JP5168770B2

JP5168770B2 - 電池

Info

Publication number: JP5168770B2
Application number: JP2005293189A
Authority: JP
Inventors: 充浩児玉; 俊樹田中; 学金本; 誠二郎落合; 実黒葛原
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: JP2007103218A

Description

本発明は、正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回してなる捲回式極群をそなえ、前記正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続した電池に関するものである。

前記捲回式極群を備えた電池は、少ない枚数の極板、たとえば正極板１枚、負極板１枚で構成される極群で極板の作用面積を大きくでき、かつ複数枚の正極板、負極板を積層してなる積層形極群に比べて生産性に優れるところから、円筒形、長円筒形、扁平形電池に広く採用されている。特に、小形であって大きな負荷電流を要する用途に好適な円筒形のニッケル水素電池やニッッケルカドミウム電池においては、殆ど全ての電池に捲回式極群が適用されている。

前記円筒形のニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池のうちＡＡ（単３）サイズ以下の小形電池においては、図１に示すように、捲回式極板を構成する一方の極板（殆どの場合正極板３０）と外部端子（正極端子）８１を例えばニッケル条またはニッケル箔からなるリボン状リード２０を介して接続している。前記正極板３０は、水酸化ニッケルを主成分とする活物質をニッケルの発泡体などの基板に担持させたものである。該正極板の一方の長辺に隣接して活物質が部分的に存在せずに基板が露出した部分（活物質非塗工部ともいう、図示せず）を設け、該活物質非塗工部分に前記リードの一方の端部を当接させ、該当接部分でリードと基板とを溶接している。

前記リボン状リードを取り付けた捲回式極群を備える電池においては、リードを取り付けた部分の極板の剛性が大きくて湾曲し難いために、リードのエッジに沿って極板が折れ曲がり、該折れ曲がり部に突出したリードのエッジがセパレータを貫通して起きる極群内短絡の発生を防止しなければならないという課題があり、該課題に対してリードの厚さと幅が特定の条件を満たすように設定することが提案されている。（例えば特許文献１）
特開平９−３２０６３９号公報しかし、リードの厚さを小さくすると、可撓性が増し極群内の短絡発生防止には有効であるが、電気抵抗が大きくなり、かつ機械的強度が低下する。該欠点を補うためにリードの巾を大きくするとリードが邪魔をして捲回が難しくなったり、リードを電槽に触れないように電槽内に収納するのが困難になる。ＡＡサイズのニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池においては、リードの厚みを０．４〜０．６ｍｍ、巾を３〜５ｍｍに設定するのが好ましく、リードの厚みや巾を該範囲外に設定するのは困難である。

前記提案とは別に、リードを極群の中心（極板の捲き始め部分に接合する）部分に取り付け、且つ、予めリードに捲き芯の曲率半径と同じ曲率半径の湾曲を持たせる方法が提案されている。（例えば特許文献２）
特開平２−１３２７５８号公報特許文献２に提案の方法は、リードのエッジ部分の突出を低減して極群内短絡発生の抑制に有効ではあるが、該提案の方法は、工程が煩雑で量産に適さず、かつ、リードの取り付け位置が、極板の捲き始め端部に偏るため、極板の巻き終わり端部とリードとの距離が大きくなって、この間の電気抵抗が大きいという欠点があった。

また、集電タブを絶縁体で覆ったり、リードと対向する対極の表面を絶縁体で覆うことによって極群内短絡発生を防止する方法が提案されている。（例えば特許文献３、特許文献４）
特開平９−１８０７００号公報特開平１０−２４１７３７号公報該提案に係る方法は、極群内短絡発生を防止するのには有効であるが、作業性が悪く量産に適さないこと、および絶縁体を貼付すると極板の厚さに絶縁体の厚さが加わるために、極群の径を所定内に納めようとすると極板の長さを短くするか、または、極板の厚さを小さくしなければならないという欠点があった。

さらに、リードの表面に溝を設けて、極群を捲回したときに該溝部分でリードが折れ曲がるようにすることによってリードを幅方向に湾曲し易くする方法が提案されている。（例えば特許文献５）
特開２００４−１４６１６０号公報しかし、該引用文献に示されているリードは長手方向全体に亘って溝が設けられているために、極群を捲回したときに、リードが長手方向全体に亘って湾曲し、リードの長手方向の可撓性が低下する。前記図１に示したように、リード２０の一端を正極板の基板に接合し、他端を、正極端子８１（キャップともいう）を接合させた封口板８０に接合した後封口板を電槽６０の開口端に装着してクリンプシールするためには、封口板を電槽に装着する際にリード２０を撓ませる必要がある。該提案のようにリードの長手方向の可撓性が低いと、封口板を装着する際にリードと封口板の接合部あるいはリードと基板との接合部に応力が加わり接合部に損傷を与える虞があった。

ニッケル電極を正極に適用したアルカリ電池において、前記のように、ニッケル電極板（以下正極板ともいう）は、例えば発泡ニッケル基板に活物質を担持させたものであり、延びや折れ曲がりを伴う変形が加わると亀裂が入り易い。前記リードを接合した正極板を備える極群を捲回すると、正極板に比較してリードの剛性が高いために、正極板のうちリードを当接した部分が湾曲し難く、リードの長辺の角を中心にして正極板が折れ曲がり易い。該折れ曲がりが生じると、リードの長辺の角に位置する正極板の外側から中心に向かって亀裂が入り、亀裂が入ることによって生じた鋭く尖った基板のエッジが正極板の外側に突出する。突出した基板のエッジがセパレータを貫通して負極板と接触すると極群内で短絡が発生する虞がある。

ニッケル電極を正極とするアルカリ電池の場合、捲回した極群を電槽内に収納し、電槽の直径を後記のように縮径することなく封口する従来一般的に行われてきた製造方法においては極群内の短絡発生は希であり、大きな問題とはなっていなかったために有効な防止策がとられてこなかった。極群を電槽内に容易に挿入するためには、電槽の直径（内径）と極群の直径との間のクリアランスを大きくするのが有効である。しかし、該クリアランスを大きくすると極板に緊圧が加わらずに極板が膨張し、そのために電池特性、特に充放電サイクル特性が劣化する虞が生じる。該虞を解消するためには極群を電槽内に収納した後に電槽に絞り加工を施し、その直径（内径）を元の径に対して９５〜９９％程度に小さく（縮径）するのが有効である。該縮径を施すと極群が固く捲き締められ、極板に対して大きな緊圧を加えることができ、充放電サイクル特性が向上するという効果も期待できる。

しかし、縮径の工程で極群が固く捲き締められるために、縮径を行わない従来の製造方法で製造するとき比べて前記極群内短絡の発生比率が大きくなり、改善を必要とすることが分かった。極板に樹脂製テープなどの絶縁体を貼付することなく、該技術課題を解決するべく以下に示す方策を検討したが有効な方策とはならなかった。

具体的には、前記リードを焼鈍し、リードの剛性を低くすることによって、リードと正極板の当接面においても他の部分と等しく正極板を湾曲させようとするものである。しかし、焼鈍によってリードの剛性を低減することには限界があり、本方策をもってしても正極板に亀裂が入るのを有効に防ぐことができないことが分かった。また、焼鈍するとリードの電気抵抗が増大する欠点があることが分かった。

本発明は、捲回式極群を備え、該極群の正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続したる電池において極群内短絡の発生をなくすためになされたものであって、従来より課題であった、極群の捲回工程および縮径工程において極群内短絡が発生することのない電池を提供せんとするものである。

本発明は、捲回式極群を備える電池において極群の構成を以下の構成とすることによって、前記課題を解決する。

本発明の一つは、正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回してなる捲回式極群を備え、前記正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続した電池であって、該リードの長辺と前記一方の極板の長辺とが直交するように、リードの一方の端部が極板の基板に当接し、該当接面にリードと基板の接合箇所を設けた電池において、前記リードの基板との当接部に、リードの長辺に平行な直線状の溝を設け、溝の長さが前記当接部の長さ以上であることを特徴とする電池である。
本発明に係る電池は、隣接する前記直線状の溝と溝との間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状の溝との間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下であることが好ましい。
本発明に係る電池は、正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回してなる捲回式極群を備え、前記正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続した電池であって、該リードの長辺と前記一方の極板の長辺とが直交するように、リードの一方の端部が極板の基板に当接し、該当接面にリードと基板の接合箇所を設けた電池において、前記リードの基板との当接部に、リードの長辺と平行にスリットを設け、スリットの長さが前記当接部の長さ以上であることを特徴とする電池である。
本発明に係る電池は、隣接する前記直線状のスリットとスリットとの間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状のスリットとの間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下であることが好ましい。
本発明に係る電池は、リードの基板との当接部に、リードの長辺に平行な直線状であって、長さが前記当接部の長さ以上であり、且つ、リードの長さの１／３以下の溝を設けることが好ましい。

本発明によれば、極群を捲回する過程において極板に亀裂が入るのを抑制し、捲回工程において極群に短絡が発生するのを抑制し、縮径後の短絡を抑制することができる。

本発明によれば、作業性を損なうことがなく、極群を捲回する過程において極板に亀裂が入るのを抑制し、捲回工程において極群に短絡が発生するのを抑制し、縮径後の短絡を抑制することができる。

本発明よれば、間隔を前記当接面と極群の捲回の中心との距離の１／４以下にすることにより、極板に発生するクラックの深さをさらに小さくすることができるので一層好ましい。

図１は、本発明に係る電池（捲回式極群を有する円筒形電池）１０の内部構造を模式的に示す半裁断面図であって、該電池１０は、矩形の正極板３０、セパレータ５０、負極板４０を積層し、捲回した捲回式極群を、金属製電槽（電槽缶ともいう）６０内に収納し、電槽６０の開口端をガス排気弁８２、該排気弁８２を覆うキャップ８１を取り付け、周囲にガスケット９０を嵌着させた封口板８０（以下蓋体ともいう）で気密に封口してなる。前記正極板３０の基板（図示せず）に活物質未塗工部を設け、基板にリボン状のリード２０の一端を溶接し、リード２０の他端を封口板８０の内面に溶接してなる。なお、７０は樹脂板からなる電気絶縁板である。

図２は、本発明に係る電池に適用するリード２０であって、リード２０の正極板３０との当接部分（以下当接部ともいう）に断面がＶ字形の溝２１を設けたリードの正面および溝２１を設けた部分の端面の形状を示す図である。図３は、本発明に係る電池に適用するリード２０であって、リード２０の正極板３０の当接部分に線状のスリット２２（切り込みともいう）を設けたリードの正面およびスリット２２を設けた端面の形状を示す図である。また、図４は、本発明に係る電池に適用するリード２０であって、リード２０の正極板３０の当接部分に幅広のスリット２３（切り欠きともいう）を設けたリードの正面およびスリット２３を設けた端面の形状を示す図である。

図２において、溝の断面形状は、特に限定されるものではない。Ｕ字状、Ｖ字状、矩形状何れの断面形状を有する溝も有効であるが、湾曲したときに溝部の外面にエッジが生じ難いところからＶ字状が好ましい。溝付け方式の利点は、溝の肉薄部を通じて、溝によって隔てられた部分同士が繋がっており、溝によって隔てられた全ての部分に基板との接合点を設けなくても、リードと基板との間の電気抵抗が増大しない点である。

図５は、前記図２に示した溝２１を設けたリード２０の断面の部分拡大図である。該リードにおいて、溝２１の深さｄおよび溝の巾のｗ５は特に限定されるものではないが、リードの剛性を低減しつつ、リードと基板との間の電気抵抗が増大を防ぐには、図５に示す溝の深さ（ｄ）とリードの厚さ（ｔ１）の比（ｄ／ｔ１）を１／２以上、４／５以下に設定するのが好ましい。また、肉薄部分の最小厚さ（ｔ２）と溝の巾（ｗ５）との比を３以上、１０以下に設定するのが好ましい。溝を形成する方法は特に限定されるものではなく、切削、加圧による圧縮等が適用できるが、溝の肉薄部分が硬化するのを抑制するには切削によって溝を形成するのが好ましい。

なお、本発明においては溝の断面をみたときに肉厚が最も小さい位置を溝の中心（図２、図５では２４が溝の中心を表す）とし、リードの長辺に平行な直線状の溝とは、前記溝の中心が直線をなし、かつ、該直線がリードの長辺に平行であることをいう。

図２、図３において、隣接する溝２１と溝２１との間隔または線状のスリット（切り込み）２２と線状のスリット（切り込み）２２との間隔（ｗ１）およびリードの長辺と該長辺に隣接する溝２１との間隔またはリードの長辺と該長辺に隣接する線状のスリット２２との間隔（ｗ２）は特に限定されるものではないが、極板に亀裂が発生するのを抑制するには該間隔（ｗ１およびｗ２）を前記リードと基板の当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下にすることが好ましく、１／４以下にするのが更に好ましい。ｗ１およびｗ２が前記リードと基板の当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３を超えると溝の中心２４、線状のスリット（切り込み）およびリード２０の長辺に沿って極板が折れ曲がる虞があるので好ましくない。なおここでいう溝２１と溝２１との間隔（ｗ１）とは、図２に示すように、隣接する溝の中心（肉厚ｔ２が最小となる位置）同士の距離を指し、長辺と溝との間隔（ｗ２）とは、該長辺と溝の中心との距離を指すものとする。

図４において、隣接する幅広のスリット（切り欠き）２３と幅広のスリット（切り欠き）２３との間隔（ｗ３）およびリードの長辺と該長辺に隣接するスリット（切り欠き）２３との間隔（ｗ４）は特に限定されるものではないが、極板に亀裂が発生するのを抑制するには該間隔（ｗ３およびｗ４）を前記リードと基板の当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下にすることが好ましく、１／４以下にするのが更に好ましい。ｗ３およびｗ４が前記リードと基板の当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３を超えるとスリット（切り欠き）の縁およびリード２０の長辺に沿って極板が折れ曲がる虞があるので好ましくない。なおここでいう幅広のスリット（切り欠き）２３と幅広のスリット（切り欠き）２３との間隔（ｗ３）とは、図４に示すように、隣接するスリット（切り欠き）２３の縁同士の間の距離を指し、長辺と幅広のスリット（切り欠き）２３との間隔（ｗ４）とは、該長辺と幅広のスリット（切り欠き）２３の縁間の距離を指すものとする。

なお、図４に示したように幅広のスリット（切り欠き）２３を設けたリードの場合、本発明でいうリードの長辺に平行な直線状とは、幅広のスリット２３（切り欠き）の縁が直線であって、かつ、リードの長辺に平行なことを指すものとする。

リードにスリットを設けることの利点は、リードの剛性を大きく低減できることと、電気抵抗溶接によってリードを基板に接合するときに、電気抵抗溶接機の１対の出力端子を、スリットを挟んでリードに当接させることにより、溶接の無効電流を低減し、良好な接合を得ることができる点である。

本発明においては、図２〜図４において、リード２０に設けた溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の長さｌを、リード２０と正極板３０との当接部の長さ以上とする。なお、ここでいうリードと極板の当接部の長さとは、図２〜図４においてリード２０と極板３０が重なった部分の垂直方向の長さ（図２〜図４において当接部の長さｈの記載を省略したが溝、スリットの長さｌに等しい）をいう。溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の長さｌがリード２０と正極板３０との当接部の長さに比べて小さい（溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の上端が正極板の長辺の内側、図では下側に位置する）と、極群の捲回又は縮径の工程で正極板がリードの縁に沿って折れ曲がるのを防止する効果が劣る。

本発明においては、図２〜図４に示すように溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の長さｌとリード２０と正極板３０との当接部の長さｈが一致する｛溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の上端と正極板３０の長辺が重なる｝のが理想であるが、図６、図７に示すように、溝２１、幅広のスリット（切り欠き）２３の上端が正極板の長辺の外側（図では上側）にはみだしてもよい（溝、スリットの長さｌが当接部の長さｈに比べて大きい。なお、図示はしないが、線状スリット２２の上端が正極板の長辺の外側にはみ出してもよい）。ただし、図２〜図４、図６、図７に示した何れの場合も溝２１、線状のスリット（切り込み）２２、幅広のスリット（切り欠き）２３の長さｌとリード２０の長さＬの比ｌ／Ｌを１／３以下とするのが良く、１／４以下とするのが好ましい。該比率ｌ／Ｌが１／３を超えると、極群を捲回したときにリード２０が長手方向全体に亘り、溝又はスリットに沿って折れ曲がり、リードの長手方向の可撓性が低下して、リードを取り付けた状態で封口板８０を電槽６０の開放端に装着するのが難しくなる虞が生じる。

図８は、本発明に係る溝付リードと極板の基板の接合部の状態を模式的に示す図である。リードの片面に溝を設けた溝付リードを適用する際、リードの面のうちどちらの面を正極板の基板に当接させてもよいが、前記図２および図８に示すように、リードの面のうち溝を付けた面と反対側の面を基板に当接させた方が、当接部分の極板の剛性が増大するのが抑制され、当接部分の正極板が溝に沿って曲がり易いので好ましい。図８に示すように、リードに溝を設けることによって、極板をリードに設けた溝にそって曲がらせ、従来の極群に比べて極板を一様に湾曲させることができるので、正極板がリードの縁に沿って急激に折れ曲がり、該折れ曲がり部分に大きな亀裂が入ってバリが生じることがない。また、図９に示すように、リードの両面に直線状の溝を設け、表裏両面に設けた溝の中心が重なるようにするとリードを接合した当接部分の正極板が溝に沿ってさらに曲がりやすくなるので好ましい。但し、リードの作製が煩雑になる虞がある。

図１０は、従来の電池に係り、溝およびスリットを設けないリード２０を正極板３０に当接させ、リード２０と正極板３０の基板を接合させた捲回式極群の断面の一部分を模式的に示す図である。リード２０の剛性が大きいために、リードを当接した部分では正極板の湾曲の度合いが小さく、リードの縁を中心にして正極板が急に折れ曲がっている。該折れ曲がりの生じた部分に於いて正極板に亀裂３１が入り、極板にバリが生成する。生じたバリは極板の外側に突出し、該突出の度合いが大きいとセパレータが損傷し、該バリを介して正極板と負極板が接触し、短絡が発生する虞がある。

また、電池を作製する過程で、正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回した後縮径を行って、極板に緊圧が加わるように巻き固めると充放電サイクル特性の向上に有効である。従来の捲回式極群を適用した場合、例え捲回工程において極群に短絡が発生しなくても縮径工程において短絡が発生する虞が高かった。本発明は、該縮径工程を経た後も極群に短絡発生が抑制するのを防ぐ点で顕著な効果を発揮する。

以下、ＡＡサイズのニッケル水素電池を例にとり、実施例に基づいて本発明の詳細な説明をするが、本発明は捲回式極群であって、該極群を構成する極板にリボン状リードを取り付けた極群を備える全ての電池に対して有効であって、電池の種類、大きさ等は以下に記述する実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
（正極板の作製）
亜鉛を金属換算で亜鉛を３重量％、コバルトを１重量％固溶状態で含有する水酸化ニッケルを芯層とし該芯層９５重量％に対して５重量％のオキシ水酸化コバルトからなる表面被覆層を設けた平均粒径１０μｍの正極活物質粉末に所定量のカルボキシメチルセルロース水溶液を添加混練してペーストとし、該ペーストを面密度４５０ｇ／ｍ^２、厚さ１．４ｍｍの発泡ニッケル製基板に塗布充填し、乾燥した後ロール掛けをし、厚さ０．７ｍｍとした。その後、長さ９６ｍｍ、幅４４ｍｍに裁断し、長辺の中央に、長辺に垂直に巾６ｍｍ、長さ８ｍｍの矩形状の活物質非塗工部を設け、該塗工部を加圧して、非塗工部の厚さを０．２ｍｍとした。得られた正極板の容量｛正極活物質充填量(g)×正極活物質単位重量当たりの容量(mAh/g)｝は、２３００mAhであった。

厚さ０．５ｍｍ、巾４ｍｍ、長さＬが２４ｍｍのニッケル条製のリボン状リード用意し、該リボン状リードの片面の一端を切削してリボン状リードの長辺に対して平行に長さｌが６ｍｍの３本の溝を設けた。溝の断面形状をＶ字状とし、溝の深さ（ｄ）を０．３ｍｍ、溝の巾（ｗ５）を０．７ｍｍ、溝と溝の間隔（ｗ１）および溝とリードの長辺との間隔（ｗ２）を１ｍｍとした。

前記正極板の活物質非塗工部分に溝を設けた面と反対側の面が基板に接するように当接させた。該当接に際してはリード長辺と基板の長辺を直交させ、リード板の基板との当接部の長さを６ｍｍとした。次いでスポット溶接機を用いてリード板と基板を溶接した。なお、溝と溝、溝とリードの長辺に挟まれ、４つに区画された全ての部分に３点づつ溶接点を設けた。なお、該３点の溶接点のうち１点は当接面の上端（極板の基板の上部長辺の内側に接する部分）、他の１点はリードの先端部分、残る１点は該２つの溶接点の中間に設けた。

（負極板の作製）
厚さ０．０４ｍｍ、直径が１ｍｍの円形の開口を有し、開口率４０％の穿孔鋼板（ニッケルメッキ品）を基板とし、該基板の両面に、Mm_1.0Ni_3.9Co_0.7Mn_0.3Al_0.2（Mmはミッシュメタルを表す）の組成を有する平均粒径４０μｍの水素吸蔵合金９７重量％とＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）２重量％、ＭＣ（メチルセルロース）からなる活物質層を配置し、厚さが０．３４ｍｍ、長さが１３７ｍｍ、幅が４４ｍｍの負極板を作成した。なお、負極板の容量｛負極活物質（水素吸蔵合金）充填量(g)×水素吸蔵合金粉末１ｇ当たりの容量(mAh/g)｝は３５００ｍＡｈであった。

（捲回式極群の作製）
厚さ０．１ｍｍ、坪量４０ｇ／ｍ^２、幅が４６ｍｍであって親水処理を施したポリプロピレン製繊維からなる不織布をセパレータに適用した。前記正極板、セパレータ、負極板を前記リードを接合させた面が巻き芯側に意位置するように積層し、かつ、正極板が内側、負極板が外側に位置するように配置し、直径が２ｍｍの巻芯を適用して捲回し、該極群の負極板の巻き終わり部に粘着テープを貼付して直径が１３．９ｍｍの捲回式極群を得た。なお、前記リードと正極板の基板の当接面と捲回式極群の捲回の中心との距離は４．１ｍｍであった。このようにして作製した極群の短絡の有無をチェックした。

（極群の電槽缶への収納と電槽缶の縮径）
円筒形電池の作製においては、極群を電槽缶内に収納し、電解液を注液して、蓋体で電槽缶の開口を封口した後か、さらには化成後に電槽缶の縮径を行うと極群内に速やかに電解液が浸透するので好ましいが、ここでは縮径工程で極群内に短絡が発生するか否かを調査することを目的として電解液を注液せずに封口し電槽缶の縮径を行った。すなわち、前記極群を直径（内径）１４．０ｍｍの金属製電槽缶に収納して封口した後に、直径が元の径の９７％になるように縮径した。なお、該縮径後のリードと正極板の基板の当接面と極群の捲回の中心との距離は４．０ｍｍであった。縮径後正極端子と負極端子間の電気的導通を調べることによって極群内短絡発生の有無をチェックした。該例を実施例１とする。

（実施例２）
前記実施例１において、溝の本数を２とし、溝と溝の間隔（ｗ１）および溝とリードの長辺の間隔（ｗ２）をそれぞれ１．３ｍｍとした。リードと極板の基板との溶接点は、溝によって区画された３つの部分の全てに３点づつ設け、各区画の溶接点の位置を実施例１と同じとした。それ以外は実施例１と同じとした。該例を実施例２とする。

（参考例１）
前記実施例１において、溝の本数を１とし、溝をリードの中心線上に設け、溝とリードの長辺の間隔をそれぞれ２ｍｍとした。リードと極板の基板との溶接点は、溝によって区画された２つの部分の全てに３点づつ設け、各区画の溶接点の位置を実施例１と同じとした。このこと以外は実施例１と同じとした。該例を参考例１とする。

（実施例３）
前記実施例１において、溝に替えて線状のスリット（切り込み）を設けた。該変更以外、スリットの本数、スリットの長さおよびリードと極板の基板との当接部の長さ、スリット同士の間隔（ｗ１）、リードの長辺とスリットの間隔（ｗ２）の大きさ、リードと極板の基板との溶接点の位置を含めその他の構成を実施例１と同じとした。該例を実施例３とする。

（実施例４）
前記実施例３において、線状のスリット（切り込み）の本数を２とし、スリット同士の間隔およびリードの長辺とスリットとの間隔をそれぞれ１．３ｍｍとした。リードと極板の基板との溶接点は、線状のスリット（切り込み）によって区画された３つの部分の全てに３点づつ設け、各区画の溶接点の位置を実施例３と同じとした。このこと以外は実施例３と同じとした。該例を実施例４とする。

（参考例２）
前記実施例３において、線状のスリット（切り込み）の本数を１とし、スリット同士の間隔およびリードの長辺とスリットとの間隔をそれぞれ２ｍｍとした。リードと極板の基板との溶接点は、線状のスリット（切り込み）によって区画された２つの部分の全てに３点づつ設け、各区画の溶接点の位置を実施例３と同じとした。このこと以外は実施例３と同じとした。該例を参考例１とする。

（実施例５）
前記実施例１において、溝の長さを８ｍｍとし、溝の上端が基板の長辺の外側に２ｍｍはみ出るようにリードと基板を当接させた。このこと以外は実施例１と同じとした。該例を実施例５とする。

（比較例１）
前記実施例１において、溝の長さを４ｍｍとし、溝の上端が基板の長辺から２ｍｍ内側に入ったところに位置するようにリードと基板を当接させた。このこと以外は実施例１と同じとした。該例を比較例１とする。

（比較例２）
前記実施例１において、溝の長さを１１ｍｍとし、溝の上端が基板の長辺の外側に５ｍｍはみ出るようにリードと基板を当接させた。このこと以外は実施例１と同じとした。該例を比較例２とする。

（比較例３）
前記実施例１において、リードに溝を設けなかった。リードと極板の基板との溶接点の位置は実施例１と同じとした（ここでいう溶接点の位置が同じとは、実施例１と比較例３の当接面を重ねたときに両方の例の溶接点が重なる位置にあることをいう）このこと以外は実施例１と同じとした。該例を比較例３とする。

前記実施例１〜実施例４、参考例１、参考例２、比較例１、比較例３に係る極群を各１０００ケ作製し、前記のように捲回工程後、縮径工程後において極群内短絡発生の有無を調べた。また、縮径後において電槽に収納された状態の極群の一分を抜き取り、電槽に収納されたままの状態で極群の上端から４ｍｍの位置にて極群を輪切りにし、その断面を観察して極板に生じた亀裂の深さおよびバリの発生状況を調べた。表１に調査結果を示す。また、実施例５、比較例２に係る電池をおのおの２０個作製し、リードを接合した蓋体を電槽に装着するときの容易さを調べ、縮径後の極板の亀裂の深さおよびバリの発生状況を調べた。表１に前記ｗ１（ｗ２はｗ１に等しいのでｗ１で代表させた）とリードと極板の基板との当接面と極群の捲回の中心との距離（ｒ）の比ｗ１／ｒ、前記ｌと前記当接部の長さ（ｈ）との比ｌ／ｈと合わせて試験結果を示す。

表１に示す如く、実施例１〜５に係る電池においては、正極板に生じたクラックの深さが比較例に比べて小さく、縮径後においても極群の短絡発生はなかった。参考例１、２に係る電池においては、正極板に生じたクラックの深さが実施例に比べて大きいものの、比較例に比べると小さく、縮径後の短絡発生数も比較例に比べて小さかった。比較例３の場合は、正極板が、リードとの当接部の脇の部分で折れ曲がるために該箇所において深いクラックが生じ短絡が発生し易かったのに対して、実施例や参考例の場合はリードが溝や線状のスリット（切り込み）に沿って曲がるために、正極板がリードとの当接部の脇の部分で折れ曲がるのが抑制されてクラックが小さくなり短絡発生が抑制されたものと考えられる。

表１の実施例１〜実施例４および参考例１、参考例２に示したように捲回式極群を備えリードを介して外部端子と極板を接続させた電池において、該リードの極板の基板との当接部（当接面）に、該当接部の長さ以上の長さを有し長辺に平行な直線状の溝又は線状のスリット（切り込み）を設けることにより、極群内短絡の発生を防ぐことができる。なかでも、実施例２、実施例４に示したように、溝同士又は線状のスリット（切り込み）同士の間隔、およびリードの長辺と溝又は線状のスリット（切り込み）の間隔を前記当接面と極群の捲回の中心との距離の１／３以下にすることにより縮径を行った後も極群内短絡の発生を防ぐことができるので好ましい。さらに、実施例１、３に示すように、前記間隔を前記当接面と極群の捲回の中心との距離の１／４以下にすることにより極板に発生するクラックの深さをさらに小さくすることができるので一層好ましい。なお、比較例１においては溝の長さがリードと正極板の当接部分の長さに比べて小さく、正極板にクラックが生じてバリの発生を抑制する効果が小さいために極群内短絡が発生したものと考えられる。

実施例５、比較例２ともに極板の亀裂の深さは実施例１と同程度と小さく、バリは認められなかった。実施例５の場合は、実施例１に比べてリードの長手方向の可撓性がやや小さく、蓋体を電槽に装着するときの作業性がやや劣るものの、該装着の工程で蓋体とリードの接合部および極板とリードの接合部に加わる応力は小さく接合部に損傷を与えることはないと認められた。これに対して、比較例２は、極群捲を捲回した段階でリード全体がスリットに沿って湾曲し、リードの長さ方向に対する剛性が増した。蓋体を電槽に装着する際の作業性に劣り、且つ、装着の過程で前記接合部分に大きな応力が加わるので、接合部分に損傷が生じる虞があると認められた。該結果から、前記ｌ／Ｌの比を１／３以下とするのが良く、１／４以下とするのは好ましいことが分かった。

（実施例６）
前記実施例４において溝に替えて巾が０．６ｍｍの幅広のスリット（切り欠き）２本を設け、スリット同士の間隔（ｗ３）およびリードの長辺とスリットとの間隔（ｗ４）を０．９ｍｍとした。このこと以外は実施例４と同じとした。該例を実施例６とする。

（実施例７）
前記参考例２において溝に替えて巾が１．５ｍｍの幅広のスリット（切り欠き）１本を設け、リードの長辺とスリットとの間隔（ｗ４）を１．３ｍｍとした。このこと以外は参考例２と同じとした。該例を実施例７とする。

（参考例３）
前記実施例７において幅広のスリット（切り欠き）の幅を０．８ｍｍとし、リードの長辺とスリットとの間隔（ｗ４）を１．６ｍｍとした。このこと以外は実施例７と同じとした。該例を参考例３とする。

（実施例８）
前記実施例７において幅広のスリット（切り欠き）の長さを８ｍｍとし、スリットの上端を２ｍｍ正極板の基板の長辺の外側にはみでるようにリードと基板を当接させた。このこと以外は実施例７と同じとした。該例を実施例８とする。

（比較例４）
前記実施例７において幅広のスリット（切り欠き）の長さを４ｍｍとした（スリットの長さがリードと正極板の当接部分の長さに比べて２ｍｍ短い）。このこと以外は実施例７と同じとした。該例を比較例４とする。

（比較例５）
前記実施例７において幅広のスリット（切り欠き）の長さを１１ｍｍとし、スリットの上端を５ｍｍ極板の基板の長辺の外側にはみでるようにリードと基板を当接させた。このこと以外は実施例７と同じとした。該例を比較例５とする。

前記実施例６、実施例７、参考例３、比較例４に係る極群を各１０００ケ作製し、極群の捲回工程後、縮径後において極群内短絡発生の有無を調べた。また、縮径後において電槽に収納された状態の極群の一分を抜き取り、電槽に収納されたままの状態で極群の上端から４ｍｍの位置にて極群を輪切りにし、その断面を観察して極板に生じた亀裂の深さおよびバリの発生状況を調べた。表２に調査結果を示す。また、実施例８、比較例５に係る電池をおのおの２０個作製し、リードを接合した蓋体を電槽に装着するときの容易さを調べ、縮径後の極板の亀裂の深さおよびバリの発生状況を調べた。表２に前記ｗ３と前記ｒとの比（ｗ３／ｒ、実施例６のｗ４、実施例７以下のｗ４をｗ３に代表させた）、ｌ／ｈの比と合わせて試験結果を示す。

表２に示す如く、実施例６、７に係る電池において前記比較例１、３に比べてクラックの深さが小さく、比較例１、３において認められたバリの発生が認められず、縮径後においても短絡が発生しなかった。また、参考例３においても実施例６、７に比べてクラックの深さが大きいが、比較例１、３に比べてクラックの深さが小さく、縮径後の短絡発生数も少なかった。実施例や参考例の場合はリードが幅広のスリット（切り欠き）に沿って曲がるために、正極板がリードとの当接部の脇の部分で折れ曲がるのが抑制されてクラック小さく、バリ発生が抑制されたために短絡が抑制されたものと考えられる。比較例４においては、スリットの長さがリードと正極板の当接部分の長さに比べて小さく、正極板にクラックが生じてバリの発生を抑制する効果が小さいために極群内短絡が発生したものと考えられる。

表２の実施例６〜実施例７および参考例３に示したように捲回式極群を備えリードを介して外部端子と極板を接続させた電池において、該リードの極板の基板との当接部（当接面）に、該当接部の長さ以上の長さを有し長辺に平行な直線状の幅広のスリット（切り欠き）を設けることにより、極群内短絡の発生を防ぐことができる。なかでも、実施例７に示したように、幅広のスリット（切り欠き）同士の間隔、およびリードの長辺と幅広のスリット（切り欠き）との間隔を前記当接面と極群の捲回の中心との距離の１／３以下にすることにより縮径を行った後も極群内短絡の発生を防ぐことができるので好ましい。さらに、実施例６に示すように、前記間隔を前記当接面と極群の捲回の中心との距離の１／４以下にすることにより極板に発生するクラックの深さをさらに小さくすることができるので一層好ましい。

実施例８、比較例５ともに極板の亀裂の深さは実施例７と同程度と小さく、バリは認められなかった。実施例８の場合は、実施例７に比べてリードの長手方向の可撓性がやや小さく、蓋体を電槽に装着するときの作業性がやや劣るものの、該装着の工程で蓋体とリードの接合部および極板とリードの接合部に加わる応力は小さく接合部に損傷を与えることはないと認められた。これに対して、比較例５は、極群捲を捲回した段階でリード全体がスリットに沿って湾曲し、リードの長さ方向に対する剛性が増した。蓋体を電槽に装着する際の作業性に劣り、且つ、装着の過程で前記接合部分に大きな応力が加わるので、接合部分に損傷が生じる虞があると認められた。

本発明に係る電池の場合、リードの先端が溝や線状のスリット（切り込み）、幅広のスリット（切り欠き）によって小さい幅の区画に区分されている。特にスリットを適用したことによって各区画が分断されている場合、各区画の上端（極板の上部長辺の内側に隣接する部分）や該上端とリードの先端の中間を電気抵抗溶接によって接合すると、リードが反り返りリードの先端が基板から離れて突出する虞がある。このような事態を避けるために、少なくともリードと極板の基板との接合箇所（溶接点ともいう）を設けた区画についてはリードの先端に溶接点を設け、リードの先端を基板と接合することが好ましい。

なお、捲回した極群に取り付けた状態でリードの長手方向において良好な可撓性を得るには、実施例５や実施例８のようにリードに設けた溝やスリットの長さｌをリードの長さＬの１／３以下に設定するのが良く、実施例１〜４、実施例６、７のように溝やスリットの長さｌをリードの長さＬの１／４以下に設定するのが好ましい。

本発明によれば、捲回式極板を備える電池において、簡単な構成で能率よく内部短絡の発生を抑制できる点で電池の生産において利用価値の高いものである。

図１は、本発明に係る電池の断面構造を模式的に示す円筒形電池の半裁断面図である。図２は、本発明に係る電池に適用するリードであって、一方の端部の片面に溝を設けたリードの形状を示す図である。図３は、本発明に係る電池に適用するリードであって、極板との当接部分に線状のスリットを設けたリードの形状を示す図である。図４は、本発明に係る電池に適用するリードであって、極板との当接部分に幅広のスリットを設けたリードの形状を示す図である。図５は、図２に示した溝付リードの端面の一部分を拡大した図である。図６は、本発明に係る電池に適用するリードであって、極板との当接部分および該当接部分からはみ出した部分に至る溝を設けたリードの形状を示す図である。図７は、本発明に係る電池に適用するリードであって、極板との当接部分および該当接部分からはみ出した部分に至る幅広のスリットを設けたリードの形状を示す図である。図８は、本発明に係り、断面がＶ字状の溝を設けたリードを正極板に当接させ、リードと正極板の基板を接合させた捲回式極群の断面の一部分を模式的に示す図である。図９は、本発明に係る電池に適用するリードであって、両面に溝を設けたリードの端面の一部分を拡大した図である。図１０は、従来の電池に係り、溝およびスリットを設けないリードを正極板に当接させ、リードと正極板の基板を接合させた捲回式極群の断面の一部分を模式的に示す図である。

符号の説明

１０捲回式極群を有する電池
２０リード
２１溝
２２線状のスリット
２３幅広のスリット
３０正極板
３１亀裂
４０負極板
５０セパレータ
６０電槽
ｌ溝、スリットの長さ
Ｌリードの長さ
ｈ当接部の長さ

Claims

正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回してなる捲回式極群を備え、前記正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続した電池であって、該リードの長辺と前記一方の極板の長辺とが直交するように、リードの一方の端部が極板の基板に当接し、該当接面にリードと基板の接合箇所を設け、極群を電槽内に収納後に縮径した電池において、前記リードの基板との当接部に、リードの長辺に平行な直線状の溝を設け、溝の長さは、前記当接部の長さ以上であり、隣接する前記直線状の溝と溝との間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状の溝との間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下であることを特徴とする電池。
正極板、セパレータ、負極板を積層した積層体を捲回してなる捲回式極群を備え、前記正極板と負極板のうち少なくとも一方の極板と外部端子とをリボン状のリードを介して接続した電池であって、該リードの長辺と前記一方の極板の長辺とが直交するように、リードの一方の端部が極板の基板に当接し、該当接面にリードと基板の接合箇所を設け、極群を電槽内に収納後に縮径した電池において、前記リードの基板との当接部に、リードの長辺と平行にスリットを設け、スリットの長さは前記当接部の長さ以上であり、隣接する前記直線状のスリットとスリットとの間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状のスリットとの間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／３以下であることを特徴とする電池。
前記溝の長さが前記当接部の長さ以上でリードの長さの１／３以下であるか、または、スリットの長さが前記当接部の長さ以上でリードの長さの１／３以下であることを特徴とする請求項１及び２に記載の電池。
隣接する前記直線状の溝と溝との間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状の溝との間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／４以下であるか、隣接する前記直線状のスリットとスリットとの間隔およびリードの長辺と該長辺に隣接する直線状のスリットとの間隔が、前記当接面と極群の捲回の中心間の距離の１／４以下のどちらかであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電池。