JPH10241725A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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JPH10241725A
JPH10241725A JP9046547A JP4654797A JPH10241725A JP H10241725 A JPH10241725 A JP H10241725A JP 9046547 A JP9046547 A JP 9046547A JP 4654797 A JP4654797 A JP 4654797A JP H10241725 A JPH10241725 A JP H10241725A
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negative electrode
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positive electrode
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JP9046547A
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Nobutake Ooi
伸剛 大井
Hirofumi Sako
洋文 佐古
Hiroshi Sato
博 佐藤
Hiroshi Sai
浩 斎
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極板本来の性能を低下させることなく、正
極板バリに起因した当該正極板と負極板との短絡発生を
確実に回避できるアルカリ二次電池を提供することを目
的とする。 【解決手段】 負極板3の形状が、図2に示すように保
持基体3a両面には活物質層3bが形成され、その両端
寄り部は、厚みが中央寄り部よりも薄い薄部3cを成し
ている。これによって、正極板端部のバリをバイパスと
しての正極板と負極板との内部短絡は回避され、また、
正極板本来の容量を発揮することができ電池容量の低下
を招かない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ二次電池
に関し、特に、電極板の内部短絡防止技術の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近のエレクトロニクス技術の進歩は目
覚ましく、今後もますます加速する傾向にある。これに
伴い、電子機器のポータブル化やコードレス化が進むと
同時に、これらの機器の電源として、小型で軽量でかつ
高エネルギー密度の高性能二次電池の開発が強く望まれ
ている。そして、このような要求に応えるために開発が
なされている。
【0003】ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ
二次電池は、一般に、同じ幅を有する正極板と負極板と
がセパレータを介して巻回されて電極体をなし、この電
極体が電解液を含浸して外装缶に挿入された構成をして
いる。このようなアルカリ二次電池において、その正極
板は、通常、水酸化ニッケル等からなる活物質をスラリ
ー状とし、この活物質スラリーをニッケル3次元多孔
体、例えば、発泡ニッケル基体に充填し、乾燥,圧延
後、所定の大きさに切断して作製されるが、切断時にお
いて、電極両端部で活物質保持基体にバリが発生する。
【0004】そして、大きく強度の強いバリが発生する
と、近接した薄膜のセパレータを貫通し正極板と対向す
る負極板とを電気的に接続して、電池の短絡不良を惹起
する。特に、このようなバリによる短絡不良は、電極の
巻き数を増やして高容量化を図るアルカリ二次電池の場
合には発生しやすい。それに対して、正極板作製時にこ
のバリを押し潰す等して、短絡不良を生じないようにす
ることも考えられるが、完全にバリをなくすことは不可
能に近い。
【0005】また、別な方法として、セパレータの厚み
を厚くし、正極板と負極板との距離を大きくすることに
よって、正極板バリによる短絡を防止することも考えら
れるが、これは、高容量化に向かない解決方法である。
さらに、この正極板のバリによる内部短絡の問題を解決
するために、特公昭53−32852には、図5に示す
ように正極板51の幅よりも負極板52の幅を狭くする
ことで正極両端部を負極板と対向させないようにした電
極構成について開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の技術では、確かに、その正極板のバリによる内部短
絡という問題点については解決することができるが、正
極板の端部寄りは負極板と対向していないので、その部
分は電気化学的反応に寄与しない。そのため、正極板本
来の容量を引き出せず、電池容量が低下してしまうとい
った問題があり、電池の高容量化が求められている現在
の状況下ではあまりよい解決方法とは言えない。
【0007】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであって、正極本来の性能を低下させることな
く、正極バリに起因した当該正極と負極との短絡発生を
確実に回避できるアルカリ二次電池を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第1保持基体に正極活物質が保持されて
なる正極板と、第2保持基体に負極活物質が保持されて
なる負極板とがセパレータを介して積層された構成の電
極体をアルカリ電解液を含浸させて外装缶に収納してな
るアルカリ二次電池において、前記負極板の縁部の少な
くとも一部は、隣接するセパレータから積層方向に距離
をおいてセパレータと対峙する構成とした。
【0009】これによって、負極板のセパレータから積
層方向に距離をおいてセパレータと対峙する部分では、
正極板の端部のバリがセパレータを貫通したとしても、
負極板と短絡する可能性を回避できる。しかも、正極板
の電気化学反応に関与する全面が負極板と対向すること
になるので、正極板の容量低下はなく、正極板の性能は
十分に発揮される。
【0010】ここで、負極板の保持された活物質層は、
負極板の両端寄り部では、中央部よりも薄い薄部を形成
することで、合理的に上記特徴をもつ負極板を実現す
る。負極板中央部の厚みと、前記薄部の厚み差が140
μm以上であれば、バリをバイパスとした正極板と負極
板との短絡を防止する効果は向上する。さらに、先端か
ら200〜500μmの幅に及んで薄部を形成すれば、
一層短絡防止効果は向上する。
【0011】また、前記薄部を、負極端方向に向けて次
第に薄くなるように形成することもできる。この場合、
負極板の中央部の表面と薄部の表面とのなす角をθとす
ると、(t−140)/500≦tanθ≦(t−14
0)/200を満たすように薄部を形成すれば、活物質
層の体積を確保しつつ、良好な短絡防止効果を得ること
ができる。
【0012】なお、tは第2保持基体に保持された負極
活物質の厚みμmを示す。
【0013】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態1〕図1は、本実施の形態に係るアルカリ
二次電池の一例であるニッケル−水素化物蓄電池1(以
下「二次電池1」という。)の斜視図である。図1に示
すように二次電池1は、ニッケル活物質を含む正極板2
と水素吸蔵合金を含む正極板2と同等幅の負極板3とが
セパレータ4を介して積層され渦巻状に巻かれてなる円
柱状の電極体5と、これらを収容する円筒状の外装缶6
等から構成された電池であって電極体5にはアルカリ電
解液が含浸されている。
【0014】外装缶6上端の円形の開口部には、ガスケ
ット7を介在させて、中央部が開口された封口板8が配
設され、この封口板8に正極端子9が装着されている。
この封口板8には弁板10、おさえ板11が載置され、
おさえ板はコイルスプリング12で押圧する構造となっ
ている。そして、弁板10、おさえ板11、コイルスプ
リング12は、電池内圧が上昇したときに矢印A方向に
押圧されて、弁板部に間隙が生じ、内部のガスが大気中
に放出されるようになっている。
【0015】負極板3は、負極集電体14により外装缶
6の底辺部に電気的に接続され、外装缶6が負極端子を
兼ねており、正極端子9は、正極集電体15および封口
板8を介して正極板2と電気的に接続されている。電池
の理論容量は正極板2によって規定されており、負極板
3の容量はそれより大きく設定されている。
【0016】図2は、電極体5の垂直断面図であって、
これを用いて電極体5について詳細に説明する。正極板
2は、水酸化ニッケルを主成分とする粉末からなる正極
活物質と、結着剤とを分散させたスラリーをニッケル3
次元多孔体に充填し、所定の厚さに圧延成形した後、所
定の形状に切断して作製する。
【0017】電極体5に用いられる負極板3は、パンチ
ングメタルからなる保持基体3aの表裏面に負極活物質
である水素吸蔵合金が塗着された活物質層3bが形成さ
れたものであって、この活物質層3bは、その両端部に
中央部よりも薄い薄部3cが形成されている。負極板3
は、保持基体に活物質と結着剤からなるペーストを塗布
し、それを負極板3と同じ形状のコーティング金型を通
過させ余分な活物質を脱落し、所定の厚さに圧延するこ
とによって上記の形状に成形する。
【0018】また、この他に、従来と同様に作製した負
極板の端部を削り取って作製することもできる。そし
て、この負極板3と同等の幅を有する正極板2とがセパ
レータ4を介在させて、対向して電極体5を形成する。
この電極体5では、負極板3の端部に、上記薄部3cが
形成されているので、負極板の端部は、隣接セパレータ
から積層方向に所定の距離を置いてセパレータと対峙す
る構造となっている。
【0019】上記構造の電極体5では、正極板作製時に
端部にバリが発生し、このバリがセパレータを貫通した
としても、負極板と短絡することは回避される。また、
正極板2の電気化学反応に関与する全面が負極板3と対
向しているので、正極板2の容量の低下は殆ど生じな
い。また、充放電サイクル時に正極から発生する酸素ガ
スによって、ニッケル3次元多孔体の繊維が突出するこ
とでバリが発生することも考えられるが、二次電池1で
は、このような充放電サイクル時に発生するバリによる
短絡が発生する可能性も低減する。
【0020】上記のセパレータ4と負極板3の端部での
距離は、薄部3cの厚み、用いるセパレータ4の厚み、
正極板2と負極板3がセパレータ4を挟持する圧力およ
び中央寄り部の活物質の厚み等を考慮して、正極板2端
部のバリによる負極板3との短絡が発生しないように規
定すればよい。実質的には、負極板の中央部の厚みと薄
部3cの厚みとの差S1によって決定され、S1が14
0μm以上になるように設定することが望ましい。
【0021】薄部3cの幅S2は、正極板2と負極板3
との巻回ずれが生じても、それに影響されることなく短
絡防止効果を得ようとすれば、200μm以上に設定す
ることが望ましく、負極活物質量を確保する観点から5
00μm以下に規定することが望ましい。なお、負極板
3の製造上の安定性を考慮すれば、保持基体3aの両端
寄り部には活物質を塗着せず基体3aが露出する構造
(図3参照)にすることが望ましいと考えられる。この
ように保持基体が露出する形状であっても、当該露出部
分が正極板と対向するので、正極板は容量低下すること
なくその性能は十分に発揮される。
【0022】なお、正極板の方を前記負極板3と同じよ
うな形状に成形すれば、同様に負極板のバリ発生による
短絡を防止する効果を期待できるが、負極板のバリは活
物質に由来するものであるので、正極板のバリに比べて
機械的な強度が弱いと考えられ、負極板のバリがセパレ
ータを貫通し、正極板と短絡する可能性は極めて低いと
言える。従って、本実施形態のように負極板に薄部を形
成する方が、電池の内部短絡防止効果が大きい。
【0023】〔実施の形態2〕本実施の形態の二次電池
は、負極板30の活物質層30bの端部に形成された薄
部の形状を異にする以外は、電池の全体の構成は前記二
次電池1と同様である。図4に示すように薄部30c
は、中央寄りから縁端方向にかけて、次第に層の厚みが
薄くなるテーパ形状に形成されている。
【0024】このような負極板30は、実施の形態1の
負極板3の製法においてコーティング金型の形状だけ変
えれば作製することができる。このような形状の負極板
30とすることによっても、実施の形態1と同様の効果
を奏する。この場合、負極板の中央部の表面と薄部の表
面とのなす角をθとして、(t−140)/500≦t
anθ≦(t−140)/200を満たすように薄部3
0cを形成すれば、短絡防止効果は確実に発揮され、か
つ、薄部30cにおける負極活物質量もある程度確保で
きる。
【0025】なお、前記式のtは第2保持基体に保持さ
れた負極活物質層30bの厚みμmを示す(図4を参
照)。この式における、数値140,500,200は
実施の形態1の活物質層の中央部の厚みと薄部との厚み
差の下限値140μm、薄部の幅の上限値であり500
μm、薄部の幅の下限値200μmと同じ意味をもって
いる。
【0026】
【実施例】
〔実施例1〕 (正極板の作製)本実施例では、水酸化ニッケルを主成
分とする正極活物質をスポンジ状ニッケル多孔体に充填
し、乾燥、圧延して所定の寸法に切断して容量が100
0mAhとなる正極板を300個作製した。
【0027】なお、このようにして作製した正極板の端
部に発生したバリの長さは、最大のもので約200μm
であった。 (負極板の作製)水素吸蔵合金を主成分とする負極活物
質と結着剤を混練したスラリーをパンチングメタルの両
側より均一にコーティングして、コーティング金型によ
って余分な活物質を脱落し、さらに、乾燥、圧延により
所定の寸法に成形することによって、負極板の上下端部
で各々500μmの幅でパンチングメタルが露出し正極
板と対向するような負極板を300個作製した。前記活
物質層の厚みは230μmに設定した。
【0028】(電池の組立)以上のようにして作製した
正極板と負極板とを厚み120μmのポリプロピレン製
のセパレータを介在させ、各電極板の端部に巻きずれが
生じないように、巻回して渦巻状の電極体を作製した。
この電極体を所定寸法の電池ケースに収納し、電解液と
しての水酸化カリウム水溶液を注入して開口部を封入す
ることによって、円筒型の二次電池を300個作製し
た。
【0029】〔実施例2〕本実施例は、実施の形態2に
基づいて負極板の中央部での活物質層の厚みを230μ
m、前記テーパ角θを30°に設定して負極板を作製
し、これを用いて実施例1と同様にして二次電池を30
0個作製した。 〔比較例1〕正極板(容量1000mAh)同等の幅の
負極板を用いて、実施例1と同様に二次電池を作製し
た。
【0030】〔比較例2〕正極板(容量1000mA
h)よりも幅が400μm狭い負極板を、正極端部から
200μm埋没するように積層し巻回して、実施例1と
同様に二次電池を300個作製した。 〔実験〕実施例1,実施例2,比較例1および比較例2
電池を各300個用いて、以下の短絡試験を行い、短絡
不良発生率を評価し、次いで、電池容量を測定した。
【0031】(短絡試験)各電池を0.1Cで1時間充
電し、10分間放置後、電池電圧を測定し、電圧0.5
V以下のものをショートしたものとみなして、短絡不良
発生率を算出した。 (電池容量測定)短絡不良を発生していない正常な電池
について、次の条件で電池容量を測定した。
【0032】 充電:100mA×16h,休止:1時間 放電:200mA,終止電圧:1.0V 以上の実験の結果を表1に示した。
【0033】
【表1】
【0034】これに示すように実施例1および実施例2
では、短絡不良の発生率はゼロであるとともに、電池容
量においても比較例1と同等の値を示し、電池容量の低
下は殆ど認められなかった。この実験において、電極の
膜厚を変化させた場合でも、同様の効果を確認した。な
お、上記実施の形態では渦巻状の電極体を用いた円筒形
のものについて言及したが、本発明はこれに限定され
ず、電極とセパレータとを交互に積層した直方体状の電
極体を備えた角形のものでも同様に実施可能である。
【0035】また、上記実施の形態では、負極板の両端
部全体に薄部を形成したが、片方だけあるいは一部だけ
に薄部を設けても、その部分については同様の効果を奏
する。さらに、ニッケル−水素蓄電池についてのみ説明
したが、その他のアルカリ二次電池に関しても同様に実
施可能である。
【0036】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、第1保持基体に正極活物質が保持されてなる正極板
と、第2保持基体に負極活物質が保持されてなる負極板
とがセパレータを介して積層された構成の電極体をアル
カリ電解液を含浸させて外装缶に収納してなるアルカリ
二次電池において、前記負極板の縁部の少なくとも一部
は、セパレータから積層方向に距離をおいて正極板と対
向しているので、正極板端部のバリをバイパスとして生
じる、隣接する負極板と正極板との短絡は回避され、し
かも、それを電池容量を低下させることなく実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るアルカリ二次電池全体の構成
を示す斜視図である。
【図2】前記アルカリ二次電池の電極体の断面図であ
る。
【図3】別な構造の電極体の断面図である。
【図4】別な実施の形態に係る電極体の断面図である。
【図5】従来の電極体の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 アルカリ二次電池 2 正極板 3 負極板 3a 保持基体 3b 活物質層 3c 薄部 4 セパレータ 5 電極体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎 浩 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1保持基体に正極活物質が保持されて
    なる正極板と、第2保持基体に負極活物質が保持されて
    なる負極板とがセパレータを介して積層された構成の電
    極体をアルカリ電解液を含浸させて外装缶に収納してな
    るアルカリ二次電池において、 前記負極板の縁部の少なくとも一部は、隣接セパレータ
    との間に積層方向に距離をおいて当該セパレータと対峙
    していることを特徴とするアルカリ二次電池。
  2. 【請求項2】 前記負極板の保持された活物質層の両端
    部には、中央部よりも薄い薄部が形成され、この薄部が
    セパレータとの間で距離をおいてセパレータと対峙して
    いることを特徴とする請求項1記載のアルカリ二次電
    池。
  3. 【請求項3】 前記薄部は、中央部から端方向に向けて
    次第に薄くなるように形成されていることを特徴とする
    請求項2記載のアルカリ二次電池。
  4. 【請求項4】 前記負極板の活物質層は、中央部の厚み
    と薄部の厚みとの差が140μm以上であることを特徴
    とする請求項2記載のアルカリ二次電池。
  5. 【請求項5】 前記負極板の活物質層には、縁端から2
    00〜500μmの幅に及んで前記薄部が形成されてい
    ることを特徴とする請求項2〜4何れかに記載のアルカ
    リ二次電池。
  6. 【請求項6】 前記負極板の活物質層は、その中央部の
    表面と薄部の表面とのなす角をθとすると、(t−14
    0)/500≦tanθ≦(t−140)/200(t
    は第2保持基体に保持された負極活物質の厚みμmを示
    す)を満たすことを特徴とする請求項3記載のアルカリ
    二次電池。
JP9046547A 1997-02-28 1997-02-28 アルカリ二次電池 Pending JPH10241725A (ja)

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