JPH09231993A - 円筒型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイポーラタイプの構成により作動電圧を高
くして電池の直列接続数を低減する。 【解決手段】 正極及び負極を有する電池シート６１を
円筒状に巻回し、電槽ケースに内挿して形成される円筒
型電池において、電池シート６１は、シート面に沿った
方向に複数連続して設けられた電池シートユニット６３
を含む。この電池シートユニット６３は、積層して設け
られた正極部６５、セパレータ１５及び負極部６７を有
する。電池シートユニット６３の正極または負極の一方
極部が後続する電池シートユニット６３の他方極部と接
続されており、これにより上記複数の電池シートユニッ
ト６３が直列接続された電池シート６１が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は円筒型電池、特に正
極及び負極を有する電池シートを円筒状に巻回し、電槽
ケースに内挿して形成される円筒型電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１０に示すような円筒型電池が
用いられている。同図において、電池シート１０１が巻
回された状態で円筒型の電槽ケース１０３に内挿されて
いる。

【０００３】図１１は、電池シート１０１の詳細構造を
示す断面図であり、同図に示すように電池シート１０１
は、各々シート状の正極１０５、セパレータ１０７及び
負極１０９が積層されて形成されている。例えば、ニッ
ケル水素電池の場合、正極１０５は水酸化ニッケルを材
料とし、負極１０９は水素吸蔵合金を材料とする。また
セパレータ１０７は、ポリプロピレン等の樹脂材からな
る細い繊維を網状に形成したシートである。この網状の
構成により、十分な量の電解液がセパレータ１０７に染
み込んで保持され、また正極１０５及び負極１０９の間
にセパレータ１０７を介在させることで両極の接触が防
止される。

【０００４】このように構成された電池シート１０１は
絶縁フィルム１１１を重ねた状態で図１０に示すように
筒形状の正極集電体１１３の回りに巻き付けられてい
る。絶縁フィルム１１１は、ポリプロピレン等の樹脂材
からなるシートであり、セパレータ１０７と異なり網状
構造を有していない。絶縁フィルム１１１は、電池シー
ト１０１を巻回した時に外側／内側に位置する電極間を
絶縁している。円筒形状に巻回された電池シート１０１
は前述のように電槽ケース１０３に内挿され、電池シー
ト１０１の正極１０５及び負極１０７が電槽ケース１０
３に設けられた図示しない端子板に各々溶接にて接続さ
れている。そして、電槽ケース１０３に電解液が注入さ
れ、この電槽ケース１０３が封口され、以上より一対の
正極及び負極を有するモノポーラタイプの円筒型電池が
形成されている。

【０００５】上記のような円筒型電池の電池シート１０
１は、巻回されて円筒形状になることにより全体として
高い強度を有する。従って、電池シート１０１を薄く形
成した場合にも電極の強度を確保でき、電極の面積を大
きくとって出力の大きな電池とすることができる。以上
より、図１０に示すような円筒型電池は、大きな出力を
得られる電池として広く用いられている。

【０００６】なお、このような巻回した電池シートを電
槽ケースに内挿する円筒型電池としては、例えば実開昭
６３−１１２７６７号に記載された構成の電池がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の巻回した電池シ
ートを備える円筒型電池は、上記の如くいずれもモノポ
ーラタイプの電池であり一対の正極及び負極を有してい
る。従って円筒型電池の作動電圧は正負電極一対分の電
圧として、電池の種類によって電気化学的に決定されて
しまう。例えば正極を水酸化ニッケル、負極を水素吸蔵
合金とするニッケル水素電池であれば作動電圧は約１．
２ボルトとなる。

【０００８】ここで、従来の円筒型電池を用いて上記作
動電圧よりも高い電圧を得ようとする場合、円筒型電池
を直列接続して用いる必要がある。この場合、直列接続
部の一箇所が電気的に切断されると全部の電池が機能を
失うことから、接続部が多くなるほど電源全体の信頼性
が低下してしまう。また、電池の重量、体積の他に接続
部の重量、体積が加算されて、電源全体の重量、体積が
増加してしまう。以上より作動電圧が高く、要求電圧を
得るための直列接続数を低減できるような円筒型電池の
開発が望まれている。

【０００９】本発明の目的は、上記課題に対応し、電池
シートを円筒状に巻回し電槽ケースに内挿して形成され
る円筒型電池であって、作動電圧のより高い電池を提供
することにある。ここに、従来の円筒型電池がいずれも
モノポーラタイプであって作動電圧が正負電極一対分の
電圧として電気化学的に決定される電池であるのに対
し、本発明は、作動電圧をより高く設定可能なバイポー
ラタイプの円筒型電池を提供するものである。

【００１０】また本発明の目的は、上記バイポーラタイ
プの円筒型電池の供給において、製造が容易で強度信頼
性の高い円筒型電池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、正極及び負極
を有する電池シートを円筒状に巻回し、電槽ケースに内
挿して形成される円筒型電池において、前記電池シート
は、シート面に沿った方向に複数連続して設けられ、正
極部、セパレータ及び負極部を積層して有する電池シー
トユニットを含み、前記電池シートユニットの正極また
は負極の一方極部が後続する前記電池シートユニットの
他方極部と接続されることにより、前記複数の電池シー
トユニットが直列接続された前記電池シートが形成され
たことを特徴とする。

【００１２】上記構成によれば、電池シートには、正極
部、セパレータ及び負極部を積層して有する電池シート
ユニットがシート面に沿った方向に複数連続して設けら
れている。そして、この複数の電池シートユニットが直
列接続されて電池シートが形成されている。従って、複
数の電池シートユニットによりバイポーラタイプの電池
が形成されており、電池シートユニットの数に応じた作
動電圧の円筒型電池が構成されている。

【００１３】本発明の円筒型電池の一態様において、前
記電池シートは、導電シートの一方半部に前記正極部と
して正極用活物質を敷設し、他方半部に前記負極部とし
て負極用活物質を敷設して形成された複数の電池シート
エレメントを含み、この電池シートエレメントは、正極
または負極の一方極用活物質が後続する前記電池シート
エレメントの他方極用活物質とセパレータを介して対向
するように前記シート面に沿った方向に配置され、さら
に、隣接する前記電池シートエレメント間に絶縁部が設
けられて前記電池シートが形成されたことを特徴とす
る。

【００１４】上記構成によれば、電池シートエレメント
は一方半部に正極部を、他方半部に負極部を有してい
る。この電池シートエレメントは、正極または負極の一
方極用活物質が後続する電池シートエレメントの他方極
用活物質とセパレータを介して対向するようにシート面
に沿った方向に配置され、さらに、隣接する電池シート
エレメント間には絶縁部が設けられている。このように
電池シートエレメントや絶縁部を設けた構成により、電
池シートユニットが直列接続された本発明の電池シート
が形成されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の円筒
型電池について、図面を参照し説明する。以下の実施形
態は、本発明の円筒型電池をニッケル水素電池に適用し
た場合の形態である。

【００１６】「実施形態１」図１は、本実施形態の円筒
型電池を構成する電池シート１を、その片面に重ねられ
た絶縁フィルム３と共に示す側面図である。電池シート
１には、電池シートエレメント５ａ〜ｅ、シール部１
７、正極部１９及び負極部２１が設けられている。

【００１７】図２は、電池シートエレメント５の構成を
示す斜視図である。（図１の電池シートエレメント５ａ
〜ｅは同一の構成であり、ここではこれらを代表し電池
シートエレメント５として説明する。）同図において、
７は導電性に優れる材質からなる長方形の導電シートで
ある。導電シート７は複数の格子状の開口部を全面に有
しており、この開口部は導電シート７の表裏を貫通する
ように設けられている。導電シート７の半部には水酸化
ニッケルを材料とする正極用活物質が一定の厚さで敷設
されることにより正極部９が形成されている。ここで正
極用活物質は、電解液により混練された状態で、導電シ
ート７を表裏から覆うとともに上記格子状の開口部に充
填するように塗り付けられ、さらに圧延されている。こ
れらの工程により正極用活物質は一定の厚さに敷設され
ている。導電シート７の他方半部には、水素吸蔵合金を
材料とする負極用活物質が、上記正極用活物質と同様に
一定厚さに敷設され、負極部１１が形成されている。図
２において、正極部９、負極部１１の間の接続部１３
は、導電シート７のうち正極用活物質、負極用活物質と
も敷設されていない部分であり、正極部９と負極部１１
を電気的に接続している。

【００１８】図３は、上記のような電池シートエレメン
ト５を複数配置して形成される電池シート１の一部分を
拡大して示す部分図である。電池シートエレメント５
は、正極または負極の一方極部が後続する電池シートエ
レメント５の他方極部とセパレータ１５を介して対向す
るようにシート面に沿った方向（シート方向）に交互に
配置されている。すなわち、図３によれば、同図右下の
電池シートエレメント５ｂの正極部９ｂと同図中央上部
の電池シートエレメント５ｃの負極部１１ｃが対向する
ように配置されている。両極部の間には、セパレータ１
５が挟み込まれている。このセパレータ１５は、従来技
術と同様にポリプロピレン等の樹脂材からなる網状構造
のシートであり、後述にて注入される電解液を保持する
とともに、電極部同士の接触を防止している。また電池
シートエレメント５ｃの正極部９ｃと同図右下部の電池
シートエレメント５ｄの負極部１１ｄが、同様にセパレ
ータ１５を介し対向するように配置されている。各電池
シートエレメント５及びセパレータ１５は互いに重ね合
わせるだけでよい。また、隣接する電池シートエレメン
ト間、例えば図３における電池シートエレメント５ｂ及
び５ｄの間には、シール部１７が設けられている。シー
ル部１７は、例えばポリプロピレンのような樹脂材を溶
融状態で隣接する電池シートエレメント間に注入し凝固
させるようにして設けられている。シール部１７は、隣
接する電池シートエレメント間を絶縁する絶縁部として
設けられている。

【００１９】前述の図１には、このようにして形成され
た電池シート１の全体が示されている。電池シート１に
は、前述のように５枚の電池シートエレメント５ａ〜５
ｅが交互に配置されている。そして電池シート１の左端
下側には、正極部１９が電池シートエレメント５ａの負
極部１１ａとセパレータ１５を介して対向配置されてい
る。正極部１９は、電池シートエレメント５の正極部９
のみに相当する。正極部１９と電池シートエレメント５
ｂの間には前述と同様にシール部１７が設けられてい
る。また同様にして、電池シート１の右端下側には、電
池シートエレメント５の負極部１１のみに相当する負極
部２１が、電池シートエレメント５ｅの正極部９と対向
して配置されている。

【００２０】以上が本実施形態の円筒型電池に内挿され
る電池シート１の展開状態の構成である。上記のように
構成したことにより、電池シート１は、積層して設けら
れた正極部９または１９、セパレータ１５及び負極部１
１または２１とを有する電池シートユニット２３ａ〜ｆ
を６個連続して備えた構成となっている。各電池シート
ユニット２３ａ〜ｆは、セパレータ１５を隔てて一対の
正極及び負極を有しており、後述において電解液を注入
されることによりそれぞれ一つの電池として機能する。
ここで、電池シートユニット２３ａの負極部と電池シー
トユニット２３ｂの正極部は、両ユニットにまたがって
配置された電池シートエレメント５ａの接続部１３によ
り接続されている。後続する電池シートユニット２３ｃ
〜ｆも順次同様に接続されている。このようにして６個
の電池シートユニット２３ａ〜ｆは直列に接続されてい
る。

【００２１】次に、上記の電池シート１を巻回して形成
される本実施形態の円筒型電池の構成を説明する。図４
は、電池シート１の巻回途中の状態を示す説明図であ
る。同図において、電池シート１の端部の正極部９が、
円筒形状の正極集電体２５に溶接にて接着されている。
電池シート１は絶縁フィルム３を重ねられた状態で、こ
の正極集電体２５の回りに巻き付けられる。絶縁フィル
ム３はポリプロピレン等の樹脂材からなり、従来技術と
同様に、外側／内側に巻き付けられた電極間を絶縁する
ために設けられている。

【００２２】図５は、本実施形態の円筒型電池の完成状
態を示す斜視図である。同図において、電池シート１の
巻き付け終りの部分の負極部１１に負極集電体２７が溶
接にて接着されている。この状態で電池シート１は電槽
ケース２９に内装され、正極集電体２５及び負極集電体
２７が、各々電槽ケース２９に設けられた図示しない正
極用及び負極用の端子板に溶接にて接続されている。さ
らに電槽ケース２９にシールタイプの電解液が注入さ
れ、この電解液はセパレータ１５、正極用及び負極用活
物質に染み込んでいる。そして電槽ケース２９が封口さ
れて円筒型電池が形成されている。本実施形態の円筒型
電池は、電槽ケース２９の端子板に負荷を接続するなど
して、従来の円筒型電池と同様の方法で使用することが
できる。

【００２３】以上に説明した本実施形態では、円筒型電
池は、６個の電池シートユニット２３ａ〜ｆを直列接続
した構成の電池シート１を備えている。各電池シートユ
ニット２３ａ〜ｆは、通常のニッケル水素電池と同様に
約１．２Ｖの作動電圧を有しており、円筒型電池はニッ
ケル水素電池６個分に相当する約７．２Ｖの作動電圧を
有している。このように、本実施形態の円筒型電池は、
電池シートユニットを直列接続したバイポーラタイプの
電池である。従って、従来のニッケル水素タイプの円筒
型電池がいずれもモノポーラタイプの電池であり作動電
圧が１．２Ｖであったのと異なり、電池シートユニット
の数に応じて作動電圧をより高く設定することができ
る。その結果、要求電圧を得るための電池の直列接続数
を低減することができる。

【００２４】電池の直列接続数の低減により、接続部分
が少なくなり電源全体の信頼性が向上する。また接続部
分が少ないので電源の重量や体積が減少する。従って同
じ容量の電源を構成した場合の、重量エネルギー密度及
び体積エネルギー密度が増大する。

【００２５】さらに本実施形態の円筒型電池によれば、
セパレータ１５を介在させながら電池シートエレメント
５を交互に配置して電池シート１を形成するように構成
されているので、構成要素が少なく製造が容易である。
また隣合う電池シートユニット２３の接続部１３は、電
池シートエレメント５の導電シート７の一部により構成
されている。従って接続部１３の強度信頼性が高く、電
池シート１全体としても強度信頼性が高い。

【００２６】なお本実施形態は、５枚の電池シートエレ
メント５と１つの正極部１９及び１つの負極部２１を用
いて、直列接続した６個の電池シートユニット２３ａ〜
ｆを設けた電池であった。これに対し電池シートユニッ
トの数は上記に限られず２個以上の任意の数に設定する
ことができる。

【００２７】また電池シート１の巻回方向は、任意の方
向に設定することができる。例えば図４の巻回方向と垂
直方向に電池シート１の巻回方向を設定し、電池シート
１がより細長い円筒形状に巻回されるように構成しても
よい。電池シート１の形状と巻回方向の設定に応じて任
意の形状の円筒型電池を形成することができる。

【００２８】また、本実施形態では正極用活物質を水酸
化ニッケル、負極用活物質を水素吸蔵合金としたニッケ
ル水素電池を例にとって説明したが、本発明はその他の
種類の電池にも同様に適用することができる。例えば正
極用活物質を水酸化ニッケル、負極用活物質を水酸化カ
ドミウムとしたニッカド電池等にも同様に適用すること
ができる。

【００２９】「実施形態２」以下、本発明の第２の実施
の形態の円筒型電池について説明する。実施形態２は、
実施形態１における電池シートエレメント５を用いずに
本発明の円筒型電池を構成する形態である。

【００３０】図６は、実施形態２の円筒型電池の電池シ
ート６１の構成を示す説明図である。図示のように、電
池シート６１は、３個の電池シートユニット６３ａ〜ｃ
をシート面に沿った方向に連続して設けることにより形
成されている。電池シートユニット６３ａ、ｂは、正極
部６５、セパレータ１５、負極部６７及び仕切部材６９
からなる。電池シートユニット６３ｃも同様の構成であ
るが、後続する電池シートユニットがないので、仕切部
材６９は不要であり設けられていない。

【００３１】正極部６５は、図２に説明した電池シート
エレメント５の正極部９のみに相当する構成である。従
って前述と同様に、図示しない導電シートに正極用活物
質を一定厚さに敷設して形成されている。また同様に、
負極部６７は、電池シートエレメント５の負極部１１の
みに相当する構成であり、導電シートに負極用活物質を
敷設して形成されている。なおセパレータ１５は、実施
形態１と同様の樹脂製シートである。正極部６５、セパ
レータ１５及び負極部６７は図示のように積層して電池
シートユニット６３ａ〜ｃに設けられている。

【００３２】図７は、仕切部材６９の構成を示す斜視図
である。仕切部材６９は、略直方体形状のシール部１７
とシール部１７の一面に薄く設けられた接続部７３から
なる。シール部１７は、実施形態１の場合と同様にポリ
プロピレン等のシール樹脂材からなり、隣接する電池シ
ートユニット間を絶縁する。接続部７３は導電性を有す
る材質からなり、実施形態１の電池シートエレメント５
の接続部１３に相当する。仕切部材６９は電池シートユ
ニット６３ａ、ｂの一端に当接して設けられ、接続部７
３が正極部６５の当接部に溶接にて接着されている。

【００３３】電池シートユニット６３ａ〜ｃは、シート
面に沿った方向に、正極部６５及び負極部６７を交互に
上下逆にして配置されている。そして電池シートユニッ
ト６３ａ、ｂの接続部７３の端部が、各々後続する電池
シートユニット６３ｂ、ｃの負極部６７と溶接にて接続
されている。以上より、図６に示す電池シート６１が形
成されている。

【００３４】以上説明した電池シート６１は、前述の実
施形態１の電池シート１と同様に、各々一つの電池とし
て機能する電池シートユニット６３ａ〜ｃを直列接続し
て備えており、この電池シート６１を巻回して円筒型電
池とすることでバイポーラタイプの電池が形成される。

【００３５】以下、電池シート６１を用いて円筒型電池
を形成する構成、及び本実施形態による作用効果につい
ては、前述の実施形態１と同様であり説明を省略する。

【００３６】「実施形態３」以下、本発明の第３の実施
の形態の円筒型電池について説明する。実施形態３は、
実施形態２と同様に電池シートエレメント５を用いずに
本発明の円筒型電池を構成する形態である。なお下記に
おいて実施形態２と同様の構成については、説明が重複
するので適宜省略して説明する。

【００３７】図８は、実施形態３の円筒型電池の電池シ
ート８１の構成を示す説明図である。実施形態２と同様
に、電池シート８１は、３個の電池シートユニット８３
ａ〜ｃをシート面に沿った方向に連続して設けることに
より形成されている。各電池シートユニット８３ａ〜ｃ
において、正極部６５、セパレータ１５及び負極部６７
は、実施形態２と同様の構成である。電池シートユニッ
ト８３ａ、ｂには、さらに仕切部材８５が設けられてい
る。

【００３８】図９は、仕切部材８５の構成を示す斜視図
である。仕切部材８５のシール部８７は、ポリプロピレ
ン等のシール樹脂材からなる略直方体形状の部材であ
り、実施形態１のシール部１７と同様に隣接する電池シ
ートユニット間を絶縁する。このシール部８７には、一
辺８７ａと対角に位置する他辺８７ｂを結ぶ対角面に沿
って接続部８９が薄く設けられている。この接続部８９
は導電性を有する材質からなり、実施形態２の接続部７
３に相当する。仕切部材８５は、電池シートユニット８
３ａ、ｂの一端に当接して設けられ、接続部８９が正極
部６５の当接部に溶接にて接着されている。

【００３９】電池シートユニット８３ａ〜ｃは、前述の
ようにシート面に沿った方向に連続して配置される。こ
こで、実施形態２と異なり、電池シートユニット８３ａ
〜ｃは、すべて上下を同じ向きにして配置されている。
そして電池シートユニット８３ａ、ｂの接続部８９が、
各々後続する電池シートユニット８３ｂ、ｃの負極部６
７と溶接にて接続されている。以上より、図８に示す電
池シート８１が形成されている。

【００４０】以上説明した電池シート８１は、実施形態
２と同様に、電池シートユニット８３ａ〜ｃを直列接続
して備えており、この電池シート８１によりバイポーラ
タイプの円筒型電池が形成される。

【００４１】なお、本実施形態では、仕切部材８５の構
造が実施形態２と異なる。その結果、電池シートユニッ
ト８３ａ〜ｃが上下同じ向きに配置されている。従っ
て、電池シートユニット８３ａ〜ｃを配置する際の上下
方向の確認が不要であり、実施形態２と比較して電池シ
ート８１の製造が容易となっている。

【００４２】その他、電池シート８１を用いて円筒型電
池を形成する構成、及び本実施形態による作用効果につ
いては、実施形態２と同様であり説明を省略する。

【００４３】

【発明の効果】本発明の円筒型電池によれば、電池シー
トは、複数の電池シートユニットをシート面に沿った方
向に直列接続して形成されている。この電池シートを備
えることによりバイポーラタイプの円筒型電池が形成さ
れ、電池シートユニットの数に応じた作動電圧の円筒型
電池が構成される。

【００４４】従って、前述したように電極の面積を大き
くとることができるという従来からの利点を生かしつ
つ、本発明により要求電圧を得るための直列接続数を低
減することができる。その結果、接続部分が少なくなっ
て電源全体の信頼性が向上する。また接続部分の減少に
応じて電源の重量や体積が減少し、電源の重量エネルギ
密度及び体積エネルギ密度が増大する。

【００４５】また本発明によれば、電池シートエレメン
トを用いて少ない構成要素の電池シートによりバイポー
ラタイプの円筒型電池が形成されている。従って、円筒
型電池の製造が容易であり、また高い強度信頼性が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態の円筒型電池を構成
する電池シートを、その片面に重ねられた絶縁フィルム
と共に示す側面図である。

【図２】 図１の電池シートの電池シートエレメントの
構成を示す斜視図である。

【図３】 電池シートエレメントを複数配置して形成さ
れる電池シートの一部分を拡大して示す部分図である。

【図４】 電池シートの巻回途中の状態を示す説明図で
ある。

【図５】 本発明の第一の実施形態の円筒型電池の完成
状態を示す斜視図である。

【図６】 本発明の第二の実施形態の円筒型電池の電池
シートの構成を示す説明図である。

【図７】 図６の電池シートの仕切部材の構成を示す斜
視図である。

【図８】 本発明の第三の実施形態の円筒型電池の電池
シートの構成を示す説明図である。

【図９】 図８の電池シートの仕切部材の構成を示す斜
視図である。

【図１０】 従来の円筒型電池の構成を示す斜視図であ
る。

【図１１】 図１０の円筒型電池の電池シートの詳細構
造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 電池シート、３ 絶縁フィルム、５ 電池シートエ
レメント、７ 導電シート、９，１９ 正極部、１１，
２１ 負極部、１３ 接続部、１５ セパレータ、１７
シール部、２３ 電池シートユニット、２５ 正極集
電体、２７ 負極集電体、２９ 電槽ケース。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極及び負極を有する電池シートを円筒
   状に巻回し、電槽ケースに内挿して形成される円筒型電
   池において、 前記電池シートは、シート面に沿った方向に複数連続し
   て設けられ、正極部、セパレータ及び負極部を積層して
   有する電池シートユニットを含み、 前記電池シートユニットの正極または負極の一方極部が
   後続する前記電池シートユニットの他方極部と接続され
   ることにより、前記複数の電池シートユニットが直列接
   続された前記電池シートが形成されたことを特徴とする
   円筒型電池。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の円筒型電池において、 前記電池シートは、 導電シートの一方半部に前記正極部として正極用活物質
   を敷設し、他方半部に前記負極部として負極用活物質を
   敷設して形成された複数の電池シートエレメントを含
   み、 この電池シートエレメントは、正極または負極の一方極
   用活物質が後続する前記電池シートエレメントの他方極
   用活物質とセパレータを介して対向するように前記シー
   ト面に沿った方向に配置され、 さらに、隣接する前記電池シートエレメント間に絶縁部
   が設けられて前記電池シートが形成されたことを特徴と
   する円筒型電池。