JP3625731B2 - 角型電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角型電池にかかり、特にニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群を備えた角型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、正極板と負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極群を備えた円筒型アルカリ蓄電池に代わり、電池使用機器内での体積効率を高めるために角型アルカリ蓄電池が開発されるようになった。この種の角型アルカリ蓄電池においては、正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を角型の外装缶内に挿入し、正極板より延出する正極リードを正極端子に接続し、負極板より延出する負極リードを負極端子に接続した後、電解液を注入し、開口部を封口体で封止して作製するようにしている。
【０００３】
この種の角型アルカリ蓄電池は携帯電話、ノートブック型パーソナルコンピュータ等の携帯機器用電源としての需要が急速に拡大し、これに伴って、角型アルカリ蓄電池のさらなる高容量化、長寿命化が要求されるようになった。このため、この種の角型アルカリ蓄電池は、例えば、帯状の芯体を共通にしてその左右に２つの負極板を形成した後、その中央部（連結部）をＵ字状に折曲し、Ｕ字状に折曲された２つの負極板間にセパレータを介して正極板を挟持させた極板組の間にセパレータを介して正極板を積層して極板群とし、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した角型のアルカリ蓄電池のエネルギー密度をさらに増大させようとした場合、電池の充放電反応に関与しないセパレータを薄型にすれば、セパレータが薄くなった分だけ活物質の充填量を増加させることが可能となって高エネルギー密度で高容量の電池が得られるようになる。
しかしながら、高エネルギー密度で高容量な電池とするために、セパレータを薄型にすればするほどセパレータの機械的強度が減少し、内部短絡が発生するようになるので、セパレータの薄型化には限界があった。
【０００５】
ここで、例えば、図５に示すように、中央の折曲部（連結部）２３でＵ字状に折曲された２つの負極板２４，２５間にセパレータ３０，３０を介して正極板１０Ｄを挟持させて極板組とし、これらの２つ極板組の間にセパレータ３０，３０を介して正極板１０Ｄを積層して極板群とし、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して角型アルカリ蓄電池を形成すると、セパレータ３０は６枚が必要となる。
【０００６】
ところが、セパレータを薄型化する代わりに電池内に配置するセパレータの枚数を減少させ、セパレータが減少した分だけ極板の厚みを増大させて活物質の充填量を増加させると、図６に示すように、中央の折曲部（連結部）２３でＵ字状に折曲された２つの負極板２６，２７間にセパレータ３０，３０を介して厚みの厚い正極板１０Ｅを挟持させて極板組とし、これらの２つ極板組を積層して極板群として、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して角型アルカリ蓄電池を形成すると、セパレータは４枚だけで済むようになる。
【０００７】
このように、セパレータを薄型化する代わりに電池内に配置するセパレータの枚数を減少させれば、セパレータの挿入枚数が減少した分だけ極板の厚みを増加させて活物質の充填量を増加させることが可能となるので、高エネルギー密度で高容量の電池が得られるようになる。
【０００８】
しかしながら、活物質を高密度に充填して、厚みが厚い極板を作製することは困難であるという問題を生じた。また、三次元網目構造の多孔性基板（発泡ニッケルなど）を極板芯体として用いて極板を製造する場合、極板芯体自体の厚みを厚くすることが困難であるという問題も生じた。
そこで、本発明は前記実情にかんがみてなされたもので、極板の製造が容易であるとともに活物質の充填密度および体積エネルギー密度が大きい角型アルカリ蓄電池を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の角型アルカリ蓄電池の極板群は、極板芯体からなる連結部の両側に一対の一方極の極板が形成されているとともに、該連結部がＵ字状に折曲されており、前記連結部にてＵ字状に折曲された一方極の一対の極板間にセパレータを介して他方極の複数の極板よりなる複合極板が挟持されて極板組が形成されているとともに、該極板組の複数組がセパレータを介することなく直接積層されて電極群が形成されており、前記複数の極板よりなる複合極板の各極板は金属多孔体からなる極板芯体に活物質が充填されて形成されていて、該各極板の少なくとも１つは該複合極板より延出して集電リード板が固着されており、前記電極群の最外側に配置された前記一方極の極板は前記金属外装缶の内側面に緊密に接触するとともに前記連結部が前記金属外装缶の内底面に緊密に接触するように前記電極群が前記金属外装缶に収容されている。このような極板群構成であると、極板組間にはセパレータを配置する必要が無くなるため、極板群内のセパレータの枚数を減少させることが可能となる。
【００１０】
そして、極板群内のセパレータの枚数を減少させると、セパレータの枚数を減少させた分だけ他方極および一方極の極板の厚みを増すことが可能になるが、極板の厚みを増加させる代わりに極板の枚数を増加させることにより、１枚当たりの極板の厚みを薄くすることが可能となる。この結果、活物質を高密度に充填することが可能になるとともに、三次元網目構造の多孔性基板（発泡ニッケルなど）を極板芯体として用いることも可能となり、極板の体積エネルギー密度が向上して、高容量の角型アルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００１１】
また、複合極板の各極板の少なくとも１つは該複合極板より延出して集電リード板が固着されており、この集電リード板の固着面がセパレータに接しないように配置されていると、集電リード板の形成時に生じたバリ等に起因して発生するセパレータ貫通による短絡を防止できるようになる。そして、複合極板の各極板にそれぞれ集電リード板を設ける場合、これらの溶接面同士を対向させて、その反対側をセパレータに接するようにすれば、セパレータ貫通による短絡を防止できるようになる。
【００１２】
また、複合極板の各極板間に１つの集電リード板が固着されており、この集電リード板により複合極板の各極板からの集電がなされるようにすると、集電リード板の固着面がセパレータと接しないように配置されることとなるので、セパレータ貫通による短絡を防止できるようになるとともに、集電リード板の個数を減らすことが可能となる。
【００１３】
さらに、一方極の各極板間にはこれらの各極板の極板芯体からなる連結部が一体的に形成されているとともに、この連結部が略Ｕ字状に折曲されていると、略Ｕ字状に折曲された一方極の各極板間にセパレータを介して複合極板を配置するだけで極板組が容易に構成できるようになるため、この種の極板群の構成が容易となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の一実施形態を図に基づいて説明する。
なお、図１は第１実施例の複合正極板を示す図であり、図１（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図１（ｂ）はその側面を示す図である。図２は第２実施例の複合正極板を示す図であり、図２（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図２（ｂ）はその側面を示す図である。図３は第３実施例の複合正極板を示す図であり、図３（ａ）は３枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図３（ｂ）はその側面を示す図である。また、図４は本発明の各実施例の極板群を示す断面図であり、図５は第１比較例の極板群を示す図であり、図６は第２比較例の極板群を示す図である。
【００２９】
１．複合正極板の作製
（１）実施例１
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．６３ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１１および第２のニッケル正極板１２を作製した。
【００３０】
ついで、第１のニッケル正極板１１および第２のニッケル正極板１２の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部をそれぞれ形成した後、これらの剥離部に第１の集電リード板１１ａあるいは第２の集電リード板１２ａをそれぞれ溶接して固着した。この後、図１（なお、図１（ａ）は両極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である）に示すように、第１の集電リード板１１ａと第２の集電リード板１２ａとがそれぞれ対向するようにして、第１のニッケル正極板１１の上に第２のニッケル正極板１２を重ね合わせて実施例１の複合正極板１０Ａを作製した。
【００３１】
なお、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーとしては、例えば、共沈成分として亜鉛２．５重量％とコバルト１重量％を含有する水酸化ニッケル粉末１０重量部と、酸化亜鉛粉末３重量部との混合粉末に、ヒドロキシプロピルセルロースの０．２重量％水溶液を加えて撹拌、混合したものを使用した。以下、同様に、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーはこの方法で作成したものを使用した。
【００３２】
（２）実施例２
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．６３ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１３および第２のニッケル正極板１４を作製した。
【００３３】
ついで、第２のニッケル正極板１４の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板１４ａを溶接して固着した。この後、図２（なお、図２（ａ）は両極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図２（ｂ）はその側面図である）に示すように、第２のニッケル正極板１４の集電リード板１４ａが第１のニッケル正極板１３に対向するようにして、第１のニッケル正極板１３の上に第２のニッケル正極板１４を重ね合わせた後、固着して実施例２の複合正極板１０Ｂを作製した。
【００３４】
（３）比較例１
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．５ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．８３ｍｍ）になるように圧延してニッケル正極板を作製した。ついで、ニッケル正極板の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板を溶接して比較例１の正極板１０Ｄを作製した。
【００３５】
（４）比較例２
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが２．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、１．２９ｍｍ）になるように圧延してニッケル正極板を作製した。ついで、ニッケル正極板の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板を溶接して比較例２の正極板１０Ｅを作製した。
【００３６】
２．連結負極板の作製
Ｔｉ−Ｎｉ系あるいはＬａ（もしくはＭｍ）−Ｎｉ系の多元合金、例えば、ＭｍＮｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６合金よりなる水素吸蔵合金粉末に結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を水素吸蔵合金粉末に対して５重量％加えて混練して、負極活物質ペーストを作製した。この負極活物質ペーストを、パンチングメタル等からなる金属芯体にその中央部（連結部）２３が露出するように左右両側に塗着した後、両面から加圧して中央部（連結部）２３で接続された２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２（２４，２５あるいは２６，２７）からなる連結負極板２０Ａ（２０Ｂ，２０Ｃ）を作製した。
なお、上述した各実施例および比較例で作製した正極板と負極板の容量比が同一となるように、負極活物質ペーストの各々調整した。
【００３７】
３．電極群の作製
（１）実施例１〜２
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２からなる連結負極板２０Ａの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した各複合正極板１０Ａおよび１０Ｂをそれぞれ挟持させて、極板組を作製した（図４参照）。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組をそれぞれ積層して、実施例１〜２の極板群を作製した。なお、実施例１の複合正極板１０Ａを用いた極板群を実施例１の極板群Ａとし、実施例２の複合正極板１０Ｂを用いた極板群を実施例２の極板群Ｂとした。
【００３８】
（２）比較例１
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２４，２５からなる連結負極板２０Ｂの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した正極板１０Ｄを挟持させて極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組を積層して、比較例１の極板群Ｄを作製した。
【００３９】
（３）比較例２
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２６，２７からなる連結負極板２０Ｃの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した正極板１０Ｅを挟持させて極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組を積層して、比較例２の極板群Ｅを作製した。
【００４０】
なお、上述のようにして作製された極板群の各実施例１〜２の複合正極板１０Ａ，１０Ｂおよび各比較例１，２の正極板１０Ｄ，１０Ｅの極板厚み、正極活物質密度、正極活物質量および各負極活物質量を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００４１】
【表１】
【００４２】
なお、上記表１において、比較例１の極板群Ｄの正極板１０Ｄの極板厚み、正極活物質密度、正極活物質量および連結負極板２０Ｂの各水素吸蔵合金負極板２４，２５の負極活物質量をそれぞれ１００として算出した。また、各複合正極板１０Ａ，１０Ｂの極板厚みにおいては各ニッケル正極板１１（１２），１３（１４）のそれぞれの厚みを求めた値である。
上記表１より明らかなように、各実施例１〜２の複合正極板１０Ａ，１０Ｂは厚みを低減できたことから、高密度化が可能となることが分かる。
【００４３】
４．角型ニッケル−水素蓄電池の作製
上述のように作製した各極板群Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅをそれぞれ有底角型の金属外装缶内に挿入し、各極板群Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの両端部の水素吸蔵合金負極板２２（２５あるいは２７）と金属外装缶の内側面とを緊密に接触させるとともに、金属芯体が露出した中央部（連結部）２３が金属外装缶の内底面に緊密に接触させる。ついで、これらの各金属外装缶内にそれぞれ３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液することにより、Ｂ１サイズ（幅１７．０ｍｍ、高さ４８．０ｍｍ、厚み６．１ｍｍ）の角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅをそれぞれ作製した。
【００４４】
なお、実施例１の極板群Ａを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を実施例１の電池Ａとし、実施例２の極板群Ｂを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を実施例２の電池Ｂとし、比較例１の極板群Ｄを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を比較例１の電池Ｄとし、比較例２の極板群Ｅを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を比較例２の電池Ｅとした。
【００４５】
５．放電容量試験
上述のように作製した各電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを０．１Ｃ（６０ｍＡ）の充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、０．２Ｃ（１２０ｍＡ）の放電々流で終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させた後、１時間休止させる。この充放電を室温で５サイクル繰り返して、各角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを活性化した。
【００４６】
ついで、上述のように活性化した各角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを、０．１Ｃ（６０ｍＡ）の充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、０．２Ｃ（１２０ｍＡ）の放電々流で終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させたときの放電時間より放電容量を求め、比較例１の電池Ｄの放電容量を１００とした場合の容量比を求めると、下記の表２に示すような結果が得られた。
【００４７】
【表２】
【００４８】
なお、上記表２より明らかなように、比較例１の電池Ｄと比較例２の電池Ｅとを比較すると、比較例２の電池の方が放電容量が大きいことが分かる。これは、連結負極板２０Ａの各水素吸蔵合金負極板２１，２２の間に正極板１０Ｅを挟持させた２つの極板組を積層して極板群を形成した方が、２つの極板組間にセパレータ３０を介して正極板１０Ｄを積層するより、セパレータ３０の使用枚数を減少させることが可能となるため、その分、正極板１０Ｅおよび負極板２６，２７の厚みを増加させることができ、放電容量が増加したためである。
【００４９】
また、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂと比較例２の電池Ｅとを比較すると、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂの方が放電容量が大きいことが分かる。これは、セパレータ３０の使用枚数が同じであっても、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂは、複合正極板１０Ａ，１０Ｂを用いたことにより、各正極板１１，１２（１３，１４）の活物質の充填密度が増加し、各正極板１１，１２（１３，１４）に充填される活物質量が増大したためである。
【００５０】
６．変形例
上述した各実施例においては、２枚の正極板を用いて複合極板とする例について説明したが、本発明の複合極板は２枚に限られることはなく、３枚でも、４枚でも複合させることが可能である。ついで、図３（なお、図３（ａ）は３枚の極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図３（ｂ）はその側面図である）に基づいて本変形例の複合極板を説明する。
【００５１】
まず、発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが０．８ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．４２ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１５、第２のニッケル正極板１６および第３のニッケル正極板１７をそれぞれ作製した。
【００５２】
ついで、第１のニッケル正極板１５および第３のニッケル正極板１７の上端部に充填された活物質の一部をそれぞれ除去して活物質の剥離部を形成した後、これらの剥離部に第１の集電リード板１５ａあるいは第２の集電リード板１７ａをそれぞれ溶接して固着した。この後、図３に示すように、第１のニッケル正極板１５の第１の集電リード板１５ａと第２のニッケル正極板１６とが対向するとともに、第２のニッケル正極板１６と第３のニッケル正極板１７の第２の集電リード板１７ａとが対向するようにして、第１のニッケル正極板１５の上に第２のニッケル正極板１６および第３のニッケル正極板１７を重ね合わせた後、固着して変形例の複合正極板１０Ｃを作製した。
【００５３】
一方、上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２からなる連結負極板２０Ａの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した複合正極板１０Ｃを挟持させて、極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組をそれぞれ積層して、変形例の極板群Ｃを作製した。
【００５４】
この極板群Ｃを有底角型の金属外装缶内に挿入し、極板群Ｃの両端部の水素吸蔵合金負極板２２と金属外装缶の内側面とを緊密に接触させるとともに、金属芯体が露出した中央部（連結部）２３が金属外装缶の内底面に緊密に接触させる。ついで、金属外装缶内に３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液することにより、Ｂ１サイズ（幅１７．０ｍｍ、高さ４８．０ｍｍ、厚み６．１ｍｍ）の角型ニッケル−水素蓄電池Ｃを作製した。
【００５５】
７．集電リード板の取付位置の検討
ついで、複合正極板より延出して固着された集電リード板の取付位置と短絡の発生具合との関係を検討した。上述した実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂおよび変形例の電池Ｃの他に、新たに、実施例１と同様なニッケル正極板１１，１２に溶接された集電リード板１１ａ，１２ａが互いに対向しないように重ね合わせて作製した比較例３の複合正極板１０Ｆ（図示せず）を用いた比較例３の電池Ｆと、実施例２と同様なニッケル正極板１４に溶接された集電リード板１４ａがニッケル正極板１３に対向しないように重ね合わせて作製した比較例４の複合正極板１０Ｇ（図示せず）を用いた比較例４の電池Ｆとを作製した。これらの実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂと、変形例の電池Ｃと、比較例３の電池Ｆと、比較例４の電池Ｇとをそれぞれ１０００個ずつ用意し、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの内部抵抗を測定して短絡率を求めると下記の表３に示すような結果となった。
【００５６】
【表３】
【００５７】
上記表３から明らかなように、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂおよび変形例の電池Ｃにおいては短絡は発生しなかったが、比較例３の電池Ｆにあっては７個（０．７％）の電池に短絡が発生し、比較例４の電池Ｇにあっては３個（０．３％）の電池に短絡が発生した。これは、比較例４の電池Ｇの複合正極板１０Ｇは集電リード板１４ａのみが片面のセパレータに接触しているため、この集電リード板１４ａの製造時に生じたバリによりセパレータ貫通が生じて短絡したためである。一方、比較例３の電池Ｆの複合正極板１０Ｆは集電リード板１１ａ，１２ａのそれぞれがセパレータに接触しているため、これらの集電リード板１１ａ，１２ａの製造時に生じたバリにより複合正極板１０Ｆの片面または両面のセパレータにセパレータ貫通が生じて短絡したためである。
【００５８】
なお、極板芯体として金属多孔体を用いた場合、この極板芯体の厚さは、０．５−３ｍｍ程度が望ましく、さらに望ましくは１−２．５ｍｍ程度である。例えば極板芯体として発泡ニッケルを用いた場合について考える。まず、厚くなりすぎると、活物質を充填して圧延する際、均一な圧延が不可能であるという問題がある。さらに単位面積当たり重量一定で、厚くした場合は、厚くなりすぎると、芯体骨格部が細くなり、強度が低下してしまう。あるいは活物質から集電体としての芯体までの距離が長くなり、反応性が低下するという問題がある。さらにまた、単位面積当たり重量一定という条件なしに、厚くした場合、芯体重量が増加するため軽量極板が作製できない。あるいはポア数が多くなりすぎるために、各ポアに均一に活物質を充填できないという問題がある。
【００５９】
さらにまた極板芯体については厚さのみならず、開口率の観点から、単位面積当たりの重量を２００ｇ／ｍ２〜１０００ｇ／ｍ２とするのが望ましい。さらに望ましくは３００ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ｍ２とするのが望ましい。つまり、極板芯体は、活物質を十分に含有でき、かつ集電体として十分に機能できるようにするように形成する必要がある。
【００６０】
また、セパレータの厚さは０．０５−０．３ｍｍさらに望ましくは０．０７−０．２ｍｍである。
さらに、前記複合極板は隣接する２枚の極板間の一端縁に挟持された集電リードを介して固着されており、固着面は活物質が除去され極板芯体が露呈しており、前記極板芯体と前記集電リードとの固着によって接続されているため、厚さを大幅に増大することなく、電極面積を最大限に大きく利用する事が可能となる。
【００６１】
このように、本発明によれば、最適の条件で極板芯体の厚さを決定し、これを積層構造体として使用することにより、必要な厚さの極板を得ることができる。したがって、製造が容易で体積エネルギー密度の大きい角型電池を提供することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の極板群においては、極板群内に配置されるセパレータの枚数を低減することが可能となるため、その分、極板の厚みを増加させることが可能になり、高容量の電池が得られるようになる。また、極板の厚みを増加させる手段として、厚みが薄い複数の極板からなる複合極板を使用するようにしているので、各極板に充填される活物質の充填密度を高くすることが可能となるため、高エネルギー密度で、高容量の角型アルカリ蓄電池を得ることが可能となる。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、ニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池など他の角型電池に本発明を適用しても同様な効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の複合正極板を示す図であり、図１（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図１（ｂ）はその側面を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の複合正極板を示す図であり、図２（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図２（ｂ）はその側面を示す図である。
【図３】本発明の変形例の複合正極板を示す図であり、図３（ａ）は３枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図３（ｂ）はその側面を示す図である。
【図４】本発明の極板群を示す図である。
【図５】 従来例（第１比較例）の極板群を示す図である。
【図６】 他の従来例（第２比較例）の極板群を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…複合正極板、１１…第１のニッケル正極板、１１ａ…第１の集電リード板、１２…第２のニッケル正極板、１２ａ…第２の集電リード板、１３…第１のニッケル正極板、１４…第２のニッケル正極板、１４ａ…集電リード板、１５…第１のニッケル正極板、１５ａ…第１の集電リード板、１６…第２のニッケル正極板、１７…第３のニッケル正極板、１７ａ…第２の集電リード板、２０Ａ…連結負極板、２１，２２…水素吸蔵合金負極板、２３…連結部
【発明の属する技術分野】
本発明は角型電池にかかり、特にニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群を備えた角型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、正極板と負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極群を備えた円筒型アルカリ蓄電池に代わり、電池使用機器内での体積効率を高めるために角型アルカリ蓄電池が開発されるようになった。この種の角型アルカリ蓄電池においては、正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を角型の外装缶内に挿入し、正極板より延出する正極リードを正極端子に接続し、負極板より延出する負極リードを負極端子に接続した後、電解液を注入し、開口部を封口体で封止して作製するようにしている。
【０００３】
この種の角型アルカリ蓄電池は携帯電話、ノートブック型パーソナルコンピュータ等の携帯機器用電源としての需要が急速に拡大し、これに伴って、角型アルカリ蓄電池のさらなる高容量化、長寿命化が要求されるようになった。このため、この種の角型アルカリ蓄電池は、例えば、帯状の芯体を共通にしてその左右に２つの負極板を形成した後、その中央部（連結部）をＵ字状に折曲し、Ｕ字状に折曲された２つの負極板間にセパレータを介して正極板を挟持させた極板組の間にセパレータを介して正極板を積層して極板群とし、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した角型のアルカリ蓄電池のエネルギー密度をさらに増大させようとした場合、電池の充放電反応に関与しないセパレータを薄型にすれば、セパレータが薄くなった分だけ活物質の充填量を増加させることが可能となって高エネルギー密度で高容量の電池が得られるようになる。
しかしながら、高エネルギー密度で高容量な電池とするために、セパレータを薄型にすればするほどセパレータの機械的強度が減少し、内部短絡が発生するようになるので、セパレータの薄型化には限界があった。
【０００５】
ここで、例えば、図５に示すように、中央の折曲部（連結部）２３でＵ字状に折曲された２つの負極板２４，２５間にセパレータ３０，３０を介して正極板１０Ｄを挟持させて極板組とし、これらの２つ極板組の間にセパレータ３０，３０を介して正極板１０Ｄを積層して極板群とし、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して角型アルカリ蓄電池を形成すると、セパレータ３０は６枚が必要となる。
【０００６】
ところが、セパレータを薄型化する代わりに電池内に配置するセパレータの枚数を減少させ、セパレータが減少した分だけ極板の厚みを増大させて活物質の充填量を増加させると、図６に示すように、中央の折曲部（連結部）２３でＵ字状に折曲された２つの負極板２６，２７間にセパレータ３０，３０を介して厚みの厚い正極板１０Ｅを挟持させて極板組とし、これらの２つ極板組を積層して極板群として、この極板群を電解液とともに角型外装缶内に挿入して角型アルカリ蓄電池を形成すると、セパレータは４枚だけで済むようになる。
【０００７】
このように、セパレータを薄型化する代わりに電池内に配置するセパレータの枚数を減少させれば、セパレータの挿入枚数が減少した分だけ極板の厚みを増加させて活物質の充填量を増加させることが可能となるので、高エネルギー密度で高容量の電池が得られるようになる。
【０００８】
しかしながら、活物質を高密度に充填して、厚みが厚い極板を作製することは困難であるという問題を生じた。また、三次元網目構造の多孔性基板（発泡ニッケルなど）を極板芯体として用いて極板を製造する場合、極板芯体自体の厚みを厚くすることが困難であるという問題も生じた。
そこで、本発明は前記実情にかんがみてなされたもので、極板の製造が容易であるとともに活物質の充填密度および体積エネルギー密度が大きい角型アルカリ蓄電池を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の角型アルカリ蓄電池の極板群は、極板芯体からなる連結部の両側に一対の一方極の極板が形成されているとともに、該連結部がＵ字状に折曲されており、前記連結部にてＵ字状に折曲された一方極の一対の極板間にセパレータを介して他方極の複数の極板よりなる複合極板が挟持されて極板組が形成されているとともに、該極板組の複数組がセパレータを介することなく直接積層されて電極群が形成されており、前記複数の極板よりなる複合極板の各極板は金属多孔体からなる極板芯体に活物質が充填されて形成されていて、該各極板の少なくとも１つは該複合極板より延出して集電リード板が固着されており、前記電極群の最外側に配置された前記一方極の極板は前記金属外装缶の内側面に緊密に接触するとともに前記連結部が前記金属外装缶の内底面に緊密に接触するように前記電極群が前記金属外装缶に収容されている。このような極板群構成であると、極板組間にはセパレータを配置する必要が無くなるため、極板群内のセパレータの枚数を減少させることが可能となる。
【００１０】
そして、極板群内のセパレータの枚数を減少させると、セパレータの枚数を減少させた分だけ他方極および一方極の極板の厚みを増すことが可能になるが、極板の厚みを増加させる代わりに極板の枚数を増加させることにより、１枚当たりの極板の厚みを薄くすることが可能となる。この結果、活物質を高密度に充填することが可能になるとともに、三次元網目構造の多孔性基板（発泡ニッケルなど）を極板芯体として用いることも可能となり、極板の体積エネルギー密度が向上して、高容量の角型アルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００１１】
また、複合極板の各極板の少なくとも１つは該複合極板より延出して集電リード板が固着されており、この集電リード板の固着面がセパレータに接しないように配置されていると、集電リード板の形成時に生じたバリ等に起因して発生するセパレータ貫通による短絡を防止できるようになる。そして、複合極板の各極板にそれぞれ集電リード板を設ける場合、これらの溶接面同士を対向させて、その反対側をセパレータに接するようにすれば、セパレータ貫通による短絡を防止できるようになる。
【００１２】
また、複合極板の各極板間に１つの集電リード板が固着されており、この集電リード板により複合極板の各極板からの集電がなされるようにすると、集電リード板の固着面がセパレータと接しないように配置されることとなるので、セパレータ貫通による短絡を防止できるようになるとともに、集電リード板の個数を減らすことが可能となる。
【００１３】
さらに、一方極の各極板間にはこれらの各極板の極板芯体からなる連結部が一体的に形成されているとともに、この連結部が略Ｕ字状に折曲されていると、略Ｕ字状に折曲された一方極の各極板間にセパレータを介して複合極板を配置するだけで極板組が容易に構成できるようになるため、この種の極板群の構成が容易となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の一実施形態を図に基づいて説明する。
なお、図１は第１実施例の複合正極板を示す図であり、図１（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図１（ｂ）はその側面を示す図である。図２は第２実施例の複合正極板を示す図であり、図２（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図２（ｂ）はその側面を示す図である。図３は第３実施例の複合正極板を示す図であり、図３（ａ）は３枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図３（ｂ）はその側面を示す図である。また、図４は本発明の各実施例の極板群を示す断面図であり、図５は第１比較例の極板群を示す図であり、図６は第２比較例の極板群を示す図である。
【００２９】
１．複合正極板の作製
（１）実施例１
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．６３ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１１および第２のニッケル正極板１２を作製した。
【００３０】
ついで、第１のニッケル正極板１１および第２のニッケル正極板１２の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部をそれぞれ形成した後、これらの剥離部に第１の集電リード板１１ａあるいは第２の集電リード板１２ａをそれぞれ溶接して固着した。この後、図１（なお、図１（ａ）は両極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である）に示すように、第１の集電リード板１１ａと第２の集電リード板１２ａとがそれぞれ対向するようにして、第１のニッケル正極板１１の上に第２のニッケル正極板１２を重ね合わせて実施例１の複合正極板１０Ａを作製した。
【００３１】
なお、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーとしては、例えば、共沈成分として亜鉛２．５重量％とコバルト１重量％を含有する水酸化ニッケル粉末１０重量部と、酸化亜鉛粉末３重量部との混合粉末に、ヒドロキシプロピルセルロースの０．２重量％水溶液を加えて撹拌、混合したものを使用した。以下、同様に、水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーはこの方法で作成したものを使用した。
【００３２】
（２）実施例２
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．６３ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１３および第２のニッケル正極板１４を作製した。
【００３３】
ついで、第２のニッケル正極板１４の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板１４ａを溶接して固着した。この後、図２（なお、図２（ａ）は両極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図２（ｂ）はその側面図である）に示すように、第２のニッケル正極板１４の集電リード板１４ａが第１のニッケル正極板１３に対向するようにして、第１のニッケル正極板１３の上に第２のニッケル正極板１４を重ね合わせた後、固着して実施例２の複合正極板１０Ｂを作製した。
【００３４】
（３）比較例１
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが１．５ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．８３ｍｍ）になるように圧延してニッケル正極板を作製した。ついで、ニッケル正極板の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板を溶接して比較例１の正極板１０Ｄを作製した。
【００３５】
（４）比較例２
発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが２．２ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、１．２９ｍｍ）になるように圧延してニッケル正極板を作製した。ついで、ニッケル正極板の上端部に充填された活物質の一部を除去して活物質の剥離部を形成した後、この剥離部に集電リード板を溶接して比較例２の正極板１０Ｅを作製した。
【００３６】
２．連結負極板の作製
Ｔｉ−Ｎｉ系あるいはＬａ（もしくはＭｍ）−Ｎｉ系の多元合金、例えば、ＭｍＮｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６合金よりなる水素吸蔵合金粉末に結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を水素吸蔵合金粉末に対して５重量％加えて混練して、負極活物質ペーストを作製した。この負極活物質ペーストを、パンチングメタル等からなる金属芯体にその中央部（連結部）２３が露出するように左右両側に塗着した後、両面から加圧して中央部（連結部）２３で接続された２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２（２４，２５あるいは２６，２７）からなる連結負極板２０Ａ（２０Ｂ，２０Ｃ）を作製した。
なお、上述した各実施例および比較例で作製した正極板と負極板の容量比が同一となるように、負極活物質ペーストの各々調整した。
【００３７】
３．電極群の作製
（１）実施例１〜２
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２からなる連結負極板２０Ａの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した各複合正極板１０Ａおよび１０Ｂをそれぞれ挟持させて、極板組を作製した（図４参照）。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組をそれぞれ積層して、実施例１〜２の極板群を作製した。なお、実施例１の複合正極板１０Ａを用いた極板群を実施例１の極板群Ａとし、実施例２の複合正極板１０Ｂを用いた極板群を実施例２の極板群Ｂとした。
【００３８】
（２）比較例１
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２４，２５からなる連結負極板２０Ｂの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した正極板１０Ｄを挟持させて極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組を積層して、比較例１の極板群Ｄを作製した。
【００３９】
（３）比較例２
上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２６，２７からなる連結負極板２０Ｃの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した正極板１０Ｅを挟持させて極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組を積層して、比較例２の極板群Ｅを作製した。
【００４０】
なお、上述のようにして作製された極板群の各実施例１〜２の複合正極板１０Ａ，１０Ｂおよび各比較例１，２の正極板１０Ｄ，１０Ｅの極板厚み、正極活物質密度、正極活物質量および各負極活物質量を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００４１】
【表１】
なお、上記表１において、比較例１の極板群Ｄの正極板１０Ｄの極板厚み、正極活物質密度、正極活物質量および連結負極板２０Ｂの各水素吸蔵合金負極板２４，２５の負極活物質量をそれぞれ１００として算出した。また、各複合正極板１０Ａ，１０Ｂの極板厚みにおいては各ニッケル正極板１１（１２），１３（１４）のそれぞれの厚みを求めた値である。
上記表１より明らかなように、各実施例１〜２の複合正極板１０Ａ，１０Ｂは厚みを低減できたことから、高密度化が可能となることが分かる。
【００４３】
４．角型ニッケル−水素蓄電池の作製
上述のように作製した各極板群Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅをそれぞれ有底角型の金属外装缶内に挿入し、各極板群Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの両端部の水素吸蔵合金負極板２２（２５あるいは２７）と金属外装缶の内側面とを緊密に接触させるとともに、金属芯体が露出した中央部（連結部）２３が金属外装缶の内底面に緊密に接触させる。ついで、これらの各金属外装缶内にそれぞれ３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液することにより、Ｂ１サイズ（幅１７．０ｍｍ、高さ４８．０ｍｍ、厚み６．１ｍｍ）の角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅをそれぞれ作製した。
【００４４】
なお、実施例１の極板群Ａを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を実施例１の電池Ａとし、実施例２の極板群Ｂを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を実施例２の電池Ｂとし、比較例１の極板群Ｄを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を比較例１の電池Ｄとし、比較例２の極板群Ｅを用いた角型ニッケル−水素蓄電池を比較例２の電池Ｅとした。
【００４５】
５．放電容量試験
上述のように作製した各電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを０．１Ｃ（６０ｍＡ）の充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、０．２Ｃ（１２０ｍＡ）の放電々流で終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させた後、１時間休止させる。この充放電を室温で５サイクル繰り返して、各角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを活性化した。
【００４６】
ついで、上述のように活性化した各角型ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを、０．１Ｃ（６０ｍＡ）の充電々流で１６時間充電した後、１時間休止させる。その後、０．２Ｃ（１２０ｍＡ）の放電々流で終止電圧が１．０Ｖになるまで放電させたときの放電時間より放電容量を求め、比較例１の電池Ｄの放電容量を１００とした場合の容量比を求めると、下記の表２に示すような結果が得られた。
【００４７】
【表２】
なお、上記表２より明らかなように、比較例１の電池Ｄと比較例２の電池Ｅとを比較すると、比較例２の電池の方が放電容量が大きいことが分かる。これは、連結負極板２０Ａの各水素吸蔵合金負極板２１，２２の間に正極板１０Ｅを挟持させた２つの極板組を積層して極板群を形成した方が、２つの極板組間にセパレータ３０を介して正極板１０Ｄを積層するより、セパレータ３０の使用枚数を減少させることが可能となるため、その分、正極板１０Ｅおよび負極板２６，２７の厚みを増加させることができ、放電容量が増加したためである。
【００４９】
また、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂと比較例２の電池Ｅとを比較すると、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂの方が放電容量が大きいことが分かる。これは、セパレータ３０の使用枚数が同じであっても、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂは、複合正極板１０Ａ，１０Ｂを用いたことにより、各正極板１１，１２（１３，１４）の活物質の充填密度が増加し、各正極板１１，１２（１３，１４）に充填される活物質量が増大したためである。
【００５０】
６．変形例
上述した各実施例においては、２枚の正極板を用いて複合極板とする例について説明したが、本発明の複合極板は２枚に限られることはなく、３枚でも、４枚でも複合させることが可能である。ついで、図３（なお、図３（ａ）は３枚の極板をずらして配置（極板完成時には完全に重なった状態となっている）した状態を示す正面図であり、図３（ｂ）はその側面図である）に基づいて本変形例の複合極板を説明する。
【００５１】
まず、発泡ニッケル等よりなる三次元的に連続する空間を有する金属多孔体（例えば、厚みが０．８ｍｍのもの）よりなる芯体に水酸化ニッケルを主成分とする活物質スラリーを充填し、乾燥した後、所定の厚み（例えば、０．４２ｍｍ）になるように圧延して第１のニッケル正極板１５、第２のニッケル正極板１６および第３のニッケル正極板１７をそれぞれ作製した。
【００５２】
ついで、第１のニッケル正極板１５および第３のニッケル正極板１７の上端部に充填された活物質の一部をそれぞれ除去して活物質の剥離部を形成した後、これらの剥離部に第１の集電リード板１５ａあるいは第２の集電リード板１７ａをそれぞれ溶接して固着した。この後、図３に示すように、第１のニッケル正極板１５の第１の集電リード板１５ａと第２のニッケル正極板１６とが対向するとともに、第２のニッケル正極板１６と第３のニッケル正極板１７の第２の集電リード板１７ａとが対向するようにして、第１のニッケル正極板１５の上に第２のニッケル正極板１６および第３のニッケル正極板１７を重ね合わせた後、固着して変形例の複合正極板１０Ｃを作製した。
【００５３】
一方、上述のように作製した２個の水素吸蔵合金負極板２１，２２からなる連結負極板２０Ａの中央部（連結部）２３をそれぞれＵ字状に折曲した後、厚み０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３０を介して上述のように作製した複合正極板１０Ｃを挟持させて、極板組を作製した。このように作製した極板組をそれぞれ２組づつ用意し、これらの２組の極板組をそれぞれ積層して、変形例の極板群Ｃを作製した。
【００５４】
この極板群Ｃを有底角型の金属外装缶内に挿入し、極板群Ｃの両端部の水素吸蔵合金負極板２２と金属外装缶の内側面とを緊密に接触させるとともに、金属芯体が露出した中央部（連結部）２３が金属外装缶の内底面に緊密に接触させる。ついで、金属外装缶内に３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液することにより、Ｂ１サイズ（幅１７．０ｍｍ、高さ４８．０ｍｍ、厚み６．１ｍｍ）の角型ニッケル−水素蓄電池Ｃを作製した。
【００５５】
７．集電リード板の取付位置の検討
ついで、複合正極板より延出して固着された集電リード板の取付位置と短絡の発生具合との関係を検討した。上述した実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂおよび変形例の電池Ｃの他に、新たに、実施例１と同様なニッケル正極板１１，１２に溶接された集電リード板１１ａ，１２ａが互いに対向しないように重ね合わせて作製した比較例３の複合正極板１０Ｆ（図示せず）を用いた比較例３の電池Ｆと、実施例２と同様なニッケル正極板１４に溶接された集電リード板１４ａがニッケル正極板１３に対向しないように重ね合わせて作製した比較例４の複合正極板１０Ｇ（図示せず）を用いた比較例４の電池Ｆとを作製した。これらの実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂと、変形例の電池Ｃと、比較例３の電池Ｆと、比較例４の電池Ｇとをそれぞれ１０００個ずつ用意し、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの内部抵抗を測定して短絡率を求めると下記の表３に示すような結果となった。
【００５６】
【表３】
上記表３から明らかなように、実施例１〜２の各電池Ａ，Ｂおよび変形例の電池Ｃにおいては短絡は発生しなかったが、比較例３の電池Ｆにあっては７個（０．７％）の電池に短絡が発生し、比較例４の電池Ｇにあっては３個（０．３％）の電池に短絡が発生した。これは、比較例４の電池Ｇの複合正極板１０Ｇは集電リード板１４ａのみが片面のセパレータに接触しているため、この集電リード板１４ａの製造時に生じたバリによりセパレータ貫通が生じて短絡したためである。一方、比較例３の電池Ｆの複合正極板１０Ｆは集電リード板１１ａ，１２ａのそれぞれがセパレータに接触しているため、これらの集電リード板１１ａ，１２ａの製造時に生じたバリにより複合正極板１０Ｆの片面または両面のセパレータにセパレータ貫通が生じて短絡したためである。
【００５８】
なお、極板芯体として金属多孔体を用いた場合、この極板芯体の厚さは、０．５−３ｍｍ程度が望ましく、さらに望ましくは１−２．５ｍｍ程度である。例えば極板芯体として発泡ニッケルを用いた場合について考える。まず、厚くなりすぎると、活物質を充填して圧延する際、均一な圧延が不可能であるという問題がある。さらに単位面積当たり重量一定で、厚くした場合は、厚くなりすぎると、芯体骨格部が細くなり、強度が低下してしまう。あるいは活物質から集電体としての芯体までの距離が長くなり、反応性が低下するという問題がある。さらにまた、単位面積当たり重量一定という条件なしに、厚くした場合、芯体重量が増加するため軽量極板が作製できない。あるいはポア数が多くなりすぎるために、各ポアに均一に活物質を充填できないという問題がある。
【００５９】
さらにまた極板芯体については厚さのみならず、開口率の観点から、単位面積当たりの重量を２００ｇ／ｍ２〜１０００ｇ／ｍ２とするのが望ましい。さらに望ましくは３００ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ｍ２とするのが望ましい。つまり、極板芯体は、活物質を十分に含有でき、かつ集電体として十分に機能できるようにするように形成する必要がある。
【００６０】
また、セパレータの厚さは０．０５−０．３ｍｍさらに望ましくは０．０７−０．２ｍｍである。
さらに、前記複合極板は隣接する２枚の極板間の一端縁に挟持された集電リードを介して固着されており、固着面は活物質が除去され極板芯体が露呈しており、前記極板芯体と前記集電リードとの固着によって接続されているため、厚さを大幅に増大することなく、電極面積を最大限に大きく利用する事が可能となる。
【００６１】
このように、本発明によれば、最適の条件で極板芯体の厚さを決定し、これを積層構造体として使用することにより、必要な厚さの極板を得ることができる。したがって、製造が容易で体積エネルギー密度の大きい角型電池を提供することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の極板群においては、極板群内に配置されるセパレータの枚数を低減することが可能となるため、その分、極板の厚みを増加させることが可能になり、高容量の電池が得られるようになる。また、極板の厚みを増加させる手段として、厚みが薄い複数の極板からなる複合極板を使用するようにしているので、各極板に充填される活物質の充填密度を高くすることが可能となるため、高エネルギー密度で、高容量の角型アルカリ蓄電池を得ることが可能となる。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、ニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池など他の角型電池に本発明を適用しても同様な効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の複合正極板を示す図であり、図１（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図１（ｂ）はその側面を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の複合正極板を示す図であり、図２（ａ）は２枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図２（ｂ）はその側面を示す図である。
【図３】本発明の変形例の複合正極板を示す図であり、図３（ａ）は３枚の正極板をずらして重ね合わせた状態を示す図であり、図３（ｂ）はその側面を示す図である。
【図４】本発明の極板群を示す図である。
【図５】 従来例（第１比較例）の極板群を示す図である。
【図６】 他の従来例（第２比較例）の極板群を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…複合正極板、１１…第１のニッケル正極板、１１ａ…第１の集電リード板、１２…第２のニッケル正極板、１２ａ…第２の集電リード板、１３…第１のニッケル正極板、１４…第２のニッケル正極板、１４ａ…集電リード板、１５…第１のニッケル正極板、１５ａ…第１の集電リード板、１６…第２のニッケル正極板、１７…第３のニッケル正極板、１７ａ…第２の集電リード板、２０Ａ…連結負極板、２１，２２…水素吸蔵合金負極板、２３…連結部
Claims (5)
- 一方極の極板と他方極の極板がセパレータを介して積層された極板群が角型の金属外装缶内に収容された角型電池であって、
極板芯体からなる連結部の両側に一対の一方極の極板が形成されているとともに、該連結部がＵ字状に折曲されており、
前記連結部にてＵ字状に折曲された前記一方極の一対の極板間にセパレータを介して他方極の複数の極板よりなる複合極板が挟持されて極板組が形成されているとともに、該極板組の複数組がセパレータを介することなく直接積層されて電極群が形成されており、
前記複数の極板よりなる複合極板の各極板は金属多孔体からなる極板芯体に活物質が充填されて形成されていて、該各極板の少なくとも１つは該複合極板より延出して集電リード板が固着されており、
前記電極群の最外側に配置された前記一方極の極板は前記金属外装缶の内側面に緊密に接触するとともに前記連結部が前記金属外装缶の内底面に緊密に接触するように前記電極群が前記金属外装缶に収容されていることを特徴とする角型電池。 - 前記集電リード板は活物質が除去されて前記金属多孔体からなる極板芯体が露呈した剥離部に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の角型電池。
- 前記金属多孔体は発泡ニッケルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角型電池。
- 前記複合極板は正極を構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の角型電池。
- 前記一方極の極板はパンチメタルからなる金属芯体の前記連結部を除く両面に活物質ペーストを塗布してなるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の角型電池。
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