(57)【要約】      （修正有）【課題】高い電池容量を有するとともに、内部短絡の発生が抑制された高品質な角形電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】接続リード１１０を溶接固定する接合ベース領域１１３については、予め活物質の除去処理が施されている。この活物質除去処理については、例えば、超音波ホーン型剥離装置などを用いて超音波を該当する領域に印加することで実施できる。そして、活物質が除去された接合ベース領域１１３は、三次元多孔基板であるニッケルスポンジが表面に露出することになり、接続リード１１０の溶接性が確保されることになる。正極板１１は、折り曲げ領域１１２ａ、１１２ｂの略中央を折り線として、矢印に示す方向に折り曲げ、Ｎ字状に折り畳み加工が施された形態を有する。【選択図】図３
2005050641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを挟んで積層された電極体を有する角形電池であって、
前記正極板および負極板の内の少なくとも一方は、長尺板体を３重以上に折り畳んだ構成であり、外装体もしくは蓋体に一端が接続された接続リードの他端が極板の重なり方向において中間に位置する極板部分に接合されている
ことを特徴とする角形電池。
【請求項２】
前記一方の極板は、三次元多孔基板に活物質が充填されてなり、前記接続リードが接合された領域から極板厚み方向にその裏面に至るまでの部分の活物質は除去されている
ことを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
【請求項３】
前記三次元多孔基板は、ニッケルスポンジからなる
ことを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
【請求項４】
前記一方の極板は、正極板である
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の角形電池。
【請求項５】
活物質が充填された三次元多孔基板に対して、縁部の一部における接続リードを接合しようとする領域の活物質を除去する除去ステップと、
前記除去ステップの後に、前記領域に接続リードを接合する接合ステップと、
前記接合ステップの後に、前記接続リードの接合領域が極板の重なり方向において中間に位置する極板部分に位置するように、前記三次元多孔基板を３重以上に折り畳む折り畳みステップとを有する
ことを特徴とする角形電池の製造方法。
【請求項６】
前記除去ステップにおいては、前記活物質を除去しようとする領域に対して、超音波を印加する
ことを特徴とする請求項５に記載の角形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形電池およびその製造方法に関し、特に極板における集電リード接続部を起因とする短絡不良を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、携帯機器の電力源として電池が多く使用されるようになっているが、中でも円筒形電池などに比べて機器内における無駄なスペースをなくすことが可能で、スペース効率に優れる角形電池が多く用いられるようになっている。
角形電池は、正極板と負極板とをセパレータを挟んで交互に積層した電極体を外装体内に収納した構成を有する。この内、各正極板からは、封口蓋に向けて延出された接続リードが接合されており、接続リードのもう一端は正極集電体を介して封口蓋の正極端子と接続されている。
【０００３】
また、極板の基体としてスポンジ状の三次元多孔体が用いられる場合には、極板における一部の活物質を超音波などで除去し、この活物質を除去した領域に対してその基体に対して接続リードが溶接接合される（特許文献１）。
ところで、角形電池に対しても、更なる高容量化が求められている。電池の高容量化を図るためには、正負両極板の厚みを厚くし、電極体における極板が占める体積割合を大きくすることが必要となるが、極板の厚みそのものを厚くすることには限界がある。そのため、電池の高容量化を図る一つの方策として、例えば、特許文献２では、複数の正極板を積層させた正極板組と、Ｕ字状に折り曲げた負極板とを用い、正極板組を負極板の折り曲げ内方にセパレータを挟んで配置するという構成を用いることで、外装体内における正負両極板の占める体積割合を増やすという技術も開発されている。
【特許文献１】特開平１１−２３３１０７号公報
【特許文献２】特開２０００−３４０２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のように接続リードを接合するために活物質を除去した領域およびその裏面に当たる領域では、基体である三次元多孔体の表面が荒れた状態となってしまう。このため、上記特許文献２の電池においては、特に接続リードの接合領域の裏面に当たる領域の表面荒れに起因した内部短絡を生じることがある。即ち、上記特許文献２の電池では、正極板組を形成する際に接続リードが接合された主面どうしを向かい合わせることによって、接続リードの接合領域における表面が荒れた部分がセパレータに直に接するのを回避しているものの、その領域の裏面側は直にセパレータに接触している。このため、活物質除去領域の裏面の荒れた状態の表面がセパレータと接触することになるので、この裏面のおける表面の荒れた部分がセパレータを突き破ることがあり、その場合に対極との短絡を生じることになる。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、高い電池容量を有するとともに、内部短絡の発生が抑制された高品質な角形電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで積層された電極体を有する角形電池であって、正極板および負極板の内の少なくとも一方は、長尺板体を３重以上に折り畳んだ構成であり、外装体もしくは蓋体に一端が接続された接続リードの他端が極板の重なり方向において中間に位置する極板部分に接合されていることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
また、本発明は、上記請求項１に係る角形電池において、一方の極板（折り畳まれてなる極板）は、三次元多孔基板に活物質が充填されてなり、接続リードが接合された領域から極板厚み方向にその裏面に至るまでの部分の活物質が除去されていることを特徴とする（請求項２）。
また、本発明は、上記請求項２に係る角形電池において、三次元多孔基板は、ニッケルスポンジからなることを特徴とする（請求項３）。
【０００８】
また、本発明は、上記請求項１から３の何れかに係る角形電池において、特に、板体の折り畳みを正極板に適用することを特徴とする（請求項４）。
さらに、本発明に係る角形電池の製造方法は、活物質が充填された三次元多孔基板に対して、縁部の一部における接続リードを接合しようとする領域の活物質を除去する除去ステップと、除去ステップの後に、活物質を除去した領域に接続リードを接合する接合ステップと、接合ステップの後に、接続リードが接合されてなる領域が極板の重なり方向において中間に位置する極板部分に位置するように、三次元多孔基板を３重以上に折り畳む折り畳みステップとを有することを特徴とする（請求項５）。
【０００９】
また、本発明は、上記請求項５に係る角形電池の製造方法において、活物質を除去しようとする領域に対して、超音波を印加することを特徴とする（請求項６）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る角形電池は、長尺板体が上記のような形態に折り畳まれており、この折り畳みにより極板の重なり方向における中間に位置する極板部分に接続リードが接合されているので、この接合領域およびその裏面の該当領域の両領域が折り畳みによる重なり方向の中間に配されることになる。よって、セパレータを挟む状態でこの極板の両側に対極を積層しても、接合領域およびその裏面における表面の荒れた部分がセパレータに直に接触することはなく、電池使用中に内部短絡を生じることがない。
【００１１】
また、本発明に係る角形電池は、正極板、負極板として矩形平板状のものをそのまま積層するのではなく、折り畳みという形状処理を施しているので、各極板の厚みを実質的に厚くすることが可能である。よって、この角形電池では、外装体内における正負両極板の占める体積割合が高く、高エネルギ密度を有する。
更に、本発明の角形電池では、重なり方向において中間に位置する極板部分に接合された接続リードをもって極板全体から集電することができるので、接続リードの数が増加することもない。
【００１２】
従って、本発明の角形電池は、高い電池容量を有するとともに、内部短絡の発生が抑制された高品質な優位性を有する。
また、本発明に係る角形電池の製造方法は、上記本発明に係る角形電池を容易に製造することができる。よって、この製造方法は、高い電池容量を有し、内部短絡の発生が抑制された高品質な角形電池を容易に製造できるという点で優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、発明を実施するための最良の形態として、角形ニッケル水素二次電池１を、角形電池の一例として用いて説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態のみに限定を受けるものではない。
（角形ニッケル水素二次電池１の構成）
先ず、角形ニッケル水素二次電池（以下、単に「電池」という。）１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、電池１の外観斜視図であり、その外装缶２０の一部を切り欠いて電池内部を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、電池１は、積層タイプの構成を有する電極体１０が、有底角筒状の外装缶２０内に収納され、外装缶２０の開口部が封口蓋３０で封止されてなる構造を有する。図示していないが、外装缶２０内には、電極体１０の他に電解液が注入されている。また、電極体１０と封口蓋３０との間には、電池１の使用時に中の電極体１０が外装缶２０内を移動するのを防止するために、スペーサ４０が介挿されている。
【００１５】
電極体１０は、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を挟んだ状態でｘ方向に積層されて構成されており、ｚ方向上方に向けて延出された接続リード１１０が接続されている。なお、負極板１２１は、接続リードが接続されていないが、一方の表面が外装缶２０の内面に密着するように配されているので、外装缶２０および封口蓋３０を介して外部回路と接続できるようになっている。電極体１０の詳しい構成については、後述する。
【００１６】
外装缶２０は、金属板が塑性加工されて形成された有底角筒状の容器である。用いることができる金属板としては、例えば、ニッケルめっき鋼板などがあげられる。
封口蓋３０は、上記外装缶２０と同様に金属板を塑性加工してベースが形成され、これに正極端子３１および正極集電体３２が取り付けられ構成されている。ここで、正極端子３１は、正極集電体３２と電気的に接続されており、封口蓋３０の他の部分とはガスケット（図１では、符号を付していない。）を介することで絶縁された状態にある。
【００１７】
封口蓋３０は、その外周縁が外装缶２０における開口部の周縁とレーザ溶接により接合されている（図１では、便宜上、封口蓋３０と外装缶２０との間に隙間を設けている。）。
なお、電極体１０における接続リード１１０は、その上端部において、正極集電体３２と電気的に接続されている。
（電極体１０の構成）
次に、上記構成を有する電池１の中でも、特徴となる電極体１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、電極体１０を各要素である正極板１１、負極板１２、セパレータ１３に展開した展開図である。
【００１８】
図２に示すように、電極体１０は、正極板１１と、Ｕ字状に形状加工された負極板１２と、これらの間に介挿されるセパレータ１３とから構成されている。この内、負極板１２は、例えば、短冊状のパンチングメタルを芯体として活物質としての水素吸蔵合金をコーティングし、これを乾燥、圧延することで極板を作製する。そして、この短冊状の極板における長手方向の中程で、折り返すことにより図２に示すようなＵ字状の負極板１２が形成される。
【００１９】
セパレータ１３としては、例えば、ポリオレフィンなどからなる不織布が用いられている。用いることができる材料としては、不織布以外にもフィルムなどがあげられる。
正極板１１は、ニッケルスポンジに活物質としてのニッケル水酸化物が充填されてなる非焼結式の極板（極体）を、負極板１２の折り曲げ方向とは交差する方向に、葛折り状（Ｎ字状）に折り畳まれた構成を有している。また、正極板１１には、主面の上端部であって、極板の重なり方向における中間に位置する極板部分に接続リード１１０が溶接固定されている。
【００２０】
図２に示すように、正極板１１は、Ｕ字状の形状を有する負極板１２の折り曲げ内方に、セパレータ１３を挟んだ状態で配置される。
電極体１０は、上述のように形状加工された正極板１１と負極板１２とを積層することによって形成される。このように構成される電極体１０では、正極板１１が、Ｎ字状に折り畳まれた構成を有し、極板それ自体の厚みの３倍の厚みで負極板１２間に配されることになる。つまり、従来の角形電池のように板状の正負両極板を単に積層しただけの電極体に対して、図２に示す電極体１０では、同じ体積でも正負両極板１１、１２が占める体積割合が大きく、エネルギ効率が高いといえる。
（正極板１１の構成）
次に、正極板１１の構成について、図３を用いて説明する。図３では、説明の便宜上、上記図２に示す正極板１１のＮ字状の折り畳みの程度を若干解放した状態の図を示す。
【００２１】
図３に示すように、正極板１１は、大きく分けて５つの領域にから構成されている。先ず、図面に向かって左右および中央に位置する活物質充填領域１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが存在する。即ち、この部分は、上述のような製造過程において、ニッケルスポンジに対して活物質が充填された部分である。
各活物質充填領域１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃの間には、活物質の除去処理が実施された折り曲げ領域１１２ａ、１１２ｂが存在する。この折り曲げ領域１１２ａ、１１２ｂは、極板をＮ字状に折り畳みの際にその折り線を含む領域である。
【００２２】
また、接続リード１１０を溶接固定する接合ベース領域１１３についても、予め活物質の除去処理が施されている。このような活物質の除去処理については、上記特許文献１で説明されているので、ここでの詳しい説明は省略するが、例えば、超音波ホーン型剥離装置などを用いて超音波を該当する領域に印加することで実施できる。そして、活物質が除去された接合ベース領域１１３は、三次元多孔基板であるニッケルスポンジが表面に露出することになり、接続リード１１０の溶接性が確保されることになる。
【００２３】
最後に、図３に示すように、上記接合ベース領域１１３に接続リード１１０を溶接固定した後、折り曲げ領域１１２ａ、１１２ｂのそれぞれの略中央線を折り線として、矢印に示すように、活物質充填領域１１１ａ、１１１ｃを折り畳む。これにより、上記図２に示すような、Ｎ字状に折り畳み加工された正極板１１が完成する。
なお、上記のように折り畳み加工を施すことによって、接続リード１１０が溶接固定された接合ベース領域１１３およびその裏面は、３重に折り畳むことにより生じる極板の重なり方向において中間に位置する極板部分に配されることになり、上記図２に示すように、当該領域がセパレータ１３と直に接することがない。
（電池１の優位性）
本実施の形態に係る電池１の優位性について、図４を用いて説明する。図４では、上記図１における電極体１０をｚ方向上方より矢視した図を示している。
【００２４】
図４に示すように、正極板１１は、セパレータ１３を介して両側を負極板１２により挟まれた状態にある。ここで注目すべき点は、正極板１１を上述のようにＮ字状に折り畳み、それによって生じる重なり方向の中間に位置する極板部分（接合ベース部１１３）に接続リード１１０が接続されているところにある。即ち、接合ベース領域１１３は、上記のように超音波の印加によって活物質が除去された領域であるが、この領域およびその裏面は、活物質の除去処理によって表面が荒れた状態となる。仮に、このように表面が荒れた状態にある接合領域およびその裏面が直にセパレータと接することになるとすると、電池において、その表面の荒れた領域がセパレータを突き破り負極板と短絡状態となる危険性が非常に高い。
【００２５】
これに対して、図４にも示す通り、本実施の形態に係る正極板１１は、上述のように折り畳み加工が施されているので、接合ベース領域１１３およびその裏面がセパレータ１３と直に接触することは生じ得ない。よって、電池１では、正極板１１における接合ベース領域１１３およびその裏面領域の表面荒れに起因する内部短絡の発生が生じない。
また、電池１では、正極板１１をＮ字状に折り畳み加工を施し、正極板１１の厚みを実質的に厚くして、上記図２に示すような電極体１０の構成としているので、単純に矩形平板状の正極板と負極板を交互に積層して形成された電極体よりも、電池内でのセパレータ１３が占める体積を小さくすることができる。よって、電池１は、電極体１０における正極板１１、負極板１２の占める体積割合が高く、エネルギ効率が高い。
【００２６】
従って、本実施の形態にかかる電池１は、高い電池容量を有するとともに、内部短絡の発生が抑制され、高い品質を有する。
また、本実施の形態に係る電池１は、上記のように正極板１１を形成・加工することにより容易に製造することができる。
（確認実験）
以下では、上記のような電池１の優位性を確認するために実施した実験について、説明する。
【００２７】
実験には、次に示すような実施例、比較例１、２に係る角形ニッケル水素二次電池をそれぞれ１００００個作製した。
電池種類；角形ニッケル水素二次電池
電池サイズ；５．６T（ｍｍ）×１６．４W（ｍｍ）×３５H（ｍｍ）、
公称容量  ６５０（ｍＡｈ）
正極板；ニッケル正極板（基体；多孔度９６％のニッケルスポンジ）
負極板；水素吸蔵合金負極板
セパレータ；ポリオレフィンからなる不織布（厚みｔ＝０．１０ｍｍ）
電解液；３０（ｗｔ％）の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液
封口蓋；レーザ溶接により接合
（実施例）
図５（ａ）に示すように、実施例に係る角形ニッケル水素二次電池に用いた電極体は、Ｎ字状に折り畳み加工が施された正極板２１１を有し、その両側がセパレータ２１３を介して負極板２１２により挟まれた形態を有する。ここで、各厚みは、以下の通りである。
【００２８】
正極板２１１；１．００（ｍｍ）×１（枚）、（３重に折り畳み）
負極板２１２；０．７９（ｍｍ）×２（枚）
セパレータ２１３；０．１０（ｍｍ）×２（枚）
電極体厚みＴ；４．７８（ｍｍ）
（比較例１）
図５（ｂ）に示すように、比較例１に係る角形ニッケル水素二次電池に用いた電極体は、各々に接続リードが接合された正極板２２１が３枚重ね合わせられてなる正極板組２２０を有する点が、上記実施例に係る電極体との相違点である。
【００２９】
正極板２２１；１．００（ｍｍ）×３（枚）、（正極板組２２０を形成。）
負極板２１２；０．７９（ｍｍ）×２（枚）
セパレータ２１３；０．１０（ｍｍ）×２（枚）
電極体厚みＴ；４．７８（ｍｍ）
（比較例２）
図５（ｃ）に示すように、比較例２に係る角形ニッケル水素二次電池に用いた電極対は、正極板２３１と負極板２２２とが間にセパレータ２１３を挟んだ状態で交互に積層された形態を有する。ここで、各要素の厚みは、以下の通りである。
【００３０】
正極板２３１；０．９０（ｍｍ）×３（枚）
負極板２２２；０．３７（ｍｍ）×４（枚）
セパレータ２１３；０．１０（ｍｍ）×６（枚）
電極体厚みＴ；４．７８（ｍｍ）
（評価１）
先ず、完成時における電池の内部短絡の発生について、実施例、比較例１および比較例２の全ての電池に対して、各２回ずつ検査し、その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2005050641.tif 000003
表１に示すように、実施例の電池においては、比較例１、２に比べて内部短絡の発生が認められた電池の個数が約１／２〜１／３と少なく、接続リードの接合領域およびその裏面の該当領域がセパレータに接触していない効果が認められる。即ち、実施例の電池では、正極板２１１をＮ字状に折り畳み加工することにより、接続リードの接合領域および裏面の該当領域を重なり方向の中間に位置する極板部分に配することができ、内部短絡の発生を低減できるという優位性を有する。
（評価２）
次に、完成電池の電池容量を全数測定し、実施例、比較例１、２毎にその平均値を算出して、表２に示す。
【００３２】
【表２】
2005050641.tif 000004
表２に示すように、実施例の電池は、電池容量が平均で７５０（ｍＡｈ）あり、比較例２の電池と比べると１００（ｍＡｈ）も高い値を有する。これは、正極板２１１を折り畳み加工して形成することにより、実施例の電池が比較例２の電池に比べてセパレータの構成数が１／３の２枚となっており、セパレータの構成数が低減できた分、正極板２１１および負極板２１２の厚みを厚くすることができたためである。即ち、実施例の電池では、電極体の体積に対する極板の体積割合が、比較例２の電池よりも高いという優位性を有する。
【００３３】
なお、比較例１の電池では、正極板２２１および負極板２１２の厚みは実施例の電池と同一であるものの、実施例に係る電池に比べて電池容量が２０（ｍＡｈ）低いものとなっている。これは、正極板組２２０を構成する３枚の正極板２２１の各々に接続リードを接合しており、その分電池容量に寄与する活物質量が減少するためである。
以上の２つの評価より、正極板をＮ字状に折り畳み加工して形成することにより、接続リードの接合領域およびその裏面における該当領域を重なり方向における中間に位置する極板部分に配した構成の電極体を有する本発明の角形電池は、高い電池容量と内部短絡の抑制という２つの課題をともに満足することができる。
（その他の事項）
上記実施の形態では、角形電池の一例として角形ニッケル水素二次電池を用いたが、本発明は、積層タイプの電極体を備える角形電池であれば、電池の種類をこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、上記実施の形態では、正極板をＮ字状に折り畳んだが、負極板を折り畳み加工して形成することでも効果が得られる場合がある。また、折り畳みの形態については、少なくとも接続リードの接合領域とその裏面における該当領域が直にセパレータに接触しないようにできれば、上記実施の形態のものに限定されるものではない。例えば、一部分だけが３重に折り畳まれるように加工しておき、その重なり部分に接続リードを接合しておいてもよいし、また、Ｗ字状あるいは袋状に折り畳んでもよい。さらには、折り畳みの方向を９０°変更、例えば、上記図１においてｚ方向の上下で極板を折り返しても同様の効果を得ることができる。また、折り畳みに際しては、必ずしも折り線が生じるような方法を採らなくてもよい。
【００３５】
また、上記確認実験では、一例として上記寸法の構成部材を有する角形ニッケル水素二次電池を用いたが、寸法あるいは構成部材の材質等が上記以外のものについても、同様に効果を得ることができるのは明白である。
さらに、上記実施の形態においては、電極体１０の構成要素として、正極板１１および負極板１２が各１枚であり、これらの形状加工を施した角形ニッケル水素二次電池を用いたが、各極板１１、１２の構成枚数は、これに限定を受けるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、携帯機器などの電力源として用いるのに最適な、高容量で且つ高い信頼性を有する角形電池を実現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る角形ニッケル水素二次電池の斜視図（一部断面図）を示す。
【図２】図１における角形ニッケル水素二次電池１が備える電極体１０の構成を示す展開図である。
【図３】正極板１１の構成を示す斜視図である。
【図４】電極体１０内における正極板１１の配置を示す断面図である。
【図５】確認実験に用いた電池の電極体の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１．角形ニッケル水素二次電池
１０．電極体
１１．正極板
１２．セパレータ
１３．負極板
２０．外装缶
３０．封口蓋
１１０．正極リード
１１２．折り曲げ領域
１１３．接合ベース領域
【図１】
2005050641.tif 000005
【図２】
2005050641.tif 000006
【図３】
2005050641.tif 000007
【図４】
2005050641.tif 000008
【図５】
2005050641.tif 000009