(57)【要約】【課題】セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備える円筒形電池において、正極板の一部がセパレータを貫通して短絡が生ずる虞を低減する。【解決手段】本発明のセパレータ２３は、絶縁性を有する材料からなる主セパレータ２３１と、絶縁性を有する材料からなり、主セパレータ２３１に部分的に配置された第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３と、を備え、主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分は、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する材料からなる主セパレータと、
絶縁性を有する材料からなり、前記主セパレータに部分的に配置された補助セパレータと、を備え、
前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分は、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さである、電池用セパレータ。
【請求項２】
絶縁性を有する材料からなる主セパレータに、絶縁性を有する材料からなる補助セパレータを部分的に配置し、
前記主セパレータに前記補助セパレータを配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮する、電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備え、
前記セパレータは、絶縁性を有する材料からなる主セパレータと、絶縁性を有する材料からなり、前記主セパレータに部分的に配置された補助セパレータと、を含み、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分は、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さである、円筒形電池。
【請求項４】
請求項３に記載の円筒形電池において、前記セパレータは、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分が前記正極板の巻き始め側の端部に対応する部分である、円筒形電池。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の円筒形電池において、前記セパレータは、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分が前記正極板の巻き終わり側の端部に対応する部分である、円筒形電池。
【請求項６】
絶縁性を有する材料からなる主セパレータに、絶縁性を有する材料からなる補助セパレータを部分的に配置し、前記主セパレータに前記補助セパレータを配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮したセパレータを製作し、
前記セパレータを介して正極板と負極板とを重ねて渦巻き状に巻いて電極体を構成し、
円筒形の容器に前記電極体を収容する、円筒形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備える円筒形電池、該円筒形電池の製造方法、該円筒形電池に用いられる電池用セパレータ、該電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等のアルカリ二次電池は、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体が円筒形容器に収容されて構成されている。このような構成の円筒形電池は、正極板の端部に形成されたバリがセパレータを貫通して負極板に接し、それによって短絡が生ずる虞がある。このような短絡を低減することを目的とした従来技術の一例として、主セパレータに補助セパレータを部分的に設けたセパレータを備える電池が公知である（例えば特許文献１〜３を参照）。この補助セパレータは、例えば正極板の端部のバリに起因する短絡が特に生じやすい正極板の巻き始め端部や巻き終わり端部に対応する部分に設けられる場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−１３５７５６号公報
【特許文献２】特開２０００−０９０９５９号公報
【特許文献３】特開２００２−２６０７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術のセパレータは、主セパレータに部分的に補助セパレータを設けることによって、その補助セパレータを設けた部分に段差が生ずる。そのため上記の従来技術は、電極体の製造工程において、補助セパレータを設けた部分の段差で局所的に過大な圧力が正極板に作用して、正極板のクラック（割れ）が発生し、そのクラック部分で正極板の一部がセパレータを貫通して負極板に接して短絡が生じてしまう虞が生ずる。つまり上記の従来技術は、補助セパレータを設けることによって正極板の端部のバリに起因する短絡は低減できるものの、その補助セパレータを設けた部分の段差で正極板のクラックが生じる虞があり、それに起因する短絡が発生してしまうという新たな問題が生ずる。
【０００５】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備える円筒形電池において、正極板の一部がセパレータを貫通して短絡が生ずる虞を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、絶縁性を有する材料からなる主セパレータと、絶縁性を有する材料からなり、前記主セパレータに部分的に配置された補助セパレータと、を備え、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分は、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さである、電池用セパレータである。
【０００７】
主セパレータに補助セパレータが配置された部分が、それ以外の部分より密度が高いことによって、その補助セパレータが配置された部分において、正極板の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞を低減することができる。そして主セパレータに補助セパレータが配置された部分は、それ以外の部分と同一の厚さである。つまり本発明の電池用セパレータは、補助セパレータが配置された部分に段差がないので、電極体の製造工程において、その補助セパレータを設けた部分で正極板にクラックが生じる虞が少ない。したがって電極体の製造工程において、正極板のクラックに起因する短絡が発生する虞を低減することができる。
【０００８】
これにより本発明の第１の態様によれば、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備える円筒形電池において、正極板の一部がセパレータを貫通して短絡が生ずる虞を低減できるという作用効果が得られる。
【０００９】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、絶縁性を有する材料からなる主セパレータに、絶縁性を有する材料からなる補助セパレータを部分的に配置し、前記主セパレータに前記補助セパレータを配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮する、電池用セパレータの製造方法である。
主セパレータに補助セパレータを配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮する。それによって主セパレータに補助セパレータを配置した部分は、それ以外の部分と同一の厚さになるとともに、それ以外の部分より密度が高くなる。したがって本発明の第２の態様によれば、この製造方法によって製造された電池セパレータにおいて、前述した本発明の第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００１０】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備え、前記セパレータは、絶縁性を有する材料からなる主セパレータと、絶縁性を有する材料からなり、前記主セパレータに部分的に配置された補助セパレータと、を含み、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分は、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さである、円筒形電池である。
本発明の第３の態様によれば、前述した本発明の第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００１１】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記セパレータは、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分が前記正極板の巻き始め側の端部に対応する部分である、円筒形電池である。
本発明の第４の態様によれば、正極板の端部のバリに起因する短絡が特に生じやすい正極板の巻き始め側の端部に対応する部分に補助セパレータを配置することによって、正極板の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞をより低減することができる。
【００１２】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第３の態様又は第４の態様において、前記セパレータは、前記主セパレータに前記補助セパレータが配置された部分が前記正極板の巻き終わり側の端部に対応する部分である、円筒形電池である。
本発明の第５の態様によれば、正極板の端部のバリに起因する短絡が特に生じやすい正極板の巻き終わり側の端部に対応する部分に補助セパレータを配置することによって、正極板の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞をより低減することができる。
【００１３】
＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、絶縁性を有する材料からなる主セパレータに、絶縁性を有する材料からなる補助セパレータを部分的に配置し、前記主セパレータに前記補助セパレータを配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮したセパレータを製作し、前記セパレータを介して正極板と負極板とを重ねて渦巻き状に巻いて電極体を構成し、円筒形の容器に前記電極体を収容する、円筒形電池の製造方法である。
本発明の第６の態様によれば、この製造方法によって製造された円筒形電池において、前述した本発明の第３の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セパレータを介して正極板と負極板とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体を備える円筒形電池において、正極板の一部がセパレータを貫通して短絡が生ずる虞を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ニッケル水素二次電池の縦断面を図示した斜視図。
【図２】図１のI−I線におけるニッケル水素二次電池の横断面図。
【図３】セパレータの平面図。
【図４】セパレータの側面図。
【図５】セパレータの製造工程を図示した平面図。
【図６】セパレータの製造工程を図示した平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１７】
＜ニッケル水素二次電池の構成＞
ニッケル水素二次電池１の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、ニッケル水素二次電池１の縦断面を図示した斜視図である。図２は、図１のI−I線におけるニッケル水素二次電池１の横断面図である。
【００１８】
「円筒形電池」の一例である円筒型のニッケル水素二次電池１は、外装缶１０、電極体２０及び蓋構造体３０を備える。外装缶１０は、一端が開口した有底円筒形状の部材であり導電性を有している。電極体２０は、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを重ねて渦巻き状に巻くことによって略円筒状に構成されている。蓋構造体３０は、外装缶１０の開口部を閉塞する構造体である。ニッケル水素二次電池１は、外装缶１０に電極体２０が収容され、さらにアルカリ電解液（図示せず）が充填され、外装缶１０の開口が蓋構造体３０に閉塞されて構成されている。
【００１９】
正極板２１は、非焼結式ニッケル極であり、正極芯体（図示せず）と正極芯体に保持された正極合剤とからなる。正極芯体は、耐アルカリ性を有する金属材料からなり、金属繊維によって構成されたフェルト状の３次元の網目構造を有する。耐アルカリ性を有する金属材料としては、例えばニッケルを用いることができる。正極合剤は、正極活物質粒子、正極板の特性を改善するための種々の添加剤粒子、これら正極活物質粒子及び添加剤粒子の混合粒子を正極芯体に結着するための結着剤からなる。
【００２０】
正極活物質粒子は水酸化ニッケル粒子である。水酸化ニッケル粒子は、ニッケルの平均価数が２よりも大の高次水酸化ニッケル粒子であってもよい。また水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等を固溶していてもよく、あるいはコバルト化合物で表面が被覆されていてもよい。添加剤は、酸化イットリウムの他に、酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物、酸化エルビウム等の希土類化合物等を用いることができる。結着剤は、親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。より具体的には結着剤は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）のうちから選択される１種以上を使用することができる。結着剤は、例えば正極活物質粒子１００質量部に対して０．１質量部以上０．５質量部以下となるようにすればよい。
【００２１】
負極板２２は、帯状をなす導電性の負極芯体（図示せず）に負極合剤が保持されて形成されている。負極芯体は、複数の貫通孔を有するシート状の金属材からなり、例えばパンチングメタル、金属粉末焼結体基板、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット等を用いることができる。特にパンチングメタルや金属粉末を成型してから焼結した金属粉末焼結体基板は負極芯体に好適である。
【００２２】
負極合剤は、水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子と結着剤とからなる。水素吸蔵合金粒子は、電池の充電時にアルカリ電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよい。このような水素吸蔵合金としては、特に限定されないが、例えばＬａＮｉ5やＭｍＮｉ5（Ｍｍはミッシュメタル）等のＡＢ5型系のものを用いることができる。また負極合剤は、水素吸蔵合金に代えて、例えばカドミウム化合物を用いることもできる。結着剤は、例えば親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。
【００２３】
セパレータ２３は、絶縁性を有する材料で形成されている。絶縁性を有する材料としては、例えばポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを材料として用いることができる。セパレータ２３の詳細な構成は後述する。
【００２４】
蓋構造体３０は、蓋板３１、絶縁ガスケット３２、弁体３３、正極端子３４、圧縮コイルばね３５、正極リード３６及び正極集電板３７を含む。蓋板３１は、略円形をなし、中央に弁孔３１１が設けられている。蓋板３１は、絶縁ガスケット３２が介装された状態で、外装缶１０の開口縁をかしめ加工することによって外装缶１０に固定されている。弁体３３は、ゴムと金属板とを張り合わせた部材であり、弁孔３１１を閉塞するように蓋板３１の外面上に設けられている。正極端子３４は、フランジ付きの円筒形状をなし、弁体３３を覆うように固定されている。圧縮コイルばね３５は、正極端子３４内に収容されており、弁体３３を付勢している。正極リード３６は、折り曲げられた状態で設けられており、蓋板３１の内面に一端が溶接され、正極集電板３７に他端が溶接されている。正極集電板３７は、円板形状の部材であり、外装缶１０にアルカリ電解液を注液するための孔３７１が中央に形成されている。
【００２５】
正極板２１の正極芯体は、正極集電板３７側の端部に連結部２１１が形成されている。連結部２１１の径方向内面には、例えば溶接又は導電性接着剤によって、ニッケルリボン等からなる帯状の金属薄板２１２が固定されている。金属薄板２１２は、連結部２１１から突出して正極集電板３７に当接している。つまり正極集電板３７と正極板２１とは、金属薄板２１２を介して電気的に接続されている。他方、負極板２２は、ニッケル水素二次電池１の負極端子をなす外装缶１０の内周面に接した状態で、その外装缶１０と電気的に接続されている。
【００２６】
＜セパレータの構成＞
セパレータ２３の構成について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、セパレータ２３の平面図である。図４は、セパレータ２３の側面図である。
【００２７】
「電池用セパレータ」としてのセパレータ２３は、シート状の主セパレータ２３１と、主セパレータ２３１の表面に部分的に配置された第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３とを備える。主セパレータ２３１は、前述した絶縁性を有する材料で形成されている。第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３は、主セパレータ２３１と同様に、絶縁性を有する材料で形成されている。ただし第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３は、絶縁性を有する材料であれば、主セパレータ２３１と全く同じ材料で形成する必要はない。
【００２８】
セパレータ２３は、主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分が、それ以外の部分より密度が高くなっている。それによって第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分において、正極板２１の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞を低減することができる。そしてセパレータ２３は、主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分が、それ以外の部分と同一の厚さになっている。つまりセパレータ２３は、第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分に段差がないので、電極体２０の製造工程において、第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３を設けた部分で正極板２１にクラックが生じる虞が少ない。したがって電極体２０の製造工程において、正極板２１のクラックに起因する短絡が発生する虞を低減することができる。
【００２９】
このようにして本発明のセパレータ２３によれば、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とが重ねられて渦巻き状に巻かれた電極体２０を備えるニッケル水素二次電池１等の円筒形電池において、正極板２１の一部がセパレータ２３を貫通して短絡が生ずる虞を低減することができる。
【００３０】
セパレータ２３は、主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２が配置された部分が、電極体２０を構成したときに正極板２１の巻き始め側の端部２１３（図２）に対応する部分であるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、正極板２１の端部のバリに起因する短絡が特に生じやすい正極板２１の巻き始め側の端部２１３に対応する部分に第１補助セパレータ２３２を配置することによって、正極板２１の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞をより低減することができる。
【００３１】
またセパレータ２３は、主セパレータ２３１に第２補助セパレータ２３３が配置された部分が、電極体２０を構成したときに正極板２１の巻き終わり側の端部２１４（図２）に対応する部分であるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、正極板２１の端部のバリに起因する短絡が特に生じやすい正極板２１の巻き終わり側の端部２１４に対応する部分に第２補助セパレータ２３３を配置することによって、正極板２１の端部のバリに起因する短絡が生ずる虞をより低減することができる。
【００３２】
主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置されたセパレータ２３を例に説明したが、本発明は、特にこれに限定されるものではない。例えば第１補助セパレータ２３２又は第２補助セパレータ２３３のいずれか一が主セパレータ２３１に配置された構成としてもよいし、さらに第３、第４の補助セパレータ（図示せず）が主セパレータ２３１に配置された構成としてもよい。
【００３３】
＜セパレータの製造方法＞
セパレータ２３の製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図５及び図６は、セパレータ２３の製造工程を図示した平面図である。
【００３４】
まず絶縁性を有する材料からなるシート状の主セパレータ２３１を用意する。つづいて主セパレータ２３１の表面に、絶縁性を有する材料からなる第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３を部分的に配置する（図５）。より具体的には、例えば主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２を熱溶着して固定する。この主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２を熱溶着する部分は、前述したように、電極体２０を構成したときに正極板２１の巻き始め側の端部２１３に対応する部分であるのが好ましい。同様に、例えば主セパレータ２３１に第２補助セパレータ２３３を熱溶着して固定する。この主セパレータ２３１に第２補助セパレータ２３３を熱溶着する部分は、前述したように、電極体２０を構成したときに正極板２１の巻き終わり側の端部２１４（図２）に対応する部分であるのが好ましい。
【００３５】
つづいて主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２を配置した部分、及び主セパレータ２３１に第２補助セパレータ２３３を配置した部分を、それ以外の部分と同一の厚さになるように圧縮する。それによって主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３を配置した部分は、それ以外の部分と同一の厚さになるとともに、それ以外の部分より密度が高くなる。より具体的には、例えば２つのローラ４１、４２でセパレータ２３を挟持し、その２つのローラ４１、４２をモータ等の回転駆動力で回転させることによって、第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３を配置した部分を圧縮する（図６）。その際、例えば２つのローラ４１、４２を加熱して、主セパレータ２３１、第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３に熱を加えながら圧縮するのが好ましい。
【００３６】
このようにして主セパレータ２３１に第１補助セパレータ２３２及び第２補助セパレータ２３３が配置された部分が、それ以外の部分より密度が高いとともに、それ以外の部分と同一の厚さであるセパレータ２３を製造することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ニッケル水素二次電池
２０  電極体
２１  正極板
２２  負極板
２３  セパレータ
２３１  主セパレータ
２３２  第１補助セパレータ
２３３  第２補助セパレータ
【図１】
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【図２】
2015185517.tif 000004
【図３】
2015185517.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015185517.tif 000007
【図６】
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