(57)【要約】【課題】  高容量化が図られ且つ電極群の捲回形成時、負極芯体の破断を確実に防止可能なアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】  アルカリ蓄電池は、負極、正極及びセパレータからなる電極群を備え、負極は多数の孔１８が分布された芯体１６を有し、この芯体１６の表面開口率は０．４以上であり、その断面開口率は表面開口率の１．２倍以下に抑えられている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶内に電極群を収容し、この電極群が負極及び正極間にセパレータを介在させた状態で、これらを渦巻き状に捲回して構成され、前記負極及び正極のうち少なくとも一方がその活物質を担持するために多数の孔が形成された有孔シートからなる芯体を有する、アルカリ蓄電池において、
前記芯体は、その捲回方向と交差する横断面でみたとき、前記芯体の幅方向に沿って孔が間欠的に露出する断面パターンを有し、
前記芯体の断面開口率が前記断面パターンにて前記芯体の幅方向に沿う前記孔の露出部位の長さの合計を前記芯体の幅で除した値の最大値で定義されたとき、前記芯体は少なくとも一部に表面開口率が０．４以上且つ前記断面開口率が前記表面開口率の１．２倍以下となる断面パターンを含む
ことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記芯体は、前記負極の芯体であることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
前記芯体は、１５μｍ〜６５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項４】
前記芯体は、ニッケルメッキされたシート状のパンチングメタル及び有孔ニッケルシートの一方からなることを特徴とする請求項２又は３に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項５】
前記孔は、略円形若しくは略楕円形状を有し、
前記孔の分布は、前記芯体の捲回方向に隣接する孔の中心間を二等辺三角形の底辺とし且つこれら孔に対して前記芯体の幅方向に隣接する孔の中心を前記二等辺三角形の頂点とした配列パターンを有し、
前記二等辺三角形の頂角は底角よりも大である
ことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のアルカリ蓄電池。
【請求項６】
前記二等辺三角形の底辺の長さがｄ、前記孔の平均直径がｌで表されるとき、次式
ｄ＝３1/2×ｌ×σ
０．９６≦σ≦１．０４
を満たすことを特徴とする請求項５に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項７】
前記二等辺三角形の頂角は７５°以上且つ１０５°以下であること特徴とする請求項５又は６に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項８】
前記孔の平均直径ｌは、０．５ｍｍ≦ｌ≦２．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載のアルカリ蓄電池。
【請求項９】
捲回方向に沿う前記芯体の側縁は前記孔の一部により凹凸形状をなしていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル−カドニウム電池やニッケル−水素電池等のアルカリ蓄電池、より詳しくは円筒形状のアルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアルカリ蓄電池はその外装缶内に収容された電極群を備え、この電極群は負極及び正極をセパレータを介して渦巻き状に捲回して構成されている。このようなアルカリ蓄電池の高容量化を図るには正極及び負極の活物質量をそれぞれ増大させればよいが、外装缶はそのサイズに制約を受けているため、電極群の径寸法、つまり、正極及び負極全体の体積を増加させることは困難である。
【０００３】
それ故、負極の芯体の体積を可能な限り少なくし、芯体に担持可能な活物質量を増加させることが考えられ、負極の芯体を薄いシート状のパンチングメタルから形成したアルカリ蓄電池が知られている（例えば、特許文献１，２）。
また、特許文献１，２のパンチングメタルは、隣接する３つの孔の中心が正三角形又は二等辺三角形の頂点となる孔の配列パターンを有し、このような孔の配列パターンによれば負極が真円に近い状態で捲回され、その捲回性を担保できるものと考えられる。
【特許文献１】特開平3-141554号公報
【特許文献２】特開平7-73874号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
芯体に担持される活物質量を増大させるには、孔の総開口面積を芯体表面積（総開口面積と無孔面積との和）で除した値、即ち、芯体の表面開口率を大きくすればよいが、表面開口率が０．４以上になると、芯体の引っ張り強度が不足し、負極（電極群）の捲回時、芯体の一部、特に、その端部にて破断を招き易くなる。このため、芯体の表面開口率を０．４よりも小さくせざるを得ず、活物質の十分な増量を図ることができない。
【０００５】
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的は、芯体の表面開口率を十分に大きく確保でき、しかも、電極群の捲回時、芯体に破断を招くことの無い高容量型のアルカリ蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池の負極又は正極の芯体は、その捲回方向と交差する横断面でみたとき、芯体の幅方向に沿って孔が間欠的に露出する断面パターンを有し、そして、芯体の断面開口率が前記断面パターンにて芯体の幅方向に沿う孔の露出部位の長さの合計を芯体の幅で除した値の最大値で定義されたとき、芯体は少なくとも一部に前記表面開口率が０．４以上且つ前記断面開口率が表面開口率の１．２倍以下となる断面パターンを含んでいる（請求項１）。
【０００７】
ここで、孔が図５に示されるような１つの配列パターンで分布されている場合、表面開口率は、図５中の孔を有する範囲（Ｂ領域）にて、その開口部総面積を芯体表面積（前記開口部総面積と無孔部総面積の合計）で除した値で定義される。
これに対し、孔が図６に示されるように複数の配列パターンで分布されている場合には、連続した同一周期の孔の配列を有する区間（即ち、Ｂ，Ｄ，Ｆ領域）毎に前記芯体の捲回方向と交差する線にて分割し、各区間毎に表面開口率を前記区間内の孔の開口部総面積を前記区間内の芯体表面積（前記開口部総面積と無孔部総面積との和）で除した値で定義すればよい。
【０００８】
芯体の一部、つまり、その捲回時に破断し易い個所が上述した表面開口率及び断面開口率の断面パターンを有していれば、表面開口率が０．４以上に大きくても、その横断面には無孔領域が十分に確保されているので、芯体の破断が確実に防止される。なお、表面開口率は０．４５以上であるのがより好ましい。
芯体は負極の芯体であり（請求項２）、そして、その厚みは芯体の体積を減少させるうえで１５μｍ〜６５μｍであるのが好ましい（請求項３）。更に、芯体は、ニッケルメッキされたシート状のパンチングメタル又は有孔ニッケルシートから形成される（請求項４）。
【０００９】
また、孔は略円形若しくは略楕円形状をなすことができ、そして、孔の分布は、芯体の捲回方向に隣接する孔の中心間を二等辺三角形の底辺とし且つこれら孔に対して芯体の幅方向に隣接する孔の中心を前記二等辺三角形の頂点とした配列パターンを有しており、二等辺三角形の頂角は底角よりも大である（請求項５）。このような孔の配列パターンを有していれば、表面開口率の１．２倍以下の断面開口率を得る上で有利となる。
【００１０】
具体的には、上述の配列パターンの場合、二等辺三角形の底辺の長さがｄ、孔の平均直径がｌで表されるとき、次式、
ｄ＝３1/2×ｌ×σ
０．９６≦σ≦１．０４
が満たされており（請求項６）、また、二等辺三角形の頂角は７５°以上且つ１０５°以下の範囲にある（請求項７）。
【００１１】
更に具体的には、孔の平均直径ｌは、０．５ｍｍ≦ｌ≦２．５ｍｍの範囲にあり（請求項８）、そして、捲回方向に沿う芯体の側縁は孔の一部により凹凸形状をなしているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜９のアルカリ蓄電池によれば、負極又は正極の芯体の少なくとも一部にその表面開口率が０．４以上で且つその断面開口率が表面開口率の１．２倍以下に抑えられた断面パターンが与えられているので、芯体の表面開口率を十分に確保ししつつ、その捲回時の破断を防止でき、芯体はアルカリ蓄電池の高容量化に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、ニッケル−カドニウム電池やニッケル−水素電池等の密閉型円筒形アルカリ蓄電池を示す。この電池は金属製の外装缶２を備え、この外装缶２の一端は開口している。外装缶２内には電極群４が電解液とともに収容され、電極群４は負極６と正極８との間にセパレータ１０を介在させ、これらを渦巻き状に捲回して形成されている。
図１から明らかなように外装缶２の開口端は封口体１２により閉塞され、封口体１２はその中央部に正極端子１４を有し、この正極端子１４と組をなす負極端子は外装缶２の底で形成されている。
【００１４】
図２は負極６の芯体１６を示しており、この芯体１６はニッケルメッキされたシート状のパンチングメタル又は有孔ニッケルシートから形成されている。それ故、芯体１６は多数の孔１８を有し、これら孔１８は円形若しくは楕円、又は、これら円形や楕円に近い形状をであるのが望ましい。なお、図示の実施例の場合、孔１８は実質的に真円である。
上述の孔１８は芯体１６の全域又はその一部に、所定の配列パターンにて分布されている。具体的には、配列パターンは、負極６の捲回方向に互いに平行に延びる複数の孔列から形成され、隣接する孔列の孔１８は捲回方向に互いにずれた状態にある。従って、図２中の芯体１６のａ−ａ断面、ｂ−ｂ断面及びｃ−ｃ断面でみたとき、これら芯体１６の横断面には、図３から明らかなように、孔１８が芯体１６の幅方向に間欠的に露出し、孔１８の露出パターン、即ち、断面パターンは芯体１６の横断面の位置にて異なる。
【００１５】
図３中、参照符号Ｔは芯体１６の厚さを示し、この厚さＴは１５μｍ〜６５μｍである。
ここで、芯体１６の表面開口率Ｒ1が孔１８の開口部総面積を芯体表面積（開口部総面積と無孔部総面積の和）で除した値で定義され、そして、芯体１６の断面開口率Ｒ2が断面パターン中、芯体１６の幅方向に沿う孔１８の露出部位の長さの合計を芯体１６の幅で除した値の最大値で定義されるとき、表面開口率Ｒ1は０．４以上、好ましくは０．４５以上であり、そして、任意の横断面の位置にて断面開口率Ｒ2は表面開口率Ｒ１の１．２倍以下に抑えられている。
【００１６】
具体的には、図４に示されるように孔１８の分布は、芯体１６の捲回方向に隣接する２つの孔１８の中心間を結ぶ線分を二等辺三角形Ａの底辺とし、そして、これら孔１８に対して芯体１６の幅方向に隣接する１つの孔１８の中心が二等辺三角形Ａの頂点となる配列パターンを有する。そして、二等辺三角形Ａの頂角αはその底角βによりも大であって、７５°〜１０５°の範囲にある。
【００１７】
更に、孔１８の直径（平均直径）及び二等辺三角形Ａの底辺の長さがそれぞれｌ，ｄで表されるとき、底辺長さｄは次式の関係を満たしている。
ｄ＝３1/2×ｌ×σ
０．６９≦σ≦１．０４
孔１８の直径ｌは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にある。ここで、直径ｌが０．５ｍｍよりも小さい場合、二等辺三角形Ａの斜辺を規定する孔１８間の間隔が狭くなり過ぎ、これら孔１８が芯体１６の穿孔時に繋がってしまう虞がある。一方、直径ｌが２．５ｍｍを超えて大きいと、孔１８内への活物質の保持が困難になり、負極６の捲回時に活物質の脱落を招く。
【００１８】
以下の表１は、実施例Ｅ１〜Ｅ１０の芯体１６及び比較例Ｃ１〜Ｃ１０の芯体をそれぞれ作製し、そして、これら芯体を使用した負極（電極群）の捲回時、電極群１００個当たりにおける芯体の破断個数Ｎを計測した結果を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１中、Ｈは二等辺三角形Ａの高さを示し（図４参照）、Ｍは捲回した電極群を用い電池を組み立てた際の活性化前後の質量減少量を示し、数値が大きい程、電池の寿命が短くなる。
表１から明らかなように、実施例Ｅ１〜Ｅ１０の芯体１６はその断面開口率Ｒ2が表面開口率Ｒ1の１．２倍以下に抑えられているので、負極６の捲回時、芯体１６の破断をほぼ確実に防止することができる。これに対し、比較例Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５〜Ｃ７の芯体はその断面開口率Ｒ2が表面開口率Ｒ1の１．２倍を超えているので、その捲回時に芯体が破断し易いことが分かる。
【００２１】
比較例Ｃ３，４，８〜１０の芯体はその捲回時、破断を受けることがないが、これら比較例の表面開口率Ｒ1は全て０．４よりも小さく、アルカリ蓄電池の高容量を図ることができない。
一方、実施例Ｅ８の芯体１６には他の実施例とは異なり、その破断が僅かに見らるが、これはその表面開口率Ｒ1が大き過ぎることに起因するものと思われる。よって、アルカリ蓄電池の高容量化を図り且つ芯体１６の破断を確実に防止するには、表面開口率Ｒ1は約０．４５か〜約０．６０の範囲が好適する。
【００２２】
本発明は上述の実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
図２に示した芯体１６の場合、その捲回方向に沿う両側縁には孔１８の一部が存在していないが、しかしながら、両側縁が図２中の１点鎖線で示す位置にあれば、芯体１６が担持する活物質の量を更に増加させることができ、アルカリ蓄電池の高容量化により好適する。
【００２３】
実施例の芯体１６は、０．４以上の表面開口率Ｒ1及び表面開口率Ｒ1の１．２倍以下の断面開口率Ｒ2を有する部位をその捲回方向全域に亘って有しているが、前記部位は捲回時に破断し易い芯体１６の領域、具体的には芯体１６の両端部のみに設けられていてもよい。
更に、本発明は、アルカリ蓄電池の正極の芯体にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】アルカリ蓄電池の一部を破断して示した斜視図である。
【図２】図１の負極における芯体の一部を示した図である。
【図３】図２の芯体の横断面を示し、（ａ）は図２中のａ−ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図２中のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図２中のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図４】図２の芯体が有する孔の配列パターンを説明するための図である。
【図５】表面開口率の定義を説明するための図である。
【図６】表面開口率の定義を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
２   外装缶
４   電極群
６   負極
８   正極
１０   セパレータ
１６   芯体
１８   孔
Ａ     二等辺三角形
Ｔ     厚さ
α     頂角
β     底角
ｌ     直径（平均直径）
ｄ     底辺の長さ
Ｈ     二等辺三角形Ａの高さ
【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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