JP4727004B2 - 円筒型電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は巻取極板群及びその製造方法に関するもので、より詳細に説明すると、円筒型電池あるいはコンデンサーなどのような巻取極板群において、短絡の防止、パッキング率の減少、組立性の向上、容量及び寿命の向上及び良品率の向上などの効果を付与した巻取極板群及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型電池またはコンデンサーのように陽極板（正極板）と陰極板（負極板）を巻取って製造する巻取極板群は陽極板と陰極板の短絡を防止するために両極板の間にセパレータを持つ。本発明はこのように陽極板と陰極板それからセパレータを持つ巻取極板群に関する技術で、より詳細な説明のため巻取極板群の代表的な例である円筒型電池、特に円筒型ニッケル水素電池を例として説明する。
【０００３】
カメラ、ビデオカメラ、携帯用ＣＤプレイヤー、携帯用ラジオ、録音再生機、ノートブック型コンピューター、無線呼出機あるいは携帯用電話機などの各種携帯用電子機器普及が活発になることによりこれの作動に使われる電池に対して高容量化及び長寿命化特性が要求されている。
【０００４】
一般的に電池と言うものは、適当な物質間の接触電位差を利用して化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換させるもので、その種類はかなり多い。電池を技術的に分類すると、化学的エネルギーを電気エネルギーに変換させる放電だけ行われる一次電池、放電と充電が反復できる二次電池、炭化水素類の燃焼熱をそのまま電気エネルギーに変換させる燃料電池そして光エネルギーを電気エネルギーに変換させる太陽電池などに分類できる。また電解液の構成によりアルカリ電池、固体電解質電池、及び非水溶液電池などに分類でき、電池の外観により、円筒型電池、ボタン型電池、コイン型電池に区分できる。
【０００５】
二重円筒型構造を持つ電池は陽極と陰極、それからこれの短絡を防止するためのセパレータと、電解質それから陽極端子及び陰極端子とからなっている電流を放出する電池である。これらのより詳細な構造を図２に図示したニッケル・水素電池を例にあげて説明すると次の通りである。
円筒型ニッケル水素電池は、Ni(OH)₂を陽極活物質を塗布した陽極板(13)とLaNi₅、MmNi₅、Ti-FeまたはTi-Ni合金などを主成分とする陰極活物質を塗布した水素吸蔵合金である陰極板(15)と前記陽極板(13)と陰極板(15)の短絡を防止するために不織布などとからなっているセパレータ(17)とこれら端子として陽極端子であるキャップ(19)と陰極端子でありながら収納装置としての役割をするケース(12)を含めており、その他にガスケット(21)、安全弁(23)、封口板(25)、絶縁リング(27)、絶縁板(29)をもっている。
【０００６】
このような円筒型ニッケル水素電池の製造方法は次の通りである。まず、陽極活物質スラリを金属支持体上に塗布、乾燥それから圧延して陽極板を製造し、陰極活物質スラリを金属支持体上に塗布、乾燥それから圧延して陰極板を製造した後、前記陽極板及び陰極板の間にセパレータを介して巻取し、前記巻取状態に組み立てられた極板とセパレータ組立体を缶内部に挿入した後、電解液を注入して上側開口部にキャップアセンブリを装着する工程を経て製造する。
【０００７】
前記のように製造された円筒型ニッケル水素電池の充電及び放電反応を詳細に説明すれば次の通りである。
【０００８】
陰極活物質を水素吸蔵合金とし、陽極活物質をヒドロキシニッケルとし、電解液としてはポタシュムヒドロキシード(KOH) 水溶液を使用して充電時電解液の中の水が分解されて生じた水素を水素吸蔵合金が吸蔵し、放電時には必要な水素を電解液内に放出して放電する。その充電及び放電反応式は次の通りである。
【０００９】

【００１０】
前記反応式に於いて、Ｍは水素イオンを吸収及び放出できる水素吸蔵合金を表すもので、希土類系元素を利用したAB₅系とTi、Zr、Vなどを利用するAB₂系がある。前記式でニッケル水素電池の陽極と陰極は前記の反応式により数百回以上の充電及び放電ができるようになっている。
【００１１】
このような機能と構造を持つ円筒型ニッケル・水素電池を製造する工程を添付した図面を参照にして説明すると次の通りである。
【００１２】
図３の（Ａ）及び（Ｂ）で見られるように、円筒型ニッケル・水素電池の電極部は陽極板(13)と陰極板(15)がセパレータ(17)によって隔離されており、これらがマンドレル巻取工程によりスパイラル状に巻かれた構造である。
【００１３】
前記のように製造された電極部をケースに挿入し、電解液を充填した後、キャップアセンブリを装着することにより円筒型ニッケル・水素電池を完成する。しかし、陽極と陰極の短絡を防止するために挿入される前記セパレータは電池の缶内に多くの空間を占めて電池内への電解液注入量が減り、電池内部の空間が減少して結局電池の容量を減らす問題点を惹起する。そして、前記のような構造を持つ電池は前記陽極板(13)、陰極板(15)、セパレータ(17)を巻取る時に、陽極と陰極の末端部でセパレータが陽極クラックなどによって破れて陽極と陰極の短絡がよく発生する問題点がある。
【００１４】
前記短絡の問題点を解決するために、図４の（Ａ）及び（Ｂ）で図示したように、極板の始め部分に二重セパレータ片(31)を挿入して二重のセパレータを使用する円筒型電池を製造する技術が開発されて電池短絡の発生率を約30％ほど減少させた。
しかしながら、このようにセパレータ(17)に追加して更にセパレータ片(31)を配置する場合、クラック発生による短絡は減少されたが、セパレータ片(31)が占める空間がよりいっそう増加することによって、電池の容量がさらに減少する問題点がある。
【００１５】
このような問題点は前記一例にあげた円筒型ニッケル・水素電池だけでなく、円筒型電池及び円筒型コンデンサーを含むあらゆる巻取極板群であらわれる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は円筒型ニッケル・水素電池の短絡を防止し、パッキング率を減少させることにより結果的に電池の容量、寿命及び良品率を向上させられる円筒型電池及びコンデンサーのような巻取極板群及びその製造方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するための本発明に係る円筒型電池は、陽極板と、陰極板と、陽極端子と、陰極端子と、前記陽極板と前記陰極板の間に提供されるセパレータと、電解質とを備え、前記陽極板と前記陰極板及び前記セパレータを巻取軸を中心に巻取って形成される円筒型電池において、前記陽極板は、前記巻取軸を中心とした巻取りにより前記巻取軸に対して前記陰極板と対称をなして配置されており、前記巻取軸から前記陰極板が前記陽極板に最初に巻きつく部分までの前記セパレータが二重になるように二重セパレータ片が配置されたことを特徴構成とする。
【００１８】
又、前記のような目的を達成するための本発明に係る巻取極板群の製造方法は、
陽極活物質スラリを金属支持体上に塗布、乾燥それから圧延して陽極板を製造する工程と、
陰極活物質スラリを金属支持体上に塗布、乾燥それから圧延して陰極板を製造する工程と、
セパレータを前記陽極板及び陰極板の間に介して巻取る工程と、
巻取った巻取体をケースに入れた後、電解質を注入する工程と、
前記巻取状態で組み立てられた極板とセパレータの上端開口部にキャップアセンブリを装着する工程とを備えた巻取極板群の製造方法において
前記巻取軸及び前記陽極板の一端部のみに二重セパレータ片をさらに提供する工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のその他の特徴と利点は、以下の図面を用いた実施形態の説明から明らかにされるだろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な実施形態を記載する。しかし、下記した実施形態は本発明の構成及び効果を表す実施形態にすぎなく、本発明が下記した実施形態に限定されるのではないことは言うまでもない。
【００２１】
［実施例１］
図１に図示されたように、大きさ263×38×0.15mmのセパレータ(17)の両面に巻取軸を中心に大きさ114×35×0.73mmの陽極板(13)と大きさ149×35×0.40mmの陰極板(15)を配置し、前記陽極板(13)の末端から巻取軸(11)が被せられる大きさ26×38×0.15mmの二重セパレータ片の一部(41)を前記陽極板(13)のセパレータに対向する一面に配置した。それから前記陽極板(13)、陰極板(15)、セパレータ(17)、二重セパレータ片の一部(41)を巻取軸(11)を中心に巻取って電池缶内に収納し電解液を注入した後アセンブリし、フォーメーションして電池を製造した。 構成の特徴は、巻取軸(11)の部分と陽極板(13)の一端部（先端部）(13b)のみに二重セパレータ片の一部(41)が巻かれていることである。つまり、巻取軸(11)と陽極板(13)の最初に巻く部分だけがセパレータが二重になる。
【００２２】
［比較例１］
図３に図示したように、大きさ263×38×0.15mmのセパレータ(17)の両面に巻取軸を中心に大きさ114×35×0.73mmの陽極板(13)と大きさ149×35×0.40mmの陰極板(15)を配置し、前記陽極板(13)、陰極板(15)、セパレータ(17)を巻取軸(11)を中心に巻取って電池缶内に収納して電解液を注入した後アセンブリし、フォーメーションして電池を製造した。
【００２３】
［比較例２］
図４に図示されたように、大きさ263×38×0.15mmのセパレータ(17)の両面に巻取軸を中心に大きさ114×35×0.73mmの陽極板(13)と大きさ149×35×0.73mmの陰極板(15)を配置し、前記陽極板(13)と陰極板(15)の末端を被せられる大きさ149×35×0.15mmの二重セパレータ(31)片の一部を前記陽極板(13)のセパレータに対向する一面に配置した。それから前記陽極板(13)、陰極板(15)、セパレータ(17)、二重セパレータ(31)を巻取軸(11)を中心に巻取って電池缶内に収納して電解液を注入した後アセンブリし、フォーメーションして電池を製造した。
【００２４】
前記した実施例及び比較例により製造された電池のセパレータの体積減少量、電池への電解液注入量、電池内の内部圧力減少量、電池の寿命を測定した結果は下記表１の通りである。
【００２５】
【表１】

【００２６】
前記した表１により分かるように、本発明の実施例により小さい二重セパレータ片の一部（４１）を付与した電池と比較例のセパレータを持つ電池に比べて最大４．６％の体積が減少されており、これにより缶に注入された電解液注入量を基準に電池内部の室内空間増加量は最大２２％増加した。また陽極と陰極を共にくるむ従来の二重セパレータ片（３１）に比べてワインディング不良率が３０％以上減少して作業性が向上された。
【００２７】
以上で明らかなように本発明では、陽極部だけをくるむ二重セパレータ片を使用して製造した電池は内部空間が増加されて、電解液注入量が増加し、電池の寿命が従来のものに比べてかなり長くなった優秀な電池である。
【００２８】
前記の実施例の方法を使用してニッケル・水素電池を製造する場合、電池の短絡が防止できることはもちろん、セパレータ片を使用する既存のニッケル・水素電池とは違ってパッキング率を減少させて巻取不良率を大幅減少させ、電池の容量が増加される。また、本発明の二重セパレータ片は従来の二重セパレータ片に比べて占める体積がかなり小さいので減少された体積分を極板の体積増加に活用して電池の寿命が向上できるので、結果的に電池の良品率が増大される効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明による二重セパレータ片を挿入する場合、短絡を防止すると同時に容量が増加される本発明の効果は、前記円筒型ニッケル・水素電池だけでなく同様な構造を持つ円筒型電気またはコンデンサーのような巻取極板群でも同様な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例により陽極板の始めの部分に二重セパレータ片を挿入して陽極板の始めの部分を二つのセパレータに絶縁して巻取る前の円筒型ニッケル・水素電池電極部の平面図
（Ｂ）は（Ａ）のニッケル・水素電池電極部を巻取る作業中の円筒型ニッケル・水素電池電極部の断面図
【図２】円筒型ニッケル・水素電池の概略的な分解斜視図
【図３】（Ａ）従来の極板の始め部を一つのセパレータで絶縁して巻取る前の円筒型ニッケル・水素電池電極部の平面図
（Ｂ）は（Ａ）のニッケル・水素電池電極部を巻取る作業中の円筒型ニッケル・水素電池電極部の断面図
【図４】（Ａ）は、従来の極板の始めの部分に二重セパレータ片を挿入して陽極板及び陰極板の始めの部分を二つのセパレータに絶縁して巻取る前の円筒型ニッケル・水素電池電極部の平面図
（Ｂ）は（Ａ）のニッケル・水素電池電極部を巻取る作業中の円筒型ニッケル・水素電池電極部の断面図
【符号の説明】
１１ セパレータを巻取るマンドレル（巻取軸）
１３ 陽極板
１５ 陰極板
１７ セパレータ
３１ セパレータ片
４１ セパレータ片の一部（二重セパレータ片）

Claims (2)

1. 陽極板と、陰極板と、陽極端子と、陰極端子と、前記陽極板と前記陰極板の間に提供されるセパレータと、電解質とを備え、前記陽極板と前記陰極板及び前記セパレータを巻取軸を中心に巻取って形成される円筒型電池において、
   前記陽極板は、前記巻取軸を中心とした巻取りにより前記巻取軸に対して前記陰極板と対称をなして配置されており、
   前記巻取軸から前記陰極板が前記陽極板に最初に巻きつく部分までの前記セパレータが二重になるように二重セパレータ片が配置されたことを特徴とする円筒型電池。
2. 前記円筒型電池は円筒型ニッケル・水素電池であることを特徴とする請求項１に記載の円筒型電池。

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