(57)【要約】【課題】  正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電極体における負極が電池缶の内周面に適切に密着されて、大電流での充放電が適切に行えるようにする。【解決手段】  正極１１と負極１２との間にセパレータ１３を介在させて構成した電極体１０を電池缶２０内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電池缶の内周面と接触する負極の面に導電剤を含有する結着剤４０を塗布するようにした。【選択図】  図４
2005235600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電池缶の内周面と接触する負極の面に導電剤を含有する結着剤を塗布したことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
請求項１に記載したアルカリ蓄電池において、正極と負極との間にセパレータを介在させて捲回させた電極体の最外周における負極を電池缶の内周面に接触させたことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したアルカリ蓄電池において、上記の負極は、負極支持体の全面に負極活物質が保持されてなることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアルカリ蓄電池に係り、特に、正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極を電池缶の内周面に接触させるようにしたアルカリ蓄電池において、電極体における負極が電池缶の内周面に適切に密着されて、大電流での充放電が適切に行えるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ蓄電池として、従来よりニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池等が一般に使用されている。
【０００３】
また、近年においては、このようなアルカリ蓄電池が電動工具や電気自動車等に使用されるようになり、高容量で且つ大電流での充放電特性に優れた高出力のアルカリ蓄電池が要望されるようになった。
【０００４】
そして、このようなアルカリ蓄電池としては、図１に示すように、正極１１と、水素吸蔵合金を用いた負極１２との間にセパレータ１３を介在させて巻き取った電極体１０において、この電極体１０の外周面に位置する負極１２を電池缶２０の内周面に接触させるようにして、負極１２からの放熱をスムーズに行われるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このように電極体１０の外周面に位置する負極１２を電池缶２０の内周面に接触させた場合、この負極１２が電池缶２０の内周面にうまく密着されずに、負極１２が電池缶２０の内周面との間に空間部Ｓが生じ、特に、負極活物質に水素吸蔵合金粒子を用いた負極１２の場合、この負極１２の表面に凹凸が多く存在するため、負極１２と電池缶２０の内周面との密着性が悪くなって、電池缶２０と負極１２との間の抵抗が高くなり、大電流での充放電が困難になるという問題があった。
【０００６】
また、上記のようなアルカリ蓄電池において、正極や負極における集電性能を高めるために、図２に示すように、正極支持体１１ａに正極活物質が保持された正極１１と、負極支持体１２ａに負極活物質が保持された負極１２との間にセパレータ１３を介在させて巻き取った電極体１０の上部，下部にそれぞれ集電体１４，１５を設け、上記の正極支持体１１ａや負極支持体１２ａを上又は下に突出させて、対応する集電体１４，１５に取り付けて電池缶２０内に収容させるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、このように正極支持体１１ａや負極支持体１１ｂを上又は下に突出させて、対応する集電体１４，１５に取り付けるようにした場合、このように突出させた正極支持体１１ａや負極支持体１２ａの部分にそれぞれの活物質を供給することができないため、電池容量が低下するという問題があった。また、このようにした場合においても、負極１２が電池缶２０の内周面にうまく密着されず、負極１２と電池缶２０の内周面との間に空間部Ｓが生じて、電池缶２０と負極１２との間の抵抗が高くなるという問題を解消することはできなかった。
【特許文献１】特開平８−３３９８２１号公報
【特許文献２】特開昭５６−１０９４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、アルカリ蓄電池における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電極体における負極が電池缶の内周面に適切に密着されて、大電流での充放電が適切に行えるようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明におけるアルカリ蓄電池においては、上記のような課題を解決するため、正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電池缶の内周面と接触する負極の面に導電剤を含有する結着剤を塗布するようにしたのである。
【００１０】
ここで、上記のように正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させて、この電極体における負極を電池缶の内周面に接触させるにあたっては、正極と負極との間にセパレータを介在させ、正極が内周側位置するようにして捲回させて、電極体の外周側に負極が位置させるようにし、その最外周における負極を電池缶の内周面に接触させるようにすることができる。
【００１１】
また、この発明におけるアルカリ蓄電池においては、負極における容量を高めるため、負極活物質を負極支持体全面に保持させた負極を用いることが好ましい。
【００１２】
また、この発明におけるアルカリ蓄電池において、上記のように電池缶の内周面と接触する負極の面に導電剤を含有する結着剤を塗布するにあたり、上記の導電剤としては、例えば、カーボンや、ニッケル，銀，コバルト，ビスマス，白金，金等から選択される金属を用いることができる。また、結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンやスチレン・ブタジエンゴム等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、上記のように正極と負極との間にセパレータを介在させて構成した電極体を電池缶内に収容させ、この電極体における負極が電池缶の内周面に接触するようにしたアルカリ蓄電池において、電池缶の内周面と接触する負極の面に導電剤を含有する結着剤を塗布するようにしたため、この導電剤を含有する結着剤が負極と電池缶の内周面との間に形成される空間部に充填されて、負極が電池缶の内周面に適切に密着されるようになり、電池缶と負極との間の抵抗が大きく低減されて、大電流での充放電が適切に行えるようになる。
【００１４】
また、この発明におけるアルカリ蓄電池においては、上記のように導電剤を含有する結着剤が負極と電池缶の内周面との間に形成される空間部に充填されて、電池缶と負極との間の抵抗が低くなり、大電流での充放電が適切に行えるようになるため、負極支持体に負極活物質が保持された負極を用いる場合において、従来のように、負極支持体の端部を突出させて対応する集電体に取り付けなくてもよくなり、負極活物質を負極支持体全面に保持させるようにして、電池容量を高めることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここで、アルカリ蓄電池を用いた実験を行い、この発明におけるアルカリ蓄電池においては、電池缶と負極との間の抵抗が低くなり、大電流での充放電が適切に行えるようになることを明らかにする。
【００１６】
この実験のアルカリ蓄電池においては、負極活物質に、組成式ＭｍＮｉ3.8Ｃｏ0.5Ａｌ0.3Ｍｎ0.5（但し、ＭｍはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄからなるミッシュメタルである。）で表わされる平均粒径が約３０μｍになった水素吸蔵合金粒子を用いた。
【００１７】
そして、負極を製造するにあたっては、上記の水素吸蔵合金粒子１００重量部に対して、結着剤のポリエチレンオキシドを１．０重量部の割合で加えると共にこれに少量の水を加え、これらを均一に混合させてペーストを調製し、このペーストをニッケルメッキを施したパンチングメタルからなる負極支持体の両面全体に均一に塗布し、これを乾燥し、圧延させて、負極支持体の両面全体に負極活物質の水素吸蔵合金粒子が保持された水素吸蔵合金電極からなる負極を作製した。
【００１８】
また、正極を製造するにあたっては、水酸化ニッケル粉末を硫酸コバルト水溶液中に投入し、これを攪拌しながら１ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液を徐々に滴下し、ｐＨを１１にして反応させ、その後、沈殿物を濾過し、これを水洗し、真空乾燥させて、表面に水酸化コバルトが被覆された水酸化ニッケルを得た。
【００１９】
そして、このように水酸化コバルトが被覆された水酸化ニッケルに、２５重量％の水酸化ナトリウム水溶液を１：１０の重量比になるように加えて混合し、これを空気中において８０℃で８時間加熱処理した後、これを水洗し、６５℃で乾燥させて、上記の水酸化ニッケルの表面がナトリウム含有コバルト酸化物で被覆された正極活物質を得た。なお、水酸化ニッケルに対する被覆層中のコバルトの割合を原子吸光法によって求めたところ、水酸化ニッケルに対する被覆層中のコバルトの量は５重量％であり、また平均粒径は１０μｍになっていた。
【００２０】
そして、この正極活物質１００重量部に対して、平均粒径が１μｍの酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）粉末を１量部、結着剤として１重量％のメチルセルロース水溶液を５０重量部加え、これらを混合させてペーストを調製し、このペーストを、多孔度が９５％，平均孔径が２００μｍのニッケル発泡体からなる正極支持体の両面に一部を残して充填し、これを乾燥させてプレスした後、所定の寸法に切断し、一端側において正極活物質が充填されずに正極支持体が露出した非焼結式ニッケル極からなる正極を作製した。
【００２１】
また、セパレータとしては、ポリプロピレンとポリエチレンとからなる不織布を使用し、アルカリ電解液としては、ＫＯＨとＮａＯＨとＬｉＯＨとを含むアルカリ電解液を使用し、図３に示すような円筒型で容量が約２Ａｈになった実験用のアルカリ蓄電池を作製した。
【００２２】
ここで、このアルカリ蓄電池を作製するにあたっては、図３に示すように、上記の正極１１と負極１２との間に上記のセパレータ３３が介在されるようにし、上記の正極１１を内側にしてこれらをスパイラル状に巻いた電極体１０を電池缶２０内に収容させ、この電極体１０の外周面に位置する負極１２を直接電池缶２０の内周面に接触させると共に、上記の正極１１の上端側において上記のように露出した正極支持体１１ａを面状になった正極集電体１４に取り付けるようにした。
【００２３】
そして、この電池缶２０内に上記のアルカリ電解液を注液させると共に、上記の正極集電体１４からリード部１４ａを延出させ、このリード部１４ａを封口体３０の底部３１に取り付け、この封口体３０の周縁に絶縁ガスケット３２を装着させて、この封口体３０を上記の電池缶２０の開口部に配置し、電池缶２０の開口端縁をかしめて、封口体３０を電池缶２０に取り付けるようにした。なお、上記の封口体３０においては、その底部３１と正極外部端子３３との間に、スプリング３４と弁３５とを設け、これにより電池の内圧が異常に上昇した場合に、電池内部のガスを大気に放出させるようにした。
【００２４】
なお、このようにして作製したアルカリ蓄電池においては、電極体１０の外周面に位置する負極１２が電池缶２０の内周面にうまく密着されず、前記の図１に示すように、負極１２と電池缶２０の内周面との間に空間部Ｓが生じた状態になっていた。
【００２５】
そして、上記のアルカリ蓄電池を、２５℃の温度条件の下で、２００ｍＡで１６時間充電させた後、４００ｍＡで１．０Ｖまで放電させ、これを１サイクルとして、１０サイクルの充放電を繰り返して行い、上記のアルカリ蓄電池を活性化させた。
【００２６】
次いで、このように活性化させたアルカリ蓄電池を、２５℃の温度条件の下で、１Ａで充電量が２Ａｈになるまで充電させた後、１Ａで電池電圧が０．８Ｖになるまで放電させて放電容量を測定し、その結果を下記の表１に示した。なお、上記のように充電させた場合、充電時の電池温度は、表１に示すように２８℃になっていた。
【００２７】
また、上記のように活性化させたアルカリ蓄電池を、２５℃の温度条件の下で、１０Ａで充電させた場合に、電池の温度が大きく上昇したため、充電時の電池温度が８０℃になった時点で充電を停止し、その後、１Ａで電池電圧が０．８Ｖになるまで放電させて放電容量を測定し、その結果を下記の表１に示した。なお、上記のように充電時の電池温度が８０℃になった時点で充電を停止した場合、充電量は、表１に示すように１．７Ａｈであった。
【００２８】
【表１】
2005235600.tif 000003
【００２９】
この結果、上記のように電極体１０の外周面に位置する負極１２が電池缶２０の内周面にうまく密着されずに空間部Ｓが生じた状態になっているアルカリ蓄電池においては、大電流で充電させた場合、電池温度が上昇すると共に、充電量に比べて放電容量が大きく低下することが分かった。
【００３０】
ここで、大電流で充電させた場合に電池温度が上昇するのは、負極１２が電池缶２０の内周面にうまく密着されずに空間部Ｓが生じた状態になっているため、負極１２と電池缶２０との間の抵抗が高くなり、ジュール熱が発生したためであると考えられる。
【００３１】
また、充電量に比べて放電容量が大きく低下するのは、上記のように電池温度が上昇したため、正極１１において酸素が発生して、充電効率が低下すると共に、負極１２において水素解離が生じたためであると考えられる。
【００３２】
そして、この発明におけるアルカリ蓄電池のように、上記の電池缶２０の内周面と接触する負極１２の外周面に導電剤を含有する結着剤４０を塗布すると、図４に示すように、負極１２と電池缶２０の内周面との間における空間部Ｓに、上記の導電剤を含有する結着剤４０が充填されるようになり、負極１２と電池缶２０とが導電剤を含有する結着剤４０を介して密着され、これにより負極１２と電池缶２０との間の抵抗が大幅に低減されるようになり、大電流で充電させた場合においても、電池温度が上昇するのが抑制されると共に放電容量が低下するのも防止されるようになる。
【００３３】
なお、上記の実験のアルカリ蓄電池においては、負極活物質を負極支持体１１ａの全面に保持させた負極１１を用いて、電池容量を高めるようにしたが、前記の図２に示すように、負極活物質を負極支持体１２ａの全面に保持させずに、負極１２の一端側において負極支持体１２ａを突出させるようにし、このように突出した負極支持体１２ａを負極集電体１５に取り付けるようにすることも可能であり、この場合には、負極１２と電池缶２０との間の抵抗がさらに低減されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のアルカリ蓄電池において、電極体の外周面に位置する負極を電池缶の内周面に接触させた場合に、負極と電池缶の内周面との間に空間部が形成される状態を示した断面説明図である。
【図２】正極支持体に正極活物質が保持された正極と、負極支持体に負極活物質が保持された負極との間にセパレータを介在させて巻き取った電極体の上部，下部にそれぞれ集電体を設け、正極及び負極の各支持体を上又は下に突出させて対応する集電体に取り付けて電池缶内に収容させると共に、負極を電池缶の内周面に接触させたアルカリ蓄電池の概略説明図である。
【図３】正極活物質が保持されて正極支持体の上端が突出した正極と、負極支持体の両面全体に負極活物質が保持された負極との間にセパレータを介在させて巻き取った電極体を電池缶内に収容させ、突出した正極支持体の上端を正極集電体に取り付ける一方、負極の底部を電池缶にそのまま接触させると共に、外周側の負極を電池缶の内周面に接触させたアルカリ蓄電池の概略説明図である。
【図４】この発明のアルカリ蓄電池において、負極と電池缶の内周面との間に形成される空間部に導電剤を含有する結着剤を充填させた状態を示した断面説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電極体
１１  正極
１１ａ  正極支持体
１２  負極
１２ａ  負極支持体
１３  セパレータ
１４  正極集電体
１４ａ  リード部
１５  負極集電体
２０  電池缶
３０  封口体
３１  封口体の底部
３２  絶縁ガスケット
３３  正極外部端子
３４  スプリング
３５  弁
４０  導電剤を含有する結着剤
Ｓ  空間部
【図１】
2005235600.tif 000004
【図２】
2005235600.tif 000005
【図３】
2005235600.tif 000006
【図４】
2005235600.tif 000007