JP4342025B2 - 円筒型電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒型電池に関し、特にニッケルーカドミウム電池、ニッケルー亜鉛電池、ニッケルー水素電池等の円筒型アルカリ蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記円筒型電池の極板に用いられる導電性芯体は、無数の孔が形成された金属板を打ち抜くことにより作製しており、その具体的な構造は、図7及び図8に示すように、多数の同径の孔が規則的に配置される構造となっていた。しかし、このような方法で導電性芯体を作製した場合に、切断端部において孔が存在すると、鋭く尖った刺部(図8中20)が形成されることになるため、この導電性芯体を用いて渦巻き状の発電要素を作製した場合には、刺部がセパレータを突き破って他極と接触し、電池内でショートが発生するという課題を有していた。
【0003】
そこで、特開平3−226968号公報に示されるように、極板を切断しようとする部位の孔を長孔とし、これにより刺部が発生するのを防止していた。
しかしながら、当該方法を用いた場合には、長孔の部位で切断する必要がある(即ち、切断部位が極めて限定される)ため、極板の長さを僅かに設計変更したような場合であっても芯体を作り直す必要があり、また、極板の幅は同じであるが、極板の長さが異なる電池の極板とは互換性がないため共通化することができず、しかも、長孔の部位に限定して切断するのは、精度上困難である。これらのことから、導電性芯体の歩留りが低下したり、機種に応じて設計変更する必要が生じるため、電池の製造コストが高騰するという課題を有していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の課題を考慮したものであって、導電性芯体の歩留りが低下したり、製造コストの高騰を招来することなく、電池内部でのショートの発生を抑制することができる円筒型電池の提供を目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1記載の発明は、帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする。
【0006】
本発明者らが、電池内部でのショートを生じた電池を多数解析したところ、図7及び図8に示すような従来の導電性芯体23では、導電性芯体23の終端に存在する孔25…のうち活物質層未形成部21側の孔25aにより形成される刺部20にて、電池内部ショートが発生していることが確認された。この理由は、この刺部20は活物質層未形成部21に近接しているため、刺部20の近傍は導電性芯体23よりも大きな強度を有する活物質層24によって十分に被われておらず、しかも活物質層24の端部近傍に位置するため活物質層24が薄くなっているので、極板を巻回した場合に刺部20が容易に変形し易く、その結果、刺部20がセパレータを貫通するという理由によるものと考えられる。尚、導電性芯体23の終端に存在する孔のうち活物質層未形成部21側ではない孔25bにより形成される刺部22及び他の刺部によっては、電池内部ショートが発生していないことも確認した。この理由は、この刺部22等の近傍は活物質層24によって十分に被われており、しかも活物質層24が厚くなっているので、極板を巻回した場合に刺部22等が容易に変形せず、その結果、刺部20がセパレータを貫通しないという理由によるものと考えられる。
【0007】
そこで、図2及び図3に示すように、活物質層未形成部12側に設けられた孔13…の径が、他の部位の孔14…の径より小さくなるように構成されていれば、例え孔13…により刺部15が形成された場合であっても、孔13…の径が小さいので刺部15自体も小さくなる。したがって、極板を巻回した場合であっても刺部15は容易に変形せず、刺部15がセパレータを貫通するのが抑制されるので、電池内部でショートが発生するのを抑えることができる。
【0008】
また、小径の孔13…は極板の長さ方向に連続して形成されているので、極板の長さが設計変更されたような場合であっても芯体を作り直す必要がなく、しかも極板の幅は同じであるが、極板の長さが異なる電池の極板と互換性を有するので、共通化することができる。加えて、切断部位が厳密に規制されることもない。これらのことから、導電性芯体の歩留りの低下を抑制でき、しかも機種に応じて設計変更の必要がないので、電池の製造コストの高騰を抑えることができる。
【0010】
また、開口率が小さくなると、導電性芯体から活物質が脱落し易くなるが、上記の如く活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすれば、上述の効果を得つつ、導電性芯体から活物質が脱落するのを抑制することが可能となる。
【0011】
尚、特開昭62−47963号公報において、極板の巻回方向(長手方向)に並行な端部のうち集電体を溶接する側の端部においては、集電体を溶接する側の端部に近くなる程、孔の径を小さくするような技術が提案されている。当該技術は電池内部ショートによる不良率を低減することを目的とするものではないが、結果的には本発明と同様に、刺部による電池内部ショートの低減という目的を達成しうるとも考えられる。しかしながら、当該技術の如く孔の径を徐々に小さくすれば、小さくした分だけ開口率が低下するため、導電性芯体から活物質が脱落し、これにより、新たな理由による電池内部でのショートが発生するという課題がある。
【0012】
また、活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにするには、図4に示すように、活物質層未形成部12側に設けられた小径の孔13…の径r’を小さくしつつ、小径の孔13…とこれと隣接する大径の孔14…との間の導電性芯体11幅方向の距離I’を短くすれば良い。このように規制することにより小径の孔13・13間の長さL1 が大きくなるので、切断時に小径の孔13…を切断する確率が低下するので、その分だけ刺部が発生する確率も小さくなる。
【0013】
尚、上記に示すr’、I’の他に、小径の孔13と大径の孔14との間の導電性芯体11長さ方向の距離h、大径の孔14…の径r、大径の孔14・14間の導電性芯体11幅方向の距離I、及び小径の孔13.13間の導電性芯体11長さ方向の距離hとした場合に、小径の孔13…が形成される部位の開口率を他の部位と同等又はそれ以上とするには、上記r’、r、I’、I、h、が、下記数1を満たす必要がある。
【0014】
【数1】
【0015】
また請求項2記載の発明は、帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする。
この場合には、図5に示すように、活物質層未形成部12側に設けられた小径の孔13・・・の径を小さくしつつ、小径の孔13・13間の長さL2 を小さくして、小径の孔13…の数を増やす必要がある。したがって、請求項2の発明では請求項1の発明と同様に、導電性芯体から活物質が脱落するのを抑制する効果はあるが、刺部が発生する確率を小さくすることはできない。
【0016】
尚、この場合には、上記数1は適用することができない。なぜなら、上記数1は小孔の径と配置とを規制することにより、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにする場合(請求項3に対応)の専用の式だからである。但し、上記数1は開口率の低下を防止するための一例を示す式であり、数1に類似する式を適用することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制して、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることが可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一例を示すアルカリ蓄電池を模式的に示す断面図であり、図1の電池は、焼結式のニッケル正極板1と、焼結式のカドミウム負極板2と、これら両電極板1・2を離間するセパレータ3とを備えた発電要素4、正極リード5、負極リード6、正極外部端子7、負極缶8などからなる。ニッケル正極板1及びカドミウム負極板2は、電解液が含浸されたセパレータ3を介して渦巻き状に巻き取られた状態で、負極缶8内に収容されており、ニッケル正極板1は正極リード5を介して正極外部端子7に、またカドミウム負極板2は負極リード6を介して負極缶8に接続され、電池内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。尚、上記セパレータ3としてはポリアミド製のものを用い、セパレータ3に含浸される電解液としては、KOHから成るアルカリ電解液を用いた。
【0018】
ここで、図6(理解の容易のため、セパレータ3は図示せず)に示すように、上記ニッケル正極板1の巻回終端部1aは上記カドミウム負極板2にて覆われる構造である。また、上記ニッケル正極板1には図2に示すような導電性芯体11が用いられており、この導電性芯体11は、図3及び図4に示すように、活物質層未形成部12と活物質層形成部16とを有している。上記活物質層形成部16には小径の孔13…と大径の孔14…とが形成されており、上記小径の孔13…は、上記活物質層未形成部12側における導電性芯体11の長さ方向(巻回方向と平行な方向)に延設される一方、上記大径の孔14…は上記小径の孔13…が形成される部位を除く部位に形成されている。
【0019】
更に、図4に示すように、上記小径の孔13…の径r’は1.0mm、小径の孔13と大径の孔14との間の導電性芯体11幅方向の距離I’は1.3mm、小径の孔13と大径の孔14との間の導電性芯体11長さ方向の距離hは1.2mmとなるように構成される一方、上記大径の孔14…の径rは1.5mm、大径の孔14・14間の導電性芯体11幅方向の距離Iは1.8mm、小径の孔13.13間の導電性芯体11長さ方向の距離hは1.2mmとなるように構成される。上記r’、r、I’、I、h、は、前記数1を満たしているので、小径の孔13…が形成される部位の開口率の低下を防止できる。
【0020】
ここで、上記アルカリ蓄電池を以下の方法で作製した。
先ず、鉄から成る導電性芯体の表面にニッケルメッキ(50〜100μm)が施された導電性芯体11に、ニッケルパウダーと、メチルセルロースから成る糊料と、水とを混合したものを塗布した後、乾燥,焼結することによりニッケル焼結基板を作製した。次に、このニッケル焼結基板を硝酸ニッケル塩水溶液に浸漬した後、乾燥し、更にアルカリ水溶液中に浸漬して、前記ニッケル焼結基板中に水酸化ニッケルを生成させるという活物質含浸操作を繰り返し行って、所定量のニョケル活物質が含浸されたニッケル正極板1を作製した。
これと並行して、上記と同様のニッケル焼結基板を硝酸カドミウム塩水溶液に浸漬した後、乾燥し、更にアルカリ水溶液中に浸漬して、前記ニッケル焼結基板中に水酸化カドミウムを生成させるという活物質含浸操作を繰り返し行って、所定量のカドミウム活物質が含浸されたカドミウム負極板2を作製した。
【0021】
次に、上記ニッケル正極板1とカドミウム負極板2とを、耐アルカリ性を有するポリアミド製のセパレータ3と共に巻回して渦巻状の発電要素4を作製した後、この発電要素4を負極缶8内に挿入した。この後、負極缶8内に電解液を注入し、更に負極缶8の封口を行なって、SCサイズのニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。
【0022】
尚、本発明は上記ニッケル−カドミウム蓄電池に限定するものではなく、ニッケルー亜鉛電池、ニッケルー水素電池等の円筒型アルカリ蓄電池にも適用しうることは勿論である。
【0023】
【実施例】
(実施例)
実施例としては、上記発明の実施の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Aと称する。
【0024】
(比較例)
正極の導電性芯体として、図7及び図8に示すものを用いた他は、上記実施例と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下比較電池Xと称する。
【0025】
(実験)
上記本発明電池A及び比較電池Xの電池内部ショート発生率を調べたので、その結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
上記表1から明らかなように、本発明電池Aは比較電池Xに比べて、電池内部ショート発生率が格段に低くなっていることが認められる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性芯体の歩留りが低下したり、製造コストの高騰を招来することなく、電池内部でのショートの発生を抑制することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のニッケル−カドミウム蓄電池を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の電池に用いる導電性芯体の正面図である。
【図3】本発明の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図4】本発明の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図5】本発明の電池に用いる他のニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図6】本発明の電池に用いる発電要素の平面図である。
【図7】比較例の電池に用いる導電性芯体の正面図である。
【図8】比較例の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【符号の説明】
1:ニッケル正極板
1a:巻回終端部
2:カドミウム負極板
3:セパレータ
4:発電要素
11:導電性芯体
12:活物質層未形成部
13:小径の孔
14:大径の孔
15:刺部
16:活物質層形成部
Claims (2)
- 帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする円筒型電池。 - 帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする円筒型電池。
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