(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の辺縁部を除いた板面に多数の開口孔が穿設された導電性薄板と、この導電性薄板の表面及び／又は裏面における一方の辺縁部を含む面に接合されると共に、この一方の辺縁部への接合部分がプレスされたシート状の三次元金属多孔体とからなる接合体に活物質を担持させ、前記シート状の三次元金属多孔体のプレス部分と接合された前記導電性薄板には開口孔がないことを特徴とする電池用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡状金属や不織布状金属等の三次元金属多孔体に活物質を担持させた電池用電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池用電極には、活物質充填密度を向上させて電池容量の増大を図るために、発泡状金属や不織布状金属等の三次元金属多孔体を用いる場合がある。例えばニッケル水素二次電池の正極には、発泡ニッケル（発泡状金属）やニッケル繊維フェルト（不織布状金属）等が用いられる。発泡ニッケルは、カーボンを含有させて導電性を持たせたウレタンフォームにニッケルメッキを行った後に、これを焼成してウレタンやカーボンの成分を飛ばし発泡状の金属ニッケルのみを残したもの等であり、多数のニッケルの骨格が互いに三次元的にネットワーク状（網状）に結合した多孔度の極めて大きい三次元金属多孔体を構成する。また、ニッケル繊維フェルトは、びびり振動等によって製造したニッケルの細い繊維をフェルト状（不織布状）に焼き固めたもの等であり、この場合にも多数のニッケルの繊維片が互いに三次元的にネットワーク状に結合した多孔度の極めて大きい三次元金属多孔体を構成する。従って、これらの三次元金属多孔体に、例えば活物質である水酸化ニッケルの粉末（不溶性）を水等の分散媒に分散して塗布し乾燥させれば、ネットワーク状に結合した多数の骨格や繊維の隙間に大量の活物質を確実に担持させて活物質充填密度を向上させることができるので、電池容量が大幅に増大する。
【０００３】
上記三次元金属多孔体を電極に用いた電池の一例として、巻回型のニッケル水素二次電池について説明する。このニッケル水素二次電池は、図６に示すように、電池缶１内に発電素子２を収納し電解液を充填して、絶縁体を介した電池蓋３により内部を密閉したものである。発電素子２は、図７に示すように、帯状の正極４と負極５を帯状のセパレータ６を介して巻回することにより構成される。また、これらの正極４と負極５は、セパレータ６に対してそれぞれ少しずつ上下にずらした状態で巻回することにより、発電素子２の上端側に正極４の上縁部のみを突出させ、下端側には負極５の下縁部のみを突出させるようにしている。そして、図６に示したように、この発電素子２の上端側に突出した正極４の上縁部には上部集電板７が溶接接続され、下端側に突出した負極５の下縁部には下部集電板８が溶接接続される。これらの集電板７，８は、それぞれリード片等を介して電池蓋３の裏面と電池缶１の内側底面に接続され、これによって電池蓋３の中央の突起が正極端子となり、電池缶１の底面が負極端子となる。なお、この電池蓋３には、ガス抜きのためのゴム弁体３ａが取り付けられる。
【０００４】
上記正極４は、図８に示すように、帯状のパンチングメタル９の表面に接合された帯状の三次元金属多孔体であるニッケル繊維フェルト１０に、水酸化ニッケルを主体とした正極活物質を担持させたものである。パンチングメタル９は、図９に示すように、ニッケルの薄板にプレス加工により多数の開口孔９ａを穿設したものである。ただし、ニッケル繊維フェルト１０は、少なくともこのパンチングメタル９における上部集電板７に溶接する側の辺縁部９ｂを除いた面にのみ接合される。このように、パンチングメタル９の辺縁部９ｂにニッケル繊維フェルト１０を接合しないようにすると、このニッケル繊維フェルト１０に担持された正極活物質が上部集電板７との溶接を阻害するおそれがなくなるので、パンチングメタル９と上部集電板７との溶接を確実なものにすることができる。
【０００５】
正極４は、この正極４の幅を有する帯状のパンチングメタル９を用いて１枚ずつ製造することもできるが、図１０に示すように、幅広のパンチングメタル９に幅広のニッケル繊維フェルト１０を接合して正極活物質を担持させた後に切断することにより、複数枚の正極４を並行して製造することもできる。ただし、この場合には、図１１に示すように、接合した幅広のニッケル繊維フェルト１０の切断部Ａをある程度の幅でプレスしてプレス部分１０ａを形成し、この後に正極活物質を担持させて切断する。ニッケル繊維フェルト１０のプレス部分１０ａは、多数の繊維片が押し潰されてニッケル板状となり、正極活物質がほとんど担持されない。従って、この場合には、パンチングメタル９を切断して形成された辺縁部９ｂの端までニッケル繊維フェルト１０が接合されることになるが、この辺縁部９ｂのニッケル繊維フェルト１０はプレス部分１０ａとなり正極活物質が担持されないので、上部集電板７との溶接が阻害されるようなことがなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図８に示したように、正極４のパンチングメタル９における辺縁部９ｂに開口孔９ａが設けられていると、この開口孔９ａによる切り欠き部分でパンチングメタル９が上部集電板７に接触できないので、溶接による接続が部分的にしか行われないことになる。そして、この開口孔９ａによる切り欠き部分が辺縁部９ｂに占める割り合いが大きくなると、パンチングメタル９と上部集電板７との溶接による接続面積が減少し、これに応じて集電効率が低下して電池の内部抵抗も大きくなる。このため、従来は、正極４のパンチングメタル９の辺縁部９ｂに設けられた開口孔９ａによって電池性能にバラツキが生じ、平均的な電池性能も低下するという問題があった。
【０００７】
また、図１１に示したように、幅広のパンチングメタル９を幅広のニッケル繊維フェルト１０のプレス部分１０ａで切断することにより複数枚の正極４を並行して製造する場合にも、図１０に示すパンチングメタル９の切断部Ａが開口孔９ａに掛かることにより、辺縁部９ｂに開口孔９ａが形成されることになる。そして、この切断後の辺縁部９ｂを上部集電板７に溶接すると、パンチングメタル９と上部集電板７との溶接による接続面積が減少し、これに応じて集電効率が低下して電池の内部抵抗も大きくなるので、電池性能にバラツキが生じ平均的な電池性能も低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、電極の導電性薄板の辺縁部に開口孔を形成しないようにすることにより、集電板との十分な接続を可能にし電池性能を向上させることができる電池用電極を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】
請求項１の電池用電極は、少なくとも一方の辺縁部を除いた板面に多数の開口孔が穿設された導電性薄板と、この導電性薄板の表面及び／又は裏面における一方の辺縁部を含む面に接合されると共に、この一方の辺縁部への接合部分がプレスされたシート状の三次元金属多孔体とからなる接合体に活物質を担持させ、前記シート状の三次元金属多孔体のプレス部分と接合された前記導電性薄板には開口孔がないことを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によれば、導電性薄板に三次元金属多孔体を接合して一部をプレスし、活物質を担持させた後にプレス部分を切断して製造した電極の場合にも、この切断による導電性薄板の辺縁部に開口孔が穿設されないので、この辺縁部全体を集電板に接続することができるようになり、集電効率を高めて電池の内部抵抗を小さくすることができる。
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は正極の構造を示す分解斜視図、図２は正極の斜視図、図３は負極の斜視図、図４は複数の正極を製造する場合の製造工程の途中の状態を示す分解斜視図である。なお、図６〜図１１に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１６】
本実施形態は、図６に示したものと同様の構成のニッケル水素二次電池の巻回型の発電素子２に用いられる正極４について説明する。この正極４は、図２に示すように、帯状のパンチングメタル９の表面に帯状のニッケル繊維フェルト１０を接合し、このニッケル繊維フェルト１０に水酸化ニッケルを主体とした正極活物質を担持させたものである。パンチングメタル９は、図１に示すように、ニッケルの薄板にプレス加工により多数の開口孔９ａを穿設したものである。ただし、パンチングメタル９の長手方向に沿った一方の辺縁部９ｂには、この開口孔９ａが形成されないので、端部に切り欠きが生じることがない。この辺縁部９ｂは、図６に示した正極４の上端側となり、上部集電板７が溶接されることになる。なお、図１では、帯状のパンチングメタル９の全ての辺の周縁部に開口孔９ａを形成しないようにしているが、少なくとも上部集電板７が溶接される辺縁部９ｂに開口孔９ａが形成されないようにすれば足りる。
【００１７】
上記正極４の製造方法を説明する。まず図１に示したような帯状のパンチングメタル９の表面に帯状のニッケル繊維フェルト１０を張り合わせて軽く圧接させておき、８５０〜１０００°Ｃ程度に加熱することによりこのニッケル繊維フェルト１０をパンチングメタル９の表面に焼結させる。この焼結により、ニッケル繊維フェルト１０は、接触面で極めて多数の繊維片がニッケルの表面拡散や部分的な溶融によりパンチングメタル９の表面や開口孔９ａの開口縁等に付着して接合される。この際、ニッケル繊維フェルト１０は、パンチングメタル９の幅よりもわずかに狭いものを用いることにより、図２に示したように、このパンチングメタル９の少なくとも辺縁部９ｂにある程度の隙間を開けて接合される。このようにしてニッケル繊維フェルト１０がパンチングメタル９の表面に焼結接合されると、次に、このニッケル繊維フェルト１０に、水酸化ニッケルを主体とする粉末に水を加えてペースト状としたものを塗布し乾燥させることにより正極活物質を担持させる。この正極活物質は、ニッケル繊維フェルト１０の多数の繊維片の隙間に入り込むことにより、大量に付着して担持される。ただし、この場合、正極活物質は、ニッケル薄板であるパンチングメタル９にはほとんど担持されないので、ニッケル繊維フェルト１０が焼結されない辺縁部９ｂにも付着しない。従って、上記のようにこのパンチングメタル９の辺縁部９ｂに上部集電板７が溶接される場合に、正極活物質がこの溶接を阻害するようなことがない。
【００１８】
なお、パンチングメタル９とニッケル繊維フェルト１０の接合は、必ずしも上記のような焼結によるものには限定されない。
【００１９】
上記構成の正極４は、パンチングメタル９の辺縁部９ｂを上向きにして、図７に示したように、負極５と共にセパレータ６を介して巻回することにより発電素子２を構成する。また、この正極４は、セパレータ６に対して負極５とは逆の上方にずらして巻回するので、発電素子２の上端側に突出した正極４の辺縁部９ｂに図６に示した上部集電板７が溶接される。この際、パンチングメタル９の辺縁部９ｂには開口孔９ａが形成されないので、この辺縁部９ｂの全体が上部集電板７に溶接接続される。従って、辺縁部９ｂに開口孔９ａが形成されて切り欠き部が生じる場合と異なり、パンチングメタル９と上部集電板７とが常に最大の接続面積で接続されるので、正極４から上部集電板７を介した正極端子（電池蓋３）への集電効率を高めて電池の内部抵抗を小さくすることができる。
【００２０】
この結果、本実施形態の正極４を発電素子２に用いたニッケル水素二次電池は、パンチングメタル９と上部集電板７との間の集電効率を高めて内部抵抗を小さくできるので、電池性能をコンスタントに高めることができるようになる。
【００２１】
なお、上記負極５は、図３に示すように、パンチングメタル１１の表裏両面に水素吸蔵合金の粉末とバインダーを混練してペースト状とした負極活物質１２を塗布し乾燥させることにより製造される。この際、負極活物質１２も、パンチングメタル１１の長手方向に沿った一方の辺縁部１１ｂには付着しないようにする。従って、このパンチングメタル１１の辺縁部１１ｂを負極５の下端側にすれば、図６に示した下部集電板８の溶接が容易となる。また、この負極５のパンチングメタル１１の辺縁部１１ｂにも、開口孔を形成しないようにして、下部集電板８による集電効率を高めることが好ましい。
【００２２】
上記正極４は、ロールから帯状のパンチングメタル９とニッケル繊維フェルト１０を順次供給するライン加工により、連続的にニッケル繊維フェルト１０の接合と正極活物質の担持を行い、適宜の長さごとに切断することにより製造することもできる。また、この際、幅広のパンチングメタル９と幅広のニッケル繊維フェルト１０を供給して複数枚の正極４を並行して製造することもできる。即ち、図４に示すように、幅広のパンチングメタル９に幅広のニッケル繊維フェルト１０を焼結等により接合させた後に、ニッケル繊維フェルト１０の一部を長手方向に沿ってプレスしてプレス部分１０ａを形成し（図４では既にプレス部分１０ａを形成したニッケル繊維フェルト１０を示す）、このニッケル繊維フェルト１０に正極活物質を担持させてから、プレス部分１０ａに沿って１点鎖線で示す切断部Ａを切断すれば、複数枚の正極４を並行して効率よく製造できる。ただし、ここで用いるパンチングメタル９は、切断部Ａの付近に開口孔９ａを形成しないようにする。従って、プレス部分１０ａが切断部Ａによって切断されることによりパンチングメタル９の辺縁部９ｂとなる部分には開口孔９ａが形成されないので、この辺縁部９ｂに図６に示した上部集電板７を溶接した場合にも、この上部集電板７の集電効率を高めて電池の内部抵抗を小さくすることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態における正極４以外の構成は特に限定しない。即ち、負極５の構成や、これら正極４と負極５を集電板７，８を介して電池蓋３の正極端子と電池缶１の負極端子に接続する構成も、本実施形態のものに限定されず任意である。
【００２４】
また、上記実施形態では、正極４のパンチングメタル９の表面にのみニッケル繊維フェルト１０を接合させたが、このパンチングメタル９の表裏両面にそれぞれニッケル繊維フェルト１０を接合させることもできる。この場合、パンチングメタル９の裏面側でも電解液がニッケル繊維フェルト１０に担持された正極活物質に容易に接触できるようになる。しかも、表裏のニッケル繊維フェルト１０の繊維片がパンチングメタル９の開口孔９ａを介して互いに絡み合うので、これらのニッケル繊維フェルト１０の接合強度を高めることができる。
【００２５】
さらに、上記実施形態では、ニッケル水素二次電池の正極４について説明したが、本発明は、三次元金属多孔体を用いる電極であればいずれにも同様に実施可能であり、電池の種類も問わない。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、三次元金属多孔体としてニッケル繊維フェルト１０を用いたが、三次元的に多孔性の導電体であればこれに限らず、例えば発泡ニッケル等を用いることもできる。しかも、この三次元金属多孔体の導電体の種類も、ニッケルに限らず、電池や電極の種類に応じて任意に選択することができる。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、導電性薄板としてニッケルの薄板によるパンチングメタル９を用いたが、任意形状及び任意の大きさの多数の開口孔を備えた導電性の薄板であればどのようなものを用いることもできる。ただし、薄板に用いる導電材は、電池や電極の種類に応じて選択する。
【００２８】
さらに、上記実施形態では、円筒型電池に用いる巻回型の発電素子２を示したが、楕円型電池に用いる楕円形に巻回した発電素子２や角柱型電池に用いる積層型の発電素子２等にも同様に実施することができる。積層型とする場合、パンチングメタル９やニッケル繊維フェルト１０は、帯状（長尺なシート状）ではなく平板状（短いシート状）のものを用いる。
【００２９】
【実施例】
図２に示した辺縁部９ｂに開口孔９ａが形成されない正極４を用いた実施例のニッケル水素二次電池と、図８に示した辺縁部９ｂに開口孔９ａが形成された正極４を用いた比較例のニッケル水素二次電池とを１０個ずつ作製し、それぞれの電池について放電率を変えて放電中間電圧を測定した結果を図５に示す。図５は、実施例及び比較例の電池の試験結果がそれぞれの範囲内にあったことを示しており、この結果から実施例の電池は、放電率が高くなっても、比較例の電池より放電中間電圧が高くバラツキも小さいことが認められた。即ち、一般に電池の放電率が高くなると、電池の内部抵抗による電圧降下が大きくなるので、放電中間電圧は低下する。ただし、実施例の電池は、放電率が高くなっても比較的放電中間電圧の低下の割合が少なく、コンスタントに高い電池性能を得ることができた。しかし、比較例の電池では、正極４のパンチングメタル９における辺縁部９ｂの開口孔９ａが上部集電板７の集電効率を悪くして内部抵抗を大きくするので、放電率が高くなったときの放電中間電圧が大きく低下して電池性能が悪化する。しかも、電池ごとに辺縁部９ｂの開口孔９ａによる切り欠き部分の大きさが異なるので、この電池性能のバラツキも大きくなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池の電極によれば、導電性薄板の辺縁部全体を集電板に接続することができるので、集電効率を高めて内部抵抗を小さくし、電池性能をコンスタントに高めることができるようになる。
【００３１】
また、導電性薄板に三次元金属多孔体を接合して一部をプレスし、活物質を担持させた後にプレス部分を切断することにより電極を製造する場合にも、この切断による導電性薄板の辺縁部全体を集電板に接続することができるので、集電効率を高めて内部抵抗を小さくし、電池性能をコンスタントに高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すものであって、正極の構造を示す分解斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態を示すものであって、正極の斜視図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示すものであって、負極の斜視図である。
【図４】  本発明の一実施形態を示すものであって、複数の正極を製造する場合の製造工程の途中の状態を示す分解斜視図である。
【図５】  実施例と比較例の放電率と放電中間電圧の関係を示す図である。
【図６】  ニッケル水素二次電池の構造を示す縦断面図である。
【図７】  発電素子の構造を説明する斜視図である。
【図８】  従来例を示すものであって、正極の斜視図である。
【図９】  従来例を示すものであって、正極の構造を示す分解斜視図である。
【図１０】  従来例を示すものであって、複数の正極を製造する場合の製造工程の第１段階の状態を示す分解斜視図である。
【図１１】  従来例を示すものであって、複数の正極を製造する場合の製造工程の第２段階の状態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
９    パンチングメタル
９ｂ  辺縁部
９ａ  開口孔
１０    ニッケル繊維フェルト
１０ａ  プレス部分
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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