JP2003109587A - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
し、生産性に優れ、かつ内部短絡を防止した良好なアル
カリ蓄電池を提供する。 【解決手段】 3次元的に連なる空間を有する金属多孔
体基板に水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末を充
填し、加圧された正極板と負極板とを、セパレータを介
して相対向するようにした電極体を容器内に収納して、
このケース上部を封口板で密閉するアルカリ蓄電池にお
いて、前記正極板は活物質粉末を充填した後、少なくと
も2枚を重ねて加圧して1枚の正極板とされている。
Description
電池、ニッケル−カドミウム蓄電池に代表されるアルカ
リ蓄電池の高容量化と製造方法に関するものである。
化が急速に進む中、これらの電源として小型、且つ軽量
で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まり
つつある。市場では、特に高容量で、安価な二次電池が
要望されている。このため、ニッケル−水素蓄電池やニ
ッケル−カドミウム蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池
の高容量化とコストダウンと市場での信頼性向上が強く
要望されている。
ニッケルを主成分とする正極板と負極板とを、電気的に
絶縁するセパレータを介して相対向するようにして構成
した電極体を電池ケースに収納し、この電極体にアルカ
リ電解液が所定量注入された後、電池ケース上部を正・
負いずれか一方極の端子を兼ねた封口板で密閉して構成
される。
分とする活物質を水と水溶液性の結着剤とともに混練し
て活物質ペーストを作製し、これをニッケルからなる金
属多孔体に充填して乾燥した後、加圧して厚みを均一に
するとともに活物質の充填密度を高めていた。たとえ
ば、特開平9−106814号公報などに開示されてい
る。
質量を確保するために、ニッケルからなる金属多孔体の
厚みを増して、正極板を作製していた。
化をするために、上記従来の正極板を用いると、金属多
孔体の厚みを増すため、作製困難度が増し、コストアッ
プを招くとともに、正極はもともと曲げに対する変形の
自由度が少ない構造材料であるため、正極板作製工程に
おいて、金属多孔体のひび割れや破断、あるいは活物質
の剥離離脱が生じやすく、その結果、脱落した活物質が
正極板と負極板の間に介在しているセパレータを突き破
り、正極と負極の内部短絡を引き起こすという課題があ
った。
ーストの充填均一性が低下するため、活物質の充填が密
になっている部分では、正極板を加圧し所望の厚みにす
る際、発泡状金属多孔体にひび割れや破断が生じ、また
活物質の充填が疎になっている部分では、金属多孔体の
骨格が剥き出しになり、この破断した骨格や剥き出しに
なった骨格がセパレータを突き破ることによって、正極
板と負極板が接触するという内部短絡を引き起こすとい
う課題もあった。
キが浸透しにくく、内部骨格が細くなることにより、厚
型金属多孔体を用いると放電特性が低下する可能性があ
る。
に本発明のアルカリ蓄電池は、水酸化ニッケルを主成分
とする活物質を水と結着剤とともに混練して活物質ペー
ストを作製し、このペーストを3次元的に連なる空間を
有する帯状の金属多孔体に充填して電極を作製し、この
電極を少なくとも2枚を重ねて加圧し、1枚の電極とす
る。
枚の電極とするため、活物質ペーストを金属多孔体に充
填する際は、完成時に必要とされる活物質量を少なくと
も1/2に分割した活物質量にするとともに、金属多孔
体の厚みも必要容量となるように薄くするものである。
て相対向するようにして電極体を構成し、これをケース
に収納し、このケース内にアルカリ電解液を注入してケ
ースの上部を密閉したアルカリ蓄電池を構成するもので
ある。
容量まで活物質を充填することができ、同時に課題であ
った金属多孔体の破断、充填バラツキ増加を抑制するこ
とが可能となり、高容量化を達成することができ、特性
バラツキの少ない電池を設計することができる。
は、3次元的に連なる空間を有する金属多孔体基板に水
酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末を充填し、加圧
された正極板と負極板とを、セパレータを介して相対向
するようにした電極体を容器内に収納したアルカリ蓄電
池において、前記正極板は活物質粉末を充填した後、少
なくとも2枚を重ねて加圧した1枚の正極板を用いたも
のとした。
ことができるため、作製困難度を低減し、また活物質ペ
ーストを充填する際の充填均一性を向上するとともに、
金属多孔体のひび割れや破断を抑制することにより、正
極板と負極板の接触による内部短絡を抑制するととも
に、歩留りを向上する優れたアルカリ蓄電池を提供する
ことができる。
用いることが好ましい。発泡状金属ニッケルを用いるこ
とにより充放電特性や寿命特性が優れたアルカリ蓄電池
が得られる。
の製造方法は、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を
水と結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製する
工程と、前記活物質ペーストを3次元的に連なる空間を
有する金属多孔体基板に充填して正極板を形成する活物
質充填工程と、前記正極板を少なくとも2枚を重ねて加
圧し所望の厚みとする工程と、前記正極板と負極板とを
セパレータを介して相対向するようにして電極体を構成
する工程と、前記電極体を容器内に収納し、蓋体を密閉
する工程とを有するものである。
00μm〜800μmであり、前記正極板に使用する金
属多孔体の厚みが0.5mm〜3.0mmであり、金属
多孔体の目付が100g/m2〜800g/m2である
と、正極を2枚以上重ねて加圧しても、活物質が極板か
ら脱落することが殆どなく、より好ましい。
には、ロールの径がφ300mm〜800mmのロール
プレス機を用いて5MPa〜100MPaの加圧力でプ
レスするのが好ましい。
剤としてカルボキシメチルセルロース0.2重量%と、
全ペーストの20〜24重量%となるように水を加え練
合して活物質ペーストを作製した。
を有し、1.15mmの厚みを持つ帯状の金属多孔体に
充填して乾燥して活物質充填基板1を作製した後、図1
に示すように、上側・下側に鋼製の直径450mmのプ
レスローラ2を配置し、上側・下側のプレスローラ2の
間隔を1.1mmにして配置し、この配置したプレスロ
ーラ2間に活物質充填基板1を2枚重ねて通過させ、3
0〜40MPaの圧力で加圧することにより、厚み1.
28mmの1枚極板(電極基板3)を作製した。
池の設計に合わせて裁断後の極板の寸法を高さ54mm
×幅15mmとした。さらに、集電用のニッケルリード
4aを溶接し、図2に示すような正極板4を作製した。
た。ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ5を熱
溶着により袋状に成型した内部に正極板4を収納した。
素吸蔵合金粉末に水とカルボキシメチルセルロースとS
BR(スチレン−ブタジエン共重合体)と導電剤である
カーボンを加えてペースト状にし、鉄にニッケルメッキ
を施したパンチングメタル芯材の両面に塗布し、これを
乾燥、プレス圧延後、長さ113mm×幅15mmの大
きさに切断し、負極板6とした。
負極板6を2枚とをお互いに対向するように組み合わせ
て積層するとともに、その際、負極板6を二つに折り曲
げて、その間にセパシール済み正極板4を挟み込むよう
に構成し、正極板どうしが通電するようにリード部分の
溶接を行い電極体を作製した。
ス7内に収納し、6NのKOHと1NのLiOHからな
るアルカリ電解液を注液後、上部を蓋体8で密閉し、理
論容量1350mAhの本発明の実施例の角型ニッケル
−水素蓄電池Aを100個作製した。この電池Aの半裁
断面図を図3に示す。
のと同様に、正極活物質ペーストを作製した。
を有し、2.3mmの厚みを持つ帯状の発泡状金属多孔
体に充填して乾燥して物質充填基板9を作製した後、図
4に示すように、上側・下側に鋼製の直径450mmの
プレスローラ10を配置し、上側・下側のプレスローラ
10の間隔を1.1mmにして配置し、この配置したプ
レスローラ10間に活物質充填基板9を通過させること
により、厚み1.28mmの電極基板11を作製した。
様に、裁断、集電用のニッケルリード溶接後、ポリプロ
ピレン製不織布からなるセパレータを熱溶着により袋状
に成型した内部に収納し、正極板を作製した。
法で作製した。
同様の方法で、構成して電極体を作製し、角型ケースに
収納した。実施例と同様にアルカリ電解液を注液後、封
口を行い、理論容量1350mAhの比較例の角型ニッ
ケル−水素蓄電池Bを100個作製した。
それぞれ100個分解して、正極発泡状金属多孔体のひ
び割れ、破断発生率と正極活物質脱落発生率および正極
板の活物質充填量バラツキを調査した。
金属多孔体のひび割れと破断の発生率が2.0%あり、
また正極活物質の脱落発生率が3.0%もあるが、実施
例は0.0%と極めて良好である。また、正極活物質の
充填量バラツキは、比較例が5.0%で、実施例が2.
0%と、実施例の方が比較例より正極活物質の充填量バ
ラツキが3.0%も少なくなっている。
電極体を構成する角型電池だけでなく、捲回状に電極体
を構成する円筒型電池、ポケット式等の幅広いアルカリ
蓄電池、及び鉛蓄電池にも応用することができる。
用いる発泡状金属多孔体の厚みを薄くすることができ、
これにより金属多孔体自体の作製が容易になるとともに
コストを抑えることができる。また発泡状金属多孔体の
厚みを薄くすることにより、活物質ペーストを充填する
際に充填性が向上し、金属多孔体のひび割れや破断を減
少させるとともに、活物質の剥離離脱を抑制することが
できる。これにより、金属多孔体による内部短絡、活物
質脱落による内部短絡を抑制することができる。
高容量タイプの電池においても、生産時の工程不良を大
幅に低減し、高生産性、歩留り向上を達成することがで
きる。
成型する仕組みの模式図
図
Claims (3)
- 【請求項1】3次元的に連なる空間を有する金属多孔体
基板に水酸化ニッケルを主成分とする活物質粉末を充填
し、加圧された正極板と負極板とを、セパレータを介し
て相対向するようにした電極体を容器内に収納したアル
カリ蓄電池において、前記正極板は活物質粉末を充填し
た後、少なくとも2枚を重ねて加圧した1枚の正極板を
用いたアルカリ蓄電池。 - 【請求項2】金属多孔体が発泡状金属ニッケルである請
求項1記載のアルカリ蓄電池。 - 【請求項3】水酸化ニッケルを主成分とする活物質を水
と結着剤とともに混練して活物質ペーストを作製する工
程と、前記活物質ペーストを3次元的に連なる空間を有
する金属多孔体基板に充填して正極板を形成する活物質
充填工程と、前記正極板を少なくとも2枚を重ねて加圧
し1枚の正極板にする工程と、前記正極板と負極板とを
セパレータを介して相対向するようにして電極体を構成
する工程と、前記電極体を容器内に収納しする工程とを
備えることを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
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