JP2000277122A - Cylindrical battery - Google Patents
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Landscapes
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- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形電池に関す
る。[0001] The present invention relates to a cylindrical battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】円筒形電池の一例である円筒形アルカリ
二次電池は、正極と負極とをその間にセパレータを介在
させながら渦巻き状に捲回することにより作製された電
極群と、アルカリ電解液とを容器内に収納した構造を有
する。2. Description of the Related Art A cylindrical alkaline secondary battery, which is an example of a cylindrical battery, has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are spirally wound with a separator interposed therebetween, and an alkaline electrolyte. Are housed in a container.
【0003】前記正極は、例えば、以下に説明する方法
で作製される。まず、水酸化ニッケル粉末、導電材及び
結着剤を水の存在下で混練することによりペーストを調
製する。前記ペーストを発泡状金属基板のような三次元
構造の導電性基板に充填した後、乾燥し、プレスするこ
とにより前記正極を作製する。The positive electrode is manufactured, for example, by a method described below. First, a paste is prepared by kneading a nickel hydroxide powder, a conductive material and a binder in the presence of water. After filling the paste into a conductive substrate having a three-dimensional structure such as a foamed metal substrate, the paste is dried and pressed to produce the positive electrode.
【0004】このように集電体として三次元構造の導電
性基板を用いる正極は、焼結式正極に比べて単位体積当
たりの活物質充填量を多くすることができ、高容量化を
図る上で有利である。As described above, the positive electrode using the conductive substrate having a three-dimensional structure as the current collector can increase the amount of active material per unit volume as compared with the sintered positive electrode, and can increase the capacity. Is advantageous.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記三
次元構造の導電性基板を用いる正極は柔軟性が低いた
め、前記正極と負極との間にセパレータを介在して渦巻
き状に捲回することにより電極群を作製した際に破断も
しくは折れが生じる。その結果、前記正極表面に導電性
基板が露出し、この導電性基板が前記セパレータを貫通
し、負極と接するため、内部短絡を招く。However, since the positive electrode using the conductive substrate having the three-dimensional structure has low flexibility, the positive electrode is spirally wound with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. Breakage or breakage occurs when the electrode group is manufactured. As a result, the conductive substrate is exposed on the surface of the positive electrode, and the conductive substrate penetrates through the separator and contacts the negative electrode, thereby causing an internal short circuit.
【0006】このようなことから前記正極をゴムローラ
とこのゴムローラに比べて小径の金属ローラとの間に通
過させてソフニング加工を施すことにより前記正極の柔
軟性を高めることが提案されている。しかしながら、前
記正極に前述したソフニング加工を施すと、前記正極に
亀裂を生じたり、折れたりすることが多いため、正極の
歩留まりが低下するという問題点が生じる。For this reason, it has been proposed to increase the flexibility of the positive electrode by passing the positive electrode between a rubber roller and a metal roller having a diameter smaller than that of the rubber roller to perform softening. However, when the above-described softening process is performed on the positive electrode, the positive electrode often cracks or breaks, which causes a problem that the yield of the positive electrode decreases.
【0007】本発明は、内部短絡発生率が低減された円
筒形電池を提供しようとするものである。An object of the present invention is to provide a cylindrical battery having a reduced internal short-circuit occurrence rate.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる円筒形電
池は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻き状に捲
回することにより作製された電極群を備える円筒形電池
において、前記正極及び前記負極のうち少なくとも一方
の電極は、集電体として捲回方向の引っ張り強度が3〜
10kgfで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8%である
三次元構造の導電性基板を含むことを特徴とするもので
ある。According to the present invention, there is provided a cylindrical battery including an electrode group manufactured by spirally winding a positive electrode and a negative electrode through a separator. At least one of the negative electrodes has a tensile strength in the winding direction of 3 to 3 as a current collector.
It is characterized by including a conductive substrate having a three-dimensional structure of 10 kgf and an elongation percentage in a winding direction of 2 to 8%.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる円筒形電池
の一例である円筒形アルカリ二次電池を図1を参照して
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cylindrical alkaline secondary battery as an example of the cylindrical battery according to the present invention will be described below with reference to FIG.
【0010】有底円筒状の容器1内には、正極2とセパ
レータ3と負極4とを積層してスパイラル状に捲回する
ことにより作製された電極群5が収納されている。前記
負極4は、前記電極群5の最外周に配置されて前記容器
1と電気的に接触している。アルカリ電解液は、前記容
器1内に収容されている。中央に孔6を有する円形の第
1の封口板7は、前記容器1の上部開口部に配置されて
いる。リング状の絶縁性ガスケット8は、前記封口板7
の周縁と前記容器1の上部開口部内面の間に配置され、
前記上部開口部を内側に縮径するカシメ加工により前記
容器1に前記封口板7を前記ガスケット8を介して気密
に固定している。正極タブ9は、一端が前記正極2に接
続、他端が前記封口板7の下面に接続されている。帽子
形状をなす正極端子10は、前記封口板7上に前記孔6
を覆うように取り付けられている。ゴム製の安全弁11
は、前記封口板7と前記正極端子10で囲まれた空間内
に前記孔6を塞ぐように配置されている。中央に穴を有
する絶縁材料からなる円形の押え板12は、前記正極端
子10上に前記正極端子10の突起部がその押え板12
の前記穴から突出されるように配置されている。外装チ
ューブ13は、前記押え板12の周縁、前記容器1の側
面及び前記容器1の底部周縁を被覆している。An electrode group 5 formed by stacking a positive electrode 2, a separator 3, and a negative electrode 4 and winding them in a spiral shape is accommodated in a cylindrical container 1 having a bottom. The negative electrode 4 is arranged at the outermost periphery of the electrode group 5 and is in electrical contact with the container 1. The alkaline electrolyte is contained in the container 1. A circular first sealing plate 7 having a hole 6 in the center is arranged at the upper opening of the container 1. The ring-shaped insulating gasket 8 is
Is arranged between the periphery of the container and the inner surface of the upper opening of the container 1,
The sealing plate 7 is airtightly fixed to the container 1 via the gasket 8 by caulking to reduce the diameter of the upper opening inward. The positive electrode tab 9 has one end connected to the positive electrode 2 and the other end connected to the lower surface of the sealing plate 7. The positive electrode terminal 10 having a hat shape is provided on the sealing plate 7 with the hole 6.
It is attached to cover. Rubber safety valve 11
Is disposed so as to close the hole 6 in a space surrounded by the sealing plate 7 and the positive electrode terminal 10. A circular holding plate 12 made of an insulating material having a hole in the center is provided on the positive electrode terminal 10 with a protrusion of the positive electrode terminal 10.
Are arranged to protrude from the holes. The outer tube 13 covers the periphery of the holding plate 12, the side surface of the container 1, and the periphery of the bottom of the container 1.
【0011】次に、前記正極2、負極4、セパレータ3
および電解液について説明する。 1)正極2 前記正極2は、捲回方向の引っ張り強度が3〜10kg
fで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8%である三次元構
造の導電性基板からなる集電体に活物質を含む合剤が集
電体に担持された構造を有する。前述した図1に示す構
造の二次電池においては、前記正極2は長手方向と直交
する端部を軸にして捲回されるため、前記正極2の捲回
方向は前記正極2の長手方向と平行である。Next, the positive electrode 2, the negative electrode 4, the separator 3
And the electrolyte will be described. 1) Positive electrode 2 The positive electrode 2 has a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kg.
f, and has a structure in which a mixture containing an active material is supported on a current collector made of a conductive substrate having a three-dimensional structure and having an elongation of 2 to 8% in a winding direction. In the above-described secondary battery having the structure shown in FIG. 1, since the positive electrode 2 is wound around an end perpendicular to the longitudinal direction as an axis, the winding direction of the positive electrode 2 is the same as the longitudinal direction of the positive electrode 2. Parallel.
【0012】前記正極2は、例えば、以下に説明する方
法により作製される。The positive electrode 2 is manufactured by, for example, a method described below.
【0013】まず、水酸化ニッケル粉末、導電材料及び
結着剤を水の存在下で混練することによりペーストを調
製する。前記ペーストを長手方向の引っ張り強度が3〜
10kgfで、かつ長手方向の伸び率が2〜8%である
三次元構造の導電性基板からなる集電体に充填ないし塗
布し、乾燥し、圧延を施すことにより前記正極を得る。First, a paste is prepared by kneading a nickel hydroxide powder, a conductive material and a binder in the presence of water. The paste has a tensile strength in the longitudinal direction of 3 to
The positive electrode is obtained by filling or coating a current collector made of a conductive substrate having a three-dimensional structure of 10 kgf and a longitudinal elongation of 2 to 8%, followed by drying and rolling.
【0014】前記正極は、ソフンニング加工が施されて
いることが望ましい。ソフニング加工は、たとえば、図
2に示す柔軟性付加装置を用いて行われる。すなわち、
図2に示すように、柔軟性付加装置は、ゴムローラのよ
うな表面が柔軟性を有するローラ20と、前記ゴムロー
ラ20と所望の隙間を隔てて対向し、前記ゴムローラ2
0よりも小径である硬質ローラ(例えば、金属ローラ)
21とからなる加圧機構を3つ備える。前記3つの加圧
機構は、互いに等間隔を隔てて整列している。このよう
な装置において、前記各加圧機構のゴムローラ20と金
属ローラ21との間に前記正極22を通過させることに
より前記正極22の表面に微細なクラックを形成し、ソ
フニング加工を施す。Preferably, the positive electrode has been subjected to a softening process. The softening is performed using, for example, a flexibility adding device shown in FIG. That is,
As shown in FIG. 2, the flexibility adding device comprises a roller 20 having a flexible surface, such as a rubber roller, opposed to the rubber roller 20 with a desired gap.
Hard roller having a diameter smaller than 0 (for example, a metal roller)
21 are provided. The three pressing mechanisms are aligned at equal intervals. In such an apparatus, fine cracks are formed on the surface of the positive electrode 22 by passing the positive electrode 22 between the rubber roller 20 and the metal roller 21 of each pressing mechanism, and softening is performed.
【0015】前記水酸化ニッケル粉末としては、例えば
単一の水酸化ニッケル粉末、または亜鉛、コバルト、ビ
スマス、銅のような金属が共晶された水酸化ニッケル粉
末を用いることができる。特に、後者の水酸化ニッケル
粉末を含む正極は、高温状態における充電効率をより一
層向上することが可能になる。As the nickel hydroxide powder, for example, a single nickel hydroxide powder or a nickel hydroxide powder in which a metal such as zinc, cobalt, bismuth or copper is eutectic can be used. In particular, the latter positive electrode containing nickel hydroxide powder can further improve the charging efficiency in a high-temperature state.
【0016】前記導電材料としては、例えば金属コバル
ト、コバルト酸化物、コバルト水酸化物等を挙げること
ができる。Examples of the conductive material include metal cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide and the like.
【0017】前記結着剤としては、例えばポリアクリル
酸ソーダ、ポリアクリル酸カリウム等のポリアクリル酸
塩、ポリテトラフルオエロエチレン等のフッ素系樹脂、
またはカルボキシメチルセルロース等を挙げることがで
きる。Examples of the binder include polyacrylates such as sodium polyacrylate and potassium polyacrylate, and fluorine resins such as polytetrafluoroethylene.
Alternatively, carboxymethyl cellulose and the like can be mentioned.
【0018】前記三次元構造を有する導電性基板として
は、例えば、発泡状金属基板、金属繊維製基板、フェル
ト状金属基板等を挙げることができる。前記導電性基板
は、少なくとも表面がニッケルであることが好ましい。
前記導電性基板としては、発泡状金属基板が好ましい。Examples of the conductive substrate having the three-dimensional structure include a foamed metal substrate, a metal fiber substrate, and a felt-shaped metal substrate. It is preferable that at least the surface of the conductive substrate is made of nickel.
The conductive substrate is preferably a foamed metal substrate.
【0019】前記導電性基板の捲回方向の引っ張り強度
を前記範囲に規定するのは次のような理由によるもので
ある。前記引っ張り強度を3kgf未満にすると、前記
正極の機械的強度が低下するため、前記正極と負極とを
セパレータを介在して渦巻き状に捲回することにより電
極群を作製した際に前記正極に破断ないし亀裂が生じる
のを抑制することが困難になる。また、ソフニング加工
を施した際に前記正極に亀裂や折れを生じることが多く
なる。一方、前記引っ張り強度が10kgfを越える
と、前記導電性基板の合剤保持量が不足し、放電容量が
低下する。前記引っ張り強度のより好ましい範囲は、4
〜5kgfである。The reason why the tensile strength of the conductive substrate in the winding direction is defined in the above range is as follows. If the tensile strength is less than 3 kgf, the mechanical strength of the positive electrode decreases, so that when the positive electrode and the negative electrode are spirally wound with a separator interposed therebetween to form an electrode group, the positive electrode breaks. Further, it becomes difficult to suppress the occurrence of cracks. Further, when the softening is performed, cracks and breaks often occur in the positive electrode. On the other hand, when the tensile strength exceeds 10 kgf, the amount of the mixture held on the conductive substrate is insufficient, and the discharge capacity is reduced. A more preferred range of the tensile strength is 4
55 kgf.
【0020】前記導電性基板の捲回方向の伸び率を前記
範囲に規定するのは次のような理由によるものである。
前記伸び率を2%未満にすると、前記正極の柔軟性が低
下するため、渦巻き形電極群を作製した際に前記正極に
破断ないしクラックが生じるのを抑制することが困難に
なる。また、ソフニング加工を施した際に前記正極に亀
裂や折れを生じることが多くなる。一方、前記伸び率が
8%を越えると、前記正極を作製する際の圧延工程で前
記ペーストが充填ないし塗布された集電体が蛇行するた
め、正極の歩留まりが低下する。前記伸び率のより好ま
しい範囲は、5〜7%である。The reason why the elongation percentage of the conductive substrate in the winding direction is defined in the above range is as follows.
When the elongation is less than 2%, the flexibility of the positive electrode is reduced, so that it is difficult to prevent the positive electrode from being broken or cracked when a spiral electrode group is manufactured. Further, when the softening is performed, cracks and breaks often occur in the positive electrode. On the other hand, if the elongation exceeds 8%, the current collector filled or applied with the paste in the rolling step at the time of manufacturing the positive electrode meanders, and the yield of the positive electrode decreases. A more preferable range of the elongation is 5 to 7%.
【0021】前記導電性基板は表層部の平均骨格径と内
部の平均骨格径が等しく、かつ前記平均骨格径が40〜
80μmの範囲内である構造を有することが望ましい。
これは次のような理由によるものである。表層部の平均
骨格径と内部の平均骨格径とが異なると、前記導電性基
板の機械的強度にむらがあるため、渦巻き形電極群を作
製する際及びソフニング加工を施す際に前記正極に破断
ないし折れが生じやすくなる。前記平均骨格径を40μ
m未満にすると、前記導電性基板の機械的強度にむらが
ないものの、基板自体の機械的強度が不足する恐れがあ
る。一方、前記平均骨格径が80μmを越えると、前記
導電性基板の合剤保持量が不足する恐れがあるため、高
い放電容量が得られなくなる可能性がある。前記平均骨
格径のより好ましい範囲は、50〜60μmである。但
し、前記導電性基板の表層部は、前記導電性基板の厚さ
の5〜10%に相当する厚さを有する。In the conductive substrate, the average skeleton diameter of the surface layer portion and the internal average skeleton diameter are equal, and the average skeleton diameter is 40 to 40.
It is desirable to have a structure that is in the range of 80 μm.
This is due to the following reasons. If the average skeleton diameter of the surface layer portion and the average skeleton diameter of the inside are different, the mechanical strength of the conductive substrate is uneven, so that the positive electrode breaks when producing a spiral electrode group and when performing softening. In addition, breakage is likely to occur. The average skeleton diameter is 40 μ
When it is less than m, the mechanical strength of the conductive substrate is not uneven, but the mechanical strength of the substrate itself may be insufficient. On the other hand, if the average skeleton diameter exceeds 80 μm, there is a possibility that the mixture holding amount of the conductive substrate may be insufficient, so that a high discharge capacity may not be obtained. A more preferable range of the average skeleton diameter is 50 to 60 μm. However, the surface layer of the conductive substrate has a thickness corresponding to 5 to 10% of the thickness of the conductive substrate.
【0022】なお、集電体として捲回方向の引っ張り強
度が3〜10kgfで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8
%である三次元構造の導電性基板を含む負極を用いる場
合、前記正極の集電体としてパンチドメタル、エキスパ
ンデッドメタル、金網などの二次元構造を有する導電性
基板か、あるいは前記二次元構造を有する導電性基板の
孔の周縁に凹凸を有するものを用いることを許容する。The current collector has a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kgf and an elongation in the winding direction of 2 to 8 kgf.
%, A conductive substrate having a two-dimensional structure such as punched metal, expanded metal, or wire mesh as a current collector of the positive electrode, or the two-dimensional negative electrode is used as a current collector for the positive electrode. It is allowed to use a conductive substrate having a structure having irregularities on the periphery of the hole.
【0023】2)負極4 前記負極4は、捲回方向の引っ張り強度が3〜10kg
fで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8%である三次元構
造の導電性基板からなる集電体に活物質を含む合剤が集
電体に担持された構造を有する。前述した図1に示す構
造の二次電池においては、前記負極4は長手方向と直交
する端部を軸にして捲回されるため、前記負極4の捲回
方向は前記負極4の長手方向と平行である。2) Negative electrode 4 The negative electrode 4 has a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kg.
f, and has a structure in which a mixture containing an active material is supported on a current collector made of a conductive substrate having a three-dimensional structure and having an elongation of 2 to 8% in a winding direction. In the above-described secondary battery having the structure shown in FIG. 1, since the negative electrode 4 is wound around an end perpendicular to the longitudinal direction as an axis, the winding direction of the negative electrode 4 is the same as the longitudinal direction of the negative electrode 4. Parallel.
【0024】この負極4は、例えば、活物質、導電剤、
結着剤および水と共に混練してペーストを調製し、前記
ペーストを前記導電性基板に充填し、乾燥した後、加圧
成形することにより製造される。The negative electrode 4 includes, for example, an active material, a conductive agent,
The paste is prepared by kneading with a binder and water to prepare a paste, filling the paste into the conductive substrate, drying, and then press-molding.
【0025】前記活物質としては、例えば金属カドミウ
ム、水酸化カドミウム等のカドミウム化合物、水素等を
挙げることができる。水素のホスト・マトリックスとし
ては水素吸蔵合金を挙げることができる。Examples of the active material include cadmium compounds such as metal cadmium and cadmium hydroxide, and hydrogen. Examples of the host matrix of hydrogen include a hydrogen storage alloy.
【0026】中でも前記水素吸蔵合金は、前記カドミウ
ム化合物を用いた場合よりも二次電池の容量を向上でき
るため好ましい。前記水素吸蔵合金は、特別制限される
ものでなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を
吸蔵でき、かつ放出時にその吸蔵水素を容易に放出でき
るものであればよい。例えば、LaNi5 、MmNi 5
(Mmはミッシュメタル)、LmNi5 (LmはLa富
化したミッシュメタル)、これら合金のNiの一部を少
なくともAl及びMnで置換した多元素系のものを挙げ
ることができる。前述した多元素系の水素吸蔵合金は、
Niの置換元素としてAl及びMnの他に、Co、T
i、Cu、Zn、Zr、Cr及びBから選ばれる少なく
とも1種の元素を含んでいても良い。中でも、一般式L
nNiw Cox Aly Mnz (ただし、Lnは希土類元
素、原子比w、x,y,zはそれぞれ3.30≦w≦
4.50、0.50≦x≦1.10、0.20≦y≦
0.50、0.05≦z≦0.20で、かつその合計値
が4.90≦w+x+y+z≦5.50を示す)で表さ
れるものがこのましい。In particular, the hydrogen storage alloy is the cadmium
The capacity of the secondary battery can be improved
This is preferable. The hydrogen storage alloy is specially restricted
Instead of hydrogen generated electrochemically in the electrolyte.
Can store and release the stored hydrogen easily when released
Anything can be used. For example, LaNiFive, MmNi Five
(Mm is misch metal), LmNiFive(Lm is La wealth
Misched metal), and a small amount of Ni in these alloys
At least multi-elements substituted with Al and Mn
Can be The multi-element hydrogen storage alloy described above is
In addition to Al and Mn as replacement elements for Ni, Co, T
i, Cu, Zn, Zr, Cr and at least one selected from B
Both may contain one kind of element. Among them, the general formula L
nNiwCoxAlyMnz(However, Ln is a rare earth element
Element and atomic ratio w, x, y, z are 3.30 ≦ w ≦
4.50, 0.50 ≦ x ≦ 1.10, 0.20 ≦ y ≦
0.50, 0.05 ≦ z ≦ 0.20 and their total value
Represents 4.90 ≦ w + x + y + z ≦ 5.50)
This is what you want.
【0027】前記導電剤としては、例えばカーボンブラ
ック、黒鉛等を挙げることができる。Examples of the conductive agent include carbon black and graphite.
【0028】前記結着剤としては、例えばポリアクリル
酸ソーダ、ポリアクリル酸カリウム等のポリアクリル酸
塩、ポリテトラフルオエロエチレン等のフッ素系樹脂、
またはカルボキシメチルセルロース等を挙げることがで
きる。Examples of the binder include polyacrylates such as sodium polyacrylate and potassium polyacrylate, and fluorine resins such as polytetrafluoroethylene.
Alternatively, carboxymethyl cellulose and the like can be mentioned.
【0029】前記三次元構造を有する導電性基板として
は、例えば、発泡状金属基板、金属繊維製基板、フェル
ト状金属基板等を挙げることができる。前記導電性基板
は、少なくとも表面がニッケルであることが好ましい。
前記導電性基板としては、発泡状金属基板が好ましい。Examples of the conductive substrate having the three-dimensional structure include a foamed metal substrate, a metal fiber substrate, a felted metal substrate, and the like. It is preferable that at least the surface of the conductive substrate is made of nickel.
The conductive substrate is preferably a foamed metal substrate.
【0030】前記導電性基板の捲回方向の引っ張り強度
を前記範囲に規定するのは次のような理由によるもので
ある。前記引っ張り強度を3kgf未満にすると、前記
負極の機械的強度が低下するため、前記正極と負極とを
セパレータを介在して渦巻き状に捲回することにより電
極群を作製した際に前記負極に破断ないし亀裂が生じる
のを抑制することが困難になる。一方、前記引っ張り強
度が10kgfを越えると、前記導電性基板の合剤保持
量が不足し、負極容量が低下する。前記引っ張り強度の
より好ましい範囲は、4〜5kgfである。The reason why the tensile strength of the conductive substrate in the winding direction is defined in the above range is as follows. When the tensile strength is less than 3 kgf, the mechanical strength of the negative electrode is reduced, so that the negative electrode is broken when the electrode group is manufactured by spirally winding the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween. Further, it becomes difficult to suppress the occurrence of cracks. On the other hand, when the tensile strength exceeds 10 kgf, the amount of the mixture held on the conductive substrate becomes insufficient, and the capacity of the negative electrode decreases. A more preferable range of the tensile strength is 4 to 5 kgf.
【0031】前記導電性基板の捲回方向の伸び率を前記
範囲に規定するのは次のような理由によるものである。
前記伸び率を2%未満にすると、前記負極の柔軟性が低
下するため、渦巻き形電極群を作製した際に前記負極に
破断ないし亀裂が生じるのを抑制することが困難にな
る。一方、前記伸び率が8%を越えると、前記負極を作
製する際の圧延工程で前記ペーストが充填ないし塗布さ
れた集電体が蛇行するため、負極の歩留まりが低下す
る。前記伸び率のより好ましい範囲は、5〜7%であ
る。The reason why the elongation percentage in the winding direction of the conductive substrate is defined in the above range is as follows.
If the elongation is less than 2%, the flexibility of the negative electrode is reduced, so that it is difficult to prevent the negative electrode from being broken or cracked when a spiral electrode group is manufactured. On the other hand, if the elongation exceeds 8%, the current collector filled or applied with the paste in the rolling step at the time of manufacturing the negative electrode meanders, so that the yield of the negative electrode decreases. A more preferable range of the elongation is 5 to 7%.
【0032】前記導電性基板は表層部の平均骨格径と内
部の平均骨格径が等しく、かつ前記平均骨格径が40〜
80μmの範囲内である構造を有することが望ましい。
これは次のような理由によるものである。表層部の平均
骨格径と内部の平均骨格径とが異なると、前記導電性基
板の機械的強度にむらがあるため、渦巻き形電極群を作
製する際に前記負極に破断ないし折れが生じやすくな
る。前記平均骨格径を40μm未満にすると、前記導電
性基板の機械的強度にむらがないものの、基板自体の機
械的強度が低下する恐れがある。一方、前記平均骨格径
が80μmを越えると、前記導電性基板の合剤保持量が
不足する恐れがあるため、高い負極容量が得られなくな
る可能性がある。前記平均骨格径のより好ましい範囲
は、50〜60μmである。但し、前記導電性基板の表
層部は、前記導電性基板の厚さの5〜10%に相当する
厚さを有する。In the conductive substrate, the average skeleton diameter of the surface layer portion and the internal average skeleton diameter are equal, and the average skeleton diameter is 40 to 40.
It is desirable to have a structure that is in the range of 80 μm.
This is due to the following reasons. When the average skeleton diameter of the surface layer portion and the average skeleton diameter of the inside are different, the mechanical strength of the conductive substrate is uneven, so that when forming the spiral electrode group, the negative electrode is likely to be broken or broken. . When the average skeleton diameter is less than 40 μm, the mechanical strength of the conductive substrate is not uneven, but the mechanical strength of the substrate itself may be reduced. On the other hand, when the average skeleton diameter exceeds 80 μm, there is a possibility that the mixture holding amount of the conductive substrate may be insufficient, so that a high negative electrode capacity may not be obtained. A more preferable range of the average skeleton diameter is 50 to 60 μm. However, the surface layer of the conductive substrate has a thickness corresponding to 5 to 10% of the thickness of the conductive substrate.
【0033】なお、集電体として捲回方向の引っ張り強
度が3〜10kgfで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8
%である三次元構造の導電性基板を含む正極を用いる場
合、前記負極の集電体としてパンチドメタル、エキスパ
ンデッドメタル、金網などの二次元構造を有する導電性
基板か、あるいは前記二次元構造を有する導電性基板の
孔の周縁に凹凸を有するものを用いることを許容する。The current collector has a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kgf and an elongation of 2 to 8 in the winding direction.
%, A conductive substrate having a two-dimensional structure such as a punched metal, an expanded metal, or a wire mesh as a current collector of the negative electrode, or the positive electrode including a conductive substrate having a three-dimensional structure. It is allowed to use a conductive substrate having a structure having irregularities on the periphery of the hole.
【0034】3)セパレータ3 このセパレータ3としては、例えばポリアミド繊維製不
織布、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフ
ィン繊維製不織布、またはこれらの不織布に親水性官能
基を付与したものを挙げることができる。3) Separator 3 Examples of the separator 3 include a nonwoven fabric made of polyamide fiber, a nonwoven fabric made of polyolefin fiber such as polyethylene and polypropylene, or a nonwoven fabric provided with a hydrophilic functional group.
【0035】4)アルカリ電解液 このアルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウム
(NaOH)と水酸化リチウム(LiOH)の混合液、
水酸化カリウム(KOH)とLiOHの混合液、KOH
とLiOHとNaOHの混合液等を用いることができ
る。4) Alkaline Electrolyte As the alkaline electrolyte, for example, a mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) and lithium hydroxide (LiOH),
A mixture of potassium hydroxide (KOH) and LiOH, KOH
And a mixed solution of LiOH and NaOH.
【0036】以上説明した本発明に係る円筒形電池によ
れば、正極及び負極のうち少なくともいずれか一方の電
極の集電体として3次元構造を有する導電性基板を用い
る際、前記導電性基板として捲回方向の引っ張り強度が
3〜10kgfで、かつ捲回方向の伸び率が2〜8%で
あるものを用いることによって、電極容量を損なうこと
なく捲回に対する柔軟性及び強度を向上することができ
る。その結果、前記正極と負極とをセパレータを介在し
て渦巻き状に捲回することにより電極群を作製した際
に、前記電極が捲回時の変形に追従することができるた
め、前記電極の破断や折れを抑制することができる。こ
のため、実用的な放電容量を有し、かつ内部短絡発生率
が低減された円筒形電池を提供することができる。According to the above-described cylindrical battery according to the present invention, when a conductive substrate having a three-dimensional structure is used as a current collector of at least one of the positive electrode and the negative electrode, By using a material having a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kgf and an elongation percentage of 2 to 8% in the winding direction, it is possible to improve the flexibility and strength for the winding without impairing the electrode capacity. it can. As a result, when the electrode group is manufactured by spirally winding the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween, the electrode can follow the deformation at the time of winding. And breakage can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a cylindrical battery having a practical discharge capacity and a reduced internal short-circuit occurrence rate.
【0037】また、前記正極の集電体に捲回方向の引っ
張り強度及び伸び率が前述した特定範囲内にある三次元
構造の導電性基板を用い、かかる正極を活物質を含むペ
ーストを前記導電性基板に充填ないし塗布し、乾燥し、
圧延した後、硬質ローラと表面が柔軟性を有するローラ
との間を通過させてソフニング加工を施すことにより作
製すると、ソフニング加工の際に前記正極に破損がほと
んど生じないため、前記正極の捲回時の柔軟性をより一
層を向上することができる。従って、三次元構造の導電
性基板を集電体として含む正極を用いて渦巻き形電極群
を作製する際の内部短絡発生率を大幅に低減することが
できる。Further, a conductive substrate having a three-dimensional structure in which the tensile strength and the elongation in the winding direction are within the above-mentioned specific ranges is used for the current collector of the positive electrode, and the paste containing an active material is used as the positive electrode. Filling or coating on a functional substrate, drying,
After rolling, when produced by passing between a hard roller and a roller having a flexible surface and performing softening, the positive electrode is hardly damaged at the time of softening. The flexibility at the time can be further improved. Accordingly, it is possible to greatly reduce the internal short-circuit occurrence rate when a spiral electrode group is manufactured using a positive electrode including a conductive substrate having a three-dimensional structure as a current collector.
【0038】一方、前記三次元構造の導電性基板の表層
部の平均骨格径と内部の平均骨格径を等しくし、かつ前
記平均骨格径を40〜80μmの範囲内にすることによ
って、前記導電性基板の機械的強度を均一にすることが
できると共に、その機械的強度を電極容量を損なうこと
なく高めることができる。その結果、実用的な放電容量
を維持しつつ、渦巻き形電極群を作製する際の内部短絡
発生率を大幅に低減することができる。また、このよう
な導電性基板を正極に用い、かかる正極を活物質を含む
ペーストを前記導電性基板に充填ないし塗布し、乾燥
し、圧延した後、硬質ローラと表面が柔軟性を有するロ
ーラとの間を通過させてソフニング加工を施すことによ
り作製すると、ソフニング加工の際に前記正極に破損が
ほとんど生じないため、前記正極の捲回時の柔軟性をよ
り一層を向上することができる。従って、三次元構造の
導電性基板を集電体として含む正極を用いて渦巻き形電
極群を作製する際の内部短絡発生率を大幅に低減するこ
とができる。On the other hand, by making the average skeleton diameter of the surface layer portion of the conductive substrate having the three-dimensional structure equal to the average skeleton diameter of the inside thereof and making the average skeleton diameter in the range of 40 to 80 μm, The mechanical strength of the substrate can be made uniform, and the mechanical strength can be increased without impairing the electrode capacity. As a result, it is possible to greatly reduce the internal short-circuit occurrence rate when fabricating the spiral electrode group while maintaining a practical discharge capacity. Further, using such a conductive substrate as a positive electrode, filling or applying the paste containing the active material to the conductive substrate, drying and rolling, the hard roller and the roller having a flexible surface. In this case, the positive electrode is hardly damaged during the softening process, so that the flexibility at the time of winding the positive electrode can be further improved. Accordingly, it is possible to greatly reduce the internal short-circuit occurrence rate when a spiral electrode group is manufactured using a positive electrode including a conductive substrate having a three-dimensional structure as a current collector.
【0039】[0039]
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0040】(実施例1〜4及び比較例1〜2) <正極の作製>図3に示すように、中空状ニッケル繊維
23が3次元の編み目状に配置された構造を有する発泡
ニッケル板を用意した。前記発泡ニッケル板は、幅が5
00mmで、面密度が370g/m2で、厚さが1.2
mmであった。また、捲回方向の引っ張り強度と、捲回
方向の伸び率と、表層部及び内部の平均骨格径は、それ
ぞれ下記表1に示す値であった。但し、前記発泡ニッケ
ル板の平均骨格径とは、中空状ニッケル繊維の平均径を
意味する。また、前記発泡ニッケル板の表層部の厚さ
は、前記発泡ニッケル板の厚さの7%に相当するもので
ある。なお、前記発泡ニッケル板の捲回方向の引っ張り
強度は、前記発泡ニッケル板の捲回方向が試験片の長手
方向に相当するように前記発泡ニッケル板を20×50
mmのサイズに裁断し、得られた試験片を引っ張り試験
機で長手方向に沿って20mm/minの引っ張り速度
で引っ張ることにより測定した。(Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2) <Preparation of Positive Electrode> As shown in FIG. 3, a foamed nickel plate having a structure in which hollow nickel fibers 23 are arranged in a three-dimensional stitch is used. Prepared. The nickel foam plate has a width of 5
00 mm, have an areal density of 370 g / m 2 and a thickness of 1.2
mm. Further, the tensile strength in the winding direction, the elongation percentage in the winding direction, and the average skeleton diameter of the surface layer portion and the inside were the values shown in Table 1 below. However, the average skeleton diameter of the foamed nickel plate means the average diameter of the hollow nickel fibers. Further, the thickness of the surface layer portion of the nickel foam plate is equivalent to 7% of the thickness of the nickel foam plate. The tensile strength in the winding direction of the nickel foam plate was 20 × 50 so that the winding direction of the nickel foam plate corresponded to the longitudinal direction of the test piece.
mm, and the obtained test piece was measured along a longitudinal direction at a tensile speed of 20 mm / min using a tensile tester.
【0041】一方、水酸化ニッケル粉末90重量部およ
び一酸化コバルト粉末10重量部からなる混合粉体に、
結着剤(ポリアクリル酸ナトリウム粉末0.2重量部及
びポリテトラフルオロエチレンのディスパージョンを固
形分換算で1.5重量部)を添加し、28重量部の水と
共に混合することによりペーストを調製した。つづい
て、このペーストを前記各発泡ニッケル板内に充填し、
乾燥させた後、ロール圧延で0.6mmの厚さに成形す
ることにより6種類の正極を作製した。次いで、前述し
た図2に示す柔軟性付加装置の各加圧機構のゴムローラ
と金属ローラとの間に前記各正極を通過させることによ
り前記各正極の表面に微細なクラックを形成した。On the other hand, a mixed powder consisting of 90 parts by weight of nickel hydroxide powder and 10 parts by weight of cobalt monoxide powder was added to
A paste is prepared by adding a binder (0.2 parts by weight of sodium polyacrylate powder and 1.5 parts by weight of polytetrafluoroethylene dispersion in terms of solid content) and mixing with 28 parts by weight of water. did. Subsequently, this paste was filled into each of the foamed nickel plates,
After being dried, six types of positive electrodes were produced by forming into a thickness of 0.6 mm by roll rolling. Then, fine cracks were formed on the surfaces of the respective positive electrodes by passing the respective positive electrodes between the rubber roller and the metal roller of each pressing mechanism of the above-described flexibility adding device shown in FIG.
【0042】<負極の作製>水素吸蔵合金粉末に、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸ナトリウム及
びカルボキシメチルセルロースからなる結着剤と、導電
剤としてカーボンブラックと、水とを添加し、混練する
ことによりペーストを調製した。このペーストをパンチ
ドメタルに塗布、乾燥した後、加圧成形することによっ
て負極を作製した。<Preparation of Negative Electrode> A binder made of polytetrafluoroethylene, sodium polyacrylate, and carboxymethylcellulose, carbon black as a conductive agent, and water are added to the hydrogen storage alloy powder and kneaded. A paste was prepared. This paste was applied to punched metal, dried, and then pressed to form a negative electrode.
【0043】次いで、このような正負極の間に親水化処
理されたポリプロピレン繊維製不織布からなるセパレー
タを介装し、渦巻状に捲回して電極群を作製した。この
電極群を有底円筒状容器内に収納した後、前記容器内に
アルカリ電解液を収容し、封口等を行うことにより前述
した図1に示す構造を有する円筒形ニッケル水素二次電
池を組み立てた。Next, a separator made of a nonwoven fabric made of polypropylene fiber subjected to hydrophilic treatment was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and spirally wound to form an electrode group. After accommodating this electrode group in a cylindrical container having a bottom, an alkaline electrolyte is accommodated in the container, and the container is sealed and the like, thereby assembling the cylindrical nickel-metal hydride secondary battery having the structure shown in FIG. Was.
【0044】実施例1〜4及び比較例1〜2の二次電池
について、正極を1000枚作製した際に前記正極に折
れや、破断等の破損が生じた枚数を測定し、その結果を
下記表1に併記する。With respect to the secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, when 1000 positive electrodes were manufactured, the number of the positive electrodes that were broken or broken was measured. Also shown in Table 1.
【0045】また、実施例1〜4及び比較例1〜2の二
次電池について、電極群を1000個作製した際に内部
短絡が生じた個数を測定し、その結果を下記表1に併記
する。For the secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the number of internal short-circuits was measured when 1,000 electrode groups were produced, and the results are shown in Table 1 below. .
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】前記表1から明らかなように、捲回方向の
引っ張り強度が3〜10kgfで、かつ捲回方向の伸び
率が2〜8%である三次元構造の導電性基板を含む正極
を備えた実施例1〜4の二次電池は、捲回方向の引っ張
り強度が前記範囲より小さい三次元構造の導電性基板を
含む正極を備えた比較例1の二次電池に比べ、柔軟性を
付加する際の正極の破損を抑制することができると共
に、電極群作製時の内部短絡を低減することができる。
また、捲回方向の引っ張り強度及び伸び率が前記範囲を
超える三次元構造の導電性基板を含む正極を備えた比較
例2の二次電池は、正極に占める導電性基板の体積比率
が高いため、ペースト充填量が減少し、所定の容量を有
する正極が得られなかった。As is apparent from Table 1, a positive electrode including a three-dimensionally structured conductive substrate having a tensile strength in the winding direction of 3 to 10 kgf and an elongation of 2 to 8% in the winding direction is provided. The secondary batteries of Examples 1 to 4 have more flexibility than the secondary batteries of Comparative Example 1 including a positive electrode including a conductive substrate having a three-dimensional structure with a tensile strength in the winding direction smaller than the above range. It is possible to suppress the damage of the positive electrode during the process, and to reduce the internal short circuit at the time of manufacturing the electrode group.
In addition, the secondary battery of Comparative Example 2 including the positive electrode including the conductive substrate having a three-dimensional structure in which the tensile strength and the elongation in the winding direction exceed the above ranges has a high volume ratio of the conductive substrate in the positive electrode. In addition, the paste filling amount was reduced, and a positive electrode having a predetermined capacity could not be obtained.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、実
用的な放電容量を維持しつつ、絶縁不良発生率が低減さ
れた円筒形電池を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cylindrical battery having a reduced rate of occurrence of insulation failure while maintaining a practical discharge capacity.
【図1】本発明に係わる円筒形電池の一例を示す部分切
欠斜視図。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of a cylindrical battery according to the present invention.
【図2】図1の円筒形電池に組み込まれる正極を作製す
るに使用する柔軟性付加装置を示す側面図。FIG. 2 is a side view showing a flexibility adding device used for producing a positive electrode incorporated in the cylindrical battery of FIG. 1;
【図3】実施例1の円筒形ニッケル水素二次電池の正極
に用いられる発泡状ニッケル板の要部を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a main part of a foamed nickel plate used for a positive electrode of the cylindrical nickel-metal hydride secondary battery of Example 1.
1…容器、 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 5…電極群、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 2 ... Positive electrode, 3 ... Separator, 4 ... Negative electrode, 5 ... Electrode group, 7 ... Sealing plate, 8 ... Insulating gasket.
Claims (2)
き状に捲回することにより作製された電極群を備える円
筒形電池において、 前記正極及び前記負極のうち少なくとも一方の電極は、
集電体として捲回方向の引っ張り強度が3〜10kgf
で、かつ捲回方向の伸び率が2〜8%である三次元構造
の導電性基板を含むことを特徴とする円筒形電池。1. A cylindrical battery provided with an electrode group produced by spirally winding a positive electrode and a negative electrode via a separator, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode has:
As a current collector, the tensile strength in the winding direction is 3 to 10 kgf
And a conductive battery having a three-dimensional structure having an elongation percentage in the winding direction of 2 to 8%.
の平均骨格径と内部の平均骨格径が等しく、かつ前記平
均骨格径が40〜80μmの範囲内であることを特徴す
る請求項1記載の円筒形電池。2. The conductive substrate having a three-dimensional structure, wherein an average skeleton diameter of a surface layer portion and an average inner skeleton diameter are equal, and the average skeleton diameter is in a range of 40 to 80 μm. 2. The cylindrical battery according to 1.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11077799A JP2000277122A (en) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Cylindrical battery |
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ID=13644061
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013077245A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | 住友電気工業株式会社 | Electrode using aluminum porous body as power collector, and method for manufacturing same |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP11077799A patent/JP2000277122A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013077245A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | 住友電気工業株式会社 | Electrode using aluminum porous body as power collector, and method for manufacturing same |
JP2013114795A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Electrode using aluminum porous body for collector, and method of manufacturing the same |
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