JP2000138070A - 円筒形アルカリ二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡発生率が低いので製造歩留まりが高く、
電池内圧の上昇も抑制されたアルカリ二次電池を提供す
る。 【解決手段】 正極板とセパレータと負極板とを重ね合
わせた積層シートを正極板を内側にして渦巻状に巻回し
て成る電極群がアルカリ電解液と一緒に電池缶の中に封
入されている円筒形アルカリ二次電池において、少なく
とも積層シートＢの巻き始め箇所では、複数の開口１０
ａを有する副次セパレータ１０がセパレータ３と重ね合
わせた状態で配置されている円筒形アルカリ二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は円筒形アルカリ二次
電池に関し、更に詳しくは、製造時における歩留まりが
高く、かつ電池内圧の上昇も起こりづらい円筒形アルカ
リ二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や携帯型のノートパソコ
ンのような各種電子機器のコードレス化，高機能化，小
型化，軽量化の進展に伴い、その電源として一般的に使
用されてきたアルカリ二次電池に対しては高容量化の要
望が高まっている。従来、これら電子機器の電源として
はニッケル・カドミウム二次電池が主として使用されて
きた。しかし、上記した高容量化への要望の高まりに伴
い、ニッケル・カドミウム二次電池の電圧との互換性が
あり、かつニッケル・カドミウム二次電池よりも高容量
であるということから、更には環境問題への対処という
ことからも、最近では、ニッケル・水素二次電池が広く
使用され始めている。

【０００３】また、ニッケル・水素二次電池は、電気自
動車やアシスト形自転車の駆動電源としても開発が進め
られ、一部は商品化の域にも達している。一般に、アル
カリ二次電池には円筒形タイプと角形タイプのものがあ
るが、ここでは円筒形タイプのものについて説明する。
まず電極群が製造される。それをニッケル・水素二次電
池の場合を例にして説明する。

【０００４】水酸化ニッケルのような正極活物質の粉末
と酸化コバルトのような導電材と例えばカルボキシメチ
ルセルロースのような結着剤を水で混練して正極合剤の
ペーストを調製し、そのペーストを例えば発泡ニッケル
シートのような集電板に塗布・充填したのち乾燥，圧延
を行って所定の長さ，幅と所定の厚みを有する帯状の正
極板を製造する。したがって、この正極板においては、
集電板の表面と内部、または内部に硬い乾燥合剤が担持
された状態になっている。

【０００５】一方、水素吸蔵合金の粉末と結着剤と必要
に応じては導電材とを水で混練して負極合剤のペースト
を調製し、そのペーストを例えば所定の開口率を有する
ニッケルパンチングシートのような集電板に塗布したの
ち乾燥，圧延を行って所定の長さ，幅と所定の厚みを有
する帯状の負極板を製造する。したがって、この負極板
の場合も、集電板の表面と開口に硬い乾燥合剤が担持さ
れた状態になっている。

【０００６】ついで、図３で示したように、上記した正
極板１と負極板２の間に、電気絶縁性でかつ保液性を備
え、通常、厚みが１００〜２００μｍ程度でまた目付量
が４０〜７０ｇ／ｍ²程度のセパレータ３を挟み、更
に、正極板１の下側にもセパレータ３を配置して積層シ
ートＡ₀を形成する。なお、セパレータ３としては、ポ
リアミド繊維の不織布，ポリエチレン繊維やポリプロピ
レン繊維のようなポリオレフィン繊維の不織布に親水化
処理を施したものが一般に使用されている。

【０００７】そして、積層シートＡ₀の一方の端部を巻
き始め箇所とし、かつ正極板１を内側にして上記積層シ
ートＡ₀を渦巻状に巻回することにより、所定の外径と
高さを有する図２で示した円柱状の電極群Ａを製造す
る。したがって、この電極群Ａでは最外周に負極板２が
位置することになる。ついで、電極群Ａは、図２で示し
たように、内定内径の電池缶４の中に所定のアルカリ電
解液と一緒に収容される。電極群Ａの負極板２ａは電池
缶４の内壁と接触するので電池缶４は負極端子として機
能する。

【０００８】電池缶４の上部開口には、中央にガス孔５
ａを有する円板形状の封口板５が配置され、またガス孔
５ａを塞いで例えばゴム製の弁体６が配置され、その弁
体６は冠状の正極端子７の中に密封されている。そし
て、封口板５の周縁には電気絶縁性のガスケット８を噛
み込ませ電池缶の上部開口全体を内側に加締加工して縮
径することにより全体の気密構造が形成される。

【０００９】なお、電極群Ａの正極板１からはリード９
が引き出され、それを正極端子７に接続することによ
り、電池全体の導通がとられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した積
層シートＡ₀を巻回して電極群Ａを製造するときには、
正極板１や負極板２に担持されている乾燥合剤は硬い膜
状になっているので、それが細かく複雑に折れてバリや
クラックなどを発生し、それらがセパレータ３を突き破
って対極に接触するという事態が起こる。とくに、曲率
半径が小さい巻き始め箇所では、このような事態の発生
する確率が非常に高い。

【００１１】このような事態が発生すると、正極板と負
極板は短絡状態になり、その電極群は不良品となるた
め、電池全体の製造歩留まりを低下させることになる。
このような問題に対しては、積層シートの巻き始め箇所
では同じ種類のセパレータを２枚重ね合わせたり、また
目付量が大きいセパレータを使用することにより、発生
したバリなどが対極に到達しないようにする対策が提案
されている（特公昭６１−３１９４１号公報，特開平５
−１３５７５５号公報などを参照）。

【００１２】しかしながら、同じ種類のセパレータを２
重化すると、その箇所の厚みは厚くなるため、巻回作業
が進むにつれて皺などが発生し、長手方向における巻き
ずれが生じたり、また製造した電極群Ａの外形寸法は所
定値であるため、その電極群Ａにおけるセパレータの占
有体積比率が大きくなり、活物質の占有体積比率が減少
して電極群Ａの高容量化が阻害される。

【００１３】また、上記したセパレータの２重化の場合
も同様な傾向を示すが、目付量の大きいセパレータを使
用すると、当該セパレータの繊維組織は比較的密になっ
ているので、電池作動時に両極で発生するガスが当該セ
パレータを透過しづらくなる。そのため、発生したガス
は対極で消費されることなく電池内に蓄積し、電池内圧
の上昇が引き起こされて電池特性の低下を招くようにな
る。

【００１４】本発明は、従来の円筒形電池における上記
した問題を解決し、電極群の製造時における短絡事故の
発生が少ないので製造歩留まりが高く、かつ電池内圧の
上昇も抑制される円筒形アルカリ二次電池の提供を目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、極板とセパレータと負極板
とを重ね合わせた積層シートを渦巻状に巻回して成る電
極群がアルカリ電解液と一緒に電池缶の中に封入されて
いる円筒形アルカリ二次電池において、少なくとも前記
積層シートの巻き始め箇所では、複数の開口を有する副
次セパレータが前記セパレータと重ね合わせた状態で配
置されていることを特徴とする円筒形アルカリ二次電池
が提供され、とくに、前記開口の総面積の前記副次セパ
レータの面積に対する比率が５〜２０％であり、また前
記開口が直径０.１〜３mmの円形孔である円筒形アルカ
リ二次電池が提供される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の円筒形アルカリ二次電池
は、正極板とセパレータと負極板を重ね合わせた積層シ
ートにおける巻き始め箇所が後述するような構造になっ
ていることを除いては、図２で示した電池構造と変わる
ところはない。ここで、本発明における積層シートＢの
巻き始め箇所を例示する分解斜視図を図１に示す。

【００１７】図１において、正極板１と負極板２の間に
セパレータ３が介装され、また正極板１の下側にもセパ
レータ３が配置されていることは、図３で示した従来の
積層シートＡ₀の場合と同様であるが、この積層シート
Ｂの場合は、セパレータ３と負極板２の間（図の実線で
示した場合）、またはセパレータ３と正極板１の間（図
の破線で示した場合）に後述する副次セパレータ１０が
配置されていることを特徴とする。

【００１８】ここで、セパレータ３としては、従来の場
合と同様に、ポリアミド繊維の不織布やポリオレフィン
繊維の不織布に親水化処理を施したものであればよく、
またその目付量は４０〜７０ｇ／ｍ²，厚みは０.１０〜
０.２０μｍ程度であればよい。副次セパレータ１０
は、積層シートＢを巻回したときにその巻き始め箇所で
頻発するバリなどに基づく両極間の短絡現象を防止し、
同時に、ガス透過性を確保するために設けられるもので
ある。

【００１９】そして、この副次セパレータ１０は、前記
したセパレータ３と同様の繊維の不織布であればよく、
また目付量や厚みも同様であればよいが、その上面から
下面にかけて貫通する開口１０ａが複数個形成されてい
ることを特徴とする。そして、この開口１０ａは副次セ
パレータ１０に均一に分散して形成されていることが好
ましい。

【００２０】分散する開口１０ａの総面積は、副次セパ
レータ１０の面積に対して５〜２０％の比率になってい
ることが好ましい。開口１０ａの総面積の比率が５％よ
り小さい場合は、その副次セパレータは気密になってい
て、ガス透過性が悪く、電池作動時に内圧上昇を招くよ
うになり、また２０％より大きい副次セパレータの場合
は、積層シートＢの強度が低下してその巻回時に破損し
たり、また両極間の短絡現象が起こりやすくなるからで
ある。

【００２１】開口１０ａの形状は格別限定されるもので
はなく、例えば、円形孔，角形孔，菱形孔などをあげる
ことができる。形成しやすいという点で円形孔であるこ
とが好ましい。そして、その孔径が大きすぎると、副次
セパレータの強度低下や巻回時の短絡現象が起こりやす
く、また孔径が小さすぎるとガス透過性が低下するの
で、孔径は０.１〜３mmであることが好ましい。

【００２２】この副次セパレータ１０のセパレータ３へ
の配置は、副次セパレータ１０をセパレータ３に重ね合
わせたのち、例えば熱融着や超音波融着を適用して両者
を接合すればよい。

【００２３】

【実施例】実施例１〜１３ 平均繊維径１０μｍのポリプロピレン繊維から成り，目
付量６０ｇ／ｍ²，幅４５mm，厚み０.１５mmの不織布に
親水化処理を施したものをセパレータ３として用意し
た。

【００２４】また、上記セパレータを長さ１５０mmに切
断し、そこに表１で示した径の円形孔１０ａをその総面
積比率が表示の値となるように形成して各種の副次セパ
レータ１０を製造した。そして、この副次セパレータ１
０とセパレータ３を長さ１mmで重ね合わせて両者を熱融
着して一体化した。

【００２５】一方、水酸化ニッケル粉末１００重量部に
対し、酸化コバルト粉末１１.１重量部，ＰＴＦＥディ
スパージョン５.６重量部，カルボキシメチルセルロー
ス３.３重量部を混合し、更に水５０重量部を添加し、
全体を混練して正極合剤のペーストを調製した。このペ
ーストをニッケルの発泡シートに充填・塗布し、温度１
００℃で１時間乾燥したのちロール圧延を行って幅４２
mm，厚み０.６５mmのニッケル正極板１を製造した。

【００２６】また、組成がＬｍＮｉ_4.0Ｃｏ_0.6Ｍｎ_0.3
Ａｌ_0.3（ＬｍはＬａ富化のミッシュメタル）である水
素吸蔵合金の粉末１００重量部に対し、ＰＴＦＥディス
パージョン１.５重量部，ポリアクリル酸ナトリウム０.
５重量部，カルボキシメチルセルロース０.１２重量
部，カーボンブラック１重量部を混合し、更に水５０重
量部を添加し、全体を混練して負極合剤のペーストを製
造した。

【００２７】このペーストをニッケルパンチドメタルに
塗布したのち、温度１００℃で１時間乾燥し、更にロー
ル圧延を行って幅４２mm，厚み０.４０mmの負極板３を
製造した。ついで、図１で示したように、正極板１と負
極板３の間に表１の副次セパレータ１０とセパレータ３
とが一体化しているセパレータを挟み、更に正極板１の
下にもセパレータ３を配置して積層シートＢにし、これ
を渦巻状に巻回して各種電極群Ａを４００個製造した。

【００２８】この電極群Ａを電池缶４の中に挿入し、Ｋ
ＯＨを主体とした比重１.３ｇ／cm³のアルカリ電解液を
２.５ml注入して、公称容量１２００mAhの図２で示した
ＡＡサイズのニッケル・水素二次電池を組み立てた。こ
れらの電池につき短絡検査を行い、短絡発生率（％）を
求めた。また、短絡が発生しなかった電池につき初充電
を行い、５サイクルの充放電後、１Ｃで１５０％の充電
を行ってそのときの電池内圧を測定した。以上の結果を
一括して表１に示した。

【００２９】なお、積層シートの巻き始め箇所に副次セ
パレータを配置しなかった場合の結果を比較例として示
した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、実施例の副次セ
パレータを用いると、組み立てた電池の短絡発生率は低
く、また電池内圧も低くなっている。しかし、開口が大
きくなり、また開口の総面積比率が大きくなると、短絡
発生率や電池内圧が高くなる傾向が認められる。このよ
うなことから、開口の面積比率が５〜２０％で、開口の
径が０.１〜３mmになっている副次セパレータを用いる
ことが有効である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
円筒形アルカリ二次電池は、製造時の短絡発生率が低
く、また電池内圧も低い。これは、組み込まれる電極群
の製造時に、正極板とセパレータと負極板との積層シー
トの巻き始め箇所に、セパレータに重ね合わせて開口を
有する副次セパレータを配置したことがもたらす効果で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池に組み込まれる電極群の製造に用
いる積層シートの巻き始め箇所を示す分解斜視図であ
る。

【図２】円筒形アルカリ二次電池を示す断面図である。

【図３】従来の電極群の製造に用いる積層シートの巻き
始め箇所を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ ４ 電池缶 ５ 封口板 ５ａ ガス孔 ６ 弁体 ７ 正極端子 ８ ガスケット ９ リード １０ 副次セパレータ １０ａ 開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柚木園 利治 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 佐藤 俊毅 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H021 CC17 HH01 HH03 5H028 AA05 CC13 HH01 HH05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極板とセパレータと負極板とを重ね合
   わせた積層シートを渦巻状に巻回して成る電極群がアル
   カリ電解液と一緒に電池缶の中に封入されている円筒形
   アルカリ二次電池において、 少なくとも前記積層シートの巻き始め箇所では、複数の
   開口を有する副次セパレータが前記セパレータと重ね合
   わせた状態で配置されていることを特徴とする円筒形ア
   ルカリ二次電池。
2. 【請求項２】 前記開口の総面積の前記副次セパレータ
   の面積に対する比率が５〜２０％である請求項１の円筒
   形アルカリ二次電池。
3. 【請求項３】 前記開口が直径０.１〜３mmの円形孔で
   ある請求項１または２の円筒形アルカリ二次電池。