JPH09129223A

JPH09129223A - 捲回形電池用電極

Info

Publication number: JPH09129223A
Application number: JP7281586A
Authority: JP
Inventors: 祐一 ▲高▼塚; Yuichi Takatsuka; Takao Ogura; 孝夫小倉; Toshiaki Konuki; 利明小貫
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】高容量密度の電極をショートなく捲回するこ
とができるだけでなく、基体の損傷を減少させ、電極の
亀裂を減少させ、高率放電特性を向上させることができ
る捲回形電池用電極を提供する。【解決手段】電極１の両表面に凹部２を点在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペースト式の正極
と負極がセパレータを介して渦巻状に捲回されている捲
回形電池用電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】円筒形電池、例えばニッケルカドミウム
蓄電池やニッケル水素蓄電池のニッケル極は、焼結式あ
るいはペースト式と呼ばれる製法により作成している。

【０００３】焼結式は、ニッケル粉末を焼結させた多孔
性基体に、化学含浸法により活物質を充填し、電極とす
る方法である。

【０００４】ペースト式は、３次元網目構造を有する発
泡ニッケル基体等に、水酸化ニッケルを主成分としたペ
ーストを物理的に充填し、乾燥，圧延工程を経て電極と
する方法である。

【０００５】このペースト式の特徴としては、製造工程
を簡略化できることが挙げられるが、最も大きな特徴
は、電極の容量密度を高め、高容量電池を製造できるこ
とにある。この理由は、電極の基体の占有体積が焼結式
より小さいこと、圧延工程で圧密化できることにある。
しかしながら、ペースト式では、電極の高密度化に伴い
電極自体が堅くなるため、捲回工程で渦巻状に巻かれた
捲回群が真円にならないため、電池缶への挿入ができな
かったり、電極の亀裂（クラック）によるショートが発
生し易い問題点があった。

【０００６】この点に関して改善した電極が、特開平５
ー７８１４１号公報に記載されている。その内容は、電
極の表面にその捲回方向と垂直方向にＶ字状の溝を設け
ることにある。このようにすると、正極の亀裂によるシ
ョート不良及び電池特性を改善でき、また注液速度を上
げることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに電極表面にＶ字状の溝を設けても、該溝を設けて薄
くなり曲がりやすくなった部分では、亀裂が発生してい
る。この場合、溝が多数存在するため、結果としてショ
ートにつながる大きな亀裂は存在しない。特に、曲率半
径の小さい巻き始めにおいて、そのことは顕著である。

【０００８】このため、電極表面に対する従来の溝の付
け方では、捲回方向に対して垂直方向にＶ字状の溝を上
端から下端にかけて設けているため、溝の部分で直線的
な亀裂が入り、その前後で導電性の低下を引き起こし、
そのため高率放電特性を低下させる問題点があった。

【０００９】また、このように電極の表面にその捲回方
向と垂直方向にＶ字状の溝を設ける構造では、Ｖ字状突
起を有する金型を用いて、該金型のＶ字状突起を電極の
表面に食い込ませてＶ字状の溝を設けるに際しては、電
極の伸びが大きいため、集電体である基体を痛めていた
ことも、亀裂が起こり易い原因となっていた。

【００１０】本発明の目的は、高容量密度の電極をショ
ートなく捲回することができるだけでなく、基体の損傷
を減少させ、電極の亀裂を減少させ、高率放電特性を向
上させることができる捲回形電池用電極を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ペースト式の
正極と負極がセパレータを介して渦巻状に捲回されてい
る捲回形電池を改良の対象としている。

【００１２】本発明に係る捲回形電池用電極において
は、電極の両面若しくは片側面の表面に凹部が点在され
ていることを特徴とする。

【００１３】高容量密度化して堅くなった電極の表面に
凹部を点在させると、薄く、曲がり易い部分ができ、電
極の柔軟性が向上する。そのため、この点在した凹部を
有する電極を用いて、渦巻状に捲回した場合、曲率半径
の小さい巻き始め部であっても、軸に沿って滑らかに曲
げられ、真円に近い形で捲回群を得ることができ、ショ
ートなく、高容量な電池を製造できる。また、電極表面
に点在する凹部を設ける際、凹部のない平坦部分も点在
しているため、電極の伸びも上端から下端にかけてＶ字
状の溝を設けるよりも小さい。この効果により高率放電
特性の優れた高エネルギー密度の電池となる。

【００１４】この場合、点在する凹部の深さは、電極厚
みに対して0.5 〜10％とすることが好ましい。

【００１５】また、点在する凹部の幅は、電極長さ方向
に対して0.01〜0.7 ％とすることが好ましい。

【００１６】また、点在する凹部のトータル面積は、電
極面積に対して0.5 〜10％とすることが好ましい。

【００１７】また、点在する凹部は、捲回巻き始め部か
ら長さ方向に対して５分の１の位置までの電極表面に、
全凹部のトータル面積の20〜40％の面積で存在するよう
に設けることが好ましい。

【００１８】このような条件で凹部を設けると、高率放
電特性を確実に向上させることができ、また捲回不良率
を確実に低下させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係
る捲回形電池用電極における実施の形態の一例を示した
ものである。

【００２０】本例の捲回形電池用電極においては、ペー
スト式電極１の両表面に矩形状の凹部２が点在された構
造になっている。

【００２１】

【実施例】高容量を特徴としたニッケル・水素蓄電池用
の正極であるペースト式ニッケル極に対し、本発明を適
用した実施例について説明する。

【００２２】（本実施例の電極の元になる元電極の作
製）ペースト式ニッケル極の組成は、水酸化ニッケル粉
末90wt％、コバルト粉末10wt％をバインダー溶液２wt％
に投入し、混練してペーストを得る。これを空気率95％
の３次元網目構造を有する発泡ニッケル基体に充填し、
乾燥後、ロールプレス機で加圧することにより電極厚み
を0.65mmとした。この電極を、長さ80mm，幅41mmに切断
し、容量密度665mAh／cm³，電極容量1300mAh の元電極
を得た。

【００２３】（実施例Ａの電極作製）この元電極を、点
在する凸部のある金型で挟み、表面に凹部２が点在する
電極１を作製した。各凹部２の形状は、0.03mm×2.0mm
の長方形で（各凹部２の幅は、電極長手方向に対して0.
04％）、捲回方向に対して垂直向きに配置した。凹部２
の数は１cm²当たり約22箇所とし、該凹部２の面積は電
極面積当たり1.4 ％とした。凹部２の深さを１μｍ，３
μｍ，30μｍ，50μｍ，70μｍ（電極厚みに対して、0.
2 ％，0.5 ％，4.6 ％，7.7 ％，10.8％）とした各電極
１を、それぞれ電極１Ａ1 ，１Ａ2 ，１Ａ3 ，１Ａ4 ，
１Ａ5 と称する。

【００２４】（実施例Ｂの電極作製）元電極を、点在す
る凸部のある金型で挟み、表面に凹部２が点在する電極
１を作製した。凹部２の形状は、幅を10μｍ，30μｍ，
100 μｍ，500 μｍ，600 μｍ（各凹部２の幅は、電極
長手方向に対し、0.01％，0.04％，0.14％，0.70％，0.
81％）とし、長さを2.0mm とした長方形とし、この凹部
２を捲回方向に対して垂直向きに配置した。電極体積当
たりの凹部２の面積は1.4 ％とし、各凹部２の深さは30
μｍ（電極厚みに対して4.6 ％）に固定した。得られた
電極を、凹部２の幅の短い方から電極１Ｂ1 ，１Ｂ2
（電極１Ａ3 と同様），１Ｂ3 ，１Ｂ4 ，１Ｂ5 と称す
る。

【００２５】（実施例Ｃの電極作製）元電極を、点在す
る凸部のある金型で挟み、表面に凹部２が点在する電極
１を作製した。凹部２の形状は、0.03mm×2.0mm の長方
形で（各凹部２の幅は、電極長手方向に対して0.04
％）、捲回方向に対して垂直向きに配置した。各凹部の
深さは30μｍに固定し、各凹部２のトータル面積は単位
面積当たりの凹部２の数を調整することで、0.3 ％，0.
5 ％，1.4 ％，2.8 ％とした。得られた電極を、電極１
Ｃ1 ，１Ｃ2 ，１Ｃ3 （電極１Ａ3 と同様），１Ｃ4 と
称する。また、凹部２の形状を0.05mm×3.0mm の長方形
に変更し、凹部２の深さを上記と同様にし、凹部２の面
積を変化させ、各凹部２のトータル面積を3.0 ％，10.0
％，15.0％とした。得られた電極を、電極１Ｃ5 ，１Ｃ
6 ，１Ｃ7 と称する。

【００２６】（実施例Ｄの電極作製）元電極を、点在す
る凸部のある金型で挟み、表面に凹部２が点在する電極
１を作製した。凹部２の形状は、0.03mm×2.0mm の長方
形で（各凹部２の幅は電極長手方向に対して0.04％）、
捲回方向に対して垂直向きに配置した。各凹部２の深さ
は30μｍに固定し、各凹部２のトータル面積は1.4 ％と
した。本実施例では、この電極の巻き始めから５分の１
の位置までの電極表面に凹部２を密に設けた。その割合
は各凹部２のトータル面積の20％，30％，40％，50％と
した。これら電極を、電極１Ｄ1 （電極１Ａ3 と同
様），１Ｄ2 ，１Ｄ3 ，１Ｄ4 と称する。

【００２７】（従来例Ｅのニッケル極作製）電極表面に
凹部を設けない元電極を電極１Ｅとした。

【００２８】（従来例Ｆのニッケル極作製）元電極を、
点在する凸部のある金型で挟み、電極幅の上端から下端
にかけて連続したＶ字状の凹部２を設けた。凹部２の幅
は0.03mm、深さは0.03mmとし、Ｖ字状の凹部２の間隔を
変化させ、電極表面積に対する各凹部２のトータル面積
を0.6 ％，1.5 ％，3.0 ％，6.0 ％とした。得られた電
極を、電極１Ｆ1 ，１Ｆ2 ，１Ｆ3 ，１Ｆ4 と称する。

【００２９】（実施例及び従来例の電池作製）実施例Ａ
〜Ｄで得られた電極及び従来例Ｅ，Ｆの電極を用いて電
池を作製した。ペースト式ニッケル極は、電極長さ75m
m，幅40mmに切断して、電池用電極とした。この正極と
水素吸蔵合金の負極をナイロン製のセパレータを介して
配置し、上下から２kgｆ／cm²で加圧したロールで押さ
えながら捲回し、その電極群を電池缶に挿入することで
ＡＡサイズの電池を得た。電解液は、30.0wt％水酸化カ
リウム溶液に水酸化リチウムを溶解させたものを所定量
使用した。この電池の容量は、1250〜1300mAh である。

【００３０】これらの電極を捲回したときのショート発
生率，高率放電特性を図２〜図６で比較した。高率放電
試験は、１CmA で150 ％充電した後に３CmA で1.0 Ｖま
で放電したときの容量を示した。

【００３１】高容量密度の電極になると、従来の電極１
Ｅの場合、捲回群の径が楕円になるなどして電池缶に収
まらなかったり、大きな亀裂が生じるため、集電体であ
る発泡基体がセパレータを貫通するというショートが発
生した。

【００３２】これに対し、本実施例Ａ〜Ｄのように電極
表面に点在する凹部２を設けると、小さな捲回径で巻く
ことができ、電池缶に容易に挿入でき、また、大きな亀
裂がないためショートの発生を防止できた。

【００３３】図２は、実施例Ａの電極１Ａ1 ，１Ａ2 ，
１Ａ3 ，１Ａ4 ，１Ａ5 を用いた電池の高率放電容量と
捲回不良率の関係を示したものである。

【００３４】この図２から明らかなように、点在する凹
部２の深さが電極厚みに対して0.5％〜7.7 ％である
と、効果が大きいことを示している。あまり凹部２の深
さが小さいと効果がなく、また深さが大きすぎてもかえ
って基体の損傷を引き起こし、切れやすくなるため、集
電性が劣り、高率放電性能が低下する。

【００３５】図３は、実施例Ｂの電極１Ｂ1 ，１Ｂ2 ，
１Ｂ3 ，１Ｂ4 ，１Ｂ5 を用いた電池の高率放電容量と
捲回不良率の関係を示したものである。

【００３６】この図３から明らかなように、点在する凹
部２の幅が電極長さに対して0.7 ％以下であれば効果が
あることを示している。あまり点在する凹部２の幅が広
いと凹部２の作製のときに電極の伸びが大きくなり集電
性が低下する。また、凹部２を作製するときにプレス力
が大きくなる。

【００３７】図４は、実施例Ｃの電極１Ｃ1 ，１Ｃ2 ，
１Ｃ3 ，１Ｃ4 ，１Ｃ5 ，１Ｃ6 ，１Ｃ7 を用いた電池
の高率放電容量と捲回不良率の関係を示したものであ
る。

【００３８】この図４から明らかなように、点在する凹
部２のトータル面積が電極表面に対して0.5 ％〜10.0％
であると、効果があることを示している。あまり多くの
凹部面積を設けると、かえって電極全体を圧密化するこ
とになり堅さが増加する。

【００３９】図５は、実施例Ｄの電極１Ｄ1 ，１Ｄ2 ，
１Ｄ3 ，１Ｄ4 を用いた電池の高率放電容量と捲回不良
率の関係を示したものである。

【００４０】この図５から明らかなように、電極巻き始
めから５分の１の位置までの電極表面に点在する凹部２
の面積を全凹部面積の20〜40％にすると、効果があるこ
とを示している。即ち、最も重要なのは、電極の巻き始
め部を柔軟にすることである。

【００４１】図６は、従来例Ｅの電極１Ｅと、従来例Ｆ
の電極１Ｆ1 ，１Ｆ2 ，１Ｆ3 ，１Ｆ4 を用いた電池の
高率放電容量と捲回不良率の関係を示したものである。

【００４２】この図６から明らかなように、直線的に凹
部２を入れた場合、凹部作製のプレスで伸びが大きく、
集電体が弱くなり、切れが多く発生する。そのため、高
率放電では、凹部２を設けない従来例Ｅよりは高性能だ
が、大きな容量が取り出せない。

【００４３】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、電極１に点在させ
る凹部２の他の形状を示したものである。

【００４４】このような凹部２の形状でも同様な効果を
得ることができる。

【００４５】上記実施例では、本発明をニッケル・水素
蓄電池のペースト式ニッケル極に適用した例について説
明したが、本発明はそれ以外の電池系、例えば、ニッケ
ル・カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池，リチウム
電池などであっても、捲回形電池であれば同様の効果が
あり、また正極だけでなく負極においても使用可能な技
術である。

【００４６】また、実施例で作製した電極は、表裏の両
面に凹部を設けているが、捲回内側面にのみ点在する凹
部２を設けても、似た効果が期待できる。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る捲回形電池用電極において
は、電極の両面若しくは片側面の表面に凹部を点在させ
ているので、高容量密度化して堅くなった電極に薄く、
曲がり易い部分ができ、電極の柔軟性が向上する。その
ため、この点在した凹部を有する電極を用いて、渦巻状
に捲回した場合、曲率半径の小さい巻き始め部であって
も、軸に沿って滑らかに曲げられ、真円に近い形で捲回
群を得ることができ、ショートなく、高容量な電池を製
造できる。また、電極表面に点在する凹部を設ける際、
凹部のない平坦部分も点在しているため、電極の伸びも
上端から下端にかけてＶ字状の溝を設けるよりも小さ
い。この効果により高率放電特性の優れた高エネルギー
密度の電池を得ることができる。

【００４８】この場合、点在する凹部の深さを電極厚み
に対して0.5 〜10％としたり、或いは点在する凹部の幅
を電極長さ方向に対して0.01〜0.7 ％としたり、或いは
点在する凹部のトータル面積を電極面積に対して0.5 〜
10％としたり、或いは点在する凹部を、捲回巻き始め部
から長さ方向に対して５分の１の位置までの電極表面
に、全凹部のトータル面積の20〜40％の面積で存在する
ように設けたりすると、高率放電特性を確実に向上させ
ることができ、また捲回不良率を確実に低下させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る捲回形電池用電極の実施
の形態の一例を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線
断面図である。

【図２】実施例Ａの高率放電容量と不良率の関係を示す
特性図である。

【図３】実施例Ｂの高率放電容量と不良率の関係を示す
特性図である。

【図４】実施例Ｃの高率放電容量と不良率の関係を示す
特性図である。

【図５】実施例Ｄの高率放電容量と不良率の関係を示す
特性図である。

【図６】従来例Ｅ，Ｆの高率放電容量と不良率の関係を
示す特性図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る捲回形電池用電
極の実施の形態の他の例を示す平面図である。

【符号の説明】１電極２凹部

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペースト式の正極と負極がセパレータを
介して渦巻状に捲回されている捲回形電池において、前記電極の両面若しくは片側面の表面に凹部が点在され
ていることを特徴とする捲回形電池用電極。
【請求項２】点在する凹部の深さは、電極厚みに対し
て0.5 〜10％であることを特徴とする請求項１に記載の
捲回形電池用電極。
【請求項３】点在する凹部の幅は、電極長さ方向に対
して0.01〜0.7 ％であることを特徴とする請求項１に記
載の捲回形電池用電極。
【請求項４】点在する凹部のトータル面積は、電極面
積に対して0.5 〜10％であることを特徴とする請求項１
に記載の捲回形電池用電極。
【請求項５】点在する凹部は、捲回巻き始め部から長
さ方向に対して５分の１の位置までの電極表面に、全凹
部のトータル面積の20〜40％の面積で存在するように設
けられていることを特徴とする請求項１に記載の捲回形
電池用電極。