ペースト式極板の製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池
【課題】多孔シートに活物質を充填塗布してなるペースト式極板およびそれを用いたアルカリ蓄電池において、樹脂と極板端面との十分な接着強度が得られ、樹脂による極板間の隙間を無くし、且つ、極板の端面から活物質の剥離・脱落防止を無くすアルカリ電池用極板を提供する。
【解決手段】多孔シート１１に活物質１２を充填塗布してなるペースト式極板１およびそれを用いたアルカリ蓄電池において、金型２成形により極板の活物質層の両切断端面にのみ樹脂を固着させる。
【解決手段】多孔シート１１に活物質１２を充填塗布してなるペースト式極板１およびそれを用いたアルカリ蓄電池において、金型２成形により極板の活物質層の両切断端面にのみ樹脂を固着させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔シートに活物質を充填塗布してなるペースト式極板およびそれを用いたアルカリ蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル・カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板と負極板のそれぞれ複数枚をセパレータを介して互いに積層し、これを電槽に収納して製造される。カドミウム極としてペースト式極板が広く使用されており、カドミウム極の製造方法として次の方法が知られている。まず、酸化カドミウムを主体とする活物質粉末などを有機粘結剤、ナイロン繊維などの補強材、エチレングリコールなどの有機溶媒と共に混練して、ペースト状とする。次に、このペーストを、ニッケルめっきを施した長尺の有孔薄鋼板などの多孔シートの両面に塗着・乾燥し、電池種別に応じて所望の寸法に切断してペースト状負極板を形成する。
【０００３】
ニッケル・カドミウム蓄電池に使用されているペースト式負極板のように、多孔シートに活物質ペーストを単に塗布した構造である極板は、活物質の接着強度が弱く、非常に剥離や脱落が起き易い。特に、ベント形蓄電池に使用する場合、充電末期に負極板からガスの発生が起きるため、使用中に活物質が多孔シートより剥離や脱落し、早期寿命に至ってしまっていた。
【０００４】
そこで、ホットメルト溶液が貯留された溶液層を備えた転写ロールを用いて、極板の端部をコ字状のホットメルトで薄く均一に覆う方法（特許文献１）が行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の方法は、極板の端部にコ字状にホットメルトを被覆するもので、活物質の剥離や脱落防止についての一応の効果は認められたが、十分な接着強度を得るに至らなかった。また、端部にコ字状に樹脂を被覆するため、樹脂を薄く形成しても樹脂の厚みにより極板とセパレータの間に隙間が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
極板とセパレータの間に隙間が生じるということは、両者の密着性が低下し、蓄電池の内部抵抗の上昇と蓄電池容量の低下を引き起こすことになってしまう。
【０００８】
このような背景の下、樹脂と極板端面との十分な接着強度が得られ、樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くし、且つ、極板の端面から活物質の剥離・脱落防止を無くす極板を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、多孔シートに活物質層を塗着・乾燥して構成されたペースト式極板において、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、金型成形により極板の切断端面のみに樹脂を固着することができるので、樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くすことができると共に、樹脂と極板との密着強度を向上することができ、活物質の剥離や脱落を無くすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
極板は活物質粉末を有機粘結剤、補強材、有機溶媒とともに混練してペースト状とし、このペーストをニッケルめっきを施した有孔薄鋼板などの多孔シートの両面に塗着した後、乾燥・加圧プレスして所望の寸法に切断して作製される。
【００１２】
そして、コの字状に形成された金型にホットメルト樹脂を流し込み、極板の切断端面にのみ樹脂を固着し、乾燥させる。ホットメルト樹脂はポリプロピレンを主成分とした樹脂であり、１００〜１８０℃で加熱溶融され流動性となり、常温では固体状となっている。図１は金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる一実施の形態である。１は極板で多孔シート１１とこの多孔シート１１の両面に充填塗布された活物質層１２からなる。２は極板１の切断端部周囲に配した金型、３はホットメルト樹脂の固着部、ｂは該固着部 ３の固着厚みである。金型２には注入口２１が形成され、該注入口２１からホットメルト樹脂が加圧注入されて、極板１の切断端部のみにホットメルト樹脂が施され固着する。
【実施例】
【００１３】
活物質として酸化カドミウム粉末を用い、これを有機粘結剤としてのポリビニルアルコールと補強材としてのナイロン短繊維と有機溶媒としてのエチレングリコールと共に混練してペースト状とし、このペースト状活物質をニッケルめっきした有孔薄鋼板からなる長尺の多孔シートの長尺方向の両面に塗布乾燥して該多孔シートに活物質層と活物質を塗布しない無地部を形成し、その長さ方向を適当な寸法に切断し、無地部の一部を除いて切り欠き、該残った一部を耳部としたペースト式カドミウム負極板を作製した。
【００１４】
作製した負極板の切断された活物質の存在する両切断端面にのみ金型成形によりポリプロピレンを主成分としたホットメルト樹脂を固着させて、図２に示す様に切断端面に厚み０．５ｍｍの樹脂の固着部３を有するペースト式カドミウム負極板１を得た。図中図１と同じ部材は同じ符号で示した。１３は切断端面、１４は耳部である。なお、ホットメルト樹脂を固着させる部分は活物質層の両切断端面のみで良いが、本実施例では活物質層の塗布幅のバラツキを考慮して無地部にも金型の空間がかかるようにしので、図１に示す様に無地部にもホットメルト樹脂が固着される。
【００１５】
（比較例１）
比較例１として図３に示す様に、極板１の切断端面１３のみならずその表裏面を含む周縁部に樹脂の固着部３が形成される様にした金型２を用いた以外は実施例１と同様にしてペースト式カドミウム負極板を作製した。この時の樹脂固着部の切断端面における厚みｂは０．５ｍｍ、極板の表裏面における樹脂固着部の厚みａは０．０５ｍｍ、該表裏面における固着部の幅ｃは３ｍｍとした。
【００１６】
（比較例２）
次に比較例２として、ホットメルト樹脂を公知のローラー転写方式により負極板の切断端面のみならず表裏面を含む周縁部をコの字状に被覆した以外は実施例1と同様にてペースト式カドミウム負極板を作製した。なお、ホットメルト樹脂の固着厚みおよび固着幅は比較例１と同様に、切断面側の固着厚み０．５ｍｍ、極板表面側の固着厚み０.０５ｍｍ、極板表面側の固着幅３ｍｍとした。
【００１７】
（従来例）
従来例としては、ホットメルト等の樹脂を負極板の切断端部に固着させない以外は実施例と同様にペースト式カドミウム負極板を作製した。
【００１８】
上記の実施例および比較例１、２で作製した各ペースト式カドミウム負極板を、環境温度２５℃、ＫＯＨ水溶液中において、対極としてニッケル板を用いて、−１．６５Ｖ（対ニッケル板）になるまで充電し、１．５Ｖ（対ニッケル板）になるまで放電する充放電を５０回繰り返し、活物質の剥離や脱落の有無を観察した。その結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
表１に示すように金型成形により樹脂を固着させた本実施例および比較例１においては樹脂の剥離や脱落不良は見られなかった。実施例のように極板の端部にのみ固着させた場合でも樹脂の剥離や脱落不良は確認されなかった。これは、樹脂に圧力をかけて金型に送り込むため、基板表面より僅かであるが内部まで樹脂が入り込み固着することで、樹脂と負極板との接着強度が向上したためである。なお、ローラー転写方式を用いた比較例２では樹脂の剥離や脱落不良が確認された。
【００２１】
次に、実施例および比較例１、２、従来例で作製した各ペースト式カドミウム負極板を公知の方法で作製した焼結式ニッケル正極板とセパレータを介して交互に積層した極板群を電槽に収納して公称容量４０Ａｈの開放形ニッケル・カドミウムアルカリ蓄電池（本発明電池、比較電池１、２、従来電池）を作製し、各蓄電池を、環境温度２５℃において、放電深度６０％で充放電を繰り返したときの寿命に至るまでの回数を測定した。なお、充放電とも０・２５ＣＡの電流で行い、充電量は放電量の１．４倍とし、定格容量の６０％に低下した時を寿命とし、５０回毎に容量を確認した。
【００２２】
また、各蓄電池を環境温度２５℃において、充電電流を０.１ＣＡで１５時間充電した後、放電電流を１ＣＡで１Ｖまで放電した時の持続時間を確認した。表２には、寿命に至った充放電回数と持続時間を示した。なお、持続時間は従来電池を１００とした時の従来電池に対する相対比で表したものである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
本発明電池は比較電池２および従来電池に比し長寿命であることが分かる。また持続時間は、本発明電池において従来電池と同等の結果を得ることができたが、比較電池１や２において若干低下している。これはホットメルトを極板表面にも固着させているため、活物質と電解液との反応面積が少なくなり利用率が低下したものと考えられる。
【００２５】
以上の結果より、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することで樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くすことができると共に、樹脂と極板との密着強度を向上することができ、活物質の剥離や脱落を無くすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる一実施形態を示す説明図。
【図２】ホットメルト樹脂形成後の極板の正面図。
【図３】金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる比較例を示す説明図。
【符号の説明】
【００２７】
１ 極板
１１ 多孔シート
１２ 活物質層
２ 金型
３ 固着部
３１ 注入口
ａ 極板表面側塗布厚み
ｂ 極板端面側の塗布厚み
ｃ 極板表面側塗布幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔シートに活物質を充填塗布してなるペースト式極板およびそれを用いたアルカリ蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル・カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板と負極板のそれぞれ複数枚をセパレータを介して互いに積層し、これを電槽に収納して製造される。カドミウム極としてペースト式極板が広く使用されており、カドミウム極の製造方法として次の方法が知られている。まず、酸化カドミウムを主体とする活物質粉末などを有機粘結剤、ナイロン繊維などの補強材、エチレングリコールなどの有機溶媒と共に混練して、ペースト状とする。次に、このペーストを、ニッケルめっきを施した長尺の有孔薄鋼板などの多孔シートの両面に塗着・乾燥し、電池種別に応じて所望の寸法に切断してペースト状負極板を形成する。
【０００３】
ニッケル・カドミウム蓄電池に使用されているペースト式負極板のように、多孔シートに活物質ペーストを単に塗布した構造である極板は、活物質の接着強度が弱く、非常に剥離や脱落が起き易い。特に、ベント形蓄電池に使用する場合、充電末期に負極板からガスの発生が起きるため、使用中に活物質が多孔シートより剥離や脱落し、早期寿命に至ってしまっていた。
【０００４】
そこで、ホットメルト溶液が貯留された溶液層を備えた転写ロールを用いて、極板の端部をコ字状のホットメルトで薄く均一に覆う方法（特許文献１）が行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の方法は、極板の端部にコ字状にホットメルトを被覆するもので、活物質の剥離や脱落防止についての一応の効果は認められたが、十分な接着強度を得るに至らなかった。また、端部にコ字状に樹脂を被覆するため、樹脂を薄く形成しても樹脂の厚みにより極板とセパレータの間に隙間が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
極板とセパレータの間に隙間が生じるということは、両者の密着性が低下し、蓄電池の内部抵抗の上昇と蓄電池容量の低下を引き起こすことになってしまう。
【０００８】
このような背景の下、樹脂と極板端面との十分な接着強度が得られ、樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くし、且つ、極板の端面から活物質の剥離・脱落防止を無くす極板を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、多孔シートに活物質層を塗着・乾燥して構成されたペースト式極板において、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、金型成形により極板の切断端面のみに樹脂を固着することができるので、樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くすことができると共に、樹脂と極板との密着強度を向上することができ、活物質の剥離や脱落を無くすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
極板は活物質粉末を有機粘結剤、補強材、有機溶媒とともに混練してペースト状とし、このペーストをニッケルめっきを施した有孔薄鋼板などの多孔シートの両面に塗着した後、乾燥・加圧プレスして所望の寸法に切断して作製される。
【００１２】
そして、コの字状に形成された金型にホットメルト樹脂を流し込み、極板の切断端面にのみ樹脂を固着し、乾燥させる。ホットメルト樹脂はポリプロピレンを主成分とした樹脂であり、１００〜１８０℃で加熱溶融され流動性となり、常温では固体状となっている。図１は金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる一実施の形態である。１は極板で多孔シート１１とこの多孔シート１１の両面に充填塗布された活物質層１２からなる。２は極板１の切断端部周囲に配した金型、３はホットメルト樹脂の固着部、ｂは該固着部 ３の固着厚みである。金型２には注入口２１が形成され、該注入口２１からホットメルト樹脂が加圧注入されて、極板１の切断端部のみにホットメルト樹脂が施され固着する。
【実施例】
【００１３】
活物質として酸化カドミウム粉末を用い、これを有機粘結剤としてのポリビニルアルコールと補強材としてのナイロン短繊維と有機溶媒としてのエチレングリコールと共に混練してペースト状とし、このペースト状活物質をニッケルめっきした有孔薄鋼板からなる長尺の多孔シートの長尺方向の両面に塗布乾燥して該多孔シートに活物質層と活物質を塗布しない無地部を形成し、その長さ方向を適当な寸法に切断し、無地部の一部を除いて切り欠き、該残った一部を耳部としたペースト式カドミウム負極板を作製した。
【００１４】
作製した負極板の切断された活物質の存在する両切断端面にのみ金型成形によりポリプロピレンを主成分としたホットメルト樹脂を固着させて、図２に示す様に切断端面に厚み０．５ｍｍの樹脂の固着部３を有するペースト式カドミウム負極板１を得た。図中図１と同じ部材は同じ符号で示した。１３は切断端面、１４は耳部である。なお、ホットメルト樹脂を固着させる部分は活物質層の両切断端面のみで良いが、本実施例では活物質層の塗布幅のバラツキを考慮して無地部にも金型の空間がかかるようにしので、図１に示す様に無地部にもホットメルト樹脂が固着される。
【００１５】
（比較例１）
比較例１として図３に示す様に、極板１の切断端面１３のみならずその表裏面を含む周縁部に樹脂の固着部３が形成される様にした金型２を用いた以外は実施例１と同様にしてペースト式カドミウム負極板を作製した。この時の樹脂固着部の切断端面における厚みｂは０．５ｍｍ、極板の表裏面における樹脂固着部の厚みａは０．０５ｍｍ、該表裏面における固着部の幅ｃは３ｍｍとした。
【００１６】
（比較例２）
次に比較例２として、ホットメルト樹脂を公知のローラー転写方式により負極板の切断端面のみならず表裏面を含む周縁部をコの字状に被覆した以外は実施例1と同様にてペースト式カドミウム負極板を作製した。なお、ホットメルト樹脂の固着厚みおよび固着幅は比較例１と同様に、切断面側の固着厚み０．５ｍｍ、極板表面側の固着厚み０.０５ｍｍ、極板表面側の固着幅３ｍｍとした。
【００１７】
（従来例）
従来例としては、ホットメルト等の樹脂を負極板の切断端部に固着させない以外は実施例と同様にペースト式カドミウム負極板を作製した。
【００１８】
上記の実施例および比較例１、２で作製した各ペースト式カドミウム負極板を、環境温度２５℃、ＫＯＨ水溶液中において、対極としてニッケル板を用いて、−１．６５Ｖ（対ニッケル板）になるまで充電し、１．５Ｖ（対ニッケル板）になるまで放電する充放電を５０回繰り返し、活物質の剥離や脱落の有無を観察した。その結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
表１に示すように金型成形により樹脂を固着させた本実施例および比較例１においては樹脂の剥離や脱落不良は見られなかった。実施例のように極板の端部にのみ固着させた場合でも樹脂の剥離や脱落不良は確認されなかった。これは、樹脂に圧力をかけて金型に送り込むため、基板表面より僅かであるが内部まで樹脂が入り込み固着することで、樹脂と負極板との接着強度が向上したためである。なお、ローラー転写方式を用いた比較例２では樹脂の剥離や脱落不良が確認された。
【００２１】
次に、実施例および比較例１、２、従来例で作製した各ペースト式カドミウム負極板を公知の方法で作製した焼結式ニッケル正極板とセパレータを介して交互に積層した極板群を電槽に収納して公称容量４０Ａｈの開放形ニッケル・カドミウムアルカリ蓄電池（本発明電池、比較電池１、２、従来電池）を作製し、各蓄電池を、環境温度２５℃において、放電深度６０％で充放電を繰り返したときの寿命に至るまでの回数を測定した。なお、充放電とも０・２５ＣＡの電流で行い、充電量は放電量の１．４倍とし、定格容量の６０％に低下した時を寿命とし、５０回毎に容量を確認した。
【００２２】
また、各蓄電池を環境温度２５℃において、充電電流を０.１ＣＡで１５時間充電した後、放電電流を１ＣＡで１Ｖまで放電した時の持続時間を確認した。表２には、寿命に至った充放電回数と持続時間を示した。なお、持続時間は従来電池を１００とした時の従来電池に対する相対比で表したものである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
本発明電池は比較電池２および従来電池に比し長寿命であることが分かる。また持続時間は、本発明電池において従来電池と同等の結果を得ることができたが、比較電池１や２において若干低下している。これはホットメルトを極板表面にも固着させているため、活物質と電解液との反応面積が少なくなり利用率が低下したものと考えられる。
【００２５】
以上の結果より、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することで樹脂による極板とセパレータ間の隙間を無くすことができると共に、樹脂と極板との密着強度を向上することができ、活物質の剥離や脱落を無くすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる一実施形態を示す説明図。
【図２】ホットメルト樹脂形成後の極板の正面図。
【図３】金型成形によりホットメルト樹脂を極板に固着させる比較例を示す説明図。
【符号の説明】
【００２７】
１ 極板
１１ 多孔シート
１２ 活物質層
２ 金型
３ 固着部
３１ 注入口
ａ 極板表面側塗布厚み
ｂ 極板端面側の塗布厚み
ｃ 極板表面側塗布幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔シートにペースト状活物質を塗着・乾燥して構成されたペースト式極板において、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することを特徴とするペースト式極板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法により得た極板を用いたアルカリ蓄電池。
【請求項１】
多孔シートにペースト状活物質を塗着・乾燥して構成されたペースト式極板において、金型成形により極板の切断端面にのみ樹脂を固着することを特徴とするペースト式極板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法により得た極板を用いたアルカリ蓄電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２３６８６５（Ｐ２００６−２３６８６５Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５２０３５（Ｐ２００５−５２０３５）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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