(57)【要約】【課題】高い歩留で合剤ペーストを活用するとともに、未塗工部と集電板との溶接不具合に直結する未塗工部の幅のバラツキや電極の歪みを削減できる、精度の高い電池用電極の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の電池用電極の製造方法は、連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含み、この塗工工程に先駆けて、芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含む電池用電極の製造方法であって、
前記塗工工程に先駆けて、前記芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項２】
前記前処理工程において、前記芯材の両端部を未塗工部とすること特徴とする、請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項３】
前記前処理工程において、前記芯材を圧縮することによって未塗工部を設けることを特徴とする、請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項４】
前記前処理工程において、前記芯材にこの芯材と同一のものを貼り合わせることによって未塗工部を設けることを特徴とする、請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項５】
前記前処理工程において、前記芯材に金属板を貼り合わせることによって未塗工部を設けることを特徴とする、請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池用電極の製造方法に関し、より詳しくはアルカリ蓄電池の電極を安定して連続的に生産するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ蓄電池などの電池は携帯機器の電源から電動工具の電源や電気自動車の補助電源に用途を拡大しつつある。これに伴って高率放電特性の向上が強く求められており、その対応策の一つとして電極（正極および負極）の長手方向に沿った一辺に未塗工部を形成させるように合剤ペーストを塗工し、正極と負極の未塗工部どうしが対峙しないようにセパレータを介在して交互に重ね合わせた状態で渦巻き状に巻付けて電極群を形成し、この電極群の上下面に正極集電板と負極集電板とを溶接する構成が採られる。この構成の利点として、長手方向の一端のみにリードを接合する従来技術とは異なり、正極および負極の全周から集電できるので内部抵抗が激減し、高率放電特性を向上させることができる。
【０００３】
三次元金属多孔体に活物質などの合剤を充填してなる電極は、少量の結着剤でこれら合剤を電極中に多量に保持できるという観点から、アルカリ蓄電池の正極を中心に実用化が広まっている。ただしこのような電極に精度よく未塗工部を形成するのは困難である。そこで三次元金属多孔体に合剤ペーストを充填した後に塗工部に当たる箇所をストライプロールプレス機によってプレス加工する一方、未塗工部に当たる箇所を残存凸状部としてプレス加工せずに、この箇所に超音波振動を与えて活物質を除去する方法が提案されている（例えば特許文献１）。また三次元的金属多孔体などの芯材に合剤ペーストを吐出するノズルを近接させて合剤ペーストを吐出し、芯材より幅が狭い塗工部を設ける方法が提案されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−０７５３４５号公報
【特許文献２】特許第２９７６８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし特許文献１の方法では、除去した合剤ペーストがロスとなるので効率的とはいえない。その点では特許文献２の方法は合剤ペーストのロスが発生しない特長があるが、塗工直後に塗工部の両端で合剤ペーストが液垂れすることにより塗工部の幅のバラツキが大きくなり、これに追従して未塗工部の幅のバラツキも大きくなって、電極群の上下面に正極集電板と負極集電板とを溶接する際に未塗工部に残存した合剤ペーストによって溶接が不十分になるという課題が生じる。さらに生産性を向上させるためには三次元金属多孔体をフープ状にして連続的に供給する必要があるのだが、このような三次元金属多孔体は連続供給時に蛇行しやすい。しかるに特許文献１および２の方法では上述した蛇行を抑制する手段を有しないので、塗工後の電極に歪みが生じて湾曲することが避けられない。この湾曲により上述した溶接不具合はさらに増すことになる。
【０００５】
本発明は上記課題に対処するためになされたもので、高い歩留で合剤ペーストを活用するとともに、未塗工部と集電板との溶接不具合に直結する未塗工部の幅のバラツキや電極の歪みを削減できる、精度の高い電池用電極の製造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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の電池用電極の製造方法は、連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含み、この塗工工程に先駆けて、芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密
度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする。
【０００７】
合剤ペーストを塗工する前に芯材の一部を高密度化して未塗工部を設けることにより、塗工部と未塗工部との境界が明確化して合剤ペーストが未塗工部へ液垂れしにくくなり、未塗工部の幅のバラツキが低減できる。さらにこの工程において芯材に設けた未塗工部を挟持することにより芯材の走行直線性が向上し、三次元金属多孔体ゆえに連続供給時に発生しやすい蛇行が抑制でき、塗工後の電極の歪みによる湾曲が回避できる。これらの効果によって未塗工部と集電板との溶接不具合を回避することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、高い歩留で合剤ペーストを活用できる上に、未塗工部と集電板との溶接不具合に直結する未塗工部の幅のバラツキや電極の歪みを削減できるので、精度の高い電池用電極を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。
【００１０】
第１の発明は、連続する三次元金属多孔体からなる芯材に、活物質を含む合剤ペーストを連続的に塗工する塗工工程を含み、この塗工工程に先駆けて、芯材の走行位置を規制しつつこの芯材の一部を挟持しながら高密度化して未塗工部を設ける前処理工程を設けたことを特徴とする電池用電極の製造方法に関する。
【００１１】
図１は本発明の電池用電極の製造方法の概略図である。芯材１（具体的には三次元金属多孔体）はこの図の下側から上側へ走行し、芯材走行位置規制装置５と高密度処理装置６とを経た後に、合剤ペースト塗工装置４（例えばノズルなどからなる）を通過することにより、電極７となる。得られた電極７は未塗工部２と塗工部３とを有する。
【００１２】
合剤ペースト塗工装置４を経る前に芯材１の一部を高密度化して未塗工部２を設けることにより、塗工部３と未塗工部２との境界が明確化して合剤ペーストが未塗工部２へ液垂れしにくくなり、未塗工部２の幅のバラツキが低減できる。さらにこの工程において芯材１の走行位置を芯材走行位置規制装置５が規制しており、かつ芯材１に設けた未塗工部２を高密度処理装置６が挟持しているので、芯材１の走行直線性が格段に向上し、三次元金属多孔体ゆえに連続供給時に発生しやすい蛇行が抑制でき、塗工後の電極７の歪みによる湾曲が回避できる。これらの効果によって未塗工部２と集電板（図示せず）との溶接不具合を回避することが可能となる。
【００１３】
なお本発明における高密度化とは、元の芯材１に対して合剤以外のもので空孔体積を減らすことを総称したものである。
【００１４】
本発明の電池用電極の製造方法の細部について、さらに詳しく説明する。図２は本発明における高密度処理装置６の断面模式図、図３は本発明における合剤ペースト塗工装置４の断面模式図である。芯材１が芯材走行位置規制装置５を経ることにより、芯材１の走行位置が規制される。しかる後に高密度処理装置６によって未塗工部２を形成するのだが、この高密度処理装置６が未塗工部２となる箇所を挟持するために、芯材１が走行中に左右に蛇行することを抑制できる。このような製造方法を経て得られた電極７は、未塗工部２と塗工部３との境界の直線性が高いものとなる（図４（Ｂ）および図５（Ｂ）参照）。さらには塗工時の蛇行が抑制されているので、塗工後に行う圧延工程にて顕著化する湾曲をも回避できる。
【００１５】
一方で高密度処理装置６を省略すると、芯材１がわずかに蛇行する上に、未塗工部２に
合剤ペーストが液垂れするために、図４（Ａ）に示すように未塗工部２の幅のバラツキが生じて、溶接の不具合が目立つようになる。また芯材走行位置規制装置５を省略すると、蛇行が激しくなって図５（Ａ）に示すように塗工部３の波打ち現象が生じる。この現象は未塗工部２の幅のバラツキに直結するだけでなく、圧延工程を経た電極７の湾曲をも引き起こすため、未塗工部２と集電板との溶接不具合は顕著化する。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前処理工程において芯材１の両端部を未塗工部２とすること特徴とする。最も位置規制効果の高い芯材１の両端部を未塗工部２として挟持することにより、蛇行防止効果はさらに増し、塗工後に行なう圧延工程にて顕著化する湾曲をも回避できる。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明において、前処理工程において芯材１を圧縮することによって未塗工部２を設けることを特徴とする。高密度化処理した未塗工部２を設ける方法の中で、この方法は他の部材を必要としないので最も生産性が高い。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明において、前処理工程において芯材１にこの芯材１と同一のものを貼り合わせることによって未塗工部２を設けることを特徴とする。未塗工部２の単位面積当たり金属重量を大きくすることにより、第３の発明を経たものよりも集電体との溶接が容易になるが、用意する部材の増加は免れない。その中でも第４の方法は、芯材１と同一のもの（例えば芯材１の一部を切片やリール状に加工したもの）を用いることができるので、部品点数を実質的に増やす必要がなくなる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明において、前処理工程において芯材１に金属板を貼り合わせることによって未塗工部２を設けることを特徴とする。この方法は第４の発明に記した方法に比べて部品点数が増すが、集電体との溶接をより容易にできるので好ましい。なお金属板としては、電池環境下において電気化学的に安定な材料であれば自由に選択できる。具体的にはニッケル板、鋼板にニッケルメッキしたものなどが挙げられる。
【００２０】
本発明は、主にアルカリ蓄電池用正極の製造方法として有用である。アルカリ蓄電池用正極の合剤ペーストは、活物質である水酸化ニッケルと、高温特性などを改善するための添加剤である希土類酸化物や酸化亜鉛などと、結着剤であるポリテトラフルオエチレン（ＰＴＦＥ）などと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やキサンタンガムなどを水などの溶媒と混合して構成する。また芯材１は連続する三次元金属多孔体であって、具体的には発泡状あるいは繊維状のニッケルなどを、主としてフープ上に梱包してなる帯状の連続体が用いられる。
【００２１】
以下、本発明における電池用電極の製造方法について詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
活物質である水酸化ニッケル１００重量部に対して、酸化イッテルビウム１．５重量部、ＣＭＣ０．１重量部、キサンタンガム０．１重量部、ＰＴＦＥ０．３重量部（固形分比）および適量の水を加えて練合し、合剤ペーストを得た。この合剤ペーストを、芯材１である連続する発泡状ニッケル多孔体（幅１３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、多孔度９８％、平均孔径２００μｍ）の上に、図１〜３に示す方法で２０ｍ塗工した。なお塗工は、未塗工部２に掛からないようにして行った。ここで未塗工部２は芯材１を厚み０．１ｍｍとなるように圧縮することによって設けた。またこの未塗工部２の幅は７ｍｍとし、両端および略中央部の３箇所に設け、塗工部３における合剤（固形分比）の塗工量は０．０６ｇ／ｃｍ2とした。
【００２３】
この後、塗工部３の厚みが０．２８ｍｍとなるように圧延し、電極７のフープを得た。これを実施例１とする。
【００２４】
（実施例２）
実施例１に対して、芯材１の両端に未塗工部２を設けなかった（高密度化処理を芯材１の略中央部のみに行った）こと以外は実施例１と同様に電極７のフープを作製した。これを実施例２とする。
【００２５】
（実施例３）
実施例１に対して、高密度処理装置６の近傍に芯材１である発泡状ニッケル多孔体と同じ材質のリール（幅７ｍｍ）を備え付け、これを貼り合わせることにより厚みが０．２ｍｍの未塗工部２を設けたこと以外は実施例１と同様に電極７のフープを作製した。これを実施例３とする。
【００２６】
（実施例４）
実施例１に対して、高密度処理装置６の近傍に厚み０．０８ｍｍのニッケルリール（幅７ｍｍ）を備え付け、これを溶接電流値３Ａ、電圧値２４０Ｖ、加圧１２０Ｎで溶接する事により、厚みが０．１８ｍｍの未塗工部２を設けたこと以外は実施例１と同様に電極７のフープを作製した。これを実施例４とする。
【００２７】
（比較例１）
実施例１に対して、高密度処理装置６を外したこと以外は実施例１と同様に電極７のフープを作製した。これを比較例１とする。
【００２８】
（比較例２）
比較例１に対して、芯材走行位置規制装置５をさらに外したこと以外は比較例１と同様に電極７のフープを作製した。これを比較例２とする。
【００２９】
以上の各例に対し、以下の評価を行った。結果を（表１）に示す。
【００３０】
（走行直線性）
当初設定した芯材１の一端の位置からのズレを位置センサーで計測し、その触れ幅の最大値を蛇行位置ズレ量として（表１）に記した。
【００３１】
（塗工部２と未塗工部３との境界の直線性）
当初設定した塗工部２と未塗工部３との境界に対する振れ幅の最大値を各ｎ＝１０で光学顕微鏡にて測定し、（表１）に記した。
【００３２】
（溶接性）
得られた電極７を幅５０ｍｍ（うち未塗工部幅４ｍｍ）、長さ９０ｃｍに切断し、これを直径３０ｍｍとなるように負極、セパレータを一緒に捲回した後、厚み０．６ｍｍ、直径２９ｍｍのニッケル製集電板に溶接する。ここで、集電体溶接強度を引張強度試験機で確認し、引張強度１００Ｎ以下の物を、溶接不具合品と判定し、その発生率を（表１）に記した。
【００３３】
【表１】
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芯材走行位置規制装置５を設け、かつ高密度処理装置６を芯材１の両端および略中央部に当接する箇所に設けた実施例１は、未塗工部２と塗工部３との境界の直線性が確保できたので、安定した溶接性を示した。ただし高密度処理装置６を芯材１の略中央部に当接する箇所のみに設けた実施例２は、両端部の高密度処理装置６がなく芯材１の狭持が１点のみであったので蛇行位置ズレ量が僅かに増加した上に、未塗工部２の幅のバラツキに起因する溶接不具合の発生率が僅かながら増加した。一方、実施例１に対して金属製の部材を貼り合わせて高密度化処理を行い、未塗工部２を形成した実施例３および４は、実施例１と同等の走行直線性を示すとともに、溶接部位の金属量の増加で塗工部２と未塗工部３との境界直線性が確保できたので、実施例１と同様、溶接性が安定した。
【００３４】
一方、高密度処理装置６を設けなかった比較例１は、芯材走行位置規制装置５のみで芯材１の走行位置を規制したものの、芯材１がわずかに蛇行する上に、未塗工部２に合剤ペーストが液垂れするために未塗工部２の幅のバラツキが生じて、溶接箇所に存在する合剤ペーストの影響で溶接不具合が目立つようになった。さらに芯材走行位置規制装置５をも設けなかった比較例２は、未塗工部２と塗工部３の境界に波打ち現象が生じるほどに蛇行が激しくなった。また比較例２は比較例１と比べて溶接不具合発生率が顕著に悪化したが、その理由として、比較例１と同様に未塗工部２に合剤ペーストが液垂れした影響と、空孔体積比率が異なる未塗工部２と塗工部３との境界が波打ちによって一定しないことによりその後の圧延工程で歪みが生じて電極７の湾曲を誘発した影響とが重複したことが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明を活用することにより、集電体との溶接が容易な電極を安定供給できるので、ハイブリッド自動車用電源など集電板を必須とする分野の電池の普及に多大な効果をもたらすことが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の電池用電極の製造方法の概略図
【図２】本発明における高密度処理装置の断面模式図
【図３】本発明における合剤ペースト塗工装置の断面模式図
【図４】（Ａ）本発明の未塗工部と塗工部との境界の直線性を示す平面図、（Ｂ）高密度処理装置を設けない場合の未塗工部と塗工部との境界の非直線性を示す平面図
【図５】（Ａ）本発明の未塗工部と塗工部との境界の直線性を示す断面図、（Ｂ）芯材走行位置規制装置を設けない場合の未塗工部と塗工部との境界の非直線性を示す断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  芯材
２  未塗工部
３  塗工部
４  合材ペースト塗工装置
５  芯材走行位置規制装置
６  高密度処理装置
【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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