JP5078258B2 - 電池用極板及びそれを用いた電池の製造方法 - Google Patents
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Description
は、主に電池製造工程において上記セパレータとの対向領域に相当する部分である。
前記塗布工程の後、塗布された溶液を極板素体を積層した状態で乾燥させる乾燥工程を行う。
また、前記塗布工程では、染料又は顔料で着色された前記溶液を用いることが好ましい。
以上のような製造方法によって製造された電池用極板を、正極板又は負極板のうち少なくとも一方に用いて電池を製造する。
また、上記溶液は上述のとおり、樹脂が有機溶剤に溶解されているので、そのまま乾燥しても極板同士は接着されにくい。よって、切断した極板を積層したままの状態で極板の保管や電池製造装置内でのストックを実施できる。すなわち、乾燥のために一旦積層した極板群を一枚ずつに分離し、乾燥させてから保管等のために再度積層する必要がなく、工程の効率化を図ることができる。
更に、上記溶液にさらにカーボンブラック粒子を分散させて上記塗布工程を行うと、樹脂や有機溶剤は活物質の充填領域の内方側に浸透していくが、カーボンブラック粒子は外縁端部付近までしか浸透せずに留まって、カーボンブラック粒子の堆積層を形成するので、この堆積層が活物質の脱離抑制効果を高める。つまり、凝集力の優れたカーボンブラック粒子が活物質間に堆積され、堆積された当該粒子を樹脂が被覆した状態、もしくは当該粒子間に樹脂が浸透した状態で結着するために、活物質の脱離抑制効果がさらに増大する。特に、活物質にカドミウムが含まれる場合、上記効果によりカドミウムの離散を少なくできるので、クリーンな環境維持に要するコストも削減できる。また、上記カーボンブラック粒子は導電性を有するので当該粒子の介在により活物質間の導電性の向上効果も備える。
1.電池の製造方法
図1は本実施形態の製造方法に係る円筒型のニッケルカドミウム電池(以下、「電池」と記す。)100の概略製造工程図である。
正極1、負極2を図1(a)に示すように、ポリアミドなどからなるセパレータ3を介して対向させる。なお、上記負極板2の詳細に関しては後述する。
図1(c)のように、上記電極体4の一端面に沿って負極集電部21aを負極集電板8に溶接固定し、他端面に沿って正極集電部11aを正極集電板7に溶接固定後、負極集電板8を外装缶5の底部に当接させて電極体4を有底筒状の外装缶5に収納する。そして、正極集電板7がリード部71(図中矢印方向に折り曲げる)を介して封口蓋61に当接するように、当該封口蓋61を備える封口体6で外装缶5の開口部を封口する。このとき、封口体6を、絶縁体からなるガスケット(不図示)が配された状態でかしめ加工する。こうして、負極板2と外装缶5とが電気的に接続し、正極板1と正極端子62とが電気的に接続する。なお、電極体4には外装缶5に収納後に水酸化カリウム水溶液等のアルカリ電解液の注液を行う。
2.極板形成
上記負極板2の形成について図2を用いて具体的に説明すると、当該負極板2の形成は、極板素体を作製する素体作製工程と、極板素体を積層する積層工程と、その積層体に溶液を塗布する塗布工程と、塗布された積層体を乾燥させる乾燥工程とを順次行う。なお、本実施形態では、負極板2のみに活物質の脱離防止処理を施し、正極板1には公知の製造方法を用いるので説明は省略する。
このようにしてなる積層体200に対して次のような溶液塗布工程を行う。
この溶液浸透領域は、負極活物質22の充填領域における外縁部に対して溶液塗布を行うと、図4に示すように毛管現象により溶液が負極活物質22同士の間隙を浸入して形成される。つまり、上記積層体200において、外方に露出している部分だけを塗布するだけで、負極活物質22の充填領域における外縁部及びその近傍にまで浸透領域を確保できる。
以上のように、負極活物質22に上記溶液を塗布して浸透させて乾燥させることで、浸透領域に残存する樹脂によって負極活物質22間の結合力、及び導電芯体21に対する負極活物質22の接着性が高まる。それにより、負極活物質22の充填領域における外縁部及びその近傍は、その中央部と比較しても、結合力が大きく劣る状態にはならず、この負極板2を備えた電池100が外力を受けたり、又は充放電を繰り返して負極活物質22が膨潤しても、負極板2の端縁部から負極活物質22が脱離することを抑制できる。
3.確認実験
上述のような負極板2が有する効果を検証するため、以下に示す実験を行った。ただし、対象としたのは次の3種類の極板体である。
(参考例1a)上記実施形態に係る製造方法によって作製された負極板2
(比較例1)上記実施形態に係る製造方法によって作製された負極板素体20の負極活物質22の充填領域の外縁部にキシレンのみを塗布してなる負極板2a
(比較例2)上記実施形態に係る製造方法によって作製された負極板素体20
(参考例1b)上記参考例1aと異なり、キシレン樹脂濃度を5.0質量%として作製された負極板2b
(比較例3)上記参考例1aと異なり、キシレン樹脂濃度を2.5質量%として作製された負極板2c
上記比較例1及び参考例1b、比較例3の負極板2a、2b、2cに関しては、参考例1aとは塗布する溶液が異なるだけで、積層工程、乾燥工程、分離工程は参考例1aと同様にして形成している。また、塗布工程における塗布も同範囲に対して行っている。
(3−1)実験1
上記3種類の極板体に対して、上記実施形態の負極板2を5cmの高さから300回落下させることによって負極活物質22の脱離量を計測した。その結果は表1のとおりであり、表中の数値に関しては、比較例2(負極板素体20)における脱離量を1とした相対値で示している。
(3−2)実験2
次に、上記優位性を有する参考例1a、1bにおいて塗布される溶液中のキシレン樹脂濃度について検討する。本実験では、実験1とは異なる5種類のキシレン樹脂濃度の溶液を用いる。この溶液を積層体200に対して塗布し、極板素体を積層したまま乾燥した。この後極板素体同士が結着しているかどうか確認した。
効果を得ることができている点を勘案して、上記効果に関しては、キシレン樹脂濃度が5.0〜45.0質量%の範囲においても得ることができると思われる。
以上の効果は、上述のとおり負極板20の積層体200の側面部に溶液を塗布することで簡易に得られる。特に、上記効果を得るために、上記溶液にカーボンブラックのような染料や顔料などを溶解させて着色し、塗布工程の視認性を向上させて上記塗布の確実に実施することが望ましく、塗布の欠如などによる負極板2の作製歩留の低下を防ぐことができる。
(3−3)実験3
そこで、上記キシレン樹脂溶液に、さらに導電性粒子のカーボンブラックを分散させた溶液を塗布した負極板に対して上記実験1と同様の実験を行い、その効果について検討した。結果は表3のとおりである。なお、表3中に比較対象として上記参考例1a、比較例2の負極板を併記している。また、本実験で用いた負極板は以下のとおりである。
(実施例1)キシレン樹脂7.5質量%をキシレンに溶解させ、さらに、電気化学工業株式会社製のアセチレンブラック(製品名デンカブラック粒状)5.0質量%を分散させた溶液を使用した以外は参考例1aと同様にして作製された負極板202
また、上記アセチレンブラック粒子23は、既知のとおり、導電性粒子であるため、樹脂のみで負極活物質22を接着する場合と比較して、上記粒子23が含まれているほうが負極板2における導電性能も向上するため好ましい。
(3−4)実験4
上記キシレン樹脂溶液の代わりに、市販のマーキングペン用インキを用いて上記実験1及び実験2と同様の実験を行い、その効果について検討した。その種類は次のとおりである。なお、本実験において、実験1との相違点は塗布する溶液のみであり、それ以外は同様の製造工程を行っている。
(参考例2)寺西化学工業株式会社製の黒インキ(製品名マジックインキ)を塗布してなる負極板203
(参考例3)寺西化学工業株式会社製の赤インキ(製品名マジックインキ)を塗布してなる負極板204
(参考例4)寺西化学工業株式会社製の空色インキ(製品名マジックインキ)を塗布してなる負極板205
(参考例5)株式会社サクラクレパス製の赤インキ(製品名サクラマーカー)を塗布してなる負極板206
(比較例2)上記実験1に係る比較例2と同じ負極板素体20
これらの各種類に対する実験結果を表3に示す。
4.その他の事項
上記実施形態では負極板2のみに溶液を塗布しているが、正極板1に同様に塗布工程を施しても構わないし、正及び負の両極板に塗布工程を施しても構わない。
また、樹脂溶液を正負極あるいは製造される極板の仕様ごとに色を変えて着色しておけば、例えば外形状が同じで厚みのみが異なる極板同士の区別が容易となり、後工程での混入を防止することができる。
2 負極板
3 セパレータ
4 電極体
5 外装缶
6 封口体
20 負極板素体
21 導電基板
21a 負極板タブ
22 負極板活物質
100 ニッケルカドミウム電池
Claims (4)
- 芯体に活物質が充填されてなる極板素体に対して、樹脂が有機溶剤に溶解されてなる溶液であって、カーボンブラックを分散させた溶液を、前記活物質の充填領域の外縁部に塗布する塗布工程を含む電池用極板の製造方法であって、
前記塗布工程を、積層された複数の前記極板素体に対して実行し、
前記塗布工程の後、塗布された溶液を極板素体を積層した状態で乾燥させる乾燥工程を行い、
前記塗布工程で塗布する前記溶液の樹脂濃度を5質量%以上45質量%以下に設定することを特徴とする電池用極板の製造方法。 - 前記塗布工程では、染料又は顔料で着色された前記溶液を用いることを特徴とする請求項1に記載の電池用極板の製造方法。
- 前記塗布工程は、マーキング用インキを、積層された前記極板素体における前記活物質の充填領域の外縁部に塗布することを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の電池用極板の製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の製造方法によって製造された電池用極板を、正極板又は負極板のうち少なくとも一方に用いることを特徴とする電池の製造方法。
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