(57)【要約】【課題】電解液の漏れを防止することができるアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】正極２４及び負極２６がこれらの間にセパレータ２８を介在させて渦巻き状に巻回されてなる電極群２２と、正極２４に接続された正極集電板３８とを備え、これら電極群２２及び正極集電体３８を上端が開口した有底円筒状の外装缶１０に電解液とともに収容し、外装缶１０の開口を正極集電体３８に接続された封口体１４で封口してなるアルカリ蓄電池２において、セパレータ２８の封口体１４側の上端縁を電極群２２の負極２６によって形成される上端５４から電極群２２の軸線方向に埋没させることで正極２４及び負極２６の間に形成された渦巻き状の間隙５８と、間隙５８の全体に亘って渦巻き状に配置された帯状の粘着テープ５０とを有し、粘着テープ５０は、電気絶縁性及び電解液に対する不透過性を有し、セパレータ２８に対し電極群２２の軸線方向に並んで配置されている。【選択図】図１
2013012349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極がこれらの間にセパレータを介在させて渦巻き状に巻回されてなる電極群と、前記正極に電気的に接続された正極集電体とを備え、これら電極群及び正極集電体を上端が開口した有底円筒状の外装缶にアルカリ性の電解液とともに収容し、前記外装缶の開口を前記正極集電体に電気的に接続された封口体で封口してなるアルカリ蓄電池において、
前記セパレータの前記封口体側の上端縁を前記電極群の前記負極によって形成される上端から前記電極群の軸線方向に埋没させることで前記正極及び前記負極の間に形成された渦巻き状の間隙と、
前記間隙の全体に亘って渦巻き状に配置された帯状のプラグ部材と
を有し、
前記プラグ部材は、
電気絶縁性及び前記電解液に対する不透過性を有し、前記セパレータに対し前記軸線方向に並んで配置されている
ことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記正極は、
前記電極群の上端から前記封口体側へ突出し、且つ、前記正極集電体と接続される上端縁部を含み、
前記プラグ部材は、
その上部が前記正極の上端縁部に沿って前記電極群の上端から突出している
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】
前記プラグ部材は、
絶縁樹脂製の粘着テープであり、
前記粘着テープは、
前記正極の前記間隙に臨む面及び前記上端縁部の側面に亘って接着されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項４】
前記粘着テープは、
前記セパレータの厚さと同じ厚さを有し、
前記粘着テープと前記セパレータとは互いに突き合わされていることを特徴とする請求項３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、アルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素二次電池等のアルカリ蓄電池は、携帯電話、電動工具、電気自動車等の電源として広く使用されている。
【０００３】
ここで、特に、電動工具や電気自動車等に用いられる電池においては、その更なる高容量化、高出力化と併せて高率放電特性の向上が望まれている。このような高率放電特性に優れた電池としては、例えば、特許文献１の電池が知られている。
【０００４】
特許文献１に代表される高率放電特性に優れた電池においては、電極群の正極と正極端子とが正極集電体を介して電気的に接続されている。詳しくは、正極及び負極がセパレータを介して渦巻き状に巻回されてなる電極群において、前記正極の上端縁部が、前記電極群の上端から渦巻き状に突出させられており、この突出した上端縁部の全体が前記正極集電体と接合されている。これにより、正極が正極集電体と広い範囲で接続するので、電池の内部抵抗は小さくなり、高率放電特性が向上する。
【０００５】
ここで、上記した電池においては、セパレータの上端部を電極群の負極上端から比較的長めに突出させ、正極の上端縁部に沿うように配置している。これにより、電極群から突出した正極の上端縁部はセパレータでカバーされるので、内部短絡を起こすことが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２１４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した電池においては、電池容量以上の充電（以下、過充電という）をした場合、正極から酸素ガスが発生する。一方、電池容量以上の放電（以下、逆充電という）をした場合、正極から水素ガスが発生する。これらのガスは、セパレータの中を通り電極群の上部に抜けていくが、この際、セパレータ中の電解液を上部に押し上げていく。これにより、セパレータを介した電解液の這い上がり現象が起こる。ここで、上述したようにセパレータの上端部は、電極群の上端側に突出しているので、セパレータ中を這い上がった電解液は、セパレータの上端部から流れ出し電極群の上部に溜まる。このように、電極群の上部に電解液が溜まった状態で、電池内圧が高まり安全弁が開くと、前記ガスとともにその電解液が電池の外へ漏れてしまう。このように液漏れが発生すると、漏れ出した電解液が電池周辺の他の部品を腐蝕させたり、電池内の電解液の減少に伴い電池の容量低下を招くといった不具合を生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、電解液の漏れを防止することができる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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によれば、正極及び負極がこれらの間にセパレータを介在させて渦巻き状に巻回されてなる電極群と、前記正極に電気的に接続された正極集電体とを備え、これら電極群及び正極集電体を上端が開口した有底円筒状の外装缶にアルカリ性の電解液とともに収容し、前記外装缶の開口を前記正極集電体に電気的に接続された封口体で封口してなるアルカリ蓄電池において、前記セパレータの前記封口体側の上端縁を前記電極群の前記負極によって形成される上端から前記電極群の軸線方向に埋没させることで前記正極及び前記負極の間に形成された渦巻き状の間隙と、前記間隙の全体に亘って渦巻き状に配置された帯状のプラグ部材とを有し、前記プラグ部材は、電気絶縁性及び前記電解液に対する不透過性を有し、前記セパレータに対し前記軸線方向に並んで配置されていることを特徴とするアルカリ蓄電池が提供される（請求項１）。
【００１０】
また、前記正極は、前記電極群の上端から前記封口体側へ突出し、且つ、前記正極集電体と接続される上端縁部を含み、前記プラグ部材は、その上部が前記正極の上端縁部に沿って前記電極群の上端から突出している構成とすることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
好ましくは、前記プラグ部材は、絶縁樹脂製の粘着テープであり、前記粘着テープは、前記正極の前記間隙に臨む面及び前記上端縁部の側面に亘って接着されている構成とする（請求項３）。
【００１２】
また、前記粘着テープは、前記セパレータの厚さと同じ厚さを有し、前記粘着テープと前記セパレータとは互いに突き合わされている構成とすることが好ましい（請求項４）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るアルカリ蓄電池においては、セパレータの封口体側の上端縁を電極群の上端から前記電極群の軸線方向に埋没した位置に位置付けることにより、正極及び負極の間に形成された渦巻き状の間隙と、前記間隙の全体に亘って嵌め込まれた帯状のプラグ部材とを含み、前記プラグ部材は、電気絶縁性及び前記電解液に対する不透過性を有していることから、過充電や逆充電によりセパレータ中を這い上がってきた電解液は、このプラグ部材により這い上がり経路が遮断される。これにより、電解液が電極群の上部に漏れ出て溜まることを阻止することができる。その結果、電解液が電池外へ漏れ出ることを有効に防止することができる。
【００１４】
また、プラグ部材の上部が正極の上端縁部に沿って電極群の上端から突出しているので、正極の上端縁部をカバーすることができ、内部短絡防止に寄与する。
【００１５】
また、プラグ部材に絶縁樹脂製の粘着テープを使用することにより、簡単にセパレータの封口体側にプラグ部材を設けることができ、液漏れが少ない電池の製造効率の向上に寄与する。
【００１６】
更に、前記粘着テープは、前記セパレータの厚さと同じ厚さを有し、前記粘着テープと前記セパレータとは互いに突き合わされている構成とすることにより、セパレータの上端縁にて電解液の這い上がりを阻止することができる。また、粘着テープ及びセパレータの前記負極に対する接触面が互いに面一状態となり、粘着テープの部分が局部的に厚くなることを抑制できる。これにより、電極群を巻回する際に巻きずれが発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る円筒形のニッケル水素二次電池を部分的に破断して示した正面図である。
【図２】図１のニッケル水素二次電池に組み込まれている正極を展開した状態を模式的に示した斜視図である。
【図３】図１のニッケル水素二次電池における正極と正極集電板との接続領域を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るアルカリ蓄電池を、図面を参照して説明する。
本発明が適用される一実施形態のアルカリ蓄電池として、例えば、図１に示すＡＡサイズの円筒型ニッケル水素二次電池（以下、電池という）２に本発明を適用した場合を例に説明する。
【００１９】
図１に示すように、電池２は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備えている。外装缶１０は導電性を有し、その底壁８は負極端子として機能する。外装缶１０の開口内には、導電性を有する円板形状の封口体１４及びこの封口体１４を囲むリング形状の絶縁パッキン１２が配置され、絶縁パッキン１２及び封口体１４は外装缶１０の開口縁をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁に固定されている。即ち、封口体１４及び絶縁パッキン１２は互いに協働して外装缶１０の開口を封口している。
【００２０】
ここで、詳しくは、封口体１４は中央にガス抜き孔１６を有し、そして、封口体１４の外面上にはガス抜き孔１６を塞ぐゴム製の弁体１８が配置されている。更に、封口体１４の外面上には、弁体１８を覆うようにしてフランジ付き円筒形状の正極端子２０が固定され、正極端子２０は弁体１８を封口体１４に向けて押圧している。従って、通常時、ガス抜き孔１６は弁体１８によって気密に閉じられている。一方、外装缶１０内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体１８は内圧によって圧縮され、ガス抜き孔１６を開き、この結果、外装缶１０内からガス抜き孔１６及び正極端子２０を介してガスが放出される。つまり、ガス抜き孔１６、弁体１８及び正極端子２０は電池のための安全弁を形成している。
【００２１】
外装缶１０には、電極群２２が収容されている。この電極群２２は、それぞれ帯状の正極２４、負極２６及びセパレータ２８からなり、これらは正極２４と負極２６の間にセパレータ２８が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ２８を介して正極２４及び負極２６が互いに重ね合わされている。
【００２２】
そして、外装缶１０内には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）が注液され、セパレータ２８に含まれたアルカリ電解液を介して正極２４と負極２６との間で充放電反応が進行する。
【００２３】
また、外装缶１０内には、その底壁８と電極群２２との間に、円形状をなす金属製の負極集電板３０が配置され、この負極集電板３０を介して負極２６は外装缶１０と電気的に接続されている。より詳しくは、負極２６は、例えばパンチングメタルからなる負極基板３２を有し、負極基板３２の両面には水素吸蔵合金を含む負極活物質層３４が保持されている。また、負極基板３２は、負極活物質層３４から負極集電板３０に向かって突出しており、この突出した部分が負極集電板３０に溶接されている。
【００２４】
更に、外装缶１０内には、電極群２２と蓋板１４との間にも円形状をなす金属製の正極集電板３８が配置されている。この正極集電板３８には、帯状のリード部４０が一体に形成され、リード部４０の先端は蓋板１４に溶接されており、蓋板１４、正極集電板３８及びリード部４０を介して、正極２４は正極端子２０と電気的に接続されている。
【００２５】
より詳しくは、正極２４は非焼結式電極であって、図２に展開して示したように、帯状をなす導電性の正極基板４２を有する。正極基板４２は金属多孔体からなり、３次元網目構造の骨格により形成される無数の空孔を含む。正極基板４２の空孔内には、電極群２２の軸線方向でみて封口体１４側に位置付けられる上端縁部４３を除き、正極活物質としての水酸化ニッケル粒子が充填されている。
【００２６】
正極基板４２の上端縁部４３は、薄肉領域４４と、この薄肉領域４４に接合された金属薄板４８とを含む。
薄肉領域４４は、詳しくは、図２に示すように、その一方の面（図２中において上側の面）側が厚み方向にプレス加工され、押し潰されており、正極活物質が充填された部位（本体部４６）よりも薄くなっている。そして、この押し潰された部分には帯状の金属薄板４８が溶接されている。金属薄板４８は、図２から明らかなように、封口体１４側の方向への長さが、薄肉領域４４の封口体１４側の方向への長さよりも長く、薄肉領域４４から突出している。また、金属薄板４８は、薄肉領域４４と本体部４６との段差に合致しており、本体部４６と略面一をなしている。この金属薄板４８は、正極タブとして機能する。
【００２７】
正極２４の封口体１４側の端縁付近の両面には粘着テープ５０，５０が接着されている。詳しくは、これら粘着テープ５０，５０は、正極２４の長手方向（巻回方向）の全域に亘って延びており、一方の面では、薄肉領域４４と本体部４６との段差部分を跨いで金属薄板４８及び本体部４６を部分的に覆う位置に接着され、他方の面では、一方の面と対向する位置に接着されている。
【００２８】
粘着テープ５０，５０は、金属の突起など鋭利なものを容易に突き通すことがない機械的強度を有しており、更に、電気絶縁性及び電解液に対する不透過性を有している。この粘着テープ５０，５０としては、例えば、ポリプロピレン及びポリエチレン製の粘着テープ、あるいは、熱溶着テープが用いられる。なお、ポリプロピレン及びポリエチレン等のポリオレフィン樹脂製の粘着テープは、耐アルカリ性に優れており、アルカリ電池に好適する。粘着テープ５０，５０の厚さは、セパレータ２８と略同じ厚さとする。具体的には、粘着テープ５０，５０は、例えば５０〜２００μｍの厚さを有する。
【００２９】
上記のように粘着テープ５０が接着された正極２４は、セパレータ２８を介して負極２６とともに渦巻き状に巻回され、電極群２２が形成される。このとき、セパレータ２８は、粘着テープ５０と重ならないように配置され巻回が行われる。詳しくは、セパレータ２８は、正極２４の本体部４６において、粘着テープ５０，５０よりも外装缶の底壁側に対応する位置に位置付けられ、セパレータ２８と粘着テープ５０は互いの端縁を突き合わせて配設される。これにより、セパレータ２８及び粘着テープ５０の負極２６に対する接触面が略面一をなすので、粘着テープ５０の部分が局部的に厚くなるということはなく、巻回時に巻きずれは起こらない。
【００３０】
次いで、図３は、上述の正極２４と正極集電板３８との接続領域を拡大して模式的に示している。電極群２２において、正極２４は、金属薄板４８が電池２の内側になるよう巻回されている。そして、正極２４を挟むように粘着テープ５０が径方向内側及び径方向外側にそれぞれ位置付けられている。また、電極群２２の軸線方向でみて、正極２４の薄肉領域４４、金属薄板４８及び粘着テープ５０は、電極群２２の上端、つまり、負極２６の上端５４から突出しており、この金属薄板４８からなる正極タブが正極集電板３８に溶接されている。
【００３１】
ここで、図３から明らかなように、電極群２２の軸線方向でみて、セパレータ２８の上端縁５６は、電極群２２内に埋没しており、これにより形成された正極２４と負極２６との間の間隙５８内に、粘着テープ５０が存在している。この粘着テープ５０は、電解液に対する不透過性を備えているので、過充電又は逆充電が起きて電解液の這い上がり現象が起きても、電解液は粘着テープ５０の部分で堰き止められ、電極群２２の上部に電解液が漏れ出ることは抑制される。その結果、電極群２２の上部に電解液が溜まることは有効に防止されるので、仮に安全弁が開いても電池２の外へ電解液が漏れることは防止される。また、この粘着テープ５０は、機械的強度も高いので、正極基板４２の骨格の一部が突出した部分、あるいは、薄肉領域４４と本体部４６との境界のエッジ部分に当接しても破れることはなく、内部短絡の発生防止にも寄与している。
【００３２】
本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル−カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよい。
【実施例】
【００３３】
１．電池の製作
（実施例）
（１）正極の製作
連続気泡のポリウレタンフォームであるスポンジ状の有機多孔体に導電処理をした後、電解槽のめっき液に浸漬してニッケルめっきを行った。次いで、ニッケルめっきが施された有機多孔体を７５０℃の温度で所定時間焙焼して有機多孔体の樹脂成分を除去し、さらに、還元雰囲気で焼結してニッケルからなる金属多孔体を得た。得られた金属多孔体は、目付が約６００ｇ／ｍ２、多孔度が９５％、厚みが約２．０ｍｍであった。
【００３４】
一方、２．５質量％の亜鉛と、１質量％のコバルトを共沈成分として含有する水酸化ニッケル粉末９０質量部に対して、コバルト粉末１０質量部、酸化亜鉛粉末３質量部を添加して全体を混合し、その混合物にヒドロキシプロピルセルロース水溶液（固形分０．２重量％）５０質量部を添加して全体を混練し、ペースト状の正極活物質スラリーを得た。
【００３５】
得られた正極活物質スラリーを、金属多孔体に充填した。充填量は、圧延後の活物質密度が約２．９１ｇ／ｃｍ３となるように調整した。活物質スラリーを乾燥させた後、厚みが約０．７ｍｍとなるように金属多孔体にロール圧延を行った。そして、圧延された金属多孔体を短冊状に切断し、得られた短冊の一側縁部の活物質を超音波剥離等により除去した。この後、前記側縁部を一方の面側から再びロール圧延して厚みが０．５ｍｍの薄肉領域に形成した。この薄肉領域は、正極活物質が充填されている本体部の一面から０．２ｍｍの段差を有している。
【００３６】
この後、この薄肉領域の一方の面に、電気抵抗溶接により厚み０．２ｍｍ、幅３ｍｍのニッケルリボンを薄肉領域の長手方向の全域にわたって接続した。これにより、ニッケルリボンは、本体部と面一の状態で接続される。
【００３７】
次いで、薄肉領域及び本体部の一部を含む範囲の両面に粘着テープを接着して正極を形成した。ここで、この粘着テープとしては、機械的強度が高く、電気絶縁性及び電解液に対する不透過性を備えているポリプロピレン製粘着テープを用いた。この粘着テープは、厚さが７０μｍ、幅が３ｍｍである。そして、この粘着テープは、正極の一面側においては、ニッケルリボン及び本体部の境界を跨ぎ、これらニッケルリボン及び本体部を部分的に覆う位置に位置付けられ、正極の長手方向の全域に亘って接着されている。また、正極の他面側においては、一面側の粘着テープと対向する位置に粘着テープを接着した。
【００３８】
（２）電池の組立て
上述のように製作した正極と、水素吸蔵合金を含む負極とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して巻回して渦巻き状の電極群を得た。ここで、セパレータの厚さは、粘着テープの厚さと同じ７０μｍとした。そして、このセパレータを粘着テープと重ならないように配置して巻回作業を行った。これにより、粘着テープとセパレータとは、電極群内において、互いの端縁を突き合わせた状態で配設された状態となった。つまり、セパレータの上端縁が電極群の上端から前記電極群の軸線方向に埋没した位置に位置付けられ、これにより、正極及び負極の間に渦巻き状の間隙が形成され、この間隙の全体に亘って粘着テープが嵌め込まれた状態となっている。そして、粘着テープの上部は、正極の薄肉領域及び正極タブに沿って、電極群の上端から突出している。
【００３９】
次いで、得られた電極群の両端に正極集電板及び負極集電板を溶接した後、電極群を外装缶内に挿入し、負極集電板を外装缶の底壁にスポット溶接するとともに正極集電板のリード部を封口体に溶接した。この後、外装缶内に、水酸化リチウム及び水酸化ナトリウムを含有した７．５Ｎの水酸化カリウム水溶液からなる電解液を注入した。そして、外装缶の開口内に絶縁パッキンを介して封口体を配置した状態にて開口縁をかしめ加工し、公称容量１２００ｍＡｈの円筒型ニッケル水素二次電池を組み立てた。このニッケル水素二次電池を電池Ａと称す。なお、この電池Ａを１０００個組み立てた。
【００４０】
（比較例）
セパレータを粘着テープとオーバーラップするように配置して巻回作業を行い、セパレータの上端縁を電極群の上部から突出させたこと以外は実施例の電池Ａと同様なニッケル水素二次電池（電池Ｂ）を組み立てた。
【００４１】
２．ニッケル水素二次電池の液漏れの発生率
電池Ａ、電池Ｂに対し、３Ｃの充電電流で６０分間の過充電を行った。
【００４２】
過充電を行った後、各電池の封口体付近を目視観察するとともに、リトマス試験紙で封口体付近を拭いた。そして、目視で液漏れが確認できた場合又はリトマス試験紙が赤色から青色に変化した場合には液漏れと判定し、液漏れした電池の個数を数えた。この液漏れした電池の個数を液漏れ個数とする。そして、（Ｉ）式で示される液漏れ発生率を求めた。
液漏れ発生率（％）＝（液漏れ個数／組み立てた電池の総数）×１００・・・（Ｉ）
得られた結果を表１に示した。
【００４３】
【表１】
2013012349.tif 000003
【００４４】
５．評価結果
表１から次のことが明らかである。
電池Ａ（実施例）と電池Ｂ（比較例）とを比較すると、電池Ａは、電池Ｂに比べ電解液の液漏れ発生率が低いことがわかる。電池Ａの電極群は、粘着テープがセパレータの上部に位置付けられており、電極群の上面からセパレータの上端縁が突出していないので、過充電により電解液がセパレータ中を這い上がっても、粘着テープの部分で電解液は堰き止められる。このため、電解液が電極群の上部に漏れ出ることはないので、電解液が電極群の上部に溜まることは有効に防止されている。よって、安全弁が作動しても電解液が電池外に漏れることはなく、液漏れ発生率が電池Ｂより低くなっていると考えられる。
【００４５】
これに対し、電池Ｂの電極群は、セパレータが粘着テープにオーバーラップし、セパレータの上端縁が電極群の上部から突出しているので、過充電により電解液の這い上がり現象が起こると、セパレータ中を這い上がってきた電解液はセパレータの上端部から流出し、電極群の上部に溜まる。このため、電池内圧が上昇し、安全弁が開いた場合、電池外へ放出されるガスと一緒に電極群の上部に溜まった電解液が放出されたために液漏れ発生率が電池Ａよりも高くなっていると考えられる。
【００４６】
以上の結果から、セパレータの上端縁を電極群内に埋没させた位置に位置付け、その上に電気絶縁性及び電解液に対する不透過性を有する粘着テープを配設することは、電池外への電解液の漏出を防止させる上で有効であることがわかる。
【符号の説明】
【００４７】
２                ニッケル水素二次電池
１０                外装缶
１２                絶縁パッキン
１４                封口体
２０                正極端子
２４                正極
２６                負極
２８                セパレータ
４２                正極基板
４３                上端縁部
４４                薄肉領域
４８                金属薄板
５０                粘着テープ
５６                上端縁
５８                間隙
【図１】
2013012349.tif 000004
【図２】
2013012349.tif 000005
【図３】
2013012349.tif 000006