JPH09134721A

JPH09134721A - 芯金式電極の活物質ペースト製造方法

Info

Publication number: JPH09134721A
Application number: JP7291364A
Authority: JP
Inventors: Shinko Tominaga; 眞弘富永
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】均一なペーストが製造でき、電極特性の良い電
極を製造することのできる芯金式電極の活物質ペースト
製造方法を提供する。【解決手段】薄板の金属に多数の孔を設けたパンチング
メタルを芯金とする芯金式電極に塗着する電極反応用の
ペーストを製造する際、先ず最初に増粘剤と結着剤をペ
ーストタンク１に入れ、次に、ペーストタンク１に導電
助材と水素吸蔵合金の粉末を入れながら攪拌手段２で攪
拌する。この手順により、導電助材と水素吸蔵合金は、
増粘剤と結着剤とからなる液体状の媒体に均一に分散さ
れ、攪拌時に空気を取り込むことも抑制されるので、特
性の良い芯金式電極を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、芯金式電極の活物
質ペースト製造方法に係り、特には、水素吸蔵合金負極
を有するアルカリ蓄電池において芯金式負極製造に用い
る活物質ペースト製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電気自動車や電動式フォークリフ
トの電源として、アルカリ蓄電池の需要が高まってい
る。特に、アルカリ蓄電池の中でも水素吸蔵合金電極を
負極とするニッケル−水素２次電池は、そのエネルギー
容量が大きく、上記電気自動車や電動式フォークリフト
の電源として注目を集めている。

【０００３】そのようなアルカリ蓄電池の負極である水
素吸蔵合金電極は、例えば、薄板の金属に多数の孔を開
けたパンチングメタルからなる芯金の両面に水素吸蔵合
金を含んだペーストを塗着することにより製造される。
このような電極を芯金式水素吸蔵合金電極という。

【０００４】図５は、水素吸蔵合金を含むペーストの製
造方法と芯金式水素吸蔵合金電極の製造工程の概略を示
す図である。同図（ａ）は、ペーストの製造方法の概略
を示す図である。

【０００５】芯金に塗着するペースト５２を製造する際
には、同図（ａ）に示されるようなペーストタンク５０
に導電助材、水素吸蔵合金、増粘剤、結着剤を入れて、
攪拌手段５１で攪拌する。攪拌手段５１は、ペースト５
２を攪拌することができるものならば、どのようなもの
でもよく、同図（ａ）では、棒の先に羽状の攪拌部分が
取り付けらた構成が模式的に図示されている。

【０００６】導電助材は、ペースト５２を芯金に塗着し
て電極とした場合に、ペースト５２内を電気が良く通る
ように加えられるものである。水素吸蔵合金はニッケル
−水素２次電池において、水素を吸蔵あるいは放出する
等をして電極反応を生じさせるものである。増粘剤はペ
ースト５２の粘性を高め、芯金にペースト５２が十分塗
着されるようにするものである。また、結着剤はペース
ト５２が芯金に塗着されたあと、ペースト５２が芯金に
しっかり付着して固まるように入れられる。

【０００７】同図（ｂ）は、芯金式水素吸蔵合金電極の
製造工程の概略を示す図である。先ず、帯状の芯金（パ
ンチングメタル）５３が用意され、ペースト５５の入っ
たペーストタンク５４の中を下方から上方に向かって送
りローラ５８によって引き上げられる。ペースト５５中
を通過してきた芯金５３にはペースト５５が塗着され
る。通常、このとき塗着されるペースト５５は、余分に
多く塗着されている。この余分に塗着されたペースト５
５を、スリット５６ですり落とすことにより、芯金に所
望の厚さのペースト層を形成する。

【０００８】次に、所望の厚さのペースト層が塗着され
た芯金５３は、乾燥炉５７に送られペースト５５の乾燥
が行われる。ペースト５５を乾燥したあと、芯金５３は
送りローラ５８と送りローラ５９で搬送され、プレスロ
ーラ６０に送られる。プレスローラ６０では、ペースト
５５が塗着した芯金５３を上下から圧延して、ペースト
５５に含まれる導電助材や水素吸蔵合金の電極体積当た
りの密度を高めて、電池としての容量を高めるようにす
る。このようにして製造された電極は、切断機６１で適
当な長さに切断される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５（ａ）
に示されるような従来のペースト５２の製造方法におい
ては、先ず、に示されるように、導電助材と水素吸蔵
合金を混合してペーストダンク５０に入れ、次に、に
示されるように、増粘剤と結着剤とをペーストタンク５
０に入れて攪拌していた。

【００１０】このような方法によると、水素吸蔵合金と
導電助材の混合粉に増粘剤、結着剤を投入するためペー
スト中に空気を巻き込みやすく、芯金に塗着するペース
トの厚さが不均一になるという問題があった。

【００１１】また、水素吸蔵合金と導電助材との混合粉
が、上手く増粘剤と結着剤の混合液体に分散しない場
合、固まりが出来ペースト内部に均一な電気の通り道
（導電ネットワーク）が形成されないという問題があっ
た。

【００１２】また、このように、水素吸蔵合金や導電助
材がペースト内部に均一に分散していない場合、製造さ
れた電極の反応が不均一に進み、電極としての性能劣化
が加速されてしまう。

【００１３】従って、本発明の課題は、均一なペースト
が製造でき、電極特性の良い電極を製造することのでき
る芯金式電極の活物質ペースト製造方法を提供すること
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、第１
の工程として、所定の容器に、増粘剤あるいは結着剤、
又は増粘剤と結着剤との両方からなる液体状物質（ある
いは水溶液）を入れ、第２の工程として、液体状物質が
入った所定の容器に、導電助材の粉末と水素吸蔵合金の
粉末とを入れながら攪拌する。

【００１５】上記方法によれば、液体状物質あるいは水
溶液の中に導電助材の粉末と水素吸蔵合金の粉末とが入
っていくようになるので、先に、それぞれの粉末を容器
に入れておいて、この上から液体状物質を加えて攪拌す
る従来の方法に比べて、ペーストの中に空気が取り込ま
れるのを抑制することができる。すなわち、先に粉末を
入れておくと、粉末の粒子間に空間ができるが、増粘剤
や結着剤は粘性が比較的大きいので粒子の間まで入り込
むことが難しく、粉末を取り込む際、一緒に空気も取り
込む傾向にある。しかし、後から粉末を入れるようにす
ることによって、この様なことはなくなり、空気が取り
込まれるのを抑制することができる。また、空気が取り
込まれるのを抑制することが出来るので、含有空気によ
るペーストの不均一が抑えられ、芯金にペーストを均一
に塗着することができる。

【００１６】また、従来の方法では、導電助材や水素吸
蔵合金の粉末が固まりになって液体状物質に取り込まれ
ることもしばしばおこるが、液体状物質に粉末を加える
ようにすることにより、粉末を液体状物質全体に均一に
混合させることができ、質のよい電極を製造できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例とその作
用を説明する図である。本発明の芯金式電極の活物質ペ
ーストの製造方法は、同図（ａ）及び同図（ｂ）に示さ
れているように２段階の工程からなる。

【００１８】先ず、同図（ａ）に示されるように、液体
状の増粘剤と結着剤とをペーストタンク１に入れる。次
に、同図（ｂ）に示されるように、粉末状の導電助材及
び水素吸蔵合金を液体状の増粘剤及び結着剤の混合液の
中に入れながら、攪拌手段２で攪拌する。このようにし
ながら、所定の量の導電助材及び水素吸蔵合金を増粘剤
及び結着剤と混合して均一なペーストを製造する。

【００１９】同図（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ従来の方
法で製造したペーストの状態の拡大模式図と、本発明の
方法で製造したペーストの状態の拡大模式図である。両
図において、ニッケル（Ｎｉ）は導電助材であり、ＭＨ
は水素吸蔵合金であり、背景の斜線で示された部分は結
着剤と増粘剤との液状混合物である。

【００２０】同図（ｃ）においては、水素吸蔵合金の間
に導電助材であるニッケルが散逸して存在している様子
が示されている。また、結着剤と増粘剤との液状混合物
の所々には空気も含まれているのが示されている。この
ような状態のペーストを芯金に塗着すると、ペースト内
部に空気が含まれているので単位体積当たりの導電助材
や水素吸蔵合金の量が減ってしまい、電極としての反応
性が低くなってしまう。また、空気が含まれているの
で、芯金に塗着されるペーストに含まれる導電助材や水
素吸蔵合金の単位体積当たりの量が、場所によって異な
ってしまい、完成した電極の反応性にばらつきが生じる
など、製品としての信頼性も低めてしまう。更に、ペー
スト内部を電流が流れやすくするために混合されている
導電助材も不均一に存在するので、電極反応時にペース
トに流れる電流の通り道が電極板全体に均一に広がった
導電ネットワークを形成せず、電極板の反応が場所によ
って不均一になってしまう。

【００２１】一方、本発明の方法によれば、同図（ｄ）
に示されるように、導電助材であるニッケルや水素吸蔵
合金が液体状の結着剤と増粘剤の混合物の中に均一に分
布する。このようなペーストによれば、同図（ｃ）で述
べたような問題は解消し、均一な導電ネットワークが形
成されるとともに、単位体積当たりの水素吸蔵合金の量
も均一になる。また、空気もペースト中に混入されるの
が押さえられるため、芯金にペーストを塗着した場合、
電極としての反応が均一な芯金式電極を製造することが
できる。

【００２２】ここで、増粘剤としては、メチルセルロー
ス（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、
ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリビニールアル
コール（ＰＶＡ）等が知られている。また、結着剤とし
ては、スチレン−ブタジエン−ラバー（ＳＢＲ）、テト
ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
体（ＦＥＰ）、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオ
ライド、ポリエチレン、ラテックス等が知られている。
上記増粘剤と結着剤の具体例はいずれも水溶性であり、
一般に水溶液として用いられる。水素吸蔵合金として
は、ＡＢ₂型やＡＢ₅型の合金等、様々な合金が使用可
能である。また、導電助材としては、ニッケル粉末、コ
バルト粉末、カーボン粉末、銅粉末等が使用可能であ
る。

【００２３】なお、それぞれの材料として上記物質が一
般的であるが、本発明の方法は、その他の物質にも同様
に適用可能である。図２は、従来の方法と本発明の方法
において、液体状の結着剤と増粘剤との混合物と、導電
助材と水素吸蔵合金とがどのような過程を経て混合され
ていくかを示す図である。

【００２４】同図（ａ）に示されるように、従来の方法
によれば、先に、導電助材や水素吸蔵合金をペーストタ
ンクに入れて、後から結着剤や増粘剤等の液体状物質を
加えるので、同図（ａ）のに示すように水素吸蔵合金
ＭＨやニッケルＮｉの隙間に液体状の増粘剤や結着剤が
浸透していくことになる。しかしながら、増粘剤や結着
剤を混合した液体状の媒体は、粘度が比較的高く、水素
吸蔵合金や導電助材の隙間に入っていきにくい。このよ
うな状態で、攪拌によって混ぜ合わせると同図（ａ）の
に示されているように、液体状の媒体は水素吸蔵合金
や導電助材の粉末を取り込みながら、これら粉末間にあ
った空気も一緒に取り込んでしまう。また、これらの粉
末が固まりで液体状の媒体に取り込まれるので、攪拌手
段によって攪拌しても、これら粉末は容易には均等に増
粘剤と結着剤の混合液の中に分散しない。

【００２５】同図（ｂ）に示されるように、本発明の方
法によれば、先ず、増粘剤や結着剤をペーストタンクに
入れ、この上から少しずつ導電助材や水素吸蔵合金を加
えて、混合していく。例えば、同図（ｂ）の方法によれ
ば、先ず、に示されるように、導電助材であるニッケ
ルを少しずつペーストの液状媒体に加え、攪拌する。導
電助材の粉末は少しずつ液体状の媒体に取り込まれてい
くので、空気が増粘剤と結着剤の中に取り込まれること
は従来の方法に比べて抑制される。同様に、に示され
るように、水素吸蔵合金ＭＨも液体状の媒体に少しずつ
取り込まれていくため、一緒に空気を取り込むことが抑
制され、また、水素吸蔵合金の粉末が固まりになって取
り込まれることもないので、増粘剤と結着剤の液体状媒
体に均一に混合される。これらの結果、に示されるよ
うに、導電助材と水素吸蔵合金とは液体状の媒体の中に
均等に分布し、芯金に塗着された場合に均一な導電ネッ
トワークを形成するようになる。

【００２６】このように、本発明の方法によれば、増粘
剤と結着剤の液体状媒体に混合された導電助材と水素吸
蔵合金の粉末は、固まりを作らず、ペーストに空気が取
り込まれることも抑制されるので、質のよい電極を製造
することができる。

【００２７】図３は、ペースト内に導電助材や水素吸蔵
合金が固まりとして残った場合、電極に及ぼす影響を説
明する図である。同図（ａ）は、芯金式電極をプレスす
る前の状態を示す図である。この時点では、ペースト３
１は、乾燥炉で既に乾燥されており、プレス工程を経て
切断される工程のみを残した状態である。

【００２８】例えば、従来の方法によって作成されたペ
ーストを使用して芯金式電極を製造した場合、同図
（ａ）に示されるような導電助材や水素吸蔵合金の未分
散粉末３２がペーストの所々に残る可能性があった。

【００２９】同図（ｂ）は、同図（ａ）の電極をプレス
加工した後の状態を示す。プレス加工は、ペースト内の
導電助材や水素吸蔵合金の密度を高め、電極としての反
応性を高めるために行われるが、同図（ａ）に示すよう
な未分散粉末３２が存在すると、プレス加工の後には同
図（ｂ）に示すような、導電助材あるいは水素吸蔵合金
の密度の高い高密度部３３を形成するようになる。

【００３０】また、このような未分散粉末をプレスする
と、そこだけ固まりになっているので、歪みを生じる可
能性があり、また、プレス後も高密度部３３が盛り上が
ったような形になって、例えば、円筒型電池に収納する
場合に、上手く円筒形に巻けないなどの工程上の不都合
を生じる可能性もある。

【００３１】また、同図（ｂ）の高密度部３３は、他の
部分に比べて密度が非常に高いために、アルカリ蓄電池
として組み立てて使用した場合、その部分だけ電解液が
しみこみにくくなる。従って、電極反応に高密度部３３
の部分があまり使用されず、他の部分が余計に使用され
るようになる。従って、電極全体として均一な反応が起
こらず、良く反応する部分と余り反応しない部分とがあ
るため、一部分の腐食が速く進んで、電極としての性能
が悪くなるという問題を生ずる。

【００３２】このように、ペースト内に導電助材や水素
吸蔵合金の粉末が均一に分散されていないと、電極製造
において上記のような問題を生ずるが、本発明のペース
トの製造方法によれば、このような未分散粉末を残すこ
とがないので、上記問題は起こらない。また、ペースト
中に空気を取り込むことも抑制されるので、ペーストの
厚さのばらつきがなく、均一にプレスをかけることがで
き、歪みの発生も抑えられる。

【００３３】図４は、本発明の方法で作った電極と従来
の方法で作った電極とをそれぞれ用いた電池の性能実験
の結果を示すグラフである。同グラフの横軸は、充放電
のサイクル数であり、１回充電して放電する過程を１サ
イクルとしている。同グラフの縦軸は利用率でパーセン
ト表示されている。利用率は、例えば、１００Ａの電流
で充電した場合に、５０Ａの電流の放電が得られた場合
は利用率５０％というように、充電した電流に対し、ど
のくらいの電流を放電によって取り出すことが出来たか
を示すものである。また、本実験においては、本発明の
方法によって製造された電極のサンプルを２つ使用し、
従来の方法によって製造された電極は１つだけをサンプ
ルとして使用した。

【００３４】同グラフに示されるように、本発明の方法
による電極も従来の方法による電極もサイクル数が多く
なるにつれ、利用率が高くなっている。これは、電極の
製造方法によるというよりも、むしろ、アルカリ蓄電池
に使用される電解液が次第に混合されていくことにより
得られる効果と考えられる。

【００３５】一方、電極の製造の方法による効果の差異
は、従来の方法による電極の利用率が常に本発明の方法
による電極の利用率よりも低い値になっていることに示
されている。特に、サイクル数の少ない時には、両者の
差は大きく、サイクル数が１回のときは、従来の方法に
よる電極の利用率が５０％であるのに対し、本発明の方
法による電極の利用率はほぼ８０％である。

【００３６】本発明の方法による２つの電極のサンプル
の実験値は、ほぼ同じであり、本発明の方法による電極
の製造方法は再現性の良い製造方法であることを示して
いる。また、本発明の方法による電極の方が利用率１０
０％に達するのが速く、出荷時点で数回の充放電を繰り
返しておくだけで、始めから利用率１００％のアルカリ
蓄電池をユーザに提供することができる。一方、従来の
方法による電極は、利用率が１００％に達するまでに１
０回以上の充放電を繰り返しておかなければならない。
予め行う充放電の回数が多いとそれだけ発生するガスの
量も多く、電極の収納部（電槽）が膨らんでしまい、蓄
電池としての信頼性の問題も生ずるが、本発明によれば
このような問題も生じない。

【００３７】なお、上記説明においては、ペーストタン
クに増粘剤と結着剤との双方を入れ、この後に導電助材
や水素吸蔵合金を加える方法について記載したが、ペー
ストタンクには増粘剤や結着剤のみを入れ、導電助材や
水素吸蔵合金と混練することにより、ペーストを製造す
ることも可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明の芯金式電極の活物質ペースト製
造方法によれば、増粘剤や結着剤等と導電助材、水素吸
蔵合金を混合する場合、ペースト内に空気を巻き込むこ
とを抑制することができるので、均質なペーストを製造
できる。

【００３９】ペースト内に導電助材や水素吸蔵合金の粉
末の固まりができないので、電極を製造した場合、ペー
スト層に高密度部ができないので、プレスの際に歪みを
生じることもなく、電極反応が電極全体にわたって均一
に起こる。従って、性能のよい電池を製造することがで
きる。

【００４０】導電助材がペースト内に均一に分散して分
布するので、ペースト内に良好な導電ネットワークが形
成される。これにより、更に、電極の全体にわたって均
一な反応が起こるようになり、電極の性能が向上し、活
性化が早く、利用率の高い電池を製造することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例とその作用を説明する図であ
る。

【図２】従来の方法と本発明の方法において、液体状の
結着剤と増粘剤との混合物と、導電助材と水素吸蔵合金
とがどのような過程を経て混合されていくかを示す図で
ある。

【図３】ペースト内に導電助材や水素吸蔵合金が固まり
として残った場合、電極に及ぼす影響を説明する図であ
る。

【図４】本発明の方法で作った電極と従来の方法で作っ
た電極とをそれぞれ用いた電池の性能実験の結果を示す
グラフである。

【図５】水素吸蔵合金を含むペーストの製造方法と芯金
式水素吸蔵合金電極の製造工程の概略を示す図である。

【符号の説明】

１、５０、５４ペーストタンク２、５１攪拌手段３０、５３芯金３１、５２、５５ペースト３２未分散粉末３３高密度部５６スリット５７乾燥炉５８、５９送りローラ６０プレスローラ６１切断機６２芯金式電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素吸蔵合金を含むペーストを塗着するこ
とにより製造される芯金式電極の活物質ペースト製造方
法において、所定の容器に、ペーストの粘度を増加する増粘剤、ある
いはペーストの塗着力を増加するための結着剤、又は、
前記増粘剤と前記結着剤との両方からなる液体状物質を
入れる工程と、前記液体状物質が入った前記所定の容器に、ペーストの
導電性を向上するための導電助材の粉末と水素吸蔵合金
の粉末とを入れながら攪拌することにより、水素吸蔵合
金を含むペーストを製造する工程とからなることを特徴
とする芯金式電極の活物質ペースト製造方法。
【請求項２】前記増粘剤は、メチルセルロース、カルボ
キシメチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、ポリ
ビニールアルコールの内のいずれか１つであり、前記結
着剤は、スチレン−ブタジエン−ラバー、テトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ
プロピレン、ポリビニリデンフルオライト、ポリエチレ
ン、ラテックスの内の少なくともいずれか１つであるこ
とを特徴とする請求項１記載の芯金式電極の活物質ペー
スト製造方法。