JP2009295317A - 円筒型アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命で、信頼性および出力特性の優れた高容量の円筒型ニッケル水素電池を、低コストで提供する。
【解決手段】本発明の円筒型アルカリ蓄電池は、帯状正極と、帯状負極と、それらの間に配置されたセパレータとを含む捲回型電極群、電解質、および前記捲回型電極群と前記電解質を収容する円筒型電池ケースを備える。帯状正は、正極芯材と正極芯材に配された正極合剤とを備え、帯状負極は、負極芯材と前記負極芯材に配された負極合剤とを備える。正極合剤の幅ａと、負極合剤の幅ｂとが、以下の式（１）：
０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ蓄電池に関し、特にアルカリ蓄電池に用いられる電極群の改良に関する。

従来より、携帯電話のような携帯型電子機器、電動工具などの電源として、アルカリ蓄電池が用いられている。
近年、環境保護意識の高まりとガソリン価格高騰により、ハイブリッド電気車（Hybrid Electric Vehicle：以下、ＨＥＶと省略）の需要が急増している。現在市販化されているＨＥＶにも、エンジン駆動用の電源としてニッケル水素蓄電池のアルカリ蓄電池が搭載されている。このような用途に用いられるアルカリ蓄電池には、高出力、長寿命、高信頼性および低コストが求められている。

高出力化と、製造コスト削減が可能であるため、従来のシンター式（焼結式）の正極板の代わりに、活物質を含む合剤ペーストを金属多孔体に塗布し、乾燥して得られたＳＭＥ式（活物質充填式）の正極板を用いることが検討されている。しかし、ＳＭＥ式の正極板を用いた場合、充放電を繰り返すと、活物質が脱落し、その脱落した活物質が他方の活物質と接触して、自己放電が生じやすくなる。そこで、ＳＭＥ式の正極板を備えるアルカリ蓄電池の寿命特性および信頼性を向上させる試みが行われている。

例えば、活物質の脱落を防止することにより電池容量の低下および短絡の発生を抑制するために、活物質層表面に開口した亀裂を設けると共に、前記亀裂内に入り込むように、前記活物質層表面に有機高分子層を形成することが提案されている（特許文献１参照）。

さらに、電極板からの活物質脱落による内部短絡を防止し、かつ電極板と電極端子との電気的接続を確保するために、活物質または準活物質が除去された電極端部をセパレータと共に折り曲げることが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００４−１１９２８０号公報 特開２００６−１２８０１号公報

しかし、特許文献１に開示される技術において、活物質層に亀裂を設けると、前記亀裂において活物質の脱落が生じ、その結果、電池の自己放電率が上昇し、電池の劣化が加速する。そのため、特許文献１に開示される技術で作製された電池は、長寿命および高信頼性を求めるＨＥＶ用途には使用できない。

特許文献２に開示される技術は、脱落した活物質による短絡を防止する技術であり、よって、短絡に対してある程度の効果は有している。しかしながら、特許文献２に開示される技術を用いても、活物質が集電体から脱落することを防止することはできないため、特許文献１の場合と同様に、自己放電率が上昇する。その結果、活物質の脱落が生じた電池と、活物質の脱落が生じていない電池とで、電圧のバラツキが生じる。
さらに、ＨＥＶ用途では、百数十個の電池が直列に接続された電池モジュールが用いられる。このため、電池モジュールに含まれる１つの電池の自己放電率が高くなると、その自己放電率の高い電池は、他の電池が放電されているときに、過放電状態となり、電池の機能を失う。従って、電池モジュールに自己放電率が高い電池が１つでも含まれると、電池モジュールはモーター駆動用電源としての機能が果たせなくなり、その結果、ＨＥＶの機能が十分に発揮できない。つまり、特許文献２に開示される技術では、信頼性が十分に高い電池を得ることができない。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、ＳＭＥ式の電極に配された活物質の脱落を防止して自己放電率の上昇を抑制することによって、寿命特性および信頼性が高く、かつ出力特性の優れた高容量の円筒型アルカリ蓄電池を、低コストで提供することを目的とする。

本発明のアルカリ蓄電池は、帯状正極と、帯状負極と、これらの間に配置されたセパレータとを含む捲回型電極群、電解質、および捲回型電極群と電解質を収容する円筒型電池ケースを備える。正極は、正極芯材と、正極芯材に配された正極合剤とを備え、負極は、負極芯材と、負極芯材に配された負極合剤とを備える。正極合剤の幅ａと、負極合剤の幅ｂとは、以下の式（１）：
０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
を満たし、かつ電極群の捲回軸方向において、正極合剤の幅方向の第１端および第２端は、それぞれ対応する負極合剤の第１端および第２端よりも外側に突出していない。
ここで、正極合剤の幅ａとは、正極の長手方向に垂直な方向（正極の幅方向）における、正極合剤の長さのことをいう。同様に、負極合剤の幅ｂとは、負極の長手方向に垂直な方向（正極の幅方向）における、負極合剤の長さのことをいう。

前記捲回型電極群において、前記帯状正極と前記帯状負極とは、前記負極合剤の前記帯状負極の長手方向に平行な第１端部および第２端部がそれぞれ前記正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有するように、配置されており、前記第１部分の幅Ａと、前記負極合剤の幅ｂとは、以下の式（２）：
０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂ （２）
を満たし、前記第２部分の幅Ｂと、前記負極合剤の幅ｂとは、以下の式（３）：
０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂ （３）
を満たすことが好ましい。
ここで、第１部分の幅Ａおよび第２部分の幅Ｂとは、それぞれ負極の幅方向における第１部分の長さおよび第２部分の長さのことをいう。

前記正極芯材が三次元金属多孔体であり、前記三次元金属多孔体に前記正極合剤が充填されており、前記三次元金属多孔体の厚さＣと前記正極合剤の厚さＤとが、以下の式（４）：
０μｍ≦（Ｄ−Ｃ）≦３０μｍ （４）
を満たし、前記電極群の捲回軸方向の２つの端面には、それぞれ正極集電部および負極集電部が設けられており、前記三次元金属多孔体の負極集電部側の端部には、前記正極合剤が充填されていない部分が設けられており、前記正極合剤が充填されていない部分が、連続的に圧縮されていることが好ましい。

また、本発明は、円筒型アルカリ蓄電池の製造方法に関する。前記製造方法は、
（i）帯状の正極芯材に、正極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、正極合剤を含む帯状正極を得る工程、
（ii）帯状の負極芯材に、負極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、負極合剤を含む帯状負極を得る工程、
（iii）前記帯状正極と、前記帯状負極と、前記帯状正極と前記帯状負極との間に配置されたセパレータとを含む積層体を、渦巻状に捲回して、捲回型電極群を得る工程、
（iv）前記捲回型電極群を、円筒型電池ケースに収容する工程、
（v）前記円筒型電池ケース内に、電解質を添加する工程、および
（vi）前記円筒型電池ケースを密封して、アルカリ蓄電池を得る工程
を含み、
前記帯状正極および前記帯状負極において、前記正極合剤の幅ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（１）：
０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
を満たす。前記工程（iii）は、前記帯状正極と前記帯状負極と前記セパレータとを、前記電極群の捲回軸方向において、前記正極合剤の幅方向の第１端および第２端が、それぞれ対応する前記負極合剤の第１端および第２端よりも外側に突出しないように積層して、積層体を得る工程を含む。

前記工程（iii）は、前記帯状正極と前記帯状負極と前記セパレータとを、前記負極合剤の前記帯状負極の長手方向に平行な第１端部および第２端部がそれぞれ前記正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有するように積層して、積層体を得る工程を含み、前記第１部分の幅Ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（２）：
０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂ （２）
を満たし、前記第２部分の幅Ｂと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（３）：
０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂ （３）
を満たすことが好ましい。

前記電極群は、その捲回軸方向の２つの端面に、それぞれ正極集電部および負極集電部を有し、前記工程（i）が、三次元金属多孔体からなる正極芯材に正極合剤を充填する工程、および前記三次元金属多孔体の負極集電部側に設けられた前記正極合剤が充填されていない部分を、前記帯状正極の幅方向において、前記三次元金属多孔体の内側から外側に向かって、連続的に圧縮する工程を含み、前記三次元金属多孔体の厚さＣと前記正極合剤の厚さＤとが、以下の式（４）：
０μｍ≦（Ｄ−Ｃ）≦３０μｍ （４）
を満たすことが好ましい。

さらに、本発明は、前記円筒型アルカリ蓄電池を備えるハイブリッド電気自動車に関する。

本発明によれば、正極合剤と負極合剤との対向面積とを十分に維持しつつ、正極からの正極活物質の脱落を抑制することができる。よって、本発明により、長寿命で、信頼性および出力特性の優れた高容量の円筒型アルカリ蓄電池を、低コストで提供することができる。

本発明を、図面を参照しながら説明する。
本発明の円筒型アルカリ蓄電池は、捲回型電極群、電解質、およびこれらを収容する円筒型電池ケースを備える。捲回型電極は、帯状正極と、帯状負極と、これらの間に配置されたセパレータを含む。帯状正極および帯状負極は、それぞれＳＭＥ式（活物質充填式）の電極であり、正極は正極芯材と正極芯材に配された正極合剤とを含み、負極は負極芯材と負極芯材に配された負極合剤とを含む。

図１に、本発明の一実施形態に係る円筒型アルカリ蓄電池に含まれる電極群における、正極とセパレータと負極との位置関係を示す部分縦断面図を示す。図１は、捲回型電極群における、所定の正極部分と、その内周側および外周側に位置する負極部分とを示している。なお、図１において、正極合剤は正極芯材に充填され、負極合剤は負極芯材に充填されている。また、図１において、電極群の捲回軸のＸ方向の端面には、正極集電部（図示せず）が設けられている。電極群の捲回軸のＹ方向の端面には、負極集電部（図示せず）が設けられている。

本発明において、負極２０に配された負極合剤２１の幅ｂと、正極１０に配された正極合剤１１の幅ａとが、以下の式（１）：
０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
を満たす。
さらに、電極群の捲回軸方向において、正極合剤１１の幅方向の２つの第１端１１ｘおよび第２端１１ｙは、それぞれ対応する負極合剤２１の第１端２１ｘおよび第２端２１ｙよりも外側に突出していない。つまり、電極群の捲回軸方向（つまり、電極の幅方向）において、正極合剤は、負極合剤と必ず対向している。なお、正極１０と負極２０は、セパレータ３０を介して対向している。

正極１０と負極２０とを前記のような位置関係で配置することにより、電極群において、所定の正極合剤部分を内周側と外周側とから挟み込む負極合剤部分が、壁の役割を果たす。このため、正極活物質が正極芯材から脱落することを抑制することができる。さらに、正極合剤の幅ａと負極合剤の幅ｂが上記式（１）を満たすことにより、正極合剤と負極合剤との対向面積（反応面積）を十分に確保することができる。よって、本発明により、高寿命かつ高信頼性であり、出力特性に優れた高容量のアルカリ蓄電池を提供することができる。さらに、ＳＭＥ式の電極は、焼結式の電極と比較して、製造コストを要しないため、前記電池特性の優れたアルカリ蓄電池を低コストで提供することができる。

一方、正極合剤の幅ａと負極合剤の幅ｂが、０＞（ｂ−ａ）を満たす場合、つまり電極群において、正極合剤と負極合剤とが図２に示されるように配置されている場合、充放電サイクルと繰り返したときに、正極合剤の負極合剤と対向していない部分の正極集電側Ａ、負極集電側Ｂの正極活物質が脱落し、セパレータへ脱落した正極活物質が入り込んで、低い印加電圧（耐電圧）でショートが発生する。なお、図２において、図１と同じ構成要素には、同じ番号を付している。
さらに、正極合剤の幅ａと負極合剤の幅ｂが、０＜（ｂ−ａ）を満たす場合であっても、正極合剤の幅方向の第１端または第２端のいずれか一方が、対応する負極合剤の第１端または第２端よりも外側に突出している場合には、上記と同様な理由によりショートが生じる。

負極合剤の幅ｂと正極合剤の幅ａとの差（ｂ−ａ）が、０．０３０６ｂ以上になると、正極活物質の充填量が低下するため、電池容量が低下する。さらには、負極合剤と正極合剤との対向面積が低下するため、出力特性も低下する。なお、負極合剤の幅ｂと正極合剤の幅ａとの差（ｂ−ａ）は、１．４ｍｍ以下であることが好ましい。

前記捲回型電極群において、負極合剤の負極の長手方向に平行な第１端を含む端部（第１端部）および第２端を含む端部（第２端部）が、それぞれ正極合剤と対向していない第１部分２２および第２部分２３を有することが好ましい。つまり、電極群の捲回軸方向において、正極合剤１１の幅方向の第１端１１ｘおよび第２端１１ｙは、それぞれ対応する負極合剤２１の幅方向の第１端２１ｘおよび第２端２１ｙよりも内側に位置することが好ましい。同時に、第１部分２２の幅Ａと、負極合剤２１の幅ｂとが、以下の式（２）：
０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂ （２）
をさらに満たし、第２部分２３の幅Ｂと、負極合剤２１の幅ｂとが、以下の式（３）：
０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂ （３）
をさらに満たすことが好ましい。

前記のような構成とすることにより、正極合剤と負極合剤との対向面積を十分に確保しつつ、正極活物質の正極芯材からの脱落をさらに抑制することができる。よって、アルカリ蓄電池の寿命特性および信頼性をさらに向上させることができる。

上記正極において、正極芯材が三次元金属多孔体であり、前記三次元金属多孔体に正極合剤が充填されており、三次元金属多孔体の厚さＣと、正極合剤の厚さＤとが、以下の式（４）：
０μｍ≦（Ｄ−Ｃ）≦３０μｍ （４）
を満たすことが好ましい。さらに、このとき、三次元金属多孔体の負極集電部側の端部には、正極合剤が充填されていない部分１２が設けられており、正極合剤が設けられていない部分１２は、連続的に圧縮されていることが好ましい。

正極芯材である三次元金属多孔体の負極集電部側に設けられた、正極合剤が充填されていない部分が連続的に圧縮されていることにより、正極合剤の負極集電部側に位置する正極合剤から、正極活物質が脱落することをさらに抑制することができる。さらには、三次元金属多孔体の厚さＣと正極合剤の厚さＤとが、式（４）を満たすことにより、正極の他の部分からの正極活物質の脱落をもさらに抑制することができる。よって、正極を上記のような構成とすることにより、正極芯材からの正極活物質の脱落を顕著に抑制することができる。よって、寿命特性および信頼性が顕著に向上したアルカリ蓄電池を得ることができる。
正極芯材である三次元金属多孔体の厚さは、２５０〜１３５０μｍであることが好ましい。

本発明のアルカリ蓄電池は、寿命特性、信頼性および出力特性に優れ、かつ高容量であるため、ハイブッリド電気自動車用の電源として特に有用である。ハイブリッド電気自動車用の電源として用いる場合、前記アルカリ蓄電池の容量は３Ａｈ〜１０Ａｈであることが好ましい。なお、アルカリ蓄電池としては、例えば、ニッケル水素蓄電池が挙げられる。
なお、本発明のアルカリ蓄電池は、民生用小型携帯機器用の電源等としても用いることができる。民生用小型携帯機器用の電源として用いる場合、前記アルカリ蓄電池の容量は、２Ａｈ〜４Ａｈであることが好ましい。

上記アルカリ蓄電池は、例えば、
（i）帯状の正極芯材に、正極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、正極合剤を含む帯状正極を得る工程、
（ii）帯状の負極芯材に、負極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、負極合剤を含む帯状負極を得る工程、
（iii）前記帯状正極と、前記帯状負極と、前記帯状正極と前記帯状負極との間に配置されたセパレータとを含む積層体を、渦巻状に捲回して、捲回型電極群を得る工程、
（iv）前記捲回型電極群を、円筒型電池ケースに収容する工程、
（v）前記円筒型電池ケース内に、電解質を添加する工程、および
（vi）前記円筒型電池ケースを密封して、アルカリ蓄電池を得る工程
を含む方法により作製することができる。

まず、工程（i）および工程（ii）において、ＳＭＥ式の正極および負極が作製される。正極合剤を含むペーストは、正極合剤を、所定の分散媒に分散させることにより調製することができる。正極合剤は、例えば、正極活物質、結着剤、必要に応じて増粘剤などを含むことができる。正極活物質としては、水酸化ニッケルなどの当該分野で公知の材料を用いることができる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレンなどの当該分野で公知の材料を用いることができる。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガムなどの当該分野で公知の材料を用いることができる。正極合剤は、高温特性などを改善することができるため、遷移金属酸化物のような添加剤を含んでいてもよい。
分散媒としては、水などを用いることができる。
正極芯材としては、繊維状金属ならなるシート、発泡金属多孔体のような三次元金属多孔体発泡金属多孔体などを用いることができる。

負極合剤を含むペーストも、負極合剤を所定の分散媒に分散させることにより調製することができる。負極合剤は、負極活物質、結着剤、必要に応じて増粘剤などを含むことができる。負極活物質としては、水素吸蔵合金などの当該分野で公知の材料を用いることができる。結着剤および増粘剤としては、正極合剤に用いられる材料を用いることができる。正極合剤も、高温特性などを改善することができるため、遷移金属酸化物のような添加剤を含んでいてもよい。
分散媒としては、水などを用いることができる。
負極芯材としては、繊維状金属ならなるシート、発泡金属多孔体のような三次元金属多孔体発泡金属多孔体、パンチング処理された金属シートなどを用いることができる。

合剤を含むペーストを芯材に塗布する方法および塗布後のペーストを乾燥する方法は、特に限定されない。

工程（i）および工程（ii）において、正極および負極は、正極合剤の幅ａと負極合剤の幅ｂとが、上記式（１）を満たすように作製される。

次に、工程（iii）において、正極と、負極と、それらの間に配置されたセパレータとを含む積層体を、渦巻状に捲回して、捲回型電極群を得る。正極と負極とは、電極群の捲回軸方向において、正極合剤の幅方向の２つの第１端１１ｘおよび第２端１１ｙが、それぞれ対応する負極合剤２１の幅方向の第１端２１ｘおよび第２端２１ｙよりも外側に突出しないように積層される。

セパレータを構成する材料としては、ポリオレフィン、ポリアミドなどの当該分野で公知の材料を用いることができる。

電極群は、捲回軸方向の一方の端面に正極集電部を有し、他方の端面に、負極集電部を有する。正極集電部は、正極芯材に接続された正極集電体を備える。負極集電部は、負極芯材に接続された負極集電体を備える。集電体は、芯材に直接接続されていてもよいし、例えば、金属リードを介して接続されていてもよい。

次に、電極群は、金属製の円筒型電池ケースに収容される。次いで、電池ケース内にアルカリ水溶液等の電解質が添加され、電池ケースが封口体で密封されて、円筒型アルカリ蓄電池が得られる。

負極合剤の負極の長さ方向に平行な第１端部および第２端部が、それぞれ正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有し、前記第１部分の幅Ａと負極合剤の幅ｂが、上記式（２）を満たし、前記第２部分の幅Ｂと負極合剤の幅ｂが上記式（３）を満たす電極群は、例えば、以下のようにして作製することができる。
工程（iii）において、負極合剤の負極の長手方向に平行な第１端部および第２端部がそれぞれ正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有し、かつ第１部分の幅Ａと負極合剤の幅ｂが式（２）を満たし、第２部分の幅Ｂと負極合剤の幅ｂが式（３）を満たすように、正極と負極とセパレータとを積層する。こうして、上記のよう構成を有する電極群を得ることができる。

三次元金属多孔体とそれに充填された正極合剤を有し、三次元金属多孔体の厚さＣと、正極合剤の厚さＤとが上記式（４）を満たし、かつ三次元金属多孔体の負極集電部側の端部に設けられた正極合剤が充填されていない部分が連続的に圧縮されている正極は、例えば、以下のようにして作製することができる。
工程（i）において、三次元金属多孔体の厚さＣと正極合剤の厚さＤが上記式（４）を満たすように、三次元金属多孔体に正極合剤を充填する。このとき、三次元金属多孔体の負極集電部側の端部に、正極合剤が充填されていない部分を設けておく。正極合剤の充填は、正極合剤を含むペーストを、三次元金属多孔体に塗布し、乾燥することにより得ることができる。
次いで、前記正極合剤が充填されていない部分を、正極の幅方向において、三次元金属多孔体の内側から外側に向かって（つまり、図１のＹ方向に向かって）、連続的に圧縮する。
このようにして、上記のような構成の正極を得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。

《実施例１》
（正極の作製）
正極を以下のようにして作製した。
正極活物質である水酸化ニッケル１００重量部と、酸化イッテルビウム１．５重量部と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．１重量部と、キサンタンガム０．１重量部と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）０．３重量部（固形分のみ）と、適量の水とを練合して、正極合剤ペーストを得た。

得られた正極合剤ペーストを、正極芯材である連続する帯状の発泡ニッケル多孔体（幅１２０ｍｍ、厚み０．６ｍｍ、多孔度９８％、平均孔径２００μｍ）に、４４．４ｍｍの塗工幅で、芯材の長手方向に２条塗工した。このとき、正極芯材の長手方向に平行な辺に沿ってそれぞれ約１２．５ｍｍの未塗工部を設け、塗工された２条の合剤ペーストの間に約６．２ｍｍの幅の未塗工部を設けた。正極合剤（固形分のみ）の塗工量は０．０６ｇ／ｃｍ²とした。

この後、塗工部を０．２８ｍｍの厚みとなるように圧延を行い、得られた電極板を所定の幅にスリットして、正極フープを作製した。
得られた正極において、正極合剤の幅ａは、４４．４ｍｍとした。

（負極板の作製）
負極板を、以下のようにして作製した。
高濃度ナトリウム処理をしたＭＭ２３０組成（粒径Ｄ₅₀：２７μｍ）の水素吸蔵合金と、導電剤であるカーボンと、酸化イットリウムと、ＣＭＣと、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、適量の水を加えて錬合して、負極合剤ペーストを調製した。水素吸蔵合金と、カーボンと、酸化イットリウムと、ＣＭＣと、ＳＢＲとの重量比は、１００：０．３：０．７．０．１５：０．７とした。

得られた合剤ペーストを、厚み６０μｍの正極芯材の両面に塗工し、負極リードが接続される芯材部分から、合剤ペーストを除去した。塗工された合剤ペーストを乾燥し、次いで、合剤の合計厚さが０．１９ｍｍとなるように合剤を圧延した。得られた電極板を、４８．８ｍｍの幅に、スリッターにてカットし、負極フープを得た。負極芯材には、パンチング処理されたニッケルめっき鉄箔を用いた。ニッケルめっきの厚みは１μｍとした。
得られた負極において、負極合剤の幅ｂは、４５．８ｍｍとした。

（電極群の作製）
次に、正極と負極とが図１に示されるように配置された電極群を作製した。
正極と、ポリプロピレン製の不織布からなるセパレータと、負極とを積層し、得られた積層体を渦巻状に捲回して、電極群を得た。セパレータの厚みは０．１４ｍｍであり、目付重量は５０ｇ／ｍ²であり、幅は５０ｍｍであった。
このとき、負極合剤の負極の長手方向に平行な第１端部に設けられる正極合剤と対向していない第１部分の幅Ａを０ｍｍとし、負極合剤の負極の長手方向に平行な第２端部に設けられる正極合剤と対向していない第２部分の幅Ｂを１．４ｍｍとした。
得られた電極群を、実施例１の電極群とした。なお、電極群の高さは５１ｍｍであり、群径（捲回軸に垂直な方向の径）は３０．５ｍｍであった。

《実施例２》
第１部分の幅Ａを０．２ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを１．２ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例２の電極群を作製した。

《実施例３》
第１部分の幅Ａを０．４ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを１．０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例３の電極群を作製した。

《実施例４》
第１部分の幅Ａを０．６ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．８ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例４の電極群を作製した。

《実施例５》
第１部分の幅Ａを０．８ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．６ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例５の電極群を作製した。

《実施例６》
第１部分の幅Ａを１．０ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．４ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例６の電極群を作製した。

《実施例７》
第１部分の幅Ａを１．２ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．２ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例７の電極群を作製した。

《実施例８》
第１部分の幅Ａを１．４ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、実施例８の電極群を作製した。

《比較例１》
正極合剤の幅ａを４６．４ｍｍとし、負極合剤の幅ｂを４４．４ｍｍとした。第１部分の幅Ａを−１．０ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを−１．０ｍｍとした。つまり、図２に示されるように、正極合剤の幅ａを負極合剤の幅ｂよりも大きくし、正極合剤の正極の長手方向に平行な２つの端部における負極合剤と対向していない部分の幅Ａ_PおよびＢ_Pをそれぞれ１．０ｍｍとした。
前記以外は、実施例１と同様にして、比較例１の電極群を作製した。

《比較例２》
正極合剤の幅ａを４０．８ｍｍとし、負極合剤の幅ｂを４５．８ｍｍとした。第１部分の幅Ａを２．５ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを２．５ｍｍとした。なお、この場合、差（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂは、満たされない。
前記以外、実施例１と同様にして、比較例２の電極群を作製した。

［評価］
以下のような評価を行った。
実施例１〜８および比較例１〜２の電極群に、それぞれ正極集電体および負極集電体を溶接した。次に、電極群を、金属製の電池ケースに挿入し、水酸化カリウムと水酸化ナトリウムと水酸化リチウムを溶解したアルカリ水溶液からなる比重１．５０の電解質を１９ｇ注液した。この後、電池ケースを封口板で密閉して、Ｄサイズの円筒型ニッケル水素蓄電池を作製した。得られた電池の公称容量は６０００ｍＡｈであった。なお、比較例２の電池の公称容量は５５００ｍＡｈであった。各実施例および比較例につき、５個ずつの電池を作製した。

作製した各電池を、２４時間、常温にて放置した。この後、各電池を活性化充放電に供し、次いで、各電池を、３５℃の環境下で、上限閉回路電圧（ＣＣＶ）１．４２Ｖ、下限ＣＣＶ１．２５Ｖの充放電サイクルに供した。前記充放電サイクルは、１５０回繰り返した。
次に、ＣＣＶが１．４２Ｖとなるまで充電した電池を、電池電圧が０Ｖになるまで液体窒素で冷凍させた。この後、冷凍後の電池に、０．１Ａの電流値で、電圧を印加して、電池がショートする電圧（耐電圧）を求めた。印加電圧は、１００Ｖ、１５０Ｖと、５０Ｖずつ増加させた。印加電圧の上限は５００Ｖとした。

結果を表１に示す。表１には、比（ｂ−ａ）／ｂ、第１部分の幅Ａ、比Ａ／ｂ、第２部分の幅Ｂ、比Ｂ／ｂ、耐電圧、および電池容量も示す。耐電圧は、５つの電池のうち、ショートが生じた最も低い電圧値とした。また、表１には、シンター式の電極を用いて作製した電極群の耐電圧も示す。

正極合剤の幅ａが負極合剤の幅ｂよりも大きい比較例１の電極群では、１５０Ｖの印加電圧で、負極合剤の幅方向の両方の端部付近で、ショートが生じた。ショートが生じた部分の近辺のセパレータには、正極から脱落した正極活物質が付着していた。

一方、負極合剤の幅ｂを正極合剤の幅ａよりも大きくし、かつ第１部分の幅Ａを０．０ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを１．４ｍｍとした実施例１の電極群においては、印加電圧が２５０Ｖとなるまで、ショートは生じなかった。同様に、負極合剤の幅ｂを正極合剤の幅ａよりも大きくし、かつ第１部分の幅Ａを１．４ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．０ｍｍとした実施例８の電極群においても、印加電圧が２５０Ｖとなるまで、ショートは生じなかった。

このように、電極群の捲回軸方向において、正極合剤の幅方向の第１端および第２端が、それぞれ負極合剤の幅方向の第１端および第２端より外側に突出しないことにより、所定の正極合剤部分を内周側と外周側とから挟み込む負極合剤部分が、壁として機能することができる。このため、正極活物質が正極芯材から脱落することを防止することができる。
よって、印加電圧が２５０Ｖとなるまで、ショートが生じなかったと考えられる。

特に、（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂであり、第１部分の幅Ａを０．２〜１．２ｍｍとし、第２部分の幅Ｂを０．２〜１．２ｍｍとした実施例２〜７の電極群は、５００Ｖの印加電圧を加えても、ショートは生じなかった。また、これらの結果は、従来のシンター式の電極を含む電極群と比較しても、実施例２〜７の電極群では、ショートが生じにくいことを示している。

実施例２〜７の電極群においては、電極群の捲回軸方向において、正極合剤の幅方向の２つの端が、負極合剤のそれぞれ対応する２つの端よりも内側に配置されている。このため、正極活物質が正極芯材から脱落することがさらに抑制されたと考えられる。
よって、第１部分の幅Ａと負極合剤の幅ｂは、０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂを満たし、第２部分の幅Ｂと負極合剤の幅ｂは、０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂを満たすことがさらに好ましい。

（ｂ−ａ）＞０．０３０６ｂであり、第１部分の幅Ａおよび第２部分の幅Ｂがそれぞれ２．５ｍｍである比較例２の電極群は、印加電圧が５００Ｖの場合でも、ショートは生じなかった。しかし、比較例２の電極群では、第１部分の幅Ａおよび第２部分の幅Ｂを大きくするために、正極合剤の幅ａを小さくしている。このため、正極活物質の充填量が少なくなり、よって、電池容量が低下していた。つまり、比較例２の電池では、要求される電池容量を確保できない。さらに、比較例２の電池においては、正極合剤と負極合剤との対向面積が小さくなるため、出力特性も低下する。

本発明の円筒型アルカリ蓄電池は、寿命特性および信頼性に優れ、かつ高出力で高容量である。よって、本発明の円筒型アルカリ蓄電池は、例えば、ハイブリッド電気自動車の電源として好適に用いることができる。

本発明の一実施形態に係る円筒型アルカリ蓄電池に含まれる電極群における、正極とセパレータと負極との位置関係を示す部分縦断面図である。 正極合剤の幅ａが負極合剤の幅ｂよりも大きい電極群の部分縦断面図である。

符号の説明

１０ 正極
１１ 正極合剤
１１ｘ 正極合剤の第１端
１１ｙ 正極合剤の第２端
１２ 正極の負極集電部側の正極合剤が配されていない部分
２０ 負極
２１ 負極合剤
２１ｘ 負極合剤の第１端
２１ｙ 負極合剤の第２端
２２ 負極合剤の正極合剤とは対向していない第１部分
２３ 負極合剤の正極合剤とは対向していない第２部分
３０ セパレータ

Claims (7)

1. 帯状正極と、帯状負極と、前記帯状正極と前記帯状負極との間に配置されたセパレータとを含む捲回型電極群、電解質、および前記捲回型電極群と前記電解質を収容する円筒型電池ケースを備え、
   前記帯状正極が、正極芯材と、前記正極芯材に配された正極合剤とを備え、
   前記帯状負極が、負極芯材と、前記負極芯材に配された負極合剤とを備え、
   前記正極合剤の幅ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（１）：
   ０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
   を満たし、
   前記電極群の捲回軸方向において、前記正極合剤の幅方向の第１端および第２端が、それぞれ対応する前記負極合剤の第１端および第２端よりも外側に突出していない、円筒型アルカリ蓄電池。
2. 前記捲回型電極群において、前記帯状正極と前記帯状負極とは、前記負極合剤の前記帯状負極の長手方向に平行な第１端部および第２端部がそれぞれ前記正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有するように、配置されており、
   前記第１部分の幅Ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（２）：
   ０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂ （２）
   を満たし、
   前記第２部分の幅Ｂと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（３）：
   ０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂ （３）
   を満たす、請求項１記載の円筒型アルカリ蓄電池。
3. 前記正極芯材が三次元金属多孔体であり、前記三次元金属多孔体に前記正極合剤が充填されており、前記三次元金属多孔体の厚さＣと前記正極合剤の厚さＤとが、以下の式（４）：
   ０μｍ≦（Ｄ−Ｃ）≦３０μｍ （４）
   を満たし、
   前記電極群の捲回軸方向の２つの端面には、それぞれ正極集電部および負極集電部が設けられており、前記三次元金属多孔体の負極集電部側の端部には、前記正極合剤が充填されていない部分が設けられており、前記正極合剤が充填されていない部分が、連続的に圧縮されている、請求項１または２記載の円筒型アルカリ蓄電池。
4. （i）帯状の正極芯材に、正極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、正極合剤を含む帯状正極を得る工程、
   （ii）帯状の負極芯材に、負極合剤を含むペーストを塗布し、乾燥して、負極合剤を含む帯状負極を得る工程、
   （iii）前記帯状正極と、前記帯状負極と、前記帯状正極と前記帯状負極との間に配置されたセパレータとを含む積層体を、渦巻状に捲回して、捲回型電極群を得る工程、
   （iv）前記捲回型電極群を、円筒型電池ケースに収容する工程、
   （v）前記円筒型電池ケース内に、電解質を添加する工程、および
   （vi）前記円筒型電池ケースを密封して、アルカリ蓄電池を得る工程
   を含み、
   前記帯状正極および前記帯状負極において、前記正極合剤の幅ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（１）：
   ０＜（ｂ−ａ）＜０．０３０６ｂ （１）
   を満たし、
   前記工程（iii）が、前記帯状正極と前記帯状負極と前記セパレータとを、前記電極群の捲回軸方向において、前記正極合剤の幅方向の第１端および第２端が、それぞれ対応する前記負極合剤の第１端および第２端よりも外側に突出しないように積層して、積層体を得る工程を含む、円筒型アルカリ蓄電池の製造方法。
5. 前記工程（iii）が、前記帯状正極と前記帯状負極と前記セパレータとを、前記負極合剤の前記帯状負極の長手方向に平行な第１端部および第２端部がそれぞれ前記正極合剤と対向していない第１部分および第２部分を有するように積層して、積層体を得る工程を含み、
   前記第１部分の幅Ａと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（２）：
   ０．００４３ｂ＜Ａ＜０．０２６３ｂ （２）
   を満たし、
   前記第２部分の幅Ｂと、前記負極合剤の幅ｂとが、以下の式（３）：
   ０．００４３ｂ＜Ｂ＜０．０２６３ｂ （３）
   を満たす、請求項４記載の円筒型アルカリ蓄電池の製造方法。
6. 前記電極群は、その捲回軸方向の２つの端面に、それぞれ正極集電部および負極集電部を有し、
   前記工程（i）が、三次元金属多孔体からなる正極芯材に正極合剤を充填する工程、および前記三次元金属多孔体の負極集電部側に設けられた前記正極合剤が充填されていない部分を、前記帯状正極の幅方向において、前記三次元金属多孔体の内側から外側に向かって、連続的に圧縮する工程を含み、
   前記三次元金属多孔体の厚さＣと前記正極合剤の厚さＤとが、以下の式（４）：
   ０μｍ≦（Ｄ−Ｃ）≦３０μｍ （４）
   を満たす、請求項４または５記載の円筒型アルカリ蓄電池。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の円筒型アルカリ蓄電池を備えるハイブリッド電気自動車。

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