JP2002033094A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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JP2002033094A
JP2002033094A JP2000214342A JP2000214342A JP2002033094A JP 2002033094 A JP2002033094 A JP 2002033094A JP 2000214342 A JP2000214342 A JP 2000214342A JP 2000214342 A JP2000214342 A JP 2000214342A JP 2002033094 A JP2002033094 A JP 2002033094A
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battery
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positive
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Hidefumi Isaji
秀文 伊佐治
Hiroaki Yanagawa
浩章 柳川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の内部抵抗が低く、大電流放電が可能な
アルカリ二次電池を提供する。 【解決手段】 アルカリ二次電池の正極集電部6aと封
口部6cがリード部6bを介して一体形成されている導
通部材を用いた封口構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ二次電池に
関し、さらに詳しくは、電池の内部抵抗が低く、大電流
放電が可能なアルカリ二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の電動工具や電動補助付き自転車、
さらには最近開発が進められている電気自動車等の駆動
電源として、充放電可能でかつ携帯も可能な二次電池が
用いられている。特に、上記した用途においては大電流
放電が可能であるという特性が要求されており、この点
からニッケルカドミウム二次電池や、このニッケルカド
ミウム二次電池に比べて放電容量が約1.5〜2倍程度
大きいニッケル・水素二次電池が用いられている。そし
て、例えば上記したニッケル・水素二次電池の場合、図
4に示すように、所定の合剤(ペースト)を導電性の集
電体シートに塗布して正極20及び負極40を作製し、
この正極20と負極40をセパレータ30を介して巻回
して成る電極群50をアルカリ電解液と共に電池缶10
0に封入して製造されている。
【0003】ところで、大電流放電を実現するために
は、電池の内部抵抗の低減を図ることが極めて重要であ
る。その理由は、内部抵抗が高いと、特に大電流放電を
行った場合に電圧降下が大きくなり、モータ等の駆動等
に利用できる電池電圧が低くなって実用上の使い勝手が
悪くなるからである。又、内部抵抗が高いと、放電の際
に電池が発熱して電池温度が上昇し、電極活物質が劣化
して電池の寿命が短くなったり、充放電特性の低下を招
く可能性がある。特に、電池を複数個接続して電池パッ
クとした場合、電池パックのうち最も高温になった電池
の容量が上述の理由によって低下するので、この電池パ
ックを繰り返して充放電した際に当該電池が過充(放)
電される。その結果、その電池の寿命が急速に短くな
り、ひいては電池パック全体の寿命も短くなる。
【0004】このようなことから、電極群の端部に集電
板を溶接して電池の内部抵抗の低減を図ることが行われ
ている。この場合、まず正極20と負極40の端部にペ
ーストが担持されずに集電体シートが帯状に表出した領
域を形成し、この正極20と負極40の端部同士を幅方
向に若干ずらして重ねあわせ、これを長手方向に渦巻き
状に巻回する。そして、得られた疑似円筒形状をした電
極群50の端部(端面)に突出した正極20に正極集電板
200を溶接し、同様にして突出した負極40の端部に
負極集電板210を溶接すればよい。このようにして各
電極と集電板との接触面積を増大させて抵抗の低減を図
ることができる。
【0005】さらに、正極集電板200に取り付けられ
たリード200aを封口板60に溶接し、封口板60の
周縁を帽子形状をした正極端子80に溶接することによ
り、正極20から正極端子80に至る導通経路が形成さ
れている。なお、封口板60と正極端子80が形成する
空間には、例えばゴム製の安全弁70を配設して電池内
圧の上昇に対する安全処置が採られている。又、負極集
電板210は直接電池缶100に溶接されて、負極40
から外部端子(電池缶100)に至る導通経路が形成さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電池構造の場合、電極−集電板間の抵抗を低減するこ
とはできるが、それ以外の部分、特に正極集電板から正
極端子へ至る部分の抵抗が高く、結果として電池の内部
抵抗の低減が困難になるという問題がある。つまり、従
来の電池では、正極集電板200と封口板60とをリー
ド200aを介して接続しているが、リード200aと
封口板60の接触面積が小さいため、両者は2〜3点で
点溶接されているに過ぎず、接続抵抗が高くなる。そし
て、正極20から正極端子80に至る導通経路のうち1
ヶ所でも抵抗が高い部分があると、導通経路全体の抵抗
も高くなり、電池全体の内部抵抗の上昇を招くことにな
る。
【0007】このことは、実際の電池で大電流放電を行
った場合に、電池の胴部の温度より正極端子近傍の温度
の方が高くなることからも示唆され、正極(正極集電板)
と正極端子の接続方法の改善が求められている。一方、
前記リードと封口板の接触面積を大きくして両者を多点
溶接した場合、この部分の接続抵抗を低減することはで
きるが、溶接作業が煩雑となって生産効率の低下を招く
可能性がある。
【0008】本発明は、アルカリ二次電池における上記
した問題を解決することができ、内部抵抗が低く、大電
流放電が可能なアルカリ二次電池の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極と正極端
子の間に新規な導通構造を採用し、電池全体の内部抵抗
を低減するものである。上記した目的を達成するため
に、請求項1に記載の本発明に係るアルカリ二次電池
は、正極集電部と封口部がリード部を介して一体形成さ
れている導通部材を用いた封口構造を有することを特徴
とする。
【0010】又、請求項2に記載の本発明に係るアルカ
リ二次電池は、電池缶の上部開口部の内側に帽子形状の
正極端子が気密に固定され、前記導通部材は前記リード
部で折り曲げられ、前記正極集電部は電極群における正
極端部に溶接され、前記封口部と前記正極端子が形成す
る空間部には安全弁が配置されていることを特徴とす
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のニッケル・水素
二次電池(特に円筒形ニッケル・水素二次電池)の実施
形態を示す例を、図1及び図2を参照して説明する。図
1において、ニッケル・水素二次電池は、正極2、負極
4、及び正極2と負極2の間に介装されたセパレータ3
とから成る電極群5をスパイラル状に巻回し、図示しな
いアルカリ電解液と共に有底円筒状の電池缶1内に収容
することにより製造される。以下、電極群5の端部のう
ち、電池缶1の開口部側に位置するものを「上端部」、
電池缶1の底面側に位置するものを「下端部」と称す
る。
【0012】正極2及び負極4は、後述する導電性の集
電体シートに所定の正極合剤及び負極合剤(ペースト)を
それぞれ塗布して製造されるが、正極2の上端部2Aに
は前記ペーストが担持されずに集電体シートが帯状に表
出した領域が形成されている。同様に、負極4の下端部
4Bにも集電体シートが帯状に表出している。そして、
端部2Aと端部4Bを互いに反対向きにして正極2と負
極4を重ねあわせ、負極4が外側になるように渦巻状に
巻回して電極群5とする。
【0013】ここで、正極2と負極4を重ねあわせる際
に、正極2の下端部を負極4の下端部4Bより上方にず
らし、この状態で巻回することによって、正極2の上端
部2Aを負極4の上端部より突出させる。この場合、電
極群5の上端面には正極2の上端部2Aが渦巻き状に突
出し、この部分に後述する正極集電部6aが溶接され
る。同様にして、負極4の下端部4Bを正極2の下端部
より突出させ、この部分に適宜負極集電板18を溶接し
てもよい。そして、この負極集電板18を電池缶1の底
面に溶接すればよい。なお、セパレータ3の上端部は、
正極2の上端部2Aより下方で負極4の上端部より突出
しているのが好ましく、セパレータ3の下端部は、負極
4の下端部4Bより上方で正極2の下端部より突出して
いるのが好ましい。
【0014】さて、導通部材6を用いて正極2と正極端
子8とを接続することが本発明の最大の特徴となってい
る。導通部材6は、図2に示すように、正極集電部6a
と封口部6cがリード部6bを介して一体形成されて成
り、より詳しくは、円板状の正極集電部6aの周縁の一
部から細長い板状のリード部6bが延び、リード部6b
の他端に円板状の封口部6cが一体に形成された形状に
なっている。このように、正極集電部6aと封口部6c
は一体形成されて確実に導通しているので、別体の正極
集電板と封口板とを溶接して両者を接続した場合に比
べ、抵抗を著しく低減することができる。さらに、正極
集電板と封口板を接続するための溶接作業が不要となる
ので、生産効率の向上が図られる。導通部材6は、例え
ばNi板やステンレス鋼板等の導電性金属の板を打ち抜
いて製造することができる。
【0015】正極集電部6aは、正極2の上端部2Aに
溶接されて集電を確実に行い、この部分の抵抗の低減に
寄与するものであり、電極群5における正極2の周縁よ
り小径の円板状(例えば直径14mm)に形成され、適
宜スリットや孔がその表面に形成されている。リード部
6bは、正極集電部6aと封口部6cとを導通させるも
のであり、抵抗を低減させる点からできるだけ広幅にな
っていることが好ましい(例えば幅8mm)。そして、
リード部6bを折り曲げて側面視コの字形にすることに
より、正極集電部6aと封口部6cが互いに対向して配
置され、この状態で導通部材6を介して正極2と正極端
子8が接続される。
【0016】封口部6cは、その周縁上面が後述する帽
子形状の正極端子8の下面に溶接され、又、正極端子8
との間に形成される空間に安全弁10が配置され、これ
らと協働して封口構造を構成するものであり、正極端子
8の外周より小径で、かつ、正極端子8の凹部より大径
の円板状(例えば直径12mm)に形成されている。さ
らに、封口部6cには中心孔6dが穿設され、電池缶の
内圧が高くなった場合に、ここからガスが安全弁10を
押し上げて正極端子側へ抜けるようになっている。ここ
で、封口部6cは、正極端子8の凹部に充填された安全
弁10を覆うようにして、かつ、その周縁が該凹部の周
縁より外側に位置するようにして正極端子8に気密に溶
接され、封口部6cと正極端子8が形成する空間部には
安全弁10が中心孔6dを閉塞して配置される。安全弁
10としては、例えばゴム等の弾性体を用いることがで
きる。
【0017】そして、リング状の絶縁性ガスケット12
を介して、正極端子8が電池缶1の上部開口部の内側に
気密に固定され、電池缶1の封口がなされる。なお、正
極端子8の凸部側壁には所定の孔が穿設されていて、電
池に内圧上昇時に中心孔6dから正極端子側に放散して
きたガスがここから外部へ抜け出せるようになってい
る。
【0018】さらに、正極端子8の上には、絶縁材料か
ら成る図示しないドーナツ状の押え板が適宜配置され、
該押え板の有する孔から正極端子8が突出している。
又、所定の外装チューブが該押え板の周縁、並びに電池
缶1の側面及び底部周縁を被覆している。なお、正極2
の上端部2Aの外側には、正極2と電池缶1の接触を防
止するための絶縁リング14が適宜配設されている。
【0019】ところで、従来の電池では封口板を電池缶
の内側に固定し、この封口板の上に正極端子を配設して
いるため、正極端子の径を封口板より小径にする必要が
あった。一方、本発明の正極端子8は、電池缶1の内側
に直接固定する関係から電池缶1の内周とほぼ同径であ
り、従来の電池における正極端子に比べると大径になっ
ている。そして、本発明では、正極端子の大径化に伴っ
て正極端子の帽子形状部の径を大きくすることもできる
ので、複数の電池を接続した電池パックにおいて、正極
端子と接続用リードの間の接触面積を大きくして、電池
パック全体の接続抵抗を低減することが可能となる。
【0020】次に、導通部材6を用いて電池を組み立て
る手順の一例について説明する。まず、予め電極群5に
おける負極4の下端部4Bに適宜負極集電板18を対向
配置して両者を溶接する。一方、導通部材6のリード部
6bを側面視L字形に折り曲げて封口部6cが正極集電
部6aに対して垂直となるようにし、この状態で正極集
電部6aを正極2の上端部2Aに対向配置して両者を溶
接する。そして、負極集電板18を下にしてこの電極群
5を電池缶1に収容し、電極群5の中心空孔から図示し
ない溶接電極を挿入し、電池缶1の外側にも別の溶接電
極を配置して、これらで集電板18と電池缶1を挟み込
んで両者を溶接する。そして、電池缶1に電解液を注入
する。
【0021】さらに、リード部6bを折り曲げて側面視
コの字形にすることにより封口部6cを正極集電部6a
の上方に配置し、その上に安全弁10を介装させた状態
で正極端子8を配設する。そして、例えばレーザ溶接に
より封口部6cの周縁と正極端子8を気密に溶接し、次
いで、正極端子8と電池缶1の上部開口部の間に絶縁性
ガスケット12を介装し、この上部開口部を内側に縮径
するカシメ加工により電池缶1を封口する。
【0022】なお、電極群5の端部に正極集電部6aや
負極集電板18を溶接する方法としては、上記した突出
部を形成する他に、端部2A、4Bに小片状をした例え
ばニッケル製のタブ端子をそれぞれ溶接し、このタブ端
子を介して各端部2A、4Bを正極集電部6aや負極集
電板18に溶接してもよい。正極2及び負極4は、以下
のようにして作製すればよい。
【0023】まず、正極2は、正極活物質である例えば
水酸化ニッケルや、酸化コバルトを含むニッケル酸化物
等のニッケル化合物を、導電剤、結着剤、及び水と混練
してペーストとし、集電体シートに塗布して乾燥後、成
形して任意の形状に加工して作製することができる。集
電体シートとしては、例えばニッケル、ステンレスやニ
ッケルメッキ鋼板から成る、パンチドメタル、エキスパ
ンデッドメタル、メッキした穿孔鋼板、ニッケルネット
などの2次元構造を有する基板や、フェルト状金属多孔
体やスポンジ状金属基板などの3次元構造を有する基板
を使用することができる。
【0024】導電剤としては、例えば、金属コバルト、
コバルト酸化物、コバルト水酸化物などが使用できる。
結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロー
ス、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリテトラフルオ
ロエチレンなどが使用できる。
【0025】また、負極4は、水素吸蔵合金粉末に導電
剤、結着剤、及び水と混練してペーストとし、上述の集
電体シートに塗布して乾燥後、成形して任意の形状に加
工して作製することができる。水素吸蔵合金は、電解液
中で水素の吸蔵と放出が行えるものであれば特に制限は
なく、例えば、AB5系、TiNi系、TiFe系やM
2Ni系の合金を使用することができる。ここで、A
はLa、Mm(ミッシュメタル)、またはLm(La富
化したミッシュメタル)である。そしてBはNi、また
は、NiとAl、Mn、Co、Ti、Cu、Zn、Z
r、Cr及びBの群から選ばれる元素との合金である。
又、導電剤としては、例えば、カーボンブラックなどが
使用できる。結着剤は、例えば、正極の製造に用いたの
と同じものとすればよい。
【0026】本発明のニッケル・水素二次電池に用いる
アルカリ電解液としては、例えば、NaOHとLiOH
の混合溶液、KOHとLiOHの混合溶液の他、KO
H、LiOH、及びNaOHから成る混合溶液を使用す
ることができる。なお、上記した実施形態においては、
ニッケル・水素二次電池について説明したが、ニッケル
カドミウム二次電池等の他のアルカリ二次電池にも本発
明を適用することは可能である。
【0027】又、上述の実施形態においては、正極と負
極を巻回した渦巻き状の電極群を用いた円筒形のアルカ
リ二次電池について説明したが、これに限らず、正極と
負極をセパレータを介して積層した直方体形状の電極群
を用いて角形の電池とすることもできる。そして、導通
部材の形状も特に限定されることはなく、例えば上記し
た角形の電池に適用する場合は導通部材の正極集電部と
封口部の平面視形状を長方形とすればよい。
【0028】
【実施例】実施例,比較例 1.正極及び負極の製造 Ni発泡体から成る集電体シートを用意し、その上端部
2Aを端面から2mm内側の領域まで加圧して緻密化し
た。次いで、前記緻密化領域を除くシート表面に、水酸
化ニッケル粉末を主成分とする正極合剤ペーストを塗布
・充填し、100℃×1時間の乾燥条件でペーストを乾
燥させた後、このシートを圧延し、所定の大きさに裁断
して正極2とした。
【0029】所定の水素吸蔵合金粉末を主成分とする負
極合剤ペーストをNi製のパンチングメタルから成る集
電体シートに塗布・充填し、80℃×1時間の乾燥条件
でペーストを乾燥させた後、このシートを圧延し、所定
の大きさに裁断して負極4とした。そして該シートの下
端部4Bに担持されたペーストを除去した。 2.電池の組立て 上記した正極2の上端部2Aと負極4の下端部4Bを互
いに反対向きにして、負極4の下端部4Bを正極2の下
端部より下方にずらして両者をポリオレフィン不織布製
のセパレータ3を介して重ねあわせ、負極4が外側にな
るように巻回して電極群5とした。
【0030】そして、突出した上端部2Aに導通部材6
の正極集電部6aを溶接し、同様に突出した下端部4B
に負極集電板18を溶接した後、この電極群5を電池缶
1に収容し、さらにKOHを主成分とする電解液を注液
した。さらに、リード部6bを折り曲げて側面視コの字
形にし、安全弁10を介して封口部6cと正極端子8を
溶接し、この封口構造で電池缶1を封口して、図1に示
す円筒形ニッケル・水素二次電池を組み立てた。
【0031】比較のために、それぞれ別々に構成された
正極集電板と封口板とを、リードを介して溶接して接続
したことの他は、実施例と同様にして電池を組み立て
た。これを比較例とする。 3.放電中間電圧の測定 上記電池に対して、所定の充電を行った後、放電レート
をそれぞれ5、15、25CmAとして放電したときの
放電中間電圧(Mid CV)を測定した。又、このと
きの正極端子近傍における電池の温度も測定した。これ
らの結果を図3に示す。放電中間電圧が高いほど、又、
電池の温度が低いほど、大電流放電特性に優れている。 (1)図3から明らかなように、本発明のニッケル・水素
二次電池は、比較例に比べて放電時、特に放電レートが
15CmA以上の大電流放電時の放電中間電圧が高く、
さらに、正極端子近傍における電池の温度が低く、大電
流放電特性に優れている。 (2)正極集電板と封口板を溶接して接続した比較例の場
合は、実施例に比べて放電中間電圧が低く、又、正極端
子近傍における電池の温度が高く、大電流放電特性に劣
っている。このことから、正極集電板、リード、及び封
口板が一体に形成された導通部材を用いた本発明の優位
性が明らかである。
【0032】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、正極集電板、リード、及び封口板が一体に形成
された導通部材を用いて、正極から正極端子への導通を
とっているため、この部分の抵抗を低くすることがで
き、ひいては電池の内部抵抗を低減することができる。
そして、その結果、大電流放電が可能となる。
【0033】又、正極集電板、リード、及び封口板が一
体に形成されているため、従来のようにこれらを溶接す
る作業が不要となって、生産効率の向上を図ることがで
きるとともに、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るニッケル・水素二次電池の構造を
示す断面図である。
【図2】導通部材を示す図である。
【図3】電池を放電したときの放電中間電圧(Mid
CV)、及び正極端子近傍における電池の温度を示すグ
ラフである。
【図4】従来のアルカリ二次電池の構造を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 電池缶 2 正極 2A 正極の上端部 4 負極 4B 負極の下端部 5 電極群 6 導通部材 6a 正極集電部 6b リード部 6c 封口部 8 正極端子 10 安全弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H012 AA01 BB02 BB11 DD04 EE09 GG01 5H022 AA04 CC02 CC19 CC24 5H028 AA01 BB01 BB07 CC05 CC08 CC12 CC24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と負極をセパレータを介して巻回又
    は積層して成る電極群がアルカリ電解液と一緒に電池缶
    に封入されているアルカリ二次電池において、 正極集電部と封口部がリード部を介して一体形成されて
    いる導通部材を用いた封口構造を有することを特徴とす
    るアルカリ二次電池。
  2. 【請求項2】 前記電池缶の上部開口部の内側に帽子形
    状の正極端子が気密に固定され、 前記導通部材は前記リード部で折り曲げられ、 前記正極集電部は前記電極群における正極端部に溶接さ
    れ、 前記封口部と前記正極端子が形成する空間部には安全弁
    が配置されていることを特徴とする請求項1に記載のア
    ルカリ二次電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005166664A (ja) * 2003-11-29 2005-06-23 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池
JP2007227137A (ja) * 2006-02-23 2007-09-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型蓄電池

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