JPH11273713A - 渦巻状電極体を備えた電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維表面に親水性の有機物を備えたセパレー
タを用い、透孔拡張棒の加熱温度を高温にしても親水性
の有機物が分解、変性が生じることなく、短時間で巻芯
跡空間に残存するセパレータを熱変形させことができる
ようにする。 【解決手段】 セパレータとして繊維表面に親水性有機
物を備えたナイロン不織布製のセパレータ１３を用い、
セパレータ１３の中央部を巻芯跡空間の内周壁に変位さ
せる透孔拡張棒２０を用いるとともに、セパレータ１３
を熱成形可能な温度以上で親水性有機物が分解あるいは
蒸発する温度以下の温度になるように透孔拡張棒２０を
加熱して透孔拡張棒２０を巻芯跡空間Ｓに残存するセパ
レータ１３ａに所定の短時間押し当てて変位させるよう
にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、帯状の正・負極板間にセパレー
タを介在させて渦巻状に卷回した渦巻状電極体を備えた
電池の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、
ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正
極板および負極板の間にセパレータを介在させて、これ
らを渦巻状に巻回して渦巻状電極体を形成し、この渦巻
状電極体の上下端部に正・負極集電体を接続する。つい
で、この渦巻状電極体を金属製外装缶に収納して、一方
の集電体から延出する集電リード部を封口体の下面に溶
接した後、外装缶の開口に絶縁ガスケットを介在させて
封口体を装着することにより密閉して構成するようにし
ている。

【０００３】ところで、帯状の正極板および帯状の負極
板の間に帯状のセパレータを介在させて、これらを渦巻
状に巻回して渦巻状電極体を形成するに際して、例え
ば、図４（ａ）に示すような端面２の中心部を通る縦方
向のスリット３が設けられた巻芯棒１を用い、このスリ
ット３に帯状のセパレータ４の中央部あるいは２枚重ね
た帯状のセパレータ４の端部を挟んで、巻芯棒１を約１
回転させた後、帯状の正極板あるいは帯状の負極板がセ
パレータ４間に介在するように配置し、巻芯棒１を回転
させて渦巻状に卷回した後、この渦巻状に卷回された渦
巻状電極体から巻芯棒１を引き抜く方法が採用されてい
る。

【０００４】このように、渦巻状に卷回された渦巻状電
極体から巻芯棒１を引き抜くと、図４（ｂ）に示すよう
に、巻芯棒１が引き抜かれた後の空間（巻芯跡空間）５
の中心部にこの空間５を分割するようにセパレータ４が
残存する。このため、この渦巻状電極体の一方の集電体
から延出する集電リード部を一方の端子を兼ねる金属製
外装缶の内底面にスポット溶接するための電極棒をこの
巻芯跡空間５に挿入しようとした場合に、空間５を分割
するように残存したセパレータ４が邪魔になって、スポ
ット溶接作業を繁雑にしていた。

【０００５】そこで、加熱された透孔拡張棒（テーパー
状金属棒）を巻芯跡空間に挿入し、巻芯跡空間に残存す
るセパレータを熱変形させて、巻芯跡空間の内周壁方向
に変位させる方法が特開昭５８−６６２７０号公報ある
いは特公昭６２−４３３０４号公報等で提案されるよう
になった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭５８−
６６２７０号公報で提案された方法にあっては、透孔拡
張棒の加熱温度は５０〜１００℃と低温であるため、こ
のような温度に加熱された透孔拡張棒を巻芯跡空間に挿
入して、巻芯跡空間に残存するセパレータを熱変形させ
ようとしても、透孔拡張棒の挿入時間が短時間であれ
ば、セパレータを熱変形させることが困難なため、必然
的に長時間に亘って透孔拡張棒を挿入させる必要があ
る。しかしながら、長時間に亘って透孔拡張棒を挿入さ
せると、生産効率が低下するという問題を生じる。

【０００７】そこで、生産効率を向上させるために透孔
拡張棒の加熱温度を高温にして、挿入時間を短時間にす
ることが考えられるが、上述したような渦巻状電極体に
用いられるセパレータとしては、電気抵抗が低く、耐電
解液性に優れ、かつ電解液の保持性がよいことが必要な
条件になるが、密閉型の蓄電池においては、さらにガス
の透過性に優れていることが必要になる。ところで、こ
のような特性を満足したセパレータとするために、不織
布製のセパレータの繊維表面に親水性の有機物を備えさ
せるようにすることが知られているが、透孔拡張棒の加
熱温度を高温にすると、セパレータの繊維表面に備えら
れた親水性の有機物が分解、変性あるいは脱落し、親水
性を付与した効果が損なわれるという問題を生じる。

【０００８】そして、巻芯跡空間は電解液が電池内へ浸
透するために最も寄与する空間となるため、この部分の
セパレータの親水性が損なわれると、電解液の注液時間
が長くなって生産効率も低下するという問題も生じる。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】そ
こで、本発明は上記課題を解決するためになされたもの
であって、繊維表面に親水性の有機物を備えたセパレー
タを用い、透孔拡張棒の加熱温度を高温にしても親水性
の有機物が分解、変性が生じることなく、短時間で巻芯
跡空間に残存するセパレータを熱変形させことができる
ようにすることをその目的とするものである。

【００１０】このため、本発明の渦巻状電極体を備えた
電池の製造方法は、セパレータとして繊維表面に親水性
有機物を備えたナイロン不織布製のセパレータを用い、
このセパレータ端部あるいは中央部を巻芯跡空間の内周
壁に変位させる透孔拡張棒を用いるとともに、透孔拡張
棒の加熱温度をセパレータの熱成形可能な温度以上でか
つ親水性有機物の分解あるいは蒸発する温度以下の温度
に調整して同透孔拡張棒を巻芯跡空間に残存するセパレ
ータに所定の短時間押し当てて変位させる方法を採用し
ている。

【００１１】セパレータを熱成形可能な温度以上で親水
性有機物が分解あるいは蒸発する温度以下の温度になる
ように透孔拡張棒を加熱して巻芯跡空間に残存するセパ
レータに所定の短時間押し当てて変位させると、親水性
の有機物が分解、変性が生じることなく、短時間で巻芯
跡空間に残存するセパレータを熱変形させことができる
ようになる。このため、この種の電池の生産性を向上さ
せることが可能になる。

【００１２】そして、ポリビニルアルコールは極めて親
水性に優れた有機物であるので、親水性有機物としてポ
リビニルアルコールを用いると、この親水性が付与され
たセパレータの親水性が向上して、電気抵抗が低く、耐
電解液性に優れ、かつ電解液の保持性に優れ、さらにガ
スの透過性に優れたセパレータとなり、充放電特性が向
上した電池が得られるようになる。

【００１３】また、ナイロン不織布製のセパレータは１
００℃以上の温度で熱成形が可能となり、また、ポリビ
ニルアルコールは１５０℃以下の温度では分解、変性が
生じることがないので、透孔拡張棒の加熱温度を１００
℃以上で１５０℃以下に設定することが好ましい。ま
た、１５０℃以下の温度であっても接触時間が長すぎる
とポリビニルアルコールは分解、変性が生じるようにな
るとともに、ナイロンも変質するようになるため、透孔
拡張棒の接触時間は２秒以下に設定することが好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をニッケル−カド
ミウム蓄電池に適用した場合の一実施形態を図を参照し
て説明する。なお、図１は渦巻状電極体を形成した後に
巻芯跡空間に残存するセパレータを熱変形させる状態を
示す斜示図であり、図２は図１の渦巻状電極体を金属製
外装缶に収納した状態の横断面を示す図であり、図３は
巻芯跡空間に残存するセパレータを熱変形させた後に溶
接電極棒を挿入した状態を示す断面図である。

【００１５】パンチングメタル１１ａの表面に焼結多孔
体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主
体とする正極活物質を焼結多孔体内に充填して焼結式ニ
ッケル正極１１を作製する。また、パンチングメタル１
２ａの表面に焼結多孔体を形成した後、化学含浸法によ
り水酸化カドミウムを主体とする負極活物質を焼結多孔
体内に充填して焼結式カドミウム負極１２を作製する。
一方、ナイロン不織布を用意し、このナイロン不織布の
繊維表面に親水性有機物であるポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）を塗着して親水処理を施したセパレータ１３
を作製する。

【００１６】ついで、図４に示すような巻芯棒を用意
し、この巻芯棒のスリットに上述したセパレータ１３の
中央部１３ａを挟んで、巻芯棒を約１回転させた後、ニ
ッケル正極１１およびカドミウム負極１２がセパレータ
１３間に介在するように配置し、巻芯棒を回転させて渦
巻状に卷回して渦巻状電極体１０を作製する。この後、
渦巻状に卷回されたて渦巻状電極体１０から巻芯棒を引
き抜くと、図１、図２に示すように、巻芯棒が引き抜か
れた後の空間（巻芯跡空間）Ｓの中心部にこの空間Ｓを
分割するようにセパレータ１３の中央部１３ａが残存す
る。

【００１７】ついで、金属棒の先端部をテーパー状に形
成した透孔拡張棒２０を用意し、この透孔拡張棒２０を
所定の温度（７５〜２００℃）に加熱した後、渦巻状電
極体１０の巻芯跡空間Ｓに挿入する。このとき、巻芯跡
空間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａを図２の矢印方向に
押圧して、この巻芯跡空間Ｓ内の周囲のセパレータ１３
に所定時間（１〜４秒）接触させる。これにより、巻芯
跡空間Ｓ内に残存するセパレータ１３ａは熱変形するこ
ととなる。

【００１８】ここで、透孔拡張棒２０の加熱温度を７５
〜２００℃まで変化させるとともに、透孔拡張棒２０と
巻芯跡空間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａとの接触時間
を１〜４秒まで変化させた場合に、セパレータ中央部１
３ａが十分に変位するかどうかを観測し、透孔拡張棒２
０と巻芯跡空間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａとの接触
時間との関係、および透孔拡張棒２０の加熱温度と巻芯
跡空間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａの変位との関係を
求めると、下記の表１に示すような結果となった。

【００１９】

【表１】

【００２０】上記表１において、〇印は変位が良好であ
ったことを示し、△印は変位が一部不良であったことを
示し、×印は変位が不良であったことを示す。上記表１
より明らかなように、生産性を向上させるためには、透
孔拡張棒２０と巻芯跡空間Ｓ内のセパレータ中央部１３
ａとの接触時間を短くした方が有利であるため、２秒以
下にするのが好ましい。しかしながら、接触時間を２秒
以下にした場合、透孔拡張棒２０の加熱温度を１００℃
以上にしないと変位不良が発生するため、１００℃はこ
のセパレータ１３の熱成形可能な温度ということができ
る。結局は、接触時間は２秒以下にし、加熱温度を１０
０℃以上にするのが好ましい。

【００２１】上述のようにして作製した渦巻状電極体１
０は、図３に示すように、その上端はニッケル正極１１
の極板芯体であるパンチングメタル１１ａの端部が露出
し、また、渦巻状電極体１０の下端はカドミウム負極１
２の極板芯体であるパンチングメタル１２ａの端部が露
出している。そして、上述のようにして作成した渦巻状
電極体１０のカドミウム負極１２のパンチングメタル１
２ａの端部と負極集電体１５とを抵抗溶接するととも
に、ニッケル正極１１のパンチングメタル１１ａの端部
と正極集電体（図示せず）とを抵抗溶接する。

【００２２】ついで、ＳＣサイズの鉄にニッケルメッキ
を施した有底円筒形の金属製外装缶３０を用意し、図３
に示すように、この渦巻状電極体１０を金属製外装缶３
０内に挿入し、巻芯跡空間Ｓ内に一方の溶接電極４０を
挿入して負極集電体１５に当接させるとともに金属製外
装缶３０の底部に他方の溶接電極４１を当接して、負極
集電体１５と金属製外装缶３０の底部をスポット溶接す
る。なお、有底円筒形の金属製外装缶３０の底部外表面
は負極外部端子となる。

【００２３】この後、図示しない封口体を用意し、正極
集電体より延出する正極集電リードを正極外部端子とな
る封口体の底面にスポット溶接した後、金属製外装缶３
０内にそれぞれ電解液（３０重量％の水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液）を注入する。ついで、外装缶３０の
上部を屈曲させて屈曲部を形成し、この屈曲部上に正極
集電リードが底面にスポット溶接された封口体を絶縁ガ
スケットを介して載置し、金属製外装缶３０の開口端縁
３１を内方にカシメつけることによって金属製外装缶３
０の開口部を封口して、公称容量１．７ＡｈのＳＣサイ
ズのニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てる。

【００２４】ここで、透孔拡張棒２０の加熱温度を１０
０〜２００℃まで変化させ、透孔拡張棒２０と巻芯跡空
間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａとの接触時間を２秒と
した場合に、巻芯跡空間Ｓの上端から電解液（３０重量
％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注液し、電解
液の全てが巻芯跡空間Ｓの上端から下に位置するまでの
時間を計測して、透孔拡張棒２０の加熱温度と電解液の
注液時間との関係を求めると、下記の表２に示すような
結果となった。

【００２５】

【表２】

【００２６】上記表２において、〇印は注液時間が１５
秒以内であったことを示し、×印は注液時間が１５秒以
上であったことを示す。上記表２より明らかなように、
透孔拡張棒２０の加熱温度が１５０℃を越えると電解液
の注液時間が長くなるため、透孔拡張棒２０の加熱温度
は１５０℃以下にするのが好ましい。

【００２７】透孔拡張棒２０の加熱温度が高くなると注
液時間が長くなる理由は次のように考えることができ
る。即ち、透孔拡張棒２０と巻芯跡空間Ｓ内のセパレー
タ中央部１３ａとの接触時間を２秒とし、加熱温度を１
７５℃あるいは２００℃としても、セパレータ１３を構
成するナイロン繊維は２秒間という短時間の接触ではダ
メージを受けないが、ナイロン繊維の表面に存在するポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）は分解、蒸発あるいは変
質して親水性が損なわれ、電解液の浸透性が低下して注
液時間が長くなるためと考えることができる。

【００２８】以上のことから、次のようなことが成立す
る。即ち、生産性を考慮すると、透孔拡張棒２０と巻芯
跡空間Ｓ内のセパレータ中央部１３ａとの接触時間は２
秒以内とすることが好ましい。そして、接触時間を２秒
以内とした場合、ナイロン不織布製のセパレータ１３は
１００℃以上の温度で熱成形が可能となり、また、ポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）は１５０℃以下の温度では
分解、蒸発あるいは変質が生じることがない。したがっ
て、透孔拡張棒２０の接触時間は２秒以内とし、かつ透
孔拡張棒２０の加熱温度は１００℃以上で１５０℃以下
に設定することが好ましい。

【００２９】なお、上述した実施形態においては、巻芯
棒のスリットにセパレータ１３の中央部１３ａを挟ん
で、巻芯棒を約１回転させた後、ニッケル正極１１およ
びカドミウム負極１２がセパレータ１３間に介在するよ
うに配置して巻芯棒を回転させて渦巻状電極体１０を形
成するようにしたが、巻芯棒のスリットに２枚のセパレ
ータの端部を挟んで、巻芯棒を約１回転させた後、ニッ
ケル正極およびカドミウム負極の一方が２枚のセパレー
タの間に介在するように配置して巻芯棒を回転させて渦
巻状電極体を形成するようにしても同様な効果を生じ
る。

【００３０】また、上述した実施形態においては、正極
および負極のいずれも焼結式電極を用いた例について説
明したが、ペースト式などの非焼結式電極を用いてもほ
ぼ同様の結果が得られた。また、本発明はニッケル・カ
ドミウム蓄電池以外にも、渦巻状電極体を備えた電池で
あればどのような電池であっても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 渦巻状電極体を形成した後に巻芯跡空間に残
存するセパレータを熱変形させる状態を示す斜示図であ
る。

【図２】 図１の渦巻状電極体を金属製外装缶に収納し
た状態の横断面を示す図である。

【図３】 巻芯跡空間に残存するセパレータを熱変形さ
せた後に溶接電極棒を挿入した状態を示す断面図であ
る。

【図４】 巻芯棒にセパレータを巻き付ける状態を示す
図であり、図４（ａ）はその斜示図であり、図４（ｂ）
は巻芯棒を抜き取った状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…渦巻状電極体、１１…正極板、１２…負極板、１
３…セパレータ、１５…負極集電体、２０…透孔拡張
棒、３０…金属製外装缶、３１…開口端縁、４０，４１
…一対の溶接電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の正・負極板間にセパレータを介在
   させ、このセパレータの端部あるいは中央部を巻き始め
   部として巻芯により渦巻状に卷回する卷回工程と、巻芯
   跡空間に残存するセパレータを巻芯跡空間の内周壁に変
   位させる変位工程とを有する渦巻状電極体を備えた電池
   の製造方法であって、 前記セパレータとして繊維表面に親水性有機物を備えた
   ナイロン不織布製のセパレータを用い、 前記セパレータ端部あるいは中央部を巻芯跡空間の内周
   壁に変位させる透孔拡張棒を用いるとともに、 前記透孔拡張棒の加熱温度を前記セパレータの熱成形可
   能な温度以上でかつ前記親水性有機物の分解あるいは蒸
   発する温度以下の温度に調整して同透孔拡張棒を前記巻
   芯跡空間に残存するセパレータに所定の短時間押し当て
   て変位させるようにしたことを特徴とする渦巻状電極体
   を備えた電池の製造方法。
2. 【請求項２】 前記親水性有機物はポリビニルアルコー
   ルであることを特徴とする請求項１に記載の渦巻状電極
   体を備えた電池の製造方法。
3. 【請求項３】 前記セパレータの熱成形可能な温度を１
   ００℃とし、前記親水性有機物の分解あるいは蒸発する
   温度を１５０℃とし、かつ前記所定の短時間を２秒以下
   としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の渦巻状電極体を備えた電池の製造方法。