專利名稱：圓筒型堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓筒型堿性蓄電池。
背景技術(shù)：
對于圓筒型堿性蓄電池，尤其是鎳氫蓄電池，越來越要求高電容化。具體來說，在AA尺寸中，要求開發(fā)體積能量密度超過400Wh/l的鎳氫蓄電池。
因此，例如，在專利文獻(xiàn)1公開的AA尺寸的鎳氫蓄電池中，通過加厚正極板的厚度，來實現(xiàn)高電容化。該電池中，正極板的匝數(shù)為3匝以上且4匝以下，剛卷繞后的電極組的截面形狀為大約正圓形狀。其結(jié)果是，在該電池中，通過外裝罐收容較大的電極組(正極板)，實現(xiàn)高電容化。
專利文獻(xiàn)1日本國專利特開2005-056682號公報(例如，權(quán)利要求的范圍等)的確，如專利文獻(xiàn)1所公開那樣，通過進(jìn)一步加厚正極板的厚度，可以得到更高電容的圓筒型堿性蓄電池。但是，另一方面，增加正極板的厚度導(dǎo)致充放電中的電流密度增大，因此從確?？焖俪潆娞匦曰蚍烹娞匦苑矫婵紤]是不理想的。另外，由于正極板的厚度·密度的增大，從而在正極板的制作工序及電池組裝工序中的生產(chǎn)率降低，進(jìn)而，變得難以維持得到的正極板和電池的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作成的，其目的在于提供一種生產(chǎn)量及質(zhì)量高，并且快速充電特性或放電特性優(yōu)異的高電容的圓筒型堿性蓄電池。
本發(fā)明者們在解決上述的問題時，著眼于不增大正極板的厚度，而增大正極板的長度。但是，在增大正極板的長度時，正極板及負(fù)極板的各芯體或隔板等與電池反應(yīng)沒有直接關(guān)系的部件的體積也增大，因此導(dǎo)致電池內(nèi)的正極活性化物質(zhì)量相對減少，電池電容降低。
因此，本發(fā)明者們?yōu)榱嗽诓唤档碗姵仉娙莸那闆r下增大正極板的長度而進(jìn)行了反復(fù)研究，在這一過程中是如下考慮的。
一直以來，為了在外裝罐內(nèi)填充更大的電極組，而使剛卷繞后的電極組的橫截面形狀為接近正圓形狀。即，當(dāng)以正極板的卷繞起始端部的周方向位置為基準(zhǔn)位置時，將電極組卷繞為從正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置沿正極板測量的直至基準(zhǔn)位置之間的角度在超過270°且小于360°的范圍。
但是，即使這樣卷繞電極組，若電極組因組裝后的活性化處理(初次充放電處理)而膨脹，則現(xiàn)有電池的橫截面的形狀的正圓度也降低，成為橢圓形狀。
在此，在圓筒型堿性蓄電池的規(guī)格中，通常只規(guī)定電池的最大徑，制造橢圓形狀的電池，其長軸的長度不超過最大徑。因此，橢圓形狀的電池的實際體積是按照規(guī)格上的最大徑而估計的圓柱體的體積，即，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)格規(guī)定的體積。因此，如果能夠制造活性化處理后大約正圓形狀的電池，則可以將電池的實際體積增大到由規(guī)格規(guī)定的體積尺寸，其結(jié)果是，可以在不使電池電容降低的情況下增大正極板的長度。
而且，發(fā)明者為了將基于這樣的考慮而得到的想法具體化，進(jìn)一步進(jìn)行了研究。在此過程中發(fā)現(xiàn)，與其說，即使剛卷繞后的電極組的橫截面形狀接近正圓形狀，活性處理后電池也不能成為大約正圓形狀，倒不如說，即使剛卷繞后的電極組的橫截面形狀變形(呈扁圓)，活性處理后電池也能成為大約正圓形狀，從而實現(xiàn)了本發(fā)明。
即，根據(jù)本發(fā)明，提供一種圓筒型堿性蓄電池，其在導(dǎo)電性的圓筒狀外裝罐內(nèi)具有卷繞正極板、負(fù)極板及隔板而成的電極組，該圓筒型堿性蓄電池的特征在于，在所述外裝罐的最大徑為Dmax，所述正極板的匝數(shù)為N時，滿足用N≥
(其中，[]為高斯符號)表示的關(guān)系，所述電極組使用卷芯卷繞，在中央具有對應(yīng)于所述卷芯的空洞部，從所述電池的橫截面看，將除去所述空洞部的所述電極組的截面積用從所述外裝罐的內(nèi)截面積減去所述電極組的空洞部的截面積而得到的值除而得到的值為95％以上且100％以下，而且，在以所述正極板的卷繞起始端部的周方向位置為基準(zhǔn)位置時，從所述正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置沿所述正極板測量的直至所述基準(zhǔn)位置之間的角度θ在180°以上且270°以下的范圍。
本發(fā)明的電池在所述外裝罐的最大徑為Dmax，正極板的匝數(shù)為N時，滿足用N≥
(其中，[]為高斯符號)表示的關(guān)系。即，如果電池為AA尺寸，則正極板的匝數(shù)為4匝以上；如果電池為AAA尺寸，則正極板的匝數(shù)為2匝以上。這樣，在本發(fā)明的電池中，由于正極板的匝數(shù)與最大徑成比例地增多，且與電池反應(yīng)有關(guān)的正極板的面積大，因此充放電時的電流密度降低。因此，該電池不僅適用于高電容化，而且在快速充電特性或放電特性方面也優(yōu)越。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電池，通過增加正極板的匝數(shù)來實現(xiàn)高電容化，與使用厚的正極板實現(xiàn)高電容化的情況相比，正極板的制造或卷繞都容易，且電池的生產(chǎn)率或質(zhì)量變高。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的電池，由于從正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置沿正極板測量的直至基準(zhǔn)位置即卷繞起始端部的周方向位置的角度θ在180°以上且270°以下的范圍，因此能實現(xiàn)高電容化。其理由如下所述。
在該電池中，由于角度θ在上述范圍內(nèi)，因此從剛卷繞后的形狀來看，電極組的的外徑在正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置顯著增大，電極組的橫截面形狀比現(xiàn)有的電極組更變形。
而且，如果從電池橫截面看，由于將除去空洞部的電極組的截面積用從外裝罐的內(nèi)截面積減去電極組的空洞部的截面積而得到的值除而得到的值為95％以上且100％以下，因此如果在外裝罐內(nèi)收容變形的電極組，則外裝罐的周壁因來自內(nèi)側(cè)的按壓力而變形。因此，剛組裝后的電池的橫截面形狀的正圓度也降低，成為橢圓形狀。
但是，在該電池中，在電極組經(jīng)活性化處理而膨脹時，由于角度θ在上述范圍內(nèi)，故電極組的空洞部比以往破壞得更大。這被認(rèn)為是由于在正極板的卷繞起始端部及卷繞結(jié)束端部的周方向位置的正極板的膨脹力作為施加于正極板和負(fù)極板的最內(nèi)周部的壓縮力而有效地發(fā)揮了作用。
這樣，如果空洞部被較大地破壞，電極組朝向徑向內(nèi)側(cè)大力膨脹，則電極組所殘留的空洞部被作為發(fā)電單元的正極板及負(fù)極板占用，從而被有效地活用。另外，由于空洞部被較大地破壞，從而朝向電極組徑向外側(cè)的膨脹被抑制，并且電極組膨脹使其橫截面形狀成為正圓形狀。其結(jié)果是，該電池的正圓度通過進(jìn)行活性化處理而變高，電池的實際體積增大到規(guī)格上的體積尺寸，從而實現(xiàn)了高電容化。
作為優(yōu)選方式，圓筒型堿性蓄電池還具備將包括所述卷繞起始端部的所述正極板的1匝的徑向外面覆蓋的絕緣性的最內(nèi)周保護(hù)部件。在該狀態(tài)下，可以容易且可靠地防止內(nèi)部短路，從而生產(chǎn)率及質(zhì)量進(jìn)一步提高。這是基于以下理由。
在本發(fā)明的電池中，由于正極板的匝數(shù)多，且由于除了電極組中央的空洞部變小之外，空洞部因活性化處理而被較大地破壞，因此，在包括卷繞起始端部的正極板的1匝(最內(nèi)周部)中容易產(chǎn)生成為內(nèi)部短路原因的斷裂或龜裂。因此，該方式的電池還具備覆蓋正極板的最內(nèi)周部的最內(nèi)周保護(hù)部件，通過該最內(nèi)周保護(hù)部件防止產(chǎn)生斷裂或龜裂的部位刺破隔板而與負(fù)極板直接接觸。其結(jié)果是，可以容易且可靠地防止內(nèi)部短路的產(chǎn)生，且在該方式的電池中，生產(chǎn)率及質(zhì)量可靠地提高。
作為優(yōu)選方式，所述正極板在所述卷繞起始端部及卷繞結(jié)束端部中的至少一方，具有厚度比這些端部間的正極主體部薄的薄壁部。在該狀態(tài)下，由于使正極板的卷繞起始端部及卷繞結(jié)束端部中的至少一端形成為比正極主體部薄，所以即使正極板的匝數(shù)多，正極板及負(fù)極板也能容易地卷繞成美觀的螺旋狀。其結(jié)果是，在該方式的電池中，抑制了電極組在卷繞時正極板產(chǎn)生斷裂或龜裂，從而生產(chǎn)率及質(zhì)量進(jìn)一步提高。
作為優(yōu)選方式，該電池在覆蓋所述正極板的徑向外面?zhèn)鹊母舭搴退稣龢O板之間還具備位于所述薄壁部和所述正極主體部的邊界上的絕緣性的邊界保護(hù)部件。
根據(jù)該方式，即使飛邊從正極板的薄壁部和主體部的邊界突出，也通過邊界保護(hù)部件防止飛邊刺破隔板而與負(fù)極板直接接觸。其結(jié)果是，在該方式的電池中，質(zhì)量進(jìn)一步提高。
作為優(yōu)選方式，所述保護(hù)部件由樹脂制的帶及無紡布中的任一種構(gòu)成。這些樹脂的帶和無紡布由于具有柔軟性，故卷繞容易，并且體積小，因此，適合于電池的高電容化。
作為優(yōu)選方式，所述薄壁部具有一定的厚度或逐漸變化的厚度。具有一定的厚度或逐漸變化的厚度的薄壁部容易形成，適合于提高電池的生產(chǎn)率。
作為優(yōu)選方式，所述卷芯的外徑為所述外裝罐的最大徑的30％以下。在該方式的電池中，由于卷芯的外徑為所述外裝罐的最大徑的30％以下，從而能夠容易地增加正極板的匝數(shù)。另外，在該電池中，通過增加正極板的匝數(shù)來實現(xiàn)高電容化，即使使用外徑小的卷芯，與使用厚的正極板來實現(xiàn)高電容化的情況相比，正極板也容易卷繞，而且防止在正極板的最內(nèi)周部產(chǎn)生斷裂或龜裂。因此，根據(jù)該方式的電池，能夠確保生產(chǎn)率及質(zhì)量，同時容易實現(xiàn)高電容化。
(發(fā)明效果)如以上說明所述，本發(fā)明的圓筒型堿性蓄電池不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高電容化，而且生產(chǎn)率和質(zhì)量也高，并且，快速充電特性或放電特性也優(yōu)異，因此具有很高的市場價值。


圖1是表示本發(fā)明一實施方式的圓筒型鎳氫二次電池的概略的局部切口立體圖；圖2是表示圖1的電池的橫截面的概略圖；圖3(a)是表示圖1的電池中的電極組的橫截面積的示意圖，圖3(b)是表示圖1的電池中的從外裝罐內(nèi)側(cè)的截面積減去電極組的空洞部的截面積而得到的橫截面積的示意圖；圖4是用于說明在圖2的橫截面中與正極板的卷繞起始端部的周方向位置相對的卷繞結(jié)束端部的周方向位置的圖；圖5是展開地表示電池1中使用的正極板的立體圖；圖6是展開地表示圖2的正極板的一部分和邊界保護(hù)部件的立體圖；圖7是圖1的電池中使用的電極組的卷繞方法的說明圖；圖8是用于說明在圖1的電池中通過活性化處理施加于電極組的最內(nèi)周部的壓縮力的圖；圖9是表示正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置(角度θ)、和剛組裝后及活性化處理后的電池的正圓度之間的關(guān)系的圖表；圖10是表示正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置(角度θ)、和活性化處理后的電池的最大徑Dmax之間的關(guān)系的圖表；圖11是展開地表示變形例的正極板的一部分的立體圖；圖12是將代替卷繞起始端部側(cè)的邊界保護(hù)部件而應(yīng)用的最內(nèi)周保護(hù)部件，與正極板及負(fù)極板的卷繞起始端部側(cè)的一部分一起示意地表示的剖面圖。
圖中，10-外裝罐；22-電極組；24-正極板；26-負(fù)極板；28-隔板；36-正極板的卷繞起始端部；40-正極板的卷繞結(jié)束端部。
具體實施例方式
圖1表示本發(fā)明一實施方式的AA尺寸的圓筒型鎳氫二次電池。
該電池具備一端為開口的呈有底圓筒形狀的外裝罐10，外裝罐10由鍍鎳的鋼板構(gòu)成。作為該鋼板，可以使用SPCC(一般用)、SOCD(拉深用)、SPCE(深度拉深用)等一般冷軋鋼板，外裝罐10的周壁厚度為0.17mm以下。在電池的活性化處理后，外裝罐10的外徑D的最大值(最大徑Dmax)在13.5mm以上且14.5mm以下的范圍。還有，如果電池是AAA尺寸，則最大徑Dmax在9.8mm以上且10.5mm以下的范圍。
外裝罐10具有導(dǎo)電性，并作為負(fù)極端子發(fā)揮作用，在外裝罐10的開口內(nèi)經(jīng)由環(huán)狀的絕緣襯墊12配置有導(dǎo)電性的蓋板14。通過將外裝罐10的開口緣鉚接加工，絕緣襯墊12及蓋板14固定在開口內(nèi)。
蓋板14在中央具有排氣孔16，在蓋板14的外面上配置有橡膠制的閥體18以便閉塞排氣孔16。進(jìn)而，在蓋板14的外面上，同軸上固定有帶有凸緣的圓筒形狀的正極端子20使其包圍閥體18，正極端子20在開口端側(cè)從外裝罐10沿軸線方向突出。正極端子20將閥體18按壓于蓋板14，通常時，外裝罐10由蓋板14將絕緣襯墊12及閥體18一起氣密地閉塞。另一方面，當(dāng)在外裝罐10內(nèi)產(chǎn)生氣體使內(nèi)壓增高的情況下，閥體18被壓縮，通過排氣孔16從外裝罐10放出氣體。即，蓋板14、閥體18和正極端子20形成了在電池的內(nèi)壓超過了規(guī)定壓力時工作的安全閥。
在此，從正極端子20的前端到外裝罐10的底面的長度即電池的高度H在49.2mm以上且50.5mm以下的范圍內(nèi)，電池規(guī)格上的體積Vb與最大值徑Dmax及高度H的圓柱體的體積相等，按照以下公式規(guī)定。
Vb＝π(Dmax/2)2×H在外裝罐10內(nèi)大約同軸地收納有大約圓柱狀的電極組22，電極組22的最外周部與外裝罐10的內(nèi)周面直接接觸。電極組22分別由螺旋狀的正極板24、負(fù)極板26和隔板28構(gòu)成，正極板24及負(fù)極板26的徑向內(nèi)面和徑向外面經(jīng)由隔板28而相對。
進(jìn)而，在外裝罐10內(nèi)，在電極組22的一端和蓋板14之間配置有正極導(dǎo)線30，正極導(dǎo)線30的兩端焊接在正極板24和蓋板14上。因此，正極端子20和正極板24之間經(jīng)由正極導(dǎo)線30及蓋板14而電連接。更具體地，正極導(dǎo)線30呈帶狀，在將蓋板14配置到外裝罐10的開口內(nèi)時，彎折地收容在電極組22和蓋板14之間，正極導(dǎo)線30的電極組22側(cè)的端部在與正極板24的一方的面面接觸的狀態(tài)下焊接于其上。還有，蓋板14和電極組22之間配置有圓形的絕緣部件32，正極導(dǎo)線30通過在絕緣部件32設(shè)置的狹縫延伸。另外，在電極組22和外裝罐10的底部之間也配置有圓形的絕緣部件34。
電極組22如下形成，分別準(zhǔn)備帶狀的正極板24、負(fù)極板26和隔板28，將這些正極板24和負(fù)極板26經(jīng)由隔板28從其一端側(cè)使用卷芯卷繞成螺旋狀。由此，如圖2所示，正極板24和負(fù)極板26的一端部(卷繞起始端部)36、38安裝在電極組22的中心軸側(cè)，另一方面，正極板24和負(fù)極板26的另一端部(卷繞結(jié)束端部)40、42安裝在電極組22的外周側(cè)。
負(fù)極板26比正極板24長，負(fù)極板26的卷繞起始端部38側(cè)的1匝(最內(nèi)周部)，從電極組22的徑向看，卷繞于正極板24的卷繞起始端部36側(cè)的1匝(最內(nèi)周部)的內(nèi)側(cè)，并且負(fù)極板26的卷繞結(jié)束端部42側(cè)的1匝(最外周部)，卷繞于正極板24的卷繞結(jié)束端部40側(cè)的1匝(最外周部)的外側(cè)。
隔板28未卷繞在電極組22的最外周，負(fù)極板26的最外周部卷繞在電極組22的最外周，負(fù)極板26的最外周部和外裝罐10互相直接接觸而電連接。
由于卷繞后卷芯從電極組22中拔出，因此電極組22在其中心具有對應(yīng)于卷芯形狀的空洞部44。不過如后所述，空洞部44通過電池的活性化處理而在電極組22膨脹時被破壞，所以活性化處理后的空洞部44的形狀與卷芯的形狀不一致。
在此，電極組22的橫截面積如圖3(a)的斜線所示，是從外裝罐10的周壁內(nèi)側(cè)的截面積，減去空洞部44的截面積和在電極組22及外裝罐10之間產(chǎn)生的縫隙46的截面積而得到的值，將該電極組22的橫截面積用從外裝罐10的周壁內(nèi)側(cè)的截面積減去空洞部44的截面積而得到的值，即由圖3(b)中斜線表示的橫截面積除而得到的值在95％以上且100％以下的范圍內(nèi)。還有，在本說明中，也將該值稱作電極組截面積比率。
另外，在設(shè)電極組22中的正極板24的匝數(shù)為N時，匝數(shù)N與外裝罐10的最大徑Dmax之間，用N≥
(其中，[]為高斯符號)表示的關(guān)系成立。因此，在AA尺寸的該電池中，正極板24的匝數(shù)N為4匝以上，如果是電池AAA尺寸，則匝數(shù)N為2匝以上。還有，在圖1中，正極板24的匝數(shù)少于4匝，這是為了作圖上的方便。
如圖4中示意地表示正極板24的一部分所示，從電池的橫截面看，在以正極板24的卷繞起始端部36的周方向位置為基準(zhǔn)位置時，從正極板24的卷繞結(jié)束端部40的周方向位置沿正極板24測量的直至基準(zhǔn)位置之間的角度θ在180°以上且270°以下的范圍A，優(yōu)選在200°以上且240°以下的范圍B。
正極板24由導(dǎo)電性的正極芯體和被正極芯體保持的正極合劑構(gòu)成。
更詳細(xì)地說，可以使用具有三維網(wǎng)絡(luò)狀骨骼的鎳制的金屬體作為正極芯體，正極合劑被填充到正極芯體的內(nèi)部。
正極合劑由正極活性物質(zhì)粒子、用于改善正極板特性的各種添加劑粒子、及將這些正極活性物質(zhì)粒子和添加劑粒子的混合粒子粘結(jié)于正極芯體的粘結(jié)劑構(gòu)成。
由于電池是鎳氫二次電池，因此正極活性物質(zhì)粒子是氫氧化鎳粒子，但氫氧化鎳粒子也可以固溶有鈷、鋅、鎘等，或表面的一部分或全部也可以由鈷化合物覆蓋。另外，無論哪個都不特別地限定，但作為添加劑，除氧化釔之外，可使用氧化鈷、金屬鈷、氫氧化鈷等鈷化合物、金屬鋅、氧化鋅、氫氧化鋅等鋅化合物、氧化鉺等希土類化合物等，作為粘結(jié)劑，可使用親水性或疏水性的聚合物等。
在此，正極板24的正極合劑中含有的正極活性物質(zhì)量設(shè)定為使電池體積能量密度為400Wh/l以上且470Wh/l以下的范圍。所謂電池體積能量密度是指，將對電池的0.2C電容乘作為工作電壓的1.2V而得到的值用上述電池體積Vb除而求得的值。所謂電池的0.2C電容是指，按照J(rèn)IS C8708-1997規(guī)定的、在周圍溫度在20±5℃時，首先將電池以相當(dāng)于0.1C的電流量充電16個小時，然后停止1～4個小時，接著以相當(dāng)于0.2C的電流量放電到1.0V的放電停止電壓時的電容。
圖5表示展開的正極板24的外形形狀。正極板24具有在長度方向上的厚度一定的正極主體部50，正極主體部50的厚度例如在0.62mm以上且0.72mm以下的范圍。位于正極主體部50兩端的卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40，作為優(yōu)選方式，分別形成有厚度比正極主體部50薄的薄壁部。
更詳細(xì)地說，如圖6放大后所示，在卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40，前端側(cè)的徑向外面從與正極主體部50的邊界即棱52作為傾斜面54而形成，正極板24的厚度從棱52朝向前端按照一定的變化率逐漸減少。另一方面，正極板24的徑向內(nèi)面在卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40、和正極主體部50之間的邊界形成平面，因此，卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40朝向前端形成尖細(xì)形狀。
如后所述，傾斜面54通過切掉或加壓而形成于卷繞起始端部36及正極卷繞結(jié)束端部40的外面。因此，由于在棱52及棱52的周邊部分存在在傾斜面54的形成時產(chǎn)生的飛邊，所以優(yōu)選棱52被邊界保護(hù)部件56罩住。
邊界保護(hù)部件56夾插于正極板24和與正極板24的徑向外面鄰接的隔板28之間(參照圖2)，并覆蓋正極主體部50、和卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40之間的邊界。邊界保護(hù)部件56由絕緣性的PP制的帶構(gòu)成，可以覆蓋正極板24的棱52整體。
各邊界保護(hù)部件56的尺寸雖然被設(shè)定為，將電極組22插入外裝罐10內(nèi)時，棱52及其周邊部分的飛邊不貫通各邊界保護(hù)部件56和隔板28，但是并不特別地限定。
另外，關(guān)于各邊界保護(hù)部件56的材質(zhì)及方式，雖然被設(shè)定為，將電極組22插入外裝罐10內(nèi)時，棱52及其周邊部分的飛邊不貫通各邊界保護(hù)部件56和隔板28，但是并不特別地限定。不過，作為邊界保護(hù)部件56的材質(zhì)，優(yōu)選具有耐堿性及親水性這兩方面特性的聚烯系的聚合物，例如PP(聚丙烯)，另外，邊界保護(hù)部件56的形態(tài)優(yōu)選無紡布或帶等片狀。
負(fù)極板26由導(dǎo)電性的負(fù)極芯體和被負(fù)極芯體保持的負(fù)極合劑構(gòu)成。
更詳細(xì)地說，由于電池是鎳氫二次電池，故負(fù)極合劑由可以包藏和釋放作為負(fù)極活性物質(zhì)的氫的氫包藏合金粒子及接合劑構(gòu)成。不過，也可以代替氫包藏合金粒子，而例如使用鎘化合物，將電池作為鎳鎘二次電池。但是，為了電池的高電容化，鎳氫二次電池是優(yōu)選的。還有，在活性物質(zhì)是氫時，負(fù)極電容由氫包藏合金量規(guī)定，因此在本說明書中，也將氫包藏合金稱作負(fù)極活性物質(zhì)。
氫包藏合金粒子只要在電池充電時可以包藏在電解液中電化學(xué)式產(chǎn)生的氫，并且在放電時能夠容易地釋放該包藏的氫即可。作為這樣的氫包藏合金并不特別地限制，例如可以使用LaNi5或MmNi5(Mm為混合稀土合金)等AB5型系的合金。另外，作為粘結(jié)劑，可以分別使用親水性或疏水性的聚合物等。
作為負(fù)極芯體，例如可以使用沖孔金屬、金屬粉末燒結(jié)體襯底、多孔金屬網(wǎng)及鎳網(wǎng)等。
作為隔板28的材料，例如可以使用對聚酰胺纖維制無紡布、聚乙烯或聚丙烯等的聚烯纖維制無紡布賦予了親水性官能基而得到的材料。還有，在本實施方式中，如圖2所示，作為隔板28，卷繞著夾插于正極板24的徑向外面和負(fù)極板26的徑向內(nèi)面之間的第1隔板28a、和夾插于正極板24的徑向內(nèi)面和負(fù)極板26的徑向外面之間的第2隔板28b。
在收容有上述的電極組22的外裝罐10內(nèi)注射規(guī)定量的堿電解液(未圖示)，經(jīng)由包含在隔板28中的堿電解液，在正極板24和負(fù)極板26之間進(jìn)行充放電反應(yīng)。
還有，作為堿電解液的種類并不特別地限定，但是例如可以使用氫氧化鈉水溶液、氫氧化鋰水溶液、氫氧化鉀水溶液、及混合了它們中的二種以上而得到的水溶液等，另外，關(guān)于堿電解液的濃度也并不特別地限定，例如可以使用8N的濃度。
上述的電池可以應(yīng)用通常的方法進(jìn)行制造，但是，以下就電極組22的卷繞方法舉一例進(jìn)行說明。
如圖7所示，電極組22使圓柱狀的卷芯60沿一定方向旋轉(zhuǎn)，并且朝向卷芯60，連續(xù)地拉出正極板24、負(fù)極板26、第1隔板28a及第2隔板28b進(jìn)行卷繞。在此，卷芯的外徑P并不特別地限定，但優(yōu)選在外裝罐10的最大徑Dmax的0％以上且30％以下的范圍。
還有，在圖7中，為了避開線的錯綜，與圖2一樣，省略了第1和第2隔板28a、28b的剖面線，并且也未加以區(qū)別地圖示了正極板24及負(fù)極板26的芯體及合劑。
在上述的電池中，在將電極組22中的正極板24的匝數(shù)設(shè)為N時，在匝數(shù)N和外裝罐10的最大徑Dmax之間，用N≥
(其中，[]為高斯符號)表示的關(guān)系成立。因此，在該電池中，正極板的匝數(shù)為4匝以上，正極板24的匝數(shù)N與最大徑Dmax成比例地增大，而且與電池反應(yīng)有關(guān)的正極板24的面積大，因此，充放電時的電流密度變低。因此，該電池不僅適用于高電容化，快速充電特性或放電特性也優(yōu)異。
另外，該電池可以通過增加正極板24的匝數(shù)N來實現(xiàn)高電容化，與使用厚的正極板來實現(xiàn)高電容化相比，正極板24的制作或卷繞容易，從而電池的生產(chǎn)率或質(zhì)量提高。
進(jìn)而，在該電池中，從其橫截面看，從正極板24的卷繞結(jié)束端部40的周方向位置沿正極板24測量的直至基準(zhǔn)位置即卷繞起始端部36的周方向位置的角度θ在180°以上且270°以下的范圍A，進(jìn)而優(yōu)選在200°～240°的范圍B，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高電容化。其理由如下所示。
在該電池中，由于角度θ在上述范圍，因而從剛卷繞后的形狀看，電極組22的外徑在正極板24的卷繞結(jié)束端部40的周方向位置顯著增大，電極組22的橫截面形狀比以往的電極組更變形。
而且，在該電池中，由于電極組截面積比率為95％以上且100％以下，因此，如果在外裝罐10內(nèi)收容變形的電極組22，則外裝罐10的周壁因來自內(nèi)側(cè)的按壓力而變形。因此，剛組裝后的電池形狀的正圓度低，成為橢圓形狀。
但是，在該電池中，電極組22經(jīng)過活性化處理而膨脹時，由于角度θ在上述范圍內(nèi)，因此電極組22的空洞部44比以往破壞得更大。如圖8所示，這是由于在卷繞起始端部36和卷繞結(jié)束端部40的周方向位置的正極板24的膨脹力作為施加于正極板24和負(fù)極板26的最內(nèi)周的壓縮力而有效地發(fā)揮了作用。
這樣，如果空洞部44被較大地破壞，電極組22朝向徑向內(nèi)側(cè)大力膨脹，則電極組22中剩余的空洞部44被作為發(fā)電元件的正極板24和負(fù)極板26占有，從而被有效地活用。另外，由于空洞部44被較大地破壞，從而朝向電極組22的徑向外側(cè)的膨脹被抑制，并且電極組22的橫截面形狀膨脹為正圓形狀。其結(jié)果是，該電池的正圓度經(jīng)活性化處理而變高，電池的實際體積增大到規(guī)格上的體積尺寸，實現(xiàn)了高電容化。
另外，在該電池中，作為優(yōu)選方式，由于將正極板24的卷繞起始端部36和卷繞結(jié)束端部40形成為比正極主體部50薄，因此從橫截面看時，正極板24和負(fù)極板26被卷繞成美觀的螺旋狀。其結(jié)果是，在該電池中，在電極組22的卷繞時，抑制正極板24產(chǎn)生斷裂或龜裂，從而生產(chǎn)率及質(zhì)量進(jìn)一步提高。
進(jìn)而，該電池作為優(yōu)選方式，在覆蓋正極板24的徑向外面?zhèn)鹊牡谝桓舭?8a和正極板24之間，還具有位于作為薄壁部的卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40、和正極主體部50之間的邊界上的絕緣性的邊界保護(hù)部件56。因此，在該電池中即使飛邊從正極板24中的卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40、和正極主體部50之間的邊界突出，也通過邊界保護(hù)部件56防止飛邊刺破隔板28而與負(fù)極板26直接接觸。其結(jié)果是，該電池的質(zhì)量進(jìn)一步提高。
而且，在該電池中，作為優(yōu)選方式，通過用于卷繞電極組22的卷芯60的外徑P為外裝罐的最大徑Dmax的30％以下，可以容易地增加正極板24的匝數(shù)N。另外，在該電池中，通過增加正極板24的匝數(shù)N來實現(xiàn)了高電容化，即使使用了外徑P小的卷芯60，與使用厚的正極板來實現(xiàn)了高電容化的情況相比，正極板24也容易卷繞，而且可以防止正極板24的最內(nèi)周部產(chǎn)生斷裂或龜裂。因此，根據(jù)該電池，能夠確保生產(chǎn)率及質(zhì)量并且容易實現(xiàn)高電容化。
實施例11.正極板的制作準(zhǔn)備各粒子的全部或一部分被鈷化合物覆蓋的氫氧化鎳粉末，相對于該氫氧化鎳粉末100質(zhì)量份，混合40質(zhì)量％的HP懸浮液，調(diào)制正極用漿料，并將涂敷·填充有該正極用漿料的具有三維網(wǎng)絡(luò)狀骨骼的鎳制金屬體經(jīng)干燥后，進(jìn)行軋制·截斷，制作AA尺寸用的正極板。
2.負(fù)極板的制作按照Mm1.0Ni3.7Co0.8Al0.3Mn0.2(其中，Mm是混合稀土合金)的組成稱量金屬原料并混合，用高頻熔解爐熔解該混合物，得到坯料。將該坯料在溫度為1000°的氬氣氛下加熱10小時，將坯料中的晶體結(jié)構(gòu)形成為AB5型結(jié)構(gòu)。然后，將坯料在惰性氣氛中進(jìn)行機械性粉碎并篩選，得到AB5型的氫包藏合金粉末。還有，得到的氫包藏合金粉末的、用激光衍射·散射式粒度分布檢測裝置測定的對應(yīng)于50％累積重量的平均粒徑是50μm。
相對于得到的合金粉末100質(zhì)量份，加入聚丙烯酸鈉0.5質(zhì)量份、羧甲基纖維素0.12質(zhì)量份、PTFE懸浮液(分散劑水，比重1.5，固體量60質(zhì)量％)0.5質(zhì)量份(固體量換算)、碳黑1.0質(zhì)量份及水30質(zhì)量份，進(jìn)行攪拌，調(diào)制出負(fù)極用漿料。然后，將涂敷有負(fù)極用漿料的鎳制的沖孔片經(jīng)干燥后，進(jìn)行軋制·截斷，制作AA尺寸用的負(fù)極。
3.鎳氫蓄電池的組裝經(jīng)由由聚丙烯纖維制無紡布構(gòu)成的厚度為0.1mm、單位面積重量為40g/m2的隔板，將得到的正極和負(fù)極卷繞成螺旋狀，制作電極組。將得到的電極組收納到外裝罐內(nèi)并進(jìn)行規(guī)定的安裝工序之后，向外裝罐內(nèi)注射由7N的氫氧化鉀水溶液和1N的氫氧化鋰水溶液構(gòu)成的堿性電解液。然后，將外裝罐的開口端用蓋板等封口，從而組裝了額定電容為2500mAh的AA尺寸的實施例1的密閉圓筒形鎳氫蓄電池。
實施例2～6及比較例1～5如表1所示，為了使與正極板的卷繞起始端部的周方向位置相對的卷繞結(jié)束端部的周方向位置(角度θ)變化，制作長度不同的多個正極板。此時，正極板的長度越長，正極用漿料向金屬體的填充量越少，并且提高了軋制率，減薄了正極板的厚度，電池的電容成為一定。除了使用這些正極板之外，與實施例1的情況同樣地組裝實施例2～7及比較例1～3的鎳氫蓄電池。
4.電池的形狀評價首先，針對剛組裝后的各電池，分別測定最大徑和最小徑，將最小徑用最大徑除后求得正圓度。
然后，針對各電池，實施如下的活性化處理在溫度為25℃的環(huán)境中，用0.1It的充電電流充電15小時后，用0.2It的放電電流放電到終止電壓1.0V。然后，也針對活性化處理后的各電池，測定最大徑和最小徑，將最小徑用最大徑除后求得正圓度。
表1表示剛組裝后(活性化處理前)及活性化處理后的各正圓度和活性化處理后的最大徑。另外，圖9表示卷繞結(jié)束端部的周方向位置(角度θ)和各正圓度之間的關(guān)系。圖10表示卷繞結(jié)束端部的周方向位置(角度θ)和最大徑Dmax之間的關(guān)系。還有，表1的各正圓度及最大徑是每10個電池的平均值。
表1

(1)從表1及圖9可以明確得知，經(jīng)過活性化處理，實施例1～6的電池的正圓度變高，相對于此，比較例1、3～5的電池的正圓度降低。
另外，就實施例1～6的電池的正圓度而言，如果在剛組裝后進(jìn)行比較，則低于比較例1～5的電池的正圓度，但如果在活性化處理后進(jìn)行比較，則是比較例1～5的電池的正圓度以上。
由此可知，在實施例1～6的電池中，即使剛組裝后的正圓度低，經(jīng)過活性化處理而電極組膨脹時，電極組的橫截面形狀也成為大約正圓形狀。
還有，即使在實施例1～6中，在正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置為200°、220°、240°的實施例4、5、6中，正圓度也特別高。
(2)從表1及圖9、10可以明確得知，經(jīng)過活性化處理后，正圓度越高，最大徑Dmax越小。
(3)在活性化處理前后，在實施例1～6的電池中確認(rèn)了如下的傾向最大徑變小并且最小徑變大，隨之正圓度變高。相對于此，在比較例1～5的電池中確認(rèn)了如下的傾向最大徑及最小徑都變大，隨之正圓度變低。
這是由于在實施例中的電池中，經(jīng)過活性化處理而電極組膨脹時，電極組中央的空洞部被較大地破壞，電極組在剛組裝后的最大徑向收縮。
本發(fā)明不限定于上述的一實施方式及實施例，可以進(jìn)行各種變形，例如，也可以在安全閥中使用壓縮螺旋彈簧作為彈性體。
而且，正極板24優(yōu)選將卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40這兩方作為薄壁部而形成，但也可以只是其中一方，或也可以在包括卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40的長手方向整體上厚度一致。
另外，作為薄壁部的卷繞起始端部36及卷繞結(jié)束端部40的形狀并不特別地限定。例如，如圖11展開所示，正極板24的徑向外面也可以形成為帶有臺階的形狀，使薄壁部的厚度一致。還有，由于尖細(xì)形狀或帶有臺階的形狀的薄壁部容易形成，因此適合于提高電池的生產(chǎn)率。
進(jìn)而，也可以代替卷繞起始端部36側(cè)的邊界保護(hù)部件56而使用如圖12所示的最內(nèi)周保護(hù)部件62，或與其一起使用最內(nèi)周保護(hù)部件62。最內(nèi)周保護(hù)部件62也由具有絕緣體的片狀材料構(gòu)成，并覆蓋著包括卷繞起始端部36的正極板24的1匝(最內(nèi)周部)的徑向外面整體。在使用了該最內(nèi)周保護(hù)部件62時，可以容易并可靠地防止內(nèi)部短路，從而電池的生產(chǎn)率及質(zhì)量進(jìn)一步提高。其理由如下。
該電池中，由于正極板24的匝數(shù)N多，且由于除了電極組22中央的空洞部44變小之外，空洞部44通過活性化處理而被較大地破壞，因此，在正極板24的最內(nèi)周部容易產(chǎn)生成為內(nèi)部短路的原因的斷裂或龜裂。
因此，如果使用最內(nèi)周保護(hù)部件62，則防止產(chǎn)生斷裂或龜裂的部位刺破隔板28而與負(fù)極板26直接接觸。其結(jié)果是，可以容易并可靠地防止內(nèi)部短路的產(chǎn)生，從而生產(chǎn)率及質(zhì)量進(jìn)一步提高。
最內(nèi)周保護(hù)部件62的材質(zhì)與邊界保護(hù)部件56相同，優(yōu)選具有耐堿性及親水性這兩方面特性的聚烯系的聚合物，例如PP(聚丙烯)。另外，最內(nèi)周保護(hù)部件62的形態(tài)優(yōu)選是無紡布或帶等片狀。樹脂制片狀材料由于具有柔軟性，因此容易卷繞，并且由于體積小，因此適合于電池的高電容化。
還有，圖12中，為了作圖上的方便而省略了隔板28。
權(quán)利要求
1.一種圓筒型堿性蓄電池，其在導(dǎo)電性的圓筒狀外裝罐內(nèi)具有卷繞正極板、負(fù)極板及隔板而成的電極組，該圓筒型堿性蓄電池的特征在于，在所述外裝罐的最大徑為Dmax，所述正極板的匝數(shù)為N時，滿足用N≥
(其中，[]為高斯符號)表示的關(guān)系，所述電極組使用卷芯卷繞，在中央具有對應(yīng)于所述卷芯的空洞部，從所述電池的橫截面看，將除去所述空洞部的所述電極組的截面積用從所述外裝罐的內(nèi)截面積減去所述電極組的空洞部的截面積而得到的值除而得到的值為95％以上且100％以下，而且，在以所述正極板的卷繞起始端部的周方向位置為基準(zhǔn)位置時，從所述正極板的卷繞結(jié)束端部的周方向位置沿所述正極板測量的直至所述基準(zhǔn)位置之間的角度θ在180°以上且270°以下的范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，還具備將包括所述卷繞起始端部的所述正極板的1匝的徑向外面覆蓋的絕緣性的最內(nèi)周保護(hù)部件。
3.如權(quán)利要求1所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，所述正極板在所述卷繞起始端部及卷繞結(jié)束端部中的至少一方，具有厚度比這些端部間的正極主體部薄的薄壁部。
4.如權(quán)利要求3所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，在覆蓋所述正極板的徑向外面?zhèn)鹊母舭搴退稣龢O板之間還具備位于所述薄壁部和所述正極主體部的邊界上的絕緣性的邊界保護(hù)部件。
5.如權(quán)利要求2或4所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，所述保護(hù)部件由樹脂制的帶及無紡布中的任一種構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求3所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，所述薄壁部具有一定的厚度或逐漸變化的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的圓筒型堿性蓄電池，其特征在于，所述卷芯的外徑為所述外裝罐的最大徑的30％以下。
全文摘要
提供一種生產(chǎn)率及質(zhì)量高，并且快速充電特性及放電特性優(yōu)異的高電容的圓筒型堿性蓄電池。圓筒型堿性蓄電池在導(dǎo)電性的圓筒狀外裝罐內(nèi)具有卷繞正極板(24)、負(fù)極板及隔板而成的電極組。在所述外裝罐的最大徑為Dmax，正極板(24)的匝數(shù)為N時，滿足用N≥
(其中，[ ]為高斯符號)表示的關(guān)系。例如，在AA尺寸的電池中，匝數(shù)為4匝以上。另外，從電極組的橫截面看，在以正極板(24)的卷繞起始端部(36)的周方向位置為基準(zhǔn)位置時，從正極板(24)的卷繞結(jié)束端部(40)的周方向位置沿正極板(24)測量的直至所述基準(zhǔn)位置之間的角度θ在180°以上且270°以下的范圍。
文檔編號H01M4/24GK1960050SQ200610138950
公開日2007年5月9日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者前田泰史 申請人:三洋電機株式會社