(57)【要約】【課題】金属箔からの活物質層の剥離を長期間に亘って抑制できるとともに、電解液の供給やガスの排出を促進することができる電極及びその製造方法、並びにこの電極を備えたアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】電極１は、金属箔２と、多孔質体からなり、金属箔２の両面上に設けられた活物質層３とを有している。金属箔２は、多数の突起２１１を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部２１と、粗化部２１同士の間に介在する溝部２２とを有している。また、活物質層３は、粗化部２１上に配置された高密度部３１と、溝部２２上に配置され、高密度部３１よりも空隙率の高い低密度部３２とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、上記粗化部同士の間に介在する溝部とを少なくとも片面に有する金属箔と、
上記粗化部上に配置された高密度部と、上記溝部上に配置され、上記高密度部よりも空隙率の高い低密度部とを備え、多孔質体からなる活物質層とを有している、
電極。
【請求項２】
上記突起の高さは５〜２０μｍである、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
上記突起は、その側周面に無秩序に形成された凹凸を有している、請求項１または２に記載の電極。
【請求項４】
上記粗化部同士の間隔は２ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極。
【請求項５】
上記低密度部の表面は、上記高密度部の表面よりも陥没している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極を備えたアルカリ蓄電池。
【請求項７】
金属箔の少なくとも片面に、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、上記粗化部同士の間に介在する溝部とを形成する粗化工程と、
上記粗化部及び上記溝部の上に多孔質体からなる活物質層を形成する活物質層形成工程と、
上記活物質層をその厚み方向に圧縮し、上記粗化部上に高密度部を形成するとともに上記溝部上に上記高密度部よりも空隙率の高い低密度部を形成する圧縮工程と、
を有している、電極の製造方法。
【請求項８】
上記粗化工程において、上記金属箔の一部をマスキング材により被覆した後、上記金属箔の露出部にめっきを施して上記粗化部を形成する、請求項７に記載の電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極、アルカリ蓄電池及び電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素蓄電池等のアルカリ蓄電池は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリーに用いられている。この種のアルカリ蓄電池は、正極と負極とがセパレータを挟んで巻かれた電極巻回体、または、複数の正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体を有している。
【０００３】
正極や負極としては、金属箔上に活物質層が形成された箔電極が用いられている。活物質層は、アルカリ蓄電池の体積を小さくし、エネルギー密度やパワー密度を向上させるため、セパレータに密着して配置されている。また、箔電極においては、活物質層が金属箔から剥離すると、電極の容量の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避する目的で、金属箔の表面粗さを粗くする技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９５３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルカリ蓄電池の充電や放電を行う際には、活物質層とセパレータとの間の隙間に電解液を浸透させ、活物質層全体に電解液を供給する必要がある。しかし、上述したように、活物質層はセパレータに密着して配置されているため、活物質層とセパレータとの間の隙間は非常に狭くなっている。そのため、活物質層全体に電解液を供給するのに比較的長い時間を要している。また、場合によっては活物質層内に局所的に電解液の存在しない部分が生じ、内部抵抗の増大を招くおそれもある。
【０００６】
また、アルカリ蓄電池の充電や放電を行う際には、電極反応によってガスが発生することがある。このガスが電極組立体等の内部に蓄積されると、活物質層内に局所的に電解液の存在しない部分が生じ、内部抵抗の増大を招くおそれがある。しかし、上述したように、活物質層とセパレータとが密着して配置されているため、電極とセパレータとの隙間を介して電極組立体の外部にガスを排出するのに比較的長い時間を要している。
【０００７】
このように、アルカリ蓄電池は、活物質層への電解液の供給や電極組立体等の外部へのガスの排出に比較的長い時間を要するという問題がある。近年では、アルカリ蓄電池の容量の増大を目的として箔電極の面積が広くなる傾向にあるため、上述した電解液の供給やガスの排出にますます長い時間を要するようになっている。そのため、電解液の供給やガスの排出を促進する技術が強く望まれている。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、金属箔からの活物質層の剥離を長期間に亘って抑制できるとともに、電解液の供給やガスの排出を促進することができる電極及びその製造方法、並びにこの電極を備えたアルカリ蓄電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、上記粗化部同士の間に介在する溝部とを少なくとも片面に有する金属箔と、
上記粗化部上に配置された高密度部と、上記溝部上に配置され、上記高密度部よりも空隙率の高い低密度部とを備え、多孔質体からなる活物質層とを有している、
電極にある。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記の態様の電極を備えたアルカリ蓄電池にある。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、金属箔の少なくとも片面に、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、上記粗化部同士の間に介在する溝部とを形成する粗化工程と、
上記粗化部及び上記溝部の上に多孔質体からなる活物質層を形成する活物質層形成工程と、
上記活物質層をその厚み方向に圧縮し、上記粗化部上に高密度部を形成するとともに上記溝部上に上記高密度部よりも空隙率の高い低密度部を形成する圧縮工程と、
を有している、電極の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１２】
上記電極は、金属箔の少なくとも片面に、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、粗化部同士の間に介在する溝部とを有している。また、粗化部上には活物質層の高密度部が配置されており、溝部上には活物質層の低密度部が配置されている。
【００１３】
高密度部は、粗化部における多数の突起と接触しているため、低密度部に比べて金属箔との接着性に優れている。また、低密度部は隣り合う高密度部の間に配置されているため、高密度部によって低密度部と溝部との接着状態を維持することができる。それ故、金属箔上に複数の粗化部を設けることにより、活物質層を金属箔上に保持し、金属箔からの活物質層の剥離や脱落を抑制することができる。その結果、電極の容量を長期間に亘って維持することができる。
【００１４】
また、低密度部は高密度部に比べて空隙率が高いため、電解液やガスの流通抵抗が低くなっている。それ故、上記電極を備えた電極組立体や電極巻回体において、低密度部内に迅速に電解液を浸透させることができる。そして、低密度部内に浸透した電解液を当該低密度部の両側に配置された高密度部に供給することができる。
【００１５】
また、上記電極を備えた電極組立体等において、電極反応により発生したガスを排出する場合には、低密度部がガスの通り道となって、活物質層の外部に迅速にガスを排出することができる。
【００１６】
このように、上記電極は、複数の粗化部を互いに間隔を開けて配置することにより、金属箔からの活物質層の剥離を抑制することができる。また、溝部上に配置された低密度部が電解液やガスの通り道となるため、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や内部から外部へのガスの排出を促進することができる。
【００１７】
上記電極は、例えば、上述した粗化工程、活物質層形成工程及び圧縮工程を順次行う製造方法により作製することができる。上記製造方法によれば、粗化工程において形成した粗化部の配置に応じて低密度部及び高密度部が形成されるため、低密度部及び高密度部の位置や形状の精度を向上させることができる。それ故、上記製造方法によれば、所望の特性を有する電極を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１における、電極を厚み方向から視た平面図である。
【図２】図１のII−II線一部線矢視断面図である。
【図３】実施例１における、活物質層形成工程が終了した時点での電極の要部を示す一部断面図である。
【図４】実施例２における、低密度部の表面が高密度部の表面よりも陥没した電極の要部を示す一部断面図である。
【図５】実施例３における、バイポーラ電極の平面図である。
【図６】図５のVI−VI線一部矢視断面図である。
【図７】図６における、粗化部の拡大図である。
【図８】実施例４における、電極を備えたアルカリ蓄電池の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上記電極は、金属箔の片面上に活物質層が設けられた片面電極であってもよく、金属箔の両面上に活物質層が設けられた両面電極であってもよい。上記電極を片面電極として構成する場合には、金属箔の片面に粗化部及び溝部を設けた後、粗化部上に高密度部を設けるとともに、溝部上に低密度部を設ければよい。
【００２０】
上記電極を両面電極として構成する場合には、金属箔の片面のみに粗化部及び溝部を設けてもよいし、金属箔の両面に粗化部及び溝部を設けてもよい。いずれの場合であっても、粗化部上に活物質層の高密度部を配置するとともに溝部上に低密度部を配置することにより、上述した作用効果を奏することができる。
【００２１】
また、上記電極が両面電極である場合、金属箔の一方の面上に設けられた活物質層と、他方の面上に設けられた活物質層とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。後者の場合、例えば、金属箔の一方の面上に正極活物質を含む正極活物質層を配置し、他方の面上に負極活物質を含む負極活物質層を配置することにより、バイポーラ電極を作製することができる。
【００２２】
金属箔は、少なくとも片面に、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、粗化部同士の間に介在する溝部とを有している。粗化部の形状及び配置は、所望する特性に応じて種々の態様とすることができる。例えば、粗化部は、金属箔の厚み方向から視た平面視において、正方形状、長方形状等の形状を呈していてもよい。
【００２３】
粗化部同士の間隔は、例えば、２ｍｍ以下とすることができる。この場合には、溝部の幅を狭くし、ひいては溝部上に配置された低密度部の幅を狭くすることができる。そして、比較的接着性の低い低密度部をその両側に配置された高密度部により保持し、低密度部と金属箔との接着状態をより長期間に亘って維持することができる。その結果、金属箔からの活物質層の剥離や脱落をより長期間に亘って抑制することができる。
【００２４】
活物質層と金属箔との接着性をより向上させるためには、粗化部同士の間隔を狭くすることが好ましい。かかる観点からは、粗化部同士の間隔を１．５ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．７５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。
【００２５】
一方、粗化部同士の間隔が過度に狭くなると、低密度部の幅が狭くなるため、低密度部が電解液やガスの通り道として十分に機能しなくなるおそれがある。粗化部同士の間隔を０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上とすることにより、かかる問題を回避し、電解液の供給やガスの排出を促進する作用効果を十分に得ることができる。
【００２６】
多数の突起は、金属箔から無秩序に突出している。例えば、突起は、金属箔の厚み方向に突出していてもよく、厚み方向から若干傾いた方向に突出していてもよい。また、突起の高さや太さ、あるいは隣り合う突起の間隔は一定でなくてもよい。更に、突起は、その側周面に形成された凸部を介して隣り合う突起に繋がっていてもよい。このように、無秩序に突出した突起を設けることにより、突起同士の間に活物質層の一部が入り込む状態を容易に実現し、活物質層を金属箔に強固に保持することができる。
【００２７】
突起は、金属箔の厚み方向の断面において、５〜２０μｍの高さを有していてもよい。また、突起は、当該断面において、１〜５μｍの幅を有していてもよい。この場合には、突起同士の間に活物質層の一部が入り込む状態をより容易に実現することができる。その結果、活物質層を金属箔により強固に保持し、活物質層の剥離や脱落をより長期間に亘って抑制することができる。
【００２８】
また、突起は、その側周面に無秩序に形成された凹凸を有していることが好ましい。この場合には、粗化部上に活物質層を配置した後、活物質層をその厚み方向に圧縮することにより、高密度部をこの凹凸に沿って変形させ、より強固に突起に保持することができる。その結果、活物質層を金属箔により強固に保持し、活物質層の剥離や脱落をより長期間に亘って抑制することができる。
【００２９】
突起は、金属箔の厚み方向における基部と先端部との間に、基部よりも外方にせり出したせり出し部を有していることが好ましい。せり出し部としては、例えば、突起の側周面に形成された凸部や、金属箔の厚み方向から若干傾いた方向に突出している突起の先端部等がある。
【００３０】
突起がせり出し部を有する場合には、せり出し部と基部との間がせり出し部よりも内側に陥没している。そのため、活物質層を粗化部上に配置した後、活物質層をその厚み方向に圧縮することにより、高密度部の一部をこの陥没部に噛み込ませ、活物質層をより強固に突起に保持することができる。その結果、金属箔からの活物質層の剥離や脱落をより長期間に亘って抑制することができる。
【００３１】
粗化部同士の間には、溝部が配置されている。溝部の底面は、粗化部及び溝部を形成する方法に応じて種々の態様を採り得る。例えば、金属箔上に局所的に突起を形成することにより複数の粗化部を形成する場合には、溝部の底面を平坦面とすることができる。
【００３２】
また、金属箔の全面に突起を形成した後、切削加工によって一部の突起を除去して溝部を形成する場合には、溝部の底面を、平坦面や湾曲面等の、切削加工に用いた加工ツールの形状に対応した形状とすることができる。また、金属箔の全面に突起を形成した後、プレス加工によって一部の突起を押し潰して溝部を形成する場合には、溝部の表面を、平坦面、または、粗化部の突起よりも小さい凹凸を備えた凹凸面とすることができる。
【００３３】
金属箔上には、多孔質体からなる活物質層が設けられている。活物質層は、粗化部上に配置された高密度部と、溝部上に配置され、高密度部よりも空隙率の高い低密度部とを有している。高密度部は、通常、全体に亘って一様な空隙率を有している。また、低密度部は、全体に亘って一様な空隙率を有していてもよく、位置によって空隙率が変化していてもよい。
【００３４】
ここで、多孔質体の空隙率φ（％）は、多孔質体の見かけの密度ｄ（ｇ／ｃｍ3）及び真密度ρ（ｇ／ｃｍ3）の値を使用し、以下の式に基づいて算出することができる。また、多孔質体の見かけの密度ｄとは、多孔質体の質量（ｇ）を、細孔を含めた多孔質体全体の体積（ｃｍ3）で除した値であり、真密度ρとは、多孔質体の質量（ｇ）を、細孔を除く多孔質体の体積（ｃｍ3）で除した値である。
φ  ＝  （１−ｄ／ρ）×１００
【００３５】
低密度部は、金属箔の厚み方向から視た平面視において、活物質層の周縁部まで延設されていることが好ましい。この場合には、低密度部を電極組立体等の外表面から内部まで延設することができる。それ故、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進することができる。
【００３６】
低密度部の表面は、高密度部の表面よりも陥没していてもよい。この場合には、電極組立体等において電極とセパレータとが重ね合わされた場合に、セパレータと低密度部の表面との間に隙間を形成することができる。そして、低密度部に加えて上記隙間を電解液やガスの通り道とすることができる。その結果、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進することができる。
【００３７】
上記電極は、上述した粗化工程と、活物質層形成工程と、圧縮工程とを備えた製造方法により作製することができる。粗化工程においては、金属箔の少なくとも片面に、多数の突起を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部と、粗化部同士の間に介在する溝部とを形成する。
【００３８】
粗化部の突起は、例えば、エッチング処理やめっき処理等の化学的処理、スパッタリング等の物理的処理、研磨処理等の機械的処理等の公知の表面処理により形成することができる。また、粗化部と溝部とを形成するに当たっては、例えば、金属箔の全面に上述した表面処理を施して突起を形成した後、切削加工やプレス加工等を施して、粗化部となる部分以外の部分に存在する突起を除去する方法を採用することができる。また、金属箔の一部をマスキング材により被覆した後、金属箔の露出部に上述した表面処理を施すことにより、露出部のみに突起を形成する方法を採用することもできる。
【００３９】
粗化工程においては、金属箔の一部をマスキング材により被覆した後、金属箔の露出部にめっきを施して粗化部を形成することが好ましい。この場合には、粗化部同士の間隔、即ち、溝部の幅をより容易に狭くすることができる。それ故、溝部上に配置された低密度部の幅をより容易に狭くすることができる。
【００４０】
上述した粗化工程により粗化部と溝部とを形成した後、粗化部及び溝部の上に多孔質体からなる活物質層を形成する活物質層形成工程を実施する。活物質層形成工程においては、予め準備されたスラリーを金属箔上に塗布した後、金属箔上のスラリーを乾燥させることにより、活物質層を形成することができる。
【００４１】
スラリー中には、活物質と、バインダとが含まれている。また、スラリー中には、更に、アルカリ蓄電池用として公知の導電助剤や活物質等を分散させる溶媒、スラリーの粘度を調整する増粘剤等が含まれていてもよい。スラリーの塗布は、例えば、ロールコーターやダイコーター等の公知の方法により行うことができる。また、スラリーの乾燥は、温風乾燥や赤外線乾燥、ホットプレート乾燥等の公知の乾燥方法により行うことができる。
【００４２】
上述した活物質層形成工程により活物質層を形成した後、活物質層をその厚み方向に圧縮する圧縮工程を実施する。このとき、活物質層における粗化部上に配置された部分は、突起の存在により、溝部上に配置された部分に比べて圧縮量が大きくなる。それ故、活物質層を圧縮することにより、粗化部上に高密度部を形成するとともに溝部上に高密度部よりも空隙率の高い低密度部を形成することができる。
【００４３】
圧縮工程においては、例えば、一対の圧延ロールの間に活物質層を備えた金属箔を通過させる方法により、高密度部と低密度部とを形成することができる。また、例えば、サーボプレス機等を用いて活物質層全体を一括して圧縮する方法により、高密度部と低密度部とを形成してもよい。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
上記電極及びその製造方法の実施例を図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２に示すように、本例の電極１は、金属箔２と、多孔質体からなり、金属箔２の両面上に設けられた活物質層３とを有している。図２に示すように、金属箔２は、多数の突起２１１を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部２１と、粗化部２１同士の間に介在する溝部２２とを有している。また、活物質層３は、粗化部２１上に配置された高密度部３１と、溝部２２上に配置され、高密度部３１よりも空隙率の高い低密度部３２とを有している。
【００４５】
図１に示すように、本例の電極１は、金属箔２の厚み方向から視た平面視において長方形状を呈している。上記平面視における電極１の中央部には活物質層３が配置されており、その周縁に金属箔２が露出している。なお、本例の金属箔２は、ニッケル箔である。
【００４６】
図１に示すように、金属箔２は、活物質層３により覆われた部分に、長手方向に並んだ５か所の粗化部２１と、隣り合う粗化部２１の間に介在する溝部２２とを有している。粗化部２１は、金属箔２の厚み方向から視た平面視において、金属箔２の短手方向に長い長方形状を呈している。また、図２に示すように、粗化部２１は、金属箔２の厚み方向に突出した多数の突起２１１を有している。本例における突起２１１の高さは約１０μｍである。
【００４７】
図１に示すように、溝部２２は、金属箔２の厚み方向から視た平面視において、金属箔２の短手方向に延設された直線状を呈している。図２に示すように、本例の溝部２２の底面２２１は平坦である。また、粗化部２１同士の間隔、即ち溝部２２の幅は、１ｍｍである。
【００４８】
図１及び図２に示すように、活物質層３は、粗化部２１及び溝部２２の上に配置されている。図には示さないが、活物質層３には、多数の活物質と、活物質同士を接着するとともに活物質と金属箔２とを接着するバインダとが含まれている。また、活物質同士の間には多数の細孔が形成されている。
【００４９】
活物質層３は、粗化部２１上に配置された高密度部３１と、溝部２２上に配置された低密度部３２とを有している。なお、高密度部３１と低密度部３２との境界は、必ずしも明瞭に表れない場合がある。そのため、図１及び図２においては、高密度部３１と低密度部３２との境界を破線で示している。
【００５０】
図１に示すように、低密度部３２は、金属箔２の厚み方向から視た平面視において、活物質層３の周縁部３３まで延設されている。また、図２に示すように、低密度部３２の表面３２１は高密度部３１の表面３１１と面一に配置されている。本例の高密度部３１の空隙率は、約２５％である。また、低密度部３２の空隙率は、高密度部３１に近い位置ほど空隙率が低くなるように、連続的に変化している。低密度部３２の空隙率の最大値は約４５％である。
【００５１】
次に、本例の電極１の製造方法を説明する。本例の製造方法は、粗化工程、活物質層形成工程及び圧縮工程を有しており、これらの工程を順次行うことにより、電極１を作製することができる。
【００５２】
粗化工程においては、金属箔２の両面上に、多数の突起２１１を備え、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部２１と、粗化部２１同士の間に介在する溝部２２とを形成する。本例においては、まず、金属箔２の全面に研磨処理を施して突起２１１を形成する。その後、厚み方向から視た金属箔２の周縁部２３（図１参照）及び溝部２２となる部分に切削加工を施して突起２１１を除去することにより、粗化部２１及び溝部２２を形成する。
【００５３】
活物質層形成工程においては、図３に示すように、粗化部２１及び溝部２２の上に多孔質体からなる活物質層３を形成する。本例においては、活物質と、バインダとを含むスラリーを粗化部２１及び溝部２２上に塗布した後、このスラリーを乾燥させることにより活物質層３を形成する。本例における、粗化部２１上の活物質層３の厚み及び溝部２２上の活物質層３の厚みは７０μｍである。また、活物質層形成工程においては、粗化部２１上の活物質層３の空隙率と、溝部２２上の活物質層３の空隙率とは同一である。
【００５４】
圧縮工程においては、活物質層３をその厚み方向に圧縮し、図２に示すように、粗化部２１上に高密度部３１を形成するとともに溝部２２上に低密度部３２を形成する。本例においては、一対の圧延ロールの間に活物質層３を備えた金属箔２を通過させることにより、活物質層３の全面を圧縮する。粗化部２１上に配置された活物質層３は、圧縮工程において、溝部２２上に配置された活物質層３に比べて突起２１１の高さ分だけ多く圧縮される。これにより、粗化部２１上に配置された活物質層３の空隙率が溝部２２上に配置された活物質層３の空隙率よりも低くなる。
【００５５】
例えば、本例において低密度部３２の厚みが５０μｍとなるように圧縮を行う場合、低密度部３２の空隙率は、圧縮前の活物質層３の空隙率の６２．５％に低下する。このとき、高密度部３１は低密度部３２よりも突起２１１の高さである１０μｍ分だけ多く圧縮されるため、高密度部３１の厚みは４０μｍとなる。そして、高密度部３１の空隙率は、圧縮前の活物質層３の空隙率の５７．１％に低下する。
【００５６】
以上により、図１及び図２に示す電極１を得ることができる。
【００５７】
次に、本例の作用効果を説明する。電極１は、金属箔２の両面に、互いに間隔を開けて配置された複数の粗化部２１と、粗化部２１同士の間に介在する溝部２２とを有している。また、粗化部２１上には活物質層３の高密度部３１が配置されており、溝部２２上には活物質層３の低密度部３２が配置されている。
【００５８】
金属箔２上に複数の粗化部２１を設けることにより、高密度部３１と粗化部２１との接着性を向上させるとともに、低密度部３２と溝部２２との接着状態を高密度部３１によって維持することができる。それ故、活物質層３を金属箔２上に保持し、金属箔２からの活物質層３の剥離や脱落を抑制することができる。また、電極１を備えた電極組立体や電極巻回体において、溝部２２上に配置された低密度部３２を電解液やガスの通り道として機能させることができる。それ故、電極１は、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や内部から外部へのガスの排出を促進することができる。
【００５９】
また、本例の電極１の製造方法は、粗化工程、活物質層形成工程及び圧縮工程を有している。かかる製造方法によれば、粗化工程において形成した粗化部２１の配置に応じて低密度部３２及び高密度部３１が形成されるため、低密度部３２及び高密度部３１の位置や形状の精度を容易に向上させることができる。それ故、所望の特性を有する電極１を容易に作製することができる。
【００６０】
粗化部２１同士の間隔は、２ｍｍ以下である。そのため、比較的接着性の低い低密度部３２をその両側に配置された高密度部３１により保持し、低密度部３２と金属箔２との接着状態をより長期間に亘って維持することができる。その結果、金属箔２からの活物質層３の剥離や脱落をより長期間に亘って抑制することができる。
【００６１】
低密度部３２は、活物質層３の厚み方向から視た平面視において、活物質層３の周縁部３３まで延設されている。そのため、低密度部３２を電極組立体等の外表面から内部まで延設することができる。それ故、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進することができる。
【００６２】
（実施例２）
本例は、低密度部３２の表面３２１が高密度部３１の表面３１１よりも陥没している電極１０２の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を示す。
【００６３】
本例の電極１０２は、図４に示すように、低密度部３２の表面３２１が高密度部３１の表面３１１よりも陥没している。本例の電極１０２は、例えば、圧縮工程において、活物質層３の圧縮量を粗化部２１の突起２１１の高さよりも小さくすることにより作製することができる。
【００６４】
例えば、粗化工程において粗化部２１に高さ２０μｍの突起２１１を形成し、活物質層形成工程において厚み５０μｍの活物質層３を形成する場合には、圧縮工程において粗化部２１上の活物質層３の厚みが３０μｍを超えるように圧縮を行う。このとき、溝部２２の底面２２１を基準とした場合の高密度部３１の表面３１１の高さは、粗化部２１に設けられた突起２１１の高さと高密度部３１の厚みとの合計になるため、５０μｍよりも高くなる。
【００６５】
一方、上記の条件で圧縮を行う場合、低密度部３２は圧縮されないため、低密度部３２の表面３２１の高さは５０μｍとなる。従って、上記の条件で圧縮を行う場合には、低密度部３２の表面３２１を高密度部３１の表面３１１よりも陥没させることができる。その他は実施例１と同様である。
【００６６】
本例のように、低密度部３２の表面３２１を高密度部３１の表面３１１よりも陥没させることにより、電極組立体等において電極１０２とセパレータとが重ね合わされた場合に、セパレータと低密度部３２の表面３２１との間に隙間を形成することができる。そして、低密度部３２に加えてこの隙間を電解液やガスの通り道とすることができる。その結果、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進することができる。その他、本例の電極１０２は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
（実施例３）
本例は、バイポーラ電極として構成された電極１０３の例である。図５及び図６に示すように、本例の電極１０３は、一方の面に複数の粗化部２４と溝部２２とを備え、他方の面が平坦である金属箔２０３を有している。粗化部２４及び溝部２２の上には、活物質層３０３としての正極活物質層３０３ｐが配置されている。また、金属箔２０３の他方の面上には、活物質層３０３としての負極活物質層３０３ｎが配置されている。以下において、便宜上、粗化部２４及び溝部２２を有する面を金属箔２０３の表側面２５１といい、粗化部２４を有しない面を裏側面２５２という（図６参照）。
【００６８】
図５に示すように、本例の電極１０３は、金属箔２０３の厚み方向から視た平面視において長方形状を呈している。上記平面視における表側面２５１の中央部には正極活物質層３０３ｐが配置されており、裏側面２５２の中央部には負極活物質層３０３ｎが配置されている。また、上記平面視における正極活物質層３０３ｐ及び負極活物質層３０３ｎの周縁には、金属箔２０３が露出している。なお、本例の金属箔２０３は、ニッケル箔である。
【００６９】
金属箔２０３は、表側面２５１における正極活物質層３０３ｐで覆われた部分に、金属箔２０３の長手方向に間隔を開けて並んだ５か所の粗化部２４と、隣り合う粗化部２４の間に介在する溝部２２とを有している。溝部２２は、金属箔２０３の厚み方向から視た平面視において、金属箔２０３の短手方向に延設された直線状を呈している。図６に示すように、溝部２２の底面２２１は平坦である。また、粗化部２４同士の間隔、即ち溝部２２の幅は、１ｍｍである。
【００７０】
図６及び図７に示すように、粗化部２４に設けられた多数の突起２４１は、金属箔２０３から無秩序に突出している。また、図７に示すように、突起２４１は、その側周面２４２に無秩序に形成された凹凸を有している。金属箔２０３の厚み方向の断面における突起２４１の高さｈは、１〜２０μｍの範囲内にある。また、同断面における突起２４１の幅ｗは１〜５μｍの範囲内にある。
【００７１】
また、突起２４１の多くは、金属箔２０３の厚み方向における基部２４３と先端部２４４との間において、側方にせり出したせり出し部２４５を有している。せり出し部２４５としては、突起２４１の側周面２４２に形成された凸部２４２ａや、金属箔２０３の厚み方向から若干傾いた方向に突出している突起２４１の先端部２４４ａがある。
【００７２】
図５及び図６に示すように、正極活物質層３０３ｐは、粗化部２４上に配置された高密度部３１と、溝部２２上に配置され、高密度部３１に比べて空隙率の低い低密度部３２とを有している。図６及び図７に示すように、本例の正極活物質層３０３ｐは、正極活物質としての水酸化ニッケルの球状粒子３３ｐと、バインダとを含む多孔質体である。また、なお、図６及び図７においては、便宜上、バインダの記載を省略した。
【００７３】
金属箔２０３の平坦な裏側面２５２には、活物質層３０３としての負極活物質層３０３ｎが配置されている。図５に示すように、負極活物質層３０３ｎは、金属箔２０３の厚み方向から視た平面視において、正極活物質層３０３ｐよりも外側まで広がっている。本例の負極活物質層３０３ｎは、図６に示すように、負極活物質としての水素吸蔵合金の不定形粒子３３ｎと、バインダとを含む多孔質体である。なお、図６においては、便宜上、バインダの記載を省略した。
【００７４】
本例の電極１０３は、例えば、以下の方法により作製することができる。粗化工程においては、金属箔２０３の表側面２５１の一部をマスキング材により被覆し、粗化部２４となる部分のみを露出させる。この状態において金属箔２０３の露出部にめっきを施して多数の突起２４１を形成する。これにより、金属箔２０３の表側面２５１に複数の粗化部２４を形成することができる。
【００７５】
活物質層形成工程においては、金属箔２０３の表側面２５１上に正極活物質層３０３ｐを形成するとともに、裏側面２５２上に負極活物質層３０３ｎを形成する。その後、圧縮工程において、一対の圧延ロールの間に活物質層３０３を備えた金属箔２０３を通過させることにより、活物質層３０３の圧縮を行う。このとき、粗化部２４上に配置された正極活物質層３０３ｐは、溝部２２上に配置された正極活物質層３０３ｐに比べて突起２４１の高さ分だけ多く圧縮される。そのため、粗化部２４上に高密度部３１を形成するとともに、溝部２２上に低密度部３２を形成することができる。一方、負極活物質層３０３ｎは、平坦な裏側面２５２上に配置されているため、全面に亘って一定の圧縮量で圧縮される。それ故、負極活物質層３０３ｎは、全面に亘って一定の空隙率を有している。以上により、図５〜図７に示す電極１０３を得ることができる。その他は実施例１と同様である。
【００７６】
本例の電極１０３は、金属箔２０３の表側面２５１に粗化部２４及び溝部２２を有している。また、粗化部２４上に正極活物質層３０３ｐの高密度部３１が配置されており、溝部２２上に低密度部３２が配置されている。それ故、本例の電極１０３は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００７７】
また、本例の電極１０３は、表側面２５１に複数の粗化部２４及び溝部２２を備え、裏側面２５２が平坦である金属箔２０３を有している。そして、粗化部２４及び溝部２２上に正極活物質層３０３ｐが配置されており、平坦な裏側面２５２上に負極活物質層３０３ｎが配置されている。本例の電極１０３のようなバイポーラ電極においては、正極活物質層３０３ｐと金属箔２０３との接着性と、負極活物質層３０３ｎと金属箔２０３との接着性が異なっていることが多い。例えば、本例のように球状粒子３３ｐを含む正極活物質層３０３ｐは、不定形粒子３３ｎを含む負極活物質層３０３ｎに比べて平坦面に対する接着性が低くなっている。
【００７８】
このように、平坦面に対する接着性の異なる２種の活物質層３０３を備えた電極１０３において、比較的接着性の低い正極活物質層３０３ｐを粗化部２４及び溝部２２の上に配置し、比較的接着性の高い負極活物質層３０３ｎを平坦な裏側面２５２上に配置することにより、正極活物質層３０３ｐと、負極活物質層３０３ｎとの両方について、必要十分な接着性を容易に得ることができる。
【００７９】
更に、裏側面２５２を平坦にすることにより、表側面２５１と裏側面２５２との両面に粗化部２４を設ける場合に比べて、金属箔２０３全体の厚みを薄くすることができ、ひいては電極１０３全体の厚みを薄くすることができる。そして、このような電極１０３を電極組立体等に組み込むことにより、電極組立体等の寸法、ひいてはアルカリ蓄電池の寸法を容易に低減することができる。
【００８０】
（実施例４）
本例は、アルカリ蓄電池４の例である。図８に示すように、本例のアルカリ蓄電池４は、複数の電極１０４〜１０６がセパレータ４１を介して積層された電極組立体４０を有している。電極組立体４０は、積層方向の両端に配置された終端電極１０４、１０５と、終端電極１０４と終端電極１０５との間に配置された複数のバイポーラ電極１０６とを有している。
【００８１】
バイポーラ電極１０６は、実施例３の電極１０３と同様の構成を有している。２枚の終端電極１０４、１０５のうち、一方の終端電極１０４は、両面が平坦なニッケル箔からなる金属箔２０４と、金属箔２０４の片面上に配置された正極活物質層３０４ｐとを有している。また、他方の終端電極１０５は、両面が平坦なニッケル箔からなる金属箔２０４と、金属箔２０４の片面上に配置された負極活物質層３０４ｎとを有している。
【００８２】
なお、図８においては、便宜上、金属箔２０３及び正極活物質層３０３ｐを簡略化して記載したが、金属箔２０３は、図５〜図７に示すように、表側面２５１に、複数の粗化部２４と、粗化部２４同士の間に介在する溝部２２とを有している。同様に、正極活物質層３０３ｐは、粗化部２４上に配置された高密度部３１と、溝部２２上に配置された低密度部３２とを有している。
【００８３】
終端電極１０４、１０５及びバイポーラ電極１０６は、正極活物質層３０３ｐ、３０４ｐと負極活物質層３０３ｎ、３０４ｎとが積層方向に交互に並ぶように配置されている。このように、本例の電極組立体４０は、隣り合う金属箔２０３の間に、セパレータ４１と、当該セパレータ４１に面した正極活物質層３０３ｐ、３０４ｐ及び負極活物質層３０３ｎ、３０４ｎとからなる単セルを有している。そして、単セル同士は、集電体としての金属箔２０３を介して電気的に直列に接続されている。
【００８４】
電極組立体４０の側周面４０１は、シール部４２により覆われている。シール部４２には、終端電極１０４、１０５における金属箔２０４の周縁部２６及びバイポーラ電極１０６における金属箔２０３の周縁部２３が保持されている。また、電極組立体４０の積層方向における両端には、金属製の拘束部材４３が配置されている。拘束部材４３は、保持板（図示略）により、終端電極１０４、１０５の金属箔２０４に当接した状態で保持されている。本例のアルカリ蓄電池４においては、拘束部材４３を介して電極組立体４０と外部回路とを電気的に接続することができる。
【００８５】
本発明に係る電極、アルカリ蓄電池及び電極の製造方法の態様は、上述した実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。
例えば、実施例１〜３には、５個所の粗化部を備えた電極の例を示したが、粗化部及び溝部の数や配置は、これらの実施例の構成に限定されるものではない。溝部の形状は、直線状に限らず、金属箔の厚み方向から視た平面視において波状に湾曲していてもよい。また、金属箔の厚み方向から視た平面視において、溝部が格子状を呈するように粗化部を配置してもよい。
【００８６】
実施例１及び実施例２には、金属箔の一方の面における粗化部の配置と他方の面における粗化部の配置を同一にした電極の例を示したが、一方の面における粗化部の配置を他方の面とは異なる配置とすることもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１、１０２、１０３  電極
２、２０３  金属箔
２１、２４  粗化部
２１１、２４１  突起
２２  溝部
３、３０３  活物質層
３１  高密度部
３２  低密度部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019008941.tif 000008
【図７】
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【図８】
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