(57)【要約】【課題】渦巻状電極群の中心部が閉塞状態とならないような筒状部を形成して、安全機能に優れた密閉型アルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】渦巻状電極群の負極１０に用いられた導電性芯体１１は多孔性の鋼板からなるとともに、導電性芯体１１の両面に負極活物質１２が塗布された両面塗布部Ｘとその片面に負極活物質が塗布された片面塗布部Ｙとが形成されており、渦巻状電極群の負極１０の巻き始め部は、導電性芯体１１の両面の負極活物質１２が除去されて導電性芯体１１の両面が露出した両面露出部Ｘ１と、導電性芯体１１の片面の負極活物質１２が除去されて導電性芯体１１の片面のみが露出した片面露出部Ｘ２とからなり、渦巻状電極群の最内周の負極１０の巻回の１周目は両面露出部Ｘ１の先端部が片面露出部Ｘ２の一部に溶接されて円筒状となされている。【選択図】    図１
2010192193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金を負極活物質とする負極と、水酸化ニッケルを主正極活物質とする正極とを備え、これらの両極を隔離するセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群と、アルカリ電解液とを外装缶内に収容した密閉型アルカリ蓄電池であって、
前記渦巻状電極群の前記負極に用いられた導電性芯体は多孔性の鋼板からなるとともに、当該導電性芯体の両面に前記負極活物質が塗布された両面塗布部とその片面に負極活物質が塗布された片面塗布部とが形成されており、
前記渦巻状電極群の前記負極の巻き始め部は、前記導電性芯体の両面の前記負極活物質が除去されて導電性芯体の両面が露出した両面露出部と、前記導電性芯体の片面の前記負極活物質が除去されて導電性芯体の片面のみが露出した片面露出部とからなり、
前記前記渦巻状電極群の最内周の前記負極の巻回の１周目は前記両面露出部の先端部が前記片面露出部の一部に溶接されて円筒状となされていることを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記片面露出部の一部は当該片面露出部の付け根部であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項３】
前記多孔性の鋼板は鋼板からなるパンチングメタルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型アルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型アルカリ蓄電池に係わり、特に、水素吸蔵合金を負極活物質とする水素吸蔵合金負極と、水酸化ニッケルを主正極活物質とする正極とを備え、これらの両極を隔離するセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群と、アルカリ電解液とを外装缶内に収容した密閉型アルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器の急速な普及に伴い、これらの機器に用いられる密閉型電池には、小型・軽量・高エネルギー化が求められている。この種の密閉型電池の中でも、充放電が可能な二次電池が普及してきている。ここで、この種の密閉型蓄電池（二次電池）は、セパレータを間に介在させて正極と負極を渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、その両端面に集電体を溶接させるか、または負極をケースと接触させ、正極の一部に溶接されたリードを封口板と溶接し、電解液を注液して封口して密閉して作製されている。
【０００３】
ところで、この種の密閉型蓄電池においては、充電器の故障などに起因した異常充電に伴う過充電が発生したり、機器の動作不良や使用手順のミス等により温度上昇が引き起こされて電池の内部が異常状態になる場合がある。このような過充電が発生したり、電池の内部が異常状態になると、正極板の膨化やセパレータ溶融が引き起こされたりして、やがては渦巻状電極群の中心部が閉塞状態となる。このような渦巻状電極群の中心部が閉塞状態になると、安全性機能が低下して、電池に亀裂が生じたり、最悪の場合には、電池が破裂するという事態が生じることとなる。
【０００４】
そこで、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態にならないような種々の方策が提案されるようになった。例えば、特許文献１（特開２００２−７５４３４号公報）においては、渦巻状電極群の中央部に大きな空間を構成するようにして、この空間に多くの電解液を保持できる構造にしたものが提案されている。また、特許文献２（特開２００３−２２９１７７号公報）においては、内部短絡による異常発熱を生じ難い密閉型蓄電池とするために、渦巻状電極群の中心部の内部空間に筒状のセンターピンを挿設するとともに、このセンターピンの側壁の端部の一部領域が渦巻状電極群と接触しないようにしたものが提案されている。
【０００５】
また、特許文献３（特開２００１−２１０３８５号公報）においては、正極あるいは負極の内端において、正極芯体あるいは負極芯体に正極活物質合剤あるいは負極活物質合剤が塗布されていない芯体領域が形成され、この芯体領域によって、渦巻状電極群の中心部に、電池本体を軸方向に貫通する筒状中心孔を形成する筒状部を構成したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−７５４３４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９１７７号公報
【特許文献３】特開２００１−２１０３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１にて提案されるように、渦巻状電極群の中央部に大きな空間を構成するようにして、この空間に多くの電解液を保持できるような構造とすると、電池内に充填される活物質量が減少するため、高容量の密閉型蓄電池が得られてなくて、この種の密閉型蓄電池の品質が低下するという問題を生じた。
また、特許文献２にて提案されるように、渦巻状電極群の中心部の内部空間に筒状のセンターピンを挿設すると、コストが上昇するとともに、センターピンを挿設するための作業が複雑で、容易に製造できないという問題も生じた。
【０００８】
さらに、特許文献３にて提案されるように、芯体領域によって渦巻状電極群の中心部に筒状中心孔となる筒状部を形成するようにしても、この筒状部は金属箔（正極芯体の場合はアルミ箔で、負極芯体の場合は銅箔）で形成されるため、機械的強度が弱く、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態になる恐れが生じることとなる。
【０００９】
そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたものであって、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態とならないような筒状部を形成して、安全機能に優れた密閉型アルカリ蓄電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、水素吸蔵合金を負極活物質とする負極と、水酸化ニッケルを主正極活物質とする正極とを備え、これらの両極を隔離するセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群と、アルカリ電解液とを外装缶内に収容している。そして、上記目的を達成するため、渦巻状電極群の負極に用いられた導電性芯体は多孔性の鋼板からなるとともに、当該導電性芯体の両面に負極活物質が塗布された両面塗布部とその片面に負極活物質が塗布された片面塗布部とが形成されており、渦巻状電極群の負極の巻き始め部は、導電性芯体の両面の負極活物質が除去されて導電性芯体の両面が露出した両面露出部と、導電性芯体の片面の負極活物質が除去されて導電性芯体の片面のみが露出した片面露出部とからなり、渦巻状電極群の最内周の負極の巻回の１周目は両面露出部の先端部が片面露出部の一部に溶接されて円筒状となされていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、導電性芯体は多孔性の鋼板からなり、かつ、上述のような両面露出部の先端部が片面露出部の一部に溶接されて渦巻状電極群の最内周の負極の巻回の１周目が両面露出部の先端部が片面露出部の一部に溶接されて円筒状となされていると、この渦巻状電極群の最内周の負極の巻回の１周目の強度は大きいこととなる。これにより、渦巻状電極群の中心部に形成された円筒状の最内周は閉塞状態となることが防止でき、安全機能に優れた密閉型アルカリ蓄電池を得ることが可能となる。この場合、片面露出部の一部は当該片面露出部の付け根部であるのが望ましく、多孔性の鋼板からなる導電性芯体は鋼板製のパンチングメタルであるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、渦巻状電極群の中心部に形成された円筒状の最内周の強度が大きいいため、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態となることが防止できるようになる。この結果、安全機能に優れた密閉型アルカリ蓄電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の密閉型アルカリ蓄電池に用いられる水素吸蔵合金を負極活物質とする負極を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、負極の平面を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の巻始側の一部を巻回させて渦巻状電極群の中心部の負極の１周目が略円筒状になった状態を拡大して模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の密閉型アルカリ蓄電池を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ついで、本発明の実施の形態を以下に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００１５】
１．水素吸蔵合金負極
（１）実施例
本実施例の水素吸蔵合金を負極活物質とする負極１０は、図１に示すように、多孔性基板（パンチングメタル）からなる導電性芯体１１の表面に負極活物質となる水素吸蔵合金粉末を含有する負極合剤層１２が形成されたものである。この場合、導電性芯体１１はニッケルメッキを施した軟鋼材製の多孔性基板（パンチングメタル）からなり、このパンチングメタルの開口率（［芯体の開口部の総面積／芯体の長さ×幅］×１００）が２５〜３０％となるような開口が形成されたものを用いている。
【００１６】
また、負極合剤層１２は水素吸蔵合金粉末を含有する水素吸蔵合金スラリーを導電性芯体１１の表面に塗布することにより形成され、図１（ｂ）に示すように、導電性芯体１１の両面に水素吸蔵合金スラリーが塗布された両面塗布部Ｘと、導電性芯体１１の片面のみに水素吸蔵合金スラリーが塗布された片面塗布部Ｙとからなる。なお、両面塗布部Ｘの先端部（渦巻状電極群とする際の巻始側となる）においては、両面の負極合剤層１２が剥離された両面剥離部Ｘ１と、片面の負極合剤層１２が剥離された片面剥離部Ｘ２とが形成されている。
【００１７】
なお、この実施例においては、両面塗布部Ｘの長さは１００ｍｍとし、その内、先端部から２ｍｍまでを両面剥離部Ｘ１とし、この両面剥離部Ｘ１の末端から１０ｍｍまでを片面剥離部Ｘ２としている。また、片面塗布部Ｙの長さは４３ｍｍとしている。
【００１８】
ついで、上述のような実施例の水素吸蔵合金負極１０の作製例の一例を以下に説明する。まず、水素吸蔵合金（この場合は、例えばＬａ0.2Ｎｄ0.7Ｍｇ0.1Ｎｉ3.7Ａｌ0.1で表されるもの）の粉末と、この水素吸蔵合金粉末１００質量部に対して、０．１質量％のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）と水（あるいは純水）とからなる水溶性結着剤に、熱可塑性エラストマーとしてのスチレンブタジエンラテックス（ＳＢＲ）と、炭素系導電剤としてのケッチェンブラックとを添加する。この後、これらを混合し、混練して水素吸蔵合金スラリーを作製する。
【００１９】
ついで、ニッケルメッキを施した軟鋼材製の多孔性基板（パンチングメタル）からなる導電性芯体１１を用意し、この導電性芯体１１に、所定の充填密度（例えば、５．０ｇ／ｃｍ3）となるように水素吸蔵合金スラリーを塗布し、乾燥させた後、所定の厚みになるように圧延する。なお、このスラリーを塗布時に、上述のような両面塗布部Ｘと片面塗布部Ｙとが形成されるように塗布する。これにより、導電性芯体１１の両面に水素吸蔵合金スラリーが塗布された両面塗布部Ｘと、導電性芯体１１の片面のみに水素吸蔵合金スラリーが塗布された片面塗布部Ｙとからなる負極合剤層１２が形成されることとなる。
【００２０】
乾燥後、所定の厚みになるように圧延し、所定の寸法になるように切断した後、両面塗布部Ｘの最先端から所定の部位（この場合は、最先端から長さ方向に２ｍｍの部位までとした）までの両面の負極合剤層１２を剥離させて両面剥離部Ｘ１を形成し、この両面剥離部Ｘ１の末端から所定の部位（この場合は、Ｘ１の末端から長さ方向に１０ｍｍの部位までとした）まで片面の負極合剤層１２を剥離させて片面剥離部Ｘ２を形成して、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）を作製する。
【００２１】
（２）比較例
一方、比較例の水素吸蔵合金負極１０（ｘ）においては、上述した実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）と相違するところは、両面塗布部Ｘの先端部（渦巻状電極群とする際の巻始側となる）に、両面の負極合剤層１２が剥離された両面剥離部Ｘ１と、片面の負極合剤層１２が剥離された片面剥離部Ｘ２とが形成されていないことであって、その以外は上述した実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）と同様であるのでその説明は省略することとする。
【００２２】
２．ニッケル正極
ニッケル正極２０は、多孔性ニッケル焼結基板に所定量の水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されて形成されたものである。ついで、このようなニッケル正極２０の作製例の一例を以下に説明する。まず、多孔度が約８５％の多孔性ニッケル焼結基板を比重が１．７５の硝酸ニッケルと硝酸コバルトの混合水溶液に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内にニッケル塩およびコバルト塩を保持させる。この後、この多孔性ニッケル焼結基板を２５質量％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中に浸漬して、ニッケル塩およびコバルト塩をそれぞれ水酸化ニッケルおよび水酸化コバルトに転換させる。
【００２３】
ついで、充分に水洗してアルカリ溶液を除去した後、乾燥を行って、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填する。このような活物質充填操作を所定回数（例えば６回）繰り返して、多孔性焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主体とする活物質の充填密度が２．５ｇ／ｃｍ3になるように充填する。この後、室温で乾燥させた後、所定の寸法に切断してニッケル正極２０を作製する。なお、このニッケル正極２０においては、後述する封口体５０に溶接するための正極リード２１がこのニッケル正極２０の上辺の適宜箇所に溶接されている。
【００２４】
３．ニッケル−水素蓄電池
ついで、上述のような構成となる実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）あるいは比較例の水素吸蔵合金負極１０（ｘ）と、ニッケル正極２０とを用いてニッケル−水素蓄電池を作製する例について、以下に説明する。まず、水素吸蔵合金負極１０（ａ，ｘ）とニッケル正極２０とを用意し、スルフォン化処理された不織布からなるセパレータ３０がこれらの電極１０，２０間に介在させて積層体とする。この後、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）においては、渦巻状電極群とする際の巻始側となる両面剥離部Ｘ１の先端部が片面剥離部Ｘ２の略付け根部（片面剥離部Ｘ２と剥離部が形成されていない部位との境界部）の近傍に位置するように巻回させた後、これらの積層体を巻回して渦巻状電極群とする。この場合、得られた渦巻状電極群の最外周は水素吸蔵合金負極１０（ａ，ｘ）の片面塗布部Ｙが位置し、この片面塗布部Ｙの導電性芯体１１が露出することとなる。
【００２５】
この後、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）を用いて作製された渦巻状電極群においては、渦巻状電極群の中心部に小型の溶接電極棒を押し当てるとともに、渦巻状電極群の最外周に露出した導電性芯体１１に対極となる溶接電極を押し当てる。そして、これらの一対の溶接電極に所定の溶接電圧を印加して、両面剥離部Ｘ１の先端部と片面剥離部Ｘ２の略付け根部の近傍の導電性芯体１１同士を溶接し、導電性芯体１１の幅方向に溶接部１１ａを形成するようにしている。これにより、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）を用いて作製された渦巻状電極群においては、渦巻状電極群の中心部の最内周の１周目からなる略円筒状の筒状部Ｚが形成されることとなる。なお、比較例の水素吸蔵合金負極１０（ｘ）を用いて作製された渦巻状電極群においては、このような溶接工程は備えていない。
【００２６】
なお、上述のように、渦巻状電極群を形成した後に、両面剥離部Ｘ１の先端部と片面剥離部Ｘ２の略付け根部の近傍の導電性芯体１１同士を溶接して導電性芯体１１の幅方向に溶接部１１ａを形成することに代えて、渦巻状電極群を形成する前に溶接部１１ａを形成するようにしてもよい。
【００２７】
この場合は、巻始側となる両面剥離部Ｘ１の先端部が片面剥離部Ｘ２の略付け根部の近傍に位置するように巻回させた後、中心部に小型の溶接電極棒を押し当てるとともに、渦巻状電極群の最外周に露出した導電性芯体１１に対極となる溶接電極を押し当てる。そして、これらの一対の溶接電極に所定の溶接電圧を印加して、両面剥離部Ｘ１の先端部と片面剥離部Ｘ２の略付け根部の近傍の導電性芯体１１同士を溶接し、導電性芯体１１の幅方向に溶接部１１ａを形成するようにすればよい。
【００２８】
ついで、得られた渦巻状電極群を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）４０内に収納した後、ニッケル正極２０の上辺の適宜箇所に溶接された正極リード２１を外周部に絶縁ガスケット４４が装着された封口体５０の底部を構成する封口板５１に溶接する。なお、封口体５０には正極端子となる正極キャップ５２が設けられていて、これらの封口板５１と正極キャップ５２とで形成される空間内に所定の圧力になると変形する弁体５３とスプリング５４よりなる圧力弁が配置されている。
【００２９】
ついで、外装缶４０の上部外周部に環状溝部４１を形成した後、電解液を注液し、外装缶４０の上部に形成された環状溝部４１の上に封口体５０の外周部に装着された絶縁ガスケット４４を載置する。この後、外装缶４０の開口端縁４２をかしめることにより、ニッケル−水素蓄電池を作製する。この場合、外装缶４０内に３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるアルカリ電解液を、電池容量（Ａｈ）当り２．５ｇ（２．５ｇ／Ａｈ）となるように注入して、電池容量が２７００ｍＡｈとなるニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｘを作製した。なお、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）を用いたものをニッケル−水素蓄電池Ａとし、比較例の水素吸蔵合金負極１０（ｘ）を用いたものをニッケル−水素蓄電池Ｘとした。
【００３０】
４．過充電試験
ついで、これらのニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｘをそれぞれ２０個ずつ用いて、７．５Ａ過充電試験を行って外装缶４０の破裂個数を求めると、下記の表１に示すような結果となった。この場合、７．５Ａ過充電試験は以下のようにして行った。即ち、各電池Ａ，Ｘをそれぞれ横置きにし、正・負極端子でこれらの各電池Ａ，Ｘをそれぞれ挟み込み、各電池Ａ，Ｘが完全にショートするまで７．５Ａ定電流充電を行った。
【表１】
2010192193.tif 000003
【００３１】
上記表１の結果から明らかなように、比較例の水素吸蔵合金負極１０（ｘ）を用いて作製されたニッケル−水素蓄電池Ｘにおいては、外装缶の破裂個数が４個で、その割合は２０％に達していることが分かる。これに対して、実施例の水素吸蔵合金負極１０（ａ）を用いて作製されたニッケル−水素蓄電池Ａにおいては、外装缶の破裂個数が０個で、極めて安全性が向上していることが分かる。
【００３２】
これは、ニッケル−水素蓄電池Ｘにおいては、渦巻状電極群の中心部が強固に固定されていないため、過充電により電池Ｘの内部が異常状態になって、ニッケル正極２０の膨化やセパレータ３０の溶融が引き起こされたりして、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態となって、電池Ｘが破裂するという事態が生じたためと考えられる。
一方、ニッケル−水素蓄電池Ａにおいては、渦巻状電極群の中心部に略円筒状の筒状部Ｚが形成されて強固に固定されているため、過充電により電池Ａの内部が異常状態になって、ニッケル正極２０の膨化やセパレータ３０の溶融が引き起こされたとしても、渦巻状電極群の中心部が閉塞状態とならないため、電池Ａが破裂するという事態が生じなかったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
なお、上述した実施形態においては、本発明の密閉型アルカリ蓄電池をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明の密閉型アルカリ蓄電池はニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池などの他の密閉型アルカリ蓄電池に適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…水素吸蔵合金負極、１１…負極用導電性芯体、１２…活物質層、Ｘ…両面塗布部、Ｘ１…両面剥離部、Ｘ２…片面剥離部、Ｙ…片面塗布部、Ｚ…略円筒状の筒状部、２０…ニッケル正極、２１…正極用リード、３０…セパレータ、４０…外装缶、４１…環状溝部、４２…開口端縁、４３…絶縁ガスケット、５０…封口体、５１…封口板、５２…正極キャップ、５３…弁板、５４…スプリング
【図１】
2010192193.tif 000004
【図２】
2010192193.tif 000005