JP2008181825A - Nickel electrode for alkaline batteries - Google Patents
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Abstract
【課題】不織布表面に導電性を付与した後ニッケルの電解めっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の活物質を保持させる集電体のニッケル量を320〜100g/m2好ましくは250〜150g/m2になるよう減らした集電体の溶接による端子取出しを容易にして、優れた放電特性を確保する。
【解決手段】不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部を残し、その部分を端子取付け部とする。なお、タブレス方式ではニッケル極の断面部に直接端子を取付ける。この場合、ニッケル量は320〜200g/m2になるようにめっきされている。
【選択図】なしA 320~100g the amount of nickel active material is thereby collector holds the electrolytic plating conducted with resultant porous nickel current collector of nickel after imparting conductivity to the nonwoven surface / m 2 preferably 250 The terminal removal by welding of the current collector reduced to ˜150 g / m 2 is facilitated to ensure excellent discharge characteristics.
After imparting conductivity to the surface of the nonwoven fabric, the peripheral portion of the porous nickel current collector obtained by performing electrolytic nickel plating is left, and that portion is used as a terminal mounting portion. In the tabless method, the terminal is directly attached to the cross section of the nickel electrode. In this case, the nickel amount is plated so as to be 320 to 200 g / m 2 .
[Selection figure] None
Description
本発明は、不織布にニッケルめっきして得られる集電体(電極基材)を用いた特にアルカリ電池用ニッケル極に関するものである。これを用いた代表的な電池はニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池である。 The present invention particularly relates to a nickel electrode for an alkaline battery using a current collector (electrode base material) obtained by nickel plating on a nonwoven fabric. Typical batteries using this are nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries.
従来、携帯用、移動用、産業用などに用いる二次電池として、アルカリ二次電池が広く使われている。その理由としては、高信頼性が高く、長寿命、安価、小型軽量化が可能などの点があげられる。 Conventionally, alkaline secondary batteries have been widely used as secondary batteries used for portable, mobile, industrial and the like. The reason for this is that it is highly reliable, has a long service life, is inexpensive, and can be reduced in size and weight.
用途として、電動アシスト自転車、掃除機、電動工具用などがあり、ハイブリッド車が注目を集めている。その他、デジタルカメラ、ビデオカメラ、小型オーディオ、シェーバー、電動歯ブラシ、ノート型パソコン、各種玩具、メモリーバックアップ用などがあげられる。 Applications include power-assisted bicycles, vacuum cleaners, and power tools, and hybrid vehicles are attracting attention. Others include digital cameras, video cameras, compact audio, shavers, electric toothbrushes, notebook computers, various toys, and memory backups.
アルカリ二次電池には、ほとんどの場合、正極としてニッケル極が使用される。ニッケル極は、集電機能が必要な集電体に、電池的酸化還元反応を生起させるための正極活物質を担持させた構造になっている。その場合の集電体として、ニッケル粉末を焼結した焼結体、発泡状ニッケル多孔体が使われている。 In most of the alkaline secondary batteries, a nickel electrode is used as the positive electrode. The nickel electrode has a structure in which a positive electrode active material for causing a battery-like redox reaction is supported on a current collector that requires a current collecting function. In such a case, a sintered body obtained by sintering nickel powder or a foamed nickel porous body is used as a current collector.
発泡状ニッケルを利用した製法としては、集電体の端子(タブという)を溶接して取付ける部分をあらかじめ加圧しておいてから活物質ペーストを充填し、その後、加圧する。あらかじめ加圧した部分には、活物質が充填されていないので、この加圧部にニッケル板を溶接することによりニッケル極を製造する。発泡状ニッケルの多孔度は、92〜96%で非常に大きく、したがって単位当りの活物質が多く充填されていることで高容量化が可能になった。 As a manufacturing method using foamed nickel, a portion to be attached by welding a terminal (referred to as a tab) of a current collector is pressurized in advance, then filled with an active material paste, and then pressurized. Since the pre-pressurized portion is not filled with an active material, a nickel electrode is manufactured by welding a nickel plate to the pressurizing portion. The porosity of the foamed nickel is very large at 92 to 96%. Therefore, a high capacity can be achieved by filling a large amount of active material per unit.
残る問題点は、低廉化であり、製造工程の簡易化とめっきするニッケル量を減らすことである。つまり、発泡状ニッケルではニッケルのみで高多孔度を保持させていることから、ニッケル量を減らすと、とくに強度の低下は避けられない。そこで、450〜360g/m2程度になっている。 The remaining problem is cost reduction, simplification of the manufacturing process and reduction of the amount of nickel to be plated. In other words, since foamed nickel maintains high porosity only with nickel, a decrease in strength is inevitable when the amount of nickel is reduced. Therefore, it is about 450 to 360 g / m 2 .
発泡状ニッケルの代わりに主にポリオレフィン系繊維の不織布にニッケルめっきを施し、不織布をそのまま残し、不織布の保持したままの三次元構造の集電材に注目が集まり、多くの提案がなされている。不織布を骨格とする三次元の集電体は、発泡状ニッケルが実用化される以前から注目されていた。しかし、これに適した不織布が無かったこともあって実用化された例はなく、また、金属繊維で不織布状に加工した集電体もコストや短絡の問題があり、広くは使われなかった。 Many proposals have been made on current collectors having a three-dimensional structure in which a non-foamed nickel is mainly subjected to nickel plating on a nonwoven fabric made of polyolefin fibers and the nonwoven fabric is left as it is, and the nonwoven fabric is retained. A three-dimensional current collector having a nonwoven fabric as a skeleton has been attracting attention before foamed nickel is put into practical use. However, there was no practical example because there was no nonwoven fabric suitable for this, and current collectors processed into a nonwoven fabric with metal fibers were not widely used due to cost and short circuit problems. .
特開昭55−30180号公報(特許文献1)、特開平3−17957号公報(特許文献2)にウレタン樹脂の発泡体シートやポリオレフィン系繊維の不織布にニッケルめっきを施し、これら有機物質の骨格部分を熱分解除去することなく、骨格部分の表面のみが導電性を発揮できる三次元網状構造体が開示されている。しかし、この集電体を用いてニッケル極を製造した場合、十分な集電機能が得られないこと、電極に端子を取付けるに際し、取付け部を加圧した際に表面のニッケル層が壊れて支持体の骨格部分が露出し、ニッケルリード板の溶接時に十分な溶接強度が得られず、また、この部分の電気抵抗が増し、活物質利用率低下などの問題が発生すると述べられている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-30180 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-17957 (Patent Document 2) are subjected to nickel plating on a urethane resin foam sheet or polyolefin fiber nonwoven fabric, and the skeleton of these organic substances. There has been disclosed a three-dimensional network structure in which only the surface of the skeleton portion can exhibit conductivity without thermally removing the portion. However, when a nickel electrode is manufactured using this current collector, a sufficient current collecting function cannot be obtained, and when the terminal is attached to the electrode, the nickel layer on the surface is broken and supported when the mounting part is pressurized. It is stated that the skeleton part of the body is exposed, a sufficient welding strength cannot be obtained when the nickel lead plate is welded, the electrical resistance of this part increases, and problems such as a decrease in the active material utilization rate occur.
そこで特開平8−329956号公報(特許文献3)では、強度特性が優れ、柔軟性も良好で、活物質合剤ペーストの高密度充填が可能であって、製造した電極の集電性を向上させることにより活物質の利用率を高めることができ、同時に端子の取付け作業も容易に行うことができるとした電極用集電体が提案されている。改良点は、ニッケル量に注目したことで、その値として350g/m2以上を提案している。この集電材では、骨格部分を熱分解除去しないので、製造工程が比較的単純で、熱分解する従来の発泡状ニッケル集電体に比較して柔軟性がありかつ強度が比較的高くなる。この結果、円筒体又は角形電極に入れるためにこの集電材を用いた電極をセパレータと一緒に捲回しても亀裂や毛羽立ちなどの突起の発生を防止でき、充放電特性を向上して近年の軽量化及びコンパクト化の要求に十分対応し得るとしている。 Therefore, in JP-A-8-329956 (Patent Document 3), the strength characteristics are excellent, the flexibility is good, high-density filling of the active material mixture paste is possible, and the current collecting property of the manufactured electrode is improved. Thus, an electrode current collector has been proposed in which the utilization factor of the active material can be increased, and at the same time, the terminal can be easily attached. The improvement point is that attention is paid to the amount of nickel, and a value of 350 g / m 2 or more is proposed. Since this current collector does not thermally remove the skeleton portion, the manufacturing process is relatively simple, and it is flexible and has a relatively high strength as compared with a conventional foamed nickel current collector that is thermally decomposed. As a result, it is possible to prevent the occurrence of protrusions such as cracks and fuzz even if the electrode using this current collector is wound together with the separator to be put into a cylindrical body or a rectangular electrode, and the charge and discharge characteristics are improved and light weight in recent years has been improved. It is said that it can fully meet the demands for downsizing and downsizing.
不織布にニッケルめっきして得られる集電体は、例えば先に述べた特開平8−329956号公報(特許文献3)に示されているようにめっき後に骨格の樹脂を焼却除去するよりも製造法の簡易化、強度の向上には寄与するが、ニッケル量の目付け重量は、350g/m2以上が必要でそれを特徴としている。ニッケル量については現在実用化されている発泡状ニッケルが、360g/m2程度までに減少させている点からみるとほぼ同等のニッケル量を要することになる。また、この出願では、これよりニッケル量を減少させるとめっきを行っても、集電材をニッケル水素電池のニッケル極に使用した場合には、電極に端子を取付けるに際し、取付け部を加圧した際に表面のニッケル層が壊れて支持体の骨格部分が露出し、ニッケルリード板の溶接時に十分な溶接強度が得られず、また、この部分の電気抵抗が増し、活物質利用率低下などの問題が発生するとしている。 A current collector obtained by nickel plating on a non-woven fabric is a manufacturing method rather than incineration and removal of the skeletal resin after plating as disclosed in, for example, the above-mentioned JP-A-8-329956 (Patent Document 3). This contributes to the simplification of the strength and the improvement of the strength, but the basis weight of the nickel amount is required to be 350 g / m 2 or more, which is a feature. In terms of the nickel amount, from the point of view that the foamed nickel currently in practical use has been reduced to about 360 g / m 2 , an approximately equivalent nickel amount is required. Further, in this application, even if plating is performed when the amount of nickel is further reduced, when the current collector is used for the nickel electrode of a nickel metal hydride battery, when the terminal is attached to the electrode, the mounting portion is pressurized. The nickel layer on the surface is broken and the skeletal part of the support is exposed, so that sufficient welding strength cannot be obtained during welding of the nickel lead plate, and the electrical resistance of this part increases and the active material utilization rate decreases. Is supposed to occur.
また、逆に特願2005−347177の明細書では、その請求項4にニッケルめっき量が80〜150g/m2であることが記載されている。この出願の主な目的は、高出力化であり、発泡状ニッケル極は、高出力化に限界があるとしている。それをニッケル膜の表面積、ペースト粘度、ニッケル量を規制することで活物質の充填量が増すことで高出力を可能にしたとしている。なお、高出力には、ニッケル量は多いほうが好ましいが、この出願では150g/m2以下であれば集電体の孔径が小さくなりすぎず、活物質の充填性が劣ることなく、高出力が可能であるとしている。なお、端子の取出しについては、集電用外部端子は、溶接(例えばシーム溶接、スポット溶接等)すると記されている。しかし、ニッケル量を減らすことによる端子取出し工程や溶接上の強度などについて触れられていない。
本発明の目的は、不織布を骨格とするニッケル集電体の活物質保持層のニッケル量を減らして、端子の取出しを容易にして、現在広く普及している発泡状ニッケル集電体を用いたニッケル極より低廉化を可能にして、同等かそれ以上の充放電特性及び寿命を発揮するニッケル極を用いた電池の工業化を可能にすることにある。 An object of the present invention is to use a nickel nickel current collector that is currently widely used by reducing the amount of nickel in the active material holding layer of the nickel current collector having a nonwoven fabric skeleton, thereby facilitating the removal of the terminal. An object is to enable industrialization of a battery using a nickel electrode that exhibits lower or higher charge / discharge characteristics and lifetime than a nickel electrode.
一般に電池を構成する際の端子(タブ)の取出しは、ニッケル極に1本或いは2本端子板を溶接し、これを電槽蓋に溶接する方法が採用されている。この方式は、おもに一般用途や高容量を指向した電池に用いられる。 In general, a terminal (tab) is taken out when a battery is configured by welding one or two terminal plates to a nickel electrode and welding them to a battery case lid. This method is mainly used for batteries intended for general use and high capacity.
一方、高出力が必要な用途に対しては、ニッケル極の上周辺部を一枚の集電端子板で一括溶接し、ここから端子板を取出して電槽蓋に溶接するいわゆるタブレス方式が採用されている。負極も同様な端子の取り出し法が採用されることがある。 On the other hand, for applications that require high output, a so-called tabless method is adopted in which the upper peripheral part of the nickel electrode is welded together with a single current collector terminal plate, and the terminal plate is taken out and welded to the battery case lid. Has been. A similar terminal extraction method may be employed for the negative electrode.
以上、このように電極のリード端子板を電槽蓋に溶接する方法とタブレス方式の2通りの端子取出し法が広く知られている。 As described above, the two methods of taking out the terminal, that is, the method of welding the lead terminal plate of the electrode to the battery case lid and the tabless method are widely known.
いずれにしても、ニッケル極の集電体とニッケル板をスポット溶接或いは超音波溶接する必要があり、溶接のためには、端子取出し部分のニッケル量はきわめて重要であることがわかった。つまり、リード端子取出し部のニッケル量が少ないと溶接が困難となり、一応、端子部分の溶接が可能であっても溶接強度が小さく簡単に外れる、或いは、溶接時に部分的に集電体が破損する、溶接部分の電気抵抗か大きいなどの問題が生ずる。つまりニッケル量を減らすと溶接強度が保てなくなる。従って、活物質を保持する集電体のニッケル量は減らすことができても、端子取出し部のニッケル量は減らすことには問題がある。 In any case, the current collector of the nickel electrode and the nickel plate must be spot welded or ultrasonically welded, and it has been found that the amount of nickel in the terminal lead-out portion is extremely important for welding. In other words, if the amount of nickel in the lead terminal lead-out portion is small, welding becomes difficult, and even if the terminal portion can be welded, the welding strength is small and easily removed, or the current collector is partially damaged during welding. There arises a problem that the electric resistance of the welded portion is large. In other words, if the amount of nickel is reduced, the welding strength cannot be maintained. Therefore, even if the amount of nickel in the current collector holding the active material can be reduced, there is a problem in reducing the amount of nickel in the terminal extraction portion.
通常、焼結式を初めパンチングメタル、エキスパンドメタル、スクリーンなどの機械加工の金属板を電極内に用いる電極の場合は、金属板を露出させておけば、端子板は、スポット、超音波いずれの方法でも容易に取付けることができる。しかし、金属板を有していない汎用の発泡状ニッケル集電体でも、溶接部分のニッケル量が450〜360g/m2程度であるので、リード板を溶接することは可能である。しかし、それでも十分な強度を保つために溶接個所に金属箔、例えばニッケル薄板をあらかじめ溶接しておく、この部分の発泡状ニッケル集電体を重ねて加圧して金属層の密度を高めるなどの手段を採られることがある。 Normally, in the case of an electrode that uses a sintered metal plate, a punched metal, an expanded metal, a screen or other machined metal plate in the electrode, the terminal plate can be either spot or ultrasonic if the metal plate is exposed. The method can be easily installed. However, even a general-purpose foamed nickel current collector that does not have a metal plate can be welded to the lead plate because the amount of nickel in the welded portion is about 450 to 360 g / m 2 . However, in order to maintain sufficient strength, metal foil, such as a nickel thin plate, is pre-welded to the welding site, and the density of the metal layer is increased by overlapping and pressing the foamed nickel current collector in this part. May be taken.
ところが、本発明の場合は低廉化を目的に、汎用の発泡状ニッケルよりもニッケル量を減らすのでリード端子の溶接部の強度保持は一層困難になる。端子は電極と電源としての正極端子や負極端子とを繋ぐ重要な役目を果たしており、この部分の接触強度が十分でないと、結果としての電気抵抗が増大する。したがって、放電特性や寿命に大きな悪影響を及ぼす。 However, in the case of the present invention, for the purpose of reducing the cost, the amount of nickel is reduced compared to general-purpose foamed nickel, so that it is more difficult to maintain the strength of the welded portion of the lead terminal. The terminal plays an important role in connecting the electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal as a power source. If the contact strength at this portion is not sufficient, the resulting electric resistance increases. Therefore, the discharge characteristics and life are greatly affected.
つまり樹脂繊維を用いた不織布にニッケルめっきで得られる集電体の場合に、ニッケル量は320〜150g/m2のように目付け重量を減らしても、集電体としての強度は、不織布を残しているので問題が少ないことが明らかである。しかし、ニッケル量を減らした場合に、端子の取付けが、溶接法の如何にかかわらず困難となり、溶接されてもニッケル量が少ないために端子と電極間の溶接強度が小さいことが課題として残った。 In other words, in the case of a current collector obtained by nickel plating on a nonwoven fabric using resin fibers, even if the weight of nickel is reduced to 320 to 150 g / m 2 , the strength as a current collector remains the nonwoven fabric. It is clear that there are few problems. However, when the amount of nickel is reduced, it becomes difficult to attach the terminal regardless of the welding method, and the problem remains that the welding strength between the terminal and the electrode is small because the amount of nickel is small even if it is welded. .
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成した。 The inventor of the present invention has completed the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems.
本発明は、下記のアルカリ電池用ニッケル極に関するものである。
1. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部を残し、その部分(周辺部)を端子取付け部とした集電体に、活物質を充填して得られるアルカリ電池用ニッケル極。
2. 前記周辺部は、集電体の端部から6mmまでの領域である、上記項1記載のアルカリ電池用ニッケル極。
3. 不織布がポリオレフィン系樹脂からなる上記項1記載のアルカリ電池用ニッケル極。
4. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の活物質を充填させる部分(周辺部以外の部分)のニッケル量が320〜100g/m2になるようにめっきされている上記項1記載のアルカリ電池用ニッケル極。
5. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部のニッケル量が平均で700〜250g/m2である上記項4記載のアルカリ電池用ニッケル極。
6. 多孔性ニッケル集電体の全体(周辺部及びそれ以外の部分)のニッケル量が平均で320g〜160/m2である上記項1記載のアルカリ電池用ニッケル極。
7. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部が、周辺部以外に活物質を充填する前に加圧されている上記項1記載のアルカリ電池ニッケル極。
8. 端子取付け部に三次元多孔性ニッケル体が圧着されている上記項1記載のアルカリ電池用ニッケル極。
9. 三次元多孔性ニッケル体が発泡状ニッケル又はニッケルめっきされた不織布である上記項8記載のアルカリ電池用ニッケル極。
10. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部にスポット溶接又は超音波溶接により端子を取付けた集電体が用いられている上記項1記載のアルカリ電池ニッケル極。
11. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体を用いたニッケル極の断面部(周辺部の端部)に直接端子を取付けた構造を有するタブレス方式の上記項1記載のアルカリ電池ニッケル極。
12. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体を用いたニッケル極の断面部(周辺部の端部)に直接端子を取付けた構造を有するタブレス方式において、断面が研磨されてから端子が溶接されている上記項11記載のアルカリ電池ニッケル極。
13. 不織布表面に導電性を付与した後、電解ニッケルめっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の活物質を充填させる部分(周辺部以外の部分)のニッケル量が320〜200g/m2になるようにめっきされている上記項11記載のアルカリ電池用ニッケル極。
以下、本発明について詳細に説明する。
The present invention relates to the following nickel electrode for alkaline batteries.
1. After imparting conductivity to the surface of the nonwoven fabric, the peripheral portion of the porous nickel current collector obtained by performing electrolytic nickel plating is left, and the active material is applied to the current collector using the portion (peripheral portion) as a terminal mounting portion. Nickel electrode for alkaline batteries obtained by filling
2. The nickel electrode for an alkaline battery according to
3.
4). After imparting conductivity to the nonwoven fabric surface, the nickel amount in the portion (portion other than the peripheral portion) filled with the active material of the porous nickel current collector obtained by performing electrolytic nickel plating is 320 to 100 g / m 2 . The nickel electrode for alkaline batteries according to
5.
6). Item 2. The nickel electrode for an alkaline battery according to
7).
8). The nickel electrode for an alkaline battery according to
9. Item 9. The nickel electrode for an alkaline battery according to Item 8, wherein the three-dimensional porous nickel body is foamed nickel or nickel-plated nonwoven fabric.
10. The above item wherein a current collector is used in which a terminal is attached by spot welding or ultrasonic welding to the periphery of a porous nickel current collector obtained by applying electrolytic nickel plating after imparting conductivity to the nonwoven fabric surface. 1. The alkaline battery nickel electrode according to 1.
11. A tabless structure in which a terminal is directly attached to the cross-section (peripheral edge) of a nickel electrode using a porous nickel current collector obtained by imparting conductivity to the nonwoven fabric surface and then performing electrolytic
12 A tabless structure in which a terminal is directly attached to the cross-section (peripheral edge) of a nickel electrode using a porous nickel current collector obtained by imparting conductivity to the nonwoven fabric surface and then performing electrolytic nickel plating 12. The alkaline battery nickel electrode according to item 11, wherein the terminal is welded after the cross section is polished.
13. After imparting electrical conductivity to the nonwoven fabric surface, the nickel amount in the portion (portion other than the peripheral portion) filled with the active material of the porous nickel current collector obtained by performing electrolytic nickel plating is 320 to 200 g / m 2 . Item 12. The nickel electrode for alkaline battery according to Item 11, which is plated so as to be.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明では、ポリオレフィンを主とする不織布の表面に導電性を付与した後ニッケルの電解めっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部を残し、その部分(周辺部)を端子取付け部とし、これに活物質を充填(活物質は周辺部以外の部分に充填される)してアルカリ電池用ニッケル極を得る。ここで周辺部とは、リード板取出し方式の場合は4〜6mm程度の幅、タブレス方式では、2〜4mm程度の幅を指す。 In the present invention, the peripheral portion of the porous nickel current collector obtained by electroplating nickel after imparting conductivity to the surface of the nonwoven fabric mainly composed of polyolefin is left, and the portion (peripheral portion) is attached to the terminal. And filling this with an active material (the active material is filled in a portion other than the peripheral portion) to obtain a nickel electrode for an alkaline battery. Here, the peripheral portion refers to a width of about 4 to 6 mm in the case of the lead plate extraction method, and a width of about 2 to 4 mm in the tabless method.
本発明では、不織布の材料として耐酸化性、耐アルカリ性に優れ、安価であるポリオレフィン系を採用する。ニッケル電解めっきの前に不織布表面に付与する導電性については、ニッケルの無電解めっきやニッケルのスパッタ法など、公知の方法が採用できる。 In the present invention, a polyolefin-based material that is excellent in oxidation resistance and alkali resistance and inexpensive is adopted as the material for the nonwoven fabric. For the conductivity imparted to the surface of the nonwoven fabric before the nickel electroplating, a known method such as nickel electroless plating or nickel sputtering can be employed.
ここで不織布上に形成している活物質保持層(周辺部以外であり、中央部とも言う)のニッケル量は、主に低コスト化を目的として、発泡状ニッケルの360g/m2以上に対して320g/m2以下にする(導電性付与のためのニッケル量も含む)。 Here, the amount of nickel in the active material holding layer (other than the peripheral part, also referred to as the central part) formed on the nonwoven fabric is 360 g / m 2 or more of the foamed nickel mainly for the purpose of cost reduction. 320 g / m 2 or less (including the amount of nickel for imparting conductivity).
帯状の被めっき体をニッケルめっき浴槽で移動させながら電解めっきする通常の方式でめっきを行ったところ、例えば活物質保持層(周辺部以外の部分)のニッケルめっき量を上限に近い300g/m2にすると、周辺部の平均ニッケル量は、端子取出し式に必要な5mm幅程度で540g/m2、タブレス方式で必要な2mm幅では900g/m2程度、1mm幅にすると1350g/m2以上になる。従って、断面部(周辺部の端部)は1800g/m2程度に相当すると推定される。 When plating was performed by a normal method of electrolytic plating while moving the band-shaped object to be plated in a nickel plating bath, for example, the nickel plating amount of the active material holding layer (portion other than the peripheral portion) was close to the upper limit of 300 g / m 2. If the average nickel content of the peripheral portion, 540 g / m 2 by 5mm width about required terminal lead type, 2 about 900 g / m a necessary 2mm width tabless method, when the 1mm width 1350 g / m 2 or more Become. Therefore, it is estimated that the cross-sectional portion (end portion of the peripheral portion) corresponds to about 1800 g / m 2 .
また、活物質保持層のニッケル目付重量を150g/m2にまで減少させても周辺部は、端子取出し方式に必要な6mm幅程度で350g/m2程度になることがわかった。 Further, it was found that even if the nickel weight per unit area of the active material holding layer was reduced to 150 g / m 2 , the peripheral part was about 350 g / m 2 with a width of about 6 mm required for the terminal extraction method.
このように、不織布である被めっき体をシート状にして連続的に電解めっきを行うと、周辺部は中央部よりもめっき量が多い。つまり、周辺部はめっき液の拡散も容易でめっき効率が高いのがその原因である。当然、実用化されている発泡状ニッケルの場合もこの方式でめっきが行われるので周辺部のめっき量は多い。しかし、電極間のばらつきを減らすために周辺部は裁断除去して残りを集電体として利用している。したがって周辺部を減らすために幅の広い被めっき体(導電性を付与した発泡ウレタン樹脂)を用いることが有効であった。 In this way, when electrolytic plating is performed continuously in a sheet-like form to be plated which is a nonwoven fabric, the peripheral portion has a larger plating amount than the central portion. That is, the peripheral part can easily diffuse the plating solution and the plating efficiency is high. Naturally, even in the case of foamed nickel that has been put to practical use, plating is performed by this method, so the amount of plating in the peripheral portion is large. However, in order to reduce the variation between the electrodes, the peripheral portion is cut and removed, and the remainder is used as a current collector. Therefore, in order to reduce the peripheral portion, it is effective to use a wide object to be plated (foamed urethane resin imparted with conductivity).
本発明は、不織布にニッケルめっきして得られる集電体において、活物質保持層でのニッケル量がニッケル極の充放電特性に与える影響が少ないことに着目してなされるものである。例えば、電気化学会第73会大会p293(2006)で420g/m2の発泡状ニッケルを用いたニッケル極と200g/m2の不織布ニッケルめっき集電体を用いたニッケル極が同等の高放電特性を示すことを明らかにしている。 The present invention is made by paying attention to the fact that the amount of nickel in the active material holding layer has little influence on the charge / discharge characteristics of the nickel electrode in a current collector obtained by nickel plating on a nonwoven fabric. For example, the nickel electrode using 420 g / m 2 of foamed nickel and the nickel electrode using 200 g / m 2 non-woven nickel plating current collector at the 73rd Annual Meeting of the Electrochemical Society p293 (2006) have the same high discharge characteristics. It is made clear to show.
本発明は、不織布表面に導電性を付与した後ニッケルの電解めっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の周辺部を端子取出し部として利用する。さらに有効なのは、中央部に活物質を充填する前に、周辺部を加圧するか又は周辺部にニッケル箔を溶接しておく。溶接はスポット溶接でも超音波溶接でもよいが、量産性では後者が望ましい。 In the present invention, a peripheral portion of a porous nickel current collector obtained by imparting conductivity to a nonwoven fabric surface and then performing nickel electroplating is used as a terminal extraction portion. It is more effective to pressurize the peripheral part or weld nickel foil to the peripheral part before filling the central part with the active material. The welding may be spot welding or ultrasonic welding, but the latter is desirable for mass productivity.
なお、通常、端子板は活物質ペーストを充填した後で溶接するので、この部分に活物質が付着していると溶接が困難になるので、活物質充填前にあらかじめテープなどを貼っておいて活物質充填後に剥がす、あるいは、その部分に充填された活物質を洗浄除去する、あるいは研磨などにより除去するなど公知の方法を採用すればよい。 Normally, the terminal board is welded after filling with the active material paste, so if the active material adheres to this part, welding becomes difficult. A known method may be employed such as peeling after filling the active material, or removing the active material filled in the portion by washing or polishing.
本発明では、活物質が充填されている集電体(周辺部以外の部分)の好ましいニッケル量として320〜100g/m2(より好ましくは320〜150g/m2)の範囲としているので、充てんされる活物質は、導電性に優れた水酸化ニッケルにコバルト化合物を含み、とくに公知の表面にコバルト酸化物を被覆した球状の水酸化ニッケルが導電性に優れていて最適である。 In the present invention, the preferred amount of nickel in the current collector (portion other than the peripheral portion) filled with the active material is in the range of 320 to 100 g / m 2 (more preferably 320 to 150 g / m 2 ). As the active material, a spherical nickel hydroxide in which a cobalt compound is included in nickel hydroxide having excellent conductivity and a cobalt oxide is coated on a known surface is excellent in conductivity and is optimal.
本発明の活物質充填部分は集電体のニッケル量を、低コスト化のために320〜100g/m2の範囲で製造し、結果として生ずる周辺部(ニッケル量が700〜250g/m2)を端子取付け部とする方法は、電池内の電極群がタブ方式、タブレス方式のいずれにおいても優れた結果をもたらす。 The active material-filled portion of the present invention is manufactured in the range of 320 to 100 g / m 2 for reducing the amount of nickel in the current collector, and the resulting peripheral portion (nickel amount is 700 to 250 g / m 2 ). The method using the terminal mounting portion provides excellent results regardless of whether the electrode group in the battery is a tab type or a tabless type.
用いる不織布の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、これらの共重合体、混合物、中心部がポリプロピレンで周辺部がポリエチレン繊維など耐アルカリ性、耐酸化性の繊維からなる不織布が好ましい。 As the material of the nonwoven fabric used, polyethylene, polypropylene, copolymers thereof, a mixture thereof, and a nonwoven fabric composed of alkali- and oxidation-resistant fibers such as polypropylene at the center and polyethylene fibers at the periphery are preferable.
本発明では、不織布の嵩を高くして空隙体積を大きくすることが必要であり、従来の発泡状ニッケルと同様に高容量をもたらす要因になる。不織布が占める目付け重量は、20〜100g/m2程度で、多孔度は87〜98%が好ましい。平均孔径は、汎用の発泡状ニッケルよりも小さいことが好ましい。不織布の構造上孔径の範囲を小さくすることは困難であるが、20〜200μmの範囲、好ましくは30〜150μmがよい。逆に20μmよりも小さい孔径を多くすると、活物質である水酸化ニッケル粒子が通常15〜25μmにして用いられるので、さらに微粉化しないと充填性に劣ることになる。 In the present invention, it is necessary to increase the volume of the non-woven fabric to increase the void volume, which becomes a factor that brings about a high capacity as in the case of conventional foamed nickel. The weight per unit area occupied by the nonwoven fabric is about 20 to 100 g / m 2 , and the porosity is preferably 87 to 98%. The average pore size is preferably smaller than general-purpose foamed nickel. Although it is difficult to reduce the range of the pore diameter due to the structure of the nonwoven fabric, the range is 20 to 200 μm, preferably 30 to 150 μm. On the other hand, if the pore diameter is smaller than 20 μm, the nickel hydroxide particles as the active material are usually used at 15 to 25 μm.
また、ニッケル極の厚さは、通常、加圧後、高出力用は350〜550μm程度、高容量用は550〜800μm程度が使われるので、ニッケルめっき後の集電体の厚さよりも30〜80%程度厚い不織布を用いることが好ましい。これにめっきを施し、活物質ペーストを充填後に加圧して所望の厚さのニッケル極とする。 Moreover, since the thickness of the nickel electrode is usually about 350 to 550 μm for high output and about 550 to 800 μm for high capacity after pressurization, the thickness of the nickel electrode is 30 to more than the thickness of the current collector after nickel plating. It is preferable to use a nonwoven fabric that is about 80% thick. This is plated and pressurized after filling with the active material paste to obtain a nickel electrode having a desired thickness.
不織布の製法は、本発明では限定しない。乾式法と湿式法が知られていて、湿式法により得られた不織布は乾式法により得られた不織布と比較してその目付重量及び厚さのばらつきが小さいので、均一な集電材を得ることができるといわれる。しかし、製法に限定されるものではない。また、不織布は、そのまま使用してもよいが、交絡処理を行って強度特性を高めた後に用いることが好ましい。 The manufacturing method of a nonwoven fabric is not limited in this invention. The dry method and the wet method are known, and the non-woven fabric obtained by the wet method has less variation in the weight and thickness of the non-woven fabric obtained by the dry method, so that a uniform current collector can be obtained. It is said that it can be done. However, it is not limited to a manufacturing method. Moreover, although a nonwoven fabric may be used as it is, it is preferable to use it after performing an entanglement process and improving a strength characteristic.
つぎの工程は、ニッケルの電解めっきを行うために公知のようにこの不織布に導電性を付与する。そのためには、無電解めっき、スパッタリングによる方法がある。 The next step imparts conductivity to the nonwoven as is known in the art for electroplating nickel. For this purpose, there are methods by electroless plating and sputtering.
その後のニッケルの電解めっきも公知の方法でよい。つまり、めっき浴としては、ワット浴が良く知られ、他に塩化浴、スルファミン酸浴も知られている。これに、pH緩衝剤、界面緩衝剤等の添加剤が使用される場合もある。この浴に導電性付与した不織布を陰極に、ニッケル板を対極として、めっきしてニッケル多孔体とする。 Subsequent electrolytic plating of nickel may be performed by a known method. That is, as the plating bath, a Watt bath is well known, and a chloride bath and a sulfamic acid bath are also known. In some cases, additives such as a pH buffer and an interface buffer may be used. A non-woven fabric imparted with conductivity to this bath is used as a cathode, and a nickel plate is used as a counter electrode to form a porous nickel body.
ところで、このように導電性を付与した不織布にめっき浴中でニッケルめっきを工業的に連続的に行うと、周辺部はめっき浴中のニッケルイオンの供給が容易に生じ、中央部よりもニッケルの付着量が多くなる。従来、ポリウレタンの発泡多孔体にニッケルめっきして得られる発泡状ニッケルの場合も当然同じ現象生じていたが、通常はこの端部を裁断除去して、使用していた。 By the way, when nickel plating is carried out industrially continuously in a plating bath on the nonwoven fabric imparted with conductivity in this way, the nickel ions in the plating bath are easily supplied to the peripheral portion, and the nickel is more than the central portion. The amount of adhesion increases. Conventionally, the same phenomenon occurs naturally in the case of foamed nickel obtained by nickel-plating a polyurethane foam porous body, but usually, this end portion is cut off and used.
本発明は、このような被めっき体の周辺部に多量のニッケルがめっきされる現象に注目し、この端部を残して、その部分に端子板を溶接する。その溶接法にはスポット、超音波による方法がある。なお、短部に凹凸を生じる場合には、1〜2mm程度裁断除去しても活物質保持層よりもはるかにニッケル量が多いので、ここを端子取出し部としてもよい。 The present invention pays attention to a phenomenon in which a large amount of nickel is plated on the peripheral portion of such an object to be plated, and a terminal plate is welded to that portion while leaving this end portion. The welding method includes spot and ultrasonic methods. In addition, when unevenness is generated in the short part, even if it is cut and removed by about 1 to 2 mm, the amount of nickel is much larger than that of the active material holding layer.
なお、活物質ペーストを充填するのであるが、活物質充填後に端子板を取付けるのが通常であるので、この端子部にペーストが付着するのを防ぐために粘着テープを付け、ペースト塗着後に剥がす手段やペースト充填後、端子取出し部のペーストを除去する等の手段を採用する。即ち、活物質ペーストが周辺部ではなく、中央部に充填されるようにする。 The active material paste is filled, but since it is normal to attach the terminal plate after filling the active material, means to attach an adhesive tape to prevent the paste from adhering to this terminal part, and to peel off after applying the paste Or, after filling the paste, a means such as removing the paste from the terminal take-out part is adopted. That is, the active material paste is filled not in the peripheral part but in the central part.
具体的な電極の構造例を示す。まず携帯用機器など通常の用途に用いる集電体へ端子を取付けたニッケル極を示す。図1は、端子1枚を取付けた1端子構造である。1が集電体に充填されている活物質層を示し、2が端子である。図2は図1よりは出力を大きく取出せるように、活物質を含む電極層3の両端に端子4、5を取付けた2本の端子を取付けた構造である。
An example of a specific electrode structure is shown. First, a nickel electrode with a terminal attached to a current collector used for a normal application such as a portable device is shown. FIG. 1 shows a one-terminal structure with one terminal attached.
例えば、図1を製造するためには、この集電体の2倍の幅を持つ不織布のフープを用い、これにめっきして得られる集電体に活物質を充填し、中央で裁断したのち反対側に端子を取付ければよい。図2を製造するためには、この幅の不織布のフープを用い、同じくめっき、活物質充填後に、両端に端子を取付ければよい。いずれも、端子取付け部は活物質ペースト充填前に加圧しておくことが好ましい。また、端子取付け部は、活物質充填後に付着する活物質を洗浄除去する工程や研磨工程が入ることが好ましい。 For example, in order to manufacture FIG. 1, a non-woven hoop having a width twice that of the current collector is used, and the current collector obtained by plating the active material is filled with an active material and cut at the center. A terminal may be attached to the opposite side. In order to manufacture FIG. 2, a non-woven fabric hoop having this width may be used, and terminals may be attached to both ends after plating and filling with an active material. In any case, it is preferable to pressurize the terminal mounting portion before filling the active material paste. Moreover, it is preferable that the terminal attachment part includes a step of cleaning and removing the active material adhering after filling the active material and a polishing step.
ところで工業的には、幅が600〜1000mmのように広い不織布を用いるのが効率的であり、このような場合、集電体の端部は限られてしまう。そこで1つの解決策として、電解ニッケルめっきまでの工程は、このまま幅広い状態の不織布に対して行い、不織布を所定の幅に裁断し、電解ニッケルめっきを行うことで、活物質を保持している電極部分のニッケル量は減らし、端部のニッケル量を自動的に増すことができる。 Industrially, it is efficient to use a wide nonwoven fabric having a width of 600 to 1000 mm. In such a case, the end of the current collector is limited. Therefore, as one solution, the steps up to electrolytic nickel plating are performed on a wide range of nonwoven fabrics as they are, the nonwoven fabric is cut into a predetermined width, and electrolytic nickel plating is performed, thereby holding the active material. The amount of nickel in the part can be reduced and the amount of nickel in the end can be increased automatically.
また、幅の広い不織布を端子取付け部に相当する部分に切り込みを入れておけば、その周辺には他の部分よりも多くのニッケルがめっきされるのでこの部分に端子を取付けてもよい。図4は一例で8が活物質保持のための集電体であり、9で示すのが切り込み(スリット)である。したがって斜線で示す部分が被めっき体の周辺部となり、活物質充填後に点線で示すように裁断すれば、後で詳述するタブレス用の電極が得られる。図4の例では、24個(3×8)のタブレス用の電極が得られる。 Further, if a wide non-woven fabric is cut in a portion corresponding to the terminal mounting portion, more nickel than other portions is plated around the periphery, so that the terminal may be attached to this portion. FIG. 4 shows an example in which 8 is a current collector for holding an active material, and 9 is a notch (slit). Therefore, the portion indicated by the oblique lines becomes the peripheral portion of the object to be plated, and if it is cut as indicated by the dotted line after filling the active material, an electrode for tabless described in detail later is obtained. In the example of FIG. 4, 24 (3 × 8) tabless electrodes are obtained.
このようにして得られたニッケル極は、ニッケル−水素次電池では、よく知られるように例えば親水性処理したポリオレフィン不織布セパレータ、水素吸蔵合金負極を一体にして電極群とし、円筒形では捲回して電槽に挿入する。ニッケル極の端子は、電解液注入後、蓋に溶接し、封口を行って電池が構成される。角形の場合は通常は1端子形でニッケル極を製造しセパレータを介して負極と重ねて電槽に挿入する。 In the nickel-hydrogen secondary battery, the nickel electrode obtained in this way is, as is well known, for example, a polyolefin non-woven separator that has been subjected to hydrophilic treatment and a hydrogen storage alloy negative electrode integrated into an electrode group. Insert into the battery case. The terminal of the nickel electrode is welded to the lid after the electrolyte is injected, and sealed to form a battery. In the case of a rectangular shape, a nickel electrode is usually manufactured in a one-terminal shape, and is inserted into a battery case over a negative electrode via a separator.
つぎに、いわゆるタブレス方式のニッケル極を図3に示す。6は活物質保持層で7の上の断面に端子を溶接する。 Next, a so-called tabless nickel electrode is shown in FIG. 6 is an active material holding layer, and a terminal is welded to the cross section above 7.
この場合もニッケル極は、セパレータ、負極一体にして電極群とし、円筒形電池では捲回して電槽に挿入する。この捲回したニッケル極の上に円形に加工したニッケル板を当てて溶接する。この円形のニッケル板はニッケル極の断面部分と直角に溶接することになる。したがって、この断面部のニッケル量が多いことが溶接を容易にすることになる。また、溶接前にこの断面を研磨することは溶接強度の向上をもたらす。 Also in this case, the nickel electrode is integrated with the separator and the negative electrode to form an electrode group, and in the case of a cylindrical battery, it is wound and inserted into the battery case. A nickel plate processed into a circle is put on the wound nickel electrode and welded. This circular nickel plate is welded at right angles to the cross section of the nickel electrode. Therefore, a large amount of nickel in the cross section facilitates welding. Also, polishing this cross section before welding results in improved weld strength.
この端子板を蓋に溶接することで電槽蓋が正極端子となる。電池は電解液注入、絶縁リングを介して封口を行うことで完成する。 The battery case lid becomes a positive electrode terminal by welding this terminal plate to the lid. The battery is completed by electrolyte injection and sealing through an insulating ring.
角形の場合も同様でニッケル極を製造しセパレータを介して負極と重ね、電槽に挿入する。電極の上部全体を、一枚の端子板で溶接し、これを正極端子とする。このように公知のタブレス方式では、一枚の端子板で電極全体から端子を取出す形になるので、電気抵抗が小さくなり、高出力が可能になる。 In the case of a square shape, a nickel electrode is produced in the same manner, and is superimposed on the negative electrode via a separator and inserted into a battery case. The entire upper part of the electrode is welded with a single terminal plate, which is used as a positive electrode terminal. As described above, in the known tabless method, the terminal is taken out from the entire electrode with a single terminal plate, so that the electric resistance is reduced and high output is possible.
以上、円筒型、角型、いずれも一枚の端子板はニッケル極と直角に溶接される、つまり断面と溶接することになるので、この断面に存在するニッケル量が多いことが必要である。 As described above, both the cylindrical type and the square type terminal plate are welded at right angles to the nickel electrode, that is, welded to the cross section, and therefore, it is necessary that the amount of nickel existing in the cross section is large.
パンチングメタルのような金属板が電極中に存在する場合は、断面のパンチングメタルを露出させておけば、ニッケル板との溶接は容易である。しかし、汎用の発泡状ニッケルの場合、集電体のニッケル量を例えば400g/m2にすると断面も同じ量であり、この量のニッケルでは、ニッケル板との溶接が容易ではない。かりに出来ても溶接強度が小さく、接触抵抗が大きく、放電時に電圧降下が大きくなる。そこでニッケル箔やニッケル多孔体などを溶接しておいて、断面のニッケル量を増すことで溶接強度をあげている。不織布状ニッケル集電体についても、従来のように集電体全体を例えば300g/m2とした場合には、溶接のために周辺のニッケル量を増す手段を採用することが好ましい。 When a metal plate such as a punching metal is present in the electrode, welding with the nickel plate is easy if the punching metal of the cross section is exposed. However, in the case of general-purpose foamed nickel, if the nickel amount of the current collector is set to, for example, 400 g / m 2 , the cross section is the same amount. With this amount of nickel, welding with a nickel plate is not easy. Even if it is possible, the welding strength is small, the contact resistance is large, and the voltage drop is large during discharge. Therefore, welding strength is increased by increasing the amount of nickel in the cross section by welding nickel foil or nickel porous body. Also for the non-woven nickel current collector, when the entire current collector is, for example, 300 g / m 2 as in the prior art, it is preferable to employ means for increasing the amount of surrounding nickel for welding.
このように、発泡状ニッケル集電体の場合に採用されているように、端子取付け部にニッケル箔を溶接、あるいは多孔体を重ねて加圧一体化しておくなど、集電体を取付ける部分のニッケル量を増しておくことが溶接強度を上げるために好ましい。 In this way, as used in the case of foamed nickel current collectors, such as welding the nickel foil to the terminal mounting part, or stacking the porous body and pressing and integrating, It is preferable to increase the amount of nickel in order to increase the welding strength.
ところが、本発明のように端部のニッケル量が多い部分を残した場合に、断面部のニッケル量は周辺部よりもさらに多く、例えば集電体部を200g/m2とした場合に、幅2mmの部分の平均が700g/m2以上であるので断面は900g/m2以上存在することになり、タブレス方式ではそのまま容易に端子板を溶接することが出来ることが明らかになった。なお、この場合は端子取付け部のニッケル量を増す手段を講じないので、活物質を保持させる集電体のニッケル量も多く320〜200g/m2程度になるようにめっきされていることが必要である。このように本発明は、とくにタブレス方式の端子取出しにおいて、一層有効であることが分かった。 However, when a portion with a large amount of nickel at the end portion is left as in the present invention, the nickel amount in the cross-sectional portion is larger than that in the peripheral portion. For example, when the current collector portion is 200 g / m 2 , the width Since the average of the portion of 2 mm is 700 g / m 2 or more, the cross section is 900 g / m 2 or more, and it has become clear that the terminal plate can be easily welded as it is in the tabless method. In this case, there is no means for increasing the amount of nickel in the terminal mounting portion, so the current collector that holds the active material also needs to be plated so that the amount of nickel is about 320 to 200 g / m 2. It is. Thus, it has been found that the present invention is more effective particularly in the tabless type terminal extraction.
なお、本発明では、活物質保持層のニッケル量をさらに減らして例えば150g/m2程度にした場合は、従来のようにニッケル量を増すことが好ましい。しかし、その場合でも端部のニッケル量が多いので、ニッケル板やニッケル多孔体の溶接は容易であるという長所がある。 In the present invention, when the amount of nickel in the active material holding layer is further reduced to, for example, about 150 g / m 2 , it is preferable to increase the amount of nickel as in the prior art. However, even in that case, since the amount of nickel at the end is large, there is an advantage that welding of a nickel plate or a nickel porous body is easy.
不織布表面に導電性を付与した後ニッケルの電解めっきを行って得られた多孔性ニッケル集電体の活物質を保持させる中央部のニッケル量を320〜100g/m2好ましくは250〜150g/m2になるようにした集電体の溶接による端子取出しを容易にして、優れた放電特性を確保する。 Preferably 320~100g / m 2 nickel amount of the central portion for holding the active material of the porous nickel current collector obtained by performing the electrolytic plating of nickel after imparting conductivity to the nonwoven surface 250~150g / m The terminal can be easily taken out by welding the current collector so that excellent discharge characteristics are ensured.
すなわち、フープ状の不織布に導電処理を行い、電解ニッケルめっき浴中で連続的に電解ニッケルめっきを行って得られた不織布状多孔性ニッケル集電体の周辺部を残し、その部分を端子取付け部とする。この手段により、集電体部のニッケル量を減らしても、優れた放電特性が得られる。 That is, conductive treatment is performed on a hoop-shaped nonwoven fabric, and the peripheral portion of the nonwoven fabric porous nickel current collector obtained by continuously performing electrolytic nickel plating in an electrolytic nickel plating bath is left, and the portion is a terminal mounting portion. And By this means, excellent discharge characteristics can be obtained even if the amount of nickel in the current collector portion is reduced.
とくにタブレス方式では、集電体の活物質保持層(中央部)のニッケル量が320〜200g/m2の場合は、断面のニッケル量を増す手段を講じなくても端子の溶接が可能となり、工程の簡易化が可能となる。 In particular, in the tabless method, when the amount of nickel in the active material holding layer (central portion) of the current collector is 320 to 200 g / m 2 , the terminal can be welded without taking measures to increase the amount of nickel in the cross section. The process can be simplified.
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples.
実施例1
一般の端子取付け法(図2に示す2端子方式)による実施例を述べる。
Example 1
An embodiment based on a general terminal mounting method (two-terminal method shown in FIG. 2) will be described.
不織布の材料として、ポリプロピレンを中心部にポリエチレンを周囲に被覆した繊維を用いた。繊維の直径は約15μmであり、ポリプロピレンとポリエチレンの重量比を6:4とした。不織布は湿式法を用いて、製造し、公知の繊維の交差部分を融着させる交絡処理を行った。 As a non-woven fabric material, a fiber in which polypropylene is coated around the center of polypropylene is used. The fiber diameter was about 15 μm and the weight ratio of polypropylene to polyethylene was 6: 4. The nonwoven fabric was manufactured using the wet method, and the entanglement process which fuses the cross | intersection part of a well-known fiber was performed.
得られる不織布が繊維の目付け重量50g/m2、平均厚さ1.3mm、多孔度95%、孔径20〜200μmになるように製造した。これを幅600mmに裁断した。これを集電体用の骨格とした。 The obtained nonwoven fabric was manufactured so that the fabric weight was 50 g / m 2 , the average thickness was 1.3 mm, the porosity was 95%, and the pore diameter was 20 to 200 μm. This was cut into a width of 600 mm. This was used as a skeleton for the current collector.
つぎに、この不織布に導電性を付与した。無電解ニッケルめっき法で導電性を有する層を形成した。すなわち、日本カニゼン製の洗浄液に浸漬、活性化液に浸漬後めっき浴に浸漬した。よく知られているように、還元によって生成したニッケルの自己触媒作用によりめっきが継続進行することが利用されていて、ニッケル量として8g/m2添加した。なお、無電解めっきの代わりにスパッタリング法を採用しても良い。 Next, conductivity was imparted to the nonwoven fabric. A conductive layer was formed by electroless nickel plating. That is, it was immersed in a cleaning solution manufactured by Nippon Kanisen, immersed in an activation solution, and then immersed in a plating bath. As is well known, it is utilized that the plating proceeds continuously by the autocatalytic action of nickel produced by reduction, and 8 g / m 2 of nickel was added. A sputtering method may be employed instead of electroless plating.
その後、この導電付与した不織布を幅200mmになるように3分割して、10mm離した状態でニッケル電解めっき浴中に浸漬した。 Thereafter, the non-woven fabric provided with conductivity was divided into three parts having a width of 200 mm, and immersed in a nickel electrolytic plating bath in a state separated by 10 mm.
めっき浴として公知のワット浴を用い電解ニッケルめっきを行った。なお、硫酸ニッケル240g/リットル、塩化ニッケル45g/リットル、硼酸30g/リットルとし、pHを4〜5に、温度を45〜55℃に調節した。また、陰極電流密度は2A/dm2とした。なお、対極としては、ニッケル製のバスケットにニッケル片を注入して用いた。 Electrolytic nickel plating was performed using a known Watt bath as a plating bath. Nickel sulfate was 240 g / liter, nickel chloride was 45 g / liter, boric acid was 30 g / liter, pH was adjusted to 4-5, and temperature was adjusted to 45-55 ° C. The cathode current density was set to 2A / dm 2. As the counter electrode, nickel pieces were injected into a nickel basket.
ここで集電体のニッケル量が平均で210g/m2になるように電気量を調整した。この条件で端部のニッケル量は、両端の最端部1mm幅では550g/m2であった。5mm内部までの平均で300g/m2であった。 Here, the amount of electricity was adjusted so that the average amount of nickel in the current collector was 210 g / m 2 . Under these conditions, the nickel amount at the end was 550 g / m 2 at the endmost 1 mm width at both ends. The average up to the inside of 5 mm was 300 g / m 2 .
両端の幅5mmを100kg/cm2で加圧後に、この部分に粘着テープを貼って、後述の活物質充填時での活物質ペーストの浸入を防いだ。なお、この集電体の活物質保持層のニッケル量は平均195g/m2であった。 After pressurizing 5 mm at both ends with 100 kg / cm 2 , an adhesive tape was applied to this part to prevent the active material paste from entering when filling the active material described later. The amount of nickel in the active material holding layer of this current collector was 195 g / m 2 on average.
活物質ペーストとして正極活物質としてコバルトとして4重量%相当のオキシ水酸化コバルトで表面を被覆した水酸化ニッケル粉末と、この活物質94重量部に、水酸化コバルト粉末2重量部、カルボキシメチルセルロース水溶液0.19重量部、25%のポリプロピレンエマルジョンをポリプロピレン量として0.8重量部、界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)0.1重量部になるように加えて活物質ペーストを作製した。 Nickel hydroxide powder whose surface is coated with cobalt oxyhydroxide equivalent to 4% by weight as cobalt as a positive electrode active material as an active material paste, 94 parts by weight of this active material, 2 parts by weight of cobalt hydroxide powder, and 0% aqueous carboxymethylcellulose solution. An active material paste was prepared by adding 19 parts by weight of a 25% polypropylene emulsion to 0.8 parts by weight of polypropylene and 0.1 parts by weight of a surfactant (polyoxyethylene alkyl ether).
この活物質ペーストを、発泡状ニッケル用に採用されているポンプで一方から加圧しながらペーストを集電体中に充填する公知の圧入法で充填した。その後100℃で30分間乾燥し、テープをはずした後、ローラープレスで加圧して厚さを平均0.65mmとした。 This active material paste was filled by a known press-fitting method in which the paste was filled into a current collector while being pressurized from one side with a pump employed for foamed nickel. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. for 30 minutes, and after removing the tape, it was pressed with a roller press to have an average thickness of 0.65 mm.
このようにして得られたニッケル極を32mmに裁断して、長さ200mmのニッケル極を作製した。これをaとする。このニッケル極の大きさで水酸化ニッケルの充填量から求めた計算容量は3.2Ahであった。 The nickel electrode thus obtained was cut into 32 mm to produce a nickel electrode having a length of 200 mm. This is a. The calculated capacity calculated from the nickel hydroxide filling amount based on the size of the nickel electrode was 3.2 Ah.
一方、比較のために、幅660mmの不織布にaと同様に電解ニッケルめっきして両端部を各々15mm裁断除去して集電体とした。すなわち、活物質保持層のニッケル量は平均で200g/m2になるようにニッケルめっきを施して集電体を作製した。これを32mmに裁断して、長さ200mmのニッケル極を作製した。同様に周辺部の幅5mmを100kg/cm2で加圧後に、この部分をテープで保護した後に活物質ペーストを充填した。これをニッケル極bとする。 On the other hand, for comparison, a non-woven fabric having a width of 660 mm was subjected to electrolytic nickel plating in the same manner as a, and both ends were cut and removed by 15 mm to obtain a current collector. That is, the current collector was manufactured by performing nickel plating so that the average amount of nickel in the active material holding layer was 200 g / m 2 . This was cut to 32 mm to produce a nickel electrode having a length of 200 mm. Similarly, after pressurizing the peripheral part with a width of 5 mm at 100 kg / cm 2 , this part was protected with a tape and then filled with the active material paste. This is a nickel electrode b.
さらに比較のために、bと同様にして両端部を裁断除去した後の活物質保持層のニッケル量が発泡状ニッケルと同程度の平均で400g/m2になるように、前記と同じ不織布にニッケルめっきを施して集電体を作製した。同様に周辺部を加圧、テープで保護した後に活物質ペーストを充填した。これをニッケル極cとする。なお、比較のb、cいずれもニッケル極の計算容量は3.2Ahである。 For further comparison, the same nonwoven fabric as described above was used so that the nickel content of the active material holding layer after cutting and removing both ends in the same manner as b was 400 g / m 2 on average, which was the same as that of foamed nickel. Nickel plating was performed to produce a current collector. Similarly, the periphery was pressurized and protected with tape, and then filled with the active material paste. This is a nickel electrode c. Note that the calculated capacity of the nickel electrode is 3.2 Ah for both comparative b and c.
本発明は集電体部分のニッケル量を少なくしても、リード端子を容易に、しかも強固にニッケル極に溶接が可能になることを目的としているので、まず、ニッケル極a、b、cの溶接の状態について述べる。 The present invention is intended to enable the lead terminal to be easily and firmly welded to the nickel electrode even if the amount of nickel in the current collector portion is reduced. First, the nickel electrodes a, b, and c The welding state will be described.
この実施例では、この両端部に幅5mm、厚さ120μmのニッケル板をスポット溶接により取付けることにした。その結果、ニッケル極a及びcは溶接が可能であったが、ニッケル極bでは、スポット溶接が困難で、溶接部が発熱によって破損部分が生じた。超音波溶接では可能であったが、溶接強度が小さく、電池を構成することは困難であった。 In this embodiment, nickel plates having a width of 5 mm and a thickness of 120 μm are attached to both ends by spot welding. As a result, the nickel electrodes a and c could be welded, but with the nickel electrode b, spot welding was difficult, and the welded part was damaged due to heat generation. Although it was possible with ultrasonic welding, the welding strength was low and it was difficult to construct a battery.
溶接強度を定量的に正確に測定することは困難であるので、電池を構成して、放電での電圧を比較して、汎用の発泡状ニッケルを集電体としたニッケル極を用いた電池と同じ放電電圧を示すかで判定した。ここでは、さらに比較例としてニッケルの目付重量400g/m2、多孔度96%、厚さ1.3mmの発泡状ニッケルに実施例と同様な活物質を充填し、同じ650μmに加圧したニッケル極を用いた。リード板の取付けも同様にして電池とした。 Since it is difficult to measure the welding strength quantitatively and accurately, a battery is constructed, and the voltage at the discharge is compared, and a battery using a nickel electrode having a current collector made of general-purpose foamed nickel Judgment was made by showing the same discharge voltage. Here, as a comparative example, a nickel electrode in which an active material similar to that of the example was filled in foamed nickel having a basis weight of nickel of 400 g / m 2 , a porosity of 96% and a thickness of 1.3 mm, and pressurized to the same 650 μm Was used. The lead plate was attached in the same manner as a battery.
ニッケル極a、c、及び発泡状ニッケルを用い、負極には水素吸蔵合金を用いた。合金としてAB5系合金、すなわちMmNi系合金(Mmはミッシュメタル)にAl、Mn及びCoを加えた公知の5元系水素吸蔵合金であるMmNiAlMnCo合金を用いた。集電体としてパンチングメタルを用い、合金粉末をペースト状にして集電体に塗着後、乾燥、加圧により公知のペースト式負極として使用した。 Nickel electrodes a and c and foamed nickel were used, and a hydrogen storage alloy was used for the negative electrode. As the alloy, an AB 5- based alloy, that is, an MmNiAlMnCo alloy, which is a known ternary hydrogen storage alloy obtained by adding Al, Mn, and Co to an MmNi-based alloy (Mm is a misch metal) was used. Punching metal was used as the current collector, and the alloy powder was pasted into a paste and applied to the current collector. Then, it was used as a known paste-type negative electrode by drying and pressing.
セパレータとして公知の厚さ125μmの親水性処理したポリプロピレン不織布を用い、電解液として20g/リットルの水酸化リチウムを溶解した28重量%の水酸化カリウム水溶液を用いた。電池形式は円筒型のSubCである。ニッケル極a、c、発泡状ニッケルを用いた各電池をそれぞれ電池A、C、Dとした。 A known polypropylene nonwoven fabric with a thickness of 125 μm was used as the separator, and a 28 wt% aqueous potassium hydroxide solution in which 20 g / liter of lithium hydroxide was dissolved was used as the electrolyte. The battery type is a cylindrical SubC. The batteries using nickel electrodes a and c and foamed nickel were designated as batteries A, C and D, respectively.
各ニッケル極を用いて構成した電池について、0.1Cで容量の130%充電、0.2Cで終止電圧0.9Vまでの放電、0.2Cで120%の充電、0.2Cで終止電圧0.9Vまでの放電、0.5Cで115%の充電、0.5Cで0.9Vまでの放電を各1回繰り返して化成とした。 For a battery configured using each nickel electrode, charge at 130% of the capacity at 0.1C, discharge to a final voltage of 0.9V at 0.2C, 120% charge at 0.2C, zero final voltage at 0.2C Discharging up to .9V, charging at 115% at 0.5C, and discharging up to 0.9V at 0.5C were repeated once for chemical conversion.
その後、各電池を0.5Cで−ΔV(3mV)方式の電流で充電、0.5Cで0.9Vまでの放電を常温(25℃)で20サイクル繰り返した。その後に終止電圧を0.8Vとして1C及び2C連続放電を行った。表1に各電池の中間電圧の値を示す。 Thereafter, each battery was charged at 0.5 C with a current of −ΔV (3 mV), and discharging at 0.5 C to 0.9 V was repeated 20 cycles at room temperature (25 ° C.). Then, 1C and 2C continuous discharge was performed with a final voltage of 0.8V. Table 1 shows the value of the intermediate voltage of each battery.
表1で明らかなように各電池の放電電圧は、ほぼ等しく、本発明のようにニッケルめっき後の端部を残し、そこに端子を溶接することによって、活物質保持層のニッケル量を半減しても、放電電圧が低くなることはなかった。 As shown in Table 1, the discharge voltage of each battery is almost the same, leaving the end after nickel plating as in the present invention, and welding the terminal there, the nickel content of the active material holding layer is halved. However, the discharge voltage did not decrease.
なお、比較のニッケル極bは、ニッケル板の溶接が困難であったので、あらかじめ集電体と同じ不織布状ニッケル材料を長さ32mm、幅5mmに裁断して、このニッケル板溶接部にあてて加圧一体化した。この手段で溶接部分のニッケル量は400g/m2となり、ニッケル板のスポット溶接が可能となった。 Since the comparative nickel electrode b was difficult to weld the nickel plate, the same non-woven nickel material as the current collector was cut into a length of 32 mm and a width of 5 mm in advance and applied to this nickel plate welded portion. The pressure was integrated. By this means, the amount of nickel in the welded part was 400 g / m 2 , and spot welding of the nickel plate became possible.
なお、この場合に集電体に対してたとえばニッケル板のような二次元構造では、加圧しても一体化できない。発泡状ニッケルや不織布状ニッケルのような三次元多孔体を加圧することで、圧縮と同時に多孔体間の絡みが生じて一体化が可能になる。 In this case, a two-dimensional structure such as a nickel plate cannot be integrated with the current collector even if pressure is applied. By pressurizing a three-dimensional porous body such as foamed nickel or non-woven nickel, entanglement between the porous bodies occurs simultaneously with compression, and integration is possible.
本発明のニッケル極aやcに関しても同じ手段で不織布状ニッケル片を当てて加圧一体化したニッケル極を作製した。ニッケル板の溶接はさらに容易になった。各電池をそれぞれA´、B´、C´とする。 Regarding the nickel electrodes a and c of the present invention, a non-woven nickel piece was applied by the same means to produce a pressure-integrated nickel electrode. Nickel plate welding has become even easier. Let each battery be A ′, B ′, and C ′.
各電池の放電電圧は、A´とC´は、ほぼ表1と同じであり、B´はこのように端子接続部のニッケル量を増す手段を講ずることで放電が可能になった。 As for the discharge voltage of each battery, A ′ and C ′ are almost the same as those in Table 1, and B ′ can be discharged by taking means for increasing the amount of nickel in the terminal connection portion in this way.
実施例2
図3は、汎用の高出力用の用途に好ましいタブレス方式のニッケル極の例である。この図の7の部分を通常は、発泡状ニッケルを2重するか又はニッケル片(ニッケルリボン)を溶接する。その上面の断面にニッケル板(正極集電板)を取付ける。
Example 2
FIG. 3 shows an example of a tabless nickel electrode preferable for general-purpose high-power applications. The
実施例1同様に溶接強度を定量的に正確に測定することは困難であるので、電池を構成して、実用上最も必要な高率放電での電圧を比較した。 As in Example 1, it is difficult to measure the welding strength quantitatively and accurately, so batteries were constructed and the voltages at the high rate discharge that was most practically required were compared.
不織布の材料として、ポリプロピレンを中心部にポリエチレンを周囲に被覆した繊維を用いた。繊維の直径は約15μmであり、ポリプロピレンとポリエチレンの重量比を7:3とした。不織布は湿式法を用いて、製造し、公知の繊維の交差部分を融着させる交絡処理を行った。 As a non-woven fabric material, a fiber in which polypropylene is coated around the center of polypropylene is used. The diameter of the fiber was about 15 μm, and the weight ratio of polypropylene to polyethylene was 7: 3. The nonwoven fabric was manufactured using the wet method, and the entanglement process which fuses the cross | intersection part of a well-known fiber was performed.
得られる不織布は、繊維の目付け重量45g/m2、平均厚さ0.95mm、多孔度95%、孔径15〜200μmになるように製造した。これを幅600mmに裁断した。これを集電体の骨格とした。 The obtained non-woven fabric was manufactured so as to have a basis weight of 45 g / m 2 , an average thickness of 0.95 mm, a porosity of 95%, and a pore diameter of 15 to 200 μm. This was cut into a width of 600 mm. This was used as the skeleton of the current collector.
つぎに、この不織布に導電性を付与した。実施例1同様に無電解ニッケルめっきにより導電性層を形成した。ニッケルの量は9g/m2とした。 Next, conductivity was imparted to the nonwoven fabric. As in Example 1, a conductive layer was formed by electroless nickel plating. The amount of nickel was 9 g / m 2 .
その後、この導電付与した不織布にスリットを設けて電解ニッケルめっきを行った。スリットは幅64mm、長さ270mmとし、スリット間は10mmとした。 Thereafter, slits were provided in the conductive nonwoven fabric and electrolytic nickel plating was performed. The slits had a width of 64 mm and a length of 270 mm, and the space between the slits was 10 mm.
スリットに面した部分が電極周辺部になる。幅64mmとしたので2分することで、幅32mm、長さ270mmの集電体が得られる。スリット側の端部に端子を取付けることになる。 The portion facing the slit becomes the electrode periphery. Since the width is set to 64 mm, a current collector having a width of 32 mm and a length of 270 mm can be obtained by dividing into 2 minutes. A terminal is attached to the end on the slit side.
本実施例では、ここに直接、円板状のニッケル板を溶接する場合と比較例と同様に端部をニッケル板やニッケル多孔体で補強して断面のニッケル量を増した場合の両方について示す(図3)。この場合、端部は3mm幅とした。 In this embodiment, both the case where the disk-shaped nickel plate is directly welded and the case where the end portion is reinforced with a nickel plate or a nickel porous body to increase the amount of nickel in the cross section are shown. (Figure 3). In this case, the end portion was 3 mm wide.
めっき浴として実施例1と同様で、硫酸ニッケル240g/L、塩化ニッケル45g/L、硼酸30g/Lとし、pHを4〜5に、温度を45〜55℃に調節した。陰極電流密度も2A/dm2とした。対極も、ニッケル製のバスケットにニッケル片を注入して用いた。ここで集電体のニッケル量が平均で270g/m2になるように電気量を調整した。この条件で端部のニッケル量は、両端の最端部1mm幅では750g/m2であった。3mm内部までの平均で550g/m2である。これらの値から推定すると断面には900g/m2以上に相当するニッケルが存在すると思われる。 The plating bath was the same as in Example 1, with nickel sulfate 240 g / L, nickel chloride 45 g / L, boric acid 30 g / L, pH 4-5, and temperature 45-55 ° C. Cathode current density was set to 2A / dm 2. The counter electrode was also used by injecting nickel pieces into a nickel basket. Here, the amount of electricity was adjusted so that the average amount of nickel in the current collector was 270 g / m 2 . Under these conditions, the nickel amount at the end was 750 g / m 2 at the endmost 1 mm width at both ends. It is 550 g / m 2 on average up to 3 mm. Presuming from these values, nickel corresponding to 900 g / m 2 or more appears to exist in the cross section.
両端の幅3mmに粘着テープを貼って、後述の活物質充填時での活物質ペーストの浸入を防いだ。なお、この集電体の活物質保持層のニッケル量は平均250g/m2であった。 Adhesive tape was affixed to a width of 3 mm at both ends to prevent the active material paste from entering when filling the active material described later. The average amount of nickel in the active material holding layer of this current collector was 250 g / m 2 .
活物質ペーストとして正極活物質としてコバルトとして3重量%相当のオキシ水酸化コバルトで表面を被覆した水酸化ニッケル粉末と、この活物質94重量部に、水酸化コバルト粉末2.5重量部、カルボキシメチルセルロース水溶液0.19重量部、界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)0.1重量部になるように加えて活物質ペーストを作製した。 Nickel hydroxide powder whose surface is coated with cobalt oxyhydroxide equivalent to 3% by weight as cobalt as a positive electrode active material as an active material paste, and 94 parts by weight of this active material, 2.5 parts by weight of cobalt hydroxide powder, carboxymethylcellulose An active material paste was prepared by adding 0.19 parts by weight of an aqueous solution and 0.1 parts by weight of a surfactant (polyoxyethylene alkyl ether).
この活物質ペーストを、発泡状ニッケル用に採用されているポンプで一方から加圧しながらペーストを集電体に充填する公知の圧入法でペーストを充填した。その後100℃で20分間乾燥し、テープをはずした後、ローラープレスで加圧して厚さを平均0.48mmとした。 The active material paste was filled by a known press-fitting method in which the paste was filled into a current collector while being pressurized from one side with a pump employed for foamed nickel. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. for 20 minutes, and after removing the tape, it was pressed with a roller press to obtain an average thickness of 0.48 mm.
このようにして得られたニッケル極を横方向に32mmに裁断した。したがってニッケル極の大きさは、幅32mm、長さ270mmである。これをiとする。このニッケル極の大きさで水酸化ニッケルの充填量から求めた計算容量は3.2Ahであった。 The nickel electrode thus obtained was cut to 32 mm in the lateral direction. Therefore, the nickel electrode has a width of 32 mm and a length of 270 mm. This is i. The calculated capacity calculated from the nickel hydroxide filling amount based on the size of the nickel electrode was 3.2 Ah.
一方、比較のために、両端部を裁断除去した後の活物質保持層のニッケル量が平均250g/m2になるようにニッケルめっきを施して集電体を作製した。同様に周辺部に幅3mmのテープで保護した後に活物質ペーストを充填した。これをニッケル極iiとする。 On the other hand, for comparison, a current collector was produced by performing nickel plating so that the average amount of nickel in the active material holding layer after cutting off both ends was 250 g / m 2 on average. Similarly, after protecting the peripheral part with a tape having a width of 3 mm, the active material paste was filled. This is a nickel electrode ii.
さらに比較のために、両端部を裁断除去した後の活物質保持層のニッケル量が平均400g/m2になるように、前記と同じ不織布にニッケルめっきを施して集電体を作製した。同様に周辺部をテープで保護した後に活物質ペーストを充填した。これをニッケル極iiiとする。なお、比較のii、iiiいずれも計算容量は2.3Ahである。 Further, for comparison, a current collector was produced by applying nickel plating to the same non-woven fabric as described above so that the nickel content of the active material holding layer after cutting and removing both ends was 400 g / m 2 on average. Similarly, the active material paste was filled after the peripheral portion was protected with a tape. This is referred to as a nickel electrode iii. Note that the calculation capacity of both comparative ii and iii is 2.3 Ah.
本発明は集電体部分のニッケル量を少なくしても、リード端子を容易に、しかも強固にニッケル極に溶接が可能になることを目的としている。まず、端部のニッケル量を増すことなく、そのまま用いたニッケル極をiとする。つぎに比較例と同じようにニッケル量を増した場合をiiとする。比較例としてiii及びivの4種の溶接の状態について述べる。 An object of the present invention is to make it possible to easily and firmly weld a lead terminal to a nickel electrode even if the amount of nickel in the current collector portion is reduced. First, let the nickel electrode used as it is, without increasing the nickel amount at the end, be i. Next, let ii be the case where the amount of nickel is increased as in the comparative example. As comparative examples, four types of welding states iii and iv will be described.
ii、iii、ivでは、この周辺部に市販されている400g/m2ニッケルめっきされている発泡状ニッケルを幅3mm、長さ270mmに裁断し、これをあらかじめ集電体の端部に当てて100kg/cm2の圧力で加圧して加圧一体化して後にスポット溶接した。これがニッケル極iiである。 In ii, iii, and iv, 400 g / m 2 nickel-plated foamed nickel commercially available in the periphery is cut into a width of 3 mm and a length of 270 mm, and this is applied to the end of the current collector in advance. Pressurization was performed at a pressure of 100 kg / cm 2 , and pressure integration was performed, followed by spot welding. This is the nickel electrode ii.
一方比較例iii及びivはiiと同じ補強では、一括端子板の溶接が不十分であったので2枚の発泡状ニッケルを集電体の端部の両側から当てて加圧し、その後スポット溶接した。 On the other hand, in Comparative Examples iii and iv, with the same reinforcement as ii, the welding of the collective terminal plate was insufficient, so two sheets of foamed nickel were pressed from both sides of the end of the current collector, and then spot welded .
負極にはパンチングメタルに水素吸蔵合金をペースト状にして塗着後乾燥、加圧により得られた公知のペースト電極を用いた。合金としてAB5系合金、すなわちMmNi系合金にAl、Mn及びCoを加えた公知の5元系水素吸蔵合金であるMmNiAlMnCo合金を用いた。 As the negative electrode, a known paste electrode obtained by applying a hydrogen storage alloy as a paste on punching metal, drying, and applying pressure was used. As the alloy, an AB5 alloy, that is, an MmNiAlMnCo alloy, which is a known ternary hydrogen storage alloy obtained by adding Al, Mn, and Co to an MmNi alloy, was used.
セパレータとして公知の厚さ125μmの親水性処理したポリプロピレン不織布を用いた。電槽に挿入後に厚さ150μmの円板状ニッケルを当てて、i〜ivの各ニッケル極の上部に円板状ニッケル板をスポット溶接した。その後円板状ニッケル板と電槽蓋を端子板で溶接して公知の構造のタブレス方式の電池構造とした。 A known polypropylene nonwoven fabric with a thickness of 125 μm treated as a separator was used. After insertion into the battery case, a disk-shaped nickel having a thickness of 150 μm was applied, and a disk-shaped nickel plate was spot-welded to the upper part of each of the nickel electrodes i to iv. Thereafter, a disk-shaped nickel plate and a battery case lid were welded with a terminal plate to obtain a tabless battery structure having a known structure.
なお、負極についても底部側の負極の合金を除いてパンチングメタルを露出させ、ここに正極同様に円板状のニッケル板を溶接しておき、これを電槽底部とスポット溶接してタブレス化した。電池形式は実施例1同様に円筒型のSubCである。 In addition, the punching metal was exposed for the negative electrode except for the negative electrode alloy on the bottom side, and a disk-shaped nickel plate was welded to the negative electrode in the same manner as the positive electrode, and this was spot welded to the bottom of the battery case to make it tabless. . The battery type is cylindrical SubC as in Example 1.
電解液として20g/リットルの水酸化リチウムを溶解した28重量%の水酸化カリウム水溶液を用いた後、封口して電池を完成させた。
ニッケル極i、ii、iii、ivを用いた各電池をそれぞれ電池i、ii、iii、ivとした。なお、さらに比較例として400g/m2ニッケルめっきした発泡状ニッケルを集電体とした場合も調べたが、ニッケル極iv、つまり電池ivと同じ放電特性を示したので表には記載していない。
A 28% by weight potassium hydroxide aqueous solution in which 20 g / liter of lithium hydroxide was dissolved was used as an electrolytic solution, which was then sealed to complete the battery.
The batteries using the nickel electrodes i, ii, iii, and iv were designated as batteries i, ii, iii, and iv, respectively. Further, as a comparative example, the case where a foamed nickel plated with 400 g / m 2 nickel was used as a current collector was also examined, but the nickel electrode iv, that is, the same discharge characteristics as the battery iv was shown, so it is not shown in the table. .
各ニッケル極を用いて構成した電池について、0.1Cで容量の150%充電、0.2Cで終止電圧0.9Vまでの放電、0.2Cで120%の充電、0.2Cで終止電圧0.9Vまでの放電、0.5Cで115%の充電、0.5Cで0.9Vまでの放電を各1回繰り返して化成とした。 About the battery comprised using each nickel electrode, 150% of capacity | capacitance charge at 0.1C, discharge to 0.9V of final voltage at 0.2C, 120% charge at 0.2C, and final voltage 0 at 0.2C Discharging up to .9V, charging at 115% at 0.5C, and discharging up to 0.9V at 0.5C were repeated once for chemical conversion.
その後、各電池を1Cで−ΔV(5mV)方式の電流で充電、1Cで0.9Vまでの放電を常温(25℃)で繰り返した。20サイクル後に終止電圧0.7Vで10Cと15C放電を行った。 Thereafter, each battery was charged at 1 C with a current of -ΔV (5 mV), and discharging to 0.9 V at 1 C was repeated at room temperature (25 ° C.). After 20 cycles, 10C and 15C discharges were performed at a final voltage of 0.7V.
表3に各電池の放電容量と中間電圧の値を示す。 Table 3 shows the discharge capacity and intermediate voltage of each battery.
表3で明らかなように各電池の放電電圧は、ほぼ等しく、タブレス方式では、集電体断面のニッケル量が極めて多いことに注目して、端部のニッケル量を増さなくても優れた特性が得られた。また、ニッケルめっき後の端部を残すことで、端子を溶接する際に、比較例よりも少ないニッケル量で活物質保持層のニッケル量を汎用の発泡状ニッケルよりも大幅に減らしても、優れた放電電圧を示した。 As is apparent from Table 3, the discharge voltages of the batteries were almost equal, and the tabless method was excellent even if the nickel amount at the end portion was not increased, noting that the nickel amount in the current collector cross section was very large. Characteristics were obtained. Also, by leaving the end after nickel plating, when welding the terminal, it is excellent even if the amount of nickel in the active material holding layer is greatly reduced compared to general-purpose foamed nickel with less nickel than the comparative example The discharge voltage was shown.
1 集電体(活物資層)
2 集電体の周辺部に取付けられた端子
3 集電体(活物資層)
4 集電体の周辺部に取付けられた端子
5 集電体の周辺部に取付けられた端子
6 集電体(活物資層)
7 タブレス方式による端子溶接部位(周辺部)
8 集電体(活物資層)
9 スリット(スリット周囲の斜線部が集電体の周辺部となる)
1 Current collector (active material layer)
2 Terminals attached around the
4 Terminals attached to the periphery of the
7 Terminal-less welded part (peripheral part)
8 Current collector (active material layer)
9 Slit (The shaded area around the slit is the periphery of the current collector)
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007015749A JP2008181825A (en) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Nickel electrode for alkaline batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007015749A JP2008181825A (en) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Nickel electrode for alkaline batteries |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008181825A true JP2008181825A (en) | 2008-08-07 |
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ID=39725546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007015749A Pending JP2008181825A (en) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Nickel electrode for alkaline batteries |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008181825A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011216510A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Electrode for capacitor and capacitor |
| WO2012111608A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 住友電気工業株式会社 | Collector using three-dimensional porous aluminum mesh, electrode using said collector, nonaqueous-electrolyte battery using said electrode, capacitor and lithium-ion capacitor using nonaqueous liquid electrolyte, and electrode manufacturing method |
-
2007
- 2007-01-26 JP JP2007015749A patent/JP2008181825A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011216510A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Electrode for capacitor and capacitor |
| WO2012111608A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 住友電気工業株式会社 | Collector using three-dimensional porous aluminum mesh, electrode using said collector, nonaqueous-electrolyte battery using said electrode, capacitor and lithium-ion capacitor using nonaqueous liquid electrolyte, and electrode manufacturing method |
| US8497037B2 (en) | 2011-02-18 | 2013-07-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current collector using three-dimensional network aluminum porous body, electrode using the current collector, and nonaqueous electrolyte battery, capacitor and lithium-ion capacitor with nonaqueous electrolytic solution, each using the electrode, and method for producing the electrode |
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