JP2888016B2 - 渦巻き型電池 - Google Patents

渦巻き型電池

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JP2888016B2
JP2888016B2 JP4033274A JP3327492A JP2888016B2 JP 2888016 B2 JP2888016 B2 JP 2888016B2 JP 4033274 A JP4033274 A JP 4033274A JP 3327492 A JP3327492 A JP 3327492A JP 2888016 B2 JP2888016 B2 JP 2888016B2
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electrode
spiral
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battery
positive electrode
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義昇 萩野
恭一 木下
淳 高木
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セパレ−タを挟んでシ
−ト状の正極及び負極を渦巻き状に巻装してなる渦巻き
型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ニッケルカドミニウム電池などに
用いられる渦巻き型電池を図9に示す。この電池は、負
極端子を構成する金属製の缶体部1と、この缶体部1の
上端開口を密閉する樹脂製の蓋2と、蓋2の中央部に突
設され正極端子3と、缶体部1の内部に収容された電極
集合体5及びこの電極集合体5に含浸された電解液を有
し、電極集合体5はイオン透過性及び電気絶縁性のセパ
レ−タ(図示せず)を挟んで渦巻き状に作製されたシ−
ト状の正極6及び負極7からなる。
【0003】正極6は集電用のタブ61により正極端子
3に電気的に接続され、負極7も集電用のタブ71によ
り缶体部(負極端子)1に電気的に接続されている。電
極集合体5の径方向中心部には軸方向に芯孔8が貫設さ
れている。特開昭61ー99278号公報は、図9の渦
巻き型電池において更に缶体部1の内側面にシリコン系
のグリス状物質11を塗布して、電極集合体5の最外層
の負極7aと缶体部1との間の伝熱効率を向上させ、電
極集合体5から外部への放熱性を改善している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な渦巻き型電池の大型化を図る場合、電極集合体5内部
の発熱量がその体積増加に応じて増大するにもかかわら
ずその表面積は体積増加ほどには増加しないので、電極
集合体5内部の温度が上昇し、放電効率の低下などの問
題が生じる。
【0005】もちろん、上記公報が開示するグリス状物
質の塗布により電極集合体5の外周部の熱は缶体部1に
良好に伝達されてその温度上昇が抑止され得るものの、
電極集合体5の径方向中央部の熱は径方向には多数のセ
パレータなどにより遮られる上、大型化による放熱距離
の増加があり、更に発熱して温度上昇している電極集合
体5の外周部を通じて放熱するので、必然的に電極集合
体5の外周部より高温にならざるを得ない。一方、電極
集合体5の中央部の熱を軸方向に放散する場合、同様に
大型化による放熱距離の増加とともに電極集合体5の下
端面から電解液を通じて缶体部1の底面に放熱すること
となり、電解液の伝熱抵抗が大きく放熱が悪い。更に、
グリス状物質の塗布は、負極側の電気抵抗の増加を招
く。
【0006】結局、渦巻き型電池においては、電極集合
体5内部の熱の放散によりその大型化が制限される。ま
た、従来、このような電極集合体5から正極端子3又は
負極端子(缶体部)1への集電は導電片であるタブ6
1、71などの方法で行っていたが、電池の大型化によ
り大電流となると電極集合体5と正極端子3及び負極端
子1との間の抵抗損失が増加し、それによる温度上昇も
問題となる。
【0007】本発明はこのような問題に鑑みなされたも
のであり、放熱性に優れた渦巻き型電池を提供すること
を、その第一の解決すべき課題としている。また、電極
集合体と正極端子又は負極端子との間の抵抗損失の低減
を、その第二の解決すべき課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の渦巻き型電池
は、缶体部と、該缶体部の開口端を密閉する蓋と、前
缶体部内部に収容された電解液及び電極集合体を有し、
該電極集合体はイオン透過性及び電気絶縁性のセパレ−
タを挟んで渦巻き状に作製されたシート状の正極及び負
極からなる渦巻き型電池において、前記電極集合体の中
心部に軸方向に形成された芯孔に嵌入され、端部が直接
又は薄い電気絶縁層を介して前記缶体部又は蓋に密着
されて、前記電極集合体の中心部で発生した熱を前記缶
体部又は蓋へ伝達させる良熱伝導性の放熱棒を備えるこ
とを特徴としている。
【0009】本発明の好適な態様において、前記放熱棒
は、前記正極と負極との何れかの電極と該電極に対応す
る端子とを電気的に接続する集電体を構成する。本発明
の好適な態様において、放熱棒は、前記負極及び負極端
子をなす前記缶体部を電気的に接続する集電体を構成す
る。本発明の好適な態様において、放熱棒は、前記正極
及び前記蓋の中央部に突設される正極端子を電気的に接
続する集電体を構成する。
【0010】
【作用及び発明の効果】良熱伝導性の放熱棒は電極集合
体の中心部に軸方向に貫設された芯孔に貫入されてお
り、その一端部は直接又は薄い電気絶縁層を介して缶体
部に当設しているので、電極集合体の中央部の熱はこの
放熱棒を通じて金属からなる缶体部に良好に伝達され、
缶体部から放熱される。
【0011】したがって、渦巻き型電池の電極集合体の
中央部の温度低下が実現でき、それに付随して電池の充
放電効率の向上も果たすことができる。更に説明すれ
ば、電池中央部で生じた熱は、電池中心部に軸方向に設
けた良熱伝導性の放熱棒によってまず電池の軸方向端部
へ良好に伝達され、次に放熱棒の端部が直接または薄い
電気絶縁層を通じて缶体部又は蓋に密着させられている
ので良好に缶体部又は蓋へ伝達され、最終的に缶体部の
非常に広い外表面積を利用して外気に良好に放散される
ことができる。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例の渦巻き型電池の断面図を
図1に示す。この電池は、負極端子を構成する金属製の
缶体部1と、この缶体部1の上端開口を密閉する樹脂製
の蓋2と、蓋2の中央部に突設され正極端子3と、缶体
部1の内部に収容された電解液4及び電極集合体5を有
し、電極集合体5はイオン透過性及び電気絶縁性のセパ
レ−タ(図示せず)を挟んで渦巻き状に作製されたシ−
ト状の正極6及び負極7からなる。
【0013】負極7からは集電用の導電金属片であるタ
ブ71が下方に延設されており、タブ71の下端部は缶
体部(負極端子)1の底面に溶接されている。正極端子
3は鍔付端子形状に成形された導電体であり、蓋2の中
央孔に嵌められている。電極集合体5の径方向中心部に
は直径3mm、長さ220mmの芯孔8が軸方向に貫孔
されており、この芯孔8には本実施例の特徴をなす放熱
棒9が貫入されている。放熱棒9は、直径3mm、長さ
225mmの銅棒であって、その上端面には厚さ2m
m、直径16mmの銅製の円板91が溶接されている。
円板91の中央部には上方開口の凹部が設けられてお
り、この凹部に正極端子3の下端部が嵌入されて溶接さ
れている。円板91の周辺部は蓋2の下面に密接してい
る。
【0014】また、正極6の集電体であるタブ61が正
極6の上端から上方に突出しており、タブ61の上端が
円板91に溶接されている。円板91との溶接後、放熱
棒9の表面に厚さ約3μmのシリコン樹脂膜(図示せ
ず)がコーティングされ、放熱棒9の下端面はこのシリ
コン樹脂膜を介して缶体部1の底面に電気絶縁可能に接
触している。これにより、電極集合体5内部の熱は、こ
の放熱棒9を介して正極端子3及び缶体部1から放熱さ
れる。
【0015】電極集合体5は以下のように構成した。正
極6は、ニッケルからなるエキスパンドメタルを集電体
として、これに水酸化ニッケルペーストを圧着して形成
した。負極7は、MmNi3.5 Co0.7 Al0.8 の組成
の水素吸蔵合金粉末を機械的に100メッシュ以下の粉
末とし、市販のメッキ溶液を用いてメッキ量が総量の2
0%となるように無電界銅メッキを行い、この銅メッキ
合金粉末25gに1.3gのPTFEディスパ−ジョン
(ダイキン工業株式会社製のD−1)を加えて混練り
し、シ−ト状に予備成形した後、ニッケルエキスパンド
メタルの両面に摂氏300度、300kg/cm2 で圧
着した。次に、これら正極6及び負極7をポリアミド不
織布からなるセパレ−タ(図示せず)を挟んで巻き、電
極集合体5を作製した。
【0016】上記のように作製し、電解液として5Nの
KOH+1NのLiOH水溶液を用いて電池を作製し、
試験した。比較例1として、放熱棒9を省略した他は上
記電池と同じ構成をもつ電池を作製した。比較例2とし
て、缶体部1の内側面に電極集合体5の最外層の負極7
と缶体部1との間の伝熱効率を向上させるべくシリコン
系のグリス状物質(図示せず)を塗布した他は比較例1
と同じ構成をもつ電池を作製した。
【0017】これらの電池を0.2C×6時間充電し、
0.2Cで1.0Vまで放電して電池内温度(図1に示
すAの位置で測定)と外気温度(周囲温度)との関係、
電池容量と外気温度(周囲温度)との関係を調べた。そ
の結果を図2、図3に示す。図2及び図3からわかるよ
うに、本実施例品は、比較例2品と外気温上昇に対する
内部温度上昇の程度は同じであるものの、外気温上昇に
伴う電池容量の低下は減少した。これは電極集合体5の
内部の温度が低下したためと思われる。また、比較例1
品は放熱は悪いため、外気温上昇とともに容量低下が顕
著である。
【0018】次に、これらの電池を0.2C×6時間充
電し、1C、2C、3Cで1.0Vまで高率放電して容
量低下と電池内部温度の上昇(外気温摂氏20度)とを
調べた。その結果を図4、図5に示す。図4からシリコ
ングリスを塗布した比較例2品は塗布による内部電気抵
抗の増大のために高率放電時の容量低下が著しく、また
比較例1品は電極集合体5からの放熱が悪いので内部温
度上昇が著しいことがわかる。
【0019】これらの結果から、本実施例の電池は、外
気温度上昇時及び高率放電時の内部温度上昇及び容量低
下を抑止し得る点で最も優れていることが判明した。 (変形態様)放熱棒9の表面にシリコン樹脂膜をコーテ
ィングしたのは缶体部1の底面との電気絶縁のためであ
るが、このコーティングは放熱棒9の下端部だけでもよ
く、または放熱棒9の下端部に樹脂キャップを被せた
り、缶体部1の底面側にコーティングをしてもよい。こ
のようにすれば、放熱棒は電極集合体5の最内側の正極
5から集電することができる。特にこの時、正極5内の
ニッケル集電体(例えばエキスパンドメタルからなる)
を電極集合体5の内側面に露出させたり、又は電極集合
体5の巻成時にその内側面にニッケル集電体を別に埋め
込んだりすることにより、正極5のニッケル集電体と放
熱棒9との間の電気抵抗を低減することができ、図1に
示すように電極集合体5の上方からの正極側の集電を省
略することもできる。
【0020】放熱棒9は良熱伝導性を有するもので、電
池反応を阻害しないものであればよく、形状は円柱形状
の他、円筒形状などでもよく、ヒートパイプとしてもよ
い。放熱棒9の放熱は主に缶体部1を通じて行われるの
で、放熱棒9は正極端子3に接触する必要は無い。この
場合には最内側に負極7が面するように電極集合体5を
巻き、放熱棒9とこの最内側の負極7とを接触させれ
ば、放熱棒9と缶体部1の底面との間の電気絶縁を省略
して放熱抵抗及び電気抵抗を低下することができる。
【0021】他の変形態様を図6に示す。この態様で
は、正極端子3及び円板91が互いに重なるキャップ形
状に形成され、更に円板91の凹部に放熱棒9の頂部が
嵌入されている。更に、正極6は放熱棒9を通じて正極
端子3に電気的に接続されている。他の変形態様を図7
に示す。
【0022】この態様は、図6の電池において、放熱棒
9の上端部の表面のみにシリコン樹脂膜92を塗布し、
更に正極6と円板91とを図1と同様にタブ61で導電
可能に接続したものである。また、この態様では電極集
合体5の最内側に負極7が露出するようにしており、こ
の負極7から放熱棒9を通じて缶体部1に集電も行って
いる。
【0023】他の変形態様を図8に示す。この態様は、
図7の電池において放熱棒9の上端部にタブ61を巻付
けたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の渦巻き型電池の一実施例を示す断面
図、
【図2】図1の電池の試験結果を示す特性図、
【図3】図1の電池の試験結果を示す特性図、
【図4】図1の電池の試験結果を示す特性図、
【図5】図1の電池の試験結果を示す特性図、
【図6】図1の電池の他の態様を示す断面図、
【図7】図1の電池の他の態様を示す断面図、
【図8】図1の電池の他の態様を示す断面図、
【図9】従来の渦巻き型電池の断面図、
【符号の説明】
1は缶体部、2は蓋、3は正極端子、4は電解液、5は
電極集合体、6は正極、7は負極、8は芯孔、9は放熱
棒、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−164150(JP,A) 特開 昭63−62156(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 10/00 - 10/34 H01M 10/50

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 缶体部と、該缶体部の開口端を密閉する
    と、前記缶体部内部に収容された電解液及び電極集合
    体を有し、該電極集合体はイオン透過性及び電気絶縁性
    のセパレ−タを挟んで渦巻き状に作製されたシート状の
    正極及び負極からなる渦巻き型電池において、 前記電極集合体の中心部に軸方向に形成された芯孔に嵌
    入され、端部が直接又は薄い電気絶縁層を介して前記
    缶体部又は蓋に密着されて、前記電極集合体の中心部で
    発生した熱を前記缶体部又は蓋へ伝達させる良熱伝導性
    の放熱棒を備えることを特徴とする渦巻き型電池。
  2. 【請求項2】 前記放熱棒は、前記正極と負極との何れ
    かの電極と該電極に対応する端子とを電気的に接続する
    集電体を構成する請求項1記載の渦巻き型電池。
  3. 【請求項3】 前記放熱棒は、前記負極及び負極端子を
    なす前記缶体部を電気的に接続する集電体を構成する請
    求項記載の渦巻き型電池。
  4. 【請求項4】 前記放熱棒は、前記正極及び前記蓋の中
    央部に突設される正極端子を電気的に接続する集電体を
    構成する請求項2記載の渦巻き型電池。
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