JP3695868B2 - Square alkaline storage battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−亜鉛蓄電池などの角型アルカリ蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、円筒型のアルカリ蓄電池に代わり、電池使用機器内での体積効率を高めるために角型のアルカリ蓄電池が開発されるようになった。一般に、アルカリ蓄電池においては、負極板の充放電容量に較べて正極板の充放電容量が少なくなるようにして、充放電が正極制限となるように設計されている。この場合、正極板の充放電利用効率を高めるため、負極板が正極板を取り囲む構造が採用されている。
【0003】
一方、角型のアルカリ蓄電池においては、正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層する構造としている。このとき負極板が正極板を取り囲む構造とするならば、積層構造の最外側(積層構造の両端部)には負極板が配置される構造となるため、負極板は両側が正極板に対向するものと、片面のみが正極板に対向するもの(積層構造の両端部に配置されるもの、以下端部負極板という)の2種類が存在することとなる。
【0004】
上記のような構造とした角型アルカリ蓄電池においては、端部負極板の容量は対向する正極板の容量に対して相対的に大きくなるため、充電時に電池内での電流分布が不均一になるとともに、この不均一な電流分布に起因して電池内でのガス吸収性能が悪化して、電池内圧が上昇するという問題を生じた。
【0005】
ところで、アルカリ蓄電池内での発生ガスの吸収は以下に説明する原理に基づいて行われる。即ち、充電終期には満充電状態になった正極板より酸素ガスが発生し、電池内圧が上昇する。この酸素ガスは負極板によって吸収され、負極板での充電生成物が放電生成物に変化する。電池の内圧が上昇するに伴いガス吸収反応の速度も上昇する。電池内圧が充分上昇してガス発生反応とガス吸収反応がバランスすると、電池内は平衡ガス圧に保たれ、負極の充電はそれ以上進行しなくなる。
【0006】
ここで、電池内での電流分布が不均一になるとガス吸収反応も不均一になるため、電池内に圧力勾配が生じて平衡ガス圧が高くなる。一方、電池内での電流分布を均一にするとガス吸収反応も均一になるため、電池内に圧力勾配が生じなくなり、平衡ガス圧が低くなってガス吸収性能が向上する。そこで、端部負極板の放電容量を両面が正極板に対向する負極板の放電容量に較べて少なくして、電池内での電流分布が均一になるようにしたものが特公平6−77463号公報において提案されるようになった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公平6−77463号公報において提案された角型アルカリ蓄電池においては、電池内での電流分布を均一にするために端部負極板の放電容量を少なくしようとすると、端部負極板の厚みをその他の負極板の厚みの半分に薄くする必要がある。しかしながら、負極板を半分に薄くすることは製造条件も大きく異なることから、2種類の負極板を製造するためには、製造設備を変更しなければならなく、かつ電池製造時の作業性が煩雑になるとともに、製造コストが上昇するという問題を生じる。
【0008】
また、角型アルカリ蓄電池において、帯状の芯体を共通にしてその左右に2個の負極板を形成し、その中央部がU字状に折曲される芯体露出部を備えて、U字状に折曲された2個の負極板間にセパレータを介して正極板を挟持させた複数組の間にセパレータを介して正極板を積層して極板群とする製法の角型アルカリ蓄電池が知られているが、この方法により角型アルカリ蓄電池を製造する場合、帯状の芯体を共通にしてその左右に厚みの異なる2個の負極板を形成することは極めて困難であるため、この方法を採用して角型アルカリ蓄電池を製造することが不可能になるという問題も生じる。
【0009】
本発明の目的は、上記の問題に対処するため、電池の製造が容易であるとともに容積当たりの放電容量が大きく、かつガス吸収性能に優れた角型アルカリ蓄電池を得ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記の目的を達成するため、本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層して極板群とし、この極板群の両端部に負極板を配置して角型の金属外装缶に挿入してなる角型アルカリ蓄電池であって、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池を提供するものである。この角型アルカリ蓄電池においては、上記のように放電容量の比率を規制することにより、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量が、相対的に放電容量が大きくなる極板群の両端部に配置される負極板の放電容量と最適な比率となるため、電池内での電流分布が一層均一になって、ガス吸収反応も一層均一になり、電池内に圧力勾配が生じないために平衡ガス圧が一層低下してガス吸収性能も格段に向上する。また、両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量が両端部に配置される負極板の放電容量と最適な比率になるため、高率放電や低温放電時に、両端部に配置される負極板が未放電状態で放電終了となることがなくなり、電池の容積当たりの放電容量が一層増大する。
【0013】
本発明の一実施形態においては、 正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層して極板群とし、この極板群の両端部に負極板を配置して角型の金属外装缶に挿入してなる角型アルカリ蓄電池であって、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みを他の正極板の厚みと同等にするとともに、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度を他の正極板の活物質密度の130〜160%として、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池が提供される。
【0014】
この実施形態においては、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みと他の正極板の厚みとを同等にして、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度を他の正極板の活物質密度の130〜160%とすることにより、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質の充填量は他の正極板の充填量の130〜160%となるため、その放電容量が130〜160%の正極板が得られる。
【0015】
本発明の他に実施形態においては、 正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層して極板群とし、この極板群の両端部に負極板を配置して角型の金属外装缶に挿入してなる角型アルカリ蓄電池であって、 前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度を他の正極板の活物質密度と同等にするとともに、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みを他の正極板の厚みの130〜160%として、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池が提供される。
【0016】
この実施形態においては、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度と他の正極板の活物質密度とを同等にして、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みを他の正極板の厚みの130〜160%としても、極板群の両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質の充填量は他の正極板の充填量の130〜160%となるため、その放電容量が130〜160%の正極板が得られる。この場合、極板群全体の厚みを小さくすることが可能となるため、全体的な充填量を増加させることが可能となり、一層放電容量を増加させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、図1は極板群の両端部に配置される水素吸蔵合金負極板に対向するニッケル正極板以外の導電タブ11aを備えたニッケル正極板(以下、中間のニッケル正極板という)11を示し、図2は極板群の両端部に配置される水素吸蔵合金負極板に対向する導電タブ12aを備えたニッケル正極板12(以下、端部のニッケル正極板という)を示し、図3は2個の水素吸蔵合金負極板13,13を示し、図4はこれらのニッケル正極板11,12と水素吸蔵合金負極板13,13とをセパレータ14を介して組み立てた極板群10を示し、図5はこの極板群10を収容する有底四角柱状(角型)の金属外装缶20を示す。
【0020】
A.ニッケル正極板の作製
実施例1
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを1.08g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例1の中間のニッケル正極板11とする。
なお、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーとしては、例えば、共沈成分として亜鉛2.5重量%とコバルト1重量%を含有する水酸化ニッケル粉末10重量部と、酸化亜鉛粉末3重量部との混合粉末に、ヒドロキシプロピルセルロースの0.2重量%水溶液を加えて撹拌、混合したものを使用する。以下、同様に、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーはこのものを使用する。
【0021】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを上記中間のニッケル正極板11の充填量の130%(1.41g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の130%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例1の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例1の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.4mm)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の130%となる。
【0022】
実施例2
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを所定量、例えば1.03g充填する。物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例2の中間のニッケル正極板11とする。
【0023】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを実施例2の中間のニッケル正極板11の充填量の140%(1.44g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の140%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例2の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例2の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.4mm)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の140%となる。
【0024】
実施例3
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを0.93g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例3の中間のニッケル正極板11とする。
【0025】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを上記中間のニッケル正極板11の充填量の160%(1.49g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の160%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して実施例3の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例3の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.4mm)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の160%となる。
【0026】
実施例4
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを1.08g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.33mmになるように圧延して実施例4の中間のニッケル正極板11とする。このように製作した実施例4の中間のニッケル正極板11の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。
【0027】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを実施例4の中間のニッケル正極板11の充填量の130%(1.41g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の130%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.43mmになるように圧延して実施例4の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例4の端部のニッケル正極板12の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。したがって、実施例4の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と充填密度が等しく(4.5g/cm3)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の130%となる。
【0028】
実施例5
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを1.03g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.32mmになるように圧延して実施例5の中間のニッケル正極板11とする。このように製作した実施例5の中間のニッケル正極板11の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。
【0029】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを実施例5の中間のニッケル正極板11の充填量の140%(1.44g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の140%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.44mmになるように圧延して実施例5の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例5の端部のニッケル正極板12の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。したがって、実施例5の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と充填密度が等しく(4.5g/cm3)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の140%となる。
【0030】
実施例6
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを0.93g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.29mmになるように圧延して実施例6の中間のニッケル正極板11とする。このように製作した実施例6の中間のニッケル正極板11の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。
【0031】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを実施例6の中間のニッケル正極板11の充填量の160%(1.49g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の160%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.46mmになるように圧延して実施例6の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した実施例6の端部のニッケル正極板12の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。したがって、実施例6の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と充填密度が等しく(4.5g/cm3)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の160%となる。
【0032】
比較例1
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを1.30g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.4mmになるように圧延して比較例1の中間のニッケル正極板11とする。
【0033】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを比較例1の中間のニッケル正極板11の充填量の100%(約1.30g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の100%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.40mmになるように圧延して比較例1の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した比較例1の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.40mm)てその放電容量も中間のニッケル正極板11の100%となる。
【0034】
比較例2
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを1.15g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.40mmになるように圧延して比較例2の中間のニッケル正極板11とする。
【0035】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを比較例2の中間のニッケル正極板11の充填量の120%(1.38g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の120%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.40mmになるように圧延して比較例2の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した比較例2の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.40mm)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の120%となる。
【0036】
比較例3
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを0.89g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.40mmになるように圧延して中間のニッケル正極板11とする。
【0037】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを比較例3の中間のニッケル正極板11の充填量の170%(1.51g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の170%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.40mmになるように圧延して比較例3の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した比較例3の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と厚みが等しく(0.40mm)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の170%となる。
【0038】
比較例4
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを所定量、例えば1.15g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.35mmになるように圧延して中間のニッケル正極板11とする。このように製作した比較例4の中間のニッケル正極板11の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。
【0039】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを比較例4の中間のニッケル正極板11の充填量の120%(1.38g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の120%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.42mmになるように圧延して比較例4の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した比較例4の端部のニッケル正極板12の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。したがって、比較例4の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と充填密度が等しく(4.5g/cm3)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の120%となる。
【0040】
比較例5
a.中間のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを0.89g充填する。活物質スラリーを充填した極板を乾燥した後、厚みが0.27mmになるように圧延して比較例5の中間のニッケル正極板11とする。このように製作した比較例5の中間のニッケル正極板11の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。
【0041】
b.端部のニッケル正極板の作製
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する厚みが1.0mmの金属多孔体よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを比較例5の中間のニッケル正極板11の充填量の170%(1.51g)を充填する。活物質スラリーを中間のニッケル正極板11の充填量の170%を充填した極板を乾燥した後、厚みが0.46mmになるように圧延して比較例5の端部のニッケル正極板12とする。このようにして作製した比較例5の端部のニッケル正極板12の活物質充填密度は4.5g/cm3となる。したがって、比較例5の端部のニッケル正極板12は、中間のニッケル正極板11と充填密度が等しく(4.5g/cm3)てその放電容量は中間のニッケル正極板11の170%となる。
【0042】
B.水素吸蔵合金負極板の作製
Ti−Ni系あるいはLa(もしくはMm)−Ni系の多元合金、例えば、MmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6合金よりなる水素吸蔵合金粉末に結着剤としてポテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末を水素吸蔵合金粉末に対して5重量%加えて混練し、負極活物質ペーストとする。この負極活物質ペーストを、パンチングメタル等からなる帯状金属芯体3aにその中央部が露出するように左右両側に塗着した後、両面から加圧して中央部で接続された2個の電極板からなる水素吸蔵合金負極板13,13を作製する。
【0043】
C.角型ニッケル−水素蓄電池の作製
上記ように作製した2個の電極板からなる水素吸蔵合金負極板13,13を2枚用意し、この水素吸蔵合金負極板13,13の中央部をU字状に折曲して、セパレータ14を介して端部のニッケル正極板12を挟持させ、この端部のニッケル正極板12が挟持された水素吸蔵合金負極板13,13の2組の間に、セパレータ14を介して中間のニッケル正極板11を積層して11種類の極板群10とする。その後、中間のニッケル正極板11の導電タブ11aと各端部のニッケル正極板12,12の導電タブ12a,12aとをそれぞれ溶接する。これらの導電タブ11a,12a,12aは外部端子21に電気的に接続される。
【0044】
このように形成した11種類の極板群10をそれぞれ11個の有底四角柱状(角型)の金属外装缶20に挿入し、端部負極板13,13と金属外装缶20の内側面とを緊密に接触させるとともに、帯状金属芯体13aの露出した中央部が金属外装缶20の内底面とを緊密に接触させる。この11個の金属外装缶20にそれぞれ30重量%の水酸化カリウム(KOH)水溶液よりなる電解液を注液することにより、11種類の角型ニッケル−水素蓄電池を作製する。
【0045】
D.電池特性試験
上記したように作製した11種類の各角型ニッケル−水素蓄電池を60mAの充電々流で16時間充電した後、1時間休止させる。その後、140mAの放電々流で終止電圧が1.0Vになるまで放電させた後、1時間休止させる。この充放電を室温で3サイクル繰り返して、各角型ニッケル−水素蓄電池を活性化する。
【0046】
ついで、このようにして充放電を室温で3サイクル繰り返した放電状態の11種類の角型ニッケル−水素蓄電池を60mAの充電々流で1.5時間充電を行ったときの電池内圧を測定すると、下記表1に示すような実験結果が得られた。
【0047】
【表1】
【0048】
この表1の実験結果より、以下のことが明らかとなった。即ち、実施例1〜実施例3のように、中間のニッケル正極板11と厚みを等しくしてその活物質の充填密度を変化させて、端部のニッケル正極板12,12の放電容量を中間のニッケル正極板11の放電容量の130〜160%としても、実施例4〜実施例6のように中間のニッケル正極板11と活物質の充填密度を等しくしてその厚みを変化させて、端部のニッケル正極板12,12の放電容量を中間のニッケル正極板11の放電容量の130〜160%としても、比較例1〜比較例5の角型ニッケル−水素蓄電池のいずれよりも電池内圧が低下した。
【0049】
この理由は次のように考えることができる。即ち、端部のニッケル正極板12,12の放電容量を中間のニッケル正極板11の放電容量の130〜160%とすると、端部のニッケル正極板12,12の放電容量が、相対的に放電容量が大きくなる両端部に配置される水素吸蔵合金負極板13,13の放電容量と最適な比率となるため、電池内での電流分布が均一になる。電池内での電流分布が均一になると、水素吸蔵合金負極板13,13のガス吸収反応も均一になり、電池内に圧力勾配が生じないために平衡ガス圧が低下してガス吸収性能も格段に向上するためと考えられる。
【0050】
そして、端部のニッケル正極板12,12の放電容量が両端部に配置される水素吸蔵合金負極板13,13の放電容量と最適な比率になると、両端部に配置される水素吸蔵合金負極板13,13が未放電状態で放電終了となることがなくなるため、高率放電や低温放電時の電池全体としての放電効率が上昇して、電池の容積当たりの放電容量が一層増大する。
【0051】
なお、実施例4〜実施例6のように中間のニッケル正極板11と活物質の充填密度を等しくしてその厚みを変化させて、端部のニッケル正極板12,12の放電容量を中間のニッケル正極板11の放電容量の130〜160%とすると、極板群10全体の厚みを小さくすることが可能となるため、全体的な充填量を増加させることが可能となり、一層放電容量を増加させることができる。
【0052】
また、U字状に折曲された2個の水素吸蔵合金負極板13,13間にセパレータ14を介して端部のニッケル正極板12を挟持させるようにすると、極板群10を金属外装缶20内に挿入する際に端部負極板13,13が位置ずれを起こすことがなくなるので、電池組立の作業性が向上する。また、両端部に配置される負極板13,13を金属外装缶20の内側面に圧接させるとともに芯体露出部13aを金属外装缶20の内底面に圧接させているので、極板群10にガタつきが生じることを防止できるようになり、かつ溶接工程を削減できるので組立不良の発生を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 中間のニッケル正極板(その他の正極板)を示す図である。
【図2】 端部のニッケル正極板(両端部に配置される負極板に対向する正極板)を示す図である。
【図3】 2個の水素吸蔵合金負極板を示す図である。
【図4】 極板群を示す図である。
【図5】 角型金属外装缶を示す図である。
【符号の説明】
10…極板群、11…中間のニッケル正極板(その他の正極板)、11a…導電タブ、12…端部のニッケル正極板(両端部に配置される負極板に対向する正極板)、12a…導電タブ、13…水素吸蔵合金負極板、14…セパレータ、20…角型金属外装缶、21…外部端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a prismatic alkaline storage battery such as a nickel-hydrogen storage battery, a nickel-cadmium storage battery, or a nickel-zinc storage battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, instead of cylindrical alkaline storage batteries, rectangular alkaline storage batteries have been developed in order to increase volumetric efficiency in battery-operated equipment. In general, the alkaline storage battery is designed such that the charge / discharge is limited by the positive electrode so that the charge / discharge capacity of the positive electrode plate is smaller than the charge / discharge capacity of the negative electrode plate. In this case, a structure in which the negative electrode plate surrounds the positive electrode plate is employed in order to increase the charge / discharge utilization efficiency of the positive electrode plate.
[0003]
On the other hand, the prismatic alkaline storage battery has a structure in which positive plates and negative plates are alternately stacked via separators. If the negative electrode plate surrounds the positive electrode plate at this time, the negative electrode plate is arranged on the outermost side of the laminated structure (both ends of the laminated structure), and therefore the negative electrode plate faces both sides of the positive electrode plate. There are two types: one that faces the positive electrode plate only on one side (one that is disposed at both ends of the laminated structure, hereinafter referred to as end negative electrode plate).
[0004]
In the prismatic alkaline storage battery having the above-described structure, the capacity of the end negative plate is relatively large with respect to the capacity of the opposing positive plate, so that the current distribution in the battery becomes non-uniform during charging. At the same time, due to this non-uniform current distribution, the gas absorption performance in the battery deteriorates and the internal pressure of the battery increases.
[0005]
By the way, absorption of the generated gas in the alkaline storage battery is performed based on the principle described below. That is, at the end of charging, oxygen gas is generated from the fully charged positive electrode plate, and the battery internal pressure rises. This oxygen gas is absorbed by the negative electrode plate, and the charge product at the negative electrode plate changes to a discharge product. As the internal pressure of the battery increases, the rate of gas absorption reaction also increases. When the internal pressure of the battery rises sufficiently to balance the gas generation reaction and the gas absorption reaction, the inside of the battery is maintained at an equilibrium gas pressure, and the charging of the negative electrode does not proceed any further.
[0006]
Here, when the current distribution in the battery becomes non-uniform, the gas absorption reaction also becomes non-uniform, so that a pressure gradient is generated in the battery and the equilibrium gas pressure becomes high. On the other hand, when the current distribution in the battery is made uniform, the gas absorption reaction also becomes uniform, so that no pressure gradient is generated in the battery, the equilibrium gas pressure is lowered, and the gas absorption performance is improved. Therefore, Japanese Patent Publication No. 6-77463 has a structure in which the discharge capacity of the end negative plate is made smaller than the discharge capacity of the negative plate opposite to the positive plate so that the current distribution in the battery is uniform. Proposed in the gazette.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the prismatic alkaline storage battery proposed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 6-77463, if the discharge capacity of the end negative plate is reduced in order to make the current distribution in the battery uniform, It is necessary to reduce the thickness to half the thickness of the other negative electrode plate. However, thinning the negative electrode plate in half greatly varies the manufacturing conditions. Therefore, in order to manufacture two types of negative electrode plates, the manufacturing equipment must be changed, and the workability during battery manufacturing is complicated. As a result, there arises a problem that the manufacturing cost increases.
[0008]
Further, in the rectangular alkaline storage battery, a strip-shaped core body is shared, two negative plates are formed on the left and right sides thereof, and a core body exposed portion whose central portion is bent into a U-shape is provided. A prismatic alkaline storage battery of the manufacturing method in which a positive electrode plate is laminated via a separator between a plurality of sets in which the positive electrode plate is sandwiched between two negative electrode plates bent in a shape to form an electrode plate group. Although it is known, when manufacturing a square alkaline storage battery by this method, it is extremely difficult to form two negative plates with different thicknesses on the left and right sides using a common belt-shaped core. There is also a problem that it becomes impossible to manufacture a prismatic alkaline storage battery by employing the above.
[0009]
The purpose of the present invention is to address the above problems.An object of the present invention is to obtain a prismatic alkaline storage battery that is easy to manufacture and has a large discharge capacity per volume and excellent gas absorption performance.
[0012]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is to form a plate group by alternately laminating positive plates and negative plates via separators, and disposing a negative plate at both ends of the plate group to form a square shape. It is a prismatic alkaline storage battery inserted into a metal outer can, and the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is 130 to 160% of the discharge capacity of the other positive electrode plate. A rectangular alkaline storage battery is provided. In this rectangular alkaline storage battery, as described aboveBy regulating the ratio of the discharge capacity, the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both ends of the electrode plate group is arranged at both ends of the electrode plate group having a relatively large discharge capacity. Since the discharge capacity of the negative electrode plate is an optimum ratio, the current distribution in the battery becomes more uniform, the gas absorption reaction becomes more uniform, and the pressure gradient does not occur in the battery. The gas absorption performance will be greatly improved by lowering. Also, since the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate placed at both ends is the optimal ratio with the discharge capacity of the negative electrode plate placed at both ends, it is placed at both ends during high rate discharge or low temperature discharge. When the negative electrode plate is not discharged, the discharge is not terminated, and the discharge capacity per battery volume is further increased.
[0013]
In one embodiment of the present invention, a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately stacked via a separator to form an electrode plate group, and the negative electrode plate is disposed at both ends of the electrode plate group to form a rectangular metal outer can. A positive electrode plate opposite to the negative electrode plates disposed at both ends, and having the same thickness as the other positive electrode plates, and the negative electrodes disposed at both ends The active material density of the positive electrode plate facing the plate is 130 to 160% of the active material density of the other positive electrode plate, and the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is the discharge of the other positive electrode plate. A prismatic alkaline storage battery characterized by having a capacity of 130 to 160% is provided.
[0014]
In this embodiment,The thickness of the positive electrode plate opposed to the negative electrode plate arranged at both ends of the electrode plate group is equal to the thickness of the other positive electrode plate, and the positive electrode plate opposed to the negative electrode plate arranged at both ends of the electrode plate group By setting the active material density to 130 to 160% of the active material density of the other positive electrode plate, the active material filling amount of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends of the electrode plate group is different from the other positive electrode plate. Therefore, a positive electrode plate having a discharge capacity of 130 to 160% is obtained.
[0015]
In another embodiment of the present invention, a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator to form an electrode plate group, and the negative electrode plate is disposed at both ends of the electrode plate group to form a square metal sheath. A prismatic alkaline storage battery inserted into a can, The active material density of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both end portions is made equal to the active material density of the other positive electrode plate, and the thickness of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at the both end portions is The thickness of the other positive electrode plate is 130 to 160%, and the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is 130 to 160% of the discharge capacity of the other positive electrode plate. A prismatic alkaline storage battery is provided.
[0016]
In this embodiment,The active material density of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both ends of the electrode plate group is made equal to the active material density of the other positive electrode plate, and the negative electrode plate arranged at both ends of the electrode plate group is opposed. Even if the thickness of the positive electrode plate is 130 to 160% of the thickness of the other positive electrode plate, the active material filling amount of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends of the electrode plate group is the filling amount of the other positive electrode plate. Therefore, a positive electrode plate with a discharge capacity of 130 to 160% is obtained. In this case, since the thickness of the entire electrode plate group can be reduced, the overall filling amount can be increased, and the discharge capacity can be further increased.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment of the present invention when the present invention is applied to a nickel-hydrogen storage battery will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a nickel positive electrode plate (hereinafter referred to as an intermediate nickel positive electrode plate) 11 having a
[0020]
A. Production of nickel positive electrode plate
Example 1
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
1.08 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, it is rolled to a thickness of 0.4 mm to obtain an intermediate nickel
The active material slurry containing nickel hydroxide as a main component includes, for example, 10 parts by weight of nickel hydroxide powder containing 2.5% by weight of zinc and 1% by weight of cobalt as a coprecipitation component, and 3% by weight of zinc oxide powder. A 0.2% by weight aqueous solution of hydroxypropylcellulose is added to the mixed powder with a part and stirred and mixed. Hereinafter, similarly, this is used as an active material slurry mainly composed of nickel hydroxide.
[0021]
b. Fabrication of the end nickel plate
Filling amount of the intermediate nickel
[0022]
Example 2
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
A predetermined amount, for example, 1.03 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the material slurry, it is rolled to a thickness of 0.4 mm to obtain an intermediate nickel
[0023]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 140% (1.44 g) of the filling amount is filled. After drying the electrode plate filled with 140% of the filling amount of the intermediate nickel
[0024]
Example 3
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
0.93 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, it is rolled to a thickness of 0.4 mm to obtain an intermediate nickel
[0025]
b. Fabrication of the end nickel plate
Filling amount of the intermediate nickel
[0026]
Example 4
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
1.08 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, it is rolled to a thickness of 0.33 mm to obtain an intermediate nickel
[0027]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a porous metal body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 130% (1.41 g) of the filling amount is filled. After drying the electrode plate filled with 130% of the filling amount of the intermediate nickel
[0028]
Example 5
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
1.03 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After the electrode plate filled with the active material slurry is dried, it is rolled to a thickness of 0.32 mm to obtain an intermediate nickel
[0029]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 140% (1.44 g) of the filling amount is filled. After drying the electrode plate filled with 140% of the filling amount of the intermediate nickel
[0030]
Example 6
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
0.93 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After the electrode plate filled with the active material slurry is dried, it is rolled to a thickness of 0.29 mm to obtain an intermediate nickel
[0031]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 160% (1.49 g) of the filling amount of After drying the electrode plate filled with 160% of the filling amount of the intermediate nickel
[0032]
Comparative Example 1
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
1.30 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, the electrode plate is rolled to a thickness of 0.4 mm to obtain an intermediate nickel
[0033]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 100% (about 1.30 g) of the filling amount of After drying the electrode plate in which 100% of the filling amount of the intermediate nickel
[0034]
Comparative Example 2
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
1.15 g of an active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, the electrode plate is rolled to a thickness of 0.40 mm to obtain an intermediate nickel
[0035]
b. Fabrication of the end nickel plate
The nickel
[0036]
Comparative Example 3
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
0.89 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, it is rolled to a thickness of 0.40 mm to obtain an intermediate nickel
[0037]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry containing nickel hydroxide as a main component on a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like is an intermediate nickel
[0038]
Comparative Example 4
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
A predetermined amount, for example, 1.15 g, of an active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is filled in a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After the electrode plate filled with the active material slurry is dried, it is rolled to a thickness of 0.35 mm to obtain an intermediate nickel
[0039]
b. Fabrication of the end nickel plate
The nickel
[0040]
Comparative Example 5
a. Preparation of intermediate nickel positive plate
0.89 g of an active material slurry containing nickel hydroxide as a main component is filled in a core made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. After drying the electrode plate filled with the active material slurry, it is rolled to a thickness of 0.27 mm to obtain an intermediate nickel
[0041]
b. Fabrication of the end nickel plate
An active material slurry mainly composed of nickel hydroxide is applied to a core body made of a metal porous body having a thickness of 1.0 mm and having a three-dimensionally continuous space made of foamed nickel or the like. 170% (1.51 g) of the filling amount is filled. After drying the electrode plate filled with 170% of the filling amount of the intermediate nickel
[0042]
B. Preparation of hydrogen storage alloy negative electrode plate
Ti-Ni-based or La (or Mm) -Ni-based multi-component alloys such as MmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6Potassium fluoroethylene (PTFE) powder as a binder is added to a hydrogen storage alloy powder made of an alloy at 5% by weight with respect to the hydrogen storage alloy powder and kneaded to obtain a negative electrode active material paste. After coating this negative electrode active material paste on a band-shaped metal core 3a made of punching metal or the like on both the left and right sides so that the central part is exposed, the two electrode plates are pressed from both sides and connected at the central part The hydrogen storage alloy
[0043]
C. Fabrication of prismatic nickel-hydrogen storage battery
Two hydrogen storage alloy
[0044]
The eleven types of
[0045]
D. Battery characteristics test
Each of the 11 types of prismatic nickel-hydrogen storage batteries prepared as described above is charged for 16 hours at a charging current of 60 mA, and then rested for 1 hour. Thereafter, the battery is discharged at a discharge current of 140 mA until the final voltage becomes 1.0 V, and then rested for 1 hour. This charging / discharging is repeated three times at room temperature to activate each prismatic nickel-hydrogen storage battery.
[0046]
Next, when the internal pressure of the 11 kinds of prismatic nickel-hydrogen storage batteries in a discharged state in which charging / discharging was repeated three times at room temperature in this way was charged for 1.5 hours at a charging current of 60 mA, Experimental results as shown in Table 1 below were obtained.
[0047]
[Table 1]
[0048]
From the experimental results in Table 1, the following became clear. That is, as in the first to third embodiments, the thickness of the intermediate nickel
[0049]
The reason can be considered as follows. That is, when the discharge capacity of the nickel
[0050]
Then, when the discharge capacity of the nickel
[0051]
It should be noted that the intermediate nickel
[0052]
When the nickel
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an intermediate nickel positive electrode plate (another positive electrode plate).
FIG. 2 is a view showing an end nickel positive plate (a positive plate facing a negative plate disposed at both ends).
FIG. 3 is a view showing two hydrogen storage alloy negative electrode plates.
FIG. 4 is a diagram showing an electrode plate group.
FIG. 5 is a view showing a rectangular metal outer can.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池。A prismatic alkaline storage battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator to form an electrode plate group, and the negative electrode plate is disposed at both ends of the electrode plate group and inserted into a rectangular metal outer can. Because
A prismatic alkaline storage battery characterized in that the discharge capacity of a positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is 130 to 160% of the discharge capacity of another positive electrode plate.
前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みを他の正極板の厚みと同等にするとともに、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度を他の正極板の活物質密度の130〜160%として、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池。 A prismatic alkaline storage battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator to form an electrode plate group, and the negative electrode plate is disposed at both ends of the electrode plate group and inserted into a rectangular metal outer can. Because
The thickness of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both ends is made equal to the thickness of the other positive electrode plate, and the active material density of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both ends is changed to other The active material density of the positive electrode plate is 130 to 160%, and the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is 130 to 160% of the discharge capacity of the other positive electrode plate. A square alkaline storage battery.
前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の活物質密度を他の正極板の活物質密度と同等にするとともに、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の厚みを他の正極板の厚みの130〜160%として、前記両端部に配置される負極板に対向する正極板の放電容量を他の正極板の放電容量の130〜160%としたことを特徴とする角型アルカリ蓄電池。 A prismatic alkaline storage battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator to form an electrode plate group, and the negative electrode plate is disposed at both ends of the electrode plate group and inserted into a rectangular metal outer can. Because
The active material density of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at both end portions is made equal to the active material density of the other positive electrode plate, and the thickness of the positive electrode plate facing the negative electrode plate arranged at the both end portions is The thickness of the other positive electrode plate is 130 to 160%, and the discharge capacity of the positive electrode plate facing the negative electrode plate disposed at both ends is 130 to 160% of the discharge capacity of the other positive electrode plate. A square alkaline storage battery.
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