JP4474148B2 - アルカリ二次電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、上述したように金属テープを介して端子を集電材にスポット溶接すればそのスポット溶接時における溶接箇所周囲の骨格が局部的に座屈や折損を起こすことはないけれども、集電材に金属テープをスポット又はナゲット溶接する際にそのスポット溶接される部分における集電材が部分的に押しつぶされ、その溶接箇所周囲における集電材の骨格が局部的に座屈や折損を起こす未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、端子と集電材の溶接強度を向上させ、効率的に集電することにより放電特性を向上し得るアルカリ二次電池用電極及びその製造方法を提供することにある。
請求項2に係る発明は、図3に示すように、ニッケルメッキが施された不織布を切断して帯状の集電材11を得る工程と、1又は2以上の正極又は負極端子12a,12bの一部又は全部にエンボス加工による凹凸を形成する工程と、1又は2以上の正極又は負極端子12a,12bの凹凸が形成された部分を集電材11に超音波溶接する工程と、エンボス加工による凹凸が形成された金属テープ13を集電材11に超音波溶接する工程とを含み、金属テープ13を介して1又は2以上の正極又は負極端子12a,12bを集電材11に超音波溶接することを特徴とするアルカリ二次電池用電極の製造方法である。
この請求項1に記載されたアルカリ二次電池用電極及び請求項2に記載されたアルカリ二次電池用電極の製造方法では、集電材11に1又は2以上の正極又は負極端子12a,12bを超音波溶接することにより、集電体の骨格素材である樹脂の溶融を防止する。そして、端子12a,12bの集電材11に溶接される部分に凹凸を形成することにより、超音波振動を有効に熱に変換してその溶接を可能にする。
この場合、集電材の厚さは0.3〜2.0mmであって、エンボス加工により形成された凹凸の深さは1又は2以上の正極又は負極端子の厚さよりも深く形成され、かつ凹凸の深さは0.1mm以上集電材の厚さ以下であれば、集電材の3次元網状構造をあまり押しつぶすことなく、端子の集電材への溶接を可能にすることができる。そして、エンボス加工による凹凸が形成された金属テープを介して1又は2以上の正極又は負極端子を集電材に超音波溶接すれば、その放電特性を向上させることができる。
図1及び図3に示すように、本発明のアルカリ2次電池用電極10a,10bは3次元網状構造体からなる集電材11を備える。この実施の形態における集電材11は、ポリオレフィン系繊維又はポリアミド樹脂系繊維のいずれか一方又は双方で構成された不織布を親水化処理し、その親水化処理された不織布をニッケルめっき処理して作られる。ポリオレフィン系繊維又はポリアミド樹脂系繊維のいずれか一方又は双方で構成された不織布を使用するのは、ポリオレフィン系繊維及びポリアミド樹脂系繊維自体がすでに電池のセパレータとして使用されている実績があり、20〜35重量%KOH水溶液と接触してもポリオレフィン系繊維及びポリアミド樹脂系繊維は溶解しないため物性の変化がなく、耐アルカリ性が優れており、非常に安価に購入できて汎用性が高いからである。
<実施例1>
集電材11の幅方向の一方の側部の片面に金属テープ13を超音波溶接し、その金属テープ13を介して端子12を超音波溶接した電極を得た。集電材は不織布を親水化処理し、その親水化処理された不織布をニッケルめっき処理して作った。集電材11の厚さtは0.8mmであって、金属テープ13は厚さが0.1mmのニッケル箔である。金属テープ13にはエンボス加工により凹凸を形成し、その凹凸の深さhは集電材11の厚さt以下である0.2mmに形成して。このようにエンボス加工による凹凸を形成した金属テープ13は、集電材11の幅方向の一方の側部の片面に超音波溶接した。超音波溶接は、その周波数が10〜60kHzの範囲内であり、超音波溶接の出力は0.2〜50kWの範囲内で行った。次に端子として縦15mm、横4mmであって厚さが0.2mmのニッケル片を準備した。このニッケル片の一端に金属テープ13に形成した凹凸と同一の凹凸をエンボス加工により形成し、そのニッケル片の一端を金属テープに重ねて超音波溶接し、本発明の電極とした。この電極を実施例1とした。
実施例1と同一の集電材11の幅方向の一方の側部の片面に金属テープ13をシーム溶接し、その金属テープ13を介して実施例1と同一の端子12をスポット溶接した電極を得た。金属テープとして、目付500g/m2のニッケル網からなり幅が4mmのものを使用した。シーム溶接は幅4mmの溶接ロールを用いて行い、溶接電圧1.6vであって、溶接時間が2msec、溶接速度が15mm/secの条件で行った。端子のスポット溶接は、ニッケル片からなる端子の一端を金属テープに重ねて70w・secの溶接条件で2カ所スポット溶接して電極とした。この電極を比較例1とした。
実施例1と同一の集電材11とニッケル片の一端にエンボス加工により実施例1と同様に凹凸を形成した実施例1と同一の端子を準備した。そして、端子12であるそのニッケル片の一端を金属テープに重ねて超音波溶接し、本発明の電極とした。超音波溶接は、その周波数が10〜60kHzの範囲内であり、超音波溶接の出力は0.2〜50kWの範囲内で行った。この電極を実施例2とした。
<比較例2>
実施例2と同一の集電材11と端子を準備した。但し、端子にはエンボス加工による凹凸を形成することなく、その端子を集電材に直接スポット溶接して電極を得た。端子のスポット溶接は、ニッケル片からなる端子の一端を集電材11に重ねて70w・secの溶接条件で2カ所スポット溶接して電極とした。この電極を比較例2とした。
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2におけるそれぞれの電極の集電材と端子との間の抵抗値を測定した。抵抗値の測定は、抵抗測定器(日置製作所社製、ミリオームハイテスタ)を使用して行った。この抵抗値の測定した結果を表1に示す。
<比較試験2>
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2におけるそれぞれの電極を用いてSub−C型の円筒型ニッケル水素電池を得た。このアルカリ二次電池であるニッケル水素電池の放電容量を0.2C,1C,5Cの場合に分けてそれぞれ測定した。この放電容量の測定した結果を表1に示す。
表1の結果から明らかなように、抵抗値において実施例1は比較例1に比較して優れており、実施例2は比較例2に比較して優れていることが判る。これは、比較例1及び2がスポット溶接により端子を溶接しているのに対して、実施例1及び2は超音波溶接により端子を溶接しているので、集電体の骨格素材である樹脂の溶融を防止され、集電材11の3次元網状構造を押しつぶすことなく端子12a,12bが集電材11に溶接された結果と考えられる。ここで、実施例1は実施例2に比較して抵抗値が更に低く優れているのは、実施例1では金属テープを介して集電材に端子を溶接しているためと考えられる。
また、表1の結果から放電容量において実施例1は比較例1に比較して優れており、実施例2は比較例2に比較して優れていることが判る。これは、比較例1及び2がスポット溶接により端子を溶接しているのに対して、実施例1及び2は超音波溶接により端子を溶接しているので、比較例1及び2では集電材のスポット溶接される溶接箇所周囲の骨格が局部的に座屈や折損を起こしたことによるものと考えられる。
12a 正極端子
12b 負極端子
13 金属テープ
t 集電材の厚さ
h エンボス加工により形成された凹凸の深さ
d1 正極又は負極端子の厚さ
Claims (2)
- ニッケルメッキが施された不織布から構成され正極又は負極活物質が充填された帯状の集電材(11)と、前記集電材(11)に超音波溶接された1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)とを備えたアルカリ二次電池用電極であって、
前記1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)の前記集電材(11)に溶接された部分にエンボス加工による凹凸が形成され、
前記集電材(11)の厚さ(t)は0.3〜2.0mmであって、前記エンボス加工により形成された凹凸の深さ(h)は前記1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)の厚さ(d 1 )以上であって前記集電材(11)の厚さ(t)以下であり、
前記エンボス加工による凹凸が形成された金属テープ(13)を介して前記1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)が前記集電材(11)に超音波溶接された
ことを特徴とするアルカリ二次電池用電極。 - ニッケルメッキが施された不織布を切断して帯状の集電材(11)を得る工程と、
1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)の一部又は全部にエンボス加工による凹凸を形成する工程と、
前記1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)の前記凹凸が形成された部分を前記集電材(11)に超音波溶接する工程と、
前記エンボス加工による凹凸が形成された金属テープ(13)を前記集電材(11)に超音波溶接する工程とを含み、
前記金属テープ(13)を介して1又は2以上の正極又は負極端子(12a,12b)を前記集電材(11)に超音波溶接することを特徴とするアルカリ二次電池用電極の製造方法。
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