JPH0541211A

JPH0541211A - 密閉電池

Info

Publication number: JPH0541211A
Application number: JP3193909A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Mikuriya; 仁三栗谷; Mamoru Aoki; 護青木; Motohide Masui; 基秀増井; Hideo Kaiya; 英男海谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-19
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2762782B2

Abstract

(57)【要約】【目的】渦巻状の極板群を備える密閉電池において、
正・負の両電極板あるいは負極板の少なくとも片面に巻
回を容易にする筋状凹部を設けて巻回時の活物質の脱落
やクラックの発生をなくする。【構成】帯状の負極板または正・負の両極板の一方の
面、好ましくは巻回時に外周側となる面に、極板の幅方
向に沿って筋状凹部を設ける。この凹部により芯材に塗
着した活物質の巻回時での脱落やクラックの発生をなく
し、長寿命，高容量化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極板をセパレータを
介して渦巻状に巻回した密閉電池に関し、特にその極板
の形態の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクスの進歩につれ
て、各種電子機器の主電源およびバックアップ用電源と
して、数多くの種類の電池系、形状および寸法をもった
電池が開発、実用化されている。

【０００３】特に小型密閉電池においては、カメラ一体
型ＶＴＲやブック型・ノート型・パーム型パーソナルコ
ンピュータに代表される携帯用小型電気・電子機器の電
源に使用され、急速に需要が拡大しており、高信頼性，
高容量が望まれているのが現状である。

【０００４】それに伴い、これらの電池を構成するセパ
レータはより繊維径を細くし、電解液の保液性をあげて
電池寿命の向上を図ると共に、厚みを薄くすることで正
極・負極の活物質をより多く充填させ高容量化を図る傾
向にある。しかし、これらのセパレータは角型電池や偏
平型電池等のように極板の巻回を必要とせず、極板間に
セパレータを挟み込むような電池系にしか用いられてい
ないのが一般である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】密閉電池において、高
信頼性，高容量化を図るため、電極板を繊維径が細く、
かつ厚みの薄い織布や不織布または多孔質構造を有する
有機高分子膜のセパレータを介して渦巻状に巻回した場
合、角張って巻かれた極板によりセパレータは過剰に引
っ張られる。さらに、これらのセパレータは比較的強度
が弱いために巻回時にセパレータが切れてしまうという
課題がある。また通常、電極板は芯材３を中心にしてそ
の上下両面に活物質１，２を塗着した図３の構成をとる
が、巻回時に巻回軸芯側である電極板の内周側は圧縮さ
れ、反対に外周側は伸長されるため、特に、外周側にお
いて電極板のクラックが発生し、そのクラックが比較的
強度の弱いセパレータを貫通するため、リーク不良（短
絡）を生じるという課題がある。

【０００６】一方電池の高容量化を目的に、電池ケース
の一定容積内に正極・負極活物質をより多く充填するた
め、セパレータの厚みを薄くした場合、上記と同様の課
題が発生する。さらに正極板，負極板を厚くすると電池
ケースに挿入できない場合があり、厚くすることにも限
界がある。

【０００７】特開昭５４−１０６８３１号公報ではカド
ミウムを主体とした負極合剤を芯材に塗着し、表面に筋
状凹部を形成した未化板において、その周縁部の一部に
幅が極板全幅の１／３０〜１／６であり、かつ厚さが未
加圧部の厚さの１／２〜１／３であるプレス部を設けた
後、化成処理をする方法が提案されている。しかしこの
例では電極板周縁部の筋状凹部がプレスによりつぶれる
ため、巻回時プレス部分にクラックが発生し、そのクラ
ックのエッジやバリがセパレータを貫通するため、リー
ク不良（短絡）が発生する。またそのクラックのエッジ
やバリがセパレータを貫通せずに食い込んでいた場合、
負極板がカドミウムを主体とするアルカリ蓄電池である
ならば、充放電サイクルを繰り返すことにより、その部
分からカドミウムのデンドライトが発生し、ついにはリ
ークし寿命低下の要因となり、前記課題を解決できな
い。

【０００８】また、特開昭５８−２４２４６７号公報で
はニッケル金属のスポンジ状多孔体に水酸化ニッケルを
主とする活物質を充填した正極板において、Ｖ字状の溝
を設ける方法が提案されている。しかし負極板には筋状
凹部がなく、繊維径の細い、または厚みの薄いセパレー
タと組み合わせて巻回した場合、スポンジ状多孔体ニッ
ケル金属を基体とする正極板は、筋状凹部のない負極板
の巻回状態に支配されるため、角張って巻かれた極板に
よりセパレータが過剰に引っ張られて切れる欠点があ
る。

【０００９】また、負極板が角張って巻かれている部分
とセパレータを介して対向している正極板も同様に角張
って巻かれており、その部分におけるＶ字状の溝の表面
に近い部分はスポンジ状多孔体のニッケル金属が露出し
ている場合が多く、それがセパレータを貫通してリーク
不良となる課題がある。さらに、正極板の凹部（溝）の
先端部がＶ字状で鋭角であるとき、巻回時にその部分の
スポンジ状多孔体ニッケル金属が切れて広がるので活物
質が脱落するという課題もある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明における密閉電池は、繊維径が細く、および／
または厚みの薄いセパレータと組み合わせて渦巻状に巻
回した電極板において、負極板もしくは、正極・負極の
両電極板の少なくとも一方の全面に筋状凹部を設けたも
のであり、ここで凹部の断面形状は台形もしくは半だ円
形としたものである。

【００１１】

【作用】本発明における筋状凹部を設けた電極板をセパ
レータを介して渦巻状に巻回した場合、セパレータが繊
維径の細い、または厚みの薄いもので、電極板がスポン
ジ状多孔体等を基体とする極板でも、負極板の巻回状態
に支配されることなく、極板が筋目に沿ってより真円に
近く巻かれるため、セパレータの切れは見られない。ま
た極板にクラックの発生がなく、スポンジ状多孔体であ
るニッケル金属等の露出もないので、セパレータへの貫
通は見られない。また凹部の先端部が鋭角でない台形も
しくはだ円形であるため、巻回時にその部分のスポンジ
状多孔体であるニッケル金属や活物質そのものが切れて
広がらないので、活物質の脱落は見られない。さらに、
巻きの形状がより真円に近づくため、電池ケースの内径
に対し、電極板とセパレータからなる群構成物の外径に
余裕があるので、電極板の厚みを厚くして容量アップを
図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。

【００１３】（実施例１）多孔度９６％、平均孔径１５
０μｍ、高さ１．２mmのスポンジ状ニッケル金属基体を
芯材３として用意する。一方水酸化ニッケル８５重量
部、カーボニルコバルト７重量部、カーボニルニッケル
８重量部を加えて十分混合し、これを２％濃度のカルボ
キシメチルセルローズ水溶液でペースト状の正極合剤に
調整して基体に充填し、これを半乾燥状態で加圧して厚
さを０．７７mmに調整後、３％濃度のフッ素樹脂水性デ
ィスパージョンを含浸し、９０℃で２時間乾燥させて正
極板とした。この正極板の筋状凹部４の断面形状は、上
底（正極板の厚みの中心側）が０．１mm、下底（正極板
の表面側）が０．５mmの図１に示すような台形で、凹部
相互の間隔および深さはそれぞれ２mm，０．１mmとし
た。この正極板はロールプレス機表面に鏡面対称の筋状
凸部を設け、両面にプレスすることにより得た。負極板
は公知のペースト式カドミウム極とし、その厚みは０．
７２mm、筋状凹部４の断面形状は短半径が０．２５mmの
図２に示すような半だ円形で、凹部相互の間隔および深
さはそれぞれ２mm，０．１mmとし、正極板と同様の方法
により筋状凹部を得た。これらの極板を材質が６−ナイ
ロン、平均繊維径が１μｍ、厚みが０．１６mmの不織布
のセパレータを介して渦巻状に巻回し、これに比重１．
３０の水酸化カリウム水溶液を電解液として用いて、Ａ
サイズの密閉電池を構成した。

【００１４】（実施例２）焼結式の水酸化ニッケル正極
で筋状凹部は設けず、厚みを０．７０mmとした。負極は
実施例１と同材質で、厚みは０．６５mmで、筋状凹部の
断面形状は、上底（負極板の厚みの中心側）が０．０３
mm、下底（負極板の表面側）が０．３mmの台形で、凹部
相互の間隔および深さはそれぞれ１mm，０．２mmとし
た。この負極板はロールプレス機の表面に鏡面対称の筋
状凸部を設け、巻回時の外周部全面にプレスすることに
より得た。これらの極板を材質がポリプロピレン、平均
孔径が３０μｍ、厚みが０．１０mmの多孔質構造の高分
子膜よりなるセパレータを介して渦巻状に巻回し、これ
に比重１．３０の水酸化カリウム水溶液を電解液として
用いて、Ａサイズの密閉電池を構成した。

【００１５】比較例として実施例１と構成は同様である
が、正極板・負極板共に筋状凹部はなく、図３に示した
構造でその厚みがそれぞれ０．７０mm，０．６５mmの極
板を用いて電池を構成した。実施例１，実施例２および
比較例共にそれぞれの正極・負極の充填密度と電解液量
は同一である。

【００１６】実施例１，実施例２共に負極板がより真円
に巻かれているので、正極板も負極板の巻回状態に支配
されることなく、より真円に巻かれている。この事によ
りセパレータの切れや電極板のクラックの発生は見られ
なかった。以下筋状凹部について詳細に報告する。

【００１７】筋状凹部の断面形状については三角形等は
溝の先端部がＶ字状であるため、巻回時に先端部が切れ
て広がり活物質が脱落する。従って台形または半だ円形
が良い。台形の場合上底（電極板の中心側）の幅が０．
０１mm未満の場合、巻回時にその部分が切れて広がり活
物質が脱落する欠点があり、０．５mmを超える場合はプ
レス時に溝と溝の間が膨れ、その部分が脆くなって活物
質が脱落するため、０．０１〜０．５mmが良い。また、
下底（電極板の表面側）の幅が３mmを超えた場合も、プ
レス時に溝と溝の間が膨れ、その部分が脆くなり活物質
が脱落するので、３mm以下が良く、特に０．１〜３mmが
好ましい。溝が半だ円形の場合は短い方の半径が１．５
mmを超えた場合、台形と同じくプレス時に溝と溝の間が
膨れ、その部分が脆くなって活物質が脱落するので、半
径は３mm以下が良く、特に０．０５〜１．５mmが好まし
い。溝形状が台形，だ円形の場合を実施例１および実施
例２に示す。

【００１８】筋状凹部の相互の間隔については、０．１
mm未満の場合、電極板の表面から活物質が脱落する欠点
があり、また１０mmを超えた場合、巻回時に電極板の溝
と溝との間でクラックが発生するため、溝間隔は０．１
〜１０mmが良く、特に０．５〜８mmが好ましい。溝間隔
が１mm，２mmの場合をそれぞれ実施例２，実施例１に示
した。

【００１９】筋状凹部の深さについては、電極板厚みの
１／２５未満の場合、凹部の深さが浅く、巻回時に電極
板のクラックが発生する欠点があり、１／３を超えた場
合、電極板の表面から活物質が脱落するため、凹部の深
さは電極板厚みの１／２５〜１／３が良く、特に１／２
０〜１／３が好ましい。凹部の深さが電極板の厚みの約
１／７，約１／３の場合をそれぞれ実施例１，実施例２
に示した。

【００２０】筋状凹部は負極板もしくは、正極・負極の
両電極板の少なくとも一方の全面に設けるのが良いが、
一方の面に凹部を設ける場合は、巻回時に外周部となる
面に設けることが好ましい。また、凹部は巻回方向に対
して垂直方向、すなわち極板の幅方向に沿って設けるの
が好ましく、より真円に巻くことができる。

【００２１】これら凹部の形状，間隔，深さは、二液性
硬化樹脂により固めた後、裁断機により裁断し、その断
面を顕微鏡で１００倍に撮り、測定点２０箇所の平均を
求めた。

【００２２】セパレータの孔径および繊維径はその表面
を走査型電子顕微鏡で２００倍に撮り、測定点５０箇所
の平均を求め、膜厚はダイヤルシックネスゲージ（測定
圧１．４Ｎ）にて測定した。また寿命評価は、１Ｃ（電
池の公称容量を表す数値）電流での充放電を繰り返し、
初期容量の６０％になるときのサイクル数をみた。

【００２３】電極板の筋状凹部の形状，間隔，深さとリ
ーク不良，寿命，標準容量の関係を（表１）に示す。な
お寿命，容量については比較例を１００としてその指数
で示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】（表１）から明らかなように、繊維径の細
いまたは厚みの薄いセパレータと組み合わせても、負極
板もしくは、正極・負極の両電極板の少なくとも一方の
全面に筋状凹部を設けることにより、前述したようにセ
パレータの切れもなく、リーク不良は皆無となり、かつ
寿命を従来の約１．５倍にすることができた。さらにセ
パレータを薄くし、正極・負極板の厚みを厚くすること
で、これまでに比べて約２０％の容量増となり、しかも
リーク不良や寿命低下のような不具合も解消される。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
繊維径の細いまたは厚みの薄いセパレータと筋状凹部を
表面に設けた電極板と組み合わせることにより、高信頼
性で高容量の密閉電池を提供することが可能になった。
なお上記ではアルカリ蓄電池についてだけ説明したが、
電極板を渦巻状に巻回した密閉電池であれば、電池系に
制限されるものではない。例えば、ニッケル水素二次電
池やリチウム二次電池にも筋状凹部の間隔，深さ，形状
やセパレータを吟味すれば、充分適用可能であることは
いうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアルカリ蓄電池の負極板の一例を
示す断面図

【図２】本発明によるアルカリ蓄電池の正極板の一例を
示す断面図

【図３】従来のアルカリ蓄電池の負極板の一例を示す断
面図

【符号の説明】

１正極合剤２負極合剤３芯材４筋状凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海谷英男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極板をセパレータを介して渦巻状に巻回
した密閉電池であって、負極板もしくは、正極・負極の
両電極板の少なくとも一方の全面に極板の幅方向に沿っ
て筋状凹部を設けたことを特徴とする密閉電池。
【請求項２】セパレータが９μｍ以下の平均繊維径をも
ち、０．２０mm以下の厚みの織布または不織布であるこ
とを特徴とする請求項１記載の密閉電池。
【請求項３】セパレータが５０μｍ以下の平均孔径をも
ち、かつ０．１５mm以下の厚みの多孔質構造を有する有
機高分子膜であることを特徴とする請求項１記載の密閉
電池。
【請求項４】筋状凹部の形状が、電極板の厚みの中心側
の幅が０．０１〜０．５mm、電極板の表面側の幅が０．
１〜３mmの台形かまたは短半径が０．０５〜１．５mmの
半だ円形であることを特徴とする請求項１記載の密閉電
池。
【請求項５】筋状凹部の相互の間隔が０．１〜１０mmで
あることを特徴とする請求項１記載の密閉電池。
【請求項６】筋状凹部の深さが電極板の厚みの１／２５
〜１／３であることを特徴とする請求項１記載の密閉電
池。