專利名稱：具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有將鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等的正、負極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體的堿性蓄電池，特別涉及渦卷狀電極體和集電體之間的導電連接以及渦卷狀電極體和金屬制外裝罐的導電連接。
現有的鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等堿性蓄電池具有，在正、負極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群之后，在該渦卷狀電極群的正極板的上端部上焊接正極用集電體，在渦卷狀電極群的負極板的下端部焊接負極用集電體作為渦卷狀電極體，之后，將負極用集電體與兼作負極端子的金屬外裝罐進行電連接，將正極用集電體與兼作正極端子的封口體進行電連接的構成。
如果這樣將渦卷狀電極體的負極用集電體與外裝罐的底部進行電連接，同時渦卷狀電極體的正極用集電體焊接在封口體上，由于從正極板到正極端子(封口體)之間的電流分布，以及從負極板到負極端子(金屬制外裝罐)的電流分布是均勻分布，可以獲得提高了高率放電特性的蓄電池。
但是，在上述構成的堿性蓄電池中，由于金屬制外裝罐兼作為負極端子，如果正極用集電體和金屬制外裝罐接觸將發生內部短路。為此，有必要做成正極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小。又，雖然負極用集電體和金屬制外裝罐接觸不會發生內部短路，如果負極用集電體的外徑和金屬制外裝罐的內徑相等，則不僅難于將渦卷狀電極體插入到外裝罐內，而且不將負極用集電體焊接到渦卷狀電極群的正確位置上，將不能把渦卷狀電極體插入到外裝罐內，所以，也有必要做成負極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小。
然而，如果做成負極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小，在負極板和負極用集電體的焊接部上會產生負極用集電體不被焊接的部分。如果產生負極用集電體不被焊接的部分，從負極用集電體到負極板的集電路徑的電流分布產生不均勻，在負極用集電體不被焊接的部分產生電壓降。雖然這樣的電壓降在小電流充放電的情況下不會成為多大問題，但在數十安培～數百安培的大電流進行充放電的情況下，由上述連接部的電阻引起大的電壓降從而降低動作電壓，產生不能獲得高電壓的問題，產生降低高率放電特性的問題。又，鎳氫蓄電池與鎳鎘蓄電池相比由于充電時的反應熱(吸熱反應)小，受到焦耳熱的影響產生增大溫度上升，充電時增大內壓的問題。
為此，本發明正是針對上述問題的發明，其目的在于獲得即使在和金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸的集電體上產生不被焊接的部分，也可以提高不被焊接部分的集電性能，提高高率放電特性的堿性蓄電池。又，如果將本發明適用于鎳氫蓄電池，通過提高集電性能可以降低焦耳熱，同時由于充電時的溫度上升的抑制和反應均勻性的效果，可以抑制電池內壓的上升，是特別有效果的。
為了解決上述課題，本發明的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，當在渦卷狀電極群的中心部具有卷芯跡空間的情況下，渦卷狀電極體包括焊接在渦卷狀電極群的一方極板(例如正極板)的上端部的第1集電體(例如正極集電體)和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板(例如負極板)的下端部上的第2集電體(例如負極集電體)，第2集電體(例如負極集電體)焊接在外裝罐的底部內面上，同時另一方極板(例如負極板)的最外周部的端部的一部分沒有焊接，將另一方極板(例如負極板)的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面。
這樣，如果將渦卷狀電極群的另一方極板(例如負極板)的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面，由于另一方極板(例如負極板)可以均勻集電，將會降低電壓降。為此，可以提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
又，如果壓接在外裝罐的側壁內面上的另一方極板(例如負極板)的壓接部是另一方極板(例如負極板)的極板芯體，由于可以降低外裝罐和另一方極板(例如負極板)的極板芯體的接觸面上的接觸電阻，可以進一步降低電壓降，進一步提高這種堿性蓄電池的高率放電特性，同時提高動作電壓。
然而，為了高容量化這種堿性蓄電池，當在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間的情況下，渦卷狀電極體包括焊接在渦卷狀電極群的一方極板(例如正極板)的上端部的第1集電體(例如正極集電體)和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板(例如負極板)的下端部上的第2集電體(例如負極集電體)，第2集電體(例如負極集電體)不進行焊接而接觸在外裝罐的底部內面上，并且另一方極板(例如負極板)的最外周部的端部的一部分沒有焊接，將另一方極板(例如負極板)的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面。
如果在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間，就不存在插入焊接電極的空間，所以第2集電體(例如負極集電體)不進行焊接而處于與外裝罐的底部內面接觸的狀態。但是，如果將渦卷狀電極群的另一方極板(例如負極板)的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面上，由于可以降低外裝罐和另一方極板(例如負極板)的接觸面上的接觸電阻，可以降低電壓降。為此，提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
以下是附圖的簡要說明。
圖1為表示電極群的最外周部的一部分的剖視圖。
圖2為表示采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
圖3為表示不采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
圖中，10-鎳正極板、20-吸氫合金負極板、21一極板芯體、30-隔板。
以下參照


具有本發明的渦卷狀電極體的堿性蓄電池適用于鎳氫蓄電池情況的一實施例。圖1為表示電極群的最外周部的一部分的剖視圖，圖2為表示采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖，圖3為表示不采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
1.鎳正極板的制作(1)燒結式電極將鎳粉末與羧甲基纖維素等粘接劑以及水進行混練調制成糊漿，將該糊漿涂敷在由鎳多孔體形成的導電性芯體上。在將糊漿涂敷在導電性芯體上時，要在該導電性芯體的中央部位形成帶狀未涂敷部分。該帶狀的未涂敷部分成為電流導出部，在以后的工序中成為與正極集電體的焊接部。
之后，涂敷了糊漿的導電性芯體在還原性環境中燒結，制成多孔度為80％的燒結基板。將這樣制作的燒結基板浸漬在硝酸鎳溶液中，在該燒結基板中含浸硝酸鎳。之后，浸漬在氫氧化鈉水溶液中，將硝酸鎳置換成氫氧化鎳。反復進行這樣的硝酸鎳的浸漬工序和氫氧化鎳的置換工序后，進行將硝酸鎳變成氫氧化鎳活性物質的活性物質填充操作，制作成長尺的燒結式鎳正極板。
將這樣制成的長尺燒結式鎳正極板在長度方向的中央部形成的帶狀芯體的未涂敷部分(導電性芯體)的中央切斷，同時切斷成給定的長度制作成燒結式鎳正極板10。又，以長度為210mm的切斷后的燒結式鎳正極板10作為燒結式鎳正極板a1，以長度為230mm的切斷后的燒結式鎳正極板10作為燒結式鎳正極板a2。
(2)非燒結式電極將90重量份的氫氧化鎳、5重量份的金屬鈷粉末和5重量份的氫氧化鈷粉末混合，并將此混合物與20重量份的含1％重量的甲基纖維素的水溶液混練制成糊漿狀活性物質。這樣制成的糊漿狀活性物質充填到由單位面積重量為600g/m2(此外，可以使用單位面積重量為400～700g/m2)、厚度為1.5mm的鎳發泡體(鎳海綿)。然后，充填了糊漿狀活性物質的鎳發泡體經過干燥后，壓延到厚度大約為0.7mm。
然后，將這樣充填了糊漿狀活性物質的的鎳發泡體的上邊部對準超聲波喇叭，在垂直方向上給上邊部加入超聲波振動，使充填在上邊部上的活性物質從鎳發泡體上脫落形成剝離部。這時，通過對準超聲波喇叭給予超聲波振動，使上邊部壓縮形成一薄壁部位。另一方面，準備好0.06mm的鎳金屬制的帶狀金屬板，將該帶狀金屬板載置在鎳發泡體的剝離部上，采用焊接棒按2mm的間隔進行電阻焊接，制成非燒結式鎳正極板10。
又，以長度為210mm的切斷后的非燒結式鎳正極板10作為燒結式鎳正極板b1，以長度為230mm的切斷后的非燒結式鎳正極板10作為燒結式鎳正極板b2。
2.吸氫合金負極的制作將混合稀土(Mm稀土類元素的混合物)、鎳、鈷、鋁以及錳按1∶3.4∶0.8∶0.2∶0.6的比例進行混合，將該混合物置入氬氣環境的高頻感應爐中進行感應加熱使其成為合金金屬熔液狀態。將該合金金屬熔液以周知的方法流入到鑄模中，冷卻后，制作成以組成式Mm1.0Ni3.4Co0.8Al0.2Mn0.6表示的吸氫合金的鑄錠。
將該吸氫合金的鑄錠進行機械粗粉碎后，在惰性氣體環境中機械粉碎直到平均粒子徑約為100μm。在這樣制成的吸氫合金粉末中加入氧化聚乙烯等粘接劑和適量的水混合制成吸氫合金糊漿。將該糊漿按照壓延后形成給定量的活性物質密度涂敷在由沖孔金屬構成的極板芯體21的兩面上，在進行干燥、壓延后，切斷成給定尺寸制作成吸氫合金負極板20。
以在卷繞成渦卷狀時成為最外周部的部分的活性物質原樣保留的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板c，以長度為260mm的切斷后的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板c1，以長度為280mm的切斷后的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板c2。以在卷繞成渦卷狀時成為最外周部的部分的活性物質一面(極板芯體21的外裝罐側)除去后的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板d，以長度為260mm的切斷后的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板d1，以長度為280mm的切斷后的吸氫合金負極板20作為吸氫合金負極板d2。
3.渦卷狀電極體的制作(1)采用燒結式鎳正極板的渦卷狀電極體a.實施例1在上述制成的燒結式鎳正極板a1和吸氫合金負極板c1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖2所示，讓負極板c1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A1。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群A1的最外周的負極板c1的極板芯體的外方存在負極活性物質。
之后，將該渦卷狀電極群A1的負極板c1的下端部和負極集電體進行電阻焊接，正極板a1的上端部和正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體A1。正極集電體包括直徑為18mm的略圓板狀集電部和由該集電部延伸出的導出部，略圓板狀集電部具有下部有凸出的多數開口，同時在中心部設置有電解液注入孔(此外，該電解液注入孔在后面的焊接工序中作為焊接電極插入用的孔)。又，負極集電體為由鎳金屬形成直徑為21mm的圓板狀所構成。此外，由于渦卷狀電極體A1的直徑約為22mm，而負極集電體的直徑約為21mm，渦卷狀電極體A1的負極板的最外周部的端部的一部分不與負極集電體焊接。
b.實施例2在上述制成的燒結式鎳正極板a1和吸氫合金負極板d1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板d1的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(b)以及圖2所示，讓負極板d1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A2。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A2的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群A2的最外周的負極板d1的極板芯體的外方不存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群A2的負極板d1的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板a1的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體A2。
c.實施例3在上述制成的燒結式鎳正極板a2和吸氫合金負極板c2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖3所示，讓負極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A3。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A3的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群A3的最外周的負極板c2的極板芯體的外方存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群A3的負極板c2的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板a2的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體A3。
d.實施例4在上述制成的燒結式鎳正極板a2和吸氫合金負極板d2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(b)以及圖3所示，讓負極板d2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A4。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A4的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群A4的最外周的負極板d2的極板芯體的外方不存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群A4的負極板d2的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板a2的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體A4。
e.比較例1在上述制成的燒結式鎳正極板a1和吸氫合金負極板c1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(c)所示，讓隔板30在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A5。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A5的直徑約為22mm。之后，將該渦卷狀電極群A5的負極板c1的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板a1的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體A5。
f.比較例2在上述制成的燒結式鎳正極板a2和吸氫合金負極板c2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖2所示，讓負極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A6。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A6的直徑約為22mm。
(2)采用非燒結式鎳正極板的渦卷狀電極體a.實施例5在上述制成的非燒結式鎳正極板b1和吸氫合金負極板c1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖2所示，讓負極板c1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B1。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B1的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群B1的最外周的負極板c1的極板芯體的外方存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群B1的負極板c1的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板b1的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體B1。
b.實施例6在上述制成的非燒結式鎳正極板b1和吸氫合金負極板d1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(b)以及圖2所示，讓負極板d1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B2。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B2的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群B2的最外周的負極板d1的極板芯體的外方不存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群B2的負極板d1的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板b1的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體B2。
c.實施例7在上述制成的非燒結式鎳正極板b2和吸氫合金負極板c2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖3所示，讓負極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B3。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B3的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群B3的最外周的負極板c2的極板芯體的外方存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群B3的負極板c2的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板b2的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體B3。
d.實施例8在上述制成的非燒結式鎳正極板b2和吸氫合金負極板d2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(b)以及圖3所示，讓負極板d2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B4。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B4的直徑約為22mm。此外，在該渦卷狀電極群B4的最外周的負極板d2的極板芯體的外方不存在負極活性物質。之后，將該渦卷狀電極群B4的負極板d2的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板b2的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體B4。
e.比較例3在上述制成的非燒結式鎳正極板b1和吸氫合金負極板c1之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(a)以及圖2所示，讓隔板30在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B5。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B5的直徑約為22mm。之后，將該渦卷狀電極群B5的負極板c1的下端部和上述實施例1同樣的負極集電體進行電阻焊接，正極板b1的上端部和上述實施例1同樣的正極集電體進行電阻焊接，制作成渦卷狀電極體B5。
f.比較例4在上述制成的非燒結式鎳正極板b2和吸氫合金負極板c2之間放入由聚丙烯制無紡布構成的隔板30，同時讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出，負極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進行積成，然后采用圖中未畫出的卷芯，如圖1(c)以及圖2所示，讓負極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B6。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B5的直徑約為22mm。
4.鎳氫蓄電池的制作a.實施例1、2、5、6以及比較例1、3然后，準備好有底圓筒形的金屬外裝罐，將象上述那樣制作的實施例1、2、5、6以及比較例1、3的各渦卷狀電極體A1、A2、B1、B2以及A5、B5分別插入到金屬外裝罐內，通過正極集電體的電解液注入孔插入一個焊接電極后和負極集電體相接，同時金屬外裝罐的底部和另一個焊接電極相接，負極集電體和金屬外裝罐的底部進行點焊焊接。
另一方面，準備好由正極蓋和蓋體(此外，在正極蓋和蓋體之間配置壓力閥)組成的封口體，讓正極集電體的導出部和封口體的蓋體的底部接觸，蓋體底部和導出部進行焊接。之后，在金屬外裝罐內分別注入由30％重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液，將封口體通過一封口墊片載置在外裝罐的開口部上，同時在封口體一側將該開口部鉚接封口。
然后，鉸擰金屬外裝罐，將各渦卷狀電極體A1、A2、B1、B2以及A5、B5的最外周部的負極20、負極芯體21或者隔板30分別壓接在金屬外裝罐的內側壁。這樣分別制成標稱容量2000mAh的實施例1、2以及比較例1的圓筒形鎳氫蓄電池，標稱容量3000mAh的實施例5、6以及比較例3的圓筒形鎳氫蓄電池。
b.實施例3、4、7、8和上述同樣，準備好有底圓筒形的金屬外裝罐，將象上述那樣制作的實施例3、4、7、8的各渦卷狀電極體A3、A4、B3、B4分別插入到金屬外裝罐內，讓負極集電體和金屬外裝罐的底部接觸。另一方面，準備好由正極蓋和蓋體組成的封口體，讓正極集電體的導出部和封口體的蓋體的底部接觸，蓋體底部和導出部進行焊接。之后，在金屬外裝罐內分別注入由30％重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液，將封口體通過一封口墊片載置在外裝罐的開口部上，同時在封口體一側將該開口部鉚接封口。
然后，鉸擰金屬外裝罐，將各渦卷狀電極體A3、A4、B3、B4的最外周部的負極20或者負極芯體21分別壓接在金屬外裝罐的內側壁。這樣分別制成標稱容量2200mAh的實施例3、4的圓筒形鎳氫蓄電池，標稱容量3300mAh的實施例7、8的圓筒形鎳氫蓄電池。
c.比較例2、4和上述同樣，準備好有底圓筒形的金屬外裝罐，將象上述那樣制作的比較例2、4的各渦卷狀電極體A6、B6分別插入到金屬外裝罐內。另一方面，和上述同樣，準備好由正極蓋和蓋體組成的封口體，分別讓這些正極板a2、b2的卷繞端部上形成的舌片狀的集電接片與封口體的蓋體底部接觸，將蓋體底部和導出部進行焊接連接。
然后，在金屬外裝罐內分別注入由30％重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液，將封口體通過一封口墊片載置在外裝罐的開口部上，同時在封口體一側將該開口部鉚接封口。然后，鉸擰金屬外裝罐，將各渦卷狀電極體A6、B6的負極20分別壓接在金屬外裝罐的內側壁。這樣分別制成標稱容量2200mAh的比較例2的圓筒形鎳氫蓄電池，標稱容量3300mAh的比較例4的圓筒形鎳氫蓄電池。
5.鎳氫蓄電池的活性化將上述制成的實施例1～8以及比較例1～4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進行16小時充電后，休止1小時，再以0.2C的放電電流放電到終止電壓為1.0V，然后休止1小時。該充放電過程在室溫下循環進行3次，將各鎳氫蓄電池活性化。
6.放電容量的試驗然后，將上述活性化后的實施例1～8以及比較例1～4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進行16小時充電后，休止1小時，再以0.2C的放電電流放電到終止電壓為1.0V，從放電時間計算放電容量，其結果如表1所示。
7.充電時的電池內壓以及電池溫度又，將上述活性化后的實施例1～8以及比較例1～4的12種鎳氫蓄電池以1C的充電電流進行充電，在100％的充電狀態下進行電池內壓以及電池溫度的測定，其結果如表1所示。
8.高率放電試驗又，將上述活性化后的實施例1～8以及比較例1～4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進行16小時充電后，休止1小時，再以10A的放電電流放電到終止電壓為1.0V，進行高率放電，測定放電容量達到50％時的電壓，其結果如表1所示。
此外，在表1中，集電體表示負極集電體的有無，焊接表示負極集電體和外裝罐底部之間有無焊接，內壓表示充電時的電池內壓(kgf/cm2)，溫度表示充電時的電池內的溫度(℃)。
表1
表1表明，采用燒結式鎳正極板的渦卷狀的電極體A1～A6與采用非燒結式鎳正極板的渦卷狀的電極體B1～B6相比，其放電容量小。這是由于采用非燒結式鎳正極板比采用燒結式鎳正極板增加了活性物質的填充量。
又，如果將采用燒結式鎳正極板的渦卷狀的電極體A1～A5和A6進行比較，將采用非燒結式鎳正極板的渦卷狀的電極體B1～B5和B6進行比較，表明分別在各電極體A1～A5以及各電極體B1～B5上焊接了負極集電體的電池，動作電壓高并且電池內壓以及電池溫度要低。這是由于采用負極集電體的電池減少了電壓降，從而提高了動作電壓。又，可以認為采用負極集電體的電池降低了焦耳熱，降低了充電時的電池溫度。進一步，可以認為由于電池溫度降低和反應均勻性的效果，降低了電池內壓。
又，如果將負極集電體和外裝罐底部進行焊接的電極體A1、A2和A5以及電極體B1、B2和B5進行比較，表明電極體A1、A2以及電極體B1、B2要比電極體A5、B5動作電壓高，并且電池內壓以及電池溫度低。可以認為這是由于電極體A5、B5在最外周有隔板30覆蓋，在該部分的電壓降增大，降低了動作電壓。又，可以認為最外周由隔板覆蓋的電池增加了焦耳熱，提高了充電時的電池溫度。進一步，可以認為由于電池溫度上升和反應不均勻性的效果，提高了電池內壓。
又，如果分別將電極體A1和電極體A3以及電極體A2和電極體A4進行比較，將電極體B1和電極體B3以及電極體B2和電極體B4進行比較，表明采用電極體A3、A4以及電極體B3、B4的電池其放電容量大，動作電壓低。這是因為通過采用不用卷芯的渦卷狀電極體，和采用卷芯的渦卷狀電極體相比，可以采用長正極板和負極板，兩極板增長的部分增加了放電容量。但是，作為不用卷芯的渦卷狀電極體，由于負極集電體不能和外裝罐底部焊接，該部分的電壓降增大，從而降低了動作電壓。又，可以認為負極集電體不能和外裝罐底部焊接的電池增加了焦耳熱，提高了充電時的電池溫度。進一步，可以認為由于電池溫度上升和反應不均勻性的效果，提高了電池內壓。
又，如果分別將電極體A1和電極體A2以及電極體A3和電極體A4進行比較，將電極體B1和電極體B2以及電極體B3和電極體B4進行比較，表明采用電極體A2、A4以及電極體B2、B4的電池動作電壓高，電池電壓以及電池溫度低。這是因為由于電極體A2、A4以及電極體B2、B4的渦卷的最外周為極板芯體，降低了該部分的電壓降，提高了動作電壓。又，可以認為最外周是極板芯體的電池降低了焦耳熱，從而降低了充電時的溫度。進一步，可以認為由于電池溫度降低和反應均勻性的效果，降低了電池內壓。
9.關于蓄電池熵的變化以下探討蓄電池熵的變化。采用上述制作的鎳氫蓄電池以及與其相同尺寸的鎳鎘蓄電池，讓各蓄電池處于50％的充電狀態下，壓力(kgf/cm2)為一定，按-20℃、-10℃、0℃的順序，測定在各溫度(T)下保持3小時后的開路電壓，依據下面的(1)式計算放電時的熵變化(ΔS)，其結果如表2所示。
ΔS＝zF(E/T)p(J/molK)…………………(1)又，在上述(1)式中z＝1，F＝96500。通過這樣計算熵變化(ΔS)，可以計算電池的發熱量TΔS.
表
電池充電時為發熱反應。為此，通過將本發明適用于鎳氫蓄電池中，可以發揮更好的效果。這是因為，充電時產生發熱反應增多發熱量，引起電池溫度上升。但是，通過適用本發明，可以降低溫度的上升。
如上所述，在本發明中，如果將渦卷狀電極體的負極板20的最外周壓接到外裝罐的側壁內面，可以由負極板20均勻集電，從而降低電壓降。為此，可以提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。另一方面，為了高容量化堿性蓄電池，即使在渦卷狀電極體的中心部沒有卷芯跡空間的情況下，如果將渦卷狀電極體的負極板20的最外周壓接到外裝罐的側壁內面，由于可以降低外裝罐和負極板20的接觸面上的接觸電阻，從而降低電壓降。
然而，如果壓接在外裝罐的側壁內面的負極板20的壓接部是負極板20的極板芯體21，由于可以降低外裝罐和極板芯體21的接觸面上的接觸電阻，進一步降低電壓降，可以進一步提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
此外，在上述實施例中，由于金屬制外裝罐兼作為負極端子，封口體兼作為正極端子，雖然是將焊接在渦卷狀電極體的負極上的負極集電體與金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸的例子進行了說明，當金屬制外裝罐兼作為正極端子時，也可以將焊接在渦卷狀電極體的正極上的正極集電體與金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸。
權利要求
1.一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，在兼作外部端子的金屬制外裝罐中包括在正、負極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體，其特征是所述渦卷狀電極體在渦卷狀電極群的中心部具有卷芯跡空間，包括焊接在所述渦卷狀電極群的一方極板的上端部的第1集電體和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板的下端部上的第2集電體，所述第2集電體焊接在所述外裝罐的底部內面上，同時所述另一方極板的最外周部的端部的一部分沒有焊接，將所述另一方極板的最外周部壓接在所述外裝罐的側壁內面。
2.根據權利要求1所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，其特征是壓接在所述外裝罐的側壁內面上的所述另一方極板的所述壓接部是將所述另一方極板的極板芯體直接壓接在所述外裝罐的側壁內面上。
3.一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，在兼作外部端子的金屬制外裝罐中包括在正、負極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體，其特征是所述渦卷狀電極體在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間，包括焊接在所述渦卷狀電極群的一方極板的上端部的第1集電體和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板的下端部上的第2集電體，所述第2集電體不進行焊接而接觸在所述外裝罐的底部內面上，同時所述另一方極板的最外周部的端部的一部分沒有焊接，將所述另一方極板的最外周部壓接在所述外裝罐的側壁內面。
4.根據權利要求3所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，其特征是壓接在所述外裝罐的側壁內面上的所述另一方極板的所述壓接部是將所述另一方極板的極板芯體直接壓接在所述外裝罐的側壁內面上。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池，其特征是所述堿性蓄電池是鎳氫蓄電池。
全文摘要
一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池包括焊接在渦卷狀電極體的正極板10的端部的正極集電體和焊接在渦卷狀電極體的負極板20的端部的負極集電體,負極集電體焊接在外裝罐的底部內面上,同時負極板20的最外周部的端部的一部分不焊接,負極板20的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面。這樣,如果負極板20的最外周部壓接在外裝罐的側壁內面,則由于負極板20進行均勻集電,可以降低電壓降,提高高率放電特性。
文檔編號H01M10/24GK1267098SQ0010287
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月7日 優先權日1999年3月16日
發明者春日秀夫, 伊勢忠司, 石丸順康 申請人:三洋電機株式會社