(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板を、セパレータで絶縁して積層して捲回してなる渦巻電極を内蔵するニッケル−水素電池において、
負極板が、パンチングメタルの表面に水素吸蔵合金を含む活物質を塗着したものであって、活物質の充填密度の平均値を４．８ｇ／ｃｍ３以上としており、さらにこの負極板は、部分的には不均一であるが、不均一な状態を、幅方向の中央に位置して電極面に垂直な対称面を有する状態、あるいは電極面に垂直方向の２回の対称軸を有する状態とすることを特徴とするニッケル−水素電池。
【請求項２】
負極板の不均一な状態が、活物質の充填密度の相違、芯体の位置ずれ、極板の反りのいずれかである請求項１に記載されるニッケル−水素電池。
【請求項３】
正極板と負極板を、セパレータで絶縁して積層して捲回して渦巻電極とし、この渦巻電極を外装缶に挿入して製作するニッケル−水素電池の製造方法において、
パンチングメタルの表面に、水素吸蔵合金を含む活物質の平均的な充填密度の平均値が４．８ｇ／ｃｍ３以上となるように塗着した後、負極板の不均一な状態を検出し、検出した負極板の不均一な状態を、幅方向の中央に位置して電極面に垂直な対称面を有する状態、あるいは電極面に垂直方向の２回の対称軸を有する状態に調整して負極板を製作することを特徴とするニッケル−水素電池の製造方法。
【請求項４】
負極板の不均一な状態として、活物質の充填密度の相違、芯体の位置ずれ、極板の反りのいずれかを検出して、負極板の不均一を調整することを特徴とする請求項３に記載されるニッケル−水素電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル−水素電池とその製造方法に関する。とくに、本発明は、活物質の充填密度を高くして、高容量としたニッケル−水素電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素電池は、ニッケル−カドミウム電池に比較すると、充電容量を相当に大きくできる特長がある。この特長がいかされて、種々の用途に於て需要が急激に増加している。しかしながら、高容量なニッケル−水素電池といえども、リチウムイオン二次電池に比較すると充電容量が小さく、さらに、高容量化する技術が切望されている。ニッケル−水素電池で高容量化できるなら、リチウムイオン二次電池よりも低コストで充電容量の大きい二次電池が実現できる。
【０００３】
ニッケル−水素電池の充電容量を増加するためには、活物質の充電密度を高くする必要がある。とくに、ニッケル−水素電池は負極板に使用される水素吸蔵合金である活物質の充電密度を高くする必要がある。しかしながら、活物質の充電密度を高くした負極板は、全体を均一な状態で製作するのが難しい。とくに、活物質の充電密度を４．８ｇ／ｃｍ３以上に高くした負極板は、電極の全体を均一にして製作するのが極めて難しくなる。不均一な負極板を、セパレータを介して正極板に積層して捲回して渦巻電極とすると、製作された渦巻電極は、巻ずれをおこして、両端面を均一な平面に揃えることができない。端面を平面に揃えて捲回できない渦巻電極は、電池として組み立てたときに、内部ショート等の原因となる。渦巻電極の端面から突出している部分が、セパレータを突き破って破損させるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
負極板の全体を均一に製作して、以上の弊害を防止できる。しかしながら、実際には、充電密度の極めて高い負極板を、巻ずれしない程度まで均一に製作することは極めて難しい。したがって、内部ショート等を少なくして、電池の歩留を向上させるために、巻ずれした渦巻電極を選別して除去する必要がある。この方法は、渦巻電極の選別に手間がかかるばかりでなく、渦巻電極の歩留が低下して、製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、活物質の充填密度を高くして充電容量を大きくすることに加えて、高い歩留で製造できるニッケル−水素電池とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のニッケル−水素電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層して捲回してなる渦巻電極を内蔵している。渦巻電極に捲回される負極板は、パンチングメタルの表面に水素吸蔵合金を含む活物質を塗着したもので、活物質の充填密度を４．８ｇ／ｃｍ３以上としている。さらにこの負極板は、部分的には不均一であるが、不均一な状態を以下の▲１▼または▲２▼の状態としている。
▲１▼  幅方向の中央に位置して電極面に垂直な対称面を有する状態
▲２▼  電極面に垂直方向の２回の対称軸を有する状態
【０００７】
本発明の請求項２のニッケル−水素電池は、負極板の不均一な状態を、活物質の充填密度の相違、芯体の位置ずれ、極板の反りのいずれかとする。
【０００８】
本発明の請求項３のニッケル−水素電池の製造方法は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層して捲回して渦巻電極とし、この渦巻電極を外装缶に挿入して製作される。さらに、この製造方法は、パンチングメタルの表面に、水素吸蔵合金を含む活物質の充填密度の平均値が４．８ｇ／ｃｍ３以上となるように塗着した後、負極板の不均一な状態を検出し、検出した負極板の不均一な状態を、幅方向の中央に位置して電極面に垂直な対称面を有する状態、あるいは電極面に垂直方向の２回の対称軸を有する状態に調整して負極板を製作する。
【０００９】
本発明の請求項４のニッケル−水素電池の製造方法は、負極板の不均一な状態として、活物質の充填密度の相違、芯体の位置ずれ、極板の反りのいずれかを検出して、負極板の不均一を調整する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのニッケル−水素電池を例示するものであって、本発明はニッケル−水素電池を以下のものに特定しない。
【００１１】
図１に示すニッケル−水素電池は、正極板と負極板を、セパレータで絶縁して積層して捲回してなる渦巻電極１を外装缶２に内蔵している。外装缶２は、渦巻電極１を挿入し、渦巻電極の正極板を封口板３の正極端子に、負極板を外装缶２に接続した後、電解液を充填して、開口部を封口板で気密に閉塞している。
【００１２】
渦巻電極に捲回される負極板は、芯体であるパンチングメタルの表面に水素吸蔵合金を含む活物質を塗着したもので、活物質の充填密度の平均値を、４．８ｇ／ｃｍ３以上としている。負極板は、部分的には不均一であるが、不均一な状態を、以下の▲１▼または▲２▼の状態として、渦巻電極の巻ずれを防止する。
▲１▼  幅方向の中央に位置して電極面に垂直な対称面を有する状態
▲２▼  電極面に垂直方向の２回の対称軸を有する状態
【００１３】
以上の▲１▼と▲２▼の状態に不均一な負極板が、渦巻電極として巻ずれしないことを比較するために、以下のようにして負極板と正極板とを製作し、これを捲回して渦巻電極とした。
【００１４】
以下の工程で負極板を製作する。
（１）  水素吸蔵合金の作製と粉砕
ミッシュメタル（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類元素の混合物）と、ニッケルと、コバルトと、アルミニウムと、マンガンを、元素比で１．０：３．４：０．８：０．２：０．６に秤量して混合し、これをルツボに入れて高周波溶解炉で溶融した後冷却し、下記の組成式の水素吸蔵合金電極を作製する。
Ｍｍ１．０Ｎｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６
そして、得られた水素吸蔵合金の鋳塊を、あらかじめ粗粉砕した後、不活性ガス中で平均粒径が６０μｍとなるように粉砕する。
【００１５】
（２）  水素吸蔵合金スラリーの作製
粉砕した水素吸蔵合金の粉末に、結着剤としてポリエチレンオキサイド粉末を添加し、さらにイオン交換水を添加、混練してスラリーとする。結着剤であるポリエチレンオキサイド粉末の添加量は、水素吸蔵合金に対して１．０重量％とする。
【００１６】
（３）  スラリーを芯体であるパンチングメタルの両面に塗着した。活物質の塗着状態を調整して、圧延後における活物質の充填密度が表１の値となるようにした。パンチングメタルに活物質を塗着した後、乾燥、圧延を行い、所定寸法に切断して負極板とする。ただし、この表における位置１〜９は、負極板を図２に示すように、縦横に３つに分割して全体を９領域に分割した位置を示している。
【００１７】
【表１】
0003625663.tif 000002
【００１８】
負極板に積層する正極板を以下の工程で製作する。
（１）  金属多孔体を作製
連続気泡のポリウレタンフォームであるスポンジ状の有機多孔体を、導電処理した後、電解槽のメッキ液に浸漬してメッキする。メッキした有機多孔体を、７５０℃の温度で所定時間ばい焼して、有機多孔体の樹脂成分を除去し、さらに、還元雰囲気で焼結して金属多孔体を製作する。この工程で製作された金属多孔体は、目付を約６００ｇ／ｍ２とし、多孔度を９５％とし、厚みを約２．０ｍｍとする発泡ニッケルである。
【００１９】
（２）  下記のものを混練して、正極の活物質スラリーを調整
水酸化ニッケル粉末…………………………………………９０重量部
（２．５ｗｔ％の亜鉛と、１ｗｔ％のコバルトを共沈成分として含有）
コバルト粉末…………………………………………………１０重量部
酸化亜鉛粉末……………………………………………………３重量部
ヒドロキシプロピルセルロース０．２重量％水溶液……５０重量部
【００２０】
（３）  作製した正極の活物質スラリーを、金属多孔体の空隙に充填する。充填量は、ロール圧延後の活物質密度が約２．９１ｇ／ｃｍ３−ｖｏｉｄとなるように調整する。
その後、乾燥し、厚みを正確に０．７０ｍｍに調整して口ール圧延を行った後、短冊状に切断した。正極板は複数枚を試作して、各正極板の部分的な厚さを測定し、全ての部分の厚さが０．７０ｍｍである均一な正極板を使用した。
【００２１】
以下の工程で製作した負極板と正極板を、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して捲回して渦巻電極とした。
このようにして製作した渦巻電極の巻ずれを測定すると以下の表２に示す値となった。
【００２２】
【表２】
0003625663.tif 000003
【００２３】
この表に示すように、負極板の充填密度が不均一な状態を、前述の▲１▼または▲２▼で特定する状態とする負極板は、渦巻電極に捲回した状態で、巻ずれがなくなった。これに対して、比較例１に示すように、充填密度の不均一な状態が、▲１▼と▲２▼の条件を満足しない負極板は、捲回して渦巻電極とした状態で、巻ずれが１ｍｍと大きくなった。比較例１の渦巻電極は、負極板の部分的な充填密度を４．７〜４．９ｇ／ｃｍ３とするものであって、実施例１〜３のものと同じ程度の差としているにもかかわらず、渦巻電極とした状態で巻ずれが発生した。いいかえると、実施例１〜３の渦巻電極は、比較例１と同程度の充填密度の差がある負極板を使用するにもかかわらず、巻ずれをなくすることができた。また、比較例２の渦巻電極は、巻きずれが生じなかったが、充填密度を均一にするために、充填密度を４．７ｇ／ｃｍ３までしか上げられなかった。
【００２４】
さらに、負極板は、芯体であるパンチングメタルの両面に活物質を塗着する。パンチングメタルは、塗着される活物質の中央に配設することが望ましい。しかしながら、実際にはパンチングメタルの両面に、全く同じ厚さに活物質を塗着することは極めて難しい。したがって、圧延後の負極板は、芯体の位置が中心からずれることになる。表３は、製作された負極板の芯体のずれを示している。この表において、実施例４〜６の負極板は、前述の▲１▼または▲２▼で特定する条件を満足し、比較例３の負極板は▲１▼と▲２▼の条件を満足しない。
【００２５】
【表３】
0003625663.tif 000004
【００２６】
実施例４〜６の負極板と、比較例３の負極板を使用した渦巻電極の巻ずれを表４に示している。この表に示すように、芯体の位置を不均一な状態とするものであっても、前述の▲１▼または▲２▼で特定する条件を満足するものは、渦巻電極に捲回した状態で、巻ずれがなくなった。これに対して、比較例３に示すように、芯体の位置ずれが▲１▼と▲２▼の条件を満足しない負極板は、捲回して渦巻電極とした状態で、巻ずれが１ｍｍと大きくなった。
【００２７】
【表４】
0003625663.tif 000005
【００２８】
比較例３の渦巻電極は、芯体の位置ずれを、５〜１０％とするものであって、実施例４〜６のものと同じ程度の差としているにもかかわらず、渦巻電極とした状態で巻ずれが発生した。いいかえると、実施例４〜６の渦巻電極は、比較例３と同程度に芯体が位置ずれする負極板を使用するにもかかわらず、巻ずれをなくすることができた。
【００２９】
さらに、負極板は、パンチングメタルの両面に活物質を塗着して圧延した後に、完全な平面状とするのが望ましい。しかしながら、実際には、圧延後に完全な平面状にするのは極めて難しい。したがって、圧延後の負極板は、多少の反りが発生する。表５は、製作された負極板の反り量を示している。この表において、実施例７〜９の負極板は、前述の▲１▼または▲２▼で特定する条件を満足し、比較例５の負極板は▲１▼と▲２▼の条件を満足しない。
【００３０】
【表５】
0003625663.tif 000006
【００３１】
実施例７〜９の負極板と、比較例５の負極板を使用した渦巻電極の巻ずれを表６に示している。この表に示すように、負極板が反りのあるものであっても、前述の▲１▼または▲２▼で特定する条件を満足するものは、渦巻電極に捲回した状態で、巻ずれがなくなった。これに対して、比較例５に示すように、負極板の反りが▲１▼と▲２▼の条件を満足しない負極板は、捲回して渦巻電極とした状態で、巻ずれが１ｍｍと大きくなった。
【００３２】
【表６】
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【００３３】
比較例５の渦巻電極は、負極板の反りを５ｍｍとするものであって、実施例７〜９のものと同じ程度の差としているにもかかわらず、渦巻電極とした状態で巻ずれが発生した。いいかえると、実施例７〜９の渦巻電極は、比較例５と同程度に反りのある負極板を使用するにもかかわらず、巻ずれをなくすることができた。
【００３４】
以上のように、負極板は、パンチングメタルに塗着する活物質に充填密度の不均一があり、あるいは芯体の位置ずれによる不均一、あるいはまた、負極板の反り等の不均一があっても、前述の▲１▼と▲２▼で特定される状態とすることにより、渦巻電極とした状態で巻ずれを解消できる。
【００３５】
負極板の充填密度の不均一と、芯体の位置ずれは、パンチングメタルに活物質を塗着する工程で調整できる。負極板の反りは、パンチングメタルに活物質を塗着する工程と、活物質を塗着した負極板を圧延する工程とで調整できる。
【００３６】
したがって、圧延された負極板の活物質の塗着状態の不均一を検出し、検出結果から活物質の塗着状態を調整して、活物質の充填密度が前述の▲１▼または▲２▼の状態となるようにする。また、圧延された負極板の芯体位置を検出して、検出結果から活物質の塗着状態を調整して、芯体の位置が前述の▲１▼または▲２▼の状態となるようにする。さらにまた、圧延された負極板の反りを検出し、検出結果からパンチングメタルに活物質を塗着するときの塗着状態を調整し、あるいは、活物質の塗着された負極板を圧延する状態を調整して、負極板の反りを前述の▲１▼または▲２▼の状態となるようにして、渦巻電極とした状態での巻ずれを防止する。
【００３７】
本発明のニッケル−水素電池の製造方法は、以上のように活物質の充填密度、芯体の位置、負極板の反りを検出して、この検出結果を製造工程にフィードバックし、製造される負極板の不均一を前述の▲１▼または▲２▼の状態となるように調整する。この状態に調整して製造された負極板は、部分的には不均一であっても、渦巻電極として捲回した状態では巻ずれを防止できる。
【００３８】
本発明のニッケル−水素電池は、以上のように、製造される負極板の不均一な状態を、▲１▼または▲２▼となるように調整して製造することにより、製造された負極板を使用して、巻ずれのない充填密度の高い渦巻電極を多量生産できる。ただ、本発明のニッケル−水素電池は、負極板を製造する工程では、不均一な状態を検出して製造工程にフィードバックさせないで負極板を製造し、製造された負極板の不均一を検出し、検出された不均一な状態が▲１▼または▲２▼の状態である負極板を選別して渦巻電極とすることもできる。この製造方法は、検出結果を製造工程にフィードバックさせないので、使用できる負極板の割合は少なくなる。ただ、全体が均一である負極板のみを選別して渦巻電極とする方法に比較すると、特定な状態に不均一な負極板も使用して巻ずれのない渦巻電極とするので、より能率よく多量生産できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１のニッケル−水素電池は、活物質の充填密度を高くして、渦巻電極の巻ずれを少なくして高い歩留で製造できる特長がある。それは、本発明のニッケル−水素電池が、パンチングメタルの表面に高い充填密度で活物質を塗着している負極板を使用し、さらに、この負極板には、部分的には不均一な状態なものを使用して、渦巻電極の巻ずれを防止しているからである。
【００４０】
とくに、本発明の請求項３のニッケル−水素電池の製造方法は、製造される負極板の不均一な状態を検出して製造工程にフィードバックして、負極板の不均一な状態を特定の状態に調整する。このため、製造された負極板は、特定された状態に不均一な状態となっており、この負極板を使用して巻ずれのない渦巻電極を製造できる。このため、この方法は、高密度であって充電容量の大きいニッケル−水素電池を極めて高い歩留で能率よく多量生産できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のニッケル−水素電池を示す概略断面図
【図２】負極板を縦横に分割した測定位置を示す平面図
【符号の説明】
１…渦巻電極
２…外装缶
３…封口板
【図１】
0003625663.tif 000008
【図２】
0003625663.tif 000009