(57)【要約】【課題】渦巻電極体の作製時における正極の巻き終わり端部に発生する活物質の欠けを抑制し、短絡の発生を抑制するアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】本発明のアルカリ蓄電池は、正極と負極とをセパレータを介して巻回した渦巻電極体を備え、正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが、正極の中央部に対向するセパレータの厚みよりも厚く、正極の中央部に対向するセパレータの厚みを１０とすると、正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが２０以上であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルメッキ鋼板を導電性芯体とする多孔質ニッケル焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されている正極と負極とをセパレータを介して巻回した渦巻電極体を備えたアルカリ蓄電池において、
前記正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが、前記正極の中央部に対向するセパレータの厚みよりも厚く、
前記正極の中央部に対向する前記セパレータの厚みを１０とすると、前記正極の巻き終わり端部に対向する前記セパレータの厚みが２０以上であることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記正極に対して渦巻電極体の中心方向に位置するセパレータＡと、前記正極に対して渦巻電極体の外側方向に位置するセパレータＢとは異なるものであり、かつ、セパレータＢの強度はセパレータＡの強度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
ニッケルメッキ鋼板を導電性芯体とする多孔質ニッケル焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されている正極と負極とをセパレータを介して巻回した渦巻電極体を備えたアルカリ蓄電池の製造方法において、
前記渦巻電極体の作製時の前記セパレータへの加圧において、前記正極の巻き終わり端部を通過する際のセパレータへの加圧力が、前記正極の中央部でのセパレータへの加圧力よりも低減させることを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
【請求項４】
前記正極の中央部でのセパレータへの加圧力を１０とすると、前記正極の巻き終わり端部を通過する際のセパレータへの加圧力を３以下とすることを特徴とする請求項３に記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、電解液保持やガス透過性の観点から空隙が大きい親水性不織布セパレータが用いられており、正負極とともに巻回され、所定の容器内に収納されている。
【０００３】
アルカリ蓄電池の製造時においては、不織布セパレータに加圧を行い、不織布セパレータを任意の厚みにコントロールすることで、正負極などの厚みばらつきを吸収し、渦巻電極体が所定の外径となるようにしている。
【０００４】
一方、電池用セパレータとしては、下記特許文献１に開示されているように微多孔膜セパレータなども提案されている、
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−３４２９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されている微多孔膜セパレータでは、空隙が小さいことによる液保持不足、及びガス透過性が劣ることのほか、加圧によるセパレータの厚みの変化が起こらないため、正負極の厚みばらつきにより、渦巻電極体の外径がばらつき、所定の容器に挿入できないなどの課題を生じる。
【０００７】
さらに、上記特許文献１では、セパレータの当該部位のみを厚くするため、極板の対向部分に厚みが厚い部分が配置されると性能が低下する。さらに、セパレータの製造において、厚みの厚い部分の長さを制御したり、渦巻電極体内でのセパレータ配置を制御したりすることが必要となり、製造が煩雑となるという課題を生じる。
【０００８】
また、不織布セパレータを用いた渦巻電極体においては、渦巻電極体作製時の加圧により不織布セパレータの厚みを変化させ、外形寸法を調整可能である。
しかしながら、渦巻電極体作製時の加圧により活物質の欠け、脱落、破損などを生じる場合があり、これらの活物質破片や粉末がセパレータを貫通して短絡が多発するという課題を生じる。
【０００９】
そして、負極端面の内側は負極が配置する構成となっているため、負極巻き終わり端面での粉末による短絡は生じないが、一方、正極の巻き終わり端面においては、加圧により正極活物質の欠片が発生しやすく、また特に正極の外側（渦巻電極体の外周方向）では欠片の発生が顕著であることもあり、正極の巻き終わり端面部分での短絡発生が課題となる。
【００１０】
これらを抑制するため、該当部分を、テープ、薬品塗布などで保護することは可能であるが、別途工程が必要となり、コストアップにつながる。
【００１１】
また、正極巻き終わり端面部分での欠片発生を抑制するために、渦巻電極体作製時の加
圧力を一様に低減した場合、セパレータの厚みの低減が不十分となり、電池系内への正負極の充填量が低減するため、電池性能が低下するという課題を生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のアルカリ蓄電池は、ニッケルメッキ鋼板を導電性芯体とする多孔質ニッケル焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されている正極と負極とをセパレータを介して巻回した渦巻電極体を備え、前記正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが、前記正極の中央部に対向するセパレータの厚みよりも厚く、前記正極の中央部に対向する前記セパレータの厚みを１０とすると、前記正極の巻き終わり端部に対向する前記セパレータの厚みが２０以上であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のアルカリ蓄電池の製造方法は、ニッケルメッキ鋼板を導電性芯体とする多孔質ニッケル焼結基板に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填されている正極と負極とをセパレータを介して巻回した渦巻電極体を備え、前記渦巻電極体作製時の前記セパレータへの加圧において、前記正極の巻き終わり端部を通過する際のセパレータへの加圧力が、前記正極の中央部でのセパレータへの加圧力よりも低減させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアルカリ蓄電池では、渦巻電極体の最外周の正極の巻き終わり端部における正極活物質の欠けの発生を抑制することができ、さらに、正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが大きいので、短絡の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のニッケル水素蓄電池に用いられる渦巻電極体を模式的に示す分解図である。
【図２】本発明のニッケル水素蓄電池を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、各種実験例により詳細に説明する。ただし、以下に示す各種実験例は、本発明の技術思想を理解するために例示するものであって、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【００１７】
[水素吸蔵合金の作製]
実験例１〜３の電池の負極活物質として共通して使用する水素吸蔵合金粉末は、次のようにして作製した。ネオジム（Ｎｄ）１００質量％に対して、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を所定のモル比の割合となるように混合し、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で１０００℃の温度で１０時間の熱処理を行って溶解した。これを溶融急冷して、組成式がＮｄ０．９Ｍｇ０．１Ｎｉ３．３Ａｌ０．２で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製した。
【００１８】
この水素吸蔵合金を不活性雰囲気中で機械的に粉砕し、篩分けにより４００メッシュ〜２００メッシュの間に残る水素吸蔵合金粉末を選別した。
なお、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置により粒度分布を測定すると、質量積分５０％に該当する平均粒径は２５μｍであった。
【００１９】
次いで、得られた水素吸蔵合金粉末１００質量部に対し、結着材としてのＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）０．５質量部及びＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）０．３質
量部に適量の水を加えて混練し、負極活物質スラリーを調整した。
【００２０】
次いで、得られた負極活物質スラリーを、パンチングメタルからなる負極芯体の両面に塗布し、室温で乾燥させた後、所定の厚みに圧延し、所定の寸法に裁断して水素吸蔵合金負極を作製した。
【００２１】
[焼結式ニッケル正極の作製]
実験例１〜３の電池に使用する正極は、次のようにして作製した。
ニッケル粉末に増粘剤となるＭＣ（メチルセルロース）と、孔径が６０μｍの高分子中空微小球体と、水とを混合・混練してニッケルスラリーを調整した。次いで、ニッケルメッキ鋼板からなるパンチングメタルの両面にニッケルスラリーを途着した後、還元性雰囲気中で１０００℃で加熱して、増粘剤や高分子中空微小球体を消失させるとともにニッケル粉末同士を焼結し、多孔度が約８５％の多孔性ニッケル焼結基板を得た。
【００２２】
得られた多孔性ニッケル焼結基板を比重が１．７５の硝酸ニッケルと硝酸コバルトの含浸液に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内にニッケル塩及びコバルト塩を保持させた。次いで、この多孔性ニッケル焼結基板を２５ｗｔ％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中に浸漬して、ニッケル塩及びコバルト塩をそれぞれ水酸化ニッケル及び水酸化コバルトに転換させるアルカリ処理を行った。次いで、十分に水洗してアルカリ溶液を除去した後、乾燥を行い、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填した。このような活物質充填操作を所定回数（例えば６回）繰り返して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主体とする活物質の充填密度が２．５ｇ／ｃｍ３となるように充填した。
【００２３】
この後、多孔性ニッケル焼結基板を室温で乾燥させた後、所定の寸法に裁断して焼結式ニッケル正極を作製した。
【００２４】
[セパレータの作製]
ポリオレフィン系接着繊維（芯がポリプロピレン、鞘が低融点ポリエチレン）、高強度ポリプロピレン繊維を材料に用い、乾燥温度約１３０℃にて、目付量が５０ｇ／ｍ２の湿式基布を公知の方法で作製した。
【００２５】
次いで、この基布に対し、公知の発煙硫酸法を用いて親水性を付与させた。
なお、基布のＣ原子１０００個に対するＳの比率（Ｓ／Ｃ）は、２．３であり、これをスルホン化処理セパレータ（セパレータＡ）とする。
【００２６】
また、上述の基布に対し、公知のフッ素ガス処理法を用いて表面改質を施し申請を付与させ、これをフッ素処理セパレータ（セパレータＢ）とする。
なお、セパレータＡ及びセパレータＢともに厚みは、約０．１４ｍｍであった。セパレータＡの引張強度を１.０としたときのセパレータＢの引張強度は１．２であった。
なお、セパレータの引張強度の測定方法は、以下の条件で行った。ＪＩＳＬ１０９６(一般織物試験方法)に準じ、つかみ間隔１０ｃｍ、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定し、セパレータが切断したときの強度を引張強度とした。
【００２７】
[渦巻電極体の作製]
上述のようにして作製された負極と正極とを用い、これらの間に上述したセパレータＡとセパレータＢとを介在させて渦巻状に巻回して渦巻電極体を作製した。
なお、焼結式ニッケル正極の内側（渦巻電極体の中心方向）にセパレータＡが配置され、かつ焼結式ニッケル正極の外側（渦巻電極体の最外周方向）にセパレータＢが配置されるようにした。
【００２８】
このとき、渦巻電極体作製時の各セパレータへの加圧力について、焼結式ニッケル正極の中央部に対向する位置のセパレータに対する加圧力と、焼結式ニッケル正極の巻き終わり部を通過する際の加圧力を所定値として、渦巻電極体を作製した。なお、渦巻電極体の巻き終わりには、ポリプロピレンテープで固定した。
【００２９】
[ニッケル水素蓄電池の作製]
得られた渦巻電極体の上部には正極芯体が露出しており、下部には負極芯体が露出している。正極芯体の露出部には正極集電体が、負極芯体の露出部には負極集電体がそれぞれ溶接されている。
【００３０】
これをニッケルメッキを施した鉄製の有底筒状の外装缶内に収容し、負極集電体を外装缶の底面の内側に溶接した。正極集電体より延出する集電リード部を正極端子を兼ねるとともに外周部に絶縁ガスケットが装着された封口体の底部に溶接した。
【００３１】
なお、封口体には正極キャップが設けられており、この正極キャップ内に所定の圧力になると変形する弁体とスプリングよりなる安全弁が配置されている。
次いで、外装缶の上部外周部に環状溝部を形成した後、アルカリ電解液を注液し、外装缶の上部に形成された環状溝部の上に封口体の外周部に装着された絶縁ガスケットを載置した。この後、外装缶の開口端縁をかしめ、ニッケル水素蓄電池を作製した。
【００３２】
このようにして作製された渦巻電極体５０を用いたニッケル水素蓄電池１０の具体的構成を図１及び図２を用いて説明する。
【００３３】
渦巻電極体５０は、上述のようにして作製された正極２０と、負極３０とがスルホン化処理されたセパレータＡ４０、フッ素処理されたセパレータＢ４１を介して互いに絶縁された状態で巻回されている。なお、セパレータＢ４１は正極に対して外側（渦巻電極体の外周方向）に位置するように配置し、セパレータＡ４０は負極に対して外側（正極に対して内側）に位置するように配置する。正極２０は、ニッケルメッキ鋼板製のパンチングメタルからなる正極芯体２１の両面に形成された多孔性ニッケル焼結体内に、水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填された正極活物質層２２を構成している。負極３０は、ニッケルメッキした軟鋼製のパンチングメタルからなる負極芯体３１の両面に負極活物質としての水素吸蔵合金粉末を有する負極活物質層３２が形成されている。
【００３４】
渦巻電極体５０の下部には負極芯体３１に負極集電体３３が抵抗溶接されており、渦巻電極体５０の上部には正極芯体２１に正極集電体２３が抵抗溶接されている。渦巻電極体５０は、ニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒形の外装缶６０に挿入されており、負極集電体３３は外装缶６０の底部にスポット溶接されている。
【００３５】
外装缶６０の上部外周部に環状溝部６１を形成した後、アルカリ電解液（水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを含む濃度６．５ｍｏｌ／Ｌを注液する。外装缶の開口端側には、ニッケルメッキを施した鉄製の封口体６３をガスケット６４を介して外装缶６０とは電気的に絶縁された状態で載置し、外装缶６０の開口端縁をかしめ固定している。
【００３６】
正極集電体２３は、封口体６３に溶接されて電気的に接続されている。封口体６３の中央部には開口６２が設けられており、この開口６２には弁体６５が開口６２を塞ぐように配置されている。
【００３７】
封口体６３の上面には、開口６２の周囲を覆う正極キャップ６７が設けられている。正
極キャップ６７には、適宜ガス抜き孔が設けられている。正極キャップ６７の内面と弁体６５との間にはバネ６６が設けられており、弁体６５はバネ６６によって封口体６３の開口６２を塞ぐように押圧されている。この弁体６５は外装缶６０の内部に圧力が高くなった際に、内部の圧力を逃がす安全弁としての機能を有している。
【００３８】
[実験例１]
渦巻電極体作製時の各セパレータへの加圧力について、焼結式ニッケル正極の中央部に対向する位置のセパレータに対する加圧力を１０とし、焼結式ニッケル正極の巻き終わり部を通過する際の加圧力を３として渦巻電極体を作製し、ニッケル水素蓄電池を作製した。
【００３９】
[実験例２]
渦巻電極体作製時の各セパレータへの加圧力について、焼結式ニッケル正極の中央部に対向する位置のセパレータに対する加圧力を１０とし、焼結式ニッケル正極の巻き終わり部を通過する際の加圧力を２として渦巻電極体を作製し、ニッケル水素蓄電池を作製した。
【００４０】
[実験例３]
渦巻電極体作製時の各セパレータへの加圧力について、焼結式ニッケル正極の中央部に対向する位置のセパレータに対する加圧力を１０とし、焼結式ニッケル正極の巻き終わり部を通過する際の加圧力を１０として渦巻電極体を作製し、ニッケル水素蓄電池を作製した。
【００４１】
[正極芯体間距離調査実験]
実験例１〜３に係る渦巻電極体を用い、各実験例における正極芯体間距離を測定した。
正極芯体間距離は、所定位置の正極芯体を観測し、ここから１周内側（渦巻電極体の中心方向）の正極芯体までの距離を測定することで確認した。正極芯体間には、正極、負極が各１枚相当、及びセパレータ２枚相当が存在するため、この正極芯体距離から、正極及び負極の厚みを除き、その値の半分の値をセパレータの厚みとした。なお、正極及び負極の厚みは渦巻電極体作製時の加圧力において変化しないと考えられる。
なお、各実験例における渦巻電極体の正極の中央部におけるセパレータの厚みを１０として表す。この結果を表１に示す。
【００４２】
[欠片発生調査実験]
実験例１〜３に係る渦巻電極体を解体し、正極の巻き終わり端部における欠片発生量を調査した。なお、調査は解体における正極の巻き終わり端部を目視により、欠片の有無を確認した。この結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
実験例１及び実験例２では、０．５ｍｍを超えるような欠片の発生はみられなかった。
実験例３では、正極の巻き終わり端部の外側セパレータにおいて、正極端面が欠けることによる欠片の発生を確認した。
【００４５】
以上のことから、実験例１及び実験例２は、最外周の正極の巻き終わり端部に対向するセパレータの厚みが２０、２８と拡大しており、正極の中央部に対向するセパレータの厚みよりも、大きくなっていることがわかる。したがって、外周の正極の巻き終わり端部において、正負極間距離が拡大していることがわかり、このことから、短絡が起こりにくくなっていると考えられる。
【００４６】
さらに、表１の結果から、実験例１及び実験例２は、欠片発生が抑制されていることがわかる。このことから渦巻電極体を製造する際に、渦巻電極体への加圧力を制御することにより、特に、正極の巻き終わり部を通過する際の加圧力を３以下にすることで、欠片の発生を抑制し、短絡を防止できることがわかる。
【００４７】
また、実験例３は、正極の外側に位置するセパレータに欠片が付着していることを目視で確認した。
この結果から、正極の外側に位置するセパレータの強度は、内側の強度よりも高くすることで、例え、欠片が発生しても短絡を防止できるので好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ニッケル水素蓄電池
２０  正極
２１  正極芯体
２２  正極活物質層
２３  正極集電体
３０  負極
３１  負極芯体
３２  負極活物質層
３３  負極集電体
４０  セパレータＡ
４１  セパレータＢ
５０  渦巻電極体
６０  外装缶
６１  環状溝部
６２  開口
６３  封口体
６４  ガスケット
６５  弁体
６６  バネ
６７  正極キャップ
【図１】
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【図２】
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