JP7431072B2 - 角形電池、及び角形電池用電極群 - Google Patents
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Description
本発明は角形電池、及び角形電池用電極群に関する。
従来から、高電圧及び高エネルギー容量が要求される大型の二次電池には角形電池が使用されている。例えば、特許文献１に記載の角形電池は、平板状の正極集電体と、平板状の負極集電体と、両集電体の間に収容される電極群とを備えている。当該電極群は、１枚のシート状素材を複数回交互に反対方向に折り曲げてプリーツ状に形成したセパレータと、当該セパレータにより形成される空間に交互に配された複数の正極板及び複数の負極板とから構成されている。これにより、正極板及び負極板は、セパレータを介して互いに対向して配置される。
ところで、上記特許文献１に記載の角形電池では、負極集電体に対向する正極板の端部及び正極集電体に対向する負極板の端部に、絶縁性素材からなるシート状部材が被覆されている。これにより、正極板及び負極板のバリがセパレータを突き破ることによって発生する内部短絡を防止している。つまり、正極板に生じたバリが負極集電体や負極板に接触する内部短絡、負極板に生じたバリが正極集電体や正極板に接触する内部短絡が防止される。しかしながら、負極板及び正極板の端部がシート状部材によって被覆されていることから、当該被覆部分の正極活物質及び負極活物質が電池の充放電に寄与できず、電池容量が低下する要因となっていた。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池容量の低下を抑制しつつ、内部短絡を防止することのできる角形電池及び角形電池用電極群を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る角形電池は、平板状の正極集電体と、該正極集電体に対向して配置される平板状の負極集電体と、前記正極集電体及び前記負極集電体の間に配置される電極群と、を備え、前記電極群は、一端において前記正極集電体に接触し、前記負極集電体の方向に延在する第１正極板部分、一端において前記正極集電体に接触し、前記第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を前記正極集電体の側で接続する正極板連結部分、を含む正極板と、一端において前記負極集電体に接触し、前記正極集電体の方向に延在するとともに前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、一端において前記負極集電体に接触し、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を前記負極集電体の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を有することを特徴とするとする。
本発明の一態様に係る角形電池において、前記正極板は、導電性の正極基材であって前記第１正極板部分、前記正極板連結部分、及び前記第２正極板部分に亘って連続して延在する正極基材と、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分における正極基材の部分に坦持される正極合剤とを含んでおり、前記負極板は、導電性の負極芯体であって前記第１負極板部分、前記負極板連結部分、及び前記第２負極板部分に亘って連続して延在する負極芯体と、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分における負極芯体の部分に坦持される負極合剤とを含んでおり、前記正極板連結部分における正極基材の部分が、直接、前記正極集電体に接触しており、前記負極板連結部分における負極芯体の部分が、直接、前記負極集電体に接触している。
本発明に係る角形電池用電極群は、平板状の第１正極板部分、該第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を一方の側で接続する正極板連結部分、を含む正極板と、平板状の第１負極板部分であって前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を他方の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る角形電池によれば、前記正極集電体及び前記負極集電体の間に配置される電極群は、前記負極集電体の方向に延在する第１正極板部分、前記第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を前記正極集電体の側で接続する正極板連結部分、を含む正極板と、前記正極集電体の方向に延在するとともに前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を前記負極集電体の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を有する。
このように、本発明の角形電池では、正極板絶縁部材が、正極板連結部分における第１負極板部分に対向する側に取り付けられており、負極板絶縁部材が負極板連結部分における第１正極板部分に対向する側に取り付けられている。つまり、正極板の第１正極板部分及び第２正極板部分は正極板絶縁部材によって被覆されておらず、負極板の第１負極板部分及び第２負極板部分は負極板絶縁部材によって被覆されていない。このため、正極板及び負極板は、第１正極板部分、第２正極板部分、第１負極板部分、及び第２負極板部分の全体で電池の充放電に寄与することができる。
又、正極板に生じたバリが負極集電体に接触する内部短絡を負極板絶縁部材によって防止することができ、負極板に生じたバリが正極集電体に接触する内部短絡を正極板絶縁部材によって防止することができる。
特に、正極集電体及び負極集電体の両側から圧力を加えて、正極板と正極集電体との間及び負極板と負極集電体との間における接触圧を高める場合であっても、正極板の負極集電体へ向かう移動は負極板絶縁部材によって制限されるため、正極板が負極集電体に接触する内部短絡を防止することができ、且つ、負極板の正極集電体へ向かう移動は正極板絶縁部材によって制限されるため、負極板が正極集電体に接触する内部短絡を防止することができる。
このようにして、電池容量の低下を抑制しつつ、内部短絡を防止することのできる角形電池を提供することができる。
本発明に係る角形電池用電極群は、平板状の第１正極板部分、該第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を接続する正極板連結部分、を含む正極板と、平板状の第１負極板部分であって前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を他方の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を備える。
このように、本発明の角形電池用電極群では、正極板絶縁部材が、正極板連結部分における第１負極板部分に対向する側に取り付けられており、負極板絶縁部材が負極板連結部分における第１正極板部分に対向する側に取り付けられている。つまり、正極板の第１正極板部分及び第２正極板部分は正極板絶縁部材によって被覆されておらず、負極板の第１負極板部分及び第２負極板部分は負極板絶縁部材によって被覆されていない。このため、正極板及び負極板は、第１正極板部分、第２正極板部分、第１負極板部分、及び第２負極板部分の全体で電池の充放電に寄与することができる。
又、当該角形電池用電極群を用いて角形電池を製造する場合であっても、正極板に生じたバリが負極集電体に接触する内部短絡を負極板絶縁部材によって防止することができ、負極板に生じたバリが正極集電体に接触する内部短絡を正極板絶縁部材によって防止することができる。
特に、当該角形電池用電極群を用いて角形電池を製造する際に、正極集電体及び負極集電体の両側から圧力を加えて、正極板と正極集電体との間及び負極板と負極集電体との間における接触圧を高める場合であっても、正極板の負極集電体へ向かう移動は負極板絶縁部材によって制限されるため、正極板が負極集電体に接触する内部短絡を防止することができ、且つ、負極板の正極集電体へ向かう移動は正極板絶縁部材によって制限されるため、負極板が正極集電体に接触する内部短絡を防止することができる。
このようにして、電池容量の低下を抑制しつつ、内部短絡を防止することのできる角形電池用電極群を提供することができる。
以下、本発明を具体化した角形電池の一例として角形ニッケル水素二次電池１（以下、単に「角形電池１」ともいう）の実施形態を説明する。なお、角形電池１としては、例えばニッケルカドミウム二次電池等でもよい。
図１は、一実施形態に係る角形電池１の内部を模式的に示す断面図である。図２は、一実施形態に係る角形電池１の正極板５０を示す平面図であり、正極板５０が折り曲げられる前の状態を示すものである。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図４は、一実施形態に係る角形電池１の負極板６０を示す平面図であり、負極板６０が折り曲げられる前の状態を示すものである。図５は、図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
説明の便宜上、図１に示す角形電池１において、正極集電体１０が配置される側を「左」、負極集電体２０が配置される側を「右」、第１枠体３０が配置される側を「後」、第２枠体３５が配置される側を「前」と定義し、上述した左右方向及び前後方向に垂直な方向を「上」、「下」と定義する。以下、各図に示される「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、全て上記定義に基づくものである。
＜角形ニッケル水素二次電池１＞
図１に示すように、本実施形態に係る角形ニッケル水素二次電池１は、平板状の正極集電体１０と、正極集電体１０に対向して配置される平板状の負極集電体２０と、正極集電体１０及び負極集電体２０の間に配置される電極群４０とを備えている。なお、角形電池１には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）が注入されている。このアルカリ電解液は、電極群４０に含浸され、後述する正極板５０と負極板６０との間での充放電の際の電気化学反応（充放電反応）を進行させる。このアルカリ電解液としては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ及びＬｉＯＨのうちの少なくとも一種を溶質として含む水溶液を用いることが好ましい。角形電池１は、広くバックアップ電源として利用されるものであり、例えば鉄道システムの地上蓄電設備、電力需給制御システム等、種々様々な用途に使用される。
図１に示すように、本実施形態に係る角形ニッケル水素二次電池１は、平板状の正極集電体１０と、正極集電体１０に対向して配置される平板状の負極集電体２０と、正極集電体１０及び負極集電体２０の間に配置される電極群４０とを備えている。なお、角形電池１には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）が注入されている。このアルカリ電解液は、電極群４０に含浸され、後述する正極板５０と負極板６０との間での充放電の際の電気化学反応（充放電反応）を進行させる。このアルカリ電解液としては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ及びＬｉＯＨのうちの少なくとも一種を溶質として含む水溶液を用いることが好ましい。角形電池１は、広くバックアップ電源として利用されるものであり、例えば鉄道システムの地上蓄電設備、電力需給制御システム等、種々様々な用途に使用される。
＜正極集電体１０、負極集電体２０＞
図１に示すように、正極集電体１０は、前後方向に延在する平板状の部分である正極集電部分１１と、正極集電部分１１の前側の端部から右方向に延在する平板状の部分である正極前側支持部１２と、正極集電部分１１の後側の端部から右方向に延在する平板状の部分である正極後側支持部１３と、を含んでいる。又、負極集電体２０は、前後方向に延在する平板状の部分である負極集電部分２１と、負極集電部分２１の前側の端部から左方向に延在する平板状の部分である負極前側支持部２２と、負極集電部分２１の後側の端部から左方向に延在する平板状の部分である負極後側支持部２３と、を含んでいる。正極集電体１０及び負極集電体２０は、正極前側支持部１２と負極前側支持部２２、及び、正極後側支持部１３と負極後側支持部２３が相対するように、左右方向において互いに離間して配置されている。具体的には、正極集電部分１１及び負極集電部分２１は、互いに平行又は略平行に延在している。更に、正極前側支持部１２及び正極後側支持部１３は、正極集電部分１１から垂直又は略垂直に延在し、負極前側支持部２２及び負極後側支持部２３は、負極集電部分２１から垂直又は略垂直に延在している。正極集電体１０及び負極集電体２０は、導電性を有する金属であればよく、例えばニッケルめっきを施した鋼板で形成されている。
図１に示すように、正極集電体１０は、前後方向に延在する平板状の部分である正極集電部分１１と、正極集電部分１１の前側の端部から右方向に延在する平板状の部分である正極前側支持部１２と、正極集電部分１１の後側の端部から右方向に延在する平板状の部分である正極後側支持部１３と、を含んでいる。又、負極集電体２０は、前後方向に延在する平板状の部分である負極集電部分２１と、負極集電部分２１の前側の端部から左方向に延在する平板状の部分である負極前側支持部２２と、負極集電部分２１の後側の端部から左方向に延在する平板状の部分である負極後側支持部２３と、を含んでいる。正極集電体１０及び負極集電体２０は、正極前側支持部１２と負極前側支持部２２、及び、正極後側支持部１３と負極後側支持部２３が相対するように、左右方向において互いに離間して配置されている。具体的には、正極集電部分１１及び負極集電部分２１は、互いに平行又は略平行に延在している。更に、正極前側支持部１２及び正極後側支持部１３は、正極集電部分１１から垂直又は略垂直に延在し、負極前側支持部２２及び負極後側支持部２３は、負極集電部分２１から垂直又は略垂直に延在している。正極集電体１０及び負極集電体２０は、導電性を有する金属であればよく、例えばニッケルめっきを施した鋼板で形成されている。
＜第１枠体３０、第２枠体３５＞
図１に示すように、第１枠体３０及び第２枠体３５は、左右方向に延在する平板状の部材である。第１枠体３０は、正極後側支持部１３及び負極後側支持部２３の内側面によって支持されている。又、第２枠体３５は、正極前側支持部１２及び負極前側支持部２２の内側面によって支持されている。このようにして、図１に示すように、第１枠体３０、第２枠体３５、正極集電部分１１、及び、負極集電部分２１は、電極群４０を収容するための所定の収容空間Ｓを形成する。第１枠体３０及び第２枠体３５は、絶縁性を有する材料から形成されている。
図１に示すように、第１枠体３０及び第２枠体３５は、左右方向に延在する平板状の部材である。第１枠体３０は、正極後側支持部１３及び負極後側支持部２３の内側面によって支持されている。又、第２枠体３５は、正極前側支持部１２及び負極前側支持部２２の内側面によって支持されている。このようにして、図１に示すように、第１枠体３０、第２枠体３５、正極集電部分１１、及び、負極集電部分２１は、電極群４０を収容するための所定の収容空間Ｓを形成する。第１枠体３０及び第２枠体３５は、絶縁性を有する材料から形成されている。
＜電極群４０＞
図１に示すように、電極群（角形電池用電極群）４０は、正極板５０と、負極板６０と、正極板５０及び負極板６０の間に配置されるセパレータ９０と、正極板絶縁部材７０と、負極板絶縁部材８０と、を有する。なお、１組の電極群４０が設けられてもよいし、複数組の電極群４０が設けられてもよい。
図１に示すように、電極群（角形電池用電極群）４０は、正極板５０と、負極板６０と、正極板５０及び負極板６０の間に配置されるセパレータ９０と、正極板絶縁部材７０と、負極板絶縁部材８０と、を有する。なお、１組の電極群４０が設けられてもよいし、複数組の電極群４０が設けられてもよい。
＜正極板５０＞
図１に示すように、正極板５０は、平板状の第１正極板部分５２、平板状の第２正極板部分５４、及び、正極板連結部分５６を含んでいる。第１正極板部分５２は、当該第１正極板部分５２の一端である左側端に位置する第１正極板部分左側端５２ａにおいて正極集電体１０の正極集電部分１１に接触し、負極集電体２０の方向である右方向に延在している。又、第２正極板部分５４は、当該第２正極板部分５４の一端である左側端に位置する第２正極板部分左側端５４ａにおいて正極集電体１０の正極集電部分１１に接触し、第１正極板部分５２に対向して配置されている。更に、正極板連結部分５６は、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４を正極集電体１０の側（一方の側）で接続する。具体的には、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４は、互いに平行又は略平行に延在している。
図１に示すように、正極板５０は、平板状の第１正極板部分５２、平板状の第２正極板部分５４、及び、正極板連結部分５６を含んでいる。第１正極板部分５２は、当該第１正極板部分５２の一端である左側端に位置する第１正極板部分左側端５２ａにおいて正極集電体１０の正極集電部分１１に接触し、負極集電体２０の方向である右方向に延在している。又、第２正極板部分５４は、当該第２正極板部分５４の一端である左側端に位置する第２正極板部分左側端５４ａにおいて正極集電体１０の正極集電部分１１に接触し、第１正極板部分５２に対向して配置されている。更に、正極板連結部分５６は、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４を正極集電体１０の側（一方の側）で接続する。具体的には、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４は、互いに平行又は略平行に延在している。
図２及び図３に示すように、正極板５０は、多孔質構造を有する導電性の正極基材５０ａと、この正極基材５０ａに坦持された正極合剤５０ｂとを含んでいる。なお、後述するように、正極基材５０ａは発泡ニッケルのシート（即ちスポンジ状のシート）であるため、当該正極基材５０ａの厚み方向全てに正極合剤５０ｂが存在する。このため、図３では、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４において、正極基材５０ａと正極合剤５０ｂとの間の輪郭線を示していない。正極基材５０ａは、第１正極板部分５２、正極板連結部分５６、及び第２正極板部分５４に亘って連続して延在している。正極合剤５０ｂは、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４における正極基材５０ａの部分に坦持されている。即ち、正極板連結部分５６には正極合剤５０ｂが坦持されておらず、正極板連結部分５６では、正極基材５０ａの一部分が正極露出部分５０ｃ（図３）として露出している。そして、正極板連結部分５６における正極基材５０ａの部分である正極露出部分５０ｃは、直接、正極集電体１０の正極集電部分１１に接触している。
正極基材５０ａとしては、例えば、発泡ニッケルのシートを用いることができる。正極合剤５０ｂは、正極活物質粒子と、結着剤とを含む。また、正極合剤には、必要に応じて正極添加剤が添加される。上記した結着剤は、正極活物質粒子を互いに結着させるとともに、正極活物質粒子を正極基材に結着させる働きをする。ここで、結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョン、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）ディスパージョンなどを用いることができる。また、正極添加剤としては、酸化亜鉛、水酸化コバルト等が挙げられる。正極活物質粒子としては、ニッケル水素二次電池用として一般的に用いられている水酸化ニッケル粒子が用いられる。この水酸化ニッケル粒子は、高次化されている水酸化ニッケル粒子を採用することが好ましい。上記したような正極活物質粒子は、ニッケル水素二次電池用として一般的に用いられている製造方法により製造される。
正極板５０は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、図３に示すように、正極基材５０ａは、所定の幅Ｗ１を有して潰され、正極基材５０ａの一部分が正極露出部分５０ｃ（図３）として、他の部分よりも薄く形成される。他方、正極活物質粒子、水及び結着剤を含む正極合剤スラリーを調製しておき、調製された正極合剤スラリーを、例えば、発泡ニッケルのシートに充填する。この際、正極基材５０ａの正極露出部分５０ｃは正極基材５０ａの他の部分より薄く形成されているため、当該正極露出部分５０ｃには正極合剤スラリーが充填されない。その後、乾燥工程を経て、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケルのシートは、圧延されてから裁断される。その後、正極露出部分５０ｃにおいて右側向く面である右側取付面５０ｄに正極板絶縁部材７０を貼付し（図３）、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４を互いに接近する方向に折り曲げ、正極板５０が製造される（図１）。
＜負極板６０＞
図１に示すように、負極板６０は、平板状の第１負極板部分６２、平板状の第２負極板部分６４、及び、負極板連結部分６６を含んでいる。第１負極板部分６２は、当該第１負極板部分６２の一端である右側端に位置する第１負極板部分右側端６２ａにおいて負極集電体２０の負極集電部分２１に接触し、正極集電体１０の方向である左方向に延在している。更に、第１負極板部分６２は、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４の間に配置されている。又、第２負極板部分６４は、当該第２負極板部分６４の一端である右側端に位置する第２負極板部分右側端６４ａにおいて負極集電体２０の負極集電部分２１に接触し、第１正極板部分５２を介して第１負極板部分６２に対向して配置されている。更に、負極板連結部分６６は、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４を負極集電体２０の側（他方の側）で接続する。具体的には、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４は、互いに平行又は略平行に延在している。
図１に示すように、負極板６０は、平板状の第１負極板部分６２、平板状の第２負極板部分６４、及び、負極板連結部分６６を含んでいる。第１負極板部分６２は、当該第１負極板部分６２の一端である右側端に位置する第１負極板部分右側端６２ａにおいて負極集電体２０の負極集電部分２１に接触し、正極集電体１０の方向である左方向に延在している。更に、第１負極板部分６２は、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４の間に配置されている。又、第２負極板部分６４は、当該第２負極板部分６４の一端である右側端に位置する第２負極板部分右側端６４ａにおいて負極集電体２０の負極集電部分２１に接触し、第１正極板部分５２を介して第１負極板部分６２に対向して配置されている。更に、負極板連結部分６６は、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４を負極集電体２０の側（他方の側）で接続する。具体的には、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４は、互いに平行又は略平行に延在している。
図４及び図５に示すように、負極板６０は、金属製の負極芯体６０ａと、この負極芯体６０ａに担持された、負極活性物質を含む負極合剤６０ｂとを含んでいる。負極芯体６０ａは、導電性を有している。負極芯体６０ａは、第１負極板部分６２、負極板連結部分６６、及び第２負極板部分６４に亘って連続して延在している。負極合剤６０ｂは、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４における負極芯体６０ａの部分に坦持されている。即ち、負極板連結部分６６には負極合剤６０ｂは坦持されておらず、負極板連結部分６６では、負極芯体６０ａの一部分が負極露出部分６０ｃとして露出している。そして、負極板連結部分６６における負極芯体６０ａの部分である負極露出部分６０ｃが、直接、負極集電体２０の負極集電部分２１に接触している。
負極芯体６０ａは、貫通孔（図示せず）が分布された帯状の金属材であり、例えば、パンチングメタルシートを用いることができる。負極合剤６０ｂは、負極活性物質を含んで形成されている。負極合剤６０ｂは、負極芯体６０ａの貫通孔内に充填されるばかりでなく、負極芯体６０ａの表面及び裏面にも層状に担持されてレイヤーを形成している。負極合剤６０ｂは、負極活物質としての水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子、導電剤、結着剤及び負極補助剤を含む。上記した結着剤は水素吸蔵合金粒子、導電剤等を互いに結着させると同時に水素吸蔵合金粒子、導電剤等を負極芯体６０ａに結着させる働きをする。ここで、結着剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、親水性若しくは疎水性のポリマー、カルボキシメチルセルロースなどの、ニッケル水素二次電池用として一般的に用いられている結着剤を用いることができる。また、負極補助剤としては、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸ナトリウム等を用いることができる。水素吸蔵合金粒子における水素吸蔵合金としては、特に限定されるものではなく、一般的なニッケル水素二次電池に用いられているものを用いるのが好ましい。導電剤としては、ニッケル水素二次電池の負極に一般的に用いられている導電剤が用いられる。例えば、カーボンブラック等が用いられる。
負極板６０は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、上記のような水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末と、導電剤と、結着剤と、水とを準備し、これらを混練して負極合剤のペーストを調製する。得られたペーストは負極芯体６０ａに塗着され、乾燥させられる。乾燥後、負極板６０から、レイヤー状の負極合剤６０ｂの一部が切削され、負極芯体６０ａの一部が負極露出部分６０ｃとして露出される（図５）。この際、図５に示すように、負極芯体６０ａの右側に配置される負極合剤６０ｂは所定の幅Ｗ２で切削され、負極芯体６０ａの左側に配置される負極合剤６０ｂは、上記幅Ｗ２よりも広い幅Ｗ３で切削される。なお、負極芯体６０ａに負極露出部分６０ｃを形成するためには、負極芯体６０ａの一部をマスキングした状態で負極合剤のペーストを負極芯体６０ａに塗着させてもよい。その後、負極芯体６０ａの一部が露出した状態の負極板６０に対し、全体的に圧延が施される圧延工程により負極合剤６０ｂの密度が所定の値になるように調整が行われる。その後、負極露出部分６０ｃにおいて左側向く面である左側取付面６０ｄに負極板絶縁部材８０を貼付し（図５）、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４を互いに接近する方向に折り曲げ、負極板６０が製造される（図１）。
＜正極板絶縁部材７０、負極板絶縁部材８０＞
図１に示すように、正極板絶縁部材７０は、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられている。具体的には、図３に示すように、正極板絶縁部材７０は、正極基材５０ａの正極露出部分５０ｃにおける右側取付面５０ｄに貼付されている。又、図１に示すように、負極板絶縁部材８０は、負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられている。具体的には、図５に示すように、負極板絶縁部材８０は、負極芯体６０ａの負極露出部分６０ｃにおける左側取付面６０ｄに貼付されている。
図１に示すように、正極板絶縁部材７０は、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられている。具体的には、図３に示すように、正極板絶縁部材７０は、正極基材５０ａの正極露出部分５０ｃにおける右側取付面５０ｄに貼付されている。又、図１に示すように、負極板絶縁部材８０は、負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられている。具体的には、図５に示すように、負極板絶縁部材８０は、負極芯体６０ａの負極露出部分６０ｃにおける左側取付面６０ｄに貼付されている。
例えば、正極板絶縁部材７０及び負極板絶縁部材８０は、耐アルカリ性を有する絶縁素材から形成されている。例えば、正極板絶縁部材７０及び負極板絶縁部材８０は、耐アルカリ性を有する樹脂製フィルムの片面に、耐アルカリ性を有する粘着剤が塗布された絶縁テープである。より具体的には、ポリプロピレン製のフィルムの片面にアクリル系粘着剤が塗布された絶縁テープが正極板絶縁部材７０及び負極板絶縁部材８０として使用されてよい。正極板絶縁部材７０及び負極板絶縁部材８０を形成する樹脂製フィルムとしては、ポリプロピレンの他、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン等も使用することができる。又、粘着剤としては、アクリル系粘着剤のほか、天然ゴム系粘着剤、エポキシ樹脂系粘着剤等も使用することができる。
＜セパレータ９０＞
図１に示すように、セパレータ９０は、正極板５０及び負極板６０の間に配置されている。具体的には、セパレータ９０は、１枚のシート状素材を、複数回交互に反対方向に折り曲げてプリーツ状に形成されている。より具体的には、図１の後側から前側にかけて説明すると、セパレータ９０は、第１枠体３０と第２負極板部分６４との間を左右方向に延在し、正極集電部分１１と第２負極板部分６４との間を前後方向に延在し、第２負極板部分６４と第１正極板部分５２との間を左右方向に延在し、第１正極板部分５２と負極板絶縁部材８０との間を前後方向に延在し、第１正極板部分５２と第１負極板部分６２との間を左右方向に延在し、第１負極板部分６２と正極板絶縁部材７０との間を前後方向に延在し、第２正極板部分５４と第１負極板部分６２との間を左右方向に延在し、第２正極板部分５４と負極集電部分２１との間を前後方向に延在している。複数組の電極群４０が用意された場合、更に、セパレータ９０は、第２正極板部分５４と第２負極板部分６４との間を左右方向に延在している。これにより、セパレータ９０を介して、第２負極板部分６４及び第１正極板部分５２、第１正極板部分５２及び第１負極板部分６２、第１負極板部分６２及び第２正極板部分５４が対向する。なお、セパレータ９０の材料としては、アルカリ蓄電池用セパレータとして使用可能なものであれば特に限定されず、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの等を用いることができる。
図１に示すように、セパレータ９０は、正極板５０及び負極板６０の間に配置されている。具体的には、セパレータ９０は、１枚のシート状素材を、複数回交互に反対方向に折り曲げてプリーツ状に形成されている。より具体的には、図１の後側から前側にかけて説明すると、セパレータ９０は、第１枠体３０と第２負極板部分６４との間を左右方向に延在し、正極集電部分１１と第２負極板部分６４との間を前後方向に延在し、第２負極板部分６４と第１正極板部分５２との間を左右方向に延在し、第１正極板部分５２と負極板絶縁部材８０との間を前後方向に延在し、第１正極板部分５２と第１負極板部分６２との間を左右方向に延在し、第１負極板部分６２と正極板絶縁部材７０との間を前後方向に延在し、第２正極板部分５４と第１負極板部分６２との間を左右方向に延在し、第２正極板部分５４と負極集電部分２１との間を前後方向に延在している。複数組の電極群４０が用意された場合、更に、セパレータ９０は、第２正極板部分５４と第２負極板部分６４との間を左右方向に延在している。これにより、セパレータ９０を介して、第２負極板部分６４及び第１正極板部分５２、第１正極板部分５２及び第１負極板部分６２、第１負極板部分６２及び第２正極板部分５４が対向する。なお、セパレータ９０の材料としては、アルカリ蓄電池用セパレータとして使用可能なものであれば特に限定されず、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの等を用いることができる。
このようにして製造された電極群４０は、第１枠体３０、第２枠体３５、正極集電部分１１、及び、負極集電部分２１によって形成された収容空間Ｓに収容される。次いで、正極集電部分１１及び負極集電部分２１が互いに近接する方向（左右方向）に加圧される。これにより、第１正極板部分左側端５２ａ、第２正極板部分左側端５４ａ、及び正極板連結部分５６は正極集電部分１１に所定の圧力で押し付けられ、第１負極板部分右側端６２ａ、第２負極板部分右側端６４ａ、及び負極板連結部分６６は負極集電部分２１に所定の圧力で押し付けられる。この結果、正極板５０と正極集電体１０との間の導通、負極板６０と負極集電体２０との間の導通が確保される。引き続き、当該収容空間Ｓには所定量のアルカリ電解液が注入され、収容空間Ｓが密閉され、角形電池１が得られる。角形電池１は、初期活性化処理が施され、使用可能状態とされる。
次いで、本実施形態に係る角形電池１の作用、効果について説明する。本実施形態に係る角形電池１によれば、正極集電体１０及び負極集電体２０の間に配置される電極群４０は、負極集電体２０の方向に延在する第１正極板部分５２、第１正極板部分５２に対向して配置される第２正極板部分５４、及び、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４を正極集電体１０の側で接続する正極板連結部分５６、を含む正極板５０と、正極集電体１０の方向に延在するとともに第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４の間に配置される第１負極板部分６２、第１正極板部分５２を介して第１負極板部分６２に対向して配置される第２負極板部分６４、及び、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４を負極集電体２０の側で接続する負極板連結部分６６、を含む負極板６０と、正極板５０及び負極板６０の間に配置されるセパレータ９０と、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材７０と、負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材８０と、を有する。
このように、本実施形態に係る角形電池１では、正極板絶縁部材７０が、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられており、負極板絶縁部材８０が負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられている。
つまり、正極板５０の第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４は正極板絶縁部材７０によって被覆されておらず、負極板６０の第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４は負極板絶縁部材８０によって被覆されていない。このため、正極板５０及び負極板６０は、第１正極板部分５２、第２正極板部分５４、第１負極板部分６２、及び第２負極板部分６４の全体で角形電池１の充放電に寄与することができる。
又、正極板５０に生じたバリが負極集電体２０に接触する内部短絡を負極板絶縁部材８０によって防止することができ、負極板６０に生じたバリが正極集電体１０に接触する内部短絡を正極板絶縁部材７０によって防止することができる。
特に、正極集電体１０及び負極集電体２０の両側から圧力を加えて、正極板５０と正極集電体１０との間及び負極板６０と負極集電体２０との間における接触圧を高める場合であっても、正極板５０の負極集電体２０へ向かう移動は負極板絶縁部材８０によって制限されるため、正極板５０が負極集電体２０に接触する内部短絡を防止することができ、且つ、負極板６０の正極集電体１０へ向かう移動は正極板絶縁部材７０によって制限されるため、負極板６０が正極集電体１０に接触する内部短絡を防止することができる。
このようにして、電池容量の低下を抑制しつつ、内部短絡を防止することのできる角形電池１を提供することができる。
又、実施形態に係る角形電池１によれば、正極板連結部分５６における正極基材５０ａの部分即ち正極露出部分５０ｃは、直接、正極集電体１０の正極集電部分１１に接触しており、負極板連結部分６６における負極芯体６０ａの部分即ち負極露出部分６０ｃは、直接、負極集電体２０に接触している。このため、正極板５０と正極集電体１０との間の接触面積、及び、負極板６０と負極集電体２０との間の接触面積を大きくすることができ、正極板５０と正極集電体１０との間及び負極板６０と負極集電体２０との間における集電効率を向上させることができる。
更に、本実施形態に係る角形電池用電極群４０の作用、効果について説明する。本実施形態に係る電極群４０は、平板状の第１正極板部分５２、第１正極板部分５２に対向して配置される第２正極板部分５４、及び、第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４を接続する正極板連結部分５６、を含む正極板５０と、平板状の第１負極板部分６２であって第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４の間に配置される第１負極板部分６２、第１正極板部分５２を介して第１負極板部分６２に対向して配置される第２負極板部分６４、及び、第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４を他方の側で接続する負極板連結部分６６、を含む負極板６０と、正極板５０及び負極板６０の間に配置されるセパレータ９０と、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材７０と、負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材８０と、を備える。
このように、本発明の角形電池用電極群４０では、正極板絶縁部材７０が、正極板連結部分５６における第１負極板部分６２に対向する側に取り付けられており、負極板絶縁部材８０が負極板連結部分６６における第１正極板部分５２に対向する側に取り付けられている。
つまり、正極板５０の第１正極板部分５２及び第２正極板部分５４は正極板絶縁部材７０によって被覆されておらず、負極板６０の第１負極板部分６２及び第２負極板部分６４は負極板絶縁部材８０によって被覆されていない。このため、正極板５０及び負極板６０は、第１正極板部分５２、第２正極板部分５４、第１負極板部分６２、及び第２負極板部分６４の全体で角形電池１の充放電に寄与することができる。
又、当該角形電池用電極群４０を用いて角形電池１を製造する場合であっても、正極板５０に生じたバリが負極集電体２０に接触する内部短絡を負極板絶縁部材８０によって防止することができ、負極板６０に生じたバリが正極集電体１０に接触する内部短絡を正極板絶縁部材７０によって防止することができる。
特に、当該角形電池用電極群４０を用いて角形電池１を製造する際に、正極集電体１０及び負極集電体２０の両側から圧力を加えて、正極板５０と正極集電体１０との間及び負極板６０と負極集電体２０との間における接触圧を高める場合であっても、正極板５０の負極集電体２０へ向かう移動は負極板絶縁部材８０によって制限されるため、正極板５０が負極集電体２０に接触する内部短絡を防止することができ、且つ、負極板６０の正極集電体１０へ向かう移動は正極板絶縁部材７０によって制限されるため、負極板６０が正極集電体１０に接触する内部短絡を防止することができる。
このようにして、電池容量の低下を抑制しつつ、内部短絡を防止することのできる角形電池用電極群４０を提供することができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る角形電池１に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題、又は効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせても良い。
１ 角形ニッケル水素二次電池（角形電池）
１０ 正極集電体
２０ 負極集電体
４０ 電極群、角形電池用電極群
５０ 正極板
５０ａ 正極基材
５０ｂ 正極合剤
５２ 第１正極板部分
５４ 第２正極板部分
５６ 正極板連結部分
６０ 負極板
６０ａ 負極芯体
６０ｂ 負極合剤
６２ 第１負極板部分
６４ 第２負極板部分
６６ 負極板連結部分
７０ 正極板絶縁部材
８０ 負極板絶縁部材
９０ セパレータ
１０ 正極集電体
２０ 負極集電体
４０ 電極群、角形電池用電極群
５０ 正極板
５０ａ 正極基材
５０ｂ 正極合剤
５２ 第１正極板部分
５４ 第２正極板部分
５６ 正極板連結部分
６０ 負極板
６０ａ 負極芯体
６０ｂ 負極合剤
６２ 第１負極板部分
６４ 第２負極板部分
６６ 負極板連結部分
７０ 正極板絶縁部材
８０ 負極板絶縁部材
９０ セパレータ
Claims (3)
- 平板状の正極集電体と、
該正極集電体に対向して配置される平板状の負極集電体と、
前記正極集電体及び前記負極集電体の間に配置される電極群と、を備え、
前記電極群は、
一端において前記正極集電体に接触し、前記負極集電体の方向に延在する第１正極板部分、一端において前記正極集電体に接触し、前記第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を前記正極集電体の側で接続する正極板連結部分、を含む正極板と、
一端において前記負極集電体に接触し、前記正極集電体の方向に延在するとともに前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、一端において前記負極集電体に接触し、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を前記負極集電体の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、
前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、
前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、
前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を有することを特徴とする角形電池。 - 前記正極板は、導電性の正極基材であって前記第１正極板部分、前記正極板連結部分、及び前記第２正極板部分に亘って連続して延在する正極基材と、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分における正極基材の部分に坦持される正極合剤とを含んでおり、
前記負極板は、導電性の負極芯体であって前記第１負極板部分、前記負極板連結部分、及び前記第２負極板部分に亘って連続して延在する負極芯体と、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分における負極芯体の部分に坦持される負極合剤とを含んでおり、
前記正極板連結部分における正極基材の部分が、直接、前記正極集電体に接触しており、
前記負極板連結部分における負極芯体の部分が、直接、前記負極集電体に接触している、請求項１記載の角形電池。 - 平板状の第１正極板部分、該第１正極板部分に対向して配置される第２正極板部分、及び、前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分を一方の側で接続する正極板連結部分、を含む正極板と、
平板状の第１負極板部分であって前記第１正極板部分及び前記第２正極板部分の間に配置される第１負極板部分、前記第１正極板部分を介して前記第１負極板部分に対向して配置される第２負極板部分、及び、前記第１負極板部分及び前記第２負極板部分を他方の側で接続する負極板連結部分、を含む負極板と、
前記正極板及び前記負極板の間に配置されるセパレータと、
前記正極板連結部分における前記第１負極板部分に対向する側に取り付けられた正極板絶縁部材と、
前記負極板連結部分における前記第１正極板部分に対向する側に取り付けられた負極板絶縁部材と、を備えることを特徴とする角形電池用電極群。
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|---|---|---|---|
| JP2020047888A JP7431072B2 (ja) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 角形電池、及び角形電池用電極群 |
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| JP2021150128A JP2021150128A (ja) | 2021-09-27 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2003317795A (ja) | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 圧力吸収構造を備えた電池 |
| JP2011150913A (ja) | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 積層型電池 |
| JP5667173B2 (ja) | 2009-05-18 | 2015-02-12 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 磁性粒子に影響を及ぼし且つ磁性粒子を検出する装置及びその作動方法 |
| JP2015215988A (ja) | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 川崎重工業株式会社 | 角形電池 |
-
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