JPH06267583A - 渦巻状電池 - Google Patents

渦巻状電池

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JPH06267583A
JPH06267583A JP5079015A JP7901593A JPH06267583A JP H06267583 A JPH06267583 A JP H06267583A JP 5079015 A JP5079015 A JP 5079015A JP 7901593 A JP7901593 A JP 7901593A JP H06267583 A JPH06267583 A JP H06267583A
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negative electrode
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electrode
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Hiroshi Fukunaga
浩 福永
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属酸化物または金属水酸化物を活物質とし
て含む正極1と、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄または
亜鉛を活物質として含む負極2とをセパレータ3を介在
させて渦巻状に巻回した渦巻状電極体4を備えた渦巻状
電池において、渦巻状電極体4の体積効率を高め、高容
量化を達成する。 【構成】 渦巻状電極体4の最内周部と最外周部を負極
2で構成し、該負極2の最内周部2aと最外周部2bの
厚みをそれ以外の部分2cの半分にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、渦巻状電池に係り、さ
らに詳しくは渦巻状電極体の体積効率を高めて、高容量
化を達成した渦巻状電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、渦巻状アルカリ二次電池などの渦
巻状電極体を備えた渦巻状電池においては、通常、負極
の容量を正極の容量より大きくしていた。これは、放電
時の分極を減少させ、放電電圧の平坦性を向上させ、過
充電時に正極から発生する酸素を負極の表面上で還元さ
せて、水にもどし、電池内圧を高めないようにするため
である。
【0003】ところで、渦巻状電極体を用いる場合、電
池反応は電極の両面で行われる。ところが、負極の容量
を正極の容量より大きくしている関係上、渦巻状電極体
の最外周部は負極で構成されているが、この負極の最外
周部は片面のみの反応となり、その部分の厚みが他の部
分と同じ厚みに作られていると、その部分の半分が電池
反応に有効に利用されないという問題があった。また、
渦巻状電極体の最内周部を負極で構成した場合も、この
負極の最内周部は片面のみの反応となり、電池反応に有
効に利用することができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
に従来の渦巻状電池では渦巻状電極体の負極の一部が電
池反応に有効に利用されなかったという問題点を解決
し、渦巻状電極体の体積効率を高めて、高容量の渦巻状
電池を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、渦巻状電極体
の最内周部と最外周部を負極で構成し、その負極の最内
周部と最外周部の厚みをそれ以外の部分の厚みの半分に
し、渦巻状電極体の体積効率を高めて、高容量化を達成
したものである。
【0006】すなわち、本発明では、片面からのみ電池
反応が生じる負極の最内周部と最外周部の厚みを、両面
から電池反応が生じるそれ以外の部分の厚みの半分にし
ているので、負極の最内周部や最外周部もそれ以外の部
分同様に電池反応に有効に利用され、従来のように負極
の最内周部や最外周部の一部が充放電に利用されないと
いうようなことがなくなる。したがって、正極と負極の
充填容量を適正にすることによって、渦巻状電極体の体
積効率が高まり、高容量化が達成できる。
【0007】本発明において、正極の活物質として用い
る金属酸化物や金属水酸化物としては、その代表的なも
のとして、たとえば一酸化ニッケル(NiO)、二酸化
ニッケル(NiO2 )、水酸化ニッケル(Ni(OH)
2 〕などが挙げられる。ただし、これらは正極が放電状
態にある場合であり、正極が充電状態にある場合には上
記金属酸化物や金属水酸化物は別の化合物として存在す
る。そして、正極は上記の活物質を用い、焼結式、ペー
スト式のいずれで作製したものであってもよい。
【0008】負極の活物質としては、水素吸蔵合金、カ
ドミウム、鉄、亜鉛などが用いられる。ただし、これら
のカドミウム、鉄、亜鉛などは負極が放電状態にある場
合であり、負極が充電状態にある場合にはそれらは別の
化合物として存在する。
【0009】水素吸蔵合金は、水素原子を可逆的に吸
蔵、放出できる合金をいい、通常、水素原子を完全に脱
蔵(放出)した状態で合成される。そして、この水素吸
蔵合金を用いた負極では、充電は水素原子の吸蔵であ
り、放電は水素原子の放出である。この水素吸蔵合金と
しては、たとえばTiZrVNiCr系のものをはじ
め、LaZrNiAl系、TiNi系、TiNiZr
系、MmNi5 系のものなど、各種の水素吸蔵合金を用
いることができる。
【0010】そして、負極は上記の活物質を用いたもの
であれば、焼結式(圧着式)、ペースト式のいずれで作
製したものであってもよい。
【0011】電解液はアルカリ水溶液で構成されるが、
そのアルカリ水溶液としては、たとえば水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金
属の水酸化物の水溶液が用いられる。
【0012】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をさらに具体
的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに
限定されるものではない。
【0013】実施例1 市販のTi、Zr、V、Ni、Cr(いずれも純度9
9.9%以上)の各試料をTi17Zr1623Ni37Cr
7 の組成になるよう秤量し、高周波溶解炉によって加熱
溶解し、多相系合金を得た。
【0014】この合金を耐圧容器内で10-4torrま
で真空引きを行い、Arで3回パージを行なった後、水
素圧力14kg/cm2 で24時間保持し、水素を排気
し、さらに400℃で加熱し、水素を完全に脱蔵するこ
とにより水素吸蔵合金を20〜100μmの粉末状で得
た。
【0015】この水素吸蔵合金粉末をニッケル集電体に
ロールミルを用いて圧着し、Ar/H2 =99/1の雰
囲気中に875℃で12分間保持して焼結し、30℃ま
で冷却した後、所定寸法に切断して、巻回用の負極シー
トとした。
【0016】この負極シートは、厚みが渦巻状電極体に
おける最内周部と最外周部の負極の厚みと同じに作製さ
れており、その寸法は厚みが0.29mmで、幅×長さ
が39mm×121mmであった。
【0017】正極は、タブ部分を有したニッケル製の発
泡基体に、水酸化ニッケル〔Ni(OH)2 〕100重
量部、ニッケル粉末20重量部、コバルト粉末10重量
部、3%カルボキシメチルセルロース水溶液60重量部
および60%ポリテトラフルオロエチレンディスパージ
ョン10重量部を混練したペーストを充填し、80℃で
1時間乾燥した後、約5トンの圧力でプレスし、厚さ
0.85mmのシート状成形体を得て、それを38mm
×66mmの寸法に切断したものである。
【0018】セパレータにはナイロン6製で厚み0.1
2mmの不織布で41mm×140mmに切断したもの
用い、上記正極の両側にセパレータと負極が配置するよ
うにして正極とセパレータと負極を重ね合わせ、渦巻状
に巻回して渦巻状電極体を作製した。
【0019】上記正極と負極との重ね合わせは、負極の
長さが123mmで正極の長さ(66mm)の約2倍な
ので、一方の端部をそろえて正極とセパレータと負極を
重ね合わせ、セパレータと負極の余った部分を折り返し
て正極の他方の面にセパレータを介して負極が重なり合
うようにし、その負極を折り返した側の端部を巻回機の
直径3.5mmの巻回軸に巻き付けて渦巻状に巻回し
た。
【0020】その結果、得られた渦巻状電極体の横断面
は、図1に示す通りであり、渦巻状電極体4の最内周部
と最外周部は負極2で構成され、その負極2の最内周部
2aと最外周部2bの厚みはそれ以外の部分2cの厚み
の半分である。つまり、渦巻状電極体4においては、負
極2の最内周部2aと最外周部2bでは前記の負極シー
トがそのままの厚みを保った状態で残っているが、それ
以外の部分2cは負極シートが2層になった状態で負極
2が形成されているので、上記のように負極2の最内周
部2aと最外周部2bの厚みはそれ以外の部分2cの厚
みの半分(つまり、1/2)になっている。
【0021】なお、上記図1は、本発明の渦巻状電池に
おける渦巻状電極体の横断面を模式的に示す図であり、
図中、1は正極で、2は上記したように負極であり、3
はセパレータで、4はそれらの巻回体で構成される渦巻
状電極体である。
【0022】つぎに、上記渦巻状電極体4を電池ケース
に入れ、電解液を注入し、封口して、図2に示す渦巻状
電池を作製した。
【0023】そこで、図2に示す電池について説明する
と、1、2、3、4は、それぞれ前記のように、正極、
負極、セパレータ、渦巻状電極体であり、5は電池ケー
ス、6は環状ガスケット、7は封口蓋、8は端子板、9
は封口板、10は金属バネ、11は弁体、12は正極リ
ード体、13は絶縁体、14は絶縁体である。
【0024】正極1は正極リード体12によって封口板
9の下側部分に接続され、図2には図示されていない
が、負極2は渦巻状電極体4の最外周部において集電体
が電池ケース5の内周面に接触し、それによって負極2
と電池ケース5との電気的接続が得られるようになって
いる。
【0025】上記渦巻状電極体4の電池ケース5への挿
入に先立って、電池ケース5の底部に絶縁体13が配置
され、また渦巻状電極体4の上部には絶縁体14が配置
される。
【0026】封口蓋7は端子板8と封口板9とで構成さ
れ、電池ケース5の開口部はこの封口蓋7と前記環状ガ
スケット6とで封口されている。
【0027】端子板8にはガス排出孔8aが設けられ、
封口板9にガス検知孔9aが設けられ、端子板8と封口
板9の間には金属バネ10と弁体11とが配置されてい
る。そして、封口板9の外周部を折り曲げて端子板8の
外周部を挟み込んで端子板8と封口板9とを固定してい
る。
【0028】この電池には30重量%水酸化カリウム水
溶液が電解液として注入されており、電池サイズは単3
形である。
【0029】また、この電池は、通常の状況下では金属
バネ10の押圧力による弁体11がガス検知孔9aを閉
塞しているので、電池内部は密閉状態に保たれている
が、電池内部にガスが発生して電池内圧が異常に上昇し
た場合には、金属バネ10が収縮して弁体11とガス検
知孔9aとの間に隙間が生じ、電池内部のガスはガス検
知孔9aおよびガス排出孔8aを通過して電池外部に放
出され、電池破裂が防止されるように構成されている。
【0030】比較例1 負極は幅×長さ×厚みを39mm×123mm×0.2
9mmにし、正極は幅×長さ×厚みを38mm×92m
m×0.60mmとし、セパレータは幅×長さ×厚みを
41mm×240mm×0.12mmとし、それら以外
は実施例1と同様にして、ニッケル−水素吸蔵合金系で
単3形のアルカリ二次電池を作製した。
【0031】この比較例1の電池における渦巻状電極体
は従来技術に従うものであり、その横断面は図3に示す
とおりである。この図3からも明らかなように、比較例
1の電池の渦巻状電極体4は負極2が全体を通じて均一
な厚みに作られている。また、この比較例1の正極1
は、図1に示す実施例1の正極1の寸法との比較から明
らかなように、実施例1の正極1より厚みが薄く、長さ
が長い。
【0032】上記実施例1の電池および比較例1の電池
をそれぞれ60℃で17時間保存した後、100mAで
15時間充電し、200mAで電池電圧0.9Vまで放
電し、放電容量が一定になるまで充放電を繰り返し行な
い、放電容量が一定になった時の容量を測定した。その
時の放電容量を充填容量と共に表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】表1に示すように、実施例1は比較例1に
比べて、充填容量、放電容量とも、約5%大きく、本発
明によれば、従来品に比べて渦巻状電極体の体積効率を
高めて、高容量化を達成できることが明らかにされてい
た。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、渦巻
状電極体の最内周部と最外周部を負極で構成し、該負極
の最内周部と最外周部の厚みをそれ以外の部分の厚みの
半分にすることによって、渦巻状電極体の体積効率を高
め、渦巻状電池の高容量化を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の渦巻状電池における渦巻状電極体の横
断面を模式的に拡大して示す横断面図である。
【図2】本発明の渦巻状電池の一例を拡大して示す縦断
面図である。
【図3】従来の渦巻状電池における渦巻状電極体の横断
面を模式的に拡大して示す横断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 渦巻状電極体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属酸化物または金属水酸化物を活物質
    として含む正極1と、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄ま
    たは亜鉛を活物質として含む負極2とをセパレータ3を
    介在させて渦巻状に巻回した渦巻状電極体4を備えた渦
    巻状電池において、上記渦巻状電極体4の最内周部と最
    外周部が負極2で構成され、該負極2の最内周部2aと
    最外周部2bの厚みがそれ以外の部分2cの厚みの半分
    であることを特徴とする渦巻状電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8221509B2 (en) 2003-04-30 2012-07-17 Hitachi Maxell Energy, Ltd. Battery and method for producing the same
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EP2541662A2 (en) 2011-06-30 2013-01-02 FDK Twicell Co., Ltd. Negative-electrode plate and cylindrical cell including same

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US8815451B2 (en) 2011-06-30 2014-08-26 Fdk Twicell Co., Ltd. Negative-electrode plate and cylindrical cell including same

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