(57)【要約】【課題】積層電池において、その構造上、電極同士の短絡および電極と集電体との接触不良が問題となる。この問題を解決する手段として、例えば、電極と集電体と溶接するのは多大な手間が必要となる。更に、電池の組立過程において活物質が剥離して電極間で短絡が生じるおそれがある。【解決手段】表面に活物質を塗工した穴の開いた、２つの電極であって、一方の電極の外周部には活物質が塗工されておらず、他方の電極の穴の周囲部には活物質が塗工されていない、これら２つの電極のいずれか一方が負極であり、他方が正極である、積層電池用の電極を提供する。これによれば、出力特性に優れ、電極間で短絡が生じるおそれがなく、安価な電池用の電極およびこれを用いた積層電池を提供することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を除き表面に活物質を塗工した、第１電極を備えた、積層電池用電極。
【請求項２】
穴の周囲部を除き、表面に活物質を塗工した第２極を備えた、積層電池用電極。
【請求項３】
前記第１電極および前記第２電極を備えた請求項１および２に記載の積層電池用電極。
【請求項４】
前記第１電極の穴の周囲部に活物質が塗工されておらず、
前記第２電極の外周部に活物質が塗工されていない請求項３に記載の積層電池用電極。
【請求項５】
前記第１電極と前記第２電極との間に配され、穴を備えたセパレータを有しており、
前記セパレータの外縁が、前記第１電極により覆われており、
前記セパレータにおける前記穴の周縁が、前記第２電極により覆われており、
前記第２電極の外縁が、前記セパレータにより覆われており、
前記第１電極における前記穴の周縁が、前記セパレータにより覆われている、請求項３に記載の積層電池用の電極を有する電極群。
【請求項６】
導電性を有する筒状の外装体と、
前記電極群を、前記外装体の軸方向に沿って貫通している、導電性を有する集電体と、を備えており、
前記電極群が、前記外装体の軸方向に沿って積層されており、
前記第１電極が、前記外装体の内面と電気的に接続されている一方、前記集電体と接触しておらず、
前記第２電極が、前記外装体の内面に接触していない一方、前記集電体と電気的に接続されている、請求項５に記載の電極群を有する積層電池。
【請求項７】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１印刷工程後に前記第１電極を切断する第１電極切断工程とを備え、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程と、
前記第２電極印刷工程後に前記第２電極を切断する第２電極切断工程とを備えた、積層電池用の電極の製造方法。
【請求項８】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第１電極印刷パターンに沿って、前記第１電極を切断する第１電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を、第１電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第２電極印刷パターンに沿って、前記第２電極を切断する第２電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を、第２電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程とを備えた、積層電池用の電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用の電極に関し、詳しくは、集電性能の向上を図り、製造工数の低減を図った積層電池およびその電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の主な電極構造には、捲回タイプと積層タイプの２つのタイプがある。捲回タイプの電極構造を有する電池（捲回電池；例えば、特許文献１）は、正極と負極とがセパレータを挟んで渦巻状に巻き取られた状態で、電池ケース内に収納されている。積層タイプの電極構造を有する電池（積層電池）は、正極と負極とがセパレータを介して交互に積層されている電極群が、電池ケース内に収納されている。特許文献２には、円板状の電極が積層された円筒型電池が開示されている。特許文献３には矩形板状の電極が積層されプリーツ状に折り畳まれた角型電池が開示されている。
【０００３】
特許文献４に開示の積層電池は、外装体と、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータと、正極、負極およびセパレータを外装体の軸方向に沿って貫通している導電性の集電体とを備えている。正極、負極およびセパレータは、外装体の軸方向に積層されている。そして、正極および負極のいずれか一方の電極である第１電極が、外装体の内面に接触している一方、集電体と接触していない。他方の電極である第２電極が、外装体に接触していない一方、集電体に接触している。第２電極の外縁は、セパレータにより覆われており、第１電極における集電体が貫通する穴の周縁が、セパレータにより覆われている。
【０００４】
特許文献５には、正極および負極を筒状の外装体の軸方向に積層して、正極もしくは負極の一方電極と外装体の間に金属箔を介在させて、正極もしくは負極の他方の電極と集電体との間に金属箔を介在させた積層電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９８０４４号公報
【特許文献２】特開２０００−４８８５４号公報
【特許文献３】国際公開２００９／１２５５４４号公報
【特許文献４】国際公開２０１３／０９４３８３号公報
【特許文献５】特開２０１４−７１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、板状の電極は、活物質、導電助剤、バインダーからなるスラリーを基板上にコンマコーターやダイコータを用いて塗布することにより作製される。しかし、これらコーターによる製造では、四角形状以外の電極の製造には対応できない。円形状の塗工面を有する電極を得るためには、四角形状に塗工された電極板を円形状に切断する必要がある。切断で得られた電極は全面に塗工部を有するので、電極の塗工部が脱落および剥離するといった問題がある。事実、円板状の電極が積層された円筒型電池において（例えば、特許文献２、４）、電極は基板の上に活物質を全面塗布して形成されている。脱落・剥離した塗工部は、異物となり内部短絡を起こす原因となる。
【０００７】
特許文献４に示す積層電池の電極は、全面に塗工部分を有している。第１電極からの集電は、電極の外周縁で得ており、第２電極からの集電は穴の内周縁で得ている。しかし、第１電極の外径は第１電極を包む外装体の内径より少し大きいため、電池の組み立て時において、電極の接触部分に弾性応力がかかるため、第１電極の外周部の塗工部が脱落または剥離するという問題がある。同様に、第２電極の穴の径は第２電極を貫通する集電体の外径よりも小さいため、集電体と接触する電極の穴の周縁部も、塗工部が脱落または剥離するおそれがある。
【０００８】
電極を外装体に組み込む際および集電体を電極に圧入する際に、脱落または剥離した電極の塗工部により、電極間で短絡が生じるおそれがある。
【０００９】
電池の活物質は充電すればその体積が増加し、放電すればその体積が減少する。電極は充放電によりその体積が変化する。温度変化によっても電極の体積は変動する。電極の体積が変化すれば、電極と集電体との間隔が変化して接触不良を起こすことになる。電極と集電体とをスポット溶接して接合すれば、接触不良をなくすことができる。しかし、多数の箇所をスポット溶接するのは多大な手間と時間がかかり、製造コストが上昇するという問題がある。
【００１０】
また、電極の切断面において、切断当初は塗工部と基板とが均一な面を形成していても、充放電を繰り返すうちに塗工部が膨出してきて、基板が集電部から離れて、塗工部である活物質を介して集電されることになる。活物質は基板に比べて大きな電気抵抗を有するので、出力の低下およびオーム損失の増加を招くという問題がある。
【００１１】
四角形状に塗工された電極板を円形状に打ち抜いて、円形状の電極を製造する方法は、打ち抜いた後の電極板を再生する必要があるので、歩留まりがよくないという問題がある。
【００１２】
積層電池において、その構造上、電極同士の短絡および電極と集電体および外装体との接触不良が問題となる。この問題を解決する手段として、例えば、特許文献５には、電極と集電体および外装体との間に金属箔を配して、接触不良をなくす手段が開示されている。しかし、電極と集電体および外装体との間に金属箔を配するのは、製造コストの増大を招くという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した目的を達成するために、本発明に係る積層電池用の電極は、外周部を除き表面に活物質を塗工した、第１電極を備えている。また、本発明に係る積層電池用の電極は、穴の周囲部を除き、表面に活物質を塗工した第２極を備えている。この構成において、表面に活物質を塗工した穴の開いた、大小２つの電極であって、大きい電極の外周部には活物質が塗工されておらず、小さい電極の穴の周囲部には活物質が塗工されていない。
【００１４】
この構成によれば、集電部分と接触する電極の近傍には活物質が塗工されていないので、電極を切断加工する際および電池を組み立てる際に、電極から塗工部が脱落または剥離することがないので、塗工部による電極間の短絡が生じるおそれがない。また、電極からの集電は電気抵抗の高い活物質を介在することなく、直接電気抵抗の小さい基板を介して行うので、出力特性に優れる。
【００１５】
この構成において、第１電極に塗工する活物質は、正極活物質および負極活物質のいれずれか一方の活物質であり、第２電極に塗工する活物質は、正極活物質および負極活物質のいれずれか他方の活物質である。
【００１６】
本発明に係る積層電池用の電極は、前記第１電極の穴の周囲部に活物質が塗工されておらず、前記第２電極の外周部に活物質が塗工されていない。
【００１７】
本発明に係る積層電池用の電極群は、前記第１電極と前記第２電極との間に配され、穴を備えたセパレータを有しており、前記セパレータの外縁が、前記第１電極により覆われており、前記セパレータにおける前記穴の周縁が、前記第２電極により覆われており、前記第２電極の外縁が、前記セパレータにより覆われており、前記第１電極における前記穴の周縁が、前記セパレータにより覆われている。
【００１８】
この構成において、第１電極、第２電極およびセパレータは、中央に同心状に穴を有している。そして、この構成によれば、正負極のいずれか一方である小さい電極と、正負極のいずれか他方である大きい電極とは、セパレータにより確実に隔離されているので電極間で短絡が生じるおそれがない。
【００１９】
本発明に係る積層電池は、導電性を有する筒状の外装体と、前記電極群を、前記外装体の軸方向に沿って貫通している、導電性を有する集電体と、を備えており、前記電極群が、前記外装体の軸方向に沿って積層されており、前記第１電極が、前記外装体の内面と電気的に接続されている一方、前記集電体と接触しておらず、前記第２電極が、前記外装体の内面に接触していない一方、前記集電体と電気的に接続されている。
【００２０】
この構成によれば、集電体と小さな電極を溶接する必要がないので、溶接に要する多大な手間を省くことができる。また、電極と集電体との間に金属箔を配することを必要としないので、製造コストの増大を招かない。
【００２１】
本発明に係る積層電池用の電極の製造方法は、正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、前記第１印刷工程後に前記第１電極を切断する第１電極切断工程とを備え、前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程と、前記第２電極印刷工程後に前記第２電極を切断する第２電極切断工程とを備えている。
【００２２】
本発明に係る積層電池用の電極の製造方法は、正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第１電極印刷パターンに沿って、前記第１電極を切断する第１電極切断工程と、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を、第１電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第２電極印刷パターンに沿って、前記第２電極を切断する第２電極切断工程と、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を、第２電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程とを備えている。
【００２３】
これら方法によれば、スクリーン印刷により活物質を基板に塗工して円盤状の電極を直接製作するので、コンマコーターやダイコータを用いて四角形状に塗工された電極板を円形状に打ち抜く必要がなく、高価な活物質を有効に利用することができ、歩留まりが向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、出力特性に優れ、電極間で短絡が生じるおそれがなく、安価な電池用の電極およびこれを用いた積層電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の電極の平面図と断面図である。
【図２】穴の周囲部が未塗工の電極の平面図と断面図である。
【図３】外周部が未塗工の電極の平面図と断面図である。
【図４】外周部と穴の周囲部が未塗工の電極の平面図と断面図である。
【図５】本発明の電極を用いた積層電池の概略構成図であり、軸方向断面を示す。
【図６】図５に示す積層電池の変形例を示す概略軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態の説明にあたり、説明の都合上ニッケル水素電池を例に取り述べるが、二次電池のタイプはこれに限定されるものでなく、リチウムイオン電池、亜鉛マンガン電池、ニッケル鉄電池、ニッケルカドミウム等の二次電池であってもよい。
本発明の各実施形態について説明するのに際して、先ず電極の製作に用いた材料について説明した後に電極の作り方について説明をする。そして、最後に本発明に係る電極を用いた積層電池について説明を行う。
【００２７】
負極は、水素吸蔵合金、例えばランタン・ニッケル、を主要な物質として含んでいる。正極の活物質としては、オキシ水酸化ニッケルを用いた。セパレータに保持される電解液としては、ニッケル水素電池で一般的に用いられているアルカリ系水溶液、ＫＯＨ水溶液を用いた。
【００２８】
負極としては、水素吸蔵合金、導電性フィラーおよびバインダーに溶剤を加えてペースト状にしたものを、基板上に塗工して板状もしくはフイルム状に成形し、硬化させたものを使用する。同様に、正極としては、正極活物質、導電性フィラーおよびバインダーに溶剤を加えてペースト状にしたものを、基板上に塗工して板状もしくはフイルム状に成形し硬化させたものを使用する。
【００２９】
導電性フィラーとしては、炭素粒子を用いた。基板としては、ニッケル板のような電気伝導性のある金属板もしくは金属箔を用いることができ、本実施形態においては、ニッケルメッキ鋼板を用いた。
【００３０】
セパレータは、水素イオンを透過させるが電子を透過させない素材を使用している。セパレータを形成する素材としては、例えば、ポリプロピレン繊維を使用することができる。セパレータには電解液が保持されている。電解液としては、ニッケル水素電池で一般的に用いられているアルカリ系水溶液、例えば、ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ＬｉＯＨ水溶液などを用いることができる。
【００３１】
図１は従来技術の電極の図面であって、図１（１）に平面図を、図１（２）にＡ−Ａ断面を示す。従来技術の電極１は基板５の両側全面に渡って活物質が塗工されている。電極の切断加工直後は、外周側切断面（６ｐ、５ｐ）および穴側切断面（６ｃ、５ｃ）は揃っていて、均一な面となっているが、充放電により活物質が膨出すると、外周側の塗工部切断面６ｐは外周側の基板切断面よりも外装体側（図１（１）の円の外側）に移動して、電気抵抗の高い塗工部切断面６ｐが集電面となる。同様の現象が穴側（６ｃ、５ｃ）でも生じて、電気抵抗の高い塗工部切断面６ｃが集電面となる。
【００３２】
図２〜図４は、本発明に係る電極の図面であって、それぞれ、（１）に平面図を、（２）に断面図を示す。図２に示す電極２は、集電体が貫通する穴７の周囲部８は活物質が未塗工であって、穴７の周縁において集電体と接触して集電がなされる。図２の実施例であれば、穴側の集電は基板の切断面５ａにおいてなされるので小さな電気抵抗で集電が行われる。活物質の体積が変動しても、塗工部の切断面６ａが基板の切断面５ａを超えて移動することがない。電極２は、課題を解決するための手段にいう第２電極に相当する。
【００３３】
図３に示す電極３は、外周部９は活物質が未塗工であって、外縁において外装体と接触して集電がなされる。したがって、電極３は、図２に示す電極２よりも大きい。図２と同様に、活物質の体積が変動しても、塗工部の切断面６ｂが基板の切断面５ｂを超えて移動することがなく、集電は電気抵抗の低い基板の切断面５ｂにて行われる。電極３は、課題を解決するための手段にいう第１電極に相当する。図２および図３に示す電極はいずれも円盤状であるが、外形はこれに限定されるものでなく、楕円形や角形であってもよい。
【００３４】
図４は、集電体が貫通する穴７の周囲部８と外周部９は活物質が未塗工の電極の例であって、図２および図３の実施例の変形例である。塗工部が図２および図３と比べて少なくなるので電池容量は若干低下するが、電極の切断による塗工部の剥離・脱落が減少するというメリットがある。
【００３５】
本発明に係る積層電池用の電極は、表面に活物質を塗工した穴の開いた、大小２つの電極であって、大きい電極の外周部には活物質が塗工されておらず、小さい電極の穴の周囲部には活物質が塗工されていない。図２および３に示す大小２つの電極のいずれか一方が負極であり、他方が正極となる。
【００３６】
積層電池の外装体の内径より小さい外径を有する円の外側と、この円と同心状にあって積層電池の集電体の外径と同じ大きさの円の内側をマスクした印刷パターンを用いて、正極ペーストをニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う。乾燥硬化後に、印刷した正極を打ち抜いた後にバリを取り正極を完成させる。同様に、外装体の内径より小さい外径を有する円の外側と、この円と同心状にあって集電体の外径より大きい円の内側をマスクした印刷パターンを用いて、負極ペーストをニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う。乾燥硬化後に、印刷した負極を打ち抜いた後にバリを取り負極を完成させる。
【００３７】
打ち抜きによる切断の他にレーザーを利用した切断が考えられる。打ち抜きには型が必要であるが、生産性は高い。レーザーによれば、型が不要なので、パターンの変更に容易に対応が可能である。
【００３８】
また、製造方法として、先にニッケルメッキ鋼板を切断により加工後に、スクリーン印刷して、活物質を塗工してもよい。
【００３９】
また、別の製造方法として、基板としてニッケルメッキした金属箔を用いてもよい。また、印刷の代わりに、基板に活物質を含むペーストを塗布して、乾燥させた後にロールプレスして製作してもよい。
【００４０】
図５に本発明の実施形態に係る円筒型積層電池（以下、単に積層電池という）の軸方向の概略断面図を示す。図５に示す積層電池１１は、外装体１５と集電体１７と外装体内部に収納される電極群１３とを主な構成要素として備えている。外装体１５は、有底の円筒缶１２と、円筒缶の開口部１２ｃに取付けられた円盤状の蓋部材１６とから構成されている。円筒缶１２と蓋部材１６は鉄でできているが、他の金属であってもよい。蓋部材１６の外径は円筒缶の開口部１２ｃの内径より少し大きい。蓋部材１６は、電極群１３を収納後に、円筒缶の開口部１２ｃにおいて密に嵌合されている。
【００４１】
電極群１３は、正極活物質を含む正極１３ａ（第１電極）と、水素吸蔵合金を含む負極１３ｂ（第２電極）と、正極１３ａと負極１３ｂの間に介在してイオンは透過するが電子を透過させないセパレータ１３ｃとから構成されている。電極群１３は、円筒缶１２の軸方向（図５のＸ方向）に積層して外装体１５の内部に収納されている。なお、電解液（図示せず）は、セパレータ１３ｃに保持されている。正極１３ａ、負極１３ｂ、セパレータ１３ｃはいずれも中央に穴の開いた、円盤状である。負極１３ｂの外径は円筒缶１２の内径よりも小さく、負極の外縁１３ｂｂと円筒缶の内面１２ａは接触していない。一方、正極１３ａの外径は円筒缶１２の内径より大きく、正極の外縁１３ａｂは円筒缶の内面１２ａと接触しており、正極１３ａと円筒缶１２は電気的に接続されている。好ましくは、正極１３ａの外径は円筒缶１２の内径より少し大きい。
【００４２】
集電体１７は、鉄にニッケルメッキを施した材料でできており、棒状の軸部１７ａと軸部１７ａの一端に配された止め部１７ｂとを有している。ニッケルメッキを施すことにより、集電体１７がセパレータ１３ｃに含まれる電解液により腐食されるのを防止する。集電体の軸部１７ａは、正極１３ａと負極１３ｂとセパレータ１３ｃとから構成される電極群１３の中央を、外装体１５の軸方向（図５のＸ方向）に貫通している。負極１３ｂの中央に設けられた穴の径は、軸部１７ａの外径より小さい。したがって、負極の穴の周縁１３ｂａは軸部１７ａと接触して、負極１３ｂと集電体１７は、電気的に接続されている。一方、正極１３ａの中央に設けられた穴の径は、軸部１７ａの外径より大きく、正極の穴の周縁１３ａａは軸部１７ａと接触せず、正極１３ａと集電体１７は、電気的に絶縁されている。
【００４３】
電極群１３は、集電体の止め部１７ｂの上に順次積み重ねるように配されている。止め部１７ｂは、組立て時に電極群１３が集電体１７の端部から脱落するのを防いでいる。止め部１７ｂの形状は円盤状である。止め部１７ｂは、絶縁板１４を介して、円筒缶底部１２ｂに配置されている。絶縁板１４は、集電体１７と円筒缶１２が直接接触して電気的に短絡するのを防止している。止め部１７ｂと反対側の軸部１７ａの端部は、蓋部材１６の中央に設けられた軸受１８によって支持されている。蓋部材１６と軸部１７ａとが電気的に短絡を起こすことを防止するために、軸受１８は絶縁性材料でできている。蓋部材１６を貫通した軸部は正極端子１７ｃを構成する。円筒缶１２は負極端子として機能する。
【００４４】
次に、正負極１３ａ、１３ｂおよびセパレータ１３ｃの寸法と、外装体１５および集電体１７の寸法との関係について説明する。セパレータ１３ｃの外縁が、正極１３ａ（第１電極）により覆われており、負極１３ｂ（第２電極）の外縁が、セパレータ１３ｃにより覆われている。そして、正極１３ａにおける集電体１７が貫通する穴の周縁が、セパレータ１３ｃにより覆われており、セパレータ１３ｃにおける集電体１７が貫通する穴の周縁が、負極１３ｂにより覆われている。
【００４５】
すなわち、セパレータ１３ｃの外径は、負極１３ｂ（第２電極）の外径より大きい。このため、正極１３ａと負極１３ｂとは、外装体１５の内周面近傍においてセパレータ１３ｃにより完全に隔離されている。このため、電極が変形しても、電極は互いに接触することがない。更に、セパレータ１３ｃの中央に設けられた穴の径は、正極１３ａの中央に設けられた穴の径より小さい。このため、正極１３ａと負極１３ｂとは、集電体１７の外周面近傍においてセパレータ１３ｃにより完全に隔離されている。このため、電極が変形しても、電極は互いに接触することがない。また、セパレータ１３ｃの外径は正極１３ａ（第1電極）の外径より小さい。このため、正極１３ａと円筒缶１２の間にセパレータ１３ｃが介在することがない。更に、セパレータ１３ｃの中央に設けられた穴の径は、負極１３ｂの中央に設けられた穴の径より大きい。このため、負極１３ｂと集電体１７の間にセパレータ１３ｃが介在することがない。
【００４６】
正極１３ａの外縁を、集電端子として機能する外装体１５の内面に当接させることにより、正極１３ａで発生する電気と熱を効率よく外装体１５に伝達することを可能にした。同様に、負極１３ｂの集電体が貫通する穴の周縁を、集電端子として機能する集電体１７に当接させることにより、負極１３ｂで発生する電気を効率よく集電体１７に伝達することを可能にした。
【００４７】
負極１３ｂの集電体が貫通する穴の周囲部（図２参照）は活物質が塗工されていないので、図２の説明で述べたメリットを有する他、負極の成型切断時に、負極活物質が剥離・脱落することがない。更に、集電体１７を電極群１３に差し込むときに、負極活物質が脱落して電極間で短絡を起こす心配はないというメリットを有す。また、活物質が未塗工部分はニッケルメッキ鋼板であるため、負極１３ｂの集電体１７とが接触する部分は弾性変形して、負極１３ｂは強く集電体１７に押し当てられて、より良好な接触を保つ。
【００４８】
正極１３ａの外周部（図３参照）は活物質が塗工されていないので、図３の説明で述べたメリットを有する他、正極の成型切断時に、正極活物質が剥離・脱落することがない。更に、電極群１３を外装体１５に圧入するときに、正極活物質が脱落して電極間で短絡を起こす心配はない。また、活物質が未塗工部分はニッケルメッキ鋼板であるため、正極１３ａの外装体１５とが接触する部分は弾性変形して、正極１３ａは強く外装体１５に押し当てられて、より良好な接触を保つ。なお、電極として図４に示すような、集電体が貫通する穴７の周囲部８と外周部９に活物質が未塗工の電極を用いてもよい。
【００４９】
図５の積層電池の変形例として、図６に円筒型積層電池（以下、単に積層電池という）の軸方向の概略断面図を示す。積層電池９０は、円筒缶９２と集電体１７と円筒缶内部に収納される電極群９３を主な構成要素として備えている。電極群９３は、正極９３ａと、負極９３ｂと、正極９３ａと負極９３ｂの間に介在するセパレータ９３ｃとから構成されている。
電極群９３は、集電体９７下方に位置する押板９８ｂの上に順次積み重ねるように配されていて、押板９８ｂは電極群９３が集電体９７の端部から脱落するのを防いでいる。押板９８ｂは円盤状の鋼板にニッケルメッキを施したものである。積み重ねた電極群９３の最上部には押板９８ａが配されていて、押板９８ａ、ｂにより電極群９３が圧縮可能になっている。
【００５０】
電極群９３は、円筒缶９２の軸方向（図６のＸ方向）に挿入されている。正極９３ａの外径は円筒缶９２の内径よりも小さく、正極の外縁と円筒缶の内面９２ａは接触していない。一方、負極９３ｂの外径は円筒缶９２の内径より大きく、負極の外縁は円筒缶９２の内面９２ａと接触しており、負極９３ｂと円筒缶９２は電気的に接続されている。円筒缶９２の上部開口部は蓋部材９６により覆われている。蓋部材９６と円筒缶９２の間には絶縁材９９が配置されていて、蓋部材９６と円筒缶９２とが接触して電気的に短絡するのを防止している。
【００５１】
負極９３ｂの中央に設けられた穴の径は、集電体軸部９７ａの外径より小さい。したがって、負極の穴の周縁は集電体軸部９７ａと接触して、負極９３ｂと集電体９７は、電気的に接続されている。一方、正極９３ａの中央に設けられた穴の径は、集電体軸部９７ａの外径より大きく、正極の穴の周縁は集電体軸部９７ａと接触せず、正極９３ａと集電体９７は、電気的に絶縁されている。
【００５２】
円筒缶底部９２ｂには絶縁シート９４が配置されていて、集電体の一方の端部９７ｂが円筒缶底部９２ｂに直接接触して、集電体９７と円筒缶９２が電気的に短絡するのを防止している。集電体の他方の端部９７ａには、下に凸の板状の弾性体からなる接続板９１が取り付けられている。接続板の端部９１ａは蓋部材の底面９６ｂに当接しており、蓋部材９６により下方に付勢されている。これにより、集電体９７と蓋部材９６とは接続板９１を介して電気的に接続された状態となっている。
蓋部材９６の中央に設けた突起９６ａは正極端子として機能する。また、円筒缶９２は、負極端子として機能する。
【００５３】
本変形例において、正極９３ａは、図３に示す外周部９が活物質が未塗工の電極を用いたが、負極９３ｂは、図１に示す基板の全面に渡って活物質が塗工された電極を用いた。水素吸蔵合金は、正極活物質よりも導電性が高いので、負極活物質である水素吸蔵合金を介して集電が行われても、出力特性が大幅に低減することがない。負極９３ｂは正極９３ａに比べて表面積が小さいので、全面塗工することにより電極容量の低減を少なくすることができる。なお、正極９３ａについては、図５の実施例と同じ効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る積層電池用電極およびこれを用いた積層電池は、産業用のみならず民生用の蓄電設備としてとして好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  従来技術の電極
２  穴周囲部未塗工電極
３  外周部未塗工電極
４  穴周囲と外周部未塗工電極
５  基板
６  活物資
７  穴
８  穴周囲部
９  外周部
１１  円筒型積層電池
１２  円筒缶（ａ：側部内面）
１３  電極群（ａ：正極、ｂ：負極、ｃ：セパレータ）
１４  絶縁板
１５  外装体
１６  蓋部材
１７  集電体（ａ：軸部、ｂ：止め部、ｃ：正極端子）
【図１】
2017174519.tif 000003
【図２】
2017174519.tif 000004
【図３】
2017174519.tif 000005
【図４】
2017174519.tif 000006
【図５】
2017174519.tif 000007
【図６】
2017174519.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月24日(2017.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
穴の周囲部を除き、表面に活物質を塗工した第２電極を備えた、積層電池用電極。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記した目的を達成するために、本発明に係る積層電池用の電極は、外周部を除き表面に活物質を塗工した、第１電極を備えている。また、本発明に係る積層電池用の電極は、穴の周囲部を除き、表面に活物質を塗工した第２電極を備えている。この構成において、表面に活物質を塗工した穴の開いた、大小２つの電極であって、大きい電極の外周部には活物質が塗工されておらず、小さい電極の穴の周囲部には活物質が塗工されていない。
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月13日(2017.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外縁が筒状の外装体の内面と接触して集電がなされる第１電極であって、
外周部を除き表面に活物質を塗工した、外形が前記外装体の内径より大きい、積層電池用電極。
【請求項２】
集電体が貫通する穴の周縁が前記集電体と接触して集電がなされる第２電極であって、
前記集電体が貫通する穴の周囲部を除き表面に活物質を塗工した、前記第２電極の前記集電体が貫通する穴の外形が前記集電体の外形より小さい、積層電池用電極。
【請求項３】
前記第１電極と、前記第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配され穴を有するセパレータとが積層されていて、
前記セパレータの外縁が、前記第１電極により覆われており、
前記セパレータにおける前記穴の周縁が、前記第２電極により覆われており、
前記第２電極の外縁が、前記セパレータにより覆われており、
前記第１電極における穴の周縁が、前記セパレータにより覆われている、請求項１および２に記載の積層電池用の電極を有する電極群。
【請求項４】
電解液と、
前記外装体と、
前記外装体の内部に収納された前記電極群と、
前記電極群を貫通する集電体とを備えていて、
外形が前記外装体の内径より大きく、かつ、外周部を除き表面に活物質を塗工した前記第１電極が、前記集電体と接触していない一方、前記外装体の内面と電気的に接続されていて、
前記集電体が通る穴の外形が前記集電体の外形より小さく、かつ、穴の周囲部を除き表面に活物質を塗工した前記第２電極が、前記外装体の内面に接触していない一方、前記集電体と電気的に接続されている積層電池。
【請求項５】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１印刷工程後に前記第１電極を切断する第１電極切断工程とを備え、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程と、
前記第２電極印刷工程後に前記第２電極を切断する第２電極切断工程とを備え、前記第１電極の外形が前記第１電極を収納する筒状の外装体の内径よりも大きく、前記第２電極の集電体が貫通する穴の外形が前記集電体の外形より小さい、積層電池用の電極の製造方法。
【請求項６】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第１電極印刷パターンに沿って、前記第１電極を切断する第１電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を、第１電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第２電極印刷パターンに沿って、前記第２電極を切断する第２電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を、第２電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程とを備え、前記第１電極の外形が前記第１電極を収納する筒状の外装体の内径よりも大きく、前記第２電極の集電体が貫通する穴の外形が前記集電体の外形より小さい、積層電池用の電極の製造方法。
【請求項７】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１印刷工程後に前記第１電極を切断する第１電極切断工程とを備え、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を前記ニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程と、
前記第２電極印刷工程後に前記第２電極を切断する第２電極切断工程とを備え、
前記第１電極切断工程で準備した前記第１電極と前記第２電極切断工程で準備した前記第２電極とがセパレータを介在させてなる電極群を、筒状の外装体の軸方向に圧入する電極群圧入工程と、
前記電極群圧入工程の前もしくは後に前記電極群に棒状の集電体を差し込む集電体圧入工程とを備えた積層電池の製造方法。
【請求項８】
正極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して正極ペーストを製作すると共に、負極活物質、導電助剤およびバインダーを混合して負極ペーストを製作する活物質ペースト準備工程と、
電極の基板となるシート状のニッケルメッキ鋼板を準備する工程と、
積層電池の外装体の内径より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第１電極印刷パターンを準備する第１電極印刷パターン準備工程と、
前記第１電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第１電極印刷パターンに沿って、前記第１電極を切断する第１電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか一方を、第１電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第１電極印刷工程と、
前記第１電極より小さい外径の円の外側と、この円と同心状にあって前記積層電池の前記集電体の外径より大きい円の内側をマスクした第２電極印刷パターンを準備する第２電極印刷パターン準備工程と、
前記第２電極印刷パターンを前記ニッケルメッキ鋼板上に配置して、前記第２電極印刷パターンに沿って、前記第２電極を切断する第２電極切断工程と、
前記活物質ペースト準備工程で準備した前記正極ペーストおよび前記負極ペーストのいずれか他方を、第２電極切断工程後のニッケルメッキ鋼板の両面にスクリーン印刷を行う第２電極印刷工程とを備え、
前記第１電極切断工程で準備した前記第１電極と前記第２電極切断工程で準備した前記第２電極とがセパレータを介在させてなる電極群を、筒状の外装体の軸方向に圧入する電極群圧入工程と、
前記電極群圧入工程の前もしくは後に前記電極群に棒状の集電体を差し込む集電体圧入工程とを備えた積層電池の製造方法。