JP3857751B2 - 非焼結式極板を有する電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非焼結式極板を積層する渦巻状の電極体を内臓する電池に関する。とくに、本発明は、多孔質基体に活物質を充填している非焼結式極板を内臓する電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池に使用される電極として、焼結式のものと、多孔質基体に活物質粉末を充填して製造する非焼結式極板がある。非焼結式極板は、焼結式に比較すると、製造コストを低減して、電池のエネルギー密度を高くできる特長がある。
【０００３】
非焼結式極板は、下記のようにして製造される。
(1) ニッケル３次元多孔体等の多孔質基体に、活物質を充填して乾燥させる。その後、活物質の充填密度を高くするためにローラーで全体を圧延する。圧延した極板を、所定の寸法に切断する。
(2) 多孔質基体を所定の寸法に切断した後、これに活物質を充填する。乾燥させた後、圧延して非焼結式極板とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１と図２に示すように、非焼結式極板１は、セパレータ２で絶縁されて、別に製造された極板３に積層して巻かれて、渦巻状の電極体４となる。電極体４は円筒状の外装缶（図示せず）に挿入されて、電池に組み立てられる。このようにして製造された電池は、極板の内部ショートが歩留を低下させる。内部ショートは、非焼結式極板１がセパレータ２を突き破り、他の極板３に接触して発生する。とくに、図３の拡大断面図に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２を突き破って別の極板３に接触しやすい。非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２の局部に強く押しつけられるからである。
【０００５】
さらに、非焼結式極板は、所定の寸法に裁断するときに、切断部にばりができ、このばりがセパレータを突き破って内部ショートを起こすことがある。セパレータを突き破りやすい、非焼結式極板の最外周巻き終端は切断縁となる。このため、最外周巻き終端にセパレータに向かって突出するばりができると、内部ショートが極めて発生しやすくなる。
【０００６】
この弊害は、セパレータを厚く、強くして解消できる。ただ、セパレータを厚くすると、外装缶に充填できる極板の実質体積が小さくなって、電池の定格容量が小さくなる。セパレータが占める体積が大きくなるからである。電池の容量を大きくするために、セパレータは可能な限り薄くすることが大切である。
【０００７】
セパレータを強くするのではなくて、極板を独特の構造として、内部ショートを防止する非焼結式極板が、特開平８−４５５００号公報に記載される。この公報に記載される極板は、図４と図５に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａを薄く加工している。この形状の非焼結式極板１は、最外周巻き終端１Ａがセパレータを突き破る弊害を少なくできる。ただ、この構造の非焼結式極板は、最外周巻き終端１Ａを独特の形状に加工するので、加工に手間がかかる欠点がある。また、加工する形状によっては、セパレータを突き破って内部ショートを発生することもある。
【０００８】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、非焼結式極板がセパレータを突き破って内部ショートするのを有効に防止できる非焼結式極板１を有する電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は、セパレータ２を介して正極板と負極板を積層している。正極板と負極板は、一方の極板を外側に、他方の極板をその内側に配設して渦巻状に巻かれている。内側に巻かれている極板は、多孔質基体に活物質を充填してなる非焼結式極板１である。非焼結式極板１は、最外周巻き終端１Ａに、活物質量の充填量が他の部分よりも少なく、あるいは活物質の充填されない非充填部１Ｂを設けている。
【００１０】
さらに、本発明の請求項２の電池は、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａを除く部分に活物質を塗着し、最外周巻き終端１Ａには活物質を塗着しない非充填部１Ｂとしている。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項３の電池は、多孔質基体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａは、充填された活物質を除去して非充填部１Ｂとしている。活物質は、たとえば、超音波を照射して除去する。
【００１２】
多孔質基体には、ニッケル繊維基板や発泡ニッケル基板等のニッケル３次元多孔体が使用される。
【００１３】
本発明の電池は、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａに活物質を充填しない、あるいは、充填量の少ない非充填部１Ｂを設けている。非充填部１Ｂは、活物質の充填量が少なく、多孔質基体の空隙は活物質で満たされない。多数の空隙のある多孔質基体は、最外周巻き終端１Ａがセパレータ２で押圧されると、セパレータ２に沿って変形される。たとえば、多孔質基体に使用される発泡ニッケル等は、多孔度が９５％と極めて大きいので、最外周巻き終端１Ａがセパレータ２に押圧されると容易に変形する。このため、本発明の電池は、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａの隅角が、セパレータ２を突き破って、別の極板３に接触して内部ショートする弊害を有効に阻止できる。
【００１４】
とくに、本発明の電池は、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａを、変形しやすい構造としている。このため、最外周巻き終端１Ａは、特別な形状に加工する必要がなく、渦巻状に巻いた状態で、セパレータ２の内面に沿って変形される。この形状に変形された非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａは、セパレータ２を最も突き破り難い理想的な形状に成形される。このため、製造直後は勿論、電池を使用する状態においても内部ショートを有効に防止できる。非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａを薄く成形する従来の電池は、薄く成形した最外周巻き終端１Ａに直角の隅角などができると、この部分がセパレータ２を突き破ることがある。本発明の電池は、極板を渦巻状に巻くと、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２の内面に沿う理想的な形状に成形されるので、成形された非焼結式極板１が、セパレータ２を突き破るのを確実に阻止できる特長がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池を例示するものであって、本発明は電池を下記のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
［実施例１］
Ａ 多孔質基体に活物質を充填した非焼結式極板である正極板の製造
［活物質スラリーを調整する工程］
下記の(1) 〜 (3)を混合した粉末に、(4)を添加混合して活物質スラリーを作製する。
(1) 共沈成分として亜鉛を２．５ｗｔ％、コバルトを１ｗｔ％含有する水酸化ニッケル粉末（レーザー方式で測定した平均粒径が約１５μｍ）を９０重量部
(2) 水酸化コバルトを１０重量部
(3) 酸化亜鉛粉末を３重量部
(4) ヒドロキシプロピルセルロースの０．２ｗｔ％水溶液を５０重量部
【００１８】
［活物質スラリーを集電体に充填する工程］
得られた活物質スラリーを、発泡ニッケル基体である多孔質基体の微細空隙に充填する。発泡ニッケル基体は、多孔度を９５％、厚みを約２ｍｍ、面密度を６００ｇ／ｍ２とする。
以上のようにして、活物質スラリーを充填した多孔質基体は、乾燥した後、２本の圧延ロールの間を通過させて０．６７ｍｍの厚さに圧延し、長さが１３０ｍｍ、幅が６０ｍｍとなる形状に切断して電極とする。活物質の充填量は、圧延後の活物質密度が２．９ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように調整する。
【００１９】
多孔質基体の最外周巻き終端となる部分には活物質が充填されないように、図６に示すように、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａとなる幅１ｍｍ部分には、テープでマスキングして、活物質を充填した。
【００２０】
Ｂ 負極板の製造
［水素吸蔵合金の作製と粉砕］
ミッシュメタル（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類元素の混合物）と、コバルトと、アルミニウムと、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、下記の組成式の水素吸蔵合金電極を作製する。
ＭｍＮｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６
そして、得られた水素吸蔵合金の鋳塊を、あらかじめ粗粉砕した後、平均粒径が１５０μｍとなるように不活性ガス中で機械粉砕する。
【００２１】
［水素吸蔵合金ペーストの作製］
粉砕した水素吸蔵合金の粉末に、結着剤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にする。結着剤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％とする。
【００２２】
［水素吸蔵合金ペーストを集電体に塗着、乾燥する］
得られたペーストを、パンチングメタルからなる集電体の両面に、一定の厚さにコーティングして塗着し、密度を５ｇ／ｃｃとなるように調整する。その後、乾燥し、厚さが０．３８ｍｍとなるようにプレスを行い、長さが１７０ｍｍ、幅が６０ｍｍとなる形状に裁断して負極とする。
なお、集電体として、発泡ニッケル、ニツケル繊維マット等を用いることも可能であり、この場合には、これら集電体に活物質ペーストを充填して作製する。
【００２３】
Ｃ 電池の作成
正極板と負極板との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ２を介在させて、これらを渦巻状に捲回して電極体を製作し、この電極体を４／３Ａサイズの外装缶に挿入し、電解液として比重１．３の水酸化カリウム水溶液５．０ｇを注入した直後に外装缶の開口部を閉塞して密閉し、試験電池を作製した。同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２４】
［実施例２〜５］
多孔質基体の最外周巻き終端１Ａとなる部分を、テープでマスキングする幅を下記の値にする以外、実施例１と同じようにして、それぞれ２００個の電池を製作した。
実施例２……マスキング幅２ｍｍ
実施例３……マスキング幅３ｍｍ
実施例４……マスキング幅４ｍｍ
実施例５……マスキング幅５ｍｍ
【００２５】
［実施例６〜１０］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、その後、最外周巻き終端１Ａとなる部分に超音波を用いて活物質を脱落させる以外、実施例１と同じようにして、それぞれ２００個の電池を製作した。超音波で活物質を脱落させる幅は、下記のようにした。
実施例６……脱落幅１ｍｍ
実施例７……脱落幅２ｍｍ
実施例８……脱落幅３ｍｍ
実施例９……脱落幅４ｍｍ
実施例１０…脱落幅５ｍｍ
実施例６から１０では、活物質を脱落させる方法として、超音波を用いたが、その他の方法、例えば機械的振動、高圧空気、高圧水等も用いることができる。
【００２６】
［比較例１］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２７】
［実施例１１］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．５７ｍｍと薄くし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．４８ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２８】
［比較例２］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２９】
［実施例１２］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．６２ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．４３ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３０】
［比較例３］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１２と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３１】
［実施例１３］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．７２ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．３３ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３２】
［比較例４］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１３と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３３】
［実施例１４］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．７７ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．２８ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３４】
［比較例５］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１４と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３５】
以上のようにして製作した電池の内部ショートを下記のようにして測定した。外装缶を封口後、４時間放置し、電池電圧を検出して内部ショートの有無を検査した。
【００３６】
さらに、内部ショートした箇所を下記のようにして調べた。
(1) 内部ショートした電池の封口体を外し、６０℃で４８時間真空乾燥して、外装缶に入れた電解液を蒸発させる。
(2) その後、正負極間に１２０ｍＡ−８０Ｖの電流を流すと、内部ショートした箇所のセパレータ２が焦げた。セパレータ２の焦げた部分を調べて、電池の内部ショート箇所を特定できる。
【００３７】
以上の放電で電池の内部ショート個数と場所とを調べると、表１に示すようになった。ただし、この表において、ショート箇所中に占める最外周巻き終端１Ａのショート率は、ショート箇所の全ての箇所を母数とした。
【００３８】
【表１】
【００３９】
この表において、実施例１〜１０の電池は、比較例１の電池と、正極板および負極板の厚さを同じにしている。ただ、実施例１〜１０の電池が、最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けているのに対し、比較例１の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この表が示すように、比較例の電池は、２００個で１１個の電池が内部ショートしたのに対し、実施例１〜１０の電池は、２００個で１〜７個の電池しか内部ショートしなかった。さらに、内部ショートを箇所を調べると、比較例１の電池は、最外周巻き終端１Ａのショート率が２５．１％であったのに対し、実施例１〜１０の電池は、最外周巻き終端１Ａのショート率が２．７〜１７．５％に過ぎなかった。
【００４０】
さらに、実施例１１と比較例２の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例１１の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例２の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１１と比較例２の電池は、２００個で２個の電池が内部ショートしたのは同じであった。ただ、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例２の電池は６．７％であったが、実施例１１の電池はわずか４．８％であった。
【００４１】
さらにまた、実施例１２と比較例３の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例１２の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例３の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１２の電池は２００個で２個の電池が内部ショートし、比較例３の電池は２００個で３個の電池が内部ショートした。さらに、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例３の電池が１１％であったが、実施例１２の電池はわずか６．７％であった。
【００４２】
また、実施例１３及び１４と比較例４、５の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１３と１４の電池は、２００個で３個、４個の電池が内部ショートし、比較例の電池は２００個で２０個または３９個の電池が内部ショートした。さらに、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例の電池が５３．６％、または８３．５％であったのに対し、実施例の電池は、わずか７．８％、または９．５％であった。
【００４３】
以上の実施例の電池は、多孔質基体に発泡ニッケル基板を使用して、これに活物質を充填している。本発明の電池は、多孔質基体を発泡ニッケル基板に特定しない。多孔質基体には、多数の空隙があって、セパレータ２に押圧されると変形できる多孔質材、たとえば、ニッケル繊維基板等も使用できる。
【００４４】
さらに、以上の実施例の電池は、図６に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａの全体に、同じ幅の非充填部１Ｂを設けている。ただ、本発明の電池は、図７に示すように、非充填部１Ｂの幅を、非焼結式極板１の両端コーナー部で広くすることもできる。非焼結式極板１は、両端のコーナーで最もセパレータ２を突き破りやすいからである。さらに、本発明の電池は、図８に示すように、非焼結式極板１の両側コーナー部にのみ非充填部１Ｂを設け、最外周巻き終端１Ａの中央部分には非充填部１Ｂを設けない構造とすることもできる。図７と図８に示す非焼結式極板１は、非充填部１Ｂの面積を小さくして、電池の容量を大きくできる特長がある。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の非焼結式極板を有する電池は、極めて簡単な構造で安価に多量生産できるにもかかわらず、非焼結式極板がセパレータを突き破って内部ショートするのを有効に防止して、歩留を高くできる特長がある。それは、本発明の電池が、非焼結式極板の最外周巻き終端に、活物質量の充填量を他の部分よりも少なく、あるいは活物質を充填しない非充填部を設けているからである。最外周巻き終端に設けられた非充填部は、多孔質基体の空隙に活物質が充満されないので、これがセパレータに押圧されると、セパレータの内面に沿う形状に変形される。セパレータに沿って変形する非焼結式極板の最外周巻き終端は、セパレータを突き破ることがなく、内部ショートを有効に防止できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の渦巻状の電極体の製造工程を示す断面図
【図２】 従来の渦巻状の電極体の断面図
【図３】 図２に示す電極体の非焼結式極板の最外周巻き終端とセパレータとの接触部分を示す拡大断面図
【図４】 従来の非焼結式極板の最外周巻き終端の一例を示す断面図
【図５】 従来の非焼結式極板の最外周巻き終端の他の一例を示す断面図
【図６】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板を示す平面図
【図７】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板の他の一例を示す平面図
【図８】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板の他の一例を示す平面図
【符号の説明】
１…非焼結式極板 １Ａ…最外周巻き終端 １Ｂ…非充填部
２…セパレータ
３…極板
４…電極体
【発明の属する技術分野】
本発明は、非焼結式極板を積層する渦巻状の電極体を内臓する電池に関する。とくに、本発明は、多孔質基体に活物質を充填している非焼結式極板を内臓する電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池に使用される電極として、焼結式のものと、多孔質基体に活物質粉末を充填して製造する非焼結式極板がある。非焼結式極板は、焼結式に比較すると、製造コストを低減して、電池のエネルギー密度を高くできる特長がある。
【０００３】
非焼結式極板は、下記のようにして製造される。
(1) ニッケル３次元多孔体等の多孔質基体に、活物質を充填して乾燥させる。その後、活物質の充填密度を高くするためにローラーで全体を圧延する。圧延した極板を、所定の寸法に切断する。
(2) 多孔質基体を所定の寸法に切断した後、これに活物質を充填する。乾燥させた後、圧延して非焼結式極板とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１と図２に示すように、非焼結式極板１は、セパレータ２で絶縁されて、別に製造された極板３に積層して巻かれて、渦巻状の電極体４となる。電極体４は円筒状の外装缶（図示せず）に挿入されて、電池に組み立てられる。このようにして製造された電池は、極板の内部ショートが歩留を低下させる。内部ショートは、非焼結式極板１がセパレータ２を突き破り、他の極板３に接触して発生する。とくに、図３の拡大断面図に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２を突き破って別の極板３に接触しやすい。非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２の局部に強く押しつけられるからである。
【０００５】
さらに、非焼結式極板は、所定の寸法に裁断するときに、切断部にばりができ、このばりがセパレータを突き破って内部ショートを起こすことがある。セパレータを突き破りやすい、非焼結式極板の最外周巻き終端は切断縁となる。このため、最外周巻き終端にセパレータに向かって突出するばりができると、内部ショートが極めて発生しやすくなる。
【０００６】
この弊害は、セパレータを厚く、強くして解消できる。ただ、セパレータを厚くすると、外装缶に充填できる極板の実質体積が小さくなって、電池の定格容量が小さくなる。セパレータが占める体積が大きくなるからである。電池の容量を大きくするために、セパレータは可能な限り薄くすることが大切である。
【０００７】
セパレータを強くするのではなくて、極板を独特の構造として、内部ショートを防止する非焼結式極板が、特開平８−４５５００号公報に記載される。この公報に記載される極板は、図４と図５に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａを薄く加工している。この形状の非焼結式極板１は、最外周巻き終端１Ａがセパレータを突き破る弊害を少なくできる。ただ、この構造の非焼結式極板は、最外周巻き終端１Ａを独特の形状に加工するので、加工に手間がかかる欠点がある。また、加工する形状によっては、セパレータを突き破って内部ショートを発生することもある。
【０００８】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、非焼結式極板がセパレータを突き破って内部ショートするのを有効に防止できる非焼結式極板１を有する電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は、セパレータ２を介して正極板と負極板を積層している。正極板と負極板は、一方の極板を外側に、他方の極板をその内側に配設して渦巻状に巻かれている。内側に巻かれている極板は、多孔質基体に活物質を充填してなる非焼結式極板１である。非焼結式極板１は、最外周巻き終端１Ａに、活物質量の充填量が他の部分よりも少なく、あるいは活物質の充填されない非充填部１Ｂを設けている。
【００１０】
さらに、本発明の請求項２の電池は、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａを除く部分に活物質を塗着し、最外周巻き終端１Ａには活物質を塗着しない非充填部１Ｂとしている。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項３の電池は、多孔質基体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａは、充填された活物質を除去して非充填部１Ｂとしている。活物質は、たとえば、超音波を照射して除去する。
【００１２】
多孔質基体には、ニッケル繊維基板や発泡ニッケル基板等のニッケル３次元多孔体が使用される。
【００１３】
本発明の電池は、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａに活物質を充填しない、あるいは、充填量の少ない非充填部１Ｂを設けている。非充填部１Ｂは、活物質の充填量が少なく、多孔質基体の空隙は活物質で満たされない。多数の空隙のある多孔質基体は、最外周巻き終端１Ａがセパレータ２で押圧されると、セパレータ２に沿って変形される。たとえば、多孔質基体に使用される発泡ニッケル等は、多孔度が９５％と極めて大きいので、最外周巻き終端１Ａがセパレータ２に押圧されると容易に変形する。このため、本発明の電池は、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａの隅角が、セパレータ２を突き破って、別の極板３に接触して内部ショートする弊害を有効に阻止できる。
【００１４】
とくに、本発明の電池は、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａを、変形しやすい構造としている。このため、最外周巻き終端１Ａは、特別な形状に加工する必要がなく、渦巻状に巻いた状態で、セパレータ２の内面に沿って変形される。この形状に変形された非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａは、セパレータ２を最も突き破り難い理想的な形状に成形される。このため、製造直後は勿論、電池を使用する状態においても内部ショートを有効に防止できる。非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａを薄く成形する従来の電池は、薄く成形した最外周巻き終端１Ａに直角の隅角などができると、この部分がセパレータ２を突き破ることがある。本発明の電池は、極板を渦巻状に巻くと、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａが、セパレータ２の内面に沿う理想的な形状に成形されるので、成形された非焼結式極板１が、セパレータ２を突き破るのを確実に阻止できる特長がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池を例示するものであって、本発明は電池を下記のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
［実施例１］
Ａ 多孔質基体に活物質を充填した非焼結式極板である正極板の製造
［活物質スラリーを調整する工程］
下記の(1) 〜 (3)を混合した粉末に、(4)を添加混合して活物質スラリーを作製する。
(1) 共沈成分として亜鉛を２．５ｗｔ％、コバルトを１ｗｔ％含有する水酸化ニッケル粉末（レーザー方式で測定した平均粒径が約１５μｍ）を９０重量部
(2) 水酸化コバルトを１０重量部
(3) 酸化亜鉛粉末を３重量部
(4) ヒドロキシプロピルセルロースの０．２ｗｔ％水溶液を５０重量部
【００１８】
［活物質スラリーを集電体に充填する工程］
得られた活物質スラリーを、発泡ニッケル基体である多孔質基体の微細空隙に充填する。発泡ニッケル基体は、多孔度を９５％、厚みを約２ｍｍ、面密度を６００ｇ／ｍ２とする。
以上のようにして、活物質スラリーを充填した多孔質基体は、乾燥した後、２本の圧延ロールの間を通過させて０．６７ｍｍの厚さに圧延し、長さが１３０ｍｍ、幅が６０ｍｍとなる形状に切断して電極とする。活物質の充填量は、圧延後の活物質密度が２．９ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように調整する。
【００１９】
多孔質基体の最外周巻き終端となる部分には活物質が充填されないように、図６に示すように、多孔質基体の最外周巻き終端１Ａとなる幅１ｍｍ部分には、テープでマスキングして、活物質を充填した。
【００２０】
Ｂ 負極板の製造
［水素吸蔵合金の作製と粉砕］
ミッシュメタル（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類元素の混合物）と、コバルトと、アルミニウムと、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、下記の組成式の水素吸蔵合金電極を作製する。
ＭｍＮｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６
そして、得られた水素吸蔵合金の鋳塊を、あらかじめ粗粉砕した後、平均粒径が１５０μｍとなるように不活性ガス中で機械粉砕する。
【００２１】
［水素吸蔵合金ペーストの作製］
粉砕した水素吸蔵合金の粉末に、結着剤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にする。結着剤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％とする。
【００２２】
［水素吸蔵合金ペーストを集電体に塗着、乾燥する］
得られたペーストを、パンチングメタルからなる集電体の両面に、一定の厚さにコーティングして塗着し、密度を５ｇ／ｃｃとなるように調整する。その後、乾燥し、厚さが０．３８ｍｍとなるようにプレスを行い、長さが１７０ｍｍ、幅が６０ｍｍとなる形状に裁断して負極とする。
なお、集電体として、発泡ニッケル、ニツケル繊維マット等を用いることも可能であり、この場合には、これら集電体に活物質ペーストを充填して作製する。
【００２３】
Ｃ 電池の作成
正極板と負極板との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ２を介在させて、これらを渦巻状に捲回して電極体を製作し、この電極体を４／３Ａサイズの外装缶に挿入し、電解液として比重１．３の水酸化カリウム水溶液５．０ｇを注入した直後に外装缶の開口部を閉塞して密閉し、試験電池を作製した。同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２４】
［実施例２〜５］
多孔質基体の最外周巻き終端１Ａとなる部分を、テープでマスキングする幅を下記の値にする以外、実施例１と同じようにして、それぞれ２００個の電池を製作した。
実施例２……マスキング幅２ｍｍ
実施例３……マスキング幅３ｍｍ
実施例４……マスキング幅４ｍｍ
実施例５……マスキング幅５ｍｍ
【００２５】
［実施例６〜１０］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、その後、最外周巻き終端１Ａとなる部分に超音波を用いて活物質を脱落させる以外、実施例１と同じようにして、それぞれ２００個の電池を製作した。超音波で活物質を脱落させる幅は、下記のようにした。
実施例６……脱落幅１ｍｍ
実施例７……脱落幅２ｍｍ
実施例８……脱落幅３ｍｍ
実施例９……脱落幅４ｍｍ
実施例１０…脱落幅５ｍｍ
実施例６から１０では、活物質を脱落させる方法として、超音波を用いたが、その他の方法、例えば機械的振動、高圧空気、高圧水等も用いることができる。
【００２６】
［比較例１］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２７】
［実施例１１］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．５７ｍｍと薄くし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．４８ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２８】
［比較例２］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００２９】
［実施例１２］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．６２ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．４３ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３０】
［比較例３］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１２と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３１】
［実施例１３］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．７２ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．３３ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３２】
［比較例４］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１３と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３３】
［実施例１４］
正極板の厚さを０．６７ｍｍから０．７７ｍｍとし、超音波で活物質を脱落させる幅を１ｍｍから３ｍｍとし、負極板の厚さを０．３８ｍｍから０．２８ｍｍとする以外実施例１と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３４】
［比較例５］
多孔質基体の全体に活物質を充填し、最外周巻き終端１Ａまで活物質を充填する以外、実施例１４と同じようにして、２００個の電池を製作した。
【００３５】
以上のようにして製作した電池の内部ショートを下記のようにして測定した。外装缶を封口後、４時間放置し、電池電圧を検出して内部ショートの有無を検査した。
【００３６】
さらに、内部ショートした箇所を下記のようにして調べた。
(1) 内部ショートした電池の封口体を外し、６０℃で４８時間真空乾燥して、外装缶に入れた電解液を蒸発させる。
(2) その後、正負極間に１２０ｍＡ−８０Ｖの電流を流すと、内部ショートした箇所のセパレータ２が焦げた。セパレータ２の焦げた部分を調べて、電池の内部ショート箇所を特定できる。
【００３７】
以上の放電で電池の内部ショート個数と場所とを調べると、表１に示すようになった。ただし、この表において、ショート箇所中に占める最外周巻き終端１Ａのショート率は、ショート箇所の全ての箇所を母数とした。
【００３８】
【表１】
この表において、実施例１〜１０の電池は、比較例１の電池と、正極板および負極板の厚さを同じにしている。ただ、実施例１〜１０の電池が、最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けているのに対し、比較例１の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この表が示すように、比較例の電池は、２００個で１１個の電池が内部ショートしたのに対し、実施例１〜１０の電池は、２００個で１〜７個の電池しか内部ショートしなかった。さらに、内部ショートを箇所を調べると、比較例１の電池は、最外周巻き終端１Ａのショート率が２５．１％であったのに対し、実施例１〜１０の電池は、最外周巻き終端１Ａのショート率が２．７〜１７．５％に過ぎなかった。
【００４０】
さらに、実施例１１と比較例２の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例１１の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例２の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１１と比較例２の電池は、２００個で２個の電池が内部ショートしたのは同じであった。ただ、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例２の電池は６．７％であったが、実施例１１の電池はわずか４．８％であった。
【００４１】
さらにまた、実施例１２と比較例３の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例１２の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例３の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１２の電池は２００個で２個の電池が内部ショートし、比較例３の電池は２００個で３個の電池が内部ショートした。さらに、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例３の電池が１１％であったが、実施例１２の電池はわずか６．７％であった。
【００４２】
また、実施例１３及び１４と比較例４、５の電池は、正極板と負極板を同じとし、実施例の電池は、最外周巻き終端１Ａに３ｍｍ幅の非充填部１Ｂを設け、比較例の電池は最外周巻き終端１Ａに非充填部１Ｂを設けていない。この電池を比較すると、実施例１３と１４の電池は、２００個で３個、４個の電池が内部ショートし、比較例の電池は２００個で２０個または３９個の電池が内部ショートした。さらに、最外周巻き終端１Ａのショート率は、比較例の電池が５３．６％、または８３．５％であったのに対し、実施例の電池は、わずか７．８％、または９．５％であった。
【００４３】
以上の実施例の電池は、多孔質基体に発泡ニッケル基板を使用して、これに活物質を充填している。本発明の電池は、多孔質基体を発泡ニッケル基板に特定しない。多孔質基体には、多数の空隙があって、セパレータ２に押圧されると変形できる多孔質材、たとえば、ニッケル繊維基板等も使用できる。
【００４４】
さらに、以上の実施例の電池は、図６に示すように、非焼結式極板１の最外周巻き終端１Ａの全体に、同じ幅の非充填部１Ｂを設けている。ただ、本発明の電池は、図７に示すように、非充填部１Ｂの幅を、非焼結式極板１の両端コーナー部で広くすることもできる。非焼結式極板１は、両端のコーナーで最もセパレータ２を突き破りやすいからである。さらに、本発明の電池は、図８に示すように、非焼結式極板１の両側コーナー部にのみ非充填部１Ｂを設け、最外周巻き終端１Ａの中央部分には非充填部１Ｂを設けない構造とすることもできる。図７と図８に示す非焼結式極板１は、非充填部１Ｂの面積を小さくして、電池の容量を大きくできる特長がある。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の非焼結式極板を有する電池は、極めて簡単な構造で安価に多量生産できるにもかかわらず、非焼結式極板がセパレータを突き破って内部ショートするのを有効に防止して、歩留を高くできる特長がある。それは、本発明の電池が、非焼結式極板の最外周巻き終端に、活物質量の充填量を他の部分よりも少なく、あるいは活物質を充填しない非充填部を設けているからである。最外周巻き終端に設けられた非充填部は、多孔質基体の空隙に活物質が充満されないので、これがセパレータに押圧されると、セパレータの内面に沿う形状に変形される。セパレータに沿って変形する非焼結式極板の最外周巻き終端は、セパレータを突き破ることがなく、内部ショートを有効に防止できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の渦巻状の電極体の製造工程を示す断面図
【図２】 従来の渦巻状の電極体の断面図
【図３】 図２に示す電極体の非焼結式極板の最外周巻き終端とセパレータとの接触部分を示す拡大断面図
【図４】 従来の非焼結式極板の最外周巻き終端の一例を示す断面図
【図５】 従来の非焼結式極板の最外周巻き終端の他の一例を示す断面図
【図６】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板を示す平面図
【図７】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板の他の一例を示す平面図
【図８】 本発明の実施例にかかる非焼結式極板の他の一例を示す平面図
【符号の説明】
１…非焼結式極板 １Ａ…最外周巻き終端 １Ｂ…非充填部
２…セパレータ
３…極板
４…電極体
Claims (4)
- セパレータ(2)を介して正極板と負極板が積層され、一方の極板を外側に、他方の極板をその内側に配設して渦巻状に巻かれており、内側に巻かれている極板が、多孔質基体に活物質を充填してなる非焼結式極板(1)である電池において、
非焼結式極板 (1) の多孔質基体が、ニッケル繊維基板又は発泡ニッケル基板であるニッケル３次元多孔体で、この非焼結式極板(1)の最外周巻き終端(1A)に、活物質量の充填量が他の部分よりも少なく、あるいは活物質の充填されない非充填部(1B)が設けられてなることを特徴とする非焼結式極板を有する電池。 - 多孔質基体の最外周巻き終端(1A)を除く部分に活物質を塗着して、最外周巻き終端(1A)を非充填部(1B)としている請求項１に記載される非焼結式極板を有する電池。
- 多孔質基体に充填された活物質を除去して非充填部(1B)としている請求項１に記載される非焼結式極板を有する電池。
- 多孔質基体の活物質が超音波で除去されて非充填部(1B)となっている請求項３に記載される非焼結式極板を有する電池
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