JP2000268848A - 渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触する
集電体に溶接されない部分が生じても、溶接されない部
分の集電性を向上させて、高率放電特性を向上させたア
ルカリ蓄電池が得られるようにする。 【解決手段】 渦巻状電極体の正極板１０の端部に溶接
された正極集電体と、渦巻状電極体の負極板２０の端部
に溶接された負極集電体とを備え、負極集電体は外装缶
の底部内面に溶接されているとともに、負極板２０の最
外周部の端部の一部には溶接されておらず、負極板２０
の最外周部は外装缶の側壁内面に圧接されている。この
ように、負極板２０の最外周が外装缶の側壁内面に圧接
されていると、負極板２０より均等に集電がなされるよ
うになるため、電圧降下が低減し、高率放電特性が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はニッケル−水素蓄電
池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの正・負極板をセ
パレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を備え
たアルカリ蓄電池に係り、特に、渦巻状電極体と集電体
との導電接続および渦巻状電極体と金属製外装缶との導
電接続に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル
−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板と
負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して渦巻状
電極群とした後、この渦巻状電極群の正極板の上端部に
正極用集電体を溶接し、渦巻状電極群の負極板の下端部
に負極用集電体を溶接して渦巻状電極体とする。この
後、負極用集電体を負極端子を兼ねた金属製外装缶に電
気的に接続し、正極用集電体を正極端子を兼ねた封口体
に電気的に接続して構成するようにしていた。

【０００３】このように渦巻状電極体の負極用集電体を
金属製外装缶の底部に電気的に接続するとともに、渦巻
状電極体の正極用集電体を封口体に溶接すると、正極板
から正極端子（封口体）までの電流分布、および負極板
から負極端子（金属製外装缶）までの電流分布が均一に
なるため、高率放電特性が向上した蓄電池が得られるよ
うになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にして構成されるアルカリ蓄電池においては、金属製外
装缶は負極端子を兼ねているため、正極用集電体と金属
製外装缶とが接触すると内部短絡を生じる。このため、
正極用集電体は金属製外装缶と接触しない程度の大きさ
にする必要がある。また、負極用集電体と金属製外装缶
とが接触しても内部短絡を生じることはないが、負極用
集電体の外径と金属製外装缶の内径とが等しいと、渦巻
状電極体を外装缶内に挿入しにくくなるばかりではな
く、渦巻状電極群に負極用集電体が正確な位置に溶接さ
れない場合には、渦巻状電極体が外装缶内に挿入されな
くなるため、負極用集電体も金属製外装缶と接触しない
程度の大きさにする必要があった。

【０００５】しかしながら、負極用集電体を金属製外装
缶と接触しない程度の大きさにすると、負極板と負極用
集電体との溶接部に負極用集電体が溶接されない部分が
生じる。負極用集電体に溶接されない部分が生じると、
負極用集電体から負極板までの集電経路の電流分布に不
均一が生じて、負極用集電体に溶接されない部分に電圧
降下を生じる。このような電圧降下は小電流で充放電す
る場合にはあまり問題とならないが、数十アンペア〜数
百アンペアの大電流で充放電する場合にあっては、上述
した接続部での抵抗に起因して大きな電圧降下が生じて
作動電圧が低下し、高電圧が得られないという問題を生
じ、高率放電特性が低下するという問題を生じた。ま
た、ニッケル−水素蓄電池は、ニッケル−カドミウム蓄
電池と比較して充電時の反応熱（吸熱反応）が小さいた
め、ジュール熱の影響を受けて温度上昇が大きく、充電
時に内圧が大きくなるという問題が生じた。

【０００６】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、金属製外装缶の底部に溶接もしくは接
触する集電体に溶接されない部分が生じても、溶接され
ない部分の集電性を向上させて、高率放電特性を向上さ
せたアルカリ蓄電池が得られるようにすることを目的と
するものである。また、本発明をニッケル−水素蓄電池
に適用すると、集電性を向上させることによりジュール
熱を低下させることが可能になるとともに、充電時の温
度上昇抑制と反応均一性の効果により、電池内圧の上昇
を抑制することができるため、特に効果的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を達成するため、本発明の渦巻状電極体を備えた
アルカリ蓄電池は、渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間
を備えている場合は、渦巻状電極体は渦巻状電極群の上
部に一方の極板（例えば正極板）の上端部に溶接された
第１の集電体（例えば正極集電体）と、同渦巻状電極群
の他方の極板（例えば負極板）の下端部に溶接された第
２の集電体（例えば負極集電体）とを備え、第２の集電
体（例えば負極集電体）は外装缶の底部内面に溶接され
ているとともに、他方の極板（例えば負極板）の最外周
部の端部の一部には溶接されておらず、他方の極板（例
えば負極板）の最外周部は外装缶の側壁内面に圧接され
ている。

【０００８】このように、渦巻状電極群の他方の極板
（例えば負極板）の最外周が外装缶の側壁内面に圧接さ
れていると、他方の極板（例えば負極板）より均等に集
電がなされるようになるため、電圧降下が低減すること
となる。このため、この種のアルカリ蓄電池の高率放電
特性が向上する。また、外装缶の側壁内面に圧接されて
いる他方の極板（例えば負極板）の圧接部が他方の極板
（例えば負極板）の極板芯体であると、外装缶と他方の
極板（例えば負極板）の極板芯体との接触面での接触抵
抗が低下するため、さらに電圧降下が低減して、この種
のアルカリ蓄電池の高率放電特性がさらに向上するとと
もに、作動電圧も向上する。

【０００９】そして、この種のアルカリ蓄電池を高容量
化するために、渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備
えていない場合は、渦巻状電極体は渦巻状電極群の一方
の極板（例えば正極板）の上端部に溶接された第１の集
電体（例えば正極集電体）と、渦巻状電極群の他方の極
板（例えば負極板）の下端部に溶接された第２の集電体
（例えば負極集電体）とを備え、第２の集電体（例えば
負極集電体）は外装缶の底部内面に溶接されずに接触し
ており、かつ他方の極板（例えば負極板）の最外周部の
端部の一部には溶接されておらず、他方の極板（例えば
負極板）の最外周部は外装缶の側壁内面に圧接されてい
る。

【００１０】渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備え
ていないと溶接電極を挿入する空間が存在しないため、
第２の集電体（例えば負極集電体）は外装缶の底部内面
に溶接されずに接触した状態となる。しかしながら、渦
巻状電極群の他方の極板（例えば負極板）の最外周が外
装缶の側壁内面に圧接されていると、外装缶と他方の極
板（例えば負極板）との接触面での接触抵抗が低下する
ため、電圧降下が低減することとなる。このため、この
種のアルカリ蓄電池の高率放電特性が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の渦巻状電極体を
備えたアルカリ蓄電池をニッケル・水素蓄電池に適用し
た場合の一実施の形態を図に基づいて説明する。なお、
図１は電極群の最外周部の一部を示す断面図であり、図
２は巻芯を用いて渦巻状に巻回した渦巻状電極群を示す
断面図であり、図３は巻芯を用いないで渦巻状に巻回し
た渦巻状電極群を示す断面図である。

【００１２】１．ニッケル正極板の作製 （１）焼結式電極 ニッケル粉末にカルボキシメチルセルロース等の増粘剤
および水を混練してスラリーを調整し、このスラリーを
ニッケル多孔体からなる導電性芯体に塗着した。スラリ
ーを導電性芯体に塗着するに際しては、この導電性芯体
の中央部に帯状に未塗着部分を形成するように塗着す
る。なお、この帯状の未塗着部分は電流の導出部とな
り、後の工程で正極集電体との溶接部となる。

【００１３】この後、スラリーを塗着した導電性芯体を
還元性雰囲気下で焼結し、多孔度８０％の焼結基板を作
製した。このように作製した焼結基板を硝酸ニッケル溶
液に浸漬して、この焼結基板中に硝酸ニッケルを含浸し
た。その後、水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、硝酸
ニッケルを水酸化ニッケルに置換した。このような硝酸
ニッケルの含浸工程と水酸化ニッケルへの置換工程とを
繰り返して、硝酸ニッケルを水酸化ニッケル活物質にす
る活物質充填操作を行って、長尺の焼結式ニッケル正極
板を作製した。

【００１４】このようにして作製された長尺の焼結式ニ
ッケル正極板を長さ方向の中央部で帯状に形成された芯
体の未塗着部分（導電性芯体）の中央で切断するととも
に、所定の長さに切断して焼結式ニッケル正極板１０を
作製した。なお、長さが２１０ｍｍになるように切断さ
れた焼結式ニッケル正極板１０を焼結式ニッケル正極板
ａ１とし、長さが２３０ｍｍになるように切断された焼
結式ニッケル正極板１０を焼結式ニッケル正極板ａ２と
した。

【００１５】（２）非焼結式電極 水酸化ニッケル９０重量部と、金属コバルト粉末５重量
部と、水酸化コバルト粉末５重量部とを混合し、これを
メチルセルロース１重量％水溶液２０重量部とを混練し
てペースト状活物質を作製した。このようにして作製し
たペースト状活物質を、基体目付が６００ｇ／ｍ²（な
お、基体目付は４００〜７００ｇ／ｍ²の間で使用可能
である）で厚みが１．５ｍｍであるニッケル発泡体（ニ
ッケルスポンジ）に充填した。ついで、ペースト状活物
質を充填したニッケル発泡体を乾燥させた後、厚みが約
０．７ｍｍになるまで圧延した。

【００１６】ついで、このようにペースト状活物質を充
填したニッケル発泡体の上辺部に超音波ホーンを押し当
てて、上辺部に垂直方向に超音波振動を加えて、上辺部
に充填された活物質をニッケル発泡体より脱落させて剥
離部を形成する。このとき、超音波ホーンを押し当てて
超音波振動を与えることにより、上辺部は圧縮されて薄
肉部となる。一方、厚みが０．０６ｍｍのニッケル金属
製の帯状金属板を用意し、この帯状金属薄板をニッケル
発泡体の剥離部に載置し、溶接棒を用いて２ｍｍ間隔で
抵抗溶接を行い、非焼結式ニッケル正極板１０を作製し
た。なお、長さが２１０ｍｍになるように切断された非
焼結式ニッケル正極板１０を非焼結式ニッケル正極板ｂ
１とし、長さが２３０ｍｍになるように切断された非焼
結式ニッケル正極板１０を非焼結式ニッケル正極板ｂ２
とした。

【００１７】２．水素吸蔵合金負極の作製 ミッシュメタル（Ｍｍ：希土類元素の混合物）、ニッケ
ル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンを１：
３．４：０．８：０．２：０．６の比率で混合し、この
混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱
して合金溶湯とした。この合金溶湯を公知の方法で鋳型
に流し込み、冷却して、組成式Ｍｍ_1.0Ｎｉ_3.4Ｃｏ_0.8
Ａｌ_0.2Ｍｎ_0.6で表される水素吸蔵合金のインゴットを
作製した。

【００１８】この水素吸蔵合金インゴットを機械的に粗
粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で平均粒子径が約１０
０μｍになるまで機械的に粉砕する。このようにして作
製した水素吸蔵合金粉末にポリエチレンオキサイド等の
結着剤と、適量の水を加えて混合して水素吸蔵合金スラ
リーを作製する。このスラリーをパンチングメタルから
なる極板芯体２１の両面に、圧延後の活物質密度が所定
量になるように塗着した後、乾燥、圧延を行った後、所
定寸法に切断して水素吸蔵合金負極板２０を作製した。

【００１９】なお、渦巻状に巻回された際に最外周部と
なる部分の活物質をそのままにした水素吸蔵合金負極板
２０を水素吸蔵合金負極板ｃとし、長さが２６０ｍｍに
なるように切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸
蔵合金負極板ｃ１とし、長さが２８０ｍｍになるように
切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極
板ｃ２とした。また、渦巻状に巻回された際に最外周部
となる部分の活物質の片面（極板芯体２１より外装缶
側）を除去した水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金
負極板ｄとし、長さが２６０ｍｍになるように切断され
た水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｄ１と
し、長さが２８０ｍｍになるように切断された水素吸蔵
合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｄ２とした。

【００２０】３．渦巻状電極体の作製 （１）焼結式ニッケル正極板を用いた渦巻状電極体 ａ．実施例１ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と
水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ１と
なるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ１を作
製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ１
の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群
Ａ１の最外周の負極板ｃ１の極板芯体より外方には負極
活物質が存在する。

【００２１】この後、この渦巻状電極群Ａ１の負極板ｃ
１の下端部と負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の
上端部と正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ
１を作製した。なお、正極集電体は直径１８ｍｍの略円
板状集電部とこの集電部より延出する導出部とを備え、
略円板状集電部は下部に突起を有する多数の開口を有す
るとともに、中心部には電解液注液孔（なお、この電解
液注液孔は後の溶接工程で溶接電極の挿入用の孔とな
る）が設けられている。また、負極集電体はニッケル金
属を直径２１ｍｍの円板状に形成して構成されたもので
ある。なお、渦巻状電極体Ａ１の直径は約２２ｍｍであ
り、かつ負極集電体の直径は２１ｍｍであるので、渦巻
状電極体Ａ１の負極板の最外周部の端部の一部は負極集
電体に溶接されないこととなる。

【００２２】ｂ．実施例２ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と
水素吸蔵合金負極板ｄ１とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｄ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ｂ）および図２に示すように、最外周が負極板ｄ１と
なるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ２を作
製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ２
の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群
Ａ２の最外周の負極板ｄ１の極板芯体より外方には負極
活物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ａ２の
負極板ｄ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電
体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実施例
１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体
Ａ２を作製した。

【００２３】ｃ．実施例３ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と
水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ａ）お
よび図３に示すように、最外周が負極板ｃ２となるよう
にして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ３を作製した。
このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ３の直径は
約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ３の最
外周の負極板ｃ２の極板芯体より外方には負極活物質が
存在する。この後、この渦巻状電極群Ａ３の負極板ｃ２
の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗
溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実施例１と同様の
正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ３を作製
した。

【００２４】ｄ．実施例４ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と
水素吸蔵合金負極板ｄ２とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｄ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ｂ）お
よび図３に示すように、最外周が負極板ｄ２となるよう
にして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ４を作製した。
このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ４の直径は
約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ４の最
外周の負極板ｄ２の極板芯体より外方には負極活物質が
存在しない。この後、この渦巻状電極群Ａ４の負極板ｄ
２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵
抗溶接し、正極板ａ２の上端部と上述の実施例１と同様
の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ４を作
製した。

【００２５】ｅ．比較例１ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と
水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ｃ）に示すように、最外周がセパレータ３０となるよ
うにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ５を作製し
た。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ５の直
径は約２２ｍｍであった。この後、この渦巻状電極群Ａ
５の負極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極
集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実
施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電
極体Ａ５を作製した。

【００２６】ｆ．比較例２ 上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と
水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布か
らなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２
の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ
負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出
させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いないで、図
１（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ２
となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ６を
作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ
６の直径は約２２ｍｍであった。

【００２７】（２）非焼結式ニッケル正極板を用いた渦
巻状電極体 ａ．実施例５ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１
と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ１と
なるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ１を作
製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ１
の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群
Ｂ１の最外周の負極板ｃ１の極板芯体より外方には負極
活物質が存在する。この後、この渦巻状電極群Ｂ１の負
極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体
とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の帯状金属板と上
述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦
巻状電極体Ｂ１を作製した。

【００２８】ｂ．実施例６ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１
と水素吸蔵合金負極板ｄ１とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｄ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ｂ）および図２に示すように、最外周が負極板ｄ１と
なるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ２を作
製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ２
の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群
Ｂ２の最外周の負極板ｄの極板芯体より外方には負極活
物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ｂ２の負
極板ｄ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体
とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の帯状金属板と上
述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦
巻状電極体Ｂ２を作製した。

【００２９】ｃ．実施例７ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２
と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ａ）
および図３に示すように、最外周が負極板ｃ２となるよ
うにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ３を作製し
た。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ３の直
径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ３
の最外周の負極板ｃ２の極板芯体より外方には負極活物
質が存在する。この後、この渦巻状電極群Ｂ３の負極板
ｃ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを
抵抗溶接し、正極板ｂ２の上端部の帯状金属板と上述の
実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状
電極体Ｂ３を作製した。

【００３０】ｄ．実施例８ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２
と水素吸蔵合金負極板ｄ２とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｄ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ｂ）
および図３に示すように、最外周が負極板ｄ２となるよ
うにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ４を作製し
た。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ４の直
径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ４
の最外周の負極板ｄ２の極板芯体より外方には負極活物
質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ｂ４の負極
板ｄ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体と
を抵抗溶接し、正極板ｂ２の上端部の帯状金属板と上述
の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻
状電極体Ｂ４を作製した。

【００３１】ｅ．比較例３ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１
と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１
（ａ）および図２に示すように、最外周がセパレータ３
０となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ５
を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群
Ｂ５の直径は約２２ｍｍであった。この後、この渦巻状
電極群Ｂ５の負極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同
様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の
帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵
抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ５を作製した。

【００３２】ｆ．比較例４ 上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２
と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布
からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ
２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、か
つ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突
出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いないで、
図１（ｃ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ
２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ６
を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群
Ｂ６の直径は約２２ｍｍであった。

【００３３】４．ニッケル・水素蓄電池の作製 ａ．実施例１，２，５，６および比較例１，３ ついで、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述のよう
にして作製した実施例１，２，５，６および比較例１，
３の各渦巻状電極体Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２およびＡ
５，Ｂ５をそれぞれの金属外装缶内に挿入し、正極集電
体の電解液注液孔より一方の溶接電極を挿入して負極集
電体に当接させるとともに金属外装缶の底部に他方の溶
接電極を当接して、負極集電体と金属外装缶の底部をス
ポット溶接した。

【００３４】一方、正極キャップと蓋体（なお、正極キ
ャップと蓋体との間には圧力弁が配置されている）とか
らなる封口体を用意し、正極集電体の導出部を封口体の
蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導出部とを溶接して
接続する。この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量％
の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注
液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部
に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて
封口した。

【００３５】この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻
状電極体Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２およびＡ５，Ｂ５の最
外周部の負極２０、負極芯体２１あるいはセパレータ３
０をそれぞれ金属外装缶の内側壁に圧着させた。これに
より、公称容量２０００ｍＡｈの実施例１，２および比
較例１の円筒形ニッケル・水素蓄電池、ならびに公称容
量３０００ｍＡｈの実施例５，６および比較例３の円筒
形ニッケル・水素蓄電池をそれぞれ作製した。

【００３６】ｂ．実施例３，４，７，８ 上述と同様に、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述
のようにして作製した実施例３，４，７，８の各渦巻状
電極体Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４をそれぞれの金属外装缶
内に挿入して、負極集電体と金属外装缶の底部とを接触
させる。一方、上述と同様に、正極キャップと蓋体とか
らなる封口体を用意し、正極集電体の導出部を封口体の
蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導出部とを溶接して
接続した。この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量％
の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注
液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部
に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて
封口した。

【００３７】この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻
状電極体Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４の最外周部の負極２０
あるいは負極芯体２１をそれぞれ金属外装缶の内側壁に
圧着させた。これにより、公称容量２２００ｍＡｈの実
施例３，４の円筒形ニッケル・水素蓄電池、および公称
容量３３００ｍＡｈの実施例７，８の円筒形ニッケル・
水素蓄電池をそれぞれ作製した。

【００３８】ｃ．比較例２，４ 上述と同様に、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述
のようにして作製した比較例２，４の各渦巻状電極体Ａ
６，Ｂ６をそれぞれの金属外装缶内に挿入する。一方、
上述と同様に、正極キャップと蓋体とからなる封口体を
用意し、それぞれの正極板ａ２，ｂ２の巻終わり端部に
形成された舌片状の集電タブを封口体の蓋体底部に接触
させて、蓋体底部と導出部とを溶接して接続する。

【００３９】この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量
％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を
注液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口
部に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメ
て封口した。この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻
状電極体Ａ６，Ｂ６の負極２０をそれぞれ金属外装缶の
内側壁に圧着させた。これにより、公称容量２２００ｍ
Ａｈの比較例２の円筒形ニッケル・水素蓄電池、および
公称容量３３００ｍＡｈの比較例４の円筒形ニッケル・
水素蓄電池をそれぞれ作製した。

【００４０】５．ニッケル・水素蓄電池の活性化 上述のように作製した実施例１〜８および比較例１〜４
の１２種類の各ニッケル−水素蓄電池を０．１Ｃ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、０．２Ｃの放電々流で放電終止電圧が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、実施例１〜８および比較
例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を活性化
した。

【００４１】６．放電容量試験 ついで、上述のようにして活性化した実施例１〜８およ
び比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を
０．１Ｃの充電々流で１６時間充電した後、１時間休止
させた後、０．２Ｃの放電々流で放電終止電圧が１．０
Ｖになるまで放電させて、放電時間から放電容量を求め
ると下記の表１に示すような結果となった。

【００４２】７．充電時の電池内圧および電池温度 また、上述のようにして活性化した実施例１〜８および
比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を１
Ｃの充電々流で充電を行い、１００％充電状態において
電池内圧および電池温度の測定を行うと、下記の表１に
示すような結果となった。

【００４３】８．高率放電試験 また、上述のようにして活性化した実施例１〜８および
比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を
０．１Ｃ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、１０Ａの放電々流で終止電圧が１．０
Ｖになるまで放電させて高率放電を行い、放電容量が５
０％のときの電圧（作動電圧）の測定を行うと、下記の
表１に示すような結果となった。なお、下記の表１にお
いて、集電体とは負極集電体の有無を意味し、溶接とは
負極集電体と外装缶底部との溶接の有無を意味し、内圧
とは充電時の電池内圧（ｋｇｆ／ｃｍ²）を意味し、温
度とは充電時の電池内の温度（℃）を意味する。

【００４４】

【表１】

【００４５】上記表１より明らかなように、焼結式ニッ
ケル正極板を用いて渦巻状とした電極体Ａ１〜Ａ６は、
非焼結式ニッケル正極板を用いて渦巻状とした電極体Ｂ
１〜Ｂ６に比較して、その放電容量が小さいことが分か
る。これは、非焼結式ニッケル正極板を用いた方が焼結
式ニッケル正極板を用いるより、活物質の充填量が増加
したためである。

【００４６】また、焼結式ニッケル正極板を用いた電極
体Ａ１〜Ａ５とＡ６とを比較し、非焼結式ニッケル正極
板を用いた電極体Ｂ１〜Ｂ５とＢ６とを比較すると、各
電極体Ａ１〜Ａ５および各電極体Ｂ１〜Ｂ５にそれぞれ
負極集電体を溶接した方が作動電圧が高く、かつ電池内
圧および電池温度も低いことが分かる。これは、負極集
電体を用いた方が電圧降下が減少して作動電圧が高くな
ったためである。また、負極集電体を用いた方がジュー
ル熱が低下し、充電時の電池温度が低下したと考えられ
る。さらに、電池温度低下と反応の均一性の効果によ
り、電池内圧が低下したと考えられる。

【００４７】また、負極集電体と外装缶底部とを溶接し
た電極体Ａ１，Ａ２とＡ５および電極体Ｂ１，Ｂ２とＢ
５とを比較すると、電極体Ａ１，Ａ２および電極体Ｂ
１，Ｂ２の方が電極体Ａ５，Ｂ５よりも作動電圧が高
く、かつ電池内圧および電池温度も低いことが分かる。
これは、電極体Ａ５，Ｂ５は最外周がセパレータ３０で
覆われているためにこの部分での電圧降下が大きくなっ
て、作動電圧が低下したと考えられる。また、最外周を
セパレータで覆った方がジュール熱が増加し、充電時の
電池温度が上昇したと考えられる。さらに、電池温度上
昇と反応の不均一性の効果により電池内圧が上昇したと
考えられる。

【００４８】また、電極体Ａ１と電極体Ａ３および電極
体Ａ２と電極体Ａ４をそれぞれ比較し、電極体Ｂ１と電
極体Ｂ３および電極体Ｂ２と電極体Ｂ４をそれぞれ比較
すると、電極体Ａ３，Ａ４および電極体Ｂ３，Ｂ４を用
いた方がその放電容量が大きいが作動電圧が低いことが
分かる。これは、巻芯を用いないで渦巻状電極体とする
ことにより、巻芯を用いて渦巻状電極体とするよりも長
い正極板および負極板を用いることができ、両極板が長
くなった分だけ放電容量が増大したためである。 しか
しながら、巻芯を用いないで渦巻状電極体とすると、負
極集電体と外装缶底部との溶接ができないため、この部
分での電圧降下が大きくなって作動電圧が低下した。ま
た、負極集電体と外装缶底部を溶接しない方がジュール
熱が増加し、充電時の電池温度が上昇したと考えられ
る。さらに、電池温度上昇と反応の不均一性の効果によ
り電池内圧が上昇したと考えられる。

【００４９】また、電極体Ａ１と電極体Ａ２および電極
体Ａ３と電極体Ａ４をそれぞれ比較し、電極体Ｂ１と電
極体Ｂ２および電極体Ｂ３と電極体Ｂ４をそれぞれ比較
すると、電極体Ａ２，Ａ４および電極体Ｂ２，Ｂ４を用
いた方が作動電圧が高く、電池内圧および電池温度が低
いことが分かる。これは、電極体Ａ２，Ａ４および電極
体Ｂ２，Ｂ４の渦巻の最外周が極板芯体であるため、こ
の部分での電圧降下が低下して作動電圧が向上したため
である。また、最外周が極板芯体である方がジュール熱
が低下し、充電時の電池温度が低下したと考えられる。
さらに、電温度低下と、反応の均一性の効果により電池
内圧が低下したと考えられる。

【００５０】９．蓄電池のエントロピー変化について ついで、蓄電池のエントロピー変化について検討した。
上述のように作製したニッケル−水素蓄電池および、こ
れと同サイズ（サブＣ）のニッケル−カドミウム蓄電池
を用い、これらの各蓄電池を５０％の充電状態におい
て、圧力（ｐｋｇｆ／ｃｍ²）を一定とし、−２０℃、
−１０℃、０℃の順で、各温度（Ｔ）で３時間保持した
後の開路電圧（Ｅ）を測定し、下記の（１）式に基づい
て放電時のエントロビー変化（△Ｓ）を求めると下記の
表２に示すような結果となった。 △Ｓ＝ｚＦ（∂Ｅ／∂Ｔ）ｐ（Ｊ／モルＫ）・・・（１）

【００５１】なお、上記（１）式でｚ＝１とし、Ｆ＝９
６５００とした。このようにエントロビー変化（△Ｓ）
を求めることにより、電池の発熱量はＴ△Ｓで計算でき
る。

【００５２】

【表２】

【００５３】なお、上記表２の−（負）符号は放電時の
発熱反応を表している。そして、充電時のエントロビー
変化は放電時のエントロピー変化の符号を逆にしたもの
である。上記表２より明らかなように、ニッケルーカド
ミウム電池は充電時吸熱反応であるのに対し、ニッケル
ー水素電池は充電時発熱反応である。このため、本発明
はニッケルー水素電池に適用することにより、より効果
的であるということができる。なぜならば、充電時に発
熱反応が生じると発熱量が多くなり、これにより電池温
度が上昇することとなる。しかしながら、本発明を適用
することにより温度上昇を低下させることが可能となる
ためである。

【００５４】上述したように、本発明においては、渦巻
状電極体の負極板２０の最外周が外装缶の側壁内面に圧
接されていると、負極板２０より均等に集電がなされる
ようになるため、電圧降下が低減することとなる。この
ため、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性が向上す
る。一方、アルカリ蓄電池を高容量化するために、渦巻
状電極体の中心部に巻芯跡空間を備えていない場合であ
っても、渦巻状電極体の負極板２０の最外周が外装缶の
側壁内面に圧接されていると、外装缶と負極板２０との
接触面での接触抵抗が低下するため、電圧降下が低減す
ることとなる。

【００５５】そして、外装缶の側壁内面に圧接されてい
る負極板２０の圧接部が負極板２０の極板芯体２１であ
ると、外装缶と極板芯体２１との接触面での接触抵抗が
低下するため、さらに電圧降下が低減して、この種のア
ルカリ蓄電池の高率放電特性がさらに向上する。

【００５６】なお、上述した実施形態においては、金属
製外装缶は負極端子を兼用し、封口体は正極端子を兼用
しているために、渦巻状電極体の負極に溶接された負極
集電体を金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触させる
例について説明したが、金属製外装缶が負極端子を兼用
している場合は、渦巻状電極体の正極に溶接された正極
集電体を金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触させる
ようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 電極群の最外周部の一部を示す断面図であ
る。

【図２】 巻芯を用いて渦巻状に巻回した渦巻状電極群
を示す断面図である。

【図３】 巻芯を用いないで渦巻状に巻回した渦巻状電
極群を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ニッケル正極板、２０…水素吸蔵合金負極板、２
１…極板芯体、３０…セパレータ

フロントページの続き (72)発明者 石丸 順康 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA04 AA18 BB03 BB11 CC08 CC12 CC16 5H028 AA07 BB05 BB08 CC05 CC13 CC24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正・負極板をセパレータを介して渦巻状
   に巻回した渦巻状電極体を外部端子を兼ねる金属製外装
   缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、 前記渦巻状電極体は渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間
   を備え、 前記渦巻状電極群の一方の極板の上端部に溶接された第
   １の集電体と、同渦巻状電極群の他方の極板の下端部に
   溶接された第２の集電体とを備え、 前記第２の集電体は前記外装缶の底部内面に溶接されて
   いるとともに、前記他方の極板の最外周部の端部の一部
   には溶接されておらず、 前記他方の極板の最外周部は前記外装缶の側壁内面に圧
   接されていることを特徴とする渦巻状電極体を備えたア
   ルカリ蓄電池。
2. 【請求項２】 前記外装缶の側壁内面に圧接されている
   前記他方の極板の前記圧接部は前記他方の極板の極板芯
   体が直接前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを
   特徴とする請求項１に記載の渦巻状電極体を備えたアル
   カリ蓄電池。
3. 【請求項３】 正・負極板をセパレータを介して渦巻状
   に巻回した渦巻状電極体を外部端子を兼ねる金属製外装
   缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、 前記渦巻状電極体は渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間
   を備えておらず、 前記渦巻状電極群の一方の極板の上端部に溶接された第
   １の集電体と、同渦巻状電極群の他方の極板の下端部に
   溶接された第２の集電体とを備え、 前記第２の集電体は前記外装缶の底部内面に溶接されず
   に接触しており、かつ前記他方の極板の最外周部の端部
   の一部には溶接されておらず、 前記他方の極板の最外周部は前記外装缶の側壁内面に圧
   接されていることを特徴とする渦巻状電極体を備えたア
   ルカリ蓄電池。
4. 【請求項４】 前記外装缶の側壁内面に圧接されている
   前記他方の極板の前記圧接部は前記他方の極板の極板芯
   体が直接前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを
   特徴とする請求項３に記載の渦巻状電極体を備えたアル
   カリ蓄電池。
5. 【請求項５】 前記アルカリ蓄電池はニッケル−水素蓄
   電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のい
   ずれかに記載の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。