JP2015008093A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケース内における電極体のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らすこと。
【解決手段】電極板２３は、正極金属板２４Ａの内、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、負極金属板２６Ａの内、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦとを対向させて巻回される。このため、正極活物質２４Ｂが正極金属板２４Ａの全体に塗布され、負極活物質２６Ｂが負極金属板２６Ａの全体に塗布されている構成に比べて、電極の使用量を抑制することができる。
【選択図】図５

Description

電池の内部構造の技術に関する。

近年、コストが安い電池のニーズが増加している。そこで、例えば、電池ケースの内部に、正極板と、負極板と、電解液を含浸したセパレータとからなる電極群を備える電池において、電極群を電池ケースの軸方向に短くして、電池ケースの余った空間に充填材を封入した電池が開発されている。これにより、電池の軸方向の全長に亘って電極群を形成する場合と比較して電極の使用量が少なくなり、電池のコストが低減されているとともに、充填材により、電池ケース内における電極群のガタつきが抑制されている（特許文献１）。

ドイツ特許出願ＤＥ ２００ １６ ２３１ Ｕ１

ところで、上記従来技術では、電極群を電池ケースの軸方向に短くし、電池ケース内の余った空間に充填材を封入しているが、上記従来技術とは異なる構成により、電極の使用量を減らすことが求められている。

本明細書では、電池ケース等のケース内における電極群のガタつきを抑えつつ、ケースの収容空間に対する電極の使用量を減らすことが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示される電池は、内部に収容空間を有するケースと、前記ケースの収容空間に配置され、活物質を含む合材と基材とを備える複数の電極板、およびセパレータを有する電極体とを備え、前記電極板の内、少なくとも１つは前記基材に前記合材が形成された合材形成部と、前記合材が形成されていない合材非形成部とを有し、少なくとも前記合材非形成部と、前記ケースの内壁とが当接している。

上記電池では、電池ケース等のケース内における電極体のガタつきを抑えつつ、ケースの収容空間に対する電極の使用量を減らすことが可能となる。

一実施形態の電池の縦断面を表した斜視図 電池を示す縦断面図 電池の分解斜視図 活物質が塗布された金属板の平面図 活物質が塗布された金属板の斜視図 他の実施形態で活物質が塗布された金属板の平面図

（実施形態の概要）
本明細書によって開示される電池は、内部に収容空間を有するケースと、前記ケースの収容空間に配置され、活物質を含む合材と基材とを備える複数の電極板、およびセパレータを有する電極体とを備え、前記電極板のうち、少なくとも１つは前記基材に前記合材が形成された合材形成部と、前記合材が形成されていない合材非形成部とを有し、少なくとも前記合材非形成部と、前記ケースの内壁とが当接している。

この電池によれば、複数の電極板の少なくとも１つは、合材形成部と合材非形成部とを有する構成であるため、合材非形成部を有しない構成に比べて、活物質を塗布する量、即ち電極の使用量を減らすことができる。また、基材を短くしつつ電極板を形成する構成に比べて、ケース内における電極体のガタつきを抑えることができる。

上記電池は、前記複数の電極体は、前記電極体の両端に一対の前記合材非形成部をそれぞれ有し、当該一対の前記合材非形成部の間に前記合材形成部を有していてもよい。

この電池によれば、電極体の両端に合材形成部を有する構成に比べて、一方向における合材形成部の幅、換言すれば電極として機能する領域の幅の製造誤差を抑制することができる。

上記電池は、前記複数の電極板は、正極板および負極板から構成され、前記セパレータは、前記正極板および前記負極板の間に配され、前記正極板および負極板のいずれにも、前記合材形成部と前記合材非形成部とを有していてもよい。

この電池によれば、正極版および負極板のいずれにも、合材非形成部が形成されている構成であるため、合材非形成部が形成されていない構成に比べて、活物質を塗布する量をさらに減らすことができる。

上記電池は、前記基材は、多孔体であってもよい。

この電池によれば、基材に多孔体を用いることで、基材に多孔体でない金属板を用いる構成に比べて、電極体のガタツキを抑えながら、電池の軽量化を達成することができる。

上記電池では、前記複数の電極板のうち、一の前記電極板が、水酸化ニッケルを前記活物質とし、前記複数の電極板のうち、他の前記電極板が、水素吸蔵合金を前記活物質としてもよい。

＜一実施形態＞
一実施形態の電池１０について、図１〜図５を参照しつつ説明する。電池１０は、ニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池である。電池１０は、例えば単３形（ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）では、「Ｒ６」、米国では、「ＡＡ」）の容量が１８００ｍＡｈ以下、又は単４形（ＩＥＣでは、「Ｒ０３」，米国では、「ＡＡＡ」）の容量が６５０ｍＡｈ以下の低容量タイプである。以下の説明では、図１の紙面手前側を電池１０の前側（前）とし、紙面右側を電池１０の右側（右）とし、紙面上側を電池１０の上側（上）とする。

電池１０は、図１に示すように、電池ケース１１と、電極体２３とから構成されている。電池ケース１１は、金属製で、一方向に長い形状である。この電池ケース１１は、ケースの一例であり、電池ケース本体１２と、蓋部１５とから構成され、内部に収容空間Ｓを有する。なお、一方向は、図１では上下方向であり、電池ケース１１の長手方向であり、蓋部１５と後述する閉塞部１４との対向する方向である。

電池ケース本体１２は、表面がニッケルめっきされており、後述する負極板２６を電気的に接続させることで電池１０の負極端子となる。電池ケース本体１２は、上下方向における一端が開口し、他端が閉塞した形状を有し、具体的には、筒状部１３と閉塞部１４とを備える。

筒状部１３は、上下方向に長い円筒状の形状であって、上下方向から見た内周面の形状は、上下方向に沿った中心軸Ｗを通る内径Ｒが一定である真円形状となっている。筒状部１３内は、後述する電極体２３を収容可能な収容空間Ｓである。

筒状部１３の一方向における一端、図１では上端には、筒状部１３の内部に連通する開口部１２Ａが形成されている。筒状部１３の一方向における他端、図１では上端は、閉塞部１４により閉塞されている。閉塞部１４は、円形状の板材状をなし、筒状部１３と一体に形成されている。

蓋部１５は、後述する正極板２４に弾性を有する接続端子２１を介して電気的に接続されており、電池１０の正極端子となる。蓋部１５は、蓋本体１６、弾性体１８、及び、端子板１９を備える。蓋本体１６は、円形状の平板であり、例えばニッケルめっきを施した鉄材等の導電性を有する物質からなり、正極板２４に接続端子２１を介して電気的に接続されている。蓋本体１６の中央部には貫通孔１７が形成されている。

弾性体１８は、貫通孔１７を塞ぐように蓋本体１６の上面、即ち、閉塞部１４に対向する面とは反対の面上に配置されている。弾性体１８は、例えばゴム等の材質からなり、外力に応じて弾性変形する。端子板１９は、弾性体１８を覆う導電性の板である。

具体的には、端子板１９は、弾性体１８を、下方、即ち蓋本体１６に押し付けた状態で蓋本体１６と電気的に接続されている。端子板１９には、電池ケース１１内のガスを放出するための排出孔２０が設けられている。例えば電池ケース１１の内圧が上昇し、弾性体１８が貫通孔１７から所定値以上の圧力を受けると、弾性体１８が弾性変形して電池ケース１１内と排出孔２０とが連通し、電池ケース１１内のガスが排出孔２０から電池１０の外部に排出される。

電池ケース本体１２の開口部１２Ａと蓋部１５との間には、弾性変形可能な絶縁体２２が挟まれてシールされている。この絶縁体２２により、電池ケース本体１２と蓋部１５とが絶縁されている。

電極体２３は、電池ケース１１の収容空間Ｓに収容されている。電極体２３は、正極板２４、負極板２６、及びそれらの間に配置される電解液を含んだセパレータ２５が、上下方向に沿った巻き軸を中心に渦巻状に巻回されている。なお、巻き軸は、上述した中心軸Ｗに一致していても一致していなくてもよい。ただし、以下、説明の都合上、巻き軸は、中心軸Ｗに一致するものとする。

なお、上述した筒状部１３の内径Ｒは、電極体２３の外径Ｌ（図２の左右方向の外径寸法）と略等しい。これにより、電極体２３は、筒状部１３の内側面Ｋ（内壁の一例）と当接している。筒状部１３の内側面Ｋとは、電池ケース１１の内面のうち上下方向に沿った面である。

セパレータ２５は、例えばポリオレフィン製の不織布からなる。セパレータ２５には、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを主成分とする電解液が含浸されている。セパレータ２５は、電極体２３の内、筒状部１３の内側面Ｋと対向する面には配されておらず、当該筒状部１３の内側面Ｋと対向する面には、後述する負極板２６が配されている。

正極板２４（一の電極板の一例）は、正極金属板２４Ａ（基材の一例）に正極活物質２４Ｂ（活物質の一例）を塗布したものである。正極金属板２４Ａは、パンチングメタルやメッシュ体などの多孔体であり、例えば発泡ニッケルである。正極金属板２４Ａに多孔体を用いることで、当該多孔体を用いない構成に比べて、正極板２４の軽量化を図ることができる。正極活物質２４Ｂは、正極水酸化ニッケル活物質及び導電材のコバルト化合物の混合物である。正極板２４は、正極金属板２４Ａの中空内に、正極活物質２４Ｂを塗布したものである。

なお、電池１０がニッケル・カドミウム蓄電池の場合、正極活物質２４Ｂは、例えば水酸化ニッケルであり、電池１０がニッケル・水素蓄電池の場合、正極活物質２４Ｂは、例えば水酸化カルシウムを添加した水酸化ニッケルである。

負極板２６（他の電極板の一例）は、負極金属板２６Ａ（基材の一例）に負極活物質２６Ｂ（活物質の一例）を塗布したものである。負極金属板２６Ａは、パンチングメタルやメッシュ体などの多孔体であり、例えばニッケルめっきを施した平板状の穿孔鋼板である。負極金属板２６Ａに多孔体を用いることで、当該多孔体を用いない構成に比べて、負極板２６の軽量化を図ることができる。負極活物質２６Ｂは、例えばカドミウム粉末や水素吸蔵合金の粉末である。負極板２６は、負極金属板２６Ａ上に、負極活物質２６Ｂを塗布したものである。

なお、ニッケル・カドミウム蓄電池の場合、負極活物質２６Ｂは、例えば酸化カドミウム粉末と金属カドミウム粉末との混合物であり、ニッケル・水素蓄電池の場合、負極活物質２６Ｂは、例えば、主にＡＢ５型（希土類−Ｎｉ系）、ＡＢ３．０−３．８型（希土類−Ｍｇ−Ｎｉ系）又はＡＢ２型（Ｌａｖｅｓ相）の水素吸蔵合金の粉末である。

また、図３に示すように、電極体２３の上下方向における上部には、正極活物質２４Ｂも負極活物質２６Ｂも塗布されていない、領域ＮＦ１（合材非形成部の一例）が、電極体２３の巻回方向の全長に亘って存在する。また、電極体２３の上下方向における下部には、正極活物質２４Ｂも負極活物質２６Ｂも塗布されていない、領域ＮＦ２（合材非形成部の一例）が、電極体２３の巻回方向の全長に亘って存在する。なお、領域ＮＦ１と領域ＮＦ２とは、上下方向の長さが同じである。

電極体２３の上下方向における中央部分、即ち領域ＮＦ１と領域ＮＦ２とに挟まれた部分に、負極活物質２６Ｂが塗布された合材である領域ＴＦ（合材形成部の一例）がある。なお、図６で詳述するように、電極体２３を巻回する方向の全長に亘って、領域ＴＦに対向して、正極活物質２４Ｂが塗布された合材である領域ＴＳ（合材形成部の一例）が存在する。

図４は、電極体２３を巻き解いた展開図である。なお、図４の上下方向は、図３の上下方向と同じであり、図４の左右方向は、図３の左右方向と同じである。つまり、図４は、電極体２３を図３の左右方向へ巻き解いて展開した図である。

図４に示す通り、正極金属板２４Ａの上下方向における上部には、正極活物質２４Ｂが塗布されていない、領域ＮＳ１（合材非形成部の一例）が、正極金属板２４Ａの左右方向、即ち正極金属板２４Ａの巻回方向の全長に亘って存在する。正極金属板２４Ａの上下方向における下部には、正極活物質２４Ｂが塗布されていない、領域ＮＳ２（合材非形成部の一例）が、正極金属板２４Ａの左右方向に存在する。なお、領域ＮＳ１と領域ＮＳ２とは、上下方向の長さが同じである。

正極金属板２４Ａの上下方向における中央部分、即ち領域ＮＳ１と領域ＮＳ２とに挟まれた部分に、正極活物質２４Ｂが塗布された領域ＴＳが、正極金属板２４Ａの左右方向に存在する。なお、上述したように、正極金属板２４Ａの巻回方向の全長に亘って、領域ＴＳに対向して、負極活物質２６Ｂが塗布された領域ＴＳが存在する。

図５に示す通り、電極体２３が製造される場合、正極金属板２４Ａの内、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、負極金属板２６Ａの内、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦとを対向させて巻回される。正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳは、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦと対向しているため、当該領域ＴＳと領域ＴＦとの間では電気化学反応により電流が発生する。

正極活物質２４Ｂが塗布されていない領域ＮＳ１および領域ＮＳ２は、導電性を有する正極金属板２４Ａであるため、領域ＴＳで発生した電流は、正極金属板２４Ａを通して流れる。同様に、負極活物質２６Ｂが塗布されていない領域ＮＦ１および領域ＮＦ２は、導電性を有する負極金属板２６Ａであるため、領域ＴＦで発生した電流は、負極金属板２６Ａを通して流れる。

これによって、活物質が金属板の全体に塗布されている構成に比べて、電極の使用量を抑制することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、正極金属板２４Ａには、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、正極活物質２４Ｂが塗布されていない領域ＮＳ１および領域ＮＳ２とが存在する。

また、負極金属板２６Ａには、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦと、負極活物質２６Ｂが塗布されていない領域ＮＦ１および領域ＮＦ２とが存在する。

電極板２３は、正極金属板２４Ａの内、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、負極金属板２６Ａの内、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦとを対向させて巻回される。このため、正極活物質２４Ｂが正極金属板２４Ａの全体に塗布され、負極活物質２６Ｂが負極金属板２６Ａの全体に塗布されている構成に比べて、電極の使用量を抑制することができる。

さらに、正極活物質２４Ｂが正極金属板２４Ａの一部に塗布され、負極活物質２６Ｂが負極金属板２６Ａの一部に塗布される構成である。このため、正極金属板２４Ａや負極金属板２６Ａの上下方向における長さを短くする構成に比べて、電池ケース１１内における電極体２３のガタつきを抑えることができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

上記実施形態では、電極体２３は、正極板２４、負極板２６及びセパレータ２５が中心軸Ｗを中心に、反時計回りに巻回された円筒形状とされた例を挙げた。しかしこれに限らず、電極体２３は、例えば、共に平板状の正極板２４、負極板２６及びセパレータ２５が重なることで全体として角形とされるものでもよい。

上記実施形態では、正極活物質２４Ｂは、正極金属板２４Ａの左右方向、全体に亘って、かつ、正極金属板２４Ａの上下方向の中央部分に塗布されている例を挙げた。しかしこれに限らず、正極活物質２４Ｂは、正極金属板２４Ａの左右方向の一部のみに塗布されてもよい。また、正極金属板２４Ａの上下方向の中央部分でなく、正極金属板２４Ａの上側のみ、または下側のみ、または上下両方に塗布されてもよい。なお、負極活物質２６Ｂについても同様に、負極金属板２６Ａの上下方向の中央部分でなく、負極金属板２６Ａの上側のみ、または下側のみ、または上下両方に塗布されてもよい。

上記実施形態では、正極金属板２４Ａには、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、正極活物質２４Ｂが塗布されていない領域ＮＳ１および領域ＮＳ２とが存在する構成であり、負極金属板２６Ａには、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦと、負極活物質２６Ｂが塗布されていない領域ＮＦ１および領域ＮＦ２とが存在する構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、例えば、正極金属板２４Ａには、正極活物質２４Ｂが塗布されている領域ＴＳと、正極活物質２４Ｂが塗布されていない領域ＮＳ１および領域ＮＳ２とが存在し、負極金属板２６Ａには、負極活物質２６Ｂが塗布されている領域ＴＦしか存在しない構成、またはその逆の構成でもよい。

また、図６に示すように、領域ＮＳ１に対して領域ＮＦ１は上下方向に狭く、領域ＮＳ２に対して領域ＮＦ２が上下方向に狭く、領域ＴＳに対して領域ＴＦが上下方向に広い構成、またはその逆の構成でもよい。一方向の端に領域ＴＳや領域ＴＦなどの塗布部分を有する構成では、電池１０の製造段階で、活物質を塗布する位置に対して金属板が相対的にずれると、巻回軸の方向における塗布部分の幅が増減してしまう。このため、電池１０の容量が増減してしまう。したがって、上述した構成にすることで、電極として機能する領域の幅の製造誤差を抑制することができる。

上記実施形態では、筒状部１３は、円筒形状である例を挙げた。しかしこれに限らず、筒状部１３は、角形であってもよい。

上記実施形態では、領域ＮＦ１と領域ＮＦ２とは、上下方向の長さが同じである構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、領域ＮＦ１と領域ＮＦ２とは、上下方向の長さが異なっていてもよい。また、上記実施形態では、領域ＮＳ１と領域ＮＳ２とは、上下方向の長さが同じである構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、領域ＮＳ１と領域ＮＳ２とは、上下方向の長さが異なっていてもよい。

上記実施形態では、正極金属板２４Ａおよび負極金属板２６Ａは、パンチングメタルやメッシュ体などの多孔体である例を挙げた。しかしこれに限らず、正極金属板２４Ａや負極金属板２６Ａは、多孔体でない金属板でもよい。

１０：電池 １１：電池ケース １２：電池ケース本体 １２Ａ：開口部 １３：筒状部 ２３：電極体 ２４：正極板 ２５：セパレータ ２６：負極板 Ｓ：収容空間

Claims (5)

1. 内部に収容空間を有するケースと、
   前記ケースの収容空間に配置され、活物質を含む合材と基材とを備える複数の電極板、およびセパレータを有する電極体とを備え、
   前記複数の電極板のうち、少なくとも１つは前記基材に合材が形成された合材形成部と合材が形成されていない合材非形成部とを有し、少なくとも前記合材非形成部と、前記ケースの内壁とが当接している電池。
2. 前記複数の電極体は、前記電極体の両端に一対の前記合材非形成部をそれぞれ有し、当該一対の前記合材非形成部の間に前記合材形成部を有する、請求項１に記載の電池。
3. 前記複数の電極板は、正極板および負極板から構成され、
   前記セパレータは、前記正極板および前記負極板の間に配され、
   前記正極板および負極板のいずれにも、前記合材形成部と前記合材非形成部とを有する、請求項１または請求項２に記載の電池。
4. 前記基材は、多孔体である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池。
5. 前記複数の電極板のうち、一の前記電極板が、水酸化ニッケルを前記活物質とし、
   前記複数の電極板のうち、他の前記電極板が、水素吸蔵合金を前記活物質とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池。

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