JPH11185732A - 電池の重ね合わせ式電極及びそれを用いた二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生産性を低下させることなく、多種類の電池性
能を有する電池を容易に製造可能な電池の重ね合わせ式
極板を提供する。 【解決手段】セパレータ３を介して一対の正極板２、２
の間に介設される負極板１は、それぞれ活物質１１２、
１２２を集電板１１１、１２１に被着して構成される複
数の同極性極板１１、１２を重ね合わせてなる重ね合わ
せ式極板により構成され、同極性極板１１、１２は異な
る電池性能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の正極板
または負極板、及び二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、正又は負の極板をセパレー
タを介して積層または巻装してなる電極アセンブリをケ
−スに収容し、電解液を充填して構成され、これら極板
は、活物質ペーストを集電板に塗着乃至充填し、乾燥さ
せて作製される。集電板には、発泡ニッケル、パンチン
グメタルなどがあり、活物質ペ−ストを集電板に被着す
るぺ−スト被着ラインは自動化されていて、活物質ペー
ストが一定幅のテープ状集電板に被着された後、所定長
さに切断されて、巻装又は積層前の極板とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの円筒型電池又
は積層型電池は、各種用途や使用環境に応じて種々異な
る性能が重視される。なお、ここでいう電池の性能とし
ては、種々の電池特性の他に経済性（コスト）も含むも
のとする。電池特性としては、たとえば容量、高率放電
特性、寿命、温度−容量特性、電池損失などがあるが、
それらは、活物質量一定とすれば本質的に活物質の組成
やその製造方法により決定される。もちろん、すべての
電池特性及び経済性の点で最高のものが望まれるが、そ
のようなことは不可能であり、結局、用途や使用環境に
応じて許容されるコスト範囲で、各電池特性の折り合い
を付けねばならない。ところが、用途や使用環境に応じ
て重視すべき電池特性がそれぞれ異なる。たとえば寒冷
地方では低温放電特性が重要であり、またある場合には
寿命すなわち充放電サイクル特性が最も重視される。

【０００４】しかしながら、これら種々異なる要望に応
じて種々の極板を製造することは生産性の低下を招き、
経済性の低下を招いてしまう。本発明は上記問題に鑑み
なされたものであり、生産性を低下させることなく、多
種類の電池性能を有する電池を容易に製造可能な電池の
重ね合わせ式電極を提供することを、その解決すべき課
題としている。

【０００５】また、電池において特に高率放電時の極板
損失の改善は大出力特性を向上するために重要である
が、そのためには極板中の集電板抵抗の低減が望まれ
る。ただ、集電板自体の増量は、極板の理論容量を低下
させるのでそれには限度がある。本発明は、上記問題に
鑑みなされたものであり、極板容量の低減を抑止しつつ
極板抵抗の低下を実現した製造が容易な電池の重ね合わ
せ式電極を提供することを、その解決すべき課題として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電池の重
ね合わせ式電極によれば、セパレータを介して一対の異
極性極板の間に介設される極板は、それぞれ活物質を集
電板に被着して構成される複数の同極性極板を重ね合わ
せてなる重ね合わせ式極板により構成される。このよう
に構成することにより、集電体の厚さを厚くすることが
容易にでき、電極面積を大きくすることなく大きな放電
量をもつ電極を容易に作製することができる。なおここ
でいう同極性極板とは、従来の電池における正極板また
は負極板であるが、セパレータなしに重ね合わされる場
合において同極性とされる。

【０００７】このようにすれば、後述する請求項２〜５
に記載するような作用効果を奏することができる。請求
項２記載の構成では、重ね合わせ式極板は、異なる性能
を有する一対の前記同極性極板を重ね合わせて作製され
る。このようにすれば、生産性を低下させることなく、
多種類の電池性能を有する電池を容易に製造可能な電池
の重ね合わせ式電極を提供することができる。

【０００８】詳しく説明すれば、本構成では、電池の極
板を、複数の同極性極板を重ね合わせて作製するので、
製造工程の複雑化を抑止しつつ多種類の電池性能を有す
る極板を実現することができる。たとえば、高率放電特
性に優れた同極性極板ａと、寿命に優れた同極性極板ｂ
と、容量に優れた同極性極板ｃを作製して、これらのう
ちの一対を用いて電池の重ね合わせ式電極を作製する場
合には合計６種類の異なる電池特性をもつ重ね合わせ式
極板が得られ、３枚重ねする場合には更に多数の異なる
電池特性を有する重ね合わせ式極板が実現できる。ま
た、安価な同極性極板と、高価で電池特性において一層
優れた同極性極板とを用いれば、高価であるが電池性能
に優れたハイグレ−ド重ね合わせ式極板、通常価格で電
池性能が普通のスタンダ−ド重ね合わせ式極板、安価で
電池性能が劣るロ−プライス重ね合わせ式極板の三つを
重ね合わせるという単純な工程のみで簡単に作製するこ
とができる。

【０００９】請求項３記載の構成によれば、重ね合わせ
式極板は集電板の両側に活物質が被着されてなり、互い
に同一組成、同一構造を有する複数の同極性極板を重ね
合わせて作製される。このようにすれば、極板容量の低
減を抑止しつつ極板抵抗の低下を実現した製造が容易な
電池の重ね合わせ式電極を作製することができる。ま
た、電池を構成する際のセパレータ量を重ね合わせを行
わない場合よりも減らしてその分だけ活物質量又は集電
板量を増大することができる。

【００１０】詳しく説明すれば、一枚の集電板の両側に
活物質ペーストを塗着するという従来の極板の製造方法
では、極板の電気抵抗の低下は集電板の平均厚さの増大
を図るのが有効であるが、たとえ集電板の平均厚さを２
倍としても、たとえば極板の表面付近の活物質から放出
された電荷は活物質中の導電経路を通じて集電板の近接
部分に達するので、この活物質中の導電経路の電気抵抗
が大きくなってしまう。そこで、本構成では、一枚の集
電板の両側に活物質ペーストを塗着してなる従来の極板
を２枚重ね合わせて極板（重ね合わせ式極板）を作製す
る。

【００１１】このようにすれば、この重ね合わせ式極板
と同厚で厚さ方向中央に一枚の集電板を有する従来の極
板に比較して、各活物質から集電板までの活物質中の高
抵抗の導電経路の抵抗損失を低減できるので極板損失を
大幅に減らすことができる。更に、この複数集電板平行
配列構造の重ね合わせ式極板は、単に従来の極板を重ね
合わせるだけで作製できるので、製造が極めて容易であ
る。

【００１２】請求項４記載の構成によれば、重ねられる
複数の同極性極板は異なる厚さを有する。このようにす
れば、簡素な製造プロセスで多種類の容量をもつ極板を
作製することができる。たとえば、厚い同極性極板ａ
と、薄い同極性極板ｃを作製して、これらのうちの一対
を用いて電池の重ね合わせ式電極を作製する場合には合
計３種類の異なる厚さの重ね合わせ式極板が得られる。
これら各重ね合わせ式極板を同一のケ−スに収容する場
合を考えると、薄い同極性極板を２枚重ねにした重ね合
わせ式極板は活物質量当たりの集電板量が大きく抵抗損
失が少ないものの活物質量が少ないので容量が小さく、
厚い同極性極板を２枚重ねにした重ね合わせ式極板はそ
の逆の特性となり、異なる厚さの同極性極板を２枚重ね
にした重ね合わせ式極板は容量及び極板抵抗が平均的と
なる。これらの容量変更は、２種類の厚さの同極性極板
を重ねるという簡素な工程追加で実現できる。

【００１３】請求項５記載の構成によれば、各同極性極
板は、活物質を持たない単独集電板を挟んで重ね合わさ
れる。このようにすれば、実質的に３枚の集電板を平行
配置した構造の重ね合わせ式極板を簡素な工程で実現で
き、また、この単独集電板の介設の有無を選択すること
により、それ以外は同一の製造工程において一方が極板
抵抗が小さく、他方が容量が大きい２種類の重ね合わせ
式極板を作製することができる。

【００１４】請求項６乃至８記載の構成によれば、前述
の電極の利点をもつ電池を簡素な公正で作製することが
でき、電池を大形化することなくセパレ−タ体積の縮小
により放電量を増大でき、その他、上述した電池特性の
変更も容易となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】集電体としては、発泡ニッケルな
どを素材とする金属多孔体や、パンチングメタル、エキ
スパンドメタルなどを採用することが好ましい。パンチ
ングメタルやエキスパンドメタルには、その両面にぺー
ストを塗着すればよい。例えば、ペースト槽から上方へ
パンチングメタルを引き上げつつドクターブレード法に
よりぺースト厚さを調節し、それを乾燥させて活物質層
とし、次に、このペースト被着シートをロールプレス法
により加圧して単独集電板を作製することができる。

【００１６】

【実施例１】本発明の重ね合わせ式極板を用いたニッケ
ル水素電池の一実施例を以下に説明する。電極アセンブ
リの極板積層（又は巻装）状態を図１に示す。この電極
アセンブリは、負極板１と正極板２とを、厚さ２００μ
ｍのポリプロピレンフィルムからなるセパレータ３を挟
んで積層又は巻装して形成されている。

【００１７】負極板（本明細書でいう重ね合わせ式極
板）１は、極板（本明細書でいう同極性極板）１１と、
極板（本明細書でいう同極性極板）１２とを重ねあわせ
て形成されている。極板１１は、集電板１１１と、集電
板１１１の両側に被着された活物質１１２とからなり、
極板１２は、集電板１２１と、集電板１２１の両側に被
着された活物質１２２とからなる。集電板１１１、１２
１はニッケル板に多数の穴を設けてなるパンチングメタ
ルであって、活物質１１２、１２２は水素吸蔵合金粉末
に有機バインダや水などを添加してなるペーストを集電
板１１１、１２１に塗着後、乾燥させて形成されてい
る。

【００１８】正極板（本明細書でいう重ね合わせ式極
板）２は、極板（本明細書でいう同極性極板）２１と、
極板（本明細書でいう同極性極板）２２とを重ねあわせ
て形成されている。極板２１は、集電板２１１と、集電
板２１１の両側に被着された活物質２１２とからなり、
極板２２は、集電板２２１と、集電板２２１の両側に被
着された活物質２２２とからなる。集電板２１１、２２
１はニッケル板に多数の穴を設けてなるパンチングメタ
ルであって、活物質２１２、２２２は水酸化ニッケル粉
末に有機バインダや水などを添加してなるペーストを集
電板２１１、２２１に塗着後、乾燥させて形成されてい
る。

【００１９】活物質１１２の製造方法について以下に説
明する。容量特性に優れた組成を有するＭｍ系の第一の
水素吸蔵合金を機械粉砕して２００メッシュ以下とした
水素吸蔵合金粉末に、増粘材として重合度が約５万のメ
チルセルロース（ＭＣ）の２ｗｔ％水溶液を合金重量の
約２５ｗｔ％、導電助剤としてのニッケルパウダーを合
金重量の５ｗｔ％、結着材としてのＰＴＦＥを合金重量
の１ｗｔ％、結着材としてのＳＢＲを合金重量の１ｗｔ
％、それぞれ加えて攪拌してペーストを形成した。この
ペーストを厚さ０．０７ｍｍのパンチングメタル１１１
の両面に塗着し、乾燥し、ロールプレスして厚さ約０．
５ｍｍの活物質１１２を作製した。この活物質１１２は
容量が大きい特性を有する。

【００２０】次に、上記水素吸蔵合金と組成を変更する
ことにより高率放電特性に優れる第二の水素吸蔵合金を
用いた他は上記と同じ製法により活物質１２２を作製し
た。正極板２の活物質２１２、２２２は、水酸化ニッケ
ル粉末とＣＭＣ水溶液とを混合してペーストを作製する
他は、活物質１１２、１２２と同じ製法により作製し
た。ただし、活物質１１２、１２２の合計理論容量はそ
の厚さを調整して活物質２１２、２２２のそれより所定
割合だけ大きく設計し、負極規制電池とした。電解液と
しては６．８ＮのＫＯＨ水溶液を用いた。集電板１１
１、１２１の図１中、上端部は、リード部として図示し
ない負極ターミナルに接続されている。

【００２１】この実施例の特徴を以下に説明する。負極
板（重ね合わせ式極板）１は別々に作製された同極性極
板１１、１２を重ねあわせて作製され、しかも大容量の
同極性極板１１と高率放電特性に優れる同極性極板１２
とで負極板１を構成している。このようにすることによ
り、２種類の同極性極板１１、１２を準備するのみで容
量と高率放電特性との組み合わせに関して３種類の負極
板１を簡単に作製することができる。

【００２２】また、負極板１は集電板を一枚だけもつ同
一厚さの従来の負極板に比較して、任意の水素吸蔵合金
粉末から集電板１１１、１２１までの電荷移動距離が短
く、その分だけ極板抵抗を低減でき、その抵抗損失を減
らすことができ、しかも作製が簡単であるという作用効
果を発揮する。更に、正極板（重ね合わせ式極板）２は
別々に作製された同極性極板２１、２２を重ねあわせて
作製されるが、同極性極板２１、２２は同一性能とされ
る。

【００２３】この場合でも、正極板２は集電板を一枚だ
けもつ同一厚さの従来の正極板に比較して、任意の水酸
化ニッケル粉末から集電板２１１、２２１までの電荷移
動距離が短く、その分だけ極板抵抗を低減でき、その抵
抗損失を減らすことができ、しかも作製が簡単であると
いう作用効果を発揮する。実施例１の重ね合わせ式極板
を用いたニッケル水素電池の模式断面図を図３に示す。

【００２４】１００は円筒状のケ−スであり、その両端
開口は電気絶縁用の樹脂リング２００を介して円盤状の
蓋板（一方のみを図示）３００で密閉されている。４０
０は安全弁である。５００は電極アセンブリであり、図
示しないセパレ−タを介して上述した正極板２と負極板
１とを重ねて渦巻状に巻装して円筒状に形成されてい
る。ただし、図１において、電極アセンブリ５００は模
式的に図示されている。

【００２５】８００は、外部引き出し端子または正極端
子とも呼ばれる＋タ−ミナルであって、９００は＋タ−
ミナル８の下端部に接合された円盤状の集電板、１００
０はケ−ス１の缶底１１に溶接された円盤状の集電板で
ある。 （変形態様１）上記実施例の変形態様を以下に説明す
る。

【００２６】活物質１１２を活物質１２２と同一組成、
同一構造（同一形状）とする。このようにすれば、上述
した極板抵抗低減効果を奏することができる。 （変形態様２）上記実施例の変形態様を以下に説明す
る。一対の活物質１１２のうち、イオンの移動が集電板
１１１、１２１により阻害されないセパレータ側の活物
質１１２を厚くし、イオンの移動が集電板１１１、１２
１により阻害される反セパレータ側の活物質１１２を薄
くする。

【００２７】このようにすれば、全体としてイオンと活
物質との反応性を向上することができる。また、その他
の活物質１２２、２１２、２２２も同様とすることがで
きる。 （変形態様３）上記実施例の変形態様を以下に説明す
る。

【００２８】活物質１１２を活物質１２２より所定割合
だけ厚くする。このようにすれば、厚さが異なる２種類
の同極性極板１１、１２を作製するだけで、単位極板面
積当たりの容量がそれぞれ異なる３種類の重ね合わせ式
極板を得ることができる。

【００２９】

【実施例２】本発明の重ね合わせ式極板を用いたニッケ
ル水素電池の他の実施例を図２を参照して説明する。こ
の電極アセンブリは、図１に示す実施例１の電極アセン
ブリと比較して、同極性極板１１と同極性極板１２とを
集電板１３１を挟んで重ね合わせ、同様に、同極性極板
２１と同極性極板２２とを集電板２３１を挟んで重ね合
わせたものである。集電板（単独集電板）１３１、２３
１は他の集電板と同じ構造とすることができる他、穴無
し形状とすることもできる。

【００３０】このようにすれば、極板抵抗を一層低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の重ね合わせ式極板を用いたニッケル
水素電池における電極アセンブリの極板積層（又は巻
装）状態を示す模式断面図である。

【図２】実施例２の重ね合わせ式極板を用いたニッケル
水素電池における電極アセンブリの極板積層（又は巻
装）状態を示す模式断面図である。

【図３】実施例１の重ね合わせ式極板を用いたニッケル
水素電池の模式断面図である。

【符号の説明】

１は負極板（重ね合わせ式極板）、２は正極板（重ね合
わせ式極板）、３はセパレータ、１１、１２、２１、２
２は同極性極板、１１１、１２１、２１１、２２１は集
電板、１１２、１２２、２１２、２２２は活物質。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活物質が集電板に被着されてなる複数の同
   極性極板をセパレータを介することなく重ね合わせてな
   ることを特徴とする電池の重ね合わせ式電極。
2. 【請求項２】請求項１記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 互いに異なる性能を有する一対の前記同極性極板を重ね
   合わせてなることを特徴とする電池の重ね合わせ式電
   極。
3. 【請求項３】請求項１記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 各前記同極性極板は、それぞれ前記集電板の両側に活物
   質が被着されてなり、互いに同一組成、同一構造を有す
   ることを特徴とする電池の重ね合わせ式電極。
4. 【請求項４】請求項１記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 各前記同極性極板のうち少なくとも一対は互いに異なる
   厚さを有することを特徴とする電池の重ね合わせ式電
   極。
5. 【請求項５】請求項１記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 各前記同極性極板は、活物質を持たない単独集電板を挟
   んで重ね合わされていることを特徴とする電池の重ね合
   わせ式電極。
6. 【請求項６】正極又は負極の少なくとも一方が同極性極
   板をセパレータを介することなく重ね合わせて形成され
   た極板からなることを特徴とする二次電池。
7. 【請求項７】請求項６記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 互いに異なる性能を有する一対の前記同極性極板を重ね
   合わせてなることを特徴とする電池の重ね合わせ式電
   極。
8. 【請求項８】請求項６記載の電池の重ね合わせ式電極に
   おいて、 各前記同極性極板のうち少なくとも一対は互いに異なる
   厚さを有することを特徴とする電池の重ね合わせ式電
   極。