JP2011154813A

JP2011154813A - アルカリ蓄電池

Info

Publication number: JP2011154813A
Application number: JP2010014313A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kikuchi; 哲也菊池
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】注液後の搬送などによる振動が加えられても、アルカリ電解液の飛散によるアルカリ電解液の染み出しを防止し、外観不良を低減することができるアルカリ蓄電池を提供する。
【解決手段】本発明のアルカリ蓄電池は、絶縁リングとして、渦巻電極群の直径よりも大きな外径を有すると共に、２箇所以上で外装缶の内面と接触する多角形状または楕円形状であり、且つ、アルカリ電解液を保持することが可能な部材からなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池に関する。

近年、大電流を必要とする電動工具等の駆動用電源として、ニッケル−カドミウム蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池が広く用いられるようになった。アルカリ蓄電池は、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ電解液を使用する密閉型蓄電池のことである。

上述したようにアルカリ蓄電池は、アルカリ電解液を使用しているため、アルカリ電解液が外装缶内面をクリーピング現象で這い上がり外装缶と封口体の隙間から染み出すことがある。アルカリ電解液が電池外に染み出すと乾燥後に生じる結晶化したアルカリ塩により電池の外観不良を生じるという問題が起こる。また、市場において、このようなアルカリ蓄電池が出回ると、結晶化したアルカリ塩が人体と接触する可能性がある。
この対策として、外装缶と封口体は樹脂製ガスケットを介してカシメ固定されているので、樹脂製ガスケットの材質変更や樹脂製ガスケットに撥水剤を塗布したり、電池の気密性を向上させるため、カシメによる樹脂性ガスケットの圧縮量の適正化などが行われている。
しかし、いずれの対策においても、アルカリ電解液が外装缶の環状溝より上に付着した場合、上述したクリーピング現象を防ぐことは困難である。
ここで、アルカリ電解液が外装缶の環状溝より上に付着するという状況は、例えば、アルカリ電解液を注液後、次工程まで仕掛品を搬送する時に、搬送による振動により、電極群内部までに浸透されず電極群上部に存在するアルカリ電解液が飛散する際に生じる。

ところで、近年、アルカリ蓄電池のサイクル寿命特性、自己放電特性などに関して、高性能化への要求が高まっている。このような要求を満たすべく、アルカリ蓄電池内に十分な電解液を保持すべく、電極群の一端側に、アルカリ電解液保持能を有する絶縁部材を配置させることが特許文献１（特開２００３−３４６８９４号公報）にて提案されている。

特開２００３−３４６８９４号公報

しかしながら、特許文献１にて提案されているようなアルカリ電解液保持能を有する絶縁部材を電極群の一端側に配置しただけでは、上述した搬送による振動のアルカリ電解液の飛散に起因するクリーピング現象による染み出しという問題を防止することはできない。

本発明は、上記問題を解決し、特に、注液後の搬送などによる振動が加えられても、アルカリ電解液の飛散によるアルカリ電解液の染み出しを防止し、外観不良を低減することができるアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池は、
開口部を有する有底円筒状で、その開口部近傍に内方に突出する環状溝を有する外装缶と、
前記環状溝上に絶縁ガスケットを介して配置され、前記外装缶の開口部を閉塞する封口体と、
正極及び負極の間にセパレータを介してこれらを渦巻状に捲回してなり、その上端面に板状集電板が溶接された渦巻電極群と、
前記渦巻電極群と共に前記外装缶に収納されるアルカリ電解液と、
前記外装缶の環状溝と前記渦巻電極群上面の板状集電板との間に配された絶縁リングとを備えたアルカリ蓄電池であって、
前記絶縁リングは、前記渦巻電極群の直径よりも大きな外径を有すると共に、２箇所以上で前記外装缶の内面と接触する多角形状または楕円形状であり、且つ、前記アルカリ電解液を保持することが可能な部材からなることを特徴とする。

本発明のアルカリ蓄電池においては、渦巻電極群の一端面に渦巻電極群の直径より大きな外径を有する絶縁リングを配置し、かつ２箇所以上で外装缶内面と接触している。
通常、電池製造時において、外装缶内に電解液を注入した直後では、渦巻電極群にまだ吸収されていないアルカリ電解液が渦巻電極群の上部に溜まった状態になり、この状態で次工程に電池外装缶を搬送すると、その搬送時の振動によって、特に、外装缶の内面近傍に存在する電解液が飛散して、外装缶の開口部近傍の環状溝よりも上に付着するという問題がある。したがって、この飛散によるアルカリ電解液の付着を防止するためには、渦巻電極群の上面に絶縁リングを配して、絶縁リングを外装缶の内面に接触させるようにして、渦巻電極群の上方において絶縁リングと外装缶との間の隙間を塞ぐようにすることが望まれる。しかしながら、絶縁リングと外装缶内面の間の隙間を全て塞ぐと、電解液の注液時のアルカリ電解液の電極群への浸透を阻害することになるので、少なくとも２箇所以上で外装缶内面と接触するようにして、外装缶内面近傍における電解液の飛散を防止すると同時に、電解液の浸透を阻害しないようにすることができる。
外装缶内面に2箇所以上接触するために、絶縁リングの形状としては、多角形状または楕円形状が適している。特に6箇所以上のような多くの接触箇所を有するには、多角形状が好ましい。さらに絶縁リングの形状が８角形状であれば、より好ましい。

また、従来の絶縁リングは表面が平滑でアルカリ電解液を保持しない樹脂で形成されている。これに対して、本発明では、絶縁リングは、アルカリ電解液を保持することが可能な部材で形成されているので、注液後の余分な電解液を絶縁リングが保持することにより、搬送時における電解液の飛散をさらに低減することができる。
以上のことから、本発明の構成により、アルカリ電解液によるクリーピング現象による染み出しを防止することができる。

なお、本発明の絶縁リングの部材としては、アルカリ電解液を良好に保持するために、不織布であることが好ましい。

本発明のアルカリ蓄電池においては、注液後の搬送などによる振動が加えられても、アルカリ電解液の飛散によるアルカリ電解液の染み出しを防止し、外観不良を低減することができるアルカリ蓄電池を提供することが可能となる。

本発明のアルカリ蓄電池を模式的に示す断面図である。実施例１における電極群と外装缶と絶縁リングとの関係を示す模式図である。実施例２における電極群と外装缶と絶縁リングとの関係を示す模式図である。実施例３における電極群と外装缶と絶縁リングとの関係を示す模式図である。比較例１における電極群と外装缶と絶縁リングとの関係を示す模式図である。比較例２における電極群と外装缶と絶縁リングとの関係を示す模式図である。

ついで、本発明のアルカリ蓄電池の一実施の形態を図１に基づいて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
１．負極の作製
カドミウム負極１１は、パンチングメタルからなる極板芯体１１aの両面に酸化カドミウムを主体とする活物質と導電剤と結着剤とからなる負極活物質ペーストを塗布し、乾燥後、所定の厚みになるまで圧延された後、所定の寸法になるように切断されて作製されている。なお、作製後のカドミウム負極１１の下端部には極板芯体１１ａが露出していて、後に、この露出した極板芯体１１ａに負極集電体１１ｂが溶接されることとなる。

２．正極の作製
ニッケル正極１２は、パンチングメタル１２ａの表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質を前記焼結多孔体内に充填した後、所定の厚みになるまで圧延された後、所定の寸法になるように切断されて作製されている。なお、作製後のニッケル正極板１２の上端部にはパンチングメタル１２ａが露出していて、後に、この露出したパンチングメタル１２ａに正極集電体１２ｂが溶接されることとなる。

３．セパレータの作製
ナイロン製不織布を所定の寸法になるように切断してセパレータ１３を作製した。

４．渦巻電極群の作製
これらのカドミウム負極１１とニッケル正極１２との間に、ナイロン製不織布からなるセパレータ１３を介在させて重ね合わせ、渦巻状に巻回することにより、直径２０ｍｍの渦巻電極群１８となされている。この場合、カドミウム負極１１の露出した極板芯体１１ａがセパレータ１３の下端部より突出し、ニッケル正極１２の露出した極板芯体１２ａがセパレータ１３の上端部より突出するように積層して配置した後、渦巻状に巻回するようになされている。なお、渦巻電極群の中心部には、巻芯軸が除去されて形成された空間部を備えている。

５．密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池の作製
ついで、上述のようにして作製された渦巻電極群の下部に延出する極板芯体１１ａに負極集電体１１ｂを抵抗溶接するとともに、渦巻電極群の上部に延出する極板芯体１２ａに正極集電体１２ｂを抵抗溶接して渦巻電極体をそれぞれ作製した。

ついで、鉄にニッケルメッキを施した有底円筒形の金属製外装缶１５内に渦巻電極体を挿入した後、負極集電体１１ｂと金属外装缶１５の底部をスポット溶接した。

この後、渦巻電極体の上端面に絶縁リング１４ａを挿入した。絶縁リング１４ａは、目付１６０ｇ／m²、厚さ０．５ｍｍ、長径２１ｍｍの８角形で内径が１７ｍｍのポリプロピレン製不織布を用いた。この８角形の絶縁リングの各頂点（８点）はそれぞれ外装缶内面と接触している。ついで、外装缶１５の上部外周面に溝入れ加工を施して、絶縁リング１４ａの上端部に環状溝部１５ａを形成した。この後、正極キャップ１７ｂと蓋体１７ａとからなる封口体１７を用意し、正極集電体１２ｂに設けられたリード部１２ｃを蓋体底部１７ｃに接触させて、蓋体底部１７ｃとリード部１２ｃとを溶接し、金属製外装缶１５内に電解液（濃度が３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を５．０５ｇ注液した。さらに、封口体１７を絶縁ガスケット１６を介して外装缶１５の環状溝部１５ａに載置するとともに、外装缶１５の先端部を封口体側にカシメて封口して、公称容量が１９００ｍＡｈのニッケル−カドミウム蓄電池１０を作製した。このニッケル−カドミウム蓄電池をＡ１とする。
図２に実施例１の渦巻電極群１８と外装缶１５と絶縁リング１４ａの関係を表す模式図を示す。

（実施例２）
絶縁リング１４ｂとして、目付１６０ｇ／m²、厚さ０．５ｍｍ、長径２１ｍｍの６角形で内径が１７ｍｍのポリプロピレン製不織布を用いること以外は、実施例１と同様にしてニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。このニッケル−カドミウム蓄電池をＡ２とする。なお、この6角形の絶縁リングの各頂点（6点）はそれぞれ外装缶内面と接触している。
図３に実施例２の渦巻電極群１８と外装缶１５と絶縁リング１４ｂの関係を表す模式図を示す。

（実施例３）
絶縁リング１４ｃとして、目付１６０ｇ／m²、厚さ０．５ｍｍ、長径２１ｍｍの楕円形状で内径が１７ｍｍのポリプロピレン製不織布を用いること以外は、実施例１と同様にしてニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。このニッケル−カドミウム蓄電池をＡ３とする。なお、この楕円形状の絶縁リングは２箇所で外装缶内面と接触している。
図４に実施例３の渦巻電極群１８と外装缶１５と絶縁リング１４ｃの関係を表す模式図を示す。

（比較例１）
絶縁リング１４ｄとして、目付１６０ｇ／m²、厚さ０．５ｍｍ、長径１９ｍｍの８角形で内径が１６ｍｍのポリプロピレン製不織布を用いること以外は、実施例１と同様にしてニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。このニッケル−カドミウム蓄電池をＸ１とする。なお、この８角形の絶縁リングの各頂点（８点）はいずれも外装缶内面と接触していない。
図５に比較例１の渦巻電極群１８と外装缶１５と絶縁リング１４ｄの関係を表す模式図を示す。

（比較例２）
絶縁リング１４ｅとして、厚さ０．５ｍｍ、長径２１ｍｍの８角形で内径が１７ｍｍのポリプロピレン板を用いること、アルカリ電解液の注液量を５．００ｇとする以外は、実施例１と同様にしてニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。このニッケル−カドミウム蓄電池をＸ２とする。なお、この８角形の絶縁リングの各頂点（８点）はそれぞれ外装缶内面と接触している。また、電解液量が他実施例より少ないのは、比較例２の絶縁リングが、電解液を吸収保持することができないポリプロピレン板のためである。
図６に比較例２の渦巻電極群１８と外装缶１５と絶縁リング１４ｅの関係を表す模式図を示す。

５．染み出し発生率
ついで、上記各ニッケル−カドミウム蓄電池Ａ１〜Ａ３，Ｘ１，Ｘ２の作製工程において、アルカリ電解液注液開始直後から９０秒後に、仕掛品を１５ｃｍの高さから３回落下させた後、外装缶開口部に絶縁ガスケットを介して封口体をカシメて密閉し、各電池を完成させた。これらの各電池を室温で１４日間放置した後、電池外にアルカリ電解液が染み出していないかを目視した。

各電池１００個を実験した結果を表１に示す。

上記表１の結果から明らかなように、絶縁リングにポリプロピレン不織布を用いた電池Ａ１〜Ａ３、Ｘ１を対比すると、絶縁リングと外装缶内面との接触箇所が増加するに伴い、アルカリ電解液の染み出し発生率は低減している。
これは、絶縁リングが外装缶内面と接触することにより、外装缶内面近傍からのアルカリ電解液の飛散が抑えられ、外装缶の環状溝より上にアルカリ電解液が付着するのを抑制できたからであると考えられる。なお、電池Ｘ１は絶縁リングの外径が渦巻電極群の直径よりも小さく、外装缶内面と接触していないため、外装缶内面近傍の飛散を防止することができず、染み出し抑制の効果はないと考えられる。

また、電池Ａ１と電池Ｘ２を対比すると、明らかに絶縁リングに不織布を用いた電池Ａ１のほうが染み出し発生率が低いことが判る。
これは、電池Ｘ２の絶縁リングの材質がアルカリ電解液を保持することができないポリプロピレン板のため、アルカリ電解液注液直後に電極群内に浸透できない余剰の電解液が電極群端面と絶縁リングの隙間に存在することになる。このため、この電解液が落下による衝撃で、外装缶の環状溝の上部に飛散し、クリーピング現象により電池外に染み出したと考えられる。

なお、本実施例では、絶縁リングとして不織布を用いたが、アルカリ電解液を保持することができる材質としては、例えば、ウレタン、メラミンなど合成樹脂を発泡形成して作られるスポンジやポリアクリル酸ナトリウムなど吸水性ポリマーをポリプロピレンなど基材となる樹脂に担持させたものが挙げられる。

以上の結果から、染み出し発生率を抑制するためには、絶縁リングの外径は、渦巻電極群の直径よりも大きいこと、かつ、外装缶内面に２箇所以上で接触している多角形または楕円形であること、さらに絶縁リングの材質として、アルカリ電解液を保持することができる部材であることが必要であることが判る。

なお、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−カドミウム蓄電池以外のアルカリ蓄電池、例えば、ニッケル−水素蓄電池に適用しても同様の効果が得られることは明らかである。

１０…アルカリ蓄電池、１１…カドミウム負極、１１ａ…極板芯体、１１ｂ…負極集電体、１２…ニッケル正極、１２ａ…極板芯体、１２ｂ…正極集電体、１２ｃ…リード部、１３…セパレータ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ…絶縁リング、１５…金属製外装缶、１５ａ…環状溝部、１６…絶縁ガスケット、１７…封口体、１７ａ…蓋体、１７ｂ…正極キャップ、１７ｃ…蓋体底部、１８…渦巻電極群

Claims

開口部を有する有底円筒状で、その開口部近傍に内方に突出する環状溝を有する外装缶と、
前記環状溝上に絶縁ガスケットを介して配置され、前記外装缶の開口部を閉塞する封口体と、
正極及び負極の間にセパレータを介してこれらを渦巻状に捲回してなり、その上端面に板状集電板が溶接された渦巻電極群と、
前記渦巻電極群と共に前記外装缶に収納されるアルカリ電解液と、
前記外装缶の環状溝と前記渦巻電極群上面の板状集電板との間に配された絶縁リングとを備えたアルカリ蓄電池であって、
前記絶縁リングは、前記渦巻電極群の直径よりも大きな外径を有すると共に、２箇所以上で前記外装缶の内面と接触する多角形状または楕円形状であり、且つ、前記アルカリ電解液を保持することが可能な部材からなることを特徴とするアルカリ蓄電池。
前記絶縁リングが不織布であることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
前記絶縁リングの形状が８角形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ蓄電池。