JP2007242394A

JP2007242394A - 電池

Info

Publication number: JP2007242394A
Application number: JP2006062511A
Authority: JP
Inventors: Masanori Asano; 将紀浅野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】簡単な構成にて内部ショートが確実に防止される電池を提供する。
【解決手段】電池は、セパレータ２８を介して正極板及び負極板２８を渦巻き状に巻回して形成された電極群２２と、電極群２２の一端側に位置する正極板の端部に連なる金属多孔体４４及び金属多孔体４４の片面に接合された金属薄板４８を含む集電用接続部４９と、集電用接続部４９の径方向内側の面に接する第１の保護テープ５０と、集電用接続部４９の径方向外側の面に接し、且つ、渦巻き方向でみて、集電用接続部４９の径方向外側の面の長さと略同等以上の長さを有する、第２の保護テープ５２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は電池に関する。

電動工具、アシスト自転車、電気自動車等の電源に用いられるニッケル水素二次電池等のアルカリ蓄電池には、優れた高率放電特性が要求される。
例えば特許文献１は、この種の高率放電特性に優れた電池を開示しており、この電池は第１極板及び第２極板が渦巻状に巻回された電極群を備える。電極群の一端側には集電板が配置され、集電板は電極群の第１極板に電気的に接続されている。

より詳しくは、電極群の一端側に位置する第１極板の端部には、集電板に溶接される集電用接続部が形成されている。集電用接続部は、第１極板の端部に連なる金属多孔体（帯状連結部）と、金属多孔体の片面に接合された金属薄板とからなり、集電用接続部の両面には、保護テープが貼り付けられている。保護テープは、帯状連結部又は金属薄板が破断してセパレータを突き破り、第２極板と接触して内部ショートを引き起こすのを防止する。なお、これらの保護テープは、巻回前に集電用接続部に貼り付けられるため、保護テープの長さは、巻回前の集電用接続部の長さに合わせられる。
特開2000-21435号公報

ところで、上述した第１極板は所定の厚さを有するため、渦巻状に巻回するとき径方向外側の面が引き伸ばされ、径方向内側の面よりも径方向外側の面のほうが渦巻き方向でみて長くなる。これと同様に、第１極板の端部に形成される集電用接続部でも、径方向外側の面が引き伸ばされ、径方向外側の面のほうが長くなる。
このため、巻回前において、集電用接続部の長さと集電用接続部の径方向外側の面に貼り付けられる保護テープの長さとが同じであると、巻回後においては、集電用接続部の径方向外側の面よりも保護テープのほうが短くなってしまう。この場合、巻き終わり側の集電用接続部の部位が保護テープによって覆われず、集電用接続部を形成する金属薄板又は金属多孔体の破断した部分が、セパレータを突き破って負極板と直接接触し、内部ショートが発生してしまう虞がある。

本発明は上述の事情に基づいてなされたものであって、簡単な構成によって内部ショートが確実に防止される電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して第１極板及び第２極板を渦巻き状に巻回して形成された電極群と、前記電極群の一端側に位置する前記第１極板の端部に連なる金属多孔体及び当該金属多孔体の片面に接合された金属薄板を含む集電用接続部と、前記集電用接続部の径方向内側の面に接する第１保護部材と、前記集電用接続部の径方向外側の面に接し、且つ、渦巻き方向でみて、前記集電用接続部の径方向外側の面の長さと略同等以上の長さを有する、第２保護部材とを備えることを特徴とする電池が提供される（請求項１）。

好適な態様として、巻回される前において、前記第２保護部材は前記集電用接続部よりも長い（請求項２）。
好適な態様として、前記保護部材は粘着性テープからなる（請求項３）。

本発明の請求項１の電池によれば、電極群において、第２保護部材の長さが集電用接続部の径方向外側の面の長さと略同等以上であることによって、集電用接続部の径方向外側の面が全域に渡り第２保護部材によって覆われる。この結果として、この電池では、集電用接続部の金属多孔体又は金属薄板が破断しても、第２保護部材によって、破断した部位がセパレータを突き破るのが防止され、内部ショートの発生が確実に防止される。

請求項２の電池によれば、巻回前において、第２保護部材の長さを集電用接続部よりも長くすることによって、巻回後の第２保護部材の長さを、集電用接続部の径方向外側の面の長さと同等以上に簡単且つ確実にすることができる。
請求項３の電池によれば、保護部材として粘着性テープを用いることによって、生産性が向上する。

以下、本発明の一実施形態の電池としてニッケル水素二次電池を説明する。
この電池は、例えばＡＡサイズの円筒型電池であり、図１に示したように、一端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備え、外装缶１０の底壁は導電性を有した負極端子として機能する。外装缶１０の開口内には、リング状の絶縁パッキン１２を介して導電性を有する円板形状の蓋板１４が配置され、これら蓋板１４及び絶縁パッキン１２は外装缶１０の開口縁をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁に固定されている。

蓋板１４は中央にガス抜き孔１６を有し、蓋板１４の外面上にはガス抜き孔１６を塞いでゴム製の弁体１８が配置されている。更に、蓋板１４の外面上には、弁体１８を覆うフランジ付き円筒形状の正極端子２０が固定され、正極端子２０は弁体１８を蓋板１４に押圧しており、蓋板１４、弁体１８及び正極端子２０は安全弁を形成している。
外装缶１０には、略円柱状の電極群２２が収容されている。電極群２２は、それぞれ帯状の正極板２４、負極板２６及びセパレータ２８を渦巻状に巻回して形成され、正極板２４と負極板２６の間にセパレータ２８が挟まれている。

そして、外装缶１０内には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）が注液され、セパレータ２８に含まれたアルカリ電解液を介して正極板２４と負極板２６との間で充放電反応が進行する。
また、外装缶１０内には、その底壁と電極群２２との間に、円形状をなす金属製の負極集電板３０が配置され、この負極集電板３０を介して負極板２６は外装缶１０と電気的に接続されている。より詳しくは、負極板２６は、例えばパンチングメタルからなる負極基板３２を有し、負極基板３２の両面には水素吸蔵合金を含む負極活物質層３４が保持されている。また、負極基板３２には、負極活物質層３４から負極集電板３０に向かって突出した連結部３６が設けられ、この連結部３６が負極集電板３０に溶接されている。

更に、外装缶１０内には、電極群２２と蓋板１４との間にも円形状をなす金属製の正極集電板３８が配置されている。この正極集電板３８には、帯状のリード部４０が一体に形成され、リード部４０の先端は蓋板１４に溶接されており、蓋板１４、正極集電板３８及びリード部４０を介して、正極板２４は正極端子２０と電気的に接続されている。
より詳しくは、正極板２４は非焼結式ニッケル電極であって、図２を参照すると、導電性の正極基板４２を有する。正極基板４２は多孔質構造を有する金属多孔体からなり、３次元網目構造の骨格により形成される無数の空孔を含む。正極基板４２の空孔内には、電極群２２の蓋板１４側に位置付けられる帯状連結部４４を除き、正極活物質としての水酸化ニッケル粒子が充填されている。換言すれば、正極板２４は、帯状連結部４４を除く正極基板４２の部位（本体部４６）と、本体部４６に充填された正極活物質とからなり、正極板２４の端部に帯状連結部４４が一体に連なっている。

帯状連結部４４は、厚さ方向両側から圧縮され、本体部４６よりも薄くなっている。帯状連結部４４の例えば径方向外側の面には、帯状の金属薄板４８が溶接されており、金属薄板４８は、その幅が帯状連結部４４よりも広い。金属薄板４８は、電極群２２の軸線方向にてセパレータ２８を超えて延出し、金属薄板４８の端部が正極集電板３８に溶接されている。従って、帯状連結部４４及び金属薄板４８は、正極板２４を正極集電板３８に接続するための集電用接続部４９を形成している。

なお、金属薄板４８の厚さは、帯状連結部４４と本体部４６との段差に合致し、金属薄板４８の外面は、本体部４６即ち正極板２４の径方向外側の面と略面一をなしている。
集電用接続部４９の両面には保護テープ５０,５２が接着され、これら保護テープ５０,５２は、段差を跨いで集電用接続部４９に隣接する本体部４６にも付着する一方、集電用接続部４９の長手方向（渦巻き方向）全域に亘って付着している。

すなわち、図３の円内に示したように、渦巻き方向でみて、集電用接続部４９の巻き終わり端部まで、集電用接続部４９の径方向内面及び径方向外面は、保護テープ５０,５２によって覆われている。
保護テープ５０,５２は、好ましくは、ポリプロピレンやポリエチレン製の粘着性テープからなり、帯状連結部４４側の保護テープ５０は、例えば60〜100μmの厚さを有する一方、金属薄板４８側の保護テープ５２は、例えば20〜50μmの厚さを有する。従って、帯状連結部４４側の保護テープ５０は、金属薄板４８側の保護テープ５２よりも厚い。

なお、電極群２２の蓋板１４側に位置付けられる負極板２６の端部５４,５４は、電極群２２の軸線方向でみて、正極基板４２の本体部４６よりも突出しており、セパレータ２８及び保護テープ５０,５２を介して帯状連結部４４及び金属薄板４８の一部を挟んでいる。
上述した電極群２２は、帯状の正極板２４、負極板２６及びセパレータ２８を渦巻状に巻回して形成される。ここで、図４は、巻回直前の正極板２４を示しており、正極板２４の側部には、集電用接続部４９が既に形成されている。

また、集電用接続部４９の両側には、帯状の保護テープ５０,５２も既に貼り付けられており、巻回前において、保護テープ５２は集電用接続部４９及び保護テープ５０よりも長い。より詳しくは、巻回前において、巻き始め側の端部の位置は、集電用接続部４９と保護テープ５０,５２との間で揃っているが、巻き終わり側の端部の位置は、集電用接続部４９と保護テープ５０との間でのみ揃っている。保護テープ５２の巻き終わり側の端部は、集電用接続部４９及び保護テープ５０の巻き終わり側の端部を超えて延出している。

上述した電池は、正極集電板３８及び負極集電板３０を介して正極板２４及び負極板２６が正極端子２０及び負極端子（外装缶１０）に電気的に接続されているので、良好な高率放電特性を有する。
また、上述した電池では、電極群２２において、保護テープ５２の長さが集電用接続部４９の径方向外側の面の長さと略同じであり、集電用接続部４９の径方向外側の面が全域に渡り保護テープ５２によって覆われる。この結果として、この電池では、集電用接続部４９の金属薄板４８が破断しても、保護テープ５２によって、破断した部位がセパレータ２８を突き破るのが防止され、内部ショートの発生が確実に防止される。

そして、上述した電池では、巻回前において、保護テープ５２の長さを集電用接続部４９よりも長くすることによって、巻回時に集電用接続部４９の径方向外側の面が伸びたとしても、巻回後の保護テープ５２の長さを、集電用接続部４９の径方向外側の面の長さと略同等以上に簡単且つ確実にすることができる。
本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル−カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、更には１次電池であってもよい。

一実施形態においては、正極基板４２の帯状連結部４４には、その長手方向全域に亘り正極活物質が充填されていないが、帯状連結部４４の一部に正極活物質を充填してもよい。この場合、帯状連結部４４の残りの部分のみを圧縮し、圧縮した部分に金属薄板４８を溶接すればよい。
一実施形態において、巻き終わり側の保護テープ５２の端部の位置は、集電用接続部４９の端部の位置と揃っていたけれども、保護テープ５２の端部は、集電用接続部４９の端部を渦巻き方向で超えていてもよい。

一実施形態において、保護テープ５０,５２には粘着性テープを用いたけれども、熱溶着テープを用いても良い。しかしながら、粘着性テープは容易にその厚さを調整することができるとともに、帯状連結部４４や金属薄板４８に接着する際に溶着工程が不要なことから好ましい。また、ポリプロピレン及びポリエチレン等のポリオレフィン樹脂製の保護テープは、耐アルカリ性に優れており、アルカリ電池に好適する。

一実施形態においては、外装缶１０は負極端子であったが、外装缶１０を正極端子にしてもよい。すなわち、正極板２４の帯状連結部４４が外装缶１０の底壁に向かって突出するように電極群２２を外装缶１０に収容してもよい。
一実施形態においては、帯状連結部４４よりも金属薄板４８のほうがセパレータ２８から突出していたが、帯状連結部４４及び金属薄板４８の突出長さを揃え、帯状連結部４４及び金属薄板４８の双方を正極集電板３８に溶接してもよい。

一実施形態においては、帯状連結部４４の径方向外側に金属薄板４８が接合されていたけれども、帯状連結部４４の径方向内側に金属薄板４８を接合してもよい。
一実施形態においては、負極板２６の負極基板として、金属多孔体を用いても良く、この場合、正極板２４と同様に、負極基板に帯状連結部を形成し、この帯状連結部に金属薄板を固定し、これら非充填部及び金属薄板を挟むように保護テープを接着してもよい。

また、上記した一実施形態においては、電極群２２の形状は略円柱状であったが、径方向両側からプレスして変形させることにより、電極群の横断面形状を楕円形状にしてもよい。

実施例１及び比較例１
１．電池の製作
（１）正極板の製作
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に導電処理した後、電解槽のメッキ液に浸漬してニッケルメッキした。メッキした有機多孔体を、750℃の温度で所定時間焙焼して、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ニッケルからなる金属多孔体を得た。得られた金属多孔体は、目付が約600g/m^２、多孔度が95%、厚さが約2.0mmであった。

一方、2.5質量%の亜鉛と、1質量%のコバルトを共沈成分として含有する水酸化ニッケル粉末90質量部に対して、コバルト粉末10質量部、酸化亜鉛粉末3質量部を添加して全体を混合し、その混合物にヒドロキシプロピルセルロース水溶液（固形分0.2質量%）50質量部を添加して全体を混練し、ペースト状の正極活物質スラリーを得た。

得られた正極活物質スラリーを、金属多孔体に充填した。充填量は、圧延後の活物質密度が約2.91g/cc-voidとなるように調整した。活物質スラリーを乾燥させた後、厚さが約0.70mmとなるように金属多孔体にロール圧延を行った。そして、圧延された金属多孔体を短冊状に切断し、一側縁部の活物質を超音波剥離等により除去した。その後、この側縁部を再びロール圧延して厚さ約0.5mmの帯状連結部にした。
この後、この帯状連結部の一方の面に、抵抗電気溶接により厚さ0.1mm、幅3mmのニッケルリボンを接続して集電用接続部を形成し、集電用接続部の両面に表１に示した巻回前長さの保護テープ（ニチバン株式会社製，ポリプロピレン粘着テープ）を接着した。

（２）電池の組立て
上述のように製作した正極板と、水素吸蔵合金を含む負極板とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して巻回して渦巻状電極群を得た。この渦巻状電極群の両端に正極集電板及び負極集電板を溶接した後、電極群を外装缶内に挿入し、負極集電板を外装缶の底壁にスポット溶接するとともに正極集電板のリード部を蓋板に溶接した。この後、外装缶内に、水酸化リチウム及び水酸化ナトリウムを含有した7.5Nの水酸化カリウム水溶液からなる電解液を注入した。そして、外装缶の開口内に絶縁パッキンを介して蓋板を配置した状態にて開口縁をかしめ加工し、実施例１及び比較例１として、公称容量1200mAhの円筒型ニッケル水素二次電池をそれぞれ1000個製造した。

２．短絡評価試験
得られた実施例及び比較例の電池の端子間電圧を測定し、この端子間電圧が0.1V以下の場合に内部ショート発生と判断して、1000個中、内部ショートの発生した電池数を数えた。表１にこの結果を示した。

表１から明らかなように、径方向外側に位置付けられる保護テープの巻回前長さが、集電用接続部及び径方向内側に位置付けられる保護テープの巻回前長さよりも長い実施例１の電池においては、集電用接続部及び保護テープの巻回前長さが同一の比較例１に比べて、内部ショートの発生が防止されている。

本発明の一実施形態の電池の部分断面図である。図１の電池における正極板と正極集電板との接続部を拡大して概略的に示した図である。図１の電池に用いられた電極群の横断面図であり、円内は、正極板の巻き終わり端部近傍を拡大して概略的に示す。巻回直前の正極板を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

２２電極群
２４正極板（第１極板）
２６負極板（第２極板）
２８セパレータ
４４帯状連結部（金属多孔体）
４８金属薄板
４９集電用接続部
５０保護テープ（第１保護部材）
５２保護テープ（第２保護部材）

Claims

セパレータを介して第１極板及び第２極板を渦巻き状に巻回して形成された電極群と、
前記電極群の一端側に位置する前記第１極板の端部に連なる金属多孔体及び当該金属多孔体の片面に接合された金属薄板を含む集電用接続部と、
前記集電用接続部の径方向内側の面に接する第１保護部材と、
前記集電用接続部の径方向外側の面に接し、且つ、渦巻き方向でみて、前記集電用接続部の径方向外側の面の長さと略同等以上の長さを有する、第２保護部材と
を備えることを特徴とする電池。
巻回される前において、前記第２保護部材は前記集電用接続部よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記保護部材は粘着性テープからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。