JP6086207B2

JP6086207B2 - 電極板、積層型電極群、電池及び円筒形電池

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Publication number: JP6086207B2
Application number: JP2012277045A
Authority: JP
Inventors: 学金本; 金本　　学; 児玉　充浩; 充浩児玉; 忠司掛谷
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: JP2014120441A

Description

本発明は、電極板、この電極板を用いて構成した積層型電極群、電池及び円筒形電池に関するものである。

従来の円筒形電池としては、特許文献１に示すように、円筒状をなす電池ケースに、帯状の正極板及び負極板を帯状のセパレータを介して渦巻状に巻回されてなる円柱状の電極群を収容したものがある。

しかしながら、帯状の正極板、負極板及びセパレータを渦巻き状に巻回するものでは、その巻き工程において正極板及び負極板の巻きずれが生じる。そうすると、円筒形電池において所望の電池容量を得ることができない、また、内部短絡を引き起こしてしまう等の問題が生じる。

特開平１１−１８５７６７号公報

そこで本願発明者は、巻きずれ及び巻きずれに伴う種々の問題点を解決すべく、積層型の電極群を円筒形電池に収容することを考えている。

しかしながら、積層型の電極群を複数の電極板から構成した場合、各正極板から導出した複数の集電端子を、共通の集電板に重なり合うように接続することになり、各正極板ごとに集電効率にばらつきが生じる虞がある。また、各正極板の集電端子を集電板に溶接する作業が煩雑になる。

これらの不都合を解決するために、１枚の厚形の電極板を用いて、電極群を構成することが考えられる。しかしながら、厚形の電極板は、従来程度のプレス圧では、圧縮し難くなり、活物質の充填密度が低下してしまう。また、充填密度を高めるべく、プレス厚を上昇させて場合には、集電体が破断したり、電極板内部の集電体の密度が低下したりして、内部抵抗が増大してしまうという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、積層型の電極群において、集電端子の数を減らすことを可能としながら、電極全体としての活物質の充填率を向上させつつ、電極板の内部抵抗を小さくすることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る電極板は、集電体に活物質を保持させて構成される電極板であって、活物質非保持部と当該活物質非保持部を挟んで両側に形成される略平板状の活物質保持部とを有し、前記活物質保持部が互いに対向するように、前記活物質非保持部が折り曲げられた第１極板要素と、活物質保持部を有する第２極板要素とを備え、前記第１極板要素の活物質保持部に前記第２極板要素の活物質保持部が接触して重ね合わされていることを特徴とする。

このようなものであれば、電極板が第１極板要素及び第２極板要素からなり、第１極板要素を２つの活物質保持部及び活物質非保持部から構成しているので、活物質非保持部に集電端子を設けることで、２つの活物質保持部に対して共通の集電端子とすることができ、集電端子の数を減らすことができ、溶接作業を簡略化することができる。ここで、第２極板要素の活物質保持部が、第１極板要素の活物質保持部に接触しているので、第２極板要素の集電を第１極板要素の集電端子により行うことができる。また、電極板を第１極板要素及び第２極板要素に分割することで、各極板要素における集電体の厚みを薄くすることができ、各集電体への活物質の充填率を向上させることができる。その上、活物質充填後のプレスにおいて集電体の破断を防止するとともに、電極板内部の集電体の密度の低下を防止して、電極板の内部抵抗の増大を抑えることができる。

前記第２極板要素が、活物質非保持部と略平板状の活物質保持部とを有し、前記第２極板要素の活物質非保持部が、前記第１極板要素の活物質非保持部に接触していることが望ましい。これならば、第２極板要素の活物質保持部を第１極板要素の活物質保持部に接触させるだけでなく、第２極板要素の活物質非保持部を第１極板要素の活物質非保持部に接触させることで、第２極板要素の集電効率をさらに向上させることができる。

前記第２極板要素が、活物質非保持部と当該活物質非保持部を挟んで両側に形成される略平板状の活物質保持部を有し、前記両側の活物質保持部が互いに対向するように、前記活物質非保持部が折り曲げられたものであり、前記第２極板要素における両側の活物質保持部が、前記第１極板要素における両側の活物質保持部に接触して重ね合わされていることが望ましい。これならば、略同一形状となる第１極板要素及び第２極板要素を重ね合わせた後に、それら重ね合わせた極板要素を一度に折り曲げればよく、作業性を向上させることができる。また、第２極板要素が１枚の極板要素から構成されるので、部品点数を削減することができる。さらに集電端子が溶接される前の第１極板要素と、第２極板要素とを同一形状とすれば、部品点数を一層削減することができる。

前記第２極板要素の活物質非保持部が前記第１極板要素の活物質非保持部に溶接されていないことが望ましい。このように第１極板要素及び第２極板要素を溶接しないことで、組み立て工数を削減することができる。また、本発明では、第１極板要素の活物質非保持部及び第２極板要素の活物質非保持部を溶接すること無しに、それらの活物質保持部の面接触によって十分に集電性能を確保することができる。

前記集電体が、発泡ニッケル多孔体等の三次元金属多孔体であることが望ましい。三次元金属多孔体を用いることで、製造工程をその他の集電体基材よりも簡単にすることができ、また、導電性の低い活物質を用いる場合にも良好な集電特性が得られ、電極の高容量化も可能である点で優れている。

また本発明に係る電極板は、２つの活物質保持体及び当該２つの活物質保持体を連結する導電性部材を有し、前記２つの活物質保持体が互いに対向するように、前記導電性部材が折り曲げられる第１極板要素と、活物質保持部を有する第２極板要素とを備え、前記第１極板要素の活物質保持体に前記第２極板要素の活物質保持部が接触して重ね合わされていることを特徴とする。

このような電極板であれば、電極板が第１極板要素及び第２極板要素からなり、第１極板要素を２つの活物質保持体及び導電性部材から構成しているので、導電性部材を集電端子要素とすることで、２つの活物質保持体に対して共通の集電端子とすることができ、集電端子の数を減らすことができ、溶接作業を簡略化することができる。また、電極板を第１極板要素及び第２極板要素に分割することで、各極板要素における集電体の厚みを薄くすることができ、各集電体への活物質の充填率を向上させることができる。その上、活物質充填後のプレスにおいて集電体の破断を防止するとともに、電極板内部の集電体の密度の低下を防止して、電極板の内部抵抗の増大を抑えることができる。

本発明の電極板を好適に用いることができる電極群の構成としては、前記両側の活物質保持部の間にセパレータを介して極性の異なる電極板が挟まれることにより形成される積層構造の電極群である。本発明の電極板は、直線状の活物質非保持部又は集電端子を挟んで両側に活物質保持体が形成され、活物質非保持部又は集電端子で折り曲げる構成であり、折り曲げられて対向する活物質保持部は同一極性となる。このような構成であるので、対向する活物質保持部の間に極性の異なる電極板を挟みこむだけで積層型の電極群を構成することができる。なお、極性の異なる電極板としてはポケット式電極、発泡式ニッケルなどの三次元基材に活物質を充填した電極および穿孔鋼板などの二次元基材に活物質を塗布した電極を用いることが考えられる。このとき、１つの負極板及び１つの正極板により積層型の電極群が構成される。

具体的な積層型電極群の構成としては、本発明の電極板からなる第１の電極板と、前記第１の電極板を展開した状態で前記第１の電極板の両面を挟むように２つ折りにされたセパレータと、前記セパレータに包まれた第１の電極板を折り曲げてなる電極構造体を挟むように設けられており、前記第１の電極板と極性が異なる第２の電極板とを有することを特徴とする。

本発明の電極板を用いて構成した積層構造の電極群を、円筒状をなす電池ケースに収容してなる円筒形電池として構成することが望ましい。従来の渦巻き状に巻回された電極群では、その巻回工程において、正極板及び負極板の巻きずれが生じてしまい、円筒形電池において所望の電池容量を得ることができない、また、内部短絡を引き起こしてしまう等の問題が生じる。ところが、本発明のように積層構造の電極群を円筒状の電池ケースに収容することにより、電極群の巻きずれ及び巻きずれに付随する種々の問題を解決することができる。また、円筒状の電池ケースであることから、内部圧力の上昇に対して強度的に強くすることができる。また、円筒形の電池ケースに対して略直方体形状の電極群を配置することから、基材やセパレータの使用量が減るために、電池ケース内の空間を大きくすることができ、電池内圧の上昇を防ぐことができるだけでなく、円筒形電池内の電解液量を多くすることもできる。

このように構成した本発明によれば、集電端子を２つの活物質保持部で共通化することによって集電端子の数を減らすことができる。また、電極板を第１極板要素及び第２極板要素に分割しているので、電極全体としての活物質の充填性を向上させつつ、電極板の内部抵抗を小さくすることができる。

本実施形態における円筒形電池の縦断面図。同実施形態における円筒形電池の横断面図。同実施形態の正極板を示す平面図、正面図及び斜視図。同実施形態の正極板の展開状態を示す平面図。同実施形態の正極板の製造工程を示す図。同実施形態の負極板を示す平面図、正面図及び斜視図。同実施形態の負極板の展開状態を示す平面図。同実施形態の負極板の製造工程を示す図。同実施形態の電極群の縦断面図。同実施形態の電極群のセパレータ収容工程を示す図。同実施形態の電極群の負極板折り曲げ工程及び正極板折り曲げ工程を示す図。変形実施形態に係る正極板を示す平面図、正面図及び斜視図。変形実施形態に係る正極板を示す平面図、正面図及び斜視図。変形実施形態に係る正極板の製造工程を示す図。

以下に本発明に係る円筒形電池の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る円筒形電池１００は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池である。具体的には、図１及び図２に示すように、有底円筒状をなす金属製の電池ケース２と、この電池ケース２内に配置され、正極板３１、負極板３２及びセパレータ３３からなる略直方体形状の電極群３とを有するものである。

電池ケース２は、ニッケルめっきを施した有底円筒状をなすものであり、図１に示すように、上部開口は絶縁体４を介して封口体５により封止されている。また、封口体５の裏面には、正極板３１の上端部に突出して設けられた集電端子３１１が例えば溶接により直接又は集電板（不図示）を介して接続されて、封口体５が正極端子となる。なお本実施形態では、後述するように、電池ケース２の底面２Ｂに電極群３の最外側に位置する負極板３２の集電端子３２１が溶接される。

電極群３は、正極板３１及び負極板３２を例えばポリオレフィン製の不織布からなるセパレータ３３を介して積層した略直方体形状をなすものである（図２参照）。なおセパレータ３３には例えば水酸化カリウム等の電解液が含侵される。

正極板３１は、発泡式ニッケルからなる正極集電体と、この正極集電体の中空内に水酸化ニッケル活物質及び導電材のコバルト化合物の混合物（以下、単に正極活物質という。）を充填したものである。なお、水酸化ニッケル活物質は、ニッケル・カドミウム蓄電池の場合には例えば水酸化ニッケルであり、ニッケル・水素蓄電池の場合には例えば水酸化カルシウムを添加した水酸化ニッケルである。

具体的に正極板３１は、図３及び図４に示すように、集電端子３１１を有する１つの第１極板要素３１Ｐと、集電端子３１１を有さない１つの第２極板要素３１Ｑとからなる。

第１極板要素３１Ｐは、図３及び図４に示すように、正極活物質を保持しない直線状の活物質非保持部３１Ａと、この活物質非保持部３１Ａを挟んで両側に形成され、正極活物質を保持する活物質保持部３１Ｂとを有する。活物質非保持部３１Ａは、正極集電体の中心線Ｈ１を含むように左右対称に形成されており、活物質保持部３１Ｂは、活物質非保持部３１Ａに対して左右対称である（図４参照）。

そして、第１極板要素３１Ｐは、図３に示すように、両側の活物質保持部３１Ｂが向き合うように活物質非保持部３１Ａにおいて正極集電体が略Ｕ字状に折り曲げられる。具体的には、活物質非保持部３１Ａ及び活物質保持部３１Ｂの境界又は境界よりも若干内側を折り曲げ線として活物質非保持部３１Ａ及び活物質保持部３１Ｂが互いに直角となるように折り曲げられている。

さらに、第１極板要素３１Ｐは、２つの活物質保持部３１Ｂの間に形成された折れ曲がり部である活物質非保持部３１Ａに例えばニッケル鋼板等からなる集電端子３１１が設けられている。この集電端子３１１は、２つの活物質保持部３１Ｂの対向方向に直交する幅方向の一方に外側に向かって延びている。図３においては、集電端子３１１は、活物質非保持部３１Ａの直線方向と同一方向に沿って一方の外側（図３において手前側）に延出している。なお、集電端子３１１は、前記直線方向から傾斜していても良い。この集電端子３１１は、正極集電体からの集電効率を向上させるために、活物質非保持部３１Ａの略全体に亘って設けられている。このように、集電端子３１１が２つの活物質保持部３１Ｂの対向方向に直交する幅方向の一方に外側に向かって延びるように設けられていることから、展開状態の正極板３１を２つ折りのセパレータ３３により挟むように収容する際に、セパレータ３３の折り曲げ部を集電端子３１１が外側に延びている辺３１ｍと対向する辺３１ｎに位置させることで、集電端子３１１がセパレータ３３による収容の邪魔にならない。

また、第２極板要素３１Ｑは、図３及び図４に示すように、正極活物質を保持しない直線状の活物質非保持部３１Ｃと、この活物質非保持部３１Ｃを挟んで両側に形成され、正極活物質を保持する活物質保持部３１Ｄとを有する。活物質非保持部３１Ｃは、正極集電体の中心線Ｈ３を含むように左右対称に形成されており、活物質保持部３１Ｄは、活物質非保持部３１Ｃに対して左右対称である（図４参照）。また、本実施形態の第２極板要素３１Ｑの展開形状は、集電端子３１１が溶接される前の第１極板要素３１Ｐと略同一形状である。

そして、第２極板要素３１Ｑは、図３に示すように、両側の活物質保持部３１Ｄが向き合うように活物質非保持部３１Ｃにおいて正極集電体が略Ｕ字状に折り曲げられる。具体的には、活物質非保持部３１Ｃ及び活物質保持部３１Ｄの境界又は境界よりも若干内側を折り曲げ線として活物質非保持部３１Ｃ及び活物質保持部３１Ｄが互いに直角となるように折り曲げられている。

上記構成の第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑは、それら要素３１Ｐ、３１Ｑの活物質非保持部３１Ａ、３１Ｃが同じ側辺部に位置して重なり、それら要素３１Ｐ、３１Ｑの両側の活物質保持部３１Ｂ、３１Ｄ同士が互いに接触して重ね合わされた状態で正極板３１を形成する（図３参照）。また、このように重ね合わされた状態の第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑにおいて、それら要素３１Ｐ、３１Ｑの活物質非保持部３１Ａ、３１Ｃは互いに溶接されていない。つまり、本実施形態の正極板３１は、第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑの接触のみによって、第１極板要素３１Ｐの集電端子３１１が、第２極板要素３１Ｑの集電を行うように構成している。

次にこのように構成した正極板３１（第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑ）の製造方法について簡単に説明する。

まず、図５に示すように長尺形状をなす発泡ニッケルからなる母材（集電体基材）Ｘに対して、その長手方向に沿って中心部に直線状の活物質非保持部となる部分（非保持領域Ｘ１）をプレスする（プレス工程）。次に、非保持領域Ｘ１以外を活物質保持領域となる部分（保持領域Ｘ２）とすべく正極活物質を充填する（活物質充填工程）。この活物質充填工程の後に、集電体基材全体をプレスする（極板プレス工程）。そして、第１極板要素３１Ｐ（端子３１１を除く。）及び第２極板要素３１Ｑの展開状態と同一形状となるように非保持領域Ｘ１に直交する方向に切断する（切断工程）。これにより、集電端子３１１が溶接される前の第１極板要素３１Ｐと、展開状態の第２極板要素３１Ｑとが形成される。また、第１極板要素３１Ｐとなる正極集電体の活物質非保持部３１Ａに集電端子３１１を溶接する（端子溶接工程）。これにより展開状態の第１極板要素３１Ｐが形成される。そして、前記第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑを外周部分が略一致するように重ね合わせることにより、展開状態の正極板３１が形成される。

上記方法では、母材Ｘの正極活物質を充填することなく活物質非保持部３１Ａ、３１Ｃを形成し、この活物質非保持部３１Ａ、３１Ｃを挟んで両側に活物質保持部３１Ｂ、３１Ｄを形成していることから、活物質保持部３１Ｂ、３１Ｄと活物質非保持部３１Ａ、３１Ｃとの伸び率が異なりその境界部分で破断してしまう可能性がある。このため、以下の方法を用いることも考えられる。つまり、発泡ニッケルからなる母材Ｘ（集電体基材）全体に正極活物質を充填させる（活物質充填工程）。この活物質充填工程の後に、集電体基材Ｘ全体をプレスする（極板プレス工程）。次に、正極活物質が充填された母材Ｘの中央部に直線状の活物質非保持部３１Ａとなる非保持領域Ｘ１を形成すべく、超音波除去等で正極活物質を除去する（活物質除去工程）。そして、非保持領域Ｘ１が形成された母材Ｘにおける非保持領域Ｘ１をプレスする（プレス工程）。その後、非保持領域Ｘ１がプレスされた母材Ｘを非保持領域Ｘ１に直交する方向に切断する（切断工程）。これにより、展開状態の第２極板要素３１Ｑが形成される。また、第１極板要素３１Ｐとなる正極集電体の活物質非保持部３１Ａに集電端子３１１を溶接する（端子溶接工程）。これにより展開状態の第１極板要素３１Ｐが形成される。

また、切断工程を極板プレス工程及び活物質除去工程の間に実施しても良い。つまり、発泡ニッケルからなる母材Ｘ（集電体基材）全体に正極活物質を充填させる（活物質充填工程）。この活物質充填工程の後に、集電体基材Ｘ全体をプレスする（極板プレス工程）。次に、プレスされた母材Ｘを第１極板要素３１Ｐ（端子３１１を除く。）、第２極板要素３１Ｑの展開形状に切断する（切断工程）。そして、切断された母材Ｘの中央部に直線状の活物質非保持部３１Ａとなる非保持領域Ｘ１を形成すべく、超音波除去等で正極活物質を除去する（活物質除去工程）。そして、非保持領域Ｘ１が形成された母材Ｘにおける非保持領域Ｘ１をプレスする（プレス工程）。これにより、展開状態の第２極板要素３１Ｑが形成される。また、第１極板要素３１Ｐとなる正極集電体の活物質非保持部３１Ａに集電端子３１１を溶接する（端子溶接工程）。

負極板３２は、例えばニッケルめっきを施した平板状の穿孔鋼板からなる負極集電体と、この負極集電体上に塗布された負極活物質からなる。なお負極活物質としては、ニッケル・カドミウム蓄電池の場合には、例えば酸化カドミウム粉末と金属カドミウム粉末との混合物であり、ニッケル・水素蓄電池の場合には、例えば主にＡＢ_５型（希土類系）又はＡＢ_２型（Ｌａｖｅｓ相）の水素吸蔵合金の粉末である。

具体的に負極板３２は、図６及び図７に示すように、負極活物質を保持しない直線状の活物質非保持部（未塗工部）３２Ａと、この活物質非保持部３２Ａを挟んで両側に形成され、負極活物質を保持する活物質保持部（塗工部）３２Ｂとを有する。活物質非保持部３２Ａは、負極集電体の中心線Ｈ３を含むように左右対称に形成されており、活物質保持部３２Ｂは、活物質非保持部３２Ａに対して左右対称である（図７参照）。

そして、負極板３２は、図６に示すように、両側の活物質保持部３２Ｂが向き合うように活物質非保持部３２Ａにおいて負極集電体が略Ｕの字状に折り曲げられている。具体的には、活物質非保持部３２Ａ及び活物質保持部３２Ｂの境界又は境界よりも若干内側を折り曲げ線として活物質非保持部３２Ａ及び活物質保持部３２Ｂが互いに直角となるように折り曲げられている。

さらに、負極板３２は、活物質非保持部３２Ａの一部が外側に折り曲げられることにより、電池ケース２の底面２Ｂに溶接接続される集電端子３２１が形成される。具体的には、活物質非保持部３２Ａの一部に、所望の集電端子形状となるように切れ込み３２Ｃを入れて、その切れ込み３２Ｃ内部を外側に折り曲げることにより集電端子３２１が形成される。

次にこのように構成した負極板３２の製造方法について簡単に説明する。

まず、図８に示すように、穿孔鋼板からなる長尺形状をなす母材（集電体基材）Ｙに対して、その長手方向に沿って中心部に直線状の未塗工領域Ｙ１を残して、その両側に負極活物質を塗工して塗工領域Ｙ２、Ｙ３を形成する（塗工工程）。そして、未塗工領域Ｙ１に略Ｕの字状の切れ込み３２Ｃを打ち抜き型を用いて打ち抜いて形成する（打ち抜き工程）。その後、負極板３２の展開状態と同一形状となるように切断していく（切断工程）。これにより展開状態の負極板３２が形成される。なお、切れ込み３２Ｃは負極板３２を切断した後に形成しても良い。

そして本実施形態の積層型電極群３は、２つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）が互いに対向配置された略Ｕの字状をなす正極板３１と、２つの活物質保持部３２Ｂが互いに対向配置された略Ｕの字状をなす負極板３２とが噛み合うように積層されて構成されている。具体的には、図９に示すように、正極板３１の１つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）が負極板３２の２つの活物質保持部３２Ｂの間に挟まれるとともに、負極板３２の１つの活物質保持部３２Ｂが正極板３１の２つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）の間に挟まれるように積層されている。本実施形態では、正極板３１の折れ曲がり部（活物質非保持部３１Ａ（３１Ｃ））と、負極板３２の折れ曲がり部（活物質非保持部３２Ａ）とが互いに対向するように積層されている。したがって、本実施形態の電極群３では、負極板３２の外側面３２ａ、３２ｂが最外面となる。なお、図１、図２、図９等においては、理解を容易にするため、各極板３１、３２及びセパレータ３３の間に間隔を挙げて図示しているが、それらは接触して積層される。

より詳細には、本実施形態の積層型電極群３は、２つの負極板３２及び１つの正極板３１から構成されたものであり、隣接する２つの負極板３２においてそれぞれの１つの活物質保持部３２Ｂ（２つの負極板３２において互いに隣り合う活物質保持部３２Ｂ）が１つの正極板３１の２つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）の間に挟まれるように積層されている。

次にこのように構成した積層型電極群３の製造方法について説明する。

まず、図１０及び図１１に示すように、展開状態の第１極板要素３１Ｐ、展開状態の第２極板要素３１Ｑ、展開状態の負極板３２及び展開状態のセパレータ３３を準備する。そして、図１０に示すように、セパレータ３３の折り曲げ線３３ａに対して一方の半面に、展開状態の第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑを重ね合わせて形成される展開状態の正極板３１を載置する。このとき、集電端子３１１が外側に延出している辺（上辺３１ｍ）に対向する辺（下辺３１ｎ）をセパレータ３３の折り曲げ線３３ａに沿うように載置する。そして、セパレータ３３を折り曲げ線３３ａで２つ折りに折り曲げる（セパレータ収容工程）。これにより、セパレータ３３の折り曲げ部が正極板３１の下辺３１ｎに位置することになり、展開状態の正極板３１は、集電端子３１１の外側に延出した部分を除いてセパレータ３３に収容された状態となる。そして、正極板３１を収容したセパレータ３３の正極端子部分を除く上辺及び左右側辺の３辺を超音波溶着等により溶着固定する。なお、セパレータ３３における正極板３１の集電端子部分には切り込み３３ｂが入れてある。これにより、集電端子３１１を折り曲げた際に、当該集電端子３１１の変形に伴ってセパレータ３３がめくれてしまうことを防止している。なお、セパレータ３３の３辺があらかじめ閉じられた封筒状のセパレータ３３を用いて、正極板３２を包装することもできる。

次に、図１１に示すように、セパレータ３３に収容された状態の展開状態の正極板３１の左右に設けられた２つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）と、展開状態の負極板３２の一方の活物質保持部３２Ｂとを重ね合わせる。そして、展開状態の負極板３２を略Ｕの字状に折り曲げることにより、正極板３１の２つの活物質保持部３１Ｂ（３１Ｄ）それぞれを負極板３２で挟む（負極板折り曲げ工程）。このとき、負極板３２の活物質非保持部３２Ａから集電端子３２１を外側に折り曲げる。その後、左右が負極板３２で挟まれた状態の正極板３１を略Ｕの字状に折り曲げる（正極板折り曲げ工程）。これにより積層型電極群３が形成される。このように形成された積層型電極群３は、ばらけないようにするための結束テープ（不図示）が巻かれる。

そして本実施形態の円筒形電池１００は、図１及び図２に示すように、電極群３を固定するためのスペーサ６を有する。このスペーサ６は、電池ケース２の内側周面２Ａと電極群３の外側面との間に介在して設けられ、電極群３を電池ケース２に固定する一対のスペーサ６１、６２である。この一対のスペーサ６１、６２は、電池ケース２の内側周面２Ａと電極群３の外側面との間の空間に配置されて、電極群３をその積層方向Ｌから挟むように設けられている。なお、積層方向Ｌは、各極板３１、３２の活物質保持部３１Ｂ、３２Ｂの対向方向に一致する。

一対のスペーサ６１、６２は、アクリル樹脂やポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂製又はステンレス鋼等の金属製で、互いに同一形状をなすものである。

各スペーサ６１、６２は、電極群３における積層方向Ｌの最外面（具体的には負極板３２の外側面３２ａ、３２ｂ）の略全体を押圧するものである。また、各スペーサ６１、６２は、電池ケース２の内側周面に上下に亘って接触する。これにより、電極群３全体が一対のスペーサ６１、６２により均一に押圧されることになり充放電効率が向上する。各スペーサの具体的な形状としては、負極板３２の外側面３２ａ、３２ｂの略全体に接触する接触面を一方面６ａに有する矩形平板状の電極接触部６Ａと、この電極接触部６Ａの他方面６ｂから延出して電池ケース２の内側周面２Ａに接触する２つのケース接触部６Ｂとを備える。

２つのケース接触部６Ｂは、電極接触部６Ａの他方面６ｂにおいて中心軸方向Ｃに沿って互いに並列に形成されている。具体的には、電池ケース２に収容された状態において電池ケース２の中心軸を挟むように対称に形成されている。さらに、ケース接触部６Ｂにおける電池ケース２の内側周面２Ａとの接触部分（自由端辺部の先端面）は、電池ケース２の内側周面２Ａの曲面と略同一の曲面を有する。これにより、ケース接触部６Ｂと電池ケース２とが面接触するように構成している（図２参照）。また、電極接触部６Ａとケース接触部６Ｂとの間に形成される凹部が溶接スペースとなり、当該溶接スペースにより負極板３２の集電端子３２１を電池ケース２の底面２Ｂに溶接することができる。

このようにスペーサ６１、６２により電極群３が押圧されることにより、正極板３１の第１極板要素３１Ｐの活物質保持部３１Ｂ及び第２極板要素３１Ｑの活物質保持部３１Ｄが互いに押圧接触して、第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑの導電性が良好となる。そして、このように第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑが押圧接触することから、第１極板要素３１Ｐの集電端子３１１により、第２極板要素３１Ｑの集電を効率良く行うことが可能となる。

次にこのように構成した円筒形電池１００の製造方法について簡単に説明する。

上述した積層型電極群３を積層方向Ｌから一対のスペーサ６１、６２で挟み込む。このように形成された構造体を電池ケース２内に配置する。なお、配置した状態で負極板３２の集電端子３２１が、一対のスペーサ６１、６２の２つのケース接触部６Ｂの間に位置するとともに、スペーサ６１、６２のケース接触部６Ｂの下面が集電端子３２１の一部を電池ケース２の底面２Ｂに押さえた状態となる。なお、電極群３を電池ケース２内に収容した後に、一対のスペーサ６１、６２を電極群３を挟むように収容しても良い。そして、電極群３が電池ケース２に固定された状態で、スペーサ６１、６２のケース接触部６Ｂ及び電池ケース２の内側周面２Ａの間に形成される空間に溶接棒を挿入して負極板３２の集電端子３２１を電池ケース２の底面２Ｂに溶接して接続する。その後、電池ケース２内に電解液を注液する。そして注液後、正極板３１の集電端子３１１を直接又は集電板（不図示）を介して封口体５の裏面に接続するとともに、当該封口体５を絶縁体４を介して電池ケース２の上部開口にかしめ等により固定する。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る円筒形電池１００によれば、正極板３１（第１極板要素３１Ｐ）が２つの活物質保持部３１Ｂ及び活物質非保持部３１Ａからなる略Ｕ字状をなしており、活物質非保持部３１Ａに集電端子３１１を設けているので、共通の集電端子３１１により２つの活物質保持部３１Ｂが集電されて集電効率のばらつきを抑えて集電効率を向上させることができる。また、２つの活物質保持部３１Ｂに対して共通の集電端子３１１とすることができ、溶接する集電端子３１１の数を減らすことができ、溶接作業を簡略化することができる。さらに、正極板３１を第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑに分割することで、各極板要素３１Ｐ、３１Ｑにおける正極集電体の厚みを薄くすることができ、各正極集電体への正極活物質の充填率を向上させることができる。その上、活物質充填後のプレスにおいて正極集電体の破断を防止するとともに、正極板３１内部の正極集電体の密度の低下を防止して、正極板３１の内部抵抗の増大を抑えることができる。

また、本実施形態では、集電端子３１１を除いた第１極板要素３１Ｐと第２極板要素３１Ｑとを同一形状としているので、第１極板要素３１Ｐの両側の活物質保持部３１Ｂそれぞれに第２極板要素３１Ｑの活物質保持部３１Ｄを接触して重ね合わせる構成であり、第１極板要素３１Ｐの集電端子３１１により第２極板要素３１Ｑの集電効率を向上させることができる。ここで、集電端子３１１を除いた第１極板要素３１Ｐと第２極板要素３１Ｑとを同一形状であるため、それらを重ね合わせた後に、Ｕ字状に折り曲げればよく作業性を向上させることができる。また、第２極板要素３１Ｑが１枚の極板要素から構成されるので、部品点数を削減することができる。さらに集電端子３１１が溶接される前の第１極板要素３１Ｐと第２極板要素３１Ｑとを同一形状としているので、部品点数を一層削減することができる。

さらに、第１極板要素３１Ｐ及び第２極板要素３１Ｑを溶接していないので、組み立て工数を削減することができる。また、本実施形態では、スペーサ６１、６２２により電極群３を押圧固定しているので、第１極板要素３１Ｐの活物質非保持部３１Ａ及び第２極板要素３１Ｑの活物質非保持部３１Ｃを溶接すること無しに、それらの活物質保持部３１Ｂ、３１Ｄの面接触によって十分に集電性能を確保することができる。

次に本発明の正極板（発明例Ａ、発明例Ｂ）及び従来の正極板（比較例）を用いた円筒形電池の作製方法とこれらの評価試験の結果について以下に示す。なお、この評価試験とは、正極板の水酸化ニッケルの利用率（ＩＥＣ）及び電池の内部抵抗の測定である。

円筒形電池に用いた各種材料は下記のとおりである。
正極活物質には亜鉛３質量％、コバルト０．６質量％を固溶状態で含有する水酸化ニッケル表面に、７質量％のコバルト水酸化物を被覆したものを１８Ｍ水酸化ナトリウム溶液を用いて１１０℃で１時間空気酸化処理を行ったものを用いた。この正極活物質に、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）を溶解させた水溶液を加えて、ペーストを作製した。このペーストを、基材面密度が３２０ｇ／ｍ^２の発泡ニッケルに充填し、乾燥させた後、所定の厚さにプレスすることによって、発明例Ａ及び発明例Ｂの正極板とした。比較例の正極板は、前記ペーストを、基材面密度が５００ｇ／ｍ^２の発泡ニッケルに充填したこと以外は発明例Ａ及び発明例Ｂと同様にして、作製した。
負極活物質には、平均粒径５０μｍに粉砕したＭｍＮｉ_３．８Ｃｏ_０．８Ｍｎ_０．３Ａｌ_０．３組成の水素吸蔵合金を用いた。前記合金粉末１００質量部に増粘剤（メチルセルロース）を溶解した水溶液を加え、さらに、結着剤（スチレンブタジエンゴム）を１質量部加えてペースト状にしたものを厚さ４５μｍの穿孔鋼板の両面に塗布した。これを乾燥させた後、所定の厚さにプレスして、負極板とした。なお、平均粒径とは、体積標準の粒度分布における累積度５０％の粒径である。
セパレータには、スルフォン化処理を施したポリオレフィン樹脂を用いた。電解液には、４ＭＫＯＨ＋３ＭＮａＯＨ＋０．８ＭＬｉＯＨ組成の電解液を用いた。

ここで発明例Ａは、上記実施形態の正極板であり、集電端子３１１を除いた第１極板要素３１Ｐと第２極板要素３１Ｑとを同一形状とした正極板である。また、発明例Ｂは、前記実施形態の第１極板要素３１Ｐにおける両側の活物質保持部３１Ｂに、活物質保持部３１Ｄのみからなる平板状の第２極板要素３１Ｑそれぞれを接触させた正極板、つまり、前記実施形態の第２極板要素３１Ｑにおいて活物質非保持部３１Ｃの無い正極板である。発明例Ａ、Ｂは、各極板要素において活物質充填時の集電体厚さが１．６ｍｍであり、プレス後の極板要素厚さが０．７５ｍｍである。一方、比較例は、一枚の正極板である。比較例は、活物質充填時の集電体厚さが３ｍｍであり、プレス後の正極板厚さが１．５ｍｍである。

組み立て後の各電池を、次の条件で初期化成をおこない、完成させた。２０℃で、１００ｍＡで１２時間の条件で定電流充電し、次いで２００ｍＡで１Ｖとなるまで定電流放電を行った。これを２サイクル繰り返した。その後、４０℃で４８時間保存した。２０℃で、１００ｍＡで１２時間の条件で定電流充電し、次いで２００ｍＡで１Ｖとなるまで定電流放電を行った。これを２サイクル繰り返し、初期化成を完了した。

正極板の水酸化ニッケルの利用率（ＩＥＣ）の測定は、次のようにして行った。上記の電池を、２０℃、０．１ＩｔＡ、１６時間の条件で定電流充電し、２０℃、０．２ＩｔＡで１．０Ｖとなるまで定電流放電を行うサイクル充放電を３サイクル繰り返した。このときの各サイクルにおける電池の「放電容量」の測定を行った。本試験における「理論容量」とは正極板の理論容量であり、水酸化ニッケルの充填量と理論容量とを用いて計算した値である。利用率は次の式で計算した値である。
利用率（％）＝放電容量／理論容量 × １００
また、正極板の内部抵抗の測定は、Ｈｉｏｋｉ３５６０ＡＣｍΩハイテスターを用いて、電池の端子と電槽缶底との抵抗を２０℃で測定した値である。

上の表１から分かるように、発明例Ａ及び発明例Ｂは、比較例に比べて、水酸化ニッケルの利用率が向上しており、放電容量を増大させることができる。また、発明例Ａ及び発明例Ｂは、比較例に比べて、内部抵抗を低下させることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の第２極板要素３１Ｑは、第１極板要素３１Ｐと同様に、活物質非保持部３１Ｃ及びその両側に形成された活物質保持部３１Ｄを有するものであったが、図１２に示すように、前記発明例Ｂと同様に、第１極板要素３１Ｐの両側の活物質保持部３１Ｂに接触して重ね合わされる略平板状の活物質保持部３１Ｄのみからなるものであっても良い。また、この場合、第２極板要素３１Ｑを、第１極板要素３１Ｐの両側の活物質保持部３１Ｂの何れか一方にのみ設けても良い。

また、前記実施形態では、第２極板要素３１Ｑを第１極板要素３１Ｐの内側に重ね合わせて設けたものであったが、第１極板要素３１Ｐの外側に重ね合わせて設けても良いし、２つの第２極板要素３１Ｑを第１極板要素３１Ｐの内側及び外側の両方に重ね合わせて設けても良い。

さらに、前記実施形態の正極板３１は、１つの第１極板要素３１Ｐ及び１つの第２極板要素３１Ｑから構成されるものであったが、複数の第１極板要素３１Ｐを有するものであっても良いし、複数の第２極板要素３１Ｑを有するものであっても良い。

その上、前記実施形態の第１極板要素３１Ｐは、活物質非保持部３１Ａと活物質保持部３１Ｂとが１つの正極集電体から構成されているが、これに限られない。具体的には第１極板要素３１Ｐが、図１３に示すように、正極集電体に正極活物質を保持させた２つの活物質保持体３１ｓ、３１ｔと、この２つの活物質保持体３１ｓ、３１ｔを連結する導電性部材である集電端子３１ｕとを備えるものであっても良い。活物質保持体３１ｓ、３１ｔは、互いに同一形状をなすものであり、略矩形状をなす発泡ニッケルに正極活物質を充填させることにより構成される。そして、その一部に集電端子３１ｕを溶接するための活物質除去部３１ｘが形成されている。また、集電端子３１ｕは、平面視略Ｔ字形状をなすものであり、そのＴ字水平部３１ｕ１の左右端部がそれぞれ活物質保持体３１ｓ、３１ｔの活物質除去部３１ｘに溶接される。この展開状態において、集電端子３１ｕのＴ字垂直部３１ｕ２は、活物質保持体３１ｓ、３１ｔよりも幅方向の外側に延出した延出部となる。そして、この正極板３１は、２つの活物質保持体３１ｓ、３１ｔが互いに対向するように集電端子３１ｕのＴ字水平部３１ｕ１において略Ｕ字状に折り曲げられるとともに、Ｕ字垂直部３１ｕ２が、２つの活物質保持板３１ｓ、３１ｔの対向方向に直交する幅方向の一方の外側に向かって延びる。

次にこのように構成した第１極板要素３１Ｐの製造方法について簡単に説明する。図１４に示すように、長尺形状をなす発泡ニッケルからなる母材Ｚ（集電体基材）全体に活物質を充填させる（活物質充填工程）。この活物質充填工程の後に、集電体基材全体をプレスする（極板プレス工程）。次に、活物質が充填された母材Ｚを活物質保持体３１ｓ、３１ｔの大きさに切断する（切断工程）。そして、切断した活物質保持体３１ｓ、３１ｔの短辺側中央部に略矩形状の活物質除去部３１ｘを形成すべく、超音波除去等で正極活物質を除去する（活物質除去工程）。その後、２つの活物質除去部３１ｘにＴ字端子３１ｕのＴ字水平部３１ｕ１の各端部を溶接する（端子溶接工程）。なお、Ｔ字端子は一体のものに限られず、短冊状をなす２つの集電端子をＴ字状に溶接しても良い。また、集電端子以外の連結部材で２つの活物質保持体３１ｓ、３１ｔを連結して、当該連結部材に集電端子を溶接するように構成しても良い。さらに、第２極板要素を、集電端子以外の導電性部材である連結部材で２つの活物質保持体３１ｓ、３１ｔを連結して構成しても良い。

また、正極板及び負極板の形状としては、略Ｕ字状に折り曲げる一態様として略コの字状に折り曲げる構成について説明したが、その他、略Ｖ字状に折り曲げる構成としても良いし、文字通り略Ｕ字状に折り曲げるように構成しても良い。

前記実施形態の積層型電極群３は、１枚の正極板３１及び２枚の負極板３２を積層して構成されるものであったが、複数の正極板３１及び複数の負極板３２を積層して構成するものであっても良い。

その上、前記実施形態の正極板及び負極板を逆の構成としても良い。つまり、正極板の集電端子３１１を電池ケースの内面に溶接するように構成しても良い。また、負極板を第１極板要素及び第２極板要素からなるものとしても良い。

本発明は、アルカリ蓄電池の他、リチウムイオン二次電池等の二次電池に適用することも可能であり、又は一次電池に適用しても良い。また、円筒形電池に限られず、角形電池のその他の形状をなす電池に適用しても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・円筒形電池
２・・・電池ケース
３・・・積層型電極群
３１・・・正極板
３１Ｐ・・・第１極板要素
３１Ａ・・・活物質非保持部
３１Ｂ・・・活物質保持部
３１１・・・集電端子
３１Ｑ・・・第２極板要素
３１Ｃ・・・活物質非保持部
３１Ｄ・・・活物質保持部
３２・・・負極板
３２１・・・集電端子
３２Ａ・・・活物質非保持部
３２Ｂ・・・活物質保持部
３３・・・セパレータ
３１ｓ・・・活物質保持体
３１ｔ・・・活物質保持体
３１ｕ・・・集電端子

Claims

集電体に活物質を保持させて構成される電極板であって、
活物質非保持部と当該活物質非保持部を挟んで両側に形成された略平板状の活物質保持部とを有し、前記活物質保持部が互いに対向するように、前記活物質非保持部が折り曲げられた第１極板要素と、
活物質保持部を有する第２極板要素とを備え、
前記第１極板要素の活物質保持部に前記第２極板要素の活物質保持部が接触して重ね合わされ、
前記第２極板要素が、活物質非保持部と略平板状の活物質保持部とを有し、前記第２極板要素の活物質非保持部が、前記第１極板要素の活物質非保持部に接触している電極板。
集電体に活物質を保持させて構成される電極板であって、
活物質非保持部と当該活物質非保持部を挟んで両側に形成された略平板状の活物質保持部とを有し、前記活物質保持部が互いに対向するように、前記活物質非保持部が折り曲げられた第１極板要素と、
活物質保持部を有する第２極板要素とを備え、
前記第１極板要素の活物質保持部に前記第２極板要素の活物質保持部が接触して重ね合わされ、
前記第２極板要素が、活物質非保持部と当該活物質非保持部を挟んで両側に形成された略平板状の活物質保持部とを有し、前記両側の活物質保持部が互いに対向するように、前記活物質非保持部が折り曲げられたものであり、
前記第２極板要素における両側の活物質保持部が、前記第１極板要素における両側の活物質保持部に接触して重ね合わされている電極板。
前記第２極板要素の活物質非保持部が前記第１極板要素の活物質非保持部に溶接されていない請求項１又は２記載の電極板。
前記集電体が、三次元金属多孔体である請求項１乃至３の何れかに記載の電極板。
請求項１乃至４の何れかに記載の電極板を用いて構成された積層型電極群。
請求項１乃至４の何れかに記載の電極板を有する電池。
請求項１乃至４の何れかに記載の電極板を用いて構成した積層構造の電極群を円筒状をなす電池ケースに収容してなる円筒形電池。