JPH06203870A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非真円形状渦巻電極体を備えた電池のサイク
ル性能の劣化を防止することを目的とする。 【構成】 正極と、負極とをセパレータを介して渦巻電
極体を構成し、該渦巻電極体を押圧して非真円形状渦巻
電極体とする電池において、前記渦巻電極体の中心透孔
部に中空金属パイプを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非真円形状の断面を有
する渦巻電極体を用いた電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、多くの機器の電子化が進みそれら
の電源として電池が使用されている。このような機器の
中でも特にラジオ、テープレコーダあるいはカメラなど
の分野において機器の小型化、薄型化などが要求されて
いる。この機器の小型化、薄型化を考慮した場合、電池
としても当然、小型、軽量化が期待されており、さらに
機器内での電池体積の占める割合（機器内の体積効率）
を考えると角型タイプが実装効率上有利であることが知
られている。

【０００３】この角型タイプの電池としては、ニッケル
−カドミウム電池、鉛電池等の分野で極板を数層に重ね
た積層型が広く普及している。しかしながら、使用機器
において大電流、高電圧を要求されるようになり、更な
る高出力化や重負荷特性の向上を考慮した場合、電極を
薄型化し、これを渦巻状に捲回して非真円形状の断面を
有する渦巻電極体として用いる方法が最も有効であり、
又生産性の面においても有利である。

【０００４】この渦巻電極体を製造する方法としては、
板状の巻心に極板を巻き付けて形成する方法（特開昭
５８−２１８７６８号公報）、真円形状の電極体を所
定方向に押圧して形成する方法（特開昭６０−２５１６
４号公報）が提案されている。

【０００５】しかしながら、の方法は、初めから楕円
状に巻き取るために、その巻き取り装置や巻き取り方法
が困難であり、の真円に巻き取り押圧する方法が多く
用いられている。

【０００６】ところがこの方法によると、所定方向に押
圧した際、真円巻き取り時に形成された渦巻電極体の中
央透孔部は、不規則な変形を示すことになる。この変形
は、渦巻電極体最内周部近傍の電極が最大の曲率で折れ
曲がり、電極の芯体から活物質の剥離が生じたり、電極
の破損が生じたりする。さらに、極端な場合は、破損し
た電極がセパレータを破壊して、内部短絡の原因となる
こともある。

【０００７】又、この方法のもう一つの大きな問題点と
して、非真円形状渦巻電極体の内周部と外周部のコーナ
部の曲率の差により、電極の緊迫度、電極間距離に不均
一性が生じ、これが放電性能やサイクル特性に悪影響を
及ぼしていた。

【０００８】この対処として、真円形状渦巻電極体の中
央開孔部に所望の断面形状を有する芯体を挿入した後、
渦巻電極体を圧縮成形する方法（特開昭６０−２５１６
４号公報）が提案されている。

【０００９】しかしながら、この公報の目的は、スポッ
ト孔を確保することであり、そのために、渦巻電極体を
外装缶内に挿入した後、芯体を除去しなければならな
い。したがって、結果的に渦巻電極体の緊迫度が確保さ
れないという問題点がある。

【００１０】さらに、この方法では、渦巻電極体最内周
部の電極破損や緊迫度の不均一性を十分に防止すること
ができない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決し、長円形，楕円形等の断面が非真円形
状の渦巻電極体に生じていた電極の破損や内部短絡ある
いは電極の緊迫度の不均一性から生じる電池性能劣化等
を防止し、高品質、高性能な電池を提供することを目的
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極と、負極
とをセパレータを介して渦巻電極体を構成し、該渦巻電
極体を押圧して非真円形状渦巻電極体とする電池におい
て、前記渦巻電極体の中心透孔部に中空金属パイプを備
えたことを特徴とするものである。

【００１３】また、前記非真円形状渦巻電極体を収納す
る外装缶断面形状が、矩形もしくは長円形状を有するこ
とが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明の電池は、渦巻電極体の中心透孔部に中
空金属パイプを備えているので、押圧によって真円形状
渦巻電極体を非真円形状にしたとき、非真円形状渦巻電
極体の最内周部においても、中空金属パイプの外周によ
って形成される一定量以内の曲率が確保されるので、電
極の破損及び電極の欠落による内部短絡などが防止でき
る。

【００１５】又、内周部の緊迫度のいびつ性が防止さ
れ、均一な緊迫度が保持されるので電池反応が促進さ
れ、放電特性や二次電池の場合のサイクル特性が向上す
る。

【００１６】さらに、非真円形状渦巻電極体中心部の中
空金属パイプをそのまま集電芯体として用いることがで
きるので、製造工程を簡略化することができる。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳
述する。

【００１８】図１に本発明の非真円形状渦巻電極体を示
す。１は渦巻電極体の中心透孔部に設けた中空金属パイ
プ、２は正極と、負極とを、セパレータを介して卷回し
た渦巻電極体である。

【００１９】ここで、正極は、あらかじめリチウム塩を
加え、混合焼成した二酸化マンガン８０重量部と、導電
剤としてのアセチレンブラックを１０重量部と、結着剤
としてのフッ素樹脂粉末を１０重量部とを混練した後、
ステンレス製のパンチングを芯体として、前記混合合剤
を加え、厚み約０．５ｍｍの帯状の電極を作製し、正極
とする。負極は、厚み約０．２ｍｍのリチウムホイルを
帯状に加工して用いた。セパレータは、ポリプロピレン
製の微多孔性膜を用いた。

【００２０】上記正極と、負極とを、セパレータを介し
て、外径６ｍｍ、内径５ｍｍの鉄−ニッケルメッキ製の
中空金属パイプ１を巻芯として、卷回して渦巻電極体２
とした。この渦巻電極体２は直径約１３ｍｍである。

【００２１】次に、この渦巻電極体２を所定の治具にて
押圧し、図４に示すような長辺約１８ｍｍ、短辺約８ｍ
ｍの非真円形状渦巻電極体を作製した。この非真円形状
渦巻電極体を外径２０×１０ｍｍ、高さ約５０ｍｍの角
形外装缶に挿入して、有機電解液を注入後封口を行い、
角形電池を作製し、本発明電池Ａとした。この時中心部
の金属ピンは、負極の集電端子として用い、封口体に設
けられた負極端子に接続をした。

【００２２】この電池構成を図２に示す。図２におい
て、２は正極、負極、セパレータよりなる非真円形状渦
巻電極体、１は集電端子を兼ねた中空金属パイプを示
す。３は電池外装缶、４は封口体、５は中空金属パイプ
と接続された負極端子板である。

【００２３】尚、本発明電池Ａ１は、角形外装缶を用い
たが、非真円形状渦巻電極体を収納できるような外装缶
の断面が矩形または長円形状であれば良い。

【００２４】〔比較例１〕比較例１として、図５に示し
たように、渦巻電極体の中央透孔部に約６ｍｍの開口部
（巻き取り孔）を有する真円形状渦巻電極体を押圧し
て、非真円形状渦巻電極体とする以外は、実施例１と同
様にして電池を作製して、比較電池Ｘ１とした。

【００２５】〔比較例２〕比較例２として、図６に示し
たように、渦巻電極体の中央透孔部に断面が長方形状の
芯体を挿入した後、押圧して、非真円形状渦巻電極体と
する以外は、実施例１と同様にして電池を作製して、比
較電池Ｘ２とした。

【００２６】［実験１］組立て直後の本発明電池Ａ１、
比較電池Ｘ１及びＸ２の内部短絡不良数を表１に示す。
内部短絡は、開路電圧、内部抵抗値より判定した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から明らかなように、比較電池Ｘ１及
びＸ２では、内部短絡が発生しているのに対して、本発
明電池Ａ１では、内部短絡が完全に防止することができ
る。

【００２９】各電池を分解調査した結果、内部短絡した
比較電池Ｘ１及びＸ２では、渦巻電極体の最内周部近傍
において、正極芯体から活物質剥離や脱落等が確認さ
れ、これが内部短絡の原因と考えられる。

【００３０】［実験２］本発明電池Ａ１、比較電池Ｘ１
及びＸ２の充放電サイクル試験を行った。サイクル条件
は、充放電電流ともに２００ｍＡで、充電は３．５Ｖ、
放電は２．０Ｖを終止電圧とした。この結果を図３に示
した。

【００３１】図３の縦軸は、初めの電池容量を１００と
したときの各サイクル毎の電池容量の比率を示すもので
あり、横軸はサイクル回数を示す。

【００３２】図３より、本発明電池Ａ１は、比較電池Ｘ
１及びＸ２に比べて、サイクル性能が優れており、且つ
サイクル特性にバラツキが少なく非常に安定しているこ
とが判る。

【００３３】次に、本発明電池Ａ１の押圧成形前後の渦
巻電極体断面図を図４に示した。ここで、図４ａは押圧
成形前、図４ｂは押圧成形後の渦巻電極体を示す。この
ように、本発明電池Ａ１は、真円形状渦巻電極体を非真
円形状渦巻電極体に押圧成形するときに、渦巻電極体の
中央透孔部に中空金属パイプを備えているので、押圧に
よる渦巻電極体最内周部近傍への圧力を金属パイプの中
空部分で吸収できるために、図４ｂに示すように、渦巻
電極体最内周部近傍の曲率を小さくすることができ、電
極の剥離や脱落を防止することができる。

【００３４】しかしながら、図５に示した比較電池Ｘ１
の場合では、卷回時に渦巻電極体の中心透孔部に形成さ
れた開口６が図５ｂ、ｃに示したように押圧時には、不
規則に変形する。通常、図５ｂの様に渦巻電極体の最内
周部近傍の電極は最大の曲率を形成してしまい、ほとん
どが折れ曲がった状態になる。ところが、渦巻電極体の
外周部方向に行くにしたがって、曲率は小さくなるの
で、内周部と外周部での曲率のアンバランスが生じて、
その結果極板間に隙間が生じる。また、別の形態として
図５ｃの様に開口部がひょうたん状に変形し、この非真
円形状渦巻電極体を外装缶に挿入した場合、長手方向の
中央透孔部近傍の電極緊迫度が低下する。

【００３５】このように図５の場合、電極間距離が不均
一になり、接触不良を引き起こし易くなり、電流密度の
不均一化等も生じるために、サイクル性能のバラツキや
劣化の要因となっている。

【００３６】次に、図６に示した比較電池Ｘ２の場合、
非真円形状渦巻電極に押圧した後、断面長方形状の芯体
７を除去するために、比較電池Ｘ１と同様に電極間の緊
迫度が維持できない。

【００３７】また、芯体を金属製にしてそのまま使用す
る場合でも、図６ｂ示した様に渦巻電極体の最内周部の
長径方向では曲率が大きくなるために、この個所で電極
の剥離や脱落を生じてしまい、サイクル性能のバラツキ
や劣化を生じることになる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、渦巻電極体中央透孔部に中空
金属パイプを配置しているので、渦巻電極体を非真円形
状に押圧しても、渦巻電極体の最内周近傍は曲率を小さ
くすることができ、電極の剥離や脱落を防止することが
でき、さらに、電極間の緊迫度も中空金属パイプによ
り、確保できるために、サイクル性能のバラツキや劣化
を防止することができる。

【００３９】また、中空金属パイプをそのまま集電体と
して用いることもできるために、中空金属パイプを引き
抜くことなくそのまま使用できるので、複雑な工程も必
要なく、簡単な生産工程で生産能率も向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の非真円形状渦巻電極体の斜視図で
ある。

【図２】本発明電池の断面図である。

【図３】本発明電池Ａ１と比較電池Ｘ１及びＸ２のサイ
クル特性図である。

【図４】ａ 本発明電池Ａ１の押圧成形前の渦巻電極体
の断面図である。 ｂ 本発明電池Ａ１の押圧成形後の渦巻電極体の断面図
である。

【図５】ａ 比較電池Ｘ１の押圧成形前の渦巻電極体の
断面図である。 ｂ 比較電池Ｘ１の押圧成形後の渦巻電極体の断面図で
ある。 ｃ 比較電池Ｘ１の押圧成形後の渦巻電極体の断面図で
ある。

【図６】ａ 比較電池Ｘ２の押圧成形前の渦巻電極体の
断面図である。 ｂ 比較電池Ｘ２の押圧成形後の渦巻電極体の断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・・・・中空金属パイプ ２・・・・・・渦巻電極体 ３・・・・・・電池外装缶 ４・・・・・・封口体 ５・・・・・・負極端子板 ６・・・・・・芯体 ７・・・・・・開口 Ａ１・・・・・本発明電池 Ｘ１・・・・・比較電池 Ｘ２・・・・・比較電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前西 信彦 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極と、負極とをセパレータを介して渦
   巻電極体を構成し、該渦巻電極体を押圧して非真円形状
   渦巻電極体とする電池において、前記渦巻電極体の中心
   透孔部に中空金属パイプを備えたことを特徴とする電
   池。
2. 【請求項２】 前記非真円形状渦巻電極体を収納する外
   装缶断面形状が、矩形もしくは長円形状を有することを
   特徴とする請求項１記載の電池。