(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の側部の端辺から外周側ほど広い間隔で複数の集電耳が突設された正負の電極を帯状のセパレータを介して巻回することにより形成された巻回型の発電要素を備えた電池において、前記電極の集電耳の巻回中心からの距離をｒ、集電耳の巻回中心と集電耳の各端部とを結ぶ直線によって形成される中心角をθ、集電耳の幅をＬとしたとき、Ｌ＝ｒ×θの関係を満たす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、端面から電極の集電耳を突出させた巻回型の発電要素を備えた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型の鉛蓄電池は、図４に示すように、帯状の正極板１と負極板２を帯状のセパレータ３を介して円筒形に巻回した巻回型の発電要素４を用いる。正極板１と負極板２には、それぞれ帯状の上側端辺の複数箇所から集電耳１ａ，２ａが突設されているので、発電要素４の上端面の同一直径上における巻回中心を境とした一方の半径上には、正極板１の集電耳１ａが並んで突出し、他方の半径上には、負極板２の集電耳２ａが並んで突出している。
【０００３】
これらの正極板１と負極板２は、図５に示すような帯状の格子１ｂ，２ｂに活物質を充填したものである。格子１ｂ，２ｂは、帯状の鉛シートに、多数の矩形のマス目１ｃ，２ｃを形成したものである。集電耳１ａ，２ａは、この格子１ｂ，２ｂの帯状の上側端辺の複数箇所から、外周側ほど間隔を広く開けて突設されたものであり、鉛シートの側端部を部分的にカットすることにより形成される。正極板１は、集電耳１ａを除いたこの格子１ｂの表面にマス目１ｃを覆うように正極活物質が充填されたものであり、負極板２は、集電耳２ａを除いた格子２ｂの表面にマス目２ｃを覆うように負極活物質が充填されたものである。なお、実際の格子１ｂ，２ｂは、もっと長尺であるため、この図５や後に示す図３では長手方向を圧縮して模式的に示している。
【０００４】
上記発電要素４は、上端面から突設された正極板１と負極板２の集電耳１ａ，２ａを、それぞれ図示しないストラップを介して正極端子と負極端子に接続するようになっている。ストラップは、例えばＣＯＳ（Cast on Strap ）方式により、集電耳１ａ，２ａの先端部を鋳込んで鋳造した鉛合金製の棒状の集電部材であり、このストラップに形成された極柱に端子が接続されることになる。このため、正極板１と負極板２の集電耳１ａ，２ａがそれぞれ同一半径上に並んで突出せずに、円周上の不規則な位置から突出していたとすると、正極板１の集電耳１ａに接続されるストラップと負極板２の集電耳２ａに接続するストラップとが発電要素４の上端面上で接触するおそれが生じるだけでなく、これらのストラップが発電要素４の上端面のほぼ全体を覆うことになるために、形状が大きくなりすぎて電池重量が増大するようになる。そこで、各集電耳１ａ，２ａの巻回中心からの距離をｒとした場合に、図５に示した外周側に隣接する集電耳１ａ，２ａとの間隔Ｄがおおよそ  Ｄ＝２πｒの関係を満足するように、外周側ほどこの間隔Ｄを広く開けて突設することにより、これらの集電耳１ａ，２ａが発電要素４の上端面上の同一半径上にそれぞれ１巻きごとに並ぶようにしている。ただし、発電要素４の中心付近では、巻回による曲率が大きくなりすぎ、集電耳１ａ，２ａを突出させても扱い難くなるので、正極板１や負極板２の内周側の端部には、ある程度の距離にわたって集電耳１ａ，２ａを形成しないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の正極板１や負極板２の集電耳１ａ，２ａは、巻回の内周側も外周側も同じ幅に形成されていたので、発電要素４全体での活物質の反応分布が不均一になるという問題が発生していた。即ち、図５に示した格子１ｂ，２ｂに各集電耳１ａ，２ａを通じて充放電電流が流れる場合、巻回の内周側では、これらの集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄが狭いので、１個の集電耳１ａが集電するエリアの端部から当該集電耳１ａまでの距離が短く電気抵抗が小さいため、格子１ｂ，２ｂ全体に比較的均一に電流が流れるが、外周側では、これらの集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄが広いので、１個の集電耳１ａが集電するエリアの端部から当該集電耳１ａまでの距離が長く電気抵抗が大きいことと、エリア面積が広い分、集電耳１ａでの電圧降下が大きい等のため、格子１ｂ，２ｂの電流分布は不均一となり、このような部分に充填された活物質の反応が不十分となって、電池性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、外周側の集電耳ほど幅を広く形成することにより、発電要素全体での活物質の反応分布を均一化することができる電池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、帯状の側部の端辺から外周側ほど広い間隔で複数の集電耳が突設された正負の電極を帯状のセパレータを介して巻回することにより形成された巻回型の発電要素を備えた電池において、前記電極の集電耳の巻回中心からの距離をｒ、集電耳の巻回中心と集電耳の各端部とを結ぶ直線によって形成される中心角をθ、集電耳の幅をＬとしたとき、Ｌ＝ｒ×θの関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、集電耳が外周側のものほど幅広に形成されているので、単位長当たりの電気抵抗は内周側と外周側とで比較的均一となる。従って、この外周側ほど広い間隔で形成された各集電耳間の電極全体に流れる電流が内外周で不均一になるのを防止することができるようになる。
【０００９】
上記請求項１の発明は、前記正負の電極の集電耳が、それぞれ電極の同一巻回位置から突設されたものであることが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、正負の電極の集電耳を発電要素の端面上でそれぞれ最短距離の位置となる半径上に並べて配置することができるので、これらの集電耳の先端部に接続するストラップの大きさや重量を最小に留めることができるようになる。
【００１１】
なお、同一巻回位置とは、同じ中心角だけ巻回が行われた位置をいい、これによって集電耳が同一半径上に並んで配置されることになる。
【００１２】
また、上記請求項１の発明は、前記発電要素が円筒形に巻回されたものであって、前記集電耳の巻回中心からの距離をｒ、中心角を定数のθとした場合に、各集電耳の幅ＬがＬ＝ｒ×θの関係をほぼ満足するものであることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、各集電耳が突設された位置での円周の長さ（２πｒ）に対するその集電耳の幅Ｌが一定の割合（２π：θ）となるので、これらの集電耳の幅Ｌが集電耳間の距離に比例することになり、内外周の電極に均一で最適な電流を流すことができるようになる。
【００１４】
なお、中心角θは、最内周側の集電耳も十分な幅となるようにするために、π／６ラジアン以上であることが望ましく、また、これらの集電耳の幅が広いためにストラップの重量が増大しすぎるのを防ぐために、π／３ラジアン以下であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は円筒型の鉛蓄電池の発電要素を示す斜視図、図２は発電要素の上端面に突出する集電耳の幅を示すための平面図、図３は発電要素の電極板に用いる格子の展開図である。なお、図４〜図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１７】
本実施形態は、従来例と同様に円筒型の鉛蓄電池について説明する。この鉛蓄電池の発電要素４は、図４に示した従来例と同様に、帯状の正極板１と負極板２を帯状のセパレータ３を介して巻回したものであり、図１に示すように、円筒形に巻回された上端面から、この図１ではセパレータ３の陰に隠れた正極板１と負極板２の集電耳１ａ，２ａだけが上方に向けて突出している。
【００１８】
上記集電耳１ａ，２ａは、発電要素４の上端面の同一直径上における巻回中心を境とした一方の半径上に、正極板１の集電耳１ａが１巻きごとに並んで突出し、他方の半径上には、負極板２の集電耳２ａが１巻きごとに並んで突出している。これらの正極板１と負極板２の集電耳１ａ，２ａは、外周側で突出するものほど幅広に形成されている。即ち、図２に示すように、各集電耳１ａ，２ａは、それぞれ発電要素４の巻回中心からの中心角θで示される幅の円弧状に突出している。従って、各集電耳１ａ，２ａの幅Ｌは、巻回中心からその集電耳１ａ，２ａの突出位置までの距離をｒとした場合に、
Ｌ＝ｒ×θの関係式で示されるものとなる。ちなみに、発電要素４の巻回中心に対する集電耳１ａ，２ａの突出位置の円周の全長は２πｒとなるので、各集電耳１ａ，２ａの幅Ｌは、巻回中心からの距離ｒにかかわらず常に円周の全長に対してθ／（２π）の一定の割合になる。また、集電耳１ａ，２ａは、正極板１や負極板２の１巻きごとに形成され、各集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄもほぼ２πｒとなるので、この各集電耳１ａ，２ａの幅Ｌは、隣接する集電耳１ａ，２ａとの間隔Ｄに対しても一定の割合となる。
【００１９】
上記正極板１と負極板２は、図３に示すような帯状の格子１ｂ，２ｂに活物質を充填したものである。格子１ｂ，２ｂは、図５に示した従来例と同様に、帯状の鉛シートに、多数の矩形のマス目１ｃ，２ｃを形成したものである。集電耳１ａ，２ａは、この格子１ｂ，２ｂの帯状の上側端辺の複数箇所から突設されたものであり、鉛シートの側端部を部分的にカットすることにより形成される。この際、各集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄは、正極板１や負極板２が巻回された場合にその集電耳１ａ，２ａが突出する位置の巻回中心からの距離ｒに応じて、おおよそ
Ｄ＝２πｒの関係を満足するように、外周側ほど広く形成する。また、これらの集電耳１ａ，２ａの幅Ｌも、上記のように、その集電耳１ａ，２ａの巻回中心からの距離ｒに応じて、
Ｌ＝ｒ×θの関係を満足するように、外周側ほど広くなるように形成する。ここで、θは、上記のように、巻回中心からの中心角であり、この中心角θをあまり小さくすると、最内周側の集電耳１ａ，２ａの幅Ｌが狭くなりすぎるので、π／６ラジアン（３０°）以上であることが望ましい。また、この中心角θをあまり大きくすると、集電耳１ａ，２ａの幅Ｌが発電要素４の上端面の円周に対して占める割合が広くなり、ストラップがこの上端面上の多くの面積を覆うようになって重量が増大しすぎるので、π／３ラジアン（６０°）以下であることが望ましい。
【００２０】
上記構成の本実施形態によれば、巻回の外周側ほど集電耳１ａ，２ａの幅Ｌが広く形成されるので、集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄが広い外周側の正極板１や負極板２の下端部にも電流を十分に流すことができるようになり、また、集電耳１ａ，２ａの間隔Ｄが狭い内周側では集電耳１ａ，２ａの幅Ｌも狭いので、電流がこの内周側の正極板１や負極板２に集中するようなこともなくなる。しかも、この各集電耳１ａ，２ａの幅Ｌは、その集電耳１ａ，２ａが隣接する集電耳１ａ，２ａとの間隔Ｄに対して一定の割合となり、内外周での正極板１と負極板２の電流分布を比較的均一とすることができるようになるので、これら正極板１や負極板２の活物質の反応分布を発電要素４全体で均一にすることができるようになる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、集電耳１ａ，２ａを正極板１や負極板２の巻回の１巻きごとに突出させる場合について説明したが、複数の所定巻数ごとに突出させるようにすることもできる。また、これらの集電耳１ａ，２ａは、正極板１や負極板２の巻回の１巻きの間に複数個所から突出させるようにしてもよい。例えば、集電耳１ａ，２ａを１巻きの間に２箇所ずつ突出させるようにすれば、発電要素４の上端面上で互いに直交する２本の直径の一方に沿って正極板１の集電耳１ａを並べて突出させ、他方の直径に沿って負極板２の集電耳２ａを並べて突出させるようにすることができる。さらに、このような巻数にかかわりなく、外周側ほど広い間隔で集電耳１ａ，２ａが突設されていれば、本発明は実施可能である。
【００２２】
また、上記実施形態では、発電要素４の上端面から正極板１と負極板２の集電耳１ａ，２ａを突出させる場合について説明したが、例えば上端面からは正極板１の集電耳１ａのみを突出させ、下端面から負極板２の集電耳２ａを突出させるようにすることもできる。
【００２３】
また、上記実施形態では、円筒型の鉛蓄電池に用いる円筒形の発電要素４ついて説明したが、巻回型の発電要素４であれば巻回の形状は限定せず、長円筒形であってもよいし、楕円形等の他の形状であってもよい。しかも、鉛蓄電池に限らず、巻回型の発電要素を使用して集電耳により集電を行うものであれば、どのような種類の電池にも実施可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、外周側の集電耳ほど幅広に形成して、この外周側ほど広い間隔で形成された各集電耳間の電極全体に流れる電流を均一化することができるので、電極の活物質の反応分布を均一にして電池性能を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すものであって、円筒型の鉛蓄電池の発電要素を示す斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素の上端面に突出する集電耳の幅を示すための平面図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素の電極板に用いる格子の展開図である。
【図４】  従来例を示すものであって、円筒型の鉛蓄電池の発電要素の構造を示す組み立て斜視図である。
【図５】  従来例を示すものであって、発電要素の電極板に用いる格子の展開図である。
【符号の説明】
１    正極板
１ａ  集電耳
２    負極板
２ａ  集電耳
３    セパレータ
４    発電要素
【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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