(57)【要約】【課題】金属多孔体基板の面密度を低下させても、金属リード部との接合強度を保持し、本来の電池性能を維持しながら極板の容量密度を高めた電池用極板を提供できる。【解決手段】三次元網目構造を有する金属多孔体を活物質保持体基板として用い、金属多孔体露出部から集電部となる金属リードが存在する電池用極板であって、金属多孔体露出部と金属リードの間に補強用金属多孔体が存在し、互いの金属部位と溶接を介して接合されている電池用極板である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元網目構造を有する金属多孔体を活物質保持体基板として用い、前記活物質保持体基板には、活物質が充填された活物質保持部と活物質が充填されていない金属多孔体露出部とがあり、前記金属多孔体露出部には、補強材を介して金属リードが接続されている電池用極板であって、前記補強材は、三次元網目構造を有する金属多孔体からなり、前記補強材と前記金属多孔体露出部との界面は、溶接されていることを特徴とするアルカリ蓄電池用極板。
【請求項２】
前記活物質保持体基板および前記補強材に使われる金属多孔体の目付重量が共に、４００ｇ／ｍ２以下である請求項１記載のアルカリ蓄電池用極板。
【請求項３】
前記補強材と前記金属多孔体露出部との界面の面積は、前記金属多孔体露出部の面積よりも小さい請求項１記載のアルカリ蓄電池用極板。
【請求項４】
前記金属多孔体露出部において、前記補強材が配置された部分の厚みと、前記補強材の厚みと前記金属リードの厚みの合計の最大厚みが、活物質保持部の平均厚みより小さい請求項１記載のアルカリ蓄電池用極板。
【請求項５】
三次元網目構造を有する金属多孔体を活物質保持体基板として用い、前記活物質保持体基板には、活物質が充填された活物質保持部と活物質が充填されていない金属多孔体露出部とを作成する極板作成工程と、前記金属多孔体露出部に、補強材を介して金属リードを接続するリード取り付け工程とからなるアルカリ蓄電池用極板の製造方法であって、前記リード取り付け工程において、前記補強材は、三次元網目構造を有する金属多孔体からなり、前記金属多孔体露出部へ前記補強材を溶接した後、前記金属リードを溶接することを特徴とするアルカリ蓄電池用極板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ蓄電池の極板およびその製造方法に関し、特に、その金属リードの取り付け部の好適な構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種携帯機器の普及に伴い、再充電可能なニッケル水素蓄電池が再販市場で使用されている。ニッケル水素蓄電池は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極をセパレータを介して配置し、これらの電極群を金属外装缶に収納し、かつアルカリ電解液を前記、金属外装缶に収容した構造を有する。このニッケル水素蓄電池は、高エネルギ−密度を有するため、容積効率が高く、しかも高い信頼性を有する。
【０００３】
従来のアルカリ蓄電池の正極に用いられる電極としては、カーボニルニッケルをパンチングメタル上で焼結し、この基板に硝酸ニッケルのようなニッケル塩の水溶液を含浸させて、アルカリ液中で、水酸化ニッケルに転化した、いわゆる焼結式極板が知られている。焼結式極板の利点として、ニッケル焼結体が、数μｍから１０μm程度の微細な細孔構造を有するため、元来、不導体である水酸化ニッケルの集電能力を向上させることができる。しかしながら、正極全体に占める基板の比率が２０％程度、必要であるため、その分、活物質充填量が制限される。その結果、正極の容量密度として、４５０mAh/cc程度しか得られないという課題があった。
【０００４】
このようなことから、高容量を達成するアルカリ蓄電池の正極に用いられている電極としては、非焼結式のものが一般的になってきている。この非焼結式極板は、発泡ニッケル等の三次元網目構造を有する金属多孔体基板に、水酸化ニッケル粉末、バインダ−、溶剤を含むペーストを直接充填し、乾燥後、加圧する。その後、電極の辺縁部に形成させた金属多孔体基板の露出部に金属リードを抵抗溶接して成るもので、この金属リード端子から電気を取り出している。この非焼結式正極は、基板となるニッケル基板の体積が１０％未満にすることにより、活物質である水酸化ニッケルを増大することができる。その結果、容量密度に換算して、６００mAh/cc程度まで向上させることが可能になった。
【０００５】
さらに、この非焼結式極板の導電性を良好にして放電特性を向上させるために、金属リードを溶接するための金属多孔体基板の露出部に補強用金属多孔体を加圧接合し、金属量を増加させてから金属リードを溶接することが提案されている。（特許文献１参照）
また、補強用金属多孔体の面積を金属多孔体露出部分の面積を広くした改良型の提案もされている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開昭５３−２５８３９号公報
【特許文献２】特開平９−１７４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の再販ニッケル水素電池の高容量への要望は大きく、さらに正極板の容量密度を向上させる必要がある。正極板容量密度を向上させるひとつの手段として、活物質保持体の役割しか有しない金属多孔体基板の体積を低減させる手段がある。
【０００７】
また、この金属多孔体基板の体積を低減させる手段は、低コスト化の観点からも有用である。
【０００８】
金属多孔体基板の体積を低減させるために目付重量を低下させると、既に提案されてい
る金属多孔体の露出部への補強用金属多孔体を加圧接合して金属量を増加させてから金属リードを溶接するだけでは、金属多孔体基板と補強用金属多孔体のはがれが生じ、接合強度が得られないという課題を有していたため、目付重量の低下は困難であった。
【０００９】
本発明は、上記課題に基づいてなされたものであり、金属多孔体基板の目付重量を低下させても、金属多孔体基板と補強用金属多孔体との接合強度を保持し、本来の電池性能を維持しながら極板の容量密度を高めた電池用極板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために本発明のアルカリ蓄電池用極板は、三次元網目構造を有する金属多孔体を活物質保持体基板として用い、前記活物質保持体基板には、活物質が充填された活物質保持部と活物質が充填されていない金属多孔体露出部とがあり、前記金属多孔体露出部には、補強材を介して金属リードが接続されている電池用極板であって、前記補強材は、三次元網目構造を有する金属多孔体からなり、前記補強材と前記金属多孔体露出部との界面は、溶接されていることを特徴とするアルカリ蓄電池用極板である。
【００１１】
また、本発明のアルカリ蓄電池用極板は、前記活物質保持体基板および前記補強材に使われる金属多孔体の目付重量が共に、４００ｇ／ｍ２以下のアルカリ蓄電池用極板である
また、本発明のアルカリ蓄電池用極板は、前記補強材と前記金属多孔体露出部との界面の面積は、前記金属多孔体露出部の面積よりも小さいアルカリ蓄電池用極板である。
【００１２】
また、本発明のアルカリ蓄電池用極板は、前記金属多孔体露出部において、前記補強材が配置された部分の厚みと、前記補強材の厚みと前記金属リードの厚みの合計の最大厚みが、活物質保持部の平均厚みより小さいアルカリ蓄電池用極板である。
【００１３】
さらに、本発明のアルカリ蓄電池用極板の製造方法は、前記金属多孔体露出部と前記補強材と前記金属リードの界面の溶接は、前記金属多孔体露出部へ前記補強材を溶接した後、前記金属リードを溶接する製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、金属多孔体基板の目付重量を低下させても、金属多孔体基板と補強用金属多孔体との接合強度を保持することができるため、本来の電池性能を維持しながら極板の容量密度を高めた電池用極板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の最良の形態に関して詳細に説明する。
【００１６】
本発明は、上記のように、三次元網目構造を有する金属多孔体を活物質保持体の基板として用い、活物質を剥離した金属多孔体露出部に金属リードが存在する電池用極板であって、金属多孔体露出部と金属リードの間に、補強用の金属多孔体を互いの金属部位と抵抗溶接を介して接合されている電池用極板とすると、低目付重量の金属多孔体基板を用いて、補強用金属多孔体を加圧接合した場合に見られる金属多孔体基板と補強用金属多孔体のはがれを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の電池用極板は、金属多孔体基板および金属多孔体露出部と金属リードの間に介する補強用金属多孔体の目付重量が400g/m2以下というものであり、これまで金属多孔体基板の目付重量を低下させた時に生じる基板と金属リードの間のはがれによる接合強度の低下を防ぎ、電池の高容量化と放電特性を両立することが可能となる。従来、使用されている400g/m2以上の目付重量の金属多孔体基板では加圧接合で、十分な強度を得る
ことが可能であったが、400g/m2以下の低目付重量の金属多孔体基板では、溶接での接合を実施することにより、本来の性能を維持することが可能となる。結果として、金属多孔体基板の体積減少分は、活物質を充填することが可能となるので、より容量密度が高い極板を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の電極用極板は、金属多孔体露出部と金属リードの間に存在する補強用金属多孔体の面積は、金属多孔体露出部よりも小さいものであり、極板の金属リード部がセパレータを突き破って対極となる極板と短絡することを防ぎ、品質的に安定した高容量電池用極板を得ることになる。
【００１９】
さらに本発明の電池用極板は、金属多孔体露出部と補強用金属多孔体と金属リードの厚みの合計が、極板の活物質充填部厚みより小さいものであり、上記と同様に、極板の金属リード部がセパレータを突き破って対極となる極板と短絡することを防ぎ、品質的に安定した高容量電池用極板を得ることになる。
【００２０】
本発明の電池用極板を用いる電池としては、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池のほかに、リチウムイオン二次電池を上げることができる。中でも、重量エネルギ−密度の高さや安全性の観点から、ニッケル水素蓄電池に用いるのが、本発明の主旨に最も合致している。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１において、１は本発明の非焼結式極板を示す。目付重量が250g/m2で、多孔度95％である三次元網目構造で厚みが1.65ｍｍの発泡式ニッケル基板を平板ローラで厚さ1.5ｍｍに調整する。このとき、目付重量に変化はない。この発泡ニッケル基板を、縦    135ｍｍ、横229ｍｍに切り取り、活物質保持体基板とする。
【００２２】
この基板に主活物質である平均粒子径が10〜20μｍの球状水酸化ニッケル100重量部と平均粒子径が0.2μｍの水酸化コバルト粉末5重量部とカルボキシメチルセルロースを含む水溶液を加えて混練し、ペースト状活物質にしたものを充填した。球状水酸化ニッケル粒子は、β型の結晶構造（ＣｄＩ2構造）を有しており、公知の反応晶析法により、少量のコバルト、亜鉛、マグネシウム等の元素を含有する固溶体である。ペースト状活物質を充填した後、乾燥し、活物質充填部を0.88ｍｍの厚みに加圧成形し、縦43.7ｍｍ、横75.0ｍｍに切り取り、極板主体部１ａを得た。次に、集電部となる金属リード２を溶接するために、縦8mm横4mmの金属露出部１ｂを得るために、超音波を与えて活物質を剥離した後、0.3ｍｍの厚みになるように加圧した。その後、縦7mm横3mmの活物質保持体基板と同じニッケル基板で、厚みを0.2ｍｍに調整した補強用ニッケル多孔体３を金属露出部１ｂの範囲内に抵抗溶接してから、さらに鉄にニッケルメッキを施した幅２ｍｍ、厚み0.2ｍｍの金属リード２を抵抗溶接した。その後、金属多孔体露出部１ｂを覆うようにテープを貼り付け、本発明の正極板１を作製した。
【００２３】
この正極に対して、十分な容量を有する公知の水素吸蔵合金を含む負極合剤を、ニッケルメッキを施した鉄製のパンチングメタルに塗着した後、乾燥し、加圧成形することで、負極板４を作製した。
【００２４】
上記の正極、負極を用いて、公称容量が2.0Ahである単３サイズ（ＡＡサイズ）の円筒型ニッケル水素蓄電池を作製した。
【００２５】
図２は本発明のニッケル水素蓄電池の模式断面図である。負極４と本発明の正極板１の
間にセパレータ５を介して渦巻き状に捲回し、高度に緊縛された電極群が構成され、有底円筒形の金属外装缶６に、上部絶縁板１０および底板１１ではさんで挿入する。正極板１から延出する金属リード２を、外部端子７と正極端子１２とその内部に配置されたゴム製弁８からなる安全弁の機構を備える封口板の底部に溶接する。その後、６〜８Ｍの水酸化カリウムを主体とするアルカリ電解液を注入し、絶縁性のガスケット９を介して封口板を外装缶の開口部にかしめることで作製した電池体に、初期充放電を施すことにより作製したニッケル水素蓄電池を実施例１の電池とする。  
【００２６】
セパレータ５は、ポリプロピレンなどのポリオレフィンからなる不織布を用いることができる。なおこの不織布は、電解液との親和性を高めるためにスルホン化処理等がなされているのが好ましい。また、ナイロンなどのポリアミドからなる不繊布を用いることもできる。
【００２７】
電解液は、ＫＯＨとＮａＯＨとＬｉＯＨとを適宜混合して溶解させた水溶液を用いることができる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１に対し、目付重量が400g/m2のニッケル基板を用いた以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を実施例２の正極板および電池とする。
【００２９】
（実施例３）
実施例１に対し、目付重量が500g/m2のニッケル基板を用いた以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を実施例３の正極板および電池とする。
【００３０】
（実施例４）
実施例１に対し、補強用ニッケル金属多孔体３の大きさが、金属多孔体露出部１ｂよりも大きい縦9mm横5mmとなっている以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を実施例４の正極板および電池とする。
【００３１】
（実施例５）
実施例１に対し、金属リード２を抵抗溶接した後、加圧せずに0.90mmの厚みとした以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を実施例５の正極板および電池とする。
【００３２】
（比較例１）
正極板として、面密度が250g/m2であるニッケル基板の金属多孔体露出部１ｂに補強用ニッケル金属多孔体３を加圧して接合する以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を比較例１の正極板および電池とする。
【００３３】
（比較例２）
正極板として、面密度が400g/m2であるニッケル基板の金属多孔体露出部１ｂに補強用ニッケル金属多孔体３を加圧して接合する以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を比較例２の正極板および電池とする
（比較例３）
正極板として、面密度が500g/m2であるニッケル基板の金属多孔体露出部１ｂに補強用ニッケル金属多孔体３を加圧して接合する以外は、実施例１と同様に作製した正極板および電池を比較例３の正極板および電池とする。
【００３４】
以上の各正極板を用い、金属リード２を極板主体部１ａに対して引っ張り、集電リードが外れた時の強度を測定した。この時、評価は正極板各３０枚ずつ実施し、平均値を表１に示した。
【００３５】
また、各電池を用い、200mAの電流値で16時間充電し、1時間の休止の後、400mA、1000mA、2000mAのそれぞれの電流値で電池電圧が1Vに達するまで放電して、放電容量を測定した。また、その後電池の内部抵抗（１kHz）も測定した。放電容量と内部抵抗の測定についての評価は各１０セル実施し、平均値を表１に示した。
【００３６】
さらに、各電池を10000個作製した時の短絡不良率の評価も実施し、表１に示した。
【００３７】
【表１】
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表１より、本発明の実施例１の電池では、実施例２、３および比較例２，３と比較して電池の高容量化が可能となっている。これは、金属多孔体基板の体積減少分について、活物質を充填することが可能となるので、より容量密度が高い極板を得ることができたためである。低目付重量のニッケル基板を用いて、従来技術で作製した比較例１の電池では、ニッケル基板と金属リード２の接合強度が大きく低下しており、内部抵抗が上昇し、放電特性も低下している。これは、ニッケル基板の目付重量が低下した場合には、基板との補強用ニッケル多孔体３間のはがれによって、接合強度および導電性が低下しているためと推察される。
【００３８】
これに対して、ニッケル基板に補強用ニッケル多孔体３を抵抗溶接で接合した実施例１では、電池の内部抵抗も低く、高容量でありながら、放電特性も向上している。これは、低目付重量のニッケル基板を用いても、補強用ニッケル多孔体３とニッケル基板のはがれがなく、接合強度が向上しており、極板主体部１ａと金属リード２間の導電性が良好なためであると推察される。このことから、低目付け重量の基板を使用する場合は、補強用ニッケル多孔体３をニッケル基板へ抵抗溶接することが望ましいことがわかる。
【００３９】
その一例として、図３に実施例１の放電特性曲線Aと比較例１の放電特性曲線Bおよび比較例３の放電特性曲線Cをそれぞれ示して放電特性の差異を示す。
【００４０】
また、実施例１は、実施例４および５との比較において、電池を作製した場合の短絡不良率が低下できている。これは、実施例４の場合、補強用ニッケル多孔体３の面積が、金属多孔体露出部１ｂの面積よりも大きくなっているため、補強用ニッケル多孔体３と極板主体部１ａが重なる部位の厚みが厚くなるため、テープで保護していても、極板間の短絡が発生しやすくなるためである。このことから、補強用ニッケル多孔体３の面積は、金属
多孔体露出部よりも小さいことが望ましいことがわかる。
【００４１】
また、実施例５においても、金属リード２を抵抗溶接した後、加圧せずに0.90mmの厚みとしたため、極板主体部１ａよりも厚くなったため、テープで保護していても、極板間の短絡が発生しやすくなるためである。このことから、金属多孔体露出部１ｂと補強用ニッケル多孔体３と金属リード２の厚みの合計が、極板主体部１ａの厚みより小さくなっていることが望ましいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかる電池用極板は、高率放電特性を維持しながら、電池の高容量化が可能となるので、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池などのアルカリ蓄電池の高容量化のための手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例にかかる電池用極板の図
【図２】本発明の実施例にかかるニッケル水素蓄電池の断面図
【図３】放電容量と放電電流の関係を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１    正極板
１ａ  極板主体部
１ｂ  金属露出部
２    金属リード
３    補強用金属多孔体
４    負極板
５    セパレータ
６    金属外装缶
７    外部端子
８    ゴム弁体
９    ガスケット
１０  上部絶縁板
１１  底板
１２  正極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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