(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正・負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を外部端子を兼ねる金属製外装缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、
前記渦巻状電極体は渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備え、
前記渦巻状電極群の一方の極板の上端部に溶接された第１の集電体と、同渦巻状電極群の他方の極板の下端部に溶接された第２の集電体とを備え、
前記第２の集電体は前記渦巻状電極群の径よりも小径に形成されていて、前記外装缶の底部内面に溶接されているとともに、前記他方の極板の最外周部の端部の一部には溶接されておらず、
前記渦巻状電極体が挿入された前記外装缶の絞り加工により前記他方の極板の最外周部は前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを特徴とする渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記他方の極板の前記最外周部は前記他方の極板の極板芯体が直接前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを特徴とする請求項１に記載の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。
【請求項３】
正・負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を外部端子を兼ねる金属製外装缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、
前記渦巻状電極体は渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備えておらず、
前記渦巻状電極群の一方の極板の上端部に溶接された第１の集電体と、同渦巻状電極群の他方の極板の下端部に溶接された第２の集電体とを備え、
前記第２の集電体は前記渦巻状電極群の径よりも小径に形成されていて、前記外装缶の底部内面に溶接されずに接触しており、かつ前記他方の極板の最外周部の端部の一部には溶接されておらず、
前記渦巻状電極体が挿入された前記外装缶の絞り加工により前記他方の極板の最外周部は前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを特徴とする渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。
【請求項４】
前記他方の極板の前記最外周部は前記他方の極板の極板芯体が直接前記外装缶の側壁内面に圧接されていることを特徴とする請求項３に記載の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。
【請求項５】
前記アルカリ蓄電池はニッケル−水素蓄電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池。
【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−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの正・負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池に係り、特に、渦巻状電極体と集電体との導電接続および渦巻状電極体と金属製外装缶との導電接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して渦巻状電極群とした後、この渦巻状電極群の正極板の上端部に正極用集電体を溶接し、渦巻状電極群の負極板の下端部に負極用集電体を溶接して渦巻状電極体とする。この後、負極用集電体を負極端子を兼ねた金属製外装缶に電気的に接続し、正極用集電体を正極端子を兼ねた封口体に電気的に接続して構成するようにしていた。
【０００３】
このように渦巻状電極体の負極用集電体を金属製外装缶の底部に電気的に接続するとともに、渦巻状電極体の正極用集電体を封口体に溶接すると、正極板から正極端子（封口体）までの電流分布、および負極板から負極端子（金属製外装缶）までの電流分布が均一になるため、高率放電特性が向上した蓄電池が得られるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにして構成されるアルカリ蓄電池においては、金属製外装缶は負極端子を兼ねているため、正極用集電体と金属製外装缶とが接触すると内部短絡を生じる。このため、正極用集電体は金属製外装缶と接触しない程度の大きさにする必要がある。また、負極用集電体と金属製外装缶とが接触しても内部短絡を生じることはないが、負極用集電体の外径と金属製外装缶の内径とが等しいと、渦巻状電極体を外装缶内に挿入しにくくなるばかりではなく、渦巻状電極群に負極用集電体が正確な位置に溶接されない場合には、渦巻状電極体が外装缶内に挿入されなくなるため、負極用集電体も金属製外装缶と接触しない程度の大きさにする必要があった。
【０００５】
しかしながら、負極用集電体を金属製外装缶と接触しない程度の大きさにすると、負極板と負極用集電体との溶接部に負極用集電体が溶接されない部分が生じる。負極用集電体に溶接されない部分が生じると、負極用集電体から負極板までの集電経路の電流分布に不均一が生じて、負極用集電体に溶接されない部分に電圧降下を生じる。このような電圧降下は小電流で充放電する場合にはあまり問題とならないが、数十アンペア〜数百アンペアの大電流で充放電する場合にあっては、上述した接続部での抵抗に起因して大きな電圧降下が生じて作動電圧が低下し、高電圧が得られないという問題を生じ、高率放電特性が低下するという問題を生じた。また、ニッケル−水素蓄電池は、ニッケル−カドミウム蓄電池と比較して充電時の反応熱（吸熱反応）が小さいため、ジュール熱の影響を受けて温度上昇が大きく、充電時に内圧が大きくなるという問題が生じた。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触する集電体に溶接されない部分が生じても、溶接されない部分の集電性を向上させて、高率放電特性を向上させたアルカリ蓄電池が得られるようにすることを目的とするものである。また、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用すると、集電性を向上させることによりジュール熱を低下させることが可能になるとともに、充電時の温度上昇抑制と反応均一性の効果により、電池内圧の上昇を抑制することができるため、特に効果的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池は、渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備えている場合は、渦巻状電極体は渦巻状電極群の上部に一方の極板（例えば正極板）の上端部に溶接された第１の集電体（例えば正極集電体）と、同渦巻状電極群の他方の極板（例えば負極板）の下端部に溶接された第２の集電体（例えば負極集電体）とを備え、第２の集電体（例えば負極集電体）は渦巻状電極群の径よりも小径に形成されていて、外装缶の底部内面に溶接されているとともに、他方の極板（例えば負極板）の最外周部の端部の一部には溶接されておらず、渦巻状電極体が挿入された外装缶の絞り加工により他方の極板（例えば負極板）の最外周部は外装缶の側壁内面に圧接されている。
【０００８】
このように、第２の集電体（例えば負極集電体）は渦巻状電極群の径よりも小径に形成されていて、外装缶の底部内面に溶接されているとともに、他方の極板（例えば負極板）の最外周部の端部の一部には溶接されておらず、渦巻状電極体が挿入された外装缶の絞り加工により渦巻状電極群の他方の極板（例えば負極板）の最外周が外装缶の側壁内面に圧接されていると、他方の極板（例えば負極板）より均等に集電がなされるようになるため、電圧降下が低減することとなる。このため、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性が向上する。
また、外装缶の側壁内面に圧接されている他方の極板（例えば負極板）の圧接部が他方の極板（例えば負極板）の極板芯体であると、外装缶と他方の極板（例えば負極板）の極板芯体との接触面での接触抵抗が低下するため、さらに電圧降下が低減して、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性がさらに向上するとともに、作動電圧も向上する。
【０００９】
そして、この種のアルカリ蓄電池を高容量化するために、渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備えていない場合は、渦巻状電極体は渦巻状電極群の一方の極板（例えば正極板）の上端部に溶接された第１の集電体（例えば正極集電体）と、渦巻状電極群の他方の極板（例えば負極板）の下端部に溶接された第２の集電体（例えば負極集電体）とを備え、第２の集電体（例えば負極集電体）は渦巻状電極群の径よりも小径に形成されていて、外装缶の底部内面に溶接されずに接触しており、かつ他方の極板（例えば負極板）の最外周部の端部の一部には溶接されておらず、渦巻状電極体が挿入された外装缶の絞り加工により他方の極板（例えば負極板）の最外周部は外装缶の側壁内面に圧接されている。
【００１０】
渦巻状電極群の中心部に巻芯跡空間を備えていないと溶接電極を挿入する空間が存在しないため、第２の集電体（例えば負極集電体）は外装缶の底部内面に溶接されずに接触した状態となる。しかしながら、渦巻状電極体が挿入された外装缶の絞り加工により渦巻状電極群の他方の極板（例えば負極板）の最外周が外装缶の側壁内面に圧接されていると、外装缶と他方の極板（例えば負極板）との接触面での接触抵抗が低下するため、電圧降下が低減することとなる。このため、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の渦巻状電極体を備えたアルカリ蓄電池をニッケル・水素蓄電池に適用した場合の一実施の形態を図に基づいて説明する。なお、図１は電極群の最外周部の一部を示す断面図であり、図２は巻芯を用いて渦巻状に巻回した渦巻状電極群を示す断面図であり、図３は巻芯を用いないで渦巻状に巻回した渦巻状電極群を示す断面図である。
【００１２】
１．ニッケル正極板の作製
（１）焼結式電極
ニッケル粉末にカルボキシメチルセルロース等の増粘剤および水を混練してスラリーを調整し、このスラリーをニッケル多孔体からなる導電性芯体に塗着した。スラリーを導電性芯体に塗着するに際しては、この導電性芯体の中央部に帯状に未塗着部分を形成するように塗着する。なお、この帯状の未塗着部分は電流の導出部となり、後の工程で正極集電体との溶接部となる。
【００１３】
この後、スラリーを塗着した導電性芯体を還元性雰囲気下で焼結し、多孔度８０％の焼結基板を作製した。このように作製した焼結基板を硝酸ニッケル溶液に浸漬して、この焼結基板中に硝酸ニッケルを含浸した。その後、水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、硝酸ニッケルを水酸化ニッケルに置換した。このような硝酸ニッケルの含浸工程と水酸化ニッケルへの置換工程とを繰り返して、硝酸ニッケルを水酸化ニッケル活物質にする活物質充填操作を行って、長尺の焼結式ニッケル正極板を作製した。
【００１４】
このようにして作製された長尺の焼結式ニッケル正極板を長さ方向の中央部で帯状に形成された芯体の未塗着部分（導電性芯体）の中央で切断するとともに、所定の長さに切断して焼結式ニッケル正極板１０を作製した。なお、長さが２１０ｍｍになるように切断された焼結式ニッケル正極板１０を焼結式ニッケル正極板ａ１とし、長さが２３０ｍｍになるように切断された焼結式ニッケル正極板１０を焼結式ニッケル正極板ａ２とした。
【００１５】
（２）非焼結式電極
水酸化ニッケル９０重量部と、金属コバルト粉末５重量部と、水酸化コバルト粉末５重量部とを混合し、これをメチルセルロース１重量％水溶液２０重量部とを混練してペースト状活物質を作製した。このようにして作製したペースト状活物質を、基体目付が６００ｇ／ｍ2（なお、基体目付は４００〜７００ｇ／ｍ2の間で使用可能である）で厚みが１．５ｍｍであるニッケル発泡体（ニッケルスポンジ）に充填した。ついで、ペースト状活物質を充填したニッケル発泡体を乾燥させた後、厚みが約０．７ｍｍになるまで圧延した。
【００１６】
ついで、このようにペースト状活物質を充填したニッケル発泡体の上辺部に超音波ホーンを押し当てて、上辺部に垂直方向に超音波振動を加えて、上辺部に充填された活物質をニッケル発泡体より脱落させて剥離部を形成する。このとき、超音波ホーンを押し当てて超音波振動を与えることにより、上辺部は圧縮されて薄肉部となる。一方、厚みが０．０６ｍｍのニッケル金属製の帯状金属板を用意し、この帯状金属薄板をニッケル発泡体の剥離部に載置し、溶接棒を用いて２ｍｍ間隔で抵抗溶接を行い、非焼結式ニッケル正極板１０を作製した。
なお、長さが２１０ｍｍになるように切断された非焼結式ニッケル正極板１０を非焼結式ニッケル正極板ｂ１とし、長さが２３０ｍｍになるように切断された非焼結式ニッケル正極板１０を非焼結式ニッケル正極板ｂ２とした。
【００１７】
２．水素吸蔵合金負極の作製
ミッシュメタル（Ｍｍ：希土類元素の混合物）、ニッケル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンを１：３．４：０．８：０．２：０．６の比率で混合し、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱して合金溶湯とした。この合金溶湯を公知の方法で鋳型に流し込み、冷却して、組成式Ｍｍ1.0Ｎｉ3.4Ｃｏ0.8Ａｌ0.2Ｍｎ0.6で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製した。
【００１８】
この水素吸蔵合金インゴットを機械的に粗粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で平均粒子径が約１００μｍになるまで機械的に粉砕する。このようにして作製した水素吸蔵合金粉末にポリエチレンオキサイド等の結着剤と、適量の水を加えて混合して水素吸蔵合金スラリーを作製する。このスラリーをパンチングメタルからなる極板芯体２１の両面に、圧延後の活物質密度が所定量になるように塗着した後、乾燥、圧延を行った後、所定寸法に切断して水素吸蔵合金負極板２０を作製した。
【００１９】
なお、渦巻状に巻回された際に最外周部となる部分の活物質をそのままにした水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｃとし、長さが２６０ｍｍになるように切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｃ１とし、長さが２８０ｍｍになるように切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｃ２とした。また、渦巻状に巻回された際に最外周部となる部分の活物質の片面（極板芯体２１より外装缶側）を除去した水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｄとし、長さが２６０ｍｍになるように切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｄ１とし、長さが２８０ｍｍになるように切断された水素吸蔵合金負極板２０を水素吸蔵合金負極板ｄ２とした。
【００２０】
３．渦巻状電極体の作製
（１）焼結式ニッケル正極板を用いた渦巻状電極体
ａ．実施例１
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ１となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ１を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ１の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ１の最外周の負極板ｃ１の極板芯体より外方には負極活物質が存在する。
【００２１】
この後、この渦巻状電極群Ａ１の負極板ｃ１の下端部と負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ１を作製した。なお、正極集電体は直径１８ｍｍの略円板状集電部とこの集電部より延出する導出部とを備え、略円板状集電部は下部に突起を有する多数の開口を有するとともに、中心部には電解液注液孔（なお、この電解液注液孔は後の溶接工程で溶接電極の挿入用の孔となる）が設けられている。また、負極集電体はニッケル金属を直径２１ｍｍの円板状に形成して構成されたものである。なお、渦巻状電極体Ａ１の直径は約２２ｍｍであり、かつ負極集電体の直径は２１ｍｍであるので、渦巻状電極体Ａ１の負極板の最外周部の端部の一部は負極集電体に溶接されないこととなる。
【００２２】
ｂ．実施例２
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と水素吸蔵合金負極板ｄ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｄ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ｂ）および図２に示すように、最外周が負極板ｄ１となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ２を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ２の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ２の最外周の負極板ｄ１の極板芯体より外方には負極活物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ａ２の負極板ｄ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ２を作製した。
【００２３】
ｃ．実施例３
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ａ）および図３に示すように、最外周が負極板ｃ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ３を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ３の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ３の最外周の負極板ｃ２の極板芯体より外方には負極活物質が存在する。この後、この渦巻状電極群Ａ３の負極板ｃ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ３を作製した。
【００２４】
ｄ．実施例４
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と水素吸蔵合金負極板ｄ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｄ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ｂ）および図３に示すように、最外周が負極板ｄ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ４を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ４の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ａ４の最外周の負極板ｄ２の極板芯体より外方には負極活物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ａ４の負極板ｄ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ２の上端部と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ４を作製した。
【００２５】
ｅ．比較例１
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ１と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ｃ）に示すように、最外周がセパレータ３０となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ５を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ５の直径は約２２ｍｍであった。この後、この渦巻状電極群Ａ５の負極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ａ１の上端部と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ａ５を作製した。
【００２６】
ｆ．比較例２
上述のようにして作製した焼結式ニッケル正極板ａ２と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ａ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いないで、図１（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ａ６を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ａ６の直径は約２２ｍｍであった。
【００２７】
（２）非焼結式ニッケル正極板を用いた渦巻状電極体
ａ．実施例５
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ａ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ１となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ１を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ１の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ１の最外周の負極板ｃ１の極板芯体より外方には負極活物質が存在する。この後、この渦巻状電極群Ｂ１の負極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ１を作製した。
【００２８】
ｂ．実施例６
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１と水素吸蔵合金負極板ｄ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｄ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ｂ）および図２に示すように、最外周が負極板ｄ１となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ２を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ２の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ２の最外周の負極板ｄの極板芯体より外方には負極活物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ｂ２の負極板ｄ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ２を作製した。
【００２９】
ｃ．実施例７
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ａ）および図３に示すように、最外周が負極板ｃ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ３を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ３の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ３の最外周の負極板ｃ２の極板芯体より外方には負極活物質が存在する。この後、この渦巻状電極群Ｂ３の負極板ｃ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ２の上端部の帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ３を作製した。
【００３０】
ｄ．実施例８
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２と水素吸蔵合金負極板ｄ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｄ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、巻芯を用いないで、図１（ｂ）および図３に示すように、最外周が負極板ｄ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ４を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ４の直径は約２２ｍｍであった。なお、この渦巻状電極群Ｂ４の最外周の負極板ｄ２の極板芯体より外方には負極活物質が存在しない。この後、この渦巻状電極群Ｂ４の負極板ｄ２の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ２の上端部の帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ４を作製した。
【００３１】
ｅ．比較例３
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ１と水素吸蔵合金負極板ｃ１とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ１の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ１の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いて、図１（ａ）および図２に示すように、最外周がセパレータ３０となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ５を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ５の直径は約２２ｍｍであった。この後、この渦巻状電極群Ｂ５の負極板ｃ１の下端部と上述の実施例１と同様の負極集電体とを抵抗溶接し、正極板ｂ１の上端部の帯状金属板と上述の実施例１と同様の正極集電体とを抵抗溶接して、渦巻状電極体Ｂ５を作製した。
【００３２】
ｆ．比較例４
上述のようにして作製した非焼結式ニッケル正極板ｂ２と水素吸蔵合金負極板ｃ２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を間にするとともに、正極板ｂ２の上端部がセパレータ３０の上端部より突出させ、かつ負極板ｃ２の下端部がセパレータ３０の下端部より突出させて積み重ねた後、図示しない巻芯を用いないで、図１（ｃ）および図２に示すように、最外周が負極板ｃ２となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極群Ｂ６を作製した。このように渦巻状に巻回した渦巻状電極群Ｂ６の直径は約２２ｍｍであった。
【００３３】
４．ニッケル・水素蓄電池の作製
ａ．実施例１，２，５，６および比較例１，３
ついで、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述のようにして作製した実施例１，２，５，６および比較例１，３の各渦巻状電極体Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２およびＡ５，Ｂ５をそれぞれの金属外装缶内に挿入し、正極集電体の電解液注液孔より一方の溶接電極を挿入して負極集電体に当接させるとともに金属外装缶の底部に他方の溶接電極を当接して、負極集電体と金属外装缶の底部をスポット溶接した。
【００３４】
一方、正極キャップと蓋体（なお、正極キャップと蓋体との間には圧力弁が配置されている）とからなる封口体を用意し、正極集電体の導出部を封口体の蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導出部とを溶接して接続する。この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて封口した。
【００３５】
この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻状電極体Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２およびＡ５，Ｂ５の最外周部の負極２０、負極芯体２１あるいはセパレータ３０をそれぞれ金属外装缶の内側壁に圧着させた。これにより、公称容量２０００ｍＡｈの実施例１，２および比較例１の円筒形ニッケル・水素蓄電池、ならびに公称容量３０００ｍＡｈの実施例５，６および比較例３の円筒形ニッケル・水素蓄電池をそれぞれ作製した。
【００３６】
ｂ．実施例３，４，７，８
上述と同様に、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述のようにして作製した実施例３，４，７，８の各渦巻状電極体Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４をそれぞれの金属外装缶内に挿入して、負極集電体と金属外装缶の底部とを接触させる。一方、上述と同様に、正極キャップと蓋体とからなる封口体を用意し、正極集電体の導出部を封口体の蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導出部とを溶接して接続した。この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて封口した。
【００３７】
この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻状電極体Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４の最外周部の負極２０あるいは負極芯体２１をそれぞれ金属外装缶の内側壁に圧着させた。これにより、公称容量２２００ｍＡｈの実施例３，４の円筒形ニッケル・水素蓄電池、および公称容量３３００ｍＡｈの実施例７，８の円筒形ニッケル・水素蓄電池をそれぞれ作製した。
【００３８】
ｃ．比較例２，４
上述と同様に、有底円筒形の金属外装缶を用意し、上述のようにして作製した比較例２，４の各渦巻状電極体Ａ６，Ｂ６をそれぞれの金属外装缶内に挿入する。一方、上述と同様に、正極キャップと蓋体とからなる封口体を用意し、それぞれの正極板ａ２，ｂ２の巻終わり端部に形成された舌片状の集電タブを封口体の蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導出部とを溶接して接続する。
【００３９】
この後、金属外装缶内にそれぞれ３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて封口した。この後、金属外装缶を絞り加工して各渦巻状電極体Ａ６，Ｂ６の負極２０をそれぞれ金属外装缶の内側壁に圧着させた。これにより、公称容量２２００ｍＡｈの比較例２の円筒形ニッケル・水素蓄電池、および公称容量３３００ｍＡｈの比較例４の円筒形ニッケル・水素蓄電池をそれぞれ作製した。
【００４０】
５．ニッケル・水素蓄電池の活性化
上述のように作製した実施例１〜８および比較例１〜４の１２種類の各ニッケル−水素蓄電池を０．１Ｃの充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、０．２Ｃの放電々流で放電終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させた後、１時間休止させる。この充放電を室温で３サイクル繰り返して、実施例１〜８および比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を活性化した。
【００４１】
６．放電容量試験
ついで、上述のようにして活性化した実施例１〜８および比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を０．１Ｃの充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させた後、０．２Ｃの放電々流で放電終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させて、放電時間から放電容量を求めると下記の表１に示すような結果となった。
【００４２】
７．充電時の電池内圧および電池温度
また、上述のようにして活性化した実施例１〜８および比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を１Ｃの充電々流で充電を行い、１００％充電状態において電池内圧および電池温度の測定を行うと、下記の表１に示すような結果となった。
【００４３】
８．高率放電試験
また、上述のようにして活性化した実施例１〜８および比較例１〜４の１２種類の各ニッケル・水素蓄電池を０．１Ｃの充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、１０Ａの放電々流で終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させて高率放電を行い、放電容量が５０％のときの電圧（作動電圧）の測定を行うと、下記の表１に示すような結果となった。
なお、下記の表１において、集電体とは負極集電体の有無を意味し、溶接とは負極集電体と外装缶底部との溶接の有無を意味し、内圧とは充電時の電池内圧（ｋｇｆ／ｃｍ2）を意味し、温度とは充電時の電池内の温度（℃）を意味する。
【００４４】
【表１】
0003695978.tif 000002
【００４５】
上記表１より明らかなように、焼結式ニッケル正極板を用いて渦巻状とした電極体Ａ１〜Ａ６は、非焼結式ニッケル正極板を用いて渦巻状とした電極体Ｂ１〜Ｂ６に比較して、その放電容量が小さいことが分かる。これは、非焼結式ニッケル正極板を用いた方が焼結式ニッケル正極板を用いるより、活物質の充填量が増加したためである。
【００４６】
また、焼結式ニッケル正極板を用いた電極体Ａ１〜Ａ５とＡ６とを比較し、非焼結式ニッケル正極板を用いた電極体Ｂ１〜Ｂ５とＢ６とを比較すると、各電極体Ａ１〜Ａ５および各電極体Ｂ１〜Ｂ５にそれぞれ負極集電体を溶接した方が作動電圧が高く、かつ電池内圧および電池温度も低いことが分かる。これは、負極集電体を用いた方が電圧降下が減少して作動電圧が高くなったためである。また、負極集電体を用いた方がジュール熱が低下し、充電時の電池温度が低下したと考えられる。さらに、電池温度低下と反応の均一性の効果により、電池内圧が低下したと考えられる。
【００４７】
また、負極集電体と外装缶底部とを溶接した電極体Ａ１，Ａ２とＡ５および電極体Ｂ１，Ｂ２とＢ５とを比較すると、電極体Ａ１，Ａ２および電極体Ｂ１，Ｂ２の方が電極体Ａ５，Ｂ５よりも作動電圧が高く、かつ電池内圧および電池温度も低いことが分かる。これは、電極体Ａ５，Ｂ５は最外周がセパレータ３０で覆われているためにこの部分での電圧降下が大きくなって、作動電圧が低下したと考えられる。また、最外周をセパレータで覆った方がジュール熱が増加し、充電時の電池温度が上昇したと考えられる。さらに、電池温度上昇と反応の不均一性の効果により電池内圧が上昇したと考えられる。
【００４８】
また、電極体Ａ１と電極体Ａ３および電極体Ａ２と電極体Ａ４をそれぞれ比較し、電極体Ｂ１と電極体Ｂ３および電極体Ｂ２と電極体Ｂ４をそれぞれ比較すると、電極体Ａ３，Ａ４および電極体Ｂ３，Ｂ４を用いた方がその放電容量が大きいが作動電圧が低いことが分かる。これは、巻芯を用いないで渦巻状電極体とすることにより、巻芯を用いて渦巻状電極体とするよりも長い正極板および負極板を用いることができ、両極板が長くなった分だけ放電容量が増大したためである。  しかしながら、巻芯を用いないで渦巻状電極体とすると、負極集電体と外装缶底部との溶接ができないため、この部分での電圧降下が大きくなって作動電圧が低下した。また、負極集電体と外装缶底部を溶接しない方がジュール熱が増加し、充電時の電池温度が上昇したと考えられる。さらに、電池温度上昇と反応の不均一性の効果により電池内圧が上昇したと考えられる。
【００４９】
また、電極体Ａ１と電極体Ａ２および電極体Ａ３と電極体Ａ４をそれぞれ比較し、電極体Ｂ１と電極体Ｂ２および電極体Ｂ３と電極体Ｂ４をそれぞれ比較すると、電極体Ａ２，Ａ４および電極体Ｂ２，Ｂ４を用いた方が作動電圧が高く、電池内圧および電池温度が低いことが分かる。これは、電極体Ａ２，Ａ４および電極体Ｂ２，Ｂ４の渦巻の最外周が極板芯体であるため、この部分での電圧降下が低下して作動電圧が向上したためである。また、最外周が極板芯体である方がジュール熱が低下し、充電時の電池温度が低下したと考えられる。さらに、電温度低下と、反応の均一性の効果により電池内圧が低下したと考えられる。
【００５０】
９．蓄電池のエントロピー変化について
ついで、蓄電池のエントロピー変化について検討した。上述のように作製したニッケル−水素蓄電池および、これと同サイズ（サブＣ）のニッケル−カドミウム蓄電池を用い、これらの各蓄電池を５０％の充電状態において、圧力（ｐｋｇｆ／ｃｍ2）を一定とし、−２０℃、−１０℃、０℃の順で、各温度（Ｔ）で３時間保持した後の開路電圧（Ｅ）を測定し、下記の（１）式に基づいて放電時のエントロビー変化（△Ｓ）を求めると下記の表２に示すような結果となった。
△Ｓ＝ｚＦ（∂Ｅ／∂Ｔ）ｐ（Ｊ／モルＫ）・・・（１）
【００５１】
なお、上記（１）式でｚ＝１とし、Ｆ＝９６５００とした。このようにエントロビー変化（△Ｓ）を求めることにより、電池の発熱量はＴ△Ｓで計算できる。
【００５２】
【表２】
0003695978.tif 000003
【００５３】
なお、上記表２の−（負）符号は放電時の発熱反応を表している。そして、充電時のエントロビー変化は放電時のエントロピー変化の符号を逆にしたものである。
上記表２より明らかなように、ニッケルーカドミウム電池は充電時吸熱反応であるのに対し、ニッケルー水素電池は充電時発熱反応である。このため、本発明はニッケルー水素電池に適用することにより、より効果的であるということができる。なぜならば、充電時に発熱反応が生じると発熱量が多くなり、これにより電池温度が上昇することとなる。しかしながら、本発明を適用することにより温度上昇を低下させることが可能となるためである。
【００５４】
上述したように、本発明においては、渦巻状電極体の負極板２０の最外周が外装缶の側壁内面に圧接されていると、負極板２０より均等に集電がなされるようになるため、電圧降下が低減することとなる。このため、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性が向上する。一方、アルカリ蓄電池を高容量化するために、渦巻状電極体の中心部に巻芯跡空間を備えていない場合であっても、渦巻状電極体の負極板２０の最外周が外装缶の側壁内面に圧接されていると、外装缶と負極板２０との接触面での接触抵抗が低下するため、電圧降下が低減することとなる。
【００５５】
そして、外装缶の側壁内面に圧接されている負極板２０の圧接部が負極板２０の極板芯体２１であると、外装缶と極板芯体２１との接触面での接触抵抗が低下するため、さらに電圧降下が低減して、この種のアルカリ蓄電池の高率放電特性がさらに向上する。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、金属製外装缶は負極端子を兼用し、封口体は正極端子を兼用しているために、渦巻状電極体の負極に溶接された負極集電体を金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触させる例について説明したが、金属製外装缶が負極端子を兼用している場合は、渦巻状電極体の正極に溶接された正極集電体を金属製外装缶の底部に溶接もしくは接触させるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電極群の最外周部の一部を示す断面図である。
【図２】  巻芯を用いて渦巻状に巻回した渦巻状電極群を示す断面図である。
【図３】  巻芯を用いないで渦巻状に巻回した渦巻状電極群を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ニッケル正極板、２０…水素吸蔵合金負極板、２１…極板芯体、３０…セパレータ
【図１】
0003695978.tif 000004
【図２】
0003695978.tif 000005
【図３】
0003695978.tif 000006