JP6020442B2 - 円筒形電池及び電池用電極構造 - Google Patents
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Description
まず2枚の矩形状をなす正極板31及び2枚の矩形状をなす負極板32をそれぞれ矩形状をなすセパレータ33を介して交互に積層する。そしてその積層体を1周巻きして円筒状の極板群3を形成して、電池ケース2内に配置する。このとき極板群3を電池ケース2に収容する段階で極板群3をスリット3Sにより縮径することで、極板群3の外側周面3nにある負極活物質が電池ケース2に接触して削られる等の問題を生じることを防止することができる。そして電池ケース2内に極板群3を配置した後に、負極板32を集電板等を介して電池ケース2に例えば溶接して接続する。その後、電池ケース2内に電解液を注液する。次に、極板群3の中空部3X内に、当該中空部3Xの内径よりも小さい円筒状に変形された保持部材6を配置する。これにより極板群3を電池ケース2に固定させることができる。そして正極板31のリード片部311Lを直接又は集電板(不図示)を介して封口体5の裏面に接続するとともに、当該封口体5を絶縁体4を介して電池ケース2の上部開口にかしめ等により固定する。なお、極板群3を電池ケース2に収容し保持部材6を配置した後に、電解液を注液しても良い。また、正極板31、負極板32及びセパレータ33それぞれを円筒状に巻いて1つ1つ電池ケース2に収容しても良いし、正極板31及び負極板32のスリット31a、32aの位置が同じ場合には、複数組(例えば1枚の正極板31、1枚のセパレータ33及び1枚の負極板32からなる組)に分けて組ごとに円筒状に巻いて電池ケース2に収容しても良い。
このように構成した第1実施形態に係るアルカリ蓄電池100によれば、極板群3に軸方向一端から軸方向他端に亘って延びるスリット3Sを形成しているので、巻き始め部分の段差を無くして当該巻き始め部分に起因する巻回形状の歪み及び巻き始め部分と重なり合う電極部分の劣化による断裂を抑制することができる。
次の本発明に係る二次電池の第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、第2実施形態において、前記第1実施形態と同一又は対応する部材には、同一の符号を付している。
まず矩形状をなす1枚の負極板32を1周巻きして円筒状として電池ケース2内に収容する。次に矩形状をなす1枚のセパレータ33を1周巻きして円筒状として電池ケース2内の負極板32内に収容する。次に矩形状をなす1枚の正極板31を1周巻きして円筒状として電池ケース2内のセパレータ33内に収容する。このように負極板32、セパレータ33及び正極板31をこの順で収容する作業を繰り返す。なお、各負極板32、各セパレータ33及び各正極板31を収容する度に、それらを押し拡げるようにして電池ケース2の内側周面又は既に収容された極板31、32又はセパレータ33の内面に押圧接触するようにする。そして電池ケース2内に極板群3を配置した後に、負極板32を集電板等を介して電池ケース2に例えば溶接して接続する。その後、電池ケース2内に電解液を注液する。次に、極板群3の中空部3X内に、当該中空部3Xの内径よりも小さい円筒状に変形された保持部材6を配置する。これにより極板群3を電池ケース2に固定させることができる。そして正極板31のリード片部311Lを直接又は集電板(不図示)を介して封口体5の裏面に接続するとともに、当該封口体5を絶縁体4を介して電池ケース2の上部開口にかしめ等により固定する。なお、負極板32と集電板との接続は、各負極板32を電池ケース2内に収容する毎に行うことが考えられる。また、極板群3を電池ケース2に収容し保持部材6を配置した後に、電解液を注液しても良い。
このように構成した第2実施形態に係るアルカリ蓄電池100によれば、各セパレータ33を介して隣り合う正極板31のスリット31a及び負極板32のスリット32aが周方向において互いに異なる位置に配置されているので、それら正極板31の拡縮中心(正極板31におけるスリット31aと反対側の部分(周方向における中央部))及び負極板32の拡縮中心(負極板32のスリット32aとは反対側の部分(周方向における中央部))が周方向において異なる位置となり、隣り合う正極板31及び負極板32同士を相対移動しにくくすることができる。これにより、極板群3の外側周面3nを電池ケース2の内側周面2mに押圧接触又は極板群3を構成する正極板31及び負極板32をセパレータ33を介して押圧させた状態とした後に正極板31及び負極板32を緩みにくくすることができる。したがって、二次電池100の充放電効率の低下又は正極板31又は負極板32の活物質の脱落を長期間にわたって防止することができる。
以下に本発明に係る二次電池の第3実施形態について図面を参照して説明する。なお、第3実施形態において、前記第1、第2実施形態と同一又は対応する部材には、同一の符号を付している。なお、本実施形態の構成は、前記第1、第2実施形態と組み合わせて用いることもできるし、前記第1、第2実施形態と組み合わせない構成とすることもできる。
まず1枚の正極板31の両面に第1のカバー体341及び第2のカバー体342を配置して1枚の正極板31が第1及び第2のカバー体341、342によって挟まれるようにする。このように構成した構造体及び1枚の負極板32をセパレータ33を介して積層する。そして、このように構成した積層体を1周巻きして円筒状の極板群3を形成して、電池ケース2内に配置する。このとき、極板群3を電池ケース2に配置する段階で、正極板31のスリット31a及び負極板32のスリット32aがあることによって極板群3の外径が縮小されることで、極板群3の外側周面3nにある負極活物質が電池ケース2に接触して削られる等の問題を生じることを防止することができる。集電板を用いる構成とする場合は、電池ケース2内に極板群3を配置した後に、負極板32を集電板等を介して電池ケース2に例えば溶接して接続する。その後、電池ケース2内に電解液を注液する。そして正極板31のリード片部311Lを直接又は集電板(不図示)を介して封口体5の裏面に接続するとともに、当該封口体5を絶縁体4を介して電池ケース2の上部開口にかしめ等により固定する。また、正極板31、負極板32及びセパレータ33それぞれを円筒状に巻いて1つ1つ電池ケース2に収容しても良い。
組成がLa0.65Pr0.2Mg0.15Ni3.5Al0.1からなる水素吸蔵合金粉末(D50=50μm)100質量部に増粘剤(メチルセルロース)を溶解した水溶液を加え、さらに、結着剤SBR(スチレンブタジエンゴム)を1質量部加えてペースト状にしたものを厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%、孔の直径1mm)の両面に塗布して乾燥させた後、厚さ0.40mmにプレスして、負極板とした。
(2−1)正極集電基材が発泡ニッケル多孔体であってカバー体無しの場合
正極活物質には亜鉛3質量%、コバルト0.6質量%を固溶状態で含有する水酸化ニッケル表面に6質量%の水酸化コバルトを被覆したものを、18M水酸化ナトリウム溶液を用いて110℃で1時間空気酸化処理を行ったものを用いた。増粘剤(カルボキシメチルセルロース)を溶解させた水溶液と、活物質さらにPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)水溶液を固形分で0.3質量%混合して、ペーストを作製し、ニッケル発泡基材に充填し、乾燥させた後、所定の厚さ(0.97mm)にプレスすることによって正極板とした。
上記(2−1)と同様にして正極板を作製し、カバー体として厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%、孔の直径1mm)で正極板の両面を挟み込んだ。
正極活物質には亜鉛3質量%、コバルト0.6質量%を固溶状態で含有する水酸化ニッケル表面に、6質量%の水酸化コバルトを被覆したものを18M水酸化ナトリウム溶液を用いて110℃で1時間空気酸化処理を行ったものを用いた。増粘剤(カルボキシメチルセルロース)を溶解させた水溶液と、活物質さらにSBR水溶液を固形分で1質量%、PTFE水溶液を固形分で0.5質量%混合して、ペーストを作製し、厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%、孔の直径1mm)の両面に塗布して乾燥させた後、厚さ0.96mmにプレスして、正極板とした。
上記(2−3)と同様にして正極板を作製し、カバー体として厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%、孔の直径1mm)で正極板の両面を挟み込んだ。
正極と負極とを、正極容量1に対して負極容量が1.30となる割合でセパレータを介して捲回して極板群とし、円筒状の電池ケースに収納した。次に、7Mの水酸化カリウムと0.8Mの水酸化リチウムからなる電解液を1.95ml注液し、安全弁を備えた金属製蓋体で封口して、容量1000mAh、サイズAA(単三形)のニッケル水素蓄電池を作製した。なお、正負極1周巻きの構造とした。
(4−1)0.2ItA放電効率(%)の比較実験
20℃で、0.1ItA(100mA)で10時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を1サイクル行い、その後、0.1ItA(100mA)で16時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を3サイクル行う充放電サイクルを繰り返し、化成とした。
20℃で、0.1ItA(100mA)で10時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を1サイクル行い、その後、0.1ItA(100mA)で16時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を3サイクル行う充放電サイクルを繰り返し、化成とした。
20℃で、0.1ItA(100mA)で10時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を1サイクル行い、その後、0.1ItA(100mA)で16時間の充電、休止1時間、0.2ItAで1.0Vまで放電を3サイクル行う充放電サイクルを繰り返し、化成とした。
このように構成した第3実施形態に係るアルカリ蓄電池100によれば、多数の貫通孔31hを有する穿孔鋼板からなる正極集電基材311に正極活物質312を保持させて構成される正極板31を第1のカバー体341及び第2のカバー体342で挟持することによって、正極集電基材311から正極活物質312が脱落することを防止することができ、集電効率を改善することができる。また、カバー体341、342が穿孔鋼板から構成されることから、正極集電基材311から離れた正極活物質312からの集電経路をカバー体341、342を介した経路とすることもでき集電効率を改善することができる。さらに正極集電基材311及びカバー体341、342を共に多数の貫通孔31hを有する穿孔鋼板により構成しているので、電解液やイオンの移動を妨げることもない。その他、正極集電基材311及びカバー体341、342に穿孔鋼板を用いているので、薄いものであっても強度を持たせることができるだけでなく、その弾性を利用して、正極活物質312の膨張収縮に合わせてカバー体341、342が正極集電基材311に対して正極活物質312を常に圧迫する構造とすることができる。
Claims (6)
- 円筒状の電池ケースと、当該電池ケース内において、正極及び負極がセパレータを介して配置された円筒状の極群とを有し、
前記正極及び前記負極が、軸方向一端から軸方向他端まで延びるスリットを有し、
前記正極のスリット及び前記負極のスリットが互いに周方向において同じ位置に配置されている円筒形電池。 - 前記極群において、正極又は負極が一周巻きである請求項1記載の円筒形電池。
- 前記極群における最外周の電極が前記電池ケースと接触する請求項2記載の円筒形電池。
- 前記極群の中空部、前記正極及び前記セパレータの間、又は前記負極及び前記セパレータの間に配置され、前記極群を内側から押圧し保持する保持部材を有する請求項1記載の円筒形電池。
- 前記正極及び前記負極が、集電基材と当該集電基材に設けられた活物質とを備える請求項1記載の円筒形電池。
- 前記集電基材が弾性を有し、前記極群を押圧する請求項5記載の円筒形電池。
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