JP2000294219A - 角形アルカリ二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部短絡による絶縁不良が抑制された角形ア
ルカリ二次電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 袋状のセパレータ５内に収納された正極
６と負極７とを交互に積層して電極群４を作製し、開口
部２及び前記開口部２の下方に形成された内方に突出し
た形状の段部３を有する有底矩形筒状の容器１内に前記
電極群４及びアルカリ電解液を収納し、前記容器１の開
口部２に封口部材８を絶縁ガスケット１４を介してかし
め固定する構造の角形アルカリ二次電池において、前記
袋状のセパレータ５は長手方向に沿う両端部が融着によ
り閉じられており、少なくとも一方の融着部は幅を変動
させることにより融着部と非融着部との境界線を長くし
た形状を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角形アルカリ二次
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】角形アルカリ二次電池の一例である角形
ニッケル水素二次電池は、例えば、以下に説明する方法
により製造される。図６に示すように、上端に正極リー
ド２１が取り付けられ、水酸化ニッケルを含むペースト
式正極２２をシート状のセパレータ２３（例えば、合成
樹脂製不織布からなる）で前記正極リード２１が前記セ
パレータ２３から延出するように被覆する。前記セパレ
ータ２３の長手方向に沿う開口部２４を融着させて封止
する。その結果、正極２２が袋状のセパレータ２３内に
正極リード２１が外部に延出した状態で収納されること
となる。次いで、図８に示すように、この袋状のセパレ
ータ２３に収納された正極２２と水素吸蔵合金を含むペ
ースト式負極２５とを交互に積層することにより電極群
を作製する。図９に示すような、外側に拡口された開口
部２６と、前記開口部２６の下方に形成された内方に突
出した形状の段部２７とを有する有底矩形筒状をなし、
負極端子を兼ねる金属製容器２８を用意する。この容器
内に前記電極群を積層方向が前記容器の短辺方向と平行
になるように収納する。次いで、アルカリ電解液を注入
する。ひきつづき、正極端子を兼ねる封口部材と前記正
極リードとを接続した後、前記容器内の段部に前記封口
部材を絶縁ガスケットを介して載置する。前記容器の開
口部を縮径した後、前記開口部の上端を内方に折り曲げ
ることにより前記容器の開口部に前記封口部材を前記絶
縁ガスケットを介してかしめ固定することによって角形
ニッケル水素二次電池を組み立てる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法によると、図７に示すように袋状セパレータ２
３の長手方向に沿う融着部２４と非融着部との境界線が
直線で、かつ融着部２４の幅が一定であるため、融着部
２４の融着強度（張り合わせ強度）が低いという問題点
がある。従って、前記電極群を前記容器内に収納する
際、前記容器内の段部に前記袋状のセパレータの融着部
が引っかかると、融着部が剥がれて正極が露出し、この
正極が容器の内面と接触し、内部短絡を生じる。融着部
の融着強度を高めるために融着幅を広くすると、袋状セ
パレータの幅が広くなるため、電極群を容器内に収納し
難くなるという問題点を生じる。

【０００４】本発明は、内部短絡による絶縁不良が抑制
された角形アルカリ二次電池を提供しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、袋状のセパレ
ータ内に収納された正極と負極とを交互に積層して電極
群を作製し、開口部及び前記開口部の下方に形成された
内方に突出した形状の段部を有する有底矩形筒状の容器
内に前記電極群及びアルカリ電解液を収納し、前記容器
の開口部に封口部材を絶縁ガスケットを介してかしめ固
定する構造の角形アルカリ二次電池において、前記袋状
のセパレータは長手方向に沿う両端部が融着により閉じ
られており、少なくとも一方の融着部は幅を変動させる
ことにより融着部と非融着部との境界線を長くした形状
を有することを特徴とする角形アルカリ二次電池であ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に係る角形アルカリ二次電
池の一例を図１を参照して説明する。

【０００７】図１に示すように、負極端子を兼ねる金属
製容器１は、開口部２と前記開口部２の下方に形成され
た内方に突出した形状の段部３とを有する有底矩形筒状
をなす。前記容器１の開口部２の上端は内方に折り曲げ
られている。電極群４は、袋状のセパレータ５内に収納
された正極６と負極７とが交互に積層され、かつ最外層
が負極７である構造を有する。前記電極群４は、前記容
器１内に最外層の負極面と前記容器１の長手方向に沿う
内面とが接するように収納されている。アルカリ電解液
は、前記容器１内に収容されている。正極端子及び防爆
機能を有する封口部材８は、ガス抜き孔９が開口された
長方形の封口板１０と、前記封口板１０上に前記ガス抜
き孔９を覆うように配置されたキャップ状の正極端子１
１と、前記封口板１０と前記正極端子１１で囲まれた空
間内に前記ガス抜き孔９を塞ぐように配置されたゴム製
の安全弁１２とを備える。前記正極端子１１には、複数
のガス抜き孔１３が開口されている。底部に開口部を有
する有底矩形筒状の絶縁性ガスケット１４は前記容器１
の開口部２と前記封口板１０の間に圧縮状態で配置さ
れ、前記封口部材８を前記容器１の開口部２にカシメ固
定している。正極リード１５は、一端が前記正極５に接
続され、他端が前記封口板１０の下面に接続されてい
る。

【０００８】袋状セパレータ５内に収納された正極６
は、図２に示すように、前記セパレータ５から前記正極
リード１４が延出されている。前記セパレータ５の長手
方向に沿う端部７は、それぞれ融着により閉じられてい
る。融着部７は、間隔をおいて融着幅を減少させること
により融着部７と非融着部との境界線を長くした形状を
有する。この場合、融着部７は、非融着領域との境界線
が波形である形状を有する。

【０００９】この袋状セパレータ５内に収納された正極
６は、例えば、短冊形のセパレータを二つに折り、これ
で正極６を正極リード１４が前記セパレータから延出す
るように被覆した後、前記セパレータの長手方向に沿う
開口部を融着部と非融着部との境界線が波形になるよう
に例えば超音波融着させることにより作製される。

【００１０】融着部７の境界線を波形にする場合、波形
の天面の間隔Ｈは、０．５〜１．５ｍｍの範囲にするこ
とが望ましい。これは次のような理由によるものであ
る。間隔Ｈを０．５ｍｍ未満にすると、波形というより
は鋸の歯のような鋭角をもった形状に近くなるため、十
分な融着強度が得られず、内部短絡を抑制することが困
難になる恐れがある。また、融着強度を高めるために融
着時に加える圧力を高くすると、正極のコーナーでセパ
レータが傷つけられ、セパレータが破れる恐れがある。
一方、間隔Ｈが１．５ｍｍを越えると、融着部と非融着
部との境界線の長さを十分に長くできないため、融着強
度が不足し、内部短絡を抑制することが困難になる恐れ
がある。間隔Ｈのより好ましい範囲は、０．６〜１．３
ｍｍである。なお、必要な融着強度が得られるのであれ
ば、波形の天面の間隔を全て同じにしなくても良い。

【００１１】融着部７の境界線を波形にする場合、波形
の曲率半径Ｒは、０．１〜０．５ｍｍの範囲にすること
が望ましい。これは次のような理由によるものである。
曲率半径Ｒを０．１ｍｍ未満にすると、波形というより
は鋸の歯のような鋭角をもった形状に近くなるため、十
分な融着強度が得られず、内部短絡を抑制することが困
難になる恐れがある。また、融着強度を高めるために融
着時に加える圧力を高くすると、正極のコーナーでセパ
レータが傷つけられ、セパレータが破れる恐れがある。
一方、曲率半径Ｒが０．５ｍｍを越えると、融着部と非
融着部との境界線の長さを十分に長くできないため、融
着強度が不足し、内部短絡を抑制することが困難になる
恐れがある。曲率半径Ｒのより好ましい範囲は、０．３
〜０．５ｍｍである。なお、必要な融着強度が得られる
のであれば、曲率半径を全て同じにしなくても良い。

【００１２】特に、融着部７の境界線を波形にする場
合、波形の天面の間隔Ｈを０．５〜１．５ｍｍの範囲に
し、かつ波形の曲率半径Ｒを０．１〜０．５ｍｍの範囲
にすることがより好ましい。

【００１３】融着部と非融着部との境界線の種類は、前
述した波形に限らない。十分な融着強度が得られる境界
線長さにできるのであれば、どのような形状であっても
良い。例えば、図４に例示されるような歯形状、図５に
例示されるような周期的に鋭角を持つ形状にすることが
できる。

【００１４】以下、前記正極６、負極７、セパレータ５
およびアルカリ電解液について詳細に説明する。

【００１５】１）正極６ この正極６は、水酸化ニッケルを含む。

【００１６】前記正極は、例えば、水酸化ニッケル粉末
を主成分とし、導電剤、結着剤および水を含むペースト
を調製し、前記ペーストを集電体に充填し、これを乾
燥、加圧成形することにより作製される。

【００１７】水酸化ニッケル粒子としては、例えば、無
共晶の水酸化ニッケル粒子、または亜鉛および／または
コバルトが金属ニッケルと共晶された水酸化ニッケル粒
子を用いることができる。

【００１８】前記導電材としては、例えば一酸化コバル
ト、三酸化二コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化
合物を挙げることができる。また、これらのコバルトま
たはコバルト化合物を前記水酸化ニッケルの粉末表面に
持つ複合形態をとっても構わない。

【００１９】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、ポリア
クリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール等を挙げる
ことができる。

【００２０】前記集電体としては、例えばニッケル、ス
テンレス等の金属や、ニッケルメッキが施された樹脂な
どからなる網状、スポンジ状、繊維状、フェルト状の多
孔質構造を有するものを挙げることができる。

【００２１】２）負極 この負極７は、水素吸蔵合金を含む。

【００２２】前記負極は、例えば、水素吸蔵合金粉末を
導電剤、結着剤及び水と共に混練してペーストを調製
し、前記ペーストを導電性基板に充填し、乾燥させた
後、成形することにより製造される。

【００２３】かかる水素吸蔵合金負極は、カドミウム負
極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、格別制限されるも
のではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を
吸蔵でき、かつ放電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 、ＭｍＮｉ₅
（Ｍｍはミッシュメタル）、ＬｍＮｉ₅ （ＬｍはＬａを
含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種）、これら
の合金のＮｉの一部をＡｌ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂの様な元素で置換した多元素系の
もの、またはＴｉＮｉ系、ＴｉＦｅ系のものを挙げるこ
とができる。特に、一般式ＬｍＮｉ_w Ｃｏ _x Ｍｎ_y Ａｌ
_z （原子比ｗ，ｙ，ｚの合計値は５．００≦ｗ＋ｘ＋ｙ
＋ｚ≦５．５である）で表される組成の水素吸蔵合金は
充放電サイクル寿命を向上できるために好適である。

【００２４】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。

【００２５】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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフ
ッ素系樹脂、またはカルボキシメチルセルロース（ＣＭ
Ｃ）等を挙げることができる。

【００２６】前記導電性基板としては、例えばパンチド
メタル、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット、ニ
ッケル板等の二次元基板や、フェルト状の金属多孔体
や、スポンジ状金属多孔体などの三次元基板を挙げるこ
とができる。

【００２７】なお、負極７としては、前述したような水
素吸蔵合金を含むものの他に、金属カドミウム、水酸化
カドミウムなどのカドミウム化合物を含むものを用いる
ことができる。

【００２８】３）セパレータ５ このセパレータ５としては、例えば、ポリアミド繊維製
不織布、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフ
ィン繊維製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。

【００２９】４）アルカリ電解液 前記アルカリ電解液としては、例えば、水酸化ナトリウ
ム（ＮａＯＨ）の水溶液、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）
の水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液、ＮａＯ
ＨとＬｉＯＨの混合液、ＫＯＨとＬｉＯＨの混合液、Ｋ
ＯＨとＬｉＯＨとＮａＯＨの混合液等を用いることがで
きる。

【００３０】以上詳述したように本発明に係る角形アル
カリ二次電池によれば、正極を収納するための袋状のセ
パレータとして長手方向に沿う両端部が融着により閉じ
られた構造を有するものを使用する際、少なくとも一方
の融着部をその幅を変動させることにより融着部と非融
着部との境界線を長くした形状にすることによって、幅
が一定で、非融着部との境界線が直線である形状の融着
部に比べて境界線の長さを長くすることができるため、
融着部の幅を増加させずに融着強度を高めることが可能
になる。従って、前記袋状セパレータ内に収納された正
極と負極とを交互に積層した電極群を、開口部及び前記
開口部の下方に形成された内方に突出した形状の段部を
有する有底矩形筒状の容器内に収納する際、前記融着部
が前記段部で引っかかっても前記融着部が剥がれないた
め、内部短絡による絶縁不良が低減された角形アルカリ
二次電池を提供することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図面を参照
して詳細に説明する。

【００３２】（例１〜６）上端に正極リードが接続さ
れ、活物質として水酸化ニッケルを含むペースト式正極
を用意した。前記正極は、幅が１６ｍｍで、高さが４０
ｍｍで、厚さが０．６ｍｍである。厚さが０．１５ｍｍ
で、目付量が４０ｇ／ｍ² である親水性処理が施された
ポリプロピレン製不織布からなる短冊形セパレータを二
つ折りにし、前記正極を正極リードがセパレータから延
出するように被覆した。前記セパレータの長手方向に沿
う開口部を前述した図３に示す如く融着部と非融着部と
の境界線が波形になるようにそれぞれ超音波融着させ
た。この超音波融着の際、波形の天面の間隔を１．０ｍ
ｍ、最大融着幅を１．５ｍｍに固定し、波形の曲率半径
を下記表１に示すように異ならせた。

【００３３】このようにして袋状セパレータ内に収納さ
れた正極と水素吸蔵合金を含むペースト式負極とを最外
層が負極になるように交互に積層して電極群を作製し
た。拡口された開口部と、前記開口部を拡口する際に前
記開口部の下方に形成される段部とを有する有底矩形筒
状容器内に前記電極群を積層方向が前記容器の短辺方向
に沿うように収納した。次いで、前記容器内にアルカリ
電解液を注入した。防爆機能及び正極端子を兼ねる封口
部材が絶縁ガスケット内に収納されたもの（封口体）を
用意し、前記封口部材と前記容器内に収納された正極を
リードで接続した後、前記封口体を前記容器内の前記段
部に載置した。次いで、前記容器の開口部を縮径した
後、前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前
記封口部材を前記容器の開口部に前記絶縁ガスケットを
介してかしめ固定することにより前述した図１に示す構
造を有し、公称容量が５５０ｍＡｈの角形ニッケル水素
二次電池を組み立てた。

【００３４】（比較例）正極が収納される袋状セパレー
タの長手方向に沿う開口部を融着部と非融着部との境界
線が直線で、かつ融着幅が１．５ｍｍと一定になるよう
にそれぞれ超音波融着させること以外は、例１〜６と同
様にして角形ニッケル水素二次電池を組み立てた。

【００３５】例１〜６及び比較例の二次電池について、
電極群を１００個ずつ作製し、各電極群を容器内へ収納
したものに４００Ｖの電圧を１０ＭΩの抵抗値で０．１
ｍｓｅｃ加え、通電したものを絶縁不良と判定し、その
結果を下記表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１から明らかなように、正極が収納され
る袋状のセパレータの長手方向に沿う両端部が融着によ
り閉じられている場合、融着部を間隔をおいて融着幅を
減少させることにより非融着部との境界線を長くした形
状にする例１〜６の二次電池は、幅が一定で、かつ非融
着部との境界線が直線である形状の融着部を持つ比較例
の二次電池に比べて電極群を容器内に収納する際の内部
短絡発生率を低減できることがわかる。

【００３８】（例７〜１９）セパレータの長手方向に沿
う開口部をそれぞれ超音波融着する際、波形の曲率半径
を０．４ｍｍ、最大融着幅を１．５ｍｍに固定し、波形
の天面の間隔を下記表２に示すように異ならせること以
外は、例１〜６と同様にして角形ニッケル水素二次電池
を組み立てた。

【００３９】例７〜１９の二次電池について、電極群を
１００個ずつ作製し、各電極群を容器内へ収納したもの
に４００Ｖの電圧を１０ＭΩの抵抗値で０．１ｍｓｅｃ
加え、通電したものを絶縁不良と判定し、その結果を下
記表２に示す。なお、表２には前述した比較例の結果を
併記する。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から明らかなように、正極が収納され
る袋状のセパレータの長手方向に沿う両端部が融着によ
り閉じられている場合、融着部を間隔をおいて融着幅を
減少させることにより非融着部との境界線を長くした形
状にする例７〜１９の二次電池は、幅が一定で、かつ非
融着部との境界線が直線である形状の融着部を持つ比較
例の二次電池に比べて電極群を容器内に収納する際の内
部短絡発生率を低減できることがわかる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、内
部短絡による絶縁不良が低減された角形アルカリ二次電
池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる角形アルカリ二次電池の一例を
示す部分切欠断面図。

【図２】図１の角形アルカリ二次電池に組み込まれる袋
状のセパレータに収納された正極を示す平面図。

【図３】図２のＡ部を示す拡大断面図。

【図４】本発明に係る角形アルカリ二次電池における袋
状セパレータの融着部の別な形状例を示す平面図。

【図５】本発明に係る角形アルカリ二次電池における袋
状セパレータの融着部のさらに別な形状例を示す平面
図。

【図６】従来の角形アルカリ二次電池に組み込まれる袋
状のセパレータに収納された正極を示す平面図。

【図７】図６のＢ部を示す拡大断面図。

【図８】電極群の作製方法を説明するための模式図。

【図９】角形アルカリ二次電池に使用される容器を示す
斜視図。

【符号の説明】

１…容器、 ２…開口部、 ３…段部、 ４…電極群、 ５…セパレータ、 ６…正極、 ７…負極、 １０…封口板、 １４…絶縁ガスケット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 袋状のセパレータ内に収納された正極と
   負極とを交互に積層して電極群を作製し、開口部及び前
   記開口部の下方に形成された内方に突出した形状の段部
   を有する有底矩形筒状の容器内に前記電極群及びアルカ
   リ電解液を収納し、前記容器の開口部に封口部材を絶縁
   ガスケットを介してかしめ固定する構造の角形アルカリ
   二次電池において、 前記袋状のセパレータは長手方向に沿う両端部が融着に
   より閉じられており、少なくとも一方の融着部は幅を変
   動させることにより融着部と非融着部との境界線を長く
   した形状を有することを特徴とする角形アルカリ二次電
   池。