JPS5833667B2 - 電池用電極の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続的に連なった空隙部を有する三次元的構
造の金属多孔体（以下、これを発泡メタルという）を移
動させ、この発泡メタルの空隙部に連続的にペースト状
活物質を充填する電池用電極の製造法に関するものであ
る。

現在、良く知られているアルカリ蓄電池用陽極の代表的
なものは焼結式電極である。

この電極は、ニッケル、ニッケルメッキ鉄等の金属ネッ
トや薄型多孔板とともにニッケル粉末を殆んどカロ圧す
ることなくカーボン型内に充填し、次に水素気流中にお
いて、例えば９００℃程度の温度で焼結した多孔度７０
〜ｓｏ％の多孔性基板を用いるものである。

活物質を充填するには、前記の基板に高濃度の硝酸ニッ
ケル水溶液を含浸し、乾燥後高温の濃厚か性アルカリ水
溶液中で電解波水洗、乾燥するか、あるいは、単にアル
カリ水溶液中に浸漬後、乾燥加熱分解するなどの方法が
ある。

これらの製造法は、活物質の充填工程が煩雑で、しかも
繰り返し充填を行う必要があるので、製造工程の合理化
が要望されていた。

この問題を改善する１つの方法として、無焼結電極が提
案されている。

この電極は、金属ネットの芯材に結着剤と混合した活物
質を塗り込み、加圧して製造されるが、活物質の脱落が
生じ易く、それによる容量低下が早いとともに、活物質
を多く充填することが困難であった。

これに対して、活物質保持体として、発泡メタルを使用
し、この発泡メタル内に、結着剤と混合したペースト状
活物質を充填し、加圧して得られる電極は、三次元的構
造の発泡状メタル内部に活物質を充填するため、活物質
の脱落による容量低下も少なく、また活物質を高密度に
充填できることから、高容量が期待できる。

ところが、この発泡メタルの長尺物を用いて、これに連
続的に活物質を充填する場合、単に発泡メタルをペース
ト状の活物質中を通過させるだけでは、活物質が発泡メ
タルの内部まで均一に充填されないという問題点を生じ
た。

また、鉛電極の活物質練塗法のように、加圧ローラなど
により活物質を押し込み充填する方法は、発泡メタルの
開孔が小さいことと、耐圧縮強度が弱く容易に表面の開
孔が目つぶしされることなどにより採用することができ
ない。

本発明は、以上の点に鑑み、発泡メタルにペースト状活
物質を密にかつ円滑に充填する方法を提供するものであ
る。

すなわち、本発明は、長尺帯状の発泡メタルｅ上面にペ
ースト状活物質を供給し、この活物質を発泡メタルの上
面部を往復運動する擦り具により擦って発泡メタルの空
隙部に充填することを特徴とするものである。

この方法によれば、ペースト状活物質は擦り具により擦
られて少しずつ充填されるので、発泡メタルには大きな
圧縮力が加わらず二表面の開孔が目つぶしされることは
なく、次々と擦り込まれる活物質により空隙部は満たさ
れ、高密度に充填することができる。

また、このような方法を採るとき、発泡メタルは、活物
質を収容したペースト槽Ｃ上部に配置し。

発泡メタル下方のペースト槽内において活物質を攪拌し
ながら活物質を発泡メタルの周辺から上面部へ供給する
ようにするのが好都合である。

この方法によるときは、後述のように、発泡メタル上面
部における擦り込みによる加圧に対応して、下面部では
減圧作用が生じ、充填効率が一層向上する。

以下、本発明を実施例により説明する。

まず、連続型の活物質充填装置の構成について説明する
。

市販の水酸化ニッケル粉末に導電材料としてニッケル粉
末を１０咎程加え、よく混合攪拌し、次に適量の水又は
カルボキシメチルセルロース水溶液を加え、更に良く攪
拌してペースト状の活物質とする。

このペースト状活物質を活物質容器２の中に入れ、攪拌
機駆動モータ１２を作動させ、回転式攪拌機１１を回転
させて、更にペースト状活物質３をよく混練する。

なお、ペースト状活物質３の量は、容器２の上部に配し
た多孔板１３より上部に来るように調節する。

長尺物の発泡メタル１は、主軸ローラ７から補助ローラ
９を通し、多孔板１３と擦り具４に取り付けである刷毛
５との間から、補助ローラ１０を通し、主軸ローラ８ま
で、まず手動させてから、自動的に主軸ローラ７．８を
回転させて長尺物の発泡メタルを移動させるようにする
。

主軸ローラ７．８を作動させると同時に、擦り具４を擦
り具駆動モータ６で発泡メタルの移動方向に沿って摺動
動作させる。

このように、ペースト状活物質は連続的に移動する長尺
物の発泡メタルの中に、攪拌機１１と擦り具４の発泡メ
タル上での摺動運動によって充填される構成になってい
る。

その構成略図を第１図及び第２図に示した。

なお、発泡メタルは連続的に移動させても間けつ的に移
動させてもよい。

次にペースト状活物質の充填機構について説明する。

まず、攪拌機１１、擦り具４を駆動させた後、主軸ロー
ラ７．８を駆動させ、長尺物の発泡メタル１を少しずつ
移動させる。

攪拌機１１は第２図に示す如く４枚羽根を持ったものを
２組使用し、容器２の中央部から周辺部に活物質が加圧
され盛り上がって移動するように回転させ、活物質が発
泡メタルの表面部に移動しつつ、同時に擦り具が発泡メ
タルの進行方向に対して、平行運動することによって、
発泡メタルの上面部の活物質をゴム製の刷毛で擦る操作
を行うことになる。

この擦り具の運動は上記方向に限らず、また往復運動し
てもよい。

ただし、上記のように発泡メタルの移動方向に平行運動
する場合において、充填状態が最もよい。

このような操作をすべて連続的に行い、発泡メタルの中
に活物質を連続的に充填する。

活物質の充填条件は次の通りである。

使用した発泡メタルは幅１５ｃｎＬ、長さ５ｍ、厚さ２
．５ｍｍ。

多孔度９６±１％、活物質の充填部分の総容量は約５０
１とし、充填装置内にはペースト状活物質を約８０に２
収容させた。

ゴム刷毛をもつ擦り具は、幅１６ｃｍ、厚さ３闘として
１０枚を使い、擦り具の振幅は８０ｍｍ、その速度は１
サイクル／秒である。

攪拌機の回転速度は３〜５回転／秒、発泡メタルの移動
速度は０．５ ｍｍ ７秒、ペースト中の固形分濃度は
約７０重量φとした。

これらの諸条件を基にして、更に詳細なペースト状活物
質の充填状況を第３図に示す。

第３図のＡは、攪拌機における活物質の移動状況を示し
、他の例として、第３図のＢ、第３図のＣに示すように
、横型攪拌機１４による活物質の移動状況を取りあげた
。

第３図のＡにおいて、２個の攪拌機１１は、各々中央部
から周辺部に活物質を移動するように回転している。

即ち、活物質を中央部から周辺部を通して、発泡メタル
の上面部まで盛り上げるように攪拌する。

従って、中央部が減圧状態になり、発泡メタルの下面部
で減圧（吸引）現象が発生し、周辺から盛り上がって移
動して来た活物質が、発泡メタルの上面部で擦り具の刷
毛で擦られながら、発泡メタル中に移動して行く作用を
受けることになる。

活物質は発泡メタルの上面部より、内部に入って、一部
分は下面部より通りぬけつつ、次第に発泡メタル全体に
均一に活物質が充填されるようになる一種の呼吸式攪拌
で、加圧部分（盛上げ部分）とそれに対応して減圧部分
を作って、効率良く活物質が充填される。

これは単に攪拌による場合と比較しても充填効率が向上
する。

従って、より効果的な充填法である。

また、攪拌機が横型の場合でも、第３図のＢ。

Ｃに示すように、発泡メタルの進行方向に直角に板状の
攪拌機で横方向に移動させる（又は水平に移動させる）
と、活物質を押す方向に、活物質が一方の周辺に盛り上
がり、発泡メタルの上面部に押しやられる。

それに対応して、反対側方向は引張られる方向となるの
で、少し減圧方向となり、発泡メタルの下面部を吸引す
ることになる。

図中太い矢印が活物質を吸引している方向を示している
。

このように活物質が発泡メタルの上面部において擦り具
で加圧され、下面部で吸引されるので、一種の活物質の
循環が起こり、発泡メタルの内部まで十分に活物質が充
填されることになる。

以上のように加圧作用（押し上げ、擦り込み）と減圧（
引張り）作用とを取り入れた攪拌充填方法により、より
効率よく、多くの活物質を均一に発泡メタル中に充填す
ることができ、量産性に優れたアルカリ蓄電池用電極の
製造法である。

ペースト状活物質の攪拌方向は、発泡メタルの進行方向
に対して直角方向になるようにすることが望ましい。

活物質の押し上げ、そして発泡メタル上への盛り上がり
が、周辺部より発生するようにしなければ、効率良く活
物質を充填することができない。

発泡メタルの下面部のみの攪拌に終わってしまうと充填
量は低下する。

従って、発泡メタルの進行方向と攪拌時の活物質の移動
方向とは直角方向が効果的である。

単に活物質を攪拌するだけでも充填されるが、充填量が
不均一になりやすい。

次に発泡メタルの表面を擦る方向であるが、発泡メタル
の進行方向に対して、平行となることが望ましい。

例えば、移動する発泡メタルの進行方向と直角方向に擦
り具を動かせば、折角周辺部より盛り上がって来た活物
質を押し返して、元に戻すことになって、発泡メタルの
上面部で効率良く活物質を充填することができない。

すなわち、発泡メタル上面部の活物質を、発泡メタルを
通すことなく下に押しやってしまい、充填効率を非常に
悪くする。

従って、移動する発泡メタルの進行方向に対して、平行
に活物質の擦り操作を行うことがより効果的である。

なお、上記実施例においては、発泡メタルの下面側で活
物質を攪拌して供給するようにしたが、攪拌したペース
トを発泡メタルの上面から供給してもよい。

しかし充填状態は実施例の場合の方が優れている。

攪拌することによって活物質の沈降防止、濃度分布の不
均一を防止でき、多くの活物質を充填できる。

次に第１図に示す装置で、活物質を充填した長尺物の発
泡メタルを適当な大きさに切断し、乾燥後、３重量φの
フッ素樹脂分散液中に浸漬して引き上げ、半乾燥の状態
で、４００ Ｋｐ／ｍの圧力で厚さ方向に加圧し、完全
乾燥した後、５０Ｘ５５ｍｍの大きさに切断し、リード
端子を取付けてニッケル電極とした。

上記のようにして長尺物の発泡メタルの適当な位置から
１０枚程無作意に選んだ電極について以下のような容量
の比較試験をした。

比較例の電極イとしては、一般に市販されているニッケ
ルーカドミウム電池に採用されている焼結式ニッケル陽
極を用いた。

その容量は公称ＩＡｈ、電極の大きさ５０ｉｉＸ５５ｍ
ｍ、厚さ１．１ｍｍである。

また、上記と同じ発泡メタルを単にペースト状の活物質
中を０．５ ｒｎｍ ７秒の速さで通過させ、通過時間
１０分間として、発泡メタルに活物質を充填させ、その
後は、上記の実施例と同様な方法で電極とした。

これを口とし、上記実施例による電極をハとする。

容量試験は、電極イは０．２Ａ、電極口、ハは０．４Ａ
のいずれも約５時間率（０，２Ｃ）で放電し、放電量の
１３０〜１４０饅程度充電する充放電サイクルを繰り返
し、容量が安定した１０サイクル目の容量で比較した。

その時の放電特性を第４図に示す。

各電極の放電容量は、同一大きさの電極で比較した場合
、電極イは１．２±０． Ｉ Ａ ｈ％電極口は１．４
５±０．２５Ａｈであり、本発明の電極ハは２．０±０
． Ｉ Ａ ｈと電極イの１．８倍程度である。

また、電極口は、同じ発泡メタルを用いているが、内蔵
する活物質の量が大きくバラツキ、しかも充填量も本発
明品よりも非常に少ない。

電極口を切断すると活物質が内部まで均一に充填されて
いないことが確認された。

容量バラツキも本発明品と比較して２倍以上も大きく、
実用上問題となる。

以上のように、本発明は三次元的構造の金属多孔体に活
物質をペースト状にして擦り具で擦りながら充填してい
るので、活物質を密に、かつスムースに充填することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で用いた連続型活物質充填装置
の構成略図、第２図は同装置の断面略図、第３図Ａ、Ｂ
、Ｃはペー・スト状活物質の充填状況を示し、Ａは回転
式攪拌機を用いた例、Ｂ、Ｃは横型攪拌機を用いた例で
あり、第４図は各種電極の放電容量特性の比較図である
。 １・・・・・・発泡メタル、２・・・・・・容器（ペー
スト槽）、３・・・・・・ペースト状活物質、４・・・
・・・擦り具、１１゜１４・・・・・・攪拌機、１３・
・・・・・多孔板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に連なった空隙部を有する三次元的構造の帯
   状の金属多孔体の上面にペースト状活物質を供給し、こ
   の活物質を前記多孔体の上面部を往復運動する擦り具に
   より擦って前記多孔体の空隙部に充填することを特徴と
   する電池用電極の製造法。 ２ 連続的に連なった空隙部を有する三次元的構造の帯
   状の金属多孔体をペースト槽の上部に配し、ペースト槽
   内のペースト状活物質を前記多孔体の下面において攪拌
   するとともに、この活物質を前記多孔体に対してその周
   辺から上面部へ供給し、前記多孔体Ｃ上面部を往復運動
   する擦り具により前記活物質を擦って多孔体の空隙部へ
   充填することを特徴とする電池用電極の製造法。