JP4023990B2 - 電池用電極板の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの２次電池において電解液と共に発電要素を構成する電池用電極板であって、特に、三次元発泡メタルからなる芯材に活物質が充填されてなる非焼結式の電池用電極板を製造する方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池の電極板としては、高多孔度を有する連続した三次元的な網目構造を有する発泡メタルを芯材として、この芯材に活物質を充填したものが、放電容量の面で比較的優れていることから、広く採用されている。さらに、近年の電池には高率放電特性の向上が強く求められており、その対応策としては以下のような構成が採用されている。
【０００３】
すなわち、電池用電極板には、その長手方向に沿った一辺に充填済みの活物質を除去して芯材を露出させた集電部が形成されており、このような構成を有する正負の電極板をその間にセパレータを介在して交互に重ね合わせた状態で渦巻き状に巻き付けることにより、ほぼ円筒状の電極群が形成される。この電極群におけるほぼ円筒状の一端部全体には、活物質が除去されて芯材が露出されてなる集電部が形成される。したがって、上記電極群は、渦巻き状の全周部分から集電することが可能となって全体の集電効率が向上する。そして、上記の集電部は金属の芯材が露出されて溶接するのに適した状態となっているから、この部分に集電用リード片を溶接するタブレス方式によって集電特性が格段に向上し、上述の高率放電特性を向上させたいとする要望に対応することができる。
【０００４】
上述のような高率放電特性の向上を図ることができる電池用電極板を製造する方法は、例えば、特開2000−77054 号公報に複数開示されており、そのうちの一つの方法（同公報の段落番号００４８に記述）は、図５に示すような工程を経て電池用電極板を製造するものである。先ず、同図（ａ）に示すように、三次元発泡メタルを所定寸法の矩形状または帯状とした芯材１には、１回目のプレス工程において、両側辺に平行であって所定の溝幅を有する２本の溝部２がプレス成型で形成される。この各溝部２は、共に同一形状であって、芯材１の厚み方向のほぼ半分程度の溝深さに形成される。つぎに、上記溝部２を形成した芯材１には、（ｂ）に示すように、その全体にわたり活物質３が充填される。この場合、活物質３は、多孔質の芯材１内に円滑に充填できる流動性を有していることが必要であるから、スラリー状またはペースト状として充填される。この活物質３を充填したのちに、活物質３のうちの溝部２内に溜まっている余剰分はブラシなどを用いて除去される。
【０００５】
続いて、活物質充填済み芯材１は、２回目のプレス工程において、例えばφ400 のロール径を有する３段ロールプレス機を用いて30ｔｏｎの加圧を加えるプレス加工を３回繰り返し経ることにより、（ｃ）に示すように、全体が溝部２の溝底と面一となるような形状に加工される。そののち、溝部２を予め形成しておいた部分は、ブラシとエアーブローによる活物質除去工程を経ることにより、（ｄ）に示すように、充填されていた活物質３が除去されて、芯材露出部４とされる。この芯材露出部４の形成後に、（ｄ）に１点鎖線で示す３本の切断線に沿って切断されることにより、（ｅ）に示すような４個の電池用電極板７に分割される。この各電池用電極板７は、いずれも同一形状であって、帯状の長手方向に沿って活物質充填部７ａと活物質３が除去された集電部７ｂとを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記工程を経て製作された図５に示す電池用電極板７には、以下に説明する種々の問題がある。先ず、第１の問題は、電池用電極板７における集電部７ｂを除く活物質充填部７ａ全体の活物質３の充填密度にばらつきが生じるため、この電池用電極板７を用いて構成した電池をパック電池に適用した場合に、個々の電池の容量のばらつきに伴って過充電や過放電が発生し易いことである。上記活物質３の充填密度のばらつきは、溝部２の存在により生じる凹凸面に活物質３を充填するので、活物質３を充填するときの充填圧力に凹凸に応じた差が生じることと、活物質３の塗布方法にもよるが、充填された活物質３が乾燥するまでの間に主として溝部２に向け流動し、その溝部２の周辺に多く充填され易いこととに起因して発生している。
【０００７】
上記原因における後者について詳述すると、活物質３は、多孔性を有する三次元発泡メタルからなる芯材１内部に効率的に浸透させる必要から、高い流動性を有するペースト状またはスラリー状として充填される。この充填された活物質３のうちの芯材１の内部に浸透した活物質３は殆ど流動しないが、表面上の活物質（オーバーペースト）は、保持されるものが存在しないことから、乾燥状態となるまでに容易に流動可能な状態を維持しているので、低い方もしくは溝部２に向けて流動していく。そのため、活物質３の充填密度は、特に溝部２における溝底面と溝側壁との間の角部の箇所において高くなる。また、活物質３の乾燥工程後に溝部２内に溜まっている活物質３はブラシで除去しているが、狭い溝部２内の活物質３をブラシで効果的に除去するのは困難である。
【０００８】
第２の問題は、活物質充填部７ａと集電部７ｂとの境界線７ｃが正確な直線状にならないことから、電池用電極板７の極板の寸法や形状の精度が低下し、この電池用電極板７を用いて構成した電池の集電機能が低下して高率放電特性が得られないことである。この問題は、上述したように芯材１における活物質３の充填密度にばらつきがあるために、充填密度の高い箇所が延び易いことから波打ちや反り或いはしわが発生し易いことと、活物質３の充填後の圧縮し難い状態でプレス加工することから、プレス加工を３回繰り返すことと、溝部２の存在によって一面側に凹凸を有していることとにより、芯材１の一面側全体を平面形状になるようプレス加工する時の圧力が箇所によってばらつくことに起因して発生する。
【０００９】
第３の問題は、集電部７ｂにおける活物質３の残存率を低くできないことから、この集電部７ｂに集電用リード片を溶接によって取り付ける際に溶接不良が発生して歩留りが低下することである。例えば、集電用リード片を抵抗溶接する場合には集電部７ｂに残存している活物質粒子によってスパークが発生し、一方、集電用リード片を超音波溶接する場合には残存する活物質粒子の存在によって滑りが生じ、何れの場合にも溶接不良が発生する。上記の集電部７ｂにおける活物質３の残存率を低くできないのは、活物質充填部７ａと集電部７ｂとの境界線７ｃが正確な直線状にならないことと、プレス加工したことによって活物質３の除去が困難になった状態において活物質３の除去を行っていることと、ブラシとエアーブローを用いた効率の低い除去手段を採用していることによる。
【００１０】
そこで、活物質除去手段として、効率の良い超音波振動の付与手段を用いることも考えられるが、この超音波振動で活物質３の除去を行う場合には、剥離作用によって厚みが若干薄くなるから、プレス工程を経て所要の厚みとされた状態ではこれ以下に薄くすることができないので、超音波振動の付与手段を採用することができない。また、プレス加工後の活物質３を除去するには超音波振動の振幅を大きする必要があるが、そのようにすると、芯材露出部４の周辺部分の活物質３まで剥離されてしまうので、活物質充填部７ａと集電部７ｂとの境界線７ｃの直線性が悪くなののて、この点からも図５の工程に超音波振動の付与による活物質除去手段を採用できない。
【００１１】
しかも、上記の活物質３の除去は、ブレス工程後の活物質３の除去し難い状態においてブラシとエアーブローによる非能率的な手段で行っているから、電池用電極板７の生産性の低下を招いているという別の大きな問題もある。さらに、上記の活物質除去手段は、活物質３の芯材１からの脱落防止などを目的としてＣＭＣなどのバインダが活物質３内に混入された場合に、活物質３の除去が一層困難となるか、あるいは除去できなくなる。
【００１２】
第４の問題は、図５（ｄ）に示す切断前の芯材露出部４の幅が設定値とは異なる値となって、二つの芯材露出部４，４のピッチが設定値に対し変化してしまうことである。すなわち、図５（ｂ）に示す活物質３を塗布後の厚みｗ１は、プレス工程で１／２程度に圧縮されて図５（ｃ）に示す厚みｗ２とされるが、このときに、（ｂ）に示す設定幅Ｄ１が、プレス工程による延びの発生によって、（ｃ）に示す若干大きな幅Ｄ２に拡大されてしまい、その変化分だけ溝部２の設定幅ｄ１が小さな幅ｄ２に縮小されるため、その後の（ｄ）に示す活物質除去工程を経て形成された二つの芯材露出部４，４のピッチが設定値と異なる値に変化し、切断して得られた（ｅ）の各電池用電極板７の集電部７ｂの幅にばらつきが生じる。
【００１３】
上記集電部７ｂの幅にばらつきが生じることは、後述する後工程を実用化できないという結果を招く。すなわち、本件出願人は、三次元発泡メタルを芯材として用いる電池用電極板の長さ方向に沿った一辺に、機械的な強度や密度が高く、集電効率も良好で、品質の安定した集電部を形成することのできる電池用電極板の製造方法（特開2000−113881号公報参照）を先に提案している。この電池用電極板の製造方法は、帯状の長さ方向に沿って、活物質充填部とこれよりも幅の狭い芯材露出部との境界線を設け、境界線に平行な直線に沿って芯材露出部を直角に折り曲げたのちに、この折り曲げ部分を、座屈しないように支えた状態で活物質充填部に対し直交方向つまり折り曲げ方向に加圧して強制的に圧潰しながら、活物質充填部とほぼ同一厚みになるまで圧縮することにより、その圧縮した部分によって集電部を形成するものである。
【００１４】
一般に、芯材として用いる三次元発泡メタルには、集電用リード片を直接溶接することのできる強固な金属部分が存在しないが、上述の工程を経て形成された集電部は、発泡により生じた空隙が圧縮により押し潰されて金属部の強度と密度が高められることにより、集電用リード片を容易且つ高品質に直接溶接することが可能なものとなる。しかも、折り曲げ部への加圧力は活物質充填部に加わらないので、活物質充填部などに曲がりや凹凸あるいは厚みの変化などの変形が一切生じない。但し、この電池用電極板の製造方法の実用化を図るためには、活物質充填部と芯材露出部との境界線が正確な直線状であって、芯材露出部がその全体にわたり正確な設定幅を有していることが前提条件となる。したがって、図５の製造工程では、上記前提条件を満足できる芯材露出部４つまり集電部７ｂを有する電池用電極板７を製造することができないので、上記製造方法を後工程として採用することができない。
【００１５】
第５の問題は、図５（ｅ）に明示するように、個々に分割して得られた電池用電極板７に弓反りが発生し易いことである。この弓反りは、図５（ａ）と同図（ｃ）とに示す２回のプレス工程を経ることによって芯材１が長さ方向に比較的大きく伸ばされ、個々の電池用電極板７に分割されたときに、延びによる内部応力が開放されることに起因して発生していると推測される。この弓反りは、実測によると、0.5 ｍｍと比較的大きいために、この電池用電極板７を渦巻き状に巻回して電極群を構成したときに、巻きずれが発生して電極群が不良となる。しかも、芯材１の延びの大きい部分は、反りの発生だけでなく、顕微鏡で拡大して観察したところ、活物質充填部７ａと集電部７ｂとの境界部分に微細なクラックが発生しており、芯材１の金属骨格の一部が破壊されて強度が低下していることが確認できた。その結果、この電池用電極板７には活物質３の脱落、短絡不良および電気伝導性の低下などの不具合が発生し易い。
【００１６】
一方、上述の特開2000−77054 号公報には、図５の製造工程を用いる電池用電極板７の製造方法とは別の製造方法（同公報の段落番号００４７に記述）も提案されている。この製造方法は、、三次元発泡メタルからなる芯材の全体に、プレス加工を行うのに先立って活物質を充填することにより、活物質の充填密度を全体にわたり均一化し、そののちに全体を所定の厚みに圧縮するプレス加工を行い、所要箇所の活物質を超音波振動器を用いて除去して芯材露出部を形成するものである。
【００１７】
ところが、この製造方法では、活物質充填部と集電部との境界線の直線状が悪いために、得られた電池用電極板の極板精度が低下し、この電池用電極板を用いて構成した電池の集電機能が低下して高率放電特性が得られない。これは、プレス加工後であって除去し難い状態になっている活物質を除去するので、振幅の大きな超音波振動を付与する必要があり、これによって芯材露出部を形成すべき箇所の周辺部の活物質が脱落するためである。また、プレス加工部の除去し難い活物質は、超音波振動器のみでは完全に活物質を除去することができず、活物質を除去する箇所を予め加熱するなどの補助手段が必要となる。さらに、芯材１としては、超音波振動を受けたときに金属骨格が破壊され易いニッケルが用いられているので、この芯材の多孔質金属骨格は、上述の振幅の大きな超音波振動を受けると、損傷や劣化して集電性が低下してしまう欠点がある。
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、活物質の充填密度にばらつきがなく、活物質充填部と集電部との境界線が正確な直線状となり、集電部における活物質の残存率が低く、集電部の全体が所定の幅を有している電池用電極板を製造できる方法および製造装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電池用電極板の製造方法は、多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活物質を充填する活物質充填工程と、前記活物質充填済み芯材にストライプロールプレス加工を施してその側面が互いに平行で直線性を有する複数のレール状残存凸条部を残存形成するプレス工程と、前記残存凸条部に接して超音波振動を付与することにより活物質を除去して複数のレール状芯材露出部を形成する活物質除去工程と、前記芯材露出部をプレスロールで軽く押圧して他の部分と面一となる状態まで圧縮する平坦化工程と、少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を直線状に切断して個々の電池用電極板に分割する切断工程とを有していることを特徴としている。
【００２０】
この電池用電極板の製造方法では、プレス加工前であって全く凹凸のない芯材に対し活物質が充填するので、活物質が、芯材の全体にわたり確実に均一な充電密度になるよう充填されるとともに、凹凸がないことから流動することなく内部に保持されて、均一な充填密度を保持したまま乾燥される。また、プレス工程は１回だけであるから、芯材の延びや変形を可及的に抑制することができる。その結果、個々に分割された電池用電極板の活物質充填部と集電部との境界線を正確に直線とすることができるとともに、残存凸条部の活物質を超音波振動によって剥離状態に除去した後に軽く押圧して平坦化するので、芯材露出部を所定のピッチに形成でき、電池用電極板に全体にわたり所定の一定幅の集電部を有する集電部を形成することができ、さらに、電池用電極板に弓反りやクラックが殆ど発生しない。さらに、活物質除去工程では、プレス加工されていない残存凸条部に充填されて極めて除去し易い状態の活物質を、超音波振動の付与により、容易、且つ完全に除去でき、活物質残存率の極めて低い集電部を有する電池用電極板を得ることができる。
【００２１】
さらに、残存凸条部の活物質は除去が容易な状態であることと、超音波振動器と活物質充填済み芯材とを高速で連続的に相対移動させながら活物質の除去を行うこととにより、活物質を能率的に短時間で除去できるから、生産性が格段に向上する。また、除去すべき活物質が除去の極めて容易な状態であることと、超音波振動を上方に突出状態の残存凸条部の上部のみに付与されるだけであって他の箇所に影響を与えないので、芯材の金属骨格に破損や劣化が生じない。
【００２２】
また、本発明の電池用電極板の製造装置は、多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活物質が充填された活物質充填済み芯材にストライプロールプレス加工を施してその側面が互いに平行で直線性を有する複数のレール状残存凸条部を残存形成するストライプロールプレス機と、前記残存凸条部に接して超音波発生ホーンを接触させて超音波振動を付与する複数の超音波振動器およびこの各超音波振動器に対し下方位置で相対向する配置で設置されて超音波振動の付与により除去される活物質を吸引する真空吸引機からなる活物質除去装置と、前記芯材露出部を軽く押圧して他の部分と面一となる状態まで平坦に圧縮するロールプレス機と、少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を直線状に切断して個々の電池用電極板に分割する切断機または打ち抜き機とを備えて構成されている。
【００２３】
この電池用電極板の製造装置では、ストライプロールプレス機によってプレス加工することによって芯材に所定の複数の残存凸条部を形成し、超音波振動器の超音波発生ホーンに残存凸条部の上部を接触させた状態で活物質充填済み芯材および超音波振動器を所定方向に相対移動させて、残存凸条部の上部を超音波振動の付与により剥離する状態で活物質を除去するとともに、下方の真空吸引機によって残存凸条部およびこれの下方箇所にそれぞれ充填されている活物質を吸引して除去する。これにより、残存凸条部およびこれの下方箇所は、内部の活物質がほぼ完全に除去されて、高品質の芯材露出部とすることができる。したがって、この製造装置は、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造方法と同様の効果を確実に得ることができる。
【００２４】
上記製造装置において、ストライプロールプレス機は、位置を固定した状態で支持された受けプレスロールと、残存凸条部を残存形成するための溝部が所定箇所の周面に設けられて、前記受けプレスロールに向けた方向に所定の加圧力が加えられる加工プレスロールとを備えて構成され、前記溝部の両側の溝側壁の開口縁部が曲率半径０．３〜０．６ｍｍの円弧状になっている構成とすることが好ましい。
【００２５】
これにより、残存凸条部をこれの周辺部との境界が明確となる形状に形成することができるとともに、プレス加工時に芯材の金属骨格に破壊や劣化が生じない。ここで、円弧状をＲ0.3 〜Ｒ0.6 に設定するのが好ましく、この値より大きく設定した場合には、残存凸条部の縁部の活物質が脱落して残存凸条部と他の部分との境界が明確にならず、容量のばらつきを招く。一方、上記値よりも小さく設定した場合には、芯材の金属骨格の破壊や劣化を招いて、電池としたときの集電効率が低下する。
【００２６】
さらに、上記製造装置において、活物質除去装置の超音波発生ホーンの芯材への当接面に、芯材の移送方向へ向け下り勾配の傾斜面とこの傾斜面に連続する平坦な接触面とが形成され、超音波発生ホーンの接触面は、レール状残存凸状部の反対面を基準として、ストライプロールプレス加工済み部分の厚みよりも大きく、且つレール状残存凸条部の厚みよりも小さい隙間を介在して対向するよう設置されていることが好ましい。これにより、残存凸条部の厚み方向全体の活物質がほぼ100 ％近くに完全に除去されて、高品質の芯材露出部とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順に示した斜視図である。先ず、（ａ）に示す所定サイズの矩形状の三次元発泡メタルからなる芯材１の全体に、（ｂ）示すように活物質３を充填する。この場合、活物質３は、プレス加工前であって全く凹凸のない芯材１に対し充填されるので、全体にわたり確実に均一な充電密度になるよう充填されるとともに、凹凸つまり高低差がないことから流動することなく内部に保持されて、均一な充填密度を保持したまま乾燥する。なお、芯材１は、この実施の形態においてニッケルからなる三次元発泡メタルであって、厚みが例えば1.24ｍｍの矩形の薄板状である。但し、この実施の形態の製造方法は、連続的な帯状の芯材に適用することが好ましい。
【００２８】
つぎに、上述のように活物質３が均一に充填された芯材１は、（ｃ）に示すように、後工程において芯材露出部１３となる部分を除く他の全ての部分にプレス加工が施されて、例えば厚みが上述の1.2 ｍｍから0.6 ｍｍにほぼ１／２に圧縮され、このとき、0.9 ｍｍ〜1.1 ｍｍ程度の厚みを有する２本の平行なレール状の残存凸条部８，８が形成される。このプレス加工には、図２に示すようなストライプロールプレス機９が用いられる。
【００２９】
図２（ａ）はストライプロールプレス機９の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。このストライプロールプレス機９は、受けプレスロール１０と加工プレスロール１１とによって構成され、受けプレスロール１０は位置を固定した状態で回転自在に支持されているとともに、加工プレスロール１１は受けプレスロール１０に向けた方向に所定の加圧力が加えられるようになっている。したがって、加工プレスロール１１は加圧力に耐えられる高剛性を有しており、この加工プレスロール１１の所定の２箇所には、残存凸条部８，８を残存形成するための溝部１２，１２が周面に設けられている。上記溝部１２の両側の溝側壁１２ａ，１２ｂの開口縁部は、（ｂ）に明示するように、例えばＲ0.3 〜Ｒ0.6 の円弧状になっており、これによる効果については後述する。
【００３０】
また、両プレスロール１０，１１は、例えばφ550 の比較的大きなロール径を有したものであり、この実施の形態のプレス工程では、両プレスロール１０，１１間を通過する活物質充填済み芯材１に、例えば300 ｔｏｎの比較的大きな加圧力を加える１回のプレス加工により、図１（ｂ）の状態から一挙に同図（ｃ）に示す状態に加工する。これにより形成された２つのレール状残存凸条部８，８のピッチは、加工プレスロール１１の溝部１２の寸法で決定されて、正確に設定値となる。
【００３１】
ところで、図５に示す従来の製造方法では、同図（ａ）に示す芯材１に２本の溝部２を形成するための１回目のプレス工程と、同図（ｂ）に示す活物質３の充填後の芯材１における溝部２を除く他の全ての箇所を溝部２の溝底面と面一になるよう圧縮するための２回目のプレス工程との計２回のプレス工程を有している。これに対し、この実施の形態の製造方法では、２つの残存凸条部８，８を形成するためのプレス工程が１回存在するだけであり、その１回のプレス工程によって上述した所定の厚みと活物質３の所定の充填密度とを確保する必要がある。これを確保するためには、実験結果によると、極板幅１ｃｍ当たり３ｔｏｎの荷重を必要とすることが判明した。実用上においては、残存凸条部８の幅を全体にわたり一定値とするために、両プレスロール１０，１１間のギャップを広く、例えば0.3 ｍｍ程度に設定するのが好ましく、この場合には10ｔｏｎ／ｃｍの加圧力を必要とする。
【００３２】
また、電池用電極板の芯材１としては、展延性に富んだ純ニッケルからなる三次元発泡メタルが用いられているので、プレス工程では、活物質３の充填密度の高い部分の延びが大きくなる。この延びのばらつきは、プレスロール１０，１１のロール径によって抑制することができる。例えば、図５（ｃ）に示す従来の製造方法における２回目のプレス工程で用いているロール径がφ400 のプレスロールでは、長さ方向に3.3 ％〜3.5 ％もの延びが発生するのに対し、本発明の製造方法における図１（ｃ）に示すプレス工程で用いているロール径が上述のようにφ550 のプレスロール１０，１１では、同じ圧縮率において長さ方向に1.7 ％〜1.9 ％の延びしか発生しない。すなわち、芯材１の延びはロール径が大きい程小さくなる。これは、プレスロールのロール径が大きくなる程平面的なプレス加工に近くなるからである。したがって、ロール径の大きなプレスロール１０，１１を用いれば、活物質３の充填密度のばらつきに起因する延び率の違いを抑制することができる。
【００３３】
そして、従来の製造方法における２回目のプレス工程では、ロール径がφ400 と小さなプレスロールによるプレス１工程において３回のプレス加工を行っており、長さ方向に６％もの大きな延びが生じていた。これが個々の電池用電極板７に分割したときの弓反りの発生原因になっている。これに対し、この実施の形態の製造方法におけるプレス工程では、φ550 と比較的大きなロール径のプレスロール１０，１１によるプレス１工程において１回のプレス加工を行うだけであるから、長さ方向の延びは上述のように1.7 ％〜1.9 ％に抑制することができ、後工程において個々の電池用電極板１９に分割したときに、弓反りやクラックが殆ど発生しない。
【００３４】
しかも、上記プレス工程では、加工プレスロール１１の溝部１２の両溝側壁１２ａ，１２ｂの開口縁部が上述のようにＲ0.3 〜Ｒ0.6 の円弧状になっているので、残存凸条部８，８がこれの周辺部との境界が明確となる形状に形成されて容量をばらつきを抑制でき、且つプレス加工時に芯材１の金属骨格に破壊や劣化が生じない。すなわち、円弧状をＲ0.3 〜Ｒ0.6 より大きく設定した場合には、残存凸条部８，８の縁部の活物質３が脱落して残存凸条部８，８と他の部分との境界が明確にならず、上記値よりも小さく設定した場合には芯材１の金属骨格の破壊や劣化を招いて、電池としたときの集電効果が低下する。
【００３５】
続いて、２つの残存凸条部８，８は、図１（ｄ）に示す活物質除去工程において、自体の内部に充填されている活物質３が除去されることにより、２つのレール状の芯材露出部１３，１３とされる。図３は、この活物質除去工程に用いられる活物質除去装置１４を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。この活物質除去装置１４は、自体の超音波発生ホーン１７ａ，１７ａをそれぞれ各残存凸条部８，８の上部に接触させて超音波振動を付与することにより活物質３を剥離する状態で除去する一対の超音波振動器１７，１７と、この各超音波振動器１７，１７に対し下方位置で相対向する配置で設置されて超音波振動の付与により除去される活物質３を吸引する一対の真空吸引機１８，１８とを備えて構成されている。
【００３６】
なお、上記超音波発生ホーン１７ａは、活物質充填済み芯材１への当接面に、芯材１の移送方向へ向け下り勾配の傾斜面１７ｂが形成されており、この傾斜面１７ｂによって芯材１にダメージを与えないように図っている。また、上記傾斜面１７ｂおよびこの傾斜面１７ｂに連続する平坦な接触面１７ｃは、磨耗を軽減するために超硬を用いて形成されており、超音波発生ホーン１７ａの本体部分はチタンで形成されている。
【００３７】
この活物質除去装置１４では、位置固定の一対の超音波振動器１７，１７の各々の超音波発生ホーン１７ａ，１７ａにそれぞれ各残存凸条部８，８の上部を接触させた状態で活物質充填済み芯材１を図３（ｂ）に示す矢印方向に移送することにより、残存凸条部８の上部を超音波振動の付与により剥離するようにして、これの内部の活物質３を除去するとともに、下方の真空吸引機１８によって残存凸条部８およびこれの下方箇所にそれぞれ充填されている活物質３を吸引して除去する。これにより、残存凸条部８およびこれの下方箇所は、内部の活物質３がほぼ100 ％近くに完全に除去されて、高品質の芯材露出部１３となる。
【００３８】
つぎに、上述した活物質３の残存率が極めて低い芯材露出部１３を形成できる理由について説明する。上記活物質除去工程における除去対象の活物質３は、残存凸条部８に充填されているものであり、この除去対象の活物質３は、残存凸条部８がプレス加工されていないことから、極めて除去し易い状態である。したがって、この除去対象の活物質３は、従来の工程において除去が極めて困難であったバインダー入りのものであったとしても、超音波振動器１７の超音波発生ホーン１７ａの接触により超音波振動を付与しながら下方から真空吸引機１８で真空吸引することにより、容易、且つ完全に除去できる。
【００３９】
実測値によると、上記活物質除去工程を経て形成した芯材露出部１３の活物質残存率は１〜４％であった。これに対し従来の製造方法により得られた芯材露出部４の活物質残存率は１０％以上と高い上に、部分的に活物質３の塊が残っており、この塊が集電リード片を溶接する際のスパーク発生の主な原因になっていた。そのため、上記塊は作業者の手作業によって除去されており、これが生産性のさらなる低下を招く一因になっている。なお、上記活物質残存率の評価は、芯材１の素材であるニッケルが溶解しない酢酸水溶液に浸漬して活物質３のみを溶解させ、その溶解した活物質３の重量変化率から芯材露出部１３に残存する活物質３の重量を測定算出して行った。
【００４０】
また、芯材露出部１３の活物質残存率の低下を図るためには、活物質除去装置１４において、活物質充填済み芯材１の下面と超音波発生ホーン１７ａの接触面１７ｃとの間の隙間Ｃを、残存凸条部８の厚みＢが1.1 ｍｍ程度で、活物質充填済み芯材１のプレス加工後の厚みＤが0.6ｍｍ程度である場合に、0.7 ｍｍ〜0.8ｍｍに設定して使用するのが好ましい。上記隙間Ｃは、図１（ｃ）に示す活物質充填済み芯材１のプレス加工後の厚みＤが上述のように0.58ｍｍであることから、上記0.7 ｍｍ〜0.8 ｍｍよりも小さい値に設定することが可能であるが、そのような小さな値に設定しても活物質残存率が変わらない。一方、上記隙間Ｃを0.7 ｍｍ〜0.8 ｍｍより大きい値に設定した場合には、活物質残存率が高くなる。
【００４１】
さらに、上記活物質除去装置１４は、残存凸条部８の活物質３は除去が容易な状態であることと、位置固定の超音波振動器１７に対し活物質充填済み芯材１を高速で連続的に移送させながら活物質３の除去を行えることと、残存凸条部８の下方から真空吸引機１８で活物質３を真空吸引していることとにより、活物質３を能率的に除去でき、生産性が格段に向上する。実測値によると、活物質充填済み芯材１は、活物質３の除去が容易な状態であることから450 ｍｍ／ｓｅｃ程度の高速で移送することが可能である。この活物質除去工程では、活物質充填済み芯材１の移送速度を50ｍ／ｓｅｃよりも遅くして上述の活物質３を除去する時間を長く設定すると、生産性が低下するだけでなく、芯材１が破壊されて恰も虫食い状態に穴があくという不具合が生じる。
【００４２】
また、上記活物質除去工程では、超音波振動器１７を振幅が25〜50μｍの範囲内になるよう設定して駆動している。これは、振幅が上記範囲より小さくなると、活物質３を除去するのに要する時間が長くなり、逆に振幅が上記範囲より大きくなると、活物質３の除去効率が高くなる利点があるが、芯材１の金属骨格が破壊されて機械的強度が劣化するため、集電機能が低下するとともに、芯材露出部１３の近傍の活物質３が部分的に剥離されて芯材露出部１３と他の箇所との境界線の直線性が悪くなる。
【００４３】
本願発明の実施の形態の活物質除去工程では、超音波振動の付与によって活物質３を恰も剥離する状態で除去するにも拘わらず、芯材１における芯材露出部１３およびこれの周辺部分の金属骨格に損傷や劣化などが全く生じない。この効果は、引っ張り試験機による評価結果によって確認できた。これに対し、従来の芯材１に充填した活物質３を超音波振動の付与によって除去する工程を用いる場合には、芯材１に損傷や劣化が生じて芯材１の強度が一般的に50〜70％程度低下していた。これは、従来の何れの電池用電極板の製造方法においても、活物質３を充填した芯材１に対しプレス加工を施し、そののちに、集電部とすべき箇所に超音波振動を付与しているため、活物質３が極めて除去し難い状態において除去されることに起因している。これに対し、実施の形態では、殆どプレス加工されていない残存凸条部８，８の除去が極めて容易な活物質３を除去することと、超音波振動が上方に突出状態の残存凸条部８，８の上部のみに付与されるだけであって他の箇所に影響を与えないので、芯材１の金属骨格に破損や劣化が生じない。
【００４４】
つぎに、上記芯材露出部１３は、図３に図示のものとは異なるプレスロール（図示せず）で軽く押さえられて、（ｅ）に示すように、活物質３が充填されている箇所に対し面一となる状態とされる。最後に、（ｅ）に１点鎖線で示す３本の切断線に沿って切断されることにより、（ｆ）に示すような４個の電池用電極板１９が得られる。この各電池用電極板１９は、いずれも同一形状であって、帯状の長手方向に沿って活物質充填部１９ａと活物質３が除去された集電部１９ｂとの境界線１９ｃを有している。
【００４５】
上記工程を経て得られた電池用電極板１９における活物質充填部１９ａと集電部１９ｂとの境界線１９ｃの直線性は、工具顕微鏡を用いた測定方法の実測値によると、図５の従来の工程により製造された電池用電極板７において0.8 ｍｍもの誤差が生じていたのに対して、0.2 ｍｍ以下の小さな誤差に抑制できたことを確認した。このような良好な結果を得られたのは、図５に示す従来の製造方法では、活物質３の充填後に所定の充填密度にすることを目的として３回のプレス工程を有しているのに比較して、実施の形態の製造方法において、活物質充填済み芯材１に対し図１（ｃ）に示す残存凸条部８，８を形成するためのプレス加工を１回施すだけであることに起因する。したがって、この実施の形態で得られた電池用電極板１９は、上述した特開2000−113881号公報に開示されている電池用電極板の製造方法を後工程に用いて集電部１９ｂの処理を行うことが可能であり、それにより、集電部１９ｂは、機械的な強度や密度が高められ、且つ集電効率が向上する。
【００４６】
また、上記製造工程を経て得られた電池用電極板１９は、これの活物質充填部１９ａの充填密度のばらつきが1.5 ％以下に抑制されている。これは、プレス加工が施される前であって凹凸のない芯材１に活物質３を充填したことによって得られたものである。これに対し、従来の製造工程を経て得られた電池用電極板７では、プレス加工されて凹凸のある芯材１に活物質３を充填することから必然的に全体にわたり均等な充填量に充填することができないので、活物質充填部７ａの充填密度に3.5 ％以上のばらつきがあった。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施の形態に係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順に示す斜視図である。上記第１の実施の形態では、渦巻き状電極群を構成して円筒型電池に用いる電池用電極板１９の製造方法について説明したが、この第２の実施の形態では、積層型電極群を構成して角形電池に用いる電池用電極板の製造方法に関するものであり、図４において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してある。
【００４８】
先ず、（ａ）に示す所定サイズの矩形状もしくは帯状の三次元発泡メタルからなる芯材１の全体に、（ｂ）示すように活物質３を充填する。この場合、活物質３は、プレス加工前であって全く凹凸のない芯材１に対し充填されるので、全体にわたり均一な充電密度に充填されるとともに、凹凸つまり高低差がないことから流動することなく内部に保持されて、均一な充填密度を保持したまま乾燥される。
【００４９】
つぎに、上述のように活物質３が均一に充填された芯材１は、（ｃ）に示すように、後工程において芯材露出部となる部分を除く全ての部分がプレス加工を施されて厚みをほぼ１／２に圧縮され、後工程で芯材露出部となる部分が２本の平行なレール状の残存凸条部２０，２０として残存する。このプレス加工には、図２に示したストライプロールプレス機９と基本構造が同じであって、溝部が（ｃ）の残存凸条部２０，２０を形成できる配置に設けられた加工プレスロールを備えたストライプロールプレス機（図示せず）が用いられる。
【００５０】
続いて、２つの残存凸条部２０，２０は、（ｄ）に示す活物質除去工程において、自体の内部に充填されている活物質３が除去されることにより、２つのレール状の芯材露出部２１，２１とされる。この活物質除去工程では、図３に示した超音波振動器１７を備えた活物質除去装置１４とほぼ同様の構成を有する活物質除去装置（図示せず）を用いて、第１の実施の形態と同様に処理される。
【００５１】
上記芯材露出部２１，２１は、プレスロール（図示せず）で軽く押さえられて、（ｅ）に示すように、活物質３が充填されている箇所に対し面一となる状態まで圧縮される。そののちに、両芯材露出部２１，２１にはリードフープ２２がシーム溶接される。最後に、（ｆ）に１点鎖線で示す各切断線に沿って切断または打ち抜きされることにより、（ｇ）に示すような複数の電池用電極板２３が得られる。この各電池用電極板２３は、いずれも同一形状であって、活物質充填部２３ａと活物質３が除去された集電部２３ｂと、この集電部２３ｂに固着されたリード片２３ｃとを有している。
【００５２】
この電池用電極板２３の製造方法は、第１の実施の形態とほぼ同様の工程を経ることから、上述した第１の実施の形態の種々の効果と同様の効果を得ることができ、角形電池に用いる高品質の電池用電極板２３を生産性良く製造することができる。なお、リードフープ２２を溶接する工程に代えて、つまりリードフープ２２を溶接していない活物質充填済み芯材１を、（ｆ）の中央の切断線に沿って切断して二つに分割し、芯材露出部２１に対して、上述した特開2000−113881号公報に開示されている電池用電極板の製造方法による処理を施し、そののちに個々の電池用電極板に分割するようにしてもよい。この場合、芯材露出部２１を分割してなる集電部は、上述した処理によって機械的な強度や密度が高められ、且つ集電効率も向上しているので、リードフープ２２を切断してなるリード片２３ｃを設けた場合と同様の品質の安定したリード片を形成することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電池用電極板の製造方法によれば、プレス加工前であって全く凹凸のない芯材に対し活物質を充填するので、活物質の充填密度をばらつきないように均一化できる。また、プレス工程は１回だけであるから、電池用電極板の活物質充填部と集電部との境界線を正確に直線とすることができるとともに、芯材露出部を所定のピッチに形成でき、電池用電極板に全体にわたり所定の一定幅の集電部を有する集電部を形成することができ、さらに、電池用電極板に弓反りやクラックが殆ど発生しない。また、活物質除去工程における除去対象の活物質は、ストライプロールプレス加工されていない残存凸条部に充填されており、極めて除去し易い状態であるから、超音波振動の付与により、容易、且つ完全に除去でき、活物質残存率の極めて低い集電部を有する電池用電極板を得ることができる。
【００５４】
また、残存凸条部の活物質は除去が容易な状態であることと、超音波振動器と活物質充填済み芯材を高速で連続的に相対移動させながら活物質の除去を行うので、活物質を能率的に短時間で除去でき、生産性が格段に向上する。また、除去すべき活物質が除去の極めて容易な状態であることと、超音波振動を上方に突出状態の残存凸条部の凸部のみに付与されるだけであって他の箇所に影響を与えないので、芯材の金属骨格に破損や劣化が生じない。
【００５５】
一方、本発明の電池用電極板の製造装置によれば、ストライプロールプレス機によってプレス加工することによって芯材に所定の複数の残存凸条部を形成し、超音波振動器の超音波発生ホーンに残存凸条部の凸部を接触させた状態で活物質充填済み芯材および超音波振動器を所定方向に相対移動させて、残存凸条部への超音波振動の付与により活物質を除去するとともに、凸部の反対面から真空吸引機によって残存凸条部の厚さ方向全体に充填されている活物質を吸引して除去する構成としたので、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造方法と同様の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施の形態に係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順に示した斜視図。
【図２】同上の製造方法におけるプレス工程に用いられるストライプロールプレス機を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図。
【図３】活物質除去工程に用いられる活物質除去装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施の形態に係る電池用電極板の製造方法を具現化した製造工程を順に示す斜視図。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は従来の電池用電極板の製造方法の製造工程を順に示した斜視図。
【符号の説明】
１ 芯材
３ 活物質
８，２０ 残存凸条部
９ ストライプロールプレス機
１０ 受けプレスロール
１１ 加工プレスロール
１２ 溝部
１２ａ，１２ｂ 溝側壁
１３，２１ 芯材露出部
１４ 活物質除去装置
１７ 超音波振動器
１７ａ 超音波発生ホーン
１８ 真空吸引機
１９，２３ 電池用電極板

Claims (4)

1. 多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活物質を充填する活物質充填工程と、
   前記活物質充填済み芯材にストライプロールプレス加工を施してその側面が互いに平行で直線性を有する複数のレール状残存凸条部を残存形成するプレス工程と、
   前記残存凸条部に接して超音波振動を付与することにより活物質を除去して複数のレール状芯材露出部を形成する活物質除去工程と、
   前記芯材露出部をプレスロールで軽く押圧して他の部分と面一となる状態まで圧縮する平坦化工程と、
   少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を直線状に切断して個々の電池用電極板に分割する切断工程とを有していることを特徴とする電池用電極板の製造方法。
2. 多孔質を有する薄板状の芯材の全体に活物質が充填された活物質充填済み芯材にストライプロールプレス加工を施してその側面が互いに平行で直線性を有する複数のレール状残存凸条部を残存形成するストライプロールプレス機と、
   前記残存凸条部に接して超音波発生ホーンを接触させて超音波振動を付与する複数の超音波振動器およびこの各超音波振動器に対し下方位置で相対向する配置で設置されて超音波振動の付与により除去される活物質を吸引する真空吸引機からなる活物質除去装置と、
   前記芯材露出部を軽く押圧して他の部分と面一となる状態まで平坦に圧縮するロールプレス機と、
   少なくとも前記芯材露出部を含む所定箇所を直線状に切断して個々の電池用電極板に分割する切断機または打ち抜き機とを備えて構成されていることを特徴とする電池用電極板の製造装置。
3. ストライプロールプレス機は、位置を固定した状態で支持された受けプレスロールと、残存凸条部を残存形成するための溝部が所定箇所の周面に設けられて、前記受けプレスロールに向けた方向に所定の加圧力が加えられる加工プレスロールとを備えて構成されているとともに、前記溝部の両側の溝側壁の開口縁部が曲率半径０．３〜０．６ｍｍの円弧状になっている請求項２に記載の電池用電極板の製造装置。
4. 活物質除去装置の超音波発生ホーンの芯材への当接面に、芯材の移送方向へ向け下り勾配の傾斜面とこの傾斜面に連続する平坦な接触面とが形成され、超音波発生ホーンの接触面は、レール状残存凸状部の反対面を基準として、ストライプロールプレス加工済み部分の厚みよりも大きく、且つレール状残存凸条部の厚みよりも小さい隙間を介在して対向するよう設置されている請求項２または３に記載の電池用電極板の製造装置。

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