JPH11273686A - 芯金式電極を有する円筒型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形性の低下を回避しつつ極板抵抗損失の低減
を実現した芯金式電極を有する円筒型電池を提供するこ
と。 【解決手段】芯金式電極である負極板２は、多数の集電
用線状体５１が、集電板２１の集電側の端部から互いに
所定間隔隔ててそれぞれ軸方向へ向けて集電板２１の主
面に溶接されている。このようにすれば、活物質２２が
両主面に被着された集電板２１を渦巻き状に巻装する
際、集電板２１の渦巻き状の湾曲が容易であるので、渦
巻き状の極板アセンブリを容易に形成することができ、
負極板２の電気抵抗も減らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、芯金式電極を有す
る円筒型電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】セパレータを挟んで正極板および負極板
を渦巻状に巻装してなる電極アセンブリを電解液ととも
に円筒缶状のケ−スに収容してなる従来の円筒型電池で
は、負極板は、薄い導電金属板からなる集電板の両主面
に活物質を塗着し、乾燥するペースト塗着構造をもつの
が一般的である。このようなペースト塗着構造の電池電
極は芯金式電極とも称される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の芯金式
電極を有する円筒型電池は必要電池個数の減少のために
一個あたりの大容量化が強く要求されている。しかし、
電池の大容量化は結局、その大径化または軸方向寸法
（以下、軸長ともいう）の増加を必要とする。しかし、
円筒型電池の大径化は、極板内部で生じた熱の放散が難
しくなることや、充放電に伴う活物質の膨張、収縮に伴
うストレスや電池内圧に対するケ−スの耐圧強化が困難
となるなどの問題のために限界があった。

【０００４】一方、軸長の増大は、上記問題がそれほど
顕著でないので好ましい。けれども、正極板または負極
板（以下、単に極板ともいう）の反集電側の端部で生じ
た電荷は、活物質中を通って近傍の集電板（すなわち極
板中の板状導電材）に集められ、この電気抵抗が小さい
の集電板中を軸方向集電側へ流れて、集電板の集電側の
端部に設けられたリード部を通じて外部引き出し電極端
子から外部に送られる。

【０００５】すなわち、上記軸長の増加は、芯金式電極
中の集電板の内部における電流経路の延長のために、芯
金式電極の電気抵抗の増加を招き、その結果、大電流放
電時に顕著な電圧降下、発熱による芯金式電極の温度上
昇を招いてしまう。特に、ニッケル水素電池の好適な使
用温度の範囲は比較的狭いので、このような芯金式電極
の温度上昇はその冷却構造の更なる増強を要求する。

【０００６】このため、芯金式電極を有する円筒型電池
では、大電流放電特性の向上及び電池の大型大容量化の
実現のために芯金式電極の電気抵抗の低下が強く望まれ
ている。この芯金式電極の電気抵抗損失を低減するに
は、集電板を厚くすることが有効であるが、集電板を厚
くすることは活物質充填量の減少を招く他に、集電板の
剛性が増大してそれを正確な寸法の渦巻き形状作製する
のが困難となるという新たな厄介な問題を生じてしま
う。なお、電極アセンブリの径を正確に作製すること
は、電極アセンブリをほぼ同一径の外装缶に収納するた
めに特に重要である。缶径を余裕をみて大きく作製する
ことは、円筒型電池の体積当たりの容量が低下する他、
電解液が余分の隙間に滞って渦巻き状の電極アセンブリ
全体への電解液の回りが不均一となるという不具合が生
じる。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、成形性の低下を回避しつつ極板抵抗損失の低減を実
現した芯金式電極を有する円筒型電池を提供すること
を、その解決すべき課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１記載の芯金式電極を有する円筒型電
池の芯金式電極では、多数の集電用線状体が、集電板の
集電側の端部から互いに所定間隔隔ててそれぞれ略軸方
向へ向けて集電板の主面上に延設されている。このよう
にすれば、以下の作用効果を奏する。

【０００９】まず、活物質が両主面への塗布により被着
された集電板を渦巻き状に巻装する際、集電板の渦巻き
状の湾曲が容易であるので、渦巻き状の極板アセンブリ
を容易に形成することができ、結局、成形性を悪化させ
ることなしに、芯金式電極の電気抵抗を低減することが
できる。又は、芯金式電極の電気抵抗及び電力損失の増
大や温度の上昇を抑止しつつ、電池の軸方向長を増大さ
せて電池を大容量化することができる。

【００１０】また、集電板表面に凹凸が生じることにな
るので、活物質と集電板との密着性が改善され、活物質
が集電板から剥離するのを抑止することができる。請求
項２記載の構成によれば請求項１記載の芯金式電極を有
する円筒型電池において更に、集電用線状体の先端は集
電板の集電側の端部から突出して外部引き出し用の集電
体に溶接される線状のリード部を兼ねるので、この集電
用線状体を通じて集電された電流はそのまま外部引き出
し用の集電体に送電されることができ、特に、芯金式電
極と外部引き出し用の集電体とを耳状突起すなわちリー
ドを介して接続する形式の電池において、電流の迂回を
減らして極板の抵抗損失を一層低減することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の芯金式電極は、円筒型電
池、たとえばニッケル水素電池の正極板又は負極板、特
に負極板に好適に採用することができる。ニッケル水素
電池の負極板の集電板（芯金）としては、パンチングメ
タルやエキスパンドメタルなどに水素吸蔵合金粉末を含
むペーストを塗着したものが採用できる。

【００１２】芯金式電極の集電板の集電側の端部は、外
部引き出し電極端子との接続のために活物質層から電池
の軸方向に突出される。この集電側の端部は、外部引き
出し電極端子に直接に接続されてもよく、電池の径方向
へ延設される外部引き出し用の集電体を介してたとえば
缶底部又は棒体からなる外部引き出し電極端子に接続さ
れてもよく、外部引き出し電極端子の電池内部側の基端
部が円盤状に形成されて上記棒体状の外部引き出し電極
端子と一体化されてもよい。

【００１３】芯金式電極の集電板の集電側の端部は、芯
金式電極の電池反応に寄与する部分ではないので、以
下、集電板のリード部とも呼ぶものとする。芯金式電極
の集電板の上記リード部は幅が薄いので、抵抗損失低減
や外部引き出し電極端子又は外部引き出し用の集電体と
の溶接性の向上のために、厚い帯状導電板（以下、横リ
ードとも呼ぶ）をその長さ方向（渦巻き状の電極アセン
ブリの周方向）に溶接することが一般的であり、特に、
上記集電板のリード部を外部引き出し用の集電体又は外
部引き出し電極端子に直接溶接する際に溶接性向上の点
で好適である。

【００１４】上記集電板のリード部又は横リードから電
池の周方向へ所定間隔を隔てて軸方向外部引き出し電極
端子側へ耳状のリード（以下、縦リードともいう）を突
出させ、この縦リードを通じて芯金式電極の集電板を外
部引き出し電極端子又は外部引き出し用の集電体に接続
してもよい。集電用線状体は、芯金式電極の集電板を成
形加工して形成することができる他、薄板状の集電板に
線状の導電材を溶接して形成することもできる。

【００１５】

【実施例１】以下、本発明の円筒型電池の一実施例を図
１及び図２に基づいて説明する。図１は本発明の芯金式
電極を用いた円筒型電池を模式的に示す断面図であり、
正極板１、負極板（芯金式電極）２、これら両電極１、
２を離間させるためのセパレータ（図示せず）、正極リ
ード（横リード）４、負極リード（横リード）５、正極
外部端子６、負極外部端子としての外装缶７を有してい
る。

【００１６】正極板１と負極板２とは、セパレータを間
に挟んで渦巻き状に巻かれた状態で外装缶７に収められ
ている。６１は、絶縁体で形成されたスペーサ６１ａを
介して外装缶７の開口端に固定されて、円筒型電池を密
封する蓋板である。正極板１から上方に突出する集電板
には正極リード４に溶接され、正極リード４は、外部引
き出し用集電体６ａ及び蓋板６１を介してキャップ状の
正極外部端子６に電気的に接続され、負極板２は負極リ
ード５を介して外装缶７の底部からなる負極端子部７ａ
に接続されている。

【００１７】負極端子接続構造について更に説明する。
負極外部端子をなす外装缶７の缶底部は負極端子部７ａ
をなし、負極端子部７ａの内面には、円板状の負極集電
体（外部引き出し用の集電体）７ｂが溶接され、負極集
電体７ｂには負極リード５の先端（下端）がスポット溶
接やレーザー溶接などにより接続されている。

【００１８】この実施例の芯金式電極構造の負極板２に
ついて図２及び図３に基づいて更に詳しく説明する。負
極板２は、厚さ約０．０２〜０．１５ｍｍのニッケル板
からなる集電板２１を有し、集電板２１の下端部は活物
質が被着されないリード部２１ａとなっており、このリ
ード部２１ａの一面には、ニッケル板からなる負極リー
ド（横リード）５が巻き取りの長手方向に帯状に溶接さ
れている。

【００１９】また、集電板２１の負極リード５溶接側と
反対側には、その幅方向（電池の軸方向）の両端に達し
て負極板の幅方向に厚さ０．２ｍｍ、幅０．５ｍｍのニ
ッケル板からなる集電用線状体５１が、巻き取り方向に
１００ｍｍの間隔で多数溶接されている。２２は、集電
板２１の両側に被着される活物質層であって、水素吸蔵
合金粉末ペーストを集電板２１に被着した後、ロールプ
レスし、乾燥して作製されている。活物質層２２は、上
述のように、負極リード５以外の集電板１の表面に５ｍ
ｍの厚さで被着されている。

【００２０】なお、集電用線状体５１は、図２及び図３
に一点鎖線で図示するように集電板２１の端部から更に
突出させて上述した縦リードとしてもよい。正極板１
は、ニッケル繊維体からなる基板にペースト状の水酸化
ニッケルを充填し、乾燥させて作製されている。このよ
うに構成した本発明の負極板２の特徴を以下に説明す
る。

【００２１】まず、この負極板２は、負極リード５及び
活物質層４２の他に、集電板の一主面にその幅方向（電
池の軸方向へ延びる集電用線状体５１をもつので、負極
板２の電気抵抗を減少させて、その抵抗損失及び発熱を
減少することができる。次に、上記電気抵抗の低減にか
かわらず、集電板２１や負極リード５は薄くすることが
できるので、負極板２を渦巻き状に湾曲するのが容易
で、巻き終わり後、それが緩むこともない。

【００２２】集電板２１が、集電用線状体５１の存在に
より実質的に凹凸をもつ形状となるので、活物質層２２
が集電板２１から剥離しにくくなる。特に、渦巻き状に
形成する際、集電板２１の外周側の主面に被着される活
物質層２２には引っ張り応力が生じて割れを生じ易くな
るが、集電板２１のこの外周側の主面に集電用線状体５
１を設けることにより、この問題を大幅に軽減すること
ができる。

【００２３】更に、もし、上述した一点鎖線状に縦リー
ドを設ける場合には、縦集電用線状体５１はこの縦リー
ドと一体に形成することになるので、集電用線状体５１
に集まった電荷はそのままこの縦リードを通じて外部に
流れることができ、電流の迂回がなく極板の抵抗損失を
一層低減することができる。 （変形態様）集電板２１を塑性加工して集電板２１と一
体に集電用線状体５１を形成してもよい。

【００２４】

【実施例２】以下、本発明の円筒型電池の他の実施例を
図４、図５を参照して以下に説明する。ただし、実施例
１の構成要素と基本機能が共通する構成要素には同一符
号を付すものとする。この実施例の円筒型電池の基本構
造自体は、実施例１のそれと同じであり、負極板２の構
造だけが異なるので、負極板２の構造だけを説明する。

【００２５】負極板２は、集電板２１と活物質層２２と
集電用線状体５１からなり、集電板２１と活物質層２２
とは、実施例１における集電板２１と活物質層２２と同
じマクロ構造を有している。この実施例は、集電用線状
体５１と負極リード５とが一体に形成されている点、な
らびに、各集電用線状体５１の幅方向中央部に横バー５
２が一体に形成されている点を特徴としている。

【００２６】このようにすれば、横リードすなわち負極
リード５と横バー５２が、集電板２１の幅方向へそれぞ
れ伸びる多数の集電用線状体５１を一体に連接し、これ
により、多数の集電用線状体５１を集電板２１上に並べ
る作業が極めて簡単となる利点が生まれる。負極リード
５の下端縁５３は図４に示すように外部引き出し用の集
電体７３ｂの上端面に突き合わせて溶接されている。

【００２７】また、この実施例によれば、負極板２に横
バー５２を付加して構成したことにより、横バー５２が
各集電用線状体５１同士の電圧差を低減し、また、活物
質層２２の剥離を一層抑止する効果も奏する。 （変形態様）実施例２では、負極リード５及び集電用線
状体５１は、集電板２１の一主面にのみ溶接されたが、
図６及び図７に示すように、二つの実施例２で説明した
互いに一体に作製された負極リード５及び集電用線状体
５１の一体物を集電板２１の両側に設けてもよい。な
お、この場合には、集電用線状体５１は図７に示すよう
に周方向交互に配置されることが好ましい。

【００２８】なお、上記した一個の一体物の偶数番目の
集電用線状体５１を集電板２１の一主面に溶接し、その
奇数番目の集電用線状体５１を集電板２１の他主面に溶
接してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の円筒型電池を模式的に示す断面図で
ある。

【図２】図１の負極板２及び負極リード５を示す一部展
開図である。

【図３】図１の正極板４及びリード部７を示す一部断面
図である。

【図４】実施例２の電池における負極板２の一部を示す
一部展開図である。

【図５】図４の負極板２及び負極リード５を示す一部展
開図である。

【図６】実施例２の負極板２及び負極リード５の変形態
様を示す一部断面図である。

【図７】図６の負極板２の幅方向断面図である。

【符号の説明】

１は正極板、２は負極板（芯金式電極）、５は負極リー
ド、７は負極をなす外装缶（外部引き出し電極端子）、
７ｂは外部引き出し用の集電体、２１は集電板、２２は
活物質層、５１は集電用線状体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活物質が両主面に被着され、集電側の一側
   端が外部引き出し用の集電体に電気的に接続される渦巻
   き状の集電板を有する芯金式電極を備える円筒型電池に
   おいて、 前記集電側の一側端から互いに所定間隔隔ててそれぞれ
   略軸方向へ向けて前記集電板の主面に形成される多数の
   集電用線状体を備えることを特徴とする芯金式電極を有
   する円筒型電池。
2. 【請求項２】請求項１記載の芯金式電極を有する円筒型
   電池において、 前記集電用線状体の先端は前記集電板の集電側の一側端
   から突出して前記外部引き出し用の集電体に溶接される
   ことを特徴とする芯金式電極を有する円筒型電池。