(57)【要約】【課題】集電タブの溶接不良が少ないアルカリ蓄電池用非焼結式極板を提供することを目的とする。【解決手段】発泡ニッケルからなる第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２を積層した積層シート１０３に活物質を充填した後、第２金属多孔体１０２側から超音波を当てて集電タブ１１の溶接予定箇所となる領域Ｂに充填された活物質を除去する。ここで、第２金属多孔体１０２は、第１金属多孔体１０１に比べてその同一厚みに換算した目付が大きく、メッキ厚み比率が１．５以下となるものを用いる。これによって、活物質を除去する際に超音波を当てても発泡ニッケルの損傷が抑制される。したがって、その部分に溶接される集電タブ１１の溶接強度を向上することができる。【選択図】    図２
2004303485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質が充填された金属多孔体に集電タブが溶接固定されたアルカリ蓄電池用非焼結式電極であって、
前記金属多孔体は、前記集電タブが溶接固定されている領域において、第１金属多孔体と、同一厚みに換算した目付が前記第１金属多孔体よりも大きくかつそのメッキ厚み比率が１．５以下である第２金属多孔体とが積層されて構成され、
前記集電タブが前記第２金属多孔体に溶接固定されている
ことを特徴とするアルカリ蓄電池用非焼結式電極。
【請求項２】
非焼結式電極を備えるアルカリ蓄電池であって、
前記非焼結式電極として請求項１に記載のアルカリ蓄電池用非焼結式電極を備えることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項３】
第１金属多孔体と同一厚みに換算した目付が前記第１金属多孔体よりも大きい第２金属多孔体を積層する積層ステップと、
前記積層ステップにおいて積層された金属多孔体に活物質を充填する活物質充填ステップと、
前記第２金属多孔体側から超音波を当てて前記活物質充填ステップにおいて充填された活物質を除去する活物質除去ステップと、
前記活物質除去ステップによって活物質が除去された領域における第２金属多孔体に集電タブを溶接固定する溶接ステップとを備える
ことを特徴とするアルカリ蓄電池用非焼結式極板の製造方法。
【請求項４】
前記積層ステップにおいては、厚み１ｍｍとしたときの目付が３００〜４００ｇ／ｍ２の第１金属多孔体と、厚み１ｍｍとしたときの目付が５００〜７００ｇ／ｍ２の第２金属多孔体とを積層することを特徴とする請求項３に記載のアルカリ蓄電池用非焼結式極板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ蓄電池に関し、特にその電極として用いられる非焼結式電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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においては、発泡ニッケルなどの三次元的な網目構造を有する金属多孔体（多孔度９５％以上）に活物質スラリーを充填させた電極、いわゆる非焼結式電極が用いられている。この非焼結式電極は、焼結式電極のような芯体（多孔度８５％程度）を備えていないので、電池の端子に接続するための集電タブは金属多孔体に溶接固定されている。
【０００３】
集電タブを溶接する際には一般に抵抗溶接が用いられているが、非焼結式電極に活物質が充填されていると電気的抵抗が大きくなり溶接が困難となる。そこで、金属多孔体における溶接予定の箇所に対し、充填された活物質をあらかじめ除去し、その領域に集電タブを溶接する方法が用いられている。
充填された活物質を除去する方法としては、溶接予定箇所をあらかじめ圧延した後、金属ブラシを用いて除去する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法においては、金属多孔体表面に充填された活物質を除去することはできるものの、金属多孔体の奥に充填された活物質を除去することが困難であった。
【０００４】
そこで、溶接予定箇所に局所的に超音波を当てて、充填された活物質を除去する方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、金属多孔体の奥に充填された活物質にも超音波が届くので活物質を比較的簡単に除去することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−１４６８５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−２３３１０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、金属多孔体においては、活物質を除去する際の超音波によってそれを構成する骨格が破断されるなどの損傷を受けてしまい、集電タブが溶接された場合においてもその溶接強度が低下する溶接不良が発生することが判明した。このような溶接不良が生じた電極を電池に組み込む際には、溶接箇所が剥離するなどして不良品となる可能性が高くなる。ここで、溶接不良を抑制するために、骨格の破断しにくい大きな目付の金属多孔体を用いれば、溶接不良は解消されるかもしれないが、その場合には電極における活物質充填量が減るため電池の容量低下につながる。そのため、非焼結式電極においては、電池容量を維持しつつ、集電タブの溶接不良を抑制することができる技術が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、電池容量を維持しながら集電タブの溶接不良の発生を抑制することができるアルカリ蓄電池用非焼結式電極およびこの電極を備える電池ならびにアルカリ蓄電池用非焼結式電極の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るアルカリ蓄電池用非焼結式電極は、金属多孔体に活物質が充填され、金属多孔体に集電タブが溶接固定されたアルカリ蓄電池用非焼結式電極であって、金属多孔体が、集電タブが溶接固定されている領域において、第１金属多孔体と、同一厚みに換算した目付が第１金属多孔体よりも大きくかつそのメッキ厚み比率が１．５以下である第２金属多孔体とが積層されて構成され、集電タブが、第２金属多孔体に溶接固定されていることを特徴とする。ここで、メッキ厚み比率とは、金属多孔体を構成する繊維状の骨格の径を測定し、その径における最大径と最小径の比率をいう。
【００１０】
本発明においては、同一厚みに換算した目付が異なる金属多孔体が積層されているので、第２金属多孔体を、活物質を除去する際に超音波を用いたとしても損傷しにくい程度に目付を高め、メッキ厚み比率を１．５以下にすれば、これに溶接される集電タブの溶接不良の発生を抑制することができる。一方、第２金属多孔体においては目付の高い分活物質充填量が減るが、第１金属多孔体を活物質量の低下分を補うことができる程度まで目付を小さくすることによって、電極全体としては従来と同様の活物質量を確保することができる。
【００１１】
なお、本発明における金属多孔体は、三次元的な網目構造を有するものを示し、パンチングメタルなどの二次元的な網目構造のものは含まない。また、目付とは、一般に単位面積あたりの質量を示すが、本発明においては、便宜上、第１金属多孔体および第２金属多孔体の厚みを１ｍｍに換算した場合における単位面積あたりの質量とする。
【００１２】
上記のような電極を備えたアルカリ蓄電池においては、溶接不良の発生が抑制されるため、電池においてもその不良発生が抑制されると考えられる。
具体的なアルカリ電池用非焼結式電極の製造方法としては、第１金属多孔体と同一厚みに換算した目付が第１金属多孔体よりも大きい第２金属多孔体を積層する積層ステップと、積層ステップにおいて積層された金属多孔体に活物質を充填する活物質充填ステップと、第２金属多孔体側から超音波を当てて活物質充填ステップにおいて充填された活物質を除去する活物質除去ステップと、活物質除去ステップによって活物質が除去された領域における第２金属多孔体に集電タブを溶接固定する溶接ステップとを備えるようにすればよい。
【００１３】
ここで、上記積層ステップにおいては、厚みを１ｍｍとしたときの目付が３００〜４００ｇ／ｍ２の第１金属多孔体と、厚みを１ｍｍとしたときの目付が５００〜７００ｇ／ｍ２の第２金属多孔体とを積層するようにすれば、溶接不良の少ないアルカリ蓄電池用非焼結式電極を製造することができることが実験によって確認されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアルカリ蓄電池の一例として、円筒形アルカリ蓄電池に本発明を適用した場合の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜円筒形アルカリ蓄電池の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る円筒形アルカリ蓄電池の構成を示す要部分解斜視図である。
【００１５】
同図に示すように円筒形アルカリ蓄電池は、渦巻電極体１、外装缶２、封口体３などを備え、渦巻電極体１が収容された外装缶２と、封口体３とが絶縁体であるガスケット４１を介してかしめによって封止されている。
渦巻電極体１は、正極板１０、負極板２０、セパレータ３０を備え、正極板１０と負極板２０とをセパレータ３０を介して巻回されたものであり、正極板１０の集電タブ１１が封口体３に電気的に接合されているとともに、負極板２０の集電タブ２１が外装缶２に電気的に接合されている。
【００１６】
正極板１０は、例えば、金属多孔体である発泡ニッケルに対して、活物質となる水酸化ニッケルを含むペーストが充填された後圧延されたシート状の非焼結式電極板であり、その一方の主面における封口体３側縁辺から集電タブ１１が突設されている。
負極板２０は、例えば、金属多孔体である発泡ニッケルに対して活物質となる水酸化カドミウムや水素吸蔵合金を含むペーストが充填されて圧延されたシート状の非焼結式電極板であり、その一方の主面における外装缶２の底面側縁辺から集電タブ２１突設されている。
【００１７】
セパレータ３０は、例えば、ポリアミドなどからなるシート状の不織布であり、不織布以外にフィルムなども用いることができる。
渦巻電極体１は、正極板１０と負極板２０とがセパレータ３０を介して渦巻状に巻回された後、アルカリ電解液が含浸され外装缶２に収容される。
外装缶２は、有底円筒形の形状をしており、その開口部はガスケット４１を介して封口体３により封口されている。ガスケット４１は、絶縁体からなり外装缶２と封口体３とを絶縁した状態に保持する。
【００１８】
封口体３は、封口正極板３１、弁板３２、およびスプリング３３を備え、封口正極板３１に形成された正極端子３１０内部に弁板３２、スプリング３３からなる弁体が設けられている。ここで、スプリング３３は、弁座３１２に対して弁板３２を弾発付勢しており、電池内部の圧力が高まったときには弁板３２が開いて正極端子３１０の周壁に設けられたガス抜き孔３１１を通して反応ガスを大気中に排出するようになっている。
【００１９】
（２）電極板の構成
次に正極板１０ならびに負極板２０の構成について説明する。なお、正極板１０と負極板２０は、充填される活物質が異なるのみであるので、両者を代表して正極板１０の構成について説明する。
図２（ａ）は、正極板１０を展開した斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ´線断面図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、正極板１０は、その一方の主面における長辺側の領域Ｂ（破線部分）に集電タブ１１が抵抗溶接によって固定されている。領域Ｂは、超音波ホーン型剥離装置における超音波発振部を当接して活物質を局所的に除去され、略金属多孔体のみが存在する領域となっている。
正極板１０は、図２（ｂ）に示すように、シート状の第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２が積層された積層体に活物質ペーストが充填され、圧延されたものであり、第２金属多孔体１０２の主面に集電タブ１１が抵抗溶接により取着されている。
【００２１】
第１金属多孔体１０１は、発泡ニッケルからなり、圧延前においては、例えば大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚みが１ｍｍ、目付けが３００〜４００ｇ／ｍ２、平均孔径が４００μｍ、発泡ニッケル中の繊維径における最大径と最小径の比率（以下、「メッキ厚み比率」という。）が１．９のものを使用することができる。このメッキ厚み比率は、顕微鏡観察によって計測した繊維径から算出することができる。
【００２２】
第２金属多孔体１０２は、第１金属多孔体１０１と同じく発泡ニッケルからなり、圧延前においては、例えば大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚みが１ｍｍ、目付けが５００〜７００ｇ／ｍ２、平均孔径が２００μｍ、メッキ厚み比率が１．５以下のものを使用することができる。
従来においては、発泡ニッケルの目付けが４００〜５００ｇ／ｍ２程度のものが用いられていたが、本実施の形態においては、同一厚み（ここでは１ｍｍ）に換算した目付け（以下、単に「目付」という。）の異なる発泡ニッケル、すなわち従来よりも目付けの高いもの（第２金属多孔体１０２）と低いもの（第１金属多孔体１０１）とを積層して用いている。
【００２３】
通常、目付けが高くなるとこれに充填される活物質量が少なくなるが、上記のように目付けの異なるものを積層することによって第２金属多孔体１０２で減少した活物質量を第１金属多孔体１０１において補うことができるので、電極に充填される活物質の量を従来と略同量に維持することができる。
他方、第２金属多孔体１０２においては、第１金属多孔体１０１に比べて目付けが高いものが用いられているため、活物質を除去する際に超音波が当てられたとしてもその目付の高さによって発泡ニッケル中の骨格が損傷しにくくなっていると考えられる。したがって、集電タブ１１を抵抗溶接によって溶接したとしても、溶接不良の発生が抑制される。さらに、第２金属多孔体１０２においては、メッキ厚み比率が１．５以下とすることによって、それを構成する繊維状の骨格の太さのバラツキが比較的少ない均質なものを用いている。このようにメッキ厚み比率が小さい場合には、超音波によって破断しやすいと考えられる細い骨格が少なくなると考えられるので、第２金属体孔体はその引張強度が強くなるとともに超音波の振動によっても破損しにくくなり、電極においては溶接不良の発生をさらに抑制することができる。
【００２４】
（３）正極板１０の製造方法
次に、正極板１０の製造方法について説明する。
図３は、正極板１０の各製造工程における工程図を示し、（ａ）〜（ｆ）の順に工程が進行する。
まず、図３（ａ）に示すように、同じ大きさの第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２を準備する。
【００２５】
そして、図３（ｂ）に示すように、第１金属多孔体１０１および第２金属多孔体１０２の主面同士を合わせて積層し、積層シート１０３を形成する。ここで、第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２とは互いがスポンジ状の発泡ニッケルからなるので、各金属多孔体の積層面においては互いの骨格の絡み合いによって固定されるので接着が不要である。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、積層シート１０３に活物質を含むペーストを充填して乾燥させ、図３（ｄ）に示すように圧延する。
次に、圧延された積層シート１０３において、その第２金属多孔体１０２側から超音波ホーン型剥離装置の超音波発振部ＵＳを当てて集電タブ１１を溶接する予定箇所の領域Ｂにおける活物質を除去する。ここで、超音波によっても破損しにくい第２金属多孔体１０２側から超音波を当てることによって、活物質を除去する際に生ずる金属多孔体の損傷を従来よりも抑制することができる。
【００２７】
最後に、第２金属多孔体１０２における領域Ｂへ集電タブ１１を抵抗溶接することによって電極を形成することができる。この抵抗溶接は、上記活物質の除去によっても金属多孔体が受けた損傷が従来よりも少ないと考えられるため、溶接不良が少なくなり、溶接強度も向上すると考えられる。
なお、第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２とは、圧延後において目付は変動するかもしれないが、その大小関係においては変化していないと考えられる。また、上記実施の形態においては、第１金属多孔体１０１と第２金属多孔体１０２を積層する構成としていたが、少なくとも集電タブ１１を溶接固定する領域Ｂ（図２）が積層構造となっていればよい。このような構成によっても超音波による金属多孔体の破断を抑制することができ、溶接不良の発生を抑制することができる。
【００２８】
（３）実験
以下、上記実施の形態に基づきアルカリ蓄電池に用いる電極の実施例サンプルおよび比較例サンプル（各１００個）を作製して、各サンプルにおける集電タブの溶接強度を測定して溶接不良率を求め、実験結果を検討する。
（実施例サンプル１）
目付５００ｇ／ｍ２、厚み１ｍｍ、メッキ厚み比率１．５、平均孔径２００μｍの発泡ニッケルからなる第２金属多孔体と、これよりも低い目付（４００ｇ／ｍ２、厚み１ｍｍ、メッキ厚み比率１．９、平均孔径４００μｍ）の発泡ニッケルからなる第１金属多孔体を積層し、これに水酸化ニッケルを主成分としたペースト状活物質を充填し、乾燥させた。これを厚み１ｍｍとなるまで圧延した後、５０ｍｍ×５０ｍｍとなるように切断した。次に、超音波ホーン型剥離装置を用い、上記積層体における第２金属多孔体側からその超音波出力部を当てて集電タブの溶接予定箇所の活物質を除去した後、第２金属多孔体側に集電タブを抵抗溶接によって固定し、ペースト式ニッケル極板を作製した。
【００２９】
（実施例サンプル２）
第２金属多孔体における目付が６００ｇ／ｍ２のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
（実施例サンプル３）
第２金属多孔体における目付が７００ｇ／ｍ２のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
【００３０】
（実施例サンプル４）
第２金属多孔体における目付が８００ｇ／ｍ２のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
（実施例サンプル５）
第２金属多孔体におけるメッキ厚み比率が１のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
【００３１】
（実施例サンプル６）
第１金属多孔体における目付が３００ｇ／ｍ２のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
（実施例サンプル７）
第１金属多孔体における目付が４５０ｇ／ｍ２のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
【００３２】
（比較例サンプル１）
実施例サンプル１の第２金属多孔体と目付、メッキ厚み比率、平均孔径が同じであり、厚みが２ｍｍの金属多孔体を１枚用いている以外は、上記実施例サンプル１と同様に製造した。
（比較例サンプル２）
第２金属多孔体における目付が４００ｇ／ｍ２のものを用い、第２金属多孔体と第１金属多孔体の目付を同じものとした以外は、上記実施例サンプル１と同様に製造した。
【００３３】
（比較例サンプル３）
第２金属多孔体におけるメッキ厚み比率が１．９のものを用いた以外は、上記実施例サンプル１と同様のものを用いて同様に製造した。
（評価実験）
上記各実施例サンプル１〜７、比較例サンプル１〜３について、溶接された集電タブとシート積層体をチャックで挟み込み、図２（ａ）で示す上下方向に荷重をかけて引張強度試験を行った。この試験によって測定された溶接部分の破断強力を溶接箇所の面積（集電タブと第２金属多孔体の重なっている部分の面積）で割ることによって溶接箇所の強度を計算し、その値の平均値（Ｎ＝１００）をサンプル毎に求めた。なお、引張強度試験においては、図２（ａ）の上下方向に張力を加えたときの破断強度を求めており、その強度が８ｋｇｆ／ｃｍ２未満となる場合を溶接不良と判別し、各サンプルにおける溶接不良率を導出している。
【００３４】
これらの結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2004303485.tif 000003
実施例１〜４に示すように、第２金属多孔体の目付を増加するに従い溶接不良率が低下することが確認された。なお、溶接不良率においては、実施例１と比較例１とが同じとなるため、溶接面となる第２金属多孔体の目付としては、５００ｇ／ｍ２以上とすることが好ましい。また、電極に含まれる活物質量においては、実施例４が比較例１よりも低下しているため、第２金属多孔体の目付としては、８００ｇ／ｍ２未満とすることが好ましく、活物質量を低下させないとすれば７００ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
【００３６】
また、第２金属多孔体におけるメッキ厚み比率を実施例１に比べて低下させた実施例５においては、溶接不良率が低下することが確認される一方、比較例３のようにメッキ厚み比率を１．９まで高めた場合には溶接不良率が高まっていることが確認された。これは、メッキ厚み比率の高い場合、発泡ニッケルにおいては骨格に細いものと太いものとが混在された状態となり、細い骨格部分において超音波によって破損しやすくなっていると考えられる。一方、メッキ厚み比率を小さくすることによって発泡ニッケルが比較的均一な細さの骨格から形成されるので、極端に細い骨格がなくなり、第２金属多孔体においては超音波によって破損しにくくなったと考えられる。したがって、第２金属多孔体におけるメッキ厚み比率は１．５以下とすることが好ましい。
【００３７】
実施例６においては、実施例１に比べて第１金属多孔体の目付を小さくしているが、これによって溶接不良率は変化せず、活物質量が増加することが確認された。
したがって、第１金属多孔体における目付としては、４００ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。なお、その目付をさらに小さくすると、骨格間の空間が大きくなり活物質をより多く詰め込めることができるようになるが、逆に空間が大きくなるほど活物質間の保持ができなくなり活物質が金属多孔体から脱落するため、金属多孔体に保持される活物質量は減少する。そのため、第１金属多孔体の目付は３００ｇ／ｍ２以上が好ましい。
【００３８】
また、比較例２に示すように、実施例１の第２金属多孔体の目付（５００ｇ／ｍ２）を４００ｇ／ｍ２に下げた場合、溶接不良率が著しく悪化することが判明した。そのため、第２金属多孔体における目付は、５００ｇ／ｍ２以上とすることが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係るアルカリ蓄電池用非焼結式電極は、第１金属多孔体と、これよりも目付が大きくメッキ厚み比率が１．５以下である第２金属多孔体が積層されたものが用いられ、集電タブが第２金属多孔体に溶接固定されている。第２金属多孔体は、充填された活物質を除去する際にも超音波によって破損しにくい目付かつメッキ比率を有するものが選択されているため、集電タブを溶接してもその溶接強度が従来よりも向上する。また、目付の小さい第１金属多孔体において第２金属多孔体に含まれる活物質量の低下分をまかなうことができるので、電極全体としては活物質量を低下させることなく溶接不良の発生を抑制することができる。このような電極をアルカリ蓄電池に用いれば、集電タブの剥離が減少するので不良品の発生を抑制することができる。また、その製造の際に、第２金属多孔体側から超音波を当てて活物質を除去することによって、金属多孔体を構成する骨格の破断を抑制することができ、集電タブの溶接強度を従来よりも向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアルカリ蓄電池の概略断面斜視図である。
【図２】（ａ）正極板の展開斜視図である。
（ｂ）正極板の一部断面図である。
【図３】各製造工程における正極板の側面図である。
【符号の説明】
１    渦巻電極体
２    外装缶
３    封口体
１０    正極板
１１，２１    集電タブ
２０    負極板
３０    セパレータ
１０１    第１金属多孔体
１０２    第２金属多孔体
１０３    積層シート
【図１】
2004303485.tif 000004
【図２】
2004303485.tif 000005
【図３】
2004303485.tif 000006