JP2002324568A - 複数個の捲回式極板群を備えた電池 - Google Patents
複数個の捲回式極板群を備えた電池Info
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高率で放電したときにおいても温度上昇抑制機
能に優れ、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を提供
する。 【構成】正極板、セパレータおよび負極板を重ね、捲回
して成る複数個の捲回式極板群を備え、該複数個の捲回
式極板群を1対の正極集電端子と負極集電端子の間に狭
持させた電池であって、前記正極板および負極板の片方
の側辺に極板の芯体を露出させ、該露出させた正極板の
芯体と負極板の芯体とを、極板群の相対向する捲回端面
に突出させ、該突出させた芯体と前記正極集電端子およ
び負極集電端子とをその係合部において溶接して成り、
前記複数個の捲回式極板群の各々の外周表面に電解液を
保持したシートを当接させる。
能に優れ、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を提供
する。 【構成】正極板、セパレータおよび負極板を重ね、捲回
して成る複数個の捲回式極板群を備え、該複数個の捲回
式極板群を1対の正極集電端子と負極集電端子の間に狭
持させた電池であって、前記正極板および負極板の片方
の側辺に極板の芯体を露出させ、該露出させた正極板の
芯体と負極板の芯体とを、極板群の相対向する捲回端面
に突出させ、該突出させた芯体と前記正極集電端子およ
び負極集電端子とをその係合部において溶接して成り、
前記複数個の捲回式極板群の各々の外周表面に電解液を
保持したシートを当接させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解液量制限方式
(以下液制限式という)の電池であって、複数個の捲回
式極板群を備え、該複数個の捲回式極板群を相対向する
1対の正極集電端子と負極集電端子の間に狭持させるこ
とによって、並列に接続した発電体(ここでいう発電体
とは、電池の発電もしくは蓄電に関与する部分で、極板
群と集電端子の集合体を指す)を有する電池に関するも
のである。尚、ここでいう液制限式の電池とは、電解液
量をほぼ極板群の液保持量に見合う量に制限し、フリー
の電解液の存在を極力抑えた電池を指す。
(以下液制限式という)の電池であって、複数個の捲回
式極板群を備え、該複数個の捲回式極板群を相対向する
1対の正極集電端子と負極集電端子の間に狭持させるこ
とによって、並列に接続した発電体(ここでいう発電体
とは、電池の発電もしくは蓄電に関与する部分で、極板
群と集電端子の集合体を指す)を有する電池に関するも
のである。尚、ここでいう液制限式の電池とは、電解液
量をほぼ極板群の液保持量に見合う量に制限し、フリー
の電解液の存在を極力抑えた電池を指す。
【0002】
【従来の技術】従来の積層式極板群を備えた電池の内部
構造を図6に示す。図6で発電体60は、図に示すよう
にセパレータ62を介して負極板64および正極板66
を積層した極板群68と、負極板64の一端部および正
極板66の一端部にそれぞれ接合した板状の負極集電端
子70および正極集電端子72とを有している。
構造を図6に示す。図6で発電体60は、図に示すよう
にセパレータ62を介して負極板64および正極板66
を積層した極板群68と、負極板64の一端部および正
極板66の一端部にそれぞれ接合した板状の負極集電端
子70および正極集電端子72とを有している。
【0003】これらの負極集電端子70および正極集電
端子72は、負極板64および正極板66の芯体突出面
に当接させて配置すると共に、負極集電端子70および
正極集電端子72の各表面70A、72A(背面に隠れ
ている)にレーザ光若しくは電子線を照射するか、又は
抵抗溶接により負極板64および正極板66の芯体に接
合し、この状態で略箱状の電槽78に収容する。
端子72は、負極板64および正極板66の芯体突出面
に当接させて配置すると共に、負極集電端子70および
正極集電端子72の各表面70A、72A(背面に隠れ
ている)にレーザ光若しくは電子線を照射するか、又は
抵抗溶接により負極板64および正極板66の芯体に接
合し、この状態で略箱状の電槽78に収容する。
【0004】前記従来の積層式極板群を備えた電池の場
合、極板群を電槽に収納してはじめて極板群が固定され
位置ずれを起こす虞がなくなる。従って、正極板、セパ
レータおよび負極板を積層した後、集電端子の接合工程
を含めて極板群を電槽に挿入し終わるまで位置ずれを起
こさないよう極板群を両面から押圧して狭持する。
合、極板群を電槽に収納してはじめて極板群が固定され
位置ずれを起こす虞がなくなる。従って、正極板、セパ
レータおよび負極板を積層した後、集電端子の接合工程
を含めて極板群を電槽に挿入し終わるまで位置ずれを起
こさないよう極板群を両面から押圧して狭持する。
【0005】次いで、所定量の電解液を注液して、液制
限式電池とする。該液制限式電池は、電槽内に電解液を
満たした電池(以下液式電池という)と比較して耐漏液
性能に優れ、軽量でありさらに過充電時等に電池内で発
生するガスの吸収機能に優れる。
限式電池とする。該液制限式電池は、電槽内に電解液を
満たした電池(以下液式電池という)と比較して耐漏液
性能に優れ、軽量でありさらに過充電時等に電池内で発
生するガスの吸収機能に優れる。
【0006】但し、液制限式電池は、液式電池に比べ熱
容量が小さくかつ極板群から外部への熱伝導性が劣る。
このため高負荷が加わると極板群で発生した熱が籠も
り、電池温度が上昇し易い欠点がある。例えば、ハイブ
リッド型電気自動車用電池の場合、放電電流が200A
に達する。液制限式電池の場合、電池をこのような高率
で放電させると、液式電池に比べて電池温度の上昇が顕
著である。
容量が小さくかつ極板群から外部への熱伝導性が劣る。
このため高負荷が加わると極板群で発生した熱が籠も
り、電池温度が上昇し易い欠点がある。例えば、ハイブ
リッド型電気自動車用電池の場合、放電電流が200A
に達する。液制限式電池の場合、電池をこのような高率
で放電させると、液式電池に比べて電池温度の上昇が顕
著である。
【0007】電気自動車用電源のように大きな出力、大
きなエネルギーが要求される用途には、複数個の電池を
組み合わせた組電池を備えた電池システムを適用し、こ
の電池システムには、空冷もしくは水冷機構を配備して
電池を冷却し、電池の温度が上昇し過ぎない様にしてい
る。しかし、前記従来の積層式極板群を備えた電池の場
合、極板群から外部への放熱機能が十分でなく、高率で
放電させると、放熱が発熱に追いつかず、電池温度が上
昇する欠点があった。
きなエネルギーが要求される用途には、複数個の電池を
組み合わせた組電池を備えた電池システムを適用し、こ
の電池システムには、空冷もしくは水冷機構を配備して
電池を冷却し、電池の温度が上昇し過ぎない様にしてい
る。しかし、前記従来の積層式極板群を備えた電池の場
合、極板群から外部への放熱機能が十分でなく、高率で
放電させると、放熱が発熱に追いつかず、電池温度が上
昇する欠点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】高率放電が短時間で終
了する時は、電池の冷却機構が作動して、電池温度は規
定内に維持される。しかし、電気自動車用電源におい
て、登坂や加速の時のように連続して大きな負荷がかか
る場合、冷却機能が電池の発熱に追いつかず電池温度が
上昇する虞がある。
了する時は、電池の冷却機構が作動して、電池温度は規
定内に維持される。しかし、電気自動車用電源におい
て、登坂や加速の時のように連続して大きな負荷がかか
る場合、冷却機能が電池の発熱に追いつかず電池温度が
上昇する虞がある。
【0009】電池温度の上昇は、電池の性能劣化や電池
内圧の上昇を招くので、性能面や安全面で好ましくな
い。殊にニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム
電池の場合、回生充電効率が低下して、充電時に正極で
酸素が発生する。該酸素発生により電池内圧が上昇し
て、圧力が規定値を超えるとガス排出弁が作動して酸素
を外部に放出する。さらに、酸素によって負極の水素吸
蔵合金やカドミウムが酸化する。前記ガスの放出や負極
の酸化は、容量の低下を招くので好ましくない。
内圧の上昇を招くので、性能面や安全面で好ましくな
い。殊にニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム
電池の場合、回生充電効率が低下して、充電時に正極で
酸素が発生する。該酸素発生により電池内圧が上昇し
て、圧力が規定値を超えるとガス排出弁が作動して酸素
を外部に放出する。さらに、酸素によって負極の水素吸
蔵合金やカドミウムが酸化する。前記ガスの放出や負極
の酸化は、容量の低下を招くので好ましくない。
【0010】また、前記の如く積層式極板群を適用する
場合、極板群に位置ずれを起こさせずに積層状態を保持
しようとすると、正極板、セパレータおよび負極板を積
層後一貫して極板群を押圧狭持する必要があり、極板が
大きくになるに従い積層体の保持が難しくなる欠点があ
った。このため、大きな容量の電池に於いて、重ねた極
板やセパレータが位置ずれを起こしにくい極板群の適用
が求められていた。
場合、極板群に位置ずれを起こさせずに積層状態を保持
しようとすると、正極板、セパレータおよび負極板を積
層後一貫して極板群を押圧狭持する必要があり、極板が
大きくになるに従い積層体の保持が難しくなる欠点があ
った。このため、大きな容量の電池に於いて、重ねた極
板やセパレータが位置ずれを起こしにくい極板群の適用
が求められていた。
【0011】本発明は、前記従来電池の欠点に鑑み成さ
れたものであって、前記従来の電池が備えている電池の
冷却機構以外に、電池内の極板群の構造改良によって極
板群の放熱機能を高め、さらに極板群の積層状態の維持
を容易にするものであって、前記従来電池の欠点を解決
しようとするものである。
れたものであって、前記従来の電池が備えている電池の
冷却機構以外に、電池内の極板群の構造改良によって極
板群の放熱機能を高め、さらに極板群の積層状態の維持
を容易にするものであって、前記従来電池の欠点を解決
しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電池は、正
極板、セパレータおよび負極板を重ね捲回して成る複数
個の捲回式極板群を備えた電池であって、前記正極板の
芯体および負極板の芯体が極板群の一方の端面に露出し
ており、該正極板の芯体と負極板の芯体とが、極板群の
相対向する二面に突出しており、該極板群を、これと対
面部を有し向かい合う1対の正極集電端子と負極集電端
子とで狭持し、該集電端子と前記芯体とを、係合部にお
いて溶接して成る複数個の捲回式極板群を備えた電池で
ある。
極板、セパレータおよび負極板を重ね捲回して成る複数
個の捲回式極板群を備えた電池であって、前記正極板の
芯体および負極板の芯体が極板群の一方の端面に露出し
ており、該正極板の芯体と負極板の芯体とが、極板群の
相対向する二面に突出しており、該極板群を、これと対
面部を有し向かい合う1対の正極集電端子と負極集電端
子とで狭持し、該集電端子と前記芯体とを、係合部にお
いて溶接して成る複数個の捲回式極板群を備えた電池で
ある。
【0013】本発明に係る電池においては、極板群の積
層状態の維持を容易にするために捲回式極板群を適用す
る。平板型積層式極板群の場合は、極板群を両面から押
圧して保持しないと極板およびセパレータの位置ずれが
生じるが、前記捲回式極板群の場合は、巻終わり部分を
固定しさえすれば、巻が緩むことがなく極板およびセパ
レータの位置ずれ発生を防止できる利点がある。
層状態の維持を容易にするために捲回式極板群を適用す
る。平板型積層式極板群の場合は、極板群を両面から押
圧して保持しないと極板およびセパレータの位置ずれが
生じるが、前記捲回式極板群の場合は、巻終わり部分を
固定しさえすれば、巻が緩むことがなく極板およびセパ
レータの位置ずれ発生を防止できる利点がある。
【0014】本発明電池においては、捲回式極板群とし
て捲回端面の形状が円形の他、楕円形や扁平形状のもの
が適用できる。そして、通電に伴って発生した熱が極板
群に籠もらないようにするために、前記捲回式極板群の
直径(捲回端面形状が円の場合)もしくは短径(捲回端
面形状が楕円や扁平の場合)を小さくする。それと共
に、複数個の極板群を備えることによって、所定の容量
を確保する。
て捲回端面の形状が円形の他、楕円形や扁平形状のもの
が適用できる。そして、通電に伴って発生した熱が極板
群に籠もらないようにするために、前記捲回式極板群の
直径(捲回端面形状が円の場合)もしくは短径(捲回端
面形状が楕円や扁平の場合)を小さくする。それと共
に、複数個の極板群を備えることによって、所定の容量
を確保する。
【0015】捲回端面が円形の捲回式極板群の場合、外
周面が円弧状なので、複数個の極板群を接触させて(す
なわち極板群と極板群の外周面の間隔が0mm)配置し
ても点接触であり、間に隙間が生じるので、熱が籠もり
にくい利点がある。極板群の間の間隔が大きと過ぎると
容積効率が低下する以外に後述の如くサイクル性能に悪
影響を及ぼす。捲回端面の形状が円形の場合、前記間隔
は8mm未満、さらには5mm以下に設定することが望
ましい。
周面が円弧状なので、複数個の極板群を接触させて(す
なわち極板群と極板群の外周面の間隔が0mm)配置し
ても点接触であり、間に隙間が生じるので、熱が籠もり
にくい利点がある。極板群の間の間隔が大きと過ぎると
容積効率が低下する以外に後述の如くサイクル性能に悪
影響を及ぼす。捲回端面の形状が円形の場合、前記間隔
は8mm未満、さらには5mm以下に設定することが望
ましい。
【0016】楕円形もしくは扁平形状の捲回端面を有す
る極板群を適用する場合は、電池の容積効率がなるべく
高くなるよう、捲回端面の長軸が平行になるように複数
の極板群を配置する。捲回端面が楕円形や扁平型の複数
の極板群を長軸に平行な外周面同志を接触させて配置す
ると、前記円形の場合と異なり、極板群同志の間に隙間
を確保することができない虞がある。この場合には、後
記の理由によって極板群同志の間に1mm以上8mm未
満、さらには1〜5mmの間隔を設けることが望まし
い。ここでいう間隔とは、2つの極板群の外周面同志の
最短距離指す。
る極板群を適用する場合は、電池の容積効率がなるべく
高くなるよう、捲回端面の長軸が平行になるように複数
の極板群を配置する。捲回端面が楕円形や扁平型の複数
の極板群を長軸に平行な外周面同志を接触させて配置す
ると、前記円形の場合と異なり、極板群同志の間に隙間
を確保することができない虞がある。この場合には、後
記の理由によって極板群同志の間に1mm以上8mm未
満、さらには1〜5mmの間隔を設けることが望まし
い。ここでいう間隔とは、2つの極板群の外周面同志の
最短距離指す。
【0017】また、本発明は液制限式電池に関するもの
であって、本発明電池に於いては、前記複数個の捲回式
極板群の、各々の極板群の表面に電解液を保持させたシ
ートを当接させる。極板群の表面に電解液で保持させた
シートを当接することにより、極板群の液涸れを防止で
きる。電解液含浸シートから極板群内への電解液の移行
を容易にするためには、極板群を構成する帯状セパレー
タを極板より長く設定し、捲回した極板群の外周面にセ
パレータを露出させ、該セパレータの露出部分に前記電
解液含浸シートを当接させることが望ましい。
であって、本発明電池に於いては、前記複数個の捲回式
極板群の、各々の極板群の表面に電解液を保持させたシ
ートを当接させる。極板群の表面に電解液で保持させた
シートを当接することにより、極板群の液涸れを防止で
きる。電解液含浸シートから極板群内への電解液の移行
を容易にするためには、極板群を構成する帯状セパレー
タを極板より長く設定し、捲回した極板群の外周面にセ
パレータを露出させ、該セパレータの露出部分に前記電
解液含浸シートを当接させることが望ましい。
【0018】前記のように、極板群と電解液含浸シート
を当接させることによって、極板群が発熱し異常に昇温
した時に、前記シートに含まれた電解液が蒸発しその際
に極板群から潜熱を奪うので、極板群を冷却する効果が
ある。
を当接させることによって、極板群が発熱し異常に昇温
した時に、前記シートに含まれた電解液が蒸発しその際
に極板群から潜熱を奪うので、極板群を冷却する効果が
ある。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、捲回式極板群10の斜視
図である。図で帯状のセパレータ12を帯状の負極板1
4と帯状の正極板16の間に介在させ、巻芯18の周囲
に捲回して極板群とする。図の上側に正極板の一方の側
辺(図では上側側辺)に芯体17、負極板の一方の側辺
(図では下側側辺)に芯体15を突出させる。該極板群
においては、平板型極板群と異なり、巻終わり部分を粘
着テープ等で固定して、巻が緩まないようにさえすれば
極板がずれることが無いので保持が容易である。
図である。図で帯状のセパレータ12を帯状の負極板1
4と帯状の正極板16の間に介在させ、巻芯18の周囲
に捲回して極板群とする。図の上側に正極板の一方の側
辺(図では上側側辺)に芯体17、負極板の一方の側辺
(図では下側側辺)に芯体15を突出させる。該極板群
においては、平板型極板群と異なり、巻終わり部分を粘
着テープ等で固定して、巻が緩まないようにさえすれば
極板がずれることが無いので保持が容易である。
【0020】図2は、図1に示した捲回端面が円形状の
捲回式極板群10を4個並べ、該極板群10を負極集電
端子1と正極集電端子2に狭持させた、セルの発電体を
示す図である(極板群10が集電端子の陰に隠れるのを
避けるために、負極集電端子をわざと離してある)。前
記極板群の捲回端面に突出させた正極板の芯体と正極集
電端子、負極板の芯体と負極集電端子の係合部を溶接に
よって接合して発電体を構成する。負極および正極集電
端子の上辺に突部を設け、該突部にはセル間接続部材ま
たは外部端子を装着するための貫通孔を設けている。
捲回式極板群10を4個並べ、該極板群10を負極集電
端子1と正極集電端子2に狭持させた、セルの発電体を
示す図である(極板群10が集電端子の陰に隠れるのを
避けるために、負極集電端子をわざと離してある)。前
記極板群の捲回端面に突出させた正極板の芯体と正極集
電端子、負極板の芯体と負極集電端子の係合部を溶接に
よって接合して発電体を構成する。負極および正極集電
端子の上辺に突部を設け、該突部にはセル間接続部材ま
たは外部端子を装着するための貫通孔を設けている。
【0021】図2の例では、極板群を離して配置してい
るが、円形状の捲回端面を有する捲回式極板群を適用す
る場合には、極板群同志を接触させてもよい。極板群の
外周面が円弧状なので、極板群同志を接触させても、隣
合う極板群の間には、隙間が確保される。本発明に係る
電池の場合、前記極板群の外周面に、後述の電解液を含
浸したシートを当接させ、発電体を電槽4に挿入してセ
ルを構成する。
るが、円形状の捲回端面を有する捲回式極板群を適用す
る場合には、極板群同志を接触させてもよい。極板群の
外周面が円弧状なので、極板群同志を接触させても、隣
合う極板群の間には、隙間が確保される。本発明に係る
電池の場合、前記極板群の外周面に、後述の電解液を含
浸したシートを当接させ、発電体を電槽4に挿入してセ
ルを構成する。
【0022】図3は、捲回端面の形状が楕円もしくは扁
平形状の捲回式極板群10を適用した発電体の構造を説
明するための説明図である。ここで適用する捲回式極板
群の構造は、前記円筒型極板群と基本的に同一である。
また、複数個の捲回式極板群を1対の正極集電端子と負
極集電端子の間に配置し、極板の芯体と集電端子を溶接
にて接合する発電体の構造も図2に示したものと同一で
ある。但し、捲回端面が円形の場合と異なり、長径に平
行な極板群の側面が平面に近くなる。このため、極板群
同志を接触させると、極板群相互の間に隙間が確保でき
ない。従って、捲回端面の形状が楕円もしくは扁平形状
の極板群においては、極板群に熱が籠もらないように、
極板群と極板群の間に1mm以上8mm未満、さらには
1〜5mmの間隔を設けることが望ましい。
平形状の捲回式極板群10を適用した発電体の構造を説
明するための説明図である。ここで適用する捲回式極板
群の構造は、前記円筒型極板群と基本的に同一である。
また、複数個の捲回式極板群を1対の正極集電端子と負
極集電端子の間に配置し、極板の芯体と集電端子を溶接
にて接合する発電体の構造も図2に示したものと同一で
ある。但し、捲回端面が円形の場合と異なり、長径に平
行な極板群の側面が平面に近くなる。このため、極板群
同志を接触させると、極板群相互の間に隙間が確保でき
ない。従って、捲回端面の形状が楕円もしくは扁平形状
の極板群においては、極板群に熱が籠もらないように、
極板群と極板群の間に1mm以上8mm未満、さらには
1〜5mmの間隔を設けることが望ましい。
【0023】図4は、前記図2に示した4個の捲回式極
板群を備えた、発電体を正面から見た図である。セパレ
ータを極板より長くして、前記極板群の外周面には少な
くとも1周セパレータのみを捲回している。前記4個の
極板群10の周囲を少なくとも1周電解液電解液を含浸
したシート5で囲み、極板群10と電解液含浸シート5
を当接させている。
板群を備えた、発電体を正面から見た図である。セパレ
ータを極板より長くして、前記極板群の外周面には少な
くとも1周セパレータのみを捲回している。前記4個の
極板群10の周囲を少なくとも1周電解液電解液を含浸
したシート5で囲み、極板群10と電解液含浸シート5
を当接させている。
【0024】図5は、6個のセルを1個の電槽4に収納
したモノブロック電池の内部を説明するための図であ
る。各々のセルには図4で示した発電体(見易くするた
めに電解液含浸シートを省略した)が収納してあり、隣
合うセルとセルは前記集電端子の突部および電槽の隔壁
に設けた貫通孔を通して装着したセル間接続部材(見易
くするために省略した)で直列に接続してある。また、
両端のセルの負極集電端子30cと正極集電端子30b
には、それぞれ負極端子、正極端子を装着する。
したモノブロック電池の内部を説明するための図であ
る。各々のセルには図4で示した発電体(見易くするた
めに電解液含浸シートを省略した)が収納してあり、隣
合うセルとセルは前記集電端子の突部および電槽の隔壁
に設けた貫通孔を通して装着したセル間接続部材(見易
くするために省略した)で直列に接続してある。また、
両端のセルの負極集電端子30cと正極集電端子30b
には、それぞれ負極端子、正極端子を装着する。
【0025】
【実施例】以下アルカリ蓄電池を例に採り上げ、その一
実施例に基づいて本発明の詳細を説明する。なお、本発
明の形状、部品の材質等は、以下に記述する例に限定さ
れるものではない。
実施例に基づいて本発明の詳細を説明する。なお、本発
明の形状、部品の材質等は、以下に記述する例に限定さ
れるものではない。
【0026】(実施例1)厚さ0.1mm、側辺端部に
設けた幅2mmの芯体露出部を有する厚さ0.6mm、
幅40mm、長さ180mmの焼結式ニッケル正極板を
2つ折りにした厚さ150μmのポリプロピレン製帯状
セパレータで挟み込み、該正極と厚さ0.06mm、側
辺に設けた幅2mmの芯体露出部を有する厚さ0.4m
m、幅40mm、長さ200mmのペースト式水素吸蔵
合金負極板を、それぞれの芯体露出部が両サイドに突出
するように配置し、該極板およびセパレータを捲回し
て、図1に示した直径15mm、幅42mmの捲回端面
が円形の捲回式極板群を作製した。尚、前記ポリプロピ
レン製帯状セパレータを極板より長くし、極板群の外周
面に1周セパレータのみの捲回部分を設けた。
設けた幅2mmの芯体露出部を有する厚さ0.6mm、
幅40mm、長さ180mmの焼結式ニッケル正極板を
2つ折りにした厚さ150μmのポリプロピレン製帯状
セパレータで挟み込み、該正極と厚さ0.06mm、側
辺に設けた幅2mmの芯体露出部を有する厚さ0.4m
m、幅40mm、長さ200mmのペースト式水素吸蔵
合金負極板を、それぞれの芯体露出部が両サイドに突出
するように配置し、該極板およびセパレータを捲回し
て、図1に示した直径15mm、幅42mmの捲回端面
が円形の捲回式極板群を作製した。尚、前記ポリプロピ
レン製帯状セパレータを極板より長くし、極板群の外周
面に1周セパレータのみの捲回部分を設けた。
【0027】前記捲回式極板群4個を、それぞれの間隔
が3mmになるよう一列に配置した。極板群の一方の捲
回端面に突出させた正極板の芯体に厚さ0.6mm、幅
15.2mm、長さ85mmのニッケル製集電端子を当
接し、レーザ溶接により接合した。さらに、対向面に突
出させた負極板の芯体に前記と同一サイズ、同一材質の
負極集電端子を接合して、4個の極板群を備えた発電体
を構成した。該4個の極板群の周囲に厚さ120μmの
親水処理を施したポリプロピレン製不織布を2周させ、
シートの端を固定した。
が3mmになるよう一列に配置した。極板群の一方の捲
回端面に突出させた正極板の芯体に厚さ0.6mm、幅
15.2mm、長さ85mmのニッケル製集電端子を当
接し、レーザ溶接により接合した。さらに、対向面に突
出させた負極板の芯体に前記と同一サイズ、同一材質の
負極集電端子を接合して、4個の極板群を備えた発電体
を構成した。該4個の極板群の周囲に厚さ120μmの
親水処理を施したポリプロピレン製不織布を2周させ、
シートの端を固定した。
【0028】4個の捲回式極板群を備え、該極板群の外
周面に前記電解液を含浸した不織布を巻いた発電体6組
を電槽に挿入し、セル同志をセル間接続部材でシリーズ
に接続し、6セルから成るモノブロック型電池を構成し
た。各セルに所定濃度の苛性カリ水溶液を主成分とする
アルカリ電解液を所定量注入した後、ガス排出弁を備え
た蓋を装着して密閉し、電圧7.2V、容量6.5Ah
の液制限式電池とした。
周面に前記電解液を含浸した不織布を巻いた発電体6組
を電槽に挿入し、セル同志をセル間接続部材でシリーズ
に接続し、6セルから成るモノブロック型電池を構成し
た。各セルに所定濃度の苛性カリ水溶液を主成分とする
アルカリ電解液を所定量注入した後、ガス排出弁を備え
た蓋を装着して密閉し、電圧7.2V、容量6.5Ah
の液制限式電池とした。
【0029】(実施例2)実施例1において極板群同志
の間隔を0mm(極板群の外周面同志が接触している)
となるように配置した。その他は実施例1と同一の構成
とする電池を作製した。
の間隔を0mm(極板群の外周面同志が接触している)
となるように配置した。その他は実施例1と同一の構成
とする電池を作製した。
【0030】(実施例3)実施例1において、極板群同
志の間隔を5mmとなるように配置した。その他は実施
例1と同一の構成とする電池を作製した。
志の間隔を5mmとなるように配置した。その他は実施
例1と同一の構成とする電池を作製した。
【0031】(実施例4)実施例1において、極板群同
志の間隔を8mmとなるように配置した。その他は実施
例1と同一の構成とする電池を作製した。
志の間隔を8mmとなるように配置した。その他は実施
例1と同一の構成とする電池を作製した。
【0032】(比較例1)前記実施例1において、極板
群の外周面にポリプロピレン製不織布を配置しなかった
以外は実施例と同一の構成のモノブロック型電池を作製
した。
群の外周面にポリプロピレン製不織布を配置しなかった
以外は実施例と同一の構成のモノブロック型電池を作製
した。
【0033】(比較例2)側辺に厚さ0.1mm、幅2
mmの芯材を露出させた厚さ0.6mm、幅40mm、
高さ70mmの焼結式ニッケル正極板と、側辺に厚さ
0.06mm、幅2mmの芯材を露出させた厚さ0.4
mm、幅40mm、高さ70mmのペースト式水素吸蔵
合金負極板および厚さ150μmのポリプロピレン不織
布製セパレータを用意した。間にセパレータを介して正
極板12枚と負極板13枚を積層し、厚さ15mm、幅
42mm、高さ60mmの積層式極板群とした。該積層
式の極板群の、電極およびセパレータの位置がずれない
ように、極板群を保持しながら側辺に突出させた正極板
の芯体および負極板の芯体にそれぞれ正極集電端子、負
極集電端子を当接しレーザー溶接にて接合し、単電池の
極板群とした。該極板群6個を用意し、実施例1と同様
6セルをシリーズに接続したモノブロック型の液制限式
電池を作製した。実施例電池と同様、電池電圧を7.2
V、容量を6.5Ahに設定した。
mmの芯材を露出させた厚さ0.6mm、幅40mm、
高さ70mmの焼結式ニッケル正極板と、側辺に厚さ
0.06mm、幅2mmの芯材を露出させた厚さ0.4
mm、幅40mm、高さ70mmのペースト式水素吸蔵
合金負極板および厚さ150μmのポリプロピレン不織
布製セパレータを用意した。間にセパレータを介して正
極板12枚と負極板13枚を積層し、厚さ15mm、幅
42mm、高さ60mmの積層式極板群とした。該積層
式の極板群の、電極およびセパレータの位置がずれない
ように、極板群を保持しながら側辺に突出させた正極板
の芯体および負極板の芯体にそれぞれ正極集電端子、負
極集電端子を当接しレーザー溶接にて接合し、単電池の
極板群とした。該極板群6個を用意し、実施例1と同様
6セルをシリーズに接続したモノブロック型の液制限式
電池を作製した。実施例電池と同様、電池電圧を7.2
V、容量を6.5Ahに設定した。
【0034】(電池の活性化)これらの電池をそれぞれ
温度25℃において0.2It(A){注1It(A)
=C5(Ah)/1h}の電流で充放電を実施した。該
充放電操作を5回繰り返して電池を活性化した。
温度25℃において0.2It(A){注1It(A)
=C5(Ah)/1h}の電流で充放電を実施した。該
充放電操作を5回繰り返して電池を活性化した。
【0035】(放電時の電池温度調査)前記活性化した
電池を各率で放電し、その時の電池温度を測定した。放
電試験は、周囲温度25℃、放電電流1.0It(A)
から15It(A)、放電終止電圧4.8Vに設定して
実施した。極板群表面の極板群の幅方向に対して中央に
温度センサーを配置して温度を測定した。
電池を各率で放電し、その時の電池温度を測定した。放
電試験は、周囲温度25℃、放電電流1.0It(A)
から15It(A)、放電終止電圧4.8Vに設定して
実施した。極板群表面の極板群の幅方向に対して中央に
温度センサーを配置して温度を測定した。
【0036】測定結果を図5に示す。図5では、電池温
度を上昇温度で表記した。図に示した如く、実施例電池
の場合、15It(A)という極めて高いレートで放電
した場合でも電池上昇温度は、低く抑えられている。本
実施例のように、捲回端面の形状が円形の場合、極板群
同志の間隔が0mmの実施例2の場合でも温度上昇は2
3℃に抑えられている。極板群同志の間に間隔を設けた
実施例1、実施例3および実施例4の温度上昇は実施例
2よりもさらに低い。他方比較例2の場合、同一の放電
条件における温度上昇は35℃と高い値を示した。これ
は積層式極板の場合、放熱機能が低く、極板群に熱が籠
もり易い結果である。
度を上昇温度で表記した。図に示した如く、実施例電池
の場合、15It(A)という極めて高いレートで放電
した場合でも電池上昇温度は、低く抑えられている。本
実施例のように、捲回端面の形状が円形の場合、極板群
同志の間隔が0mmの実施例2の場合でも温度上昇は2
3℃に抑えられている。極板群同志の間に間隔を設けた
実施例1、実施例3および実施例4の温度上昇は実施例
2よりもさらに低い。他方比較例2の場合、同一の放電
条件における温度上昇は35℃と高い値を示した。これ
は積層式極板の場合、放熱機能が低く、極板群に熱が籠
もり易い結果である。
【0037】また、前記実施例に係る捲回式極板群を備
えた電池の場合、極板群が4個に分割されていること、
極板群と極板群の間に隙間が確保されていることで放熱
機能が高まったため放電によって発生するジュール熱が
籠もらずに放散するために温度上昇が小さく抑えられた
ものであろう。
えた電池の場合、極板群が4個に分割されていること、
極板群と極板群の間に隙間が確保されていることで放熱
機能が高まったため放電によって発生するジュール熱が
籠もらずに放散するために温度上昇が小さく抑えられた
ものであろう。
【0038】今回の実験例において差は大きくはない
が、比較例1の温度上昇値は、実施例1の温度上昇値よ
り高い。実施例1の場合は、極板群の外周面に当接させ
た電解液を含浸したシートによる冷却効果が現れた結果
であろう。
が、比較例1の温度上昇値は、実施例1の温度上昇値よ
り高い。実施例1の場合は、極板群の外周面に当接させ
た電解液を含浸したシートによる冷却効果が現れた結果
であろう。
【0039】詳細なデータを省くが、前記捲回式極板群
の直径もしくは短径が大きくなると放熱機能が低下し熱
が籠もり易くなる。極板群の直径もしくは短径が35m
m以下であれば、放電時の温度上昇は、前記実施例と同
等であるのに対して、35mmを超えると温度上昇が顕
著になる。また、捲回式極板群の場合、巻芯の直径が3
〜5mmであるため、極板群の直径もしくは短径が12
mm未満では、極板群に占める巻芯の容積比率が大きく
なり、容積効率が低下する欠点がある。以上の理由によ
り、本発明に係る捲回式極板群の直径もしくは短径は、
12〜35mmの範囲に納めることが望ましい。
の直径もしくは短径が大きくなると放熱機能が低下し熱
が籠もり易くなる。極板群の直径もしくは短径が35m
m以下であれば、放電時の温度上昇は、前記実施例と同
等であるのに対して、35mmを超えると温度上昇が顕
著になる。また、捲回式極板群の場合、巻芯の直径が3
〜5mmであるため、極板群の直径もしくは短径が12
mm未満では、極板群に占める巻芯の容積比率が大きく
なり、容積効率が低下する欠点がある。以上の理由によ
り、本発明に係る捲回式極板群の直径もしくは短径は、
12〜35mmの範囲に納めることが望ましい。
【0040】また、放電時に極板群内で発生した熱の一
部は、集電端子を伝わって放熱される。従って、捲回式
極板の幅が大きくなると前記伝導による放熱機能が低下
する。本発明に係る極板群の構成においては、極板群の
幅が50mm以下であれば放電時の温度上昇が前記実施
例と同程度に納まる。しかし、幅が50mmを超えると
温度上昇が顕著になる。また、本発明に係る電池の場
合、極板群の両側に板状集電端子を備え、かつその外側
には電槽の側壁が位置する。集電端子の厚さは0.5〜
2mmを必要とする。極板群の幅が25mmを下回る
と、発電体に占める集電端子の容積比率が大きくなって
容積効率が低下する。以上の理由により、本発明に係る
捲回式極板群の幅は、25〜50mmの範囲に納めるこ
とが望ましい。
部は、集電端子を伝わって放熱される。従って、捲回式
極板の幅が大きくなると前記伝導による放熱機能が低下
する。本発明に係る極板群の構成においては、極板群の
幅が50mm以下であれば放電時の温度上昇が前記実施
例と同程度に納まる。しかし、幅が50mmを超えると
温度上昇が顕著になる。また、本発明に係る電池の場
合、極板群の両側に板状集電端子を備え、かつその外側
には電槽の側壁が位置する。集電端子の厚さは0.5〜
2mmを必要とする。極板群の幅が25mmを下回る
と、発電体に占める集電端子の容積比率が大きくなって
容積効率が低下する。以上の理由により、本発明に係る
捲回式極板群の幅は、25〜50mmの範囲に納めるこ
とが望ましい。
【0041】(充放電サイクル試験)前記電池を温度2
5℃において充放電サイクル試験に供した。電流1It
(A)で1時間充電後、同電流にて終止電圧1.0Vの
条件で繰り返し充放電を行った。
5℃において充放電サイクル試験に供した。電流1It
(A)で1時間充電後、同電流にて終止電圧1.0Vの
条件で繰り返し充放電を行った。
【0042】実施例1、実施例2および実施例3の電池
は、500サイクル経過後においても78〜80%の容
量を維持していた。実施例電池4の場合は、500サイ
クル経過後容量が65%にまで低下していた。一方比較
例1では500サイクルに達する以前に容量が尽きてし
まった。比較例2は500サイクル経過後において82
%の容量を維持していた。
は、500サイクル経過後においても78〜80%の容
量を維持していた。実施例電池4の場合は、500サイ
クル経過後容量が65%にまで低下していた。一方比較
例1では500サイクルに達する以前に容量が尽きてし
まった。比較例2は500サイクル経過後において82
%の容量を維持していた。
【0043】比較例1の場合には、試験終了後の電池に
電解液の液涸れ現象が認められた。液涸れによってイン
ピーダンスが上昇し容量低下を来したものと考えられ
る。実施例4のサイクル性能が実施例1〜3や比較例2
に比べて少し劣っている。実施例4の電池には、他の実
施例電池に比べ、インピーダンスの増大が観測された。
実施例4の場合、極板群の表面に電解液を充填した不織
布を配しているが、極板群同志の間隔を大きくしたため
に水分の蒸発が起きた可能性がある。
電解液の液涸れ現象が認められた。液涸れによってイン
ピーダンスが上昇し容量低下を来したものと考えられ
る。実施例4のサイクル性能が実施例1〜3や比較例2
に比べて少し劣っている。実施例4の電池には、他の実
施例電池に比べ、インピーダンスの増大が観測された。
実施例4の場合、極板群の表面に電解液を充填した不織
布を配しているが、極板群同志の間隔を大きくしたため
に水分の蒸発が起きた可能性がある。
【0044】前記のように、本発明に係る電池の極板群
の構成においては、極板群の外周表面の少なくとも一部
に電解液を含芯させたシートを当接させる。このこと
は、極板群の液涸れを防ぐ方策として極めて有効であ
る。
の構成においては、極板群の外周表面の少なくとも一部
に電解液を含芯させたシートを当接させる。このこと
は、極板群の液涸れを防ぐ方策として極めて有効であ
る。
【0045】また、前記のように極板群同志の間隔が8
mmと大きくした場合には、サイクル性能が低下する。
さらに、活物質の充填容積が減るので容積効率の低下を
招く。このような理由によって、極板群間の間隔は8m
m未満、さらには5mm以下とすることが望ましい。
mmと大きくした場合には、サイクル性能が低下する。
さらに、活物質の充填容積が減るので容積効率の低下を
招く。このような理由によって、極板群間の間隔は8m
m未満、さらには5mm以下とすることが望ましい。
【0046】捲回端面が楕円形または扁平形状の場合、
前記のように複数個の極板群を捲回端面の長軸が平行に
なるように配置する。その際、極板群と極板群の間に1
mm以上8mm未満の間隔、さらには1〜5mmの間隔
をおくのが望ましい。間隔が全くないと極板群に熱が籠
もる虞がある。極板群に熱が籠もること、サイクル寿命
等電池性能に対して悪影響を及ぼす虞がある。極板群の
間隔が8mm以上では前記同様充放電サイクル特性に悪
影響が生じ、容積効率が低下する欠点がある。
前記のように複数個の極板群を捲回端面の長軸が平行に
なるように配置する。その際、極板群と極板群の間に1
mm以上8mm未満の間隔、さらには1〜5mmの間隔
をおくのが望ましい。間隔が全くないと極板群に熱が籠
もる虞がある。極板群に熱が籠もること、サイクル寿命
等電池性能に対して悪影響を及ぼす虞がある。極板群の
間隔が8mm以上では前記同様充放電サイクル特性に悪
影響が生じ、容積効率が低下する欠点がある。
【0047】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の請求項1に
よれば高率放電を行っても温度上昇が小さく、かつ充放
電サイクル性能の優れた電池を提供することができる。
本発明の請求項2および請求項3によれば請求項1の効
果をさらに高めることができる。
よれば高率放電を行っても温度上昇が小さく、かつ充放
電サイクル性能の優れた電池を提供することができる。
本発明の請求項2および請求項3によれば請求項1の効
果をさらに高めることができる。
【0048】
【図1】本発明に係る捲回式極板群の斜視図である。
【図2】本発明に係る複数個の円形捲回式極板群を備え
た発電体を示す図である。
た発電体を示す図である。
【図3】本発明に係る複数個の楕円または扁平型捲回式
極板群を備えた発電体を示す図である。
極板群を備えた発電体を示す図である。
【図4】電解液を含芯したシートで極板群を包んだ発電
体を示す図である。
体を示す図である。
【図5】本発明に係る複数のセルを備えたモノブロック
型の電池の構造を示す図である。
型の電池の構造を示す図である。
【図6】従来の積層式極板群を示す図である。
【図7】放電した時の電池の温度上昇を示すグラフであ
る。
る。
【図8】本発明電池と比較電池の充放電サイクル性能を
示すグラフである。
示すグラフである。
1 負極集電端子 2 正極集電端子 5 電解液を含浸したシート 10 捲回式極群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H028 AA06 AA08 BB05 CC08 HH05 HH06
Claims (3)
- 【請求項1】帯状の正極板、セパレータおよび負極板か
ら成る複数個の捲回式極板群を備え、該複数個の捲回式
極板群を1対の正極集電端子と負極集電端子の間に狭持
させた電池であって、前記正極板および負極板の片方の
側辺に極板の芯体を露出させ、該露出させた正極板の芯
体と負極板の芯体とを、極板群の相対向する捲回端面に
突出させ、該突出させた芯体と前記正極集電端子および
負極集電端子とをその係合部において接合して成り、前
記複数個の捲回式極板群の各々の外周表面に電解液を保
持したシートを当接したことを特徴とする電池。 - 【請求項2】前記複数個の極板群と極板群の間に8mm
未満の間隔を設けたことを特徴とする請求項1記載の電
池。 - 【請求項3】前記捲回式極群の直径もしくは短径が12
〜35mmφ、幅が25〜50mmであることを特徴と
する請求項1記載の電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001126539A JP2002324568A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 複数個の捲回式極板群を備えた電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001126539A JP2002324568A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 複数個の捲回式極板群を備えた電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002324568A true JP2002324568A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18975557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001126539A Pending JP2002324568A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 複数個の捲回式極板群を備えた電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002324568A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001126539A patent/JP2002324568A/ja active Pending
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A711 | Notification of change in applicant |
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A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080220 |