專利名稱：圓柱狀堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓柱狀的堿性蓄電池。
背景技術(shù)：
作為堿性蓄電池，依據(jù)所含活性物質(zhì)的種類不同，可以列舉出如鎳鎘二次電池、鎳氫二次電池等。在這些堿性蓄電池中，有將隔離物夾在中間，將分別把帶狀的負(fù)極和正極纏繞成螺旋形的電極群收納在圓柱狀的外裝罐內(nèi)的圓筒狀物體。
這種圓柱狀堿性蓄電池，為了防止發(fā)生短路而提出過(guò)各種各樣的方案。例如，由于裁剪正極的邊緣，以成型為所定尺寸的帶狀，故在正極邊緣上會(huì)產(chǎn)生飛邊。當(dāng)纏繞這種邊緣上有飛邊的正極時(shí)，正極卷末端部的飛邊就會(huì)扎破正極外側(cè)的隔離物、與負(fù)極接觸而產(chǎn)生短路，所以為了防止這種短路，在正極卷末端部和正極外側(cè)的隔離物之間加裝一層絕緣性的保護(hù)部件。
另一方面，這種圓柱狀堿性蓄電池，為了還原過(guò)量充電時(shí)產(chǎn)生的氧氣，而使負(fù)極的容量比正極的容量還要大；但為了提高電池的容量需要增加正極的活性物質(zhì)，為了達(dá)到這一要求又提出了各種各樣的方案(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1所揭示的圓柱狀堿性蓄電池，在正極卷末端部的外面，以棱作為邊界，在其前端側(cè)利用沖壓或切削而形成傾斜面。這樣，通過(guò)使正極卷末端部呈梢細(xì)狀，使電極群的外周大致呈正圓形，使電極群與外裝罐之間的空隙減小，該圓柱狀堿性蓄電池提高了容積效率，達(dá)到高容量化的目的。
專利文獻(xiàn)1實(shí)開(kāi)昭53-160720號(hào)公報(bào)然而，即使在正極卷末端部和正極外側(cè)的隔離物之間加裝保護(hù)部件，也有不能充分防止短路發(fā)生的問(wèn)題。
更詳細(xì)地說(shuō)，在正極卷末端部的飛邊中，除了向正極外側(cè)突出的之外，還有向正極的內(nèi)側(cè)突出的。另一方面，由于通過(guò)加裝了保護(hù)部件，電極群的外徑在連接軸心與正極卷末端部的方向上增大，故在將電極群插入外裝罐時(shí)，由外裝罐的開(kāi)口邊緣及周壁從厚度方向兩側(cè)強(qiáng)勁地?cái)D壓正極卷末端部而進(jìn)行壓縮。因此，在正極卷末端部向正極的內(nèi)側(cè)突出的飛邊就會(huì)扎破正極內(nèi)側(cè)的隔離物而與負(fù)極接觸、發(fā)生短路。
另外，在專利文獻(xiàn)1的圓柱狀堿性蓄電池中，在使正極呈梢細(xì)狀時(shí)，正極卷末端部的外側(cè)棱產(chǎn)生飛邊，這個(gè)棱的飛邊，扎破與正極卷末端部外側(cè)重合的隔離物的部分而發(fā)生短路的問(wèn)題。
更詳細(xì)地說(shuō)，在專利文獻(xiàn)1的圓柱狀堿性蓄電池中，電極群橫截面的形狀還未形成為正圓形，其外徑在軸心與正極卷末端部的棱的連接方向上最大。因此，在將電極群插入外裝罐時(shí)，由外裝罐的開(kāi)口邊緣及周壁從厚度方向兩側(cè)強(qiáng)勁地?cái)D壓正極卷末端部的棱的部分而進(jìn)行壓縮。因此，在正極卷末端部的外面，在利用沖壓或切削形成傾斜面，而在棱上產(chǎn)生飛邊的情況下，在將電極群插入外裝罐時(shí)，棱的飛邊被強(qiáng)勁地?cái)D壓，從而扎破正極外側(cè)的隔離物而與負(fù)極接觸，發(fā)生短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，提供一種防止正極卷末端部中的正極內(nèi)側(cè)及外側(cè)兩個(gè)方向上的短路，且適于高容量化的圓柱狀堿性蓄電池。
為了達(dá)到上述目的，在方案1的發(fā)明中，一種圓柱狀堿性蓄電池，其中具備導(dǎo)電性的圓柱狀外裝罐；與堿性電解液一起收納在上述外裝罐內(nèi)，隔著隔離物分別將帶狀的正極及負(fù)極纏繞成螺旋狀的電極群，其特征在于，上述正極具有有一定厚度的正極主體部；一體地形成于上述正極主體部的一端側(cè)上，厚度比上述正極主體部還薄，且在上述正極的內(nèi)面一側(cè)與上述正極主體部構(gòu)成齊平面的正極卷末端部，在上述正極和重合于上述正極外側(cè)的隔離物之間，在上述正極的主體部與上述正極卷末端部之間的邊界上配置有絕緣性的保護(hù)部件。
在上述構(gòu)成中，在將電極群插入外裝罐時(shí)，雖然在正極卷末端部和正極主體部之間的邊界上，在厚度方向施加大的壓力，但由于在邊界和位于正極外側(cè)的隔離物之間加裝了保護(hù)部件，故可以防止棱的飛邊扎破隔離物而與負(fù)極接觸、發(fā)生短路。另外，在將電極群插入外裝罐時(shí)，雖然施加在與棱相反側(cè)的正極內(nèi)面部分上的厚度方向的壓力也大，但該正極的內(nèi)面部分構(gòu)成為齊平面且是平坦的，所以不會(huì)扎破隔離物而與負(fù)極發(fā)生短路。因此，該圓柱狀堿性蓄電池，在正極卷末端部中的正極的兩面?zhèn)榷伎梢苑乐拐龢O與負(fù)極的接觸，從而防止短路。
作為適合上述構(gòu)成的形態(tài)，上述保護(hù)部件，具有200μm以下的厚度(方案2)；30mm以下的長(zhǎng)度(方案3)，且為聚烯制，可以從無(wú)紡布、薄片及帶狀物類中選擇(方案4)。
另外，作為上述構(gòu)成的具體形態(tài)，上述正極將上述正極卷末端部的外側(cè)形成為傾斜面，以使上述正極卷末端部的厚度從上述邊界向前端側(cè)逐漸減小(方案5)。
作為適合上述構(gòu)成的形態(tài)，在方案6的發(fā)明中，其特征在于，上述電極群采用卷芯進(jìn)行纏繞，上述卷芯的外徑為上述外裝罐外徑的30％以下。
在該形態(tài)中，由于電極群的纏繞中所用的卷芯外徑是外裝罐外徑的30％以下，故可以進(jìn)一步防止電池壽命的降低。
在卷芯外徑相對(duì)于外裝罐外徑的比率超過(guò)30％時(shí)，存在于電極群中心軸附近的空洞增大，在充電時(shí)，正極產(chǎn)生的氧氣就容易積存在空洞內(nèi)，負(fù)極的氧氣還原反應(yīng)就會(huì)發(fā)生延遲。氧氣還原反應(yīng)延遲導(dǎo)致內(nèi)壓上升，安全閥啟動(dòng)而使堿電解液漏出，從而降低電池壽命。在這里，在該形態(tài)中，在將正極、負(fù)極及隔離物等收納在外裝罐內(nèi)時(shí)，通過(guò)采用具有相對(duì)外裝罐外徑為30％以下外徑的卷芯來(lái)纏繞電極群，讓電極群中心軸附近的空洞減小，同時(shí)使減小的空洞部分暫時(shí)積蓄氧氣的空間在電池內(nèi)分散，從而使負(fù)極整體的氧氣還原有效地進(jìn)行，以防止氧氣還原反應(yīng)的延遲。因此，在該形態(tài)中，可以防止伴隨內(nèi)壓上升使安全閥作用而導(dǎo)致堿電解液的漏出，從而防止電池壽命的降低。
另外，作為適合上述構(gòu)成的形態(tài)，在方案7的發(fā)明中，其特征在于，具備配置在上述電極群的一端和上述外裝罐的蓋體之間，且具有焊接在上述正極一方表面上的端部以及在上述電極群與上述蓋體之間彎曲的彎曲部的帶狀正極導(dǎo)線，上述電極群有對(duì)應(yīng)于上述卷芯形狀的空洞部，從橫截面看時(shí)，將減去了上述空洞部的截面積的上述電極群的截面積再除以上述外裝罐內(nèi)側(cè)截面積扣除上述電極群空洞部的截面積的值的百分比率(以下，稱電極群截面積比率)為90％以上100％以下。
根據(jù)該形態(tài)，因?yàn)閷㈦姌O群截面積比率設(shè)定在90％以上，所以能夠進(jìn)一步防止內(nèi)部電阻的增大。
當(dāng)電極群截面積比率低的時(shí)候，由于由外裝罐的周壁從直徑方向兩側(cè)向電極群施加的壓縮力減小，故對(duì)電極群的緊縛度降低。在緊縛度低的狀態(tài)下，當(dāng)把焊接在正極一方表面上的正極導(dǎo)線彎曲并在外裝罐開(kāi)口內(nèi)配置蓋體時(shí)，正極的焊接了正極導(dǎo)線端部之處就會(huì)有大負(fù)荷，正極的該處發(fā)生斷裂，內(nèi)部電阻就會(huì)加大。因此，在該形態(tài)中，通過(guò)使電極群截面積比率為90％以上，從而增大施加在電極群上的壓縮力、提高電極群的緊縛度，通過(guò)隔離物從直徑方向兩側(cè)用負(fù)極擠壓并夾持正極的焊接了正極導(dǎo)線端部之處，從而防止正極導(dǎo)線彎曲時(shí)正極的該處的變形。因此，在該形態(tài)中，可以防止在正極的焊接了正極導(dǎo)線端部之處斷裂，防止內(nèi)部電阻的增大。
如以上所說(shuō)明的，本發(fā)明的圓柱狀堿性蓄電池，通過(guò)在正極與位于正極外側(cè)的隔離物之間，加裝覆蓋正極主體部與正極卷末端部的邊界的保護(hù)部件，從而適于高容量化，且可以防止短路，并提高質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的圓柱狀鎳氫二次電池的部分切口立體圖。
圖2是圖1的電池的橫截面圖。
圖3是圖1的電池中的(a)表示電極群的橫截面積的示意圖，以及(b)表示從外裝罐內(nèi)側(cè)的橫截面積中扣除空洞部橫截面積的示意圖。
圖4是將圖1的電池所用的負(fù)極展開(kāi)表示的立體圖。
圖5是圖4的負(fù)極的側(cè)視圖。
圖6是將圖1的電池所用的正極及保護(hù)部件展開(kāi)表示的立體圖。
圖7是將圖1的電池所用的正極及保護(hù)部件展開(kāi)表示的側(cè)視圖。
圖8是圖2中的VIII區(qū)域的放大圖。
圖9是圖1的電池所用的電極群的纏繞方法的說(shuō)明圖。
圖10是表示圖6所示的正極變形例及保護(hù)部件的立體圖。
圖11是表示圖6所示的正極變形例及保護(hù)部件的側(cè)視圖。
圖中10-外裝罐，22-電極群，24-正極，26-負(fù)極，28-隔離物，40-正極卷末端部，58-正極主體部，60-棱(邊界)，61-傾斜面，62-保護(hù)部件。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的AA尺寸的圓柱狀鎳氫二次電池(以下，稱電池A)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，電池A具備形成為上端開(kāi)口的有底圓柱形狀的外裝罐10，外裝罐10有導(dǎo)電性且作為負(fù)極端子發(fā)揮作用。在外裝罐10的開(kāi)口內(nèi)，隔著環(huán)狀絕緣密封圈12配置導(dǎo)電性的蓋板14，通過(guò)鉚接加工開(kāi)口邊緣而將絕緣密封圈12及蓋板14固定在開(kāi)口內(nèi)。
蓋板14的中央有氣眼16，在蓋板14的外面上部配置有堵塞氣眼16的橡膠制閥芯18。而且，在蓋板14的外面上部，還固定著覆蓋閥芯18的帽子狀正極端子20，正極端子20將閥芯18壓在蓋板14上。因此，通常時(shí)，外裝罐10利用蓋板14將絕緣密封圈12及閥芯18一起氣密性地閉塞。另一方面，在外裝罐10內(nèi)產(chǎn)生氣體且其內(nèi)壓提高時(shí)，閥芯18被壓縮，氣體通過(guò)氣眼16從外裝罐排出。即，由蓋板14、閥芯18及正極端子20形成安全閥。
大致呈圓形的電極群22與堿電解液(未圖示)一起收納在外裝罐10內(nèi)，電極群22的最外周部與外裝罐10的周壁直接接觸。電極群22，由正極24、負(fù)極26及隔離物28組成，作為堿電解液，可以列舉出氫氧化鈉水溶液、氫氧化鋰水溶液、氫氧化鉀水溶液及混合這些溶液中的兩種以上的水溶液。
此外，在外裝罐10內(nèi)，在電極群22的一端與蓋板14之間配置有正極導(dǎo)線30，正極導(dǎo)線30的兩端連接著正極24及蓋板14。因此，正極端子20和正極24之間，通過(guò)正極導(dǎo)線30及蓋板14進(jìn)行電連接。更詳細(xì)地說(shuō)，正極導(dǎo)線30呈帶狀，在將蓋板14配置在外裝罐10的開(kāi)口內(nèi)時(shí)，正極導(dǎo)線30彎曲收納在電極群22和蓋板14之間，正極導(dǎo)線30的電極群22一側(cè)的端部在與正極24一方的表面面接觸的狀態(tài)下進(jìn)行焊接。再者，在蓋板14和電極群22之間配置有圓形的絕緣材料32，正極導(dǎo)線30通過(guò)設(shè)置在絕緣材料32的縫隙而延伸出。另外，在電極群22與外裝罐10的底部之間也配置有圓形的絕緣材料34。
參照?qǐng)D2，在電極群22中，正極24及負(fù)極26，以將隔離物28夾持在其間的狀態(tài)，在電極群22的直徑方向看相互重合。
更詳細(xì)地說(shuō)，電極群22是分別準(zhǔn)備帶狀的正極24、負(fù)極26及隔離物28，隔著隔離物28從正極24及負(fù)極26的各自一端開(kāi)始用卷芯纏繞成螺旋狀而形成這些的。因此，正極24及負(fù)極26的一端部(卷始端部)36、38位于電極群22的中心一側(cè)，另一方面正極24及負(fù)極26的其他端部(卷末端部)40、42位于電極群22的外周一側(cè)。另外，負(fù)極26，比正極24長(zhǎng)，從正極卷始端部36內(nèi)側(cè)到正極卷末端部40的外側(cè)以螺旋狀延伸，隔著隔離物28跨越縱向全域地從兩側(cè)夾持著正極24。在電極群22的最外周部，不纏繞隔離物28，而是由負(fù)極26形成電極群22的最外周部。在電極群22的最外周部，負(fù)極26與外裝罐10互相電連接，另外，負(fù)極卷末端部42，在電極群22的外周方向上超出正極卷末端部40地延伸，通過(guò)隔離物28，負(fù)極26覆蓋正極卷末端部40的直徑方向外側(cè)。
由于在纏繞后拔出卷芯，故電極群22在其中心具有對(duì)應(yīng)于卷芯的形狀的空洞部44。此時(shí)，電極群22的橫截面積，如圖3(a)的斜線所示，為從外裝罐10內(nèi)側(cè)的截面積中減去空洞部44、電極群22與外裝罐10間產(chǎn)生的間隙45的值，但作為本實(shí)施方式的最佳形態(tài)，該電極群22的橫截面積除以從外裝罐10的周壁內(nèi)側(cè)截面積中扣除空洞部44的截面積的值，即圖3(b)斜線所示的橫截面積的值的百分率，即電極群橫截面積比率應(yīng)在90％以上100％以下的范圍內(nèi)。
作為隔離物28的材質(zhì)，可以列舉出如聚酰胺纖維制無(wú)紡布、在聚乙烯或聚丙烯等聚烯纖維制無(wú)紡布上附加了親水性官能團(tuán)的材料。
負(fù)極26，如圖4及圖5展開(kāi)所示的那樣，具有做成帶狀的導(dǎo)電性負(fù)極芯體46，在該負(fù)極芯體46上保持著負(fù)極去極化合劑。負(fù)極芯體46，由在厚度方向有多個(gè)貫通孔的薄片狀金屬材料構(gòu)成，作為這種材料，可以列舉出如穿孔金屬板、金屬粉末燒結(jié)體基板、多孔金屬網(wǎng)及鎳網(wǎng)等。特別是，穿孔金屬板或?qū)⒔饘俜勰┏尚秃鬅Y(jié)而成的金屬粉末燒結(jié)體基板適用于負(fù)極芯體46。再者，在圖1及圖2中，為了繪圖上的方便，而省略了負(fù)極芯體46。
由于電池A是鎳氫二次電池，故負(fù)極去極化合劑由能吸收及釋放作為負(fù)極活性物質(zhì)的氫的氫吸收合金粒子及粘結(jié)劑組成。
氫吸收合金粒子，只要是在電池A充電時(shí)可以吸收堿電解液中電化學(xué)產(chǎn)生的氫，且在放電時(shí)可以容易地釋放所吸收的氫就可以。作為這種氫吸收合金雖然沒(méi)有特別的限制，但例如可以舉出如LaNi5或MmNi5(Mm為混合稀土合金)等AB5類型的物質(zhì)。另外，作為粘結(jié)劑，可以分別列舉出親水性或疏水性的聚合物等。
上述負(fù)極去極化合劑，填充在負(fù)極芯體46的貫通孔內(nèi)的同時(shí)，由于負(fù)極芯體46為薄片狀，故以層狀保持在負(fù)極芯體46的兩面上。以下，將覆蓋負(fù)極芯體46的直徑方向內(nèi)面且朝向電極群22的中心軸側(cè)的負(fù)極去極化合劑的層稱為內(nèi)側(cè)氫吸收合金層48或內(nèi)側(cè)合金層48，將覆蓋負(fù)極芯體46的直徑方向外面且朝向電極群22外側(cè)的負(fù)極去極化合劑的層稱為外側(cè)氫吸收合金層50或外側(cè)合金層50。
在負(fù)極26中，內(nèi)側(cè)合金層48的厚度T2，從負(fù)極卷始端部38開(kāi)始到負(fù)極卷末端部42是恒定的。另一方面，外側(cè)合金層50，在負(fù)極卷始端部38和負(fù)極卷末端部42之間厚度變化，負(fù)極26，關(guān)于外側(cè)合金層50的厚度，在負(fù)極芯體46的較長(zhǎng)方向看有3個(gè)區(qū)域，即，以從負(fù)極卷始端部38到負(fù)極卷末端部42的順序，分為主體部52、邊界部54及薄壁部56。
主體部52纏繞在電極群22的內(nèi)側(cè)，隔著隔離物28在兩側(cè)配置有正極24。主體部52的外側(cè)合金層50的厚度，與內(nèi)側(cè)合金層48的厚度T2相等，是恒定的。
薄壁部56，在電極群22的外側(cè)纏繞形成電極群22的最外周部，隔著隔離物28地覆蓋正極卷頭的端部40的外側(cè)，另一方面與外裝罐10的周壁緊密連接。薄壁部56中的外側(cè)合金層50的厚度T1，在負(fù)極芯體46的縱向看是恒定的，而且，主體部52中的外側(cè)合金層50的厚度，即比內(nèi)側(cè)合金層48的厚度T2要薄。因此，在薄壁部56中，內(nèi)側(cè)合金層48比外側(cè)合金層50厚。
邊界部54形成于主體部52和薄壁部56之間。邊界部54在纏繞為電極群22時(shí)，最好位于從電極群22外圍方向看與正極卷末端部40不同的位置上，在本實(shí)施方式中，在正極卷末端部40的內(nèi)側(cè)隔著隔離物28而配置有主體部52。但是，并未特別限制邊界部54與正極卷末端部40的外周方向位置。另外，邊界部54具有長(zhǎng)度L1，在負(fù)極芯體46的縱向看厚度發(fā)生變化。更詳細(xì)地說(shuō)，邊界部54的外側(cè)合金層50的厚度，從主體部52向薄壁部56大體上以恒定的變化率逐漸減少，從厚度T2變化到厚度T1。
而且，如上所述，負(fù)極26有主體部52、邊界部54及薄壁部56，雖然優(yōu)選薄壁部56的厚度比主體部52的厚度薄，但不特別限制負(fù)極26的厚度，在縱向看為恒定厚度也可以。
正極24，有帶狀的導(dǎo)電性正極芯體，該芯體上保持有正極去極化合劑。正極芯體具有3維的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，即多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如鎳制的金屬體，正極去極化合劑保持在金屬體的連通孔內(nèi)。
正極去極化合劑，例如由正極活性物質(zhì)、添加劑及粘結(jié)劑組成。作為正極活性物質(zhì)，雖然并未特別限定，但可以列舉出氫氧化鎳粒子，或固溶了鈷、鋅、鎘等的氫氧化鎳粒子。另外，作為添加劑，除了氧化釔以外，可以列舉出氧化鈷、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、氧化鉺等稀土類化合物等，作為粘結(jié)劑可以列舉出親水性或疏水性聚合物等。
如圖6及圖7所展開(kāi)表示的那樣，正極24具備有一定厚度的正極主體部58，正極卷末端部40與正極主體部58的一端形成為一體。正極卷末端部40的厚度比正極主體部58薄且在正極24的直徑方向內(nèi)面?zhèn)扰c正極主體部58成為齊平面。
而且，正極卷末端部40，從作為與正極主體部58的邊界的棱60開(kāi)始，前端(正極卷末端部)側(cè)的外面形成為傾斜面61，正極24的厚度從棱60向前端以一定的變化率逐漸減小。棱60及傾斜面61，如后所述地利用切削或沖壓而形成于正極卷末端部40的外面，但在棱60上存在著該形成時(shí)所產(chǎn)生的飛邊。再者，在圖6及圖7中，與正極24一起還展開(kāi)表示了以下說(shuō)明的保護(hù)部件62。
如圖8放大后所示的那樣，保護(hù)部件62配置在正極卷末端部40的外面與覆蓋正極卷末端部40外面的隔離物28的一部分之間。即，保護(hù)部件62，加裝在正極24與正極24外側(cè)的隔離物28之間。保護(hù)部件62有絕緣性，如圖6及圖7所展開(kāi)表示的那樣，形成為薄片狀，且能覆蓋正極24的整條棱60。
保護(hù)部件62的尺寸，設(shè)定為在將電極群插入外裝罐10時(shí)，棱60及其周邊部分的飛邊不貫通保護(hù)部件62及隔離物28即可，并未特別地限定。但是，作為本實(shí)施方式的最佳狀態(tài)，保護(hù)部件62的厚度T3，設(shè)定在10μm以上200μm以下的范圍內(nèi)。另外，在正極24的縱向，即從電極群22的周邊方向看保護(hù)部件62的長(zhǎng)度L2，作為本實(shí)施方式的優(yōu)選狀態(tài)，設(shè)定為1mm以上30mm以下的范圍內(nèi)。
在這里，所謂保護(hù)部件62的厚度T3，即拆開(kāi)電池A取出保護(hù)部件62干燥后，用千分尺對(duì)干燥的保護(hù)部件62的多個(gè)地方測(cè)量厚度，所取得的這些測(cè)量值的平均值。另外，所謂保護(hù)部件的長(zhǎng)度L2，即與厚度T3的情況相同，將電池A拆開(kāi)取出保護(hù)部件62干燥后，將干燥的保護(hù)部件62在平面上展開(kāi)，然后用直尺等測(cè)量所得的值。
另外，關(guān)于保護(hù)部件62的材質(zhì)及形態(tài)，雖然設(shè)定為在將電極群22插入外裝罐10內(nèi)時(shí)，棱60及其周邊部分的飛邊不貫通保護(hù)部件62及隔離物28，但并未特別地限定。但是，作為保護(hù)部件62的材質(zhì)，最好采用具有耐堿性和親水性的雙重特性的聚烯系聚合物，例如優(yōu)選PP(聚丙烯)，而保護(hù)部件62的形態(tài)優(yōu)選采用無(wú)紡布、薄片或帶狀物。
上述電池A，可以適用通常的方法進(jìn)行制造，以下對(duì)正極24的制造方法及電極群22的制造(纏繞)方法的各一例進(jìn)行說(shuō)明。
在制造正極24時(shí)，首先，準(zhǔn)備正極芯體，如鎳制金屬體的薄片及正極去極化合劑涂漿，將正極去極化合劑涂漿充填到金屬體后使其干燥。接著，將充填有正極去極化合劑的干燥狀態(tài)的金屬體，通過(guò)一對(duì)壓輥之間的間隙，從其厚度方向兩側(cè)壓縮、調(diào)整厚度之后，將成為正極卷末端部40的地方切削或沖壓形成傾斜方面61之后，按所定的尺寸裁斷，從而得到正極24。另外，在正極24中焊接正極導(dǎo)線30之處，例如通過(guò)施加超聲波而將正極去極化合劑部分去除。
電極群22，是將上述制造方法所得的正極24與另外準(zhǔn)備的負(fù)極26及隔離物28，按圖9所示，用卷芯64纏繞而制成。在圓柱狀卷芯64上形成有沿卷芯64的軸線方向延伸且在其直徑方向?qū)⒕硇?4分割成兩半的狹縫66。在該狹縫66夾持隔離物28的狀態(tài)下，按圖中箭頭68所指的方向轉(zhuǎn)動(dòng)卷芯64，同時(shí)，通過(guò)向卷芯64連續(xù)地放出正極24、負(fù)極26及隔離物28，從而纏繞成電極群22。這時(shí)，雖然未特別地限定卷芯64外徑D，但作為本實(shí)施方式的優(yōu)選狀態(tài)，電極群22是用具有外裝罐10外徑D(參照?qǐng)D2)的0％以上30％以下外徑d的卷芯64纏繞而成的。另外，在圖9中，為了避免畫(huà)線復(fù)雜，而省略了隔離物28的剖面線。
根據(jù)上述構(gòu)成的電池A，由于正極24的卷末端部40變薄，固電極群22的外周形狀大體呈正圓形，電極群22與外裝罐10的周壁之間的間隙45(參照?qǐng)D3)變小，從而提高了容積效率。因此，該電池A適于高容量化。
而且，在此基礎(chǔ)之上，電池A可以防止在正極卷末端部40中的正極24的直徑方向內(nèi)面?zhèn)燃巴饷鎮(zhèn)鹊亩搪?，提高了質(zhì)量。
在電池A中，正極卷末端部40的外面有棱60存在，也有棱60的飛邊存在。然而，在棱60和覆蓋該棱60的隔離物28之間配置了保護(hù)部件62，當(dāng)電極群22插入外裝罐10時(shí)，即使從電極群22的直徑方向，即正極24的厚度方向兩側(cè)強(qiáng)勁地?cái)D壓棱60，也由于有保護(hù)部件62覆蓋著棱60，從而防止棱60的飛邊扎破隔離物28而與負(fù)極26接觸。即，通過(guò)保護(hù)部件62，可以防止正極卷末端部40在正極24外側(cè)的短路。另外，當(dāng)電極群22插入外裝罐10時(shí)，與棱60相反側(cè)的正極24的內(nèi)面部分70也受到強(qiáng)勁擠壓(參照?qǐng)D7)，但由于該內(nèi)面部分70做成齊表面且是平坦的，沒(méi)有飛邊，所以不會(huì)扎破隔離物28而短路。即，也可以防止在正極卷末端部40的正極24內(nèi)面?zhèn)鹊亩搪?。而且，由于正極卷末端部40的前端形成得薄，故當(dāng)電極群22插入外裝罐10時(shí)，不會(huì)強(qiáng)勁地?cái)D壓正極卷末端部，從而也可以防止正極卷末端部中的短路的發(fā)生。
另外，因?yàn)樽鳛閮?yōu)選形態(tài)，將電池A的保護(hù)部件62的厚度T3設(shè)定在10μm以上200μm以下的范圍內(nèi)，故在可以確實(shí)地防止短路的同時(shí)，還可以防止負(fù)極容量的降低及內(nèi)部電阻的增大。
當(dāng)保護(hù)部件62的厚度T3不滿10μm時(shí)，棱60的飛邊容易貫通保護(hù)部件62及隔離物28而發(fā)生短路。同時(shí)，在保護(hù)部件62的厚度T3超過(guò)200μm時(shí)，在插入了保護(hù)部件62的電極群22的外周方向位置上電極群22的外徑增大，當(dāng)電極群22插入外裝罐10時(shí)，在該外周方向位置上負(fù)極26的薄壁部56與外裝罐10開(kāi)口邊緣以及周壁就會(huì)劇烈滑動(dòng)，內(nèi)及外合金層48、50就會(huì)從負(fù)極芯體46剝落而導(dǎo)致負(fù)極容量降低，負(fù)極芯體46就會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂，從而導(dǎo)致內(nèi)部電阻增大。
而且，在電池A中，作為優(yōu)選形態(tài)，由于將保護(hù)部件62的長(zhǎng)度L2設(shè)定在1mm以上30mm以下的范圍內(nèi)，故在使保護(hù)部件容易地插入電極群22內(nèi)的同時(shí)，還可以防止充放電特性的降低。
當(dāng)保護(hù)部件62的長(zhǎng)度L2不滿1mm時(shí)，在電極群22纏繞時(shí)插入覆蓋棱60的保護(hù)部件62就會(huì)很困難。另外，保護(hù)部件62的長(zhǎng)度L2如果超過(guò)30mm，則由于保護(hù)部件62自身不會(huì)有助于電池反應(yīng)，因而不僅導(dǎo)致容積效率的降低，在插入保護(hù)部件62的電極群22的領(lǐng)域內(nèi)，正極24與負(fù)極26的薄壁部56之間的極板間隔就會(huì)擴(kuò)大，因而在該領(lǐng)域的充放電特性就會(huì)下降。
另外，在電池A中，由于纏繞電極群22用的卷芯64的外徑d為外裝罐10外徑D的30％以下，故可以進(jìn)一步防止電池壽命的降低。
若卷芯外徑相對(duì)于外裝罐10的外徑D的比率超過(guò)30％，則電極群22的中心軸附近存在的空洞44就會(huì)變大，充電時(shí)正極24產(chǎn)生的氧氣就容易積存在該空洞44內(nèi)，負(fù)極26的氧氣還原反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生延遲。若氧氣還原反應(yīng)延遲則內(nèi)壓就會(huì)上升，安全閥動(dòng)作而使堿電解液漏出，電池壽命就會(huì)下降。因此，在電池A中，在將正極24、負(fù)極26及隔離物28等收納在外裝罐10內(nèi)時(shí)，通過(guò)采用具有相對(duì)外裝罐10的外徑D為30％以下外徑d的卷芯64來(lái)纏繞電極群22，使電極群22的中心軸附近的空洞44減小，同時(shí)，使空洞44減小部分暫時(shí)蓄積氧氣的空間分散在電池內(nèi)，從而使負(fù)極26整體的氧氣還原反應(yīng)有效地進(jìn)行，防止氧氣還原反應(yīng)的延遲。因此，在電池A中，可以防止伴隨內(nèi)壓上升的安全閥啟動(dòng)而使堿電解液漏出，并且防止電池壽命的降低。
而且，在電池A中，由于將電極群橫截面積比率設(shè)定在90％以上，所以進(jìn)一步防止內(nèi)部電阻的增大。
當(dāng)電極群橫截面積比率低的時(shí)候，由于由外裝罐10的周壁從直徑方向兩側(cè)向電極群22施加的壓縮力變小，故電極群22中的緊縛度變低。在緊縛度低的狀態(tài)下，在將端部焊接在正極24一方的面上的正極導(dǎo)線30彎曲，并將蓋板14配置在外裝罐10開(kāi)口內(nèi)時(shí)，焊接了正極導(dǎo)線30的端部正極24之處就會(huì)有大負(fù)荷，正極24的該處就會(huì)產(chǎn)生斷裂而使內(nèi)部電阻提高。因此，在電池A中，通過(guò)使電極群橫截面面積比率為90％以上，則施加在電極群22上的壓縮力增大，而使緊縛度提高，通過(guò)隔離物28從直徑方向兩側(cè)以負(fù)極26擠壓夾持焊接了正極導(dǎo)線30端部的正極24之處，從而防止正極導(dǎo)線30彎曲時(shí)在正極24的該處的變形。因此，在電池A中，可以防止正極24的焊接了正極導(dǎo)線端部30之處的斷裂，可以防止內(nèi)部電阻的增大。
本發(fā)明，不局限于上述的實(shí)施方式，能進(jìn)行各種各樣的變形，例如，電池A，可以是圓柱狀鎳鎘蓄電池，另外也可以是AAA尺寸等。
而且，取代在正極卷末端部40的外面上形成的傾斜面61，如圖10及圖11所示，可以在正極卷末端部40上形成階梯面72，使正極卷末端部40在一定厚度上比正極主體部58薄。
另外，正極24也可以在穿孔金屬板制的正極芯體兩面上保持有正極去極化合劑。
而且，保護(hù)部件62，可以至少在一側(cè)的表面上有粘接層，附著在正極卷末端部40的外面或隔離物28。
實(shí)施方式1～6、比較例11.電池的組裝作為實(shí)施方式1～6，各組裝100個(gè)具有圖1，2，4，5，6及7所示結(jié)構(gòu)的AA尺寸的圓柱狀鎳氫二次電池。
同時(shí)，作為比較例1，組裝100個(gè)除不具有保護(hù)部件62以外，結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1相同的圓柱狀鎳氫二次電池。
在這里，實(shí)施方式1～6的保護(hù)部件62，不論哪個(gè)都與隔離物28相同，由聚丙烯纖維制無(wú)紡布構(gòu)成，在表1中示出保護(hù)部件62的尺寸(厚度、長(zhǎng)度)。
2.電池的特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)針對(duì)得到的實(shí)施方式1～6、比較例1的各圓柱狀鎳氫二次電池，計(jì)算100個(gè)中發(fā)生短路的個(gè)數(shù)，其結(jié)果如表1所示。
表1


從表1看出，在將覆蓋棱60的保護(hù)部件62加裝在正極24與隔離物28之間的實(shí)施方式1～6中，與沒(méi)有加裝保護(hù)部件62的比較例1相比，可以防止短路發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種圓柱狀堿性蓄電池，其中具備導(dǎo)電性的圓柱狀外裝罐；與堿性電解液一起收納在上述外裝罐內(nèi)，隔著隔離物分別將帶狀的正極及負(fù)極纏繞成螺旋狀的電極群，其特征在于，上述正極具有有一定厚度的正極主體部；和一體地形成于上述正極主體部的一端側(cè)上，厚度比上述正極主體部還薄，且在上述正極的內(nèi)面一側(cè)與上述正極主體部構(gòu)成齊平面的正極卷末端部，在上述正極和重合于上述正極外側(cè)的隔離物之間，在上述正極的主體部與上述正極卷末端部之間的邊界上配置有絕緣性的保護(hù)部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，上述保護(hù)部件，具有200μm以下的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，上述保護(hù)部件，具有30mm以下的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，上述保護(hù)部件，是聚烯制，可以從無(wú)紡布、薄片及帶狀物類中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，上述正極將上述正極卷末端部的外側(cè)形成為傾斜面，以使上述正極卷末端部的厚度從上述邊界向前端側(cè)逐漸減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，上述電極群采用卷芯進(jìn)行纏繞，上述卷芯的外徑為上述外裝罐外徑的30％以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀堿性蓄電池，其特征在于，具備配置在上述電極群的一端和上述外裝罐的蓋體之間，且具有焊接在上述正極一方表面上的端部以及在上述電極群與上述蓋體之間彎曲的彎曲部的帶狀正極導(dǎo)線，上述電極群采用卷芯進(jìn)行纏繞，并有對(duì)應(yīng)于上述卷芯形狀的空洞部，從橫截面看時(shí)，將減去了上述空洞部的截面積的上述電極群的截面積再除以上述外裝罐內(nèi)側(cè)截面積扣除上述電極群空洞部的截面積的值的百分比率為90％以上100％以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適于高容量化且可以防止短路并提高質(zhì)量的圓柱狀堿性蓄電池。其特征在于，圓柱狀堿性蓄電池具備導(dǎo)電性的圓柱狀外裝罐(10)；和與堿性電解液一起收納在外裝罐(10)內(nèi)，隔著隔離物(28)分別將帶狀的正極(24)及負(fù)極(26)纏繞成螺旋狀的電極群(22)，正極(24)具有有一定厚度的正極主體部(58)；和一體地形成于正極主體部(58)的一端側(cè)上，厚度比正極主體部(58)還薄，且在正極(24)的內(nèi)面一側(cè)與正極主體部(58)構(gòu)成齊平面的正極卷末端部(40)，在正極(24)和重合于正極(24)外側(cè)的隔離物(28)之間，在正極主體部(58)與正極卷末端部(40)之間的邊界(60)上配置有絕緣性的保護(hù)部件(62)。
文檔編號(hào)H01M2/14GK1581559SQ20041007165
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者前田泰史 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社