JP2000251871A

JP2000251871A - アルカリ二次電池

Info

Publication number: JP2000251871A
Application number: JP11053856A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Isaji; 秀文伊佐治
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の内部抵抗が低くて大電流放電が可能な
アルカリ二次電池を提供する。【解決手段】アルカリ二次電池の集電板６ａ、６ｂは
渦巻形状の電極群５より小径であり、電極群５の少なく
とも一方の端部における周縁部には正極２又は負極４の
リード部２Ｌ、４Ｌが端部から突出して形成され、リー
ド部２Ｌ、４Ｌは集電板６ａ、６ｂ側に折り曲げた状態
で集電板６ａ、６ｂに溶接されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ二次電池に
関し、さらに詳しくは、電池の内部抵抗が低く、大電流
放電が可能なアルカリ二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電動工具や電動補助付き自転車、
さらには最近開発が進められている電気自動車等の駆動
電源として、充放電可能でかつ携帯も可能な二次電池が
用いられている。特に、上記した用途においては大電流
放電が可能であるという特性が要求されており、この点
からニッケルカドミウム二次電池が多く採用されてい
る。

【０００３】さらには、近年、ニッケルカドミウム二次
電池に比べて放電容量が約１．５〜２倍程度大きいニッ
ケル・水素二次電池も用いられている。このニッケル・
水素二次電池は、電極活物質と結着剤から成るペースト
を導電性の集電体シートに塗布して正極及び負極を作製
し、この正極と負極をセパレータを介して巻回して成る
電極群をアルカリ電解液と共に電池缶に封入することに
よって製造されている。

【０００４】そして、ニッケル・水素二次電池は、ニッ
ケルカドミウム二次電池に比べて放電容量及び容積エネ
ルギ密度が大きいことから、同一サイズの電池を同じ時
間率で放電させた場合、ニッケルカドミウム二次電池に
比べて放電電流を大きくすることができる。ところが、
上記したアルカリ二次電池を高い放電率（大電流）で放
電すると、電池の内部抵抗によって電池の作動電圧が低
下するという現象が生じてくる。特に、ニッケル・水素
二次電池ではこの現象が顕著であり、電動工具や電気自
動車等の電源として使用する場合には、高い放電率で作
動させても電池の作動電圧が低下しないよう、電池の内
部抵抗を低減することが必要になる。

【０００５】電池の内部抵抗は、電極と外部端子の間の
接続状態によって大きな影響を受けるが、従来は負極の
外周部を電池缶の内面に接触させたり、正極に設けたタ
ブを正極端子に接続する方法が採られていた。このた
め、２０〜５０Ａといった大電流で放電を行うと、上記
した接触方式やタブ方式では、各電極と外部端子の間の
接触抵抗が大幅に上昇するおそれがある。

【０００６】このようなことから、電極群の端部に集電
板を溶接して外部端子との導通を行う接続方式が提案さ
れている。この接続方式では、例えば以下のようにして
集電板が電極群に溶接される。まず、正極と負極の端部
にペーストが担持されずに集電体シートが帯状に表出し
た領域を形成し、この正極と負極の端部同士を幅方向に
若干ずらして重ねあわせ、これを長手方向に渦巻き状に
巻回する。この場合、得られた疑似円筒形状をした電極
群の端部(端面)には正極と負極のどちらかの端部が突出
するので、この突出部に集電板を接触させてスポット溶
接を行う。

【０００７】ところで、集電板を溶接する際、電極群の
端部と集電板が接している部分をすべて溶接するのが理
想的であるが、実際には集電板の表面にバリ（突起）を
複数かつ等間隔に配置し、このバリを溶接点とすること
によって、上記端部と集電板がなるべく多数の部分で溶
接されるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した溶接を行う場
合、電極群の中心付近では良好に溶接を行うことができ
る。しかしながら、電極群の周縁部では溶接不良が生じ
る可能性がある。この原因は、電極群の周縁部では溶接
点の内側にしか集電板が存在しないために、溶接熱が逃
げにくくなることにあると考えられるが、電池缶に収容
する関係上、集電板の径を大きくすることはできない。
そのため、その部分で溶接不良が起こってくるが、この
ことは現在まで解消されるには至っていない。

【０００９】そして、電極群の中心部と周縁部で溶接が
均等に行われない場合には、電極と集電板の間の接触抵
抗を低下させることはできないので、電池の内部抵抗を
低減することが難しくなる。本発明は、アルカリ二次電
池における上記した問題を解決することができ、内部抵
抗が低く、大電流放電が可能なアルカリ二次電池の提供
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ二次
電池の電極構造を新たなものとし、溶接条件の厳しい電
極群の周縁部において電極と集電板の間の接触面積を増
大させることによって、周縁部における溶接不良を改善
することを技術思想とするものである。上記した目的を
達成するために、請求項１記載の本発明においては、ア
ルカリ二次電池の集電板は電極群より小径であり、前記
電極群の端部における周縁部には前記正極又は負極のリ
ード部が該端部から突出して形成され、前記リード部は
前記集電板側に折り曲げた状態で該集電板に溶接されて
いることを特徴とするアルカリ二次電池が提供される。

【００１１】好ましくは、前記電極群の両端部には請求
項１記載のリード部及び集電板が設けられているのがよ
い（請求項２）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の円筒形ニッケル
・水素二次電池の実施形態を示す例を、図１乃至図３を
参照して説明する。図１において、ニッケル・水素二次
電池は、セパレータ３を介してシート状の正極２と負極
４を巻回して渦巻形状の電極群５とし、この電極群５を
図示しないアルカリ電解液と共に有底円筒状の電池缶１
内に収容することにより製造される。

【００１３】正極２及び負極４は、後述する導電性の集
電体シートに所定の電極活物質を含むペーストを塗布し
て製造されるが、正極２の一端部２Ａには前記ペースト
が担持されずに集電体シートが帯状に表出した領域が形
成されている。同様に、負極４の一端部４Ｂにも集電体
シートが帯状に表出している。そして、端部２Ａと端部
４Ｂを互いに反対向きにして正極２と負極４を重ねあわ
せ、負極４が外側になるように渦巻状に巻回して電極群
５とし、電池缶１の内部に収容する。以下、電極群５の
端部のうち、電池缶１の開口部側に位置するものを「上
端部」、電池缶１の底面側に位置するものを「下端部」
と称する。

【００１４】ここで、正極２と負極４を重ねあわせる際
に、負極４の下端部４Ｂを正極２の下端部より下方にず
らし、この状態で巻回することによって、負極４の下端
部４Ｂを正極２の下端部より突出させることができる。
そして、この突出部に集電板６ｂを溶接し、負極４と集
電板６ｂの導通をとっている。同様にして、正極２の上
端部２Ａを負極４の上端部より突出させ、この突出部に
集電板６ａを溶接する。なお、セパレータ３の上端部
は、正極２の上端部２Ａより下方で負極４の上端部より
突出しているのが好ましく、セパレータ３の下端部は、
負極４の下端部４Ｂより上方で正極２の下端部より突出
しているのが好ましい。

【００１５】集電板６ａ、６ｂは、電極群５より小径の
円板状に形成され、より詳しくは、集電板６ａは正極２
の周縁より小径であり、集電板６ｂは負極４の周縁より
小径になっている。また、集電板６ａ、６ｂとしては、
例えばＮｉ板やステンレス鋼板等の導電性金属を用いる
ことができる。なお、電極群５の端部に集電板を溶接す
る方法としては、上記した突出部を形成してもよいが、
負極４の下端部４Ｂに小片状をした例えばニッケル製の
タブ端子を溶接し、このタブ端子を介して下端部４Ｂを
集電板６ｂに溶接してもよい。同様に、正極２の上端部
２Ａにタブ端子を溶接し、タブ端子を介して上端部２Ａ
を集電板６ａに溶接してもよい。

【００１６】そして電極群５を収容した電池缶１の上部
開口部には、中央に穴８ａを有する円形封口板８が配置
され、さらに封口板８の周縁と電池缶１の上端内面の間
に、リング状の絶縁性ガスケット９が介装され、前記上
端を内側に縮径するカシメ加工により、封口板８はガス
ケット９を介して電池缶１に気密に固定されている。正
極リード７ａは一端が集電板６ａを介して正極２と、他
端が封口板８の下面と接続している。一方、負極リード
７ｂは一端が集電板６ｂを介して負極４と、他端が電池
缶１の底面と接続している。

【００１７】帽子形状をなす正極端子１０は、穴８ａを
覆うようにして封口板８上に取付けられ、さらに正極端
子１０と封口板８で囲まれた空間には、穴８ａを閉塞す
るためのゴム製の安全弁１１が充填されている。そし
て、絶縁材料から成る図示しないドーナツ状の押え板が
正極端子１０上に配置され、該押え板の有する孔から正
極端子１０が突出するようになっている。さらに、所定
の外装チューブが該押え板の周縁、並びに電池缶１の側
面及び底部周縁を被覆している。

【００１８】次に、電極群５の端部周縁部に形成するリ
ード部２Ｌ、４Ｌについて説明する。電極群５の上端部
には当該電極群より小径の集電板６ａが配設される。従
って、集電板６ａの外側には正極２の周縁部が表出す
る。そして、この周縁部に、上端部２Ａから突出し、集
電板６ａより上方に延びる、例えばニッケル製のリード
部２Ｌが形成されている。リード部２Ｌを形成する個数
は特に制限されないが、上記周縁部に等間隔で複数のリ
ード部２Ｌが形成されているのが好ましい。また、リー
ド部２Ｌの長さも制限されないが、リード部２Ｌを集電
板側へ折り曲げた際に、集電板と適宜接触できる長さに
なっていればよい。リード部２Ｌを形成させる方法とし
ては、上端部２Ａにリード部２Ｌを溶接してもよいが、
図２に示すように、集電体シート２０に予めリード部２
Ｌとなる突出部を形成しておいてもよい。以下、集電体
シートそれ自体にリード部を形成する態様について、図
２に基づいて説明する。

【００１９】図２（ａ）において、集電体シート２０の
右側は、該シートを巻回した後に外周側となる部分に相
当している。そして、シートの端部２０Ａ（正極２の上
端部２Ａに相当する）には、巻回後に周縁部となる位置
にリード部２Ｌが１個形成されている。このシート形状
を「形状Ａ」とする。図２（ｂ）は、シートの端部２０
Ａに４個のリード部２Ｌが形成された態様を示してい
る。このリード部２Ｌは、巻回後に周縁部に等間隔で配
置されるよう、その間隔と個数が規定されている。この
シート形状を「形状Ｂ」とする。

【００２０】図２（ｃ）は、シートの端部２０Ａのう
ち、巻回後に周縁部となる部分を突出させ、この突出部
に多数の切れ目を入れることにより、複数のリード部２
Ｌが形成された態様を示している。この場合、隣接する
各リード部２Ｌは、集電板側へ折り曲げた際に一部が重
なり合うことになるが、このようになっていても差し支
えない。このシート形状を「形状Ｃ」とする。

【００２１】なお、上記した各態様では、シート２０の
うち巻回後に電極群の周縁（最外周）となる部分にのみ
リード部２Ｌを形成したが、集電板６ａの外縁より外側
であれば、シート２０の最外周より内側部分にリード部
を形成してもよい。同様にして、電極群５の下端部にお
ける周縁部、つまり負極４の下端部４Ｂにリード部４Ｌ
を形成する。

【００２２】次に、図３に示すようにして、上記リード
部２Ｌを集電板６ａに溶接する。図３において、各リー
ド部２Ｌを集電板６ａ側（図示矢印Ｆ方向）に折り曲げ
て集電板６ａに接触させ、この状態でリード部２Ｌを集
電板６ａに溶接する。このとき、上端部２Ａにおける周
縁部は、所定の大きさのリード部２Ｌを介して集電板６
ａに接触しているため、周縁部を直接集電板６ａに接触
させる場合に比べて、正極２と集電板６ａの間の接触面
積が増大する。そして、溶接熱は上記した接触部分を通
ってリード部２Ｌに流出するため、溶接部近傍に熱が滞
留することがなく、溶接不良が低減される。

【００２３】同様にして、負極４のリード部４Ｌが集電
板６ｂに溶接される。なお、電極群の端部の少なくとも
一方に、上記したリード部と集電板が設けられていれば
よいが、接触抵抗をより一層低減するためには、電極群
の両端部に上記リード部と集電板が設けられているのが
好ましい。本発明の正極２及び負極４は、以下のように
して作製すればよい。

【００２４】まず、正極２に用いる正極材料としては、
例えば、水酸化ニッケルや酸化コバルトを含むニッケル
酸化物等のニッケル化合物が好適に使用できる。そし
て、上記正極材料を、導電剤、結着剤、及び水と混練し
てペーストとし、集電体シートに塗布して乾燥後、成形
して任意の形状に加工して正極２とすればよい。

【００２５】集電体シートとしては、例えばニッケル、
ステンレスやニッケルメッキ鋼板から成る、パンチドメ
タル、エキスパンデッドメタル、メッキした穿孔鋼板、
ニッケルネットなどの２次元構造を有する基板や、フェ
ルト状金属多孔体やスポンジ状金属基板などの３次元構
造を有する基板を使用することができる。導電剤として
は、例えば、金属コバルト、コバルト酸化物、コバルト
水酸化物などが使用できる。

【００２６】結着剤としては、例えば、カルボキシメチ
ルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピル
メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリテ
トラフルオロエチレンなどが使用できる。そして、負極
４に用いる負極材料としては、水素吸蔵合金粉末が好適
に使用できる。水素吸蔵合金は、電解液中で水素の吸蔵
と放出が行えるものであれば特に制限はなく、例えば、
ＡＢ₅系、ＴｉＮｉ系、ＴｉＦｅ系やＭｇ₂Ｎｉ系の合金
を使用することができる。ここで、ＡはＬａ、Ｍｍ（ミ
ッシュメタル）、またはＬｍ（Ｌａ富化したミッシュメ
タル）である。そしてＢはＮｉ、または、ＮｉとＡｌ、
Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＢの群
から選ばれる元素との合金である。

【００２７】このような負極材料を、導電剤、結着剤、
及び水と混練してペーストとし、上述の集電体シートに
塗布して乾燥後、成形して任意の形状に加工して負極４
とすればよい。導電剤としては、例えば、カーボンブラ
ックなどが使用できる。結着剤は、例えば、正極の製造
に用いたのと同じものとすればよい。本発明のニッケル
・水素二次電池に用いるアルカリ電解液としては、例え
ば、ＮａＯＨとＬｉＯＨの混合溶液、ＫＯＨとＬｉＯＨ
の混合溶液の他、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、及びＮａＯＨから
成る混合溶液を使用することができる。

【００２８】なお、上記した実施形態においては、ニッ
ケル・水素二次電池について説明したが、ニッケルカド
ミウム二次電池等の他のアルカリ二次電池にも本発明を
適用することは可能である。

【００２９】

【実施例】実施例１〜７，比較例１．正極及び負極の製造Ｎｉ発泡体から成る集電体シートを用意し、その一端
（巻回後の上端部に相当）２Ａを端面から２ｍｍ内側の
領域まで加圧して緻密化した。次いで、前記緻密化領域
を除くシート表面に、水酸化ニッケル粉末を主成分とす
る正極合剤ペーストを塗布・充填し、１００℃×１時間
の乾燥条件でペーストを乾燥させた後、このシートを圧
延し、所定の大きさに裁断して正極２とした。

【００３０】所定の水素吸蔵合金粉末を主成分とする負
極合剤ペーストをＮｉ製のパンチングメタルから成る集
電体シートに塗布・充填し、８０℃×１時間の乾燥条件
でペーストを乾燥させた後、このシートを圧延し、所定
の大きさに裁断して負極４とした。そして該シートの一
端（巻回後の下端部に相当）４Ｂに担持されたペースト
を除去した。

【００３１】なお、表１に示すように、正極２又は負極
４に用いた集電体シートはそれぞれリード部２Ｌ，４Ｌ
を備え、図２で説明した形状Ａ〜Ｃのいずれかに相当し
ている。

【００３２】

【表１】

【００３３】２．電池の組立て上記した正極２の上端部２Ａと負極４の下端部４Ｂを互
いに反対向きにして、負極４の下端部４Ｂを正極２の下
端部より下方にずらして両者をポリオレフィン不織布製
のセパレータ３を介して重ねあわせ、負極４が外側にな
るように巻回して電極群５とした。

【００３４】そして、突出した上端部２Ａに集電板６ａ
を溶接し、同様に突出した下端部４Ｂに集電板６ｂを溶
接した。次に、上端部２Ａから突出するリード部２Ｌを
内側に折り曲げて集電板６ａに溶接し、同様に下端部４
Ｂから突出するリード部４Ｌを内側に折り曲げて集電板
６ｂに溶接した。

【００３５】この電極群５を電池缶１に収容し、さらに
ＫＯＨを主成分とする電解液を注液して封口し、図１に
示す円筒形ニッケル・水素二次電池を各実施例について
５０本ずつ組み立てた。比較のために、リード部が形成
されていない従来の集電体シートを用いて正極２及び負
極４を製造し、その他については実施例と同様にして電
池を組み立てた。これを比較例とする。

【００３６】３．放電中間電圧の測定上記電池に対して、所定の充電を行った後、放電率をそ
れぞれ５、１０、１５（ＣｍＡ）として放電したときの
放電中間電圧（ＭｉｄＣＶ）を測定した。この結果を
図４に示す。放電中間電圧が高いほど、大電流放電特性
に優れている。 (1)図４から明らかなように、本発明のニッケル・水素
二次電池は、比較例に比べて放電時、特に放電率が１０
ＣｍＡ以上の大電流放電時の放電中間電圧が高く、大電
流放電特性に優れている。 (2)電極群の端部における周縁部にリード部が形成され
ていない比較例の場合は、実施例に比べて放電中間電圧
が低く、大電流放電特性に劣っている。このことから、
電極群の端部における周縁部にリード部を形成し、該リ
ード部を集電板に溶接した本発明の優位性が明らかであ
る。 (3)実施例１〜３、及び実施例４〜６を比較して明らか
なように、リード部の形成個数が多いほど放電中間電圧
が高く、この傾向は放電率が高いほどより顕著となる。
このことから、複数のリード部を形成することが好まし
いことがわかる。 (4)実施例４〜６と実施例７を比較して明らかなよう
に、電極群の両端部にリード部を形成した実施例７は、
正極の端部にのみリード部を形成した実施例１〜３や、
負極の端部にのみリード部を形成した実施例４〜６に比
べて放電中間電圧が高い。このことから、電極群の両端
部にリード部を形成することが好ましいことがわかる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、電極群の端部における周縁部にリード部を形成
し、このリード部を集電板に溶接しているため、周縁部
には所定の大きさを持つリード部が形成され、リード部
を設けずに周縁部を直接集電板に接続する場合に比べ
て、正極や負極と集電板の間の接触面積が増大する。

【００３８】そして、溶接熱は上記した接触部分を通っ
てリード部に流出するため、溶接部近傍に熱が滞留する
ことがなく、溶接不良が低減され、電極と集電板の間の
接触抵抗は低下する。その結果、電池の内部抵抗は低減
し、高い放電作動電圧を確保することができるので、電
動工具や電気自動車等の大電流放電を必要とする電源に
好適に使用できる。

【００３９】特に、電極群の両端部に、上記したリード
部及び集電板が設けられていると、この効果は顕著とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るニッケル・水素二次電池の構造を
示す断面図である。

【図２】リード部が予め形成された集電体シートの形状
を示す展開図である。

【図３】リード部を集電板に溶接する態様を示す斜視図
である。

【図４】電池を放電したときの放電中間電圧（Ｍｉｄ
ＣＶ）を示すグラフである。

【符号の説明】

１電池缶２正極２Ａ正極の上端部４負極４Ｂ負極の下端部２Ｌ、４Ｌリード部５電極群６ａ、６ｂ集電板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極をセパレータを介して巻回し
て成る渦巻形状の電極群がアルカリ電解液と一緒に電池
缶に封入され、前記電極群の少なくとも一方の端部には
集電板が溶接されているアルカリ二次電池において、前記集電板は前記電極群より小径であり、前記電極群の
端部における周縁部には前記正極又は負極のリード部が
該端部から突出して形成され、前記リード部は前記集電板側に折り曲げた状態で該集電
板に溶接されていることを特徴とするアルカリ二次電
池。
【請求項２】前記電極群の両端部には請求項１記載の
リード部及び集電板が設けられていることを特徴とする
アルカリ二次電池。