JP3695983B2 - 角形電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ蓄電池等の金属製の外装缶を有した角形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池を使用するポータブル機器の発展はめざましく、ビデオカメラ、携帯電話等の商品化が積極的に展開されている。これらの機器の駆動電源として使用される電池は、高容量かつ小型軽量化への要求が年々高まっている。これらの要求に対応するために、電池を小型化して、省スペースとすることを目的として、外装缶の形状を円筒形から角形とした小型の角形電池が多く利用されるようになっている。
【０００３】
このような角形電池は、通常、図１(a)、(b)に示すように正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群１を、相対向する一組の広側面２と相対向する一組の狭側面３とを有した金属製外装缶４に、その極板群１の積層方向を広側面２に対して垂直になるように収納して作製している。
【０００４】
ここで、図１(a)は、従来の角形電池の縦断面図を、図１(b)は、従来の角形電池の横断面図を示している。
【０００５】
尚、１は極板群を表し、２は金属製外装缶の広側面を表し、３は金属製外装缶の狭側面を表し、４は金属製外装缶を表している。
【０００６】
また、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池などの密閉式アルカリ蓄電池においては、充放電サイクルが進行すると、電気化学反応によるガス発生（正極から酸素、負極から水素が発生する）に伴う電池内部圧力が上昇し、特に狭側面よりも広側面にかかる圧力が大きく、一定圧力以上になると広側面が変形し、外装缶が変形するという問題点があった。
【０００７】
更に、前記ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池などのアルカリ畜電池の高容量化のために、最近では、高多孔度の発泡ニッケルの基体に水酸化ニッケル活物質を充填した非焼結式正極が使用されている。
【０００８】
このような非焼結式正極は、活物質の充填量を多くできる反面、充放電サイクルを繰り返すと、膨張しやすく、前記のように角形の外装缶を使用した場合、通常、極板群の積層方向は角形外装缶の広側面に対して垂直であり、正極の膨張方向も広側面に対して垂直方向となるため、広側面にかかる圧力が更に大きくなり、特に、角形外装缶の広側面が変形しやすいという問題点があった。
【０００９】
そして、以上の問題点を防ぐためには、外装缶の強度を向上させる必要があり、特開平６−５２８４２号公報には、広側面の厚さが狭側面の厚さよりも厚く形成された外装缶を使用した角形密閉式電池が提案されている。
【００１０】
しかしながら、特開平６−５２８４２号公報に記載されたように外装缶の材厚を増加させる方法では、外装缶内の体積が減少し、その分、電池容量を低下させなければならないという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、充放電サイクルが進行して、電池内圧の上昇、極板の膨化等に起因する外装缶の変形を抑制すると共に、電池容量の低下を抑制した高容量の角形電池を提供しようとすることを本発明の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を、相対向する一組の広側面と相対向する一組の狭側面とを有した金属製外装缶に収納した角形電池において、前記金属製外装缶の内部には広側面の垂直方向に仕切板を有し、前記仕切板が金属製外装缶の相対向する一組の広側面の内面に固着しているとともに、前記極板群の角形外装缶の広側面に対して垂直である積層方向（以下、積層方向）が前記仕切板に対して平行であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
[実施例１]
（正極の作製）
亜鉛２．５重量％とコバルト１重量％とを共沈成分として含有する水酸化ニッケル粉末９０重量部と水酸化コバルト１０重量部と酸化亜鉛粉末３重量部と０．２重量％のヒドロキシプロピルセルロース水溶液５０重量部とを混練して正極活物質ペーストを作製した。このように作製した活物質ペーストを、厚さ約１．２ｍｍの発泡ニッケルに充填し、乾燥後、圧延して、切断を行って、サイズが15mm×38mm×0.5mmの正極板を６枚作製した。
【００１４】
（負極の作製）
ミッシュメタル（La,Ce,Nd,Pr等の希土類元素の混合物）と、ニッケル、コバルト、アルミニウム及びマンガンとを所定の重量に秤量して混合し、これをルツボに入れて高周波溶解炉で溶融した後冷却し、組成式がMmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6（Mmはミッシュメタル）で表される水素吸蔵合金鋳塊を作製し、これを不活性ガス中で平均粒径が50μmとなるように粉砕する。
【００１５】
このように粉砕した水素吸蔵合金粉末に、結着材としてポリエチレンオキサイド粉末を添加し、さらにイオン交換水を添加、混練してペースト状のスラリーとした。この時、結着材であるポリエチレンオキサイド粉末の添加量は、水素吸蔵合金に対して０．５重量％とした。
【００１６】
以上のように作製した水素吸蔵合金のスラリーをパンチングメタルからなる芯体の両面に塗着して水素吸蔵合金負極を作製し、サイズ15mm×38mm×0.4mmに切断した負極板を８枚作製した。
【００１７】
（角形密閉式ニッケル水素蓄電池の作製）
前記のように作製した負極板４枚と正極板３枚とをセパレータを介して交互に積層して極板群１を作製した。このような極板群をもう１組作製して、２組の極板群１を作製した。前記２組の極板群１を図１に示すような金属製外装缶４内の相対向する一組の広側面２の両方の内面に溶接等により固着した仕切板５によって分けられた２つの空間に、前記極板の積層方向と仕切板５とが平行になるように配置して、電解液を注液後、封口することよって、公称容量1650mAh、電池サイズが33mm（幅）×48mm（高さ）×6.0mm（厚み）である本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ａを作製した。
【００１８】
ここで、図２(a)は本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池の縦断面図を図２(b)は,本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池の横断面図を示している。
【００１９】
尚、１は極板群を表し、２は金属製外装缶の広側面を表し、３は金属製外装缶の狭側面を表し、４は金属製外装缶を表し、５は金属製外装缶内の仕切板を表している。
[比較例１]
前記実施例１の正極の作製において、切断時の正極のサイズを30mm×38mm×0.8mmとする以外は、前記実施例１と同様にして３枚の正極板を作製した。
【００２０】
また、実施例１の負極において、切断時の負極のサイズを30mm×38mm×0.4mmとする以外は、前記実施例１と同様にして４枚の負極板を作製し、これらの正極板３枚と負極板４枚とをセパレータを介して交互に積層して極板群を作製した。このように作製した極板群１を図１に示すような、外装缶４の広側面３の内面に接した仕切板が存在しない通常の角形外装缶４に、前記極板群の積層方向が、この角形外装缶４の広側面２に対して垂直になるように配置し、電解液を注液後、封口して、公称容量1650mAh、電池サイズが33mm（幅）×48mm（高さ）×6.0mm（厚み）である比較例の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ｘを作製した。
<実験１>
前記のように作製した本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ａと比較例の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ｘを下記の充放電試験を行って、１００、２００、３００、４００、５００サイクル毎における電池厚さの増加割合（サイクル経過時の電池厚さ―サイクル前の電池厚さ）を下記表１に示す。
【００２１】
（充放電試験）
充電：１Ｃ −ΔＶ＝１０ｍＶ １時間休止
放電：１Ｃ 放電終止電圧１．０Ｖ
【００２２】
【表１】
上記表１より明らかなように、比較電池Ｘは本発明電池Ａよりも外装缶の膨らみ度合いが大きい。特に、充放電サイクルが進行するにつれてその厚みの差が大きくなっている。
【００２３】
一方、本発明電池Ａは、仕切板が金属製外装缶内の広側面の垂直方向に存在し、かつ仕切板が金属製外装缶の広側面の両方の内面に固着しているので、電池外装缶の強度が比較電池Ｘよりも強く、極板群の積層方向が膨張しても、金属製外装缶の広側面のたわみが抑制されるため、金属製外装缶の膨らみを効果的に抑制できたものと考えられる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように本発明の角形電池は、外装缶の材厚を増加させずに、外装缶強度を向上させることができるので、電池容量の低下を抑制した高容量でかつ充放電サイクルの進行に伴う電池外装缶の変形を抑制できる角形電池を提供でき、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の角形電池を示す縦断面図及び横断面図である。
【図２】本発明の角形電池を示す縦断面図及び横断面図である。
【符号の説明】
１…極板群、２…広側面、３…狭側面、４…外装缶、５…仕切板
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ蓄電池等の金属製の外装缶を有した角形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池を使用するポータブル機器の発展はめざましく、ビデオカメラ、携帯電話等の商品化が積極的に展開されている。これらの機器の駆動電源として使用される電池は、高容量かつ小型軽量化への要求が年々高まっている。これらの要求に対応するために、電池を小型化して、省スペースとすることを目的として、外装缶の形状を円筒形から角形とした小型の角形電池が多く利用されるようになっている。
【０００３】
このような角形電池は、通常、図１(a)、(b)に示すように正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群１を、相対向する一組の広側面２と相対向する一組の狭側面３とを有した金属製外装缶４に、その極板群１の積層方向を広側面２に対して垂直になるように収納して作製している。
【０００４】
ここで、図１(a)は、従来の角形電池の縦断面図を、図１(b)は、従来の角形電池の横断面図を示している。
【０００５】
尚、１は極板群を表し、２は金属製外装缶の広側面を表し、３は金属製外装缶の狭側面を表し、４は金属製外装缶を表している。
【０００６】
また、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池などの密閉式アルカリ蓄電池においては、充放電サイクルが進行すると、電気化学反応によるガス発生（正極から酸素、負極から水素が発生する）に伴う電池内部圧力が上昇し、特に狭側面よりも広側面にかかる圧力が大きく、一定圧力以上になると広側面が変形し、外装缶が変形するという問題点があった。
【０００７】
更に、前記ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池などのアルカリ畜電池の高容量化のために、最近では、高多孔度の発泡ニッケルの基体に水酸化ニッケル活物質を充填した非焼結式正極が使用されている。
【０００８】
このような非焼結式正極は、活物質の充填量を多くできる反面、充放電サイクルを繰り返すと、膨張しやすく、前記のように角形の外装缶を使用した場合、通常、極板群の積層方向は角形外装缶の広側面に対して垂直であり、正極の膨張方向も広側面に対して垂直方向となるため、広側面にかかる圧力が更に大きくなり、特に、角形外装缶の広側面が変形しやすいという問題点があった。
【０００９】
そして、以上の問題点を防ぐためには、外装缶の強度を向上させる必要があり、特開平６−５２８４２号公報には、広側面の厚さが狭側面の厚さよりも厚く形成された外装缶を使用した角形密閉式電池が提案されている。
【００１０】
しかしながら、特開平６−５２８４２号公報に記載されたように外装缶の材厚を増加させる方法では、外装缶内の体積が減少し、その分、電池容量を低下させなければならないという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、充放電サイクルが進行して、電池内圧の上昇、極板の膨化等に起因する外装缶の変形を抑制すると共に、電池容量の低下を抑制した高容量の角形電池を提供しようとすることを本発明の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を、相対向する一組の広側面と相対向する一組の狭側面とを有した金属製外装缶に収納した角形電池において、前記金属製外装缶の内部には広側面の垂直方向に仕切板を有し、前記仕切板が金属製外装缶の相対向する一組の広側面の内面に固着しているとともに、前記極板群の角形外装缶の広側面に対して垂直である積層方向（以下、積層方向）が前記仕切板に対して平行であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
[実施例１]
（正極の作製）
亜鉛２．５重量％とコバルト１重量％とを共沈成分として含有する水酸化ニッケル粉末９０重量部と水酸化コバルト１０重量部と酸化亜鉛粉末３重量部と０．２重量％のヒドロキシプロピルセルロース水溶液５０重量部とを混練して正極活物質ペーストを作製した。このように作製した活物質ペーストを、厚さ約１．２ｍｍの発泡ニッケルに充填し、乾燥後、圧延して、切断を行って、サイズが15mm×38mm×0.5mmの正極板を６枚作製した。
【００１４】
（負極の作製）
ミッシュメタル（La,Ce,Nd,Pr等の希土類元素の混合物）と、ニッケル、コバルト、アルミニウム及びマンガンとを所定の重量に秤量して混合し、これをルツボに入れて高周波溶解炉で溶融した後冷却し、組成式がMmNi3.4Co0.8Al0.2Mn0.6（Mmはミッシュメタル）で表される水素吸蔵合金鋳塊を作製し、これを不活性ガス中で平均粒径が50μmとなるように粉砕する。
【００１５】
このように粉砕した水素吸蔵合金粉末に、結着材としてポリエチレンオキサイド粉末を添加し、さらにイオン交換水を添加、混練してペースト状のスラリーとした。この時、結着材であるポリエチレンオキサイド粉末の添加量は、水素吸蔵合金に対して０．５重量％とした。
【００１６】
以上のように作製した水素吸蔵合金のスラリーをパンチングメタルからなる芯体の両面に塗着して水素吸蔵合金負極を作製し、サイズ15mm×38mm×0.4mmに切断した負極板を８枚作製した。
【００１７】
（角形密閉式ニッケル水素蓄電池の作製）
前記のように作製した負極板４枚と正極板３枚とをセパレータを介して交互に積層して極板群１を作製した。このような極板群をもう１組作製して、２組の極板群１を作製した。前記２組の極板群１を図１に示すような金属製外装缶４内の相対向する一組の広側面２の両方の内面に溶接等により固着した仕切板５によって分けられた２つの空間に、前記極板の積層方向と仕切板５とが平行になるように配置して、電解液を注液後、封口することよって、公称容量1650mAh、電池サイズが33mm（幅）×48mm（高さ）×6.0mm（厚み）である本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ａを作製した。
【００１８】
ここで、図２(a)は本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池の縦断面図を図２(b)は,本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池の横断面図を示している。
【００１９】
尚、１は極板群を表し、２は金属製外装缶の広側面を表し、３は金属製外装缶の狭側面を表し、４は金属製外装缶を表し、５は金属製外装缶内の仕切板を表している。
[比較例１]
前記実施例１の正極の作製において、切断時の正極のサイズを30mm×38mm×0.8mmとする以外は、前記実施例１と同様にして３枚の正極板を作製した。
【００２０】
また、実施例１の負極において、切断時の負極のサイズを30mm×38mm×0.4mmとする以外は、前記実施例１と同様にして４枚の負極板を作製し、これらの正極板３枚と負極板４枚とをセパレータを介して交互に積層して極板群を作製した。このように作製した極板群１を図１に示すような、外装缶４の広側面３の内面に接した仕切板が存在しない通常の角形外装缶４に、前記極板群の積層方向が、この角形外装缶４の広側面２に対して垂直になるように配置し、電解液を注液後、封口して、公称容量1650mAh、電池サイズが33mm（幅）×48mm（高さ）×6.0mm（厚み）である比較例の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ｘを作製した。
<実験１>
前記のように作製した本発明の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ａと比較例の角形密閉式ニッケル水素蓄電池Ｘを下記の充放電試験を行って、１００、２００、３００、４００、５００サイクル毎における電池厚さの増加割合（サイクル経過時の電池厚さ―サイクル前の電池厚さ）を下記表１に示す。
【００２１】
（充放電試験）
充電：１Ｃ −ΔＶ＝１０ｍＶ １時間休止
放電：１Ｃ 放電終止電圧１．０Ｖ
【００２２】
【表１】
【００２３】
一方、本発明電池Ａは、仕切板が金属製外装缶内の広側面の垂直方向に存在し、かつ仕切板が金属製外装缶の広側面の両方の内面に固着しているので、電池外装缶の強度が比較電池Ｘよりも強く、極板群の積層方向が膨張しても、金属製外装缶の広側面のたわみが抑制されるため、金属製外装缶の膨らみを効果的に抑制できたものと考えられる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように本発明の角形電池は、外装缶の材厚を増加させずに、外装缶強度を向上させることができるので、電池容量の低下を抑制した高容量でかつ充放電サイクルの進行に伴う電池外装缶の変形を抑制できる角形電池を提供でき、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の角形電池を示す縦断面図及び横断面図である。
【図２】本発明の角形電池を示す縦断面図及び横断面図である。
【符号の説明】
１…極板群、２…広側面、３…狭側面、４…外装缶、５…仕切板
Claims (1)
- 正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を、相対向する一組の広側面と相対向する一組の狭側面とを有した金属製外装缶に収納した角形電池において、前記金属製外装缶の内部には広側面の垂直方向に仕切板を有し、前記仕切板が金属製外装缶の相対向する一組の広側面の内面に固着しているとともに、前記極板群の角形外装缶の広側面に対して垂直である積層方向が前記仕切板に対して平行であることを特徴とする角形電池。
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