JP3416346B2 - 渦巻型アルカリ蓄電池用電極板及び渦巻型アルカリ蓄電池の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦巻型アルカリ蓄
電池用電極板および渦巻型アルカリ蓄電池の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】活物質粉末に粘結剤や水等の溶剤を加え
て混練しペースト状活物質となし、このペースト状活物
質を有孔導電性芯体に塗着して電極板を作製するいわゆ
るペースト式の電極板製造方法は、焼結式製法に比べ工
程が少なく生産性が良いので、ニッケル・カドミウム蓄
電池やニッケル・水素蓄電池などの渦巻型アルカリ蓄電
池用電極板の製造に広く用いられている。

【０００３】このペースト式製法においては、従来よ
り、芯体基板の長手方向の端部を無開口とし、これに続
く活物質塗着面となるべき芯体中央部分に無数の開口を
設け、更にこれと隣接する他のセル区分との間には無開
口帯を設けたものを１セル分とし、この形状を順次繰り
返した帯状の有孔芯体基板に対し、前記開口部分のみに
連続的に活物質ペーストを塗着した後、図６に示すよう
に無開口部分の中央及び１セル分の電極長部分で切り離
す方法により、一度に多数の電極板が製造されている。

【０００４】ところで、芯体基板中に設けられた無開口
部分は主に切断上の利便のためのものであるが、この無
開口の中央で芯体基板を切断した場合、各電極板は図７
に示すように両端に耳部（無開口部）を有するものとな
る。この耳部の一方は電極集電端部としてその後も有用
であるが、もう一方の耳部は活物質塗着面積を大きくし
極板容量を高めるという観点からは、ない方がよい。

【０００５】ところが、ペースト式電極板の基板として
使用される有孔導電性芯体は、０．０５ｍｍ〜０．１ｍ
ｍ程度の薄いものであり、十分な剛性を有していない。
このため、一方端のみを無開口（耳部）とし、他端に開
口を設けた場合、耳部側と非耳部側にかなりの強度差が
生まれる。したがって、電極板を渦巻き状に巻回した場
合、この強度差により耳部側に比べ非耳部側がより大き
く延び、いわゆる巻ズレを生じる。巻ズレが生じると、
正、負電極板の活物質面同志が完全に対向しなくなるの
で、有効発電面積が減少し、電池容量の低下を招くとい
う問題がある。

【０００６】他方、巻ズレを防止しつつ塗着面積をより
大きくするために、芯体の両端に無開口部を設け、一方
の無開口部（耳部）を集電端部として活用し、他方の無
開口部には活物質を塗布する方法も考えられる。しか
し、この方法では、無開口部の活物質塗着強度が開口部
の塗着強度に比べ小さいため、巻回した際に無開口部に
塗着した活物質が脱落するという問題がある。活物質の
脱落は、電池容量の低下を招くとともに、脱落した活物
質が内部短絡を発生させる恐れがあるため、この方法は
採用できない。

【０００７】更に、両端に耳部を有する電極板を用いた
場合には、次のような問題もある。両端に耳部を有する
電極板を負極とし、この負極と発泡ニッケル基板に活物
質を充填してなる耳部を持たない正極との組み合わせを
例にして、この場合における不都合を説明する。正極の
活物質塗着面と同じ大きさの活物質塗着面を持つ両端耳
タイプの負極を、活物質塗着面で正極と重ね合わせて巻
回した場合、少なくとも正極の発電能力を十分に引出し
得ることになる。

【０００８】しかし、この場合には、図８に示すように
正極上下端から負極の耳部が突出することになる。ここ
で、正極の上端には、通常、集電用として集電タブ又は
集電体が付設される。したがって、この集電タブ等と前
記耳部が接触して内部短絡を引き起こす可能性がある。
つまり、この方法も好ましくない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであり、一方の耳部をなくして有効
発電面積を増大させ、かつ巻ズレや活物質の脱落を防止
し得た電極板を提供し、もって高容量で高信頼性の渦巻
型アルカリ蓄電池を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、帯状の導電性芯体に電極活
物質を主体とするペーストを保持してなる渦巻型アルカ
リ蓄電池用電極板において、前記導電性芯体が、巻回方
向と平行に巻回始端から巻回終端まで延びる一方の端部
にのみ設けられた無開口部と、前記無開口部を除いた芯
体全面に多数の開口が形成された開口部とからなり、前
記開口部が、前記無開口部に対して平行に巻回始端から
巻回終端まで延びる低開口率部と高開口率部とを備え、
少なくとも前記無開口部と対向する他端部には低開口率
部が配設されていることを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、帯状の導電性芯体に電
極活物質を主体とするペーストを保持してなる電極と、
対極とを、間にセパレータを介して渦巻状に巻回してな
る電極体を備える渦巻型アルカリ蓄電池の製造方法にお
いて、前記製造方法が、巻回方向に沿う一方の端部に巻
回始端から巻回終端まで巻回方向に沿って平行方向に延
びる無開口部を形成し、前記無開口部を除く芯体全面
に、少なくとも前記無開口部と対向して平行に延びる他
端部の開口率が前記他端部以外の開口率より小さくなる
ようにして、多数の開口を形成する有孔導電性芯体形成
工程と、前記有孔導電性芯体形成工程で形成した有孔導
電性芯体の開口部に電極活物質を塗着する活物質塗着工
程と、電極活物質の塗着された前記開口部と、対極の活
物質面とを、セパレータを介して重ね合わせ渦巻状に巻
回する工程と、を備えることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２記載の渦巻型
アルカリ蓄電池の製造方法において、電極活物質の塗着
された前記開口部の縦幅と対極の活物質面縦幅とを同一
としたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明渦巻型アルカリ蓄電池用電極板では、無
開口部と対向する他端部に少なくとも低開口率部が配設
されているので、この低開口率部が当該部分の活物質塗
着強度を高めるように作用するとともに、当該部分の引
っ張り強度を高めるように作用する。したがって、前記
無開口部と対向する他端部にまで活物質を塗着した場合
であっても、巻回時や充放電サイクル時に当該部分の活
物質が脱落しない。また、無開口部とこれに対向する端
部との引っ張り強度差が小さいので、電極板を渦巻状に
巻回したときに生じる巻ズレを小さくできる。

【００１４】以上から、本発明によれば、従来タイプの
電極板に比べ活物質面積が大きく、かつセパレータを介
して本発明電極板と対極とを巻回して電極体を構成する
場合に巻ズレに伴う対向面積の減少を招かない電極板と
成すことができる。

【００１５】また、本発明渦巻型アルカリ蓄電池の製造
方法では、上記電極板を使用し、間にセパレータを介し
てこの電極板の活物質塗着面（開口部）と、この活物質
塗着面と幅同一の活物質面幅を有する対極とを、両者の
活物質面を重ね合わせて渦巻状に巻回して電極体となす
構成としてある。このような製造方法であると、前記本
発明電極板の特性が有効に発揮される。

【００１６】即ち、前記本発明電極板の活物質面幅が従
来タイプに比較し大きいので、より大きい活物質面幅の
対極と組合わせることができる。しかも巻回に際し巻ズ
レが生じないので、両電極板の活物質面が完全に対向し
た状態で巻回される。また、上記したように電極板端部
からの活物質の脱落がない。よって、従来タイプの電池
に比べ高容量で信頼性の高い渦巻型アルカリ蓄電池が得
られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明適用のニッケル・カドミウ
ム蓄電池及び比較例電池に基づいて、本発明の実施の形
態を具体的に説明する。 〔本発明例〕先ず、縦列で４セル分の電極板を一度に製
造できる帯状の薄鋼板（厚さ０．０６ｍｍ、縦幅１５３
ｍｍ）を用意し、この薄鋼板の上端長手方向に無開口部
を設け、この無開口部と対向する、電極板端部に該当す
る部分に小径の孔を長手方向一列に形成した。

【００１８】次いで、前記無開口部と前記小径の孔を形
成した部分以外の芯体基板全面により大径の孔を多数形
成した。開口に際しては、前記小径の孔を形成した部分
（以下、低開口率部という）の開口率が、より大径の孔
を形成した部分（以下、高開口率部という）の開口率よ
りも小さくなるように、孔間隔を設定した。このように
して無開口部と低開口率部及び高開口率部を有する本発
明にかかる有孔導電性芯体基板を作製した。

【００１９】この芯体基板の形状を図２に示す。また、
１セル分の電極板拡大図を図１に示す。図１及び図２に
おいて、１は無開口部であり、この無開口部の幅長は本
実施例の電極板サイズの場合、幅１．０ｍｍ以上とする
のが好ましい。２は、孔径１．８ｍｍの孔が横方向（巻
回方向と平行方向）に円中心間距離を４ｍｍ間隔とし、
縦方向（（巻回方向と直交方向）に円中心間距離を２．
８ｍｍとして、図１の如く多数形成されてなる高開口率
部（縦３３．７ｍｍ×横１４０ｍｍ）である。この高開
口率部の開口率は４５．４％であった。なお、この高開
口率部には活物質ペーストが塗着されることになるが、
ペーストがズレて塗着されることによって高開口率部に
設けた孔が露出することを避けるため、活物質ペースト
を塗着する高開口率部２には、無開口部１と接する側に
０．６ｍｍの幅で孔を形成していない部分を設けてい
る。

【００２０】３は、孔径 １．２ｍｍの孔が円中心間距
離を４ｍｍ間隔とし横方向に一列に設けられてなる低開
口率部（縦２．８ｍｍ×横１４０ｍｍ）である。この低
開口率部の開口率は３２．８％であった。６は、活物質
塗着後に行う電極板切り離し線を示す。この切り離し線
上で芯体基板を切断することにより１セット分の電極板
が製造できることになる。

【００２１】ここで、開口率とは、ある部位の全面積に
対する開口面積の割合を百分率で表したものである。図
１に示す実施例では孔が規則正しく配列してあるので、
図１の４及び５に示すが如く、斜線部分（これを開口率
算出基準単位とする）を用いて算出した。即ち、高開口
率部は、１．８ｍｍの孔の面積×２÷斜線部分の面積×
１００で算出し、低開口率部は、〔１．８ｍｍの孔面積
＋１．２ｍｍの孔面積〕÷斜線部分の面積×１００で算
出した。

【００２２】なお、多数の異なる孔径の孔を使用する場
合や低開口率部と高開口率部を多段階の配設する場合に
は、前記開口率算出基準単位を巻回初端から巻回終端ま
で横方向に連ね、全斜線部分における開口面積を全斜線
部分面積で割れば開口率が求まる。

【００２３】ところで、上記薄鋼板としては、通常鉄又
はニッケルを主材とする金属板が使用されるが、これに
限定されるものではなく、従来より電極基板として使用
されている例えば銅板、銀板等の各種の金属薄板が使用
可能である。

【００２４】次に、酸化カドミウム粉末及び金属カドミ
ウム粉末に、ナイロン繊維、燐酸塩、ヒドロキシプロピ
ルセルロース、及び水を適量加え混練して活物質ペース
トを調製した。この活物質ペーストを、無開口部に活物
質が塗着されないように配慮しながら、前記有孔導電性
芯体基板の高開口率部と低開口率部からなる開口部全体
に塗着し乾燥して活物質充填済基板となした。

【００２５】この活物質充填済基板を、低開口率部の中
央と基板両端を除く無開口部の中央部、及び所定の電極
板長の長さ位置でそれぞれ切断して、厚み０．５８ｍ
ｍ，長さ１４０ｍｍ，幅３７．５ｍｍ、活物質塗着面１
４０ｍｍ×３６．５ｍｍのカドミウム負極板を作製し
た。

【００２６】上記カドミウム負極板と、この負極板と活
物質面の幅が同一で耳部（無開口部）を持たない公知の
ニッケル正極板とを、図５のごとく負極の非集電側端
（低開口率部側）と正極上端とが同じ高さになるように
対向させ、公知のセパレータを間に介して巻回しニッケ
ル・カドミウム電極体とした。このニッケル・カドミウ
ム電極体の下端、即ち負極耳部に円形の集電体を溶接し
た後、外装缶に挿入して前記集電体の他端を缶底に溶接
した。次いで電解液として７．５規定の水酸化カリウム
水溶液を注入し、封口して公称容量１４００ｍＡＨの本
発明適用のニッケル・カドミウム蓄電池を作製した。

【００２７】〔比較例１〕芯体の両端に無開口部を設
け、低開口率部を設けないこと、及び開口部が前記本発
明例にかかる芯体に比べ耳幅（１ｍｍ）だけ狭くなって
いること以外は、上記本発明例と同様にして比較例電極
板１を作製した。また、この比較例電極板１を用いて、
本発明例と同様にして比較例電池１を作製した。なお、
この比較例電極板１に使用した芯体は、前記図６、図７
に示すものと同様形状である。この比較例電極板１は両
無開口部に活物質が塗着してないため、活物質塗着面幅
が前記本発明例電極板の活物質塗着面幅より片側耳部分
（１ｍｍ）だけ狭い。

【００２８】〔比較例２〕無開口部を電極板の片側にの
み設け、低開口率部を設けないこと以外は、上記本発明
例と同様にして比較例芯体２及び比較例電池２を作製し
た。図９に、比較例電極板２に使用した芯体の形状を示
す。なお、この比較例電極板２の活物質塗着面幅は、前
記本発明例電極板と同じである。

【００２９】〔比較例３〕芯体の片側にのみ無開口部を
設け、本発明例とは逆に無開口部と対向する芯体の端部
の開口率を高めたこと以外は、上記本発明例と同様にし
て比較例電極板３及び比較例電池３を作製した。図１０
に、比較例電極板３に使用した芯体の形状を示す。な
お、この比較例電極板３の活物質塗着面幅は、前記本発
明例電極板と同じである。

【００３０】〔比較例４〕前記比較例１と同様の芯体を
用い、この芯体の片方の無開口部及び開口部に電極活物
質を塗着して、比較電極板４を作製した。なお、この比
較例電極板４は片方の無開口部に活物質を塗着して、活
物質塗着面幅を本発明例電極板と同様としたものであ
り、一方の無開口部に活物質が塗着してある点において
比較例電極板１と異なる。

【００３１】以上で作製した各種電池（１〜３）の電池
容量を測定した。また、これらの電池を解体し、正、負
電極板の巻ズレ量（ｍｍ）及び巻回に伴う片伸び量（ｍ
ｍ）を測定した。更に、比較電極板４については、巻回
時に活物質が脱落するか否かを注意深く観察した。な
お、前記電池容量は、各電池に対し充放電による初期コ
ンディショニングを行った後、１４０ｍＡの電流で公称
容量の１６０％まで充電し、２８０ｍＡの電流で１．０
Ｖまで放電して測定した放電容量とした。

【００３２】表１に各種電池の放電容量を示し、表２に
巻ズレの測定結果、表３に巻回に伴う片伸び量を示す。

【００３３】表１から明らかなごとく、本発明例電池
は、比較例電池１〜３の何れよりも電池容量が大きかっ
た。この理由は次のように考えられる。先ず、比較例電
池１に比べ本発明例電池及び比較例電池２〜３の電池容
量が高かったのは、比較例電池１では両端に活物質の塗
着されていない耳部を有する負極板が使用されているた
め、他の電池に比べ活物質面の対向面積（発電面積）が
少ないからである。一方、同じ対向面積を持っている本
発明例電池と比較例電池２〜３の比較において、本発明
例電池がこれら比較電池より電池容量が高いのは、比較
例電池２〜３では巻ズレが生じ、有効対向面積が減少し
たためと考えられる。

【００３４】表２、３から次のことが明らかになる。両
端に耳部を有する比較例１は、片伸びが全くなく、片側
にのみ耳部を有した他の電極板に比べて巻ズレが少な
い。しかし、巻ズレ量で比較例１と本発明例を比較した
場合、両者には殆ど差がない。このことは、本発明例の
片伸び量０．５ｍｍ／１４０ｍｍ程度であれば、巻回時
に不回避的に生じる巻回誤差の範囲であり、殆ど問題な
いと考えれる。

【００３５】他方、片側にのみ耳部を有した本発明例、
比較例２及び３を比較した場合、片伸び量は本発明例＜
＜比較例２＜比較例３の順に大きくなり、巻ズレ量も同
様な傾向を示している。ここで、本発明例では、耳部と
対向する端部に低開口率部を設けた芯体が使用してあ
り、比較例２の電極板（負極）には、耳部と対向する端
部に低開口率部を設けず、他の部分の開口率と同様にし
た芯体が使用してある。

【００３６】これらに対し比較例３には、本発明例とは
逆に耳部と対向する端部に高開口率部を設けた芯体が使
用してある。このことを踏まえて、片伸び量の大小関係
を見ると、本発明例において、顕著に巻ズレが少なかっ
たのは、耳部と対向する端部に低開口率部を設けたこと
による効果と考えられる。また、この結果と前記表１の
結果との対応関係からして、巻ズレの抑制が電池容量の
向上に寄与するとが判る。

【００３７】一方、巻回時に活物質が脱落するか否かの
観察において、比較電極板４では無開口部に塗着した活
物質の脱落が認められた。このことから、芯体の両端に
無開口部を設けて両端の強度を確保し、かつその一方に
活物質を塗着することによって発電面積を拡大しようと
する方法は、活物質の脱落に起因する電池性能の低下を
招く恐れが高いため、採用できないことが確認できた。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】〔その他の事項〕 上記実施例では、縦列４セルの芯体基板を用いたが、
これに限られるものではない。縦列４セル以上芯体基板
を用いてもよく、また縦列１セルとしてもよい。但し、
芯体基板の端から無開口部、高開口率部、低開口率部、
高開口率部、無開口部の順に交互に複数セル分を配列す
るのが、生産効率の面から好ましい。

【００４２】また、上記実施例では、２種類の孔径の
異なる孔を用いて開口率を変えたが、１種類の孔径で孔
間隔を変える方法により開口率を変化させてもよく、ま
た３種類以上の異なる孔径でもって開口率を変化させて
もよい。

【００４３】上記実施例では、より小径の孔を巻回方
向と平行一列に配列することにより低開口率部を構成
し、かつ、この低開口率部を無開口部と対向する端部に
のみ設けたが、小径の孔の列は平行一列の配列に限定さ
れるものではなく、例えば図４のように一方の孔を芯体
の端縁に接するようにして連続二列以上としてもよい。
この場合の開口率算出基準単位は、それぞれ図４の符号
７及び８になる。また、例えば図３のように、小径の孔
の列の間により大径の孔の列を一列挿入して不連続２段
としてもよい。なお、無開口部と対向する端部に連続二
列以上の小径の孔の列を設けると、巻ズレ防止に一層効
果がある。

【００４４】本発明にいう低開口率部は、活物質塗着
強度を低下させないで、無開口部と対向する端部の引っ
張り強度を高めることを目的として配設されるものであ
る。したがって、無開口部と対向する端部以外にも低開
口率部の列を設ける場合には、開口部の中心線を基準に
し無開口部と反対側にのみ位置させるか、あるいは、前
記中心線を基準にして無開口部と反対側の方が無開口部
側より、低開口率部の列を多く配したり、低開口率部の
列を幅広にしたりすることによって、無開口部と対向す
る端部の引っ張り強度を高める必要がある。そして、こ
のような構成とすることにより、巻ズレと結着強度の双
方に顕著な効果が得られる。

【００４５】ところで、本発明では、より小さい開口
率を持つ低開口率部と、より大きい開口率を有する高開
口率部とで開口部が構成されていることを要件としてい
るが、「低開口率部」、「高開口率部」は比較の概念で
規定されるものである。したがって、低開口率部と高開
口率部が、無開口部側端部から徐々に開口率を下げるよ
うにして連続的に配設されていてもよい。この場合に
は、複数の低開口率部と高開口率部が設けられているこ
とになるが、何れが低開口率部で何れが高開口率部であ
るかは、無開口部と対向する端部の開口率を基準にして
順次判断すればよい。

【００４６】

【発明の効果】以上から、芯体の片側のみに耳部（無開
口部）を配し、この耳部に対向する芯体端部に低開口率
部を配置された本発明にかかる電極板では、耳部と対向
する端部まで活物質を塗着した場合であっても、活物質
の脱落がない。また、低開口率部が片伸びを抑制し、巻
ズレの発生を防止するので、有効発電面積が増大す
る。。したがって、本発明によると、高容量で信頼性の
高い巻回型アルカリ蓄電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電極板の芯体構造を示す図である。

【図２】本発明電極板にかかる有孔導電性芯体基板を示
す図である。

【図３】本発明電極板にかかる芯体構造（１セル分）の
他の例を示す図である。

【図４】本発明電極板にかかる芯体構造（１セル分）の
他の例を示す図である。

【図５】本発明電極板（負極）と耳部を有さない対極
（正極）との巻回重ね合わせにおける対応関係を示す図
である。

【図６】電極板の両端部に耳部を有する従来タイプ電極
板の芯体基板を示す図である。

【図７】電極板の両端部に耳部を有する従来タイプ電極
板（１セル分）の芯体構造を示す図である。

【図８】電極板の両端部に耳部を有する従来タイプ電極
板と耳部を有さない対極（正極）との巻回重ね合わせに
おける対応関係を示す図である。

【図９】比較例電極板２の芯体構造を示す図である。

【図１０】比較例電極板３の芯体構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 無開口部 ２ 高開口率部 ３ 低開口率部 ４、５ 開口率算出基準単位

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−136767（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−46455（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/28 H01M 4/78

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の導電性芯体に電極活物質を主体と
   するペーストを保持してなる渦巻型アルカリ蓄電池用電
   極板において、 前記導電性芯体は、巻回方向と平行に巻回始端から巻回
   終端まで延びる一方の端部にのみ設けられた無開口部
   と、前記無開口部を除いた芯体全面に多数の開口が形成
   された開口部とからなり、 前記開口部は、前記無開口部に対して平行に巻回始端か
   ら巻回終端まで延びる低開口率部と高開口率部とを備
   え、少なくとも前記無開口部と対向する他端部には低開
   口率部が配設されている、 ことを特徴とする渦巻型アルカリ蓄電池用電極板。
2. 【請求項２】 帯状の導電性芯体に電極活物質を主体と
   するペーストを保持してなる電極と、対極とを、間にセ
   パレータを介して渦巻状に巻回してなる電極体を備える
   渦巻型アルカリ蓄電池の製造方法において、 前記製造方法は、巻回方向に沿う一方の端部に巻回始端
   から巻回終端まで巻回方向に沿って平行方向に延びる無
   開口部を形成し、前記無開口部を除く芯体全面に、少な
   くとも前記無開口部と対向して平行に延びる他端部の開
   口率が前記他端部以外の開口率より小さくなるようにし
   て、多数の開口を形成する有孔導電性芯体形成工程と、 前記有孔導電性芯体形成工程で形成した有孔導電性芯体
   の開口部に電極活物質を塗着する活物質塗着工程と、 電極活物質の塗着された前記開口部と、対極の活物質面
   とを、セパレータを介して重ね合わせ渦巻状に巻回する
   工程と、 を備えることを特徴とする渦巻型アルカリ蓄電池の製造
   方法。
3. 【請求項３】 電極活物質の塗着された前記開口部の縦
   幅と対極の活物質面縦幅とを同一としたことを特徴とす
   る請求項２記載の渦巻型アルカリ蓄電池の製造方法。