(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする円筒型電池。
【請求項２】
帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、
上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする円筒型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒型電池に関し、特にニッケルーカドミウム電池、ニッケルー亜鉛電池、ニッケルー水素電池等の円筒型アルカリ蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記円筒型電池の極板に用いられる導電性芯体は、無数の孔が形成された金属板を打ち抜くことにより作製しており、その具体的な構造は、図７及び図８に示すように、多数の同径の孔が規則的に配置される構造となっていた。しかし、このような方法で導電性芯体を作製した場合に、切断端部において孔が存在すると、鋭く尖った刺部（図８中２０）が形成されることになるため、この導電性芯体を用いて渦巻き状の発電要素を作製した場合には、刺部がセパレータを突き破って他極と接触し、電池内でショートが発生するという課題を有していた。
【０００３】
そこで、特開平３−２２６９６８号公報に示されるように、極板を切断しようとする部位の孔を長孔とし、これにより刺部が発生するのを防止していた。
しかしながら、当該方法を用いた場合には、長孔の部位で切断する必要がある（即ち、切断部位が極めて限定される）ため、極板の長さを僅かに設計変更したような場合であっても芯体を作り直す必要があり、また、極板の幅は同じであるが、極板の長さが異なる電池の極板とは互換性がないため共通化することができず、しかも、長孔の部位に限定して切断するのは、精度上困難である。これらのことから、導電性芯体の歩留りが低下したり、機種に応じて設計変更する必要が生じるため、電池の製造コストが高騰するという課題を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の課題を考慮したものであって、導電性芯体の歩留りが低下したり、製造コストの高騰を招来することなく、電池内部でのショートの発生を抑制することができる円筒型電池の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする。
【０００６】
本発明者らが、電池内部でのショートを生じた電池を多数解析したところ、図７及び図８に示すような従来の導電性芯体２３では、導電性芯体２３の終端に存在する孔２５…のうち活物質層未形成部２１側の孔２５ａにより形成される刺部２０にて、電池内部ショートが発生していることが確認された。この理由は、この刺部２０は活物質層未形成部２１に近接しているため、刺部２０の近傍は導電性芯体２３よりも大きな強度を有する活物質層２４によって十分に被われておらず、しかも活物質層２４の端部近傍に位置するため活物質層２４が薄くなっているので、極板を巻回した場合に刺部２０が容易に変形し易く、その結果、刺部２０がセパレータを貫通するという理由によるものと考えられる。尚、導電性芯体２３の終端に存在する孔のうち活物質層未形成部２１側ではない孔２５ｂにより形成される刺部２２及び他の刺部によっては、電池内部ショートが発生していないことも確認した。この理由は、この刺部２２等の近傍は活物質層２４によって十分に被われており、しかも活物質層２４が厚くなっているので、極板を巻回した場合に刺部２２等が容易に変形せず、その結果、刺部２０がセパレータを貫通しないという理由によるものと考えられる。
【０００７】
そこで、図２及び図３に示すように、活物質層未形成部１２側に設けられた孔１３…の径が、他の部位の孔１４…の径より小さくなるように構成されていれば、例え孔１３…により刺部１５が形成された場合であっても、孔１３…の径が小さいので刺部１５自体も小さくなる。したがって、極板を巻回した場合であっても刺部１５は容易に変形せず、刺部１５がセパレータを貫通するのが抑制されるので、電池内部でショートが発生するのを抑えることができる。
【０００８】
また、小径の孔１３…は極板の長さ方向に連続して形成されているので、極板の長さが設計変更されたような場合であっても芯体を作り直す必要がなく、しかも極板の幅は同じであるが、極板の長さが異なる電池の極板と互換性を有するので、共通化することができる。加えて、切断部位が厳密に規制されることもない。これらのことから、導電性芯体の歩留りの低下を抑制でき、しかも機種に応じて設計変更の必要がないので、電池の製造コストの高騰を抑えることができる。
【００１０】
また、開口率が小さくなると、導電性芯体から活物質が脱落し易くなるが、上記の如く活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすれば、上述の効果を得つつ、導電性芯体から活物質が脱落するのを抑制することが可能となる。
【００１１】
尚、特開昭６２−４７９６３号公報において、極板の巻回方向（長手方向）に並行な端部のうち集電体を溶接する側の端部においては、集電体を溶接する側の端部に近くなる程、孔の径を小さくするような技術が提案されている。当該技術は電池内部ショートによる不良率を低減することを目的とするものではないが、結果的には本発明と同様に、刺部による電池内部ショートの低減という目的を達成しうるとも考えられる。しかしながら、当該技術の如く孔の径を徐々に小さくすれば、小さくした分だけ開口率が低下するため、導電性芯体から活物質が脱落し、これにより、新たな理由による電池内部でのショートが発生するという課題がある。
【００１２】
また、活物質層未形成部側に設けられた孔の径と配置とを規制することにより、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにするには、図４に示すように、活物質層未形成部１２側に設けられた小径の孔１３…の径ｒ’を小さくしつつ、小径の孔１３…とこれと隣接する大径の孔１４…との間の導電性芯体１１幅方向の距離Ｉ’を短くすれば良い。このように規制することにより小径の孔１３・１３間の長さＬ1 が大きくなるので、切断時に小径の孔１３…を切断する確率が低下するので、その分だけ刺部が発生する確率も小さくなる。
【００１３】
尚、上記に示すｒ’、Ｉ’の他に、小径の孔１３と大径の孔１４との間の導電性芯体１１長さ方向の距離ｈ、大径の孔１４…の径ｒ、大径の孔１４・１４間の導電性芯体１１幅方向の距離Ｉ、及び小径の孔１３．１３間の導電性芯体１１長さ方向の距離ｈとした場合に、小径の孔１３…が形成される部位の開口率を他の部位と同等又はそれ以上とするには、上記ｒ’、ｒ、Ｉ’、Ｉ、ｈ、が、下記数１を満たす必要がある。
【００１４】
【数１】
0004342025.tif 000002
【００１５】
また請求項２記載の発明は、帯状の焼結式正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して巻回された発電要素が電池缶内に収納され、且つ上記正極板の巻回終端部が上記負極板にて覆われると共に、上記正極板は導電性芯体を有し、この導電性芯体には、全面に孔が形成された活物質層形成部と、導電性芯体の幅方向における一端に長手方向に延設された活物質層未形成部とが設けられている円筒型電池において、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径が、他の部位の孔の径より小さくなるように構成され、上記活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることを特徴とする。
この場合には、図５に示すように、活物質層未形成部１２側に設けられた小径の孔１３・・・の径を小さくしつつ、小径の孔１３・１３間の長さＬ2 を小さくして、小径の孔１３…の数を増やす必要がある。したがって、請求項２の発明では請求項１の発明と同様に、導電性芯体から活物質が脱落するのを抑制する効果はあるが、刺部が発生する確率を小さくすることはできない。
【００１６】
尚、この場合には、上記数１は適用することができない。なぜなら、上記数１は小孔の径と配置とを規制することにより、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにする場合（請求項３に対応）の専用の式だからである。但し、上記数１は開口率の低下を防止するための一例を示す式であり、数１に類似する式を適用することにより、活物質層未形成部側に設けられた孔の径と孔数とを規制して、活物質層未形成部側に設けられた孔近傍における開口率を、他の部位と同等又はそれ以上の開口率となるようにすることが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一例を示すアルカリ蓄電池を模式的に示す断面図であり、図１の電池は、焼結式のニッケル正極板１と、焼結式のカドミウム負極板２と、これら両電極板１・２を離間するセパレータ３とを備えた発電要素４、正極リード５、負極リード６、正極外部端子７、負極缶８などからなる。ニッケル正極板１及びカドミウム負極板２は、電解液が含浸されたセパレータ３を介して渦巻き状に巻き取られた状態で、負極缶８内に収容されており、ニッケル正極板１は正極リード５を介して正極外部端子７に、またカドミウム負極板２は負極リード６を介して負極缶８に接続され、電池内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。尚、上記セパレータ３としてはポリアミド製のものを用い、セパレータ３に含浸される電解液としては、ＫＯＨから成るアルカリ電解液を用いた。
【００１８】
ここで、図６（理解の容易のため、セパレータ３は図示せず）に示すように、上記ニッケル正極板１の巻回終端部１ａは上記カドミウム負極板２にて覆われる構造である。また、上記ニッケル正極板１には図２に示すような導電性芯体１１が用いられており、この導電性芯体１１は、図３及び図４に示すように、活物質層未形成部１２と活物質層形成部１６とを有している。上記活物質層形成部１６には小径の孔１３…と大径の孔１４…とが形成されており、上記小径の孔１３…は、上記活物質層未形成部１２側における導電性芯体１１の長さ方向（巻回方向と平行な方向）に延設される一方、上記大径の孔１４…は上記小径の孔１３…が形成される部位を除く部位に形成されている。
【００１９】
更に、図４に示すように、上記小径の孔１３…の径ｒ’は１．０ｍｍ、小径の孔１３と大径の孔１４との間の導電性芯体１１幅方向の距離Ｉ’は１．３ｍｍ、小径の孔１３と大径の孔１４との間の導電性芯体１１長さ方向の距離ｈは１．２ｍｍとなるように構成される一方、上記大径の孔１４…の径ｒは１．５ｍｍ、大径の孔１４・１４間の導電性芯体１１幅方向の距離Ｉは１．８ｍｍ、小径の孔１３．１３間の導電性芯体１１長さ方向の距離ｈは１．２ｍｍとなるように構成される。上記ｒ’、ｒ、Ｉ’、Ｉ、ｈ、は、前記数１を満たしているので、小径の孔１３…が形成される部位の開口率の低下を防止できる。
【００２０】
ここで、上記アルカリ蓄電池を以下の方法で作製した。
先ず、鉄から成る導電性芯体の表面にニッケルメッキ（５０〜１００μｍ）が施された導電性芯体１１に、ニッケルパウダーと、メチルセルロースから成る糊料と、水とを混合したものを塗布した後、乾燥，焼結することによりニッケル焼結基板を作製した。次に、このニッケル焼結基板を硝酸ニッケル塩水溶液に浸漬した後、乾燥し、更にアルカリ水溶液中に浸漬して、前記ニッケル焼結基板中に水酸化ニッケルを生成させるという活物質含浸操作を繰り返し行って、所定量のニョケル活物質が含浸されたニッケル正極板１を作製した。
これと並行して、上記と同様のニッケル焼結基板を硝酸カドミウム塩水溶液に浸漬した後、乾燥し、更にアルカリ水溶液中に浸漬して、前記ニッケル焼結基板中に水酸化カドミウムを生成させるという活物質含浸操作を繰り返し行って、所定量のカドミウム活物質が含浸されたカドミウム負極板２を作製した。
【００２１】
次に、上記ニッケル正極板１とカドミウム負極板２とを、耐アルカリ性を有するポリアミド製のセパレータ３と共に巻回して渦巻状の発電要素４を作製した後、この発電要素４を負極缶８内に挿入した。この後、負極缶８内に電解液を注入し、更に負極缶８の封口を行なって、ＳＣサイズのニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。
【００２２】
尚、本発明は上記ニッケル−カドミウム蓄電池に限定するものではなく、ニッケルー亜鉛電池、ニッケルー水素電池等の円筒型アルカリ蓄電池にも適用しうることは勿論である。
【００２３】
【実施例】
（実施例）
実施例としては、上記発明の実施の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Ａと称する。
【００２４】
（比較例）
正極の導電性芯体として、図７及び図８に示すものを用いた他は、上記実施例と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下比較電池Ｘと称する。
【００２５】
（実験）
上記本発明電池Ａ及び比較電池Ｘの電池内部ショート発生率を調べたので、その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004342025.tif 000003
【００２７】
上記表１から明らかなように、本発明電池Ａは比較電池Ｘに比べて、電池内部ショート発生率が格段に低くなっていることが認められる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性芯体の歩留りが低下したり、製造コストの高騰を招来することなく、電池内部でのショートの発生を抑制することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のニッケル−カドミウム蓄電池を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の電池に用いる導電性芯体の正面図である。
【図３】本発明の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図４】本発明の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図５】本発明の電池に用いる他のニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【図６】本発明の電池に用いる発電要素の平面図である。
【図７】比較例の電池に用いる導電性芯体の正面図である。
【図８】比較例の電池に用いるニッケル正極板の部分拡大正面図である。
【符号の説明】
１：ニッケル正極板
１ａ：巻回終端部
２：カドミウム負極板
３：セパレータ
４：発電要素
１１：導電性芯体
１２：活物質層未形成部
１３：小径の孔
１４：大径の孔
１５：刺部
１６：活物質層形成部
【図１】
0004342025.tif 000004
【図２】
0004342025.tif 000005
【図３】
0004342025.tif 000006
【図４】
0004342025.tif 000007
【図５】
0004342025.tif 000008
【図６】
0004342025.tif 000009
【図７】
0004342025.tif 000010
【図８】
0004342025.tif 000011