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

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
ｇ₂Ｎｉ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。