JP2002203592A - 円筒形二次電池 - Google Patents

円筒形二次電池

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JP2002203592A
JP2002203592A JP2000402101A JP2000402101A JP2002203592A JP 2002203592 A JP2002203592 A JP 2002203592A JP 2000402101 A JP2000402101 A JP 2000402101A JP 2000402101 A JP2000402101 A JP 2000402101A JP 2002203592 A JP2002203592 A JP 2002203592A
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Japan
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electrode
electrode plate
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lugs
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JP2000402101A
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English (en)
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Takeshi Kondo
近藤  猛
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 集電性能を改良し、放電特性の優れた円筒形
二次電池を提供する。 【解決手段】 正負極板をセパレータを介して巻回した
渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記正
負極板は、複数の極板耳を有する極板基体と極板基体に
保持された活物質とを備えたものであり、前記極板耳
は、渦巻状極板群の同一端面側にあるとともに、同一極
性の極板耳を接続するための正極ストラップと負極スト
ラップとが上下関係にある円筒形二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は円筒形二次電池に関
する。
【0002】
【従来の技術】現在、実用に供されている主な二次電池
としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッ
ケル水素電池、酸化銀亜鉛電池、リチウムイオン電池等
がある。
【0003】鉛蓄電池は、正極活物質に二酸化鉛、負極
活物質に鉛、電解液に希硫酸を用いるもので、約2Vの
作動電圧を有している。この電池は、品質、信頼性、価
格の点でバランスを有し、自動車用、電気車用、無停電
電源装置用として広く普及している。また、近年になっ
て小型密閉化の技術が進歩し、各種コードレス機器用と
しても有用性が増している。
【0004】ニッケルカドミウム蓄電池は、正極活物質
にオキシ水酸化ニッケル、負極活物質にカドミウム、電
解液に水酸化カリウム水溶液を用いるもので、約1.2
Vの作動電圧を有する。この電池は、内部抵抗が小さく
大電流放電が可能、長サイクル寿命、過充電・過放電に
強い、使用温度範囲が広い等の特徴を持つことから、コ
ンシューマ機器用途を中心として広く用いられている。
【0005】ニッケル水素電池は、正極活物質にオキシ
水酸化ニッケル、負極活物質に水素吸蔵合金、電解液に
水酸化カリウム水溶液を用いるもので、作動電圧は約
1.2Vである。高エネルギー密度であり、各種コンシ
ューマ機器を中心に実用化されている。
【0006】酸化銀亜鉛電池は、正極活物質に酸化銀、
負極活物質に亜鉛、電解液に水酸化カリウムを用いるも
のである。高出力、高エネルギー密度を有する反面、高
価ということから大型のものは宇宙用や深海用としての
用途が主であるが、小型のものは時計用や電卓用として
広く普及している。
【0007】リチウムイオン電池は、正極活物質にLi
CoO2 、LiNiO2 、LiMn 24 等のLi金属
複合酸化物、負極に炭素質材料、電解液に有機溶液を使
用したもので、3V台の作動電圧を有している。高作動
電圧、高エネルギー密度、メモリー効果がない等の利点
から、コンシューマ用として急速に用途が拡大してい
る。
【0008】上述のような実用二次電池は、用途に応じ
て角形、円筒形、ボタン形、シート形等の形で提供され
る。
【0009】円筒形二次電池は、周知の通り、薄形の正
極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻いた極
板群を有底円筒形電池容器に収納したものである。
【0010】円筒形二次電池の集電方法は、例えば、渦
巻状極板群の従来の集電方法を示す模式図を図1に示す
ように、極板耳のない極板基体を用いて半円状の集電部
材を配したり(特開平8−22818)、渦巻状極板群
を示す模式図を図2に示すように、縁部に突出部(いわ
ゆる極板耳6)を設けた極板基体5を用い、渦巻状極板
群1の同一端面2に正負極板耳群を配し、同一極板耳群
を接続して正負極端子を同一端面に配置するものもあ
る。なお、図1の4a、4bはそれぞれ正極柱および負
極柱であり、図2の5a、5bはそれぞれ正極基体およ
び負極基体、6a、6bはそれぞれ正極基体5aに設け
られた極板耳、負極基体5bに設けられた極板耳であ
る。極板耳群は上記の様に正負各1群のみでなく必要に
応じて複数配設することもできる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に極板耳群を複数配設し、この極板耳群の接続をストラ
ップの形成により行おうとすると、正極と負極とが同一
平面上にあるため、極板耳の設置間隔は極板巻回の円周
に沿って、渦巻中心を中心に180度より大きくなって
しまう。そのため、必ずしも集電効率がよくなく、円筒
形二次電池にしばしば要求されるハイレート性能がよく
ないという問題があった。また、渦巻き中心から外側部
分の極板耳は集電する電極面積が広いため、抵抗が大き
く、活物質の利用率が悪いという問題もあった。
【0012】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的は、電池性能に優れた円
筒形二次電池を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、正負極板をセパレータを介して巻回した渦巻状極板
群を備えた円筒形二次電池において、前記正負極板は、
複数の極板耳を有する極板基体と極板基体に保持された
活物質とを備えたものであり、前記極板耳は、渦巻状極
板群の同一端面側にあるとともに、同一極性の極板耳を
接続するための正極ストラップと負極ストラップとが上
下関係にあることを特徴とする円筒形二次電池である。
【0014】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の円筒形二次電池において、同一極性の極板耳の設置間
隔距離が極板巻回の円周に沿って、半周以内であること
を特徴とするものである。
【0015】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の円筒形二次電池において、同一極性の極板耳の設置間
隔距離が渦巻状極板群の最外周における半周の距離を超
えない範囲で、極板群巻き始め部分における極板耳を間
引いて設けたことを特徴とするものである。
【0016】請求項4に記載の発明は、請求項1、2ま
たは3記載の円筒形二次電池において、正極活物質が二
酸化鉛、負極活物質が鉛、極板基体が鉛もしくは鉛合金
であり、正極ストラップが負極ストラップの上方にある
ことことを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】図3は渦巻状極板群を示す模式図
であり、極板耳6を備えた渦巻状極板群1では、図3
(A)のごとく、極板耳6がランダムに配置されていた
のでは集電部材やストラップとの接続性が悪いことか
ら、図3(B)の如く同列状に配置される(これらの図
では、一方の極板のみを示す)。本発明では、この配列
を持って1群と称し、3群に配置するとは、例えば、図
4に本発明の一実施例にかかる渦巻状極板群を示す模式
図の様に配置することを意味している。
【0018】しかしながら、1群の配列は、必ずしも渦
巻中心から外側に一列に配置されている必要はなく、本
発明の一実施例を示すストラップ配置の模式図である図
5に示すような形態に合わせて、適宜配置することがで
きる。図5において7はストラップである。
【0019】また、適宜、2群に配することもでき、そ
れに合わせてストラップも複数形成することができる。
図6は本発明の一実施例を示すストラップ配置の模式図
であり、図6(A)、(B)は正負の極板耳がそれぞれ
2群に配された渦巻状極板群に相当するもので、各々の
ストラップは2つずつ形成されている。
【0020】また、図6の(C)は正負の極板耳がそれ
ぞれ3群に配された渦巻状極板群に相当するもので、各
々のストラップは3つずつ形成されている。なお、4a
は正極柱、4bは負極柱、7aは正極ストラップ、7b
は負極ストラップである。
【0021】本発明によれば、極板耳を有する渦巻式極
板において、同一極性の極板耳を接続するための正極ス
トラップと負極ストラップとが上下関係にあるように構
成することにより、極板耳配置の自由度を確保し、複数
の極板耳を半周以内の間隔で設けることにより集電抵抗
を減少させ、もってハイレート特性を改善するととも
に、渦巻式極板群の外側に位置する電極活物質の利用率
も改善し、もって性能の優れた円筒形二次電池を提供す
ることができる。
【0022】
【実施例】以下に、公称容量5Ahの円筒形鉛蓄電池で
の実施例を示す。まず、厚さ0.6mmの鉛合金箔を用
いて、幅80mm×長さ500mmの極板基体を打ち抜
きにより作成した。なお、鉛合金の代わりに鉛を用いて
もよい。極板基体の種類は、極板耳数が正負極とも3の
従来品、極板耳数が正負極とも6とし、配置形態が図6
(B)となるようにした実施例1、極板耳数が正負極と
も9とし、配置形態が図6(C)となるようにした実施
例2である。尚、極板耳間隔は、極板やセパレータの厚
さや長さから、通常の電池設計手法に従って適宜設定さ
れる。
【0023】上記の各種極板基体を用い、電極を製作し
た。正極は、酸化度70%(金属鉛30%、一酸化鉛7
0%)の鉛粉と希硫酸とを混練し活物質ペーストを得た
後、これらを前記電極基体の両面に塗布した。正極の理
論容量は12Ahである。負極は、酸化度70%(金属
鉛30%、一酸化鉛70%)の鉛粉に若干の炭素粉末と
バリウム化合物とリグニンとを添加し希硫酸とを混練し
活物質ペーストを得た後、これらを極板基体の両面に塗
布した。負極の理論容量は16Ahである。これら正負
極をガラスマットセパレータを介して渦巻状極板群を得
た。
【0024】次に、図6(B)に示す形状に彫り込んだ
鋳型の負極ストラップ部分に溶融した鉛を注ぎ、これが
固化する前に倒置した渦巻状極板群の負極極板耳を約
1.5mm浸して接続し、つづいて正極ストラップ部分
に溶融した鉛を注ぎ、これが固化する前に倒置した渦巻
状極板群の正極極板耳を約1.5mm浸して接続する、
いわゆるCOS法によりストラップを製作した。次に、
予め鋳造した極柱をバーナーを用いてストラップに溶接
し、極柱及びストラップを設けた渦巻状極板群を作製し
た。なお、ストラップと極柱とを鋳型に一体に彫り込ん
で、COS法により製作してもよい。
【0025】次に、これら渦巻状極板群を樹脂製の円筒
形容器に挿入し封口した後、注液口から所定比重の希硫
酸水溶液を減圧注液し、0.25CAの定電流で40時
間電槽化成をおこない、円筒形シール鉛蓄電池を得た。
【0026】これらの円筒形シール鉛蓄電池を、10C
Aで放電した。さらにサイクル寿命性能を評価するた
め、1CA放電(1.7V終止電圧)、1CA定電流×
2.45V定電圧充電(1.5時間)の充放電サイクル
試験をおこなった。10CAの放電率での放電試験結果
を図7に、またサイクル寿命試験結果を図8に示す。
【0027】なお、これらの図において、イ、ロ、ハ、
それぞれ従来例、実施例1、実施例2の結果である。こ
れらの結果より、本発明品の方が、従来品よりも、ハイ
レート性能、サイクル性能ともに改善されていることが
わかる。
【0028】以上の実施例では極板群の巻き始め部も巻
き終り部も同様に極板耳を設けた例を示したが、巻き始
め部ほど極板耳間隔距離は短いので、極板群の最外周に
おける半周の距離を超えない範囲であれば、極板群巻き
始め部分における極板耳を間引いて設けた場合もほぼ同
様の効果が得られた。
【0029】なお、上記実施例は円筒形鉛蓄電池に関す
るものであるが、同様の効果は、円筒形リチウムイオン
電池や円筒形アルカリ二次電池等においても認められ
た。
【0030】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、電極耳を
有する渦巻式極板群において、同一極性の極板耳を接続
するための正極ストラップと負極ストラップとが上下関
係にあるように構成することにより、極板耳配置の自由
度を確保し、複数の極板耳群を半周以内に設けることに
より集電抵抗を減少させ、もってハイレート特性を改善
するとともに、渦巻式極板群の外側に位置する電極活物
質の利用率も改善し、もって性能の優れた円筒形二次電
池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 渦巻状極板群の従来の集電方法を示す模式図
【図2】 渦巻状極板群を示す模式図
【図3】 渦巻状極板群を示す模式図
【図4】 本発明の一実施例にかかる渦巻状極板群を示
す模式図
【図5】 本発明の一実施例を示すストラップ配置の模
式図
【図6】 本発明の一実施例を示すストラップ配置の模
式図
【図7】 放電試験結果を示す図
【図8】 サイクル寿命試験結果を示す図
【符号の説明】
1 渦巻状極板群 2 渦巻状極板群の断面 4 極柱 5 極板基体 6 極板耳 7 ストラップ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正負極板をセパレータを介して巻回した
    渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記正
    負極板は、複数の極板耳を有する極板基体と極板基体に
    保持された活物質とを備えたものであり、前記極板耳
    は、渦巻状極板群の同一端面側にあるとともに、同一極
    性の極板耳を接続するための正極ストラップと負極スト
    ラップとが上下関係にあることを特徴とする円筒形二次
    電池。
  2. 【請求項2】 同一極性の極板耳の設置間隔距離が極板
    巻回の円周に沿って、半周以内であることを特徴とする
    請求項1記載の円筒形二次電池。
  3. 【請求項3】 同一極性の極板耳の設置間隔距離が渦巻
    状極板群の最外周における半周の距離を超えない範囲
    で、極板群巻き始め部分における極板耳を間引いて設け
    たことを特徴とする請求項1記載の円筒形二次電池。
  4. 【請求項4】 正極活物質が二酸化鉛、負極活物質が
    鉛、極板基体が鉛もしくは鉛合金であり、正極ストラッ
    プが負極ストラップの上方にあることことを特徴とする
    請求項1、2または3記載の円筒形二次電池。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009081105A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池およびその製造方法
JP2009129553A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Sony Corp 電池
CN103296245A (zh) * 2013-05-02 2013-09-11 浙江努奥罗新能源科技有限公司 一种圆柱锂电池
CN112803124A (zh) * 2021-01-30 2021-05-14 上海兰钧新能源科技有限公司 一种新型电芯结构、动力电池和电动车辆

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