TWI253200B - Spirally-rolled electrodes and battery - Google Patents
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Description
1253200 A7 _____B7__ 五、發明說明（） 【發明之背景】 本發明係關於一種藉由同心圓狀或橢圓狀之漩渦狀電 極群所構成之二次電池，特別是關於一種圓筒密閉型二次 電' 池或方型二次電池之電池容量偏差現象之減低或者循環 壽命之改善。 近年來，在較爲小型之電池上，除了一般之乾電池、 鈕扣型或銅板型形狀之電池之外，不論是一次電池或二次 電池’係經常採用能夠擴大正極和負極間之對向面積而進 行高效率放電之漩渦狀電極群，作爲電極構成法。但是， 在需要相當高效率放電之用途上，通常大多採用二次電池 ;該電極群之構成法，係使用在代表二次電池之鎳/鎘蓄 電池（Ni/Cd電池）、鎳/氫蓄電池（Ni/MH電池）和 鋰離子電池（Li-i〇n電池）之絕大多數的圓筒密閉型電池 和方型密閉型電池，而佔有日本全國之總電池生產量之55 %以上。因此，以下，舉出小型之二次電池，而進行說明 〇 許多之電池系統係被自然淘汰；一直到1990年代左 右爲止代表工業上之生產規模之二次電池之電池系統，係 專注於鉛電池和Ni/Cd電池。特別是後者之電池系統， 係作爲小型之二次電池電源，配合1980年代之CD或手提 攝影機等之可攜帶式電子裝置之急速普及，而顯著地擴大 市場。其主要之理由，係由於Ni/Cd電池具有高於鉛電 池之高能量密度、也就是適合於小型及輕量化之緣故。
但是，進入1990年代之後，在高能量密度之Ni/MH 3 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----.——.---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- A7 1253200 ___B7 _ 五、發明說明（） 電池之後，還開發出輕質之Li-1〇n電池；這些電池係開始 大量地進入Ni/Cd電池之市場。有關於這些新電池系統 之形狀，在Ni/MH電池的情形下，相同於Ni/Cd電池 之小型圓筒密閉型電池係爲主流；Li-ion電池係使用小型 之圓筒密閉型電池和方型密閉型電池兩者。 此外，除了前述之民生用途之外，另外，在最近，複 合式（hybnd)電動汽車（HEV)或電動輔助自行車等之移 動式電源市場，係不斷地擴展，成爲稍微大於民生用途之 尺寸，但是，也開始使用屬於小型之圓筒密閉型Ni/MH 電池，作爲主流。 有關於這些電池中之電極群構造，Ni/Cd電池、Ni/ ΜΗ電池和Li-ion電池之圓筒密閉型電池，在基本上，係 爲相同之構造；成爲透過合成樹脂製隔片而將一片之薄矩 形板狀之正極和一片之薄矩形板狀之負極捲繞成爲大致同 心圓狀之漩渦狀之電極群構造。 此外，即使是在Li-icm電池之方型密閉型電池，基本 上同樣爲漩渦狀之電極群構造，但是並非爲同心圓，而是 採用成爲接近扁平之橢圓狀之漩渦形狀並且將該電極群插 入至一邊呈封閉之方型形狀之盒子中之構造。 此外，在Ni/Cd電池或Ni/MH電池之方型密閉型 電池中，採用將複數片之板狀之正負極交互地重疊之構造 ，但是，該型式之方型密閉型電池，其現在之市場佔有率 小。也就是說，在小型二次電池，不論是何種電池系統， 就電極群構造而言，漩渦狀係可以說是主流。 4 ----.—>-----i, —tt—Ψ-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1253200 A7 ____B7__ 五、發明說明（） 爲了更加具體地說明該漩渦狀電極群構造之習知技術 ，因此，舉出小型之圓筒密閉型Ni/MH電池之例子，在 以下進行說明。
Ni/MH電池，係分別地在正極使用鎳氧化物粉末（ 主要爲鹼式氫氧化鎳），作爲活性物質，在負極使用 MmNi5系等之氫吸附合金粉末，作爲準活性物質，而成爲 每一電池之電池電壓大約1.2V左右之電池系統。在這裡， 準活性物質，係指能夠呈電化學地吸收或放出氫或者鋰等 之物質。本發明中之準活性物質，係爲呈電化學地吸收和 放出氫或者鋰等之活性物質之物質。所吸收和放出之活性 物質，只要結果上可以被放出作爲活性物質即可，可以被 包含在準活性物質中而作爲活性物質，或者是可以被包含 在作爲活性物質和其他物質之化合物。 這些活性物質或準活性物質，一般係被使用塡充在三 次元之基體或二次元之芯材中，或者是一起和結合用材料 等塗敷在三次元之基體或二次元之芯材上，接著，配合需 要，而施加加壓成形處理，分別成爲一片一片之薄板狀之 電極。透過由施加親水性處理之聚烯烴系樹脂纖維所構成 之不織布將該兩個電極捲繞成爲漩渦狀，來製造電極群， 接著，將該電極群，插入至一邊呈封閉之圓筒形狀之金屬 製盒子中，注入鹼性電解液之液體之後，然後，透過合成 樹脂製之墊片，藉由兼具正極端子和安全閥功用之帽蓋來 進行封口，做爲完成電池來使用。此外，該電池係相同於 Ni/Cd電池或Li-ion電池，其電池容量係受到正極之充放 5 -----.---、-----^裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂*--- 本紙張尺度適用由國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1253200 a7 ^ _B7 __ 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電容量之限制。也就是說，電池容量之偏差現象，雖不可 否認少許之活性物質利用率之不同所造成之誤差，惟大致 對應於塡充或塗敷在一片正極上之活性物質重量之偏差現 象。 正如前面所敘述的，本來由於小型二次電池使用在需 要高效率放電之用途上，因此，必須成爲漩渦狀之電極群 構造，但是，在Ni/MH電池，隨著企圖要求進一步之高 效率放電之移動式電源市場之展開，因此，使用比起以往 還更加薄且長之電極之漩渦狀之電極群構造，係正受到注 目。 此外，在該用途中，由於所使用之電源電壓遠高於先 前技術而爲數百伏特之高電壓，因此，在1.2V系統之電池 ，多採將多數個單位電池串聯的方式。例如最近量產化之 HEV用之電池，係將D尺寸之圓筒密閉型Ni/MH電池 240單位或者120單位加以串聯。 在像前述這樣的情形下，容量小之電池，係限制整體. 之電池容量，同時，容易受到過度放電或過度充電時之損 傷，以致於在該影響下，使得作爲電源整體之容量變小， 並且，也縮短循ί哀聶命。特別是在該用途上，也可以說是 致命之問題。因此，減少所使用之各個電池間之容量偏差 ，在電源之可靠性上，已成爲今後重要之課題。 因此，在圓筒密閉型Ni/MH電池中、特別是限制電 池容量之正極中，針對容量偏差現象之降低，而進行以下 3項目之改善檢討。 6 一 ^度適用中國國家i準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ --- ' 1253200 A7 —________B7__ 五、發明說明（） 1.減低活性物質之塡充或塗敷之偏差之方法或者裝置 之改良。 2·測定全電極之重量’而選擇大致相同重量之電極。 3·測定全電池之放電容量，而選擇大致相同容量之電 池。 此外，正如前面所敘述的，在該用途中，由於必須爲 高於目前爲止之通用電池之效率放電，因此，兩電極係更 加薄化來使用。所以，隨著反覆之充放電而產生兩電極之 膨脹，一部分之電極群，係容易產生自同心圓狀之變形， 並且，隨著情形之不同，也會出現電極變形之部分會穿破 隔片而產生微小短路之危險性。此外，該危險性，在已經 進行電極薄型化之Li-icm電池中也認定會出現之現象。 也就是說，在使用漩渦狀電極群構造之Ni/MH電池 或Li-ion電池中，於隨著用以使電池之小型輕質化之做法 之電極之薄型化而使用長電極的情形下，隨著充放電而產 生之電極膨脹所造成之漩渦狀電極群之變形係變得顯著， 隨著情形之不同，而多有使得電池發生微小短路之情況。 但是，在企圖達到前述電池容量之偏差減低效果之前 述1.之改善對策中，以Ni (OH) 2作爲主材料之活性物質 粉末之每單位面積之定量塡充或者定量塗敷，係相當地進 步，例如以往±7〜10%之偏差，係減少成爲±3〜5%左右， 但是，即使是這樣，在串聯使用數百個之單位電池之HEV 用電源等仍不夠充分。在前述2.之改善對策中，可以藉由 利用重量之建立之等級，來管理在某個重量範圍下之活性 7 ____ ___ ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） —·—、-----^裝 i.—卜ί 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1253200 ___B7___ 五、發明說明（) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 物質塡充量，並且，也可以在某個程度之範圍下，管理電 池容量，但是，依然無法減低整體之容量偏差。在前述3. 之改善對策中，則爲相同於前述2.改善對策之想法；僅是 直接地測定電池容量，而提高精度。但是，爲了得到正確 之電池容量，因此，需要數個循環之充放電，而變得煩雜 ，同時，相同於前述2.之改善對策，依然無法減低整體之 容量偏差。此外，有關於防止前述之微小短路，並未提出 用以解決微小短路之新對策。 本發明係用以解決前述之課題；本發明之目的係提供 一種二次電池，其爲容量偏差現象極小並且也能夠抑制微 小短路之漩渦狀電極群及具有該漩渦狀電極群之電池；其 可達成串聯使用數百個電池之複合式電動汽車（HEV)等 之移動式電源上所採用之電源之高度可靠性化、也就是各 個電池間之容量偏差現象極小並且壽命長。 【發明之簡單說明】 本發明係採用一種讓正極和負極透過隔片捲繞成爲漩 渦狀而呈大致同心圓狀或橢圓狀之電池用電極群；其中， 前述正極及/或前述負極係藉由複數片之電極板之組合所 構成；前述正極及/或前述負極之各個前述之組合，係以 使得主材料之活性物質或準活性物質之合計重量成爲大致 一定値的方式來構成；讓由複數片所構成之電極中之各電 極板維持間隔而連續地捲繞，藉此’以同時解決這些課題 〇 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1253200 A7 B7_ r —— 五、發明說明（） 若舉出圓筒密閉型Ni/MH電池作爲一例子而繼續進 行說明之時，至少限制該電池之電池容量之正極，係採用 複數片之正極板連續形成使用之構成法。在該構成法中， 藉由調整複數片正極板之合計重量成爲一定値，而使得各 個電池之活性物質質量相近’以便於抑制電池容量之偏差 ，並且，藉由僅少許地分離在呈連續地捲繞時之各個正極 板間之距離，可吸收起因於反覆之充放電所造成之電極膨 脹之電極群變形。 藉此，可得到可以極端地減低各個電池間之容量偏差 現象、同時不容易產生微小短路之圓筒密閉型Ni/MH電 池，此外，藉由使得圓筒狀之電池盒之底部厚度（t2)對 於側壁厚度（t!)之比値（h/h)成爲1.5以上，也就是 藉由同時使用側壁面變薄之盒子和前述之電極群，特別是 在使用於移動用電源的情形下，還能夠在輕質化和高容量 化上獲得更大之效果。此外，還可以藉由能夠減低容量之 偏差，而在電池設計階段時之所設置之正負極之容量取得. 平衡，結果，也得到高容量之圓筒密閉型Ni/MH電池。 【圖式之簡單說明】 圖1係爲藉由本發明之一實施形態而形成之圓筒密閉 型Ni/MH電池用電極群之構成圖。 圖2係爲藉由本發明之一實施形態而形成之圓筒密閉 型Ni/MH電池用電極群之構成圖。 圖3 (a)係爲藉由本發明之一實施形態而形成之圓筒 9 ________________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----*-------------Γ ^--訂，--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1253200 _____B7____ 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注t事項再填寫本頁) 密閉型Ni/MH電池用之2片之鎳正極板，而圖3 (b)係 爲藉由本發明之一實施形態而形成之圓筒密閉型Ni/MH 電池用之2片之鎳正極板。 圖4係爲使用本發明之一實施形態之圖3 (b)之鎳正 極板之圓筒密閉型Ni/MH電池用電極群之截面圖。 圖5係爲藉由本發明之一實施形態而形成之圓筒密閉 型Ni/MH電池之構成圖。 圖6 (〇係爲顯示實施例電池500單位之放電容量分 布之圖。圖6 (d)係爲顯示在實施例電池500單位所使用 之正極之重量分布之圖。 圖7係爲衝薄(ironing) —拉製(drawing)加工製程之圖。 圖8係爲藉由打薄一拉製加工製程而製造之電池盒之 放大截面圖。 圖9係爲1C倒角（chamfering)加工處理過之電極板。 【元件符號之說明】. 1 正極 1 -a 由2片而構成之正極中之1片 1 -b 由2片而構成之正極中之1片 2 負極 2-a 由2片而構成之負極中之1片 2-b 由2片而構成之負極中之1片 3 由聚丙烯製纖維之不織布所 構成之隔片 10 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS)a4規格（21〇 X 297公t ) A7 1253200 _B7 五、發明說明（） 4 正極板接腳 4， 正極板接腳 5 負極板接腳 6 正極之集電金屬板 6， 負極之集電金屬板 7 正極接腳端子 7， 負極接腳端子 8 正極端子 9 橡膠閥體 10 耐綸製墊片 11 金屬盒 12 轉軸 13 有底圓筒容器 14 模具 15 電池盒側壁面 16 電池盒底面 R 厚壁部 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 【發明之實施形態】 雖然本發明係並不特別僅限定於Ni/MH電池，惟此 處舉出圓筒密閉型Ni/MH電池，作爲一例，在參照圖式 之同時，就本發明之實施形態進行說明。 圓筒密閉型Ni/MH電池，係如在圖5之電池構造所 顯示的，一般厚度未滿1mm之板狀之正極1和厚度更薄之 π 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1253200 A7 __B7 _ 五、發明說明（） 板狀之負極2，係透過由合成樹脂纖維所構成之不織布隔 片3，而被捲繞成爲漩渦狀，插入至金屬盒11中。 接著，在注入鹼性電解液之液體至該電極群之後，接 著，藉由帽蓋，透過墊片，而進行封口。此外，該帽蓋 ，係除了具有正極端子8之外，另外還兼具用以在電池內 壓呈異常上升時防止氣體散逸之安全閥9。 通常由一片正極、一片負極和隔片而構成之電極群， 本發明中在圖1或圖2中顯示之例子，2片之正極板1-a、 1 -b以及2片之負極板2-a、2-b，係透過隔片3，而分別連 續地捲繞成爲漩渦狀。 在構成該電極群之前，分別選擇及組合2片之重量大 致呈一定重量、也就是接近平均重量値之電極。此外，在 構成正極之2片之正極板間和構成負極之2片之負極板間 ，設置適當之間隔y和X。此時，所謂大致呈一定重量， 係最好在±1重量％之範圍內。 由於像前述這樣之正極和負極’係能夠調整各個電極 之重量至接近平均値，也就是能夠調整活性物質或準活性 物質之合計重量至一定値附近，因此，能夠極爲良好地使 得各個電池之電池容量相近。此外，正如前面記載所敘述 的，由於反覆之充放電而產生之電極膨脹、也就是拉伸在 使用薄型正負極之漩渦狀電極群會顯著地產生變形，隨著 情形之不同，而可能會導致微小短路，但是，正如本發明 一樣，可以藉由在電極板間，設置間隔y或X，而吸收變 形，因此，能夠大幅度地抑制該問題之發生。 12 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂“---- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公釐） 1253200 a7 ________B7_____ 五、發明說明（） 在前面之記載中，舉出圓筒密閉型Ni/MH電池之例 子，其中並針對2片之正極和2片之負極所得之構成來說 明，但是，正如前面所記載的，可以僅讓限制電池容量之 正極形成複數片，或也可以使得正極和負極皆成爲複數片 。此外，即使是在已經採用極爲薄之正極和負極之Li-ion 電池中，也可以合理地期待達到相同之效果。 就本發明之電池用電極群中之前述正極和前述負極而 言，構成前述正極和前述負極之複數片之電極板，係最好 分別爲至少2個角落進行過倒角（chamfering)加工，更加理 想的話，則爲電極板全部角落之4個角落進行過倒角加工 。在前述電極板之2個角落進行過倒角加工的情形下，最 好是對應於維持適當之間隔而相鄰接之電極之部位上之2 個角落，進行倒角加工，但是，亦可將電極板之相對的邊 整體切斷成爲圓形狀或者橢圓狀。因爲在構成前述正極和 前述負極之複數片之電極板分別至少2個角落並無進行倒 角加工的情形下，將硬度高之材質使用於電極板之時，由. 於反覆之充放電而導致電極板伸長，以致於電極板之角部 陷入隔片或破裂的緣故。並無特別限定前述之倒角加工， 但是，由防止陷入或破裂與加工之容易程度之間之平衡來 看的話，最好是藉由習知之方法而進行加工曲率半徑成爲 1mm之1C倒角加工。 在前面也說明過般，在本發明中之藉由複數片而構成 之電極之各個電極板，係對於某一片之電極板，沿著捲繞 方向，維持間隔，而連續地捲繞其他之電極板。前述之間 13 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝 i’---I Γ I 訂/ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） A7 1253200 ______B7______ 五、發明說明（） 隔，係設定成：不會因反覆之充放電所造成之伸長而使得 電極板接觸到相鄰之電極板，甚至是隆起之距離。該間隔 係取決於所使用之活性物質之材料和塡充密度、基體之強 度（金屬箔之厚度）、電極板之捲繞方向之長度等，所以 ’並不容易限定數値，但是，在活性物質材料呈10〜20% 膨脹之一般的情形下，該間隔係可以大約爲電極板長度之 1〜5%左右。在窄於1%的情形下，於接觸到相鄰接之電 極之後，還產生隆起等之變形，而發生微小短路之危險， 因此，並不太理想；在大於5%的情形下，活性物質係顯 著地減少，而會有電池容量降低之問題發生。在圓筒密閉 型Ni/MH電池中，於正極和負極爲薄型鎳正極和薄型金 屬氫化物負極的情形下。該間隔係最好爲1.0〜5.0mm。 本發明之電池用電極群中之正極和負極，係透過隔片 ，而被捲繞成爲漩渦狀之同心圓狀或者橢圓狀，但是，只 要捲繞成實質同心圓或者橢圓即可，而並不需要完全地捲 繞成爲同心圓或者橢圓。 藉由本發明之電池用電極群中之複數片之電極板之組 合而構成之電極之各個電極板，係可以進行組合，而使得 活性物質或準活性物質之合計重量大致呈一定値，並無限 定是在電極板之形狀互相呈相同的情形下，但是，在各個 之電極中，電極板間之面積係最好相同。因爲在各個電極 板呈相同面積的情形下，由於全部之電極板歸結成爲一個 之正規分布，而容易進行輕質電極和重質電極間之選別組 合，相反地，在各個電極板之面積呈不同的情形下，由於 14 ^—1 - - -- -- 一 _ ___ . _ _ __ _ _ . 本紙m尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------I I Γ,--I--I---I t請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1253200 A7 _ B7___ 五、發明說明（) 成爲二個以上之正規分布，而使得重量組合變得煩雜的緣 故。 本發明之電池用漩渦狀電極群，係讓薄型鎳正極和薄 型金屬氫化物負極透過隔片而捲繞成爲漩渦狀之呈大致同 心圓狀者，可使用以下態樣：前述薄型鎳正極，係將複數 片之正極板依序連續地捲繞所成者；前述薄型金屬氫化物 負極，係一片之負極板捲繞所成者、或將複數片之負極板 依序連續捲繞所成者；由複數片之電極板而構成之電極中 ，以讓各個電極之活性物質重量及/或準活性物質重量之 合計大致保持爲一定値的方式來組合複數片之電極板；由 複數片之電極板所構成之電極中之複數片之電極板係維持 間隔而連續地捲繞；在由複數片之電極板所構成之電極之 複數片之電極板中，捲繞開始部位之電極厚度，係薄於捲 繞結束部位之電極厚度。 在本發明之電池用電極群中之前述形態中，最好使得 各個之複數片之電極板中之捲繞開始部位之電極厚度，薄 於捲繞結束部位之電極厚度，以便於控制在捲繞之曲率半 徑小之捲繞開始處容易產生之電極裂縫，同時，還可以藉 由含有較多之導電性電極基體，而減少放熱。 本發明係有關於一種將前述之電池用電極群密封至電 池盒中，再藉由點焊等之方法來連接正極接腳和封口板之 後，接著，在電池盒之開口部，斂緊封口板，而進行封口 處理之二次電池。 可以藉由將本發明之前述電池用電極群，密封至D、 15 -----l· ^--訂---- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1253200 A7 ___B7___ 五、發明說明（） c、AA、AAA、AAAA等之所要求之夕f型尺寸之電池盒之 容器內，進行斂縫（caulk)封口處理，而得到本發明之二次 電池。 就本發明之二次電池中之電池盒而言，在本發明之二 次電池使用於HEV用電池等之要求高容量化及輕質化之用 途上的情形下，最好使用底部厚度（t2)對於側壁面厚度 (tj之比値（h/h)爲1.5以上之輕質電池盒；此外， 如果由在容器側壁有充分之耐壓強度以及更加確實地防止 對於底部之點焊而產生之龜裂之觀點來看的話，底部厚度 (t2)對於側壁面厚度之比値（k/t!)，更加理想 的話，係最好爲大約2.0左右。在本發明之二次電池使用 於HEV用電池等的情形下，隨著使用形態之不同，在二次 電池之電池盒底部藉由熔接而直接地連接相鄰接之其他之 二次電池之正極端子，或者是透過金屬製連接器而連接相 鄰接之二次電池之正極端子，因此，爲了成爲避免在電池 盒底部發生變形或者溶解，而且能夠承受用以連接前述單 位電池間之連接器之點焊之厚度，乃藉由使得電池盒中之 底部厚度（t2)對於側壁面厚度（^)之比値（h/t!)成 爲I.5以上，以便於比起電池盒中之側壁面厚度和底部厚 度大致相同之一般之電池盒，可確保底部厚度成爲能夠承 受點焊之厚度，並且，還可以藉由使得側壁面變薄，以便 於在不改變電池盒材質之狀態下，使得電池盒達到大約30 %左右之輕質化，同時，由於增加內容積，以致於能夠達 到二次電池之高容量化。此外，前述之熔接，係爲習知之 16 _T、紙·張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·-------· 1253200 A7 ______ B7_ 五、發明說明（） 焊接方法，在點焊部之焊接溫度爲1000〜3〇〇〇°C之範圍內 ，進行焊接。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在本發明之二次電池中，於使用底部厚度（t2)對於 側壁面厚度U)之比値（U/tJ爲I·5以上之AAAA尺 寸之電池盒的情形下，在使用底部厚度約〇.2mm、側壁面 厚度大約0.11mm之電池盒（^/^=1.82)的情形下’係 比起相同之材質、底部厚度約〇.2mm、側壁面厚度大約 0.2mm之電池盒〇2/^=1)的情形，能夠提高大約5%左 右之電池容量。 並無特別限定本發明之二次電池中之電池盒材質，但 是，在鹼性蓄電池中，如果由耐電解液性之觀點來看的話 ，電池盒材質係最好是鐵施加過鍍鎳，並且，在鋰電池中 ，除了鐵之外，爲了達到輕質化，因此，電池盒材質係最 好使用鋁或鋁合金。 可以藉由深拉加工等之習知方法，而製造前述之電池 盒，但是，爲了使得側壁面變薄，形成底部厚度（t2)對 於側壁面厚度（t!)之比値（h/t!)爲1.5以上’因此’ 最好是藉由打薄-拉製加工，而製造電池盒。在藉由分成爲 複數次而接近所要求之電池盒形狀之深拉加工來製造電池 盒的情形下，一般底部和側壁面之厚度係大致相等’但是 5由於打薄-抽製加工係爲藉由一次之轉軸所造成之擠出加 壓而使得金屬板材形成有底圓筒容器之方法，因此’能夠 藉由調整轉軸和模具間之間隔，而相當容易地使得前述之 電池盒，形成爲具有所要求之側壁面厚度之電池盒。 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 1253200 __________B7 _ 五、發明說明（） 在本發明之二次電池之電池盒中，爲了在電池盒內側 ，確保機械強度，因此，最好是沿著電池盒之側壁面和底 部間之交界，設置厚壁部。前述之厚壁部，係在圖8中之 R所顯示之部位上，藉由對於製造電池盒時之所使用之轉 軸之前端部之外圍，進行倒角加工，以便於容易設置所對 應之電池盒之厚壁部。即使是使用經少許之倒角加工之轉 軸，也可以達到效果，但是，在AA尺寸之電池盒，如果 是1C倒角的話，則並不會導致電池容量之降低，因此， 變得相當理想。 本發明之二次電池，係可以藉由使用前述之電極，而 達到電池輕質化之效果，並且，也可以藉由使用側壁面變 得極薄、底部厚度（t2)對於側壁面厚度（t!)之比値（t2 /t!)爲1·5以上之電池盒，而提供更加輕質之二次電池。 【實施例】 以下，就本發明之具體例，而進行說明。 (電極用糊之調製例） 對於固溶有金屬換算lwt%和3 wt%之鈷和鋅之市面 上所販賣之球狀氫氧化鎳粉末（100重量份），分別添加 及混合3重量份之氧化鈷和2重量份之氧化鋅，然後，對 於前述之混合物，添加混合0.5 wt%之水溶液，而在該水 溶液中，溶解0.5 wt°/。之羧基甲基纖維素和0.1 wt%之聚 乙烯醇，以便於得到鎳正極用之糊。 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)a4規格（21〇)<297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^------^ K—訂 h--- 1253200 A7 ___B7 __ 五、發明說明（） (電池盒之製造例） 作爲製造例1，係正如圖7所顯示的’得到藉由習知 之轉軸12所進行之1次之打薄-拉製加工製程而形成衝壓 爲圓形之厚度大約〇.3mm之鍍鎳鋼板（鍍層厚度 之C尺寸之有底圓筒容器13。具體而言，該有底圓筒容器 係爲外徑25mm、側面厚度0.19mm、底部厚度〇.3mm。此 外，爲了抑制側面和底部之交界部之物理性強度降低’因 此，最好在前述境界之內側，設置厚壁部R。 作爲製造例2,係除了使用衝壓爲圓形之厚度大約 0.25mm之鍍鎳鋼板（鍍層厚度l#m)之外，其餘則藉由 相同於製造例1之方法，而得到有底圓筒狀之AA尺寸之 電池盒。此外，具體而言，該電池盒係爲外徑14mm、側 面厚度0.16mm、底部厚度0.25mm。 (實施例1) 預先在長邊方向之一端邊上而熔接有鎳製箔片之市面 上所販賣之發泡狀鎳多孔體上，塡充相同於實施例1之糊 ，接著，在乾燥處理後，施行加壓處理，而得到圖3 (a) 所示之厚度〇.4mm、寬度40mm、長度230mm之正極板。 接著，測定該正極板之全部重量，分類成爲8階段之重量 類別，並且，選擇接近重量平均値之2片之正極板，而作 爲電池用正極。 透過施加親水性處理之聚丙烯製之不織布，而將該正 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ------I---I - I I I h ^--· — II ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1253200 ___B7 ___ 五、發明說明（） 極和使用通用之MnNi5系合金之厚度〇.25mm、寬度40mm 、長度580mm之1片之金屬氫化物負極，構成爲圖1所示 之電極群。在進行捲繞時，正如圖中之y所顯示的，2片 之正極板，係維持3mm之間隔，而構成爲漩渦狀。此外， 在圖1中，顯示負極也藉由2片之電極板而構成之例子， 但是，在本實施例1，則爲1片之負極。此時，正如圖4 所顯示的，設置在正極1上之鎳製箔片4’，係由隔片3突 出，熔接在環圈狀之金屬板6上，而該環圈狀之金屬板6 係切除熔接在帽蓋上之接腳端子7。因此，2片之正極板， 係成爲藉由多數之熔接點而連接在金屬上之構造，使得阻 抗大幅度地降低。 在這裡，將正極板以每次300片分10次而試作3000 片後之全部之重量分布，係大致呈正規之分布，而在±3σ 之範圍內，成爲±7%之偏差。在將這些正極板分成爲8階 段而分別組合平均値接近之2片之正極，從中隨機地測定 500組之重量之時，.正如圖6 (d)所顯示的，能夠抑制在 離開平均値±1%以內之分布中。 將該電極群，插入至製造例1中之所製造之C尺寸之 圓筒密閉型電池用之盒子中，在注入大約30wt%之KOH 水溶液之液體之後，進行封口處理，而完成圖5所示之C 尺寸之圓筒密閉型Ni/MH電池；對於該C尺寸電池之 500單位電池，以O.lCmA充電正極理論容量4500mAh之 120%，接著以0.5CmA放電至1.0V爲止之後，進一步充電 0.5CmA/4500mAh 之 120%，再放電至 1.0CmA/1.0V 爲止， 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -----------裝--------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1253200 A7 _______ 五、發明說明（） 此循環係反覆進行2次；在圖6(C)，顯示反覆前述2次 循環時之放電容量分布。結果，可以將電池容量，抑制在土 1.5%以內。由於在並無使用2片正極之通用電池的情形下 ，偏差現象係爲±8°/。左右，因此，可以得知能夠極度地降 低偏差現象。 此外，作爲比較例1，係除了 2片之正極板間隔成爲 0.5mm之外，其餘則相同於實施例1，而構成電極群。作 爲比較例2，係除了 2片之正極板間隔成爲1mm之外，其 餘則相同於實施例1，而構成電極群。此外，作爲比較例3 ，係除了使用1片之正極之外，其餘則相同於實施例1， 而構成電極群。 就實施例1和比較例1〜3之電極群而言，將該電極群 插入在製造例1中之所製造之C尺寸之圓筒密閉型電池用 盒子中，在注入大約30wt%之KOH水溶液之液體之後， 接著，進行封口處理，而完成圖5所示之C尺寸之圓筒密 閉型Ni/MH電池；就各1〇〇單位電池，進行充放電循環 試驗，而一直反覆地進行以下所設定之循環：以1C進行 15小時之充電，接著停止1小時後，進行放電而一直到1C 電池電壓成爲1.0V爲止。 就實施例1和比較例1〜3而言，以正極板之間隔 3mm的情形之實施例1作爲1，以正極板之間隔〇.5mm的 情形之比較例1作爲m，以正極板之間隔1mm的情形之比 較例2作爲η，以使用1片之正極的情形之比較例3作爲〇 ;將結果顯示在表1。此外，在表1中之短路數目合計欄 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ----:---·-----^裝·1·---r r— --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1253200 A7 _B7 ___ 五、發明說明（） 中，分子係表示合計各個設定循環之短路數目，而分母係 表示在循環試驗中之所使用之合計之試驗單位電池數目。 表 1 充放電循環試驗之設定循環次數 短路合計次數 100 200 300 400 500 1 0 0 0 0 0 0/500 m 0 0 0 0 1 1/500 η 1 2 1 4 8 16/500 0 1 1 3 6 9 18/500 結果，即使是在1mm之間隔，也發現相當之微小短路 減低之效果，又在距離3mm之時，即使是在500次値環之 後，也完全無發現微小短路，500個單位電池皆能夠符合 一般之充放電。此被認爲係前面所敘述過般，因爲在500 次循環之充放電之後，3mm間隔大致消失所致之減少，會 吸收由於充放電所造成之電極伸張，結果，可以緩和漩渦 狀電極群之局部變形的緣故。因此，預測即使距離3mm以 上，也可以得到相同之效果，但是，由於隨著間隔變大會 導致電池容量降低，因此，間隔係最好爲5mm左右以下。 在該實施例中，顯示正極由2片之正極板所構成之例 子，但是，除了若干煩雜之問題之外，愈增加正極板之片 數，則愈加能夠減低偏差現象，並且，還可以降低漩渦狀 電極群之變形。又增加負極之片數，則更能夠降低電池之 容量偏差現象。 此外，在捲繞開始部位之鎳正極板之厚度薄於捲繞結 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1253200 A7 ___B7__ 五、發明說明（） 束部位的情形下，能夠抑制在曲率半徑小之捲繞開始部位 上之所產生之裂縫，並且，容易捲繞成爲同心圓狀，故爲 所希望的。 此外，如果採用像本實施例之電極群之構成法的話， 則在電池設計上之正負極之容量比例，並不需像一般電池 保留大幅範圍，而且，可獲得充分之電池內之空間，結果 可以增加電池容量。 此外，由相同於本實施例之理由，認爲對已具電池容 量之偏差減低效果之在正負極分別使用1片之超薄型電極 之Li-ion電池上也可適用，並且，設置在電極板間之間隔 ，係也對於通用之Li-icm電池上之所承受到之漩渦狀電極 群之變形之減低，具有相當大之效果。 (實施例2) 預先在熔接有鎳製接腳之市面上所販賣之發泡狀鎳多 孔體，塡充在調製例上之所記載之糊，接著，在乾燥處理. 後，施行加壓處理，而得到圖3 (b)所示之厚度大約 0.4mm、寬度大約40mm、長度大約75mm之正極板。 接著，測定該正極板之全部重量，區分爲8階段之重 量類別，並且，由該8階段之重量類別之正極板，選擇重 量平均値接近之2片之正極板，而作爲電池用正極。 透過施加親水性處理之聚丙烯製之不織布，而將該正 極和使用通用之MnNi5系合金之厚度大約0.25mm、寬度 大約40mm、長度大約200mm之1片之金屬氫化物負極， 23 ^ i^.----l·— ^. — 1 (請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) # 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1253200 A7 _B7__ 五、發明說明（） 構成爲圖2所示之電極群。在進行捲繞時，正如圖中之y 所顯示的，2片之正極板，係維持3mm之間隔，而構成爲 漩渦狀。此外，在圖2中，顯示負極也藉由2片之電極板 而構成之例子，但是，在本實施例2，則爲1片之負極。 將本實施例2中之電極群，插入至製造例2中所製造 之AA尺寸之圓筒密閉型電池用之盒子中，在注入大約 30wt%之KOH水溶液之液體之後，進行封口處理，而得到 圖5所示之AA尺寸之圓筒密閉型Ni/MH電池。在該情 形下，也相同於實施例1，電池間之容量偏差現象係相當 地小，500單位電池之容量偏差在±1.5%以內。也具有微小 短路之防止效果。 此外，在藉由更多片之正極板來構成正極，藉由複數 片之負極板來構成負極之時，會帶來若干之煩雜，但是， 其效果係相同於實施例1，還可以更加地減少容量偏差， 並且，減少漩渦狀之電極群之變形。 正如以上所敘述的，藉由本發明，則具有漩渦狀電極. 群之Ni/MH電池等，係可以相當地減少電池間之容量偏 差，結果，能夠提高平均容量，同時，也可以防止由於反 覆之充放電循環所造成之微小短路，而能夠提供適用在複 合式（hybnd)電動汽車（HEV)或電動輔助自行車等之移 動式電源上之輕質之二次電池。 此外，在本發明之說明書中，包含所有與成爲本發明 之優先權主張基礎之日本專利特願2000-327215號所記載 之內容相同之全部內容。 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公釐） ----.-------------l· _--訂---------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Claims (1)
1253200 I D8 六、申請專利範圍 •地捲繞所成者，複數片之正極板係以成爲所需電池容量的 方式自依重量所分類之群中來選擇； (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) (2) 前述薄型金屬氫化物負極’係一片之負極板捲繞 所成者、或將複數片之負極板依序連續捲繞所成者’當複 數片之負極板連續捲繞的情況’複數片之負極板係以成爲 所需電池容量的方式自依重量所分類之群中來選擇； (3) 由複數片之電極板而構成之電極中，以讓各個電 極之活性物質重量及/或是可吸收或釋放活性物質之準活 性物質之合計重量保持在平均合計重量之±1 %以內的方式 來組合複數片之電極板； (4) 由複數片之電極板所構成之電極中之複數片之電 極板係維持間隔而連續地捲繞； (5) 在由複數片之電極板所構成之電極之複數片之電 極板中，捲繞開始部位之電極厚度，係薄於捲繞結束部位 之電極厚度。 5. 如申請專利範圍第4項之電池用漩渦狀電極群，其 中，構成前述正極和前述負極之複數片之電極板’係分別 在至少2個角落被施以倒角加工。 6. 如申請專利範圍第4項之電池用游渦狀電極群’其 中，構成前述正極和負極之複數片之電極板彼此之間隔’ 在電極群構成時係在1力〜5.0mm之範圍內。 7. 如申請專利範圍第4項之電池用漩渦狀電極群，其 中，構成前述正極之複數片之電極彼此及/或構成負極之 複數片之電極彼此分別爲大致相同面積。 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公變） 8 8 95 ABCD 1253200 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 8. —種二次電池，係讓正極和負極透過隔片捲繞成爲 漩渦狀而呈大致同心圓狀或橢圓狀之電池用電極群密封在 電池盒內；其特徵爲： 該電池用電極群係申請專利範圍第1項之電池用電極 群。 9. 如申請專利範圍第8項之二次電池，其中，前述電 池盒，其底部厚度（t2)係爲可以承受熔接之厚度，而底 部厚度（t2)對於側壁面厚度（tl)之比値（b/tO係爲 1.5以上。 1〇·如申請專利範圍第9項之二次電池，其中，在前述 電池盒之側壁面和底部間之交界上之電池盒內側，設置有 厚壁部。 Π.如申請專利範圍第9項之二次電池，其中，在前述 電池盒之底部，鄰接之二次電池之正極端子係直接地熔接 ，或者是透過金屬製連接器而熔接。 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)
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