(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板とがこれらの間に帯状のセパレータを介在して渦巻状に巻回されてなる電極群および電解液が角筒状の電池ケース内に収容されてなり、
前記電極群は、ほぼ円筒状に巻回されて中央部に位置する円筒状部と、角筒状に巻回されて前記円筒状部に対し外接する配置で設けられた角筒状部とを有していることを特徴とする角形電池。
【請求項２】
電極群は、それぞれ単一の帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回することにより、円筒状部と角筒状部とが連続的に形成されている請求項１に記載の角形電池。
【請求項３】
正極板および負極板の少なくとも一方が、芯材となる発泡金属多孔体に活物質を充填した構造を有している請求項１または２に記載の角形電池。
【請求項４】
電池ケースは、金属製であって、各コーナ部分が丸みを帯びたほぼ正方形の横断面形状を有する有底角筒状である請求項１ないし３の何れかに記載の角形電池。
【請求項５】
電極群は、正極板および負極板の各々の長手方向に沿った辺縁部にそれぞれ設けられた集電体接続部がセパレータの幅方向の互いに異なる方向に突出するようにずらせた配置で巻回されているとともに、前記両極板の各集電体接続部に正極用および負極用の集電体がそれぞれ溶接により接続され、
正極用および負極用の少なくとも一方の前記集電体は、平板部にこれの中央近傍箇所から外周端部に達する長方形状の４個の切欠きが９０度の等間隔で放射状に形成され、且つ各切欠きの対向縁部から前記平板部に対し直交方向に突出する接続用突片を一体に備えた構成を有するとともに、前記電極群に対し円筒状部と角筒状部とが相互に接する４個所に４個の前記切欠きを合致させた相対位置に配置されて、前記各接続用突片が前記正負両極板の各集電体接続部に溶接されている請求項１ないし４の何れかに記載の角形電池。
【請求項６】
帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して重ね合わせながら横断面形状が円形の巻芯の周囲に渦巻状に巻回して電極群の円筒状部を形成する工程と、
ほぼ直角三角形の横断面形状を有してその直角の対向辺が前記円筒状部の外周面に対応する曲率の湾曲状となった４個の巻芯用チャック部材を、これらの直角を形成する各２辺による外形が角形を形作る配置で前記円筒状部の外周部に当てがって、４個の前記巻芯用チャック部材で角形巻芯を形成する工程と、
前記円筒状部の形成後に残った前記正負両極板およびセパレータを前記角形巻芯の回りに巻回して電極群の角筒状部を形成する工程と、
前記巻芯および前記巻芯用チャック部材を巻回済みの電極群から抜脱する工程とを備えていることを特徴とする角形電池用電極群の製造方法。
【請求項７】
帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して重ね合わせながら横断面形状が矩形状の巻芯の周囲に渦巻状に巻回してほぼ円筒状となる電極群の円筒状部を形成する工程と、
ほぼ直角三角形の横断面形状を有してその直角の対向辺が前記円筒状部の外周面に対応する曲率の湾曲状となった４個の巻芯用チャック部材を、これらの直角を形成する各２辺による外形が角形を形作る配置で前記円筒状部の外周部に当てがって、４個の前記巻芯用チャック部材で角形巻芯を形成する工程と、
前記円筒状部の形成後に残った前記正負両極板およびセパレータを前記角形巻芯の回りに巻回して電極群の角筒状部を形成する工程と、
前記巻芯および前記巻芯用チャック部材を巻回済みの電極群から抜脱する工程とを備えていることを特徴とする角形電池用電極群の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横断面形状が略矩形状となった電池ケース内にほぼ角柱状の外形を有する電極群および電解液などの発電要素を収納してなる角形電池およびこの角形電池の電極群を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、各種ポータブル型の電気機器の発達に伴い、その駆動電源となる電池が重要なキーデバイスの一つとして開発が重要視されている。その電池のうちでも充電可能なニッケル水素電池やリチウム二次電池といった小型二次電池は、携帯電話機やノートパソコンあるいはビデオカメラなどを始めとして、近年ではハイブリッド電気自動車の駆動電源などとしての用途にも展開して開発が進み、益々その需要を拡げつつある。
【０００３】
近年の携帯電話機などの電気機器においては、小型化および薄型化の要望が大きく、それらの駆動電源である電池に対しても小型化および薄型化の要望が高まりつつある。現在の電池の形状は円筒形と角形とに大別される。円筒形電池は、生産性に優れるとともに、低コスト化が図れる利点を有することから、現在広く用いられている。その反面、円筒形電池は、その横断面形状が円状であることから、これを複数個組み合わせてパックケース内に収容して電池パックを構成する場合あるいは複数個を電気機器の電池収納ケース内に収容する場合の何れにおいても、隣接する電池間の谷間や電池収納空間の隅の部分に無駄なデッドスペースが多くなるためにスペース効率が悪く、さらに、収納空間内での安定性も悪いので、上述した電気機器の小型化および薄型化に対し不向きである。
【０００４】
これに対し、角形電池は、電池収納空間に収納したときのデッドスペースが円筒形電池に比較して少ないことから、スペース効率が高く、さらに、収納空間内に安定した状態で収容できるので、電気機器の小型化および薄型化に適している。ところが、角形電池では、横断面形状が矩形状の有底角筒状の電池ケースに対応した横断面形状が矩形状の角形電極群を構成するのが一般に困難であるために、円筒形電池と比較して生産性が劣るという課題を有している。
【０００５】
例えば、角形の電極群としては、図６に示す一般的な角形のアルカリ蓄電池のように、短冊状に切断した複数枚の正極板１と負極板２とをこれらの間にセパレータ３を介在して交互に積層する構造のものが採用されている。この電極群では、多数枚の正極板１および負極板２にそれぞれリード端子を溶接により取り付けたのち、この正極板１および負極板２を積層した状態として角形の電池ケース４内に収納しなければならないので、それぞれ帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在した状態で円棒状の巻芯に巻回して構成される円筒形電池の渦巻状電極群と比較して、工程が複雑化して生産性が劣る。しかも、上述の積層構造の電極群では、正負両極板１，２の位置ずれによる相互の短絡不良を防止するために、セパレータ３を袋状に溶着して正極板１または負極板２の少なくとも一方を収納する、いわゆる「セパシール工程」が不可欠であり、これが積層構造の電極群の構造をさらに複雑なものにしている。
【０００６】
このような課題の解消を目的として、従来では、円筒形電池の電極板と同様に、正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回しながら横断面形状が矩形状を有する角形の電極群を製造する方法が提案されている。その代表的なものとしては、図７に示すように、円筒形電池の電極群と同様の工程によって円筒状の電極群７を構成したのち、その電極群７を、角度を９０度ずつずらせた四方向から温度１００°Ｃに加熱した熱プレス機８でそれぞれ加圧して、角柱状に成形する製造方法（特開平７−２２６２１２号公報参照）と、図８に示すように、横断面形状が長方形の一対の巻芯１２をこれらの間に帯状のセパレータ１１の長手方向の中央部を挟み込ませて組み合わせたのち、何れも帯状の正極板９と負極板１０をこれらの間に帯状のセパレータ１１を介在させて一対の巻芯１２の回りに巻回する製造方法（特開平９−１２０８２３号公報）が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７の製造方法では、円筒状に巻回された電極群７が四方向からの加圧を受けて角柱状に成形される際に、正極板９および負極板１０に比較的大きなストレスを与えるために、正負両極板９，１０の表面にクラックなどの不良が発生するだけでなく、電池としたときに、正負両極板９，１０からの脱落した活物質に起因してリーク不良（微小短絡不良）などが発生し易いために、電池の信頼性が低下するという課題がある。
【０００８】
ところで、極板９，１０としては、高多孔度を有する連続した三次元的網目構造を有する発泡メタルなどの発泡金属多孔体を芯材として、この芯材に活物質を充填したものが、充電容量の面などで非常に優れていることから、高容量タイプのアルカリ蓄電池を始めとして広く採用されている。しかしながら、上記の製造方法では、発泡金属多孔体に活物質を充填したタイプの極板を用いることが実用上不可能であるという重大な欠点がある。すなわち、上記発泡金属多孔体を用いた極板を渦巻状に巻回してなる円筒状電極群７に四方向から加圧して成形を行った場合には、加圧による変形時に発泡金属多孔体の発泡金属骨格に切断やひび割れなどの損傷が生じたり、あるいは活物質の剥離や離脱が生じ易いために、この電極群を用いて電池を構成した場合には、リーク不良が大幅に増大してしまうからである。
【０００９】
一方、図８の製造方法では、同図から明らかなように、巻き始めの数周目までは巻芯１２に対応した角柱状に近い外形となるが、巻き数の増加に伴って外形が徐々に円形に近づいていくので、その結果、最終的に所望の角柱状の電極群を得ることができない。このような不具合は、図９に示すように、形状の比較的大きな矩形状の巻芯１３を用いて巻回すれば、最終的にほぼ所望の角柱状の外形を有する渦巻状電極群を得ることができ、解消することができる。しかし、このような電極群では、巻芯１３を抜脱したあとの中央箇所に極板９，１０が存在しない大きな空間ができてしまい、電池としての容量密度が著しく低下するという新たな課題が生じる。このように、従来では、信頼性の高い角形の電極群を効率的に生産することのできる有効な手段が存在しないのが実情である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、生産性に優れた角形の渦巻状電極群を備えた角形電池およびこれの角形の渦巻状電極群を生産性良く高精度に作製することのできる製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る角形電池は、帯状の正極板と負極板とがこれらの間に帯状のセパレータを介在して渦巻状に巻回されてなる電極群および電解液が角筒状の電池ケース内に収容されてなり、前記電極群が、ほぼ円筒状に巻回されて中央部に位置する円筒状部と、角筒状に巻回されて前記円筒状部に対し外接する配置で設けられた角筒状部とを有していることを特徴としている。
【００１２】
この角形電池では、電極群における正負両極板を比較的大きな屈曲率で渦巻状に巻回しなければならない中央部分が円筒状に巻回された円筒状部になっているので、正負両極板を巻芯の回りにスムーズに巻回して形成することができ、極板を無理な角度に強制的に折り曲げたりしないことから、極板のクラック発生や活物質の脱落といった不具合が生じることがなく、リーク不良が殆ど発生しない高い信頼性を得るこができる。
【００１３】
また、電極群は、円筒状部の外周に角筒状部が形成されているので、角形の電池ケースの内周面に殆ど隙間無く収納することができる。角筒状部は、形成済みの円筒状部を利用して、この円筒状部の外周面に角形の巻芯を構成できる適当な部材を当てがって極板およびセパレータを渦巻状に巻回することで容易に形成することが可能であるから、円筒状とした電極群に四方向から加圧成形して得られる従来の角形の渦巻状電極群とは異なり、極板に何らストレスを与えることなく形成できるので、この点からも一層信頼性の高いものとなるとともに、連続的な一連の巻回工程で電極群を形成できることから、高い生産性で製造することができる。さらに、角筒状部の内周面側の四隅と円筒状部との間の４個所に形成される横断面形状がほぼ三角形の空隙には電解液が充満されるので、この電解液が効果的に機能して体積エネルギ密度が向上し、高容量化を図ることができる。
【００１４】
上記発明の角形電池において、電極群は、それぞれ単一の帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回することにより、円筒状部と角筒状部とが連続的に形成されている構成とすることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、正負両極板とセパレータとを巻回しながら円筒状部と角筒状部とを連続的に形成して電極群を構成できるので、例えば、個別に巻回して形成した角筒状部の内部に円筒状部を嵌め入れる工程などに比較して、高い生産性で製造できる。
【００１６】
また、上記発明の角形電池において、正極板および負極板の少なくとも一方を、芯材となる発泡金属多孔体に活物質を充填した構造を有したものを用いることができる。この構成によれば、充電容量の面などで非常に優れている発泡金属多孔体を芯材として構成した極板を用いながらも、電極群は、中央部分の円筒状部と外周部分の角筒状部とで構成されていることから、加圧成形などの工程を要せずに巻回工程のみで構成できるので、極板に発泡金属骨格の切断やひび割れ或いは活物質の剥離や離脱といったことが生じるおそれがなく、リーク不良の発生を抑制しながら高容量化を達成することができる。
【００１７】
さらに、上記発明の角形電池において、電池ケースを、金属製であって、各コーナ部分が丸みを帯びたほぼ正方形の横断面形状を有する有底角筒状とすることが好ましい。これにより、電池ケースと電極群との間隙を少なくして電池としての体積エネルギ密度を向上させることができる。また、複数個の角形電池を組み合わせて電池パックを構成する場合には、隣接する角形電池の各電池ケースのコーナ部分間に適当な空間を得ることができ、この空間を放熱用などに有効に活用することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の角形電池において、電極群は、正極板および負極板の各々の長手方向に沿った辺縁部にそれぞれ設けられた集電体接続部がセパレータの幅方向の互いに異なる方向に突出するようにずらせた配置で巻回されているとともに、前記両極板の各集電体接続部に正極用および負極用の集電体がそれぞれ溶接により接続され、正極用および負極用の少なくとも一方の前記集電体は、平板部にこれの中央近傍箇所から外周端部に達する長方形状の４個の切欠きが９０度の等間隔で放射状に形成され、且つ各切欠きの対向縁部から前記平板部に対し直交方向に突出する接続用突片を一体に備えた構成を有するとともに、電極群に対し円筒状部と角筒状部とが相互に接する４個所に４個の前記切欠きを合致させた相対位置に配置されて、前記各接続用突片が前記正負両極板の各集電体接続部に溶接されている構成とすることができる。
【００１９】
この構成によれば、集電体の各接続用突片は、正負両極板の各巻き層毎にそれぞれ突出している集電体接続部の全てに溶接できるので、集電体と極板とを確実に接続できるとともに、接続のための溶接時に切欠きの存在によって集電体の各接続用突片と極板の集電体接続部との交差接触部分に溶接電流を集中させることができるので、この部分を互いに十分に溶融させて強固に溶接することができ、大電流での出入力が可能となる。また、集電体の平板部における４個の切欠きの各間の部分は、電極群の円筒状部と角筒状部との間に生じる４箇所のほぼ三角形状の空隙部分に対して恰も施蓋する配置となるので、上記空隙部分に充填されている電解液は、その空間内に確実に保持されて、効果的に機能する。
【００２０】
一方、一発明に係る角形電池用電極群の製造方法は、帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して重ね合わせながら横断面形状が円形の巻芯の周囲に渦巻状に巻回して電極群の円筒状部を形成する工程と、ほぼ直角三角形の横断面形状を有してその直角の対向辺が前記円筒状部の外周面に対応する曲率の湾曲状となった４個の巻芯用チャック部材を、これらの直角を形成する各２辺による外形が角形を形作る配置で前記円筒状部の外周部に当てがって、前記４個の巻芯用チャック部材で角形巻芯を形成する工程と、前記円筒状部の形成後に残った前記正負両極板およびセパレータを前記角形巻芯の回りに巻回して電極群の角筒状部を形成する工程と、前記巻芯および前記巻芯用チャック部材を巻回済みの電極群から抜脱する工程とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
この角形電池用電極群の製造方法では、円筒形電池用電極群と同様に、円形の巻芯に帯状の正負両極板とセパレータとを巻回して電極群における円筒状部を形成したのちに、この円筒状部を活用して、円筒状部の外周面に４個の巻芯用チャック部材を当てがうことによって角形巻芯を形成し、この角形巻芯の回りに正負両極板とセパレータとを巻回することによって電極群における角筒状部を形成するので、各々の単一の正負両極板とセパレータとを一連の工程によりほぼ連続的に巻回して、本発明の電池に用いられている円筒状部と角筒状部とを有する電極群を、高い生産性で高精度に製造することができる。
【００２２】
また、他の発明に係る角形電池用電極群の製造方法は、帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して重ね合わせながら横断面形状が矩形状の巻芯の周囲に渦巻状に巻回してほぼ円筒状となる電極群の円筒状部を形成する工程と、ほぼ直角三角形の横断面形状を有してその直角の対向辺が前記円筒状部の外周面に対応する曲率の湾曲状となった４個の巻芯用チャック部材を、これらの直角を形成する各２辺による外形が角形を形作る配置で前記円筒状部の外周部に当てがって、前記４個の巻芯用チャック部材で角形巻芯を形成する工程と、前記円筒状部の形成後に残った前記正負両極板およびセパレータを前記角形巻芯の回りに巻回して電極群の角筒状部を形成する工程と、前記巻芯および前記巻芯用チャック部材を巻回済みの電極群から抜脱する工程とを備えていることを特徴としている。
【００２３】
この角形電池用電極群の製造方法においても、一発明の製造方法と同様に、各々単一の正負両極板とセパレータとを一連の工程によりほぼ連続的に巻回して、本発明の電池に用いられている円筒状部と角筒状部とを有する電極群を、高い生産性で高精度に製造することができるのに加えて、電極群の円筒状部は角筒状に類似したほぼ円筒状に形成できるので、円筒状部と角筒状部との４箇所に生じる空隙を、一発明に係る製造方法で製造する電極群よりも小さくすることができる利点がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る角形電池を示す横断面図である。同図において、この角形電池は、四つの各コーナ部分が丸みを帯びたほぼ正方形の横断面形状を有する有底角筒状の金属製電池ケース１４内に、中央部に位置する円筒状部１８とこの円筒状部１８に対し外接する配置で設けられた角筒状部１９とを有する電極群１７が、電解液（図示せず）と共に収納して構成されている。
【００２５】
上記円筒状部１８は、帯状の正極板２０と負極板２１とがこれらの間に帯状のセパレータ２２を介在して渦巻状に巻回されることにより、円筒状に形成されている。上記角筒状部１９は、円筒状部１８の形成後に残った正負両極板２０，２１およびセパレータ２２が角筒状に巻回されて円筒状部１８に対し外接する配置で設けられている。この円筒状部１８と角筒状部１９とを有する電極群１７の形成についての詳細は後述する。そして、円筒状部１８の中央孔２３および円筒状部１８と角筒状部１９との間の４箇所に生じる横断面形状がほぼ三角形の空隙２４には、電解液が充満されている。
【００２６】
この角形電池では、電極群１７における正負両極板２０，２１を比較的大きな屈曲率で渦巻状に巻回しなければならない中央部分が円筒状に巻回された円筒状部１８になっているので、正負両極板２０，２１を、例えば円柱状の巻芯の回りにスムーズに巻回して形成することができる。したがって、正負両極板２０，２１は無理な角度に強制的に折り曲げたりされないことから、極板２０，２１のクラック発生や活物質の脱落といった不具合が生じることがないので、この角形電池はリーク不良が殆ど発生しない高い信頼性を有している。
【００２７】
また、電極群１７は、円筒状部１８の外周部に角筒状部１９が形成されて、全体としてほぼ角柱状の外形を呈しているので、角形の電池ケース１４の内周面との間に殆ど隙間無く収納することができ、これにより、この角形電池は体積エネルギ密度が向上して高容量化を達成できる。また、角筒状部１９は、形成済みの円筒状部１８を活用して、この円筒状部１８の外周面に適当な部材を当てがうことによって角形の巻芯を容易に構成することができるから、その角形巻芯に極板２０，２１およびセパレータ２２を渦巻状に巻回することで容易に形成できるから、従来の角形の電極群のように円筒状電極群に四方向から加圧成形して形成するものと異なり、極板２０，２１にストレスを与えることがないので、この点からも一層信頼性の高いものとなるとともに、電極群１７を連続的な一連の巻回工程を経て形成することが可能であるから、高い生産性で製造することができる。
【００２８】
さらに、角筒状部１９の内周面側の四隅と円筒状部１８との間の４個所に形成される横断面形状がほぼ三角形の空隙２４には電解液が充満されるので、この電解液が効果的に機能して体積エネルギ密度が向上し、高容量化を図ることができる。特に、角形のリチウム二次電池では、極板２０，２１およびセパレータ２２が何れも厚みが薄いことに起因して電解液が電極群１７の全体に十分に浸透しない課題があるが、このような課題は、上記実施の形態の角形電池に設けた電極群１７によって解消することができる。
【００２９】
また、上記角形電池では、各コーナ部分が丸みを帯びたほぼ正方形の横断面形状を有する有底角筒状の金属製電池ケース１４を用いているので、電池ケース１４と電極群１７との間隙を少なくして体積エネルギ密度を向上させることができる。また、この角形電池を複数個組み合わせて電池パックを構成する場合には、隣接する角形電池の各電池ケース１４のコーナ部分間に適当な空間を得ることができ、この空間を放熱用などに有効に活用することができる。
【００３０】
つぎに、上記電極群１７の製造方法について、図２および図３を参照しながら説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、帯状のセパレータ２２の長さ方向の中央部を、円形棒状の巻芯２７を長手方向に沿って二つ割りした横断面形状が半円状の一対の巻芯半部２７ａ，２７ｂで挟み込み、この一対の巻芯半部２７ａ，２７ｂを合体して円形棒状とした巻芯２７を矢印方向に回転させて、巻芯２７の外周面にセパレータ２２を巻き付けさせる。
【００３１】
同図（ｂ）に示すように、巻芯２７が約半回転した時点で、帯状の正極板２０および負極板２１を互いに相対向する方向から巻芯２７とこれに巻き込まれるセパレータ２２との間に供給する。これにより、正負両極板２０，２１は、これらの間にセパレータ２２を介在して重ね合わされる状態で巻芯２７の回りに巻回されていく。
【００３２】
図３は、図２（ｂ）の工程における正負両極板２０，２１が巻芯２７に巻回される直前の状態を拡大して示した斜視図である。この工程の説明に先立って、正負両極板２０，２１およびセパレータ２２について詳述する。なお、この実施の形態では角形のニッケル水素蓄電池に適用した場合を例示して説明する。正極板２０は、厚さが1.2 ｍｍで、目付重量が400 ｇ／ｍ2 である発泡状ニッケル多孔体（発泡金属多孔体）を芯材として、この芯材に、活物質である水酸化ニッケルと導電剤である水酸化コバルト粉末およびＣＭＣ水溶液を混練してなるペーストを充填し、ペーストを乾燥させたのちに、圧延工程および切断工程を経て、幅が35ｍｍ、長さが300 ｍｍ、厚みが0.5 ｍｍの帯状に作製されたものである。この正極板２０には、図３に示すように、その長手方向の一辺に沿った辺縁部に活物質の未塗着部分を設けて、この未塗着部分にニッケルリード線を溶接により取り付けて集電体接続部２０ａが設けられている。
【００３３】
負極板２１は、厚みが60μｍのパンチングメタルを芯材として、この芯材に、水素吸蔵合金を結着剤と共に塗着し、乾燥工程、圧延工程および切断工程を経たのち、幅が35ｍｍ、長さが350 ｍｍ、厚みが0.35ｍｍの帯状に作製されたものである。この負極板２１には、図３に示すように、その長手方向の一辺に沿った辺縁部に水素吸蔵合金が未塗着の集電体接続部２１ａが設けられている。
【００３４】
セパレータ２２は、目付重量が65ｇ／ｍ2 である親水化処理を施したポリプロピレン製の不織布を幅が36ｍｍ、長さが650 ｍｍ、厚みが0.15ｍｍの帯状に作製されたものである。そして、正極板２０および負極板２１は、セパレータ２２に対して幅方向の互いに異なる方向に各々の集電体接続部２０ａ，２１ａのみがはみ出すようにずらせた相対位置で重ね合わされるよう供給される。
【００３５】
図２に戻って、正負両極板２０，２１およびセパレータ２２は、テンションローラ（図示せず）などによって適当な負荷を加えられながら互いに重ね合わされて巻芯２７に渦巻状に巻き取られていく。そして、同図（ｃ）に示すように、正負両極板２０，２１およびセパレータ２２が所定巻数だけ巻回されて所定の径を有する円筒状部１８の形成が終了した時点で、巻芯２７の回転が一時停止され、その状態で、形成済みの円筒状部１８の外周面に４個の巻芯用チャック部材２８が当てがわれて、その４個の巻芯用チャック部材２８によって角形巻芯２９が構成される。
【００３６】
すなわち、巻芯用チャック部材２８は、ほぼ直角三角形の横断面形状を有して、その直角の対向辺が円筒状部１８の外周面に対応する曲率の湾曲形状に形成されている。この４個の巻芯用チャック部材２８は、これらの直角を形成する各２辺による外形が正方形を形作る配置で円筒状部１８の外周面部に当てがわれることにより、円筒状部１８に当接した状態の４個の巻芯用チャック部材２８によって角形巻芯２９が構成される。このとき、未巻回の正負両極板２０，２１およびセパレータ２２は、円筒状部１８から隣接する２個の巻芯用チャック部材２８の間を通って恰も外部に導出された配置となる。
【００３７】
上記角形巻芯２９が円筒状部１８の外周面に構成された時点で、巻芯２７は同方向に再び回転するよう駆動されることにより、正負両極板２０，２１およびセパレータ２２の残存分が角形巻芯２９に渦巻状に巻回され終わると、図２（ｄ）に示すように、角形巻芯２９の外周側に角筒状部１９が形成される。最後に、負極板２１およびセパレータ２２の巻き終わり側端部をテープ（図示せず）で固定したのち、図２（ｅ）に示すように、巻芯半部２７ａ，２７ｂおよび４個の巻芯用チャック部材２８を抜脱すると、図１で示したと同様の円筒状部１８と角筒状部１９とを有して横断面形状がほぼ正方形となった角形の電極群１７が出来上がる。この全体として角筒状となった電極群１７には、その筒心方向の両端部からそれぞれ正負両極板２０，２１の各々の集電体接続部２０ａ，２１ａが突出されている。
【００３８】
この電極群１７の製造方法では、各々単一の正負両極板２０，２１とセパレータ２２とを一連の工程によりほぼ連続的に巻回して、図１に示した角形電池に用いられている円筒状部１８と角筒状部１９とを有する電極群１７を、高い生産性で高精度に製造することができる。また、電極群１７は、充電容量の面などで非常に優れている発泡金属多孔体を芯材として構成した正極板２０を用いて構成されているが、上記の製造方法では、加圧成形などの工程を要せずに巻回工程のみで電極群１７を作製できるので、上記正極板２０に発泡金属骨格の切断やひび割れ或いは活物質の剥離や離脱といった不具合の発生を確実に防止でき、この電極群１７を用いて構成する角形電池は、リーク不良の発生を抑制しながらも高容量化を達成することができる。
【００３９】
つぎに、上述の製造工程を経て得られた電極群１７を用いて角形電池を製造する方法について、その製造工程を順に示した斜視図である図４を参照しながら説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、電極群１７における筒心方向の一端（図の下端）から突出している負極板２１の集電体接続部２１ａには、電極群１７の横断面形状に対応したほぼ正方形の板状の負極集電体３０が溶接により接合されるとともに、電極群１７の他端（図の上端）から突出している正極板２０の集電体接続部２０ａには、以下に説明する形状を有する正極集電体３１が溶接により接合される。これにより、電池としたときには、正負両極板２０，２１からの集電効率が向上する。
【００４０】
上記正極集電体３１は、電極群１７の横断面形状に対応したほぼ正方形の板状の平板部３２における中央孔４７の近傍箇所から外周端部に達する長方形の４個（３個のみ図示）の切欠き３３が９０度の等間隔を存して放射状に形成されており、その各切欠き３３の対向縁部から直交する一方向（図の下方向）に向けて延びる接続用突片３４が屈曲手段で形成されている。そして、この正極集電体３１は、電極群１７に対して角筒状部１９が円筒状部１８に対し外接状態に接する４個所に自体の４個の各切欠き３３を合致させた相対位置に配置されて、各接続用突片３４が正極板２０の集電体接続部２０ａに溶接されている。この配置により、正極集電体３１の各接続用突片３４は、正極板２０の各巻層毎にそれぞれ突出している集電体接続部２０ａの全てに交差した配置で確実に溶接されて、正極板２０に対し確実に接続される。
【００４１】
さらに、上記正極集電体３１を用いた場合には、これの各接続用突片３４と正極板２０の集電体接続部２０ａとを極めて強固に溶接することができる。この点について説明すると、一般的なタブレス方式では、電極群の端部から突出した例えば正極板の集電体接続部の先端と、一枚の板状の集電体の平板部分の長さ方向に沿った両側縁と平行に形成されたリブ状突起片とを交差した配置で接触させて、棒状の溶接電極を当接させて加圧しながら溶接しているが、通電距離と電気抵抗値の関係から、一対の溶接電極間において集電体の平板部を流れる電流（溶接時の無効電流）が大きくなり、肝心の溶接箇所である集電体接続部とリブ状突起片との交差部間に流れる電流が小さくなることから、十分な溶融による溶接を行うことができなかった。
【００４２】
これに対し、上記正極集電体３０を用いた場合には、各切欠き３３の対向縁部から接続用突片３４を突設しているので、溶接に際して一対の溶接電極を当てがったとき、接続用突片３４より外側の平板部３２に流れる溶接電流が少なく、溶接電流の多くが接続用突片３４に集中するので、接続用突片３４と集電体接続部２０ａとが交差する各点で接続用突片３４が集電体接続部２０ａに食い込んだ状態で溶融して、この部分が強く溶着される。これにより、電池としたときには、電池の内部抵抗が低くなって十分な大電流を出入力させることが可能となる。
【００４３】
さらに、上記正極集電体３１を用いた場合には、正極集電体３１の平板部３２における４個の切欠き３３の各間の部分が、電極群１７の円筒状部１８と角筒状部１９との間に生じる４箇所のほぼ三角形状の空隙２４に対して恰も施蓋する配置となるので、上記空隙２４内に充満されている電解液は、その空隙２４内に確実に保持されて、効果的に機能する。
【００４４】
上記のように正負極の集電体３１，３０を取り付けた電極群１７は、正極集電体３１にリードタブ３７の一端を接合したのち、図４（ａ）に矢印で示すように、各コーナ部分が丸みを帯びたほぼ正方形の横断面形状を有する有底角筒状の金属製電池ケース１４内に挿入し、さらに、短絡防止用の絶縁板３８を電池ケース１４内に挿入して電極群１７の上端部に取り付けられる。そののち、電池ケース１４内には、正極集電体３１の中央孔４７および電極群１７の中央孔２３を介して溶接用電極棒を挿入して、負極集電体３０を電池ケース１４の底面に抵抗溶接により接合する。
【００４５】
つぎに、電池ケース１４には、その開口端の近傍箇所に対して金型による圧縮成形が施されて、図４（ｂ）に示すように、円筒状の開口頭部３９が形成される。さらに、電池ケース１４を回転させながら、その電池ケース１４の回転方向と逆方向に回転するロール型（図示せず）を開口頭部３９の側面に押し付けることにより、図４（ｃ）に示す環状溝４０が形成され、電極群１７が電池ケース１４内に固定される。
【００４６】
続いて、電池ケース１４内には、正極集電体３１の中央孔４７および電極群１７の中央孔２３から所定量の電解液が注入される。さらに、図４（ｃ）に示す封口体４１には、これのフイルタ（図示せず）にリードタブ３７の他端部が抵抗溶接によって接続されたのち、この封口体４１は、開口頭部３９内に挿入されて、環状溝４０によって電池ケース１４の内方に膨出した環状の支持部（図示せず）上に載置され、この状態で開口頭部３９が内方にかしめ加工されることにより、図４（ｄ）に示すように、開口頭部３９が封口体４１によって密閉化され、角形電池が構成される。このようにして得られた角形電池に対して初充放電を行い、放電容量が3500ｍＡｈである角形のニッケル水素電池を作製した。
【００４７】
つぎに、本発明者らが実施した実験結果について説明する。上述した製造工程を経て製造した実施の形態の角形電池の他に、比較例としての角形電池を、図７で説明した従来の製造方法で作製した。すなわち、比較例の角形電池は、正負両極板をこれらの間にセパレータを介在して重ね合わせながら、横断面形状が４ｍｍの直径を有する円形となった円棒状の巻芯の回りに渦巻状に巻回して、円筒状の電極群を構成したのち、この電極群を４方向から熱プレス機で加圧して角柱状の電極群を作製し、この角柱状の電極群を用いて、図４と同様の工程を経てニッケル水素蓄電池に作製した。
【００４８】
上述の実施の形態の角形電池および比較例の角形電池をそれぞれ1000個ずつ作製して、これらのリーク不良の発生割合を調べた。その結果、実施の形態の角形電池ではリーク不良の発生割合が1/1000であったのに対し、比較例の角形電池では、11／1000の高い割合でリーク不良が発生した。このように、実施の形態の角形電池が高い信頼性を有しているのは、図１の角形電池において説明した効果によるものである。
【００４９】
すなわち、実施の形態の角形電池では、電極群１７における正負両極板２０，２１を比較的大きな屈曲率で渦巻状に巻回しなければならない中央部分が円筒状に巻回された円筒状部１８になっているので、正負両極板２０，２１を巻芯の回りに巻回してスムーズに形成することができ、換言すると、正負両極板２０，２１を無理な角度に強制的に折り曲げたりしないことから、正負両極板２０，２１のクラック発生や活物質の脱落といった不具合が生じることがないので、リーク不良が殆ど発生しない高い信頼性を得ることができる。さらに、角筒状部１９は、形成済みの円筒状部１８を利用して、この円筒状部１８の外周部に４個の巻芯用チャック部材２８を当てがって角形巻芯２９を構成したのち、その角形巻芯２９に正負両極板２０，２１およびセパレータ２２を渦巻状に巻回することで容易に形成でき、円筒状の電極群を加圧成形して得られる比較例の角形電池の電極群とは異なり、正負両極板２０，２１に何らストレスを与えることなく形成できるので、この点からも一層信頼性の高いものになっている。
【００５０】
また、実施の形態の角形電池では、電極群１７が円筒状部１８の外周側に角筒状部１９が形成された構成を有しているので、この電極群１７を角形の電池ケース１４の内周面に対し殆ど隙間を生じることなく収納できるとともに、角筒状部１９の内周面側の四隅と円筒状部１８との間の４個所に形成される横断面形状がほぼ三角形の空隙２４には電解液が充満されるので、この電解液が効果的に機能して体積エネルギ密度が向上し、格段の高容量化を図ることができる。
【００５１】
しかも、実施の形態の角形電池では、連続的な一連の巻回工程で電極群１７を形成できることから、高い生産性で製造することができる。なお、電極群は、個別に巻回して形成した角筒状部の内部に円筒状部を嵌め入れる工程を経て構成しても、実施の形態の電極群１７とほぼ同様の構成と同様の効果を得ることができる。但し、この工程を採用して実用化するためには、角筒状部の内部に円筒状部を効率的に嵌め入れる手段を案出して生産性の向上を図る必要がある。
【００５２】
図５は本発明の他の実施の形態に係る角形電池を示す横断面図を示し、同図において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この角形電池が図１の一実施の形態の角形電池に対し相違する点は、電極群１７の円筒状部４２の形状のみである。すなわち、円筒状部４２は、正負両極板２０，２１とセパレータ２２とが、図８に示した従来の角形電池用電極群の製造に用いられているのと同様の横断面長方形の一対の巻芯によって渦巻状に巻回されたものである。したがって、この円筒状部４２は角筒状に類似したほぼ円筒状に形成されており、その中心孔４３がほぼ正方形になっている。
【００５３】
これにより、上記角形電池の電極群１７では、円筒状部４２と角筒状部１９との間の４箇所に生じる空隙４４が、一実施の形態の角形電池の電極群１７の空隙２４よりも小さくすることができる利点がある。この角形電池は、電極群１７の円筒状部４２を角形の巻芯を用いて巻回する工程以外は一実施の形態で説明したと全く同様の工程で製造できる。
【００５４】
なお、上記実施の形態では、角形のニッケル水素蓄電池に適用した場合を例示して説明しているが、本発明は、上述のアルカリ蓄電池に限らず、リチウム電池やリチウム二次電池にも適用することができるのは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の角形電池によれば、電極群の中央部分に円筒状部を設けているので、極板を巻芯の回りにスムーズに巻回して形成することができ、極板を強制的に折り曲げたりしないことから、極板のクラック発生や活物質の脱落といった不具合が生じることがないので、リーク不良が殆ど発生しない高い信頼性を得ることができる。また、電極群は、円筒状部の外周に角筒状部を設けて全体として角形の外形を呈しているので、角形の電池ケースの内周面に殆ど隙間無く収納することができるとともに、この角筒状部は、円筒状部を利用して、この円筒状部に適当な部材を当てがって角形巻芯を形成することによって、巻回工程で形成できるから、円筒状とした電極群に四方向から加圧成形して得られる従来の角形の渦巻状電極群とは異なり、極板に何らストレスを与えることなく形成できるので、この点からも一層信頼性の高いものとなるとともに、連続的な一連の巻回工程で電極群を形成できることから、高い生産性で製造することができる。さらに、角筒状部と円筒状部との間の空隙部には電解液が充満されるので、この電解液が効果的に機能して体積エネルギ密度が向上し、高容量化を図ることができる。
【００５６】
また、本発明の角形電池用電極群の製造方法によれば、円筒形電池用電極群と同様に、円形の巻芯に帯状の正負両極板とセパレータとを巻回して電極群における円筒状部を形成したのちに、この円筒状部の外周面に４個の巻芯用チャック部材を当てがうことによって角形巻芯を形成し、この角形巻芯の回りに正負両極板とセパレータとを巻回することによって電極群における角筒状部を形成するようにしたので、各々の単一の正負両極板とセパレータとを一連の工程によりほぼ連続的に巻回して、本発明の角形電池に用いている円筒状部と角筒状部とを有する電極群を、高い生産性で高精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る角形電池を示す横断面図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は同上の電極の製造過程を工程順に示した横断面図。
【図３】図２（ｂ）の工程の斜視図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は同上の電極群を用いた角形電池の製造過程を工程順に示した斜視図。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る角形電池を示す横断面図。
【図６】従来の一般的な角形アルカリ蓄電池を示す破断斜視図。
【図７】従来の横断面形状角形の電極群の製造方法における加圧成形工程を示す概略平面図。
【図８】従来の横断面形状角形の電極群の他の製造方法の巻回工程が終了した状態を示す切断正面図。
【図９】図８の製造方法において形状の大きな巻芯を用いた場合の巻回工程が終了した状態を示す切断正面図。
【符号の説明】
１４  電池ケース
１７  電極群
１８，４２  円筒状部
１９  角筒状部
２０  正極板
２０ａ  正極板の集電体接続部
２１  負極板
２１ａ  負極板の集電体接続部
２２  セパレータ
２７  巻芯
２８  巻芯用チャック部材
２９  角形巻芯
３０  負極集電体
３１  正極集電体
３２  平板部
３３  切欠き
３４  接続用突片
【図１】
0003829080.tif 000002
【図２】
0003829080.tif 000003
【図３】
0003829080.tif 000004
【図４】
0003829080.tif 000005
【図５】
0003829080.tif 000006
【図６】
0003829080.tif 000007
【図７】
0003829080.tif 000008
【図８】
0003829080.tif 000009
【図９】
0003829080.tif 000010