(57)【要約】      （修正有）【課題】電極群の製造の際に正極が破断することを抑え内部抵抗の上昇を抑えることができる電池を提供する。【解決手段】ニッケル水素二次電池は、有底円筒形状の外装缶と、外装缶に電解液とともに収容され、それぞれ帯状の正極２４及び負極がこれらの間に帯状のセパレータを介在させて渦巻き状に巻かれてなる電極群と、外装缶の上端開口を封口する封口体と、正極２４と封口体とを電気的に接続する正極リード３０とを備え、正極リード３０は、電極群の巻き方向に直交する方向に沿って延びるスリット５６により形成された複数の接続片６０，６２を含み、これら接続片６０，６２がそれぞれ正極２４と接続されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状の外装缶と、
前記外装缶に電解液とともに収容され、それぞれ帯状の正極及び負極がこれらの間に帯状のセパレータを介在させて渦巻き状に巻かれてなる電極群と、
前記外装缶の上端開口を封口する封口体と、
前記正極と前記封口体とを電気的に接続する正極リードとを備え、
前記正極リードは、前記電極群の巻き方向に直交する方向に沿って延びるスリットにより形成された複数の接続片を含み、前記接続片がそれぞれ前記正極と接続されていることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
前記接続片は、前記正極に向かって突出する突起部をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形電池の一つとして、円筒形ニッケル水素二次電池が知られている。この円筒形ニッケル水素二次電池は、負極端子を兼ねる有底円筒形状の外装缶内に、帯状の正極及び負極をセパレータを介在させて渦巻状に巻くことにより得られる電極群を収容したのち、電解液を注入し、この後、外装缶の上端開口を封口体で封口することにより製造されている。この封口体は、蓋板と、この蓋板に電気的に接続された正極端子とを含んでいる。封口体は、外装缶の上端開口内に絶縁性のパッキンを介して配置され、これら封口体及びパッキンは外装缶の開口縁をかしめ加工することにより外装缶の開口縁に固定されている。
【０００３】
このような電池においては、電極群における最外周部の負極が外装缶の内壁と接することにより、これら負極及び外装缶（負極端子）は電気的に互いに接続されている。一方、電極群の正極は、帯状の金属からなる正極リードを介して上記した蓋板に接続されており、これにより正極端子と電気的に接続されている。
【０００４】
ここで、上記した正極は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、三次元の網状構造を有する正極芯体として発泡ニッケルが準備される。そして、この発泡ニッケルに正極活物質を含む正極合剤が充填され、正極合剤を保持した発泡ニッケルからなる正極が得られる。
【０００５】
かかる正極においては、所定の部分の正極合剤が除去され、この正極合剤が除去された部分が加圧圧縮されてリード取付部に形成される。
【０００６】
そして、このリード取付部には、上記した正極リードの一方の端部が溶接される。ここで、正極リードは、例えば、特許文献１の図２に示されるように、正極の長手方向に直交するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３０２７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電極群の製造にともない、正極が巻かれていくと、正極は長手方向に引っ張られて伸びる。このとき、正極合剤が充填されている部分（以下、活物質充填部という。）とリード取付部とでは、伸び率に差があるため、正極には、不均一な伸びが生じる。詳しくは、活物質充填部は、比較的伸びやすいので、巻き作業の際に加えられる引張力に応じて伸びていく。一方、リード取付部には、正極リードが溶接されているので、この正極リードによりリード取付部は拘束された状態となっており、リード取付部が伸びることはほとんど抑制されている。このため、正極に対し巻き作業にともなう引張力が働くと、上記したような伸び率の差から、正極は、活物質充填部とリード取付部との境界付近を起点として亀裂が生じて破断することがある。
【０００９】
このように正極が破断すると電池の内部抵抗が上昇し、電池の特性を低下させる不具合が生じることがある。
【００１０】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、電極群の製造の際に正極が破断することを抑え内部抵抗の上昇を抑えることができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、有底円筒形状の外装缶と、前記外装缶に電解液とともに収容され、それぞれ帯状の正極及び負極がこれらの間に帯状のセパレータを介在させて渦巻き状に巻かれてなる電極群と、前記外装缶の上端開口を封口する封口体と、前記正極と前記封口体とを電気的に接続する正極リードとを備え、前記正極リードは、前記電極群の巻き方向に直交する方向に沿って延びるスリットにより形成された複数の接続片を含み、前記接続片がそれぞれ前記正極と接続されていることを特徴とする円筒形電池が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記接続片は、前記正極に向かって突出する突起部をそれぞれ有している構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る円筒形電池においては、正極リードが、電極群の巻き方向に直交する方向に沿って延びるスリットにより形成された複数の接続片を含み、これら接続片がそれぞれ正極と接続されている。このため、電極群の製造に際し、正極が伸ばされると、それにともない正極リードのスリットの幅が広がるので、活物質充填部とリード取付部との間の伸び率の差を小さくすることができる。その結果、正極に亀裂が発生することを抑制することができ、これにより電池の内部抵抗の上昇は抑えられ、電池の特性が低下するといった不具合の発生を抑えることができる。
【００１４】
また、上記した接続片が、正極に向かって突出する突起部をそれぞれ有している構成とすることにより、スポット溶接の際、この突出部にて電流を集中させることができ、得られる溶接部の溶接強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る円筒形のニッケル水素二次電池を部分的に破断して示した斜視図である。
【図２】図１のニッケル水素二次電池に組み込まれている正極に用いられている正極芯体を示した平面図である。
【図３】図２の正極芯体に正極合剤を保持させた状態を示す平面図である。
【図４】正極と正極リードとを示した平面図である。
【図５】本発明に係る正極リードが接続された正極を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る電池を、図面を参照して説明する。
本発明が適用される電池として、例えば、図１に示すＡＡサイズの円筒形ニッケル水素二次電池２（以下、電池２という。）に本発明を適用した場合を例に説明する。
【００１７】
図１に示すように、電池２は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備えている。外装缶１０は導電性を有し、その底壁３５は負極端子として機能する。外装缶１０の開口には、封口体１１が固定されている。この封口体１１は、蓋板１４及び正極端子２０を含み、外装缶１０を封口するとともに正極端子２０を提供する。蓋板１４は、導電性を有する円板形状の部材である。外装缶１０の開口内には、蓋板１４及びこの蓋板１４を囲むリング形状の絶縁パッキン１２が配置され、絶縁パッキン１２は外装缶１０の開口縁３７をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁３７に固定されている。即ち、蓋板１４及び絶縁パッキン１２は互いに協働して外装缶１０の開口を気密に閉塞している。
【００１８】
ここで、蓋板１４は中央に中央貫通孔１６を有し、そして、蓋板１４の外面上には中央貫通孔１６を塞ぐゴム製の弁体１８が配置されている。更に、蓋板１４の外面上には、弁体１８を覆うようにしてフランジ付き円筒形状をなす金属製の正極端子２０が電気的に接続されている。この正極端子２０は弁体１８を蓋板１４に向けて押圧している。なお、正極端子２０には、図示しないガス抜き孔が開口されている。
【００１９】
通常時、中央貫通孔１６は弁体１８によって気密に閉じられている。一方、外装缶１０内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体１８は内圧によって圧縮され、中央貫通孔１６を開き、この結果、外装缶１０内から中央貫通孔１６及び正極端子２０のガス抜き孔を介して外部にガスが放出される。つまり、中央貫通孔１６、弁体１８及び正極端子２０は電池のための安全弁を形成している。
【００２０】
外装缶１０には、アルカリ電解液（図示せず）とともに電極群２２が収容されている。なお、内部短絡防止のため、電極群２２と蓋板１４との間に円形の上部絶縁部材３２が配置されており、電極群２２と外装缶１０の底壁３５との間にも円形の下部絶縁部材３４が配置されている。
【００２１】
電極群２２は、それぞれ帯状の正極２４、負極２６及びセパレータ２８からなり、これらは正極２４と負極２６との間にセパレータ２８が挟み込まれた状態で渦巻状に巻かれている。即ち、セパレータ２８を介して正極２４及び負極２６が互いに重ね合わされている。電極群２２の外周面は負極２６の一部により形成され、外装缶１０の内周壁と接触している。これにより、負極２６と外装缶１０とは互いに電気的に接続されている。
【００２２】
一方、正極２４には、正極リード３０が取り付けられており、この正極リードの先端が蓋板１４に接続されている。この蓋板１４には、上記したように正極端子が接続されているので、正極端子２０と正極２４とは、正極リード３０及び蓋板１４を介して互いに電気的に接続されている。ここで、図１から明らかなように、正極リード３０は上部絶縁部材３２に設けられたリード通し孔３９を通して延びている。
【００２３】
ここで、上記した負極２６及びセパレータ２８としては、それぞれ、公知のニッケル水素二次電池に用いられる負極及びセパレータが好適に用いられる。
正極２４は、非焼結式のニッケル極であり、正極芯体と、この正極芯体に保持された公知の正極合剤とを含んでいる。
【００２４】
正極２４は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、正極芯体３６が準備される。この正極芯体３６は、導電性の金属多孔体からなり、例えば、ニッケルめっきが施された網状、スポンジ状若しくは繊維状の金属体、あるいは、発泡ニッケル（ニッケルフォーム）が用いられる。正極芯体３６は、図２に展開した状態を概略的に示したように、長尺のシート状をなしており、更に、図２中の円Ａに拡大して示すように、三次元網目状の構造を有し、相互に連通した無数の空孔４２を有する。詳しくは、正極芯体３６は、無数の金属骨格３８と、金属骨格３８が相互に交差する節部４０とからなり、これら金属骨格３８及び節部４０が無数の空孔４２を形成している。
【００２５】
次に、正極活物質粒子からなる正極活物質粉末、導電材、正極添加剤、水及び結着剤を含む正極合剤ペーストを調製する。得られた正極合剤ペーストは、正極芯体３６に充填され、乾燥させられる。これにより、正極活物質を含む正極合剤を空孔４２内に保持した正極芯体３６が得られる。正極合剤が保持された正極芯体３６は、ロール圧延され、所定厚さの中間製品４４に形成される。得られた中間製品４４は、図３中にて破線で示されるような、リード取付予定領域５０を含んでいる。リード取付予定領域５０は、詳しくは、中間製品４４の長手方向に沿って延びる長辺のうち、一方側（図３中の上側）に位置付けられた上部長辺４６の所定位置から、他方側（図３中の下側）に位置付けられた下部長辺４８の方向に延びる矩形状の領域である。このリード取付予定領域５０においては、そこに保持されている正極合剤を脱落させることにより、正極芯体３６におけるリード取付予定領域５０に相当する部分を露出させた状態とする。かかるリード取付予定領域５０は、更に圧延加工が施され、リード取付部５１に形成される。このようにして、図４に示すような、リード取付部５１を有する正極２４が得られる。ここで、正極２４において、リード取付部５１以外の部分であり、正極合剤が保持されている部分を活物質充填部２５と称する。
【００２６】
得られた正極２４のリード取付部５１には、正極リード３０が溶接される。正極リード３０は、図４に示すように、帯状をなした金属製の薄板からなり、例えば、ニッケル製の薄板が好適に用いられる。正極リード３０は、その幅がリード取付部５１の幅よりも僅かに小さく、そして、長手方向の一方の端部（以下、正極接続セクション５４という）がリード取付部５１に重ね合わされ、スポット溶接される。このとき、正極リード３０は、上記した上部長辺４６に直交するようにリード取付部５１に重ね合わされる。
【００２７】
本発明に係る正極リード３０においては、正極接続セクション５４にスリット５６が設けられている。このスリット５６は、図４から明らかなように、正極リード３０の一方の端縁５８の中央から正極リード３０の長手方向に沿って延びている。スリット５６の長さは、少なくとも、リード取付部５１と正極接続セクション５４とがオーバーラップしている部分の長さよりも長くしてある。正極接続セクション５４は、図４に示すように、スリット５６により形成された２つの接続片６０，６２を含み、これら接続片６０，６２がそれぞれリード取付部５１にスポット溶接されている。このスリット５６により形成される接続片６０，６２は、正極２４が巻かれる際に引っ張られる方向に並列に配置された状態で溶接されている。
【００２８】
ここで、それぞれの接続片６０，６２には、スポット溶接の際に電流が集中し易くなり、溶接強度が高い溶接部が得られるようにプロジェクション加工を施すのが好ましい。つまり、接続片６０，６２において、正極２４のリード取付部５１と接する面に突起部６４を複数設ける。この突起部６４は、それぞれの接続片６０，６２に少なくとも１個ずつ形成することが好ましい。
【００２９】
このようにして、正極リード３０がスポット溶接されることにより、図５に示すような本発明に係る正極リード３０を備えた正極２４が得られる。
【００３０】
上記した正極２４及び負極２６は、セパレータ２８を介在させた状態で、渦巻き状に巻かれ、電極群２２に形成される。
【００３１】
このようにして得られた電極群２２は、外装缶１０内に収容される。そして、当該外装缶１０内にはアルカリ電解液が所定量注入される。その後、電極群２２及びアルカリ電解液を収容した外装缶１０は、正極端子２０、蓋板１４等を備えた封口体１１により封口され、本発明に係る電池２が得られる。
【００３２】
上記したように、電極群２２を形成するために正極２４を負極２６及びセパレータ２８とともに巻くと、正極２４においては、リード取付部５１を含め、長手方向、即ち、電極群２２の巻き方向に沿って引張力が働く。本発明の場合、正極リード３０にはスリット５６が設けられており、このスリット５６により形成される接続片６０，６２が正極２４が巻かれる際に引っ張られる方向にて並列に配置されているので、リード取付部５１に引張力が働いても、リード取付部５１の伸びに追従してスリット５６の間隔が広がる。このため、リード取付部５１は、正極リード３０により完全に拘束されることはなく、リード取付部５１と活物質充填部２５との間の伸び率の差は小さくなる。従って、正極２４においては、巻かれている途中にリード取付部５１と活物質充填部２５との境界付近から亀裂が発生し破断することが抑制される。その結果、電池の内部抵抗の上昇を有効に抑えることができる。
【実施例】
【００３３】
１．電池の製造
実施例１
（１）正極の作製
目付が４５０ｇ／ｃｍ2のニッケルフォーム（正極芯体３６）を準備した。なお、ニッケルフォームの厚さは約２ｍｍである。
【００３４】
ついで、水酸化ニッケル粒子からなるニッケル正極活物質粉末、酸化亜鉛粉末及び水酸化コバルト粉末を準備した。そして、これらの粉末が、ニッケル正極活物質粉末９５質量％、酸化亜鉛３質量％、水酸化コバルト２質量％となるように混合して混合粉末を得た。その後、かかる混合粉末に、結着剤としての０．２質量％ヒドロキシプロピルセルロース水溶液を混合粉末の質量に対して５０質量％となるように添加して、正極合剤スラリーを作製した。
【００３５】
そして、得られた正極合剤スラリーを上記したニッケルフォームに充填した。正極合剤が充填されたニッケルフォームを乾燥後、ロール圧延した。圧延加工後、正極合剤が付着したニッケルフォームの一部分を幅４ｍｍ、長さ７ｍｍの範囲で超音波振動子をあてながら、超音波振動を加えて正極合剤を脱落させ、ニッケルフォームの骨格部分を露出させた。ついで、この露出した部分を一定圧力にて加圧圧縮してリード取付部５１に形成した。
【００３６】
次に、このリード取付部５１に正極リード３０をスポット溶接した。この正極リード３０は、幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製の薄板であり、図４に示すように、一方の端部（正極接続セクション５４）にスリット５６が設けられている。このスリット５６は、正極リード３０の幅方向の中央において、正極リードの一方の端縁５８から正極リード３０の長手方向に沿って延びている。なお、スリット５６の長さは８ｍｍ、幅は０．５ｍｍである。また、このスリット５６の両側に位置付けられる接続片６０，６２には、プロジェクション加工により突起部６４が設けられている。この突起部６４は、左右の接続片６０，６２にそれぞれ３個ずつの計６個設けてある。よって、正極リード３０は、これら突起部６４の部分にてリード取付部５１に溶接されている。ここで、接続片６０，６２は、上部長辺４６に直交する方向、即ち、後述する正極を巻く際に正極が引っ張られる方向にて並列に配置されて溶接されている。
【００３７】
（２）ニッケル水素二次電池の組み立て
一般的なニッケル水素二次電池に用いられる負極２６及びセパレータ２８を準備した。そして、上記したようにして得られた正極２４と、準備した負極２６とを、これらの間に、準備したセパレータ２８を挟んだ状態で渦巻状に巻いて、電極群２２を作製した。
【００３８】
得られた電極群２２を有底円筒形状の外装缶１０内に収納するとともに、３０質量％の水酸化ナトリウム水溶液からなるアルカリ電解液を２．２ｇ注入した。そして、封口体１１の蓋板１４に正極リードの先端部６６を接続した後、封口体１１で外装缶１０の開口を塞ぎ、公称容量が２０００ｍＡｈのＡＡサイズの密閉型ニッケル水素二次電池２を組み立てた。このニッケル水素二次電池を電池ａと称する。
【００３９】
（４）初期活性化処理
電池ａに対し、温度２５℃の環境下にて、２００ｍＡの充電電流で１６時間の充電を行った後に、４００ｍＡの放電電流で電池電圧が０．５Ｖになるまで放電させる初期活性化処理を２回繰り返した。このようにして、電池ａを使用可能状態とした。
【００４０】
比較例１
スリットを備えていない正極リードを用いたこと以外は、実施例１の電池ａと同様なニッケル水素二次電池（電池ｂ）を製造した。
【００４１】
２．ニッケル水素二次電池の評価
（１）内部抵抗の測定
電池ａを５００個製造し、各電池につき内部抵抗を測定した。そして、その平均値を求め、得られた結果を表１に示した。
電池ｂを５００個製造し、各電池につき内部抵抗を測定した。そして、その平均値を求め、得られた結果を表１に示した。
【００４２】
【表１】
2014179268.tif 000003
【００４３】
（２）考察
比較例１の電池ｂは、内部抵抗が３０．６ｍΩであるのに対し、実施例１の電池ａは、内部抵抗が２５．３ｍΩであり、電池ａの方が内部抵抗が低い。
【００４４】
電池ｂの正極リードには、スリットが設けられておらず、この正極リードが溶接されたリード取付部は、かかる正極リードに拘束され、巻き作業の際に伸びることが抑えられている。このため、巻き作業に際し、正極における活物質充填部は、ある伸び率で伸びるのに対し、リード取付部は、ほとんど伸びないので、同じ正極内で部分的に伸び率に大きな差が生じている。その結果、正極は、リード取付部と活物質充填部との境界付近を起点に亀裂が生じ、それにより電池の内部抵抗の増加を招いている。
【００４５】
これに対し、実施例１の電池ａは、正極リード３０にスリット５６が設けられている。このようなスリット５６を有する正極リード３０が溶接されたリード取付部５１においては、巻き作業の際に引張力が働くと正極リード３０のスリット５６の幅が広がるため、リード取付部５１が伸びることに対する拘束力を低くすることができる。このため、リード取付部５１と活物質充填部２５との間の伸び率の差は小さくなり、伸び率の差を原因とする亀裂の発生は抑制される。その結果、電池の内部抵抗は、比較例１の電池ｂよりも低くなった。
【００４６】
なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記した実施形態及び実施例では、正極リードに設けられるスリットを１個とし、２個の接続片を形成する態様を示したが、例えば、正極リードに設けられるスリットの個数は１個に限らず、２個以上設けて、接続片を２個以上の複数個設ける態様としても構わない。また、本発明は、円筒形ニッケル水素二次電池の他、円筒形ニッケルカドミウム二次電池等の他の円筒形電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
２                  ニッケル水素二次電池
１０                外装缶
１２                絶縁パッキン
１４                封口体
２０                正極端子
２４                正極
２５                活物質充填部
２６                負極
３０                正極リード
３２                上部絶縁板
３４                下部絶縁板
５１                リード取付部
５４                正極接続セクション
５６                スリット
６０，６２          接続片
【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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