專(zhuān)利名稱(chēng)：圓筒形堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于高容量化的圓筒形堿性蓄電池。
背景技術(shù)：
作為堿性蓄電池，根據(jù)所含活性物質(zhì)的種類(lèi)，例如可以舉出鎳鎘二次電池、鎳氫二次電池等，在這些堿性蓄電池中，有如下的圓筒形的蓄電池，即，在帶狀的負(fù)極和正極之間夾隔隔膜，分別將帶狀的負(fù)極和正極卷繞成螺旋狀，形成電極組，并將其收裝在圓筒狀的外包裝罐中。
在此種圓筒形堿性蓄電池中，雖然為了防止過(guò)充電時(shí)產(chǎn)生的氧氣還原而使內(nèi)壓上升，負(fù)極容量要大于正極容量，但是，為了提高電池容量，要求增加正極活性物質(zhì)，已經(jīng)提出了依照該要求的各種方案(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公布的圓筒形堿性蓄電池通過(guò)使位于電極組的最外周并且對(duì)電池反應(yīng)的貢獻(xiàn)小的負(fù)極的部分的厚度比其他的部分更薄，來(lái)提高體積效率，從而達(dá)成高容量化。
特開(kāi)平4-206474號(hào)公報(bào)但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)1的圓筒形堿性蓄電池有如下的問(wèn)題，即，在位于電極組的最外周的負(fù)極的薄壁部上產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂，該產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜而與正極直接接觸，從而產(chǎn)生短路，或者在該位置處，電阻變高，內(nèi)部電阻增大，在充放電時(shí)產(chǎn)生異常發(fā)熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決所述的問(wèn)題，提供適于高容量化并且防止了短路及內(nèi)部電阻的增大的圓筒形堿性蓄電池。
為了達(dá)成所述的目的，本發(fā)明之一是具有導(dǎo)電性的筒狀外包裝罐、和電極組的圓筒形堿性蓄電池，其中電極組如下配置，即，與堿性電解液一起被收裝于所述外包裝罐中，將包括帶狀的負(fù)極芯體和被保持在該負(fù)極芯體上的活性物質(zhì)層的負(fù)極以及正極夾隔隔膜卷繞成螺旋狀，使得所述負(fù)極被設(shè)于最外周位置上，由所述負(fù)極構(gòu)成的最外周部與所述外包裝罐的周壁接觸，并且?jiàn)A隔所述隔膜而被配置于所述正極的外端的外側(cè)，其特征是，所述負(fù)極具有被卷繞在所述電極組的內(nèi)側(cè)的主體部、被作為所述電極組的最外周部卷繞并且與所述主體部相比所述活性物質(zhì)層的厚度更薄而且所述活性物質(zhì)層的每單位體積所含的活性物質(zhì)量更少的薄壁部、形成于所述主體部和所述薄壁部之間并且在所述負(fù)極芯體的長(zhǎng)度方向看所述活性物質(zhì)層的厚度發(fā)生變化的交界部，所述正極的外端及所述負(fù)極的交界部被設(shè)于所述電極組的相互不同的周方向位置上。
在所述構(gòu)成中，由于負(fù)極具有薄壁部，因此圓筒形堿性蓄電池適于高容量化。另外，由于交界部和正極的外端被設(shè)于電極組的相互不同的周方向位置上，因此在電極組向外包裝罐中插入時(shí)產(chǎn)生的、覆蓋正極外端的外側(cè)的薄壁部的折曲較小，另一方面，由于薄壁部與主體部相比，活性物質(zhì)層的每單位體積所含的活性物質(zhì)量更少，而且薄壁部比主體部更柔軟，因此在電極組插入時(shí)，薄壁部就會(huì)不產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂地被折曲。所以，該圓筒形堿性蓄電池可以防止由薄壁部的細(xì)裂紋或破裂造成的內(nèi)部電阻的增大、基于該情況的充放電時(shí)的發(fā)熱或者產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜與正極接觸而產(chǎn)生的短路。
本發(fā)明之二的特征是，所述薄壁部的活性物質(zhì)層的每單位面積所含的活性物質(zhì)量為所述主體部的活性物質(zhì)層的每單位面積所含的活性物質(zhì)量的40％～75％。
在所述構(gòu)成中，通過(guò)使薄壁部的每單位面積所含的活性物質(zhì)量處于主體部的每單位面積所含的活性物質(zhì)量的40％～75％的范圍內(nèi)，就會(huì)使得薄壁部較薄，同時(shí)，還確保在薄壁部中參與和正極的電池反應(yīng)及繞進(jìn)電極組和外包裝罐的周壁之間的氧氣的還原反應(yīng)的活性物質(zhì)量。所以，該圓筒形堿性蓄電池適于高容量化，同時(shí)可以防止循環(huán)特性的惡化。
本發(fā)明之三的特征是，所述負(fù)極芯體由沖孔金屬片構(gòu)成，所述活性物質(zhì)層被保持在所述負(fù)極芯體的兩面上，在所述薄壁部中，被保持在所述負(fù)極芯體的內(nèi)側(cè)的活性物質(zhì)層比被保持在所述負(fù)極芯體的外側(cè)的活性物質(zhì)層更厚。
在所述構(gòu)成中，通過(guò)使夾隔隔膜與正極相面對(duì)、并且參與和正極的電池反應(yīng)及氧氣的還原反應(yīng)這兩種反應(yīng)的、被保持在負(fù)極芯體的內(nèi)側(cè)的活性物質(zhì)層的厚度，比與電極組的外包裝罐接觸、并且只參與繞進(jìn)電極組和外包裝罐的周壁之間的氧氣的還原反應(yīng)的、被保持在負(fù)極芯體的外側(cè)的活性物質(zhì)層的厚度更厚，可以使高容量化和循環(huán)特性有效地并存。
本發(fā)明之四的特征是，所述薄壁部的長(zhǎng)度為所述外包裝罐的內(nèi)徑的2.5倍～3.8倍。
在所述構(gòu)成中，由于正極的外端及負(fù)極的交界部被設(shè)于電極組的相互不同的周方向位置上，因此雖然只是部分的，但是有正極被配置于薄壁部的兩側(cè)的情況或正極被配置于主體部的外側(cè)的情況。在這些情況下，有可能在參與和正極的電池反應(yīng)的活性物質(zhì)量中發(fā)生過(guò)量或不足，從而使高容量化和循環(huán)特性之間的均衡產(chǎn)生偏移。所以，該構(gòu)成中，通過(guò)使薄壁部的長(zhǎng)度落入外包裝罐的內(nèi)徑的2.5倍～3.8倍的范圍內(nèi)，就可以抑制活性物質(zhì)量的過(guò)量或不足，從而更可靠地使高容量化和循環(huán)特性并存。
本發(fā)明之五的特征是，所述交界部的所述活性物質(zhì)層的傾斜角度超過(guò)0度而小于10度。
在所述構(gòu)成中，通過(guò)使交界部的活性物質(zhì)層的傾斜角度落入0°＜θ＜10°的范圍內(nèi)，而使得厚度緩慢變化，就可以防止卷繞時(shí)的應(yīng)力集中，消除交界部的強(qiáng)度不足，并且防止在交界部產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂。所以，該圓筒形堿性蓄電池可以防止由薄壁部的細(xì)裂紋或破裂造成的內(nèi)部電阻的增大、基于該情況的充放電時(shí)的發(fā)熱或者產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜與正極接觸而產(chǎn)生的短路。
本發(fā)明之六的特征是，所述交界部的負(fù)極芯體的每單位面積的質(zhì)量與所述主體部的負(fù)極芯體的每單位面積的質(zhì)量相比更大。
在所述構(gòu)成中，通過(guò)使得交界部與主體部及薄壁部相比，負(fù)極芯體的每單位面積的質(zhì)量更大，即加強(qiáng)了交界部的負(fù)極芯體，同時(shí)防止在卷繞時(shí)在交界部產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂。所以，該圓筒形堿性蓄電池可以更可靠地防止由交界部的細(xì)裂紋或破裂造成的內(nèi)部電阻的增大、基于該情況的充放電時(shí)的發(fā)熱或者產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜與正極接觸而產(chǎn)生的短路。
如上說(shuō)明所示，根據(jù)本發(fā)明的圓筒形堿性蓄電池，在電極組向外包裝罐中插入時(shí)，負(fù)極的薄壁部不會(huì)產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂地被折曲。所以，該圓筒形堿性蓄電池可以防止由薄壁部的細(xì)裂紋或破裂造成的內(nèi)部電阻的增大、基于該情況的充放電時(shí)的發(fā)熱或者產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜與正極接觸而產(chǎn)生的短路。
此外，適于高容量化并且防止了短路及內(nèi)部電阻的增大的本發(fā)明的圓筒形堿性蓄電池適用于輸送用機(jī)械、施工用機(jī)械、通信機(jī)器、電氣·電子機(jī)器及玩具等各種電源，有很大的工業(yè)價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的圓筒形鎳氫二次電池的局部切口立體圖。
圖2是圖1的電池的橫剖面圖。
圖3是將圖1的電池中使用的負(fù)極展開(kāi)表示的立體圖。
圖4是圖3的負(fù)極的側(cè)視圖。
圖5是用于說(shuō)明正極外端及負(fù)極交界部的周方向位置關(guān)系的電極組的示意圖。
圖6是用于說(shuō)明正極外端及負(fù)極交界部的周方向位置關(guān)系的電極組的示意圖。
圖7是本發(fā)明的其他的實(shí)施方式的圓筒形鎳氫二次電池中使用的負(fù)極芯體的俯視圖。
圖8是本發(fā)明的另一個(gè)的實(shí)施方式的圓筒形鎳氫二次電池中使用的負(fù)極芯體的剖面圖。
其中，26-負(fù)極，46-負(fù)極芯體，48-內(nèi)側(cè)貯氫合金層，50-外側(cè)貯氫合金層，52-主體部，54-交界部，56-薄壁部具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圓筒形堿性鎳氫二次電池(以下稱(chēng)為電池A)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，電池A具有形成上端開(kāi)口的有底圓筒形的外包裝罐10，外包裝罐10具有導(dǎo)電性，作為負(fù)極端子發(fā)揮作用。在外包裝罐10的開(kāi)口內(nèi)，夾隔環(huán)狀的絕緣墊12，配置導(dǎo)電性的蓋板14，通過(guò)對(duì)開(kāi)口邊緣進(jìn)行鉚接加工，將絕緣墊12及蓋板14固定在開(kāi)口內(nèi)。
蓋板14在中央具有排氣孔16，在蓋板14的外表面上，配置有堵塞排氣孔16的橡膠制的閥體18。另外，在蓋板14的外表面上，還固定有覆蓋閥體18的帽子狀的正極端子20，正極端子20將閥體18向蓋板14推壓。所以，通常時(shí)，外包裝罐10被絕緣墊12及閥體18和蓋板14氣密性地閉塞。另一方面，在外包裝罐10內(nèi)產(chǎn)生氣體而使其內(nèi)壓升高的情況下，閥體18被壓縮，將氣體穿過(guò)排氣孔16從外包裝罐10中排出。即，蓋板14、閥體18及正極端子20形成安全閥。
在外包裝罐10內(nèi)，與堿性電解液(未圖示)一起，收裝有近似圓柱狀的電極組22，電極組22的最外周部與外包裝罐10的周壁直接接觸。電極組22由正極24、負(fù)極26及隔膜28構(gòu)成，作為堿性電解液，例如可以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了它們當(dāng)中2種以上的水溶液等。
另外，在外包裝罐內(nèi)，在電極組22的一端和蓋板14之間，配置有正極引線30，正極引線30的兩端與正極24及蓋板14連接。所以，借助正極引線30及蓋板14將正極端子20和正極24之間電連接。而且，在蓋板14和電極組22之間，配置有圓形的絕緣構(gòu)件32，正極引線30穿過(guò)設(shè)于絕緣構(gòu)件32上的狹縫延伸。另外，在電極組22和外包裝罐10的底部之間，也配置有圓形的絕緣構(gòu)件34。
參照?qǐng)D2時(shí)，在電極組22中，正極23及負(fù)極26在將隔膜28夾在中間的狀態(tài)下，從電極組22的徑向看，被交替地重合在一起。
更具體來(lái)說(shuō)，電極組22如下形成，即，分別準(zhǔn)備帶狀的正極24、負(fù)極26及隔膜28，將正極24及負(fù)極26夾隔隔膜28，使用卷芯，從它們的一端側(cè)卷繞成螺旋狀。所以，正極24及負(fù)極26的一端(內(nèi)端)36、38位于電極組22的中心側(cè)，另一方面，正極24及負(fù)極26的另一端(外端)40、42位于電極組22的外周側(cè)。另外，負(fù)極26與正極24相比更長(zhǎng)，從正極內(nèi)端36的內(nèi)側(cè)成螺旋狀延伸至正極外端40的外側(cè)，夾隔隔膜28，跨越長(zhǎng)度方向的全部從兩側(cè)夾住正極24。在電極組22的最外周部，未卷繞隔膜28，負(fù)極26形成電極組22的最外周部。在電極組22的最外周部，負(fù)極26和外包裝罐10被相互電連接，負(fù)極外端42為了使負(fù)極26夾隔隔膜28覆蓋正極外端40的外側(cè)，被與之相離足夠的長(zhǎng)度而設(shè)于正極外端40的附近。而且，由于在卷繞后卷芯被拔出，因此在電極組22的中心部，存在有與卷芯的形狀對(duì)應(yīng)的空間44。
作為隔膜28的材質(zhì)，例如可以舉出在聚酰胺纖維制無(wú)紡布、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烴纖維制無(wú)紡布中加入了親水性官能基的材料。
正極24具有雖然未圖示但是形成帶狀的導(dǎo)電性的正極芯體，在該芯體上，保持有正極合劑。作為正極芯體，例如可以舉出具有多孔構(gòu)造的發(fā)泡鎳基材等，在采用發(fā)泡鎳基材的情況下，正極合劑被保持在發(fā)泡鎳基材的連通孔內(nèi)。
正極合劑例如由正極活性物質(zhì)、添加劑及粘結(jié)劑構(gòu)成。作為正極活性物質(zhì)，雖然沒(méi)有特別限定，但是可以舉出氫氧化鎳粒子或者固溶了鈷、鋅、鎘等的氫氧化鎳粒子。另外，作為添加劑，可以舉出由鈷化合物構(gòu)成的導(dǎo)電劑，作為粘結(jié)劑，可以舉出親水性或疏水性的聚合物等。
負(fù)極26如圖3及圖4中展開(kāi)所示，具有形成帶狀的導(dǎo)電性的負(fù)極芯體46，在該負(fù)極芯體46上保持有負(fù)極合劑。負(fù)極芯體46由在厚度方向具有多個(gè)貫穿孔的薄片狀的金屬材料制成，作為此種材料，例如可以舉出沖孔金屬片、金屬粉末燒結(jié)體基板、多孔金屬網(wǎng)及鎳網(wǎng)等。尤其是，沖孔金屬片或?qū)⒔饘俜勰┏尚魏鬅Y(jié)了的金屬粉末燒結(jié)體基板特別適用于負(fù)極芯體46。而且，圖1及圖2中，為了作圖上的方便，省略了負(fù)極芯體46。
由于電池A為鎳氫二次電池，因此負(fù)極合劑由可以吸貯及放出作為負(fù)極活性物質(zhì)的氫的貯氫合金粒子及粘結(jié)劑構(gòu)成。而且，本發(fā)明中，為了方便，貯氫合金包括在活性物質(zhì)中。
貯氫合金粒子只要是可以吸貯在電池A的充電時(shí)在堿性電解液中電化學(xué)地產(chǎn)生的氫，而且在放電時(shí)可以容易地放出該吸貯氫的材料即可。作為此種貯氫合金，雖然沒(méi)有特別限定，但是例如可以舉出LaNi5或MmNi5(Mm為混合稀土合金)等AB5型類(lèi)的材料。另外，作為粘結(jié)劑可以舉出親水性或疏水性的聚合物等。另外，根據(jù)需要，也可以添加碳黑或Ni粉末等導(dǎo)電劑。而且，如果取代貯氫合金，使用鎘化合物，雖然可以使電池A成為鎳鎘二次電池，但是從提高電池容量方面考慮，鎳氫二次電池更適合。
由于所述的負(fù)極合劑被填充入負(fù)極芯體46的貫穿孔內(nèi)，同時(shí)，負(fù)極芯體46為薄片狀，因此如圖3及圖4所示，在負(fù)極芯體46的兩面上形成被以層狀保持的活性物質(zhì)層(合劑的層)。以下將覆蓋負(fù)極芯體46的內(nèi)面并且朝向電極組22的中心軸側(cè)的負(fù)極合劑的層稱(chēng)為內(nèi)側(cè)貯氫合金層48或內(nèi)側(cè)合金層48，將覆蓋負(fù)極芯體46的外面并且朝向電極組22的外側(cè)的負(fù)極合劑的層稱(chēng)為外側(cè)貯氫合金層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)極內(nèi)端38至負(fù)極外端42近似為一定值。另一方面，外側(cè)合金層50在負(fù)極內(nèi)端38和負(fù)極外端42之間，厚度發(fā)生變化，負(fù)極26的外側(cè)合金層50的厚度沿著負(fù)極芯體46的長(zhǎng)度方向看，被劃分為3個(gè)區(qū)域，即，按照從負(fù)極內(nèi)端38朝向負(fù)極外端42的順序，被劃分為主體部52、交界部54及薄壁部56。
主體部52被向電極組22的內(nèi)側(cè)卷繞，夾隔隔膜28，在兩側(cè)配置有正極24。主體部52的外側(cè)合金層50的厚度近似等于內(nèi)側(cè)合金層48的厚度T。
交界部54形成于主體部52和后述的薄壁部56之間，從負(fù)極芯體46的長(zhǎng)度方向看，厚度發(fā)生變化，此外，當(dāng)被作為電極組22卷繞時(shí)，從電極組22的周方向看，被設(shè)于與正極外端40不同的位置上。本實(shí)施方式中，交界部54具有長(zhǎng)度L，交界部54的外側(cè)合金層50的厚度從主體部52朝向薄壁部56，以近似一定的變化率慢慢減少，從厚度T2變化至厚度T1。
而且，在將負(fù)極26在平坦的基準(zhǔn)面上展開(kāi)時(shí)，如果將交界部54的外側(cè)合金層50的表面相對(duì)于該基準(zhǔn)面或薄壁部56的外側(cè)合金層50的表面的傾斜角度設(shè)為θ，則作為優(yōu)選的方式，應(yīng)當(dāng)使傾斜角度θ落入0°＜θ＜10°的范圍內(nèi)。
薄壁部56被卷繞在電極組22的外側(cè)，形成電極組22的最外周部，夾隔隔膜28覆蓋正極外端40的外側(cè)，同時(shí)與外包裝罐10的周壁密接。薄壁部56的外側(cè)合金層50的厚度T1在負(fù)極芯體46的長(zhǎng)度方向看保持一定，并且，與主體部52的外側(cè)合金層50的厚度，即內(nèi)側(cè)合金層48的厚度T2相比更薄。所以，在薄壁部56中，內(nèi)側(cè)合金層48比外側(cè)合金層50更厚。
而且，作為優(yōu)選的方式，薄壁部56的長(zhǎng)度Xd應(yīng)當(dāng)落入外包裝罐10的內(nèi)徑d的2.5倍～3.8倍的范圍內(nèi)。
這樣，在負(fù)極26中，與主體部52相比，薄壁部56更薄。此外，薄壁部56的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金粒子的量，少于主體部52的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金粒子的量，薄壁部56與主體部52相比更柔軟。
另外，在負(fù)極26中，作為優(yōu)選的方式，薄壁部56的每單位面積所含的貯氫合金量應(yīng)當(dāng)落入主體部52的每單位面積所含的貯氫合金量的40％～75％的范圍內(nèi)。
所述的電池A雖然可以使用通常的方法制造，但是，以下將對(duì)負(fù)極26的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。
首先，準(zhǔn)備成為負(fù)極芯體46的例如沖孔金屬片及負(fù)極合金的糊狀物，按照在成為薄壁部56的部分較薄并且在成為主體部52的部分較厚的方式，將糊狀物涂覆在沖孔金屬片上并干燥。然后，將保持干燥了的負(fù)極合劑的沖孔金屬片穿過(guò)一對(duì)壓延滾筒之間的縫隙，沿其厚度方向從兩側(cè)壓縮。該壓延操作時(shí)，對(duì)滾筒的推壓力進(jìn)行可變控制，使得與成為薄壁部56的部分相比，成為主體部52的部分處更大，在所得的負(fù)極26中，使得對(duì)于內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量，薄壁部56一方小于主體部52。其后，將該壓延后的材料裁割成特定的尺寸，制造出帶狀的負(fù)極26。而且，可以通過(guò)對(duì)涂刷的糊狀物的厚度或推壓力的控制等，調(diào)整交界部54的傾斜角度θ。
根據(jù)所述構(gòu)成的電池A，可以與通過(guò)使薄壁部56與主體部52相比更薄而減少了的負(fù)極26的體積對(duì)應(yīng)地增大正極24的體積。由于該正極24的體積增大，電池A所含的正極活性物質(zhì)量增大，由此可以達(dá)成電池A的高容量化。
此外，在電池A中，由于薄壁部56的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量少于主體部52的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量，并且，交界部54和正極外端40被設(shè)于電極組22的相互不同的周方向位置上，因此就防止了薄壁部56的細(xì)裂紋或破裂的發(fā)生，并由此防止了內(nèi)部電阻的增大、由其產(chǎn)生的發(fā)熱或者短路。
薄壁部56雖然夾隔隔膜28而覆蓋正極外端40的外側(cè)，但是在電極組22的卷繞后不久，正極外端40與正極24的厚度對(duì)應(yīng)，在薄壁部56的內(nèi)側(cè)形成階梯，為了電池A的高容量化而使正極24的厚度越大，則該階梯就越大。另一方面，雖然電極組22的剖面形狀為近似圓形，但是在連接中心軸和正極外端40的方向上最大，在電極組22向外包裝罐10內(nèi)插入時(shí)，電極組22在該直徑最大的方向上，受到外包裝罐10的開(kāi)口邊緣或周壁的最大壓縮。所以，在插入電極組22時(shí)，與正極外端40所形成的階梯的形狀對(duì)應(yīng)，薄壁部56被壓縮而折曲。所以，在電池A中，由于使內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量，在薄壁部56少于主體部52，并且使薄壁部56比主體部52更柔軟，因此在插入電極組22時(shí)，即使為了實(shí)現(xiàn)電池A的高容量化而將正極24加厚，薄壁部56也會(huì)不發(fā)生細(xì)裂紋或破裂地被折曲。
但是，不論怎樣使薄壁部56比主體部52更柔軟，在交界部54和正極外端40夾隔隔膜28而重合，形成于薄壁部56的內(nèi)側(cè)的階梯變大的情況下，都會(huì)在被折曲的薄壁部56上產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂。所以，進(jìn)而在電池A中，使交界部54和正極外端40位于電極組22的相互不同的周方向的位置上，而使之不會(huì)重合，就會(huì)可靠地防止在插入電極組22時(shí)，薄壁部56的細(xì)裂紋或破裂的產(chǎn)生。
因此，在電池A中，由于可靠地防止了薄壁部56的細(xì)裂紋或破裂的產(chǎn)生，所以就可以防止由產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置造成負(fù)極26的電阻增大，使得內(nèi)部電阻增大的情況，或產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜28與正極24接觸而短路的情況。
另外，在電池A中，由于薄壁部56的每單位面積所含的貯氫合金量處于主體部52的每單位面積所含的貯氫合金量的40％～75％的范圍內(nèi)，因此高容量化和循環(huán)特性并存。
如上所述，如果使薄壁部56越薄，則可以使電池A越高容量化。但是，另一方面，由于薄壁部56夾隔隔膜28將正極24配置于內(nèi)側(cè)，因此在參與電池反應(yīng)的同時(shí)，還將繞進(jìn)電極組22和外包裝罐10的周壁之間的氧氣還原回水，從而還具有防止電池的內(nèi)壓上升的功能。所以，在電池A中，在使薄壁部56的每單位面積所含的貯氫合金量在主體部52的每單位面積所含的貯氫合金量的40％～75％的范圍內(nèi)，并且使薄壁部56較薄的同時(shí)，確保參與和正極的電池反應(yīng)及繞進(jìn)電極組和外包裝罐的周壁之間的氧氣的還原反應(yīng)的貯氫合金量，從而可以實(shí)現(xiàn)高容量化，以及防止由內(nèi)壓上升造成的堿性電解液的減少導(dǎo)致的循環(huán)特性的惡化。
此外，在電池A中，通過(guò)使夾隔隔膜28與正極24相面對(duì)并且參與和正極的電池反應(yīng)及氧氣還原反應(yīng)這兩種反應(yīng)的內(nèi)側(cè)合金層48的厚度，小于由負(fù)極芯體46與內(nèi)側(cè)合金層48隔開(kāi)而與外包裝罐10的周壁接觸并且只參與繞進(jìn)電極組22和外包裝罐10的周壁之間的氧氣的還原反應(yīng)的外側(cè)合金層50的厚度，就使高容量化和循環(huán)特性有效地并存。
另外，在電池A中，由于薄壁部56的長(zhǎng)度Xd落入外包裝罐10的內(nèi)徑d的2.5倍～3.8倍的范圍內(nèi)，因此使高容量化和循環(huán)特性更可靠地并存。
如上所述，在電池A中，由于正極外端40及負(fù)極26的交界部54從電極組22的徑向看不相互重合，因此薄壁部56或主體部52被設(shè)于正極外端40的內(nèi)側(cè)。所以，在任何情況下，雖然只是部分的，但是如圖5中示意性所示，有正極24被配置在主體部52的外側(cè)的情況，或如圖6示意性所示，有正極24被配置在薄壁部56的兩側(cè)的情況。在這些情況下，有可能在參與和正極的電池反應(yīng)的貯氫合金量上產(chǎn)生過(guò)量或不足，從而使高容量化和循環(huán)特性之間的均衡發(fā)生偏移。所以，在電池A中，通過(guò)使薄壁部56的長(zhǎng)度Xd落入外包裝罐10的內(nèi)徑d的2.5倍～3.8倍的范圍內(nèi)，就會(huì)抑制貯氫合金量的過(guò)量或不足，由此更可靠地使高容量化和循環(huán)特性并存。而且，圖5及圖6中，省略了隔膜28。
另外，在電池A中，由于在負(fù)極26的長(zhǎng)度方向看，交界部54的傾斜角度θ落入0°＜θ＜10°的范圍內(nèi)，因此可以更可靠地防止短路的發(fā)生或內(nèi)部電阻的增大。
在厚度發(fā)生變化的交界部54中，與厚度分別保持一定的主體部52或薄壁部56相比，在卷繞時(shí)容易因應(yīng)力局部集中而使強(qiáng)度不足。所以，通過(guò)使傾斜角度θ落入0°＜θ＜10°的范圍內(nèi)而使厚度緩慢變化，就可以防止應(yīng)力集中，消除交界部54的強(qiáng)度不足，防止在卷繞時(shí)在交界部54產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂的情況。其結(jié)果是，在電池A中，不僅對(duì)于薄壁部56的情況，而且對(duì)于交界部54，也可以防止因產(chǎn)生細(xì)裂紋或破裂而使內(nèi)部電阻增大，或產(chǎn)生了細(xì)裂紋或破裂的位置穿破隔膜28與正極24接觸而短路的情況。
本發(fā)明并不限定于所述的一個(gè)實(shí)施方式，可以進(jìn)行各種變形，例如，在薄壁部56中，也可以不是僅使外側(cè)合金層50比主體部52更薄，而是使內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50兩者都更薄。
此外，也可以取代具有貫穿孔的薄片狀的負(fù)極芯體46，與正極24的情況相同地在負(fù)極芯體中使用具有多孔構(gòu)造的基材，例如發(fā)泡鎳基材，此時(shí)，在發(fā)泡鎳基材的骨架在貯氫合金內(nèi)以網(wǎng)眼狀展開(kāi)的狀態(tài)下，貯氫合金層被負(fù)極芯體保持。
另外，在所述的一個(gè)實(shí)施方式中，雖然為了防止交界部54的細(xì)裂紋等的發(fā)生，使得傾斜角度θ落入特定的范圍內(nèi)，但是也可以取而代之，或者除此以外，使用在交界部54處每單位面積的質(zhì)量大于主體部52及薄壁部56的加強(qiáng)了交界部54的負(fù)極芯體。更具體來(lái)說(shuō)，如圖7所示，使用與主體部52及薄壁部56相比，在交界部54處減少了貫穿孔58的數(shù)目而使貫穿孔58的開(kāi)口面積減少了的負(fù)極芯體60，或者如圖8所示，使用與主體部52及薄壁部56相比，在交界部54處加厚了厚度的負(fù)極芯體62?；蛘?，也可以使用與主體部52及薄壁部56相比，在交界部54處減小了貫穿孔的直徑的負(fù)極芯體。
實(shí)施例1～5、比較例1、21.電池的組裝作為實(shí)施例1～5及比較例1，分別組裝了100個(gè)具有圖1至圖4所示的構(gòu)成的單3尺寸的圓筒形鎳氫二次電池。
另外，作為比較例2，組裝了100個(gè)如下的圓筒形鎳氫二次電池，即，除了將負(fù)極26的交界部54和正極外端40設(shè)于電極組22的相同周方向位置上以外，與實(shí)施例1構(gòu)成相同。
這里，表1表示實(shí)施例1～5及比較例1、2的負(fù)極26中，主體部52及薄壁部56的厚度、以及在將主體部52的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量設(shè)為100時(shí)薄壁部56的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位體積所含的貯氫合金量。
2.電池的特性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)在實(shí)施例1～5及比較例1、2中，分別數(shù)出在電極組卷繞后，100個(gè)中的在薄壁部中產(chǎn)生了破裂的數(shù)目，另外，對(duì)于所得的各圓筒形鎳氫二次電池，以AC(1kHz)進(jìn)行內(nèi)部電阻(mΩ)的測(cè)定及短路的檢查，將這些結(jié)果表示在表1中。而且，內(nèi)部電阻值為從100個(gè)當(dāng)中除去了短路的電池后的平均值。


從表1中可以清楚地看到以下的結(jié)果。
薄壁部56的厚度比主體部52的更小并且主體部52的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位面積所含的貯氫合金量小于薄壁部56的內(nèi)側(cè)及外側(cè)合金層48、50的每單位面積所含的貯氫合金量的實(shí)施例1～5，與主體部52和薄壁部56的每單位體積所含的貯氫合金量相等的比較例1相比，薄壁部的破裂數(shù)、內(nèi)部電阻、短路數(shù)都更好。
另外，實(shí)施例1與負(fù)極26的交界部54和正極外端40被設(shè)于電極組22的相同周方向位置上的比較例2相比，由于薄壁部的破裂數(shù)、內(nèi)部電阻、短路數(shù)都得到改善，因此可以說(shuō)優(yōu)選將負(fù)極26的交界部54和正極外端40設(shè)于電極組的相互不同的周方向位置上的方式。
權(quán)利要求
1.一種圓筒形堿性蓄電池，是具有導(dǎo)電性的圓筒狀外包裝罐、電極組的圓筒形堿性蓄電池，其中電極組如下配置，即，與堿性電解液一起被收裝于所述外包裝罐中，將包括帶狀的負(fù)極芯體及被保持在該負(fù)極芯體上的活性物質(zhì)層的負(fù)極以及正極夾隔隔膜卷繞成螺旋狀，使得所述負(fù)極被設(shè)于最外周位置上，由所述負(fù)極構(gòu)成的最外周部與所述外包裝罐的周壁接觸，并且?jiàn)A隔所述隔膜而被配置于所述正極的外端的外側(cè)，其特征是，所述負(fù)極具有被卷繞在所述電極組的內(nèi)側(cè)的主體部、被作為所述電極組的最外周部卷繞并且與所述主體部相比所述活性物質(zhì)層的厚度更薄而且所述活性物質(zhì)層的每單位體積所含的活性物質(zhì)量更少的薄壁部、形成于所述主體部和所述薄壁部之間并且在所述負(fù)極芯體的長(zhǎng)度方向看所述活性物質(zhì)層的厚度發(fā)生變化的交界部，所述正極的外端及所述負(fù)極的交界部被設(shè)于所述電極組的相互不同的周方向位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓筒形堿性蓄電池，其特征是，所述薄壁部的活性物質(zhì)層的每單位面積所含的活性物質(zhì)量為所述主體部的活性物質(zhì)層的每單位面積所含的活性物質(zhì)量的40％～75％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓筒形堿性蓄電池，其特征是，所述負(fù)極芯體由沖孔金屬片構(gòu)成，所述活性物質(zhì)層被保持在所述負(fù)極芯體的兩面上，在所述薄壁部中，被保持在所述負(fù)極芯體的內(nèi)側(cè)的活性物質(zhì)層比被保持在所述負(fù)極芯體的外側(cè)的活性物質(zhì)層更厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的圓筒形堿性蓄電池，其特征是，所述薄壁部的長(zhǎng)度為所述外包裝罐的內(nèi)徑的2.5倍～3.8倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的圓筒形堿性蓄電池，其特征是，所述交界部中的所述活性物質(zhì)層的傾斜角度超過(guò)0度而小于10度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的圓筒形堿性蓄電池，其特征是，所述交界部中的負(fù)極芯體的每單位面積的質(zhì)量與所述主體部的負(fù)極芯體的每單位面積的質(zhì)量相比更大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圓筒形堿性蓄電池，具有收裝于所述外包裝罐中、并將包括帶狀的負(fù)極芯體(46)及被保持在該負(fù)極芯體(46)上的貯氫合金層(合劑層)(48)、(50)的負(fù)極(26)、以及正極夾隔隔膜卷繞成螺旋狀而成的電極組，負(fù)極(26)具有被卷繞在所述電極組的內(nèi)側(cè)的主體部(52)、與主體部(52)相比貯氫合金層(50)的厚度更薄而且貯氫合金層(48)、(50)的每單位體積所含的貯氫合金量更少的薄壁部(56)、形成于主體部(52)和薄壁部(56)之間并且在負(fù)極芯體(46)的長(zhǎng)度方向看貯氫合金層(48)、(50)的厚度發(fā)生變化的交界部(54)，所述正極的外端及負(fù)極(26)的交界部(54)被設(shè)于所述電極組的相互不同的周方向位置上。
文檔編號(hào)H01M4/72GK1581558SQ200410055918
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者田口幸治 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社