JP5025276B2 - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、この種のニッケル電極を用いたアルカリ蓄電池の内部抵抗を低減させるために、ニッケル電極と正極端子(封口体)との接続部での抵抗を低減させることが必要となった。このため、ニッケル電極の一端にニッケル焼結基板の芯体を露出させてタブ部とし、このタブ部を直接、正極集電体に溶接する構造が特許文献4(実開昭55−164762号公報)にて提案されるようになった。これにより、ニッケル電極の端部の全ての位置から正極集電体に集電されるため、集電抵抗が低減して内部抵抗の低いアルカリ蓄電池が得られるようになる。
ところが、正極集電体との溶接時にスパッタが発生し、発生したスパッタが溶接ちりとなって電極群内に落下し、最悪の場合は両電極間に短絡が生じるという新たな問題を生じた。
このため、上側タブ部(含浸液に浸漬する際に上側位置であったタブ部)が正極集電体と溶接されるように配置して渦巻状電極群を形成するようにしている。これにより、コバルトの付着量が少ない上側タブ部が正極集電体と溶接されることとなるので、短絡(ショート)が発生を抑制できるようになる。
本発明のニッケル正極板11は、図1に示すように、芯体11aに多孔性焼結ニッケル層11bが形成された焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されて形成されている。なお、芯体11aは所定の打ち抜きパターンが形成されたニッケルメッキ鋼板からなる。そして、このニッケル正極板11の高さ方向(幅方向)の上下端部には芯体11aが露出していて、この露出した芯体11aにより上側タブ部11a−1および下側タブ部11a−2となされている。
組成がNd0.9Mg0.1(Ni0.9Co0.03Al0.07)3.5となるようにNd、Mg、Ni、Co、Alからなる金属原料を秤量して混合した後、これらの混合物を高周波溶解炉で溶解してインゴットを得た。このインゴットを、温度が1000℃のアルゴン雰囲気下にて10時間加熱して、インゴットにおける結晶構造を調整した。この後、インゴットを不活性雰囲気中で機械的に粉砕してから、400メッシュ〜200メッシュの間に入る粒子を篩い分けて、上記組成を有する希土類―Mg−Ni系の水素吸蔵合金粒子を得た。なお、得られた希土類―Mg−Ni系の水素吸蔵合金粒子は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した質量積分50%にあたる平均粒径が25μmであった。
芯材がポリプロピレンからなり、鞘材が低融点ポリエチレンからなる熱接着性を有する芯鞘型複合繊維と、高強度ポリプロピレン繊維とを材料に用い、材料を漉き上げて得たウェブを約135℃の乾燥温度(結合温度)で乾燥させる湿式法にて、目付量が50g/m2の不織布を作製し、これをセパレータ13とした。
ついで、上述のように作製したニッケル正極板11と、水素吸蔵合金負極板12と、セパレータ13を用いて、セパレータ13を間になるようにニッケル正極板11と水素吸蔵合金負極板12とを積層した。このとき、セパレータ13を中心にしてニッケル正極板11と水素吸蔵合金負極板12とが上下方向に若干ずれるように積層し、これらへの加圧力を調整しながら巻回した。これにより、ニッケル正極板11の上端部が上部に若干突出するとともに、水素吸蔵合金負極板12の下端部が下部に若干突出するようにした渦巻状電極群a,xが得られる。
(1)電極体の内部短絡(ショート)の発生数の測定
上述のようにして作製したそれぞれ1000個ずつの電極体A,Xを用いて、これの電極体A,Xに内部短絡(ショート)が生じていたか否かを測定して、ショートが発生した個数を求めた結果、電極体Aにおいてはショートの発生数は0個で、電極体Xにおいてはショートの発生数は11個であることが分かった。この結果を表で表すと、下記の表1となる。
ついで、ショートが発生しなかった電極体A,Xのグループからランダムに電極体A,Xをそれぞれ11個ずつ抜き取るとともに、ショートが発生した11個の電極体Xを選択した。ついで、これらの抜き取った電極体A,Xからそれぞれ11枚ずつのニッケル正極板11を取り出した。この後、取り出した各11枚ずつのニッケル正極板11のタブ部11a−1,11a−2をそれぞれ切り取った。ついで、タブ部11a−1,11a−2を常温にて0.1mol/lの硝酸溶液に3分間浸漬した後、硝酸溶液を100mlに調整し、原子吸光分析にてタブ部11a−1,11a−2に付着したコバルトの付着量を測定すると下記の表2に示すような結果が得られた。
このため、各含浸処理において、焼結基板シート11cを含浸槽30(含浸槽40)に浸漬し、その後含浸液から引上げることで、上側タブ部11a−1から下側タブ部11a−2側の方向へ含浸液の垂れ落ちが発生する。このため、上側タブ部11a−1よりも下側タブ部11a−2に混合水溶液(第1含浸液)が多く付着し、この状態で乾燥、アルカリ処理されるため、下側タブ部11a−2の方がコバルト化合物の付着量が増大したと考えられる。
このことから、コバルトの付着量を32.3mg/m2未満にすることでショート発生を抑制できることが分かる。
このことから、上側タブ部11a−1と下側タブ部11a−2とで、付着しているコバルトの付着量に差異があり、かつ正極集電体14がコバルトの付着量が少ない方に選択的に溶接するようにすることで、ショート品質を大幅に向上することが可能となるということができる。
ついで、上述のように構成された電極体A,Xを用いてニッケル−水素蓄電池を作製する例を図9に基づいて以下に説明する。この場合、まず、鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶(底面の外面は負極外部端子となる)16を用意する。そして、この外装缶16内に電極体Aを収納した後、負極集電体15を外装缶16の内底面に溶接するとともに、正極集電体14より延出して形成された集電リード部14aの端部を封口板17の底面に溶接した。
なお、上述のように、電極体A,Xとアルカリ電解液が外装缶内に収容されたアルカリ蓄電池を作製した後、前記アルカリ蓄電池からニッケル正極板11を取り出しニッケル正極板11の上側タブ部11a−1および下側タブ部11a−2のコバルト付着物量を測定した結果、上側タブ部11a−1のコバルト付着物量は下側タブ部11a−2よりも少なく、前述と同様の傾向であることを確認できた。
Claims (3)
- 芯体に多孔性焼結ニッケル層が形成された焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されたニッケル正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群を備え、該渦巻状電極群の正極端部に正極集電体が溶接され、該渦巻状電極群の負極端部に負極集電体が溶接されてアルカリ電解液とともに外装缶内に収容されたアルカリ蓄電池であって、
前記正極集電体が溶接されたニッケル正極の高さ方向の端部は多孔性焼結ニッケル層がなくて芯体が露出したタブ部が形成されているとともに、
前記タブ部の表面に付着しているコバルトの付着量は32.3mg/m2未満であることを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 芯体に多孔性焼結ニッケル層が形成された焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されたニッケル正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群を備え、該渦巻状電極群の正極端部に正極集電体が溶接され、該渦巻状電極群の負極端部に負極集電体が溶接されてアルカリ電解液とともに外装缶内に収容されたアルカリ蓄電池であって、
前記ニッケル正極は極板の高さ方向の両端部に多孔性焼結ニッケル層がなくて芯体が露出して形成された上側タブ部と下側タブ部とを備え、
前記上側タブ部に付着したコバルトの付着量と前記下側タブ部に付着したコバルトの付着量に差異があって、該コバルトの付着量が少ない方のタブ部に前記正極集電体が溶接されているとともに、
前記正極集電体が溶接された側のタブ部のコバルトの付着量は32.3mg/m2未満であることを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 芯体に多孔性焼結ニッケル層が形成された焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されたニッケル正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群を備え、該渦巻状電極群の正極端部に正極集電体が溶接され、該渦巻状電極群の負極端部に負極集電体が溶接されてアルカリ電解液とともに外装缶内に収容して形成するアルカリ蓄電池の製造方法であって、
多孔性焼結ニッケル層を備えるとともに、高さ方向の両端部に芯体が露出したタブ部を備えた焼結基板を形成する焼結基板形成工程と、
前記形成されたタブ部が上下位置となるように含浸液に浸漬して水酸化ニッケルを主体とする正極活物質を前記焼結基板に充填する工程を複数回繰り返してニッケル正極とする活物質充填工程と、
前記含浸液に浸漬する際に上側位置であったタブ部が正極集電体と溶接されるように配置されたニッケル正極と負極とをセパレータを介して巻回して渦巻状電極群を形成する電極群形成工程と、
前記渦巻状電極群のニッケル正極の前記含浸液に浸漬する際に上側位置であったタブ部に前記正極集電体を溶接する正極集電体溶接工程とを備えたことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
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