JP2005294010A - Alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル−カドニウム電池やニッケル−水素電池等のアルカリ蓄電池、より詳しくは円筒形状のアルカリ蓄電池に関する。 The present invention relates to an alkaline storage battery such as a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, and more particularly to a cylindrical alkaline storage battery.
この種のアルカリ蓄電池はその外装缶内に収容された電極群を備え、この電極群は負極及び正極をセパレータを介して渦巻き状に捲回して構成されている。このようなアルカリ蓄電池の高容量化を図るには正極及び負極の活物質量をそれぞれ増大させればよいが、外装缶はそのサイズに制約を受けているため、電極群の径寸法、つまり、正極及び負極全体の体積を増加させることは困難である。 This type of alkaline storage battery includes an electrode group housed in its outer can, and this electrode group is formed by winding a negative electrode and a positive electrode in a spiral shape with a separator interposed therebetween. In order to increase the capacity of such an alkaline storage battery, the amount of the active material of the positive electrode and the negative electrode may be increased, but the outer can is limited by its size, so the diameter of the electrode group, that is, It is difficult to increase the volume of the whole positive electrode and negative electrode.
それ故、負極の芯体の体積を可能な限り少なくし、芯体に担持可能な活物質量を増加させることが考えられ、負極の芯体を薄いシート状のパンチングメタルから形成したアルカリ蓄電池が知られている(例えば、特許文献1,2)。
また、特許文献1,2のパンチングメタルは、隣接する3つの孔の中心が正三角形又は二等辺三角形の頂点となる孔の配列パターンを有し、このような孔の配列パターンによれば負極が真円に近い状態で捲回され、その捲回性を担保できるものと考えられる。
Moreover, the punching metal of
芯体に担持される活物質量を増大させるには、孔の総開口面積を芯体表面積(総開口面積と無孔面積との和)で除した値、即ち、芯体の表面開口率を大きくすればよいが、表面開口率が0.4以上になると、芯体の引っ張り強度が不足し、負極(電極群)の捲回時、芯体の一部、特に、その端部にて破断を招き易くなる。このため、芯体の表面開口率を0.4よりも小さくせざるを得ず、活物質の十分な増量を図ることができない。 In order to increase the amount of active material supported on the core, the value obtained by dividing the total opening area of the holes by the core surface area (the sum of the total opening area and the non-porous area), that is, the surface opening ratio of the core However, if the surface area ratio is 0.4 or more, the tensile strength of the core is insufficient, and when the negative electrode (electrode group) is wound, a part of the core is broken, particularly at the end thereof. It becomes easy to invite. For this reason, the surface area ratio of the core must be made smaller than 0.4, and the active material cannot be sufficiently increased.
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的は、芯体の表面開口率を十分に大きく確保でき、しかも、電極群の捲回時、芯体に破断を招くことの無い高容量型のアルカリ蓄電池を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and the object thereof is a high capacity type that can ensure a sufficiently large surface opening ratio of the core body and that does not cause breakage of the core body when the electrode group is wound. It is to provide an alkaline storage battery.
上記の目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池の負極又は正極の芯体は、その捲回方向と交差する横断面でみたとき、芯体の幅方向に沿って孔が間欠的に露出する断面パターンを有し、そして、芯体の断面開口率が前記断面パターンにて芯体の幅方向に沿う孔の露出部位の長さの合計を芯体の幅で除した値の最大値で定義されたとき、芯体は少なくとも一部に前記表面開口率が0.4以上且つ前記断面開口率が表面開口率の1.2倍以下となる断面パターンを含んでいる(請求項1)。 In order to achieve the above object, the core of the negative or positive electrode of the alkaline storage battery of the present invention is exposed intermittently along the width direction of the core when viewed in a cross section intersecting with the winding direction. It has a cross-sectional pattern, and the cross-sectional opening ratio of the core body is defined by the maximum value of the value obtained by dividing the total length of the exposed portions of the holes along the width direction of the core body by the cross-sectional pattern by the width of the core body When this is done, the core body includes at least a cross-sectional pattern in which the surface aperture ratio is 0.4 or more and the cross-section aperture ratio is 1.2 times or less of the surface aperture ratio (Claim 1).
ここで、孔が図5に示されるような1つの配列パターンで分布されている場合、表面開口率は、図5中の孔を有する範囲(B領域)にて、その開口部総面積を芯体表面積(前記開口部総面積と無孔部総面積の合計)で除した値で定義される。
これに対し、孔が図6に示されるように複数の配列パターンで分布されている場合には、連続した同一周期の孔の配列を有する区間(即ち、B,D,F領域)毎に前記芯体の捲回方向と交差する線にて分割し、各区間毎に表面開口率を前記区間内の孔の開口部総面積を前記区間内の芯体表面積(前記開口部総面積と無孔部総面積との和)で除した値で定義すればよい。
Here, when the holes are distributed in one arrangement pattern as shown in FIG. 5, the surface opening ratio is the area (B region) having the holes in FIG. It is defined by a value divided by the body surface area (the total of the total area of the opening and the total area of the non-porous part).
On the other hand, when the holes are distributed in a plurality of arrangement patterns as shown in FIG. 6, the sections are arranged for each section (that is, B, D, F areas) having a continuous arrangement of holes having the same period. Divided by a line intersecting the winding direction of the core body, the surface opening ratio for each section, the total opening area of the holes in the section, the surface area of the core body in the section (the total area of the opening and the non-porous) What is necessary is just to define by the value which remove | divided by the sum total of a part total area.
芯体の一部、つまり、その捲回時に破断し易い個所が上述した表面開口率及び断面開口率の断面パターンを有していれば、表面開口率が0.4以上に大きくても、その横断面には無孔領域が十分に確保されているので、芯体の破断が確実に防止される。なお、表面開口率は0.45以上であるのがより好ましい。
芯体は負極の芯体であり(請求項2)、そして、その厚みは芯体の体積を減少させるうえで15μm〜65μmであるのが好ましい(請求項3)。更に、芯体は、ニッケルメッキされたシート状のパンチングメタル又は有孔ニッケルシートから形成される(請求項4)。
If a part of the core body, that is, a portion that is easily broken at the time of winding has the above-described cross-sectional pattern of the surface opening ratio and the cross-sectional opening ratio, even if the surface opening ratio is larger than 0.4, Since a non-porous region is sufficiently secured in the cross section, the core body is reliably prevented from being broken. The surface aperture ratio is more preferably 0.45 or more.
The core is a negative electrode core (Claim 2), and the thickness thereof is preferably 15 to 65 μm in order to reduce the volume of the core (Claim 3). Further, the core is formed of a nickel-plated sheet-like punching metal or a perforated nickel sheet.
また、孔は略円形若しくは略楕円形状をなすことができ、そして、孔の分布は、芯体の捲回方向に隣接する孔の中心間を二等辺三角形の底辺とし且つこれら孔に対して芯体の幅方向に隣接する孔の中心を前記二等辺三角形の頂点とした配列パターンを有しており、二等辺三角形の頂角は底角よりも大である(請求項5)。このような孔の配列パターンを有していれば、表面開口率の1.2倍以下の断面開口率を得る上で有利となる。 Further, the holes can be substantially circular or substantially elliptical, and the distribution of the holes is such that the center between the holes adjacent to each other in the winding direction of the core body is the base of an isosceles triangle and the cores with respect to these holes. It has an arrangement pattern in which the centers of holes adjacent in the width direction of the body are the vertices of the isosceles triangle, and the apex angle of the isosceles triangle is larger than the base angle. Having such a hole arrangement pattern is advantageous in obtaining a cross-sectional aperture ratio of 1.2 times or less of the surface aperture ratio.
具体的には、上述の配列パターンの場合、二等辺三角形の底辺の長さがd、孔の平均直径がlで表されるとき、次式、
d=31/2×l×σ
0.96≦σ≦1.04
が満たされており(請求項6)、また、二等辺三角形の頂角は75°以上且つ105°以下の範囲にある(請求項7)。
Specifically, in the case of the above arrangement pattern, when the length of the base of the isosceles triangle is represented by d and the average diameter of the holes is represented by l,
d = 3 1/2 × l × σ
0.96 ≦ σ ≦ 1.04
(Claim 6), and the apex angle of the isosceles triangle is in the range of 75 ° to 105 ° (Claim 7).
更に具体的には、孔の平均直径lは、0.5mm≦l≦2.5mmの範囲にあり(請求項8)、そして、捲回方向に沿う芯体の側縁は孔の一部により凹凸形状をなしているのが望ましい。 More specifically, the average diameter l of the hole is in the range of 0.5 mm ≦ l ≦ 2.5 mm (Claim 8), and the side edge of the core body along the winding direction is formed by a part of the hole. It is desirable to have an uneven shape.
請求項1〜9のアルカリ蓄電池によれば、負極又は正極の芯体の少なくとも一部にその表面開口率が0.4以上で且つその断面開口率が表面開口率の1.2倍以下に抑えられた断面パターンが与えられているので、芯体の表面開口率を十分に確保ししつつ、その捲回時の破断を防止でき、芯体はアルカリ蓄電池の高容量化に大きく貢献する。 According to the alkaline storage battery of claims 1 to 9, at least a part of the core of the negative electrode or the positive electrode has a surface opening ratio of 0.4 or more and a cross-sectional opening ratio of 1.2 times or less of the surface opening ratio. Since the given cross-sectional pattern is provided, it is possible to prevent breakage at the time of winding while sufficiently ensuring the surface opening ratio of the core, and the core greatly contributes to the increase in capacity of the alkaline storage battery.
図1は、ニッケル−カドニウム電池やニッケル−水素電池等の密閉型円筒形アルカリ蓄電池を示す。この電池は金属製の外装缶2を備え、この外装缶2の一端は開口している。外装缶2内には電極群4が電解液とともに収容され、電極群4は負極6と正極8との間にセパレータ10を介在させ、これらを渦巻き状に捲回して形成されている。
図1から明らかなように外装缶2の開口端は封口体12により閉塞され、封口体12はその中央部に正極端子14を有し、この正極端子14と組をなす負極端子は外装缶2の底で形成されている。
FIG. 1 shows a sealed cylindrical alkaline storage battery such as a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery. This battery includes a metal
As is apparent from FIG. 1, the opening end of the
図2は負極6の芯体16を示しており、この芯体16はニッケルメッキされたシート状のパンチングメタル又は有孔ニッケルシートから形成されている。それ故、芯体16は多数の孔18を有し、これら孔18は円形若しくは楕円、又は、これら円形や楕円に近い形状をであるのが望ましい。なお、図示の実施例の場合、孔18は実質的に真円である。
上述の孔18は芯体16の全域又はその一部に、所定の配列パターンにて分布されている。具体的には、配列パターンは、負極6の捲回方向に互いに平行に延びる複数の孔列から形成され、隣接する孔列の孔18は捲回方向に互いにずれた状態にある。従って、図2中の芯体16のa−a断面、b−b断面及びc−c断面でみたとき、これら芯体16の横断面には、図3から明らかなように、孔18が芯体16の幅方向に間欠的に露出し、孔18の露出パターン、即ち、断面パターンは芯体16の横断面の位置にて異なる。
FIG. 2 shows a
The
図3中、参照符号Tは芯体16の厚さを示し、この厚さTは15μm〜65μmである。
ここで、芯体16の表面開口率R1が孔18の開口部総面積を芯体表面積(開口部総面積と無孔部総面積の和)で除した値で定義され、そして、芯体16の断面開口率R2が断面パターン中、芯体16の幅方向に沿う孔18の露出部位の長さの合計を芯体16の幅で除した値の最大値で定義されるとき、表面開口率R1は0.4以上、好ましくは0.45以上であり、そして、任意の横断面の位置にて断面開口率R2は表面開口率R1の1.2倍以下に抑えられている。
In FIG. 3, reference symbol T indicates the thickness of the
Here, the surface opening ratio R 1 of the
具体的には、図4に示されるように孔18の分布は、芯体16の捲回方向に隣接する2つの孔18の中心間を結ぶ線分を二等辺三角形Aの底辺とし、そして、これら孔18に対して芯体16の幅方向に隣接する1つの孔18の中心が二等辺三角形Aの頂点となる配列パターンを有する。そして、二等辺三角形Aの頂角αはその底角βによりも大であって、75°〜105°の範囲にある。
Specifically, as shown in FIG. 4, the distribution of the
更に、孔18の直径(平均直径)及び二等辺三角形Aの底辺の長さがそれぞれl,dで表されるとき、底辺長さdは次式の関係を満たしている。
d=31/2×l×σ
0.69≦σ≦1.04
孔18の直径lは0.5mm〜2.5mmの範囲にある。ここで、直径lが0.5mmよりも小さい場合、二等辺三角形Aの斜辺を規定する孔18間の間隔が狭くなり過ぎ、これら孔18が芯体16の穿孔時に繋がってしまう虞がある。一方、直径lが2.5mmを超えて大きいと、孔18内への活物質の保持が困難になり、負極6の捲回時に活物質の脱落を招く。
Furthermore, when the diameter (average diameter) of the
d = 3 1/2 × l × σ
0.69 ≦ σ ≦ 1.04
The diameter l of the
以下の表1は、実施例E1〜E10の芯体16及び比較例C1〜C10の芯体をそれぞれ作製し、そして、これら芯体を使用した負極(電極群)の捲回時、電極群100個当たりにおける芯体の破断個数Nを計測した結果を示す。
Table 1 below shows the
表1中、Hは二等辺三角形Aの高さを示し(図4参照)、Mは捲回した電極群を用い電池を組み立てた際の活性化前後の質量減少量を示し、数値が大きい程、電池の寿命が短くなる。
表1から明らかなように、実施例E1〜E10の芯体16はその断面開口率R2が表面開口率R1の1.2倍以下に抑えられているので、負極6の捲回時、芯体16の破断をほぼ確実に防止することができる。これに対し、比較例C1,C2,C5〜C7の芯体はその断面開口率R2が表面開口率R1の1.2倍を超えているので、その捲回時に芯体が破断し易いことが分かる。
In Table 1, H indicates the height of the isosceles triangle A (see FIG. 4), M indicates the amount of mass loss before and after activation when the battery is assembled using the wound electrode group, and the larger the value, Battery life is shortened.
As is clear from Table 1, the
比較例C3,4,8〜10の芯体はその捲回時、破断を受けることがないが、これら比較例の表面開口率R1は全て0.4よりも小さく、アルカリ蓄電池の高容量を図ることができない。
一方、実施例E8の芯体16には他の実施例とは異なり、その破断が僅かに見らるが、これはその表面開口率R1が大き過ぎることに起因するものと思われる。よって、アルカリ蓄電池の高容量化を図り且つ芯体16の破断を確実に防止するには、表面開口率R1は約0.45か〜約0.60の範囲が好適する。
When the core is its winding of Comparative Example C3,4,8~10, although not subject to breakage, less than all the surface open area ratio R 1 of the Comparative Examples 0.4, a high-capacity alkaline storage batteries I can't plan.
On the other hand, unlike the other examples, the
本発明は上述の実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
図2に示した芯体16の場合、その捲回方向に沿う両側縁には孔18の一部が存在していないが、しかしながら、両側縁が図2中の1点鎖線で示す位置にあれば、芯体16が担持する活物質の量を更に増加させることができ、アルカリ蓄電池の高容量化により好適する。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
In the case of the
実施例の芯体16は、0.4以上の表面開口率R1及び表面開口率R1の1.2倍以下の断面開口率R2を有する部位をその捲回方向全域に亘って有しているが、前記部位は捲回時に破断し易い芯体16の領域、具体的には芯体16の両端部のみに設けられていてもよい。
更に、本発明は、アルカリ蓄電池の正極の芯体にも同様に適用することができる。
The
Furthermore, the present invention can be similarly applied to a positive electrode core of an alkaline storage battery.
2 外装缶
4 電極群
6 負極
8 正極
10 セパレータ
16 芯体
18 孔
A 二等辺三角形
T 厚さ
α 頂角
β 底角
l 直径(平均直径)
d 底辺の長さ
H 二等辺三角形Aの高さ
2 exterior can 4 electrode group 6
d Base length H Height of isosceles triangle A
Claims (9)
前記芯体は、その捲回方向と交差する横断面でみたとき、前記芯体の幅方向に沿って孔が間欠的に露出する断面パターンを有し、
前記芯体の断面開口率が前記断面パターンにて前記芯体の幅方向に沿う前記孔の露出部位の長さの合計を前記芯体の幅で除した値の最大値で定義されたとき、前記芯体は少なくとも一部に表面開口率が0.4以上且つ前記断面開口率が前記表面開口率の1.2倍以下となる断面パターンを含む
ことを特徴とするアルカリ蓄電池。 An electrode group is housed in an outer can, and the electrode group is formed by winding them in a spiral shape with a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and at least one of the negative electrode and the positive electrode is an active material thereof In an alkaline storage battery having a core made of a perforated sheet in which a large number of holes are formed to support
The core body has a cross-sectional pattern in which holes are intermittently exposed along the width direction of the core body when viewed in a cross section intersecting with the winding direction;
When the cross-sectional opening ratio of the core body is defined by the maximum value of the value obtained by dividing the total length of the exposed portions of the holes along the width direction of the core body by the cross-sectional pattern by the width of the core body, The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the core includes at least a cross-sectional pattern having a surface aperture ratio of 0.4 or more and a cross-section aperture ratio of 1.2 times or less of the surface aperture ratio.
前記孔の分布は、前記芯体の捲回方向に隣接する孔の中心間を二等辺三角形の底辺とし且つこれら孔に対して前記芯体の幅方向に隣接する孔の中心を前記二等辺三角形の頂点とした配列パターンを有し、
前記二等辺三角形の頂角は底角よりも大である
ことを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載のアルカリ蓄電池。 The hole has a substantially circular or substantially elliptical shape,
The distribution of the holes is such that the interval between the centers of the holes adjacent to each other in the winding direction of the core is an isosceles triangle base, and the center of the hole adjacent to the holes in the width direction of the core is the isosceles triangle. Has an array pattern as the vertex of
The alkaline storage battery according to any one of claims 2 to 4, wherein an apex angle of the isosceles triangle is larger than a base angle.
d=31/2×l×σ
0.96≦σ≦1.04
を満たすことを特徴とする請求項5に記載のアルカリ蓄電池。 When the length of the base of the isosceles triangle is d and the average diameter of the holes is l, the following formula is given: d = 3 1/2 × l × σ
0.96 ≦ σ ≦ 1.04
The alkaline storage battery according to claim 5, wherein:
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JP2004106871A JP2005294010A (en) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Alkaline battery |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9531011B2 (en) | 2012-02-24 | 2016-12-27 | Gs Yuasa International Ltd. | Electrode plate, wound electrode group, and cylindrical battery |
-
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- 2004-03-31 JP JP2004106871A patent/JP2005294010A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9531011B2 (en) | 2012-02-24 | 2016-12-27 | Gs Yuasa International Ltd. | Electrode plate, wound electrode group, and cylindrical battery |
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