JPH01105467A - 電池用電極の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はアルカリ蓄電池等に使用される、三次元的な連
通孔を有する金属多孔体を基体として用いる電池用電極
の製造方法、及びその装置に関するものである。

―）　従来の技術 密閉式アルカリ蓄電池等に用いられる電極の製造方法と
して、近年、焼結式に代って、三次元的な連通孔を有す
る金属多孔体に活物質粉末を充填して作られる非焼結式
製法が研究されている。

この製造方法は、製造工程が簡略化されるとともに製造
所要時間も短縮でき、さらに電極の高エネルギー密度化
も容易なことから、コスト低減、性能向上に有効な製造
方法とみなされている。

この代表的な製造方法は、具体的には次の様な工程によ
るものである。ニッケル繊維のフェルト状焼結体（以下
ニッケルマットと称する。繊維径２０μｍ、平均孔径５
０μｍ、多孔度９６％の物性を有するもの）を基体とし
て用い、これに平均粒径２０μｍの水酸化ニッケル粉末
を主体とする活物質粉末と糊料液とを混合して調製した
スラリーを充填し、乾燥後、加圧圧縮して完成電極とす
るものである。

ところで、このニッケルマットは本来フィルターとして
開発されたものであるため、活物質スラリーを充填する
際に、流体だけが内部に入ル、活物質粉末がニッケルマ
ット表面で炉遇されて、所期必要量の活物質が充填でき
ないという不都合が生じる。この欠点を改良するため、
特公昭５９−３１８５２号公報、同５９−２４４９２号
公報、同５６−５７６６５号公報、特開昭５９−８１８
６８号公報、同５９−１４５２７０号公報等の提案がな
された。前６者は、基体の上表面の摺シ具によって供給
されるスラリーを機械的に摺ル込もうとするものである
が、装置の構成が複雑である上、充填量の均一化が難し
いという問題点がある。

後２者はスラリーを空気とともに基体に吹き付けてその
圧力で充填しようというものであるが、高圧を用いるた
め十分剛性のある基体でなければ耐えられない。また空
気を一緒に充填することになるため、充填量が少くなシ
また定量性が得にくいなどの難点がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は前記問題点に鑑みなされたものであって、三次
元的な連通孔を有する金属多孔体からなる基体に、スラ
リー状の活物質を充填するに際して、電極製造工程上効
率良く、高い充填率で、しかも均一に充填することによ
ル、緒特性に優れた電池用電極を提供する電池用電極の
製造方法、及びその装置を提案するものである。

に）課題を解決するための手段 本発明の電池用電極の製造方法は、三次元的に連続する
空孔を有する金属多孔体を基体とし、連続的に供給され
る該基体の空孔内に活物質粉末を主成分とするスラリー
を充填する方法であって、前記スラリーを満たした槽と
、該槽のスラリー内に少なくとも一部浸漬するが完全に
は没しない位置にローラーを設置し、前記ローラーのス
ラリー内に没していない少なくとも一点で接するように
前記基体を導き、前記ローラーを移動せる前記基体に対
し十分に速い相対速度をもつように回転させ、前記スラ
リーを基体に充填することを特徴とするものである。ま
え本発明に用いるスラリーは、ニュートン流動を示す粘
性流体を用いるのが好ましく、その粘度としてＩ／１１
０００〜１００００ｃｐが適する。更に、ローラー表面
の基体に対する相対速度は、基体の移動速度の３倍以上
とするのが良い。

一方本発明の電池用電極の製造装置は、三次元的に連続
する空孔を有する金属多孔体を基体とし、連続的に供給
される該基体の空孔内に活物質粉末を主成分とするスラ
リーを充填する装置であって、前記基体を連続的に供給
する手段と、前記スラリ−を満たした槽と、前記スラリ
ーを前記基体に充填する充填ローラーと、不用な付着ス
ラリーを前記基体よ）除去するスクレパーと、前記充填
ローラーを回転駆動させる駆動装置とを備え、前記充填
ローラーは前記槽のスラリー内に少なくとも一部浸漬す
るが完全には没しない位置に配置されると共に前記槽の
スラリー内に没していない少なくとも一点で前記基体に
接しておル、前記駆動装置は前記充填ローラーを移動せ
る前記基体に対し十分に速い相対速度をもつように回転
させることを％徴とするものである。ここで、充填ロー
ラー表面の基体に対する相対速度は、基体の移動速度の
６倍以上とするのが嵐い。加えて、充填ローラーの外周
面には、回転方向に対し直角に掘られた複数の溝を形成
するのが好ましい。

（ホ）作　用 本発明者らは、スラリー状にした水酸化ニッケル粉末を
主成分とする活物質を種々作夛、基体への充填性を調べ
た。その結果、基体表面での濾過はスラリーに適当な量
の糊料液を入れるなどして、ニュートン流動を呈する様
に調製することにより、大幅に改良されることが判明し
た。これは、液体−粉体の親和性が向上し、分離しにく
くなること、またそれにより基体表面の流動を妨げる抵
抗に、十分抗うだけの流動性を保持し続けるためと考え
られる。

しかし、この様なスラリーを使用しても、濾過性を完全
に防ぐことはできず、スラリー中にデイツプしただけの
基体表面には、僅かではあるが、含水率の低下したケー
Φ状のスラリーが付着し、また基体内部にはスラリーの
充填されていない空孔が残ってしまうことが判り九。そ
して、低含水率のケーキ状スラリーの付着と、未充填空
孔の残留を防ぐには、液体−粉体の分離を生じさせない
様な効率的な補助的充填操作と、基体内部の空気とスラ
リーとの置換を効率良く行わせることが重要であること
が、本発明者による検討で明らかになつた。この２要点
をクリヤーできる方法について実験を行い、スラリー内
に少なくとも一部浸漬するが完全には没しない位置にロ
ーラーを設置し、前記ローラーのスラリー内に没してい
ない少なくとも一点で接するように基体を導き、前記ロ
ーラーを移動せる前記基体に対し十分に速い相対速度を
もつように回転させ、スラリーを基体に充填することが
最適であることを見匹出した。

そして第１図（ａ）、　（ｂ）に示す装置を開発し、本
発明を完成するに至った。

第１図（ａ）、Φ）はいずれも本発明に係る電池用電極
の製造装置の一実施例であシ、第１図中、１は槽、２は
スラリー、３は基体表面に付着した剰余のスラリーをか
き落とすスクレパー、４は反転ローラー、５は充填ロー
ラー、６は基体、７はガイドローラー、９は駆動ローラ
ーを、各々示す。ここで、基体６框駆動ローラー９によ
り矢印方向に引はられ、連続的に供給、駆動される。そ
してこの駆動ローラー９の直径と充填ローラー５の直径
とは、本実施例において路間等としている。その結果、
充填ローラー５の回転速度を、駆動ローラー９の回転速
度の、たとえば４倍とし、基体の移動方向と同一方向に
充填ローラー５を回転させる〔第１図（ａ）参照〕と、
充填ローラー表面の基体に対する相対速度は、基体の移
動速度の３倍に設定することができる。

一方、充填ローラー５を基体の移動方向と反対方向に回
転させ〔第１図（ｂ）参照〕、充填ローラー５の回転速
度を、駆動ローラ−９０回転速度の２倍とすると、充填
ローラー５表面の基体に対する相対速度は、基体の移動
速度の３倍に相当することになる。

そして連続的に供給されるこのニッケルマット等の基体
は、ガイドローラーを介して、スラリー中に没していな
い充填ローラー上（８）へ導かれる。

この充填ローラー５は、十分な量のスラリー中に、少く
とも一部は没する様に設置し、駆動装置（図示せず）に
より、設定速度で基体の移動方向と同一方向に回転する
ように構成されている。この回転により、スラリーは液
面より上部ではローラー表面に膜状になって付着し、基
体との接触点８へ運ばれ、基体へ充填される。ここでは
、スラリーは自らの持つ流動性と、基体の移動速度と、
ローラーの周速度を変えることによって得られる摺）込
み作用により、基体内部へ含水率を変えることなく充填
される。また、この充填法においては、基体が充填ロー
ラー面に接した点から、ローラー面より離れてスラリー
池中に没するまでの間に行われる。したがって充填され
るべきスラリーは、常に下方から供給され上方に押し上
げられていくため、基体中の空気との置換がスムーズに
行え、空孔が残ることなく均一な充填状態が得られるの
である。

ところで、上述の充填法を採る際、充填ローラーの周速
度と基体の移動速度の関係によって充填状態が変化する
ことが知得された。そこで本発明者らは、両者の相対速
度を変化させた場合の充填量の変化とそのバラツキを測
定した。第２図及び第３図に、その結果を示す。

第２図は、第１図（ａ）において示す如く、基体の移動
方向と充填ローラーの回転方向（第１図（ａ）中の矢印
α方向）を同一方向とした時の、基体移動速度に対する
充填ローラー表面の相対速度（Ｖ。

Ｓ、基体］と、活物質充填量の関係を示す図である。充
填ローラーの周速度が基体移動速度の４倍程度になる、
即ち充填ローラー表面の基体に対する相対速度が基体の
移動速度の３倍程度になると、はぼ均一で高密度な充填
ができることが理解される。尚、図中に引いた一点鎖線
は、テストに用いたスラリーの密度から求めた理論的な
最大充填量である。またテストに用いた基体は、平均孔
径５０μｍ、繊維径２０μｍ、多孔度９３％のニッケル
マット、スラリーは平均粒径２０μｍの水酸化ニッケル
粉末とメチルセルロース（ＭＣ）水溶液とを混合し、Ｂ
Ｗ粘度計による測定で３０００ｃｐになる様調製した、
ニュートン流動を示すものである。

第２図において、充填ローラー表面の基体に対する相対
速度と、基体移動の速度比が小さくて充填量が少なかっ
たものは、いずれも基体表面付近で目詰まシを起こして
お〕、濾過現象が観察された。

第３図は、＄１図（ｂ）において示す如く、基体の移動
方向と充填ローラーの回転方向（第１図中）中の矢印β
方向）を反対方向とした時の、基体に対する充填ローラ
ー表面の相対速度（Ｖ、Ｓ、基体］と、活物質充填量の
関係を示す図である。尚、第３図の横軸は、充填ローラ
ー周速度において方向性を考慮せず絶対値により示しで
ある。充填ローラーの回転方向が異なっても、充填ロー
ラー表面の基体に対する相対速度が基体の移動速度の３
倍程度になると、やは）はぼ均一で高密度な充填ができ
ることが理解される。尚、図中に引いた一点鎖線は、テ
ストに用いたスラリーの密度から求め几理論的な最大充
填量である。ここにおける条件は、前記試験と同一とし
た。

次にスラリーの粘度変化が充填性に及ぼす影響について
も実験を行った。第１表はこの時の結果であシ、これよ
ｐニュートン流動を示すスラリーであれば粘度が１００
０〜１００００　ｃｐの範囲で問題なく充填できること
が理解される。また低粘度スラリーは、充填ローラー表
面の基体に対する相対速度が小さくなっても良好外充填
状態が得られ易い傾向が実験で認められた。そして、粘
度１０００ｃｐよルも小さいときでは、粉末の沈降が速
かに起こシ、均一なスラリーを保持しにくくなシ、また
含水率が高くなシスラリ−中の活物質密度が下がって充
填量が少くなる、などの不具合が現われる。一方、１０
０００ｃｐｔ−越えた場合では、スラリーの流動性が低
く、基体内部まで流入しないという現象が生じた。尚、
ここで用いたスラリーは、全てニュートン流動を示すも
のである。また、基体の移動方向と充填ローラーの回転
方向を同一方向とし、充填ローラー表面の基体に対する
相対速度は、基体の移動速度の６倍に設定している。そ
して、充填量単位（Ｐ／ｃｃ−ｖｏｉｄ）は、基体内の
実空間単位体積当多充填された活物質重量、を示すもの
である。

以下余白 第１表 （へ）実施例 以下に本発明の実施例と比較例との対比に言及し、詳述
する。

（実施例１） 活物質である水酸化ニッケル粉末と、ＭＣ水溶液とを混
合し、粘度５０００　ｃｐのニュートン流動を示すスラ
リーを調製、繊維径２０μｍ。

平均孔径５０μｍ１多孔度９３％のニッケルマットに、
第１図（ａ）に示すごとき充填装置を用い、基体の移動
方向と充填ローラーの回転方向を同一方向とし、充填ロ
ーラー表面の基体に対する相対速度を、基体の移動速度
に比べて４倍となるよう設定し、上記スラリーを充填し
た。

（実施例２） 実施例１と同一のスラリー、基体及び第１回出）に示す
充填装置を用い、基体の移動方向と充填ローラーの回転
方向を反対方向とすると共に充填ローラー表面の基体に
対する相対速度を基体の移動速度に比べて６倍となるよ
うに充填ローラーを回転させ、スラリーを充填した。

（実施例３） 実施例１と同一のスラリー、基体及び充填装置を用い、
外周面に回転に対し直角方向に切った溝を多数設けた充
填ローラーを用い、その他は実施例１と同一条件でスラ
リーを充填した。

（比較例１） 添加せるＭＣ水溶液の糊料金波らし、同一含水量ではあ
るがニュートン流動を示さないスラリーを用いて、その
他は実施例に準じてスラリーの充填を行った。

（比較例２） 充填ローラー表面の基体に対する相対速度を、基体の移
動速度に比べて２倍に設定した他は、実施例１に準じス
ラリーを充填した。

（比較例３） 基体の上表面を往復運動する摺シ具を用い、実施例１と
同じスラリーを同基体上に連続的に供給しつつ、充填を
行った。

実施例で示した充填基体を、乾燥後重量を測定し、実際
の充填量を求めた。その結果を、第２表に示す。

以下余白 ＠２表 充填量のレベル、均一性、生産性、いずれをとっても本
発明による電極は優れていることがわかる。また、充填
ローラーの回転方向によって受ける影響が、少ないこと
が理解される。そして実施例５に示した様に、充填ロー
ラーの表面に溝をつけるととＫより、さらに充填の効率
が上がることが判つた。これは、基体と充填ローラーと
の接点での接触角が大きくな）、圧入力が増大するため
と考えられる。

尚、スラリーの充填量を変動させる要素として、上述し
た他に基体が充填ローラーと接触した後ローラー面と接
したまま移動する距離の長短、即ち基体とローラーとの
接触面積があるが、実際的には接触点で大部分の充填が
行われてしまうため、これを変えても大きな差はあられ
れなかった。

実施例においては水酸化ニッケル金主活物質とする電極
について例示したが何らこれに限定されるものでなく、
酸化鉛等を用いても良い。また三次元的な連通孔を有す
る金属多孔体としてニッケルマットを用いたが、発泡ニ
ッケル等を使用しうることは言うまでもない。

（ト）　　発明の効果 本発明の電池用電極の製造方法及びその装置によれば、
電極製造工程上効率良く、高い充填率で、しかも均一に
基体に活物質を充填することが可能となシ、その工業的
価値はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及びΦ）はいずれも本発明に係る電池用電
極の製造装置の一実施例を示すものであシ、第１図（ａ
）は基体の移動方向と充填ローラーの回転方向を同一方
向とした時の例、第１図（ｂ）は基体の移動方向と充填
ローラーの回転方向を反対方向とし第２図は基体の移動
方向と充填ローラーの回転方向を同一方向とした時の前
記関係を示す図、第３図は基体の移動方向と充填ローラ
ーの回転方向を反対方向とした時の前記関係を示す図で
ある。 １・・・檜、　　２・・・スラリ＋、　　５・・・スク
レパー、４・・・反転ローラー、　　５・・・充填ロー
ラー、　　６・・・基体、　７・・・ガイドローラー、
　８・・・充填ローラーと基体との接触点、　９・・・
駆動ローラー。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　三次元的に連続する空孔を有する金属多孔体を
   基体とし、連続的に供給される該基体の空孔内に活物質
   粉末を主成分とするスラリーを充填する方法であって、
   前記スラリーを満たした槽と、該槽のスラリー内に少な
   くとも一部浸漬するが完全には没しない位置にローラー
   を設置し、前記ローラーのスラリー内に没していない少
   なくとも一点で接するように前記基体を導き、前記ロー
   ラーを移動せる前記基体に対し十分に速い相対速度をも
   つように回転させ、前記スラリーを前記基体に充填する
   ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
2. （２）　前記スラリーは、ニュートン流動を示す粘性流
   体であることを特徴とする請求項１記載の電池用電極の
   製造方法。
3. （３）　前記ローラー表面の基体に対する相対速度が、
   基体の移動速度の３倍以上であることを特徴とする請求
   項１記載の電池用電極の製造方法。
4. （４）　前記スラリーは、粘度１０００〜１００００ｃ
   ｐであることを特徴とする請求項２記載の電池用電極の
   製造方法。
5. （５）　三次元的に連続する空孔を有する金属多孔体を
   基体とし、連続的に供給される該基体の空孔内に活物質
   粉末を主成分とするスラリーを充填する装置であって、
   前記基体を連続的に供給する手段と、前記スラリーを満
   たした槽と、前記スラリーを前記基体に充填する充填ロ
   ーラーと、不用な付着スラリーを前記基体より除去する
   スクレパーと、前記充填ローラーを回転駆動させる駆動
   装置とを備え、前記充填ローラーは前記槽のスラリー内
   に少なくとも一部浸漬するが完全には没しない位置に配
   置されると共に前記槽のスラリー内に没していない少な
   くとも一点で前記基体に接しており、前記駆動装置は前
   記充填ローラーを移動せる前記基体に対し十分に速い相
   対速度をもつように回転させることを特徴とする電池用
   電極の製造装置。
6. （６）　前記充填ローラー表面の基体に対する相対速度
   が、基体の移動速度の３倍以上であることを特徴とする
   請求項（５）記載の電池用電極の製造装置。
7. （７）　前記充填ローラーが、外周面に於て、回転方向
   に対し直角に掘られた複数の溝を有するものであること
   を特徴とする請求項（５）記載の電池用電極の製造装置
   。