CN106571435A - 碱性蓄电池及其制造方法 - Google Patents

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稻石弘
稻石一弘
仲辻恭子
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Abstract

碱性蓄电池及其制造方法，针对需要大电流充放电的电池，利用绝缘性带来固定电极组，同时提高了充放电性能。碱性蓄电池(1)具有外装罐(3)和封口板(5)，外装罐具备上部开口部，由对铁实施了镀镍的金属构成，封口板经由垫片(4)通过铆接等固定于外装罐的上部开口部。在外装罐内收纳有由带状的正极板(10)、带状的负极板(11)和带状的分隔件(12)构成的电极组(13)；正极集电体(14)；负极集电体(15)；以及绝缘性带(20)。绝缘性带被粘贴于位于电极组(13)的外周的分隔件(12)的卷绕结束端部(12a)，被卷绕于电极组(13)的外周，从而将正极板(10)、负极板(11)和分隔件(12)一体地固定。

Description

碱性蓄电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及碱性蓄电池及其制造方法，特别涉及使用了涡旋状电极组的高输出碱性蓄电池。
背景技术
通常，圆筒形电池是通过将正极和负极隔着分隔件卷绕成涡旋状，并将卷绕成的电极组插入外装罐内而制造出的。并且，为了顺利地进行卷绕，将分隔件卷绕至卷芯上，之后隔着分隔件来配置正极和负极，卷绕电极和分隔件，从而制作涡旋状的电极组。
作为碱性蓄电池之一，圆筒形的镍氢电池或镍镉电池通常为隔着分隔件将正极板和负极板卷绕成涡旋状的结构。为了在电极组的搬运时或插入外装罐内时防止电极组的展开，另外针对近年来的高输出用途，为了提高集电性能，使正负极板的端部在上下露出而焊接金属集电体，由此来构成电极组。在焊接该集电体时，由于焊接电极的加压会使电极组偏移，从而正负极板发生短路，为了避免这种情况，在电极组的外周部分粘贴、固定了聚丙烯等绝缘性胶带。
作为电极组的固定方法，提出了粘贴至位于电极组的最外周的负极板上的方法。但是，将绝缘性胶带(绝缘性带)固定至负极板时，负极板的活性物质容易从芯材剥落，因而存在绝缘性带与活性物质一起脱落的问题。另外，为了确保固定强度，需要增大绝缘性带在负极板上的粘贴面积，但是若聚丙烯等绝缘性带所覆盖的部分增多，则与外装罐的接触面的导电性消失，因此存在电池的内部电阻增大、电池性能下降的问题。
作为解决该问题的手段，有文献提出了下述手段：将绝缘性带粘贴于正极板的卷绕结束端，固定最外周部由负极板构成的电极组，由此提高绝缘性带与极板之间的固定强度，并且，即便使用绝缘性带也不会增大电池的内部电阻，可提高电池性能(参见专利文献1)。
专利文献1：日本特许第3851153号
使用专利文献1中记载的绝缘性带在电极组上的固定方法时，认为对于绝缘性带与极板之间的固定强度的提高是有效的。但是，通常来说，碱性蓄电池的电池容量由正极的活性物质量决定，而且对于极板的尺寸来说，在卷绕成涡旋状来制作电极组的圆筒形电池的情况下，正极板的长度方向的极板尺寸短于负极板。因此，在需要大电流充放电的高输出电池中，需要有效地使用正极板的反应部分。因此，专利文献1中还存在正极板的反应面积降低的问题，对于需要更大电流充放电的电池来说，还具有改善的余地。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种碱性蓄电池及其制造方法，针对需要大电流充放电的电池，利用绝缘性带来固定电极组，同时提高了充放电性能。
本发明的碱性蓄电池具备：外装罐；电极组，其被收纳于所述外装罐的内部，是在带状的正极板与负极板之间夹着分隔件并卷绕成涡旋状而成的；以及绝缘性带，其被粘贴于位于所述电极组的外周的所述分隔件的卷绕结束端部，被卷绕于所述电极组的外周，从而将所述正极板、所述负极板和所述分隔件一体地固定。
作为本发明的碱性蓄电池的一个方式，例如所述绝缘性带被粘贴于在所述电极组的高度方向上分成三份而得到的3个区域中的至少两个区域。
作为本发明的碱性蓄电池的一个方式，例如所述绝缘性带的宽度相对于所述电极组的高度方向上的长度为20％以上80％以下。
作为本发明的碱性蓄电池的一个方式，例如电池容量相对于电解液量的比例为0.35Ah/cc～0.45Ah/cc。
作为本发明的碱性蓄电池的一个方式，例如涂布至所述负极板而用作负极活性物质的储氢合金具有包含Mm(混合稀土金属)、Ni、Mn、Al、Co作为主要成分的CaCu5型的晶体结构。
本发明的碱性蓄电池的制造方法为下述制造方法：隔着分隔件卷绕将镍化合物用作正极活性物质的正极板和将储氢合金用作负极活性物质的负极板，形成涡旋状的电极组，并将该电极组收纳于外装罐的内部，其中，将绝缘性带粘贴于位于所述电极组的外周的所述分隔件的卷绕结束端部，从而将所述正极板、所述负极板和所述分隔件一体地固定。
由本发明得到的碱性蓄电池及其制造方法通过将绝缘带卷绕至电极组，将电极组固定而将其可靠地收纳于外装罐内部，而且能够有效地利用正极板的反应部分，能够高效地进行高输出以及大电流充放电。
附图说明
图1是示出本发明的碱性蓄电池的一例的纵截面图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是示出本发明的碱性蓄电池的绝缘带的一例的示意图，(a)为实施例1，(b)为实施例2。
图4是示出碱性蓄电池的绝缘带的一例的示意图，(a)为比较例1，(b)为比较例2，(c)为比较例3，(d)为比较例4。
标号说明
1：碱性蓄电池；3：外装罐；4：垫片；5：封口板；10：正极板；10a：正极混合剂；10b：正极芯材；11：负极板；11a：负极混合剂；11b：负极芯材；12：分隔件；12a：卷绕结束端部；13：电极组；14：正极集电体；15：负极集电体；20：绝缘性带。
具体实施方式
以下，基于图1～图3对本发明的碱性蓄电池的优选实施方式进行详细说明。
图1是示出本实施方式的一例的碱性蓄电池的截面图，图2是图1的A-A截面图。
碱性蓄电池1为镍氢电池或镍镉电池等，例如为容量5500mAh、D尺寸的有底圆筒形。另外，碱性蓄电池1具有外装罐3和封口板5，该外装罐3具备上部开口部，由对铁实施了镀镍的金属构成，该封口板5经由垫片4通过铆接等固定于外装罐3的上部开口部。在外装罐3内收纳有由带状的正极板10、带状的负极板11和带状的分隔件12构成的电极组13；正极集电体14；负极集电体15；以及绝缘性带20。
正极板10由正极混合剂10a和正极芯材10b构成。正极板10例如如下获得：对作为正极活性物质的氢氧化镍、粘接剂和增稠剂进行捏练，将所得到的正极混合剂10a的糊料填充至作为三维多孔型集电体的发泡镍基板、即正极芯材10b，由此得到正极板10。
负极板11由负极混合剂11a和负极芯材11b构成。负极板11例如如下获得：对各储氢合金粉末、羧甲基纤维素、炭黑等进行混合，将所得到的负极混合剂11a的糊料涂布至实施了镀镍的铁制冲孔金属所构成的负极芯材11b的两面，由此得到负极板11。
作为负极板11的负极活性物质，例如使用储氢合金。作为该储氢合金，例如可以举出稀土类-Ni系、拉夫斯系、Mg-Ni系、V-Ti-Ni系等各种储氢合金。这些之中，优选使用包含混合稀土金属(Mm：以稀土类元素为主的混合物)、镍(Ni)、锰(Mn)、铝(Al)、钴(Co)的具有CaCu5型晶体结构的储氢合金。
分隔件12由聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃制的树脂多孔质膜(微多孔膜)或无纺布等构成。作为分隔件的材质，例如除了聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯等聚烯烃以外，作为耐热用可以举出四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物(PFA)等氟树脂、聚苯硫醚(PPS)等。
另外，电极组13是在正极板10与负极板11之间夹着分隔件12并卷绕成涡旋状而得到的，其按照在电极组13的负极板11的侧方与外装罐3的内壁抵接的方式而被插入外装罐3内。并且，正极板10经由配置于电极组13的电极组上端面的正极集电体14而与封口板5电连接。另外，负极板11与配置于电极组13的电极组下端面并固定于外装罐3的底部的负极集电体15电连接。
绝缘性带20例如在带状的聚丙烯制的片材的单面涂布有粘合剂。作为片材，有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚缩醛、AS树脂、ABS树脂等。
作为粘合剂，有天然橡胶、丙烯酸类树脂、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、聚酯、硅橡胶、氟橡胶、聚乙烯醇缩丁醛、它们的混合物、或者上述构成各种粘合剂的各种单体的共聚物等。
绝缘性带20粘贴于位于电极组13的外周的分隔件12的卷绕结束端部12a，被卷绕于电极组13的外周，从而将正极板10、负极板11和分隔件12一体地固定。
图3是示出绝缘性带20的实施例1和2的一例的示意图。图3的(a)为实施例1，(b)为实施例2。图4是示出绝缘性带20的比较例1～4的一例的示意图。图4的(a)为比较例1，(b)为比较例2，(c)为比较例3，(d)为比较例4。
实施例1示出了下述状态：绝缘性带20被粘贴于在电极组13的高度方向上分成三份而得到的3个区域中的两个区域。另外，实施例2示出了下述状态：绝缘性带20被粘贴于在电极组13的高度方向上分成三份而得到的全部3个区域。并且，相邻的绝缘性带20彼此的周边面可以紧贴，也可以间隔开。电极组13没有被绝缘性带20完全遮盖住。
即，绝缘性带20被粘贴于在电极组13的高度方向上分成三份而得到的3个区域中的两个区域。并且，多个绝缘性带20的总宽度相对于电极组13的高度方向上的长度优选为20％以上80％以下。
另一方面，在图4的(a)的比较例1中，仅粘贴了一张绝缘性带20，绝缘性带20的宽度相对于电极组13的高度方向上的长度被设定为25％。在图4的(b)的比较例2中，仅粘贴了一张绝缘性带20，绝缘性带20的宽度相对于电极组13的高度方向上的长度被设定为大于80％。在图4的(c)的比较例3中，绝缘性带20被粘贴于在电极组13的高度方向上分成三份而得到的3个区域的各个区域，多个绝缘性带20的总宽度相对于电极组13的高度方向上的长度被设定为大于80％。在图4的(d)的比较例4中，绝缘性带20被粘贴于在电极组13的高度方向上分成三份而得到的3个区域中的两个区域，多个绝缘性带20的总宽度相对于电极组13的高度方向上的长度被设定为小于20％。
对于碱性蓄电池1来说，要求高输出和大电流充放电，因此需要有效地使用正极板10的反应部分，通过限定绝缘性带20的粘贴区域或宽度，能够有效地利用正极板10的反应面积。
将绝缘性带20粘贴于位于电极组13的外周的分隔件12的卷绕结束端部12a，从而将正极板10、负极板11和分隔件12一体地固定。被固定并粘贴有绝缘性带20的电极组13被收纳于外装罐3内。并且，使外装罐3的上部开口部附近的外周凹陷而设置槽部3a，向外装罐3内注入碱性电解液，经由垫片4在外装罐3的上部开口部安装封口板5，通过铆接等将上部开口部密封，从而制作出碱性蓄电池1。
另外，对于所制作的碱性蓄电池1来说，为了使高温环境的充电效率优异、提高高输出特性以及长期耐久性能，电池容量相对于电解液量的比例优选为0.35Ah/cc～0.45Ah/cc。
以各实施例和比较例的条件来制作电极组，组装电解液量为0.40Ah/cc的额定容量5500mAh的碱性蓄电池，放置24小时后，在25℃环境下进行第一次充放电和活化充放电。第一次充放电中，以550mA充电15小时，放置1小时后，以1100mA放电至电池电压达到1.0V为止。活化充放电中，以6000mA充电1小时，以5500mA放电至电池电压达到1.0V为止。将其反复进行10次。
作为一例，使用具有5500mAh的电池容量的碱性蓄电池，对电池特性进行说明。
以各实施例和比较例的条件所制作的碱性蓄电池的关于电池特性的评价结果如下。关于电池特性，对1)输出特性、2)寿命特性、3)自放电特性进行了比较。
(输出特性)
进行了以下所示的4种充放电。
充电：2750mA下1小时
放电：5500mA下20秒、停止5分钟，充电：5500mA下20秒、停止5分钟
放电：16500mA下20秒、停止5分钟，充电：16500mA下20秒、停止5分钟
放电：33000mA下20秒、停止5分钟，充电：33000mA下20秒、停止5分钟
放电：55000mA下20秒、停止5分钟，充电：55000mA下20秒、停止5分钟
读取这4种放电中的10秒后的电压下降量VA，将该VA除以各电流值，由此计算出内部电阻(DCIR)。将各实施例和比较例的DCIR除以比较例1的DCIR，将所得到的值作为输出特性的指标，将其百分数示于表1。
【表1】
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
输出特性 99 99 100 103 102 100
(寿命特性)
反复进行以下所示的充电、停止、放电。
充电：25℃环境下、2750mA下1.6小时
停止：65℃环境下2周
放电：25℃环境下、2750mA下直至电池电压达到1.0V
将放电时的电池容量达到初始的电池容量的60％为止的时间作为电池的寿命期间。将各实施例和比较例的寿命期间除以比较例1的寿命期间，将所得到的值作为寿命特性的指标，将其百分数示于表2。
【表2】
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
寿命特性 113 115 100 105 105 97
(自放电特性)
进行以下所示的充电、停止、放电。
充电：25℃环境下、2750mA下1.6小时
停止：45℃环境下10天
放电：25℃环境下、1700mA下直至电池电压达到1.0V
将此时的放电容量作为自放电特性的指标。将各实施例和比较例的剩余容量除以比较例1的剩余容量，将所得到的值的百分数示于表3。
【表3】
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
自放电特性 102 103 100 103 102 99
相对于实施例，比较例1、4的寿命特性和自放电特性下降。另外，相对于实施例，比较例2、3的输出特性下降。
比较例1中，绝缘性带20的宽度相对于电极组13的高度方向上的长度为25％，但由于不是多处固定，因而反复发生负极的活性物质因充放电而膨胀收缩的体积变化，由此电极组发生松动。由此，在保存期间中负极活性物质从负极板的芯材剥落，难以集电，电池容量下降。
比较例2中，绝缘性带20的总宽度大于80％，与外装罐接触而引起的负极集电效率下降，输出特性下降。另外，比较例3中虽然为粘贴有多个，但出于与比较例2相同的理由，输出特性下降。
比较例4虽然为粘贴有多个，但绝缘性带20的宽度小于20％，因此出于与比较例1相同的理由，电池容量下降。
相对于这些比较例，使绝缘性带20的粘贴位置优化的实施例1、2显示出比较好的输出特性、寿命特性和自放电特性。
另外，以实施例1、2和比较例1的条件来制作电极组，将电解液量调整为(a)0.30、(b)0.35、(c)0.40、(d)0.45、(e)0.50Ah/cc来制作碱性蓄电池，对输出特性和内压特性进行了比较。
关于输出特性，利用与上述同样的方法将除以比较例1的(c)的DCIR而得到的值作为输出特性的指标，将其百分数示于表4。
【表4】
Ah/cc 实施例1 实施例2 比较例1
(a) 0.30 97 97 98
(b) 0.35 98 98 99
(c) 0.40 99 99 100
(d) 0.45 101 101 103
(e) 0.50 106 106 108
(内压特性)
进行以下所示的充电、停止、放电。
放电：25℃环境下、2750mA下直至电池电压达到1.0V
停止：25℃环境下1小时
充电：25℃环境下、5500mA下1.2小时
将进行了1.2小时充电时的电池内压作为特性的指标。将除以比较例1的(c)的电池内压而得到的值作为特性的指标，将其百分数示于表5。
【表5】
Ah/cc 实施例1 实施例2 比较例1
(a) 0.30 151 152 146
(b) 0.35 108 107 108
(c) 0.40 100 100 100
(d) 0.45 94 94 93
(e) 0.50 91 91 85
相对于电池容量的电解液量比例若大于(c)，则电池反应所需要的电解液量变得不充分，因而观察到输出特性的下降。因此，至少在实施例1、2中为了得到与比较例1同等的性能，需要为(d)以下。
另外，相对于电池容量的电解液量比例若小于(c)，则电池内部的剩余空间减小，因此电池内压急剧上升，会对长期耐久性能带来麻烦。由此，为了均衡地保持电池特性，电池容量相对于电解液量的比例优选为0.35Ah/cc～0.45Ah/cc。
此外，本发明不限定于上述实施方式，可以适当进行变形、改良等。此外，只要可实现本发明，则上述实施方式中的各构成要素的材质、形状、尺寸、数值、形态、数量、配置部位等是任意的，没有限定。
产业上的可利用性
本发明的碱性蓄电池可以不损害高输出放电性能地实现电池性能的提高，因此，例如可以特别适合用作电动汽车、混合动力汽车(HEV)、家庭用或工业用废热发电等耐用(tough use)的电源。

Claims (9)

1.一种碱性蓄电池，其具备：
外装罐；
电极组，其被收纳于所述外装罐的内部，是在带状的正极板与负极板之间夹着分隔件并卷绕成涡旋状而成的；以及
绝缘性带，其被粘贴于位于所述电极组的外周的所述分隔件的卷绕结束端部，被卷绕于所述电极组的外周，从而将所述正极板、所述负极板和所述分隔件一体地固定。
2.根据权利要求1所述的碱性蓄电池，其中，
所述绝缘性带被粘贴于在所述电极组的高度方向上分成三份而得到的3个区域中的至少两个区域。
3.根据权利要求1或2所述的碱性蓄电池，其中，
所述绝缘性带的宽度相对于所述电极组的高度方向上的长度为20％以上80％以下。
4.根据权利要求1或2所述的碱性蓄电池，其中，
电池容量相对于电解液量的比例为0.35Ah/cc～0.45Ah/cc。
5.根据权利要求3所述的碱性蓄电池，其中，
电池容量相对于电解液量的比例为0.35Ah/cc～0.45Ah/cc。
6.根据权利要求1或2所述的碱性蓄电池，其中，
涂布至所述负极板而用作负极活性物质的储氢合金具有包含混合稀土金属Mm、Ni、Mn、Al、Co作为主要成分的CaCu5型的晶体结构。
7.根据权利要求3所述的碱性蓄电池，其中，
涂布至所述负极板而用作负极活性物质的储氢合金具有包含混合稀土金属Mm、Ni、Mn、Al、Co作为主要成分的CaCu5型的晶体结构。
8.根据权利要求4所述的碱性蓄电池，其中，
涂布至所述负极板而用作负极活性物质的储氢合金具有包含混合稀土金属Mm、Ni、Mn、Al、Co作为主要成分的CaCu5型的晶体结构。
9.一种碱性蓄电池的制造方法，隔着分隔件卷绕将镍化合物用作正极活性物质的正极板和将储氢合金用作负极活性物质的负极板，形成涡旋状的电极组，并将该电极组收纳于外装罐的内部，在所述碱性蓄电池的制造方法中，
将绝缘性带粘贴于位于所述电极组的外周的所述分隔件的卷绕结束端部，从而将所述正极板、所述负极板和所述分隔件一体地固定。
CN201510983240.2A 2015-10-13 2015-12-24 碱性蓄电池及其制造方法 Pending CN106571435A (zh)

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