(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ芯体に活物質が担持されてなる正極板および負極板がセパレータを介して交互に積層されてなる電極群を備え、この電極群が有底角形形状の外装ケース内に収納された角形電池において、前記電極群の両側に位置する一対の負極板が外装ケースの内面に接触しており、当該一対の負極板の芯体が外装ケースの底面に対応する領域で一体に連続あるいは相互に溶接されて連結されていることを特徴とする角形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形電池に関し、さらに詳しくは、外装ケースへの電極群の挿入性が良好で電池の内部短絡などが発生することが防止されている角形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯型パソコンなどの各種携帯型電子機器の普及に伴い、これらの機器の小型軽量化、高性能化の要求が高まっており、それに伴って、その電源としての二次電池の高容量化、ならびに、薄形化、小型軽量化に対する要望も強くなってきている。
【０００３】
角形電池は、各種機器に搭載する際の体積効率が高いという点で注目されており、具体的には、例えば、角形ニッケル・カドミウム二次電池や角形ニッケル・水素二次電池などの角形アルカリ二次電池がある。
このような角形二次電池は、矩形状の正極板および負極板をセパレータを介して交互に積層して形成した電極群を外装ケース内に収容した構造となっている。例えば、図７に示すように、負極板１と、セパレータ３により外周を被覆された正極板２とを交互に積層し、両側すなわち最外に２枚の負極板１を配置して電極群４が形成されている。そして、正極板２には正極導電タブ５を、負極板１には負極導電タブ６をそれぞれ溶接したのち、さらに、同一極性のタブ同士を１つに溶接した後、全体を図示しない外装ケースに挿入することにより、角形二次電池が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の角形二次電池において、電極群４を外装ケースに挿入する際に、以下に述べるような問題がある。すなわち、図８に示すように、外装ケース８の上部開口から電極群を挿入する際に、電極群４の最外に位置する一対の負極板１がそれぞれ図中矢線の方向つまり互いに外方へ広がる傾向があるため、この最外負極板１の下端１ａが外装ケース８の開口部縁部８ａに接触することにより、最外負極板１がめくれて挿入不良が生じたり、最外負極板１から負極活物質が脱落したりする。その結果、脱落した活物質で電池の内部短絡が発生することもあり、製造歩留まりが低下するという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、実開平6-54208号公報では、図９に示すように電極群４、すなわち、一対の最外負極板１と電極群底部４ａの全面とを粘着テープ９によりコ字状に被覆して、電極群４の最外負極板１の横方向への広がりを防止した構造が提案されている。同様に、特開昭63-264863号公報には、コ字状に形成された導電体で電極群を挟持した構造の角形密閉電池が提案されている。
【０００６】
また、特開平7-147155号公報には、図１０に示すように、コ字状に折曲形成された負極板１０に正極（図示省略）を収納したセパレータ４を挟持してなる電極ユニット１１を複数個組み合わせて構成された電極群１２を有する角形密閉電池が提案されている。
しかしながら、前者の角形密閉電池は粘着テープや導電体など付加的な構造部品を必要とするため、部品点数が増加すると共に、製造工程数も増加する。その結果、製造コストの上昇を余儀なくされるという問題がある。さらに、電極群を粘着テープや導電体により被覆することにより電極群の合計体積が増加するため、高容量化を進める上での制約が生じるなどの新たな問題もある。
【０００７】
一方、後者の角形密閉電池は、各電極ユニット内では下部の広がりは防止できるが、最外の電極ユニットが外装ケース挿入時にやはり外方にめくれてしまうという問題がある。
本発明は上記の問題を解決し、電極群を外装ケースに挿入する際に、最外負極板がめくれたり、負極活物質が脱落することがなく、さらに、部品点数の増加による製造コストの増大も防止された構造の角形電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、それぞれ芯体に活物質が担持されてなる一方の電極および他方の電極がセパレータを介して交互に積層されてなる電極群を備え、この電極群が有底角形形状の外装ケース内に収納された角形電池において、前記電極群の両側に位置する一対の負極板が外装ケースの内面に接触しており、当該一対の負極板の芯体が外装ケースの底面に対応する領域で一体に連続あるいは相互に溶接されて連結されているものが提供される。
【０００９】
なお、上記の構成において、前記両側に位置する前記一方の電極の芯体が一体に連続形成されたものであることが好ましく、さらに、前記両端に位置する前記一方の電極の端部にそれぞれ導電タブが接続されており、これらの導電タブ同士が相互に接続されていることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の角形電池の一例として、角形密閉電池について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の角形密閉電池の構造の一例を示し、この角形密閉電池２１において、電極群２７は、後述するように断面コ字状に形成された最外負極２６と、この最外負極２６内に収納される電極ユニット２５とから構成されている。電極ユニット２５は内部に短冊状の正極板２２を収納した、例えば袋状のセパレータ２３と、同じく短冊状の負極板２４とが交互に積層されたものである。
【００１１】
そして、この電極群２７が外装ケース２８内に収納されて角形密閉電池２１が構成されている。
正極板２２としてはとくに限定されるものではないが、例えば、芯体としてのニッケルめっき繊維基板内に、水酸化ニッケルを主成分としたペースト状活物質を充填、乾燥した後、圧延成形したものが使用される。負極板２４としては、とくに限定されるものではないが、二次元芯体例えばパンチングメタルに、負極活物質として例えば水素吸蔵合金を主成分としたペースト状活物質を塗布し、乾燥したのち圧延成形したものを使用することができる。
【００１２】
セパレータ２３としては、とくに限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン樹脂を主成分とした繊維からなる不織布を袋状に形成したものを使用することができる。
この電極群２７は例えば金属製の外装ケース２８内に収納され、この外装ケース２８の上部が封口蓋２９により密閉されている。また、最外負極２６は負極端子を兼ねる外装ケース２８の内面に接触しており、封口蓋２９には当該封口蓋２９とは絶縁された状態で正極端子３０が配設されている。
【００１３】
次いで、上記の角形密閉電池２１の特徴である電極群２７の作製方法について説明する。
この電極群２７の最外負極２６の一対の負極板３３の芯体３１同士は外装ケース２８の底面に対応する領域で相互に連結されている。この最外負極２６の作製方法はとくに限定されるものではなく、別個に作製された負極板３３の芯体３１を所定の箇所で例えば溶接することにより連結することもできるが、以下に述べるように、一体に連続した芯体３１を使用して一対の負極板３３を作製すると工程的にみても有利である。
【００１４】
図２〜４は電極群２７における最外負極２６の作製工程を示し、まず、図２のような長尺の二次元芯体例えばパンチングメタル３１を用意する。ついで、図３に示すように、このパンチングメタル３１の中央部の上記外装ケース２８の底面に対応する領域３１ａを除く両側の領域に、負極活物質として例えば水素吸蔵合金を主成分としたペースト状活物質を塗布し、乾燥したのち圧延成形して負極板３３を形成する。この負極板３３は最終的に電極群２７の両側に位置する一対の負極板となる。
【００１５】
そして、パンチングメタル３１の中央領域３１ａのパンチ孔３１ｂに沿ってパンチングメタル３１を折曲し、図４に示すような断面コ字状の最外負極２６を得る。しかるのち、この最外負極２６の上記の電極ユニット２５を挿入し、電極ユニット２５の各極板に接続された正極導電タブ３４および負極導電タブ３５同士を例えば溶接接続して電極群２７を完成する。
【００１６】
このようにして得られた電極群２７を外装ケース２８内に収納して図１に示した角形密閉電池２１を完成する。このとき、電極群２７は断面コ字状の最外負極２６により電極ユニット２５が挟持された構造であり、最外負極２６はその芯体３１が外装ケース２８の底面に対応する領域３１ａで相互に連結されているため、外装ケース２８への挿入時に当該ケース２８の開口縁部に最外負極２６の負極板３３の下端３３ａが当接して外方にめくれて挿入不良が発生したり、または、芯体３１から活物質が剥離、脱落したりして電池の内部短絡が発生することが防止される。
【００１７】
図５は本発明の角形密閉電池に使用される最外負極のさらに好ましい態様を示し、図４と同一の構成要素には同一の符号を付して示してある。
最外負極３６は、上記の最外負極２６と同様に断面コ字状に形成され、負極板３３からそれぞれ導電タブ３７が突出形成されている。この最外負極３６の作製方法は上記と同様であるが、例えば、最初に用意するパンチングメタルの長手方向の長さを導電タブ３７の長さだけ延長しておき、ペースト状活物質を塗布、乾燥したのち、圧延成形して負極板３３を形成する。さらに、導電タブ３７となる領域を残して、その他の領域を切削し、しかるのち、導電タブ３７となる領域の活物質を剥離してパンチングメタル３１を露出させることにより形成する方法が好適に使用される。
【００１８】
つまり、この最外負極３６の負極板３３に付設される導電タブ３７は最外負極３６のコ字状の芯体すなわちパンチングメタル３１と一体に形成されることになる。さらに、上記と同様にパンチングメタル３１の外装ケース底面に対応する領域をパンチング孔３１ｂに沿って折曲し、最外負極３６を完成する。
そして、上記と同様にしてこの最外負極３６内に上記の電極ユニット２５を収納して得られた電極群３８において、図６に示すように、正極の導電タブ３４同士、負極板の導電タブ３５同士、さらに、最外負極３６の両側の負極板３３の導電タブ３７同士をそれぞれ溶接接続したのち外装ケース内に挿入して角形密閉電池を完成する。
【００１９】
この態様において、最外負極３６は外装ケース底面に対応する領域において芯体すなわちパンチングメタル３１が相互に連結されていると同時に、外装ケース２８の開口部に対応する領域において負極板３３の導電タブ３７が相互に溶接された状態となり、言うなれば、電極ユニット２５は上下左右が最外負極３６に囲繞されている構成となる。したがって、外装ケースに挿入する際、負極板３３下部の広がりが抑制される同時に、負極板３３の上部の広がりをも抑制することができる。その結果、内部短絡などの防止という観点から、さらに有利である。
【００２０】
【実施例】
実施例１
密閉角形電池として、図１に示した構造の電極群２７を有する角形ニッケル・水素二次電池を作製した。すなわち、活物質として水酸化ニッケルを含むペースト式正極板２２をポリプロピレン製不織布からなる袋状のセパレータ２３で包被し、一方で、水素吸蔵合金を含むペースト式負極板２４を用意した。この正極板２２と負極板２４とをセパレータ２３を介して交互に積層して得られた電極ユニット２５を、前述した方法で作製された最外負極２６に収容して電極群２７を形成し、この電極群２７を外装ケース２８内に収納した後、アルカリ電解液を注入した。
【００２１】
実施例２
図６に示した構造の電極群３８を用いたことを除いては、上記実施例１と同様にして角形ニッケル・水素二次電池を作製した。
比較例
図７に示した従来の電極群４を使用したことを除いては上記実施例１と同様にして角形ニッケル・水素二次電池を作製した。
【００２２】
<評価試験>
上記の実施例１，２および比較例で得られた角形密閉電池について、電極群を外装ケースに収納した際の内部短絡発生率を調べた。
この短絡検査は、各電極群を金属外装ケースに挿入した直後に、一定電圧を印加し、規定値以下の抵抗値であった場合をショート発生と判定することにより実施した。
【００２３】
その結果、実施例１のショート発生率は０．２９％、実施例２のショート発生率は０．２１％、ならびに、比較例のショート発生率は０．６０％であった。
以上の評価結果からも明らかなように、本発明の角形密閉電池は従来の角形密閉電池にくらべてショート発生率が極めて低いことが確認された。これは、本発明の角形密閉電池に組み込まれている電極群が電極ユニットの下部を断面コ字状の最外負極で束ねられている構成となっているため、外装ケースへの挿入時に極板の端部が当該ケースの縁部と接触してこすれたり、めくれたりすることが防止されるためである。
【００２４】
さらに、実施例１よりも実施例２の角形密閉電池のショート発生率がさらに低いのは、実施例２で使用されている電極群の上部において最外負極の導電タブ同士が接続されることにより、電極群上部においても極板の広がりが防止されているためであると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の角形電池は、付加的な部品などを必要とせずに、電極群を外装ケースに挿入する際の電極板の広がりを防止できるので、製造コストの上昇を招来することなく、電池の内部短絡の発生などを有効に防止することが可能となる。したがって、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角形電池の一実施形態である角形密閉電池の構成を示す概念的一部破断斜視図である。
【図２】最外負極を作製するための芯体（パンチングメタル）の斜視図である。
【図３】パンチングメタルに活物質を塗布した状態の斜視図である。
【図４】最外負極に電極ユニットを挿入する工程を示す概念的斜視図である。
【図５】本発明の角形密閉電池に使用される最外負極の他の構成を示す概念的斜視図である。
【図６】図５の最外負極を使用して得られた電極群の概念的斜視図である。
【図７】従来の角形密閉電池に使用される電極群の概念的斜視図である。
【図８】図７の電極群を外装ケースに収納する工程を示す概念図である。
【図９】従来の電極群の他の構成を示す概念的斜視図である。
【図１０】従来の電極群の他の構成を示す概念的斜視図である。
【符号の説明】
21  角形密閉電池
22  正極板
23  セパレータ
24,33  負極板
25  電極ユニット
26,36  最外負極
27,38  電極群
28  外装ケース
29  封口蓋
30  正極端子
31  パンチングメタル（芯体）
31b  パンチング孔
34  正極導電タブ
34,37  負極導電タブ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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