JP3969283B2 - 円筒型アルカリ蓄電池とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高出力アルカリ蓄電池の高容量化、及び低コスト化技術を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ蓄電池は、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池等が代表的であり、これらは信頼性が高く、かつメンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン等の各種用途に幅広く使用されている。また、近年では、機器のポータブル化、コードレス化が急速に進み、これらの電源として小型、かつ軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まりつつあり、市場では、特に高容量で、安価な二次電池が要望されている。
【０００３】
以下に、従来のアルカリ蓄電池の製造方法について具体的に述べる。
【０００４】
従来の巻回電極電池は、帯状の長い正・負極板と、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを渦巻状に巻回して構成した極板群を金属製電池ケースに収納し、この極板群に電解液を所定量注入させた後、電池ケース上部を正極の端子を兼ねた封口板で密閉し、構成されている。
【０００５】
ここで前記極板は群巻回後に外周を粘着テープで固定し、極板群の上下端面から、それぞれ外方へ突出した極板の先端部分に、夫々、一枚づつの矩形状の集電板を載置し、複数箇所で溶接後、集電板の中央透孔部に挿入した溶接電極棒とケース底部に配置した溶接電極によって、ケースと負極集電板はケース中央底部に一点で溶接する方式が一般的に用いられている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２７３７０８号公報（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、正・負極側それぞれに集電板を接合するため、極板群が解れないように、極板群をテープで仮固定する必要がある。また、負極側に接合された集電板と金属ケース底部の接合に必要な溶接棒を挿入するための孔径が最低φ４．０ｍｍ必要であるため、極板群の巻回に使用される巻芯径をφ４．０ｍｍ以下にすることができない。したがって、極板群を金属製電池ケースに挿入し易くするために極板群径は自ずと規制されてしまう。その為、電池の残空間も小さくなり、さらなる高容量化達成が困難となっていた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、特に巻回時の最外周群規制をなくし、金属製電池ケース内径まで極板群径を拡大することにより、巻芯部空間も有効に活用したアルカリ蓄電池とその製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、帯状の正・負極板と、この両者間にセパレータを介在させて極板群を形成し、前記極板群を巻回して金属製電池ケースに収納、前記金属ケースの上部開口部をガスケットを介して密閉すると共に上方にキャップ状の端子を備えた金属封口板を具備し、前記正極板の長手方向に沿った一方の側縁部が極板群の上方へ突出し、前記正極板の突出部は前記封口板の下面に接合されており、前記極板群の最外周面を前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触させる事により、製造工程の簡略化、及び低抵抗化がはかれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態における円筒型蓄電池の模式断面図である。
【００１２】
帯状の正極板１と負極板２と、この両者間にセパレータ３を介在させて極板群４を形成し、前記極板群４を巻回して金属製電池ケース５に収納、前記金属ケースの上部開口部をガスケットを介して密閉すると共に上方にキャップ状の端子を備えた金属封口板を具備し、前記正極板の長手方向に沿った一方の側縁部が極板群の上方へ突出し、前記正極板の突出部は前記封口板の下面に接合されており、前記極板群４の最外周面は前記金属製電池ケース５内表面に接触している円筒型アルカリ蓄電池である。
【００１３】
また、この円筒型アルカリ蓄電池は、負極板２表面にニッケルメッキ処理が施されていて、金属製電池ケース５内表面にカーボン塗布６が施されていると、極板群４の最外周である負極板２と金属製電池ケースの接触抵抗を低減し、負極板２下部を金属製電池ケース５に接合した場合と同程度の低抵抗化が図れる。
【００１４】
さらに、前記正極板１の高さ寸法が前記負極板２の高さ寸法より０．５〜２．０ｍｍ大きいことが好ましい。
【００１５】
従来、負極板２下方と金属製電池ケース５底部を接合するために正・負極板の電池高さ方向の寸法を同じにし、１〜２ｍｍずつずらして巻回することで底部の負極端子と正極下部の短絡を防止していた。更に正・負極との接合をし易くするために活物質の未塗着部を１〜２ｍｍずつ形成していたが、本発明によれば、これら正・負極の未塗着部は、夫々の極板の容量分として有効に活用できる。
【００１６】
図２は固定治具を用いて極板群を固定し、正極上方突出部と封口板を溶接する際の模式図である。
【００１７】
本発明のアルカリ蓄電池の製造方法は、帯状の正・負極板と、この両者間にセパレータ３を介在させて渦巻状に巻回した極板群４を金属製電池ケース５に収納する工程と、固定治具７を使用することにより、極板群が解れないように極板群の緊縛を保持しつつ金属製電池ケース５上部から極板群４を一定寸法出た状態で固定する工程と、前記正極板の長手方向に沿った側縁部の上方突出部８を封口板９の下面に接合する工程と、前記正極板の上方突出部８と、封口板９下面との接合後に極板群４を前記負極板２が金属製電池ケース５底面に接するまで押し込む工程とを備え、前記極板群の最外周面を前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触させた円筒型アルカリ蓄電池の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の円筒型アルカリ蓄電池の製造方法では、極板群４を金属製電池ケース５上面から一定寸法出た状態で固定させた時の極板群上方突出部８の寸法は、極板群総高の１／３〜１／１０であることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記極板群４の中心に生じる巻回時の巻芯径がφ０．５〜３．５ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
本発明のアルカリ蓄電池の製造方法では、極板群４は、金属製電池ケース５挿入時に極板群４を固定治具７により両サイドから固定することにより、正極板１と上方突出部８と封口板９下部を溶接する際に極板群４が金属製電池ケース５底部へ押込まれることなく、極板群４の正極上方突出部８と溶接できる。この方法により、従来のような、群巻回後の粘着テープでの仮固定も、負極板端部に集電板を接合する工程もなく、正極板側のみの溶接で済むため、従来の電池製造工程よりも簡略化が図れる。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の具体例を説明する。
【００２２】
水酸化ニッケル１００重量部に対し、結着剤としてカルボキシメチルセルロース０．２重量部と、全ペーストの２５重量％となるように水を加え練合してペースト状活物質を作製した。
【００２３】
このペースト状活物質をニッケル発泡基板に充填・乾燥した後、プレスして充填密度を高め、長辺方向上部に１.５ｍｍの未活物質部を超音波剥離により形成し、幅４５．２ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、長さ１２３ｍｍの本発明における実施例の正極板１を作製した。
【００２４】
同様にペースト状活物質を上記ニッケル発泡基板に充填・乾燥した後、プレスして充填密度を高め、長辺方向上部に１.５ｍｍの未活物質部を超音波剥離により形成し、幅４３．７ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、長さ１１３ｍｍの本実施例における正極板２を作製した。
【００２５】
この正極板１と、水素吸蔵合金粉末をパンチングメタルからなる芯材に塗着し、表面にニッケルメッキした、幅４３．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ２１４ｍｍの負極板と、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを巻芯φ１．５ｍｍで渦巻状に巻回して構成した極板群を、内表面にカーボン塗布した金属製電池ケースに挿入し、アルカリ電解液を注入した後、金属製電池ケースの上部を、正極端子を兼ねた封口板で密閉して、ＡＡサイズのニッケル−水素蓄電池Ａを作製した。
【００２６】
同様に正極板２と、水素吸蔵合金粉末をパンチングメタルからなる芯材に長辺下部方向に２ｍｍの未塗着部を残して塗着した、幅４３．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ２０４ｍｍの負極板を作成し、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを巻芯φ４．０ｍｍで渦巻状に巻回して構成後、厚み０．１ｍｍのポリプロピレンテープで極板群を２周巻いて固定し、前記負極下部に円形金属板を銅製溶接棒で溶接、金属ケースに極板群を挿入後、正極板上部に集電タブを溶接し、巻芯部の空孔部から銅製溶接棒を挿入して負極板底部に溶接した集電板と金属製電池ケース底部を電気的に接合し、アルカリ電解液を注入した後、電池ケースの上部を、正極端子を兼ねた封口板で密閉して、ＡＡサイズのニッケル−水素蓄電池Ｂを作製した。
【００２７】
上記方法にて作成した電池Ａ，Ｂの電池容量を比較した。充電電流１１００ｍＡにて―ｄＶ制御が掛かるよう充電し、放電電流３００ｍＡ，２５℃の雰囲気下で終止電圧１Ｖ／セルまで放電を行った結果、従来方式である電池Ｂは１５００ｍＡｈの電池容量であったのに対し、本発明である電池Ａは１７５０ｍＡｈであった。
【００２８】
また、同充電方法にて放電を放電電流４Ａ，−１０℃の雰囲気下で特性を比較した結果、従来の電池Ｂ、本発明の電池Ａとも放電電流３００ｍＡ，２５℃の比率で８０％以上放電できた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明のアルカリ蓄電池用電極は、従来方式である集電構造をとることなく、従来電池と同等の高出力特性を有し、且つ１５％以上の高容量化を達成することができた。
【００３０】
また、この製造方法を用れば製造工程を簡略化できるため、低コストのハイパワーアルカリ蓄電池を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における円筒型蓄電池の模式断面図
【図２】固定治具を用いて極板群を固定し、正極上方突出部と封口板を溶接する際の模式図
【符号の説明】
１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 極板群
５ 金属製電池ケース
６ カーボン塗布
７ 固定治具
８ 上方突出部
９ 封口板
１０ 溶接棒
１１ 底部絶縁板
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高出力アルカリ蓄電池の高容量化、及び低コスト化技術を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ蓄電池は、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池等が代表的であり、これらは信頼性が高く、かつメンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン等の各種用途に幅広く使用されている。また、近年では、機器のポータブル化、コードレス化が急速に進み、これらの電源として小型、かつ軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まりつつあり、市場では、特に高容量で、安価な二次電池が要望されている。
【０００３】
以下に、従来のアルカリ蓄電池の製造方法について具体的に述べる。
【０００４】
従来の巻回電極電池は、帯状の長い正・負極板と、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを渦巻状に巻回して構成した極板群を金属製電池ケースに収納し、この極板群に電解液を所定量注入させた後、電池ケース上部を正極の端子を兼ねた封口板で密閉し、構成されている。
【０００５】
ここで前記極板は群巻回後に外周を粘着テープで固定し、極板群の上下端面から、それぞれ外方へ突出した極板の先端部分に、夫々、一枚づつの矩形状の集電板を載置し、複数箇所で溶接後、集電板の中央透孔部に挿入した溶接電極棒とケース底部に配置した溶接電極によって、ケースと負極集電板はケース中央底部に一点で溶接する方式が一般的に用いられている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２７３７０８号公報（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、正・負極側それぞれに集電板を接合するため、極板群が解れないように、極板群をテープで仮固定する必要がある。また、負極側に接合された集電板と金属ケース底部の接合に必要な溶接棒を挿入するための孔径が最低φ４．０ｍｍ必要であるため、極板群の巻回に使用される巻芯径をφ４．０ｍｍ以下にすることができない。したがって、極板群を金属製電池ケースに挿入し易くするために極板群径は自ずと規制されてしまう。その為、電池の残空間も小さくなり、さらなる高容量化達成が困難となっていた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、特に巻回時の最外周群規制をなくし、金属製電池ケース内径まで極板群径を拡大することにより、巻芯部空間も有効に活用したアルカリ蓄電池とその製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、帯状の正・負極板と、この両者間にセパレータを介在させて極板群を形成し、前記極板群を巻回して金属製電池ケースに収納、前記金属ケースの上部開口部をガスケットを介して密閉すると共に上方にキャップ状の端子を備えた金属封口板を具備し、前記正極板の長手方向に沿った一方の側縁部が極板群の上方へ突出し、前記正極板の突出部は前記封口板の下面に接合されており、前記極板群の最外周面を前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触させる事により、製造工程の簡略化、及び低抵抗化がはかれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態における円筒型蓄電池の模式断面図である。
【００１２】
帯状の正極板１と負極板２と、この両者間にセパレータ３を介在させて極板群４を形成し、前記極板群４を巻回して金属製電池ケース５に収納、前記金属ケースの上部開口部をガスケットを介して密閉すると共に上方にキャップ状の端子を備えた金属封口板を具備し、前記正極板の長手方向に沿った一方の側縁部が極板群の上方へ突出し、前記正極板の突出部は前記封口板の下面に接合されており、前記極板群４の最外周面は前記金属製電池ケース５内表面に接触している円筒型アルカリ蓄電池である。
【００１３】
また、この円筒型アルカリ蓄電池は、負極板２表面にニッケルメッキ処理が施されていて、金属製電池ケース５内表面にカーボン塗布６が施されていると、極板群４の最外周である負極板２と金属製電池ケースの接触抵抗を低減し、負極板２下部を金属製電池ケース５に接合した場合と同程度の低抵抗化が図れる。
【００１４】
さらに、前記正極板１の高さ寸法が前記負極板２の高さ寸法より０．５〜２．０ｍｍ大きいことが好ましい。
【００１５】
従来、負極板２下方と金属製電池ケース５底部を接合するために正・負極板の電池高さ方向の寸法を同じにし、１〜２ｍｍずつずらして巻回することで底部の負極端子と正極下部の短絡を防止していた。更に正・負極との接合をし易くするために活物質の未塗着部を１〜２ｍｍずつ形成していたが、本発明によれば、これら正・負極の未塗着部は、夫々の極板の容量分として有効に活用できる。
【００１６】
図２は固定治具を用いて極板群を固定し、正極上方突出部と封口板を溶接する際の模式図である。
【００１７】
本発明のアルカリ蓄電池の製造方法は、帯状の正・負極板と、この両者間にセパレータ３を介在させて渦巻状に巻回した極板群４を金属製電池ケース５に収納する工程と、固定治具７を使用することにより、極板群が解れないように極板群の緊縛を保持しつつ金属製電池ケース５上部から極板群４を一定寸法出た状態で固定する工程と、前記正極板の長手方向に沿った側縁部の上方突出部８を封口板９の下面に接合する工程と、前記正極板の上方突出部８と、封口板９下面との接合後に極板群４を前記負極板２が金属製電池ケース５底面に接するまで押し込む工程とを備え、前記極板群の最外周面を前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触させた円筒型アルカリ蓄電池の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の円筒型アルカリ蓄電池の製造方法では、極板群４を金属製電池ケース５上面から一定寸法出た状態で固定させた時の極板群上方突出部８の寸法は、極板群総高の１／３〜１／１０であることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記極板群４の中心に生じる巻回時の巻芯径がφ０．５〜３．５ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
本発明のアルカリ蓄電池の製造方法では、極板群４は、金属製電池ケース５挿入時に極板群４を固定治具７により両サイドから固定することにより、正極板１と上方突出部８と封口板９下部を溶接する際に極板群４が金属製電池ケース５底部へ押込まれることなく、極板群４の正極上方突出部８と溶接できる。この方法により、従来のような、群巻回後の粘着テープでの仮固定も、負極板端部に集電板を接合する工程もなく、正極板側のみの溶接で済むため、従来の電池製造工程よりも簡略化が図れる。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の具体例を説明する。
【００２２】
水酸化ニッケル１００重量部に対し、結着剤としてカルボキシメチルセルロース０．２重量部と、全ペーストの２５重量％となるように水を加え練合してペースト状活物質を作製した。
【００２３】
このペースト状活物質をニッケル発泡基板に充填・乾燥した後、プレスして充填密度を高め、長辺方向上部に１.５ｍｍの未活物質部を超音波剥離により形成し、幅４５．２ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、長さ１２３ｍｍの本発明における実施例の正極板１を作製した。
【００２４】
同様にペースト状活物質を上記ニッケル発泡基板に充填・乾燥した後、プレスして充填密度を高め、長辺方向上部に１.５ｍｍの未活物質部を超音波剥離により形成し、幅４３．７ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、長さ１１３ｍｍの本実施例における正極板２を作製した。
【００２５】
この正極板１と、水素吸蔵合金粉末をパンチングメタルからなる芯材に塗着し、表面にニッケルメッキした、幅４３．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ２１４ｍｍの負極板と、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを巻芯φ１．５ｍｍで渦巻状に巻回して構成した極板群を、内表面にカーボン塗布した金属製電池ケースに挿入し、アルカリ電解液を注入した後、金属製電池ケースの上部を、正極端子を兼ねた封口板で密閉して、ＡＡサイズのニッケル−水素蓄電池Ａを作製した。
【００２６】
同様に正極板２と、水素吸蔵合金粉末をパンチングメタルからなる芯材に長辺下部方向に２ｍｍの未塗着部を残して塗着した、幅４３．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ２０４ｍｍの負極板を作成し、この両者間に介在して電気的に絶縁するセパレータとを巻芯φ４．０ｍｍで渦巻状に巻回して構成後、厚み０．１ｍｍのポリプロピレンテープで極板群を２周巻いて固定し、前記負極下部に円形金属板を銅製溶接棒で溶接、金属ケースに極板群を挿入後、正極板上部に集電タブを溶接し、巻芯部の空孔部から銅製溶接棒を挿入して負極板底部に溶接した集電板と金属製電池ケース底部を電気的に接合し、アルカリ電解液を注入した後、電池ケースの上部を、正極端子を兼ねた封口板で密閉して、ＡＡサイズのニッケル−水素蓄電池Ｂを作製した。
【００２７】
上記方法にて作成した電池Ａ，Ｂの電池容量を比較した。充電電流１１００ｍＡにて―ｄＶ制御が掛かるよう充電し、放電電流３００ｍＡ，２５℃の雰囲気下で終止電圧１Ｖ／セルまで放電を行った結果、従来方式である電池Ｂは１５００ｍＡｈの電池容量であったのに対し、本発明である電池Ａは１７５０ｍＡｈであった。
【００２８】
また、同充電方法にて放電を放電電流４Ａ，−１０℃の雰囲気下で特性を比較した結果、従来の電池Ｂ、本発明の電池Ａとも放電電流３００ｍＡ，２５℃の比率で８０％以上放電できた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明のアルカリ蓄電池用電極は、従来方式である集電構造をとることなく、従来電池と同等の高出力特性を有し、且つ１５％以上の高容量化を達成することができた。
【００３０】
また、この製造方法を用れば製造工程を簡略化できるため、低コストのハイパワーアルカリ蓄電池を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における円筒型蓄電池の模式断面図
【図２】固定治具を用いて極板群を固定し、正極上方突出部と封口板を溶接する際の模式図
【符号の説明】
１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 極板群
５ 金属製電池ケース
６ カーボン塗布
７ 固定治具
８ 上方突出部
９ 封口板
１０ 溶接棒
１１ 底部絶縁板
Claims (6)
- 帯状の正極板と負極板と、この両者間にセパレータを介在させて極板群を形成し、前記極板群を巻回後、金属製電池ケースに収納、前記金属ケースの上部開口部をガスケットを介して密閉すると共に上方にキャップ状の端子を備えた金属封口板を具備し、前記正極板の長手方向に沿った一方の側縁部が極板群の上方へ突出し、前記正極板の突出部は前記封口板の下面に接合されており、前記極板群の最外周面は前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触している円筒型アルカリ蓄電池。
- 前記負極板の表面はニッケルメッキ処理が施されている請求項１記載の円筒型アルカリ蓄電池。
- 前記正極板の高さ寸法が前記負極板の高さ寸法より０．５〜２．０ｍｍ大きい請求項１記載の円筒型アルカリ蓄電池。
- 帯状の正極板と負極板と、この両者間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回した極板群を金属製電池ケースに収納する工程と、
固定治具を使用することにより、極板群が解けないように金属製電池ケース上部から極板群を一定寸法出た状態で固定する工程と、
前記正極板の長手方向に沿った側縁部の上方突出部を封口板の下面に接合する工程と、
前記正極板上方突出部と封口板下面との接合後、極板群を前記負極板が金属製電池ケースの底面に接するまで押し込む工程とを備え、前記極板群の最外周面を前記金属製電池ケースのカーボン塗布を施した内表面に接触させた円筒型アルカリ蓄電池の製造方法。 - 前記極板群を金属製電池ケース上面から一定寸法出た状態で固定させた時の極板群の上方突出部の寸法は、極板群総高の１／３〜１／１０である請求項４記載の円筒型アルカリ蓄電池の製造方法。
- 前記極板群の中心に生じる巻回時の巻芯径がφ０．５〜３．５ｍｍである請求項４記載の円筒型アルカリ蓄電池の製造方法。
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