施例１に対し、シーケンサによって溶接電流と気体吹付けとの動作を連動させ、スイッチ９６を押したときのみ気体吹出口９３から空気を吹付けるようにしたこと以外は、実施例１と同様にペースト塗布シート６を作製した。
【００２７】
４回のシーム溶接において、ローラ電極９１が回転しないという不具合は発生しなかった。なお１０００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部（塗り終わりの箇所）において、芯材２の片端から電極合剤ペースト５の塗布部までの寸法を測定した結果、初期設定値２０ｍｍに対し、そのズレはわずか０．０５ｍｍであった。
【００２８】
（比較例）
実施例１に対し、気体吹出口９３を設置せず、ローラ電極９１に対する空冷を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にペースト塗布シート６を作製した。
【００２９】
１回目のシーム溶接において、途中からローラ電極９１が回転しないという不具合が発生したので、ペースト塗布シート６の作製を中断した。シーム溶接部９を調べた結果、ローラピン９２がローラ電極９１に付着していることがわかった。これは、溶接電極の材質が銅に対し導電性の低いモリブデンであるため、連続的に行うシーム溶接によりローラ電極９１が過度に昇温し、ローラピン９２が熱膨張したためと考えられる。このような不具合は、実施例２（材質がタングステン）において空冷を行わなかった場合にも発生した。
【００３０】
以上のように、微小短絡などの懸念はないが発熱しやすい材料を溶接電極に用いてシーム溶接を行う場合、発熱したローラ電極９１の周辺を空冷することにより、ローラピン９２が熱膨張によりローラ電極９１に付着するという不具合が回避できるため、コイル上の芯材２を連続供給することができる。なお実施例３は、長時間にわたりペースト塗布シート６を作製した後も、塗布寸法精度が著しく高い結果となった。これは、溶接電流と気体吹付けとの動作を連動させることにより、連続してシーム溶接部９に気体が吹付けられることによる芯材２の位置ズレが回避でき、溶接位置精度が向上したためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明により、微小短絡などの懸念がない環境で、コイル状の芯材を連続供給して電極合剤ペーストを塗布乾燥できるので、種々の電池の電極製造技術として利用可能性が高く、かつ有用性も高い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の電極合剤ペーストの塗布装置の概略図
【図２】（ａ）本発明の装置におけるシーム溶接部の概略斜視図、（ｂ）同概略正面図
【符号の説明】
【００３３】
１  アンコイラー部
２  芯材
３  塗布量調節部
４  浸漬部
５  電極合剤ペースト
６  ペースト塗布シート
７  乾燥部
８  コイラー部
９  シーム溶接部
９１  ローラ電極
９２  ローラピン
９３  気体吹出口
９４  ローラホルダー
９５  電気コード
９６  スイッチ
９７  板状電極
【図１】
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【図２】
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