JP2018160345A - Alkali storage battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルカリ蓄電池に関する。 The present invention relates to an alkaline storage battery.
ニッケル水素蓄電池等のアルカリ蓄電池は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリーに用いられている。この種のアルカリ蓄電池は、複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有している。電極としては、金属箔と、金属箔の片面または両面上に配置された活物質層とを有する箔電極が用いられることがある。また、セパレータとしては不織布が使用されており、不織布を構成する繊維同士の隙間に電解液が保持されている。電極は、セパレータからの電解液の供給を迅速に受けることができるように、セパレータに密着して配置されている(例えば、特許文献1)。 Alkaline storage batteries such as nickel-metal hydride storage batteries are used in batteries for vehicles such as forklifts, hybrid cars, and electric cars. This type of alkaline storage battery has an electrode assembly in which a plurality of electrodes are stacked via a separator. As the electrode, a foil electrode having a metal foil and an active material layer disposed on one or both surfaces of the metal foil may be used. Moreover, the nonwoven fabric is used as a separator and electrolyte solution is hold | maintained in the clearance gap between the fibers which comprise a nonwoven fabric. The electrode is disposed in close contact with the separator so that the supply of the electrolytic solution from the separator can be quickly received (for example, Patent Document 1).
アルカリ蓄電池においては、充電中に正極が収縮し、負極が膨張する。このときの正極の収縮量は、負極の膨張量と厳密に同一ではないため、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。また、放電中には、充電中とは逆に、正極が膨張し、負極が収縮する。このときの正極の膨張量は、負極の収縮量と厳密に同一ではないため、充電時と同様に、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。 In alkaline storage batteries, the positive electrode contracts and the negative electrode expands during charging. Since the contraction amount of the positive electrode at this time is not exactly the same as the expansion amount of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies according to the charging rate. In addition, during discharging, the positive electrode expands and the negative electrode contracts, contrary to charging. Since the amount of expansion of the positive electrode at this time is not exactly the same as the amount of contraction of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies according to the charging rate, as in charging.
充放電中に電極間距離が狭くなった場合は、電極同士の間に配置されたセパレータが圧縮され、セパレータ内に保持された電解液が電極組立体の外部へ押し出される。一方、電極間距離が広くなった場合は、電極同士の距離の増大に伴ってセパレータの厚みが復元される。そして、セパレータの厚みの復元に伴って電解液がセパレータ内に吸収される。 When the distance between the electrodes becomes narrow during charging / discharging, the separator disposed between the electrodes is compressed, and the electrolytic solution held in the separator is pushed out of the electrode assembly. On the other hand, when the distance between the electrodes is increased, the thickness of the separator is restored as the distance between the electrodes increases. Then, the electrolytic solution is absorbed into the separator as the thickness of the separator is restored.
このとき、セパレータ外に存在する電解液は、セパレータの周縁部からセパレータ内に吸収され、不織布における繊維同士の間の隙間を通ってセパレータの内側へと移動する。そのため、セパレータ内における周縁部からの距離が比較的大きい部位は、当該距離が比較的小さい部位に比べて、電解液が到達するまでに長い時間を要する。 At this time, the electrolyte existing outside the separator is absorbed into the separator from the peripheral edge of the separator, and moves to the inside of the separator through a gap between fibers in the nonwoven fabric. For this reason, a portion having a relatively large distance from the peripheral edge in the separator requires a longer time for the electrolytic solution to reach than a portion having a relatively small distance.
また、アルカリ蓄電池の充放電中には、電極からガスが発生することがある。このガスが電極間に滞留すると、場合によっては、セパレータ内に局所的に電解液の存在しない部分が生じるおそれもある。 Further, during charging / discharging of the alkaline storage battery, gas may be generated from the electrode. If this gas stays between the electrodes, there is a possibility that a portion where the electrolyte does not exist locally is generated in the separator in some cases.
そして、上述したセパレータ内への電解液の吸収の遅れやガスの滞留が発生すると、電極への電解液の供給が妨げられ、アルカリ蓄電池の内部抵抗の増大や、寿命の短縮などの問題が生じるおそれがある。 When the above-described delay in the absorption of the electrolytic solution into the separator or the retention of gas occurs, the supply of the electrolytic solution to the electrode is hindered, causing problems such as an increase in the internal resistance of the alkaline storage battery and a shortened life. There is a fear.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、電極間へのガスの滞留を抑制するとともに、電極やセパレータへの電解液の供給を円滑に行うことができるアルカリ蓄電池を提供しようとするものである。 This invention is made | formed in view of this background, and it is going to provide the alkaline storage battery which can perform the supply of the electrolyte solution to an electrode or a separator while suppressing the stay of the gas between electrodes. Is.
本発明の一態様は、複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有するアルカリ蓄電池であって、
上記電極は、
金属箔と、
上記金属箔の片面または両面上に配置された活物質層とを備えた電極とを有し、
上記活物質層は、
上記電極組立体の積層方向から視た平面視における上記活物質層の周縁部の少なくとも一部に配置された薄肉領域と、
上記薄肉領域に連なり、上記薄肉領域よりも厚みが厚く、一定の厚みを備えた厚肉領域と、を有しており、
上記薄肉領域は、いずれの位置においても、当該位置における厚みが当該位置よりも上記厚肉領域に近い位置の厚み以下となる形状を有している、アルカリ蓄電池にある。
One aspect of the present invention is an alkaline storage battery having an electrode assembly in which a plurality of electrodes are stacked via a separator,
The electrode is
Metal foil,
Having an active material layer disposed on one or both sides of the metal foil,
The active material layer is
A thin region disposed in at least part of the peripheral edge of the active material layer in a plan view as viewed from the stacking direction of the electrode assembly;
The thin region is connected to the thin region, the thickness is thicker than the thin region, and has a constant thickness.
The thin region is in an alkaline storage battery having a shape in which the thickness at the position is equal to or less than the thickness of the position closer to the thick region than the position at any position.
上記アルカリ蓄電池における電極組立体は、金属箔と、金属箔の片面または両面上に配置された活物質層とを備えた電極を有している。また、活物質層は、その周縁部に配置された薄肉領域と、薄肉領域に連なり、一定の厚みを備えた厚肉領域とを有している。この電極とセパレータとを交互に積層することにより、セパレータにおける薄肉領域上に配置された部分の空隙率を、厚肉領域上に配置された部分の空隙率よりも高くすることができる。また、場合によっては、セパレータを薄肉領域から離隔して配置し、セパレータと薄肉領域との間に隙間を形成することも期待できる。 The electrode assembly in the alkaline storage battery includes an electrode including a metal foil and an active material layer disposed on one or both surfaces of the metal foil. In addition, the active material layer has a thin region disposed at the peripheral portion thereof, and a thick region having a constant thickness that is connected to the thin region. By alternately laminating the electrodes and the separator, the porosity of the portion disposed on the thin region in the separator can be made higher than the porosity of the portion disposed on the thick region. Further, in some cases, it can be expected that the separator is disposed apart from the thin region and a gap is formed between the separator and the thin region.
そして、上述したセパレータの空隙率が高い部分や、セパレータと薄肉領域との間の隙間は、薄肉領域上、即ち、活物質層の周縁部と対面する位置に形成されている。そのため、これらの部分が電解液やガスの通り道となって、セパレータの外部から内部への電解液の吸収や、電極から発生したガスのセパレータ外への排出を円滑かつ迅速に行うことができる。 And the part with the high porosity of the separator mentioned above, and the clearance gap between a separator and a thin area | region are formed in the position which faces the peripheral part of a thin area | region, ie, an active material layer. Therefore, these portions serve as passages for the electrolytic solution and gas, and the electrolytic solution can be absorbed from the outside to the inside of the separator and the gas generated from the electrode can be discharged out of the separator smoothly and quickly.
以上の結果、上記アルカリ蓄電池によれば、電極間へのガスの滞留を抑制するとともに、電極やセパレータへの電解液の供給を円滑に行うことができる。 As a result, according to the alkaline storage battery, it is possible to suppress the stagnation of gas between the electrodes and to smoothly supply the electrolytic solution to the electrodes and the separator.
上記アルカリ蓄電池における電極組立体は、活物質層としての正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して対面した単セルを1つ以上備えていれば、どのような態様の電極を採用してもよい。例えば、電極として、金属箔上に正極活物質層が配置された正極と、金属箔上に負極活物質層が配置された負極と有していてもよい。この場合には、正極と負極とを積層方向に交互に配置することにより、セパレータを介して正極活物質層と負極活物質層とを対面させることができる。 The electrode assembly in the alkaline storage battery employs any form of electrode as long as it has at least one single cell in which a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer as active material layers face each other with a separator interposed therebetween. May be. For example, the electrode may have a positive electrode in which a positive electrode active material layer is disposed on a metal foil and a negative electrode in which a negative electrode active material layer is disposed on a metal foil. In this case, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer can be opposed to each other via the separator by arranging the positive electrode and the negative electrode alternately in the stacking direction.
また、電極組立体は、電極として、電極組立体の積層方向における両端に配置された終端電極と、終端電極同士の間に配置されたバイポーラ電極とを有しており、バイポーラ電極は、活物質層として、金属箔の表側面上に配置された正極活物質層と、裏側面上に配置された負極活物質層とを有していてもよい。この場合には、セパレータを介して複数枚のバイポーラ電極を積層するという単純な構成により、正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して対面した単セルを直列に接続することができる。その結果、アルカリ蓄電池の起電力をより高くすることができる。 The electrode assembly includes, as electrodes, termination electrodes disposed at both ends in the stacking direction of the electrode assembly, and bipolar electrodes disposed between the termination electrodes. The bipolar electrode is an active material. As a layer, you may have the positive electrode active material layer arrange | positioned on the front side surface of metal foil, and the negative electrode active material layer arrange | positioned on the back side surface. In this case, the single cell in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via the separator can be connected in series with a simple configuration in which a plurality of bipolar electrodes are stacked via the separator. . As a result, the electromotive force of the alkaline storage battery can be further increased.
また、バイポーラ電極を用いる場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて、電極の総数に対する単セルの数を増やすことができる。それ故、電極の総数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて単セルの数を多くすることができる。また、単セルの数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて電極の総数を少なくし、積層方向におけるアルカリ蓄電池の寸法をより小さくすることができる。 In addition, when bipolar electrodes are used, the number of single cells can be increased with respect to the total number of electrodes, compared with the case where unipolar electrodes are used. Therefore, when the total number of electrodes is the same, the number of single cells can be increased as compared with the case where unipolar electrodes are used. In addition, when the number of single cells is the same, the total number of electrodes can be reduced and the size of the alkaline storage battery in the stacking direction can be reduced compared to the case where unipolar electrodes are used.
電極の金属箔としては、例えば、ニッケル箔等のアルカリ蓄電池用として公知の金属箔を採用することができる。金属箔の厚みは、例えば5〜100μmの範囲から適宜設定することができる。 As the metal foil of the electrode, for example, a metal foil known for alkaline storage batteries such as nickel foil can be employed. The thickness of metal foil can be suitably set, for example from the range of 5-100 micrometers.
金属箔の片面または両面上には、活物質層が配置されている。活物質層は、例えば水酸化ニッケルや水素吸蔵合金等の活物質と、活物質同士を結着させるバインダとを含んでいる。また、活物質層は、必要に応じて導電助剤等の添加剤を含んでいてもよい。 An active material layer is disposed on one or both sides of the metal foil. The active material layer includes, for example, an active material such as nickel hydroxide or a hydrogen storage alloy, and a binder that binds the active materials to each other. Moreover, the active material layer may contain additives, such as a conductive support agent, as needed.
活物質層は、比較的厚みの薄い薄肉領域と、薄肉領域よりも厚みの厚い厚肉領域とを有している。薄肉領域は、電極組立体の積層方向から視た平面視における活物質層の周縁部の一部に配置されていてもよく、周縁部の全周に亘って配置されていてもよい。薄肉領域が活物質層の周縁部の少なくとも一部に配置されていれば、薄肉領域上に配置されたセパレータの空隙率を高くすることができる。その結果、電解液の吸収やガスの排出を円滑かつ迅速に行うことができる。これらの作用効果をより効果的に得る観点からは、薄肉領域は、上記積層方向から視た平面視における、活物質層の周縁部の全周に亘って配置されていることが好ましい。 The active material layer has a thin area having a relatively small thickness and a thick area having a thickness larger than that of the thin area. The thin region may be disposed at a part of the peripheral edge of the active material layer in a plan view as viewed from the stacking direction of the electrode assembly, or may be disposed over the entire periphery of the peripheral edge. If the thin region is disposed at least at a part of the peripheral portion of the active material layer, the porosity of the separator disposed on the thin region can be increased. As a result, the electrolyte can be absorbed and the gas can be discharged smoothly and quickly. From the viewpoint of more effectively obtaining these functions and effects, the thin-walled region is preferably disposed over the entire periphery of the peripheral portion of the active material layer in a plan view viewed from the stacking direction.
薄肉領域の形成には、例えば、以下の方法を採用することができる。即ち、活物質とバインダとを含むスラリーを金属箔上に塗布した後、スラリーを乾燥させて活物質層を形成する。この活物質層の周縁部に切削加工を施して周縁部の厚みを中央部よりも薄くすることにより、薄肉領域と厚肉領域とを形成することができる。 For example, the following method can be employed to form the thin region. That is, after applying a slurry containing an active material and a binder onto a metal foil, the slurry is dried to form an active material layer. A thin region and a thick region can be formed by cutting the peripheral portion of the active material layer to make the peripheral portion thinner than the central portion.
また、金属箔上にスラリーを塗布する際にスラリーの塗布量や塗布速度を変更することにより、スラリーの周縁部の塗布厚を中央部よりも薄くする。その後、スラリーを乾燥させることにより、薄肉領域と厚肉領域とを形成することができる。 In addition, when the slurry is applied onto the metal foil, the coating thickness and the coating speed of the slurry are changed to make the coating thickness of the peripheral edge of the slurry thinner than the central portion. Then, a thin area | region and a thick area | region can be formed by drying a slurry.
薄肉領域は、いずれの位置においても、当該位置における厚みが当該位置よりも上記厚肉領域に近い位置の厚み以下となる形状を有している。例えば、薄肉領域は、一定の厚みを有していてもよい。このような形状の薄肉領域は、例えば、金属箔上に一定の厚みの活物質層を配置した後、活物質層の周縁部を削り取って厚みを減少させるなどの方法により形成することができる。 The thin region has a shape in which the thickness at the position is equal to or less than the thickness of the position closer to the thick region than the position at any position. For example, the thin region may have a certain thickness. Such a thin-walled region can be formed by, for example, a method in which an active material layer having a certain thickness is disposed on a metal foil, and then the peripheral portion of the active material layer is scraped to reduce the thickness.
また、薄肉領域は、厚肉領域から離れるほど厚みが薄くなっているテーパ状を呈していてもよい。このような形状の薄肉領域は、例えば、金属箔上に厚みを変更しながら活物質層を配置することにより形成することができる。それ故、この場合には、一定の厚みの薄肉領域を形成する場合に比べて、簡素な工程で薄肉領域を形成することができる。 Moreover, the thin area | region may exhibit the taper shape which thickness becomes thin, so that it leaves | separates from a thick area | region. Such a thin region can be formed by, for example, disposing an active material layer on a metal foil while changing the thickness. Therefore, in this case, the thin region can be formed by a simple process as compared with the case where the thin region having a constant thickness is formed.
また、薄肉領域は、互いに厚みの異なる複数の平坦部と、平坦部同士を接続する段部とを備えた階段状を呈していてもよい。このような形状の薄肉領域は、厚みが一定の場合と同様に、金属箔上に一定の厚みの活物質層を配置した後、活物質層の周縁部を削り取って厚みを階段状に減少させるなどの方法により形成することができる。 Moreover, the thin area | region may exhibit the step shape provided with the several flat part from which thickness differs mutually, and the step part which connects flat parts. In the thin-walled region having such a shape, the active material layer having a certain thickness is disposed on the metal foil, and then the peripheral portion of the active material layer is scraped to reduce the thickness in a stepped manner, as in the case where the thickness is constant. Or the like.
上記平面視における活物質層の全幅を100%としたときに、薄肉領域の幅、即ち、活物質層の端縁から薄肉領域と厚肉領域との境界までの距離は、活物質層の全幅の2.5〜5%とすることができる。ここで、活物質層の全幅とは、測定の対象となる薄肉領域を備えた活物質層の端縁から、当該端縁の反対側の端縁までの距離をいう。例えば、上記平面視において活物質層が長方形状を呈しており、その短辺に沿って薄肉領域が設けられている場合には、活物質層の長辺の長さが活物質層の全幅となる。 When the total width of the active material layer in the plan view is 100%, the width of the thin region, that is, the distance from the edge of the active material layer to the boundary between the thin region and the thick region is the total width of the active material layer. Of 2.5 to 5%. Here, the total width of the active material layer refers to the distance from the edge of the active material layer having a thin region to be measured to the edge opposite to the edge. For example, when the active material layer has a rectangular shape in plan view and a thin region is provided along the short side, the length of the long side of the active material layer is the total width of the active material layer. Become.
薄肉領域の幅を活物質層の全幅の2.5%以上とすることにより、薄肉領域上に形成される、セパレータの空隙率が高い部分や、セパレータと薄肉領域との間の隙間の幅を十分に広くすることができる。これにより、上述した電解液の吸収やガスの排出をより円滑かつ迅速に行うことができる。 By setting the width of the thin area to 2.5% or more of the total width of the active material layer, the width of the gap between the separator and the thin area formed on the thin area is increased. Can be wide enough. Thereby, absorption of the electrolyte solution mentioned above and discharge of gas can be performed more smoothly and rapidly.
また、薄肉領域の幅を活物質層の全幅の5%以下とすることにより、薄肉領域の幅が過度に広がり、厚肉領域の割合が相対的に小さくなることを回避することができる。それ故、この場合には、上述した電解液の吸収やガスの排出を円滑かつ迅速に行う作用効果を確保しつつ、厚肉領域の減少による電池容量の低下を回避することができる。 Further, by setting the width of the thin region to 5% or less of the total width of the active material layer, it is possible to avoid the width of the thin region being excessively widened and the proportion of the thick region being relatively small. Therefore, in this case, it is possible to avoid a decrease in battery capacity due to a reduction in the thick region while ensuring the above-described effect of smoothly and quickly absorbing the electrolyte and discharging the gas.
厚肉領域は、薄肉領域に連なっており、一定の厚みを有している。ここで、厚肉領域の厚みが一定である状態とは、厚肉領域に周囲よりも突出した突起等が存在していない状態をいい、製造上のバラツキ等に起因して発生する若干の厚みの変動は許容される。厚肉領域の厚みは、例えば、30〜150μmの範囲から適宜設定することができる。また、製造上のバラツキ等による厚肉領域の厚みの変動は、厚みの平均値を100%としたときに、95〜105%の範囲内であればよい。 The thick region is continuous with the thin region and has a certain thickness. Here, the state where the thickness of the thick region is constant means a state where there are no protrusions or the like protruding from the surroundings in the thick region, and a slight thickness generated due to manufacturing variations or the like. Variations are acceptable. The thickness of the thick region can be appropriately set from a range of 30 to 150 μm, for example. Further, the variation in the thickness of the thick region due to manufacturing variations or the like may be in the range of 95 to 105% when the average thickness is 100%.
厚肉領域の厚みが上記特定の範囲を超える場合や上記特定の範囲を下回る場合には、電極間距離の変動が大きくなり、電極反応にムラが発生するおそれがある。その結果、アルカリ蓄電池の電池容量の低下を招くおそれがある。 When the thickness of the thick region exceeds the specific range or falls below the specific range, the variation in the interelectrode distance increases, and the electrode reaction may be uneven. As a result, the battery capacity of the alkaline storage battery may be reduced.
(実施例1)
上記アルカリ蓄電池の実施例について、図を用いて説明する。図1に示すように、アルカリ蓄電池1は、複数の電極2(21、22、23)がセパレータ3を介して積層された電極組立体11を有している。電極2は、金属箔24と、金属箔24の片面または両面上に配置された活物質層25(25p、25n)とを有している。活物質層25は、電極組立体11の積層方向から視た平面視における、活物質層25の周縁部の少なくとも一部に配置された薄肉領域251(251p、251n)と、薄肉領域251に連なり、薄肉領域251よりも厚みが厚く、一定の厚みを備えた厚肉領域252(252p、252n)とを有している。また、薄肉領域251は、いずれの位置においても、当該位置における厚みが当該位置よりも厚肉領域252に近い位置の厚み以下となる形状を有している。
Example 1
Examples of the alkaline storage battery will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
本例の電極組立体11は、電極2として、積層方向の両端に配置された終端電極21、23と、終端電極21と終端電極23との間に配置された複数のバイポーラ電極22とを有している。バイポーラ電極22は、集電体としての金属箔24と、活物質層25としての正極活物質層25pと負極活物質層25nとを有している。正極活物質層25pは金属箔24の表側面上に配置されており、負極活物質層25nは金属箔24の裏側面上に配置されている。
The
図3に示すように、バイポーラ電極22の金属箔24は、電極組立体11の積層方向から視た平面視において長方形状を呈している。正極活物質層25pは、金属箔24の周縁部241よりも内側に配置されており、上記平面視において長方形状を呈している。本例の正極活物質層25pは長辺150mm、短辺100mmの長方形状を呈している。
As shown in FIG. 3, the
図1〜図3に示すように、正極活物質層25pは、薄肉領域251pと、薄肉領域251pよりも厚みが厚い厚肉領域252pとを有している。薄肉領域251pは、電極組立体11の積層方向から視た平面視における、正極活物質層25pの周縁部の全周に亘って配置されている。また、厚肉領域252pは、上記平面視における薄肉領域251pの内側に配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the positive electrode
本例の厚肉領域252pの厚みは90μmである。また、図1及び図2に示すように、本例の薄肉領域251pは、厚肉領域252pから離れるほど厚みが薄くなっているテーパ状を呈している。
The thickness of the
上記平面視における、正極活物質層25pの短辺253pに沿って配置された薄肉領域251pの幅wps(図3参照)は、正極活物質層25pの長辺254pの長さの2.5〜5%の範囲から適宜設定することができる。また、上記平面視における正極活物質層25pの長辺254pに沿って配置された薄肉領域251pの幅wplは、正極活物質層25pの短辺253pの長さの2.5〜5%の範囲から適宜設定することができる。
The width w ps (see FIG. 3) of the
図4に示すように、負極活物質層25nは、上記平面視において金属箔24の周縁部241よりも内側に配置されている。また、負極活物質層25nは、図3及び図4に示すように、上記平面視において正極活物質層25pよりも大きな長方形状を呈している。具体的には、本例の負極活物質層25nは、長辺152mm、短辺102mmの長方形状を呈している。
As shown in FIG. 4, the negative electrode
図1、図2及び図4に示すように、負極活物質層25nは、薄肉領域251nと、薄肉領域251nよりも厚みが厚い厚肉領域252nとを有している。薄肉領域251nは、電極組立体11の積層方向から視た平面視における、負極活物質層25nの周縁部の全周に亘って配置されている。また、厚肉領域252nは、上記平面視における薄肉領域251nの内側に配置されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the negative electrode
本例の厚肉領域252nの厚みは80μmである。また、図1及び図2に示すように、薄肉領域251nの厚みは、厚肉領域252nから離れるほど薄くなっている。
The thickness of the
上記平面視における、負極活物質層25nの短辺253nに沿って配置された薄肉領域251nの幅wns(図4参照)は、負極活物質層25nの長辺254nの長さの2.5〜5%の範囲から適宜設定することができる。また、上記平面視における負極活物質層25nの長辺254nに沿って配置された薄肉領域251nの幅wnlは、負極活物質層25nの短辺253nの長さの2.5〜5%の範囲から適宜設定することができる。
The width w ns (see FIG. 4) of the
図には示さないが、2つの終端電極21、23のうち一方の終端電極21は、負極活物質層25nを有しない以外は、バイポーラ電極22と同様の構成を有している。また、他方の終端電極23は、正極活物質層25pを有しない以外は、バイポーラ電極22と同様の構成を有している。
Although not shown in the drawing, one of the two
図1に示すように、終端電極21、23及びバイポーラ電極22は、正極活物質層25pと負極活物質層25nとが積層方向に交互に並ぶように配置されている。また、正極活物質層25pの厚肉領域252pは、セパレータ3を介して負極活物質層25nの厚肉領域252nに対面している。このように、本例の電極組立体11は、隣り合う金属箔24の間に、セパレータ3と、当該セパレータ3に面した正極活物質層25p及び負極活物質層25nとからなる単セルを有している。そして、単セル同士は、集電体としての金属箔24を介して電気的に直列に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
本例のセパレータ3は、ポリオレフィン系樹脂の繊維からなる不織布である。セパレータ3は、負極活物質層25nよりも大きな長方形状を呈しており、図1及び図2に示すように、正極活物質層25pの厚肉領域252pと負極活物質層25nの厚肉領域252nとの間に挟持されている。図2に示すように、セパレータ3における、各活物質層25の薄肉領域251上に配置された部分31は、厚肉領域252同士の間に挟持された部分32に比べて空隙率が高くなっている。また、本例においては、セパレータ3における、薄肉領域251上に配置された部分31が薄肉領域251から離隔しており、セパレータ3と薄肉領域251との間に隙間が形成されている。
The
図1に示すように、電極組立体11の側周面は、シール部12により覆われている。また、シール部12には、バイポーラ電極22における金属箔24の周縁部241、及び、終端電極21における金属箔24の周縁部241が保持されている。
As shown in FIG. 1, the side peripheral surface of the
電極組立体11の積層方向における両端には、金属製の拘束部材13が配置されている。拘束部材13は、保持板(図示略)により、終端電極21、23の金属箔24に当接した状態で保持されている。本例のアルカリ蓄電池1においては、拘束部材13を介して電極組立体11と外部回路とを電気的に接続することができる。
本例のアルカリ蓄電池1の作用効果を説明する。図1に示すように、アルカリ蓄電池1における電極組立体11は、金属箔24と、金属箔24の片面または両面上に配置された活物質層25とを備えた電極2を有している。また、活物質層25は、その周縁部に配置された薄肉領域251と、薄肉領域251に連なり、一定の厚みを備えた厚肉領域252とを有している。そのため、電極2とセパレータ3とを交互に積層することにより、図2に示すように、セパレータ3における薄肉領域251上に配置された部分31の空隙率を、厚肉領域252上に配置された部分32の空隙率よりも高くすることができる。さらに、本例のように、セパレータ3を薄肉領域251から離隔して配置し、セパレータ3と薄肉領域251との間に隙間を形成することができる。
The effect of the
上述したセパレータ3の空隙率が高い部分31や、セパレータ3と薄肉領域251との間の隙間は、薄肉領域251上、即ち、活物質層25の周縁部と対面する位置に形成されている。そのため、これらの部分が電解液やガスの通り道となって、セパレータ3の外部から内部への電解液の吸収や、電極2から発生したガスのセパレータ3外への排出を円滑かつ迅速に行うことができる。
The
以上の結果、アルカリ蓄電池1によれば、電極2間へのガスの滞留を抑制するとともに、電極2やセパレータ3への電解液の供給を円滑に行うことができる。
As a result, according to the
また、本例の電極組立体11は、電極2として、電極組立体11の積層方向における両端に配置された終端電極21、23と、終端電極21と終端電極23との間に配置されたバイポーラ電極22とを有しており、バイポーラ電極22は、金属箔24の表側面上に配置された正極活物質層25pと、裏側面上に配置された負極活物質層25nとを有している。そのため、セパレータ3を介して複数枚のバイポーラ電極22を積層するという単純な構成により、正極活物質層25pと負極活物質層25nとがセパレータ3を介して対面した単セルを直列に接続することができる。その結果、アルカリ蓄電池1の起電力をより高くすることができる。
In addition, the
また、バイポーラ電極22を用いることにより、単極性の電極を用いる場合に比べて、電極の総数に対する単セルの数を増やすことができる。それ故、電極の総数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて単セルの数を多くすることができる。また、単セルの数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて電極の総数を少なくし、積層方向におけるアルカリ蓄電池1の寸法をより小さくすることができる。
Further, by using the
また、各活物質層25における短辺253(253p、253n)に沿って配置された薄肉領域251の幅は、平面視における活物質層25の全幅、即ち活物質層25の長辺254(254p、254n)の2.5〜5%である。同様に、各活物質層25における長辺254に沿って配置された薄肉領域251の幅は、活物質層25の短辺253の2.5〜5%である。そのため、電解液の吸収やガスの排出を円滑かつ迅速に行う作用効果を確保しつつ、厚肉領域252の減少による電池容量の低下を回避することができる。
Further, the width of the
また、本例の薄肉領域251の厚みは、厚肉領域252から離れるほど薄くなっている。そのため、一定の厚みの薄肉領域251を形成する場合に比べて、簡素な工程で薄肉領域251を形成することができる。
In addition, the thickness of the
(実施例2)
本例は、厚みが一定である薄肉領域255を備えた電極2の例である。なお、本実施例以降において使用する符号のうち、既出の実施例において使用した符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同一の構成要素等を示す。
(Example 2)
This example is an example of the
本例の電極2は、金属箔24と、金属箔24の表側面上に配置された正極活物質層25pと、金属箔24の裏側面上に配置された負極活物質層25nとを備えたバイポーラ電極26として構成されている。正極活物質層25pは、電極組立体11の積層方向から視た平面視における全周に亘って設けられた薄肉領域255pと、薄肉領域255pの内側に配置された厚肉領域252pとを有している。負極活物質層25nも、正極活物質層25pと同様に、上記平面視における全周に亘って設けられた薄肉領域255nと、薄肉領域255nの内側に配置された厚肉領域252nとを有している。
The
図5に示すように、本例の薄肉領域255(255p、255n)は、厚肉領域252よりも厚みが薄くなっており、一定の厚みを有している。その他は実施例1と同様である。
As shown in FIG. 5, the thin region 255 (255p, 255n) of this example is thinner than the
(実施例3)
本例は、階段状に厚みが薄くなっている薄肉領域256を備えた電極2の例である。
(Example 3)
This example is an example of the
本例の電極2は、金属箔24と、金属箔24の表側面上に配置された正極活物質層25pと、金属箔24の裏側面上に配置された負極活物質層25nとを備えたバイポーラ電極27として構成されている。正極活物質層25pは、電極組立体11の積層方向から視た平面視における全周に亘って設けられた薄肉領域256pと、薄肉領域256pの内側に配置された厚肉領域252pとを有している。負極活物質層25nも、正極活物質層25pと同様に、上記平面視における全周に亘って設けられた薄肉領域256nと、薄肉領域256nの内側に配置された厚肉領域252nとを有している。
The
図6に示すように、本例の薄肉領域256(256p、256n)は、互いに厚みの異なる複数の平坦部257(257a、257b)と、平坦部257同士を接続する段部258とを備えた階段状を呈している。より具体的には、本例の薄肉領域は、活物質層25の周縁部に配置された第1の平坦部257aと、第1の平坦部257aと厚肉領域252(252p、252n)との間に配置された第2の平坦部257bとの2つの平坦部257を有している。
As shown in FIG. 6, the thin region 256 (256p, 256n) of this example includes a plurality of flat portions 257 (257a, 257b) having different thicknesses and a
第1の平坦部257aの厚みは、当該平坦部257aよりも厚肉領域252に近い第2の平坦部257bの厚みよりも薄くなっている。また、第1の平坦部257aと第2の平坦部257bとの間には段部258が配置されており、段部258を介して平坦部257同士が接続されている。その他は実施例1と同様である。
The thickness of the first
実施例1〜3に示したように、薄肉領域の形状は、種々の態様を採り得る。例えば、実施例1の薄肉領域251(図2参照)のようにテーパ状を呈していてもよいし、実施例2の薄肉領域255(図5参照)のように厚みが一定になっていてもよい。また、本例の薄肉領域256(図6参照)のように階段状を呈していてもよい。これらの薄肉領域251、255、256は、いずれの位置においても、当該位置における厚みが当該位置よりも厚肉領域に近い位置の厚み以下とある形状を有しているため、薄肉領域251上のセパレータ3の空隙率を高くし、電解液の吸収やガスの排出を円滑かつ迅速に行うことができる。
As shown in Examples 1 to 3, the shape of the thin region can take various forms. For example, it may be tapered like the thin region 251 (see FIG. 2) of the first embodiment, or may be constant like the thin region 255 (see FIG. 5) of the second embodiment. Good. Moreover, you may exhibit step shape like the thin area | region 256 (refer FIG. 6) of this example. These
本発明に係るアルカリ蓄電池1の具体的な態様は、上述した実施例に示した態様に限定されるものではなく、その趣旨を損なわない範囲で適宜変更することができる。例えば、実施例1においては、終端電極21とバイポーラ電極22とを備えたアルカリ蓄電池1の例を示したが、バイポーラ電極22に代えて単極性の電極2を使用することもできる。この場合、例えば、金属箔24の両面に正極活物質層25pを備えた正極と、金属箔24の両面に負極活物質層25nを備えた負極とを、セパレータ3を介して交互に積層すればよい。
The specific aspect of the
また、実施例1〜3には、活物質層25の周縁部の全周に亘って薄肉領域251、255、256を形成した例を示したが、薄肉領域251、255、256は、活物質層25の周縁部の少なくとも一部に形成されていればよい。例えば、長方形状を呈する活物質層25の場合には、いずれか1つの辺に沿って薄肉領域251、255、256を形成してもよいし、2つあるいは3つの辺に沿って薄肉領域251、255、256を形成してもよい。
Moreover, although Example 1-3 showed the example which formed the
1 アルカリ蓄電池
11 電極組立体
2、21、22、23、26、27 電極
24 金属箔
25 活物質層
251、255、256 薄肉領域
252 厚肉領域
3 セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記電極は、
金属箔と、
上記金属箔の片面または両面上に配置された活物質層とを備えた電極とを有し、
上記活物質層は、
上記電極組立体の積層方向から視た平面視における上記活物質層の周縁部の少なくとも一部に配置された薄肉領域と、
上記薄肉領域に連なり、上記薄肉領域よりも厚みが厚く、一定の厚みを備えた厚肉領域と、を有しており、
上記薄肉領域は、いずれの位置においても、当該位置における厚みが当該位置よりも上記厚肉領域に近い位置の厚み以下となる形状を有している、
アルカリ蓄電池。 An alkaline storage battery having an electrode assembly in which a plurality of electrodes are stacked via a separator,
The electrode is
Metal foil,
Having an active material layer disposed on one or both sides of the metal foil,
The active material layer is
A thin region disposed in at least part of the peripheral edge of the active material layer in a plan view as viewed from the stacking direction of the electrode assembly;
The thin region is connected to the thin region, the thickness is thicker than the thin region, and has a constant thickness.
The thin region has a shape in which the thickness at the position is equal to or less than the thickness of the position closer to the thick region than the position at any position.
Alkaline storage battery.
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