(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備え、前記格子は縦桟と横桟とからなる升目を有し、前記縦桟の方向が升目列、前記横桟の方向が升目幅、巻回方向が横桟の方向である円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池。
【請求項２】
正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池。
【請求項３】
正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備え、前記格子は縦桟と横桟とからなる升目を有し、前記縦桟の方向が升目列、前記横桟の方向が升目幅、巻回方向が横桟の方向である円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さく、かつ、２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒形二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、実用に供されている主な二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素電池、酸化銀亜鉛電池、リチウムイオン電池等がある。
【０００３】
鉛蓄電池は、正極活物質に二酸化鉛、負極活物質に鉛、電解液に希硫酸を用いるもので、約２Ｖの作動電圧を有している。この電池は、品質、信頼性、価格の点でバランスを有し、自動車用、電気車用、無停電電源装置用等として広く普及している。また、近年になって小型密閉化の技術が進歩し、各種コードレス機器用としても有用性が増している。
【０００４】
ニッケルカドミウム蓄電池は、正極活物質にオキシ水酸化ニッケル、負極活物質にカドミウム、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いるもので、約1．２Ｖの作動電圧を有する。この電池は、内部抵抗が小さく大電流放電が可能、長サイクル寿命、過充電・過放電に強い、使用温度範囲が広い等の特徴を持つことから、コンシューマ機器用途を中心として広く用いられている。
【０００５】
ニッケル水素電池は、正極活物質にオキシ水酸化ニッケル、負極活物質に水素吸蔵合金、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いるもので、作動電圧は約１．２Ｖである。高エネルギー密度であり、各種コンシューマ機器を中心に実用化されている。
【０００６】
酸化銀亜鉛電池は、正極活物質に酸化銀、負極活物質に亜鉛、電解液に水酸化カリウムを用いるものである。高出力、高エネルギー密度を有する反面、高価ということから大型のものは宇宙用や深海用としての用途が主であるが、小型のものは時計用や電卓用として広く普及している。
【０００７】
リチウムイオン電池は、正極活物質にＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等のＬｉ金属複合酸化物、負極に炭素質材料、電解液に有機溶液を使用したもので、３Ｖ台の作動電圧を有している。高作動電圧、高エネルギー密度、メモリー効果がない等の利点から、コンシューマ用として急速に用途が拡大している。
【０００８】
上述のような実用二次電池は、用途に応じて角形、円筒形、ボタン形、シート形等の形で提供される。
【０００９】
円筒形二次電池は、周知の通り、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回した極板群を備えており、急速放電性がよい等の理由から各種用途の需要が増大している。
【００１０】
渦巻状極板群を有する二次電池の活物質保持体（基板、集電体ともいう）には種々のものがあるが、その一つに、縦桟と横桟とを備えた、いわゆる格子と呼ばれるものがあり、円筒形鉛蓄電池などで使用されている。図１は従来例であり、１は縦桟、２は横桟、３は額縁の上部に形成された極板耳である。巻回始端側の升目列Ｓ、巻回終端側の升目列Ｅ、中間の升目列Ｍは同じ幅Ｗで構成されている。また、巻回始端側の縦桟１Ｓ、巻回始端側の縦桟１Ｅ、中間の縦桟１Ｍは同じ幅Ｙで構成されている。
【００１１】
図２はこのような格子を用いた極板を巻回した状態を示す模式図であり、図３は、半割状の軸体４を用い、正極活物質を正極格子に保持させた正極６と、負極活物質を負極格子に保持させた負極７とを、セパレータ５を介して巻回する方法を示す図である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして渦巻状に巻回した際、巻回始端側ほど極板の曲率が大きくなるが、従来の格子は升目幅Ｗも縦桟幅Ｙも一定であったため、巻回始端側では活物質と格子との間に隙間が生じ易いという問題や、活物資が格子から脱落しやすいという問題があった。これらは、当然のことながら、円筒形二次電池の性能低下に繋がる恐れがある。
【００１３】
本発明はこのよな課題を解決するために成されたものであり、その目的は、巻回中心部での活物質と格子との間の隙間の発生や活物質の脱落を低減させ、もって性能のよい円筒形二次電池を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになした第１の発明は、正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備え、前記格子は縦桟と横桟とからなる升目を有し、前記縦桟の方向が升目列、前記横桟の方向が升目幅、巻回方向が横桟の方向である円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池である。
【００１５】
第２の発明は、正極活物質を正極格子に保持させた正極と負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池である。
【００１６】
第３の発明は、正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備え、前記格子は縦桟と横桟とからなる升目を有し、前記縦桟の方向が升目列、前記横桟の方向が升目幅、巻回方向が横桟の方向である円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さく、かつ、２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池である。
【００１７】
以上の発明は、正極活物質が二酸化鉛を主体とし、負極活物質が鉛を主体とし、集電体が鉛もしくは鉛合金である円筒形二次電池に好適に適用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第１の発明にかかる円筒形二次電池は、正極活物質を正極格子に保持させた正極と、負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備え、前記格子は縦桟と横桟とからなる升目を有し、前記縦桟の方向が升目列、前記横桟の方向が升目幅、巻回方向が横桟の方向である円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さいことを特徴としている。図４はその１実施例の格子を示す図であり、この格子は巻回始端側の升目列Ｓの幅Ｗ１と、他の升目列Ｍの幅Ｗ２の２種類の升目幅を有しており、Ｗ２＞Ｗ１である。かかる構成により、渦巻始端側の升目部分における活物質の巻回中心方向への「曲がり度合い」が減少するので、曲率の大きな巻回中心部にあっても、升目部分での活物質と格子との間の隙間の発生や活物質の脱落を低減させることができる。
【００１９】
尚、升目幅寸法、縦桟幅寸法、縦桟幅寸法、升目数、格子長さ等は、円筒形二次電池の仕様に応じて適宜選択しうる設計事項である。また、図４では、巻回始端側から３列までの升目が狭くしてあるが、必ずしもこれに限るものではなく、格子の厚さ、活物質層の厚さ、曲率半径等に応じて、適宜選択することができる。無論、巻回終端側の升目列Ｅや、他の升目列Ｍ‘の幅をＷ１とすることもできる。さらに、３種類以上の升目幅を持つ格子としたときは、少なくとも巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さければよく、升目列Ｍ’の幅が巻回始端側の升目列幅Ｗ１よりも小さくてもかまわない。さらにまた、本発明は、鉛蓄電池、アルカリ二次電池、リチウムイオン電池等、あらゆる二次電池に適用できることは言うまでもない。
【００２０】
第２の発明にかかる円筒形二次電池は、正極活物質を正極格子に保持させた正極と負極活物質を負極格子に保持させた負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は、２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さいことを特徴としている。図５はその１実施例である格子を示す図であり、この格子は巻回始端側の縦桟１Ｓの幅Ｙ１と、他の縦桟２Ｍの幅ＹＭの２種類の縦桟幅を有しており、ＹＭ＞Ｙ１である。かかる構成により、渦巻始端側の縦桟部分における活物質の巻回中心方向への「曲がり度合い」が減少するので、曲率の大きな巻回中心部にあっても、縦桟部分での活物質と格子との間の隙間の発生や活物質の脱落を低減することができる。
【００２１】
尚、縦桟幅寸法、縦桟幅寸法、升目数、格子長さ等は、円筒形二次電池の仕様に応じて適宜選択しうる設計事項である。また、図５では、巻回始端側から２列までの縦桟の幅が狭くしてあるが、必ずしもこれに限るものではなく、格子の厚さ、活物質層の厚さ、曲率半径等に応じて、適宜選択することができる。無論、巻回終端側の縦桟１Ｅや、他の縦桟２‘の幅をＷ１とすることもできる。さらに、３種類以上の縦桟幅を持つ格子としたときは、少なくとも巻回始端側の縦桟幅が最大の縦桟幅よりも小さければよく、縦桟２’の幅がＹ１よりも小さくてもかまわない。
【００２２】
第３の発明にかかる円筒形二次電池は、図６に示すごとく、上記第１の発明にかかる格子の特徴と第２の発明にかかる格子の特徴とを同時に備えた格子を有することを特徴としている。これにより、巻回始端側の升目部分と縦桟部分での活物質と格子との間の隙間の発生や活物質の脱落を同時に低減することができ、より効果的である。
【００２３】
以上の発明を円筒型鉛蓄電池に適用すれば、安価かつ高性能の円筒形鉛蓄電池が提供される。
【００２４】
【実施例】
まず、従来例として、比重１１．３ｇ／ｃｃの非アンチモン鉛合金箔を用いて打ち抜き方式により格子を製作した。格子の寸法は厚さ０．６ｍｍ×幅８０ｍｍ×長さ５００ｍｍであり、幅1.５ｍｍの縦桟１と、幅１．５ｍｍの横桟２と（縦）５ｍｍ×（横）７ｍｍの桝目が均等に配置された格子とした。尚、非アンチモン鉛合金にかえて、純鉛で形成することもできる。
【００２５】
実施例１として、巻回始端から巻回終端方向に向かって約１／４までは、（縦）５ｍｍ×（横）３．５ｍｍの桝目を配した以外は、比較例と同じ構成の格子とした。
【００２６】
実施例２として、巻回始端から巻回終端方向に向かって約１／４までは、縦桟幅を１ｍｍとした以外は、比較例と同じ構成の格子を製作した。
【００２７】
実施例３として、巻回始端から巻回終端方向に向かって約１／４までは、（縦）５ｍｍ×（横）３．５ｍｍの桝目を配するとともに、その部分の縦桟幅を１ｍｍとした以外は、比較例と同じ構成の格子を製作した。
【００２８】
上記の各種格子を用い、円筒形シール鉛蓄電池を製作した。正極は、酸化度７０％（金属鉛３０％、一酸化鉛７０％）の鉛粉と希硫酸とを混練し活物質ペーストを得た後、これらを前記格子の両面に充填した。負極は、酸化度７０％（金属鉛３０％、一酸化鉛７０％）の鉛粉に若干の炭素粉末とリグニンとを添加し希硫酸とを混練し活物質ペーストを得た後、これらを前記格子の両面に充填した。これら正極６と負極７とをガラスマットセパレータ５を介して、直径５ｍｍの巻芯を用い、図３の如く巻回して渦巻状極板群を得た。
【００２９】
これらの渦巻状極板群について、巻回中心部における活物質と格子との密着性を目視確認したところ、実施例３のものが最も良く、ついで実施例１、実施例２、比較例の順であった。
【００３０】
次に、上記渦巻状極板群を樹脂性の円筒形容器に挿入し封口した後、注液口から所定比重の希硫酸水溶液を減圧注液し、０．２５Ｃの定電流で４０時間電槽化成を行ない、公称容量は１２Ａｈの円筒形シール鉛蓄電池を得た。これらの円筒形シール鉛蓄電池を、各々２０個づつ、０．２Ｃの放電率で放電した後、サイクル寿命を評価するため、１Ｃ放電（１．７Ｖ終止電圧）、１Ｃ定電流×２．４５Ｖ定電圧充電（１．５時間）の充放電サイクル試験を行なった。この結果を図７に示す（試験中に内部短絡で試験を中止したものを除く平均値／初期容量を１００％としている）。図７で明らかなように、実施例３が最もサイクル寿命性能が優れ、ついで実施例１、実施例２、比較例の順であった。さらに、試験終了後に電池を解体したところ、巻回始端部の活物質の状態は、サイクル寿命の短かった順に格子と活物質との隙間が大きかった。さらに比較例の電池においては、活物質が脱落し、短絡寸前のものも見られた。これらの結果から、本発明により、巻回始端部での活物質と格子との密着性が改善され、性能のよい円筒形二次電池がえられることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如く、正極活物質を正極格子に保持させた正極と負極活物質を負極格子に保持させた負極とをセパレータを介して巻回した渦巻状極板群を備えた円筒形二次電池において、前記格子の少なくとも片方は２種以上の升目幅を備えるとともに、巻回始端側の升目幅が最大の升目幅よりも小さくすること、もしくは、少なくとも片方は２種以上の縦桟幅を備えるとともに、巻回始端側の縦桟の幅が最大の縦桟幅よりも小さくすること、あるいは、これら両方を兼ね備えた格子とすることにより、巻回中心部での活物質と格子との間の隙間の発生や活物質の脱落を低減させ、もって性能のよい円筒形二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を示すである。
【図２】渦巻状極板群の模式図である。
【図３】渦巻状極板群の製造方法を示す図である。
【図４】実施例を示す図である。
【図５】実施例を示す図である。
【図６】実施例を示す図である。
【図７】試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１  縦桟
２  横桟
３  耳
４  軸体
５  セパレータ
６  正極
７  負極
【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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