(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板(1)と負極板(2)がセパレータ(3)を介して積層されて、渦巻状に捲回された渦巻電極(4)が外装缶(5)に挿入されており、渦巻電極(4)は最外周の極板を正極板(1)とし、かつ渦巻電極(4)の表面に負極板(2)が表出して、負極板(2)が外装缶(5)の内面に電気的に接触してなる二次電池において、
負極板(2)が最外周のセパレータ(3)の巻端から突出する延長部(6)と、セパレータ(3)の巻端から突出しない非延長部(7)とを有し、延長部(6)の幅は、負極板(2)の幅の１／５〜１／２としており、
最外周のセパレータ(3)は、非延長部(7)で内周のセパレータ(3)に巻端を接着して極板を渦巻状に捲回した状態に保形しており、負極板(2)の延長部(6)を外装缶(5)の内面に接触させて電気接触してなることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
二次電池がニッケル−水素電池である請求項１に記載される二次電池。
【請求項３】
負極板(2)は、延長部(6)において芯体(2A)が表出して、芯体(2A)を外装缶(5)に電気接続している請求項１に記載される二次電池。
【請求項４】
延長部(6)が、負極板(2)の芯体(2A)に溶着された金属リード板である請求項１に記載される二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻電極の外周面に負極板を表出させて、表出する部分を外装缶の内面に電気接続している二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦巻電極の外周面を外装缶の内面に接触させる二次電池は、渦巻電極を外装缶に挿入して、負極板を外装缶に電気接続できる。この構造の二次電池は、外装缶を負極とする場合に、渦巻電極の最外周を負極板とする。ただ、全ての二次電池において、渦巻電極の最外周を負極板とする構造は、つねに理想的な構造とならない。たとえば、ニッケル−水素電池は、渦巻電極の最外周を正極板とするのがよい。最外周を負極板とする渦巻電極は、最外周の負極板の両面を正極に対向できないので、実質的な充電容量が小さくなる。充電容量を大きくするために、最外周を正極板にとる渦巻電極は、外装缶に挿入して、負極板を外装缶に接触させて電気接続できない。
【０００３】
渦巻電極の最外周を正極板として、負極板を外装缶に電気接続する二次電池は、特開昭６２−８２６４６号公報に記載される。この公報に記載される電池の渦巻電極を図１に示している。この図の渦巻電極は、最外周の電極を正極板とすると共に、正極板よりも負極板の芯体２Ａを長くして、芯体２Ａを正極板よりも突出させている。さらに、芯体２Ａと正極板の表面をセパレータ３で被覆している。負極の芯体２Ａを、渦巻電極４に表出させるために、セパレータ３には貫通孔１１を開口している。この構造の渦巻電極４は、外装缶に挿入されると、セパレータ３の貫通孔１１に表出する負極の芯体２Ａが外装缶の内面に接触する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構造の渦巻電極を備える電池は、最外周を正極板として、負極板を外装缶に電気接続できる。しかしながら、この構造の電池は、負極板の芯体を確実に低抵抗な状態で外装缶に電気接続するのが難しい。それは、セパレータの貫通孔から、芯体を突出させて外装缶に電気接続するからである。セパレータには不織布等が使用されるが、厚さを無視できない。とくに、負極板の芯体にパンチングメタル等を使用する電池は、芯体が貫通孔から突出するように変形し難く、このことが、負極板と外装缶との接触不良の原因となる。さらに、たとえ負極板の芯体が外装缶に接触されても、その接触面積が狭く、あるいは、接触圧が充分でないと、大電流を流したときの電圧降下が大きくなって、出力電圧が低下する。
【０００５】
さらに、図１に示す構造の渦巻電極は、外装缶にスムーズに挿入するのが難しい欠点もある。それは、極めて柔らかいセパレータの巻端を渦巻電極の表面に沿わせて、外装缶に挿入するのが難しいからである。セパレータの巻端は、外装缶に挿入するときに形くずれして、変形しやすい。セパレータの端縁が形くずれをすると、負極板と正極板とを理想的な状態で被覆できなくなって、内部ショート等の原因となる。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、渦巻電極を外装缶に、簡単かつ容易に、しかも理想的な状態で挿入して、負極板と外装缶とを確実に低抵抗な状態で電気接続できる二次電池を提供することにある。
【０００７】
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、渦巻状に捲回された渦巻電極の搬送を極めて簡単にでき、捲回された渦巻電極の搬送と、外装缶への挿入機構を簡単にできる二次電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池は、渦巻電極４を外装缶５に挿入して、渦巻電極４の負極板２を外装缶５に接触して電気接続している。渦巻電極４は、正極板１と負極板２を、セパレータ３を介して積層して、渦巻状に捲回して最外周の極板を正極板１としたものである。さらに、渦巻電極４は表面に負極板２を表出させて、外装缶５の内面に電気的に接続している。
【０００９】
さらに、本発明の請求項１の二次電池は、負極板２に、最外周のセパレータ３の巻端から突出する延長部６と、セパレータ３の巻端から突出しない非延長部７を設けている。延長部６の幅は、負極板２の幅の１／５〜１／２としている。最外周のセパレータ３は、負極板２の非延長部７で内周のセパレータ３に巻端を接着して極板を渦巻状に捲回した状態に保形している。さらにまた、この構造の渦巻電極４が外装缶５に挿入されて、負極板２の延長部６を外装缶５の内面に接触させて電気的に接続している。
【００１０】
本発明の請求項２の二次電池は、電池のタイプをニッケル−水素電池としている。さらに、本発明の請求項３の電池は、負極板２の延長部６で芯体２Ａを表出させており、芯体２Ａを外装缶５に電気接続している。さらに、本発明の請求項４の電池は、延長部６を、負極板２の芯体２Ａに溶着された金属リード板としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための二次電池を例示するものであって、本発明は二次電池を以下のものに特定しない。
【００１２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１３】
図２に示す二次電池は外装缶５に渦巻電極４を挿入している。渦巻電極４は、正極板１と負極板２を、セパレータ３を介して積層して、渦巻状に捲回されたものである。渦巻電極４の正極板１は、リード線８を介して封口板９の正極端子１０に接続され、負極板２は外装缶５の内面に接触して電気的に接続している。
【００１４】
外装缶５から取り出した渦巻電極４を図３に示している。この渦巻電極４の要部拡大断面図を図４に示している。これ等の図に示す渦巻電極４は、正極板１と負極板２を、セパレータ３で絶縁して積層し、これを渦巻状に捲回して円柱状としている。
【００１５】
渦巻電極４の負極板２の展開図を図５に示す。この負極板２は、巻端に、最外周のセパレータ３の巻端から突出する延長部６と、セパレータ３の巻端から突出しない非延長部７とを設けている。延長部６は、理想的な状態で外装缶５の内面に電気接続させるために、芯体２Ａを表出させている。延長部６は、芯体に塗着した活物質を除去して芯体２Ａを表出させ、あるいは、活物質を塗着しないで芯体２Ａを表出させている。ただし、延長部は、必ずしも芯体を表出させる必要はない。活物質の塗着された延長部を、外装缶の内面に接触して、電気接続できるからである。
【００１６】
負極板２の延長部６は、好ましくは、負極板２の芯体２Ａを延長して、負極板２の芯体２Ａと一体的に連結された状態とする。この構造は延長部６を確実に負極板２に連結できる特長がある。ただ、延長部は、負極板の芯体に、金属リード板を溶着して設けることもできる。
【００１７】
図の負極板２は、延長部６の幅を、負極板２全体の幅の約１／３としている。すなわち、延長部６と非延長部７との幅の比率を、１：２としている。延長部６の幅を広くすると、延長部６を外装缶５の内面に広い面積で接触できる。このため、負極板２と外装缶５との接触抵抗を小さくできる。ただ、延長部６の幅を広くすると、非延長部７の幅は狭くなる。非延長部７は、その表面を覆うセパレータ３を内周のセパレータ３に溶着することで、渦巻状に捲回した渦巻電極４が緩むのを阻止する。したがって、非延長部７の幅が狭すぎると、セパレータ３が渦巻電極４の緩みを阻止する作用が低下する。したがって、延長部６と非延長部７の幅は、延長部６を充分な面積で外装缶５の内面に接触でき、かつ、渦巻電極４の緩みを充分に阻止できるように決定する。延長部６の幅は、負極板２の幅の１／５〜１／２、さらに好ましくは、１／４〜１／２．５の範囲とされる。
【００１８】
さらに、延長部６は、長くして外装缶５との接触面積を広くすることができる。ただ、延長部６を長くすると、実質的な渦巻電極４の外径を大きくする。したがって、延長部６の全長は、最外周のセパレータ３の巻端から一部を突出させて、突出部分を低抵抗な状態で外装缶５の内面に接触できるように設計される。
【００１９】
さらに、負極板２は、好ましくは図３と図５に示すように、ほぼ中央に１列の延長部６を設ける。ただ、本発明の二次電池は、負極板の巻端に２列以上の延長部を設けて、延長部の間にも非延長部を設けることができる。さらに、好ましくは、延長部６は、負極板２の中央に設けられる。負極板２の両側に設けた非延長部７を、セパレータ３で緩まないように固定できるからである。ただ、延長部を中央でなくて、巻端の一方に遍在して設けることもできる。
【００２０】
渦巻電極４は、図４の断面図に示すように、最外周の極板を正極板１とする。さらに好ましくは、正極板１の巻端は、負極板２の巻端となる非延長部７の端縁よりもわずかに長くする。負極板２の両面を正極板１に対向させるためである。正極板と負極板は、巻端を同じにすることもできる。
【００２１】
実際に単３タイプのニッケル−水素電池を試作した結果においては、正極板１の巻端を負極板２よりもわずかに長くすることによって、充電容量を約５％大きくできた。ただ、正極板１の巻端を、負極板２の巻端から突出させる長さには、最適値がある。この長さは、長すぎても充電容量は低下する。たとえば、正極板１の巻端を負極板２の巻端よりも２ｍｍ突出させたニッケル−水素電池は、正極板１と負極板２の巻端を揃えた電池に比較して充電容量が約５％増加した。しかしながら、正極板１を負極板２よりも４ｍｍ突出させたニッケル−水素電池は、充電容量の増加が約３％に低下した。したがって、正極板１を突出させる長さは、単３タイプのニッケル−水素電池においては、好ましくは４ｍｍ以下とするのがよい。
【００２２】
正極板１は、巻端を直線状に切断している。セパレータ３も巻端を直線状に切断している。セパレータ３は、その巻端を負極板２の非延長部７の巻端よりも突出させて、負極板２の非延長部７の巻端を被覆している。さらに、セパレータ３は、巻端を内周のセパレータ３に接着している。図４の渦巻電極４は、最外周のセパレータ３の巻端を、負極板２の内側に積層されるセパレータ３に溶着している。最外周のセパレータ３は、図４の鎖線で示すように、最外周の正極板１の内側と、最外周の負極板２の内側に積層されるセパレータ３とに接着することもできる。図３に示すように、負極板２の延長部６が最外周のセパレータ３の巻端から突出するので、セパレータ３は、負極板２の非延長部７で内周のセパレータ３に接着される。熱可塑性プラスチック製のセパレータは、接着部分を加熱状態で押圧し、セパレータを溶融して溶着することで最も簡単に、しかも確実に接着できる。ただ、セパレータ３は、接着材を使用して内周のセパレータ３に接着することもできる。
【００２３】
正極板１と負極板２は、二次電池のタイプによって異なり、ニッケル−水素電池の正極板１と負極板２は以下のようにして製作する。
【００２４】
［正極板の製作］
(1)  下記の工程で金属多孔体を作製する。
連続気泡のポリウレタンフォームであるスポンジ状の有機多孔体を、導電処理した後、電解槽のメッキ液に浸漬してメッキする。メッキした有機多孔体を、７５０℃の温度で所定時間ばい焼して、有機多孔体の樹脂成分を除去し、さらに、還元雰囲気で焼結して金属多孔体を製作する。この工程で製作された金属多孔体は、目付を約６００ｇ／ｍ２とし、多孔度を９５％とし、厚みを約２．０ｍｍとする発泡ニッケルである。
【００２５】
(2)  下記のものを混練して、正極の活物質スラリーとする。
水酸化ニッケル粉末…………………………………………９０重量部
（２．５ｗｔ％の亜鉛と、１ｗｔ％のコバルトを共沈成分として含有）
コバルト粉末…………………………………………………１０重量部
酸化亜鉛粉末……………………………………………………３重量部
ヒドロキシプロピルセルロース０．２重量％水溶液……５０重量部
【００２６】
(3)  作製した正極の活物質スラリーを、金属多孔体の空隙に充填する。充填量は、ロール圧延後の活物質密度が約２．９１ｇ／ｃｃ−ｖｏｉｄとなるように調整する。
その後、乾燥し、厚みが約０．７０ｍｍとなるように口ール圧延を行った後、短冊状に切断する。
【００２７】
［負極板の製作］
(1)  水素吸蔵合金の作製と粉砕
ミッシュメタル（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類元素の混合物）と、ニッケルと、コバルトと、アルミニウムと、マンガンを、元素比で１．０：３．４：０．８：０．２：０．６に秤量して混合し、これをルツボに入れて高周波溶解炉で溶融した後冷却し、下記の組成式の水素吸蔵合金電極を作製する。
Ｍｍ1.0Ｎｉ3.4Ｃｏ0.8Ａｌ0.2Ｍｎ0.6
そして、得られた水素吸蔵合金の鋳塊を、あらかじめ粗粉砕した後、不活性ガス中で平均粒径が６０μｍとなるように粉砕する。
【００２８】
(2)  水素吸蔵合金スラリーの作製
粉砕した水素吸蔵合金の粉末に、結着剤としてポリエチレンオキサイド粉末を添加し、さらにイオン交換水を添加、混練してスラリーとする。結着剤であるポリエチレンオキサイド粉末の添加量は、水素吸蔵合金に対して１．０重量％とする。
【００２９】
(3)  スラリーをパンチングメタルである基板の両面に塗着した。塗着量は、圧延後の活物質密度が５ｇ／ｃｃとなるように調整した。その後、乾燥、圧延を行った後、所定寸法に切断する。スラリーは、延長部６となるパンチングメタルを残して塗着した。ただ、パンチングメタルの全面にスラリーを塗着して、所定の形状に裁断した後、延長部６の活物質を除去することもできる。
【００３０】
以上の工程で製作した正極板１と負極板２を、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３を介して捲回し、最外周のセパレータ３を負極板２の非延長部７で内周のセパレータ３に溶着して円柱状の渦巻電極４とする。
【００３１】
この状態で製作した渦巻電極４を、外装缶５に挿入し、正極板１を金属リード線８で封口板９の正極端子１０に接続した後、外装缶５に電解液を注入し、外装缶５の開口部を封口板９で気密に閉塞してニッケル−水素電池が製作される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の二次電池は、渦巻電極を外装缶に、簡単かつ容易に、しかも理想的な状態で挿入して、負極板と外装缶とを確実に低抵抗な状態で電気接続できる特長がある。それは、本発明の二次電池が、負極板の最外周に、セパレータの巻端から突出する延長部と、セパレータの巻端から突出しない非延長部とを設け、最外周のセパレータでもって、負極板の非延長部を被覆して、これを内周のセパレータに接着して固定し、セパレータから突出している延長部を外装缶の内面に接触させるからである。
【００３３】
この構造の渦巻電極は、最外周のセパレータが、負極板の非延長部を被覆して、内周のセパレータに接着されているので、極板を渦巻状に捲回した状態に保形できる。このように、円柱状に保形される渦巻電極は、渦巻状に捲回した渦巻電極が緩むのが阻止されるので、渦巻電極の巻端を形くずれさせることなく、簡単かつ容易に外装缶に挿入できる。したがって、本発明の二次電池は、負極板と正極板とをショートさせることなく、簡単かつ理想的な状態で渦巻電極を外装缶に挿入できると共に、負極板と外装缶とを確実に低抵抗な状態で電気接続できる特長が実現できる。
【００３４】
さらに、本発明の二次電池は、渦巻電極を渦巻状に捲回した状態に保形できるので、渦巻電極をコンパクトな状態で、効率よく搬送できる特長もある。しかも、この渦巻電極は、渦巻状に捲回した渦巻電極が緩むのを阻止できるので、取り扱いを楽にして、搬送作業の能率を向上できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の二次電池の渦巻電極を示す正面図
【図２】  本発明の二次電池の垂直断面図
【図３】  図２に示す二次電池の渦巻電極を外装缶から取り出した状態を示す分解斜視図
【図４】  図３に示す渦巻電極の要部拡大断面図
【図５】  図３に示す渦巻電極の負極板の展開図
【符号の説明】
１…正極板
２…負極板                    ２Ａ…芯体
３…セパレータ
４…渦巻電極
５…外装缶
６…延長部
７…非延長部
８…リード線
９…封口板
１０…正極端子
１１…貫通孔
【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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