JPH04296467A - 密閉型電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、渦巻状電極体を備えて
なる密閉型電池であって、特に渦巻状電極体に適切な加
圧を加える加圧材を備えた密閉型電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばニッケル−水素電池であれば充放
電に伴って負極である水素吸蔵合金が膨脹収縮し、また
ニッケル−カドミウム電池であれば充放電に伴って電極
活物質が膨脹収縮する。そこで従来から、このような密
閉型電池の電極群に対して、電極群の正極と負極の電極
間の加圧を適切化する加圧材を配置した密閉型電池が提
案させている。例えばニッケル−カドミウム電池を代表
とする渦巻状電極体を有する密閉型電池に関しては、電
極群の最外周部を粘着テープにより固定して、正極−負
極の電極間の距離を均一に保つ技術が提案されている（
特開昭６０−１７０１７１号公報）。しかしながら、こ
のテープを用いる技術は電極群の外周寄りの電極部分間
の密着性維持には効果があるものの、電極群の中心部寄
りの電極部分間では捲回圧力の緩和が生じてしまう問題
がある。またテープ自身には大きな劣化はないが、テー
プに塗着されている粘着剤が電解液及び充放電時の膨脹
収縮により劣化すると、テープによる結束力が低下して
、電極群の外周よりの電極部分間の密着性も低下すると
いう問題がある。更に、この技術では捲回時に生じる応
力を利用して電極間を密着させているため、電極の材質
によっては、電極群の中心付近の電極部分と外周付近の
電極部分とでは、捲回時に受ける圧力に差が生じるだけ
でなく、捲回後の電極間の密着性にも差が現れる。例え
ば曲げ強度が強く弾性率の低い電極であれば、捲回時に
受ける応力は電極群の中心付近が大きくなって、電極基
体からの活物質の剥離が生じる上、捲回完了後に捲回機
の軸心を電極群から引抜くと、電極中心付近の電極部分
間の密着が悪くなる。上述した欠点を解決する技術とし
て、特開平１−２２７３６３号公報に示されるように、
（１）電極群の中心部及びその外周部の両方あるいはど
ちらか一方に水分を吸収して体積膨脹する吸水性高分子
（アクリル酸ビニルアルコール共重合体等）を加圧材と
して配置し、これを電解液で膨脹させて電極群を加圧す
ることにより電極間の密着性を向上させる技術と、（２
）形状記憶合金または形状記憶樹脂を前記と同一部分に
加圧材として配置してこれを加熱し、形状記憶合金また
は形状記憶樹脂を変態させることにより電極群を加圧す
る技術とが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記（１
）　及び（２）　の従来技術では、以下のような製作上
または完成電池にかかわる問題がある。 ［Ａ］加圧材として吸水性高分子を用いる場合の問題点
（ａ）吸水性高分子が体積膨脹するためには、膨脹する
だけの電解液を吸収する必要があり、本来必要とする以
上の電解液量を注液することになる。その結果、従来の
電池の重量に加圧材である吸水性高分子と吸収される電
解液の重量とが加算されることになり、電池の重量が増
加する問題が発生する。 （ｂ）電解液の注液時に加圧材である吸水性高分子を膨
脹させるのであるが、電池缶の封止前に注液すると、注
液中に電池缶の開口部より吸水性高分子が溢れ出すため
、注液操作は封止後あるいは電池缶内に中蓋を設けた後
に実施する必要がある。しかしながら封止後の注液を可
能にするためには缶蓋の精密加工が必要である上、中蓋
を用いると中蓋の重量分だけ更に電池の重量が増加する
問題がある。 （ｃ）吸水性高分子は膨脹力が外圧により抑制されるま
で可能な限り膨脹し、平衡圧力に達すると電解液を吸収
しなくなる。また、吸水性高分子はセパレータ（ポリプ
ロピレン，ナイロン等）よりも吸収速度が速い。そのた
め膨脹に必要な電解液を吸収してから、電池反応に必要
な電解液をセパレータが吸収することになる。通常、捲
回された電極群にかかる圧力は、その電極の持つ機械的
性質により異なる。そのため、同一の吸水性高分子を用
いてもその膨脹率は電極群毎に異なり、膨脹に必要な電
解液量も異なってくるので、電解液の注液量を電池毎に
変えなければならないという問題が生じる。また、電池
の充放電サイクルが進み、電極の膨脹収縮の度合いが大
きくなると、吸水性高分子の電解液保持量が変化し、そ
れに伴いセパレータの電解液保持量が変化して電池性能
が影響を受けるという問題が生じる。

【０００４】［Ｂ］加圧材として形状記憶合金または形
状記憶樹脂を用いる場合の問題点 （ｄ）加圧材として形状記憶合金を用いると、上記（ｂ
），（ｃ）の問題はなくなるが、比重の大きな金属を用
いるため吸水性高分子を用いる場合よりも電池の重量増
加が著しいという問題がある。

【０００５】（ｅ）形状記憶合金または形状記憶樹脂の
ように、体積増加を示すのではなく加熱により形状変化
を示して加圧力を発生する加圧材では、電極群を均一に
加圧しようとすると加圧材の構造が複雑になるという問
題が生じる。

【０００６】（ｆ）形状記憶合金または形状記憶樹脂を
加圧材として用いる場合には、変態点以上に加圧材が加
熱されると必要な圧力を得ることができる。しかしなが
ら、周囲温度が変態点以下のときに電池の充放電を繰返
す場合には、加圧材は加圧に必要な変形をしないため、
電池の充放電に伴なう電極の体積変化に応じて加圧材で
ある形状記憶合金や形状記憶樹脂も変形してしまい、電
極間の密着に必要な圧力が得られなくなるという問題が
ある。

【０００７】本発明の目的は、周囲温度の如何にかかわ
らず電極間の密着に必要な加圧力を維持できる密閉型電
池を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、電池の重量増加をで
きるだけ少なくして、しかも電解液の量を増加させるこ
となく、簡単且つ確実に加圧材を配置できる密閉型電池
及びその製造方法を提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、電池の組立て工
程を簡略化することができる密閉型電池の製造方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、正極と負極との間にセパレー
タが介在する電極が渦巻状に捲回されてなる渦巻状電極
体が電池容器内に収納されている密閉型電池において、
渦巻状電極体の中心空間部及び該渦巻状電極群の外周面
と電池容器との間の外周空間部の少なくとも一方に、物
理変化により不可逆的に体積が増加した加圧材を配置す
る。

【００１１】本願明細書で「物理変化」とは、電解液等
の化学物質を充填したりまたは添加することにより物質
に変化を生じさせることではなく、熱や振動等の物理的
なエネルギを加えることにより物質に変化を生じさせる
ことを言う。

【００１２】請求項２の発明では、加圧材を物理変化に
より発泡して内部に独立気泡構造を形成する発泡材から
構成する。

【００１３】請求項３の発明では、渦巻状電極体の中心
空間部及び渦巻状電極体の外周部の少なくとも一方に物
理変化により体積が増加して不可逆変化を示す加圧材を
配置して電極組立体を作り、電極組立体を電池容器に収
納した後に加圧材に物理変化を与える。

【００１４】

【作用】請求項１の発明では、物理変化により不可逆的
に体積を増加した加圧材を用いるため、加圧材は体積が
増加した後に周囲温度の変化等によって体積が実質的に
変化することはない。したがって形状記憶合金や形状記
憶樹脂のように周囲温度によって形態が変化することが
なく、すなわち周囲温度の影響を受けることなく、必要
な加圧力を電極間に付与することができ、電極間の密着
性を向上させることができる。

【００１５】請求項２の発明のように、不可逆的に体積
を増加する加圧材として、物理変化により発泡して体積
を増加し且つ内部に独立気泡構造を形成する発泡材を用
いれば、電池の重量を大幅に増加させることなく、また
吸水性高分子からなる加圧材のように電解液を増加させ
ることなく、必要な加圧力を得ることができる。独立気
泡構造は加圧材に弾力性を付与するため、充放電を繰返
しても電極間の密着に必要な圧力を維持できる上、電極
の持つ機械的性質が異なって電極群内の電極間の密着状
態が不均一であっても、密着状態を均一化することがで
きる。

【００１６】請求項３の発明のように、渦巻状電極体の
中心空間部及び該渦巻状電極体の外周部の少なくとも一
方に加圧材を配置した電極組立体を作り、電極組立体を
電池容器に収納した後に加圧材に物理変化を与えるよう
にすると、電池容器への加圧材の配置が容易である上、
液漏れを生じさることなく、また中蓋などを必要とせず
に加圧材を所定の場所に配置することができ、電池の組
み立て工程を簡略化できる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。図１は、本発明をニッケル−水素電池に適用した
実施例の断面図を示しており、図２は製造工程の一工程
の態様を示す一部切り欠き斜視図である。尚図１では、
渦巻状電極体１中のセパレータ３は図示していない。ま
た図２に示した渦巻状電極体１は理解を容易にするため
に誇張して描いたものであり、図１の渦巻状電極体１と
は捲回数が相違する。渦巻状電極体１は、正極２とセパ
レータ３と負極４とを重ねて捲回して構成される。正極
２は、電極基体として６０メッシュのニッケルネットを
用い、活物質として水酸化ニッケル９０ｗｔ％，導電剤
としてニッケル繊維２ｗｔ％，活物質の活性剤として金
属コバルト５ｗｔ％，結着剤としてポリテトラフルオロ
エチレン３ｗｔ％の固体組成を用いている。またセパレ
ータ３はポリプロピレン製微孔フィルムから構成されて
いる。更に負極４は、ＭｍＮｉＭｎＣｏ（１：４．５：
０．２：０．３）の水素吸蔵合金と結着剤であるポリビ
ニルアルコールとを混合して混練したペーストを、発泡
ニッケル（住友電工株式会社製：セルメット［商標］）
に充填して製造したものである。

【００１８】本実施例では、図２に示すように渦巻状電
極体１の外周面に厚みが０．１ｍｍの発泡材であるシー
ト状の発泡性ポリエチレン５を巻いて、その巻き終り端
部を１点以上の部分溶着して熱溶着部６を形成すること
により固定している。この部分溶着を行う場合には、部
分加熱による発泡性ポリエチレン５の体積膨脹が渦巻状
電極体１の電極積層方向ではなく電極積層方向と直交す
る方向に広がるように、幅２ｍｍの加熱コテを電極積層
方向と直交する方向にずらしながら部分溶着を行う。尚
本実施例では、日東電気工業株式会社製の３倍に発泡す
るシート状の発泡性ポリエチレンを用いている。現在市
販されている発泡性ポリエチレンは、発泡により加熱前
の２〜１２倍に体積が増加するものであり、この時の応
力は０．５ｋｇｆ　／ｃｍ２　〜１０ｋｇ　ｆ　／ｃｍ
２　を示す。一例ではあるが、発泡性ポリエチレンの発
泡前の状態での比重は０．９３と電解液（ニッケル−カ
ドミウム電池であれば比重１．２〜１．４）より軽いた
め、電池の重量を大幅に増加させることはない。また渦
巻状電極体１の中心空間部７にも直径が３ｍｍで１０倍
に発泡する丸棒状の発泡性ポリエチレン８を挿入する。 丸棒状の発泡性ポリエチレン８は、捲回機の軸芯９を抜
取るのと同時に反対側から中心空間部７に挿入される。 このように渦巻状電極体１に体積増加する前の加圧材を
構成する発泡性ポリエチレン５及び８が取り付けられて
電極組立体が構成される。

【００１９】このようにして製造した電極組立体を電池
容器１０の内部に収納し、電池容器１０を開口した状態
で１２０℃で１０分間加熱して発泡性ポリエチレン５，
８を発泡させることにより体積が増加した加圧材５´及
び８´を形成する。体積が増加した加圧材５´は、渦巻
状電極体１の外周面と電池容器１０の内周面との間の外
周空間部に拘束された状態で配置される。体積が増加し
た加圧材５´及び８´により、渦巻状電極体１は内側及
び外側の両側から加圧されるため、正極２及び負極４は
セパレータ３を介して密着された状態になる。その後電
解液（３０％水酸化カリウム水溶液）を注液し、その後
集電体１１を正極２の端部と電池蓋１２とに溶接した後
、絞り加工とかしめ加工とにより電池蓋１２を固定して
電池容器１０を封止する。図１において、１３は放圧弁
である。

【００２０】図３に上記実施例のニッケル−水素電池Ａ
と従来の電池Ｂのサイクル特性を示す。従来の電池は、
加圧材に吸水性高分子（アクリル酸ビニルアルコール）
を用いたこと以外は上記実施例の電池と同じである。従
来の電池Ｂと本発明の電池Ａとでは、サイクル数が進む
につれて電池容量に差が生じ、本発明によるニッケル−
水素電池Ａは６００サイクルまで容量の低下は見られな
かった。また本発明の電池Ａでは、従来の電池Ｂより電
極間の密着が良好であるため、電池容量も高くなった。 さらに、従来の電池Ｂの重量はＡＡサイズで２４．７ｇ
であったが、それに対して本発明の電池Ａは２３．４ｇ
であり、１．３ｇの軽量化が図れた。

【００２１】本実施例によれば、加圧材が体積増加して
も重量の大きな増加はなく、従来の電池に比べての重量
の増加を低くできる。また、加圧材が不可逆的に体積が
増加する発泡性ポリエチレンからなるため、体積増加後
の加圧材は内部に独立気泡構造を有する弾性体となり、
充放電を繰返しても電極間の密着に必要な圧力を維持で
きる。また、加圧材の体積増加は加熱によるものである
から、吸水性高分子を用いる場合のように加圧材の体積
変化に伴うセパレータの電解液保持量の変化はない。さ
らには、加圧材自身が加熱という簡単な方策で体積増加
（発泡）するため、電池の組立て工程及びその内部構造
を簡略化することができる。また、電極の持つ機械的性
質が異なって電極群内の電極間の密着状態が不均一であ
っても、加圧材が弾性力を有する発泡体であるため密着
状態を均一化することができる。尚本発明は、上記ニッ
ケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池に限らず
、充放電にて電極が膨脹収縮する種々の電池において、
電極間の密着性維持に効果を発揮する。尚、他の電池に
本発明を適用する場合でも、加熱により体積が増加する
加圧材を用いる場合には、加熱してもその特性を失わな
いセパレータを選ぶ必要がある。また本発明で用いる加
圧材を構成する材料としては、上記発泡性ポリエチレン
に限られず、加熱，超音波振動等の物理変化にて不可逆
的な体積増加を示し且つ電解液に対する耐性があるもの
であればいかなる材料でもよい。

【００２２】また上記実施例においては、渦巻状電極体
の中心空間部と外周部の両方に加圧材を配置しているが
、本発明は渦巻状電極体の中心空間部及び外周部の何れ
か一方のみに加圧材を配置する場合にも適用できる。 尚中心空間部だけに加圧材を配置する場合には、電池容
器の内径と渦巻状電極体の外径寸法をできるかぎり近付
けておくのが好ましい。また渦巻状電極体の外周部だけ
に加圧材を配置する場合には、できるかぎり中心空間部
の径寸法が小さくなるように渦巻状電極体を形成するか
、中心空間部に適宜の絶縁部材を充填しておけばよい。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、物理変化によ
り不可逆的に体積を増加した加圧材を用いるため、体積
が増加した加圧材は周囲温度の変化等によって体積が実
質的に変化することはなく、周囲温度の影響を受けずに
必要な加圧力を電極間に付与することができて、電極間
の密着性を向上させることができる利点がある。

【００２４】請求項２の発明によれば、加圧材が物理変
化により発泡して体積を増加し且つ内部に独立気泡構造
を形成する発泡材からなるため、電池の重量を大幅に増
加させることなく、また吸水性高分子からなる加圧材の
ように電解液を増加させることなく、必要な加圧力を得
ることができる利点がある。また独立気泡構造は加圧材
に弾力性を付与するため、充放電を繰返しても電極間の
密着に必要な圧力を維持できる上、電極の持つ機械的性
質が異なって電極間の密着状態が不均一であっても、密
着状態を均一化することができる利点がある。

【００２５】請求項３の発明によれば、渦巻状電極体の
中心空間部及び渦巻状電極体の外周部の少なくとも一方
に加圧材を配置した電極組立体を作り、電極組立体を電
池容器に収納した後に加圧材に物理変化を与えるように
するため、電池容器への加圧材の配置が容易である上、
液漏れを生じさせることなく、また中蓋などを必要とせ
ずに加圧材を所定の場所に配置することができ、電池の
組み立て工程を簡略化できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のニッケル−水素電池の概略構
造を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例で用いる渦巻状電極体の構成を
示す一部切欠き斜視図である。

【図３】本発明の実施例のニッケル−水素電池と従来の
電池とのサイクル特性を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　渦巻状電極体 ２　　　　正極 ３　　　　セパレータ ４　　　　負極 ５　　　　発泡性ポリエチレン ５´　　体積が増加した加圧材 ６　　　　熱溶着部 ７　　　　中心空間部 ８　　　　発泡性ポリエチレン ８´　　体積が増加した加圧材 ９　　　　軸心 １０　　電池容器 １１　　集電体 １２　　電池蓋 １３　　放圧弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　正極と負極との間にセパレータが介在
   する電極が渦巻状に捲回されてなる渦巻状電極体が電池
   容器内に収納されている密閉型電池において、前記渦巻
   状電極体の中心空間部及び該渦巻状電極体の外周面と前
   記電池容器との間の外周空間部の少なくとも一方に、物
   理変化により不可逆的に体積が増加した加圧材を配置し
   たことを特徴とする密閉型電池。
2. 【請求項２】　　前記加圧材は物理変化により発泡して
   内部に独立気泡構造を形成する発泡材からなることを特
   徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
3. 【請求項３】　　渦巻状電極体の中心空間部及び該渦巻
   状電極体の外周部の少なくとも一方に物理変化により不
   可逆的に体積が増加する加圧材を配置して電極組立体を
   作り、前記電極組立体を電池容器に収納した後に前記加
   圧材に物理変化を与えることを特徴とする密閉型電池の
   製造方法。