JP3056521B2

JP3056521B2 - アルカリ蓄電池

Info

Publication number: JP3056521B2
Application number: JP2338989A
Authority: JP
Inventors: 浩福永; 浩堀家; 龍長井; 章川上
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 2000-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: JPH04206474A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、渦巻状電極体を用いるアルカリ蓄電池に係
り、さらに詳しくはその渦巻状電極体の改良に関する。

〔従来の技術〕

アルカリ蓄電池においては、反応面積を広くするた
め、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、渦
巻状に巻回して渦巻状電極体にし、この渦巻状電極体を
金属外装缶内に収納している（例えば、特開平１−1320
66号公報）。

そして、この渦巻状電極体を用いるアルカリ蓄電池で
は、負極の容量を正極の容量より大きくしている。これ
は、放電時の分極を減少させて放電電圧の平坦性を向上
させ、かつ過充電時の正極からの酸素を負極表面上で還
元して、水に戻し、電池の内部圧力の上昇を防止するた
めである。

このように、負極の容量を正極の容量より大きくする
関係で、渦巻状電極体の最外周部は負極で構成されるこ
とになる。

また、正極、負極を渦巻状電極体にした場合、電池反
応は、本来、正極、負極とも、両面で進行するが、渦巻
状電極体の最外周部では、片面でしか反応できないの
で、負極全体の10％程度が片面でのみ正極と反応するた
め、負極全体を均一な厚みで形成していると、体積効率
を低下させ、電池の容量を低下させることになる。

さらに、渦巻状電極体は、その横断面形状が真円では
なく、最外周部の端部が径方向外方側に突出しているた
め、渦巻状電極体を金属外装缶内に収納する際に、その
突出部分が金属外装缶の開口端に引っかかってスムーズ
な収納ができず、また、それが短絡発生を引き起こす原
因になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記のように従来の渦巻状電極体を用いる
アルカリ蓄電池では、体積効率が悪く、しかも渦巻状電
極体を金属外装缶内に収納する際に最外周部の端部が金
属外装缶の開口端に引っかかってスムーズな収納ができ
なかったという問題点を解決し、体積効率が良く、した
がって高容量で、しかも渦巻状電極体の金属外装缶内へ
の収納が容易なアルカリ蓄電池を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、渦巻状の電極体の最外周部の負極の厚み
（d₁）をそれ以外の部分の負極の厚み（d₂）より薄く、
つまり、0.5≦（d₁）／（d₂）≦0.9にするとともに、負
極の厚みを変えた部分に10゜≦θ≦45゜の傾斜を持たせ
ることによって、上記目的を達成したものである。

すなわち、渦巻状電極体の最外周部の負極の厚み
（d₁）をそれ以外の負極の厚み（d₂）より薄くすること
によって、負極を同じ体積で長くすることが可能にな
り、それによって反応面積を広くすることができるの
で、体積効率を向上させることができ、放電容量を高め
ることができる。

また、渦巻状電極体の最外周部の負極の厚みを薄くす
ることによって、渦巻状電極体の最外周部の端部におけ
る突出が少なくなるので、渦巻状電極体の金属外装缶内
への収納も容易になる。

また、負極の厚みを変える部分に特定の傾斜を持たせ
ることによって、最外周部の突出がより少なくなり、金
属外装缶内への収納時に渦巻状電極体が金属外装缶の開
口端に引っかかることがより少なくなって、金属外装缶
内への収納がさらに容易になり、電池製造工程での短絡
の発生を低減することができる。

本発明において、渦巻状電極体の最外周部の負極の厚
み（d₁）をそれ以外の部分の負極の厚み（d₂）より薄く
する程度としては、0.5≦（d₁）／（d₂）≦0.9にするの
が適切である。その理由については、次の実施例の項で
詳しく説明するが、（d₁）／（d₂）が0.5より小さくな
ると最外周部の負極とそれに対向する正極との容量バラ
ンスが崩れることになり、また（d₁）／（d₂）が0.9よ
り大きくなると体積効率を充分に向上させることができ
ないからである。

また、負極の厚みを変える部分に持たせる傾斜の程度
としては、10゜≦θ＜90゜の範囲にするのが適切であ
る。その理由およびθの取り方については次の実施例の
項において図面を参照しつつ説明するが、θが10゜より
小さい場合は、傾斜が小さすぎるため、厚みの薄くなる
部分が少なくなって体積効率が悪くなり、またθが45゜
より大きくなると、渦巻状電極体の金属外装缶内への収
納時に渦巻状電極体の最外周部が金属外装缶の開口端に
引っかかるのを少なくすることができず、電池製造工程
での短絡の発生を低減することができなくなるからであ
る。

本発明において、正極には金属酸化物または金属水酸
化物を含むシート状の成形体が用いられるが、この金属
酸化物としては、例えば二酸化マンガン、酸化銀などが
挙げられ、また、金属水酸化物としては、例えば水酸化
ニッケルなどが挙げられる。

また、負極には水酸化カドミウムまたは金属水素化物
を含む成形体が用いられるが、この金属水素化物として
は、LaNi₅系、MmNi₅系、TiNi系などの水素貯蔵合金など
が挙げられる。

〔実施例〕

第１図は渦巻状電極体の横断面図であり、第２図は第
１図に示す渦巻状電極体に用いられた負極を渦巻状に巻
回する前の状態で示す斜視図である。第３図は負極の厚
みを変化させる部分に傾斜を持たせた状態で示す負極の
要部拡大横断面図であり、第４図はアルカリ蓄電池の一
例を示す縦断面図である。

まず、第１図に基づき渦巻状電極体について説明する
と、（１）は正極、（２）は負極、（３）はセパレータ
である。正極（１）は、一般にニッケル電極と呼ばれて
いるものであり、水酸化ニッケルを活物質として含むシ
ート状の成形体からなり、負極（２）は、一般にカドミ
ウム電極と呼ばれているものであって、水酸化カドミウ
ムを活物質として含むシート状の成形体からなるもので
ある。そして、セパレータ（３）はポリアミド不織布製
で、上記正極（１）と負極（２）とはセパレータ（３）
を介して重ね合わせ、渦巻状に巻回されて、渦巻状電極
体（11）にされている。

上記渦巻状電極体（11）の最外周部は、負極（２）に
よって構成されているが、この負極（２）の渦巻状電極
体（11）の最外周部に当たる部分の厚みは、それ以外の
部分の厚みより薄くしている。

これを第２〜３図を用いて説明すると、第２〜３図は
いずれも負極（２）を渦巻状に巻回する前の状態で示す
ものであるが、第２〜３図中のＡ部は、負極（２）を正
極（１）、セパレータ（３）などと共に渦巻状に巻回し
て渦巻状電極体（11）とした時に、該渦巻状電極体（1
1）の最外周部になる部分であり、このＡ部の厚み
（d₁）はそれ以外の部分Ｂの厚み（d₂）より薄くしてい
る。

この（d₁）を（d₂）より薄くする程度としては、
（d₁）を（d₂）に対して、0.5≦（d₁）／（d₂）≦0.9に
している。これは、（d₁）／（d₂）が0.5より小さい場
合は最外周部の負極（２）とそれに対向する正極（１）
との容量バランスが崩れるからであり、また、（d₁）／
（d₂）が0.9より大きくなると体積効率を充分に向上さ
せることができないからである。

（d₁）／（d₂）＝0.5にし、第４図に示す構造で単２
形電池にした場合の発明品と従来品との放電容量を比較
して示すと第１表の通りである。

第１表に示すように、発明品の放電容量は、従来品に
比べて、0.3Ah、百分率にして12.5％大きく、体積効率
が向上したことを示していた。

第４図に示す電池について説明すると、渦巻状電極体
（11）は金属外装缶（４）内に収納され、正極（１）は
リード体（５）によって封口板（６）の下側部分（6b）
に接続され、負極（２）はリード体（７）によって金属
外装缶（４）に接続されている。なお、負極（２）とリ
ード体（７）との接触は負極（２）の基体のはみ出し部
分（2a）（はみ出し部分とは、活物質である水酸化カド
ミウムが付着していない部分をいう）によって行われて
いる。

封口板（６）は、上側部分（6a）と下側部分（6b）と
からなり、下側部分（6b）にはガス検知孔（6c）が設け
られ、上側部分（6a）にはガス排出孔（6d）が設けら
れ、かつ上側部分（6a）と下側部分（6b）との間には金
属バネ（８）と閉塞部材（９）とが配設されていて、電
池内部にガスが発生し、電池の内部圧力が異常に上昇し
たときは、金属バネ（８）が収縮し閉塞部材（９）が上
昇して下側部分（6b）との間に隙間をつくり、電池内部
のガスを電池外部に排出して、電池の高圧下での破裂を
防止できるようになっている。

金属外装缶（４）と封口板（６）との間には絶縁パッ
キング（10）が配設され、金属外装缶（４）の開口部
は、該金属外装缶（４）の開口端部の内方への締め付け
により、上記絶縁パッキング（10）と封口板（６）とで
封口されている。また、この電池には30％水酸化カリウ
ム水溶液が電解液として注入されている。

上記第１表に示す発明品とは、渦巻状電極体（11）の
最外周部の負極（２）の厚み（d₁）をそれ以外の部分の
負極（２）の厚み（d₂）に対して（d₁）／（d₂）＝0.5
にしたものであり、従来品とは負極全体を同じ厚みにし
たものである。なお、発明品では、負極（２）の厚みを
変える部分にθ（第３図参照）＝45゜の傾斜を持たせて
いる。

実施例２負極（２）の厚みを変える部分の傾斜角度θを10゜、
30゜、45゜、60゜、80゜、90゜と変えて負極（カドミウ
ム電極）を作製し、第４図に示す構造のニッケル−カド
ミウム系のアルカリ蓄電池を製造し、それらの短絡発生
率を調べた結果を第２表に示す。試験に供した電池個数
は各電池とも100個ずつである。各電池の（d₁）／
（d₂）は0.5である。

第２表に示すように、従来品、つまり、渦巻状電極体
の最外周部の負極の厚みをそれ以外の部分の厚みより薄
くせず、負極全体を同じ厚みにしている場合には、短絡
発生率は15％であったが、渦巻状電極体の最外周部の負
極の厚みをそれ以外の部分の負極の厚みより薄くし、か
つ傾斜角度θを10゜〜45゜にした場合は短絡発生率が少
なかった。この結果は、渦巻状電極体の最外周部の負極
の厚み（d₁）をそれ以外の部分の厚み（d₂）より薄くす
るとともに、傾斜角度θを10゜〜45゜にすることによっ
て、渦巻状電極体の金属外装缶内への収納が容易にな
り、良品数の歩留りの向上が達成されることを示してい
る。

以上の実施例では、ニッケル−カドミウム系で水酸化
カリウム水溶液を電解液として用いたアルカリ蓄電池に
ついて説明したが、電池系としてはこれに限定されるも
のではなく、例えば、負極としては、LaNi₅系、MmNi
₅系、TiNi系などの水素貯蔵合金電極などを用いること
ができる。また、電極の製造方法も、プレス成形方式、
焼結方式、ペースト方式など、各種の方法が採用でき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、渦巻状電極体（1
1）の最外周部の負極（２）の厚み（d₁）をそれ以外の
部分の負極（２）の厚み（d₂）に対して0.5≦（d₁）／
（d₂）≦0.9と薄くし、かつ負極（２）の厚みを変えた
部分の傾斜角度θを10゜〜45゜にすることによって、体
積効率を高めて高容量化を達成し、かつ、渦巻状電極体
（11）の金属外装缶（４）内への収納を容易にして、短
絡の発生を防止し、歩留りを向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は渦巻状電極体の横断面図で、第２図は渦巻状電
極体に用いられた負極を渦巻状に巻回する前の状態で示
す斜視図である。第３図は負極の厚みを変化させる部分
に傾斜を持たせた状態で示す負極の要部拡大横断面図で
ある。第４図はアルカリ蓄電池の一例を示す縦断面図で
ある。（１）……正極、（２）……負極、（３）……セパレー
タ、（４）……金属外装缶、（11）……渦巻状電極体、
（d₁）……渦巻状電極体の最外周部の負極の厚み、
（d₂）……それ以外の部分の負極の厚み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川上章大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (56)参考文献特開昭61−99278（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−129372（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−66727（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/00 - 10/30 H01M 10/34,4/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属酸化物または金属水酸化物を含むシー
ト状の成形体からなる正極（１）と、水酸化カドミウム
または金属水素化物を含むシート状の成形体からなる負
極（２）とを、セパレータ（３）を介して重ね合わせ、
渦巻状に巻回して作製した渦巻状電極体（11）を金属外
装缶（４）内に収納してなるアルカリ蓄電池において、上記渦巻状電極体（11）の最外周部の負極（２）の厚み
（d₁）がそれ以外の部分の負極（２）の厚み（d₂）に対
して0.5≦（d₁）／（d₂）≦0.9であり、かつ負極（２）
の厚みを変えた部分に10゜≦θ≦45゜の傾斜を持たせた
ことを特徴とするアルカリ蓄電池。