WO2025211162A1 - アルカリ二次電池及びその製造方法 - Google Patents
アルカリ二次電池及びその製造方法Info
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Definitions
- the present invention relates to an alkaline secondary battery and a method for manufacturing the same.
- Alkaline secondary batteries such as nickel-metal hydride batteries and nickel-zinc batteries, are used in a variety of electronic devices.
- One known example of such alkaline secondary batteries is one in which a wound body is formed by stacking a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed between them, and then sealing the wound body together with an alkaline electrolyte in an outer can (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
- nickel-zinc batteries have excellent input/output characteristics due to their high electromotive force. Furthermore, the zinc used as a material is less expensive than the hydrogen storage alloy used in nickel-metal hydride batteries. For this reason, they are expected to be used in industrial and automotive applications.
- FIG. 1A is a schematic enlarged view showing an example of a method for manufacturing a wound body 1
- FIG. 1B is a schematic enlarged cross-sectional view of the vicinity of the central space 1S of the wound body 1 obtained by the method of FIG. 1A.
- the wound body 1 is produced by placing the negative electrode 2 on a separator 4A made of a laminate of nonwoven fabric 5A and a microporous film 6A, placing the positive electrode 3 on a separator 4B made of a laminate of nonwoven fabric 5B and a microporous film 6B, and winding these layers around a winding core 7 while they are stacked, and then removing the winding core 7.
- the microporous film 6A faces the central space 1S of the resulting wound body 1 (see Figure 1B).
- the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an alkaline secondary battery in which the reduction in cycle life caused by poor winding is suppressed, and a method for manufacturing the same.
- the present invention relates to the following alkaline secondary battery and its manufacturing method.
- An alkaline secondary battery having a wound body in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a stacked state with a separator interposed therebetween, the separator including a nonwoven fabric and a microporous film disposed on the nonwoven fabric, and the microporous film does not face a central space of the wound body.
- the microporous film is disposed at a position away from a position facing the central space of the nonwoven fabric.
- a method for manufacturing an alkaline secondary battery comprising: a step of placing a winding core on a separator comprising a nonwoven fabric and a microporous film disposed on the nonwoven fabric so as not to contact the microporous film; a step of winding a laminate formed by stacking a positive electrode and a negative electrode with the separator interposed between them around the winding core to obtain a wound body; and a step of pulling out the winding core from the wound body.
- the separators include a first separator on which the negative electrode is disposed and a second separator on which the positive electrode is disposed, the first separator includes a first nonwoven fabric and a first microporous film disposed on the first nonwoven fabric, and the second separator includes a second nonwoven fabric and a second microporous film disposed on the second nonwoven fabric; in the step of arranging a winding core, a negative electrode laminate in which the negative electrode is disposed on the first microporous film of the first separator and a positive electrode laminate in which the positive electrode is disposed on the second nonwoven fabric of the second separator are prepared, the winding core is disposed between the first separator and the second separator so that the winding core and the first microporous film do not come into contact with each other, and in the step of obtaining a wound body, the negative electrode laminate and the positive electrode laminate are wound around the winding core while being stacked.
- the present invention provides an alkaline secondary battery and a method for manufacturing the same in which the reduction in cycle life caused by poor winding is suppressed.
- FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for producing a wound body
- FIG. 1B is an enlarged partial cross-sectional view of the vicinity of the center of the wound body obtained by the method of FIG. 1A
- FIG. 2 is a perspective view showing a nickel-zinc secondary battery according to the first embodiment, with a part cut away.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the battery of FIG.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion near the center of the wound body of FIG. 5A is a schematic plan view of the separator in the developed state in embodiment 1
- FIG. 5B is a schematic bottom view
- FIG. 5C is a schematic cross-sectional view taken along line 5C-5C in FIG.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the wound body in the first embodiment.
- FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion near the center of the wound body in the second embodiment.
- 8A is a schematic plan view of the separator in the unfolded state in the second embodiment,
- FIG. 8B is a schematic bottom view,
- FIG. 8C is a schematic cross-sectional view taken along line 8C-8C in FIG. 8A.
- 9A to 9C are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing a wound body in the second embodiment.
- FIG. 10 is a schematic enlarged partial cross-sectional view showing a method for manufacturing a wound body according to a modified example.
- FIG. 11 is an enlarged partial cross-sectional view of the vicinity of the center of the wound body in the modified example.
- FIG. 12 is a schematic enlarged partial cross-sectional view showing a method for manufacturing the wound body of FIG.
- FIG. 2 is a schematic perspective view showing a nickel-zinc secondary battery 10 according to embodiment 1, with parts cut away.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the battery 10 of FIG. 2.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion near the center of the wound body of FIG. 3. Note that these figures omit the illustration of some of the constituent components of the wound body and separator.
- the nickel-zinc secondary battery 10 is a so-called cylindrical battery, and includes an outer can 12, a sealing body 14, a wound body 16 (electrode group), an electrolyte (not shown), an upper insulating member 18, and a lower insulating member 20.
- the outer can 12 is a container that houses the wound body 16, and in this embodiment, it is a cylindrical container with an open top and a closed bottom.
- the outer can 12 is electrically conductive, and its bottom wall 12A functions as the negative electrode terminal.
- the material of the outer can 12 may be any material that is electrically conductive and corrosion-resistant to the electrolyte and the electrochemical reactions inside the battery, and is typically a metal material such as iron or steel.
- the sealing body 14 is fixed to the opening of the outer can 12 via an insulating packing 22, sealing the outer can 12 and forming the positive electrode terminal.
- the sealing body 14 includes a cover plate 24, a valve body 26, and a positive electrode terminal 28.
- the cover plate 24 is a conductive, disc-shaped member with a central through-hole 24A.
- the insulating gasket 22 is ring-shaped and surrounds the cover plate 24, and is interposed between the outer can 12 and the sealing body 14.
- the insulating gasket 22 is fixed to the opening edge 12C of the outer can 12 by crimping the opening edge 12C of the outer can 12. As a result, the opening of the outer can 12 is hermetically sealed by the cover plate 24 and the insulating gasket 22.
- the valve body 26 is a rubber member that is positioned on the outer surface of the cover plate 24 so as to close the through-hole 24A.
- the positive electrode terminal 28 is a cylindrical metal member with a flange, and is electrically connected to the outer surface of the cover plate 24 so as to cover the valve body 26.
- the positive electrode terminal 28 presses the valve body 26 toward the cover plate 24.
- the positive electrode terminal 28 has a gas vent hole (not shown).
- the through-hole 24A is airtightly closed by the valve body 26.
- the valve body 26 is compressed by the internal pressure, opening the through-hole 24A. This allows gas to be released from inside the outer can 12 to the outside through the through-hole 24A and a gas vent hole (not shown) in the positive terminal 28.
- the through-hole 24A, valve body 26, and positive terminal 28 form a safety valve for the battery.
- the wound body 16 is formed by stacking and winding a strip-shaped positive electrode 30 and a strip-shaped negative electrode 32 with a strip-shaped separator (in this embodiment, a first separator 34A or a second separator 34B) in between (see Figure 3).
- a strip-shaped separator in this embodiment, a first separator 34A or a second separator 34B
- a negative electrode 32 is disposed on the outermost surface of the wound body 16, and the negative electrode 32 is in contact with the inner wall surface of the outer can 12.
- the negative electrode 32 and the outer can 12, which serves as the negative electrode terminal, are electrically connected to each other (see Figures 2 and 3).
- a positive electrode lead 38 is connected to the positive electrode 30 of the wound body 16 (see Figure 2).
- One end of the positive electrode lead 38 is connected to the positive electrode 30, and the other end is connected to the cover plate 24.
- the positive electrode 30 and the positive electrode terminal 28 are electrically connected to each other via the positive electrode lead 38 and the cover plate 24.
- the upper insulating member 18 is disposed between the wound body 16 and the cover plate 24, preventing the negative electrode 32 of the wound body 16 from coming into contact with the sealing body 14.
- the upper insulating member 18 also has a slit 18A for passing the positive electrode lead 36 through.
- the lower insulating member 20 is positioned between the wound body 16 and the bottom of the outer can 12. This prevents the positive electrode 30 of the wound body 16 from coming into contact with the inner wall surface of the outer can 12.
- the electrolyte (not shown) is an alkaline electrolyte and is sealed within the outer can 12.
- the alkaline electrolyte is preferably an aqueous solution containing at least one of KOH, NaOH, and LiOH as a solute.
- concentration (solute concentration) of the alkaline electrolyte is not particularly limited, but can be, for example, 5.0 N or more and 8.0 N or less (25 mass % or more and 45 mass % or less).
- the alkaline electrolyte is preferably one in which zinc oxide has been dissolved to a saturated concentration. This is to minimize the elution of zinc ions from the negative electrode into the electrolyte.
- the wound body 16 is formed by winding the first separator 34A, the negative electrode 32, the second separator 34B, and the positive electrode 30 in a stacked state (see FIG. 3). Note that, although two separators (the first separator 34A and the second separator 34B) are used in this embodiment, the number of separators is not limited to this, and a single separator may be folded and used.
- the first separator 34A includes a nonwoven fabric 35A (first nonwoven fabric) and a microporous film 36A (first microporous film) (see Figure 4).
- the second separator 34B includes a nonwoven fabric 35B (second nonwoven fabric) and a microporous film 36B (second microporous film).
- neither the microporous film 36A of the first separator 34A nor the microporous film 36B of the second separator 34B faces the central space 16S of the wound body 16 (see Figure 4).
- the central space 16S of the wound body 16 is the portion where the winding core was present when the wound body 16 was produced (see Figure 4).
- the central space 16S is the space surrounded by opposing nonwoven fabrics 35A and 35B at the innermost radial position, and is formed when the winding core is pulled out after the first separator 34A, negative electrode 32, second separator 34B, and positive electrode 30 are wound around the winding core.
- the microporous film 34A not facing the central space 16S means that the surface 36c of the microporous film 36A is not exposed to the central space 16S (see Figure 4 and Figure 5C described below).
- the microporous film 36A is positioned away from the position of the nonwoven fabric 35A facing the central space 16S (in Figure 4, the end 35a of the nonwoven fabric 35A on the central space 16S side). As a result, the microporous film 36A does not face the central space 16S.
- such a wound body 16 can be obtained by, when producing the wound body 16, placing the winding core 44 on the first separator 34A and the second separator 34B so that the winding core 44 does not come into contact with the microporous films 36A and 36B (see Figure 6 described below).
- Positive electrode 30 The positive electrode 30 includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture.
- the positive electrode current collector can be, for example, a metal foil; a mesh-like, sponge-like, fibrous, or felt-like porous metal; punched metal; or expanded metal.
- the material of the positive electrode current collector can be any metal material that is stable at the reaction potential of the positive electrode, such as nickel or stainless steel, and preferably nickel. That is, the positive electrode current collector can be, for example, nickel foam.
- the positive electrode mixture is held by the positive electrode current collector and contains a positive electrode active material.
- the positive electrode active material include nickel hydroxide.
- the nickel hydroxide may contain at least one of cobalt (Co), zinc (Zn), and cadmium (Cd) in a solid solution.
- the positive electrode mixture may further contain a positive electrode additive and a binder.
- Positive electrode additives include yttrium oxide; cobalt compounds such as cobalt oxide, metallic cobalt, and cobalt hydroxide; zinc compounds such as metallic zinc, zinc oxide, and zinc hydroxide; rare earth compounds such as erbium oxide; and niobium oxide.
- binder that is stable even at the reaction potential of the positive electrode may be used.
- binders include hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), sodium polyacrylate, and fluorine-based polymers (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), etc.).
- Negative electrode 32 The negative electrode 32 includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture.
- the negative electrode current collector may be a non-porous collector such as metal foil, or a porous collector such as a mesh-like, sponge-like, fibrous or felt-like metal porous body, punched metal or expanded metal.
- the material for the negative electrode current collector may be any metal material that is stable at the reaction potential of the negative electrode, including copper, copper alloys (e.g., brass), and iron, with copper being preferred. In other words, the negative electrode current collector is preferably copper foil.
- the negative electrode mixture is held by the negative electrode current collector and contains a negative electrode active material.
- the negative electrode active material includes at least one of zinc, zinc alloys, and zinc-containing compounds.
- Metals constituting zinc alloys include zinc, bismuth, aluminum, and indium.
- Examples of zinc-containing compounds include zinc oxide (type 1/type 2/type 3), zinc hydroxide, zinc sulfide, tetrahydroxyzinc ion salts, zinc halides, zinc carboxylate compounds such as zinc acetate, zinc tartrate, and zinc oxalate, magnesium zincate, calcium zincate, barium zincate, zinc borate, zinc silicate, zinc aluminate, zinc fluoride, zinc carbonate, zinc bicarbonate, zinc nitrate, and zinc sulfate.
- First separator 34A, second separator 34B 5A is a schematic plan view of the first separator 34A in an expanded state
- FIG. 5B is a schematic bottom view
- FIG. 5C is a schematic cross-sectional view taken along line 5C-5C in FIG. 5A.
- Nonwoven fabric 35A The material of the nonwoven fabric 35A is not particularly limited, and may be a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a polyester such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, or a thermoplastic resin such as polyphenylene sulfide. Among these, polyolefin is preferred, and polypropylene is more preferred, from the viewpoints of strength and shutdown characteristics.
- the nonwoven fabric 35A may be hydrophilized.
- hydrophilization treatment There are no particular limitations on the type of hydrophilization treatment, and it may be, for example, sulfonation treatment using sulfuric acid or fuming sulfuric acid. Sulfonation treatment involves immersing the nonwoven fabric in concentrated sulfuric acid for a certain period of time to sulfonate the surface of the nonwoven fabric (adding sulfonic acid groups), thereby making it more easily wetted.
- the microporous film 36A may or may not be fixed to the nonwoven fabric 35A. From the viewpoint of preventing misalignment during winding, it is preferable that the microporous film 36A be fixed to the nonwoven fabric 35A (see Figure 5B).
- the microporous film 36A may be fixed at any position, but from the viewpoint of preventing ion permeability from being impaired, it is preferable that the microporous film 36A be fixed at each of the two longitudinal ends 36a and 36b (see fixing portion H in Figures 5A and 5B).
- the method for fixing the microporous film 36A is not particularly limited, but can be, for example, heat welding.
- the material of the microporous film 36A is not particularly limited, and the same material as the nonwoven fabric 35A can be used. Among these, olefin resins such as polyethylene and polypropylene are preferred.
- the microporous film 36A may also be hydrophilized as described above.
- the thickness of the microporous film 36A is not particularly limited, but it may typically be thinner than the nonwoven fabric 35A, for example, between 5 ⁇ m and 80 ⁇ m.
- the two other nonwoven fabrics 37A are arranged on the other surface of the nonwoven fabric 35A (in this embodiment, the surface on which the positive electrode 30 is arranged) at positions corresponding to the two longitudinal ends 30a and 30b of the positive electrode 30 (see FIG. 5C ). That is, the other nonwoven fabrics 37A are arranged between the nonwoven fabric 35A and the positive electrode 30. This can further prevent damage to the nonwoven fabric 35A by burrs on the two ends 30a and 30b of the positive electrode 30. Note that the other nonwoven fabrics 37A may be used according to the purpose, and may not be used, and even if used, the number and arrangement of the other nonwoven fabrics 37A are not limited to those described above.
- the other nonwoven fabric 37A may or may not be fixed to the nonwoven fabric 35A. From the perspective of making it less likely that the first separator 34A will be misaligned relative to the positive electrode 30, it is preferable that the other nonwoven fabric 37A be fixed to the nonwoven fabric 35A (see fixing portion H in Figures 5A and 5C).
- the method of fixing the other nonwoven fabric 37A may also be thermal welding, as described above.
- the material and physical properties of the other nonwoven fabric 37A can be the same as or similar to the material and physical properties of the nonwoven fabric 35A described above, so a detailed description will be omitted.
- the material and physical properties of the other nonwoven fabric 37A may be the same as or different from the material and physical properties of the nonwoven fabric 35A.
- the thickness of the other nonwoven fabric 37A may be thinner than the thickness of the nonwoven fabric 35A.
- the basis weight of the other nonwoven fabric 37A may be smaller than the basis weight of the nonwoven fabric 35A.
- the second separator 34B includes a nonwoven fabric 35B (second nonwoven fabric) and a microporous film 36B (second microporous film), and preferably further includes two other nonwoven fabrics 37B.
- the nonwoven fabric 35B, microporous film 36B, and other nonwoven fabric 37B can be the same as or similar to the nonwoven fabric 35A, microporous film 36A, and other nonwoven fabric 37A of the first separator 34A described above, and therefore detailed description will be omitted.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the wound body 16 in this embodiment.
- the above-described nickel-zinc secondary battery can be manufactured, for example, through the following steps: 1) placing the winding core 44 on the separators (first separator 34A, second separator 34B) so that the winding core 44 does not come into contact with the microporous films (microporous films 36A and 36B); 2) winding the positive electrode 30 and the negative electrode 32, stacked with the separator interposed between them, around the winding core 44 to obtain a wound body; and 3) removing the winding core 44 from the wound body.
- the negative electrode 32 is placed on the microporous film 36A of the first separator 34A (see FIG. 6 ), thereby obtaining a negative electrode laminate 40 including the nonwoven fabric 35A, the microporous film 36A placed on the nonwoven fabric 35A, and the negative electrode 32 placed on the microporous film 36A.
- the positive electrode 30 is placed on the nonwoven fabric 35B of the second separator 34B (see Figure 6).
- a positive electrode laminate 42 including a microporous film 36B, a nonwoven fabric 35B placed on the microporous film 36B, and a positive electrode 30 placed on the nonwoven fabric 35B.
- the winding core 44 is placed between the first separator 34A of the negative electrode laminate 40 and the second separator 34B of the positive electrode laminate 42 (see Figure 6).
- the winding core 44 may have grooves (or irregularities) formed on its surface to appropriately prevent slippage.
- the cross-sectional shape of the winding core 44 perpendicular to the axial direction is not limited to a circle or ellipse, and may also be a polygon (e.g., a pointed star).
- the negative electrode laminate 40 and the inverted positive electrode laminate 42 are arranged alternately (see Figure 6). That is, when viewed in plan, the first separator 34A and the second separator 34B are arranged so that the ends near the winding start side overlap each other.
- the microporous film 36A of the first separator 34A of the negative electrode laminate 40 is positioned on the winding core 44 side, but is positioned away from the end 35a of the nonwoven fabric 35A by at least the outer circumferential length of the winding core 44 (see Figure 6). Therefore, even when the winding core 44 is placed on the first separator 34A, the winding core 44 does not come into contact with the microporous film 36A.
- the microporous film 36B of the second separator 34B of the positive electrode laminate 42 is not positioned on the winding core 44 side. Therefore, even if the winding core 44 is positioned on the second separator 34B, the winding core 48 does not come into contact with the microporous film 36B either.
- the negative electrode laminate 40 including the first separator 34A and the negative electrode 32 is wound around the outer peripheral surface of the winding core 44 from one side (the right side in FIG. 6 ) of the winding core 44 .
- a positive electrode laminate 42 including a second separator 34B and a positive electrode 30 is wound around the outer peripheral surface of the winding core 44 from the other side (the left side in FIG. 6 ).
- the first separator 34A, the negative electrode 32, the second separator 34B, and the positive electrode 30 are stacked in this order and wound around the winding core 44, thereby obtaining a wound body.
- step 1) the microporous film 36A of the first separator 34A is positioned away from the end 35a of the nonwoven fabric 35A, so that the winding core 44 does not come into contact with either the microporous film 36A or 36B (see FIG. 6). Therefore, when winding in step 2) or when pulling out the winding core 44 from the wound body in step 3), damage to the microporous films 36A and 36B by the winding core 44 can be prevented, thereby preventing winding defects and resulting short circuits.
- the end 36a of the microporous film 36A does not protrude beyond the end 32a of the negative electrode 32, but it may protrude slightly beyond the end 32a of the negative electrode 32 as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Fig. 7 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the center of the wound body in embodiment 2.
- Fig. 8A is a schematic plan view of the separator in an unfolded state in embodiment 2
- Fig. 8B is a schematic bottom view
- Fig. 8C is a schematic cross-sectional view taken along line 8C-8C in Fig. 8A.
- the separator 34 includes a nonwoven fabric 35, two microporous films 36A and 36B (a first microporous film and a second microporous film), and four other nonwoven fabrics 37 (see FIGS. 7 and 8C ).
- the separator 34 includes a nonwoven fabric 35, two microporous films 36A and 36B (a first microporous film and a second microporous film), and four other nonwoven fabrics 37 (see FIGS. 7 and 8C ).
- both of the microporous films 36A and 36B are disposed at positions away from the position facing the central space 16S of the nonwoven fabric 35.
- neither of the microporous films 36A nor 36B faces the central space 16S of the wound body 16.
- the central space 16S is a space formed by pulling out the winding core having the holding portion.
- it is the space surrounded by the nonwoven fabric 35 at the radially innermost position, sandwiching the bent portion.
- the two microporous films 36A and 36B are arranged on one side of the nonwoven fabric 35 (in this embodiment, the side on which the negative electrode 32 is arranged) with a gap 46 in the longitudinal direction of the nonwoven fabric 35 (see Figure 8A).
- the nonwoven fabric 35 is exposed in the gap 46.
- the longitudinal length of the gap 46 may be the same as or longer than L, which will be described later.
- the longitudinal length of the gap 46 be equal to or greater than the outer circumferential length of the winding core 44.
- At least the microporous film 36A on the side in contact with the winding core 44 is positioned at a distance L from the winding start position P of the nonwoven fabric 35A exposed in the gap 46 (see Figure 8A).
- L should be equal to or greater than (the length of the portion where the exposed nonwoven fabric 35 is in contact with the holding portion 44a of the winding core 44 + 1/2 the outer circumferential length of the winding core 44), and is more preferably equal to or greater than the outer circumferential length of the winding core 44.
- nonwoven fabrics 37 are arranged on the other side of the nonwoven fabric 35 (in this embodiment, the side on which the positive electrode 30 is arranged) at positions corresponding to the two ends 30a, 30b on one side of the positive electrode 30 and the two ends (not shown) on the other side (see Figure 9C).
- the nonwoven fabric 35, microporous films 36A and 36B, and other nonwoven fabric 37 can be similar to the nonwoven fabric 35A, microporous films 36A and 36B, and other nonwoven fabric 37A in embodiment 1, respectively.
- FIG. 10 is a schematic enlarged partial cross-sectional view showing a method for manufacturing a wound body according to a modified example.
- the microporous film 36B of the second separator 34B is not disposed on the side that contacts the winding core 44. Therefore, the microporous film 36B does not need to be disposed at a position separated from the end 35a of the nonwoven fabric 35B, and may be disposed so that the end 35a of the nonwoven fabric 35B and the end 36a of the microporous film 36B overlap (see FIG. 10).
- the microporous film 36B in FIG. 9B is not positioned on the side in contact with the winding core 44, so the microporous film 36B may be positioned closer to the winding core 44 (FIG. 9B).
- Two auxiliary nonwoven fabrics Y were placed on the other side of nonwoven fabric X, covering the entire surface, including the positions corresponding to the two longitudinal ends of the positive electrode, and then heat-welded (see Figure 5A).
- Separator 3 was produced in the same manner as Separator 1, except that the microporous film was not used.
- Example 1 (Preparation of Positive Electrode) To 100 parts by weight of nickel hydroxide powder prepared as a positive electrode active material, 25 parts by weight of cobalt hydroxide powder, 0.5 parts by weight of yttrium oxide powder, 0.5 parts by weight of zinc oxide powder, 0.3 parts by weight of niobium oxide powder, and 50.0 parts by weight of water containing 0.2% by weight of hydroxypropyl cellulose powder as a thickener were added and kneaded to prepare a positive electrode mixture slurry. This positive electrode active material slurry was filled into foamed nickel, dried, and then rolled with a rolling mill, which was then cut into a predetermined size to prepare a positive electrode with a capacity of 2000 mAh per sheet.
- the negative electrode active material slurry was applied to the entire surface of a tin-plated copper foil, dried, and then rolled with a rolling mill. The foil was then cut to a predetermined size to prepare a negative electrode with a capacity of 4500 mAh per sheet.
- An electrolyte solution was prepared by saturating zinc oxide in an aqueous solution containing 30 mass % potassium hydroxide.
- a wound body was prepared using the positive electrode, negative electrode, and two separators 1 prepared above.
- two separators 1 prepared as above were prepared.
- a negative electrode was placed on one surface (the surface on which the microporous film was laminated) of the first separator 1 to form a negative electrode laminate.
- a positive electrode was placed on the other surface of the second separator 1 (the surface on which the auxiliary nonwoven fabric Y was laminated) to form a positive electrode laminate.
- a winding core was placed between the separator of the negative electrode laminate and the separator of the positive electrode laminate, as shown in Figure 6.
- the winding core had grooves on its surface.
- the winding core was in contact with the nonwoven fabric X of the negative electrode laminate and the nonwoven fabric X of the positive electrode laminate, but was not in contact with the microporous film.
- the winding core was then rotated to wind the negative electrode laminate and the positive electrode laminate while stacking them, and the winding core was then removed to obtain a wound body.
- the resulting wound body was inserted into an outer can, and a specified amount of electrolyte was poured into it to create a cylindrical nickel-zinc battery with a nominal capacity of 2000mAh. It was then activated by charging it to 100% of its nominal capacity and discharging it to 1.3V once.
- Example 1 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the separator 1 was changed to the separator 2. First, two of the separators 2 were prepared. Of these, a negative electrode was placed on one surface (the surface on which the microporous film was laminated) of the first separator 2 to form a negative electrode laminate. A positive electrode was placed on the other surface of the second separator 2 (the surface on which the auxiliary nonwoven fabric Y was laminated) to form a positive electrode laminate. Next, a winding core was placed between the separator of the negative electrode laminate and the separator of the positive electrode laminate.
- the winding core was in contact with both the microporous film of the negative electrode laminate and the nonwoven fabric X of the positive electrode laminate.
- the winding core was then rotated to wind the negative electrode laminate and the positive electrode laminate while stacking them, and the winding core was then removed to obtain a wound body.
- Example 2 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the separator 1 was changed to the separator 3. First, two of the separators 3 were prepared. A negative electrode was placed on one surface (the surface on which the auxiliary nonwoven fabric Y was not laminated) of the first separator 3 to form a negative electrode laminate. A positive electrode was placed on the other surface of the second separator 3 (the surface on which the auxiliary nonwoven fabric Y was laminated) to form a positive electrode laminate. Next, a winding core was placed between the separator of the negative electrode laminate and the separator of the positive electrode laminate. The winding core was then rotated to wind the negative electrode laminate and the positive electrode laminate while stacking them, and the winding core was then removed to obtain a wound body.
- Example 1 The evaluation results for Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1.
- Example 1 Regard winding defects, the microporous film was caught in the winding core during winding, causing winding defects such as breakage of the microporous film in Comparative Example 1. In contrast, in Example 1 and Comparative Example 2, the microporous film was not caught, and no winding defects such as breakage of the microporous film occurred.
- the cycle life was short, at 200 cycles, in Comparative Example 1. This is presumably because the microporous film became caught in the winding core, and cracks occurred in the microporous film when the winding core was pulled out, causing a short circuit due to dendrites (i.e., a short circuit caused by poor winding) to occur early.
- Comparative Example 2 in which no microporous film was used, the cycle life was short at 200 cycles. This is presumably due not to a short circuit caused by poor winding, but to the fact that a short circuit caused by dendrites occurred early due to the absence of a microporous film.
- the cycle life was 500 cycles in Example 1, which was long. This is presumably because the absence of a microporous film in the area in contact with the winding core prevented short circuits due to poor winding.
- the present invention provides an alkaline secondary battery and a method for manufacturing the same in which the reduction in cycle life caused by poor winding is suppressed.
- Nickel-zinc secondary battery 12 Outer can 12A Bottom wall 12C Opening edge 14 Sealing body 16 Winding body 16S Central space 18 Upper insulating member 20 Lower insulating member 22 Insulating packing 24 Cover plate 26 Valve body 28 Positive electrode terminal 30 Positive electrode 32 Negative electrode 34 Separator 34A First separator 34B Second separator 35, 35A, 35B Nonwoven fabric 36A, 36B Microporous film 37 Other nonwoven fabric 38 Positive electrode lead 40 Negative electrode laminate 42 Positive electrode laminate 44 Winding core
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Abstract
アルカリ二次電池は、正極と負極とが、セパレータを介して積層された状態で巻回された巻回体を有する。前記セパレータは、不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含み、前記巻回体の中心空間に、前記微多孔フィルムが面していない。
Description
本発明は、アルカリ二次電池及びその製造方法に関する。
ニッケル水素電池やニッケル亜鉛電池等のアルカリ二次電池は、種々の電子機器に用いられている。そのようなアルカリ二次電池として、正極と負極とを、セパレータを介して積層した状態で巻回した巻回体を、アルカリ電解液と共に外装缶に封入した構造のものが知られている(例えば特許文献1及び2参照)。
アルカリ二次電池の中でも、ニッケル亜鉛電池は、高い起電力を有することから、優れた入出力特性を有する。また、材料の亜鉛が、ニッケル水素電池の水素吸蔵合金と比べて安価である。そのため、産業用途や自動車用途への適用が期待されている。
一方で、ニッケル亜鉛電池では、充電時に負極上で亜鉛の析出が起こり、デンドライト(樹枝状結晶)が発生する。充放電の繰り返しによりデンドライトが成長した場合、デンドライトがセパレータを貫通し、短絡が発生する場合がある。デンドライトによる短絡を防止する観点等から、セパレータとして、不織布と、耐デンドライト性を有する微多孔フィルムとを積層したセパレータが使用されている(例えば特許文献3参照)。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、不織布と微多孔フィルムとを積層したセパレータを使用すると、巻回体の作製時に巻き取り不良を生じやすいという問題があった。
図1Aは、巻回体1の製造方法の一例を示す模式的な拡大図であり、図1Bは、図1Aの方法で得られる巻回体1の中心空間1S付近の模式的な拡大断面図である。
図1Aに示すように、巻回体1は、不織布5Aと微多孔フィルム6Aとを積層したセパレータ4A上に負極2を配置し、不織布5Bと微多孔フィルム6Bとを積層したセパレータ4B上に正極3を配置して、これらを積層しながら巻き芯7に巻き付けた後、巻き芯7を引き抜くことによって製造される。それにより、得られる巻回体1は、中心空間1Sに微多孔フィルム6Aが面している(図1B参照)。
しかしながら、図1Aの方法では、巻き芯7を2つのセパレータ4A、4Bの間に配置する際、少なくともセパレータ4Aの微多孔フィルム6Aが巻き芯7と接する。微多孔フィルム6Aは、巻き芯7の表面に対して滑りにくいため、巻回後、巻き芯7を引き抜く際に、微多孔フィルム6Aに亀裂が入ったり、破断したりしやすい。それにより、正極2と負極3との間で短絡を生じやすく、電池のサイクル寿命が短くなるという問題があった。このような巻き取り不良は、特に微多孔フィルムを不織布に固定している場合により生じやすい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、巻き取り不良に起因するサイクル寿命の低下が抑制されたアルカリ二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下のアルカリ二次電池及びその製造方法に関する。
[1] 正極と負極とが、セパレータを介して積層された状態で巻回された巻回体を有するアルカリ二次電池であって、前記セパレータは、不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含み、前記巻回体の中心空間に、前記微多孔フィルムが面していない、アルカリ二次電池。
[2] 前記微多孔フィルムは、前記不織布の前記中心空間に面した位置から離れた位置に配置されている、[1]に記載のアルカリ二次電池。
[3] 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部は、前記負極の径方向内側の端部から突出しており、前記セパレータは、前記突出した前記微多孔フィルムの表面を覆う保護部材をさらに含む、[1]に記載のアルカリ二次電池。
[4] 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部と径方向外側の端部が、前記不織布にそれぞれ固定されている、[1]~[3]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[5] 前記微多孔フィルムは、前記不織布と前記負極との間に配置されている、[1]~[4]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[6] 前記セパレータは、前記不織布と前記正極との間に配置される2つの他の不織布をさらに含み、前記2つの他の不織布は、前記正極の径方向内側の端部と径方向外側の端部に対応する位置にそれぞれ配置されている、[1]~[5]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[7] 前記アルカリ二次電池は、ニッケル亜鉛二次電池である、[1]~[6]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[8] 不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含むセパレータ上に、巻き芯を、前記微多孔フィルムと接しないように配置する工程と、正極と負極とを前記セパレータを介して積層した積層した積層体を前記巻き芯に巻き付けて、巻回体を得る工程と、前記巻回体から前記巻き芯を引き抜く工程と、を含む、アルカリ二次電池の製造方法。
[9] 前記セパレータは、前記負極が配置される第1のセパレータと、前記正極が配置される第2のセパレータとを含み、前記第1のセパレータは、第1の不織布と、前記第1の不織布上に配置される第1の微多孔フィルムとを含み、前記第2のセパレータは、第2の不織布と、前記第2の不織布上に配置される第2の微多孔フィルムとを含み、前記巻き芯を配置する工程では、前記第1のセパレータの前記第1の微多孔フィルム上に前記負極を配置した負極積層体と、前記第2のセパレータの前記第2の不織布上に前記正極を配置した正極積層体とを準備し、前記巻き芯と前記第1の微多孔フィルムとが接しないように、前記巻き芯を前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの間に配置し、前記巻回体を得る工程では、前記負極積層体と前記正極積層体とを積層しながら、前記巻き芯に巻き付ける、[8]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[10] 前記巻き芯を配置する工程では、前記第1の微多孔フィルムは、前記第1の不織布の長手方向の一方の端部から前記巻き芯の外周長さ以上離れた位置に配置される、[9]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[11] 前記巻き芯を配置する工程では、前記第1の微多孔フィルムの長手方向の一方の端部は、前記負極の長手方向の一方の端部よりも突出しており、前記突出した前記第1の微多孔フィルムの表面は、保護部材で覆われている、[9]又は[10]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[12] 前記セパレータは、前記不織布上に配置された第1の微多孔フィルムと、前記第1の微多孔フィルムと隙間を介して前記不織布上に配置された第2の微多孔フィルムと、を含み、前記巻き芯は、前記隙間に露出する前記不織布を保持する保持部を有し、前記巻き芯を配置する工程では、前記隙間に露出する前記不織布を前記巻き芯で保持し、前記巻回体を得る工程では、前記第1の微多孔フィルムの表面に前記負極を配置し、前記不織布の前記第2の微多孔フィルムが配置された表面の裏面側に前記正極を配置した状態で、前記セパレータを前記巻き芯に巻き付ける、[8]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[2] 前記微多孔フィルムは、前記不織布の前記中心空間に面した位置から離れた位置に配置されている、[1]に記載のアルカリ二次電池。
[3] 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部は、前記負極の径方向内側の端部から突出しており、前記セパレータは、前記突出した前記微多孔フィルムの表面を覆う保護部材をさらに含む、[1]に記載のアルカリ二次電池。
[4] 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部と径方向外側の端部が、前記不織布にそれぞれ固定されている、[1]~[3]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[5] 前記微多孔フィルムは、前記不織布と前記負極との間に配置されている、[1]~[4]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[6] 前記セパレータは、前記不織布と前記正極との間に配置される2つの他の不織布をさらに含み、前記2つの他の不織布は、前記正極の径方向内側の端部と径方向外側の端部に対応する位置にそれぞれ配置されている、[1]~[5]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[7] 前記アルカリ二次電池は、ニッケル亜鉛二次電池である、[1]~[6]のいずれかに記載のアルカリ二次電池。
[8] 不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含むセパレータ上に、巻き芯を、前記微多孔フィルムと接しないように配置する工程と、正極と負極とを前記セパレータを介して積層した積層した積層体を前記巻き芯に巻き付けて、巻回体を得る工程と、前記巻回体から前記巻き芯を引き抜く工程と、を含む、アルカリ二次電池の製造方法。
[9] 前記セパレータは、前記負極が配置される第1のセパレータと、前記正極が配置される第2のセパレータとを含み、前記第1のセパレータは、第1の不織布と、前記第1の不織布上に配置される第1の微多孔フィルムとを含み、前記第2のセパレータは、第2の不織布と、前記第2の不織布上に配置される第2の微多孔フィルムとを含み、前記巻き芯を配置する工程では、前記第1のセパレータの前記第1の微多孔フィルム上に前記負極を配置した負極積層体と、前記第2のセパレータの前記第2の不織布上に前記正極を配置した正極積層体とを準備し、前記巻き芯と前記第1の微多孔フィルムとが接しないように、前記巻き芯を前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの間に配置し、前記巻回体を得る工程では、前記負極積層体と前記正極積層体とを積層しながら、前記巻き芯に巻き付ける、[8]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[10] 前記巻き芯を配置する工程では、前記第1の微多孔フィルムは、前記第1の不織布の長手方向の一方の端部から前記巻き芯の外周長さ以上離れた位置に配置される、[9]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[11] 前記巻き芯を配置する工程では、前記第1の微多孔フィルムの長手方向の一方の端部は、前記負極の長手方向の一方の端部よりも突出しており、前記突出した前記第1の微多孔フィルムの表面は、保護部材で覆われている、[9]又は[10]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
[12] 前記セパレータは、前記不織布上に配置された第1の微多孔フィルムと、前記第1の微多孔フィルムと隙間を介して前記不織布上に配置された第2の微多孔フィルムと、を含み、前記巻き芯は、前記隙間に露出する前記不織布を保持する保持部を有し、前記巻き芯を配置する工程では、前記隙間に露出する前記不織布を前記巻き芯で保持し、前記巻回体を得る工程では、前記第1の微多孔フィルムの表面に前記負極を配置し、前記不織布の前記第2の微多孔フィルムが配置された表面の裏面側に前記正極を配置した状態で、前記セパレータを前記巻き芯に巻き付ける、[8]に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
本発明によれば、巻き取り不良に起因するサイクル寿命の低下が抑制されたアルカリ二次電池及びその製造方法を提供することができる。
[実施の形態1]
(アルカリ二次電池の構成)
以下、本発明の一実施の形態に係るアルカリ二次電池の一例として、ニッケル亜鉛二次電池について説明する。
(アルカリ二次電池の構成)
以下、本発明の一実施の形態に係るアルカリ二次電池の一例として、ニッケル亜鉛二次電池について説明する。
図2は、実施の形態1に係るニッケル亜鉛二次電池10を部分的に破断して示した模式的な斜視図である。図3は、図2の電池10の模式的な横断面図である。図4は、図3の巻回体の中心付近の部分拡大横断面図である。なお、これらの図では、巻回体やセパレータの構成部材の一部について図示を省略している。
図2に示されるように、本実施の形態に係るニッケル亜鉛二次電池10は、いわゆる円筒型電池であって、外装缶12、封口体14、巻回体16(電極群)、電解液(不図示)、上部絶縁部材18及び下部絶縁部材20を有する。
外装缶12は、巻回体16を収納する容器であり、本実施の形態では、上端が開口した有底円筒形状をなす容器である。外装缶12は、導電性を有し、その底壁12Aは負極端子として機能する。外装缶12の材料は、導電性を有し、電解液や電池内部の電気化学反応に対して耐食性を有するものであればよく、通常、鉄、鋼等の金属材料である。
封口体14は、外装缶12の開口に絶縁パッキン22を介して固定されており、外装缶12を封口するとともに正極端子を構成する。封口体14は、蓋板24、弁体26及び正極端子28を含む。
蓋板24は、導電性を有する円板形状の部材であり、中央に貫通孔24Aを有する。絶縁パッキン22は、蓋板24を囲むリング形状を有しており、外装缶12と封口体14との間に介装されている。絶縁パッキン22は、外装缶12の開口縁12Cをかしめ加工することにより外装缶12の開口縁12Cに固定されている。それにより、外装缶12の開口部は、蓋板24と絶縁パッキン22により気密に封止されている。
弁体26は、ゴム製の部材であり、蓋板24の外面上に貫通孔24Aを塞ぐように配置されている。
正極端子28は、金属製のフランジ付き円筒形状をなす部材であり、蓋板24の外面上に、弁体26を覆うようにして電気的に接続されている。正極端子28は、弁体26を蓋板24に向けて押圧している。正極端子28は、ガス抜き孔(不図示)を有する。
そして、通常作動時には、貫通孔24Aは弁体26によって気密に閉じられている。一方、外装缶12内にガスが発生して内圧が高まった時は、弁体26は内圧によって圧縮され、貫通孔24Aを開く。それにより、外装缶12内から貫通孔24A及び正極端子28のガス抜き孔(図示せず)を介して外部にガスが放出される。つまり、貫通孔24A、弁体26及び正極端子28は、電池のための安全弁を形成している。
巻回体16は、帯状の正極30と帯状の負極32とを、帯状のセパレータ(本実施の形態では、第1のセパレータ34A又は第2のセパレータ34B)を介して積層した状態で巻回したものである(図3参照)。
巻回体16の最外周面には、負極32が配置されており、当該負極32は、外装缶12の内壁面と接触している。即ち、負極32と、負極端子である外装缶12とは、互いに電気的に接続されている(図2及び図3参照)。
一方、巻回体16の正極30には正極リード38が接続されている(図2参照)。正極リード38の一端は正極30に接続され、他端は蓋板24に接続されている。それにより、正極30と正極端子28とは、正極リード38及び蓋板24を介して互いに電気的に接続されている。
上部絶縁部材18は、巻回体16と蓋板24との間に配置され、巻回体16の負極32が、封口体14と接しないようになっている。また、上部絶縁部材18は、正極リード36を通すためのスリット18Aを有する。
下部絶縁部材20は、巻回体16と外装缶12の底部との間に配置されている。それにより、巻回体16の正極30が、外装缶12の内壁面と接しないようになっている。
電解液(不図示)は、アルカリ電解液であり、外装缶12内に封入されている。アルカリ電解液は、KOH、NaOH及びLiOHのうちの少なくとも一種を溶質として含む水溶液であることが好ましい。アルカリ電解液の濃度(溶質濃度)は、特に限定されないが、例えば5.0N以上8.0N以下(25質量%以上45質量%以下)としうる。また、本実施の形態では、アルカリ電解液は、酸化亜鉛を飽和濃度まで溶解させたものであることが好ましい。負極から電解液への亜鉛イオンの溶出をできるだけ抑制するためである。
次に、巻回体16の構成について説明する。
(巻回体16の構成)
上記の通り、巻回体16は、第1のセパレータ34A、負極32、第2のセパレータ34B、正極30を積層した状態で巻回したものである(図3参照)。なお、本実施の形態では、2枚のセパレータ(第1のセパレータ34A及び第2のセパレータ34B)を使用しているが、これに限らず、1枚のセパレータを折り曲げて使用してもよい。
上記の通り、巻回体16は、第1のセパレータ34A、負極32、第2のセパレータ34B、正極30を積層した状態で巻回したものである(図3参照)。なお、本実施の形態では、2枚のセパレータ(第1のセパレータ34A及び第2のセパレータ34B)を使用しているが、これに限らず、1枚のセパレータを折り曲げて使用してもよい。
第1のセパレータ34Aは、不織布35A(第1の不織布)と、微多孔フィルム36A(第1の微多孔フィルム)とを含む(図4参照)。第2のセパレータ34Bは、不織布35B(第2の不織布)と、微多孔フィルム36B(第2の微多孔フィルム)とを含む。そして、図1Bで示される巻回体とは異なり、本実施の形態に係る巻回体16では、第1のセパレータ34Aの微多孔フィルム36Aと第2のセパレータ34Bの微多孔フィルム36Bは、いずれも巻回体16の中心空間16Sに面していない(図4参照)。
巻回体16の中心空間16Sは、巻回体16を作製する際に巻き芯が存在していた部分である(図4参照)。本実施の形態では、中心空間16Sは、径方向最内側において、対向する不織布35Aと不織布35Bとで囲まれた空間であり、第1のセパレータ34A、負極32、第2のセパレータ34B及び正極30を巻き芯に巻き付けた後、巻き芯を引き抜いて形成される空間である。
例えば、微多孔フィルム34Aが中心空間16Sに面していないとは、微多孔フィルム36Aの表面36cが、中心空間16Sに露出していないことを意味する(図4、後述の図5C参照)。本実施の形態では、微多孔フィルム36Aは、不織布35Aの中心空間16Sに面した位置(図4では、不織布35Aの中心空間16S側の端部35a)から離れた位置に配置されている。それにより、微多孔フィルム36Aが中心空間16Sに面していない。
そのような巻回体16は、後述するように、巻回体16を作製する際に、巻き芯44と微多孔フィルム36A及び36Bとが接しないように、巻き芯44を第1のセパレータ34A及び第2のセパレータ34B上に配置する工程を行うことによって得ることができる(後述の図6参照)。
以下、巻回体16に含まれる各部材について説明する。
(1)正極30
正極30は、正極集電体と、正極合剤とを含む。
正極30は、正極集電体と、正極合剤とを含む。
正極集電体は、例えば金属箔や、網状、スポンジ状、繊維状若しくはフェルト状の金属多孔体、パンチングメタル若しくはエキスパンドメタル等でありうる。正極集電体の材料は、正極の反応電位でも安定な金属材料であればよく、例えばニッケル、ステンレス鋼であり、好ましくはニッケルである。即ち、正極集電体は、例えば発泡ニッケルでありうる。
正極合剤は、正極集電体に保持されており、正極活物質を含む。正極活物質としては、水酸化ニッケルが挙げられる。水酸化ニッケルには、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)及びカドミウム(Cd)のうち少なくとも一種が固溶していてもよい。
正極合剤は、正極添加剤や結着剤をさらに含んでもよい。
正極添加剤としては、酸化イットリウム;酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物;金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物;酸化エルビウム等の希土類化合物;酸化ニオブ等が挙げられる。
結着剤としては、正極の反応電位でも安定な結着剤であればよい。そのような結着剤としては、例えばヒドロキシプロピルセルロースやカルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸ナトリウム、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等)が挙げられる。
(2)負極32
負極32は、負極集電体と、負極合剤とを含む。
負極32は、負極集電体と、負極合剤とを含む。
負極集電体は、金属箔等の無孔の集電体であってもよいし、網状、スポンジ状、繊維状若しくはフェルト状の金属多孔体、パンチングメタル若しくはエキスパンドメタル等の有孔の集電体であってもよい。負極集電体の材料は、負極の反応電位でも安定な金属材料であればよく、銅及び銅合金(例えば真鍮等)、鉄が含まれ、好ましくは銅である。即ち、負極集電体は、銅箔であることが好ましい。
負極合剤は、負極集電体に保持されており、負極活物質を含む。負極活物質としては、亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛含有化合物のうちの少なくとも1種を含む。亜鉛合金を構成する金属としては、亜鉛の他にビスマス、アルミニウム、インジウム等が挙げられる。亜鉛含有化合物としては、例えば酸化亜鉛(1種/2種/3種)、水酸化亜鉛、硫化亜鉛、テトラヒドロキシ亜鉛イオン塩、亜鉛ハロゲン化物、酢酸亜鉛や酒石酸亜鉛、シュウ酸亜鉛をはじめとする亜鉛カルボキシラート化合物、亜鉛酸マグネシウム、亜鉛酸カルシウム、亜鉛酸バリウム、ホウ酸亜鉛、ケイ酸亜鉛、アルミン酸亜鉛、フッ化亜鉛、炭酸亜鉛、炭酸水素亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛等が挙げられる。中でも、負極活物質は、酸化亜鉛を主成分として含むことが好ましい。主成分として含むとは、負極活物質の全質量に対して、例えば50質量%以上の量でありうる。また、負極活物質は、亜鉛(金属亜鉛)をさらに含むことが好ましい。亜鉛は、放電リザーブと導電材とを兼ねることができる。
負極合剤は、負極添加剤や結着剤をさらに含んでもよい。
負極添加剤は、負極活物質の電解液への溶出を低減するものでありうる。そのような負極添加剤の例には、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、酸化インジウム、水酸化インジウム、シュウ酸カリウム及びそれらの水和物等が含まれる。例えば、シュウ酸カリウム及びそれらの水和物は、電解液中に溶出すると、シュウ酸イオンに解離する。それにより、電解液中に溶出した亜鉛イオンが、シュウ酸イオンと難溶性の塩を形成し、負極活物質の表面を覆うため、負極活物質の金属亜鉛と電解液との接触を低減できる。それにより、自己放電を生じにくくしうる。
結着剤としては、負極の反応電位でも安定な結着剤であればよい。そのような結着剤としては、例えばヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。中でも、結着効果が高く、耐アルカリ性を有する等の観点から、スチレンブタジエンゴムが好ましい。
(3)第1のセパレータ34A、第2のセパレータ34B
図5Aは、第1のセパレータ34Aの展開状態の模式的な平面図であり、図5Bは、模式的な底面図であり、図5Cは、図5Aにおける5C-5C線の模式的な断面図である。
図5Aは、第1のセパレータ34Aの展開状態の模式的な平面図であり、図5Bは、模式的な底面図であり、図5Cは、図5Aにおける5C-5C線の模式的な断面図である。
(3.1)第1のセパレータ34A
第1のセパレータ34Aは、上記の通り、不織布35Aと、微多孔フィルム36Aとを含む。第1のセパレータ34Aは、2つの他の不織布37Aをさらに含んでもよい(図5A及び5C参照)。
第1のセパレータ34Aは、上記の通り、不織布35Aと、微多孔フィルム36Aとを含む。第1のセパレータ34Aは、2つの他の不織布37Aをさらに含んでもよい(図5A及び5C参照)。
(3.1.1)不織布35A
不織布35Aの材料は、特に制限されず、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、及びポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性樹脂でありうる。中でも、強度やシャットダウン特性の観点から、ポリオレフィンが好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。
不織布35Aの材料は、特に制限されず、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、及びポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性樹脂でありうる。中でも、強度やシャットダウン特性の観点から、ポリオレフィンが好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。
不織布35Aは、親水化処理されていてもよい。親水化処理の種類は、特に限定されず、例えば硫酸又は発煙硫酸によるスルフォン化処理であってよい。スルフォン化処理は、不織布を一定時間、濃硫酸に浸漬して、不織布の表面をスルフォン化する(スルホン酸基を付与する)ことにより、濡れやすくする処理である。
不織布35Aの目付量は、特に限定されないが、例えば20g/m2以上70g/m2以下とすることができる。目付量が70g/m2以下であると、イオン伝導率をより高めやすく、内部抵抗をより増大させにくくすることができる。目付量が20g/m2以上であると、デンドライトによる短絡をより抑制できる。目付量は、単位面積当たりの重量を求めることによって算出することができる。
不織布35Aの厚みは、特に制限されないが、例えば50μm以上160μm以下であることが好ましい。
(3.1.2)微多孔フィルム36A
微多孔フィルム36Aは、不織布35Aの一方の面(本実施の形態では、負極32が配置される側の面)に配置されている(図5C参照)。即ち、微多孔フィルム36Aは、不織布35Aと負極32との間に配置される。
微多孔フィルム36Aは、不織布35Aの一方の面(本実施の形態では、負極32が配置される側の面)に配置されている(図5C参照)。即ち、微多孔フィルム36Aは、不織布35Aと負極32との間に配置される。
本実施の形態では、微多孔フィルム36Aは、不織布35の長手方向の一方の端部35a(図4では中心空間16S側の端部35a)から離れた位置に配置されている(図5B参照)。具体的には、微多孔フィルム36Aは、不織布35Aの端部35aからLだけ離れた位置に配置されている(図5B参照)。Lは、巻き芯の外周長さ以上であることが好ましい。それにより、後述の巻き芯を配置する工程において、巻き芯と微多孔フィルム36Aとが接しないように、巻き芯を第1のセパレータ34上に配置することができる。例えば、巻き芯の断面形状が真円である場合、巻き芯の外周長さρは、下記式より算出することができる。
ρ=πR(R:巻き芯直径、π:円周率)
ρ=πR(R:巻き芯直径、π:円周率)
微多孔フィルム36Aは、不織布35Aに固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。巻回時の巻きズレをより生じにくくする観点では、微多孔フィルム36Aは、不織布35Aに固定されていることが好ましい(図5B参照)。微多孔フィルム36Aは、任意の位置で固定されてよいが、イオン透過性をより損なわれにくくする観点では、微多孔フィルム36Aの長手方向の2つの端部36aと36bでそれぞれ固定されていることが好ましい(図5A及び図5Bの固定部H参照)。微多孔フィルム36Aの固定方法は特に限定されないが、例えば熱溶着でありうる。
微多孔フィルム36Aの材料は、特に限定されず、不織布35Aの材料と同様のものを使用できる。中でも、ポリエチレンやポリプロピレン等のオレフィン樹脂が好ましい。微多孔フィルム36Aは、上記と同様に、親水化処理されていてもよい。
微多孔フィルム36Aの厚みは、特に限定されないが、通常、不織布35Aよりも薄くてよく、例えば5μm以上80μm以下とすることができる。
(3.1.3)他の不織布37A
2つの他の不織布37Aは、不織布35Aの他方の面(本実施の形態では、正極30が配置される側の面)において、正極30の長手方向の2つの端部30a及び30bにそれぞれ対応する位置に配置されている(図5C参照)。即ち、他の不織布37Aは、不織布35Aと正極30との間に配置される。それにより、正極30の2つの端部30a、30bのバリによって不織布35Aが損傷するのをより抑制することができる。なお、他の不織布37Aは、目的に応じて使用されればよく、他の不織布37Aを使用しなくてもよいし、使用する場合でもその数や配置は上記に限定されない。
2つの他の不織布37Aは、不織布35Aの他方の面(本実施の形態では、正極30が配置される側の面)において、正極30の長手方向の2つの端部30a及び30bにそれぞれ対応する位置に配置されている(図5C参照)。即ち、他の不織布37Aは、不織布35Aと正極30との間に配置される。それにより、正極30の2つの端部30a、30bのバリによって不織布35Aが損傷するのをより抑制することができる。なお、他の不織布37Aは、目的に応じて使用されればよく、他の不織布37Aを使用しなくてもよいし、使用する場合でもその数や配置は上記に限定されない。
他の不織布37Aは、不織布35Aに固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。正極30に対する第1のセパレータ34Aの位置ズレをより生じにくくする観点では、他の不織布37Aは、不織布35Aに固定されていることが好ましい(図5A及び図5Cの固定部H参照)。他の不織布37Aの固定方法も、上記と同様に、熱溶着であってよい。
他の不織布37Aの材料や物性は、上記した不織布35Aの材料や物性と同一又は同様のものを使用できるため、詳細な説明は省略する。なお、他の不織布37Aの材料や物性は、不織布35Aの材料や物性と同じであってもよいし、異なってもよい。例えば、他の不織布37Aの厚みは、不織布35Aの厚みより薄くてもよい。また、他の不織布37Aの目付は、不織布35Aの目付よりも小さくてもよい。
(3.2)第2のセパレータ34B
第2のセパレータ34Bは、不織布35B(第2の不織布)と、微多孔フィルム36B(第2の微多孔フィルム)とを含み、2つの他の不織布37Bをさらに含むことが好ましい。
第2のセパレータ34Bは、不織布35B(第2の不織布)と、微多孔フィルム36B(第2の微多孔フィルム)とを含み、2つの他の不織布37Bをさらに含むことが好ましい。
不織布35B、微多孔フィルム36B及び他の不織布37Bは、上記した第1のセパレータ34Aの不織布35A、微多孔フィルム36A及び他の不織布37Aとそれぞれ同一又は同様のものを使用できるため、詳細な説明は省略する。
(ニッケル亜鉛二次電池10の製造方法)
以下、ニッケル亜鉛二次電池10の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図6は、本実施の形態における巻回体16の製造方法を示す模式的な断面図である。
以下、ニッケル亜鉛二次電池10の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図6は、本実施の形態における巻回体16の製造方法を示す模式的な断面図である。
上記したニッケル亜鉛二次電池は、例えば、1)巻き芯44が微多孔フィルム(微多孔フィルム36A及び36B)と接しないように、巻き芯44をセパレータ(第1のセパレータ34A、第2のセパレータ34B)上に配置する工程と、2)正極30と負極32とを、上記セパレータを介して積層した状態で巻き芯44に巻き付けて、巻回体を得る工程と、3)巻回体から巻き芯44を引き抜く工程と、を経て製造することができる。
1)巻き芯を配置する工程
本実施の形態では、まず、第1のセパレータ34Aの微多孔フィルム36A上に、負極32を配置する(図6参照)。それにより、不織布35Aと、当該不織布35A上に配置された微多孔フィルム36Aと、当該微多孔フィルム36A上に配置された負極32とを含む負極積層体40を得る。
本実施の形態では、まず、第1のセパレータ34Aの微多孔フィルム36A上に、負極32を配置する(図6参照)。それにより、不織布35Aと、当該不織布35A上に配置された微多孔フィルム36Aと、当該微多孔フィルム36A上に配置された負極32とを含む負極積層体40を得る。
同様に、第2のセパレータ34Bの不織布35B上に、正極30を配置する(図6参照)。それにより、微多孔フィルム36Bと、当該微多孔フィルム36B上に配置された不織布35Bと、当該不織布35B上に配置された正極30とを含む正極積層体42を得る。
次いで、負極積層体40の第1のセパレータ34Aと、正極積層体42の第2のセパレータ34Bとの間に巻き芯44を配置する(図6参照)。なお、巻き芯44は、適度に滑りを防止する観点等から、表面に溝(又は凹凸)が形成されていてもよい。例えば、巻き芯44の軸方向に直交する断面形状は、円形や楕円形に限らず、多角形(例えば芒星形)であってもよい。
具体的には、負極積層体40と、反転させた正極積層体42とを、互い違いに配置する(図6参照)。即ち、平面視したときに、第1のセパレータ34Aと第2のセパレータ34Bの巻き始め側の端部付近同士がオーバーラップするように配置する。
ここで、負極積層体40の第1のセパレータ34Aのうち、微多孔フィルム36Aは、巻き芯44側に配置されているものの、不織布35Aの端部35aよりも巻き芯44の外周長さ以上離れた位置に配置されている(図6参照)。そのため、巻き芯44を第1のセパレータ34A上に配置しても、巻き芯44は微多孔フィルム36Aとは接しない。
一方、正極積層体42の第2のセパレータ34Bのうち、微多孔フィルム36Bは、巻き芯44側には配置されていない。そのため、巻き芯44を第2のセパレータ34B上に配置しても、巻き芯48は微多孔フィルム36Bとも接しない。
それにより、巻き芯44が微多孔フィルム36A及び36Bのいずれとも接しないように、巻き芯44を第1のセパレータ34Aと第2のセパレータ34Bとの間に配置することができる(図6参照)。
2)巻回体を得る工程
次いで、負極積層体40と、正極積層体42とを積層しながら巻き芯44に巻き付ける(図6参照)。
次いで、負極積層体40と、正極積層体42とを積層しながら巻き芯44に巻き付ける(図6参照)。
具体的には、巻き芯44の回転に伴い、巻き芯44に対して一方の側(図6では右側)から第1のセパレータ34Aと負極32を含む負極積層体40が、巻き芯44の外周面に巻き付けられる。
一方、巻き芯44に対して他方の側(図6では左側)から、第2のセパレータ34Bと正極30とを含む正極積層体42が、巻き芯44の外周面に巻き付けられる。
それにより、第1のセパレータ34A、負極32、第2のセパレータ34B及び正極30がこの順に積層された状態で巻き芯44に巻き付けられ、巻回体が得られる。
一方、巻き芯44に対して他方の側(図6では左側)から、第2のセパレータ34Bと正極30とを含む正極積層体42が、巻き芯44の外周面に巻き付けられる。
それにより、第1のセパレータ34A、負極32、第2のセパレータ34B及び正極30がこの順に積層された状態で巻き芯44に巻き付けられ、巻回体が得られる。
3)巻き芯を引き抜く工程
そして、得られた巻回体から巻き芯44を引き抜くことにより、巻回体16を得ることができる。
そして、得られた巻回体から巻き芯44を引き抜くことにより、巻回体16を得ることができる。
(作用)
本実施の形態では、上記1)の工程において、第1のセパレータ34Aの微多孔フィルム36Aが、不織布35Aの端部35aから離れた位置に配置されていることにより、巻き芯44が、微多孔フィルム36A及び36Bのいずれとも接しない(図6参照)。
そのため、2)の工程において巻回する際や、3)の工程において巻回体から巻き芯44を引き抜く際に、巻き芯44が微多孔フィルム36A及び36Bを傷付けるのを抑制することができる。従って、巻き取り不良を抑制することができ、それによる短絡を抑制することができる。
本実施の形態では、上記1)の工程において、第1のセパレータ34Aの微多孔フィルム36Aが、不織布35Aの端部35aから離れた位置に配置されていることにより、巻き芯44が、微多孔フィルム36A及び36Bのいずれとも接しない(図6参照)。
そのため、2)の工程において巻回する際や、3)の工程において巻回体から巻き芯44を引き抜く際に、巻き芯44が微多孔フィルム36A及び36Bを傷付けるのを抑制することができる。従って、巻き取り不良を抑制することができ、それによる短絡を抑制することができる。
なお、図6では、微多孔フィルム36Aの端部36aは、負極32の端部32aから突出していないが、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、負極32の端部32aから若干突出していてもよい。
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2における巻回体の中心付近の部分拡大横断面図である。図8Aは、実施の形態2における展開状態のセパレータの模式的な平面図であり、図8Bは、模式的な底面図であり、図8Cは、図8Aにおける8C-8C線の模式的な断面図である。
図7は、実施の形態2における巻回体の中心付近の部分拡大横断面図である。図8Aは、実施の形態2における展開状態のセパレータの模式的な平面図であり、図8Bは、模式的な底面図であり、図8Cは、図8Aにおける8C-8C線の模式的な断面図である。
実施の形態2に係る電池10は、2枚のセパレータ(第1のセパレータ34A、第2のセパレータ34B)に代えて、構成の異なる1枚のセパレータ34を用いて作製された巻回体16を有する以外は実施の形態1に係る電池10と同様に構成される。そこで、実施の形態1に係る電池10と同じ構成要素については同一の符番を付して、その説明を省略する。
(巻回体16の構成)
本実施の形態では、セパレータ34は、不織布35と、2つの微多孔フィルム36A及び36B(第1の微多孔フィルム及び第2の微多孔フィルム)と、4つの他の不織布37とを含む(図7及び図8C参照)。そして、図7に示すように、巻回体16の中心空間16S付近において、微多孔フィルム36A及び36Bは、いずれも不織布35の中心空間16Sに面した位置から離れた位置に配置されている。それにより、微多孔フィルム36A及び36Bは、いずれも巻回体16の中心空間16Sに面していない。
本実施の形態では、セパレータ34は、不織布35と、2つの微多孔フィルム36A及び36B(第1の微多孔フィルム及び第2の微多孔フィルム)と、4つの他の不織布37とを含む(図7及び図8C参照)。そして、図7に示すように、巻回体16の中心空間16S付近において、微多孔フィルム36A及び36Bは、いずれも不織布35の中心空間16Sに面した位置から離れた位置に配置されている。それにより、微多孔フィルム36A及び36Bは、いずれも巻回体16の中心空間16Sに面していない。
本実施の形態では、中心空間16Sは、保持部を有する巻き芯を引き抜いて形成される空間である。図7では、最も径方向内側において、折れ曲がり部を挟んで不織布35で囲まれた空間である。
2つの微多孔フィルム36A及び36Bは、不織布35の一方の面(本実施の形態では、負極32が配置される側の面)において、不織布35の長手方向に隙間46を介して配置されている(図8A参照)。隙間46には、不織布35が露出している。隙間46の長手方向の長さは、後述するLと同じか、それよりも長ければよい。
隙間46の長手方向の長さは、巻き芯44の外周長さ以上であることが好ましい。
2つの微多孔フィルム36A及び36Bのうち、少なくとも巻き芯44と接する側にある微多孔フィルム36Aは、隙間46に露出した不織布35Aの巻き始め位置PからLだけ離れた位置に配置されている(図8A参照)。Lは、(露出した不織布35が巻き芯44の保持部44aと接する部分の長さ+巻き芯44の外周長さの1/2)以上であればよく、巻き芯44の外周長さ以上であることがより好ましい。
4つの他の不織布37は、不織布35の他方の面(本実施の形態では、正極30が配置される側の面)の、正極30の一方の面の2つの端部30a、30b、他方の面の2つの端部(不図示)に対応する位置にそれぞれ配置されている(図9C参照)。
なお、不織布35、微多孔フィルム36A及び36B、他の不織布37は、実施の形態1における不織布35A、微多孔フィルム36A及び36B、他の不織布37Aとそれぞれ同様のものを使用できる。
(ニッケル亜鉛二次電池の製造方法)
図9A~図9Cは、実施の形態2における巻回体の製造方法を示す模式的な断面図である。本実施の形態では、巻き芯44として、上記した隙間46に露出した不織布35を保持する保持部44aを有する巻き芯を使用する。巻き芯44は、保持部44aとして割り溝を有するもの(いわゆる割りピン)であってもよいし、2つの部材で挟むものであってもよい。
図9A~図9Cは、実施の形態2における巻回体の製造方法を示す模式的な断面図である。本実施の形態では、巻き芯44として、上記した隙間46に露出した不織布35を保持する保持部44aを有する巻き芯を使用する。巻き芯44は、保持部44aとして割り溝を有するもの(いわゆる割りピン)であってもよいし、2つの部材で挟むものであってもよい。
1)の工程(巻き芯を配置する工程)
まず、巻き芯44の保持部44aで、セパレータ34の隙間46に露出した不織布35を保持する(図9A及び図9B参照)。
まず、巻き芯44の保持部44aで、セパレータ34の隙間46に露出した不織布35を保持する(図9A及び図9B参照)。
2)の工程(巻回する工程)
次いで、微多孔フィルム36A上に負極32を配置し、巻き芯44を回転させて、微多孔フィルム36Bが、負極32と接するように(2つの微多孔フィルム36Aと36Bとで、負極32を挟みこむように)セパレータ34を折り曲げる。
また、折り曲げられた不織布35の微多孔フィルム36Bが配置された表面の裏面側に正極30を配置した状態で、巻き芯44にセパレータ34を巻き付ける(図9C参照)。
次いで、微多孔フィルム36A上に負極32を配置し、巻き芯44を回転させて、微多孔フィルム36Bが、負極32と接するように(2つの微多孔フィルム36Aと36Bとで、負極32を挟みこむように)セパレータ34を折り曲げる。
また、折り曲げられた不織布35の微多孔フィルム36Bが配置された表面の裏面側に正極30を配置した状態で、巻き芯44にセパレータ34を巻き付ける(図9C参照)。
3)の工程(巻き芯を引き抜く工程)
そして、得られた巻回体から巻き芯44を引き抜いて、巻回体16を得る。
そして、得られた巻回体から巻き芯44を引き抜いて、巻回体16を得る。
(作用)
本実施の形態では、上記1)の工程において、巻き芯44でセパレータ34を保持した際に、巻き芯44が、微多孔フィルム36A及び36Bのいずれとも接しない。そのため、上記実施の形態1と同様に、3)の工程において、巻回体から巻き芯44を引き抜く際に、巻き芯44が微多孔フィルム36A及び36Bを傷付けるのを抑制することができる。従って、巻き取り不良を抑制することができ、それによる短絡を抑制することができる。
本実施の形態では、上記1)の工程において、巻き芯44でセパレータ34を保持した際に、巻き芯44が、微多孔フィルム36A及び36Bのいずれとも接しない。そのため、上記実施の形態1と同様に、3)の工程において、巻回体から巻き芯44を引き抜く際に、巻き芯44が微多孔フィルム36A及び36Bを傷付けるのを抑制することができる。従って、巻き取り不良を抑制することができ、それによる短絡を抑制することができる。
[変形例]
なお、本発明に係る電池の構成やその製造方法は、上記実施の形態で示したものに限定されない。
なお、本発明に係る電池の構成やその製造方法は、上記実施の形態で示したものに限定されない。
図10は、変形例に係る巻回体の製造方法を示す模式的な部分拡大断面図である。
例えば、図10に示すように、第2のセパレータ34Bの微多孔フィルム36Bは、巻き芯44と接する側には配置されない。そのため、微多孔フィルム36Bは、不織布35Bの端部35aから離れた位置に配置されなくてもよく、不織布35Bの端部35aと微多孔フィルム36Bの端部36aが重なるように配置されてもよい(図10参照)。
同様に、実施の形態2においても、図9Bの微多孔フィルム36Bは、巻き芯44と接する側には配置されないため、微多孔フィルム36Bは巻き芯44に近い側に配置されてもよい(図9B)。
例えば、図10に示すように、第2のセパレータ34Bの微多孔フィルム36Bは、巻き芯44と接する側には配置されない。そのため、微多孔フィルム36Bは、不織布35Bの端部35aから離れた位置に配置されなくてもよく、不織布35Bの端部35aと微多孔フィルム36Bの端部36aが重なるように配置されてもよい(図10参照)。
同様に、実施の形態2においても、図9Bの微多孔フィルム36Bは、巻き芯44と接する側には配置されないため、微多孔フィルム36Bは巻き芯44に近い側に配置されてもよい(図9B)。
また、上記実施の形態1及び2では、巻き芯44と接する部分に微多孔フィルム36A及び36Bが配置されない例を示したが、これに限らない。
図11は、変形例に係る巻回体16の中心空間16S付近の部分拡大横断面図である。図12は、図11の巻回体16の製造方法を示す模式的な断面図である。
図11に示すように、微多孔フィルム36Aの径方向内側の端部36aが、負極32の径方向内側の端部32aよりも突出していてもよい。その場合、突出した部分の微多孔フィルム36A(以下、「突出部36d」ともいう)の表面は、折り返された不織布35A(保護部材)で覆われていてもよい。
図11に示すように、微多孔フィルム36Aの径方向内側の端部36aが、負極32の径方向内側の端部32aよりも突出していてもよい。その場合、突出した部分の微多孔フィルム36A(以下、「突出部36d」ともいう)の表面は、折り返された不織布35A(保護部材)で覆われていてもよい。
そのような巻回体を製造するには、巻き芯44を配置する工程において、図12に示すように、不織布35Aの端部35aを、微多孔フィルム36Aの表面を覆うように折り返し、その折り返された不織布35A上に、巻き芯44を配置すればよい。それにより、巻き芯44をセパレータ34上に配置する際に、巻き芯44が、微多孔フィルム36Aの突出部36dと接しないようにすることができる。
なお、図11及び図12では、保護部材として不織布35Aを用いているが、これに限定されない。保護部材は、巻き芯44の表面との摩擦が小さいもの、好ましくは不織布であればよい。保護部材としての不織布は、不織布35Aと同様のものを使用できる。例えば、保護部材として、不織布35Aとは別の不織布を使用してもよい。
同様に、実施の形態2においても、隙間46を設ける代わりに、保護部材を配置してもよい。
同様に、実施の形態2においても、隙間46を設ける代わりに、保護部材を配置してもよい。
また、上記実施の形態では、セパレータが、不織布と微多孔フィルムとを1枚ずつ有する例を示したが、これに限らない。不織布と微多孔フィルムは、それぞれ2枚以上あってもよい。
また、上記実施の形態では、円筒形のニッケル亜鉛二次電池の例を示したが、これに限らず、角型のニッケル亜鉛二次電池であってもよい。
また、上記実施の形態では、ニッケル亜鉛二次電池の例を示したが、電解液としてアルカリ水溶液を用いる二次電池であれば限定されず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等であってもよい。
1.セパレータの作製
1-1.セパレータの構成部材
(不織布X)
ポリプロピレンの不織布(厚み140μm、目付62g/m2)
1-1.セパレータの構成部材
(不織布X)
ポリプロピレンの不織布(厚み140μm、目付62g/m2)
(微多孔フィルム)
ポリプロピレンの微多孔フィルム(厚み25μm、透気度620秒/100cc)を用いた。なお、微多孔フィルムの透気度は、JIS L1096(ISO 5636-5)に準拠してガーレー値として測定される値である。
ポリプロピレンの微多孔フィルム(厚み25μm、透気度620秒/100cc)を用いた。なお、微多孔フィルムの透気度は、JIS L1096(ISO 5636-5)に準拠してガーレー値として測定される値である。
(補助用の不織布Y)
ポリプロピレンの不織布(厚み110μm、目付45g/m2)を用いた。
ポリプロピレンの不織布(厚み110μm、目付45g/m2)を用いた。
1-2.セパレータの作製
(セパレータ1の作製)
不織布Xの一方の面に、微多孔フィルムを、不織布Xの長手方向の一方の端部(巻き始め位置)からの巻き芯外径ρ分だけ離れた位置に配置した。巻き芯外径ρは、下記式より算出した。Rは、ノギスを用いて測定した。
ρ=πR(R:巻き芯直径、π:円周率)
そして、当該微多孔フィルムの長手方向の2つの端部で不織布Xに熱溶着した(図5B参照)。
(セパレータ1の作製)
不織布Xの一方の面に、微多孔フィルムを、不織布Xの長手方向の一方の端部(巻き始め位置)からの巻き芯外径ρ分だけ離れた位置に配置した。巻き芯外径ρは、下記式より算出した。Rは、ノギスを用いて測定した。
ρ=πR(R:巻き芯直径、π:円周率)
そして、当該微多孔フィルムの長手方向の2つの端部で不織布Xに熱溶着した(図5B参照)。
不織布Xの他方の面に、2つの補助用の不織布Yを、正極の長手方向の2つの端部に対応する位置を含む全面にそれぞれ配置し、熱溶着した(図5A参照)。
(セパレータ2の作製)
不織布Xの一方の面に、微多孔フィルムを、不織布Xの長手方向の一方の端部(巻き始め位置)に配置した以外はセパレータ1と同様にしてセパレータ2を作製した。
不織布Xの一方の面に、微多孔フィルムを、不織布Xの長手方向の一方の端部(巻き始め位置)に配置した以外はセパレータ1と同様にしてセパレータ2を作製した。
(セパレータ3の作製)
微多孔フィルムを用いなかった以外はセパレータ1と同様にして、セパレータ3を作製した。
微多孔フィルムを用いなかった以外はセパレータ1と同様にして、セパレータ3を作製した。
2.電池の作製
[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として準備された水酸化ニッケルの粉末100重量部に、水酸化コバルトの粉末25重量部、酸化イットリウムの粉末0.5重量部、酸化亜鉛の粉末0.5重量部、酸化ニオブの粉末0.3重量部、及び増粘剤としてのヒドロキシプロピルセルロースの粉末を0.2重量%含む水50.0重量部を添加して混練し、正極合剤のスラリーを調製した。
この正極活物質スラリーを発泡ニッケルに充填し、乾燥させた後、圧延ロールで圧延した。これを、所定のサイズで裁断し、一枚当たりの容量が2000mAhの正極を作製した。
[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として準備された水酸化ニッケルの粉末100重量部に、水酸化コバルトの粉末25重量部、酸化イットリウムの粉末0.5重量部、酸化亜鉛の粉末0.5重量部、酸化ニオブの粉末0.3重量部、及び増粘剤としてのヒドロキシプロピルセルロースの粉末を0.2重量%含む水50.0重量部を添加して混練し、正極合剤のスラリーを調製した。
この正極活物質スラリーを発泡ニッケルに充填し、乾燥させた後、圧延ロールで圧延した。これを、所定のサイズで裁断し、一枚当たりの容量が2000mAhの正極を作製した。
(負極の作製)
酸化亜鉛の粉末100重量部、亜鉛の粉末25重量部、酸化ビスマスの粉末3重量部、シュウ酸カリウム一水和物2重量部、結着剤としてのスチレンブタジエンゴムの粉末4重量部、増粘剤としてのヒドロキシプロピルセルロースの粉末1重量部、及び水100重量部を準備した。そして、これら、酸化亜鉛の粉末、亜鉛の粉末、酸化ビスマスの粉末、シュウ酸カリウム一水和物、スチレンブタジエンゴムの粉末、ヒドロキシプロピルセルロースの粉末、及び水を25℃の環境下において混合し、負極活物質スラリーを調製した。
この負極活物質スラリーを、錫メッキを施した銅無孔箔の全面に塗工し、乾燥させた後、圧延ロールで圧延した。これを、所定のサイズに裁断し、一枚当たりの容量が4500mAhとなる負極を作製した。
酸化亜鉛の粉末100重量部、亜鉛の粉末25重量部、酸化ビスマスの粉末3重量部、シュウ酸カリウム一水和物2重量部、結着剤としてのスチレンブタジエンゴムの粉末4重量部、増粘剤としてのヒドロキシプロピルセルロースの粉末1重量部、及び水100重量部を準備した。そして、これら、酸化亜鉛の粉末、亜鉛の粉末、酸化ビスマスの粉末、シュウ酸カリウム一水和物、スチレンブタジエンゴムの粉末、ヒドロキシプロピルセルロースの粉末、及び水を25℃の環境下において混合し、負極活物質スラリーを調製した。
この負極活物質スラリーを、錫メッキを施した銅無孔箔の全面に塗工し、乾燥させた後、圧延ロールで圧延した。これを、所定のサイズに裁断し、一枚当たりの容量が4500mAhとなる負極を作製した。
(電解液の作製)
水酸化カリウムを30質量%含む水溶液に、酸化亜鉛を飽和させて、電解液を作製した。
水酸化カリウムを30質量%含む水溶液に、酸化亜鉛を飽和させて、電解液を作製した。
(電池の作製)
図6に示すように、上記作製した正極、負極及び2枚のセパレータ1を用いて、巻回体を作製した。
まず、上記作製したセパレータ1を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ1の一方の面(微多孔フィルムが積層された面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ1の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に図6のように巻き芯を配置した。巻き芯には、表面に溝が設けられたものを使用した。この巻き始めの位置においては、巻き芯は、負極積層体の不織布Xと、正極積層体の不織布Xとにそれぞれ接しており、いずれも微多孔フィルムとは接していなかった。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
図6に示すように、上記作製した正極、負極及び2枚のセパレータ1を用いて、巻回体を作製した。
まず、上記作製したセパレータ1を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ1の一方の面(微多孔フィルムが積層された面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ1の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に図6のように巻き芯を配置した。巻き芯には、表面に溝が設けられたものを使用した。この巻き始めの位置においては、巻き芯は、負極積層体の不織布Xと、正極積層体の不織布Xとにそれぞれ接しており、いずれも微多孔フィルムとは接していなかった。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
得られた巻回体を、外装缶に挿入した後、電解液を所定量注液して、公称容量2000mAhの円筒形ニッケル亜鉛電池を作製した。その後、公称容量の100%まで充電した後、1.3Vまで放電するサイクルを1回行い、活性化を行った。
[比較例1]
上記セパレータ1をセパレータ2に変更した以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
まず、上記セパレータ2を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ2の一方の面(微多孔フィルムが積層された面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ2の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に巻き芯を配置した。この巻き始めの位置においては、巻き芯は、負極積層体の微多孔フィルムと、正極積層体の不織布Xとにそれぞれ接していた。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
上記セパレータ1をセパレータ2に変更した以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
まず、上記セパレータ2を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ2の一方の面(微多孔フィルムが積層された面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ2の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に巻き芯を配置した。この巻き始めの位置においては、巻き芯は、負極積層体の微多孔フィルムと、正極積層体の不織布Xとにそれぞれ接していた。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
[比較例2]
上記セパレータ1をセパレータ3に変更した以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
まず、上記セパレータ3を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ3の一方の面(補助用の不織布Yが積層されていない面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ3の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に巻き芯を配置した。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
上記セパレータ1をセパレータ3に変更した以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
まず、上記セパレータ3を2枚準備した。
そのうち、1枚目のセパレータ3の一方の面(補助用の不織布Yが積層されていない面)上に負極を配置し、負極積層体とした。
また、2枚目のセパレータ3の他方の面(補助用の不織布Yが積層された面)上に正極を配置し、正極積層体とした。
次いで、負極積層体のセパレータと正極積層体のセパレータとの間に巻き芯を配置した。
そして、巻き芯を回転させて、負極積層体と正極積層体とを積層しながら巻回した後、巻き芯を抜き取って巻回体を得た。
[評価]
(巻き取り不良)
実施例及び各比較例について、50セルずつ巻き取りを実施し、巻回体を作製した。
そして、作製した50セルのうち、巻き取り不良を生じたセルの数をカウントし、巻き取り不良の発生率を算出した。
巻き取り不良の発生率(%)=(不良を発生したセルの数/50セル)×100
なお、巻き取り不良とは、巻回体から巻き芯を引く抜く際に、巻郡が螺旋状になり、電池の作製ができなかったものが発生したり、螺旋状にならないまでも、巻き芯を引き抜くよりも先にセパレータが破れてしまう現象(微多孔フィルムの破断)が発生したりするかどうかを、目視により判断した。
(巻き取り不良)
実施例及び各比較例について、50セルずつ巻き取りを実施し、巻回体を作製した。
そして、作製した50セルのうち、巻き取り不良を生じたセルの数をカウントし、巻き取り不良の発生率を算出した。
巻き取り不良の発生率(%)=(不良を発生したセルの数/50セル)×100
なお、巻き取り不良とは、巻回体から巻き芯を引く抜く際に、巻郡が螺旋状になり、電池の作製ができなかったものが発生したり、螺旋状にならないまでも、巻き芯を引き抜くよりも先にセパレータが破れてしまう現象(微多孔フィルムの破断)が発生したりするかどうかを、目視により判断した。
(サイクル試験)
螺旋状にはならず、且つ巻き芯を引き抜いて巻回体を作製することができたものについて、電池を作製した(n=3)。
35℃の環境下で、電流値3.6Aで電圧が1.90Vに到達するまで定電流充電した後、電圧を1.9Vに維持する定電圧充電を、充電容量が960mAhになるまで行った後、15分間休止した。
その後、電流値3.6Aで電池電圧が1.3Vに到達するまで定電流放電を行い、15分間休止させた。
これらの工程を1サイクルとした。
そして、このサイクルを、電池寿命に到達するまで繰り返した。
そして、1サイクル目の放電容量に対する、各サイクル数後の放電容量の比を、放電容量初期比とした。そして、放電容量初期比が90%に到達する時のサイクル数を、サイクル寿命とした。
螺旋状にはならず、且つ巻き芯を引き抜いて巻回体を作製することができたものについて、電池を作製した(n=3)。
35℃の環境下で、電流値3.6Aで電圧が1.90Vに到達するまで定電流充電した後、電圧を1.9Vに維持する定電圧充電を、充電容量が960mAhになるまで行った後、15分間休止した。
その後、電流値3.6Aで電池電圧が1.3Vに到達するまで定電流放電を行い、15分間休止させた。
これらの工程を1サイクルとした。
そして、このサイクルを、電池寿命に到達するまで繰り返した。
そして、1サイクル目の放電容量に対する、各サイクル数後の放電容量の比を、放電容量初期比とした。そして、放電容量初期比が90%に到達する時のサイクル数を、サイクル寿命とした。
実施例1、比較例1及び2の評価結果を表1に示す。
(考察)
表1に示すように、巻き取り不良については、比較例1では、巻き取り時に巻き芯に微多孔フィルムが噛みこみ、微多孔フィルムの破断等の巻き取り不良が発生した。これに対し、実施例1及び比較例2では、微多孔フィルムの噛みこみは起こらず、微多孔フィルムの破断等の巻き取り不良は起こらなかった。
表1に示すように、巻き取り不良については、比較例1では、巻き取り時に巻き芯に微多孔フィルムが噛みこみ、微多孔フィルムの破断等の巻き取り不良が発生した。これに対し、実施例1及び比較例2では、微多孔フィルムの噛みこみは起こらず、微多孔フィルムの破断等の巻き取り不良は起こらなかった。
また、サイクル寿命については、比較例1は200サイクルであり、サイクル寿命は短かった。これは、巻き芯に微多孔フィルムが噛みこみ、巻き芯を引く抜く際に、微多孔フィルムに亀裂が入ったことにより、デンドライトによる短絡(つまり、巻き取り不良に起因する短絡)が早期に発生したためと推測される。
一方、微多孔フィルムを用いなかった比較例2でも200サイクルであり、サイクル寿命は短かった。これは、巻き取り不良による短絡ではなく、微多孔フィルムが配置されてないことによりデンドライトによる短絡が早期に発生したためと推測される。
これに対し、実施例1では、500サイクルであり、サイクル寿命が長かった。これは、巻き芯と接する部分に微多孔フィルムが配置されていないことにより、巻き取り不良による短絡が抑制されたためと推測される。
一方、微多孔フィルムを用いなかった比較例2でも200サイクルであり、サイクル寿命は短かった。これは、巻き取り不良による短絡ではなく、微多孔フィルムが配置されてないことによりデンドライトによる短絡が早期に発生したためと推測される。
これに対し、実施例1では、500サイクルであり、サイクル寿命が長かった。これは、巻き芯と接する部分に微多孔フィルムが配置されていないことにより、巻き取り不良による短絡が抑制されたためと推測される。
本出願は、2024年4月3日出願の特願2024-060357号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書及び図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
本発明によれば、巻き取り不良に起因するサイクル寿命の低下が抑制されたアルカリ二次電池及びその製造方法を提供することができる。
10 ニッケル亜鉛二次電池
12 外装缶
12A 底壁
12C 開口縁
14 封口体
16 巻回体
16S 中心空間
18 上部絶縁部材
20 下部絶縁部材
22 絶縁パッキン
24 蓋板
26 弁体
28 正極端子
30 正極
32 負極
34 セパレータ
34A 第1のセパレータ
34B 第2のセパレータ
35、35A、35B 不織布
36A、36B 微多孔フィルム
37 他の不織布
38 正極リード
40 負極積層体
42 正極積層体
44 巻き芯
12 外装缶
12A 底壁
12C 開口縁
14 封口体
16 巻回体
16S 中心空間
18 上部絶縁部材
20 下部絶縁部材
22 絶縁パッキン
24 蓋板
26 弁体
28 正極端子
30 正極
32 負極
34 セパレータ
34A 第1のセパレータ
34B 第2のセパレータ
35、35A、35B 不織布
36A、36B 微多孔フィルム
37 他の不織布
38 正極リード
40 負極積層体
42 正極積層体
44 巻き芯
Claims (12)
- 正極と負極とが、セパレータを介して積層された状態で巻回された巻回体を有するアルカリ二次電池であって、
前記セパレータは、不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含み、
前記巻回体の中心空間に、前記微多孔フィルムが面していない、
アルカリ二次電池。 - 前記微多孔フィルムは、前記不織布の前記中心空間に面した位置から離れた位置に配置されている、
請求項1に記載のアルカリ二次電池。 - 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部は、前記負極の径方向内側の端部から突出しており、
前記セパレータは、前記突出した前記微多孔フィルムの表面を覆う保護部材をさらに含む、
請求項1に記載のアルカリ二次電池。 - 前記微多孔フィルムの径方向内側の端部と径方向外側の端部が、前記不織布にそれぞれ固定されている、
請求項1に記載のアルカリ二次電池。 - 前記微多孔フィルムは、前記不織布と前記負極との間に配置されている、
請求項1に記載のアルカリ二次電池。 - 前記セパレータは、前記不織布と前記正極との間に配置される2つの他の不織布をさらに含み、
前記2つの他の不織布は、前記正極の径方向内側の端部と径方向外側の端部に対応する位置にそれぞれ配置されている、
請求項1に記載のアルカリ二次電池。 - 前記アルカリ二次電池は、ニッケル亜鉛二次電池である、
請求項1~6のいずれか一項に記載のアルカリ二次電池。 - 不織布と、前記不織布上に配置された微多孔フィルムとを含むセパレータ上に、巻き芯を、前記微多孔フィルムと接しないように配置する工程と、
正極と負極とを前記セパレータを介して積層した積層体を前記巻き芯に巻き付けて、巻回体を得る工程と、
前記巻回体から前記巻き芯を引き抜く工程と、を含む、
アルカリ二次電池の製造方法。 - 前記セパレータは、前記負極が配置される第1のセパレータと、前記正極が配置される第2のセパレータとを含み、
前記第1のセパレータは、第1の不織布と、前記第1の不織布上に配置される第1の微多孔フィルムとを含み、
前記第2のセパレータは、第2の不織布と、前記第2の不織布上に配置される第2の微多孔フィルムとを含み、
前記巻き芯を配置する工程では、
前記第1のセパレータの前記第1の微多孔フィルム上に前記負極を配置した負極積層体と、前記第2のセパレータの前記第2の不織布上に前記正極を配置した正極積層体とを準備し、前記巻き芯と前記第1の微多孔フィルムとが接しないように、前記巻き芯を前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの間に配置し、
前記巻回体を得る工程では、
前記負極積層体と前記正極積層体とを積層しながら前記巻き芯に巻き付ける、
請求項8に記載のアルカリ二次電池の製造方法。 - 前記巻き芯を配置する工程では、
前記第1の微多孔フィルムは、前記第1の不織布の長手方向の一方の端部から前記巻き芯の外周長さ以上離れた位置に配置される、
請求項9に記載のアルカリ二次電池の製造方法。 - 前記巻き芯を配置する工程では、
前記第1の微多孔フィルムの長手方向の一方の端部は、前記負極の長手方向の一方の端部よりも突出しており、
前記突出した前記第1の微多孔フィルムの表面は、保護部材で覆われている、
請求項9又は10に記載のアルカリ二次電池の製造方法。 - 前記セパレータは、前記不織布上に配置された第1の微多孔フィルムと、前記第1の微多孔フィルムと隙間を介して前記不織布上に配置された第2の微多孔フィルムと、を含み、
前記巻き芯は、前記隙間に露出する前記不織布を保持する保持部を有し、
前記巻き芯を配置する工程では、
前記隙間に露出する前記不織布を前記巻き芯で保持し、
前記巻回体を得る工程では、
前記第1の微多孔フィルムの表面に前記負極を配置し、前記不織布の前記第2の微多孔フィルムが配置された表面の裏面側に前記正極を配置した状態で、前記セパレータを前記巻き芯に巻き付ける、
請求項8に記載のアルカリ二次電池の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024-060357 | 2024-04-03 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/010478 Pending WO2025211162A1 (ja) | 2024-04-03 | 2025-03-18 | アルカリ二次電池及びその製造方法 |
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|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01187760A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 円筒型アルカリ亜鉛蓄電池 |
| JP2000138070A (ja) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Toshiba Battery Co Ltd | 円筒形アルカリ二次電池 |
| JP2001283897A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-12 | Sony Corp | 電池及びその製造方法 |
| JP2002042859A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | アルカリ二次電池及びその製造方法 |
| JP2003068270A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-07 | Sanyo Electric Co Ltd | ニッケル・水素蓄電池用セパレータ及びニッケル・水素蓄電池 |
| JP2007095357A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 円筒型アルカリ蓄電池 |
| JP2018092764A (ja) * | 2016-12-01 | 2018-06-14 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池 |
-
2025
- 2025-03-18 WO PCT/JP2025/010478 patent/WO2025211162A1/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01187760A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 円筒型アルカリ亜鉛蓄電池 |
| JP2000138070A (ja) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Toshiba Battery Co Ltd | 円筒形アルカリ二次電池 |
| JP2001283897A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-12 | Sony Corp | 電池及びその製造方法 |
| JP2002042859A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | アルカリ二次電池及びその製造方法 |
| JP2003068270A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-07 | Sanyo Electric Co Ltd | ニッケル・水素蓄電池用セパレータ及びニッケル・水素蓄電池 |
| JP2007095357A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 円筒型アルカリ蓄電池 |
| JP2018092764A (ja) * | 2016-12-01 | 2018-06-14 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池 |
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