(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極と負極が積層されて成る電極群を電池缶に挿入した状態で、前記正極と前記負極の間で、放電電圧１００〜１０００Ｖ、放電電流１〜２０Ａ、かつパルス幅５０〜５００μｓの条件下で１〜１０回以内の回数でパルス放電を行うことを特徴とするアルカリ蓄電池の短絡不良率低減化方法。
【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・カドミウム電池やニッケル・水素電池などのアルカリ蓄電池の製造時に発生する正極と負極の短絡に基づく不良率（以後、短絡不良率という）を低減する方法に関し、更に詳しくは、アルカリ電解液の注入工程の前段で、正極と負極間に既に現出している短絡状態と、今後起こり得る短絡状態の要因を解消して全体の製造工程における良品率の向上を可能とするアルカリ蓄電池の短絡不良率低減化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種のコードレス機器の電源としてニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池などのアルカリ蓄電池が大量に使用されているが、最近では、高容量化の要請に応えるものとしてニッケル・水素電池の需要が増大している。
そして、ニッケル・水素電池の高容量化を実現するために、正極であるニッケル極としては、活物質である水酸化ニッケルを、３次元網状構造をしたニッケル発泡体の集電基板に充填したものが一般に使用されている。このような集電基板を用いると、活物質の充填量を増加させることができるからである。
【０００３】
ところで、ニッケル・水素電池は、概ね、次のようにして製造される。それを、円筒形の電池で、集電基板がニッケル発泡体である場合について説明する。
まず、活物質である水酸化ニッケル粉末とカルボキシメチルセルロースのような増粘剤と必要に応じては酸化コバルトのような導電材と水とを混練して正極用の合剤ペーストを調製する。そして、この合剤ペーストの所定量をニッケル発泡体基板に充填したのち、乾燥，圧延して活物質を担持させる。その後、その基板に例えば切抜き加工や裁断加工を行って、所定の寸法形状の正極（ニッケル極）にする。
【０００４】
一方、負極の場合は、通常、水素吸蔵合金粉末とテフロンのような結着材とカーボン粉末のような導電材と水とを所定の割合で混練して負極用の合剤ペーストを調製し、この合剤ペーストを、例えばパンチングニッケル板に塗布したのち、乾燥，圧延を順次行い、最後に、打抜き加工や裁断加工を行って所定の寸法形状の負極（水素吸蔵合金電極）にする。
【０００５】
ついで、上記した正極に集電端子を取り付け、その正極と負極とを例えばポリオレフィン系不織布のような電気絶縁性でかつ保液性を有するセパレータを介して重ね合わせて積層シートにしたのち全体を圧着した状態で渦巻状に巻回して円柱形状をした電極群を製造する。
ついで、この電池群を負極端子も兼ねる電池缶の中に挿入する。そして、アルカリ電解液の注入に先立ち、挿入した電極群の正極と負極の間が短絡していないかどうかを検査する。具体的には、正極と負極の間に２５０〜５００Ｖの電圧を印加し、両極間の絶縁抵抗を測定し、その測定値が例えば１０ＭΩ以上のものは短絡を起こしていない良品として次の工程に移送される。
【０００６】
移送されてきた良品には、次に所定のアルカリ電解液を注入したのち、封口板を介して正極端子も兼ねる蓋で電池缶を封じることにより電池の組立を完了する。
ところで、上記した一連の製造工程において、正極と負極を製造するときの打抜きまたは裁断時に、その加工端面には先端が鋭利なバリの発生することがある。また、正極とセパレータと負極を重ね合わせた積層シートを渦巻状に巻回して電極群を製造するときには、例えば正極の場合、ニッケル発泡体の集電基板が細かく折損してそこに繊維状の突起が生じたり、また正極，負極のいずれかにおいても、担持されている硬質な乾燥合剤ペーストが折損してそれが先端鋭利なバリとなることがある。
【０００７】
このようなバリや突起が発生している正極または負極を用いて製造した電極群の場合、上記したバリなどがセパレータを突き破り、それが対極に接触していることがある。
したがって、このような状態にある電極群の場合は、前記した絶縁抵抗の測定検査時に短絡不良品となり、この時点で、その不良品は製造工程から除外される。
【０００８】
また、セパレータを突き破った前記バリなどが対極に接触していない電極群の場合であっても、バリの先端と対極との間隔が非常に狭い場合には、組み立てられた電池は両極が短絡していない良品となって出荷されていくが、しかし電池の実働時、すなわち充放電時に反復して発生する電極の膨張・収縮の過程で当該バリが対極と接触して両極の短絡することがある。すなわち、検査時には良品であっても、その電池は実働時に電池機能を喪失してしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電極群における前記したバリや突起などの発生箇所は不規則であり、しかも予測不能である。とくに、前記積層シートの巻回時に発生するバリなどは全く予測不能である。
しかし、実際の製造工程では、実質的に短絡不良品である電極群も電池缶に組み込まれて電池が製造されている。そして、前記した検査時に電極群が短絡不良品と判定された組立途中の電池は他の構成部品が良品であったとしても全体として廃棄せざるを得ない。
【００１０】
また、両極の短絡は起こっていないが、実働時に短絡を起こすような電池を、事前に把握することは困難である。
本発明は、アルカリ蓄電池における上記したような問題を解決し、電池の組立完了の前段工程で、既に短絡を起こしている電極群の短絡状態を解消し、また実働時における短絡の要因をも除去することにより、アルカリ蓄電池の短絡不良率を低減する方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、セパレータを介して正極と負極が積層されて成る電極群を電池缶に挿入した状態で、前記正極と前記負極の間で、放電電圧１００〜１０００Ｖ、放電電流１〜２０Ａ、かつパルス幅５０〜５００μｓの条件下で１〜１０回以内の回数でパルス放電を行うことを特徴とするアルカリ蓄電池の短絡不良率低減化方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、まず、従来と同じように、正極および負極を製造し、それら両極をセパレータを介して重ね合わせて積層シートとしたのち、例えばそれをきつく渦巻状に巻回して電極群が製造される。
したがって、この電極群においては、正極と負極がセパレータを挟んで圧接した状態になっており、両極が短絡状態にないもの（良品）や、一方の電極のバリなどがセパレータを突き破って対極と接触することにより短絡しているもの（短絡不良品）や、また、バリなどは対極と接触していないが対極との間隔が極めて狭く短絡寸前の状態にあるもの（電池実働時に短絡するもの）などになっている。
【００１３】
そして、これらの電極群が所定寸法の電池缶に挿入される。このとき、電極群の最外側、すなわち負極の最外側は電池缶の内壁と密着して接触する。
通常は、次に電池缶の中に所定のアルカリ電解液の所定量を注入しているが、本発明においては、この電解液の注入操作を行うことなく、電池缶に電極群を挿入した状態のまま、電極群の正極と負極の間でパルス放電を行う。
【００１４】
具体的には、パルス電圧制御装置とパルス電流制御装置とパルス幅制御装置とを備えているパルス発生回路１に、図１で示したように、電極群が挿入されている電池缶を負荷２として接続し、前記パルス発生回路１を作動させることにより、電極群の正極と負極の間にパルス放電を発生させる。なお、電極群の正極はプラス極に、電池缶、すなわち負極はマイナス極に接続されることはいうまでもない。
【００１５】
このパルス放電により、電極群に存在していたバリなどが熱溶断する。すなわち、セパレータを突き破って対極と接触していたバリなどは熱溶断して接触状態を解消し、また接触はしていないが対極と非常に狭い間隔を置いて突起していたバリなども熱溶断して両極間の間隔は広くなる。
前者の場合は、電極群における短絡状態の解消であって、当該電極群が不良品から良品に転化したことであり、また後者の場合は、両極間の距離が広がって、その電極群における両極間の耐電圧が高くなったことを意味する。
【００１６】
いずれにしても、パルス放電を行うことにより、短絡不良品や実働時に短絡を起こすような電極群におけるバリなどは熱溶断して、顕在的にも潜在的にも短絡していない良品の電極群になる。すなわち、短絡不良率の低減が実現する。
このパルス放電は、放電電圧１００〜１０００Ｖ，放電電流１〜２０Ａ，パルス幅５０〜５００μｓの条件下で行うことが好ましい。それぞれの条件因子が上記した値よりも小さい場合は、前記したバリなどの熱溶断は不充分な状態となり、短絡不良率の低減効果が充分に発揮されない。また各条件因子が上記した値よりも大きい場合は、バリの熱溶断は充分に実現するものの、他方では、セパレータも熱溶融してそこに必要以上に大きな穴が発生してしまうため、電池実働時における電極の膨張・収縮により、両極がこの穴を介して接触して短絡することが起こりはじめる。
【００１７】
更に、このパルス放電の実施回数は１回でもよいが、複数回行うと、複数箇所に多数散在しているバリなどを確実に除去でき、また同一箇所で比較的大きなバリであっても確実に除去できるので有効である。しかし、パルス放電の実施回数を過度に多くすると、セパレータの穴も大きくなりすぎて電池実働時の短絡を引き起こすようになるので、実施回数は１０回を限度とすることが好ましい。
【００１８】
【実施例】
１．電極群の製造
水酸化ニッケル粉末１００重量部に対し、酸化コバルト粉末１０重量部，カルボキシメチルセルロース０.３重量部，水４０重量部を混練して正極用の合剤ペーストを調製した。この合剤ペーストを、多孔率９８％のニッケル発泡体基板に充填し、乾燥，圧延，打抜きを順次行って、ＡＡサイズニッケル・水素蓄電池用の正極（厚み０.６６mm）を製造した。
【００１９】
一方、ＭｍＮｉ4.0Ｍｎ0.3Ａｌ0.3Ｃｏ0.4（Ｍｍ：ミッシュメタル）の粉末１００重量部に対し、カーボンブラック１重量部，６０％ＰＴＦＥディスパージョン１.５重量部，カルボキシメチルセルロース０.２重量部を混練して負極用の合剤ペーストを調製した。この合剤ペーストを、開口率６０％のパンチングニッケルシートに塗布したのち、乾燥，圧延，打抜きを順次行って、ＡＡサイズニッケル・水素蓄電池用の負極（厚み０.３５mm）を製造した。
【００２０】
正極と負極の間にポリオレフィン系不織布（厚み０.１７mm）を配置して積層シートとし、これをきつく渦巻状に巻回して電極群（直径１３mm）を製造した。
２．短絡不良率の測定
上記電極群をステンレス鋼製の電池缶（内径１３.３mm）の中に挿入し、これに図１で示したパルス発生回路を接続した。
【００２１】
ついで、正極と負極間で下記する条件のパルス放電を行い、その後、印加電圧５００Ｖで正極と負極間の絶縁抵抗を測定した。測定抵抗値が１０ＭΩより低いものを短絡を起こしている不良品とした。測定は電池５０個について行い、上記不良品の個数から短絡不良率を算出した。
(1)パルス放電の条件（Ｉ）
放電電流は７Ａ，パルス幅は２００μｓと一定にし、放電電圧を変化させた。そのときの放電電圧と短絡不良率の関係を図２に示した。
【００２２】
(2)パルス放電の条件（II）
放電電圧は５００Ｖ，パルス幅は２００μｓと一定にし、放電電流を変化させた。そのときの放電電流と短絡不良率の関係を図３に示した。
(3)パルス放電の条件（III）
放電電圧は５００Ｖ，放電電流は７Ａと一定にし、パルス幅を変化させた。そのときのパルス幅と短絡不良率の関係を図４に示した。
【００２３】
図２，図３および図４から明らかなように、放電電圧を１００〜１０００Ｖ，放電電流を１〜２０Ａ，パルス幅を２０〜５００μｓの条件でパルス放電を行うと、短絡不良率を２〜３％程度にまで低減できることがわかる。
(4)パルス放電回数の影響
放電電圧を５００Ｖ，放電電流を７Ａ，かつパルス幅を２００μｓと一定に制御した状態で１回の測定時におけるパルス放電の回数を変化させた。その結果を図５に示した。
【００２４】
図５から明らかなように、パルス放電回数を多くすると短絡不良率が低減している。しかし、パルス放電を１１回行うと短絡不良率が大幅に増大するので、パルス放電の回数は１０回までとすることが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、電池缶に挿入する電池群における正極と負極間の短絡を引き起こすバリなどを熱溶断して除去することができるので、既に短絡状態にある不良品の電池群を良品化することができ、また、電池の実働時に短絡を起こすような状態にある電極群も確実に良品として機能させることができるので、使用する電池の信頼性は高くなる。
【００２６】
更に、パルス放電でバリ状の突起が熱溶断してその高さは低くなるので、正極と負極の対向間隔は狭くなり、容量低下を引き起こすことなく全体として電極群を小型化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための回路を示す模式図である。
【図２】パルス放電電圧と短絡不良率の関係を示すグラフである。
【図３】パルス放電電流と短絡不良率の関係を示すグラフである。
【図４】パルス幅と短絡不良率の関係を示すグラフである。
【図５】パルス放電回数と短絡不良率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  パルス発生回路
２  負荷（電池缶に電極群を挿入したもの）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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