JP2007242320A - 電池、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電池は、複数の正極板160と複数の負極板170とが1枚ずつセパレータ180を挟んで積層方向に交互に積層されてなる電極体150を備えている。複数の正極板160及び複数の負極板170は、いずれも、積層方向の同一側に湾曲している。
【選択図】 図5
Description
このニッケル水素蓄電池としては、例えば、複数の正極板と複数の負極板とが1枚ずつセパレータを挟んで交互に積層されてなる電極体を、直方体形状の電池ケース内に収容してなる角形密閉式のニッケル水素蓄電池が知られている(例えば、特許文献1〜3を参照)。
このうち、正極板を構成する正極基板は、表面側ニッケル層の平均厚みAと裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A<Bの関係を満たしている。このような正極基板は、正極基板表面側が凹で正極基板裏面側が凸となる形態に湾曲した正極基板となる。従って、この正極基板を有する正極板も、正極基板表面側が凹で正極基板裏面側が凸となる形態に湾曲した正極板となる。一方、負極板は、表面側負極合剤層の厚みDと裏面側負極合剤層の厚みEとが、D<Eの関係を満たしている。このような負極板は、負極基板表面側が凹で負極基板裏面側が凸となる形態に湾曲した負極板となる。
しかしながら、正極板についてA/Bの値を小さくし過ぎると、すなわち、表面側ニッケル層の平均厚みAと裏面側ニッケル層の平均厚みBとの差を大きくし過ぎると、電池寿命が低下する虞がある。これは、ニッケル層の厚みの偏りに応じて正極板中の電流分布に偏りが生じることから、電流が多く流れる裏面側ニッケル層に取り囲まれた正極活物質の利用が著しくなり、早期に寿命に至る虞があるからである。また、負極板についても、D/(D+E)の値を小さくし過ぎると、すなわち、表面側負極合剤層の厚みDと裏面側負極合剤層の厚みEと差を大きくし過ぎると、表面側負極合剤層に含まれる水素吸蔵合金の利用が著しくなり、早期に寿命に至る虞がある。
本実施形態にかかる電池100は、金属製(具体的には、ニッケルめっき鋼板)の電池ケース110と、安全弁113と、電池ケース110内に配置された、電極体150(図3参照)及び電解液(図示しない)とを備える角形密閉式ニッケル水素蓄電池である。このうち、電解液としては、例えば、KOHを主成分とする比重1.2〜1.4のアルカリ水溶液を用いることができる。
このうち、正極板160は、図5に示すように、ニッケルからなり、複数の孔が三次元に連結した空隙部Kを構成する三次元網状構造のニッケル層162(ニッケル骨格)を備える正極基板161と、この正極基板161の空隙部K内に充填された正極合剤164(正極活物質など)とを有している。なお、本実施形態では、正極活物質として、水酸化ニッケルを含む活物質を用いている。
また、セパレータ180としては、例えば、親水化処理された合成繊維からなる不織布を用いることができる。
まず、表面側ニッケル部161bの断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、図7に示すように、表面側ニッケル層162bの厚み方向に切断されている「線が中心から3方向に放射状に延びる形態」をなす表面側ニッケル層162bの断面を選択する。そして、この表面側ニッケル層162bを構成する3つの辺部162b1,162b2,162b3の中央位置の厚みA1,A2,A3を測定し、その平均値を表面側ニッケル層162bの平均厚みAとする。
まず、正極基板160の製造方法について説明する。
(メッキ工程)
図10に示すように、導電性処理(例えば、ニッケル無電解メッキやニッケル気相蒸着など)を施した帯状の発泡ウレタン基材165を、所定の速度で矢印で示す方向に送り、ニッケルメッキ液Mに所定時間浸漬させる。これにより、発泡ウレタン基材165のウレタン骨格表面にニッケルメッキ(ニッケル層162)を施した、ニッケル被覆ウレタン基材167を得ることができる。
具体的には、正極活物質(水酸化ニッケル)の粉末とコバルト粉末とを混合し、これに水を加えて混練することにより、正極ペーストを作製した。次いで、この正極ペーストを正極基板161の空隙部Kに充填し、乾燥した後、圧縮成形した。このとき、正極基板161は、裏面側ニッケル層162fが表面側ニッケル層162bに比べて裏面161hに沿う方向に伸長することで、表面161g側が凹で裏面161h側が凸となる形態に湾曲した。その後、これを所定の大きさに切断することで、図6に示す正極板160を得ることができた。
まず、帯状のニッケルメッキ鋼板からなり、多数の貫通孔が穿孔された負極基板171を用意する。また、これとは別に、水素吸蔵合金MmNi3.55Co0.75Al0.3粉末に、水及びカルボキシメチルセルロース(結合剤)を加え、混練して負極ペースト176を作製した。
次に、上述のように製造した複数の正極板160と複数の負極板170とを、1枚ずつセパレータ180挟んで交互に積層して、電極体150を形成した。具体的には、図5に示すように、複数の正極板160と複数の負極板170とを、正極基板161の表面161gと負極基板171の表面171gとが積層方向(図5において上下方向)の同一側(図5において上側)に向く向きで、セパレータ180を挟んで交互に積層した。これにより、図5に示す電極体150を得た。
また、これとは別に、図3に示すように、電槽111に第1正極端子140b及び第2正極端子140cを固着する。具体的には、電槽111の貫通穴111hにシール部材145を装着すると共に、第1正極端子140b及び第2正極端子140cの極柱部141を外側から挿入する。次いで、極柱部141の筒内に流体圧をかけて、極柱部141の一端側を径方向外側に膨出させ、更に軸方向に圧縮変形させて、圧縮変形部141hを形成する。これにより、第1正極端子140b及び第2正極端子140cが、電槽111と電気的に絶縁しつつ、電槽111に固着される。
ここで、本実施形態(実施例1〜4)にかかる電極体150と、比較形態(比較例1〜3)にかかる電極体について、短絡試験を行った。
具体的には、まず、正極板にかかるA/Bの値と負極板にかかるD/(D+E)の値との組み合わせを異ならせた7種類の電極体(実施例1〜4及び比較例1〜3)を用意し、これに正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接したサンプル(サンプル1〜7とする)を用意した。
A/B=0.9の正極板と、D/(D+E)=0.4の負極板とを用いて、電極体150を作製した。この電極体150に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、実施例1にかかるサンプル1を100ヶ用意した。
(実施例2)
A/B=0.85の正極板と、D/(D+E)=0.4の負極板とを用いて、電極体150を作製した。この電極体150に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、実施例2にかかるサンプル2を100ヶ用意した。
A/B=0.95の正極板と、D/(D+E)=0.4の負極板とを用いて、電極体150を作製した。この電極体150に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、実施例3にかかるサンプル3を100ヶ用意した。
(実施例4)
A/B=0.9の正極板と、D/(D+E)=0.45の負極板とを用いて、電極体150を作製した。この電極体150に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、実施例4にかかるサンプル4を100ヶ用意した。
A/B=1.0の正極板と、D/(D+E)=0.4の負極板とを用いて、電極体を作製した。この電極体に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、比較例1にかかるサンプル5を100ヶ用意した。
(比較例2)
A/B=0.9の正極板と、D/(D+E)=0.5の負極板とを用いて、電極体を作製した。この電極体に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、比較例2にかかるサンプル6を100ヶ用意した。
(比較例3)
A/B=0.9の正極板と、D/(D+E)=0.55の負極板とを用いて、電極体を作製した。この電極体に、正極集電部材120及び負極集電部材130を溶接することで、比較例3にかかるサンプル7を100ヶ用意した。
表1に示すように、A/B=0.9,0.85とした実施例1,2(サンプル1,2)では、不良率が0%であった。すなわち、実施例1,2(サンプル1,2)は、いずれも、100ヶのサンプルのうち正負極間の短絡が生じた虞のあるサンプルが1つもなかった。また、A/B=0.95とした実施例3(サンプル3)では、不良率が1%となり、正負極間の短絡が生じた虞のあるサンプルが極めて少なかった(具体的には、100ヶのサンプルのうち1ヶのみ不良であった)。
これらの結果より、A<Bとすることで、好ましくはA/B≦0.95とすることで、正負極間の短絡を抑制することができるといえる。
表1に示すように、D/(D+E)=0.4とした実施例1(サンプル1)では、不良率が0%であった。すなわち、正負極間の短絡が生じた虞のあるサンプルが1つもなかった。また、D/(D+E)=0.45とした実施例4(サンプル4)では、不良率が2%となり、正負極間の短絡が生じた虞のあるサンプルが極めて少なかった(具体的には、100ヶのサンプルのうち2ヶのみ不良であった)。
これらの結果より、D<Eとすることで、好ましくはD/(D+E)≦0.45とすることで、正負極間の短絡を抑制することができるといえる。
例えば、実施形態(実施例1〜4)では、電池100としてニッケル水素蓄電池を作製した。しかしながら、本発明は、複数の正極板と複数の負極板とが1枚ずつセパレータを挟んで交互に積層されてなる電極体を備える電池であれば、いずれの電池にも適用することができる。
150 電極体
160 正極板
161 正極基板
161b 表面側ニッケル部
161f 裏面側ニッケル部
161g 正極基板の表面
161h 正極基板の裏面
162 ニッケル層(ニッケル骨格)
162b 表面側ニッケル層
162f 裏面側ニッケル層
164 正極合剤
165 発泡ウレタン基材
165b 表面側ウレタン部
165f 裏面側ウレタン部
170 負極板
171 負極基板
171g 負極基板の表面
171h 負極基板の裏面
173 負極合剤
173b 表面側負極合剤層
173c 裏面側負極合剤層
180 セパレータ
A 表面側ニッケル層の平均厚み
B 裏面側ニッケル層の平均厚み
D 表面側負極合剤層の厚み
E 裏面側負極合剤層の厚み
K 空隙部
Claims (8)
- 複数の正極板と複数の負極板とが1枚ずつセパレータを挟んで積層方向に交互に積層されてなる電極体、を備える
電池であって、
上記複数の正極板及び上記複数の負極板は、いずれも、上記積層方向の同一側に湾曲してなる
電池。 - ニッケルからなり、複数の孔が三次元に連結した空隙部を構成する三次元網状構造のニッケル骨格を備え、正極基板表面と正極基板裏面とを有する正極基板、及び
上記正極基板の上記空隙部内に充填された正極合剤、を備える
複数の正極板と、
金属からなり、負極基板表面と負極基板裏面とを有する負極基板、及び
負極合剤からなり、上記負極基板表面上に設けられた表面側負極合剤層と、上記負極基板裏面上に設けられた裏面側負極合剤層とを備える
複数の負極板と、
複数のセパレータと、を有する電極体であって、
上記複数の正極板と上記複数の負極板とが1枚ずつ上記セパレータを挟んで積層方向に交互に積層されてなる電極体、を含む
電池であって、
上記正極基板は、
当該正極基板をその厚み方向に5等分し、このうち最も上記正極基板表面側に位置する部位を表面側ニッケル部とし、最も上記正極基板裏面側に位置する部位を裏面側ニッケル部としたとき、
上記表面側ニッケル部を構成するニッケル骨格をなす表面側ニッケル層の平均厚みAと、上記裏面側ニッケル部を構成するニッケル骨格をなす裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A<Bの関係を満たしてなり、
上記負極板は、
上記表面側負極合剤層の厚みDと、上記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D<Eの関係を満たしてなり、
上記複数の正極板と上記複数の負極板とは、いずれも、上記正極基板表面と上記負極基板表面とを上記積層方向の同一側に向けて積層されてなる
電池。 - 請求項2に記載の電池であって、
前記正極板は、
前記表面側ニッケル層の平均厚みAと前記裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A/B≦0.95の関係を満たしてなり、
前記負極板は、
前記表面側負極合剤層の厚みDと前記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D/(D+E)≦0.45の関係を満たしてなる
電池。 - 請求項3に記載の電池であって、
前記正極板は、
前記表面側ニッケル層の平均厚みAと前記裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A/B≧0.75の関係を満たしてなり、
前記負極板は、
前記表面側負極合剤層の厚みDと前記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D/(D+E)≧0.15の関係を満たしてなる
電池。 - 正極基板表面と正極基板裏面とを有する正極基板を含む複数の正極板、負極基板表面と負極基板裏面とを有する負極基板を含む複数の負極板、及び複数のセパレータを有する電極体であって、上記複数の正極板と上記複数の負極板とが1枚ずつ上記セパレータを挟んで積層方向に交互に積層されてなる電極体、を含む
電池の製造方法であって、
上記正極基板表面側が凹で上記正極基板裏面側が凸となる形態に湾曲してなる上記複数の正極板と、上記負極基板表面側が凹で上記負極基板裏面側が凸となる形態に湾曲してなる上記複数の負極板とについて、上記正極基板表面と上記負極基板表面とを上記積層方向の同一側に向けて、上記セパレータを挟んで交互に積層して上記電極体を形成する電極体形成工程を備える
電池の製造方法。 - ニッケルからなり、複数の孔が三次元に連結した空隙部を構成する三次元網状構造のニッケル骨格を備え、正極基板表面と正極基板裏面とを有する正極基板、及び
上記正極基板の上記空隙部内に充填された正極合剤、を備える
複数の正極板と、
金属からなり、負極基板表面と負極基板裏面とを有する負極基板、及び
負極合剤からなり、上記負極基板表面上に設けられた表面側負極合剤層と、上記負極基板裏面上に設けられた裏面側負極合剤層とを備える
複数の負極板と、
複数のセパレータと、を有する電極体であって、
上記複数の正極板と上記複数の負極板とが1枚ずつ上記セパレータを挟んで積層方向に交互に積層されてなる電極体、を含む
電池の製造方法であって、
上記正極基板をその厚み方向に5等分し、このうち最も上記正極基板表面側に位置する部位を表面側ニッケル部とし、最も上記正極基板裏面側に位置する部位を裏面側ニッケル部としたとき、上記表面側ニッケル部を構成するニッケル骨格をなす表面側ニッケル層の平均厚みAと、上記裏面側ニッケル部を構成するニッケル骨格をなす裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A<Bの関係を満たしてなる上記複数の正極板と、
上記表面側負極合剤層の厚みDと上記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D<Eの関係を満たしてなる上記複数の負極板とについて、
上記正極基板表面と上記負極基板表面とを上記積層方向の同一側に向けて、上記セパレータを挟んで交互に積層して上記電極体を形成する電極体形成工程を備える
電池の製造方法。 - 請求項6に記載の電池の製造方法であって、
前記電極体形成工程において、
前記正極板として、前記表面側ニッケル層の平均厚みAと前記裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A/B≦0.95の関係を満たす正極板を用い、
前記負極板として、前記表面側負極合剤層の厚みDと前記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D/(D+E)≦0.45の関係を満たす負極板を用いる
電池の製造方法。 - 請求項7に記載の電池の製造方法であって、
前記電極体形成工程において、
前記正極板として、前記表面側ニッケル層の平均厚みAと前記裏面側ニッケル層の平均厚みBとが、A/B≧0.75の関係を満たす正極板を用い、
前記負極板として、前記表面側負極合剤層の厚みDと前記裏面側負極合剤層の厚みEとが、D/(D+E)≧0.15の関係を満たす負極板を用いる
電池の製造方法。
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