(57)【要約】【課題】正極板の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞の少ない円筒形電池を提供する。【解決手段】本発明に係るニッケル水素二次電池１は、正極活物質を保持する正極板２１、負極活物質を保持する負極板２２、正極板２１と負極板２２とを分離するセパレータ２３を含み、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを重ねて渦巻き状に巻いた電極体２０が有底円筒形状の外装缶１０に収容された円筒形電池であり、負極板２２の幅Ｗ１〜Ｗ３が正極板２１の幅Ｗ４より短いことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を保持する正極板、負極活物質を保持する負極板、前記正極板と前記負極板とを分離するセパレータを含み、前記セパレータを介して前記正極板と前記負極板とを重ねて渦巻き状に巻いた電極体が有底円筒形状の外装缶に収容された円筒形電池であって、
前記負極板の幅が前記正極板の幅より短い、ことを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒形電池において、前記負極板は、前記電極体の最内周部分に対応する最内周部、前記電極体の最外周部分に対応する最外周部、前記最内周部及び前記最外周部以外の部分に対応する中間部を含み、前記最内周部及び前記最外周部の幅が前記中間部の幅より短い、ことを特徴とする円筒形電池。
【請求項３】
請求項２に記載の円筒形電池において、前記最内周部は、前記中間部よりも前記負極活物質の密度が低い、ことを特徴とする円筒形電池。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の円筒形電池において、前記最外周部は、前記中間部よりも前記負極活物質の密度が低い、ことを特徴とする円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質を保持する正極板、負極活物質を保持する負極板、正極板と負極板とを分離するセパレータを含み、セパレータを介して正極板と負極板とを重ねて渦巻き状に巻いた電極体が有底円筒形状の外装缶に収容された円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極活物質を保持する正極板、負極活物質を保持する負極板、正極板と負極板とを分離するセパレータを含み、セパレータを介して正極板と負極板とを重ねて渦巻き状に巻いた電極体が有底円筒形状の外装缶に収容されている円筒形のニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等が公知である。
【０００３】
このような円筒形電池は、その構造に起因して内部短絡が発生する虞がある。内部短絡の一態様としては、電極体を構成する際の巻ずれによって正極板の側端がセパレータの側端より外側にはみ出し、そのセパレータの側端より外側にはみ出した正極板の側端が負極板や外装缶に接触して生じる場合がある。そして電極体の巻ずれのずれ量は、巻いていくに従ってずれ量が累積されていくことから、巻き終わりとなる電極体の最外周部分において最大になる。そのため巻ずれに起因する内部短絡は、電極体の最外周部分において最も生じやすくなる。
【０００４】
このような巻ずれに起因する内部短絡の虞を低減することを目的とした従来技術としては、電極体の最外周部分における正極板の高さ（幅）をそれ以外の部分における正極板の幅（高さ）より低くした円筒形ニッケル水素二次電池が公知である（例えば特許文献１を参照）。当該従来技術は、電極体の最外周部分において正極板の高さ（幅）を低くすることによって、巻ずれにより正極板の側端がセパレータの側端より外側にはみ出る虞を低減し、それによって巻ずれに起因する内部短絡の虞を低減しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−００８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円筒形電池の正極板は、一般に３次元の網目形状の構造を有する金属多孔体が芯体として用いられているため、側端にバリが生じやすい。そのため円筒形電池においては、上記のような巻ずれに起因する内部短絡の他に、正極板の側端に生じたバリがセパレータを突き破って負極板側へ突出し、そのバリが負極板に接触することによって内部短絡が生じる虞がある。上記従来技術は、このような正極板の側端のバリに起因する内部短絡に対しては効果がなく、むしろ正極板の高さ（幅）を低くした電極体の最外周部分で、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞が増加する可能性すらある。
【０００７】
そして巻ずれに起因する内部短絡は、例えば電極体を製造する巻き取り装置の改良や工夫等により巻ずれが生じにくくすることで低減することが可能である。しかし３次元の網目形状の構造を有する金属多孔体を芯体として用いる正極板において、側端にバリが生じないようにするのは困難であることから、その正極板の側端のバリに起因する内部短絡を如何にして低減するかが課題となってくる。
【０００８】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞の少ない円筒形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】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、正極活物質を保持する正極板、負極活物質を保持する負極板、前記正極板と前記負極板とを分離するセパレータを含み、前記セパレータを介して前記正極板と前記負極板とを重ねて渦巻き状に巻いた電極体が有底円筒形状の外装缶に収容された円筒形電池であって、前記負極板の幅が前記正極板の幅より短い、ことを特徴とする円筒形電池である。
【００１０】
ここで正極板の幅とは、セパレータを介して正極板と負極板とを重ねて渦巻き状に巻いて電極体を構成する際の巻方向（以下、単に「電極体の巻方向」という。）と交差する方向の正極板の長さをいう。また負極板の幅とは、電極体の巻方向と交差する方向の負極板の長さをいう。
【００１１】
本発明の第１の態様において電極体は、負極板の幅が正極板の幅より短い。そのため正極板の側端（電極体の巻方向と交差する方向の正極板の両端。以下、同じ。）は、負極板の側端（電極体の巻方向と交差する方向の負極板の両端。以下、同じ。）より外側に位置することになる。したがって正極板の側端に生じたバリがセパレータを突き破って負極板側へ突出しても、そのバリは、負極板の側端より外側に突出することになるため、そのバリが負極板に接触して内部短絡が発生する虞を低減することができる。
【００１２】
これにより本発明の第１の態様によれば、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞の少ない円筒形電池を提供することができるという作用効果が得られる。
【００１３】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記負極板は、前記電極体の最内周部分に対応する最内周部、前記電極体の最外周部分に対応する最外周部、前記最内周部及び前記最外周部以外の部分に対応する中間部を含み、前記最内周部及び前記最外周部の幅が前記中間部の幅より短い、ことを特徴とする円筒形電池である。
【００１４】
負極板は、一般にパンチングメタル等の金属板が芯体として用いられる。そのため円筒形電池の製造工程において電極体を構成する際に、巻き径が最も小さく曲率が最も大きい電極体の最内周部分（巻き始めとなる部分）では、一定の曲率でなめらかな円形状に巻くことが困難な場合が多い。したがって電極体を構成する際の巻き始め部分は、例えば負極板の最内周部を段階的に折り曲げるようにして巻かざるを得ない場合が多い。その場合、電極体の最内周部分では、セパレータに対して負極板が面接触せず、負極板の折り曲げ部分がセパレータに点接触することになる。それによって電極体の最内周部分では、局所的に高い接触圧で負極板がセパレータを正極板に押しつける状態となるため、正極板の側端のバリがセパレータを突き破って負極板側へ突出する可能性が高まることになる。
【００１５】
また電極体の最外周部分は、巻ずれのずれ量が最も大きくなるため、正極板の側端に生じたバリがセパレータを突き破って負極板側へ突出したときに、そのバリが負極板に接触する可能性が最も高まることになる。
【００１６】
つまり電極体の最内周部分及び最外周部分は、それ以外の部分よりも、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が相対的に発生しやすい。
【００１７】
本発明の第２の態様の負極板は、電極体の最内周部分に対応する最内周部及び電極体の最外周部分に対応する最外周部の幅が、それ以外の部分に対応する中間部の幅より短い。つまり本発明の第２の態様の負極板は、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が相対的に発生しやすい電極体の最内周部分及び最外周部分に対応する部分の幅がより短い形状をなしている。それによって電極体の最内周部分及び最外周部分においては、セパレータを突き破って負極板側へ突出した正極板の側端のバリと負極板の側端との間隔がより広くなるので、そのバリが負極板に接触して内部短絡が発生する虞をさらに低減することができる。
【００１８】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記最内周部は、前記中間部よりも前記負極活物質の密度が低い、ことを特徴とする円筒形電池である。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、負極板の最内周部の負極活物質の密度を低くすることによって、その部分の柔軟性を高めることができるので、巻き径が最も小さく曲率が最も大きい電極体の最内周部分の巻加工が容易になる。それによって電極体の最内周部分において、負極板が局所的に高い接触圧でセパレータを正極板に押しつける状態となる虞を低減できる。つまり電極体の最内周部分において、正極板の端部のバリがセパレータを突き破って負極板側に突出する虞を低減することができるので、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が生ずる虞をさらに低減することができる。また電極体の最内周部分の巻加工が容易になることによって、電極体の真円度を高めることができるので、円筒形電池の製造工程において有底円筒形状の外装缶に電極体を挿入する際に挿入不良が生ずる虞を低減することができる。
【００２０】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第２の態様又は第３の態様において、前記最外周部は、前記中間部よりも前記負極活物質の密度が低い、ことを特徴とする円筒形電池である。
【００２１】
前述したように電極体の最外周部分は、それ以外の部分よりも、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が相対的に発生しやすい。そして負極板の最外周部の負極活物質の密度を低くすることによって、その部分の柔軟性を高めることができるので、セパレータを介して接する正極板と負極板との接触面が面接触となり易くなる。それによって電極体の最外周部分において、負極板からセパレータと正極板との接触面に作用する圧力がほぼ均一になり、局所的に強い圧力でセパレータが正極板に押しつけられる状態となる虞を低減することができる。つまり内部短絡が相対的に発生しやすい電極体の最外周部分において、正極板の側端のバリがセパレータを突き破って負極板側へ突出する虞を低減することができるので、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が生ずる虞をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、正極板の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞の少ない円筒形電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ニッケル水素二次電池の縦断面を図示した斜視図。
【図２】ニッケル水素二次電池における正極板と正極集電板及び負極板と負極集電板との接続部を示す断面図。
【図３】図１のI−I線におけるニッケル水素二次電池の横断面図。
【図４】負極板の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜ニッケル水素二次電池の構成＞
ニッケル水素二次電池１の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、ニッケル水素二次電池１の縦断面を図示した斜視図である。図２は、ニッケル水素二次電池１の横断面を図示した平面図である。図３は、図１のI−I線におけるニッケル水素二次電池１の横断面図である。
【００２５】
「円筒形電池」の一例である円筒型のニッケル水素二次電池１は、外装缶１０、電極体２０及び蓋構造体３０を備える。外装缶１０は、一端が開口した有底円筒形状の部材であり導電性を有している。電極体２０は、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを重ねて渦巻き状に巻くことによって略円筒状に構成されている。蓋構造体３０は、外装缶１０の開口部を閉塞する構造体である。ニッケル水素二次電池１は、外装缶１０に電極体２０が収容され、さらにアルカリ電解液（図示せず）が充填され、外装缶１０の開口が蓋構造体３０に閉塞されて構成されている。
【００２６】
正極板２１は、非焼結式ニッケル極であり、正極芯体（図示せず）と正極芯体に保持された正極合剤とからなる。正極芯体は、耐アルカリ性を有する金属材料からなり、金属繊維によって構成されたフェルト状の３次元の網目構造を有する。耐アルカリ性を有する金属材料としては、例えばニッケルを用いることができる。正極合剤は、正極活物質粒子、正極板の特性を改善するための種々の添加剤粒子、これら正極活物質粒子及び添加剤粒子の混合粒子を正極芯体に結着するための結着剤からなる。
【００２７】
正極活物質粒子は水酸化ニッケル粒子である。水酸化ニッケル粒子は、ニッケルの平均価数が２よりも大の高次水酸化ニッケル粒子であってもよい。また水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等を固溶していてもよく、あるいはコバルト化合物で表面が被覆されていてもよい。添加剤は、酸化イットリウムの他に、酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物、酸化エルビウム等の希土類化合物等を用いることができる。結着剤は、親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。より具体的には結着剤は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）のうちから選択される１種以上を使用することができる。結着剤は、例えば正極活物質粒子１００質量部に対して０．１質量部以上０．５質量部以下となるようにすればよい。
【００２８】
負極板２２は、帯状をなす導電性の負極芯体（図示せず）に負極合剤が保持されて形成されている。負極芯体は、複数の貫通孔を有するシート状の金属材からなり、例えばパンチングメタル、金属粉末焼結体基板、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット等を用いることができる。特にパンチングメタルや金属粉末を成型してから焼結した金属粉末焼結体基板は負極芯体に好適である。
【００２９】
「負極活物質」としての負極合剤は、水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子と結着剤とからなる。水素吸蔵合金粒子は、電池の充電時にアルカリ電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよい。このような水素吸蔵合金としては、特に限定されないが、例えばＬａＮｉ5やＭｍＮｉ5（Ｍｍはミッシュメタル）等のＡＢ5型系のものを用いることができる。また負極合剤は、水素吸蔵合金に代えて、例えばカドミウム化合物を用いることもできる。結着剤は、例えば親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。
【００３０】
セパレータ２３は、例えばポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを材料として用いることができる。
【００３１】
蓋構造体３０は、蓋板３１、絶縁ガスケット３２、弁体３３、正極端子３４、圧縮コイルばね３５、正極リード３６及び正極集電板３７を含む。蓋板３１は、略円形をなし、中央に弁孔３１１が設けられている。蓋板３１は、絶縁ガスケット３２が介装された状態で、外装缶１０の開口縁をかしめ加工することによって外装缶１０に固定されている。弁体３３は、ゴムと金属板とを張り合わせた部材であり、弁孔３１１を閉塞するように蓋板３１の外面上に設けられている。正極端子３４は、フランジ付きの円筒形状をなし、弁体３３を覆うように固定されている。圧縮コイルばね３５は、正極端子３４内に収容されており、弁体３３を付勢している。正極リード３６は、折り曲げられた状態で設けられており、蓋板３１の内面に一端が溶接され、正極集電板３７に他端が溶接されている。正極集電板３７は、円板形状の部材であり、外装缶１０にアルカリ電解液を注液するための孔３７１が中央に形成されている。
【００３２】
正極板２１の正極芯体は、正極集電板３７側の端部に連結部２１１が形成されている。連結部２１１の径方向内面には、例えば溶接又は導電性接着剤によって、ニッケルリボン等からなる帯状の金属薄板２１２が固定されている。金属薄板２１２は、連結部２１１から突出して正極集電板３７に当接している。つまり正極集電板３７と正極板２１とは、金属薄板２１２を介して電気的に接続されている。他方、負極板２２は、ニッケル水素二次電池１の負極端子をなす外装缶１０の内周面に接した状態で、その外装缶１０と電気的に接続されている。
【００３３】
＜負極板の構造＞
本発明に係るニッケル水素二次電池１の負極板２２の構造について、図４を参照しながら説明する。
図４は、負極板２２の正面図であり、負極板２２を実線で図示するとともに、正極板２１を一点鎖線で図示してある。
【００３４】
電極体２０は、セパレータ２３（図４では図示省略）を間に介在させて正極板２１と負極板２２とを概ね図４に図示した位置関係で重ねた状態とし、それを巻き始め端部Ａから巻き終わり端部Ｂへ向けて、巻方向Ｘへ巻いていくことによって構成される。また電極体２０は、負極板２２が内側になるように巻かれて構成されるとともに、負極板２２の巻方向Ｘの長さが正極板２１の巻方向の長さより長いため、最内周部分及び最外周部分は、いずれも負極板２２で構成されることになる。
【００３５】
負極板２２は、電極体２０の最内周部分に対応する最内周部２２１、電極体２０の最外周部分に対応する最外周部２２２、最内周部２２１及び最外周部２２２以外の部分に対応する中間部２２３を含む。そして負極板２２の最内周部２２１の幅Ｗ１、負極板２２の最外周部２２２の幅Ｗ２、負極板２２の中間部２２３の幅Ｗ３は、いずれも正極板２１の幅Ｗ４より短い。そのため正極板２１の側端は、負極板２２の側端より外側に位置することになる。したがって正極板２１の側端に生じたバリがセパレータ２３を突き破って負極板２２側へ突出しても、その正極板２１の側端のバリは、負極板２２の側端より外側に突出することになるため、そのバリが負極板２２に接触して内部短絡が発生する虞を低減することができる。このようにして本発明に係るニッケル水素二次電池１によれば、正極板２１の側端のバリに起因する内部短絡が発生する虞を低減することができる。
【００３６】
さらに負極板２２は、最内周部２２１の幅Ｗ１、最外周部２２２の幅Ｗ２がいずれも中間部２２３の幅Ｗ３より短い。つまり負極板２２は、正極板２１の側端のバリに起因する内部短絡が相対的に発生しやすい電極体２０の最内周部分及び最外周部分に対応する最内周部２２１及び最外周部２２２の幅Ｗ１、Ｗ２が中間部２２３の幅Ｗ３より短い形状を為している。これは本発明に必須の構成要素ではないが、電極体２０の最内周部分及び最外周部分は、前述したように正極板２１の側端のバリに起因する内部短絡が相対的に発生しやすいため、このような構成とするのが好ましい。このような構成とすることによって電極体２０の最内周部分及び最外周部分においては、セパレータ２３を突き破って負極板２２側へ突出した正極板２１の側端のバリと負極板２２の側端との間隔がより広くなるので、そのバリが負極板２２に接触して内部短絡が発生する虞をさらに低減することができる。
【００３７】
＜他の実施例、変形例＞
本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。
【００３８】
例えば上記実施例に加えて負極板２２は、電極体２０の最内周部分に対応する最内周部２２１の負極活物質の密度を中間部２２３の負極活物質の密度より低くするのが好ましい。負極板２２の負極活物質の密度は、例えば負極板２２の製造工程の圧延工程において圧延時の圧力を調整することによって増減調整することができる。
【００３９】
このような構成とすることによって、負極板２２の最内周部２２１の柔軟性を高めることができるので、巻き径が最も小さく曲率が最も大きい電極体２０の最内周部分の巻加工が容易になる。それによって電極体２０の最内周部分において、負極板２２が局所的に高い接触圧でセパレータ２３を正極板２１に押しつける状態となる虞を低減できる。つまり電極体２０の最内周部分において、正極板２１の端部のバリがセパレータ２３を突き破って負極板２２側に突出する虞を低減することができるので、正極板２１の側端のバリに起因する内部短絡が生ずる虞をさらに低減することができる。また電極体２０の最内周部分の巻加工が容易になることによって、電極体２０の真円度を高めることができるので、ニッケル水素二次電池１の製造工程において有底円筒形状の外装缶１０に電極体２０を挿入する際に挿入不良が生ずる虞を低減することができる。
【００４０】
また例えば上記実施例に加えて負極板２２は、電極体２０の最外周部分に対応する最外周部２２２の負極活物質の密度を中間部２２３の負極活物質の密度より低くするのが好ましい。このような構成とすることによって、負極板２２の最外周部２２２の柔軟性を高めることができるので、セパレータ２３を介して接する正極板２１と負極板２２との接触面が面接触となり易くなる。それによって電極体２０の最外周部分において、負極板２２からセパレータ２３と正極板２１との接触面に作用する圧力がほぼ均一になり、局所的に強い圧力でセパレータ２３が正極板２１に押しつけられる状態となる虞を低減することができる。つまり内部短絡が相対的に発生しやすい電極体２０の最外周部分において、正極板２１の側端のバリがセパレータ２３を突き破って負極板２２側へ突出する虞を低減することができるので、正極板２１の側端のバリに起因する内部短絡が生ずる虞をさらに低減することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ニッケル水素二次電池
１０  外装缶
２０  電極体
２１  正極板
２２  負極板
２３  セパレータ
２２１  負極板の最内周部
２２２  負極板の最外周部
２２３  負極板の中間部
Ｗ１  負極板の最内周部の幅
Ｗ２  負極板の最外周部の幅
Ｗ３  負極板の中間部の幅
Ｗ４  正極板の幅
Ｘ  電極体の巻方向
【図１】
2013134940.tif 000003
【図２】
2013134940.tif 000004
【図３】
2013134940.tif 000005
【図４】
2013134940.tif 000006