JP5602092B2 - アルカリ二次電池用負極板を適用したアルカリ二次電池 - Google Patents
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Description
該構成によれば、負極板を内周部分と外周部分に分割しているので、前記特許文献1、特許文献2に記載の1枚の負極板において非塗工部分を設ける構成や、負極板の厚さの異なる部分を設ける構成に比べると負極板の製造が容易である利点がある。しかし、負極板の外周部分には、起電反応に寄与しない負極活物質が存在し、負極板外周部分の正極に対向していない面(外側の面)の活物質を排除した二次電池に比べて負極活物質の利用率が低いという欠点があった。また、負極板の内周部分と最外周部分を重ね合わせ部分は活物質層同士が接触するので、該重ね合わせ部分の電気抵抗が大きく高率放電特性や急速充電を行ったときの充電受け入れ特性が劣る欠点があった。以上記述した欠点があるためか、特許文献3に提案の方法ではサイクル特性向上の効果が得られない虞があった。
なお、請求項1に記載の負極板のうち、前記捲回式極板群の最外周に位置する端部のみ基板を極板の前記切断面の中心に対して片側に偏心させた負極板においては、該端部以外は基板を偏心させていない極板を指す。ここでいう基板を偏心させてないとは、基板を極板の前記厚さ方向の中心に配置していることを意味する。
第1の実施の形態は、捲回式極板群の最外周側に位置する端部のみ負極板の基板を偏心させた実施形態である。図1は、本発明第1の実施形態に係り、プレス加工を施して極板の厚さを所定の厚さに調整した後のアルカリ二次電池用負極板1の長辺に平行な面で切断した断面を模式的に示す断面図である。図1において2は、例えばニッケルメッキを施した穿孔鋼板製の基板であり、3は、該基板の両面に担持させた水素吸蔵合金粉末やカドミウム粉末と水酸化カドミウム粉末の混合物からなる活物質粉末を主構成物質とする合剤層である。該合剤層は、前記活物質粉末の他にニッケル粉末などの導電剤粉末やスチレンブタジエンゴム(SBR)やポリテトラフロロエチレン(PTFE)のような合成樹脂を結着剤として含んでもよい。
第2に実施の形態は、負極板の全体に亘って基板を偏心させた実施の形態である。図5は、本発明の第2の実施の形態に係る負極板1を長辺に平行な面で切断した断面を模式的に示す断面図である。本発明においては前記第1の実施の形態に示した如く、負極板の一方の端部の基板の位置を偏心させる他に、図5に示した如く、極板の全体亘って基板2を偏心させることもできる。ただし、該第2の実施形態においても、前記第1の実施形態同様に負極板の厚さが一様であり、生産性に優れた負極板である。
第3に実施の形態は、負極板の全体に亘って基板を偏心させた実施の形態であって、第2の実施の形態とは別の実施の形態である。第2の実施形態においては、図5に示すように、極板を長辺に平行な線で切断したときに、基板2の極板1の厚さ方向に対する位置は変化しない。これに対して第3の実施の形態においては、負極板の全体に亘って基板を極板の厚さの中心に対して一方の側に偏心させるのであるが、図1に示したように、極板の長手方向において、基板の厚さ方向に対する位置を途中で変化させる。例えば、図1においてXより右側(負極板のうち捲回式極板群の最外周側端部)の負極板の合剤層の厚さを1:9とし、Xより左側の負極板の合剤層の厚さの比を3:7とする。ただし、第3に実施の形態においても、負極板の活物質利用率を高めるために、捲回式極板群の最外周側の端部の基板の偏心の度合い(基板と極板の厚さの中心との間の距離)を他の部分より大きく設定し、且つ、極板全体に亘り、負極板の基板を境とする合剤層の厚さの比を4:6〜1:9の範囲に設定するのが好ましい。
(電池の構成)
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正極活物質粉末を発泡ニッケル製基板に充填した厚さ0.7mm、長さ96mm、幅44mmの極板を正極板とした。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。
前記実施例1において、負極板の基板を偏心させた部分の基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.06mm、他方の側の合剤層の厚さを0.24mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=2:8)とした。それ以外は、実施例1と同じ構成とした。該例を実施例2とする。該例のN/P比は、1.30であった。
前記実施例1において、負極板の基板を偏心させた部分の基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.09mm、他方の側の合剤層の厚さを0.21mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=3:7)とした。それ以外は、実施例1と同じ構成とした。該例を実施例3とする。該例のN/P比は、1.30であった。
前記実施例1において、負極板の基板を偏心させた部分の基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.12mm、他方の側の合剤層の厚さを0.18mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=4:6)とした。それ以外は、実施例1と同じ構成とした。該例を実施例4とする。該例のN/P比は、1.30であった。
前記実施例1において、負極板の基板を偏心させた部分を設けず、極板の長手方向の全域に亘り基板を境にして合剤層の厚さを0.15mm(基板を境にして、一方の側の合剤層の厚さ:他方の側の合剤層の厚さ=5:5)とした。それ以外は、実施例1と同じ構成とした。該例を比較例1とする。該例のN/P比は、1.30であった。
前記実施例1において、負極板の基板を偏心させた部分の基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.0mm、他方の側の合剤層の厚さを0.30mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=0:10)とした。それ以外は、実施例1と同じ構成とした。該例を比較例4とする。該例のN/P比は、1.30であった。
前記実施例1〜4および比較例1、比較例2に係る電池を周囲温度20℃において初期化成を行った。初回(1サイクル目)0.02ItAで13時間充電した後、0.1ItAで10時間充電した。1時間放置後放電電流0.2ItA、放電カット電圧1.0Vとして放電した。2〜10サイクル目まで0.1ItAで16時間充電後1時間放置し、放電電流0.2ItA、放電カット電圧を1.0Vとし、該充放電を1サイクルとして繰り返し充放電を行った。
前記実施例1〜4および比較例1、比較例2に係る電池であって、化成済みの蓄電池をそれぞれ10個用意し、周囲温度20℃において充電電流0.1ItAで16時間充電後、1時間放置した後、放電電流0.2ItAにおいて放電カット電圧1.0Vにて放電し、放電容量を求めた。
前記実施例1〜4および比較例1、比較例2に係る電池であって、化成済みの蓄電池をそれぞれ10個用意し、該蓄電池を周囲温度20℃において充電電流1ItAで1.05時間充電(105%充電)し、1時間放置した後、放電電流1ItAにおいて放電カット電圧1.0Vにて放電した。該充放電を1サイクルとしてサイクルを繰り返し行った。放電容量が該サイクルの1サイクル目の放電容量の60%に低下したサイクル数をもって当該蓄電池のサイクル寿命とした。
前記実施例1において、図5に示したように負極板の全領域において基板を偏心させた。基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.03mm、他方の側の合剤層の厚さを0.27mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=1:9)とした。極群の巻き終わり周(極群の最外周)において負極板が外側、正極板が内側になるように、また、基板を偏心させることによって、基板を境にして厚さを0.27mmと大きくした合剤層を内側に配置し、厚さを0.03mmと小さく合剤層を外側に配置した。それ以外は実施例1と同じ構成とした。該例を実施例5とする。
前記実施例5において、基板を境にして片側の合剤層の厚さを0.09mm、他方の側の合剤層の厚さを0.21mm(厚さの小さい合剤層の厚さ:厚さの大きい合剤層の厚さ=3:7)とした。それ以外は実施例5と同じ構成とした。該例を実施例6とする。
前記実施例1において、負極板の厚さ方向に対する基板の位置が変化する部分(図1のX)に幅3mmに亘り、穿孔を設けなかった。それ以外は実施例1と同じとした。該例を実施例7とする。
前記実施例3において、負極板の厚さ方向に対する基板の位置が変化する部分(図1のX)に幅3mmに亘り、穿孔を設けなかった。それ以外は実施例3と同じとした。該例を実施例8とする。
前記実施例1、実施例3、実施例7、実施例8、比較例1、比較例2に係る極板板群を量産用製造ラインを適用して各5千個づつ作製し、極板群を解体して不良(負極板の基板切れ、負極板の活物質の脱落)の有無を調べた。また、実施例7、実施例8の極板群を10個抽出し、前記同様に円筒形のニッケル水素電池を作製して放電容量試験、充放電サイクル試験に供した。
2 基板
3 合剤層
X 負極板の厚さ方向に対して基板の位置が変化する部分
4 捲回式極群
7 穿孔
Claims (1)
- 矩形状の正極板、セパレータおよび負極板を積層した捲回式極板群を備え、該捲回式極板群の最外周において負極板が正極板の外側に位置するように配置したアルカリ二次電池であって、前記負極板は、穿孔を有する金属板からなる基板の両面に活物質粉末を主構成物質とする合剤層を有し、厚さが一様であり、前記捲回式極板群の最外周側に位置する部分の基板を極板の厚さ方向の中心に対して片側に偏心させ、前記基板を偏心させることにより基板を境として厚さを大きくし、前記基板を前記極板の厚さ方向の中心に対して片側に偏心させた部分の基板を境とした表裏2面の合剤層の厚さの比が1:9〜4:6である負極板の合剤層を正極板に対向させものであることを特徴とするアルカリ二次電池。
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