JPS6340254A - 電池用電極の製法 - 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などに用いられる電池用Ｔ１極
の製法に関するものであって、更に詳しくは発泡ニツウ
゛ル、金属繊維焼結体などの三次元多孔金属板を用いた
電極基体への集電タブ取付方法に関するものである。

（口）従来の技術 アルカリ蓄電池に用いる電極は従来カル臘二ルニッケル
焼結体にニッケル塩、カドミウム塩などの溶液を含浸し
アルカリ処理により活物質化するζ尭結式製法が主流で
あった。しかし近年コスト低減と高エネルギー密、変化
を計る目的で金属１維焼結体、発泡ニンケルなどの三次
元多孔金属板にペースト状の活物質を直接充填する非焼
結式製法が検討されている。この種の非焼結式電極の製
法においては基体が集電機能、活物質保持機能及び極板
形状保持機能を有しているため、焼結式極板では不可欠
のパンチングメタルなどの芯体を使う必要がない。

ところで焼結式極板では、芯体の一部を電池端子へ接続
きれる集電タブとして利用することができるが前記非焼
結式極板においては芯体を有していないので、別途集電
タブを取付ける必要があり、旦この取付けに難点がある
。つまり基体が９０％以上の高多孔度のものであるため
集電〃ブの溶接が難しく機械的強度、電導度が低くなる
という問題点がある。尚、実際に行なわれている集電タ
ブの取り付は方法は活物質充填面に集電タブとなる金属
板をスポット溶接するか、特開昭５７−８０６７２号公
報に記載されたようにあらかじめ集電タブ溶接部をプレ
スし１多孔度を下げ活物質が充填されないようにしてお
き一連の充填等の工程が終了した後、集電タブ１１＃接
部の表面に付着した活物質をブラッシングなどにより除
去し、しかる後集電タブをスポット溶接するものである
。しかし前者は活物質充填以降の生産性を著しく低下さ
せるという問題点があり、また後者は工程的に複雑であ
るうえ、生産性が悪く、活物質の除去が不十分になりや
すく溶接の信頼性が低下するという問題点がある。

また更には三次元多孔金属板を基体に用いた電極におい
て集電方法が問題になるのは基体自体は高い４ｆ率を有
するが高多孔度であるため、これをそのまま集電タブと
して用いると抵抗損が大きくなること、機械的強度が小
さく切断しやすいこと、金属板の集電タブを溶接する場
合でも基体とタブの物性が非常に異なるため、安定した
溶接強度が得にくいことなどが大きな理由である。

またこの種の非焼結式製法においては、基体への活物質
充填、乾燥、加圧、切断という一連の工程をとるのが普
通であり、極板のエネルギー密度を高める目的で多孔度
を５０％以下にするという加圧の際極板において１％程
度の伸びが発生する。

この時基体中に活物質が均一に充填されていればこの伸
びも均一なものになるが、均一に充填されていないと伸
びが均一にならず、極板加圧の際、歪みや、反りが発生
するという問題点もある。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は前記問題点に鑑みなされたものであって、発泡
ニッケルや金属ａ維焼結体などの三次元多孔金属板より
なる電極基体への集電タブの溶接方法を改良し、高い生
産性と優れた信頼性を有する電池用を極の製法を提供す
るものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は三次元多孔金属板よりなる電極基体に、前記電
極基体に対して水平方向の超音波振動により集電タブを
溶接することを要旨とするものである。尚、この時電極
基体に対して５　ｋｇ　／　ｃｍ　２以上の超音波ホー
ンによる加圧下で溶接するのが望ましい、また集電タブ
を溶接する所定部分は、一旦活物質を充填した電極基体
から活物質を除去して形成しても良く、この所定部分は
超音波振動による活物質除去操作を行なうのが好適であ
る。

また更には、活物質を充填した電極基体に直接集電タブ
を溶接することも可爺であって、この時には活物質を充
填した電極基体に集電タブをｔｉ、置し、前記集電タブ
を載置した反対面の前記集電タブに対向する電極基体の
部分に超音波振動するホーンを押圧し、溶接するのが良
く、またこの時ホーンは活物質を充填した電極基体に接
触する以前に超音波振動を開始している事が好ましい。

（ホ）作用 溶接物である電極基体に集電タブを重ね合せ、加圧状態
で溶接物に対し水平方向に超音波振動を加えることで前
記溶接物間に発生する摩擦熱が金属同志を溶融、溶着さ
せる。また溶接の際、抵抗溶接の場合には夾雑物が入り
込んだり、残存しているとスパークして溶接不良となる
が、本発明の超音波による溶接法では夾雑物を超音波振
動で排出してしまうので、活物質の除去が完全でなくて
も十分侶頼性の高い溶接状１が得られる。本発明法によ
れば電極基体に活物質を充填する以前に集電タブ溶接部
を形成する必要がないので、活物質充填の均一性に優れ
、プレスした時反りなとが生じない。

くべ）実施例 実験例１ 第１表に活物質除去の程度と超音波溶接、抵抗溶接にお
ける集電タブ引張り強度（＃接強度）を比較した結果を
示す。用いた基体は日付け６５０ｇ／ｍ２、繊維径３０
μ、Ｍ＆維長３０ｍｍのニッケル繊維焼結体であり、充
填活物質は水酸化ニッケルを主成分としたものである。

超音波による活物質除去は周波数４０ＫＨｚ、振幅５０
μの振動を基体に与え行った。超音波による集１タブ溶
接はホー〉・による加圧を１０ｋｇ／ｃｍ２とし、周波
数２０ＫＨｚ、振幅４０μの超音波振動を基体に対し水
平方向に加え行い発振時間を０゜１秒とした。

（以下余白） 第１表 注１ニ一部基体に活物質の微量残留あり注２ニスパーク
による基体損傷発生 性３：活物質充填前に溶接 第１表より、超音波溶接によるものは活物質除去条件を
変化させても安定した溶接状態を保持することがわかる
。また引張りゃ度に蕩があるのは抵抗ｒＩＩ接が点溶接
であるのに対し、超計波溶接は面溶接になっていること
に基づくものである。

尚、超音波により活物質の除去を行なうと基体自身も損
傷を受けこの傾向は超「波発振時間が長いものほど大き
く、集電タブの溶接強度が低くなる。この傾向は超音波
溶接よりも抵抗溶接によく表われており、これは超音波
溶接は一旦こわれた基体が集電タブ溶接待再度溶着され
るので、強度低下が現われにくく抵抗溶接と差が出たと
考えられる。

尚、活物質を除去した電極基体に対し垂直方向の超音波
振動を与え溶接を試みたが、良好な結果は得られなかっ
た。

実験例２ 実験例１の場合と異なり電極基体より活物質が除去され
ていないと電極基体と集電タブとの間に夾雑物が存在し
、溶接しにくくなる。そこで第２表には、種々の条件を
設定し、活物質の除去並びに溶接状態について検討した
結果を示す。

（以下余白） ＷＪ２表 第２表において０″、○″、△″、 ×″はそれぞれ、きわめて良、良、可、不可を示す。こ
の結果より電極基体に対しホーンを水平振動させなから
集電タブをホーンが接する電極基体の反対面一ヒに配置
し、加圧しながら超音波溶接することが好適条件である
ことを見い出した。

尚、垂直振動によるものは、実験例１と同じく摩擦によ
る発熱匿が足りないため、溶接はできなかった。また、
集電タブが溶接きれた電極の活物質除去状態をｉ’ａす
ると、活物質が充填された電極基体において超音波振動
を電極基体に対し水平方向に与えるものは垂直方向に与
えるものに比ｔ〜、活物質の除去率が低く、特に加圧下
ではその傾向が著しいことがわかる。またホーンと基体
との間に集電タブが入ると、これがスクリーンとなって
活物質の除去率が低下するので、好ましくない。

実施例１ 目付６５０ｇ／ｍ２、多孔度９４％のニッケルｍｓ焼結
体を用い、水酸化ニッケル９５重量部水酸化コバルト５
重量部からなる活物質に、１％のヒドロキシプロピルセ
ルロース（ＲＰＣ）溶液を加えペースト状としたものを
充填、乾燥後、　１０００ｋｇ　／　ａＴｌ’で加圧す
る。この電極基体に対し周波数４０にＨｚ、振幅４０μ
の超音波振動を１秒間（＃％去開面積５×１０副与え活
物質を除去した後、ホーンによる加圧を１０ｋｇ　／（
１２と１２、周波数２０にＨｚ、振幅５０μ、発振時間
０．１秒の条件で水平方向の超音波振動を与え集電タブ
を溶接し、本発明電極Ａとした。

比較例１ 実施例１と同一基体に集電クブを抵抗溶接後、実施例１
に準し活物質を充填し、乾燥、加圧し比較電極Ｃとした
。

比較例２ 実施例１に準じ活物質除去を行ない１次いで抵抗溶接に
より集電タブを溶接し比較電極りとした。

実施例２ 実施例１と同様にして活物質を充填した電極基体の一方
の面上に集電タブを置き、他方の一方の面の電極基体上
方から電極基体に対して水平に振動している超音波ホー
ンを押しあて、電極基体を加圧し集電タブを超音波溶接
きせた。尚この時の条件はホーンによる加圧を５　ｋｇ
／ｃｍ２とし、超音波周波数２０ＫＨｚ、振幅５０μ、
２．５秒とした。これを本発明電極Ｂとした。

上記本発明電極Ａ、Ｂ比較電極Ｃ，Ｄについて集電タブ
の引張り強度、溶接不良発生率を測定し、結果を第３表
に示す。

第３表 尚、サンプル数は２００個にて行ったものである。第３
表の如く、本発明電極Ａ、Ｂは大きな集電クブ引張り強
度を有し、溶接不良発生がないものであり、高い信頼性
と高い生産性を併せもつものである。

また実施例において活物質充填後プレスを行ったものを
例示したが、これは非焼結式電極の充填密度を高め高エ
ネルギー密度化を計るためのものであり、必ずしも必要
なものではなく溶接効果において何ら影響を与えるもの
ではない。

次に超音波溶接の条件は実施例において周波数２０ＫＨ
ｚ、振幅５０μ、を１つの条件としているが、他の条件
でも可能であって何らこれらにおいて限定きれるもので
はない。

したがって種々の条件、更には基体損傷の影響を小びく
するため緩い条件の採用が可能である。

尚、振幅、振動数、発振時間を上げることは多量の摩擦
熱の発生を意味し、過剰の熱は基体の溶断を引き起こす
恐れがありかえって不都合である。

一方、溶接物に対する超音波ホーンによる加圧は大きな
影響があり４　ｋｇ／Ｃｍ’以下では数〜１０％程度の
溶接不良が発生し、更に３　ｋｇ／ｃｒｎ’ではほとん
ど溶接できなくなる。これは加圧がツノ＼さいと集電タ
ブと接触する基体の接触面積が小さくなって、発熱量が
小なく溶接できにくくなるためである。

更に、本発明電極Ａと本発明電極Ｂを対比すると集電タ
ブ引張り強度においては、本発明電極Ａが優れており、
これは基本と集電タブとの間の活物質の夾雑物が除去き
れているため、金属同志の密着性が向上したことに基づ
くものである。しかしながら工程所要時間に関して言え
ば、本発明電極Ａは完成ｔｗＡとする迄に活物質除去、
集電タブ溶接という２工程からなるため工程所要時間が
長くなるのに対し、本発明電極Ｂは活物質除去並びに集
電タブが一度に行なえ工程所要数が削減でき工程所要時
間が本発明層ｍＡに対し短くなるので、工程の高速化が
計れるという利点がある。

（ト）発明の効果 本発明の製法によれば、溶接強度に優れた三次元多孔金
属板を用いた電極が得られる。また、本発明製法を用い
れば、製造工程の簡略化が計れ高い信頼性と生産性を有
する電極が得られるものであり、その工業的価値はきわ
めて大きい。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元多孔金属板よりなる電極基体に、前記電極
   基体に対して水平方向の超音波振動により集電タブを溶
   接することを特徴とする電池用電極の製法。
2. （２）前記集電タブを溶接する所定部分は、一旦活物質
   を充填した電極基体から活物質を除去して形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電池用電
   極の製法。
3. （３）前記活物質を除去する方法が超音波振動により行
   なうことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の
   電池用電極の製法。
4. （４）前記水平方向の超音波振動により溶接する時、前
   記電極基体に対して５ｋｇ／■＾２以上の超音波ホーン
   による加圧下で溶接することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の電池用電極の製法。
5. （５）活物質を充填した電極基体に集電タブを載置し、
   前記集電タブを載置した反対面の前記集電タブに対向す
   る前記電極基体の部分に超音波振動するホーンを押圧し
   、溶接することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の電池用電極の製法。
6. （６）前記超音波振動するホーンが活物質を充填した電
   極基体に接触する以前に超音波振動を開始していること
   を特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の電池用電
   極の製法。