JPH10106586A - 蓄電池 - Google Patents

蓄電池

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JPH10106586A
JPH10106586A JP8258489A JP25848996A JPH10106586A JP H10106586 A JPH10106586 A JP H10106586A JP 8258489 A JP8258489 A JP 8258489A JP 25848996 A JP25848996 A JP 25848996A JP H10106586 A JPH10106586 A JP H10106586A
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は金属多孔体を電極の芯材に用いた蓄電
池に関するものであって、芯材におけるエネルギーロス
を抑え、出力特性の改善と発熱現象の抑制することを課
題とする。 【解決手段】正極板1は芯材2として多孔体の各孔が長
楕円であり、その長径が水平方向に整列している左右方
向の抵抗が少ない発泡状ニッケル多孔体を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属多孔体を電極
の芯材に用いた蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、各種蓄電池は様々な電源として用
いられており、その中でも密閉形アルカリ蓄電池は、ニ
ッケル・カドミウム電池およびニッケル・水素蓄電池で
代表され、エネルギー密度が高く、信頼性に優れている
ことからポータブル機器、例えばビデオテープレコー
ダ、ラップトップコンピュータ、携帯電話等の電源とし
て数多く使用されている。このような用途に用いられる
蓄電池は、複数の単電池を組み合わせて組電池として用
いられることが多い。
【0003】これらの単電池は、ケースが金属製であ
り、形状は円筒または角型で、容量は0.5〜3Ah程
度の主に小型の密閉形アルカリ蓄電池である。これらの
小型の密閉形アルカリ蓄電池は、ケースが金属製である
ことから、負極端子を改めて装着しなくとも、負極板を
ケース内壁に接触させるだけで端子となり得るため、円
筒型に代表されるようなケース底部が負極端子、蓋部が
正極端子といった構造が可能である。
【0004】しかし、最近になって家電製品から電気自
動車のような移動用電源に至るまでエネルギー密度が高
く、高信頼性の中・大型電池(ここでの中型電池は容量
10〜100Ah、大型電池は容量100Ah以上と
し、使用個数はいずれも数個から数百個とする)が強く
要望されている。従来、中・大型電池としては、開放形
のニッケル・カドミウム電池や鉛蓄電池が自動車のスタ
ーター用、エネルギー貯蔵用、UPS用等に用いられて
いるが、それらは搭載または設置スペースの関係上、多
くが角型形状を有しており、その電槽は主に導電性を有
さない樹脂成型品である。
【0005】したがって、小型電池で見られたような構
造とはなり得ず、正負極端子の設置場所は隣接する電池
との関係上、電池上面に限られており、セパレ−タを介
し数枚から数十枚重ねられた各正負極板は極板上部から
各端子までを集電体を介し電気的に接続した構造とな
る。また、このように正負極端子が並んで存在するため
各極板に取りつけられる集電体は極板幅の半分以上には
なりえない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5に示すように電極
内で発生した電流は、抵抗値が最低となる経路を通って
外部に導出されるため、上述したような構造であると、
端子から極板の上部のみを通りセパレータを介して対向
した極板へ移り、反対の端子に集電されやすい。特に極
柱と極板との接続に用いる集電部幅が極板幅に比較し小
さいと電流は集電部に向かって流れるため、集電部付近
において、図中に矢印で示すとおり、さらに電流集中が
起こってしまう。
【0007】さらに、正極板または負極板の極板下部に
おいて反応に用いられた電流は集電部に向かって上部方
向へ流れるが、極板下部に流れる電流はすべて極板上部
を通過するので、極板上部における電流は上部で反応に
用いられる電流に極板下部から流れる電流が加えられた
電流が流れ、極板下部と比較し非常に大きな値となって
しまう。 充放電時にこのような電流分布であると、単
位面積当たりの電流密度は集電部付近で顕著に大きくな
り、さらに極板下部と比較すると上部の電流密度は顕著
に大きくなる。このため、極板上部において電位降下が
非常に大きくなり、出力特性の向上は望めない。またジ
ュール熱による発熱が大きくなり、極板が高温になって
しまうため、アルカリ蓄電池は高温雰囲気下における充
電は効率が悪くなることから、極板内での充電の進行は
不均一となり、放電可能な容量にもばらつきが生じる。
その結果、放電末期に極板内の一部が過放電になり、さ
らに発熱を促進する結果となる。また、集電部付近に電
流が集中することにより、上部活物質は下部と比較し充
放電深度が深くなり、苛酷な充放電が繰り返されること
になる。このまま充放電を繰り返していると活物質の劣
化が促進され、サイクル寿命が短くなってしまう。さら
に電気自動車ユースに見られるようなパルス充放電にお
いては、さらに大電流での充放電が必要であり、この影
響は顕著なものとなっていた。
【0008】本発明は上記課題を解決するものであり、
芯材におけるエネルギーロスを抑え、出力特性の改善と
発熱現象の抑制を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、多孔体に活物質が充填あるいは塗布された
電極と、多孔体の一辺にはこの辺とほぼ同じ長さの集電
体が取り付けられ、この集電体には一辺の長さの1/2
未満の集電タブが取り付けられ、この集電タブと前記極
柱とが接続され、多孔体の孔は長径が前記集電体と水平
方向に偏平している構成である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面を参照しながら説明する。
【0011】図1及び図2は、本実施の形態の極板の構
造を示す図である。正極板1は芯材2として多孔体の各
孔が長楕円であり、その長径が水平方向に整列している
左右方向の抵抗が少ない発泡状ニッケル多孔体を用い
た。予め上端に集電体3を溶接するための加圧面部を設
けた後、この芯材2に充放電可能な活物質4として水酸
化ニッケル粉末を充填後圧延し、その上辺に極板幅と同
一な幅の集電部を持つ集電体3を溶接により電気的に接
続し極板1枚当たりの容量が10Ahのニッケル正極を
作成した。
【0012】このような極板を用いることにより、極板
の端子と集電部付近の反応は均一に進行し、極板上部の
左右方向の電流分布が平均化される。それにより電池内
発熱や電池内圧上昇、および活物質の劣化を押さえるこ
とにより長寿命な蓄電池とすることができる。
【0013】
【実施例】図3は、密閉式アルカリ蓄電池の単電池の構
造図を示す。
【0014】負極板6は芯材2として発泡状ニッケル多
孔体(孔の方向性は特にない)を用い、充放電可能な活
物質4として電気化学的に水素の吸蔵・放出が可能なM
mNi3.6Co0.7Mn0.4Al0.4の組成を有する水素吸
蔵合金粉末を充填後、圧延し、その上辺に正極と同様な
集電体3を溶接により電気的に接続し、極板1枚当たり
の容量が10Ahの水素吸蔵合金負極を作成した。
【0015】この負極板6と上述した構成を持つ正極板
1とを、それぞれ袋状のセパレータ7で包み、セパレー
タで包まれた正極板10枚と負極板11枚とを交互に組
合せ、電極群5を作成した。なお、電極群5は電槽8の
内寸に対して約95%の厚みを有するように作成した。
この電極群5に銅とニッケルで構成された極柱である正
極端子9と負極端子10を接続し、ポリプロピレン製の
電槽8に挿入した。
【0016】次に、アルカリ電解液を170cm3を注
液した。そして、この電槽8の開口部を、安全弁11
(作動圧力2〜3kg/cm2)を備えた蓋板12によ
り密閉し、単電池13を作成した。電槽8は外側に上下
方向に多数の凸部14と凹部15を設けた構造である。
凸部14の高さは1.5mmである。
【0017】なお、単電池13は初充放電(充電=10
A×15時間、放電=20Aで1.0Vまで)を行い、
電極群5を膨脹させることにより電極群5の最外部が電
槽8と接する状態とした。この単電池13は正極で電池
容量が規制され、理論容量は100Ahである。
【0018】一方、比較例として次の単電池を構成し
た。 (比較例1)正極芯材に孔が偏平していない(左右方向
の抵抗が同一の)発泡状ニッケル多孔体を用い、同様に
水酸化ニッケル粉末を充填後圧延し、図1のように、そ
の上辺に極板幅と同一な幅の集電部を持つ集電体3を溶
接により電気的に接続し正極板を作成し、その他は本発
明と同様に単電池を構成した。 (比較例2)正極芯材に孔が偏平していない(左右方向
の抵抗が同一の)発泡状ニッケル多孔体を用い、同様に
水酸化ニッケル粉末を充填後圧延し、図5のような集電
体の幅が電極幅の三分の一の集電体を溶接により電気的
に接続し正極板を作成し、その他は本発明と同様に単電
池を構成した。
【0019】本実施例と比較例1、2の3種の構成の単
電池を用いて寿命特性試験を行った。試験は、10Aで
12時間充電後、1時間放置し、20Aで1Vまで放電
するサイクルをくり返し行った。単電池の放電容量の計
算は、電池電圧が1Vまでの放電時間を用いて計算し、
放電容量が80Ah以下になったところで寿命とした。
環境温度は20℃とした。試験結果を図4に示した。
【0020】図4に示すように、比較例2の単電池が寿
命特性が最も短く、1100サイクルで寿命となった。
次に比較例1の単電池が寿命特性が短く、1360サイ
クルであった。本実施例の単電池は最も寿命特性が長
く、1500サイクル以上であった。これは、比較例1
においてまず集電体の幅を増加させることにより、極板
上部の電流集中が起こる部分での電流経路を確保したこ
とで、電流集中が軽減され集電部付近の反応は均一にな
った。これにより極板上部での発熱は抑制され、さらに
充電も均一に行われることにより、放電容量のばらつき
も抑えられた。その結果、過放電、過充電も抑えられ
た。本実施例ではさらに加えて左右方向に抵抗が少ない
芯材を用いることにより、極板上部の電流は集電部近傍
のみならず、極板全体において均一化された状態で集電
することができる。それにより電池内発熱や電池内圧上
昇、および活物質の劣化を押さえることにより、大型極
板を用いた大容量蓄電池の長寿命化が可能になった。
【0021】これに対し、比較例2では極板上部の電流
集中が起こり、反応が不均一になり、発熱が起こりやす
くなる。さらに極板内においても、極板下部から上部へ
の電子の移動の際にその傾向は軽減されず、結果として
良好な寿命特性が得られなかった。
【0022】なお、本実施例では芯材に3次元の発泡状
ニッケル多孔体を用いたが、2次元の多孔性基板でも同
様の効果が得られる。また負極に同様の処理を施しても
同様の効果が得られ、両極に行うとさらに良好な結果が
得られる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明のよれば、極板の端
子と集電部付近の反応は均一に進行し、極板上部の左右
方向の電流分布が平均化される。それにより電池内発熱
や電池内圧上昇、および活物質の劣化を押さえることに
より長寿命な蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に用いられた極板の構成図
【図2】図1のA部の拡大図
【図3】角型アルカリ蓄電池の一部を破断した斜視図
【図4】本実施例と比較例の寿命特性の比較図
【図5】従来の極板の構成図
【符号の説明】 1 正極板 2 芯材 3 集電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 宗久 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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔体に活物質が充填あるいは塗布された
    電極と、セパレータと、電解液と、電槽の一面に極柱を
    備えた蓄電池であって、前記多孔体の一辺にはこの辺と
    ほぼ同じ長さの集電体が取り付けられ、この集電体には
    前記一辺の長さの1/2未満の集電タブが取り付けら
    れ、この集電タブと前記極柱とが接続され、前記多孔体
    の孔は長径が前記集電体と水平方向に偏平していること
    を特徴とする蓄電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6582483B2 (en) 2000-05-10 2003-06-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing positive electrode for alkaline storage battery
JPWO2012111699A1 (ja) * 2011-02-18 2014-07-07 住友電気工業株式会社 三次元網状アルミニウム多孔体を用いた電極、該電極を用いた非水電解質電池、非水電解液を用いたキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6582483B2 (en) 2000-05-10 2003-06-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing positive electrode for alkaline storage battery
EP1154502A3 (en) * 2000-05-10 2004-02-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing positive electrode for alkaline storage battery
JPWO2012111699A1 (ja) * 2011-02-18 2014-07-07 住友電気工業株式会社 三次元網状アルミニウム多孔体を用いた電極、該電極を用いた非水電解質電池、非水電解液を用いたキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ

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