(57)【要約】【課題】帯状の三次元ニッケル多孔体に、帯状リード２が接合され帯状リード２が渦巻の外側に位置するように巻回されても、巻回時に前記接合部の剥がれや、短絡の生じないアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】帯状ニッケル正極板は帯状三次元ニッケル多孔体の長手方向に沿う帯状端部には帯状リードが固着され、前記帯状端部以外の多孔体部分には前記活物質が充填され前記帯状リードが渦巻の外側に位置するように巻回されているものであって、帯状ニッケル正極板を構成する際、前記帯状リードの長手方向の長さを、前記帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さに比べて、帯状ニッケル多孔体の長さの５％以下の範囲で長くするものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の三次元ニッケル多孔体に、水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した帯状ニッケル正極板と、帯状負極板をセパレータを介して、渦巻状に、巻回して極板群を構成するアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記帯状ニッケル正極板は帯状三次元ニッケル多孔体の長手方向に沿う帯状端部には帯状リードが固着され、前記帯状端部以外の多孔体部分には前記活物質が充填され前記帯状リードが渦巻の外側に位置するように巻回されているものであって、帯状ニッケル正極板を構成する際、前記帯状リードの長手方向の長さを、前記帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さに比べて、帯状ニッケル多孔体の長さの５％以下の範囲で長くしたことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
【請求項２】
帯状リードは、ニッケルメッキした鉄かニッケルである請求項１記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
【請求項３】
帯状リードは、熱処理が施されている請求項１記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻状に巻回した極板群を備えたアルカリ蓄電池に関し、特に三次元ニッケル多孔体に、水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した帯状ニッケル正極板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池には種々あるが、ニッケル水素蓄電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などが代表的である。これらの二次電池は、信頼性が高く、メンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン用の電源などの各種用途に幅広く使用されている。また、近年では、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、さらに電気自動車などの電源として、耐振動性に優れ、大電流放電に適した二次電池の開発が要望されている。
【０００３】
このような大電流放電に適したアルカリ蓄電池は、帯状ニッケル多孔体と正極活物質からなる帯状ニッケル正極板と、負極芯材と負極活物質からなる帯状負極板とを隔離用のセパレータを介在させて重ね合わせ、全体を渦巻き状に巻回して極板群を構成し、この極板群を金属製有底ケースに収納して構成されている。また、大電流放電に適した集電構造として、極板群の上端面から突出している帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部に上部集電体が複数個所で溶接され、極板群の下端面から突出している負極芯材の露出部分に下部集電体が複数個所で溶接されている。
【０００４】
しかしながらこのような帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部分と上部集電体との接続状態では、特に耐振動性と大電流放電特性が要求される電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電気自動車などの電源として用いられた場合、その過度な振動により上部集電体と帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部分が剥離し集電性が低下する懸念があった。
【０００５】
接合部分の剥離強度を向上させる手段として、帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部分に帯状リードを接合し上部集電体溶接部とする構造を持つ帯状ニッケル正極板を使用する方法がある。しかしながらこの方法で製造された電極を渦巻き状に巻回して渦巻き状極板群とすると、短絡不良が発生するという問題点があった。
【０００６】
このような課題を解決する手段として、渦巻状極板群で正極板の帯状リードが、極板群の外側に位置するように巻回し帯状リードの剥がれや、活物質未充填部分から発生するバリを防ぐ方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６８８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、帯状金属多孔体と帯状リードの長さについて考慮されておらず、単純に同じ長さの帯状金属多孔体と帯状リードを重ね合わせ、帯状リードが外側になるようにこれらを渦巻き状に巻回すると、帯状金属多孔体と帯状リードの間に歪や湾曲が生じてしまい、リードが金属多孔体から剥離したり、好ましい渦巻状極板群を得ることができなかった。
【０００８】
これに対して、本発明の製造方法では、帯状リードの長さを帯状多孔体に対して適切に長くすることにより、良質な極板群を安定して効率良く得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明は、帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部に帯状リードが接合された帯状ニッケル正極板において、前記帯状リードの長手方向の長さを前記帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さより、帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さの０．５〜５％長くなるように接合し、帯状リードが渦巻きの外側になるように巻回されていることを特徴としている。
【００１０】
このように帯状リードが渦巻きの外側になるように巻回される帯状ニッケル正極板において、帯状リードの長手方向の長さを前記帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さより、帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さの５％以下の範囲で長くなるように接合されていると、巻回された際に内側になる帯状ニッケル多孔体との内外周差が小さくなり、帯状リード２と前記帯状ニッケル多孔体の接合部分が剥がれることがなく集電性を防ぐことができる。また、帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部分にも内外周差により加わる圧縮応力が小さくなるためバリが発生することはなく、短絡不良を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、帯状の三次元ニッケル多孔体に、水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した帯状ニッケル正極板と、帯状負極板をセパレータを介して、渦巻状に、巻回して極板群を構成するアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記帯状ニッケル正極板は帯状三次元ニッケル多孔体の長手方向に沿う帯状端部には帯状リードが固着され、前記帯状端部以外の多孔体部分には前記活物質が充填され前記帯状リードが渦巻の外側に位置するように巻回されているものであって、帯状ニッケル正極板を構成する際、前記帯状リードの長手方向の長さを前記帯状ニッケル多孔体の長手方向長さより前記帯状ニッケル多孔体の長手方向の長さより５％以下の範囲内で長くすることにより、電気自動車の電源用途など連続する過度な振動や衝撃に対しても帯状ニッケル多孔体の活物質未充填部分と上部集電体との接続状態の低下を抑制し、集電性が低下しない大電流放電特性に優れたアルカリ蓄電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施の形態は、帯状の三次元ニッケル多孔体１に、水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した帯状ニッケル正極板と、帯状負極板をセパレータを介して、渦巻状に、巻回して極板群を構成するアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記帯状ニッケル正極板は帯状三次元ニッケル多孔体１の長手方向に沿う帯状端部には帯状リード２が固着され、前記帯状端部以外の多孔体部分には前記活物質が充填され前記帯状リード２が渦巻の外側に位置するように巻回されているものであって、帯状ニッケル正極板を構成する際、前記帯状リード２の長手方向の長さを前記帯状ニッケル多孔体１の長手方向の長さの５％以下の範囲で長くしたことにより、帯状リード２が外側になるように巻回された際にも巻回された際に内側になる帯状ニッケル多孔体１との内外周差が小さくなり、帯状リード２と前記帯状ニッケル多孔体１の接合部分が剥がれることがなく集電性を防ぐことができる。また、帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４にも内外周差により加わる圧縮応力が小さくなるためバリが発生することはなく、短絡不良を防ぐことが抑制することが可能である。
【００１３】
また、帯状リード２の接合された帯状ニッケル正極板は帯状リード２が外周側になるように湾曲し、渦巻き状に巻回した際に、良質な極板群を安定して効率良く得ることが可能である。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態は、帯状リード２を、ニッケルメッキした鉄かニッケルであることにより電解液により溶解することはなく、帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分と上部集電体との接合強度を長期的に確保することが可能である。
【００１５】
本発明の第３の実施の形態は、帯状リード２に、熱処理が施されていることにより、帯状ニッケル多孔体１と接合する際に、伸び易く帯状ニッケル多孔体１との長さの差を容易に得ることが可能である。
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４に帯状リード２を接合した帯状ニッケル正極板の正面図、図１（Ｂ）はその断面側面図、図２は帯状ニッケル多孔体と帯状リード２を接合した後の様子を示す上部側面図である。
【００１７】
帯状ニッケル多孔体１の帯状リード２を接合する部分を除く部分に水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填し乾燥させた後、厚みが約０．３ｍｍになるまで圧延する。またこの際に帯状リード２の接合される活物質未充填部分４も約０．３ｍｍまで圧延する。
【００１８】
ついで圧延された帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４に帯状リード２を重ね合わせ、帯状リード２の供給を兼ねた回転式超音波ホーン５または回転式抵抗溶接電極で加圧を行いながら超音波シーム接合または抵抗溶接により連続的あるいは断続的に接合を行い帯状ニッケル正極板を製作する。
【００１９】
本発明の形態においては、帯状の三次元ニッケル多孔体に、水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した帯状ニッケル正極板と、帯状負極板をセパレータを介して、渦巻状に、巻回して極板群を構成するアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記帯状ニッケル正極板は帯状三次元ニッケル多孔体の長手方向に沿う帯状端部には帯状リード２が固着され、前記帯状端部以外の多孔体部分には前記活物質が充填され前記帯状リード２が渦巻の外側に位置するように巻回されているものであって、帯状ニッケル正極板を構成する際、前記帯状リード２の長手方向の長さを前記帯状ニッケル多孔体１の長手方向の長さより長くした構成とするものである。
【００２０】
上記帯状ニッケル多孔体１の長手方向に沿う帯状端部に帯状リード２を接合する工程について、詳しく説明する。帯状リード２の供給と加圧印加を兼ねた回転式超音波ホーン５とホーンによる加圧の受けと帯状ニッケル多孔体１の搬送を兼ねた回転式アンビル６で帯状ニッケル多孔体１と帯状リード２を挟み込み連続的に加圧と超音波振幅を与える。また、帯状リード２の供給と加圧印加を兼ねた回転式超音波ホーン５の速度は帯状ニッケル多孔体１の搬送速度よりも速く回転させることが望ましい。回転式超音波ホーン５を帯状ニッケル多孔体１の搬送速度よりも速く回転させることで、供給速度に差が生じ帯状リード２が帯状ニッケル多孔体１よりも多く送り出されまたは伸ばされながら接合され、帯状リード２の長手方向の長さが前記帯状ニッケル多孔体１の長手方向の長さより長くなる。また、帯状リード２の長さは帯状ニッケル多孔体１より帯状ニッケル多孔体の長さの５％以下の範囲で長くすることが好ましく、５％より大きいと帯状リード２の接合時の湾曲が著しく大きくなり、巻回装置へ正極板を供給する際にガイドからはずれるなどして巻回時の巻きずれが大きくなるいう理由で不都合が生じる。
【００２１】
このようにして帯状リード２の長手方向の長さが前記帯状ニッケル多孔体１の長手方向の長さより長くなる帯状ニッケル正極板を作製し帯状リード２を外側にして渦巻き状の極板群を巻回することで、過度な振動や衝撃に対しても帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４と上部集電体との接続状態の低下を抑制し、集電性が低下しない大電流放電特性に優れたアルカリ蓄電池が得られる。
【実施例】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。尚、ここで示す
図は一例であって、本発明の請求項に表す構成を有していれば、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図３は本発明の実施例を示した帯状ニッケル多孔体１と帯状リード２を接合する前の様子を示した上部側面図である。帯状ニッケル多孔体１の帯状端部には帯状リード２の接合場所となる活物質未充填部分４が設けられている。帯状ニッケル多孔体１の活物質充填部分に活物質を充填し、ついで帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分に厚み約０．１３ｍｍのニッケルメッキを施した鉄製の帯状リード２を接合した後、厚み約０．３ｍｍに全体を圧延した。リードを接合する際は、図６に示すように超音波ホーン５とアンビル６で帯状ニッケルと帯状ニッケル多孔体１を挟み込み超音波シーム接合により連続的に行った。
【００２４】
＜実施例１＞
長さ７００ｍｍ、幅４８ｍｍの帯状ニッケル多孔体と、長さ７０７ｍｍ、幅２．５ｍｍの帯状リード２を接合して帯状ニッケル正極板とした。帯状リードの長さは帯状ニッケル多孔体より、帯状ニッケル多孔体の長さの０．１％長くした。また、負極芯材と負極活物質からなる帯状負極板は、長さ７５０ｍｍ、幅４８ｍｍとした。このように製作した帯状ニッケル正極板と帯状負極板とを、長さ１４００ｍｍ、幅５０ｍｍのセパレータを介して重ね合わせ、前記帯状リード２が外側になるように全体を渦巻き状に巻回して極板群を製作した。
【００２５】
＜実施例２＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも０．３％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を実施例２とした。
【００２６】
＜実施例３＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも０．５％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を実施例３とした。
【００２７】
＜実施例４＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも１．０％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を実施例４とした。
【００２８】
＜実施例５＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも３．０％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を実施例５とした。
【００２９】
＜実施例６＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも５．０％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を実施例６とした。
【００３０】
＜比較例１＞
帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１よりも７．０％長くなるように製作した以外は実施例１と同じように作製した極板群を比較例１とした。
【００３１】
＜従来例＞
図４のように帯状リード２の長さが前記帯状ニッケル多孔体１と等しくなるようにして作製した以外は実施例１と同じように作製した極板群を従来例とした。
【００３２】
以上のように作製した極板群について、帯状リード２と帯状ニッケル多孔体１の剥がれ
、バリによる短絡、巻回後の平面状態について実施例１〜６および比較例１、従来例において、巻回された極板群を各１００個製作し評価した。
【００３３】
（１）剥離
巻回された極板群を帯状リード２の接合された面からマイクロスコープにて外観観察し、連続して２．０ｍｍ以上の剥がれ有無を評価した。
【００３４】
（２）短絡
巻回された極板群にリーク検査器で３００Ｖの電圧を印加し、短絡の有無を評価した。
【００３５】
（３）極板平面
巻回された極板群の端面高さをレーザ変位計で測定し、０．３ｍｍを超える巻きずれ有無を評価した。
【００３６】
以上の帯状リード２と帯状ニッケル多孔体１の剥がれ箇所の点数、バリによる短絡、巻回後の平面状態の結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１に示すように、帯状リード２が帯状ニッケル多孔体１よりも０．１〜５．０％長い極板群実施例１〜６は、帯状リード２の長さが等しい従来例と比較して明らかに帯状リード２が帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４との剥離評価結果が良好であることが確認できた。
【００３９】
接合箇所の２ｍｍ以上の剥離は、実施例１〜６は皆無であったのに対し、従来例は１００個中１２個有り、さらに１個の極板群において２ｍｍ以上の剥離が複数個所で確認された。
【００４０】
これは従来例の極板群は巻回する際に帯状リード２と帯状ニッケル多孔体１との内外周差が大きいため溶接点に剥離力が加わり容易に破断したと考えられる。
【００４１】
巻回した極板群の短絡試験での短絡品は、実施例１〜６は皆無であったのに対し、従来例は１００個中７個発生した。この短絡不良品を分解したところ、帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４にバリが発生し負極板と接触しているのが確認できた。したがって発生したバリと負極板が接触したことにより短絡したと考えられる。
【００４２】
このように従来例においてバリが発生した理由は前記の接合部の剥離と同様に巻回時に
内外周差が発生したことにより帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４にバリが発生しと考えられる。
【００４３】
巻回した極板群の巻きずれは、実施例１〜６が１００個中０個であったのに対し、比較例１は１００個中３１個、従来例は１００個中２１個に極板群の端面で０．３ｍｍを超える巻きずれが確認できた。帯状リード２と帯状ニッケル多孔体１の長さの等しい従来例では、巻回時の内外周差により内側となる帯状ニッケル多孔体１の活物質未充填部分４が潰されていることで良好な巻回状態が得られなかったと考えられる。また、接合部の剥離確認で従来例で剥離箇所が多かったことも巻きずれの原因となったとも考えられる。比較例１で巻きずれが極端に多く発生したのは、帯状リード２と帯状ニッケル多孔体１の長さ比が大きいため巻回前の帯状ニッケル正極板に大きな湾曲が生じていることが原因であったと考えられる。
【００４４】
なお、帯状リード２をニッケルとしても同様の効果が得られ、鉄にニッケルメッキを施した帯状リード２を使用した場合には、帯状ニッケル多孔体１と接合する際に、伸び易く容易に長さの差を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のアルカリ蓄電池は、優れた耐振動性と大電流放電特性が要求される電動工具をはじめ、電動アシスト自転車、電動バイクや電気自動車などの電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）本発明の正極板の正面図、（Ｂ）同正極板の断面側面図
【図２】本発明の正極板について、帯状多孔体と帯状リードを接合した後の様子を示す上部側面図
【図３】本発明の正極板について、帯状多孔体と帯状リードを接合する前の様子を示す上部側面図
【図４】従来の正極板本発明の上部側面図
【図５】本発明の正極板について、帯状多孔体と帯状リードを接合する際の様子を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１    帯状ニッケル多孔体
２    帯状リード
３    活物質充填部分
４    活物質未充填部分
５    超音波ホーン
６    アンビル
【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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