JP3449663B2 - 電 池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正極と負極とをセパレ
ータを介して渦巻状に巻回し、最外層を負極とした渦巻
状電極体を電池缶に挿入する構造の電池に関し、さらに
詳しくは、上記構造で、生産性が良好でかつ高容量化を
達成した電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】正極と負極とをセパレータを介して渦巻
状に巻回し、最外層を負極とした渦巻状電極体を電池缶
に挿入する構造の電池においては、従来、正極の集電
は、図４〜５に示すように、正極１の基体として使用さ
れている多孔質金属繊維体や金属発泡体の上部の一部を
加圧して金属板状態にし、その金属板状態にした部分１
ａにアルミニウム板やニッケル板などの金属板からなる
集電体６を溶接することによって行われていた。

【０００３】しかしながら、このような方法によれば、
正極１の基体の一部を局部的に加圧して金属板状態にす
る工程と、その金属板状態にした部分１ａを検出して活
物質含有層の除去を行う工程を必要とするため、長尺の
基体では正極を作製することが困難であり、生産性に劣
るという問題があった。また、電池反応の性質として正
極１と対向している部分の負極２だけが有効利用される
ため、局部的な加圧によって金属板状態にした部分１ａ
であっても、それと対向する部分の負極２が反応に利用
できないという問題もあった。

【０００４】そのため、図６〜７に示すように、正極１
の中央近傍部を縦方向に加圧して金属板状態にし、その
金属板状態にした部分１ａに集電体６を溶接して、集電
体６を巻回始めの垂線から見て巻回方向に２７０°以上
の位置に設置することが提案されている。また、その集
電体６を設置した部分の正極１を内部側に押し込んで、
金属板状態として反応に寄与しなかった分に相当する量
の正極を最外周部に追加することも提案されている。

【０００５】この方法によれば、長尺の基体に連続的に
活物質含有ペーストの充填を行って正極の作製をするこ
とができ、また、金属板状態にして反応に寄与しなくな
った部分に相当する正極を最外周部に追加することによ
って電池容量の損失が生じないという長所がある。しか
し、この構造では、集電体６を溶接するために金属板状
態にした部分１ａが非常に精度良く定位置にくることが
必要であり、ズレを生じた場合は渦巻状電極体を電池缶
に挿入できないという問題がある。また、金属板状態に
した部分１ａに対向する部分の負極は反応に寄与しない
ことから無駄となり、最外周部に追加した正極を反応さ
せるためにその分に応じた負極の追加が必要となる。さ
らに、正極の末端と対向する負極は段差を生じるため、
折れたり、切れやすく、また電池缶にキズ（傷）が付き
やすいという問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の渦
巻状電極体を電池缶に挿入する構造の電池では、正極作
製時の生産性に欠けたり、電池容量の損失を生じるなど
の問題があり、また、それを改良する提案も、渦巻状電
極体の電池缶への挿入が困難になったり、負極の末端部
が折れたり、切れるなどの問題を解消することができな
かった。

【０００７】したがって、本発明は、上記のような問題
点を解決し、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状
に巻回し、その最外層を負極とした渦巻状電極体を電池
缶に挿入する構造の電池において、生産性が良好でかつ
高容量の電池を提供することを目的とする。

【０００８】本発明は、正極の巻回始め部分と負極の巻
回始め部分とを合わせ、正極と負極とをセパレータを介
して渦巻状に巻回し、その最外層を負極とした渦巻状電
極体を電池缶に挿入する構造の電池において、正極の基
体として金属発泡体を用い、その基体の外周側末端部を
加圧して金属板状態にし、その金属板状態にした部分に
集電体を溶接して、集電体を正極の外周側末端部で巻回
始めの垂線から見て巻回方向に２７０°〜３６０°の位
置に設置することにより、上記目的を達成したものであ
る。

【０００９】すなわち、本発明では、上記構成を採用す
ることによって、基体への活物質含有ペーストの充填に
何ら問題を生じず、長尺基体への活物質含有ペーストの
連続充填が可能になり、正極作製時の生産性が向上す
る。また、基体のみを加圧して金属板状態にしているの
で集電体を溶接した状態でも正極より厚みが薄く、しか
もそれが正極の外周側末端部に位置するので、渦巻状電
極体を電池缶に挿入する際に、その集電体溶接部分を渦
巻状電極体の最外周部の空体積部分に位置させることが
できる。その結果、電極の厚みのバラツキによる正極の
外周側末端部の位置のズレが渦巻状電極体を電池缶に挿
入する際に困難な状況を引き起こさない。また、集電体
を溶接した部分の厚みが正極より薄いので、負極の外周
側末端部における段差が２段階になって大きな段差にな
らないので、負極の折れや切断も低減できる。

【００１０】本発明においては、集電体の設置位置を巻
回始めの垂線（この垂線は渦巻状電極体の中心点を通
る）から見て巻回方向に２７０°〜３６０°の位置にし
ているので、正極、負極を一定厚みにした時、最も多く
の活物質を充填することができ、しかも集電体を電池缶
内の空体積部分に位置させることができるので、好まし
い結果が得られる。しかし、集電体を巻回始めの垂線か
ら見て巻回方向に２７０°より小さい位置に設置する
と、電池缶内の体積の有効利用が充分に行えなくなる。

【００１１】また、本発明においては、正極の巻回数を
１．７５回〜５．７５回にすることが好ましい。すなわ
ち、正極の巻回数が１．７５回〜５．７５回の範囲で
は、集電体を外周側末端部に位置させることよにる電池
缶内の体積の有効利用を行うことができ、好ましい結果
が得られるが、正極の巻回数が１．７５回より少ない場
合は、渦巻状電極体にする有利さがほとんどなく、正極
の巻回数が５．７５回より多くなると、電極の厚みが薄
くなり、また電極が長いことから、集電体の位置を外周
側末端部にする有利さがなくなるからである。

【００１２】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。なお、以下の実施例などにおい
て、濃度を示す％は重量％である。

【００１３】実施例１ 正極の基体として５７５ｇ／ｍ² の長尺のニッケル発泡
体を用い、この基体に活物質として水酸化ニッケル〔Ｎ
ｉ（ＯＨ）₂ 〕を含有するペーストを連続的に充填し、
乾燥後、加圧してシート状の正極を作製した。

【００１４】正極のサイズ（寸法）は、横５４ｍｍ×縦
３５ｍｍ×厚さ０．４３ｍｍであり、集電体を溶接する
ために、基体のニッケル発泡体を金属板状態にした部分
の横幅は３ｍｍであって、この金属板状態にした部分は
シート状正極の一方の端部に位置し、厚さが０．１２ｍ
ｍであって、かつ縦方向の全長にわたっている。そし
て、この部分に厚さ０．１ｍｍ、横幅３ｍｍのニッケル
板からなる集電体を溶接した。

【００１５】負極は、ニッケルのエキスパンドメタルを
基体とし、これに組成がＴｉ₁₅Ｚｒ₂₁Ｖ₁₅Ｎｉ₂₉Ｃｒ₅
Ｃｏ₆ Ｆｅ₁ Ｍｎ₈ で示される水素吸蔵合金粉末を活物
質として、圧着し、焼成することによって作製したシー
ト状のものであって、そのサイズは、横７２．５ｍｍ×
縦３５ｍｍ×厚さ０．２５５ｍｍである。

【００１６】セパレータとしてはポリプロピレン不織布
を用い、このセパレータを前記正極と負極との間に介在
させ、それら全体を渦巻状に巻回して渦巻状電極体を作
製した。なお、上記巻回にあたっては、渦巻状に巻回し
た際に、集電体が正極の外周側末端部にくるようにする
とともに、最外層が負極になるようにした。

【００１７】上記のように作製した渦巻状電極体を単４
形電池用の電池缶に挿入し、電解液を注入し、以後常法
にしたがって、外径１０ｍｍ、高さ４４ｍｍのニッケル
−水素吸蔵合金電池を作製した。使用した電解液は３０
％水酸化カリウム水溶液である。

【００１８】この実施例１における渦巻状電極体を電池
缶に挿入した状態を図１に模式的に示す。また、正極の
集電体設置位置を図２に模式的に示す。

【００１９】図中、１は正極、２は負極、３はセパレー
タであり、４は上記正極１と負極２とをセパレータ３を
介在させて渦巻状に巻回した渦巻状電極体である。そし
て、１ａは正極１の基体を加圧して厚さ０．１２ｍｍの
金属板状態にした部分であり、この金属板状態にした部
分１ａは、図１に示すように、正極１の外周側末端部に
位置し、この部分１ａに集電体６が溶接されている。ま
た、この集電体６の設置位置は、図１に示すように、正
極１の巻回始め部分の垂線Ｈから巻回方向（図１では、
右回り方向）に２７０°以上の位置にあり、正極１の巻
回数は３．７５回である。なお、図１〜２では、集電体
６やそれを溶接するために正極１の基体を加圧して金属
板状態にした部分１ａをわかりやすくするために、集電
体６は十字状に斜線を入れ、正極１の基体を加圧して金
属板状態にした部分１ａにはドット（点）を入れ、ま
た、電池缶５は内周面のみ細線で示している。これら
は、図４〜７においても同様である。

【００２０】また、組み立てた電池を図３に示す。この
図３に示す電池について説明すると、１は正極、２は負
極、３はセパレータ、４は渦巻状電極体、５は電池缶、
６は正極の集電体、７は環状ガスケット、８は封口蓋、
９は端子板、１０は封口板、１１は金属バネ、１２は弁
体、１３は絶縁体、１４は絶縁体である。

【００２１】正極１、負極２、セパレータ３はそれぞれ
前記の構成からなり、正極１と負極２とはセパレータ３
を介して渦巻状に巻回され、渦巻状電極体４として電池
缶５内に挿入され、その上部には絶縁体１４が配置され
ている。

【００２２】環状ガスケット７はナイロン６６で作製さ
れ、封口蓋８は端子板９と封口板１０とで構成され、電
池缶５の開口部はこの封口蓋８と上記環状ガスケット７
とで封口されている。

【００２３】つまり、電池缶５内に渦巻状電極体４など
を挿入し、電解液を注入した後、電池缶５の開口端近傍
部分に底部が内周側に突出した環状の溝５ａを形成し、
その溝５ａの内周側突出部で環状ガスケット７の下部を
支えさせて環状ガスケット７と封口蓋８とを電池缶５の
開口部に配置し、電池缶５の溝５ａから先の部分を内方
に締め付けて電池缶５の開口部を封口蓋８と環状ガスケ
ット７とで封口している。

【００２４】上記端子板９にはガス排出孔９ａが設けら
れ、封口板１０にはガス検知孔１０ａが設けられ、端子
板９と封口板１０との間には金属バネ１１と弁体１２と
が配置されている。そして、封口板１０の外周部を折り
曲げて端子板９の外周部を挟み込んで端子板９と封口板
１０とを固定している。

【００２５】この電池は、通常の状況下では金属バネ１
１の押圧力により弁体１２がガス検知孔１０ａを閉鎖し
ているので、電池内部は密閉状態に保たれているが、電
池内部にガスが発生して電池内圧が異常に上昇した場合
には、金属バネ１１が収縮して弁体１２とガス検知孔１
０ａとの間に隙間が生じ、電池内部のガスはガス検知孔
１０ａおよびガス排出孔９ａを通過して電池外部に放出
され、電池破裂が防止できるように構成されている。

【００２６】比較例１ まず、この比較例１における渦巻状電極体を電池缶に挿
入した状態を図４に模式的に示し、正極の集電体設置位
置を図５に模式的に示す。

【００２７】この比較例１も使用材料は前記実施例１の
場合と同様であるが、この比較例１では、図５に示すよ
うに、正極１のほぼ中央部の基体の一部を局部的に加圧
して金属板状態にしており、この金属板状態にした部分
１ａに集電体６を溶接している。

【００２８】したがって、この正極１と負極２とをセパ
レータ３を介して渦巻状に巻回して作製した渦巻状電極
体４を電池缶５に挿入すると、図４に示すような状態に
なり、集電体６の設置位置は正極１の中間部に位置して
いる。

【００２９】この比較例１の正極１は、前もって所定の
長さに切断した基体の中央部を局部的に加圧して金属板
状態にし、この基体に活物質含有ペーストを充填する工
程を経て作製されたもので、そのサイズは、横５１ｍｍ
×縦３５ｍｍ×厚さ０．４３ｍｍであり、金属板状態に
した部分１ａは、横７ｍｍ×縦５ｍｍである。

【００３０】そして、この正極１に対向する負極２のサ
イズは、横７２．５ｍｍ×縦３５ｍｍ×厚さ０．２５５
ｍｍである。

【００３１】比較例２ この比較例２における渦巻状電極体を電池缶に挿入した
状態を図６に模式的に示し、また、正極の集電体設置位
置を図７に模式的に示す。

【００３２】この比較例２も使用材料は前記実施例１の
場合と同様であるが、この比較例２では、図７に示すよ
うに、正極１のほぼ中央部近傍に縦方向に加圧して金属
板状態にし、この金属板状態にした部分１ａに集電体６
を溶接している。

【００３３】そして、この正極１と負極２とをセパレー
タ３を介して渦巻状に巻回して作製した渦巻状電極体４
を電池缶５に挿入したときは、図６に示すように、集電
体６の設置位置が、正極１の巻回始めの垂線Ｈから見て
巻回方向に２７０°以上の位置になるようにしている。

【００３４】この比較例２の正極１のサイズは、横５１
ｍｍ×縦３５ｍｍ×厚さ０．４３ｍｍであり、集電体６
を溶接するために金属板状態にした部分１ａの横幅は３
ｍｍである。

【００３５】そして、この正極１に対向する負極２のサ
イズは、横７２．５ｍｍ×縦３５ｍｍ×厚さ０．２５５
ｍｍである。

【００３６】上記実施例１および比較例１〜２における
渦巻状電極体の電池缶への挿入時の歩留りおよび得られ
た電池を２５℃、０．１Ａで終止電圧１．０Ｖまで放電
させたときの放電容量を調べた。その結果を表１に示
す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１に示す結果から明らかなように、実施
例１は放電容量が大きく、また渦巻状電極体の電池缶へ
の挿入時の歩留りも高い。

【００３９】そして、実施例１の場合は、正極の作製を
長尺の基体を用いて行うことができるので、生産性も良
い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、集電
体を溶接するための金属板状態の部分を正極の縦方向に
通して設けたことにより、正極の作製にあたり、長尺の
基体に活物質含有ペーストを連続的に充填できるように
なったので、生産性が向上した。

【００４１】また、集電体の設置位置を正極の外周側末
端部であって巻回始めの垂線から見て巻回方向に２７０
°〜３６０°の位置にしたことにより、集電体を渦巻状
電極体の電池缶挿入状態での空体積部分に位置させるこ
とができるので、電池缶内の体積を有効に利用すること
ができ、高容量化を達成することができた。また、集電
体溶接位置のわずかなズレが渦巻状電極体を電池缶に挿
入する際の挿入性に影響を及ぼすことがないので、渦巻
状電極体を電池缶に挿入する際の不良発生が減少し、歩
留りが高くなった。

【００４２】さらに、正極の基体を加圧して金属板状態
にした部分に集電体を溶接した場合でも、その部分全体
の厚みが正極の厚みより薄いことから段差が２段階にな
って大きな段差にならないので、正極末端部との段差に
よる最外周の負極の折れや切断も大幅に低減されるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１において渦巻状電極体を電池
缶に挿入した状態を模式的に示す横断面図である。

【図２】本発明の実施例１において正極の集電体設置位
置を模式的に示す図である。

【図３】本発明の実施例１により作製された電池を模式
的に示す縦断面図である。

【図４】本発明の比較例１において渦巻状電極体を電池
缶に挿入した状態を模式的に示す横断面図である。

【図５】本発明の比較例１において正極の集電体設置位
置を模式的に示す図である。

【図６】本発明の比較例２において渦巻状電極体を電池
缶に挿入した状態を模式的に示す横断面図である。

【図７】本発明の比較例２において正極の集電体設置位
置を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 正極 １ａ 金属板状態にした部分 ２ 負極 ３ セパレータ ４ 渦巻状電極体 ５ 電池缶 ６ 集電体

フロントページの続き (72)発明者 和田 隆二郎 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立 マクセル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−129435（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−174868（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−35759（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 6/02 H01M 4/80 H01M 10/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極の巻回始め部分と負極の巻回始め部
   分とを合わせ、正極と負極とをセパレータを介して渦巻
   状に巻回し、その最外層を負極とした渦巻状電極体を電
   池缶に挿入する構造の電池において、正極の基体として
   金属発泡体を用い、その基体の外周側末端部を加圧して
   金属板状態にし、その金属板状態にした部分に集電体を
   溶接して、集電体を正極の外周側末端部であって巻回始
   めの垂線から見て巻回方向に２７０°〜３６０°の位置
   に設置したことを特徴とする電池。
2. 【請求項２】 正極の巻回数が１．７５回〜５．７５回
   である請求項１記載の電池。