JP2002175813A - 電 池 - Google Patents
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Abstract
縁部2cの幅Wを変えることにより、この格子2に充填
された活物質の反応分布を均一化し、電圧の低下を抑制
することができる電池を提供する。 【解決手段】 鉛蓄電池の巻回型の発電要素1に用いら
れる正極1aと負極1bの集電体となる格子2の上側端
とマス目2aとの間の額縁部2cの幅Wを、この上側端
から突出する集電耳2bの間隔距離Dが長いほど広く形
成した。
Description
を備えた電池に関する。
に、帯状の正極1aと負極1bを図示を省略した帯状の
セパレータを介して巻回した巻回型の発電要素1を用い
る。正極1aと負極1bは、帯状の集電体に活物質を充
填したものであり、この集電体には、図4に示すような
格子2を用いている。格子2は、帯状の鉛シートに多数
の矩形のマス目2aを形成したものである。また、この
格子2の帯状の上側端には、間隔を開けて複数の集電耳
2bが突設されている。ただし、実際の格子2は、もっ
と長尺であるため、図では長手方向を圧縮して模式的に
示している。
ように、正極1aや負極1bの集電体として巻回される
ことにより、発電要素1の上端面から突出することにな
る。ただし、この突出位置が円周上で不規則になったの
では、外部端子への接続が容易ではなくなるので、従来
は、巻回の中心からの距離に応じて、図4に示したよう
に、外周側ほど集電耳2bを形成する間隔距離が長くな
るようにすることにより、図3に示したように、これら
の集電耳2bの突出位置が発電要素1の端面上の同じ回
転角位置に揃うようにしている。もっとも、発電要素1
の中心付近では、巻回による曲率が大きくなりすぎ、集
電耳2bを突出させても扱い難くなるので、格子2の内
周側の端部には、ある程度の距離にわたって集電耳2b
を形成しないようにしている。
された集電耳2bと負極1bの格子2に形成された集電
耳2bとを、発電要素1の上端面における180°相違
した回転角位置にそれぞれ揃えて突出させる場合につい
て示しているが、正極1aと負極1bのいずれか一方の
集電耳2bを発電要素1の下端面から突出させるように
している場合もある。
に、格子2に形成される各集電耳2bの間隔距離が発電
要素1の内外周で異なっていると、外周部分のように各
集電耳2bの間隔が広い格子2上では、これらの集電耳
2bから離れたマス目2aの間にまで十分な電流が流れ
ないようになり、逆に、主に内周部分のように、各集電
耳2bの間隔が狭い格子2上では、格子2上の各マス目
2aの間に十分な電流が流れるので、活物質の反応分布
にムラが生じ利用効率が悪化したり電圧が低下するとい
う問題があった。
されたものであり、集電耳の形成間隔に応じて集電体の
額縁部の幅を変えることにより、集電体に担持させた活
物質の反応分布を均一化し電圧の低下を抑制することが
できる電池を提供することを目的としている。
の集電体に活物質を担持させた正極と負極をセパレータ
を介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池におい
て、少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状
の集電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電
体の帯状の上側端から巻回の外周側ほど長い間隔で3箇
所以上に集電耳が突出して形成され、集電耳が突出する
間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接近して形
成された開口部との間の額縁部の幅が、外周側ほど広く
形成されたことを特徴とする。
隔が広い外周側ほど、集電体の額縁部の幅が広くなるの
で、これらの集電耳から離れたの開口部の間にまで十分
な電流を流すことができるようになり、活物質の反応分
布を内周側と外周側とで均一化し、電圧の低下を抑制す
ることができるようになる。
電耳の間の集電体の上側端に最も接近して形成された開
口部からこの上側端までの距離をいう。従って、例えば
開口部が千鳥状に配置されているために、一対の集電耳
の間において額縁部が広くなったり狭くなったりする場
合であっても、その最も狭い部分を額縁部の幅とする。
また、この額縁部の幅が外周側ほど広く形成されるとい
うのは、最内周側の集電耳から最外周側の集電耳までの
各集電耳の間の額縁部の幅が単調増加することを意味す
る。即ち、最内周側の額縁部の幅に比べて最外周側の額
縁部の幅の方が必ず広く、隣接する額縁部の幅が内周側
と外周側で同じ場合があってもよいが、外周側の額縁部
の幅の方が狭くなる場合は存在しないことをいう。さら
に、最内周側の集電耳から集電体の内周側の端までの額
縁部の長さは、必ずしも最短であるとは限らず、最外周
側の集電耳から集電体の外周側の端までの額縁部の長さ
は、必ずしも最長とは限らないので、これら両端部の額
縁部の幅については任意に定めることができるが、長さ
が長いほど幅が広くなるようにすることが好ましい。
を担持させた正極と負極をセパレータを介して巻回した
巻回型の発電要素を備えた電池において、少なくとも正
極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集電体に多数の
開口部が形成されると共に、この集電体の帯状の上側端
から集電耳が3箇所以上に突出して形成され、集電耳が
突出する間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接
近して形成された開口部との間の額縁部の幅が、この額
縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離が長いほど広く形成
されたことを特徴とする。
離が長いほど、集電体の額縁部の幅が広くなるので、こ
れらの集電耳から離れた集電体の開口部の間にまで十分
な電流を流すことができるようになり、活物質の反応分
布を集電体の全体で均一化して、電圧の低下を抑制する
ことができるようになる。この集電体に活物質を担持さ
せた電極を巻回する際には、この巻回の1巻ごとや所定
巻数ごとに集電耳を突出させるようにすれば、外周側ほ
ど間隔距離が長くなる。しかし、例えば内周側に比べて
外周側の方が少ない巻数ごとに集電耳を突出させるよう
にすれば、この集電耳の間隔距離が内外周で極端に相違
するのを防止することができるようになる。ただし、こ
の場合も、発電要素の端面に突出する集電耳を揃えるた
めには、間隔距離にある程度の相違が生じるのを避ける
ことはできない。そこで、本発明により、この間隔距離
に応じて額縁部の幅を変化させれば、集電耳を突出させ
る位置の決め方にかかわりなく、このような間隔距離の
相違による活物質の反応分布の不均一を防止し電圧の低
下を抑制することができるようになる。
じ意味である。また、額縁部の幅が集電耳の間隔距離が
長いほど広く形成されるというのは、この間隔距離の短
い方から順にその集電耳間の額縁部の幅が単調増加する
ことを意味する。即ち、最も間隔距離が短い場合の額縁
部の幅に比べて最も間隔距離が長い場合の額縁部の幅の
方が必ず広くなり、間隔距離が相違してもこの額縁部の
幅が同じであることがあってもよいが、間隔距離が長い
にもかかわらず額縁部の幅が狭くなる場合は存在しない
ことをいう。好ましくは、この額縁部の幅は、集電耳の
間隔距離に比例した広さ、即ち額縁部の幅と間隔距離の
比が一定になるように形成するのがよい。さらに、最内
周側の集電耳から集電体の内周側の端までの額縁部の幅
と、最外周側の集電耳から集電体の外周側の端までの額
縁部の幅については、請求項1の場合と同様に、任意に
定めることができ、長さが長いほど幅が広くなるように
することが好ましい。
た集電体における、集電耳の間の額縁部の幅が、この額
縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離にほぼ比例した広さ
に形成されると共に、内外周の最端側に形成された集電
耳からそれぞれの集電体の端までの額縁部の幅が、これ
らの集電耳から集電体の端までの距離のほぼ2倍に比例
した広さに形成されたことを特徴とする。
の幅が集電耳の間隔距離に比例した広さとなり、この額
縁部の幅と間隔距離の比を一定にすることができる。こ
こで、一対の集電耳の間の額縁部における両端間の電気
抵抗は、この額縁部を帯状の導体と考えた場合に、その
幅に反比例し、その長さ、即ち集電耳の間隔距離に比例
する。従って、集電耳の間隔距離の長短にかかわりな
く、この額縁部の両端間の電気抵抗をほぼ一定にするこ
とができるので、各集電耳の間の集電体の分布定数をほ
ぼ同じパターンとして、活物質の反応分布を均一化し、
電圧の低下を抑制することができるようになる。また、
集電体の端部の額縁部については、この集電体を端辺で
折り返した対称形の集電体が連続する場合と同様の幅に
形成することにより、集電耳間の額縁部と同様に、活物
質の反応分布を均一化し電圧の低下を抑制することがで
きるようになる。
た集電体が、集電耳の突出する上側端に最も接近する開
口部を、この上側端からの距離が遠くなる位置に形成す
ることにより、額縁部の幅を広げるものであることを特
徴とする。
幅は一定のままにして、開口部の形成位置を変化させる
ことにより、額縁部の幅の広狭を調整することができ
る。この際、開口部は、同じ形状のものをずらして形成
する他、形状や開口面積を変化させることにより、上側
端からの距離が異なる位置に形成するようにしてもよ
い。また、集電耳が突出する上側端に最も接近する開口
部だけを変化させてもよいし、他の開口部も含めて全体
の形成位置や形状等を変化させるようにしてもよい。
た集電体が、集電耳の突出する上側端を外側に広げるこ
とにより、額縁部の幅を広げるものであることを特徴と
する。
置や形状等は一定のままにして、集電耳が突出する上側
端の位置を変えて帯状の集電体の幅を変化させることに
より、額縁部の幅の広狭を調整することができる。
た集電体が、2方向の桟によって区切られたほぼ平行四
辺形の開口部を多数有する格子であることを特徴とす
る。
矩形や菱形等になり、例えば鉛蓄電池の極板(電極)に
用いられるマス目(開口部)を設けた格子(集電体)に
充填した活物質の反応分布を均一化し、高率放電時の電
圧の低下を抑制することができるようになる。
た集電体が、ほぼ円形の開口部を多数穿設された穿孔体
であることを特徴とする。
蓄電池の正負の電極に用いられる穿孔体の集電体に担持
させた活物質の反応分布を均一化し、高率放電時の電圧
の低下を抑制することができるようになる。
図面を参照して説明する。
のであって、図1はマス目の形成位置を変えることによ
り額縁部の幅を変化させた格子の巻回前の展開図、図2
は上側端を広げることにより額縁部の幅を変化させた格
子の巻回前の展開図である。なお、図3〜図4に示した
従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付
記する。
電池における発電要素1の正極1aと負極1bに用いる
格子2について説明する。格子2は、図1に示すよう
に、帯状の鉛シートに打ち抜き加工を施すことにより、
縦横の桟によって区切られた多数の矩形のマス目2aを
形成したものである。また、この格子2の帯状の上側端
には、間隔を開けて複数の集電耳2bが突設されてい
る。ただし、実際の格子2は、もっと長尺であるため、
この図1や後に示す図2では長手方向を圧縮して模式的
に示している。この格子2は、マス目2a部分を埋める
ように活物質を充填することにより、正極1aや負極1
bとなる。
に、1巻ごとに発電要素1の上端面の所定回転角位置か
ら突出するように、内周側では間隔距離Dが短く、外周
側ほど間隔距離Dが長くなるようになっている。ただ
し、巻回の中心部では、曲率が大きくなりすぎるので、
最内周側の集電耳2bから格子2の内周側の端までの距
離を長くして、発電要素1の中心部からは集電耳2bを
突出させないようにしている。また、最外周側の集電耳
2bから格子2の外周側の端までの距離は、正極1aや
負極1bの巻き終わりの位置に応じた長さとなる。な
お、この集電耳2bの幅は、必ずしも一定である必要は
なく、間隔距離Dが広い外周側ほど太く形成することも
できる。
向の長さが、巻回の内周側の集電耳2bの間では長く、
外周側の集電耳2bの間では短くなるように形成されて
いる。ただし、最下部のマス目2aと帯状の格子2の下
側端との間の距離は内外周で一定であり、各マス目2a
の間の桟の幅も一定となるように形成される。従って、
最上部のマス目2aは、外周側ほど格子2の上側端から
の距離が遠くなる位置にずれて形成され、この最上部の
マス目2aと格子2の上側端との間の額縁部2cの幅W
が外周側ほど広くなる。この額縁部2cの幅Wは、その
額縁部2cを挟む一対の集電耳2bの間隔距離Dに比例
した広さ、即ちこの幅Wと間隔距離Dとの比が一定とな
るようにするのが好ましい。
から格子2の内周側の端までの間のマス目2aは、この
間の距離が長いため、外周側の集電耳2bの間と同様
に、額縁部2cの幅Wが広くなるようにしている。そし
て、最外周側の集電耳2bから格子2の外周側の端まで
の間のマス目2aも、本実施形態ではこの間の距離が短
いため、内周側の集電耳2bの間と同様に、額縁部2c
の幅Wが狭くなるようにしている。これら端部の額縁部
2cの幅Wは、最端側の集電耳2bから格子2の端まで
の間の距離の2倍に比例した広さとするのが好ましい。
が長い外周側ほど、格子2の額縁部2cの幅Wが広くな
るので、外周側では、集電耳2bの間隔距離Dは長くな
るが、額縁部2cの幅Wが広いために、集電耳2bから
遠いマス目2aの間にも十分な電流が流れるようにな
る。また、内周側では、集電耳2bの間隔距離Dが短い
ために、額縁部2cの幅Wが狭くても、各マス目2aの
間に十分な電流が流れる。従って、格子2の内外周にか
かわりなく、格子2に充填された活物質の反応分布を均
一化することができる。特に、集電耳2bの間隔距離D
と額縁部2cの幅Wとの比が一定となるようにすれば、
各集電耳2bの間の額縁部2cの部分の電気抵抗を、そ
の長さにかかわりなく一定にすることができるので、活
物質の反応分布をさらに均一化することができる。
端までの間についても、その距離が長いほど額縁部2c
の幅Wを広くしているので、この格子2の両端部でも、
活物質の反応分布を均一化することができる。また、こ
の額縁部2cの幅Wを距離の2倍に比例した広さとした
場合には、格子2を端辺で折り返した対称形の格子2が
連続する場合と同様の幅Wに形成することになるので、
集電耳2b間と同様の活物質の反応分布の均一化を図る
ことができる。
耳2bの突出位置ごとにマス目2aの形成位置を変える
場合について説明したが、集電耳2bの突出位置にかか
わりなく、外周側に行くに従ってマス目2aの形成位置
が変わるようにすることもできる。ただし、実際には、
いずれの場合も、連続した打ち抜き加工は容易ではなく
なるので、この集電耳2bの突出数よりも少ない段階数
で、外周側ほどマス目2aの形成位置が変わるようにし
てもよい。また、このマス目2aは、上下方向の長さを
変えるだけでなく、形状全体を変化させて開口部の開口
率を変えるようにしてもよい。しかも、図1に示した格
子2の上下に配置された全ての集電耳2bの大きさを変
えるのではなく、最上部のマス目2aの大きさだけ、又
は、上部の複数のマス目2aの大きさだけを変えるよう
にしてもよい。さらに、マス目2aが十分に細かい場合
には、本来最上部に形成されるべきマス目2aの形成を
省略することにより、最上部のマス目2aを1段下部の
ものに変更して額縁部2cの幅Wを広げるようにするこ
ともできる。また、マス目2aの大きさを変える代わり
に、外周側ほど間隔を詰めて下寄りに形成することによ
り、形成密度を変えて最上部のマス目2aの形成位置を
下方にずらすようにすることもできる。
を変えるのではなく、図2に示すように、格子2の上側
端の位置自体を上方にずらすことにより、額縁部2cの
幅Wを広げるようにしてもよい。この場合、マス目2a
は、格子2の下側端に沿って内外周で均一に形成され
る。そして、各集電耳2bの間では、外周側ほど格子2
の上側端を上方にずらすことにより、額縁部2cの幅W
を広げる。また、最端側の集電耳2bから格子2の端ま
での間についても、その距離が長いほど格子2の上側端
を上方にずらすようにしている。従って、集電耳2bの
間隔距離Dが長い外周側や、格子2の端までの距離が長
いほど、格子2の額縁部2cの幅Wが広くなるので、活
物質の反応分布を均一化することができる。特に、この
図2の場合には、マス目2aが均一に形成されるので、
従来と同様の連続した打ち抜き加工により格子2を容易
に製造することができるようになる。ところで、格子2
の上側端が上方にずれる分だけ、発電要素1の高さが部
分的に高くなるが、この格子2の上側端を一律に全て上
方にずらしたのでは、集電耳2bの間隔距離Dが短い部
分でも額縁部2cの幅Wが広くなるので、この部分での
活物質の反応が促進されすぎて、反応分布の均一化を阻
害することになるという弊害を生じる。
極1aや負極1bを1巻きするごとに格子2の集電耳2
bを突出させる場合について説明したが、所定巻数ごと
に集電耳2bを突出させるようにしてもよい。また、こ
の集電耳2bを突出させる巻数を内周側では多くし外周
側では少なくすることにより、格子2上での集電耳2b
の間隔距離Dの相違が内外周で極端に大きくなるのを防
止することもできる。ただし、この場合には、集電耳2
bの間隔距離Dは、外周側ほど長いとは限らないので、
実際の集電耳2bの間隔距離Dが長いほど額縁部2cの
幅Wが広くなるようにする。
1bの格子2の集電耳2bが共に発電要素1の上端面に
突出する場合について説明したが、これらの正極1aと
負極1bのいずれか一方の集電耳2bは、下端面に突出
するようにしてもよい。この場合、図1や図2に示した
格子2は、正極1aと負極1bのいずれか一方に用いら
れるものが上下を逆にして巻回されることになる。
マス目2aを打ち抜き加工によって形成する場合につい
て説明したが、このマス目2aの開口部の形状は任意で
あり、桟を斜め方向に形成して菱形にしたり、桟のない
丸孔にすることもできる。さらに、このマス目2aは、
打ち抜き加工に限らず、鋳造によって形成したり、エキ
スパンド加工等によって形成することもできる。
2について説明したが、アルカリ蓄電池等においても、
丸孔等の開口部を穿孔した集電体を電極に用いるので、
少なくとも正極1a又は負極1bのいずれかに開口部が
形成された集電体を用いる電池であれば、この電池の種
類は問わない。
の電池によれば、集電体の上側端から突出する集電耳の
間隔距離が長いほど額縁部の幅を広くすることにより、
この集電体に担持させる活物質の反応分布を集電体全体
で均一化し、電圧の低下を抑制することができるように
なる。
目の形成位置を変えることにより額縁部の幅を変化させ
た格子の巻回前の展開図である。
端を広げることにより額縁部の幅を変化させた格子の巻
回前の展開図である。
の発電要素の構造を説明するための組み立て斜視図であ
る。
用いる格子の巻回前の展開図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 帯状の集電体に活物質を担持させた正極
と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素
を備えた電池において、 少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集
電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の
帯状の上側端から巻回の外周側ほど長い間隔で3箇所以
上に集電耳が突出して形成され、 集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端
に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅
が、外周側ほど広く形成されたことを特徴とする電池。 - 【請求項2】 帯状の集電体に活物質を担持させた正極
と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素
を備えた電池において、 少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集
電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の
帯状の上側端から集電耳が3箇所以上に突出して形成さ
れ、 集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端
に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅
が、この額縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離が長いほ
ど広く形成されたことを特徴とする電池。 - 【請求項3】 前記開口部が形成された集電体におけ
る、集電耳の間の額縁部の幅が、この額縁部を挟む一対
の集電耳の間隔距離にほぼ比例した広さに形成されると
共に、内外周の最端側に形成された集電耳からそれぞれ
の集電体の端までの額縁部の幅が、これらの集電耳から
集電体の端までの距離のほぼ2倍に比例した広さに形成
されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電池。 - 【請求項4】 前記開口部が形成された集電体が、集電
耳の突出する上側端に最も接近する開口部を、この上側
端からの距離が遠くなる位置に形成することにより、額
縁部の幅を広げるものであることを特徴とする請求項
1,2又は3に記載の電池。 - 【請求項5】 前記開口部が形成された集電体が、集電
耳の突出する上側端を外側に広げることにより、額縁部
の幅を広げるものであることを特徴とする請求項1,2
又は3に記載の電池。 - 【請求項6】 前記開口部が形成された集電体が、2方
向の桟によって区切られたほぼ平行四辺形の開口部を多
数有する格子であることを特徴とする請求項1,2,4
又は5に記載の電池。 - 【請求項7】 前記開口部が形成された集電体が、ほぼ
円形の開口部を多数穿設された穿孔体であることを特徴
とする請求項1,2,4又は5に記載の電池。
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