JP2019117690A - 集電体及びこの集電体を備えている二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも安全性が高い二次電池を得ることができる集電体及びこの集電体を備えている二次電池を提供する。【解決手段】本発明の正極集電体２８は、セパレータ１０を介して重ね合わされた正極６及び負極８が渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔９を含んでいる円柱形状をしている電極群４に接合されており、電極群４の中心貫通孔９と対向する対向領域８０に、中心貫通孔９の延びる方向に沿う方向に貫かれている第１半円貫通孔８６及び第２半円貫通孔８８と、これら第１半円貫通孔８６及び第２半円貫通孔８８を除いた部分により形成されており、中心貫通孔９の延びる方向と交差する方向に延びる交差部８４とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、集電体及びこの集電体を備えている二次電池に関する。

二次電池においては、用途が拡大し、高率で充放電が行えるタイプの電池が開発されている。このような電池としては、例えば、以下に示すような密閉型のアルカリ二次電池が知られている。

密閉型のアルカリ二次電池は、電極群が有底円筒形状の外装缶にアルカリ電解液とともに収容され、外装缶の開口部が正極端子を含む封口体で密閉されることにより形成される。

上記した電極群の製造の手順としては、まず、正極及び負極を準備する。正極は、正極活物質、正極添加剤、樹脂製の結着剤等を含む正極合剤が正極基材に保持されて形成される。負極は、負極活物質、負極添加剤、樹脂製の結着剤等を含む負極合剤が負極芯体に保持されて形成される。準備された正極及び負極は、樹脂製のセパレータを間に挟んだ状態で重ね合わせられ、巻芯に巻き付けられて渦巻き状に巻回される。その後、当該巻芯は引き抜かれる。これにより、中心部分に中心貫通孔が形成されており、全体としてほぼ円柱形状である電極群が得られる。ここで、正極及び負極は、巻回作業に際し、互いに、電極群の軸線に沿う方向に僅かにずれた状態となるように配置されるとともに、これら正極及び負極の間には、所定サイズのセパレータが所定位置に配置される。そして、この状態で、正極、セパレータ及び負極は巻回される。その結果、電極群の一端面側から正極の端縁部が渦巻き状に突出し、電極群の他端面側から負極の端縁部が渦巻き状に突出する。

突出した正極端縁部には、金属製の板材で形成された正極集電体が溶接される。一方、突出した負極端縁部には、金属製の板材で形成された負極集電体が溶接される。これにより、正極は正極集電体と広い範囲で電気的に接続され、負極は負極集電体と広い範囲で電気的に接続されるので、集電効率が高められる。その結果、上記したような集電体を備えた電池においては高率での充放電が可能となる。

ここで、電池の組立の際に、外装缶内にアルカリ電解液を注入する注入工程がある。この注入工程において、アルカリ電解液が正極集電体上に溜まることを避け、電極群にアルカリ電解液がスムーズに行き渡るようにするために、正極集電体には、一般的に孔が設けられている。正極集電体に設けられる孔の主なものとしては、電極群の中心貫通孔と対向する部分に設けられている貫通孔（以下、集電体中央貫通孔という）が挙げられる。

集電体を備えた電池においては、更に高率での充放電特性を向上させるべく、電池の内部抵抗をより低くするために、集電リードを採用することが行われている。このような集電リードと集電体とを含む電池としては、例えば、特許文献１に示すような、電池が一般的に知られている。

ここで、集電リードの態様について、より具体的に説明する。かかる集電リードとしては、断面形状が矩形状あるいは長円形状である金属製の筒状体が用いられる。このような集電リードは、正極集電体と、正極端子を含む封口体との間に配設され、周壁の部分が、正極集電体及び封口体にそれぞれ溶接されている。ここで、筒状体の周壁のうち、正極集電体に溶接されている部分を底壁、封口体に溶接されている部分を頂壁、底壁と頂壁との間に延びている部分を側壁とする。これら底壁と頂壁との間の距離をなるべく短くする、つまり、側壁における、電池の軸線に沿った方向の長さをなるべく短くすることにより、電池の内部における通電経路を短縮することができる。その結果、電池の内部抵抗はより低くなる。

ところで、密閉型のアルカリ二次電池においては、正極と負極とを誤って充電してしまった場合（誤充電）、過充電してしまった場合、外部短絡させてしまった場合、誤って火中に投下してしまった場合などに、電池内にガスが異常発生して電池内の圧力が上昇してしまい、それにともない外装缶が変形して電池が破裂するおそれがある。そこで、このような電池の破裂を防止するために、密閉型のアルカリ二次電池においては、電池内で発生したガスの圧力が一定の値を超えた場合に開弁してガスを外部に放出する安全弁が設けられている。

このような安全弁は、通常、封口体に配設されている。ここで、安全弁を有する封口体の構造は、例えば、以下の通りである。

封口体は、通気孔を有する封口板であって、外装缶の開口に嵌め合わされる封口板と、この通気孔を塞ぐように配置された弁体と、この弁体を収容する正極端子を備えている。

封口板は、外装缶の開口部に合致する金属製の円板である。通気孔は、封口板の中央部分に設けられている。

正極端子は、例えば、一方の端部が開口し、他方の端部が閉塞した円筒状の部材であり、詳しくは、円筒状の周壁と、この周壁の一方端に位置付けられた開口と、この開口の周縁に設けられたフランジと、前記開口の反対側の他方端に位置付けられた端壁と、を有している。なお、この正極端子の周壁にはガス抜き孔が設けられている。

上記した弁体は、弾性材料、例えば、ゴム系材料により形成されており、その形状は、例えば、円柱状である。

この弁体は、正極端子の内部に収容され、正極端子の端壁と、上記した封口板との間で圧縮された状態にあり、所定の圧力まで通気孔の開口端を閉塞し、電池の密閉性を保つ。

ここで、正極端子は、上記のように弁体を収容した状態で、封口板に溶接される。詳しくは、正極端子のフランジが封口板に、例えば、抵抗スポット溶接される。

上記した弁体は、電池内にガスが異常発生し、電池内のガスの圧力が上昇して、所定の圧力を超えると、そのガスの圧力により弁体が弾性変形し、封口板の通気孔を開く。これにより、電池内のガスは通気孔及び正極端子のガス抜き孔を介して外部に放出され、電池の破裂は防止される。その後、電池内のガスの圧力の低下にともない弁体は元の形状に戻り封口板の通気孔を閉塞し、電池は再度密閉状態となる。

ところで、上記したような集電リードは、頂壁が封口体の封口板に溶接される。この頂壁においては、封口板の通気孔と重なる部分に頂壁貫通孔が設けられている。これにより、弁体が封口板の通気孔を開いた時に、当該通気孔を通るガスの流れを阻害しないようにしている。

また、上記したような集電リードは、底壁が正極集電体に溶接される。この底壁においては、正極集電体の集電体中央貫通孔と重なる部分に底壁貫通孔が設けられている。この底壁貫通孔は、電解液が底壁上に溜まることを避け、電解液が電極群にスムーズに行き渡るようにするために設けられている。なお、底壁貫通孔と、頂壁貫通孔とは、同軸線上に位置する態様となる。

特開２００１−１４３６８４号公報

ところで、密閉型のアルカリ二次電池を、誤充電してしまった場合、過充電してしまった場合、外部短絡させてしまった場合、誤って火中に投下してしまった場合などには、電池内でガスが異常発生するとともに、電池が高温になる。ここで、電池の温度が、樹脂製のセパレータや、正極中の正極合剤及び負極中の負極合剤に含まれている樹脂成分が溶融してしまうほどの高温になると、セパレータや正極合剤及び負極合剤に含まれている樹脂成分が溶融してしまう。そして、これら樹脂成分が溶融して形成された溶融物は、電極群から分離して破片になることがある。このような溶融物の破片は、主に、電極群の中心貫通孔内に生じ易い。中心貫通孔内に生じた溶融物の破片は、電池の内圧が上昇し、弁体が変形して安全弁が開きかけると、放出されるガスとともに封口板の通気孔の部分に吸い寄せられる。つまり、安全弁が開きかけることにより、高圧の電池の内部から低圧の電池の外部へガスの流れが生じ、その流れにともない、電極群の中心貫通孔内の溶融物の破片は、中心貫通孔内を移動し、封口板の通気孔の部分に集まる。その結果、この溶融物の破片は、封口板の通気孔を塞ぐおそれがある。通気孔が塞がれてしまうと安全弁は機能しなくなるので、電池の内圧が上昇してもガスを外部に排出することができなくなる。その結果、電池が破裂するおそれがある。

このため、電池が高温となり内部の樹脂成分が溶融して溶融物が形成されたとしても、安全弁の動作が阻害されず、確実にガスを外部に放出できる二次電池の開発が望まれている。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも安全性が高い二次電池を得ることができる集電体及びこの集電体を備えている二次電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、密閉型の二次電池内に収容されている電極群に接合されている集電体であって、前記電極群が、セパレータを介して重ね合わされた一方極及び他方極が渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしており、当該電極群の円柱形状における一方の端部に接合されている集電体において、前記電極群の中心貫通孔と対向する対向領域に、前記中心貫通孔の延びる方向に沿う方向に貫かれている複数の集電体貫通孔と、前記集電体貫通孔を除いた部分により形成されており、前記中心貫通孔の延びる方向と交差する方向に延びる交差部とを有している、集電体が提供される。

また、本発明によれば、一方極の端子を兼ねており、開口を有している外装缶と、他方極の端子を含み、前記外装缶の開口を密閉している封口体と、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群であって、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしている電極群と、前記電極群の一方の端部に接合されている集電体と、前記集電体と前記封口体とを接続する集電リードと、を備え、前記集電体は、請求項１に記載の集電体である、二次電池が提供される。

本発明に係る集電体は、電極群の中心貫通孔と対向する対向領域に、前記中心貫通孔の延びる方向に沿う方向に貫かれている複数の集電体貫通孔と、前記集電体貫通孔を除いた部分により形成されており、前記中心貫通孔の延びる方向と交差する方向に延びる交差部とを有している。このため、電池が高温になり溶融物の破片が生じたとしても、溶融物の破片は、当該交差部に引っかかるので、溶融物の破片が、封口板の通気孔の部分に集まって、通気孔を塞いでしまうことを防止することができる。その結果、安全弁の動作を阻害することは抑制され、電池が破裂してしまうことを防止することができる。このため、本発明によれば、従来よりも安全性が高い二次電池を得ることができる集電体及びこの集電体を備えている二次電池を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るニッケル水素二次電池を示した部分断面図である。 本発明の第１の実施形態の正極集電体を示した平面図である。 底壁側を上にした状態の集電リードを示した斜視図である。 頂壁側を上にした状態の集電リードを示した斜視図である。 本発明の第２の実施形態の正極集電体を示した平面図である。 本発明の第３の実施形態の正極集電体を示した平面図である。 比較例１の正極集電体を示した平面図である。

以下、本発明に係る集電体を含むアルカリ二次電池について、図面を参照して説明する。

（１）第１の実施形態

本発明が適用される第１の実施形態の二次電池として、図１に示すＦＡサイズの円筒形のニッケル水素二次電池（以下、電池という）１を例に説明する。

電池１は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶２を備え、外装缶２は導電性を有し、その底壁は負極端子として機能する。外装缶２の中には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）とともに電極群４が収容されている。

図１に示すように、外装缶２の開口３は封口体１４によって閉塞されている。封口体１４は、導電性を有する円板形状の封口板１６、この封口板１６の外面の上に配設された弁体２０及び正極端子２２を含んでいる。封口板１６の外周部には、この封口板１６を囲むようにリング形状の絶縁ガスケット１８が配置され、絶縁ガスケット１８及び封口板１６は外装缶２の開口縁１７をかしめ加工することにより外装缶２の開口縁１７に固定されている。即ち、封口板１６及び絶縁ガスケット１８は互いに協働して外装缶２の開口３を封止している。ここで、封口板１６は、中央に通気孔１９を有し、そして、封口板１６の外面の上には、通気孔１９を閉塞するようにゴム製の弁体２０が配置されている。更に、封口板１６の外面の上には弁体２０を覆うように正極端子２２が電気的に接続されている。この正極端子は、一方の端部が開口し、他方の端部が閉塞した円筒状の部材であり、詳しくは、円筒状の周壁２４と、この周壁２４の一方端に位置付けられた開口２５と、この開口２５の周縁に設けられたフランジ２６と、開口２５の反対側の他方端に位置付けられた端壁２７と、を有している。この正極端子２２は弁体２０を封口板１６に向けて押圧している。また、この正極端子２２は、周壁２４にガス抜き孔２３を有している。

通常時、通気孔１９は弁体２０によって気密に閉じられている。一方、外装缶２の内部にガスが発生し、ガスの圧力が高まれば、弁体２０はガスの圧力によって圧縮され、通気孔１９が開かれる。その結果、外装缶２内から通気孔１９及び正極端子２２のガス抜き孔２３を介して外部にガスが放出される。つまり、通気孔１９、弁体２０及び正極端子２２のガス抜き孔２３は電池１のための安全弁を形成している。

電極群４は、それぞれ帯状の正極６、負極８及びセパレータ１０を含み、これらは正極６と負極８との間にセパレータ１０が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ１０を介して正極６及び負極８が互いに重ね合わされている。このような電極群４は、全体としては円柱形状をなしている。

この電極群４においては、一方の端面から正極６の端縁部が渦巻状に露出しており、他方の端面から負極８の端縁部が渦巻状に露出している。ここで、露出している正極６の端縁部を正極接続端縁部３２とし、露出している負極８の端縁部を負極接続端縁部（図示せず）とする。これら露出している正極接続端縁部３２及び負極接続端縁部には、後述する正極集電体２８及び負極集電体（図示せず）がそれぞれ溶接される。

負極８は、帯状をなす導電性の負極芯体を有し、この負極芯体に負極合剤が保持されている。

負極芯体は、帯状の金属材であり、その厚さ方向に貫通する貫通孔(図示せず)が多数設けられている。このような負極芯体としては、例えば、パンチングメタルシートを用いることができる。

負極合剤は、負極芯体の貫通孔内に充填されるばかりでなく、負極芯体の両面上にも層状にして保持されている。

負極合剤は、水素吸蔵合金の粒子、導電材、結着剤等を含む。ここで、水素吸蔵合金は、負極活物質である水素を吸蔵及び放出可能な合金であり、ニッケル水素二次電池に一般的に用いられている水素吸蔵合金が好適に用いられる。上記した結着剤は水素吸蔵合金の粒子及び導電材を互いに結着させるとともに負極合剤を負極芯体に結着させる働きをする。ここで、導電材としては、ニッケル水素二次電池に一般的に用いられているものが好適に用いられる。また、結着剤としては、ニッケル水素二次電池の負極に一般的に用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、親水性若しくは疎水性のポリマー、カルボキシメチルセルロースなどの樹脂系材料を用いることができる。

負極８は、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず、水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤のペーストを調製する。得られた負極合剤のペーストは負極芯体に塗着され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等を含む負極合剤が付着した負極芯体にはロール圧延及び裁断が施される。これにより、負極の中間製品が得られる。この負極の中間製品は、全体として長方形状をなしている。そして、この負極の中間製品における負極接続端縁部となるべき所定の端縁部については、負極合剤の除去が行われる。これにより、所定の端縁部は、負極芯体がむき出しの状態とされた負極接続端縁部となる。このようにして、負極接続端縁部を有する負極８が得られる。ここで、負極合剤の除去方法としては、特に限定はされないが、例えば、超音波振動を与えることにより除去することが好適に行われる。なお、負極接続端縁部以外の領域には、負極合剤が保持されたままの状態である。

次に、正極６について説明する。

正極６は、導電性の正極基材と、この正極基材に保持された正極合剤とを含む。詳しくは、正極基材は、多数の空孔を有する多孔質構造をなしており、正極合剤は、前記した空孔内及び正極基材の表面に保持されている。

正極基材としては、例えば、発泡ニッケルを用いることができる。

正極合剤は、正極活物質粒子としての水酸化ニッケル粒子、導電材としてのコバルト化合物、結着剤等を含んでいる。上記した結着剤は、水酸化ニッケル粒子及び導電材を互いに結着させるとともに水酸化ニッケル粒子及び導電材を正極基材に結着させる働きをする。ここで、結着剤としては、ニッケル水素二次電池の正極に一般的に用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョン、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）ディスパージョンなどの樹脂系材料を用いることができる。

正極６は、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず、正極活物質粒子（水酸化ニッケル粒子）の集合体である正極活物質粉末、導電材、水及び結着剤を含む正極合剤スラリーを調製する。得られた正極合剤スラリーは、例えば、発泡ニッケルに充填され、乾燥させられる。その後、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケルには、ロール圧延及び裁断が施される。これにより、正極の中間製品が得られる。この正極の中間製品は、全体として長方形状をなしている。そして、この正極の中間製品における正極接続端縁部３２となるべき所定の端縁部については、正極合剤の除去が行われ、正極基材がむき出しの状態とされる。次いで、正極合剤が除去された端縁部は、正極の中間製品の厚さ方向に圧縮加工され正極接続端縁部３２となる。このように圧縮加工されることにより、正極基材は、稠密な状態となるので、この正極接続端縁部３２は溶接がし易い状態となる。また、正極接続端縁部３２にＮｉめっき鋼の薄板を接合することにより、正極接続端縁部３２を更に溶接し易くする場合もある。このようにして、正極接続端縁部３２を有する正極６が得られる。ここで、正極合剤の除去方法としては、特に限定はされないが、例えば、超音波振動を与えることにより除去する方法が好適に用いられる。なお、正極接続端縁部３２以外の領域には、正極合剤が充填されたままの状態である。

次に、セパレータ１０としては、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、あるいは、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを用いることができる。

以上のようにして製造された正極６及び負極８は、上記したセパレータ１０を介在させた状態で、渦巻き状に巻回され、これにより電極群４が形成される。詳しくは、巻回の際、正極６及び負極８は、互いに、電極群４の軸線方向に沿う方向に僅かにずれた状態となるように配置されるとともに、これら正極６及び負極８の間には、所定サイズのセパレータ１０が所定位置に配置され、この状態で巻回作業が行われる。その結果、円柱状の電極群４が得られる。得られた電極群４の態様としては、電極群４の一端側においては、正極６の正極接続端縁部３２が、セパレータ１０を介して隣り合っている負極８よりも突出した状態となっており、電極群４の他端側においては、負極８の負極接続端縁部が、セパレータ１０を介して隣り合っている正極６よりも突出した状態となっている。

なお、電極群４は、上記した正極６、負極８及びセパレータ１０が、所定の外径寸法を有する巻芯により巻回されて形成され、巻回作業後は、この巻芯が抜き取られるので、電極群４の中央部には、この中央部を貫く中心貫通孔９が形成されている。

以上より、電極群４は、全体として中心貫通孔９を有する円柱形状をなしている。そして、電極群４においては、当該電極群４の円柱形状における一方の端部を形成する正極接続端縁部３２に正極集電体２８が接続され、当該電極群４の円柱形状における他方の端部を形成する負極接続端縁部に負極集電体が接続される。

上記した負極集電体については、特に限定されるものではなく、例えば、従来から用いられている円板形状の金属板を用いることが好ましい。準備した負極集電体は、電極群４の他端側の負極接続端縁部に溶接される。

次に、正極集電体２８について説明する。

正極集電体２８は、導電性材料で形成された板状体であり、平面視形状は特に限定されるものではなく、円板形状、多角形状等任意の形状のものを採用することができる。また、正極集電体２８の大きさは、電極群４の外径寸法よりも小さく、且つ、電極群４の一端側から突出している正極６の正極接続端縁部３２をカバーできる大きさに設定される。

本実施形態においては、正極集電体２８の外形形状は、図２に示すように、平面視した際の形状が十角形状である。この正極集電体２８は、Ｎｉめっき鋼製の薄板を打ち抜き加工することにより形成される。

本発明に係る正極集電体２８は、電極群４の一端側の正極接続端縁部３２に溶接された状態のときに電極群４の中心貫通孔９の開口端と対向する領域（以下、対向領域８０という）に、少なくとも一部が含まれている貫通孔（以下、集電体貫通孔８２という）が２個以上穿設されている。これら集電体貫通孔８２同士の間の部分は、板材が残った状態であり、対向領域８０を横切る交差部８４となる。

この交差部８４は、正極集電体２８が電極群４に接合された際に、電極群４の中心貫通孔９の延びる方向と交差する方向に延びている。

本実施形態においては、図２に示すように、集電体貫通孔８２として、それぞれほぼ半円形状の第１半円貫通孔８６及び第２半円貫通孔８８が設けられている。詳しくは、第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８とは、図２中において上下対称であり、互いに間隔をあけて設けられている。これにより、第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８との間には、直線状の交差部９０が形成されている。これら第１半円貫通孔８６及び第２半円貫通孔８８は、例えば、打ち抜き加工により形成される。

また、正極集電体２８においては、対向領域８０を囲むように放射状に延びる６個のスリット３０を含んでいる。スリット３０は、打ち抜き加工で形成し、スリット３０のエッジの部分に下方（電極群４側）へ延びる突起（バリ）を生じさせることが好ましい。

更に、対向領域８０の周囲の所定位置には、パンチプレス加工により、電極群４側とは反対側に突出する集電体突起部３１を設けることが好ましい。この集電体突起部３１の個数は特に限定されないが、例えば、図２に示すように４個設けることが好ましい。

電池１においては、図１に示すように、正極集電体２８と封口体１４との間に集電リード３４が介在し、この集電リード３４が、電極群４の正極６に接続されている正極集電体２８と、正極端子２２を有する封口体１４とを電気的に接続する。

本実施形態において用いられる集電リード３４は、図１から明らかなように、封口体１４の封口板１６に接続されている頂壁５０と、正極集電体２８に接続されている底壁３６と、頂壁５０の両側の端縁４６、４８及び底壁３６の両側の端縁３８、４０の間にそれぞれ存在する一対の側壁４２、４４とを有している。

この集電リード３４について、図３、４を参照して説明する。なお、図３においては、底壁３６が上側に、頂壁５０が下側になる状態で示しており、図４においては、底壁３６が下側に、頂壁５０が上側になる状態で示している。

底壁３６は、図３から明らかなように、正方形状をなしており、中央に円形の底壁貫通孔５１が設けられている。この底壁貫通孔５１は、アルカリ電解液が底壁３６上に溜まることを避け、電極群４へアルカリ電解液がスムーズに行き渡るようにするために設けられている。ここで、参照符号５６で示された仮想円は、抵抗溶接が行われた場合に溶接部となる溶接予定箇所を示している。本実施形態では、底壁３６における溶接予定箇所（底壁溶接予定部）５６は、４箇所であり、底壁貫通孔５１を囲むように、底壁３６における４つのコーナー部付近にそれぞれ位置付けられる。

頂壁５０は、図４から明らかなように、底壁３６と対向する位置に位置付けられており、全体として長方形状をなしている。詳しくは、頂壁５０は、その短辺方向の中央において長辺方向に沿って延びるスリット５３により分割されている。つまり、頂壁５０は、分割された一方の第１半体部５２と、分割された他方の第２半体部５４とを含んでいる。

これら第１半体部５２及び第２半体部５４は、詳しくは、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃと、この対向部５２ｃ、５４ｃから頂壁５０の長手方向に延びる延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂとを有している。

第１半体部５２の対向部５２ｃにおける中央には、上記したスリット５３に臨む半円形の第１半円切欠５５が設けられている。また、第２半体部５４の対向部５４ｃにおける中央には、上記したスリット５３に臨む半円形の第２半円切欠５７が設けられている。これら第１半円切欠５５及び第２半円切欠５７は、互いに対向する位置に位置付けられており、全体として、ほぼ円形の頂壁貫通孔５９を形成している。この頂壁貫通孔５９は、集電リード３４が封口体１４に接合された際に、封口板１６の通気孔１９と重なる。

延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂには、封口体１４の側に向かって突出したリード突起部５８が設けられている（図４参照）。このリード突起部５８は、抵抗溶接を行う際に、溶接電流を集中させる部分として利用される。つまり、抵抗溶接では、このリード突起部５８を加圧し、その状態でリード突起部５８に大電流を集中して流すことにより生じる熱でリード突起部５８を溶かし、部材同士の溶接が行われる。このリード突起部５８は、頂壁５０における溶接予定箇所（頂壁溶接予定部）６８となる。

このリード突起部５８は、例えば、パンチプレス加工により形成される。なお、図３における参照符号６０は、延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂにリード突起部５８を設ける際にリード突起部５８の裏側に生じた凹部を示す。

これら延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃから外側に延びており、底壁３６と重なることを避けている。このため、集電リード３４を封口体１４に抵抗溶接する際に、底壁３６と干渉することなく抵抗溶接機の電極棒を延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂに当接させることができる。また、延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂが、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃから外側に延びていることで、集電リード３４が封口体１４に接合された際に集電リード３４の安定性を高める働きをする。

側壁４２、４４は、図３に示すように、底壁３６の両側の端縁３８、４０から頂壁５０の両側の端縁４６、４８へ延びている。側壁４２、４４の平面視形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、矩形状、台形状等任意の形状を採用することができる。

次に、電池１の組み立て手順の一例について説明する。

まず、上記したような電極群４を準備する。そして、電極群４の他方端側に負極集電体を接合した後、当該電極群４を外装缶の中に収容する。そして、外装缶の底壁に負極集電体を抵抗溶接する。

次いで、電極群４の一方端側に正極集電体２８を載置し、電極群４における正極接続端縁部３２と正極集電体２８とが抵抗溶接される。このとき、正極集電体２８のスリット３０のバリと正極接続端縁部３２とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、正極６の正極接続端縁部３２と正極集電体２８とが溶接される。

次いで、外装缶２内にアルカリ電解液を所定量注入する。外装缶２内に注入されたアルカリ電解液は、電極群４に保持され、その大部分はセパレータ１０に保持される。このアルカリ電解液は、正極６と負極８との間での充放電の際の電気化学反応（充放電反応）を進行させる。このアルカリ電解液としては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ及びＬｉＯＨのうちの少なくとも一種を溶質として含む水溶液を用いることが好ましい。

一方、別工程において、封口体１４の封口板１６の内面と集電リード３４の頂壁５０とを抵抗溶接し、封口体１４と集電リード３４との複合体を形成しておく。詳しくは、集電リード３４の頂壁５０としての第１半体部５２及び第２半体部５４におけるリード突起部５８と封口体１４の封口板１６の内面とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、これにより封口体１４と集電リード３４とが溶接された複合体が得られる。

次いで、上記した複合体を正極集電体２８の上部へ載置する。このとき、集電リード３４の底壁３６における溶接予定箇所５６と、正極集電体２８の集電体突起部３１とが接触するように、正極集電体２８のスリット３０を基準にして複合体は位置合わせされる。また、封口体１４の封口板１６の外周縁には、絶縁ガスケット１８が配設されており、封口板１６は、この絶縁ガスケット１８を介して、外装缶２の上端開口部に位置付けられる。

その後、電池１の正極端子２２と負極端子との間に加圧しながら電流を流し、抵抗溶接（プロジェクション溶接）を行う。このとき、正極集電体２８の集電体突起部３１と集電リード３４の底壁３６における溶接予定箇所５６とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、正極集電体２８と集電リード３４の底壁３６とが溶接される。

上記のような溶接が完了した後、外装缶２の開口縁１７をかしめ加工することにより、外装缶２の開口３を封止する。このようにして、電池１が形成される。

ここで、得られた電池１が、過充電等されてしまった場合、外部短絡されてしまった場合、あるいは誤って火中に投下されてしまった場合などに、ガスが異常発生するとともに高温になってしまう。すると、電極群４に含まれる樹脂成分が溶融して溶融物が生じることがある。この溶融物は、主に電極群４の中心貫通孔９内で生じ、安全弁の作動にともなう高圧の電池の内部から低圧の電池の外部へのガスの流れにより、中心貫通孔９内を移動し、封口板１６の通気孔１９に向かう。そうすると、溶融物は、通気孔１９の部分に付着し、通気孔１９を塞いでしまい、安全弁を作動できなくしてしまうおそれがある。しかし、上記のような本発明に係る電池１は、正極集電体２８の中央部分に交差部８４を有しており、この交差部８４は、電極群４の中心貫通孔９が延びる方向と交差する方向に延びていることから、上記した溶融物が通気孔１９の部分に到達することを阻害し、溶融物が通気孔１９を塞ぐことを抑制する。その結果、安全弁が動作不能になることは避けられ、電池１の安全性の向上を図ることができる。

よって、本発明によれば、従来よりも安全性が高い二次電池を得ることができる集電体及びこの集電体を備えている二次電池を提供することができるといえる。

ここで、近年、各種機器の小型化が進んでおり、小型の機器についても高率での充放電が要求されている。このような状況にともない、小型の機器に使用される、ＦＡ形、ＡＡ形（Ｒ６形、単３形に相当）やＡＡＡ形（Ｒ０３形、単４形に相当）といった小型の電池についてもより高率での充放電が要求されている。

これら小型の電池においては、Ｄ形（Ｒ２０形、単１形に相当）やＣ形（Ｒ１４形、単２形に相当）といった、外径が１９ｍｍ以上の大型の電池の場合に比べ、構成部品をより小型化しなければならない。構成部品の小型化にともない、封口板の通気孔の径も小さくなり、溶融物により通気孔が閉塞され易くなっている。通気孔が閉塞されると、安全弁が正常に作動しなくなるので、電池の破裂がより発生し易くなっている。

このような状況に対し、本発明は、溶融物が生じても、当該溶融物が通気孔に到達することを抑制し、それにより安全弁が動作不能になることを防止することができるので、特に、高率放電特性に優れる小型の電池、具体的には、直径１９ｍｍ未満の電池の破裂を抑えることに有効である。

（２）第２の実施形態

第２の実施形態の二次電池を説明するにあたり、上記した第１の実施形態の二次電池と同じ機能を発揮する部分には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５は、第２の実施形態に係る正極集電体９２を示す。この正極集電体９２においては、集電体貫通孔８２として、それぞれ円形状の第１円形貫通孔９４、第２円形貫通孔９６、第３円形貫通孔９８及び第４円形貫通孔１００が設けられている。これら第１円形貫通孔９４、第２円形貫通孔９６、第３円形貫通孔９８及び第４円形貫通孔１００は、対向領域８０を周方向に４等分した位置にそれぞれ間隔をあけて設けられている。これにより、対向領域８０には、ほぼ十字型の交差部１０２が設けられている。

（３）第３の実施形態

第３の実施形態の二次電池を説明するにあたり、上記した第１の実施形態の二次電池と同じ機能を発揮する部分には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図６は、第３の実施形態に係る正極集電体１０４を示す。この正極集電体１０４においては、集電体貫通孔８２として、それぞれ楕円形状の第１楕円形貫通孔１０６及び第２楕円形貫通孔１０８が設けられている。これら第１楕円形貫通孔１０６と、第２楕円形貫通孔１０８とは、図６中において左右対称であり、互いに間隔をあけて設けられている。これにより、対向領域８０には、中央部分が細くなっているほぼI字型の交差部１１０が設けられている。

［実施例］

１．電池の製造

実施例１

（１）正極集電体の製造

まず、いわゆるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）に相当する鋼の薄板に厚さが２μｍのＮｉめっきが施されたＮｉめっき鋼板を準備した。このＮｉめっき鋼板の厚さは０．４０ｍｍである。そして、このＮｉめっき鋼板に打ち抜き加工及びパンチプレス加工を施すことにより、図２に示すような、全体として十角形状をなしており、中央に第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８とを穿設することにより形成された直線状の交差部９０と、第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８を囲むように放射状に延びる６個のスリット３０と、４個の集電体突起部３１とを含んでいるＦＡサイズ用の正極集電体２８を製造した。

ここで、第１半円貫通孔８６の曲率半径は１．５ｍｍ、第２半円貫通孔８８の曲率半径は１．５ｍｍとし、直線状の交差部９０の幅は１．０ｍｍ、直線状の交差部９０の長さは３．０ｍｍとした。

（２）集電リードの製造

次に、いわゆるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）に相当する鋼の薄板に厚さが２μｍのＮｉめっきが施されたＮｉめっき鋼板を準備した。このＮｉめっき鋼板の厚さは０．３０ｍｍである。そして、このＮｉめっき鋼板に打ち抜き加工及びパンチプレス加工を施すことにより、所定形状の集電リード３４の中間製品を製造した。そして、この中間製品に折曲げ加工を施すことにより、図３及び図４に示すような、集電リード３４を製造した。ここで、底壁貫通孔５１の直径及び頂壁貫通孔５９の直径は３．０ｍｍとした。

（３）電極群の製造

次に、一般的なニッケル水素二次電池に用いられる正極６、負極８及びセパレータ１０を準備した。これら正極６、負極８及びセパレータ１０はそれぞれ帯状をなしている。準備した正極６及び負極８の間にセパレータ１０を介在させた状態で、渦巻き状に巻回し、ＦＡサイズ用の電極群４を形成した。巻回の際、正極６及び負極８を、互いに、電極群４の軸線方向に沿う方向に僅かにずれた状態となるように配置するとともに、これら正極６及び負極８の間の所定位置にセパレータ１０を配置し、この状態で巻回作業を行い、円柱状の電極群４を得た。得られた電極群４は、電極群４の一端側において正極６の正極接続端縁部３２が、セパレータ１０を介して隣り合っている負極８よりも突出した状態となっており、電極群４の他端側において負極８の負極接続端縁部が、セパレータ１０を介して隣り合っている正極６よりも突出した状態となっている。また、電極群４の中心には、巻芯を抜き取ったことにより生じた中心貫通孔９が形成されている。

ここで、得られた電極群４は、全体として、外径が１７．０ｍｍ、高さが６１．５ｍｍ、中心貫通孔９の内径が３．０ｍｍである。

（４）電池の組立

次に、円板形状をなし、Ｎｉめっき鋼の薄板で形成されたＦＡサイズ用の負極集電体を準備した。この負極集電体は、電極群４の負極接続端縁部に溶接した。

次に、負極集電体が溶接された電極群４を有底円筒形状の外装缶２の中に収容した。そして、外装缶２の底壁の内面と負極集電体とを溶接した。

次に、電極群４の上端部に正極集電体２８を載置し、電極群４における正極接続端縁部３２と正極集電体２８とを抵抗溶接した。

次に、外装缶２内にＫＯＨを溶質として含むアルカリ電解液を所定量注入した。

次に、上記のようにして製造した集電リード３４を封口体１４に抵抗溶接し、封口体１４と集電リード３４との複合体を形成した。詳しくは、集電リード３４の頂壁５０としての第１半体部５２及び第２半体部５４におけるリード突起部５８と封口体１４の封口板１６の内面とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、これにより封口体１４と集電リード３４とが溶接された複合体を得た。ここで、封口体１４に含まれる封口板１６の通気孔１９は円形状をなし、その直径は１．８ｍｍとした。

得られた複合体を正極集電体２８の上部へ載置した。このとき、集電リード３４の底壁３６における溶接予定箇所５６と、正極集電体２８の集電体突起部３１とが接触するように、正極集電体２８のスリット３０を基準にして複合体を位置合わせした。また、封口体１４の封口板１６の外周縁には、絶縁ガスケット１８を配設した。これにより、封口板１６は、この絶縁ガスケット１８を介して、外装缶２の上端開口部に位置付けられた状態となる。

その後、封口体１４の正極端子２２と負極端子との間に加圧しながら電流を流し、抵抗溶接（プロジェクション溶接）を行った。このとき、正極集電体２８の集電体突起部３１と集電リード３４の底壁３６における溶接予定箇所５６とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、正極集電体２８と集電リード３４の底壁３６とが溶接された。

上記のような溶接が完了した後、外装缶２の開口縁１７をかしめ加工することにより、外装缶２の開口３を封止した。このようにして、公称容量４０００ｍＡｈのＦＡサイズの電池１を組み立てた。

以上のような手順を繰り返すことにより、電池１を複数個製造した。

（５）初期活性化処理

得られた電池１に対し、温度２５℃の環境下にて、０．１Ｉｔの充電電流で１６時間の充電を行った後、０．２Ｉｔの放電電流で電池電圧が１．０Ｖになるまで放電させる充放電作業を１サイクルとする充放電サイクルを３回繰り返した。このようにして初期活性化処理を行い、電池１を使用可能状態とした。

実施例２

第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８とを穿設することにより形成された直線状の交差部９０の代わりに、図５に示すような、それぞれ円形状の第１円形貫通孔９４、第２円形貫通孔９６、第３円形貫通孔９８及び第４円形貫通孔１００が設けられ、これにより、ほぼ十字型の交差部１０２が形成されている正極集電体９２を用いたことを除き、実施例１と同様にして電池を複数個製造し、当該電池を使用可能状態とした。

なお、第１円形貫通孔９４、第２円形貫通孔９６、第３円形貫通孔９８及び第４円形貫通孔１００の直径はそれぞれ１．０ｍｍとした。また、第１円形貫通孔９４の中心と第２円形貫通孔９６の中心との間の長さは２．０ｍｍ、第２円形貫通孔９６の中心と第３円形貫通孔９８の中心との間の長さは２．０ｍｍ、第３円形貫通孔９８の中心と第４円形貫通孔１００の中心との間の長さは２．０ｍｍ、第４円形貫通孔１００の中心と第１円形貫通孔９４の中心との間の長さは２．０ｍｍとした。交差部１０２において最も細い部分の幅の寸法は１．０ｍｍとした。

実施例３

第１半円貫通孔８６と第２半円貫通孔８８とを穿設することにより形成された直線状の交差部９０の代わりに、図６に示すような、それぞれ楕円形状の第１楕円形貫通孔１０６及び第２楕円形貫通孔１０８が設けられ、これにより、中央部分が細くなっているほぼI字型の交差部１１０が形成されている正極集電体１０４を用いたことを除き、実施例１と同様にして電池を複数個製造し、当該電池を使用可能状態とした。

なお、第１楕円形貫通孔１０６及び第２楕円形貫通孔１０８において、長径は３．０ｍｍ、短径は１．０ｍｍとした。また、第１楕円形貫通孔１０６の中心と第２楕円形貫通孔１０８の中心との間の長さは２．０ｍｍとし、I字型の交差部１１０の幅は最も細い部分で１．０ｍｍとし、I字型の交差部１１０の長さは３．０ｍｍとした。

比較例１

図７に示すような、交差部９０のない円形の中央貫通孔２９を有する正極集電体１２８を用いたことを除き、実施例１と同様にして電池を複数個製造し、当該電池を使用可能状態とした。

なお、中央貫通孔２９の直径は３．０ｍｍとした。

２．電池の評価

（１）過充電試験

初期活性化処理済みの実施例１〜３、比較例１の各電池をそれぞれ複数個準備し、これらの電池に対し、２５℃の環境下で、２．５Ｉｔの充電電流で１時間充電する過充電試験を行った。

そして、過充電を行った後の各電池につき、破裂しているか否かの確認を行った。

その結果、実施例１〜３の電池については、破裂した電池は認められなかった。

一方、比較例１の電池については、破裂した電池が存在した。

また、過充電試験後の電池について、分解を行い、内部の状態の確認を行った。

その結果、比較例１の電池のうち破裂した電池については、溶融物が封口板１６の通気孔１９の部分に付着し、通気孔１９を塞いでいた。このように通気孔１９が塞がれると安全弁が正常に作動しないため、電池が破裂したものと考えられる。

一方、実施例１〜３の電池では、溶融物が、正極集電体２８、９２、１０４の交差部８４に引っ掛かっており、封口板１６の通気孔１９の部分には付着していなかった。このため、安全弁が正常に作動し、電池の破裂は避けられたものと考えられる。

（２）バーナ燃焼試験

初期活性化処理済みの実施例１〜３、比較例１の電池に対し、充電操作を行い、満充電状態とした。

満充電状態の実施例１〜３、比較例１の各電池をそれぞれ複数個準備し、これら電池に対し、外装缶の周壁面にガスバーナの炎を当て、６０秒間保持して加熱することにより燃焼試験を行った。その後、各電池を室温（２５℃）まで自然冷却した。

自然冷却後の各電池につき、破裂しているか否かの確認を行った。

その結果、実施例１〜３の電池については、破裂した電池は認められなかった。

一方、比較例１の電池については、破裂した電池が存在した。

また、バーナ燃焼試験後の電池について、分解を行い、内部の状態の確認を行った。

その結果、比較例１の電池のうち破裂した電池については、溶融物が封口板１６の通気孔１９の部分に付着し、通気孔１９を塞いでいた。このように通気孔１９が塞がれると安全弁が正常に作動しないため、電池が破裂したものと考えられる。

一方、実施例１〜３の電池では、溶融物が、正極集電体２８、９２、１０４の交差部８４に引っ掛かっており、封口板１６の通気孔１９の部分には付着していなかった。このため、安全弁が正常に作動し、電池の破裂は避けられたものと考えられる。

以上より、集電体における電極群４の中心貫通孔９に対向する部分に、交差部８４を設けることにより、電池の破裂を抑制し、電池の安全性を向上させることができるといえる。

なお、本発明は上記した実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、交差部８４の形状は、直線状、十字型、Ｉ字型に限定されるものではなく、格子状、ドット状としてもよい。

また、交差部８４の形成方法としては、貫通孔を穿設する方法に限定されず、対向領域８０の全体を穿つことにより設けた貫通孔に交差部８４となる所定形状の部材を溶接する態様をとっても構わない。

また、上記した実施形態及び実施例では、外装缶に接続される側の極を負極とし、封口体に接続される側の極を正極としたが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、外装缶に接続される側の極を正極とし、封口体に接続される側の極を負極としてもよい。

また、本発明において、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル−カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよい。

更に、本発明において、電池のサイズは、特に限定されず、ＦＡサイズやＡＡサイズであってもよく、これら以外のサイズであってもよい。

＜本発明の態様＞

本発明の第１の態様は、密閉型の二次電池内に収容されている電極群に接合されている集電体であって、前記電極群が、セパレータを介して重ね合わされた一方極及び他方極が渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしており、当該電極群の円柱形状における一方の端部に接合されている集電体において、前記電極群の中心貫通孔と対向する対向領域に、前記中心貫通孔の延びる方向に沿う方向に貫かれている複数の集電体貫通孔と、前記集電体貫通孔を除いた部分により形成されており、前記中心貫通孔の延びる方向と交差する方向に延びる交差部とを有している、集電体である。

本発明の第２の態様は、一方極の端子を兼ねており、開口を有している外装缶と、他方極の端子を含み、前記外装缶の開口を密閉している封口体と、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群であって、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしている電極群と、前記電極群の一方の端部に接合されている集電体と、前記集電体と前記封口体とを接続する集電リードと、を備え、前記集電体は、前述した本発明の第１の態様の集電体である、二次電池である。

１ ニッケル水素二次電池
２ 外装缶
４ 電極群
６ 正極
８ 負極
１０ セパレータ
１４ 封口体
１８ 絶縁ガスケット
２２ 正極端子
２８ 正極集電体
３２ 正極接続端縁部
３４ 集電リード
８０ 対向領域
８２ 集電体貫通孔
８４ 交差部

Claims (2)

1. 密閉型の二次電池内に収容されている電極群に接合されている集電体であって、前記電極群が、セパレータを介して重ね合わされた一方極及び他方極が渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしており、当該電極群の円柱形状における一方の端部に接合されている集電体において、
   前記電極群の中心貫通孔と対向する対向領域に、前記中心貫通孔の延びる方向に沿う方向に貫かれている複数の集電体貫通孔と、前記集電体貫通孔を除いた部分により形成されており、前記中心貫通孔の延びる方向と交差する方向に延びる交差部とを有している、集電体。
2. 一方極の端子を兼ねており、開口を有している外装缶と、
   他方極の端子を含み、前記外装缶の開口を密閉している封口体と、
   前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群であって、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて渦巻き状に巻回され、当該渦巻き状の中心部を貫く中心貫通孔を含んでいる円柱形状をしている電極群と、
   前記電極群の一方の端部に接合されている集電体と、
   前記集電体と前記封口体とを接続する集電リードと、を備え、
   前記集電体は、請求項１に記載の集電体である、二次電池。

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