(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の集電体に活物質を担持させた正極と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池において、少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の帯状の上側端から巻回の外周側ほど長い間隔で３箇所以上に集電耳が突出して形成され、集電耳の突出位置が発電要素の端面上の同じ回転角位置に揃い、集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅が、外周側ほど広く形成されたことを特徴とする電池。
【請求項２】
帯状の集電体に活物質を担持させた正極と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池において、少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の帯状の上側端から集電耳が３箇所以上に突出して形成され、集電耳の突出位置が発電要素の端面上の同じ回転角位置に揃い、集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅が、この額縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離が長いほど広く形成されたことを特徴とする電池。
【請求項３】
前記開口部が形成された集電体における、集電耳の間の額縁部の幅が、この額縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離に比例した長さに形成されると共に、内外周の最端側に形成された集電耳からそれぞれの集電体の端までの額縁部の幅が、これらの集電耳から集電体の端までの距離の２倍に比例した長さに形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記開口部が形成された集電体が、集電耳の突出する上側端に最も接近する開口部を、この上側端からの距離が遠くなる位置に形成することにより、額縁部の幅を広げるものであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電池。
【請求項５】
前記開口部が形成された集電体が、集電耳の突出する上側端を外側に広げることにより、額縁部の幅を広げるものであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電池。
【請求項６】
前記開口部が形成された集電体が、２方向の桟によって区切られた平行四辺形の開口部を多数有する格子であることを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載の電池。
【請求項７】
前記開口部が形成された集電体が、円形の開口部を多数穿設された穿孔体であることを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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３に示すように、帯状の正極１ａと負極１ｂを図示を省略した帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素１を用いる。正極１ａと負極１ｂは、帯状の集電体に活物質を充填したものであり、この集電体には、図４に示すような格子２を用いている。格子２は、帯状の鉛シートに多数の矩形のマス目２ａを形成したものである。また、この格子２の帯状の上側端には、間隔を開けて複数の集電耳２ｂが突設されている。ただし、実際の格子２は、もっと長尺であるため、図では長手方向を圧縮して模式的に示している。
【０００３】
上記格子２の集電耳２ｂは、図３に示したように、正極１ａや負極１ｂの集電体として巻回されることにより、発電要素１の上端面から突出することになる。ただし、この突出位置が円周上で不規則になったのでは、外部端子への接続が容易ではなくなるので、従来は、巻回の中心からの距離に応じて、図４に示したように、外周側ほど集電耳２ｂを形成する間隔距離が長くなるようにすることにより、図３に示したように、これらの集電耳２ｂの突出位置が発電要素１の端面上の同じ回転角位置に揃うようにしている。もっとも、発電要素１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２ｂを突出させても扱い難くなるので、格子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２ｂを形成しないようにしている。
【０００４】
なお、図３では、正極１ａの格子２に形成された集電耳２ｂと負極１ｂの格子２に形成された集電耳２ｂとを、発電要素１の上端面における１８０°相違した回転角位置にそれぞれ揃えて突出させる場合について示しているが、正極１ａと負極１ｂのいずれか一方の集電耳２ｂを発電要素１の下端面から突出させるようにしている場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、格子２に形成される各集電耳２ｂの間隔距離が発電要素１の内外周で異なっていると、外周部分のように各集電耳２ｂの間隔が広い格子２上では、これらの集電耳２ｂから離れたマス目２ａの間にまで十分な電流が流れないようになり、逆に、主に内周部分のように、各集電耳２ｂの間隔が狭い格子２上では、格子２上の各マス目２ａの間に十分な電流が流れるので、活物質の反応分布にムラが生じ利用効率が悪化したり電圧が低下するという問題があった。
【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、集電耳の形成間隔に応じて集電体の額縁部の幅を変えることにより、集電体に担持させた活物質の反応分布を均一化し電圧の低下を抑制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、帯状の集電体に活物質を担持させた正極と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池において、少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の帯状の上側端から巻回の外周側ほど長い間隔で３箇所以上に集電耳が突出して形成され、集電耳の突出位置が発電要素の端面上の同じ回転角位置に揃い、集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅が、外周側ほど広く形成されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、集電耳の形成間隔が広い外周側ほど、集電体の額縁部の幅が広くなるので、これらの集電耳から離れたの開口部の間にまで十分な電流を流すことができるようになり、活物質の反応分布を内周側と外周側とで均一化し、電圧の低下を抑制することができるようになる。
【０００９】
なお、額縁部の幅とは、隣り合う一対の集電耳の間の集電体の上側端に最も接近して形成された開口部からこの上側端までの距離をいう。従って、例えば開口部が千鳥状に配置されているために、一対の集電耳の間において額縁部が広くなったり狭くなったりする場合であっても、その最も狭い部分を額縁部の幅とする。また、この額縁部の幅が外周側ほど広く形成されるというのは、最内周側の集電耳から最外周側の集電耳までの各集電耳の間の額縁部の幅が単調増加することを意味する。即ち、最内周側の額縁部の幅に比べて最外周側の額縁部の幅の方が必ず広く、隣接する額縁部の幅が内周側と外周側で同じ場合があってもよいが、外周側の額縁部の幅の方が狭くなる場合は存在しないことをいう。さらに、最内周側の集電耳から集電体の内周側の端までの額縁部の長さは、必ずしも最短であるとは限らず、最外周側の集電耳から集電体の外周側の端までの額縁部の長さは、必ずしも最長とは限らないので、これら両端部の額縁部の幅については任意に定めることができるが、長さが長いほど幅が広くなるようにすることが好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、帯状の集電体に活物質を担持させた正極と負極をセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池において、少なくとも正極と負極のいずれか一方の電極の帯状の集電体に多数の開口部が形成されると共に、この集電体の帯状の上側端から集電耳が３箇所以上に突出して形成され、集電耳の突出位置が発電要素の端面上の同じ回転角位置に揃い、集電耳が突出する間の集電体の各上側端と、この上側端に最も接近して形成された開口部との間の額縁部の幅が、この額縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離が長いほど広く形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、集電耳の間隔距離が長いほど、集電体の額縁部の幅が広くなるので、これらの集電耳から離れた集電体の開口部の間にまで十分な電流を流すことができるようになり、活物質の反応分布を集電体の全体で均一化して、電圧の低下を抑制することができるようになる。この集電体に活物質を担持させた電極を巻回する際には、この巻回の１巻ごとや所定巻数ごとに集電耳を突出させるようにすれば、外周側ほど間隔距離が長くなる。しかし、例えば内周側に比べて外周側の方が少ない巻数ごとに集電耳を突出させるようにすれば、この集電耳の間隔距離が内外周で極端に相違するのを防止することができるようになる。ただし、この場合も、発電要素の端面に突出する集電耳を揃えるためには、間隔距離にある程度の相違が生じるのを避けることはできない。そこで、本発明により、この間隔距離に応じて額縁部の幅を変化させれば、集電耳を突出させる位置の決め方にかかわりなく、このような間隔距離の相違による活物質の反応分布の不均一を防止し電圧の低下を抑制することができるようになる。
【００１２】
なお、額縁部の幅は、請求項１の場合と同じ意味である。また、額縁部の幅が集電耳の間隔距離が長いほど広く形成されるというのは、この間隔距離の短い方から順にその集電耳間の額縁部の幅が単調増加することを意味する。即ち、最も間隔距離が短い場合の額縁部の幅に比べて最も間隔距離が長い場合の額縁部の幅の方が必ず広くなり、間隔距離が相違してもこの額縁部の幅が同じであることがあってもよいが、間隔距離が長いにもかかわらず額縁部の幅が狭くなる場合は存在しないことをいう。好ましくは、この額縁部の幅は、集電耳の間隔距離に比例した広さ、即ち額縁部の幅と間隔距離の比が一定になるように形成するのがよい。さらに、最内周側の集電耳から集電体の内周側の端までの額縁部の幅と、最外周側の集電耳から集電体の外周側の端までの額縁部の幅については、請求項１の場合と同様に、任意に定めることができ、長さが長いほど幅が広くなるようにすることが好ましい。
【００１３】
請求項３の発明は、前記開口部が形成された集電体における、集電耳の間の額縁部の幅が、この額縁部を挟む一対の集電耳の間隔距離に比例した長さに形成されると共に、内外周の最端側に形成された集電耳からそれぞれの集電体の端までの額縁部の幅が、これらの集電耳から集電体の端までの距離の２倍に比例した長さに形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、集電体の額縁部の幅が集電耳の間隔距離に比例した長さとなり、この額縁部の幅と間隔距離の比を一定にすることができる。ここで、一対の集電耳の間の額縁部における両端間の電気抵抗は、この額縁部を帯状の導体と考えた場合に、その幅に反比例し、その長さ、即ち集電耳の間隔距離に比例する。従って、集電耳の間隔距離の長短にかかわりなく、この額縁部の両端間の電気抵抗をほぼ一定にすることができるので、各集電耳の間の集電体の分布定数をほぼ同じパターンとして、活物質の反応分布を均一化し、電圧の低下を抑制することができるようになる。また、集電体の端部の額縁部については、この集電体を端辺で折り返した対称形の集電体が連続する場合と同様の幅に形成することにより、集電耳間の額縁部と同様に、活物質の反応分布を均一化し電圧の低下を抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項４の発明は、前記開口部が形成された集電体が、集電耳の突出する上側端に最も接近する開口部を、この上側端からの距離が遠くなる位置に形成することにより、額縁部の幅を広げるものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明によれば、帯状の集電体の幅は一定のままにして、開口部の形成位置を変化させることにより、額縁部の幅の広狭を調整することができる。この際、開口部は、同じ形状のものをずらして形成する他、形状や開口面積を変化させることにより、上側端からの距離が異なる位置に形成するようにしてもよい。また、集電耳が突出する上側端に最も接近する開口部だけを変化させてもよいし、他の開口部も含めて全体の形成位置や形状等を変化させるようにしてもよい。
【００１７】
請求項５の発明は、前記開口部が形成された集電体が、集電耳の突出する上側端を外側に広げることにより、額縁部の幅を広げるものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明によれば、開口部の形成位置や形状等は一定のままにして、集電耳が突出する上側端の位置を変えて帯状の集電体の幅を変化させることにより、額縁部の幅の広狭を調整することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、前記開口部が形成された集電体が、２方向の桟によって区切られた平行四辺形の開口部を多数有する格子であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明によれば、開口部の形状が矩形や菱形等になり、例えば鉛蓄電池の極板（電極）に用いられるマス目（開口部）を設けた格子（集電体）に充填した活物質の反応分布を均一化し、高率放電時の電圧の低下を抑制することができるようになる。
【００２１】
請求項７の発明は、前記開口部が形成された集電体が、円形の開口部を多数穿設された穿孔体であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明によれば、例えばアルカリ蓄電池の正負の電極に用いられる穿孔体の集電体に担持させた活物質の反応分布を均一化し、高率放電時の電圧の低下を抑制することができるようになる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はマス目の形成位置を変えることにより額縁部の幅を変化させた格子の巻回前の展開図、図２は上側端を広げることにより額縁部の幅を変化させた格子の巻回前の展開図である。なお、図３〜図４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。
【００２５】
本実施形態は、図３に示した円筒型の鉛蓄電池における発電要素１の正極１ａと負極１ｂに用いる格子２について説明する。格子２は、図１に示すように、帯状の鉛シートに打ち抜き加工を施すことにより、縦横の桟によって区切られた多数の矩形のマス目２ａを形成したものである。また、この格子２の帯状の上側端には、間隔を開けて複数の集電耳２ｂが突設されている。ただし、実際の格子２は、もっと長尺であるため、この図１や後に示す図２では長手方向を圧縮して模式的に示している。この格子２は、マス目２ａ部分を埋めるように活物質を充填することにより、正極１ａや負極１ｂとなる。
【００２６】
上記格子２の集電耳２ｂは、従来例と同様に、１巻ごとに発電要素１の上端面の所定回転角位置から突出するように、内周側では間隔距離Ｄが短く、外周側ほど間隔距離Ｄが長くなるようになっている。ただし、巻回の中心部では、曲率が大きくなりすぎるので、最内周側の集電耳２ｂから格子２の内周側の端までの距離を長くして、発電要素１の中心部からは集電耳２ｂを突出させないようにしている。また、最外周側の集電耳２ｂから格子２の外周側の端までの距離は、正極１ａや負極１ｂの巻き終わりの位置に応じた長さとなる。なお、この集電耳２ｂの幅は、必ずしも一定である必要はなく、間隔距離Ｄが広い外周側ほど太く形成することもできる。
【００２７】
上記格子２のマス目２ａは、矩形の上下方向の長さが、巻回の内周側の集電耳２ｂの間では長く、外周側の集電耳２ｂの間では短くなるように形成されている。ただし、最下部のマス目２ａと帯状の格子２の下側端との間の距離は内外周で一定であり、各マス目２ａの間の桟の幅も一定となるように形成される。従って、最上部のマス目２ａは、外周側ほど格子２の上側端からの距離が遠くなる位置にずれて形成され、この最上部のマス目２ａと格子２の上側端との間の額縁部２ｃの幅Ｗが外周側ほど広くなる。この額縁部２ｃの幅Ｗは、その額縁部２ｃを挟む一対の集電耳２ｂの間隔距離Ｄに比例した長さ、即ちこの幅Ｗと間隔距離Ｄとの比が一定となるようにするのが好ましい。
【００２８】
また、この格子２の最内周側の集電耳２ｂから格子２の内周側の端までの間のマス目２ａは、この間の距離が長いため、外周側の集電耳２ｂの間と同様に、額縁部２ｃの幅Ｗが広くなるようにしている。そして、最外周側の集電耳２ｂから格子２の外周側の端までの間のマス目２ａも、本実施形態ではこの間の距離が短いため、内周側の集電耳２ｂの間と同様に、額縁部２ｃの幅Ｗが狭くなるようにしている。これら端部の額縁部２ｃの幅Ｗは、最端側の集電耳２ｂから格子２の端までの間の距離の２倍に比例した長さとするのが好ましい。
【００２９】
上記構成により、集電耳２ｂの間隔距離Ｄが長い外周側ほど、格子２の額縁部２ｃの幅Ｗが広くなるので、外周側では、集電耳２ｂの間隔距離Ｄは長くなるが、額縁部２ｃの幅Ｗが広いために、集電耳２ｂから遠いマス目２ａの間にも十分な電流が流れるようになる。また、内周側では、集電耳２ｂの間隔距離Ｄが短いために、額縁部２ｃの幅Ｗが狭くても、各マス目２ａの間に十分な電流が流れる。従って、格子２の内外周にかかわりなく、格子２に充填された活物質の反応分布を均一化することができる。特に、集電耳２ｂの間隔距離Ｄと額縁部２ｃの幅Ｗとの比が一定となるようにすれば、各集電耳２ｂの間の額縁部２ｃの部分の電気抵抗を、その長さにかかわりなく一定にすることができるので、活物質の反応分布をさらに均一化することができる。
【００３０】
しかも、最端側の集電耳２ｂから格子２の端までの間についても、その距離が長いほど額縁部２ｃの幅Ｗを広くしているので、この格子２の両端部でも、活物質の反応分布を均一化することができる。また、この額縁部２ｃの幅Ｗを距離の２倍に比例した長さとした場合には、格子２を端辺で折り返した対称形の格子２が連続する場合と同様の幅Ｗに形成することになるので、集電耳２ｂ間と同様の活物質の反応分布の均一化を図ることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、格子２上の集電耳２ｂの突出位置ごとにマス目２ａの形成位置を変える場合について説明したが、集電耳２ｂの突出位置にかかわりなく、外周側に行くに従ってマス目２ａの形成位置が変わるようにすることもできる。ただし、実際には、いずれの場合も、連続した打ち抜き加工は容易ではなくなるので、この集電耳２ｂの突出数よりも少ない段階数で、外周側ほどマス目２ａの形成位置が変わるようにしてもよい。  また、このマス目２ａは、上下方向の長さを変えるだけでなく、形状全体を変化させて開口部の開口率を変えるようにしてもよい。しかも、図１に示した格子２の上下に配置された全ての集電耳２ｂの大きさを変えるのではなく、最上部のマス目２ａの大きさだけ、又は、上部の複数のマス目２ａの大きさだけを変えるようにしてもよい。さらに、マス目２ａが十分に細かい場合には、本来最上部に形成されるべきマス目２ａの形成を省略することにより、最上部のマス目２ａを１段下部のものに変更して額縁部２ｃの幅Ｗを広げるようにすることもできる。また、マス目２ａの大きさを変える代わりに、外周側ほど間隔を詰めて下寄りに形成することにより、形成密度を変えて最上部のマス目２ａの形成位置を下方にずらすようにすることもできる。
【００３２】
また、上記のようにマス目２ａの形成位置を変えるのではなく、図２に示すように、格子２の上側端の位置自体を上方にずらすことにより、額縁部２ｃの幅Ｗを広げるようにしてもよい。この場合、マス目２ａは、格子２の下側端に沿って内外周で均一に形成される。そして、各集電耳２ｂの間では、外周側ほど格子２の上側端を上方にずらすことにより、額縁部２ｃの幅Ｗを広げる。また、最端側の集電耳２ｂから格子２の端までの間についても、その距離が長いほど格子２の上側端を上方にずらすようにしている。従って、集電耳２ｂの間隔距離Ｄが長い外周側や、格子２の端までの距離が長いほど、格子２の額縁部２ｃの幅Ｗが広くなるので、活物質の反応分布を均一化することができる。特に、この図２の場合には、マス目２ａが均一に形成されるので、従来と同様の連続した打ち抜き加工により格子２を容易に製造することができるようになる。ところで、格子２の上側端が上方にずれる分だけ、発電要素１の高さが部分的に高くなるが、この格子２の上側端を一律に全て上方にずらしたのでは、集電耳２ｂの間隔距離Ｄが短い部分でも額縁部２ｃの幅Ｗが広くなるので、この部分での活物質の反応が促進されすぎて、反応分布の均一化を阻害することになるという弊害を生じる。
【００３３】
また、上記実施形態の発電要素１では、正極１ａや負極１ｂを１巻きするごとに格子２の集電耳２ｂを突出させる場合について説明したが、所定巻数ごとに集電耳２ｂを突出させるようにしてもよい。また、この集電耳２ｂを突出させる巻数を内周側では多くし外周側では少なくすることにより、格子２上での集電耳２ｂの間隔距離Ｄの相違が内外周で極端に大きくなるのを防止することもできる。ただし、この場合には、集電耳２ｂの間隔距離Ｄは、外周側ほど長いとは限らないので、実際の集電耳２ｂの間隔距離Ｄが長いほど額縁部２ｃの幅Ｗが広くなるようにする。
【００３４】
また、上記実施形態では、正極１ａと負極１ｂの格子２の集電耳２ｂが共に発電要素１の上端面に突出する場合について説明したが、これらの正極１ａと負極１ｂのいずれか一方の集電耳２ｂは、下端面に突出するようにしてもよい。この場合、図１や図２に示した格子２は、正極１ａと負極１ｂのいずれか一方に用いられるものが上下を逆にして巻回されることになる。
【００３５】
また、上記実施形態では、格子２に矩形のマス目２ａを打ち抜き加工によって形成する場合について説明したが、このマス目２ａの開口部の形状は任意であり、桟を斜め方向に形成して菱形にしたり、桟のない丸孔にすることもできる。さらに、このマス目２ａは、打ち抜き加工に限らず、鋳造によって形成したり、エキスパンド加工等によって形成することもできる。
【００３６】
また、上記実施形態では、鉛蓄電池の格子２について説明したが、アルカリ蓄電池等においても、丸孔等の開口部を穿孔した集電体を電極に用いるので、少なくとも正極１ａ又は負極１ｂのいずれかに開口部が形成された集電体を用いる電池であれば、この電池の種類は問わない。
【００３７】
【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、集電体の上側端から突出する集電耳の間隔距離が長いほど額縁部の幅を広くすることにより、この集電体に担持させる活物質の反応分布を集電体全体で均一化し、電圧の低下を抑制す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、マス目の形成位置を変えることにより額縁部の幅を変化させた格子の巻回前の展開図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、上側端を広げることにより額縁部の幅を変化させた格子の巻回前の展開図である。
【図３】従来例を示すものであって、鉛蓄電池の巻回型の発電要素の構造を説明するための組み立て斜視図である。
【図４】従来例を示すものであって、鉛蓄電池の電極に用いる格子の巻回前の展開図である。
【符号の説明】
１    発電要素
１ａ  正極
１ｂ  負極
２    格子
２ａ  マス目
２ｂ  集電耳
２ｃ  額縁部
【図１】
0004783977.tif 000002
【図２】
0004783977.tif 000003
【図３】
0004783977.tif 000004
【図４】
0004783977.tif 000005