(57)【要約】【課題】電極の集電効率を向上させることにより電池の性能を向上させる。【解決手段】表面及び裏面に粉末状の活物質２を所定厚で固着した電極芯材であって、電極芯材１に設けられた突出部１ａの先端を上記活物質２の表面に露出して設置する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び裏面に粉末状の活物質（２）を所定厚で固着した電極芯材であって、
電極芯材（１）に設けられた突出部（１ａ）の先端が前記活物質（２）の表面に露出して設置されることを特徴とする電極芯材。
【請求項２】
前記突出部（１ａ）は前記電極芯材（１）のいずれか片面あるいは両面から局所的に押圧することにより設けられた孔（１ｂ）が有するバリであることを特徴とする請求項１記載の電極芯材。
【請求項３】
前記突出部（１ａ）は１５０Ｈｖ（ビッカース硬さ）以下の硬度であることを特徴とする請求項１または２記載の電極芯材。
【請求項４】
前記電極芯材（１）の表面及び裏面に正極活物質を固着することを特徴とした請求項１〜３いずれかに記載の正電極。
【請求項５】
前記正極活物質は、水酸化ニッケルであることを特徴とする請求項４記載の正電極。
【請求項６】
前記電極芯材（１）の表面及び裏面に負極活物質を固着することを特徴とした請求項１〜３いずれかに記載の負電極。
【請求項７】
前記負極活物質は、水素吸蔵合金であることを特徴とする請求項６記載の負電極。
【請求項８】
請求項４または５記載の正電極は絶縁材（３）を挟んで負電極と交互に積層した状態で電槽（４）内に実装していることを特徴とする電池。
【請求項９】
請求項４または５記載の正電極は絶縁材（３）を挟んで負電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽（４）内に実装していることを特徴とする電池。
【請求項１０】
請求項６または７記載の負電極は絶縁材（３）を挟んで正極と交互に積層した状態で電槽（４）内に実装していることを特徴とする電池。
【請求項１１】
請求項６または７記載の負電極は絶縁材（３）を挟んで正電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽（４）内に実装していることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池及びその電極芯材と正電極と負電極に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、二次電池の電極は電極芯材に活物質粉末を圧延処理により固着させている。電極芯材は負極活物質から電子を受け取り、その電子は仕事をした後、電解液を介して正極に渡される。この一連の動作により電池としての機能を有している。しかしながら、圧延処理によって固着された活物質はある程度の厚みを有しているため、上記活物質粉末の粉末粒子個々で考えた場合、各々の活物質粉末から電極芯材までの距離に差が生じる。つまり、電極芯材に電子を受け渡しする条件の良悪が発生する。そのため電極全体としての集電効率が悪くなってしまうという問題が生じる。特に活物質が粒子状であることが多くその粒子の接触抵抗が大きいことから電極芯材までの距離の影響が大きくなる。
【０００３】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、電極の集電効率を向上させることにより電池の性能を向上させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、電池の電極芯材に係わる第１の手段として、表面及び裏面に粉末状の活物質を所定厚で固着した電極芯材であって、電極芯材に設けられた突出部の先端が前記活物質の表面に露出して設置されるという手段を採用する。これにより、上記した電極芯材から電子の受け渡しする条件の悪い活物質粉末から電極芯材までの距離が短くなり、電極全体の集電効率が向上する。
【０００５】
電池の電極芯材に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、突出部は上記電極芯材のいずれか片面あるいは両面から局所的に押圧することにより設けられた孔が有するバリであるという手段を採用する。これにより、例えば圧延処理を行うローラーに所定形状に設定された突出部を設けることで、容易に上記突出部を形成することができる。
【０００６】
電池の電極芯材に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記突出部は１５０Ｈｖ（ビッカース硬さ）以下の硬度であるという手段を採用する。これにより、例えば、負極活物質の充電時における体積膨張により負極活物質が上記突出部の先端にせり上がることによる絶縁材の破損防止が可能である。また、負極活物質の放電時の体積収縮によりせり出した突出部の先端が絶縁材を貫通することを防止することが可能である。
【０００７】
電池の正電極に係わる第１の手段として、上記第１〜３いずれかの電池の電極芯材に係わる手段において、上記電極芯材の表面及び裏面に正極活物質を固着するという手段を採用する。これにより、上記電極芯材を正極とし使用することができる。
【０００８】
電池の正極に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、上記正極活物質は、水酸化ニッケルであるという手段を採用する。これにより、上記電極芯材を充電可能な二次電池の正極として使用することができる。
【０００９】
電池の負電極に係わる第１の手段として、上記第１〜３いずれかの電池の電極芯材に係わる手段において、上記電極芯材の表面及び裏面に負極活物質を固着するという手段を採用する。これにより、上記電極芯材を負極として使用することができる。
【００１０】
電池の負電極に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、上記負極活物質は、水素吸蔵合金であるという手段を採用する。これにより上記電極芯材を充電可能な二次電池の正極として使用することができる。
【００１１】
電池に係わる第１の手段として、上記第１または２の正電極に係わる手段において、正電極は絶縁材を挟んで負電極と交互に積層した状態で電槽内に実装しているという手段を採用する。これにより、正電極が負電極に触れ、短絡することなく小型の電池を構成することが可能である。
【００１２】
電池に係わる第２の手段として、上記第１または２の正電極に係わる手段において正電極は絶縁材を挟んで負電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内に実装しているという手段を採用する。これにより正電極が負電極に触れ、短絡することなく円筒状の電槽内に電極を収納することができる。
【００１３】
電池に係わる第３の手段として、上記第１または２の負電極に係わる手段において、負電極は絶縁材を挟んで正電極と交互に積層した状態で電槽内に実装しているという手段を採用する。これにより、負電極が正電極に触れ、短絡することなく小型の電池を構成することが可能である。
【００１４】
電池に係わる第４の手段として、上記第１または２の負電極に係わる手段において負電極は絶縁材を挟んで正電極と重ねた状態で渦巻き状に巻回して電槽内に実装しているという手段を採用する。これにより負電極が正電極に触れ、短絡することなく円筒状の電槽内に電極を収納することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる電池及びその電極芯材と正電極と負電極の一実施形態について説明する。
【００１６】
図１は電極Ｅの構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。符号１は電極芯材、１ａはバリ、１ｂは貫通孔、２は活物質、Ｅは電極である。
【００１７】
電極芯材１は、例えば厚さ５０μｍの箔状の平板であって表面及び裏面に活物質２を所定厚で固着されている。バリ（突出部）１ａは、先端が活物質２の表面に露出しており、上記電極芯材１のいずれか片面あるいは両面から局所的に押圧することにより設けられた略長方形の貫通孔（孔）１ｂの短辺から活物質２の表面まで届くように形成されている。また上記電極芯材１の硬さは１５０Ｈｖ以下に設定されており、すなわち、バリ１ａの硬さは１５０Ｈｖ（ビッカース硬さ）以下に形成されている。貫通孔１ｂは、所定間隔で電極芯材１に設けられている。活物質２は、上記電極Ｅを負電極Ｅ１に用いる場合には負極活物質であり、正電極Ｅ２に用いる場合には正極活物質であって、電極芯材１の表面及び裏面に圧延処理によって一定厚に固着されている。例えば上記電極Ｅをニッケル水素電池に用いる場合、上記負極活物質は水素吸蔵合金粉末であり、上記正極活物質は水酸化ニッケル粉末である。
【００１８】
図２は、図１における電極Ｅを積載し、円筒に形状設定された二次電池Ｂの斜視図である。Ｅ１は負電極、Ｅ２は正電極、３はセパレータ（絶縁材）、４は電槽（負極端子）、５は正極端子、６は封口板である。
【００１９】
負電極Ｅ１と正電極Ｅ２はセパレータ３をはさんだ状態で多重巻回され円筒状の電槽（負極端子）４内に収納されており、また電槽４内は電解液に満たされている。電槽４の上端は開口部が形成されており、該開口部は中央に正極端子５が設けられると共に電槽４に対して絶縁された封口板６によって封止されている。また、負電極Ｅ１は電槽４に接続され、また正電極Ｅ２は正極端子５に接続されており、負電極Ｅ１と正電極Ｅ２は電解液を介して直列回路を構成している。
【００２０】
次に、本実施形態における電池及びその電極芯材と正電極と負電極の作用を説明する。
【００２１】
例えば、負電極Ｅ１の場合、活物質２には水素吸蔵合金粉末が用いられる。負電極Ｅ１の表面の点Ａに位置する活物質２の粉末は電極芯材１までの距離が電極芯材１にバリ１ａが設けられていない場合と比較して近くなっているため、点Ａの水素吸蔵合金粉末は電子をバリ１ａつまりは電極芯材１に渡しやすくなる。逆に電極芯材１に対して対称に位置する負電極Ｅ１の表面の点Ａ´では電極芯材１に貫通孔１ｂが設けられているためにバリ１ａがない場合と比較すると電極芯材１までの距離が遠くなっているが、この点を考慮しても、負電極Ｅ１全体で見た場合、集電効率は向上する。一般に活物質２は粉末であって粉末表面の抵抗が大きいことから導電体が近くにあることの効果は大きくなる。実験によれば１つの略長方形の貫通孔１ｂに形成された１つのバリ１ａと他方のバリ１ａの間隔を電極の厚さの４倍程度にした場合、１０％以上の集電効果の向上が認められている。
【００２２】
しかしながら、上述した電極の構成を実現させるためには、バリ１ａの硬さを１５０Ｈｖ（ビッカース硬さ）以下にする必要性がある。これは、例えば負電極Ｅ１の場合、上記二次電池Ｂの充電によって活物質２の粉末の体積が膨張する場合にバリ１ａの硬さが１５０Ｈｖ以上であると電極芯材１と活物質２の粒子の接合が悪くなって電極Ｅの表面へ浮きやすくなり、浮いた活物質２の粉末は逃げ場を失い、バリ１ａとセパレータ３の間に入り込み、セパレータ３を突き破って正電極Ｅ２と接触することによって、二次電池Ｂ内で短絡が発生してしまう。また二次電池Ｂの放電の繰り返しによって活物質２の粉末が収縮・膨張する場合には、次第に活物質２から剥離したバリ１ａの先端が活物質２の表面から突出した状態となり、このバリ１ａの硬さが１５０Ｈｖ以上であるとセパレータ３を突き破ってしまうので同様に二次電池Ｂ内で短絡が発生する原因となる。つまり、バリ１ａの硬さを１５０Ｈｖ以下とすることで活物質２が膨張し、バリ１ａとセパレータ３との間に入り込んでしまった場合であってもバリ１ａが変形するのでセパレータ３を突き破ることが減少する。また、活物質２が収縮し、バリ１ａが活物質２の表面から突出した状態となっても、バリ１ａが変形することによってセパレータ３を突き破ることが減少する。バリ１ａの硬さを１５０Ｈｖ以下にするために電極芯材１を加熱処理し、電極心材１自体を１５０Ｈｖ以下に加工する。
【００２３】
図３は、電極芯材１に用いる材料の種類及びビッカース硬さの違いによってどの程度の頻度で二次電池Ｂ内において短絡が発生するかの実験結果を表した比較対照表である。この図が示すように、電極芯材１の材質が鉄箔であってもニッケル箔であっても共に硬さが１５０Ｈｖ以下であると二次電池Ｂ内の短絡発生頻度が少なくなっている。
【００２４】
また、バリ１ａが貫通孔１ｂから活物質２の表面に露出する位置まで届くように形成されているので、バリ１ａとバリ１ａの間に入り込んで電極芯材１に固着された活物質２は従来の電極よりも電極芯材１に対する固着力が向上する。そのため活物質２の剥離あるいは脱落を抑止することが可能である。そのため、図３の円筒に形状設定された二次電池Ｂを組み立てるために負電極Ｅ１と正電極Ｅ２がセパレータ３を挟んで巻回させることによって負電極Ｅ１に応力がかかる場合であっても、活物質２はより確実に電極心材１に固着された状態を維持することが可能である。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態においてバリ１ａが形成された電極芯材１を負電極Ｅ１に用いたが正電極Ｅ２に用いても良い。この場合、例えば、活物質２は水酸化ニッケルを用いる。また、電極芯材１にバリ１ａを設けず、外部から集電性のある突出部を設置しても良い。
【００２６】
上記実施形態において、平板の電極芯材１を用いたが、例えば電極Ｅが巻回される方向に対し、直角方向に湾曲している電極芯材１を用いても良い。この場合であっても、バリ１ａは貫通孔１ｂから活物質の表面まで届くように形成する。また、貫通孔１ｂは略長方形でなく例えば略正方形や略楕円形でも良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面及び裏面に粉末状の活物質を所定厚で固着した電極芯材であって、電極心材に設けられた突出部の先端が前記活物質の表面に露出して設置されるので、電極の集電効率を向上させることにより電池の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる電極Ｅの構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる円筒に形状設定された二次電池Ｂの斜視図である。
【図３】電極芯材１の材料の違いによる二次電池Ｂ内においての短絡発生頻度の比較図である。
【符号の説明】
１……電極芯材
１ａ……バリ（突出部）
１ｂ……貫通孔（孔）
２……活物質
３……セパレータ（絶縁材）
４……電槽（負極端子）
５……正極端子
６……封口板
Ｅ１……負電極
Ｅ２……正電極
Ｂ……二次電池
【図１】
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【図２】
2004022418.tif 000004
【図３】
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