JP4601911B2 - アルカリ蓄電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル水素蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などに代表されるアルカリ蓄電池に関し、特にボタン形もしくはコイン形に代表される扁平形のアルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池は、浅底の開口有底ケース、ケースの開口部を塞ぐ封口板、ケースと封口板との間に介在する絶縁性ガスケット、ケース内に収容される正極と負極、正極と負極の間に介在するセパレータおよびアルカリ電解液からなる。正極、負極およびセパレータは、いずれも多孔質であり、水酸化カリウム等を含む電解液を保持している。これにより円滑な電気化学反応が可能となる。
【０００３】
正極は、芯材とそれに充填された水酸化ニッケルからなり、正極芯材には多孔質な焼結ニッケル、金属発泡体等が用いられる。負極は、芯材とそれに塗着もしくは充填されたカドミウム、亜鉛、水素吸蔵合金等からなり、負極芯材にはパンチングメタル、金属発泡体等が用いられる。
【０００４】
アルカリ蓄電池においては、充電末期および過充電時に、正極から酸素ガスが電気化学的に発生し、その酸素ガスは負極で還元されて水に戻る。ニッケル水素蓄電池においては、充電末期および過充電時に、負極から水素も発生し、この水素ガスは負極において化学的に吸収される。これらのガスの消費が迅速に行われない場合には、電池内圧が高くなり、電池が膨れてしまう。特にボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池においては、電池の厚さが増加しやすい。
【０００５】
正極と隣接するケースの内底面もしくは封口板の内面の近傍においては、発生した酸素ガスが滞留して、電解液を移動せしめ、電解液の偏在を引き起こす。その結果、円滑な電気化学反応が阻害され、充電効率が低下する。充電終了後にも電解液の偏在が解消されない場合には、充電終了直後から比較的短時間のうちに放電を開始しても、所定の放電容量を得ることが困難になる。
【０００６】
このように、アルカリ蓄電池の内部におけるガスの消費速度は、電池寸法と電気化学特性に甚大な影響を及ぼす。
そこで、ガスの消費速度を可能な限り速めることが重要となる。ガス消費を迅速に行わせるための提案として以下が挙げられる。
バイポーラ電極の芯材の少なくとも一つの面に溝を設けることが提案されている（特許文献１参照）。
封口板の内面に隣接する負極面に凹部を設けること、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設けることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
ボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池では、電極とケースの内底面もしくは封口板の内面との接触抵抗を低くすることも極めて重要である。これらの電池においては、捲回型極板群を有する円筒形電池と比較して、電極をケースもしくは封口板に押しつける圧力が弱く、接触抵抗が大きくなりやすい。このことは導電性に乏しい水酸化ニッケルなどを活物質に用いる正極にとっては特に深刻である。
【０００８】
電極芯材とケースもしくは封口板とを集電リードを介して接続することにより、接触抵抗を低減することも考えられる。しかし、その場合、電池構造が複雑になり、コストの上昇を招くことになる。また、ガスケットを取り付ける場合、正極および負極は、ガスケットの内側に収まるように正確に位置決めされなければならない。しかしながら、集電リードの存在が電極の位置決めを困難にすることから、大量生産において不良発生率が上昇したり、生産スピードが低下したりする。
【０００９】
特許文献２が提案するように、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設ける場合、正極と電池ケースとの接触抵抗は比較的低く抑えられるが、十分に低いとは言い難い。しかも、このような正極を得るには、芯材の片面から活物質が充填され、他方の面には活物質が達しないことが必要である。従って、活物質の充填量が変動しやすく、その制御に多大な労力を必要とする。
【００１０】
【特許文献１】
特表２０００−５０７３８６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５０５７９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、充電末期および過充電時における電池の内圧上昇による寸法変化と、電解液の偏在による電気化学特性の劣化を抑制することを目的とする。また、本発明は、電極とケースもしくは封口板との接触抵抗を低減することを目的とする。また、本発明は、電気化学特性に優れ、内部抵抗の小さいアルカリ蓄電池を低コストで提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板、および（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１３】
本発明は、また、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ、および／または、（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ〔ｇ〕を具備し、前記スペーサ〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記スペーサ〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１４】
本発明は、また、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に間隙を形成する導電性集電板、および
（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に間隙を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１５】
なお、前記ケースの内底面と前記第１電極との間の間隙もしくは前記封口板の内面と前記第２電極との間の間隙には、電解液が満たされていてもよいが、これらの間隙は、電解液以外の電池構成材料が存在しない空間であることを要する。
前記第１電極および前記第２電極の一方は、パンチングメタルからなる芯材を有する負極であることが好ましい。
本発明は、前記第１電極および前記第２電極の一方が、水素吸蔵合金または亜鉛を含む負極である場合に特に有効である。
【００１６】
本発明は、例えば、以下の態様を全て含む。
（ｉ）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１７】
（ii）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１８】
（iii）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１９】
（iv）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２０】
（ｖ）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２１】
（vi）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ蓄電池は、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータおよび〔ｆ〕アルカリ電解液を具備する。
【００２３】
浅底の開口有底ケースとは、ボタン形、コイン形に代表される扁平形の電池に用いられる開口有底ケースであり、ケースの開口直径は、一般にケースの厚さ（高さ）の１．４倍〜７０倍である。ここで、開口直径とは、開口が円形の場合にはその直径、開口が楕円形もしくは略楕円形の場合にはその短径、開口が長方形の場合にはその短辺を意味するものとする。
【００２４】
本発明のアルカリ蓄電池は、さらに、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板、および／または、（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板を具備する。
【００２５】
このような電池では、電極とケースの内底面との間、および／または、電極と封口板の内面との間には、電解液以外の電池構成材料が存在しない空間が存在する。従って、電極から発生したガスは、迅速に移動できることから、充電末期や過充電時に正極から発生した酸素ガスは正極周縁部を経由して負極に達し、還元されて水に戻る。これにより電池内圧が異常に高くなることを防止できる。また、ケースの内底面と電極との間および／または封口板の内面と電極との間に、酸素ガスまたは水素ガスが滞留して、電解液が偏在することを防止できる。
【００２６】
このような利点を充分に活かすためには、ケースの内底面または封口板の内面と平行に配することのできる板状の電極を用いることが好ましい。
ガス移動経路は、ケースの内底面全体または封口板の内面全体の５０〜１００％の面積にわたり分布していることが好ましい。
【００２７】
ここで、導電性集電板には、複数の突起を有する導電性シート（以下、集電板Ｂという）を用いる。複数の突起を有する導電性シートは、複数の孔を有してもよい。複数の突起を有する導電性シートは、複数の突起を有するネットでもよい。
【００２８】
集電板の材質には、ニッケル、ステンレス、鉄、銅等の金属を用いることができ、炭素を用いることもできる。また、ニッケルメッキを施した鉄等を用いることもできる。
集電板Ｂは、板状、シート状もしくはネット状であるため、ケースの内底面のほぼ全体または封口板の内面のほぼ全体にわたり接合することができる。従って、電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗は、飛躍的に低減される。また、集電板Ｂは、ケースの内底面のほぼ全体または封口板の内面のほぼ全体にわたり位置し得る形状を有する。そのため、集電板の上に電極を固定する際に、電極の位置決めを正確に行うことができる。従って、大量生産において不良発生率が上昇したり、生産スピードが低下したりすることがない。
【００２９】
集電板Ｂは、電極芯材の一部ではないため、特開２００１−２５０５７９号公報が提案するように、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設ける必要がない。従って、電極芯材への活物質の充填量が大きく変動することがなく、充填量の制御に多大なる労力を必要とすることもない。
【００３０】
突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さは、１００μｍ以上であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが１００μｍ未満になると、その分、ガス移動経路が少なくなるため、電解液の偏在を抑制する効果が小さくなる。
電解液の偏在を抑制する効果を充分に確保するには、第１電極とケースの内底面との距離または第２電極と封口板の内面との距離は１００μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さは、それに隣接する電極の厚さの１／３以下であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが電極の厚さの１／３をこえると、電池のエネルギー密度が小さくなってしまう。
【００３２】
集電板Ｂの複数の突起の先端部は、それに隣接する電極に埋没していることが好ましい。このような構造によれば、電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗は、さらに大きく低減される。電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗を効果的に低減するには、電極に埋没している集電板Ｂの突起の先端部の長さを、突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さの１０％以上とすることが好ましい。電極に埋没する先端部の長さが集電板の見かけ厚さの１０％以上であれば、ほぼ同程度に接触抵抗を低減できる。
【００３３】
集電板Ｂには、例えば、片側または両側からの穿孔により変形した金属シートからなり、複数の孔および前記孔周囲に形成されたバリを有する集電板（以下、集電板Ｃという）を用いることができる。
集電板Ｃに用いる金属シートの肉厚は、１０〜１００μｍ、さらには２０〜５０μｍが好適である。金属シートを片側または両側から穿孔すると、金属シートに形成された孔周囲には、同時にバリが形成される。なお、金属シートには、金属箔、金属板などが含まれる。
【００３４】
集電板Ｂのバリを含めた見かけ厚さは、金属シートの肉厚の２倍以上であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが金属シートの肉厚の２倍未満では、充分なガス移動経路を設けることや、電極にバリを充分に埋没させることが困難になる。
【００３５】
金属シートに設ける孔の形状は限定されないが、円形、三角形または四角形の孔を設けることができる。これらのうちでは、加工が容易であることから、円形または四角形の孔が好ましく、特に円形が好ましい。孔の大きさも特に限定されないが、一つあたりの孔の面積は０．０２〜３ｍｍ2であることが好ましい。円形の孔の場合には、孔の半径は０．０８〜１ｍｍであることが好ましい。
【００３６】
集電板Ｃにおいて、互いに最近接する孔は、それぞれ反対側からの穿孔により形成されており、それらの孔周囲に形成されたバリが相互に反対側を向いていることが好ましい。また、互いに最近接する孔の中心間距離は、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
穿孔により変形する前の金属シートには、波状、千鳥状などの凹凸を形成することができる。凹凸はエンボス加工により設けることができる。凹凸を有する金属シートに穿孔して、複数の孔を設ける場合、集電体Ｃの見かけ厚さは、金属シートの肉厚と、凹凸による厚さの増加と、バリによる厚さの増加との合計となる。
【００３８】
図１に、本発明の一実施形態に係るコイン形のアルカリ蓄電池の縦断面図を示す。このアルカリ蓄電池は、浅底の開口有底ケース２、ケース２の開口部を塞ぐ封口板１、ケース２の内底面に隣接する正極４、封口板１の内面に隣接するパンチングメタルを芯材とする負極５、正極４と負極５との間に介在するセパレータ６、ならびにアルカリ電解液を具備する。
【００３９】
ケース２の内底面には、複数の突起８を有するネット状の導電性シート７が導電性集電板として接合されている。突起８の先端部は、隣接する正極４に埋没している。導電性シート７は、ケース２と正極４との間を電気的に接続するとともに、ケース２の内底面と正極４との間に２次元状に分布するガス移動経路９を形成している。導電性シート７とケース２の内底面との接合は溶接により行うことが好ましい。
【００４０】
次に、集電体Ｃを図２〜４に例示する。
図２は、円形の金属シートからなる集電板２０の一例である。金属シート２１には両側からの穿孔により、複数の四角形の孔２２が形成されている。孔２２の周囲には４つの尖ったバリ２３ａ、ｂが形成されている。
【００４１】
図３は、円形の金属シートからなる集電板３０の別の一例である。金属シート３１には両側からの穿孔により、複数の三角形の孔３２が形成されている。孔３２の周囲には１つの尖ったバリ３３ａ、ｂが形成されている。
図４は、円形の金属シートからなる集電板４０のさらに別の一例である。金属シート４１には両側からの穿孔により、複数の円形の孔４２が形成されている。
孔４２の周囲には複数の尖ったバリ４３ａ、ｂが形成されている。
【００４２】
一方を向いて突出するバリ２３ａ、３３ａ、４３ａの先端部は、電極に埋没させることができる。他方を向いて突出するバリ２３ｂ、３３ｂ、４３ｂは、電池ケースの内底面または封口板の内面と溶接される。ガス移動経路を充分に確保する観点からは、バリを、図２〜４に示されるように交互に反対側を向くように形成することが好ましい。
【００４３】
本発明は、負極が水素吸蔵合金または亜鉛からなる場合に特に有効である。水素吸蔵合金からなる負極では、水素ガスが発生することから、また、亜鉛からなる負極は、酸素ガスの吸収速度が遅いことから、ガス移動経路を負極側にも設けることが好ましい。ただし、負極がカドミウムからなる場合にも本発明が有効であることに変わりはない。
【００４４】
本発明は、負極芯材がパンチングメタルからなる場合に特に有効である。このような負極は、一般に高密度になることから、その内部における液枯れが起こりやすいが、負極にガス移動経路が隣接する場合、電解液の偏在が解消され、液枯れが起こりにくくなるからである。芯材としてパンチングメタルを用いた負極は、安価であり、品質の変動が小さいことから、量産にも適している。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
《実施例１》
（ｉ）正極の作製
正極活物質として、ＣｏおよびＺｎを含有する水酸化ニッケルを用いた。この活物質１００重量部に対し、水酸化コバルトを１０重量部添加し、適量の水を加えて混合した。得られた混合物を厚さ１．２ｍｍの発泡ニッケル基板の細孔内に充填した。これを乾燥、圧延したのち、直径９．２ｍｍの円形に切断し、正極とした。得られた正極の厚さは約０．７８ｍｍであった。正極の理論容量（水酸化ニッケル中のニッケル全てが一電子反応したときの容量）は３０ｍＡｈとした。
【００４６】
（ii）負極の作製
負極材料として、公知のＡＢ5型の水素吸蔵合金（ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ａｌ0.3Ｍｎ0.4：Ｍｍはミッシュメタル）を用いた。この合金を平均粒径３５μｍに粉砕した後、ＫＯＨ水溶液で処理した。処理後の合金粉末１００重量部に、結着剤（スチレン−ブタジエンゴム）を０．７重量部、カルボキシメチルセルロースを０．１５重量部、および適量の水を加えて混合した。得られた混合物をニッケルメッキを施した厚さ６０μｍのパンチングメタル基板（穿孔金属板）に塗着した。これを乾燥、圧延したのち直径９．２ｍｍの円形に切断し、負極とした。得られた負極の厚さは約０．４７ｍｍであった。負極の容量は正極のそれよりも大きくし、電池容量を正極規制とした。
【００４７】
（iii）集電板の作製
厚さ３０μｍのニッケルシートを、上下に配置され、四角錐型針状突起を表面に持つロール間を通過させた。四角錐型針状突起は、交互に反対方向にニッケルシートを貫通し、四角形の孔と、同時にバリを形成した。複数の孔およびその周囲に形成されたバリを有するニッケル板を、直径約９ｍｍの円形に切断し、図２に示したのと同様の集電板を得た。得られた集電板のバリを含む見かけ厚さは約３５０μｍであり、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍであり、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2であった。
【００４８】
（iv）電池の組み立て
セパレータには、親水化処理を施したポリプロピレン製不織布を用い、電解液には、約７ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウムおよび約１ｍｏｌ／Ｌの水酸化リチウムを溶解させた水溶液を用いた。
封口板の内面に負極を設置し、負極上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。封口板内に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。次いで、予め集電板を内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接した開口有底ケースを正極上から被せた。ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめて、ケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形のニッケル水素蓄電池Ａが完成した。電池Ａの高さは約２．１ｍｍであった。
【００４９】
（ｖ）電池の検査および評価
［検査］
電池Ａを６個作製した。このうち３個の電池Ａを切断して、それらの断面構造を観察したところ、集電板のバリを含む見かけ厚さは約２５０μｍであった。電池Ａを作製する前には、集電板の見かけ厚さは約３５０μｍであったが、電池の封口時に集電板がケースと正極で押圧され、バリの端部が変形していた。集電板のバリの先端部は、約５０μｍの深さまで正極に埋没していた。正極とケースとの間には、芯材や活物質などが存在しない間隙が認められた。
【００５０】
［評価］
残りの３個の電池Ａを用いて、電気化学特性を評価した。
雰囲気温度２０℃において、各電池を３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、６ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを５サイクル繰り返した。５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２８ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は９３％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、約５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約１Ωであった。
【００５１】
次いで、これらの電池Ａを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は２３ｍＡｈであった。
【００５２】
次に、雰囲気温度２０℃において、各電池を３０ｍＡで１．２時間充電し、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを３００サイクル繰り返した。３００サイクル目の平均放電容量（Ｃ20mA-300th）は２０ｍＡｈであった。
充放電を３００サイクル実施した後の電池高さは、サイクル寿命試験前と比較して、ほとんど変化していなかった。
充放電を３００サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ300th）は１ｋＨｚにおいて約１．５Ωであった。
なお、本実施例では、集電板を一つしか使用していないが、集電板の数には制限はなく、複数の集電板を用いても本発明の効果は失われない。
【００５３】
《比較例１》
実施例１で用いた集電板を用いなかったこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｂを作製した。電池Ｂの高さは約１．９ｍｍであった。
電池Ｂの電気化学特性を実施例１と同様に評価した。
電池Ｂの６ｍＡ放電による５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２１ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は７０％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、１５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約２Ωであった。
【００５４】
次いで、電池Ｂを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は１３ｍＡｈであった。
以上の結果は、電池Ａの放電容量、高率放電特性および内部インピーダンスが、電池Ｂに比べて格段に優れていることを示している。
【００５５】
次に、雰囲気温度２０℃において、各電池を３０ｍＡで１．２時間充電し、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを３００サイクル繰り返した。その結果、３００サイクル目の平均放電容量（Ｃ20mA-300th）は５ｍＡｈであった。
充放電を３００サイクル実施した後の電池の高さは、サイクル寿命試験前と比較して、約２００μｍ増加していた。
充放電を３００サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ300th）は１ｋＨｚにおいて約５Ωであった。
以上の結果は、電池Ａのサイクル寿命特性が、電池Ｂに比べて格段に優れていることを示している。
【００５６】
《実施例２》
封口時に電池に与える圧力を変化させることで、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する正極に埋没するバリの先端部の長さの割合（ＤR）を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｃ−１、Ｃ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表１に示す。
表１から、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する正極に埋没するバリの先端部の長さの割合が１０％以上で、良好な結果が得られることがわかる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
《実施例３》
ケースの内底面と正極との距離（ＤP-C）を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｄ−１、Ｄ−２およびＤ−３を作製した。ここでは、ケースの内底面と正極との距離を変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。
バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。電池Ｄ−１〜Ｄ−３の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）、５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）および電池高さ増加量（Δｈ5th）を実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２に示したように、ケース内底面と正極との距離が１００μｍより小さい場合には、放電容量が顕著に減少し、電池の膨れ、すなわち電池高さの増加量が大きくなる傾向があった。この結果より、本発明の効果を充分に発揮させるためには、ケース内底面と正極との距離は１００μｍ以上であることが望ましいことがわかる。
【００６１】
ケース内底面と正極との距離を１００μｍ以上とするためには、バリを含む見かけ厚さが１００μｍ以上の集電板を用いる必要があるが、集電板の見かけ厚さが厚すぎると、電池内部の空間を浪費することとなり、電池容量が少なくなり、エネルギー密度が低下する。エネルギー密度の観点からは、集電板の見かけ厚さを、それと隣接する電極（本実施例においては正極）の厚さの１／３以下とすることが好適であった。
【００６２】
《実施例４》
集電板の材質として、ニッケル板の代わりにステンレス鋼板またはニッケルメッキ鋼板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｅ−１、Ｅ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表３に示す。
表３の結果から、いずれの材質からなる集電板を用いても、ケースと電極との間の集電性の改善およびガス移動の容易化の効果が発揮され、優れた特性の電池が得られることがわかる。
【００６３】
【表３】
【００６４】
《実施例５》
集電板の見かけ厚さを変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−１、Ｆ−２、Ｆ−３およびＦ−４を作製した。ここでは、集電板の見かけ厚さを変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。
【００６５】
また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−５を作製した。電池Ｆ−５の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例１と同様とした。
また、波形（リブと溝との高低差は２００μｍ）に加工されたニッケル板を両側から穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄Ｆ−６を作製した。電池Ｆ−６の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例１と同様とした。
【００６６】
ここで、電池Ｆ−６に用いた集電板５０の上面の拡大写真を図５に示す。また、集電板５０の断面の拡大写真を図６に示す。
図５において紙面上向きの穿孔により形成された孔Ａ５１および紙面下向きの穿孔により形成された孔Ｂ５２の周囲には、それぞれ図６に示すようにバリ５３が形成されている。孔Ａ５１同士の間隔および孔Ｂ５２同士の間隔は、それぞれ約０．７ｍｍである。
【００６７】
また、集電板として発泡ニッケル（厚さ２５０μｍ、空隙率９８体積％）を用いたこと以外、実施例１と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−７を作製した。
また、集電板としてニッケル製のエキスパンドメタル（見かけ厚さ２５０μｍ）を用いたこと以外、実施例１と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−８を作製した。
電池Ｆ−１〜Ｆ−８の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例１と同様に評価した。結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４に示すように、集電板の見かけ厚さがニッケル板の肉厚（３０μｍ）の２倍未満である電池Ｆ−１においては、若干、容量が小さくなった。これより集電板の見かけ厚さは、加工前の金属シートの肉厚の２倍以上が好ましいことがわかる。また、ニッケル板が波形に加工されている電池Ｆ−６においては、特に優れた結果が得られている。また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いた電池Ｆ−５においても、良好な結果が得られている。さらに、集電板として発泡ニッケルやエキスパンドメタルを用いた電池Ｆ−７、Ｆ−８においても良好な結果が得られている。
【００７０】
《実施例６》
ニッケル板に設ける孔の形状を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｇ−１およびＧ−２を作製した。ここでは、四角錐型針状突起を表面に持つロールの代わりに、三角錐型または円錐型針状突起を表面に持つロールを用いて孔の形状を変化させ、図３または４に示したのと同様の集電板を作製した。どちらの集電板においても、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍ、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2とした。
【００７１】
電池Ｇ−１およびＧ−２の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例１と同様に評価した。結果を表５に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、本発明の効果が発揮されている。なお、孔の形状は均一である必要はなく、異なる形状の孔が混在している場合にも優れた結果が得られると考えられる。
【００７２】
【表５】
【００７３】
《実施例７》
負極材料としてカドミウム化合物または亜鉛化合物を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のアルカリ蓄電池Ｈ−１およびＨ−２を作製した。ただし、負極材料として亜鉛化合物を用いる場合には、銅製の負極芯材を用い、セパレータには親水化処理を施したポリプロピレン微多孔膜を用いた。電池Ｈ−１およびＨ−２の６ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ6mA-R）、３０ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ30mA-R）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を実施例１と同様に評価した。結果を表６に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、アルカリ蓄電池がニッケルカドミウム蓄電池やニッケル亜鉛蓄電池である場合にも、本発明の効果が発揮されている。
【００７４】
【表６】
【００７５】
《実施例８》
次に、封口板の内面と負極との間に集電板を介在させた場合について説明する。
（ｉ）集電板の作製
実施例１とほぼ同様の方法で集電板を作製した。具体的には、厚さ３０μｍのニッケル板を、上下に配置され、四角錐型針状突起を表面に持つロール間を通過させた。四角錐型針状突起は、交互に反対方向にニッケルシートを貫通し、四角形の孔と、同時にバリを形成した。複数の孔およびその周囲に形成されたバリを有するニッケル板を、直径約９ｍｍの円形に切断し、図２に示したのと同様の集電板を得た。得られた集電板のバリを含む見かけ厚さは約２５０μｍであり、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍであり、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2であった。
【００７６】
（ii）電池の組み立て
封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に負極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。その後、開口有底ケースを正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｊが完成した。電池Ｊの高さは約２．０ｍｍであった。
【００７７】
（iii）電池の検査および評価
［検査］
電池Ｊを６個作製した。そのうち３個の電池Ｊを切断して、それらの断面構造を観察したところ、集電板のバリを含む見かけ厚さは約１５０μｍであった。電池Ｊを作製する前には、集電板の見かけ厚さは約２５０μｍであったが、電池の封口時に集電板が封口板と負極で押圧され、バリの先端部が変形していた。集電板のバリの先端部は、約３０μｍの深さまで負極に埋没していた。負極と封口板との間には、芯材や水素吸蔵合金などが存在しない間隙が認められた。
【００７８】
［評価］
残りの３個の電池Ｊの電気化学特性を評価した。
雰囲気温度２０℃において、各電池を３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、６ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを５サイクル繰り返した。５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２７ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は９０％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、約５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約１Ωであった。
【００７９】
次いで、これらの電池Ｊを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は２２ｍＡｈであった。
なお、本実施例では、集電板を一つしか使用していないが、集電板の数には制限はなく、複数の集電板を用いても本発明の効果は失われない。
【００８０】
《実施例９》
封口時に電池に与える圧力を変化させることで、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する負極に埋没するバリの先端部の長さの割合（ＤR）を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｋ−１およびＫ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表７に示す。
表７から、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する負極に埋没するバリの先端部の長さの割合が１０％以上で、良好な結果が得られることがわかる。
【００８１】
【表７】
【００８２】
《実施例１０》
封口板の内面と負極との距離（ＤN-C）を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｌ−１、Ｌ−２およびＬ−３を作製した。ここでは、封口板の内面と負極との距離を変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。電池Ｌ−１〜Ｌ−３の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）、５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）および電池高さ増加量（Δｈ5th）を実施例８と同様に評価した。その結果を表８に示す。
【００８３】
【表８】
【００８４】
表８に示したように、封口板の内面と負極との距離が１００μｍより小さい場合には、放電容量が顕著に減少し、電池の膨れ、すなわち電池高さの増加量が大きくなる傾向があった。この結果より、本発明の効果を充分に発揮させるためには、封口板の内面と負極との距離は１００μｍ以上であることが望ましいことがわかる。
【００８５】
封口板の内面と負極との距離を１００μｍ以上とするためには、バリを含む見かけ厚さが１００μｍ以上の集電板を用いる必要があるが、集電板の見かけ厚さが厚すぎると、電池内部の空間を浪費することとなり、電池容量が少なくなり、エネルギー密度が低下する。エネルギー密度の観点からは、集電板の見かけ厚さを、それと隣接する電極（本実施例においては負極）の厚さの１／３以下とすることが好適であった。
【００８６】
《実施例１１》
集電板の材質として、ニッケル板の代わりにステンレス鋼板、ニッケルメッキ鋼板、鋼板または銅板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｍ−１〜Ｍ−４を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。結果を表９に示す。
表９の結果から、いずれの材質からなる集電板を用いても、封口板と電極との間の集電性の改善およびガス移動の容易化の効果が発揮され、優れた特性の電池が得られることがわかる。
【００８７】
【表９】
【００８８】
《実施例１２》
集電板の見かけ厚さを変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−１、Ｎ−２およびＮ−３を作製した。ここでは、集電板の見かけ厚さを変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。
【００８９】
また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−４を作製した。電池Ｎ−４の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例８と同様とした。
また、波形（リブと溝との高低差は１００μｍ）に加工されたニッケル板を両側から穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−５を作製した。電池Ｎ−５の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例８と同様とした。
【００９０】
また、集電板として発泡ニッケル（厚さ１５０μｍ、空隙率９８体積％）を用いたこと以外、実施例８と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−６を作製した。
また、集電板としてニッケル製のエキスパンドメタル（見かけ厚さ１５０μｍ）を用いたこと以外、実施例８と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−７を作製した。
電池Ｎ−１〜Ｎ−７の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例８と同様に評価した。結果を表１０に示す。
【００９１】
【表１０】
【００９２】
表１０に示すように、集電板の見かけ厚さがニッケル板の肉厚（３０μｍ）の２倍未満である電池Ｎ−１においては、若干、容量が小さくなった。これより集電板の見かけ厚さは、加工前の金属シートの肉厚の２倍以上が好ましいことがわかる。また、ニッケル板が波形に加工されている電池Ｎ−５においては、特に優れた結果が得られている。また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いた電池Ｎ−４においても、良好な結果が得られている。さらに、集電板として発泡ニッケルやエキスパンドメタルを用いた電池Ｎ−６、Ｎ−７においても良好な結果が得られている。
【００９３】
《実施例１３》
ニッケル板に設ける孔の形状を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｏ−１およびＯ−２を作製した。ここでは、四角錐型針状突起を表面に持つロールの代わりに、三角錐型または円錐型針状突起を表面に持つロールを用いて孔の形状を変化させ、図３または４に示したのと同様の集電板を作製した。どちらの集電板においても、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍ、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2とした。
【００９４】
電池Ｏ−１およびＯ−２の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例８と同様に評価した。結果を表１１に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、本発明の効果が発揮されている。なお、孔の形状は均一である必要はなく、異なる形状の孔が混在している場合にも優れた結果が得られると考えられる。
【００９５】
【表１１】
【００９６】
《実施例１４》
負極材料としてカドミウム化合物または亜鉛化合物を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のアルカリ蓄電池Ｐ−１およびＰ−２を作製した。ただし、負極材料として亜鉛化合物を用いる場合には、銅製の負極芯材を用い、セパレータには親水化処理を施したポリプロピレン微多孔膜を用いた。電池Ｐ−１およびＰ−２の６ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ6mA-R）、３０ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ30mA-R）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を実施例８と同様に評価した。結果を表１２に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、アルカリ蓄電池がニッケルカドミウム蓄電池やニッケル亜鉛蓄電池である場合にも、本発明の効果が発揮されている。
【００９７】
【表１２】
【００９８】
《実施例１５》
正極と負極との配置を逆にし、封口板の内面に集電板を溶接したこと以外、実施例１と同様にして、電池Ｑを作製した。ここでは実施例１で用いたのと同じ集電板を用いた。
封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に正極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に負極を設置した。その後、開口有底ケースを負極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｑが完成した。電池Ｑの高さは約２．１ｍｍであった。
【００９９】
電池Ｑを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは１Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９３％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２３ｍＡｈであった。この結果は、正極と負極の配置に依存することなく、本発明の効果が発揮されることを示している。
【０１００】
《実施例１６》
実施例８と同様に封口板の内面と負極との間にも集電板を介在させたこと以外、実施例１と同様にして、電池Ｒを作製した。ここでは、封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に、実施例８と同じ集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に負極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。その後、集電板を予め内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｒが完成した。電池Ｒの高さは約２．２５ｍｍであった。
【０１０１】
電池Ｒを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．９Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２５ｍＡｈであった。この結果は、正極と電池ケースの内底面との間および負極と封口板の内面との間に、それぞれ集電板を設置することにより、実施例１や実施例８の電池に比べて、さらに優れた特性の電池が得られることを示している。
【０１０２】
《実施例１７》
負極と電池ケースの内底面との間にも集電板を介在させたこと以外、実施例１５と同様にして、電池Ｓを作製した。負極と電池ケースの内底面との間に介在させる集電板には、実施例８で用いたのと同じ集電板を用いた。
まず、封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に、実施例１と同じ集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に正極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に負極を設置した。その後、集電板を予め内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを負極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｓが完成した。電池の高さは約２．２５ｍｍであった。
電池Ｓを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．９Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２５ｍＡｈであった。
【０１０３】
《実施例１８》
それぞれ並列に接続した２枚の正極と２枚の負極とを用い、ケースと封口板の深さを変えたこと以外、実施例１と同様の電池Ｔを作製した。ここでは、封口板の内面に第１の負極を設置し、その上に第１のセパレータを設置した。次いで、第１のセパレータ上に第１の正極を設置し、その上に第２のセパレータを設置した。次いで、第２のセパレータ上に第２の負極を設置し、その上に第３のセパレータを設置した。そして、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板内に電解液を注液し、第３のセパレータ上に第２の正極を設置した。その後、予め集電板を内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを第２の正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｔが完成した。電池Ｔの高さは約３．７ｍｍであった。正極の理論容量は、第１の正極と第２の正極との合計で６０ｍＡｈとした。
【０１０４】
電池Ｔを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．６Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９８％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は５４ｍＡｈであった。
一方、開口有底ケースの内底面に集電板を溶接しなかったこと以外、実施例１８と同様の電池Ｕを作製し、同様に評価した。その結果、電池Ｕの内部インピーダンスは約１．２Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は７５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は３０ｍＡｈであった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、充電末期および過充電時における電池の内圧上昇による寸法変化と、電解液の偏在による電気化学特性の劣化を抑制することができる。また、本発明によれば、電極とケースもしくは封口板との接触抵抗を低減することができる。また、本発明によれば、製造コストが低く、電気化学特性に優れ、内部抵抗の低いアルカリ蓄電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルカリ蓄電池の一例であるコイン形密閉電池の縦断面図である。
【図２】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の一例の斜視図である。
【図３】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の別の一例の斜視図である。
【図４】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板のさらに別の一例の斜視図である。
【図５】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の一例の上面の拡大写真である。
【図６】図５の導電性集電板の断面の拡大写真である。
【符号の説明】
１ 封口板
２ 開口有底ケース
４ 正極
５ 負極
６ セパレータ
７ 導電性シート
８ 突起
９ ガス移動経路
２０ 集電板
２１ 金属シート
２２ 四角形の孔
２３ａ、ｂ バリ
３０ 集電板
３１ 金属シート
３２ 三角形の孔
３３ａ、ｂ バリ
４０ 集電板
４１ 金属シート
４２ 円形の孔
４３ａ、ｂ バリ
５０ 集電板
５１ 孔Ａ
５２ 孔Ｂ
５３ バリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル水素蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などに代表されるアルカリ蓄電池に関し、特にボタン形もしくはコイン形に代表される扁平形のアルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池は、浅底の開口有底ケース、ケースの開口部を塞ぐ封口板、ケースと封口板との間に介在する絶縁性ガスケット、ケース内に収容される正極と負極、正極と負極の間に介在するセパレータおよびアルカリ電解液からなる。正極、負極およびセパレータは、いずれも多孔質であり、水酸化カリウム等を含む電解液を保持している。これにより円滑な電気化学反応が可能となる。
【０００３】
正極は、芯材とそれに充填された水酸化ニッケルからなり、正極芯材には多孔質な焼結ニッケル、金属発泡体等が用いられる。負極は、芯材とそれに塗着もしくは充填されたカドミウム、亜鉛、水素吸蔵合金等からなり、負極芯材にはパンチングメタル、金属発泡体等が用いられる。
【０００４】
アルカリ蓄電池においては、充電末期および過充電時に、正極から酸素ガスが電気化学的に発生し、その酸素ガスは負極で還元されて水に戻る。ニッケル水素蓄電池においては、充電末期および過充電時に、負極から水素も発生し、この水素ガスは負極において化学的に吸収される。これらのガスの消費が迅速に行われない場合には、電池内圧が高くなり、電池が膨れてしまう。特にボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池においては、電池の厚さが増加しやすい。
【０００５】
正極と隣接するケースの内底面もしくは封口板の内面の近傍においては、発生した酸素ガスが滞留して、電解液を移動せしめ、電解液の偏在を引き起こす。その結果、円滑な電気化学反応が阻害され、充電効率が低下する。充電終了後にも電解液の偏在が解消されない場合には、充電終了直後から比較的短時間のうちに放電を開始しても、所定の放電容量を得ることが困難になる。
【０００６】
このように、アルカリ蓄電池の内部におけるガスの消費速度は、電池寸法と電気化学特性に甚大な影響を及ぼす。
そこで、ガスの消費速度を可能な限り速めることが重要となる。ガス消費を迅速に行わせるための提案として以下が挙げられる。
バイポーラ電極の芯材の少なくとも一つの面に溝を設けることが提案されている（特許文献１参照）。
封口板の内面に隣接する負極面に凹部を設けること、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設けることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
ボタン形、コイン形などの扁平な形状を有するアルカリ蓄電池では、電極とケースの内底面もしくは封口板の内面との接触抵抗を低くすることも極めて重要である。これらの電池においては、捲回型極板群を有する円筒形電池と比較して、電極をケースもしくは封口板に押しつける圧力が弱く、接触抵抗が大きくなりやすい。このことは導電性に乏しい水酸化ニッケルなどを活物質に用いる正極にとっては特に深刻である。
【０００８】
電極芯材とケースもしくは封口板とを集電リードを介して接続することにより、接触抵抗を低減することも考えられる。しかし、その場合、電池構造が複雑になり、コストの上昇を招くことになる。また、ガスケットを取り付ける場合、正極および負極は、ガスケットの内側に収まるように正確に位置決めされなければならない。しかしながら、集電リードの存在が電極の位置決めを困難にすることから、大量生産において不良発生率が上昇したり、生産スピードが低下したりする。
【０００９】
特許文献２が提案するように、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設ける場合、正極と電池ケースとの接触抵抗は比較的低く抑えられるが、十分に低いとは言い難い。しかも、このような正極を得るには、芯材の片面から活物質が充填され、他方の面には活物質が達しないことが必要である。従って、活物質の充填量が変動しやすく、その制御に多大な労力を必要とする。
【００１０】
【特許文献１】
特表２０００−５０７３８６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５０５７９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、充電末期および過充電時における電池の内圧上昇による寸法変化と、電解液の偏在による電気化学特性の劣化を抑制することを目的とする。また、本発明は、電極とケースもしくは封口板との接触抵抗を低減することを目的とする。また、本発明は、電気化学特性に優れ、内部抵抗の小さいアルカリ蓄電池を低コストで提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板、および（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１３】
本発明は、また、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ、および／または、（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ〔ｇ〕を具備し、前記スペーサ〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記スペーサ〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１４】
本発明は、また、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に間隙を形成する導電性集電板、および
（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に間隙を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池に関する。
【００１５】
なお、前記ケースの内底面と前記第１電極との間の間隙もしくは前記封口板の内面と前記第２電極との間の間隙には、電解液が満たされていてもよいが、これらの間隙は、電解液以外の電池構成材料が存在しない空間であることを要する。
前記第１電極および前記第２電極の一方は、パンチングメタルからなる芯材を有する負極であることが好ましい。
本発明は、前記第１電極および前記第２電極の一方が、水素吸蔵合金または亜鉛を含む負極である場合に特に有効である。
【００１６】
本発明は、例えば、以下の態様を全て含む。
（ｉ）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１７】
（ii）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１８】
（iii）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに〔ｇ〕前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００１９】
（iv）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２０】
（ｖ）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する正極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する負極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２１】
（vi）〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する負極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する正極、〔ｅ〕前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、〔ｆ〕アルカリ電解液、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記負極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの負極集電板、ならびに（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記正極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも１つの正極集電板を具備するアルカリ蓄電池。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ蓄電池は、〔ａ〕浅底の開口有底ケース、〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータおよび〔ｆ〕アルカリ電解液を具備する。
【００２３】
浅底の開口有底ケースとは、ボタン形、コイン形に代表される扁平形の電池に用いられる開口有底ケースであり、ケースの開口直径は、一般にケースの厚さ（高さ）の１．４倍〜７０倍である。ここで、開口直径とは、開口が円形の場合にはその直径、開口が楕円形もしくは略楕円形の場合にはその短径、開口が長方形の場合にはその短辺を意味するものとする。
【００２４】
本発明のアルカリ蓄電池は、さらに、（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板、および／または、（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板を具備する。
【００２５】
このような電池では、電極とケースの内底面との間、および／または、電極と封口板の内面との間には、電解液以外の電池構成材料が存在しない空間が存在する。従って、電極から発生したガスは、迅速に移動できることから、充電末期や過充電時に正極から発生した酸素ガスは正極周縁部を経由して負極に達し、還元されて水に戻る。これにより電池内圧が異常に高くなることを防止できる。また、ケースの内底面と電極との間および／または封口板の内面と電極との間に、酸素ガスまたは水素ガスが滞留して、電解液が偏在することを防止できる。
【００２６】
このような利点を充分に活かすためには、ケースの内底面または封口板の内面と平行に配することのできる板状の電極を用いることが好ましい。
ガス移動経路は、ケースの内底面全体または封口板の内面全体の５０〜１００％の面積にわたり分布していることが好ましい。
【００２７】
ここで、導電性集電板には、複数の突起を有する導電性シート（以下、集電板Ｂという）を用いる。複数の突起を有する導電性シートは、複数の孔を有してもよい。複数の突起を有する導電性シートは、複数の突起を有するネットでもよい。
【００２８】
集電板の材質には、ニッケル、ステンレス、鉄、銅等の金属を用いることができ、炭素を用いることもできる。また、ニッケルメッキを施した鉄等を用いることもできる。
集電板Ｂは、板状、シート状もしくはネット状であるため、ケースの内底面のほぼ全体または封口板の内面のほぼ全体にわたり接合することができる。従って、電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗は、飛躍的に低減される。また、集電板Ｂは、ケースの内底面のほぼ全体または封口板の内面のほぼ全体にわたり位置し得る形状を有する。そのため、集電板の上に電極を固定する際に、電極の位置決めを正確に行うことができる。従って、大量生産において不良発生率が上昇したり、生産スピードが低下したりすることがない。
【００２９】
集電板Ｂは、電極芯材の一部ではないため、特開２００１−２５０５７９号公報が提案するように、正極の電池ケースの内底面との隣接部分に活物質を担持しない芯材部分を設ける必要がない。従って、電極芯材への活物質の充填量が大きく変動することがなく、充填量の制御に多大なる労力を必要とすることもない。
【００３０】
突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さは、１００μｍ以上であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが１００μｍ未満になると、その分、ガス移動経路が少なくなるため、電解液の偏在を抑制する効果が小さくなる。
電解液の偏在を抑制する効果を充分に確保するには、第１電極とケースの内底面との距離または第２電極と封口板の内面との距離は１００μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さは、それに隣接する電極の厚さの１／３以下であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが電極の厚さの１／３をこえると、電池のエネルギー密度が小さくなってしまう。
【００３２】
集電板Ｂの複数の突起の先端部は、それに隣接する電極に埋没していることが好ましい。このような構造によれば、電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗は、さらに大きく低減される。電極と電池ケースとの間または電極と封口板との間の接触抵抗を効果的に低減するには、電極に埋没している集電板Ｂの突起の先端部の長さを、突起を含めた集電板Ｂの見かけ厚さの１０％以上とすることが好ましい。電極に埋没する先端部の長さが集電板の見かけ厚さの１０％以上であれば、ほぼ同程度に接触抵抗を低減できる。
【００３３】
集電板Ｂには、例えば、片側または両側からの穿孔により変形した金属シートからなり、複数の孔および前記孔周囲に形成されたバリを有する集電板（以下、集電板Ｃという）を用いることができる。
集電板Ｃに用いる金属シートの肉厚は、１０〜１００μｍ、さらには２０〜５０μｍが好適である。金属シートを片側または両側から穿孔すると、金属シートに形成された孔周囲には、同時にバリが形成される。なお、金属シートには、金属箔、金属板などが含まれる。
【００３４】
集電板Ｂのバリを含めた見かけ厚さは、金属シートの肉厚の２倍以上であることが好ましい。集電板Ｂの見かけ厚さが金属シートの肉厚の２倍未満では、充分なガス移動経路を設けることや、電極にバリを充分に埋没させることが困難になる。
【００３５】
金属シートに設ける孔の形状は限定されないが、円形、三角形または四角形の孔を設けることができる。これらのうちでは、加工が容易であることから、円形または四角形の孔が好ましく、特に円形が好ましい。孔の大きさも特に限定されないが、一つあたりの孔の面積は０．０２〜３ｍｍ2であることが好ましい。円形の孔の場合には、孔の半径は０．０８〜１ｍｍであることが好ましい。
【００３６】
集電板Ｃにおいて、互いに最近接する孔は、それぞれ反対側からの穿孔により形成されており、それらの孔周囲に形成されたバリが相互に反対側を向いていることが好ましい。また、互いに最近接する孔の中心間距離は、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
穿孔により変形する前の金属シートには、波状、千鳥状などの凹凸を形成することができる。凹凸はエンボス加工により設けることができる。凹凸を有する金属シートに穿孔して、複数の孔を設ける場合、集電体Ｃの見かけ厚さは、金属シートの肉厚と、凹凸による厚さの増加と、バリによる厚さの増加との合計となる。
【００３８】
図１に、本発明の一実施形態に係るコイン形のアルカリ蓄電池の縦断面図を示す。このアルカリ蓄電池は、浅底の開口有底ケース２、ケース２の開口部を塞ぐ封口板１、ケース２の内底面に隣接する正極４、封口板１の内面に隣接するパンチングメタルを芯材とする負極５、正極４と負極５との間に介在するセパレータ６、ならびにアルカリ電解液を具備する。
【００３９】
ケース２の内底面には、複数の突起８を有するネット状の導電性シート７が導電性集電板として接合されている。突起８の先端部は、隣接する正極４に埋没している。導電性シート７は、ケース２と正極４との間を電気的に接続するとともに、ケース２の内底面と正極４との間に２次元状に分布するガス移動経路９を形成している。導電性シート７とケース２の内底面との接合は溶接により行うことが好ましい。
【００４０】
次に、集電体Ｃを図２〜４に例示する。
図２は、円形の金属シートからなる集電板２０の一例である。金属シート２１には両側からの穿孔により、複数の四角形の孔２２が形成されている。孔２２の周囲には４つの尖ったバリ２３ａ、ｂが形成されている。
【００４１】
図３は、円形の金属シートからなる集電板３０の別の一例である。金属シート３１には両側からの穿孔により、複数の三角形の孔３２が形成されている。孔３２の周囲には１つの尖ったバリ３３ａ、ｂが形成されている。
図４は、円形の金属シートからなる集電板４０のさらに別の一例である。金属シート４１には両側からの穿孔により、複数の円形の孔４２が形成されている。
孔４２の周囲には複数の尖ったバリ４３ａ、ｂが形成されている。
【００４２】
一方を向いて突出するバリ２３ａ、３３ａ、４３ａの先端部は、電極に埋没させることができる。他方を向いて突出するバリ２３ｂ、３３ｂ、４３ｂは、電池ケースの内底面または封口板の内面と溶接される。ガス移動経路を充分に確保する観点からは、バリを、図２〜４に示されるように交互に反対側を向くように形成することが好ましい。
【００４３】
本発明は、負極が水素吸蔵合金または亜鉛からなる場合に特に有効である。水素吸蔵合金からなる負極では、水素ガスが発生することから、また、亜鉛からなる負極は、酸素ガスの吸収速度が遅いことから、ガス移動経路を負極側にも設けることが好ましい。ただし、負極がカドミウムからなる場合にも本発明が有効であることに変わりはない。
【００４４】
本発明は、負極芯材がパンチングメタルからなる場合に特に有効である。このような負極は、一般に高密度になることから、その内部における液枯れが起こりやすいが、負極にガス移動経路が隣接する場合、電解液の偏在が解消され、液枯れが起こりにくくなるからである。芯材としてパンチングメタルを用いた負極は、安価であり、品質の変動が小さいことから、量産にも適している。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
《実施例１》
（ｉ）正極の作製
正極活物質として、ＣｏおよびＺｎを含有する水酸化ニッケルを用いた。この活物質１００重量部に対し、水酸化コバルトを１０重量部添加し、適量の水を加えて混合した。得られた混合物を厚さ１．２ｍｍの発泡ニッケル基板の細孔内に充填した。これを乾燥、圧延したのち、直径９．２ｍｍの円形に切断し、正極とした。得られた正極の厚さは約０．７８ｍｍであった。正極の理論容量（水酸化ニッケル中のニッケル全てが一電子反応したときの容量）は３０ｍＡｈとした。
【００４６】
（ii）負極の作製
負極材料として、公知のＡＢ5型の水素吸蔵合金（ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ａｌ0.3Ｍｎ0.4：Ｍｍはミッシュメタル）を用いた。この合金を平均粒径３５μｍに粉砕した後、ＫＯＨ水溶液で処理した。処理後の合金粉末１００重量部に、結着剤（スチレン−ブタジエンゴム）を０．７重量部、カルボキシメチルセルロースを０．１５重量部、および適量の水を加えて混合した。得られた混合物をニッケルメッキを施した厚さ６０μｍのパンチングメタル基板（穿孔金属板）に塗着した。これを乾燥、圧延したのち直径９．２ｍｍの円形に切断し、負極とした。得られた負極の厚さは約０．４７ｍｍであった。負極の容量は正極のそれよりも大きくし、電池容量を正極規制とした。
【００４７】
（iii）集電板の作製
厚さ３０μｍのニッケルシートを、上下に配置され、四角錐型針状突起を表面に持つロール間を通過させた。四角錐型針状突起は、交互に反対方向にニッケルシートを貫通し、四角形の孔と、同時にバリを形成した。複数の孔およびその周囲に形成されたバリを有するニッケル板を、直径約９ｍｍの円形に切断し、図２に示したのと同様の集電板を得た。得られた集電板のバリを含む見かけ厚さは約３５０μｍであり、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍであり、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2であった。
【００４８】
（iv）電池の組み立て
セパレータには、親水化処理を施したポリプロピレン製不織布を用い、電解液には、約７ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウムおよび約１ｍｏｌ／Ｌの水酸化リチウムを溶解させた水溶液を用いた。
封口板の内面に負極を設置し、負極上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。封口板内に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。次いで、予め集電板を内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接した開口有底ケースを正極上から被せた。ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめて、ケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形のニッケル水素蓄電池Ａが完成した。電池Ａの高さは約２．１ｍｍであった。
【００４９】
（ｖ）電池の検査および評価
［検査］
電池Ａを６個作製した。このうち３個の電池Ａを切断して、それらの断面構造を観察したところ、集電板のバリを含む見かけ厚さは約２５０μｍであった。電池Ａを作製する前には、集電板の見かけ厚さは約３５０μｍであったが、電池の封口時に集電板がケースと正極で押圧され、バリの端部が変形していた。集電板のバリの先端部は、約５０μｍの深さまで正極に埋没していた。正極とケースとの間には、芯材や活物質などが存在しない間隙が認められた。
【００５０】
［評価］
残りの３個の電池Ａを用いて、電気化学特性を評価した。
雰囲気温度２０℃において、各電池を３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、６ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを５サイクル繰り返した。５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２８ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は９３％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、約５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約１Ωであった。
【００５１】
次いで、これらの電池Ａを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は２３ｍＡｈであった。
【００５２】
次に、雰囲気温度２０℃において、各電池を３０ｍＡで１．２時間充電し、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを３００サイクル繰り返した。３００サイクル目の平均放電容量（Ｃ20mA-300th）は２０ｍＡｈであった。
充放電を３００サイクル実施した後の電池高さは、サイクル寿命試験前と比較して、ほとんど変化していなかった。
充放電を３００サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ300th）は１ｋＨｚにおいて約１．５Ωであった。
なお、本実施例では、集電板を一つしか使用していないが、集電板の数には制限はなく、複数の集電板を用いても本発明の効果は失われない。
【００５３】
《比較例１》
実施例１で用いた集電板を用いなかったこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｂを作製した。電池Ｂの高さは約１．９ｍｍであった。
電池Ｂの電気化学特性を実施例１と同様に評価した。
電池Ｂの６ｍＡ放電による５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２１ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は７０％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、１５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約２Ωであった。
【００５４】
次いで、電池Ｂを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は１３ｍＡｈであった。
以上の結果は、電池Ａの放電容量、高率放電特性および内部インピーダンスが、電池Ｂに比べて格段に優れていることを示している。
【００５５】
次に、雰囲気温度２０℃において、各電池を３０ｍＡで１．２時間充電し、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを３００サイクル繰り返した。その結果、３００サイクル目の平均放電容量（Ｃ20mA-300th）は５ｍＡｈであった。
充放電を３００サイクル実施した後の電池の高さは、サイクル寿命試験前と比較して、約２００μｍ増加していた。
充放電を３００サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ300th）は１ｋＨｚにおいて約５Ωであった。
以上の結果は、電池Ａのサイクル寿命特性が、電池Ｂに比べて格段に優れていることを示している。
【００５６】
《実施例２》
封口時に電池に与える圧力を変化させることで、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する正極に埋没するバリの先端部の長さの割合（ＤR）を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｃ−１、Ｃ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表１に示す。
表１から、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する正極に埋没するバリの先端部の長さの割合が１０％以上で、良好な結果が得られることがわかる。
【００５７】
【表１】
《実施例３》
ケースの内底面と正極との距離（ＤP-C）を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｄ−１、Ｄ−２およびＤ−３を作製した。ここでは、ケースの内底面と正極との距離を変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。
バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。電池Ｄ−１〜Ｄ−３の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）、５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）および電池高さ増加量（Δｈ5th）を実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
表２に示したように、ケース内底面と正極との距離が１００μｍより小さい場合には、放電容量が顕著に減少し、電池の膨れ、すなわち電池高さの増加量が大きくなる傾向があった。この結果より、本発明の効果を充分に発揮させるためには、ケース内底面と正極との距離は１００μｍ以上であることが望ましいことがわかる。
【００６１】
ケース内底面と正極との距離を１００μｍ以上とするためには、バリを含む見かけ厚さが１００μｍ以上の集電板を用いる必要があるが、集電板の見かけ厚さが厚すぎると、電池内部の空間を浪費することとなり、電池容量が少なくなり、エネルギー密度が低下する。エネルギー密度の観点からは、集電板の見かけ厚さを、それと隣接する電極（本実施例においては正極）の厚さの１／３以下とすることが好適であった。
【００６２】
《実施例４》
集電板の材質として、ニッケル板の代わりにステンレス鋼板またはニッケルメッキ鋼板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｅ−１、Ｅ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表３に示す。
表３の結果から、いずれの材質からなる集電板を用いても、ケースと電極との間の集電性の改善およびガス移動の容易化の効果が発揮され、優れた特性の電池が得られることがわかる。
【００６３】
【表３】
《実施例５》
集電板の見かけ厚さを変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−１、Ｆ−２、Ｆ−３およびＦ−４を作製した。ここでは、集電板の見かけ厚さを変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。
【００６５】
また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−５を作製した。電池Ｆ−５の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例１と同様とした。
また、波形（リブと溝との高低差は２００μｍ）に加工されたニッケル板を両側から穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄Ｆ−６を作製した。電池Ｆ−６の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例１と同様とした。
【００６６】
ここで、電池Ｆ−６に用いた集電板５０の上面の拡大写真を図５に示す。また、集電板５０の断面の拡大写真を図６に示す。
図５において紙面上向きの穿孔により形成された孔Ａ５１および紙面下向きの穿孔により形成された孔Ｂ５２の周囲には、それぞれ図６に示すようにバリ５３が形成されている。孔Ａ５１同士の間隔および孔Ｂ５２同士の間隔は、それぞれ約０．７ｍｍである。
【００６７】
また、集電板として発泡ニッケル（厚さ２５０μｍ、空隙率９８体積％）を用いたこと以外、実施例１と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−７を作製した。
また、集電板としてニッケル製のエキスパンドメタル（見かけ厚さ２５０μｍ）を用いたこと以外、実施例１と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｆ−８を作製した。
電池Ｆ−１〜Ｆ−８の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例１と同様に評価した。結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
表４に示すように、集電板の見かけ厚さがニッケル板の肉厚（３０μｍ）の２倍未満である電池Ｆ−１においては、若干、容量が小さくなった。これより集電板の見かけ厚さは、加工前の金属シートの肉厚の２倍以上が好ましいことがわかる。また、ニッケル板が波形に加工されている電池Ｆ−６においては、特に優れた結果が得られている。また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いた電池Ｆ−５においても、良好な結果が得られている。さらに、集電板として発泡ニッケルやエキスパンドメタルを用いた電池Ｆ−７、Ｆ−８においても良好な結果が得られている。
【００７０】
《実施例６》
ニッケル板に設ける孔の形状を変化させたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｇ−１およびＧ−２を作製した。ここでは、四角錐型針状突起を表面に持つロールの代わりに、三角錐型または円錐型針状突起を表面に持つロールを用いて孔の形状を変化させ、図３または４に示したのと同様の集電板を作製した。どちらの集電板においても、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍ、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2とした。
【００７１】
電池Ｇ−１およびＧ−２の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例１と同様に評価した。結果を表５に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、本発明の効果が発揮されている。なお、孔の形状は均一である必要はなく、異なる形状の孔が混在している場合にも優れた結果が得られると考えられる。
【００７２】
【表５】
《実施例７》
負極材料としてカドミウム化合物または亜鉛化合物を用いたこと以外、実施例１と同様にしてコイン形のアルカリ蓄電池Ｈ−１およびＨ−２を作製した。ただし、負極材料として亜鉛化合物を用いる場合には、銅製の負極芯材を用い、セパレータには親水化処理を施したポリプロピレン微多孔膜を用いた。電池Ｈ−１およびＨ−２の６ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ6mA-R）、３０ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ30mA-R）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を実施例１と同様に評価した。結果を表６に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、アルカリ蓄電池がニッケルカドミウム蓄電池やニッケル亜鉛蓄電池である場合にも、本発明の効果が発揮されている。
【００７４】
【表６】
《実施例８》
次に、封口板の内面と負極との間に集電板を介在させた場合について説明する。
（ｉ）集電板の作製
実施例１とほぼ同様の方法で集電板を作製した。具体的には、厚さ３０μｍのニッケル板を、上下に配置され、四角錐型針状突起を表面に持つロール間を通過させた。四角錐型針状突起は、交互に反対方向にニッケルシートを貫通し、四角形の孔と、同時にバリを形成した。複数の孔およびその周囲に形成されたバリを有するニッケル板を、直径約９ｍｍの円形に切断し、図２に示したのと同様の集電板を得た。得られた集電板のバリを含む見かけ厚さは約２５０μｍであり、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍであり、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2であった。
【００７６】
（ii）電池の組み立て
封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に負極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。その後、開口有底ケースを正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｊが完成した。電池Ｊの高さは約２．０ｍｍであった。
【００７７】
（iii）電池の検査および評価
［検査］
電池Ｊを６個作製した。そのうち３個の電池Ｊを切断して、それらの断面構造を観察したところ、集電板のバリを含む見かけ厚さは約１５０μｍであった。電池Ｊを作製する前には、集電板の見かけ厚さは約２５０μｍであったが、電池の封口時に集電板が封口板と負極で押圧され、バリの先端部が変形していた。集電板のバリの先端部は、約３０μｍの深さまで負極に埋没していた。負極と封口板との間には、芯材や水素吸蔵合金などが存在しない間隙が認められた。
【００７８】
［評価］
残りの３個の電池Ｊの電気化学特性を評価した。
雰囲気温度２０℃において、各電池を３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、６ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させる充放電サイクルを５サイクル繰り返した。５サイクル目の平均放電容量（Ｃ6mA）は２７ｍＡｈ、すなわち正極利用率（Ｕ6mA-R）は９０％であった。
充放電を５サイクル実施した後の電池高さの電池作製直後と比較した増加量（Δｈ5th）は、約５０μｍであった。
充放電を５サイクル実施した後の内部インピーダンス（Ｉ5th）は１ｋＨｚにおいて約１Ωであった。
【００７９】
次いで、これらの電池Ｊを雰囲気温度２０℃において３ｍＡで１５時間充電し、１時間の休止の後、３０ｍＡで終止電圧１Ｖまで放電させた。このときの平均放電容量（Ｃ30mA）は２２ｍＡｈであった。
なお、本実施例では、集電板を一つしか使用していないが、集電板の数には制限はなく、複数の集電板を用いても本発明の効果は失われない。
【００８０】
《実施例９》
封口時に電池に与える圧力を変化させることで、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する負極に埋没するバリの先端部の長さの割合（ＤR）を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｋ−１およびＫ−２を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。その結果を表７に示す。
表７から、集電板のバリを含めた見かけ厚さに対する負極に埋没するバリの先端部の長さの割合が１０％以上で、良好な結果が得られることがわかる。
【００８１】
【表７】
《実施例１０》
封口板の内面と負極との距離（ＤN-C）を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｌ−１、Ｌ−２およびＬ−３を作製した。ここでは、封口板の内面と負極との距離を変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。電池Ｌ−１〜Ｌ−３の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）、５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）および電池高さ増加量（Δｈ5th）を実施例８と同様に評価した。その結果を表８に示す。
【００８３】
【表８】
表８に示したように、封口板の内面と負極との距離が１００μｍより小さい場合には、放電容量が顕著に減少し、電池の膨れ、すなわち電池高さの増加量が大きくなる傾向があった。この結果より、本発明の効果を充分に発揮させるためには、封口板の内面と負極との距離は１００μｍ以上であることが望ましいことがわかる。
【００８５】
封口板の内面と負極との距離を１００μｍ以上とするためには、バリを含む見かけ厚さが１００μｍ以上の集電板を用いる必要があるが、集電板の見かけ厚さが厚すぎると、電池内部の空間を浪費することとなり、電池容量が少なくなり、エネルギー密度が低下する。エネルギー密度の観点からは、集電板の見かけ厚さを、それと隣接する電極（本実施例においては負極）の厚さの１／３以下とすることが好適であった。
【００８６】
《実施例１１》
集電板の材質として、ニッケル板の代わりにステンレス鋼板、ニッケルメッキ鋼板、鋼板または銅板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｍ−１〜Ｍ−４を作製し、それらの６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）、３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を評価した。結果を表９に示す。
表９の結果から、いずれの材質からなる集電板を用いても、封口板と電極との間の集電性の改善およびガス移動の容易化の効果が発揮され、優れた特性の電池が得られることがわかる。
【００８７】
【表９】
《実施例１２》
集電板の見かけ厚さを変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−１、Ｎ−２およびＮ−３を作製した。ここでは、集電板の見かけ厚さを変化させるために、集電板の作製において、厚さ３０μｍのニッケル板に形成されるバリの寸法を変化させた。バリの寸法は、上下に配置されたロールの四角錐型針状突起の寸法を変化させることで制御した。
【００８９】
また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−４を作製した。電池Ｎ−４の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例８と同様とした。
また、波形（リブと溝との高低差は１００μｍ）に加工されたニッケル板を両側から穿孔して作製された集電板を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−５を作製した。電池Ｎ−５の集電板のバリの形状や孔の形状は実施例８と同様とした。
【００９０】
また、集電板として発泡ニッケル（厚さ１５０μｍ、空隙率９８体積％）を用いたこと以外、実施例８と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−６を作製した。
また、集電板としてニッケル製のエキスパンドメタル（見かけ厚さ１５０μｍ）を用いたこと以外、実施例８と同様にして参考例であるコイン形のニッケル水素蓄電池Ｎ−７を作製した。
電池Ｎ−１〜Ｎ−７の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例８と同様に評価した。結果を表１０に示す。
【００９１】
【表１０】
表１０に示すように、集電板の見かけ厚さがニッケル板の肉厚（３０μｍ）の２倍未満である電池Ｎ−１においては、若干、容量が小さくなった。これより集電板の見かけ厚さは、加工前の金属シートの肉厚の２倍以上が好ましいことがわかる。また、ニッケル板が波形に加工されている電池Ｎ−５においては、特に優れた結果が得られている。また、片側のみからニッケル板を穿孔して作製された集電板を用いた電池Ｎ−４においても、良好な結果が得られている。さらに、集電板として発泡ニッケルやエキスパンドメタルを用いた電池Ｎ−６、Ｎ−７においても良好な結果が得られている。
【００９３】
《実施例１３》
ニッケル板に設ける孔の形状を変化させたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のニッケル水素蓄電池Ｏ−１およびＯ−２を作製した。ここでは、四角錐型針状突起を表面に持つロールの代わりに、三角錐型または円錐型針状突起を表面に持つロールを用いて孔の形状を変化させ、図３または４に示したのと同様の集電板を作製した。どちらの集電板においても、互いに最近接する孔の中心間距離は０．７ｍｍ、１つあたりの孔の面積は約０．０４ｍｍ2とした。
【００９４】
電池Ｏ−１およびＯ−２の６ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ6mA）および３０ｍＡ放電による平均放電容量（Ｃ30mA）を実施例８と同様に評価した。結果を表１１に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、本発明の効果が発揮されている。なお、孔の形状は均一である必要はなく、異なる形状の孔が混在している場合にも優れた結果が得られると考えられる。
【００９５】
【表１１】
《実施例１４》
負極材料としてカドミウム化合物または亜鉛化合物を用いたこと以外、実施例８と同様にしてコイン形のアルカリ蓄電池Ｐ−１およびＰ−２を作製した。ただし、負極材料として亜鉛化合物を用いる場合には、銅製の負極芯材を用い、セパレータには親水化処理を施したポリプロピレン微多孔膜を用いた。電池Ｐ−１およびＰ−２の６ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ6mA-R）、３０ｍＡ放電による正極利用率（Ｕ30mA-R）および５サイクルの充放電後の内部インピーダンス（Ｉ5th）を実施例８と同様に評価した。結果を表１２に示す。
いずれの電池においても優れた結果が得られており、アルカリ蓄電池がニッケルカドミウム蓄電池やニッケル亜鉛蓄電池である場合にも、本発明の効果が発揮されている。
【００９７】
【表１２】
《実施例１５》
正極と負極との配置を逆にし、封口板の内面に集電板を溶接したこと以外、実施例１と同様にして、電池Ｑを作製した。ここでは実施例１で用いたのと同じ集電板を用いた。
封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に正極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に負極を設置した。その後、開口有底ケースを負極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｑが完成した。電池Ｑの高さは約２．１ｍｍであった。
【００９９】
電池Ｑを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは１Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９３％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２３ｍＡｈであった。この結果は、正極と負極の配置に依存することなく、本発明の効果が発揮されることを示している。
【０１００】
《実施例１６》
実施例８と同様に封口板の内面と負極との間にも集電板を介在させたこと以外、実施例１と同様にして、電池Ｒを作製した。ここでは、封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に、実施例８と同じ集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に負極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に正極を設置した。その後、集電板を予め内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｒが完成した。電池Ｒの高さは約２．２５ｍｍであった。
【０１０１】
電池Ｒを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．９Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２５ｍＡｈであった。この結果は、正極と電池ケースの内底面との間および負極と封口板の内面との間に、それぞれ集電板を設置することにより、実施例１や実施例８の電池に比べて、さらに優れた特性の電池が得られることを示している。
【０１０２】
《実施例１７》
負極と電池ケースの内底面との間にも集電板を介在させたこと以外、実施例１５と同様にして、電池Ｓを作製した。負極と電池ケースの内底面との間に介在させる集電板には、実施例８で用いたのと同じ集電板を用いた。
まず、封口板の内面（直径約９ｍｍの円形）に、実施例１と同じ集電板を設置して封口板と集電板とを溶接により接合した。次いで、集電板上に正極を設置し、その上にセパレータを設置し、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板に電解液を注液し、セパレータ上に負極を設置した。その後、集電板を予め内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを負極上から被せ、ケースの開口端部を封口板の周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｓが完成した。電池の高さは約２．２５ｍｍであった。
電池Ｓを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．９Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は２５ｍＡｈであった。
【０１０３】
《実施例１８》
それぞれ並列に接続した２枚の正極と２枚の負極とを用い、ケースと封口板の深さを変えたこと以外、実施例１と同様の電池Ｔを作製した。ここでは、封口板の内面に第１の負極を設置し、その上に第１のセパレータを設置した。次いで、第１のセパレータ上に第１の正極を設置し、その上に第２のセパレータを設置した。次いで、第２のセパレータ上に第２の負極を設置し、その上に第３のセパレータを設置した。そして、封口板の周縁部にガスケットを取り付けた。その後、封口板内に電解液を注液し、第３のセパレータ上に第２の正極を設置した。その後、予め集電板を内底面（直径約１２ｍｍの円形）に溶接しておいた開口有底ケースを第２の正極上から被せ、ケースの開口端部を封口板周縁部に配されたガスケットにかしめることによってケースを封口した。その結果、直径約１２．５ｍｍのコイン形ニッケル水素蓄電池Ｔが完成した。電池Ｔの高さは約３．７ｍｍであった。正極の理論容量は、第１の正極と第２の正極との合計で６０ｍＡｈとした。
【０１０４】
電池Ｔを電池Ａと同様に評価した。その結果、内部インピーダンスは約０．６Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は９８％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は５４ｍＡｈであった。
一方、開口有底ケースの内底面に集電板を溶接しなかったこと以外、実施例１８と同様の電池Ｕを作製し、同様に評価した。その結果、電池Ｕの内部インピーダンスは約１．２Ω、放電電流６ｍＡにおける正極利用率は７５％、放電電流３０ｍＡにおける放電容量は３０ｍＡｈであった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、充電末期および過充電時における電池の内圧上昇による寸法変化と、電解液の偏在による電気化学特性の劣化を抑制することができる。また、本発明によれば、電極とケースもしくは封口板との接触抵抗を低減することができる。また、本発明によれば、製造コストが低く、電気化学特性に優れ、内部抵抗の低いアルカリ蓄電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルカリ蓄電池の一例であるコイン形密閉電池の縦断面図である。
【図２】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の一例の斜視図である。
【図３】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の別の一例の斜視図である。
【図４】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板のさらに別の一例の斜視図である。
【図５】本発明のアルカリ蓄電池に使用する集電板の一例の上面の拡大写真である。
【図６】図５の導電性集電板の断面の拡大写真である。
【符号の説明】
１ 封口板
２ 開口有底ケース
４ 正極
５ 負極
６ セパレータ
７ 導電性シート
８ 突起
９ ガス移動経路
２０ 集電板
２１ 金属シート
２２ 四角形の孔
２３ａ、ｂ バリ
３０ 集電板
３１ 金属シート
３２ 三角形の孔
３３ａ、ｂ バリ
４０ 集電板
４１ 金属シート
４２ 円形の孔
４３ａ、ｂ バリ
５０ 集電板
５１ 孔Ａ
５２ 孔Ｂ
５３ バリ
Claims (13)
- 〔ａ〕浅底の開口有底ケース、
〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、
〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、
〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、
〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、
〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに
（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板、および（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、
前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、
前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、
前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池。 - 前記ガス移動経路が、前記ケースの内底面全体または前記封口板の内面全体の５０〜１００％の面積にわたり分布している請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記第１電極と前記ケースの内底面との距離または前記第２電極と前記封口板の内面との距離が１００μｍ以上である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記第１電極および前記第２電極の一方が、パンチングメタルからなる芯材を有する負極である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記第１電極および前記第２電極の一方が、水素吸蔵合金または亜鉛を含む負極である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さが、１００μｍ以上である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さが、前記集電板に隣接する前記第１電極または前記第２電極の厚さの１／３以下である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 前記複数の突起を有する導電性シートが、片側または両側からの穿孔により変形した金属シートからなり、複数の孔および前記孔周囲に形成されたバリを有し、前記バリを含めた見かけ厚さが、前記金属シートの肉厚の２倍以上である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
- 互いに最近接する孔が、それぞれ反対側からの穿孔により形成されており、それらの孔周囲に形成されたバリが相互に反対側を向いている請求項８記載のアルカリ蓄電池。
- 互いに最近接する孔の中心間距離が、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項８記載のアルカリ蓄電池。
- 穿孔により変形する前の前記金属シートが、凹凸を有する請求項８記載のアルカリ蓄電池。
- 〔ａ〕浅底の開口有底ケース、
〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、
〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、
〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、
〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、
〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに
（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ、および／または、（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に２次元状に分布するガス移動経路を形成する少なくとも一つの突起を有する少なくとも一つのスペーサ〔ｇ〕を具備し、
前記スペーサ〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、
前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、
前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記スペーサ〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池。 - 〔ａ〕浅底の開口有底ケース、
〔ｂ〕前記ケースの開口を塞ぐ封口板、
〔ｃ〕前記ケースの内底面に隣接する第１電極、
〔ｄ〕前記封口板の内面に隣接する第２電極、
〔ｅ〕前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータ、
〔ｆ〕アルカリ電解液、ならびに
（ｇ１）前記ケースの内底面に接合され、かつ、前記ケースの内底面と前記第１電極との間に間隙を形成する導電性集電板、および（ｇ２）前記封口板の内面と接合され、かつ、前記封口板の内面と前記第２電極との間に間隙を形成する導電性集電板よりなる群から選択される少なくとも１つの集電板〔ｇ〕を具備し、
前記集電板〔ｇ〕が、複数の突起を有する導電性シートからなり、
前記複数の突起の先端部が、前記第１電極または前記第２電極に埋没しており、
前記第１電極または前記第２電極に埋没している前記先端部の長さが、前記突起を含めた前記集電板〔ｇ〕の見かけ厚さの１０％以上であるアルカリ蓄電池。
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