JP2000030688A - 捲回式アルカリ蓄電池及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】正極１と負極２の間にセパレータ３を介在さ
せ、それらを捲回して得られる捲回群を電池容器５に収
容してなる捲回式アルカリ蓄電池において、作業性を困
難にすることなく電解液保持部材４を電池容器５内に配
置する。 【解決手段】セパレータ３は、その捲回方向側部にセパ
レータ３と一体化した電解液保持部材４を一箇所以上有
し、電解液保持部材４の少なくとも一つは、電池容器５
内底面と捲回群下端面との間に存在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小形電気機器用電
源などに用いられる密閉形ニッケル−カドミウム蓄電池
に代表される捲回式アルカリ蓄電池及びその製造法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】捲回式ニッケル−カドミウム蓄電池は、
携帯機器等小形電気機器に組み込まれて使用される。そ
のため捲回式ニッケル−カドミウム蓄電池が人体に悪影
響を及ぼさないよう、密閉可能な電池容器を用いてい
る。そして電池内圧が上昇したときには、電池が破裂す
るのを防ぐためにガスを放出するための安全弁が設けら
れている。電池内圧が上昇したときには、余剰ガスが前
記安全弁から放出され、電池が破裂することを防いでい
る。しかしながら、前記安全弁が作動するときにそこか
ら電解液が漏洩すると、前記小形電気機器周辺をアルカ
リ電解液で汚染することになるため、製品の信頼性上好
ましくない。また電解液が漏洩し、電解液量が減少する
と充放電サイクルを繰り返したときの放電容量劣化が大
きくなる。従って、安全弁が開いたとしても電解液が漏
洩しないようにすることが求められる。

【０００３】密閉形ニッケル−カドミウム蓄電池の場合
電池内圧の上昇は、充電時正極から発生する酸素ガス
と、負極から発生する水素ガスによるものである。通常
の低率充電時に発生するガスは、正極からの酸素のみで
ある。この酸素は負極により還元されるため、酸素ガス
によって極端に電池内圧が上昇することはない。しかし
ながら、充電電流の大きな急速充電になると、正極から
の酸素ガス発生に加え、負極の分極に起因して負極から
水素ガスが発生する場合がある。水素ガスは電池内で消
費されずに蓄積されるため、電池内圧は高い値を維持す
ることとなる。その状態が進行すると前記安全弁が作動
する。安全弁が作動すると電池内ガスが一部電池外に放
出される。電池内ガスの放出は、電解液成分の水の減少
につながり、場合によってはガスと共に液状の電解液を
安全弁から放出することにつながる。水や電解液が減少
すると、大きく電池性能に悪影響を与える。この悪影響
とは、充放電を繰り返すと放電容量が減少すること等で
ある。これは電解液が減少したことにより電池内部抵抗
が増大するためである。そこで、安全弁作動時にガスの
みを電池外に放出させ、電解液減少を極力少なくする手
段が重要となる。前記手段の一つに、単純にセパレータ
の量を多くする手段がある。つまり電解液保持部材をセ
パレータ以外に設けるかセパレータと同一部材で設ける
ことによって遊離電解液を低減でき、ガスと共に液状の
電解液が放出されなくなる。そこで特開平８−２１３０
４５号公報では、電解液保持部材を捲回群の上端面、下
端面に配置することを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平８
−２１３０４５号公報の技術では、電池製造工程を複雑
にする。前記公報で提案している電解液保持部材は、セ
パレータに類似した素材からなっている。セパレータは
非常に柔軟な材料であるため、電解液保持部材の取り扱
いは非常に困難である。特に電池容器が比較的小さい電
池、例えばＡＡ形電池の電池容器内に電解液保持部材を
挿入する等の作業は困難を極める。本発明が解決しよう
とする課題は、正極と負極の間にセパレータを介在さ
せ、それらを捲回して得られる捲回群を電池容器に収容
してなる捲回式アルカリ蓄電池において、作業性を困難
にすることなく電解液保持部材を電池容器内に配置する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の捲回式アルカリ蓄電池は、正極１と負極２
の間にセパレータ３を介在させ、それらを捲回して得ら
れる捲回群を電池容器５に収容してなり、セパレータ３
は、その捲回方向側部にセパレータ３と一体化した電解
液保持部材４を一箇所以上有し、電解液保持部材４の少
なくとも一つは、電池容器５内底面と捲回群下端面との
間に存在することを特徴とする。セパレータ３と電解液
保持部材４が一体化していることにより電解液保持部材
４単体を取り扱う必要が無くなる。電解液保持部材４を
電池容器５内に挿入する際には、捲回群と共に取り扱う
こととなるので、非常に取り扱いが楽である。従って作
業性を困難にすることなく電解液保持部材４を電池容器
５内に挿入、配置することができる。電解液保持部材１
の少なくとも一つを電池容器５内底面と捲回群下端面と
の間に存在させる理由は、電池容器５内底面と捲回群下
端面との間が、比較的電池内のデッドスペースになりや
すく、電池の体積当たりのエネルギー密度を低下させな
い利点があるためである。

【０００６】上記構成の具体例は、図１に示すような、
電解液保持部材４が捲回群下端の捲回群最外周付近から
導出され、電解液保持部材４が捲回群下端面の一部又は
全部を覆っている構成である。

【０００７】

【発明の実施の形態】電池の製造について以下に述べ
る。まず公知の製法による焼結式ニッケル極（正極１：
理論容量７００ｍＡｈ）と、ペースト式カドミウム極
（負極２：理論容量１７５０ｍＡｈ）を用意する。次に
図２に示す形状のセパレータ３を用意する。このセパレ
ータ３の捲回方向側部に、セパレータ３と一体化した円
形（電池容器５内径とほぼ同寸法）の電解液保持部材４
を一箇所有するようセパレータ３を裁断した。セパレー
タ３及び電解液保持部材４は厚さ０．１６ｍｍのナイロ
ン不織布である。正極１と負極２とを上記したセパレー
タ３を介して捲回し、捲回群を作製する。この時電解液
保持部材４とセパレータ３との接合部が、捲回群の最外
周あるいはその近くに位置するよう、且つ捲回群下端側
に位置するよう配慮する。すると捲回群下部の断面は図
１のようになる。電解液保持体４は、捲回群下端面をほ
ぼ覆うことが可能である。図３のように、電解液保持体
４を捲回群下端面側に折り曲げた状態で金属製円筒形電
池容器５に捲回群を挿入する。すると電池容器５内底面
と捲回群下端面との間に電解液保持体４が存在すること
となる。

【０００８】その後負極２を電池容器５側部内周面に接
触させて、負極２と電池容器５との電気的導通を得る。
すると電池容器５が負極２外部端子となる。また正極１
から導出された集電板９を電池蓋７内面に接続し、電池
蓋７にある正極１外部端子との電気的導通を得る。そし
て電池容器５内に所定量の電解液（３０ｗｔ％ＫＯＨ水
溶液）を注入する。その後電池蓋７と電池容器５開口部
とを絶縁しながら嵌合、密封して図１に示す密閉形ニッ
ケル−カドミウム電池が完成する。電池蓋７には電池内
圧が所定値まで上昇したとき、変形して過剰な電池内ガ
スを電池外に放出する、ゴムからなる安全弁８が装着さ
れている。

【０００９】上記した一連の密閉形ニッケル−カドミウ
ム電池製造工程において、電解液保持部材４を取り扱う
のは容易だった。電解液保持部材４は図２に示すように
セパレータ３の一部から延長、導出されているが、捲回
方向側部に存在するため捲回作業に支障を来たさない。
また捲回作業結果として捲回群と電解液保持部材４とが
一体化される。その状態以降は捲回群を支持しながら
（支点を確保しながら）電解液保持部材４を取り扱うこ
とができる。

【００１０】本例では電解液保持部材４を捲回群下端面
方向に折り曲げた状態で電池容器５に捲回群を挿入し
て、電解液保持部材４を電池容器５内に配置したが、そ
れ以外の手法でも構わない。例えば前記折り曲げる際に
粘着性物質（カルボキシメチルセルロース水溶液など）
で電解液保持部材１と捲回群下端面とをさらに固定する
などできる。また本例は電解液保持部材４を１箇所配し
たが、２箇所以上配置することもできる。また本例では
セパレータ３と電解液保持部材４とを同材質、同厚みと
したが、材質、厚みは変えても構わない。セパレータ３
と電解液保持部材４との材質や厚みを変える場合の、セ
パレータ３と電解液保持部材４との一体化手段は、双方
の熱溶着等である。前記熱溶着の手法を用いる利点は、
長尺のセパレータ３を加工するに当たり、裁断屑を本例
に比べて低減できる点である。前記熱溶着の手法を用い
る不利な点は、溶着部では電解液を保持しにくいため、
電解液保持量が僅かに低下することである。また本例は
アルカリ蓄電池としてニッケル−カドミウム電池を例示
したが、ニッケル−水素電池等他のアルカリ蓄電池にも
適用可能である。

【００１１】

【実施例】上記発明の実施の形態で、その製法を記した
本発明のニッケル−カドミウム電池(実施例１）と、以
下にその製法を記す実施例２及び従来例のニッケル−カ
ドミウム電池とを比較検討した。 （実施例２の作製）セパレータ３と同材質の電解液保持
部材４を電池容器５内径とほぼ同じ径の円形に裁断し、
セパレータ３と熱溶着して、電解液保持部材４とセパレ
ータ３との一体化を実現する以外は実施例１と同条件で
ニッケル−カドミウム電池を作製した。

【００１２】（従来例の作製）電解液保持部材４を用い
ない以外は、実施例２と同条件でニッケル−カドミウム
電池を作製した。

【００１３】（実験１）上記実施例１、実施例２、従来
例の３種類の電池を、周囲温度４０℃で、１．４Ａの電
流値で理論容量の３００％充電し、充電前と充電後での
電池重量減を測定した。この条件の充電では、確実に電
池内圧が上昇し、すべての電池で安全弁８が作動した。
電池重量減があると、安全弁８が開いたことを意味す
る。本実験結果を表１に示す。従来例は電池重量減が多
く、電解液が多量に漏洩していた。実施例１、実施例２
は、電池重量減が非常に少なく、電解液の漏洩は目視で
は確認できずに、安全弁８作動時にはガスのみが電池外
に放出していたと思われる。

【００１４】

【表１】

【００１５】（実験２）上記実施例１、実施例２、従来
例の３種類の電池を、周囲温度２０℃で、７００ｍＡの
電流値で充電・放電のサイクルを繰り返し行い、１サイ
クル目の放電容量を１００％とした、放電容量相対値の
変化を測定した。図４にその結果を示す。３種類の電池
とも１０００サイクル以上になると、放電容量が減少し
始めた。従来例の電池は１０００サイクルを過ぎると、
急激に放電容量が低下した。実施例１の電池は１０００
サイクルを過ぎると、放電容量が低下し始めるものの、
その低下する割合は小さく、７０％（対１サイクル目放
電容量比）を下回るまでに１３００サイクル以上が経過
し、極めて良好な結果を示した。実施例２の電池は、実
施例１よりも僅かに充放電サイクル特性が劣る程度だっ
た。この理由は前述したように、熱溶着部の電解液保持
量の差によるものと考えられる。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、正極１と負極２の間にセ
パレータ３を介在させ、それらを捲回して得られる捲回
群を電池容器５に収容してなる捲回式アルカリ蓄電池に
おいて、作業性を困難にすることなく電解液保持部材４
を電池容器５内に配置することができ、過充電時の電解
液の漏洩や充放電サイクル特性の劣化を抑制することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉形ニッケル−カドミウム蓄電池の概略図で
ある。

【図２】本発明に関るセパレータ及び電解液保持体の正
面図の一例である。

【図３】本発明に関わる捲回群の縦断面図の一例であ
る。

【図４】本発明の電池と従来の電池の充放電サイクル特
性を示す図である。

【符号の説明】

１．正極 ２．負極 ３．セパレータ ４．電解液保持部材 ５．電池容器 ７．電池蓋 ８．安全弁 ９．集電板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正極と負極の間にセパレータを介在させ、
   それらを捲回して得られる捲回群を電池容器に収容して
   なる捲回式アルカリ蓄電池において、 前記セパレータは、その捲回方向側部に該セパレータと
   一体化した電解液保持部材を一箇所以上有し、該電解液
   保持部材の少なくとも一つは、前記電池容器内底面と捲
   回群下端面との間に存在することを特徴とする捲回式ア
   ルカリ蓄電池。
2. 【請求項２】電解液保持部材は捲回群下端の捲回群最外
   周付近から導出され、該電解液保持部材が捲回群下端面
   の一部又は全部を覆っている請求項１記載の捲回式アル
   カリ蓄電池。
3. 【請求項３】正極と負極の間にセパレータを介在させ、
   それらを捲回して得られる捲回群を電池容器に収容して
   なる捲回式アルカリ蓄電池の製造法において、 セパレータの捲回方向側部に該セパレ−タと一体化され
   た電解液保持部材を一箇所以上設け、該電解液保持部材
   が捲回群下端より下に位置するよう捲回し、前記電解液
   保持部材を前記捲回群下端面側に折り曲げながら、前記
   電池容器内に捲回群を挿入する工程を有することを特徴
   とする捲回式アルカリ蓄電池の製造法。