JPH1119950A - 粉末の高充填板の製造方法 - Google Patents

粉末の高充填板の製造方法

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JPH1119950A
JPH1119950A JP9182546A JP18254697A JPH1119950A JP H1119950 A JPH1119950 A JP H1119950A JP 9182546 A JP9182546 A JP 9182546A JP 18254697 A JP18254697 A JP 18254697A JP H1119950 A JPH1119950 A JP H1119950A
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JP
Japan
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powder
coating layer
coating material
curvature
coating
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Withdrawn
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JP9182546A
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English (en)
Inventor
Yoshihisa Ohashi
善久 大橋
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1119950A publication Critical patent/JPH1119950A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉末を含む塗布層の担体面への充填率を向上
させ、電池用電極材として有用な粉末の高充填板を製造
する方法を開発する。 【解決手段】 担体10に塗布した粉末の圧縮加工方向へ
の移動のみを許容し、横方向への移動を制限できれる手
段として、粉末の塗布層12に被覆材16を被覆するととも
に、ロール20の外周に巻き付けることで曲率を付与し、
被覆材16からの圧縮力を粉末塗布層12に与え、と同時に
必要により別のロールをもって粉末塗布層の更なる圧下
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末の高充填板、
例えば電池用に用いる電極として有用な粉末の高充填板
の製造方法、およびそれを利用した電池用電極の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】Ni−水素電池や、リチウムイオン電池は
それが使用されている機器の小型化、長時間使用等のニ
ーズにより、一層の高容量化の傾向にある。これらの要
望に対応して電極材料の開発が活発に行われているが、
一方、一定の容積の電池になるべく多量の電極材、つま
り粉末を充填することで電池容量を向上させる技術開発
も重要な開発テーマである。
【0003】例えば特開平3−116655号公報では球形の
合金粉末を用いることにより合金粉末の充填率を向上さ
せることを提案しており、特開平7−180926号公報では
そのような合金の粒度分布を調整することにより電極面
における粉末の充填率を向上させることを提案してい
る。
【0004】さらに圧延技術の分野では、特開平3−77
270 号公報が、水素吸蔵合金と結着剤、増粘剤を混練し
て得たペーストを板状の担体に付着させ、それを乾燥し
た乾燥材の圧延において圧延方向への延伸を抑制して、
安定した製造を可能にする目的で、直径3cm以上のロー
ラを使用することを提案している。しかし、圧延による
充填率の向上について具体的内容を開示していない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、こう
した現状に鑑み、金属粉末あるいは金属間化合物粉末な
どの粉末状の電極材料の担体面への充填率を向上させ、
しかも安定的に電極材料である粉末の高充填板を製造す
る方法を開発することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】粉末とバインダとの混合
物を担体に付着させて得た素材に圧延等の加工をする
と、素材を圧縮すると同時に延伸方向およびその直角方
向に粉末が逃げ、結果として充填率が思うようにあがら
ないのが実態である。粉末がガスアトマイズ粉末のよう
に球形で本来高充填性のものでも同様に充填率は期待ほ
ど向上しない。
【0007】本発明者はこうした現状に対し、鋭意研究
開発を進めた結果、加工時圧縮力を作用させても粉末が
延伸方向およびその直角方向に逃げないように、被覆材
を担体の被覆層の表面に密着させ、この被覆材に張力を
作用させると同時に、素材を内側にしてこの被覆材と素
材とに曲率を作用させることに着目した。これにより素
材と被覆材との摩擦力が作用し、圧縮力を作用させたと
きも粉末が延伸方向およびその直角方向に逃げないこと
から粉末の高圧密化が可能となることを見い出し本発明
を完成させた。
【0008】すなわち、本発明は(1) 粉末とバインダと
を混練して得た混合物を平面状の担体に付着させて該混
合物から成る塗布層を前記担体上に備えた素材を得る段
階、該塗布層の表面を薄板状の被覆材で覆う段階、およ
び該被覆材に張力を作用させながら前記素材と被覆材を
同時に且つ素材が内側になるように曲率を作用させる段
階から成り、かかる曲率の作用により生ぜしめた、被覆
材から素材に対する圧縮力と、該圧縮力に基づく被覆材
と素材との間の摩擦力とにより前記塗布層を構成する前
記粉末を圧密化して高充填板とすることを特徴とする粉
末の高充填板の製造方法、(2) 前記素材と被覆材とを該
被覆材を外側にしてロール状の曲率面の外周に巻き付け
ることにより前記曲率を作用させることを特徴とする上
記(1) 記載の粉末の高充填板の製造方法、(3) 前記の曲
率を作用させる段階と同時に、前記被覆材の外側より前
記圧縮力より大きな第2の圧縮力を作用させる段階をさ
らに含む、上記(1) または(2) 記載の粉末の高充填板の
製造方法、(4) ロール状回転工具で前記の第2の圧縮力
を作用させることを特徴とする上記(3) 記載の粉末の高
充填板の製造方法、(5) 上記(1) ないしは(4) のいずれ
かに記載の製造方法により得られた粉末の高充填板を裁
断する段階をさらに含む、電池用電極の製造方法であ
る。
【0009】本発明にかかる製造方法により得られた粉
末の高充填板の用途は特に限定されないが、例えば電池
用電極板の製造においては電極材料である粉末の高充填
電極の製造を可能にし、電池の高容量化をもたらすこと
ができる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
の実施の形態についてさらに具体的に説明する。
【0011】図1は本発明にかかる粉末の高圧密化を実
現する方法の模式的説明図である。図中、予め用意した
平面状の担体10上に適宜手段で片面もしくは両面に( 図
示例では片面にだけ設けている) 、粉末とバインダとを
混練して得た混合物を付着させ、この混合物から成る塗
布層12を設け、こうして得られた素材14の塗布層12の表
面は被覆材16で覆われ、被覆材16に張力Pが付与された
状態で該被覆材および素材には曲率が付与される。図
中、ロール20の回転に伴って矢印の方向に素材14が移動
し、被覆材22とロール22と同期させて移動させることに
より塗布層12の連続的圧密化が行われる。これにより素
材全体の肉厚を薄くするように圧縮加工が行われ、粉末
の高充填板22を製造するものである。
【0012】ここに塗布層に「曲率」を付与するとは、
曲げ加工を塗布層に加えることで、このとき被覆材16が
塗布層14の表面に付着していることから、この塗布層は
同時に曲げ中心方向に圧縮作用、つまり圧下作用を受け
るのである。
【0013】図示例にあっては、塗布層12に上記曲率を
付与する手段としてロール20に上記被覆材16および素材
14を巻き付ける手段が示されている。このときにのロー
ル20の半径Rを種々変更することで、つまり一定張力下
で曲率を変更することで上記素材、特に粉末の塗布層12
にかかる圧縮力および摩擦力を適宜調整できる。具体的
に、このときの張力Pと曲率Rと圧縮応力σとの関係は
【0014】
【数1】
【0015】である。かかる曲率を付与する手段として
は、その他に、被覆材16を単に湾曲させるだけであって
もよい。また、ロール以外にも適宜曲率面をもった工具
を用いて同様の手段でもって曲率を付与するようにして
もよい。
【0016】本発明にあっては、塗布層14を構成する粉
末の圧縮加工方向への移動のみを許容し、横方向への移
動を制限できる手段として曲率を付与するのであってそ
の限りでは特に曲率付与の方法について制限はない。
【0017】本発明においては塗布層を構成する粉末は
金属粉末、金属間化合物粉末に限らずあらゆる種類の粉
末である。特に圧延等加工により変形することが少ない
セラミック粉末や、希土類元素含有合金粉末のような硬
質粉末、またガスアトマイズ粉末のような球形粉末にお
いて、その効果が最も大きくなる。ここで、球形粉末と
はその長径/短径の比が2以下のものを言う。
【0018】素材の構造は板状の担体とその片側または
両側に、粉末とバインダとの混合物を塗布して得た塗布
層とから成る。粉末の種類は1種類または2種類以上で
もよく用途に応じて適宜選択すればよい。
【0019】粉末は、前述のようにガスアトマイズ法や
回転電極法等による球形のそればかりでなく、機械粉砕
等不定形の形状でもよい。充填率を特に重視する場合
は、球形粉を用いると有利である。その場合、球形粉に
不定形粉を混合して用いても効果はある。
【0020】バインダは保型性、強度、巻き取りのため
の曲げ性、粉末材料の特性を損なわないこと等を考慮し
て適宜選択すればよい。バインダとしては通常使用され
る有機バインダ (例:PVDE、PVA、PTFE、P
EO、PMMA、CMC)が例示され、必要により、そ
の他SBR等を適宜配合してもよい。
【0021】担体も平面状、つまり二次元的に拡がった
面を備えている限り特に限定するものではないが、素材
の保型性、加工に耐える強度、巻き取り時の曲げ性、粉
末材料の特性を損なわないもの等考慮して適宜選択すれ
ばよく、例えば、金属シート、繊維シート、樹脂板等が
ある。
【0022】被覆材の材質は例えば、炭素鋼、ステンレ
ス鋼、アルミニウム、銅、塩化ビニル、ポリエステル、
ポリプロピレン、ポリカーボネート、アラミド、ケブラ
ー、炭素繊維、ガラス繊維等を芯材とする織物、天然ゴ
ム、合成ゴム等が代表的なものである。
【0023】被覆材は、一般には長尺のものであるが、
両端を接合してリング状にして連続して使用することも
できる。被覆材のヤング率は担体のそれと同等以上が望
ましい。小さい場合は、圧密化時被覆材の延伸により素
材表面が破断するおそれがある。
【0024】被覆材の厚みは、曲率半径の1/100 以下が
望ましい。これを越えると、被覆材の内側が曲げにより
収縮し、素材表面の粉末混合層が被覆材に持ち去られて
しまうことがあり、注意を要する。
【0025】被覆材の表面粗度Rmax は粉末の平均粒径
の1/2 以下であることが望ましい。表面粗度が余りに粗
いと上記と同じように粉末が被覆材に持ち去られてしま
う。
【0026】被覆材に作用させる張力は被覆材の圧密時
における延伸量が圧密化時の素材の延伸量以下になるよ
うに設定することが望ましい。担体、被覆材とも一連の
圧密化過程が終了後、製品から除去する場合もあるし、
そのまま製品として用いる場合もある。
【0027】図2は、本発明にかかる粉末の高充填板の
製造方法のさらに別の態様を模式的に示すもので、図
中、図1と同一部材は同一符号でもって示す。図示例の
場合には、第2の圧縮力を作用させるために、図1の曲
率付与と同時に( あるいはそれに続いて) 、ロール20に
対向させて設けた第2ロール24を設けている。両ロール
のロールギャップは、上記の第2の圧縮力を規定するも
のであって、目的とする塗布層の圧下量、つまり目的と
する塗布層の圧密化の程度に基づいて決めることができ
る。
【0028】図2における圧密化時の第2の圧縮力を作
用させる方法は、図示のように、ロールによる圧延が最
も一般的であるが磁力、遠心力、流体力等、それを実現
するための具体的方法は限定されない。例えば、磁力の
場合、図2におけるロール20の内部に磁石を配置し、第
2ロール24のかわりに磁性流体を配置することにより第
2の圧縮力を作用させることができる。
【0029】このようにして製造された粉末の高充填板
は、実用的見地から言えば、電池用電極の製造に用いる
ことが好ましい。したがって、素材は例えば厚みが0.1
mmから30mm程度の薄いもので、幅は500 mm以下で長さ
は、切断して使えるように長い製品が好ましい。
【0030】このようにして得られた粉末の高充填板
は、具体的には、その用途は、Ni−水素2次電池やリチ
ウムイオン電池のような小型電池の電極材、ガス吸収材
料、吸音材料、研磨材料さらにフィルタ等種々の粉末充
填板材料の製品が考えられる。
【0031】
【実施例】共に粒径100 μm以下、平均粒径30μmであ
る、組成:MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3のガスアトマイズ
粉末、またはインゴットを粉砕した粉末を使用して本発
明を実施した。
【0032】まず、上記粉末の重量に対し2重量%のメ
チルセルロース、10重量%の水と12重量%のPTFEを混合
してスラリとし、得られたスラリを、担体としての0.1
mm厚、100 mm幅、直径5mmの孔のあいたパンチングプレ
ートに片側0.25mm厚ずつ塗布して塗布層を設け、合計0.
6 mm厚の素材とした。乾燥後の塗布層の平均密度は4.5
g/ccであった。
【0033】このようにして用意した素材に対して、ス
テンレス鋼板およびポリカーボネート板を被覆材として
使用して塗布層の上にこの被覆材を密着させ、図1に示
す要領で直径400 mmの1本のロールを使用して本発明を
実施した。被覆材の張力は単位面積あたりで5kg/mm2
あった。
【0034】本例では、このようにして得た組立体に張
力下に単に曲率を与えて加工するだけではなく、第2の
圧縮力としてロールによる圧下をさらに加えた。つま
り、図2に示すように直径400 mmの2本ロール使用し、
ロールギャップは厚さ0.60mmの素材が0.45mmになるよう
に調整し、一方のロールの円周上に密着するように素材
を巻き付けながらロール圧下を行った。
【0035】結果を表1に示すが、以下のようにしてス
ラリ密度測定法により塗布層の密度を測定した。すなわ
ち、担体を含む全体の重量を測定した後、全体を溶融ワ
ックスで被ってアルキメデス法で体積測定し、次いで担
体部分の重量、体積を差し引いて計算して求めた。
【0036】このようにして得た素材を電極材として用
いてNi−水素2次電池を構成し、放電容量を測定した。
すなわち、上述のようにして圧密化した素材から被覆材
を除去し、適宜大きさに切断してこれを負極とし、正極
には公称2000mAのNi電極を用いた。正極と負極の間に6N
−KOH のアルカリ電解液を含浸させたナイロン不織布を
セパレータとして挟んで渦巻き状に巻き、単2型の円筒
形ケースに収容して密閉することにより試験用のNi−水
素2次電池を作製した。
【0037】この電池は負極容量の小さい負極容量規制
型の電池である。この電池を50mA/g (水素吸蔵合金1g
当たり50mAを意味する) の電流で10サイクルの充放電を
行い、得られた最大の放電容量をその電極の放電容量と
した。
【0038】結果は表1にまとめて示すが、表中でケー
スAないしHのそれぞれの処理条件は次の通りであっ
た。 (A) 被覆材:ステンレス鋼板、厚み0.3 mm、表面粗度R
max =5μm素材の片側だけに被覆材を添着した。 被覆材の張力:5kg/mm2 粉末はガスアトマイズ粉末を使用した。第2の圧縮力を
かけて素材の厚みを0.6 mmから0.45mmにして圧密化を行
った。
【0039】(B) 被覆材を素材の両側に設けた以外はケ
ースAと同様であった。 (C) 被覆材を設けない以外はケースAと同様であった。 (D) 第2の圧縮力をかけないことを除いてケースAと同
様であった。 (E) 粉末が機械粉砕粉である以外はケースAと同様であ
った。
【0040】
【表1】
【0041】
【発明の効果】このように、本発明によれば、塗布層中
の合金成分の密度が大幅に改善され、それに伴って電池
特性の改善効果も顕著となり、本発明の効果の大きいこ
とが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる方法の実施の形態の模式的説明
図である。
【図2】本発明にかかる方法の別の態様の模式的説明図
である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉末とバインダとを混練して得た混合物
    を平面状の担体に付着させて該混合物から成る塗布層を
    前記担体上に備えた素材を得る段階、該塗布層の表面を
    薄板状の被覆材で覆う段階、および該被覆材に張力を作
    用させながら前記素材と被覆材を同時に且つ素材が内側
    になるように曲率を作用させる段階から成り、かかる曲
    率の作用により生ぜしめた、被覆材から素材に対する圧
    縮力と、該圧縮力に基づく被覆材と素材との間の摩擦力
    とにより前記塗布層を構成する前記粉末を圧密化して高
    充填板とすることを特徴とする粉末の高充填板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記素材と被覆材とを該被覆材を外側にし
    てロール状の曲率面の外周に巻き付けることにより前記
    曲率を作用させることを特徴とする請求項1記載の粉末
    の高充填板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記の曲率を作用させる段階と同時に、
    前記被覆材の外側より前記圧縮力より大きな第2の圧縮
    力を作用させる段階をさらに含む、請求項1または2記
    載の粉末の高充填板の製造方法。
  4. 【請求項4】 ロール状回転工具で前記の第2の圧縮力
    を作用させることを特徴とする請求項3記載の粉末の高
    充填板の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1ないしは請求項4のいずれかに
    記載の製造方法により得られた粉末の高充填板を裁断す
    る段階をさらに含む、電池用電極の製造方法。
JP9182546A 1997-07-08 1997-07-08 粉末の高充填板の製造方法 Withdrawn JPH1119950A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018078021A (ja) * 2016-11-09 2018-05-17 日産自動車株式会社 二次電池用電極の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018078021A (ja) * 2016-11-09 2018-05-17 日産自動車株式会社 二次電池用電極の製造方法

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Effective date: 20041005