(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元的に連なる空間を有し、穴径が２００μｍ〜８００μｍであり、厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、目付が１００ｇ／ｍ2〜８００ｇ／ｍ2である金属多孔体基板に水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末を充填し、加圧された正極板と負極板とを、セパレータを介して相対向するようにした電極体を容器内に収納したアルカリ蓄電池において、前記正極板は活物質粉末を充填した後、少なくとも２枚を重ねて加圧した１枚の正極板を用いたアルカリ蓄電池。
【請求項２】
金属多孔体が発泡状金属ニッケルである請求項１記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
水酸化ニッケルを主成分とする活物質を水と結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製する工程と、前記活物質ペーストを３次元的に連なる空間を有し、穴径が２００μｍ〜８００μｍであり、厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、目付が１００ｇ／ｍ2〜８００ｇ／ｍ2である金属多孔体基板に充填して正極板を形成する活物質充填工程と、前記正極板を少なくとも２枚を重ねて加圧し１枚の正極板にする工程と、前記正極板と負極板とをセパレータを介して相対向するようにして電極体を構成する工程と、前記電極体を容器内に収納する工程とを備えることを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池の高容量化と製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器のポータブル化、コードレス化が急速に進む中、これらの電源として小型、且つ軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まりつつある。市場では、特に高容量で、安価な二次電池が要望されている。このため、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池の高容量化とコストダウンと市場での信頼性向上が強く要望されている。
【０００３】
従来このようなアルカリ蓄電池は、水酸化ニッケルを主成分とする正極板と負極板とを、電気的に絶縁するセパレータを介して相対向するようにして構成した電極体を電池ケースに収納し、この電極体にアルカリ電解液が所定量注入された後、電池ケース上部を正・負いずれか一方極の端子を兼ねた封口板で密閉して構成される。
【０００４】
ここでの正極板は、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を水と水溶液性の結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製し、これをニッケルからなる金属多孔体に充填して乾燥した後、加圧して厚みを均一にするとともに活物質の充填密度を高めていた。たとえば、特開平９−１０６８１４号公報などに開示されている。
【０００５】
また高容量化をする上で、必要な正極活物質量を確保するために、ニッケルからなる金属多孔体の厚みを増して、正極板を作製していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高容量化をするために、上記従来の正極板を用いると、金属多孔体の厚みを増すため、作製困難度が増し、コストアップを招くとともに、正極はもともと曲げに対する変形の自由度が少ない構造材料であるため、正極板作製工程において、金属多孔体のひび割れや破断、あるいは活物質の剥離離脱が生じやすく、その結果、脱落した活物質が正極板と負極板の間に介在しているセパレータを突き破り、正極と負極の内部短絡を引き起こすという課題があった。
【０００７】
また、金属多孔体の厚みを増し、活物質ペーストの充填均一性が低下するため、活物質の充填が密になっている部分では、正極板を加圧し所望の厚みにする際、発泡状金属多孔体にひび割れや破断が生じ、また活物質の充填が疎になっている部分では、金属多孔体の骨格が剥き出しになり、この破断した骨格や剥き出しになった骨格がセパレータを突き破ることによって、正極板と負極板が接触するという内部短絡を引き起こすという課題もあった。
【０００８】
さらに、厚い金属多孔体は、内部までメッキが浸透しにくく、内部骨格が細くなることにより、厚型金属多孔体を用いると放電特性が低下する可能性がある。
【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のアルカリ蓄電池は、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を水と結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製し、このペーストを３次元的に連なる空間を有する帯状の金属多孔体に充填して電極を作製し、この電極を少なくとも２枚を重ねて加圧し、１枚の電極とする。
【００１０】
この際、少なくとも２枚の電極を重ねて１枚の電極とするため、活物質ペーストを金属多孔体に充填する際は、完成時に必要とされる活物質量を少なくとも１／２に分割した活物質量にするとともに、金属多孔体の厚みも必要容量となるように薄くするものである。
【００１１】
この正極板と負極板とをセパレータを介して相対向するようにして電極体を構成し、これをケースに収納し、このケース内にアルカリ電解液を注入してケースの上部を密閉したアルカリ蓄電池を構成するものである。
【００１２】
これによって、これまで困難とされていた容量まで活物質を充填することができ、同時に課題であった金属多孔体の破断、充填バラツキ増加を抑制することが可能となり、高容量化を達成することができ、特性バラツキの少ない電池を設計することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、３次元的に連なる空間を有する金属多孔体基板に水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末を充填し、加圧された正極板と負極板とを、セパレータを介して相対向するようにした電極体を容器内に収納したアルカリ蓄電池において、前記正極板は活物質粉末を充填した後、少なくとも２枚を重ねて加圧した１枚の正極板を用いたものとした。
【００１４】
これによって、金属多孔体の厚みを抑えることができるため、作製困難度を低減し、また活物質ペーストを充填する際の充填均一性を向上するとともに、金属多孔体のひび割れや破断を抑制することにより、正極板と負極板の接触による内部短絡を抑制するとともに、歩留りを向上する優れたアルカリ蓄電池を提供することができる。
【００１５】
前記、金属多孔体としては金属ニッケルを用いることが好ましい。発泡状金属ニッケルを用いることにより充放電特性や寿命特性が優れたアルカリ蓄電池が得られる。
【００１６】
また、本発明のアルカリ蓄電池を得るための製造方法は、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を水と結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製する工程と、前記活物質ペーストを３次元的に連なる空間を有する金属多孔体基板に充填して正極板を形成する活物質充填工程と、前記正極板を少なくとも２枚を重ねて加圧し所望の厚みとする工程と、前記正極板と負極板とをセパレータを介して相対向するようにして電極体を構成する工程と、前記電極体を容器内に収納し、蓋体を密閉する工程とを有するものである。
【００１７】
前記正極板に用いる金属多孔体の穴径が２００μｍ〜８００μｍであり、前記正極板に使用する金属多孔体の厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、金属多孔体の目付が１００ｇ／ｍ2〜８００ｇ／ｍ2であると、正極を２枚以上重ねて加圧しても、活物質が極板から脱落することが殆どない。
【００１８】
正極板を少なくとも２枚を重ねて加圧するには、ロールの径がφ３００ｍｍ〜８００ｍｍのロールプレス機を用いて５ＭＰａ〜１００ＭＰａの加圧力でプレスするのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の具体例について説明する。
【００２０】
水酸化ニッケル１００重量％に対し、結着剤としてカルボキシメチルセルロース０．２重量％と、全ペーストの２０〜２４重量％となるように水を加え練合して活物質ペーストを作製した。
【００２１】
この活物質ペーストを３次元に連なる空間を有し、１．１５ｍｍの厚みを持つ帯状の金属多孔体に充填して乾燥して活物質充填基板１を作製した後、図１に示すように、上側・下側に鋼製の直径４５０ｍｍのプレスローラ２を配置し、上側・下側のプレスローラ２の間隔を１．１ｍｍにして配置し、この配置したプレスローラ２間に活物質充填基板1を２枚重ねて通過させ、３０〜４０ＭＰａの圧力で加圧することにより、厚み１．２８ｍｍの１枚極板（電極基板３）を作製した。
【００２２】
この電極基板３を本実施例では構成する電池の設計に合わせて裁断後の極板の寸法を高さ５４ｍｍ×幅１５ｍｍとした。さらに、集電用のニッケルリード４ａを溶接し、図２に示すような正極板４を作製した。
【００２３】
この正極板４に対してセパシールを行った。ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ５を熱溶着により袋状に成型した内部に正極板４を収納した。
【００２４】
次に負極板６を以下のように作製した。水素吸蔵合金粉末に水とカルボキシメチルセルロースとＳＢＲ（スチレン−ブタジエン共重合体）と導電剤であるカーボンを加えてペースト状にし、鉄にニッケルメッキを施したパンチングメタル芯材の両面に塗布し、これを乾燥、プレス圧延後、長さ１１３ｍｍ×幅１５ｍｍの大きさに切断し、負極板６とした。
【００２５】
得られたセパシール済み正極板４を２枚と負極板６を２枚とをお互いに対向するように組み合わせて積層するとともに、その際、負極板６を二つに折り曲げて、その間にセパシール済み正極板４を挟み込むように構成し、正極板どうしが通電するようにリード部分の溶接を行い電極体を作製した。
【００２６】
このようにして得られた電極体を角型ケース７内に収納し、６ＮのＫＯＨと１ＮのＬｉＯＨからなるアルカリ電解液を注液後、上部を蓋体８で密閉し、理論容量１３５０ｍＡｈの本発明の実施例の角型ニッケル−水素蓄電池Ａを１００個作製した。この電池Ａの半裁断面図を図３に示す。
【００２７】
（比較例）
比較例として、実施例に示したのと同様に、正極活物質ペーストを作製した。
【００２８】
この活物質ペーストを３次元に連なる空間を有し、２．３ｍｍの厚みを持つ帯状の発泡状金属多孔体に充填して乾燥して物質充填基板９を作製した後、図４に示すように、上側・下側に鋼製の直径４５０ｍｍのプレスローラ１０を配置し、上側・下側のプレスローラ１０の間隔を１．１ｍｍにして配置し、この配置したプレスローラ１０間に活物質充填基板９を通過させることにより、厚み１．２８ｍｍの電極基板１１を作製した。
【００２９】
この電極基板１１を実施例に示したのと同様に、裁断、集電用のニッケルリード溶接後、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータを熱溶着により袋状に成型した内部に収納し、正極板を作製した。
【００３０】
次に負極板を実施例に示したのと同様の方法で作製した。
【００３１】
この正極板と負極板を実施例に示したのと同様の方法で、構成して電極体を作製し、角型ケースに収納した。実施例と同様にアルカリ電解液を注液後、封口を行い、理論容量１３５０ｍＡｈの比較例の角型ニッケル−水素蓄電池Ｂを１００個作製した。
【００３２】
以下の（表１）に実施例と比較例の電池をそれぞれ１００個分解して、正極発泡状金属多孔体のひび割れ、破断発生率と正極活物質脱落発生率および正極板の活物質充填量バラツキを調査した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（表１）に示されるように比較例は、正極金属多孔体のひび割れと破断の発生率が２．０％あり、また正極活物質の脱落発生率が３．０％もあるが、実施例は０．０％と極めて良好である。また、正極活物質の充填量バラツキは、比較例が５．０％で、実施例が２．０％と、実施例の方が比較例より正極活物質の充填量バラツキが３．０％も少なくなっている。
【００３５】
また本発明は、実施例に示した積層構造に電極体を構成する角型電池だけでなく、捲回状に電極体を構成する円筒型電池、ポケット式等の幅広いアルカリ蓄電池、及び鉛蓄電池にも応用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、正極板に用いる発泡状金属多孔体の厚みを薄くすることができ、これにより金属多孔体自体の作製が容易になるとともにコストを抑えることができる。また発泡状金属多孔体の厚みを薄くすることにより、活物質ペーストを充填する際に充填性が向上し、金属多孔体のひび割れや破断を減少させるとともに、活物質の剥離離脱を抑制することができる。これにより、金属多孔体による内部短絡、活物質脱落による内部短絡を抑制することができる。
【００３７】
したがって本発明を利用することにより、高容量タイプの電池においても、生産時の工程不良を大幅に低減し、高生産性、歩留り向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における２枚の正極板を１枚に成型する仕組みの模式図
【図２】同実施例の正極板の平面図
【図３】同実施例の電池の半裁断面図
【図４】比較例における正極板を形成する仕組みの模式図
【符号の説明】
１  活物質充填基板
２  プレスローラ
３  電極基板
４  正極板
４ａ  集電用ニッケルリード
５  セパレータ
６  負極板
７  角型ケース
８  蓋体
９  比較例の活物質充填基板
１０  比較例のプレスローラ
１１  比較例の電極基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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