碱性蓄电池的制作方法

1.本发明涉及碱性蓄电池，尤其涉及圆筒形状的碱性蓄电池。


背景技术：

2.碱性蓄电池具备由正极板、负极板和分隔件层叠而成的电极组。在电极组中，分隔件被配置在正极板与负极板之间。在该碱性蓄电池中，例如，电极组卷绕成漩涡状，与碱性电解液一起收纳于具有导电性的圆筒形状的外壳中。在该碱性蓄电池中，在隔着分隔件相对的正极板与负极板之间发生规定的电化学反应，由此进行充电和放电。
3.作为具有漩涡状电极组的电池，例如专利文献1中记载了镍氢充电电池，镍氢充电电池将隔着分隔件将正极板和负极板进行重叠而形成的电极体收纳在电池容器内部。具体而言，在专利文献1所记载的镍氢充电电池中，电极体包含正极板的一部分向封口体一侧突出的正极凸部。该正极凸部直接与封口体连接，该正极板的正极凸部中未填充活性物质。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特开2015-125869号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
5.为了实现电池的高容量化，例如，可以考虑形成薄的分隔件、增加涂布于正极板和负极板上的活性物质的量。然而，在专利文献1记载的镍氢充电电池中，在形成薄的分隔件、增加正极活性物质和负极活性物质的量的情况下，正极板和负极板上产生的毛刺可能会扎破分割件，导致电池内部发生短路。
6.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种碱性蓄电池，该碱性蓄电池能够在抑制内部发生短路的同时实现高容量化。解决技术问题所采用的技术方案
7.为了达成上述目的，本发明所涉及的碱性蓄电池的特征在于，包括：涡状电极组，该涡状电极组由带状的正极板、带状的负极板、及配置在所述正极板与所述负极板之间的带状的分隔件相互重叠而形成为漩涡状；外壳，该外壳上端开口，是将该涡状电极组与碱性电解液一起进行收纳的有底圆筒形状的外壳；封口体，该封口体将该外壳的所述开口进行封口；以及正极端子，该正极端子与该封口体电连接，所述正极板包含带状的正极板主体部、以及从该正极板主体部的一部分向所述封口体一侧突出并与所述封口体电连接的正极凸部，所述负极板包含带状的负极板主体部、以及从该负极板主体部的一部分向所述封口体一侧突出并在所述封口体与所述负极板主体部之间形成终端的负极凸部，所述正极板和所述负极板在隔着所述分隔件相对的部分分别具有正极活性物质和负极活性物质。
8.在本发明的一方式所涉及的碱性蓄电池中，还包括连接构件，该连接构件配设在所述封口体与所述正极凸部之间，具有导电性和弹性。
发明效果
9.根据本发明所涉及的碱性蓄电池，所述正极板包含带状的正极板主体部、以及从该正极板主体部的一部分向所述封口体一侧突出并与所述封口体电连接的正极凸部。另外，所述负极板包含带状的负极板主体部、以及从该负极板主体部的一部分向所述封口体一侧突出并在所述封口体与所述负极板主体部之间形成终端的负极凸部。而且，所述正极板和所述负极板在隔着所述分隔件相对的部分分别具有正极活性物质和负极活性物质。由此，在本发明所涉及的碱性蓄电池中，正极板及负极板分别具有与正极板主体部及负极板主体部分开的正极凸部及负极凸部，并且，在隔着所述分隔件相对的部分分别具有正极活性物质及负极活性物质。也就是说，正极板和负极板的一部分相对于其他部分在高度方向(外壳的轴线方向)上形成地较长，从而能够实现该电池的高容量化，而不会在厚度方向(外壳的径向)上形成较厚的涡状电极组。而且，由于不需要为了实现该电池的高容量化而形成较薄的分隔件，因此能够抑制正极板及负极板产生的毛刺扎破分隔板，能够抑制在该电池的内部发生短路。由此，能够提供一种碱性蓄电池，该碱性蓄电池能够在抑制内部发生短路的同时实现高容量化。
附图说明
10.图1是表示一个实施方式所涉及的碱性蓄电池的纵剖面的剖视图。图2是表示图1所示的碱性蓄电池的正极基材的俯视图。图3是表示图1所示的碱性蓄电池的正极板的俯视图。图4是表示图1所示的碱性蓄电池的负极芯体的俯视图。图5是表示图1所示的碱性蓄电池的负极板的俯视图。
具体实施方式
11.以下，作为对本发明进行具体化而得到的碱性蓄电池的一个示例，说明镍氢充电电池1(以下简称为“电池1”)的实施方式。此外，作为本实施方式，说明将本发明应用于aa尺寸的圆筒形的电池1中的情况，但电池1的尺寸不限于此，例如也可以是aaa尺寸等其他尺寸。此外，作为碱性蓄电池，只要使用碱性溶液作为电解液即可，例如也可为镍镉蓄电池等。
12.图1是表示一个实施方式所涉及的镍氢充电电池1(碱性蓄电池)的纵剖面的剖视图。图2是表示图1所示的镍氢充电电池1的正极基材21的俯视图。图3是表示图1所示的镍氢充电电池1的正极板20的俯视图。图4是表示图1所示的镍氢充电电池1的负极芯体31的俯视图。图5是表示图1所示的镍氢充电电池1的负极板30的俯视图。另外，为了便于说明，在圆筒形状的外壳10的轴线x上，将箭头a方向设为上侧，将箭头b方向设为下侧。这里，上侧是指电池1中设置有正极端子70的一侧，下侧是指电池1中设置有底壁15的一侧，并意指上侧的相反侧。此外，在垂直于轴线x的方向(以下称为“径向”)上，将远离轴线x的方向设为外周侧(箭头c方向)，并将朝向轴线x的方向设为内周侧(箭头d方向)。
13.如图1所示,电池1包括构成为上侧(箭头a方向)开口的有底圆筒形状的外壳10。外壳10具有导电性，设置在下侧(箭头b方向)的底壁15作为负极端子而发挥功能。在外壳10的开口固定有用于将外壳10封口的封口体60。该封口体60是具有导电性的圆板形状的构件。外壳10的开口内配置有封口体60和包围该封口体60的环形状的绝缘密封件12，对外壳10的
开口边缘13进行铆接加工，从而将绝缘密封件12固定于外壳10的开口边缘13。即，封口体60和绝缘密封件12互相协作来对外壳10的开口进行气密性堵塞。
14.这里，封口体60的中央具有中央贯通孔61，而且，封口体60的上侧的表面即外表面上配置有堵塞中央贯通孔61的橡胶制阀芯80。此外，封口体60的外表面上电连接有带凸缘的金属制的正极端子70，使得覆盖阀芯80。该正极端子70将阀芯80朝向封口体60按压。另外，正极端子70上开设有排气孔71。
15.通常时，中央贯通孔61被阀芯80气密性闭合。另一方面，若外壳10内产生气体而导致该气体的压力升高，则阀芯80被气体的压力所压缩，中央贯通孔61打开，其结果是，气体从外壳10内经由中央贯通孔61及正极端子70的排气孔而排出至外部。即，封口体60的中央贯通孔61、阀芯80及正极端子70的排气孔71形成用于电池1的安全阀。
16.外壳10收纳有涡状电极组50。该涡状电极组50分别由带状的正极板20、负极板30和分隔件40相互重叠而形成。涡状电极组50以分隔板40被夹在正极板20与负极板30之间的状态形成为漩涡状。即，正极板20和负极板30隔着分隔件40互相重叠。此外，涡状电极组50与外壳10的底壁15之间配置有圆形的下部绝缘构件17。
17.而且，外壳10内注入有规定量的碱性电解液(未图示)。该碱性电解液将涡状电极组50浸在其中，在正极板20与负极板30之间在充放电时进行电化学反应(充放电反应)。优选的是，该碱性电解液使用含有koh、naoh以及lioh中的至少一种作为溶质的水溶液。
18.作为分隔件40的材料，例如可以使用对聚酰胺纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的材料、对聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的材料等。
19.如图1～图3所示，正极板20包含带状的正极板主体部22、以及从正极板主体部22的一部分向作为封口体60一侧的上侧(箭头a方向)突出并与封口体60电连接的正极凸部23。具体而言，如图2所示，正极板主体部22是具有规定的上下方向高度h2的带状的构件。正极凸部23是在从正极板主体部22的卷绕开始端缘24起规定长度l1的范围内从正极板主体部22向上侧突出的部分。在此，规定长度l1意指在涡状电极组50的状态下与封口体60抵接的正极板20的长度范围，更具体地说，是指在涡状电极组50的状态下位于绝缘密封件12的内周侧(箭头d方向)的正极板20的长度范围。正极板20在正极凸部23的部分具有比正极板主体部22的上下方向高度h2要大的高度h1。如图1所示，在镍氢充电电池1中，正极凸部23与封口体60抵接。即，正极板20与封口体60直接连接，由此，正极端子70与正极板20经由封口体60相互电连接。
20.如图2和图3所示，正极板20包含具有多孔质结构的导电性正极基材21、和保持在该正极基材21的空孔内的正极合剂25。正极板20在隔着分隔件40与后述的负极板30相对的部分具有作为正极活性物质的正极合剂25。具体而言，在正极板20的正极基材21的整个面(两面)上保持有正极合剂25。作为上述正极基材21，例如，可以使用泡沫镍片。正极合剂25包含正极活性物质粒子和粘接剂。此外，可根据需要将正极添加剂添加到正极合剂25中。
21.另外，也可以在封口体60与正极凸部23之间配设具有导电性及弹性的连接构件(未图示)。该连接构件可以与图1所示的正极凸部23的形状对应地形成为漩涡状，也可以形成为具有与正极凸部23的最外径相同或大致相同的直径的圆板状。另外，连接构件只要至少将正极凸部23的一部分与封口体60电连接即可，其形状没有特别限定。例如，作为连接构件，可以是在橡胶等弹性构件的周面上安装了金属箔或镍海绵等导电构件的构件等。作为
连接构件，只要具有导电性和弹性即可，不限于上述例子。
22.上述粘接剂能够发挥以下功效：使正极活性物质粒子互相粘接，并且使正极活性物质粒子与正极基材21相粘接。这里，作为粘接剂，例如可使用羟甲基纤维素、甲基纤维素、ptfe(聚四氟乙烯)分散液、hpc(羟丙基纤维素)分散液等。此外，作为正极添加剂，例如可举出氧化钇、氢氧化铬等。
23.作为正极活性物质粒子，使用通常用于镍氢充电电池的氢氧化镍离子。优选采用高阶的氢氧化镍粒子作为该氢氧化镍粒子。上述那样的正极活性物质粒子通过通常用于镍氢充电电池的制造方法制造。
24.接着，正极板20例如能够以如下方式来制造。首先，预先准备成形为规定形状的正极基材21(图2)。另一方面，调制包含正极活性物质粒子、水、和粘接剂在内的正极合剂浆料。将所调制的正极合剂浆料填充到作为正极基材21的泡沫镍片中并使其干燥。干燥后，填充了氢氧化镍粒子等的泡沫镍片经过辊压后被裁剪，以制造正极板20(图3)。
25.接下来，对负极板30进行说明。负极板30包括带状的负极板主体部32、以及从负极板主体部32的一部分向封口体60一侧即上侧突出并在封口体60与负极板主体部32之间形成终端的负极凸部33。具体而言，如图4所示，负极板主体部32是具有规定的上下方向高度h3的带状的构件。负极凸部33是在从负极板主体部32的卷绕开始端缘34起规定长度l3的范围内从负极板主体部32向上侧突出的部分。这里，规定的长度l3是指在涡状电极组50的状态下与正极板20的正极凸部23相对的负极板30的长度范围。负极板30在负极凸部33的部分具有比负极板主体部32的上下方向高度h4要大的高度h3。如图1所示，在镍氢充电电池1中，负极凸部33与封口体60抵接。即，负极板30不与封口体60相连接。
26.如图4及图5所示，负极板30具备金属制的负极芯体31、以及该负极芯体31所保持的含有负极活性物质的负极合剂35。负极芯体31具有导电性。具体而言，负极板30在隔着分隔件40与正极板20相对的部分具有负极活性物质。具体而言，在负极板30的负极芯体31的整个面(两面)保持有负极合剂35。负极板30在与构成镍氢充电电池1的负极端子的外壳10的内周面相接的状态下，与该外壳10电连接。
27.负极芯体31是分布有贯通孔(未图示)的带状的金属材料，例如，能使用冲孔金属片。负极合剂35由含有负极活性物质的负极合剂形成。负极合剂35不仅填充在负极芯体31的贯通孔内，而且在负极芯体31的表面及背面也被层状地保持而形成层状的负极合剂35。负极合剂35包含作为负极活性物质的能够储存和释放氢的储氢合金粒子、导电剂、粘接剂和负极辅助剂。
28.上述粘接剂发挥以下功效：使储氢合金粒子、导电剂等互相粘接，与此同时使储氢合金粒子、导电剂等与负极芯体31粘接。这里，作为粘接剂，没有特别的限制，可以使用通常用于镍氢充电电池的粘接剂，例如亲水性或疏水性的聚合物、羧甲基纤维素等。此外，作为负极辅助剂，可以使用苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯酸钠等。作为储氢合金粒子中的储氢合金，不特别限定，优选使用通常用于镍氢充电电池中的储氢合金。作为导电剂,使用通常用于镍氢充电电池的负极的导电剂。例如，使用炭黑等。
29.负极板30例如能够如下那样进行制造。首先，预先准备成形为规定形状的负极芯体31(图4)。另一方面，准备上述那样的储氢合金粒子的聚集体即储氢合金粉末、导电剂、粘接剂和水，并将它们混炼以制备负极合剂的糊料。将得到的糊料涂到负极芯体31上，并使其
干燥。干燥后，通过对负极板30整体实施辊压的辊压工序进行调整，使得负极合剂35的密度成为规定的值。以这种方式来制造负极板30。
30.上述那样制造出的正极板20和负极板30在隔着分隔件40的状态下被卷绕成漩涡状，由此来形成涡状电极组50。这样得到的涡状电极组50收纳在外壳10内。接着，向该外壳10内注入规定量的碱性电解液。之后，利用具有正极端子70的封口体60来对收纳有涡状电极组50和碱性电解液的外壳10进行封口，从而得到一个实施方式所涉及的电池1。对电池1进行初始活性化处理以使其处于可用状态。
31.接着，对本发明的一个实施方式的电池1的作用、效果进行说明。如上所述，根据一个实施方式所涉及的镍氢充电电池1，正极板20包含带状的正极板主体部22、以及从正极板主体部22的一部分向封口体60一侧突出并与封口体60电连接的正极凸部23。另外，负极板30包括带状的负极板主体部32、以及从负极板主体部32的一部分向封口体60一侧突出并在封口体60与负极板主体部32之间形成终端的负极凸部33。而且，正极板20和负极板30在隔着分隔件40相对的部分分别具有正极活性物质和负极活性物质。这样，在一个实施方式所涉及的电池1中，正极板20及负极板30分别具有与正极板主体部22及负极板主体部32分开的正极凸部23及负极凸部33，并且，在隔着分隔件40相对的部分分别具有正极活性物质及负极活性物质。即，通过在高度方向(外壳10的轴线x方向)上较长地形成正极板20及负极板30的一部分，从而能够实现该电池1的高容量化而不在厚度方向(外壳10的径向)上较厚地形成涡状电极组50。而且，不需要为了实现该电池1的高容量化而形成较薄的分隔件40，因此能够抑制正极板20及负极板30产生的毛刺扎破分隔板40，能够抑制在该电池1的内部发生短路。这样，能够提供电池1，该电池1能够在抑制内部发生短路的同时实现高容量化。
32.另外，一个实施方式所涉及的电池1还包括配设在封口体60与正极凸部23之间、具有导电性及弹性的连接构件。这样，在一个实施方式所涉及的电池1中，例如即使在正极凸部23不与封口体60直接接触的情况下，也能够可靠地形成封口体60与正极板20之间的电连接。
33.[实施例]在下表1中，将本实施例所涉及的电池和比较例1、2所涉及的电池各制造100个单元，示出比较这些电池的短路发生数和放电容量而得的结果。本试验条件中，将充电时间设定为“0.1c
×
16h”、休止时间设为“1h”、放电时间设为“0.2c”。这里，“c”是指充电和放电的速度，“1c”是指在1h下完全充电或完全放电的电流值。即，本试验条件是以10小时完全充电的充电速度充电16h，之后停止1h，之后以5小时完全放电的放电速度放电。另外，表1中的数字显示为以实施例中的实验值为基准的比。[表1]
[电池高度]在本实施例中，将电池高度、即沿图1的轴线x的方向上的底壁15的下表面与正极端子70的上表面之间的距离设为基准“1”。比较例1、2的电池高度与实施例中的电池高度相同。[正极]在本实施例中，以正极板20的全长l2(参照图2)为基准“1”。比较例1、2的正极板的全长与实施例中的正极板20的全长相同。在本实施例中，将正极板20的高度即正极板主体部22的高度h2(图2)设为基准“1”，将正极板20的正极凸部23的高度h1(图2)设为“1.04”。此时，设为l1：l2＝1：1.72。比较例1、2的正极板的高度与实施例中的正极板主体部22的高度h2相同。即，比较例1、2的正极板为长度l2、高度h2的矩形。在本实施例中，将正极板20的厚度、即包含正极基材21和正极合剂25在内的厚度设为基准“1”。比较例1的正极板的厚度与实施例中的正极板20的厚度相同，比较例2的正极板的厚度相对于实施例中的正极板20的厚度为“1.02”。即，在比较例2中，涂布了比本实施例的正极合剂的量要多的正极合剂。如上所述，预先准备成形为规定形状的正极基材(图2)。另一方面，调制包含正极活性物质粒子、水、和粘接剂在内的正极合剂浆料。将所调制的正极合剂浆料填充到作为正极基材的泡沫镍片中并使其干燥。干燥后，填充了氢氧化镍粒子等的泡沫镍片经过辊压后被裁剪，从而制造正极板。制造100单元这样的正极板(图3)。[负极]在本实施例中，以负极板30的全长l4(参照图4)为基准“1”。比较例1、2的负极板的全长与实施例中的负极板30的全长相同。
在本实施例中，将负极板的高度即负极板主体部32的高度h3(图4)设为基准“1”，将负极板30的负极凸部33的高度h4(图4)设为“1.04”。此时，设为l3：l4＝1：2.72。比较例1、2的负极板的高度与实施例中的负极板主体部32的高度h3相同。即，比较例1、2的负极板为长度l4、高度h3的矩形。在本实施例中，将负极板30的厚度、即包含负极芯体31和负极合剂35在内的厚度设为基准“1”。比较例1的负极板的厚度与实施例中的负极板30的厚度相同，比较例2的负极板的厚度相对于实施例中的负极板30的厚度为“1.02”。即，在比较例2中，涂布了比本实施例的负极合剂的量要多的负极合剂。如上所述，预先准备成形为规定形状的负极芯体(图4)。另一方面，准备上述那样的储氢合金粒子的聚集体即储氢合金粉末、导电剂、粘接剂和水，并将它们混炼以制备负极合剂的糊料。将得到的糊料涂到负极芯体上，并使其干燥。干燥后，通过对负极板整体实施辊压的辊压工序来进行调整，使得负极合剂的密度成为规定的值，从而制造负极板。制造了100单元这样的负极板。[涡状电极组]上述那样制造出的正极板和负极板在隔着分隔件的状态下被卷绕成漩涡状，由此来形成涡状电极组。这样得到的涡状电极组收纳在外壳内。接着，向该外壳内注入规定量的碱性电解液。之后，收纳有涡状电极组及碱性电解液的外壳由具有正极端子的封口体封口从而得到电池。对电池进行初始活性化处理以使其处于可用状态。[短路发生、放电容量]对于这样制造的电池，在上述试验条件下进行加载，得到上述表1的结果。如上述表1所示，能够确认，根据本实施例的电池，相对于比较例1的电池能够增大放电容量，并且相对于比较例2的电池能够减少短路发生电池数。
[0034]
上文中，说明了优选实施方式，但是本发明不限于上述的实施方式所涉及的镍氢充电电池1,也可包含本发明的概念和权利要求的范围中所包含的全部方面，可以适当地和选择性地组合各结构。此外，上述实施方式中的各结构要素的形状、材料、配置、尺寸等,可根据本发明的具体方式来进行适当的变更。标号说明1 镍氢充电电池(碱性蓄电池)10 外壳20 正极板22 正极板主体部23 正极凸部30 负极板32 负极板主体部33 负极凸部40 分隔件50 涡状电极组60 封口体70 正极端子。