(57)【要約】【課題】本発明は、上記電池を高容量化するための高緊縛化に伴う不具合を回避し、電極体の外装缶への挿入不良を低減することができるアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、導電性の筒状外装缶と、正極活物質を保持する正極板および負極活物質を保持する負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回してなり、前記正極板および負極板のうち一方の極板が前記外装缶の内壁に接した状態で前記外装缶内に収容される電極体と、前記外装缶内に収容されたアルカリ電解液と、前記外装缶を密閉する蓋体とを有するアルカリ蓄電池において、前記外装缶の内壁に接する一方の極板をパンチングメタル基板から構成するときに、このパンチングメタル基板における他方の極板の巻終り端部に対応する外装缶内壁との接触領域における開孔率を、それ以外の領域における開孔率よりも小さくする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の筒状外装缶と、正極活物質を保持する正極板および負極活物質を保持する負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回してなり、前記正極板および負極板のうち一方の極板が前記外装缶の内壁に接した状態で前記外装缶内に収容される電極体と、前記外装缶内に収容されたアルカリ電解液と、前記外装缶を密閉する蓋体とを有するアルカリ蓄電池において、前記外装缶の内壁に接した一方の極板はパンチングメタル基板からなり、該パンチングメタル基板は、他方の極板の巻終り端部に対応する外装缶内壁との接触領域における開孔率がそれ以外の領域における開孔率よりも小さいことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記アルカリ蓄電池はニッケル水素二次電池である請求項１記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
前記負極板が外装缶の内壁に接する請求項２記載のアルカリ蓄電池。
【請求項４】
前記負極板は２枚のパンチングメタル基板をつなぎ合せてなる請求項３記載のアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ蓄電池に係り、特に電極体が高緊縛化されていても電極体最外層にある極板の損傷の発生が抑制されるアルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ蓄電池には、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル水素二次電池などがあるが、特にニッケル水素二次電池は、携帯電話やノート型パソコン等の携帯機器をはじめとして種々の電気・電子機器の電源として用いられる。
このアルカリ蓄電池においては、一端が開口した筒状の導電性有底外装缶に、正極板と負極板をセパレータを間に挟んで渦巻状に巻回した電極体を、正負の極板のどちらか一方がその外装缶の内壁に接するようにして収容される。このため、外装缶自体がどちらか一方の極の端子となる。そして、前記外装缶内にアルカリ電解液を注入して電極体に浸潤させ、蓋体により外装缶の開口を密閉して組み立てられる。蓋体は、外装缶の内壁に接する極板とは反対の極が電気的に接続する端子を含む。
【０００３】
正極板としては金属製パンチングメタル基板やニッケルめっき発泡板のような多孔性の基板に、活物質である水酸化ニッケルの粉末を導電材と結着剤と水とを混練してなるペーストを充填して保持したものが用いられ、セパレータとしては、例えばポリオレフィン繊維、ナイロン繊維等からなる不織布が用いられる。
また、負極板には、ＬａＮｉ５、ＭｍＮｉ５（Ｍｍはミッシュメタル）等の水素吸蔵合金と導電材と結着剤と水とを混練してなるペーストを、例えば所定の開孔率（基板の面積に占める開孔面積の割合）のニッケルパンチング基板に塗布し乾燥して担持させたものが用いられる。
【０００４】
他方、アルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウムと水酸化リチウムの混合液、水酸化カリウムと水酸化リチウムの混合液等が用いられる。
ところで、このようなアルカリ蓄電池については、限られた電池容積の中で一層の高容量化が要求されている。電池の高容量化のためには、電極体に担持されている活物質を増量すればよいわけであるが、電極体を収容する外装缶の大きさは一定であるため、次のような方法がとられている。すなわち、渦巻状の電極体を製造するときの巻回作業を緊密化して、同一の径内に包含される正極板の活物質と負極板の活物質の量を増加させる高緊縛化処理や、極板を構成するパンチングメタル基板において、開孔の数を増やすかまたは一つ一つの開孔の面積を大きくするなどの処置を施してパンチングメタル基板における開孔率を高め、活物質の保持密度を高くするなどの方法である。
【０００５】
しかし、上述のように電極体を外装缶に収容する際に、外装缶と接する極板を構成するパンチングメタル基板の開孔率を高めると、高緊縛化された電極体は、外装缶への挿入時に径方向に押し縮めようとしても、中心部からの反発力が大きいため、極板が外装缶内壁と強く擦れて損傷する事故が多発する。このような事故が起こると、パンチングメタル基板に保持されていた活物質が外装缶底部に脱落して他方の極板と接触し、内部短絡の原因となる。また、パンチングメタル基板において強度が弱い開孔部の周囲に亀裂が生じることがあり、その場合には不規則な小突起（バリ）が生じてそれがセパレータを突き破り、対向する極板に接触してやはり内部短絡を起こすことがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池の高容量化を目的とする電極体の高緊縛化に伴う上記した不具合を回避し、電極体の外装缶への収容時に生ずる極板の損傷を軽減することができるアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明においては、導電性の筒状外装缶と、正極活物質を保持する正極板および負極活物質を保持する負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回してなり、前記正極板および負極板のうち一方の極板が前記外装缶の内壁に接した状態で前記外装缶内に収容される電極体と、前記外装缶内に収容されたアルカリ電解液と、前記外装缶を密閉する蓋体とを有するアルカリ蓄電池において、前記外装缶の内壁に接した一方の極板はパンチングメタル基板からなり、該パンチングメタル基板は、他方の極板の巻終り端部に対応する外装缶内壁との接触領域における開孔率がそれ以外の領域における開孔率よりも小さいことを特徴とするアルカリ蓄電池を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態においては、アルカリ蓄電池として、負極板が外装缶に接するようにしたニッケル水素二次電池をとりあげる。
図１は、ニッケル水素二次電池１の一部を展開した縦断面図である。ニッケル水素二次電池１には、一端が開口した筒状の導電性有底外装缶２の中に、短冊状の負極板３および同じく短冊状の正極板４を互いにセパレータ５で離隔しながら、負極板３を外側にして渦巻状に巻回した電極体６が収容される。負極板３は電極体６の最外層に位置するため、外装缶２の内壁に接する。そして、電極体６の中心部で正極板４に接続する図示しない正極リードを具備する蓋体７が外装缶２の開口に取り付けられ、外装缶２内に注入された電解液とともに、電極体６は外装缶２内に密封される。
【０００９】
これらの正極板４、負極板３およびセパレータ５から電極体６を形成するには、セパレータ５、正極板４、セパレータ５および負極板６をこの順で積層し、一方の端部から巻き芯を使って巻回し、最終的に最外層が負極板３となる渦巻状の電極体６とする。
本発明に係るアルカリ蓄電池としてのニッケル水素二次電池は、上記の負極板において活物質を保持するパンチングメタル基板として後述の構造のものを用いることを最大の特徴とする。そこで、以後パンチングメタル基板の構造を中心に説明する。
【００１０】
図２は、本発明の第１の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板１１の展開図である。なお、負極板はパンチングメタル基板に水素吸蔵合金を含むペーストを塗布したものであるが、図では、塗布されたペーストを省いて示している。
この負極板１１は、巻終り側の部分ａ（「巻上げ状態において正極板の巻終り端部に対応する外装缶内壁との接触領域を含む部分」の意味。以下同じ。）と巻始め側（「前記外装缶内壁との接触領域以外の領域に対応する部分」の意味。以下同じ。）で単位面積当たりの開孔数（開孔密度）は同じであるが、巻終り側の部分ａにある開孔１２ｊの面積が巻始め側にある開孔１２ｋの面積よりも小さいため、巻終り側の開孔率が巻始め側の開孔率よりも小さくなっている。
【００１１】
図３は、本発明の第２の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板２１の展開図である。
負極板２１は巻終り側の部分ａにある開孔２２ｊの面積と巻始め側にある開孔２２ｋの面積は同じであるが、開孔密度は、巻終り側の部分ａの方が巻始め側より低い。したがって、この態様においても、巻終り側の開孔率は巻始め側の開孔率よりも小さい。
【００１２】
図４は、本発明の第３の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板３１の展開図である。この負極板３１は、同じ開孔密度の巻終り側の負極板３１ｊと巻始め側の負極板３１ｋを重ね代ｂの部分でつなぎ合わせたものである。この態様では開孔密度は同じであるが、巻終り側の負極板３１ｊに相当する巻終り側の部分ａにおける開孔３２ｊの面積が巻始め側の負極板３１ｋにおける開孔３２ｋの面積よりも小さい。したがって、巻終り側の開孔率は巻始め側の開孔率よりも小さい。
【００１３】
負極板は、パンチングメタル基板に水素吸蔵合金を含むペーストを塗布し乾燥させた後例えばロール圧延して製造されるが、パンチングメタル基板に開孔率が異なる部分があると、圧延時にその部分で伸び率が変わり、負極板全体の寸法管理が難しくなる。その点、本態様では、開孔率が異なる２枚の負極板を用い、それぞれを別々に圧延成形するため、各負極板について確実な寸法管理が可能となり、その結果両者をつなぎ合わせたのちの負極板では、寸法管理上の難点を解消することができる。
【００１４】
図５は、図４に示した負極板３１における巻終り側の負極板３１ｊと巻始め側の負極板３１ｋのつなぎ合わせの様子を示す斜視図である。負極板３１ｊと負極板３１ｋは、それぞれ巻回方向において重ね代ｂ分だけ長さが異なる２枚の負極板をそれぞれ巻終り側と巻始め側を揃えて接着したものである。その場合、互いに重ね代ｂ分だけ突出した一方の側の負極板が、重ね代ｂ分だけ引き込んだ対向する側の負極板と巻回方向で当接するように組み合わせ、接着する。
【００１５】
図６は、図２の負極板１１を用いた本発明の第１の態様に係るニッケル水素二次電池１０の外装缶部分の横断面図である。電極体１５の最外層にある負極板１１が外装缶２に接している。そして正極板４の巻終り箇所Ｐにおいては、正極板４を挟む、外側のセパレータ５ａと内側のセパレータ５ｂの間に空隙を生じている。
【００１６】
従来は、この箇所では、外装缶２に挿入するために電極体１５を径方向に押し縮めたとき、各層間の密着が途切れているため電極体の中心部からの反発力が弱く、最外層の負極板における箇所Ｑにおいて、負極板の損傷、具体的にはパンチングメタル基板における開孔間の亀裂等が起こっていた。
しかし、本発明の第１の態様における電極体１５においては、符号Ｑで示す箇所が負極板１１の巻終り側の部分ａの範囲内にあるため、開孔率が他の部分より小さい。したがって、負極板１１におけるパンチングメタル基板は、従来に比べて高強度になっているため、電極体の径方向へ圧縮されても損傷を生じることはない。
【００１７】
また、正極板４の巻始め箇所Ｒから外装缶２の中心Ｃを通って延ばした直線が外装缶２と交わる点を含む負極板１５の箇所Ｓも、符号Ｑで示す箇所ほどではないが、構造上、電極体を径方向に圧縮したときの反発力が弱く、従来は負極板の損傷が起こっていた。
しかし、負極板１１においては、この箇所Ｓも開孔率の小さい巻終り側の部分ａの範囲内にあるため、上述の箇所Ｑと同じく、電極体の径方向への圧縮に対して十分な強度を有し、損傷を生じることはない。
【００１８】
この効果は、図３に示す負極板２１を用いる本発明の第２の態様に係るニッケル水素二次電池においても、同様に得られる。
図７は、図４の負極板３１を用いた本発明の第３の態様に係るニッケル水素二次電池３０の外装缶部分の横断面図である。重ね代ｂにおいて、巻始め側の負極板３１ｋと巻終り側の負極板３１ｊがつなぎ合わされている。
【００１９】
この態様に係る電極体３５も、負極板３１における先に述べた箇所ＱとＳは、巻終り側の部分ａの範囲内にあるため、電極体の径方向への圧縮に対して十分な強度を有し、損傷を生じることはない。
図８は、本発明の第４の態様に係るニッケル水素二次電池４０の外装缶部分の横断面図である。この態様における電極体４５の負極板４１は、巻終り側の部分ｃがこれまでの態様における巻終り側の部分ａよりも短い。すなわち、本態様においては、正極板の巻終り端部に対応する符号Ｑで示す箇所を含む範囲でのみ、開孔率を小さくしている。このように巻終り側の部分ｃが短い場合は、負極板が１枚でも、圧延成形時の寸法管理はさほど困難ではない。
【００２０】
図９は、この態様で用いた負極板４１の展開図である。開孔密度は同じであるが、巻終り側の部分ｃにおける開孔４２ｊの面積を、巻始め側にある開孔４２ｋの面積より小さくすることにより開孔率を小さくしている。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と対比しながら説明する。
まず、負極板形成のため、水素吸蔵合金ＬａＮｉ５の粉末１０重量部に対し、導電材としてのカーボンブラック粉末０．０５重量部と、０．００５重量部のカルボキシルメチルセルロース結着剤および水２．５重量部を混合してペーストを調製した。
【００２２】
つづいて、巻始め側用と巻終わり側用の２つの二次元ＳＰＣＣ製基板を用意し、下記表１に示すように、巻始め側については開孔率が５８％、巻終り側については開孔率が４３％となるようにパンチングして２枚のパンチングメタル基板を形成した。
そして、これらパンチングメタル基板に上述のペーストを塗布し、乾燥した後に圧延成形して、さらに２枚のパンチングメタル基板を巻回方向につなぎ合せて負極板を形成した。
【００２３】
一方、正極板形成のため、水酸化ニッケル粉末１０重量部に対し、導電材としての一酸化コバルト粉末１重量部、０．３重量部のカルボキシルメチルセルロース結着剤および５重量部の水を混合してペーストを調製した。
そして、このペーストを多孔性のニッケルメッキ発泡メタル基板に充填し、乾燥した後、圧延成形することにより正極板を形成した。
【００２４】
次に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータを２枚用意し、セパレータ、正極板、セパレータおよび負極板の順序で積層し、最下層のセパレータの一方の端に巻き芯を配置し、負極板を外側にして巻回した。こうして渦巻状で最外層に負極板が位置する電極体を形成した。
他方、比較例については、負極板は１枚構成とし、開孔率を実施例の巻始め側と同じ５８％とした以外は同様の方法で電極体を形成した。
【００２５】
ついで、巻き芯を電極体から引き抜いた後、実施例と比較例のそれぞれの電極体をステンレス製の筒状外装缶に収納し、その後引き抜いて、図１０に示すように、最外層の負極板５０において、開孔５１の間に亀裂Ｔが生じていないかを検査した。検査は、実施例と比較例それぞれ２０００個について行った。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１から明らかなように、実施例においては、最外層の負極板に亀裂が生じた割合（２０００個の電極体の最外層における開孔の総数に対する開孔間に生じた亀裂の数をｐｐｍで表したもの）は２０ｐｐｍであったが、比較例においては４２ｐｐｍであった。すなわち、本発明によれば、負極板の損傷割合が１／２になり、本発明による最外層極板の強度を高める効果が立証されたことが分かる。
【００２８】
本発明はニッケル水素二次電池に限られるものではなく、ニッケル−カドミウム蓄電池など他のアルカリ蓄電池にも適用される。また、電極体の最外層となるのは負極板に限られず、正極板でもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、アルカリ蓄電池の高容量化を目的とする電極体の高緊縛化に伴う、電極体の外装缶への挿入時における最外層の極板の損傷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】本発明の第１の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板の展開図である。
【図３】本発明の第２の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板からペーストを除去したパンチングメタル基板の展開図である。
【図４】本発明の第３の態様に係るニッケル水素二次電池における負極板からペーストを除去したパンチングメタル基板の展開図である。
【図５】図４の負極板の分解斜視図である。
【図６】図１の負極板を用いたニッケル水素二次電池の横断面図である。
【図７】図４の負極板を用いたニッケル水素二次電池の横断面図である。
【図８】本発明の第４の態様に係るニッケル水素二次電池の横断面図である。
【図９】図８のニッケル水素二次電池における負極板の展開図である。
【図１０】亀裂が生じた負極板の一部を示す展開図である。
【符号の説明】
１      ニッケル水素二次電池
２      外装缶
４      正極板
５      セパレータ
１１    負極板（パンチングメタル基板）
ａ      負極板の巻終り側の部分
ｂ      重ね代
１２ｊ，１２ｋ    開孔
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004247221.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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