(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角型の外装缶(2)に、正極をニッケル化合物とする積層構造の電極群(1)を内蔵している角型アルカリ蓄電池において
電極群(1)の極板を、外装缶(2)の短辺方向に平行にして積層すると共に、外装缶(2)の辺の寸法のうち、電極群(1)の積層方向の辺の寸法をＡ、積層方向と直行する方向の寸法をＢとするとき、Ａ／Ｂの値が２．５以上であることを特徴とする角型アルカリ蓄電池。
【請求項２】
角型の外装缶(2)に、正極をニッケル化合物とする積層構造の電極群(1)を内蔵している角型アルカリ蓄電池において
電極群(1)の極板を、外装缶(2)の短辺方向に平行にして積層すると共に、外装缶(2)の辺の寸法のうち、電極群(1)の積層方向の辺の寸法をＡ、積層方向と直行する方向の寸法をＢとするとき、Ａ／Ｂの値が２．５以上４以下であることを特徴とする角型アルカリ蓄電池。
【請求項３】
角型アルカリ蓄電池がニッケル−水素蓄電池である請求項１又は２に記載される角型アルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極にニッケル化合物を使用する角型アルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池は、正極に水酸化ニッケル等のニッケル化合物を使用する。正極にニッケル化合物を使用するアルカリ蓄電池は、充放電を繰り返すと、正極が膨化してサイクル寿命を短くする。それは、膨化した正極が電解液を取り込んで、セパレータの含液率が低下し、セパレータの電解液が枯渇するからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
円筒型のアルカリ蓄電池は、極板を渦巻状に巻いて円筒状の外装缶に収納するので、正極の膨化を少なくできる。円筒状の外装缶は、強度的には理想的な形状をしているので、膨化した正極で変形されないからである。しかしながら、角型アルカリ蓄電池は、角筒形の外装缶に積層構造の電極群を収納するので、膨化した正極で外装缶が変形しやすい。すなわち、角型アルカリ蓄電池は、電極間圧力を円筒型のように強くできないので、正極膨化の影響を受けやすい。このため、角型アルカリ蓄電池は、正極膨化が電池の寿命を短縮する最大の要因となっている。
【０００４】
外装缶を独特の補強構造とする技術が特開昭６２−９３８５４号公報に記載される。この公報に記載される密閉形蓄電池は、外装缶の一部に肉厚部を設けて補強している。肉厚部は外装缶を補強して変形を少なくできる。しかしながら、外装缶の一部を厚くすると、内蔵する電極群を小さくする必要がある。このため、蓄電池の容量が小さくなってしまう弊害がある。角型蓄電池は、円筒形蓄電池に比較して、電気機器に装着したときのスペース効率に優れている。この特長が生かされて、種々の電気機器に使用されている。すなわち、角型蓄電池は、体積に対する容量を大きくできることが最大の特長である。このため、正極膨化に起因する弊害を防止するために、容量を減少させることはできない。すなわち、角型アルカリ蓄電池のサイクル寿命を延長するためには、外装缶を補強し、あるいは厚くすることなく、正極の膨化を阻止する極めて難しい難題を解決する必要がある。
【０００５】
本発明は、極めて簡単な構造で、このことを実現することに成功したものである。したがって、本発明の大切な目的は、実質的な容量を減少させることなく、サイクル寿命を延長できる角型アルカリ蓄電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の角型アルカリ蓄電池は、角型の外装缶２に、正極をニッケル化合物とする積層構造の電極群１を内蔵している。さらに、本発明の角型アルカリ蓄電池は、電極群１の極板を、外装缶２の短辺方向に平行に積層して内蔵している。
【０００７】
極板を、外装缶２の短辺方向に平行にして積層する電極群１の角型アルカリ蓄電池は、極板の積層枚数は多くなるが、膨化した正極が、外装缶２の狭い面積である短辺面を押圧する。角形外装缶２のたわみ強度は、１辺の長さの３乗に比例して低下することが証明されている。したがって、外装缶２の長辺は短辺に比較してたわみ強度が弱くなる。
【０００８】
従来の角型アルカリ蓄電池は、内蔵する電極群１の極板を外装缶２の長辺と平行に配設している。このため、極板は外装缶２の長辺面を押圧する。変形しやすい長辺面は、電極間圧力を大きくできない。これに対して、本発明の角型アルカリ蓄電池は、たわみ強度を極めて強くできる短辺面で、内蔵する極板を押圧する。変形しない短辺面は、電極間圧力を極めて大きくして、正極の膨化を有効に阻止する。
【０００９】
たとえば、短辺を長辺の１／３とする外装缶は、短辺のたわみ強度が長辺の２０倍以上と極めて強くなる。本発明の角型アルカリ蓄電池は、たわみ強度を極めて強くできる短辺で、電極間圧力を大きくして、正極の膨化を防止する。このため、本発明の角型アルカリ蓄電池は、外装缶２の形状や材質を変更することなく、正極の膨化に起因するサイクル寿命の低下を有効に防止する極めて優れた特長を実現する。
【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角型アルカリ蓄電池を例示するものであって、本発明は角型アルカリ蓄電池を下記のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図１に示す角型アルカリ蓄電池はニッケル−水素蓄電池で、角形の外装缶２に電極群１を収納している。電極群１は、正極板１Ａと負極板１Ｂとをセパレータ１Ｃを介して積層したものである。電極群１は、両側に配設する負極板１Ｂを角形外装缶２の内面に電気的に接触させている。電極群１の正極板１Ａは、電極リードを介して、外装缶２に絶縁して固定された封口蓋の正極に接続される。封口蓋の正極は安全弁を内蔵している。
【００１３】
角形の外装缶２は鉄製であり、その表面にニッケルメッキを施してある。但し、外装缶は材質を鉄に特定せず、例えばステンレス製とすることも出来るのは言うまでもない。
【００１４】
ニッケル−水素蓄電池は、外装缶２に電極群１を挿入し、電解液を注入して、外装缶２の開口部に封口蓋をレーザー溶接して製造される。正極と負極とは下記のようにして製造される。
【００１５】
Ａ  正極の製造
(1)  下記のものを混練りして、活物質ペーストとする。
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）
水酸化コバルト………………………………………………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
【００１６】
(2)  作製した活物質ペーストを、発泡ニッケル（厚さ約２．０ｍｍ）に充填し、乾燥後にプレスして厚みを調整し、放電容量が６００ｍＡｈとなる正極とする。尚、基体はニッケル繊維マット等の３次元多孔体としてもよい。
【００１７】
Ｂ  負極の製造
(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、コバルトと、アルミニウムと、マンガンとを所定の重量に秤量して混合し、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。
ＭｍＮｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６
そして、得られた水素吸蔵合金の鋳塊を、不活性ガス中で平均粒径が１５０μｍとなるように粉砕する。
【００１８】
(2)  水素吸蔵合金ペーストの作製
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、混練してペースト状のスラリーとする。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０．５重量％とする。
【００１９】
(3)  水素吸蔵合金のスラリーを集電体に塗着、乾燥する
得られたスラリーを、パンチングメタルからなる集電体の両面に、一定の厚さにコーティングして塗着した後、乾燥し、プレスを行い、厚みを調整する。その後、所定サイズに裁断して負極とする。なお、集電体として、発泡ニッケル、ニッケル繊維マット等を用いることも可能であり、この場合には、これら集電体に活物質ペーストを充填して作製する。
【００２０】
次いで、正極と負極との間にセパレータを介在させて絶縁し、これらを積層して電極群を構成する。セパレータには、厚みを０．２ｍｍとするポリプロピレン製の不織布を使用する。電極群は放電容量を６００ｍＡｈとなるようにする。電極群を外装缶に挿入し、１．２５ｇの電解液を注入して、外装缶の開口部を封口蓋で閉塞する。電解液には、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨを含有する７〜８．５ＮのＫＯＨ水溶液を使用する。
【００２１】
以上の正極と負極とセパレータと電解液を使用して、下記の実施例に記載する寸法のニッケル−水素蓄電池を試作すると、サイクル寿命は下記のようになった。
【００２２】
【実施例】
［実施例１］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
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【００２３】
［実施例２］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
0003568316.tif 000003
【００２４】
［実施例３］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
0003568316.tif 000004
【００２５】
［比較例１］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
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【００２６】
［比較例２］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
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【００２７】
［比較例３］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。電極群の極板は、図１に示すように、外装缶の短辺と平行に収納する。
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【００２８】
以上の実施例と比較例の電極群を内蔵する角型アルカリ蓄電池のサイクル寿命が如何に優れているかを比較するために、更に下記の比較例４の角型アルカリ蓄電池を試作した。
【００２９】
［比較例４］
下記の寸法の外装缶に、下記の正極と負極とを積層した電極群を入れて、電解液を注入して、開口部を閉塞する。ただし、この電池は、電極群の極板を、図２に示すように、外装缶の長辺と平行に収納する。
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【００３０】
実施例１〜３、および比較例のニッケル−水素蓄電池を下記のようにして活性化してサイクル寿命を測定した。活性化は、試作したニッケル−水素蓄電池を０．１Ｃ（６０ｍＡ）の電流値で１６時間充電し、次いで０．２Ｃ（１２０ｍＡ）の電流値で電池電圧が１．０Ｖに達するまで放電するというサイクルを５サイクル繰り返して、電池を活性化した。
【００３１】
サイクル寿命は、活性化した実施例と比較例のニッケル−水素蓄電池を用いて、１Ｃ（６００ｍＡ）の電流値で充電を行い、充電電圧が最大値を示してからの電圧降下量（−△Ｖ）が１０ｍＶに達した時点で充電を終了した。満充電した後、１時間の休止の後、１Ｃ（６００ｍＡ）の電流値で放電を行い、電池電圧が１．０Ｖに達するまで放電し、その後、１時間の休止して再び充電するサイクルを繰り返し行った。サイクル寿命は、電池容量が５０％である３００ｍＡｈに減少した充放電の回数とした。
【００３２】
以上のようにして実施例１〜３のニッケル−水素蓄電池のサイクル寿命を測定すると、下記の表１に示すようになった。この表は、本発明の角型アルカリ蓄電池が、最高で２５％もサイクル寿命を延長できることを明示する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
実施例１〜３と比較例のニッケル−水素蓄電池は、充放電を繰り返すと、正極が膨化して図３に示すように、極板の積層方向に膨れて、外装缶の寸法がΔＡだけ大きくなる。変形率［ΔＡ／Ａ］を測定すると表２のようになった。この表は、極板を外装缶の短辺と平行に配設する本発明の角型アルカリ蓄電池の変形量が極めて少ないことを明示する。本発明の実施例の電池は、表２に示すように、外装缶の極板の積層方向の膨れを極減できるので、正極が膨化してサイクル寿命を短縮させるのを有効に防止する。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
図３に示す電池において、極板の積層方向の外装缶２の寸法をＡ、これと直交する辺の寸法をＢとして、Ａ／Ｂに対するサイクル寿命を示すと図４のようになる。さらに、Ａ／Ｂに対する外装缶２の変形率を示すと図５のようになる。
【００３７】
図４と図５のグラフは、極板の積層方向と直交する方向の寸法を小さくして、積層方向の寸法を大きくすると、電池の放電容量を同じにして、サイクル寿命を次第に延長して、外装缶の変形、いいかえると、正極の膨化を少なくできることを明示する。
【００３８】
以上の実施例の電池は、負極に水素吸蔵合金電極を使用している。ただ、本発明は、電池の負極を前記のものに特定しない。本発明の電池は、正極をニッケル化合物とする全ての電池とすることができる。さらに、以上の実施例の電池は、電池缶の厚みを０．５ｍｍとしたが、外装缶はこれより厚くても、反対に薄くても、同様の効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の角型アルカリ蓄電池は、正極に膨化する性質のあるニッケル化合物を使用するにもかかわらず、実質的には容量を減少させることなく、サイクル寿命を延長できる極めて優れた特長を実現する。それも、外装缶を特別な構造としたり、あるいは、特殊な金属等を使用しないで、従来の外装缶と同じものを使用して、サイクル寿命を延長できる優れた特長がある。それは、本発明の角型アルカリ蓄電池が、極板を外装缶の短辺と平行に配設して、強靭で変形し難い外装缶の短辺で、正極の電極間圧力を大きくして、ニッケル化合物の正極が膨化して膨れるのを阻止するからである。正極の膨化が有効に阻止される本発明の角型アルカリ蓄電池は、正極が電解液を取り込んでセパレータの電解液が枯渇する現象を有効に阻止して、サイクル寿命を延長する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の角形アルカリ蓄電池の外装缶と電極群を示す斜視図
【図２】従来の角形アルカリ蓄電池の外装缶と電極群を示す斜視図
【図３】角形アルカリ蓄電池の外装缶が変形する状態を示す底面図
【図４】外装缶の寸法比とサイクル寿命の関係を表すグラフ
【図５】外装缶の寸法比と変形率の関係を表すグラフ
【符号の説明】
１…電極群                １Ａ…正極板
１Ｂ…負極板
１Ｃ…セパレータ
２…外装缶
【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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