(57)【要約】【課題】電池の高容量化等を目的として電極群が高緊縛化しても、電極群の外装缶内への収容後に内部短絡の発生が抑制される電池を提供する。【解決手段】電池はセパレータ(10)を介して第１の極板(6)及び第２の極板(8)を渦巻き状に巻回して形成された電極群(4)と、電極群(4)の一端側に位置する第１の極板(6)の端部から一体に突出し、金属多孔体からなる連結部(30)と、連結部(30)の径方向外面に接合された金属薄板(32)と、連結部(30)及び金属薄板(32)を径方向両側から挟む２つの保護部材(34,36)とを備える。連結部(30)は、自身の先端側に第１の極板(6)側の基端領域(30a)に比べて薄く形成された薄肉領域(30b)を有し、薄肉領域(30b)の径方向内面は、基端領域(30a)の径方向内面よりも径方向外側に位置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して第１の極板及び第２の極板を渦巻き状に巻回して形成された電極群と、
前記電極群の一端側に位置する前記第１の極板の端部から一体に突出し、金属多孔体からなる連結部と、
前記連結部の径方向外面に接合された金属薄板とを備える電池において、
前記連結部は、自身の先端側に前記第１の極板側の基端領域に比べて薄く形成された薄肉領域を有し、
前記薄肉領域の径方向内面は、前記基端領域の径方向内面よりも径方向外側に位置している
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記連結部及び金属薄板に対して径方向に挟むように保護部材が付着していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第１の極板は、金属多孔体からなる導電性の基板と、前記基板に充填された活物質とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素二次電池は、電動工具、アシスト自転車、電気自動車等の電源として使用され、その更なる高容量化、高出力化、あるいは高率放電特性の向上が望まれている。
例えば特許文献１は、高率放電特性に優れた電池を開示している。この電池は、第１の電極を含む渦巻き状の電極群の一端側に集電板を備え、この集電板は第１の電極と電気的に接続される。
【０００３】
より詳しくは、第１の電極は金属多孔体からなる基板を備え、この基板には活物質が充填されている。電極群の一端側において、基板の端部からは金属多孔体からなる連結部が一体に突出し、連結部の一方の面には金属薄板が溶接される。そして、これら連結部及び金属薄板を挟むように、２枚の保護テープが連結部及び金属薄板にそれぞれ貼り付けられている。特許文献１の電池では、これら保護テープによって、連結部が第２の電極と接触するのが防止され、内部短絡が防止されるものと考えられる。
【特許文献１】特開２００５−２８５６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の連結部の先端側は保護テープで覆われておらず、電池の組立て工程中に、連結部が径方向内側に座屈して負極と直接接触し、内部短絡が発生する虞がある。このような虞は、電池の高容量化に伴い電極群が高緊縛化（高密度化）し、極板間距離が短縮するのに伴い高まっている。
本発明は上述の事情に基づいてなされたものであって、その目的とするところは、電池の高容量化等を目的として電極群が高緊縛化しても、電極群の外装缶内への収容後に内部短絡の発生が抑制され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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して第１の極板及び第２の極板を渦巻き状に巻回して形成された電極群と、前記電極群の一端側に位置する前記第１の極板の端部から一体に突出し、金属多孔体からなる連結部と、前記連結部の径方向外面に接合された金属薄板とを備える電池において、前記連結部は、自身の先端側に前記第１の極板側の基端領域に比べて薄く形成された薄肉領域を有し、前記薄肉領域の径方向内面は、前記基端領域の径方向内面よりも径方向外側に位置していることを特徴とする電池が提供される（請求項１）。
【０００６】
好ましくは、前記連結部及び金属薄板に対して径方向に挟むように保護部材が付着している（請求項２）。
好ましくは、前記第１の極板は、金属多孔体からなる導電性の基板と、前記基板に充填された活物質とからなる（請求項３）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１の電池によれば、連結部の先端側が薄肉領域として形成され、薄肉領域の径方向内面が、第１の極板側の基端領域の径方向内面に比べ径方向外側に位置しているので、連結部が径方向内側に座屈したとしても、連結部と負極との間に隙間が確保される。この結果として、この電池によれば、電池の高容量化等を目的として電極群が高緊縛化しても、電極群の外装缶内への収容後に内部短絡の発生が抑制される。
【０００８】
請求項２の電池によれば、保護部材によって、内部短絡の発生がより確実に抑制される。
請求項３の電池によれば、連結部が第１の極板の基板と一体に形成され、簡単な構成にて、内部短絡の発生が防止されながら第１の極板と集電板とが電気的に接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る円筒形のニッケル水素二次電池を示す。
ニッケル水素二次電池は、一端が開口した円筒状の外装缶２を備え、外装缶２は導電性を有する。外装缶２の中には、アルカリ電解液（図示せず）とともに略円筒状の電極群４が収容され、電極群４は、それぞれ帯状の正極板（第１の極板）６及び負極板（第２の極板）８をセパレータ１０を介して渦巻き状に巻回して形成される。電極群４の外周は、負極板８の最外周部により形成され、この負極板８の最外周部が外装缶２の内壁に接する。
【００１０】
外装缶２の開口は蓋体１４によって閉塞され、蓋体１４は、中央に弁孔１６ａを有する略円形の蓋板１６を含む。蓋板１６の外周部は、絶縁ガスケット１８を介して外装缶２の開口縁をかしめ加工して固定され、蓋板１６の外面上には、弁孔１６ａを閉塞するようにゴムと金属板とを張り合わせた弁体２０が配置されている。また、蓋板１６の外面上には、弁体２０を覆うようにフランジ付きの円筒形状の正極端子２２が固定され、正極端子２２内には、弁体２０を付勢する圧縮コイルばね２４が収容されている。
【００１１】
蓋板１６の内面には、折り曲げられた正極リード２６の一端が溶接され、正極リード２６の他端は、円形の集電板２８に一体に連なっている。電極群４の一端側において、集電板２８と正極板６とは電気的に接続され、これにより、正極板６と正極端子２２とが電気的に接続される。
より詳しくは、正極板６は非焼結式電極であって、帯状をなす導電性の正極基板を有する。正極基板は多孔質構造を有する金属多孔体であり、３次元網目構造の骨格により形成される無数の空孔を含む。正極基板の空孔内には、正極活物質として水酸化ニッケル粒子が充填されている。
【００１２】
図２に示したように、集電板２８側の正極板６の端部からは、金属多孔体からなる連結部３０が軸線方向にて一体に突出している。連結部３０は正極板６の厚さよりも薄く、正極板６の渦巻方向に沿うように延びている。連結部３０の径方向外面には、例えばニッケルリボン等からなる金属薄板３２が溶接又は導電性接着剤によって固定され、金属薄板３２及び正極板６の径方向外面は、略面一をなしている。
【００１３】
金属薄板３２の軸線方向長さは、連結部３０の軸線方向長さLcよりも長く、金属薄板３２の一端は、連結部３０と正極板６との境界（以下、充填境界という）に存する段差の近傍に位置している。従って金属薄板３２の他端は、連結部３０の先端を超えて突出している。
ここで、連結部３０と金属薄板３２との良好な接続強度を確保するために、連結部３０の軸線方向長さLcは１mm以上２mm以下の範囲にあり、好ましくは、１.３mm以上１.８mm以下の範囲にある。
【００１４】
連結部３０と正極板６との充填境界は、集電板２８側の負極板８の一端よりも集電板２８から離間しており、換言すれば、負極板８の一端の方が充填境界よりも集電板２８側に突出している。このため、充填境界は、セパレータ１０を介して負極板８の一端と対向している。
負極板８の一端が充填境界よりも突出している長さ（ラップ長さLw）は、例えば０.８mmに設定されるが、ラップ長さLwを長くすると、正極板６の軸線方向長さが短くなり電池容量が減少する。一方、ラップ長さLwを短くすると、負極板８で連結部３０を挟みつけて十分に保持することが困難になる。従って、ラップ長さLwは、連結部３０を保持する効果と電池の容量とを考慮して、例えば０.３mm以上１.５mm以下、好ましくは０.５mm以上１mm以下の範囲に設定される。
【００１５】
これら連結部３０及び金属薄板３２を径方向両側から挟むように、連結部３０及び金属薄板３２にはそれぞれ保護テープ（保護部材）３４,３６が接着されている。各保護テープ３４,３６は、充填境界を超えて正極板６の一端側も覆っている。これにより、連結部３０に集電板２８を押圧して溶接するときに、充填境界近傍で正極板６及び連結部３０が折れ曲がっても、セパレータ１０を突き破るのが防止される。
【００１６】
また、各保護テープ３４,３６の軸線方向長さは、接着された連結部３０及び金属薄板３２の軸線方向長さLcよりも短く、連結部３０及び金属薄板３２の先端側は、保護テープ３４,３６で覆われずに露出している。
ここで、連結部３０の先端側は、正極板６側の基端領域３０ａよりも薄肉な薄肉領域３０ｂとして形成されている。
【００１７】
より詳しくは、連結部３０の径方向内面に段差が形成され、この段差によって連結部３０は基端領域３０ａと薄肉領域３０ｂとに区分けされる。従って、薄肉領域３０ｂの径方向内面は、基端領域３０ａの径方向内面よりも径方向外側に位置している。好ましくは基端領域３０ａの厚さは、薄肉領域３０ｂの厚さの１.５倍以上２.５倍以下の範囲にある。
なお、基端領域３０ａと薄肉領域３０ｂとの間の段差は、軸線方向でみて、負極板８の一端と略同じ位置に位置付けられている。また、保護テープ３４は、基端領域３０ａと薄肉領域３０ｂとの間の段差を超えて、薄肉領域３０ｂの一部を覆っている。
【００１８】
上述した連結部３０は、正極板６を作製する際に、例えば以下のようにして同時に作製することができる。
まず、シート状の金属多孔体に対し、連結部３０となる部分を除いて正極活物質を含む正極活物質スラリーを充填し、当該スラリーを乾燥させる。または、シート状の金属多孔体に対し、その全体に正極活物質を含む正極活物質スラリーを充填してから、当該スラリーの乾燥後、連結部３０となる部分から正極活物質を除去する。
【００１９】
この後、金属多孔体全体を正極板６の厚さまで圧延処理し、更に、連結部３０となる部分のみを基端領域３０ａの厚さまで圧延する。それから、連結部３０となる部分の先端側のみを薄肉領域３０ｂの厚さまで圧延し、これにより正極板６と一体の連結部３０が形成される。なお、薄肉領域３０ｂの厚さまで圧延する前に、金属薄板３２を連結部３０に接合してもよい。
【００２０】
上述したニッケル水素二次電池によれば、連結部３０の先端側が薄肉領域３０ｂとして形成され、薄肉領域３０ｂの径方向内面が、正極板６側の基端領域３０ａの径方向内面に比べ径方向外側に位置しているので、連結部３０が径方向内側に座屈したとしても、連結部３０と負極板８との間に隙間が確保される。この結果として、この電池によれば、電池の高容量化等を目的として電極群４が高緊縛化しても、電極群４の外装缶２内への収容後に内部短絡の発生が抑制される。
【００２１】
また上述したニッケル水素二次電池によれば、連結部３０が正極板６の正極基板と一体に形成され、簡単な構成にて、内部短絡の発生が防止されながら正極板６と集電板２８とが電気的に接続される。
【実施例】
【００２２】
１．電池の製作
＜実施例１＞
（１）正極板の製作
２．５質量％の亜鉛と、１質量％のコバルトとを共沈成分として含有する水酸化ニッケル粉末９０質量部に対して、コバルト粉末１０質量部、酸化亜鉛粉末３質量部を添加して全体を混合し、その混合物にヒドロキシプロピルセルロース水溶液（固形分０.２質量％）５０質量部を添加して全体を混練し、ペースト状の正極活物質スラリーを得た。
【００２３】
得られた正極活物質スラリーを、金属多孔体に充填した。充填量は、圧延後の活物質密度が約２.９６ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように調整した。活物質スラリーを乾燥させた後、厚みが約０.７０mmとなるように金属多孔体にロール圧延を行った。そして、圧延された金属多孔体を短冊状に切断し、軸線方向長さが１.６mmの連結部となるように一側縁部の活物質を超音波剥離等により除去した。その後、この側縁部を再びロール圧延して厚み約０.２mmとした。
【００２４】
この後、この側縁部の一方の面に、抵抗電気溶接により厚み０.１mm、幅３mmのニッケルリボンを接続し、更に、軸線方向長さが１.０mmで厚さが０.１mmの薄肉領域を形成するよう、側縁部の端側を他方の面から押し潰すようにロール圧延した。
それから、側縁部及び金属薄板に対し、厚さ方向両側から保護テープ（ニチバン株式会社製，ポリプロピレン粘着テープ）を接着し、これにより連結部、金属薄板及び保護テープを設けた正極板を作製した。
【００２５】
（２）電池の組立て
上述のように製作した正極板と、水素吸蔵合金を含む負極板とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して巻回して渦巻状電極群を得た。この渦巻状電極群の両端に正極集電板及び負極集電板を溶接した後、電極群を外装缶内に挿入し、負極集電板を外装缶の底壁にスポット溶接するとともに正極集電板のリード部を蓋板に溶接した。この後、外装缶内に、水酸化リチウム及び水酸化ナトリウムを含有した７.５Ｎの水酸化カリウム水溶液からなる電解液を注入した。そして、外装缶の開口内に絶縁パッキンを介して蓋板を配置した状態にて開口縁をかしめ加工し、実施例１として、公称容量３９００ｍＡｈの円筒型ニッケル水素二次電池を１００００個製造した。
【００２６】
＜比較例１＞
正極板を作製する際、連結部に薄肉領域を形成せず、連結部全体の厚さを０.２mmにした以外は実施例１の場合と同様にして、比較例１の公称容量３９００ｍＡｈの円筒型ニッケル水素二次電池を１００００個製造した。
２．内部短絡評価試験
得られた実施例１及び比較例１の電池の端子間電圧を測定し、この端子間電圧が０.１Ｖ以下の場合に内部短絡発生と判断して、１００００個中、内部短絡の発生した電池数を数えた。表１にこの結果を示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から明らかなように、連結部に薄肉領域を形成した実施例１では、連結部の厚さが均一である比較例１に比べ、内部短絡の発生数が少ない。
本発明は上記した一実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル−カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、更には１次電池であってもよい。
上記した一実施形態においては、連結部３０及び金属薄板３２の両方に保護テープ３４,３６を接着したが、一方にのみ接着してもよい。ただし、内部短絡をより確実に防止するためには、両方に保護テープを接着するのが好ましい。
【００２９】
上記した一実施形態においては、保護テープ３４,３６には粘着性テープを用いたけれども、熱溶着テープを用いても良い。しかしながら、粘着性テープは容易にその厚みを調整することができるとともに、連結部３０や金属薄板３２に接着する際に溶着工程が不要なことから好ましい。また、ポリプロピレン及びポリエチレン等のポリオレフィン樹脂製の保護テープは、耐アルカリ性に優れており、アルカリ電池に好適する。
【００３０】
上記した一実施形態においては、外装缶２は負極端子であったが、外装缶２を正極端子にしてもよい。すなわち、連結部３０が外装缶２の底壁に向かって突出するように電極群４を外装缶２に収容してもよい。
上記した一実施形態においては、連結部３０よりも金属薄板３２が突出していたが、連結部３０と金属薄板３２の先端を揃え、連結部３０及び金属薄板３２の双方を正極集電板２８に溶接してもよい。
【００３１】
上記した一実施形態においては、電極群４の形状は略円柱状であったが、径方向両側からプレスして変形させることにより、電極群の端面形状を楕円形状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るニッケル水素二次電池の一部を展開した縦断面図である。
【図２】図１の電池における正極板と集電板との接続部近傍を拡大して概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
４        電極群
６        正極板（第１の極板）
８        負極板（第２の極板）
１０        セパレータ
３０        連結部
３０ａ      基端領域
３０ｂ      薄肉領域
３２        金属薄板
３４,３６   保護テープ（保護部材）
【図１】
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【図２】
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