JP2003229097A - 角形アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で信頼性の高い薄型の角形アルカリ蓄電
池とその製造方法を提供する。 【解決手段】 一端１１ａが開口している角形のケース
１１と、ケース１１の一端１１ａとは反対側の他端に形
成されたキャップ部１２と、ケース１１内に配置された
極板群１３と、一端１１ａを封口する封口板１４とを備
える。そして、極板群１３は正極板と負極板とセパレー
タとを備え、負極とケース１１とが接触しており、キャ
ップ部１２はガス排気口と安全弁とを備え且つ負極端子
として機能し、封口板１４と正極板とが電気的に接続さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角形アルカリ蓄電
池およびその製造法に関し、特にたとえば薄型の角形ア
ルカリ蓄電池およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機器のポータブル化、コードレス
化が急速に進む中、これらの電源として小型且つ軽量で
エネルギー密度が高い二次電池への要望が高まりつつあ
る。特に、角形電池を主電源としているオーディオ市
場、特にＭＤプレイヤーでは、再生時間は最長１００時
間を超え、電池のさらなる高容量化は重要とされていな
い。今後は電池の薄型化が特に重要であり、薄型化が容
易なリチウム二次電池の普及が促進されている。

【０００３】しかし、ニッケル−水素蓄電池やニッケル
−カドミウム蓄電池などに代表されるアルカリ蓄電池に
ついて、角形リチウムイオン電池のような薄型化が実現
できれば、その安価で信頼性が高いという特徴を活か
し、市場においてもリチウム二次電池との差別化を図る
ことが可能となる。これらのアルカリ蓄電池では、正極
容量と負極容量とのバランスや電池特性を考慮して、極
板群の外側に配置した負極板と電池ケースとを接触させ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
角形アルカリ蓄電池は、正極端子側にガス排出機構を設
けていたため、正極端子側の封口板の構造が複雑で多く
の部品（一般的に８点以上）で構成されていた。このた
め、電池を薄型化するために封口板の各部品について新
たな金型を作製すると、多大な投資が発生することにな
り、電池の設計変更が容易ではなかった。

【０００５】また、従来の角形アルカリ蓄電池は、正極
側の封口板をレーザー溶接で封口していたが、レーザー
溶接を行う際に電池上部の面積が十分にとれないため、
ガスケットなどナイロンを主成分とする封止絶縁物がレ
ーザーの熱の影響によって変形することがあった。その
ため、電池の充放電時に、封止絶縁物の変形によって生
じた隙間から電解液が漏出する可能性があった。

【０００６】上記の課題を解決するため、本発明は、安
価で信頼性の高い薄型の角形アルカリ蓄電池とその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の角形アルカリ蓄電池は、一端が開口している
角形のケースと、前記ケースの前記一端とは反対側の他
端に形成されたキャップ部と、前記ケース内に配置され
た極板群と、前記一端を封口する封口板とを備える角形
アルカリ蓄電池であって、前記極板群は正極板と負極板
とセパレータとを備え、前記負極と前記ケースとが接触
しており、前記キャップ部はガス排気口と安全弁とを備
え且つ負極端子として機能し、前記封口板と前記正極板
とが電気的に接続されている。なお、本明細書におい
て、「角形アルカリ蓄電池」とは、直方体状または角が
丸められた直方体状のケースを用いたアルカリ蓄電池を
意味する。

【０００８】また、本発明の角形アルカリ蓄電池の製造
方法は、（ｉ）負極板が両端に位置するようにセパレー
タを挟んで交互に積層された正極板と負極板とを備える
極板群を作製する工程と、（ii）一端が開口された角形
のケースに前記極板群を挿入する工程と、（iii）正極
端子として機能する封口板で前記一端を封口する工程
と、前記ケースの前記一端とは反対側の他端に、ガス排
気口と安全弁とを備え負極端子として機能するキャップ
部を形成する工程とを備える。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１０】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
角形アルカリ蓄電池について一例を説明する。実施形態
１の角形アルカリ蓄電池１０の模式断面図を図１に示
す。

【００１１】角形アルカリ蓄電池１０は、ケース１１
と、キャップ部１２と、極板群１３（断面の図示は省略
する）と、封口板１４とを備える。

【００１２】ケース１１は、角形の形状（直方体状また
は角が丸められた直方体状の形状）を有する。ケース１
１は、通常、導電性を有する金属からなる。ケース１１
の一端１１ａは開口されている。また、ケース１１の一
端１１ａとは反対側の他端には、ガス抜き穴１１ｈが形
成されている。ケース１１は、長手方向（正極端子と負
極端子とを結ぶ方向）に垂直な断面の形状が、角が丸め
られている長方形の形状（以下、断面楕円状という場合
がある）であることが好ましい。このような形状のケー
スを用いることによって、ケース１１をかしめて封口し
た際の信頼性を向上できる。

【００１３】キャップ部１２は、ケース１１のガス抜き
穴１１ｈの部分に形成されている。キャップ部１２は、
ガス排気口（図示せず）が形成されたキャップ１２ａと
安全弁とを備える。電池の内圧が一定値以上に高まった
場合には、ガス抜き穴１１ｈとガス排気口１２とを介し
て電池内部のガスが放出される。図１には一例として安
全弁がゴム弁体１２ｂである場合を示しているが、安全
弁の構造はこれに限定されない。キャップ１２ａは導電
性を有する金属で形成されており、キャップ部１２は負
極端子として機能する。

【００１４】極板群１３は、正極板と負極板とセパレー
タとを備える。正極板と負極板とは、負極板が両端に位
置するようにセパレータを挟んで積層される。このよう
な積層体は、たとえば、両面をセパレータで被覆した正
極板と負極板とを交互に積層することによって形成でき
る。なお、正極板の２倍程度の長さの負極板を折り曲
げ、その間に正極板を配置することによって積層体を形
成してもよい。極板群の両端に配置された負極板は、ケ
ース１１と接触することによって負極端子であるキャッ
プ部１２と電気的に接続される。正極板、負極板および
セパレータは、作製する電池（たとえばニッケル−カド
ミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池）に応じて選択さ
れ、公知の材料を用いて作製することができる。

【００１５】封口板１４は、ケース１１の一端１１ａを
封口する。図１には、封口の方法の一例として、外周部
が樹脂１４ａで被覆された金属製の平板１４ｂからなる
封口板１４を用いた場合を示している。この場合には、
封口板１４が配置された部分でケース１１をかしめるこ
とによってケース１１を封口できる。封口板１４と正極
板とは、金属製のタブ１５によって電気的に接続されて
いる。図１に示すように、極板群１３と封口板１４とが
接触しないように、絶縁性の枠体１６を極板群１３と封
口板１４との間に配置することが好ましい。なお、封口
の方法は図１に示した方法に限定されない。たとえば、
ケース１１の一端１１ａの外周部を樹脂で被覆し、この
樹脂が形成されている部分に封口板を配置してケース１
１をかしめることによって封口を行ってもよい。

【００１６】実施形態１の角形アルカリ蓄電池では、ケ
ースを封口する部分にガス排出機構が形成されていない
ため、封口板の構成部品の数を減少させることができ
る。また、この電池では、安全弁として機能する弁体を
挿入したキャップをケースに溶接することによって負極
端子を形成できる。さらに、この電池では、封口板を挿
入したケースをかしめることによって容易に封口ができ
る。このため、実施形態１の角形アルカリ蓄電池は、設
計変更が容易であるとともに生産性よく安価に製造する
ことが可能である。また、この角形アルカリ蓄電池は、
レーザー溶接によって封口を行う従来の角形アルカリ蓄
電池とは異なり、熱による封口部の損傷がないため、充
放電サイクルを繰り返し行っても漏液が発生することが
なく、また、長期間保存した場合の信頼性も向上でき
る。

【００１７】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
角形アルカリ蓄電池の製造方法について一例を説明す
る。なお、実施形態２で用いる電池の構成部材には、実
施形態１で説明したものを用いることができる。

【００１８】実施形態２の製造方法では、まず、負極板
が両端に位置するようにセパレータを挟んで交互に積層
された正極板と負極板とを備える極板群を作製する（工
程（ｉ））。具体的には、たとえば、正極板の両面をセ
パレータで被覆したのち、負極板と正極板とを交互に積
層すればよい。正極板は、たとえば、金属酸化物からな
る活物質を水と水溶性の結着剤とともに混練して活物質
ペーストを作製し、このペーストを三次元的に連なった
空間を有する帯状のスポンジ状金属多孔体に充填、乾燥
してプレスした後、所定のサイズに切断することによっ
て形成できる。また、負極板は、たとえば、水素吸蔵合
金を含むペーストをパンチングメタルなどの芯材に塗着
し、乾燥およびプレスを行ったのちに所定のサイズに切
断することによって形成できる。

【００１９】次に、一端が開口された角形のケースに上
記極板群を挿入する（工程（ii））。極板群の両端に位
置する負極は、ケースと接触する。ケースには、実施形
態１で説明した、ケース１１を用いることができる。

【００２０】次に、正極端子として機能する封口板でケ
ースの一端（開口部）を封口する（工程（iii））。封
口は、実施形態１で説明した方法で行うことができる。
通常、封口の前に正極端子に接続された金属製のタブ
を、封口板に接続する工程を行う。

【００２１】最後に、ケース１１のガス抜き穴１１ｈか
ら電解液を注液したのち、ケース１１の他端にキャップ
部１２を形成することによって電池が得られる。なお、
電解液の注液、およびキャップ部を形成する工程は、必
ずしも最後の工程で行う必要はない。

【００２２】実施形態２の製造方法によれば、実施形態
１で説明した角形アルカリ蓄電池を容易に製造できる。
この製造方法では、封口板をレーザー溶接することによ
って封口する従来の製造方法とは異なり、熱による封口
部の変形などの影響を受けない電池を製造できる。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の一例として、角形のニッケ
ル−水素蓄電池を製造した一例について説明する。

【００２４】正極板は以下の方法で作製した。まず、水
酸化ニッケル１００質量部（重量部）と、結着剤である
カルボキシメチルセルロース０．２質量部とに、全ペー
ストの２５質量％となるように水を加えて練合し、ペー
スト状正極活物質を作製した。このペースト状活物質を
ニッケルのスポンジ状基板に充填して乾燥した後、プレ
スして充填密度を高め、幅１５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、
長さ５５ｍｍに切断加工して正極板を作製した。その
後、この正極板に超音波を印加して極板上部の活物質を
２ｍｍ幅で剥離した後、剥離部に、厚さ８０μｍのタブ
（ニッケルリード）を溶接した。このようにして、タブ
２１が接続された正極板２２を作製した。この正極板２
２は、タブ２１を出した状態で、ポリプロピレンを主成
分とするセパレータ２３で覆い、その外周端部を熱溶着
でシールした。このようにして、セパレータ２３で両面
を被覆した正極板２２を作製した。

【００２５】負極板２４は、水素吸蔵合金の粉末を含む
ペーストをパンチングメタルからなる芯材に塗着し、幅
１５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ１１３ｍｍに切断する
ことによって作製した。この負極板２４を２つに折り曲
げて、その間に、セパレータ２３でシールされた正極板
２２を挟み込み、極板群２５を作製した。

【００２６】この極板群を、図２（ａ）に示すように、
ガス抜き穴２６ｈを有するケース２６に挿入した。ケー
ス２６には、ニッケルメッキした鉄からなり断面楕円状
の角形ケース（外形寸法：横１７ｍｍ、縦６５ｍｍ、厚
さ４ｍｍ）を用いた。

【００２７】その後、図２（ｂ）に示すように、極板群
の下方に樹脂製の枠体２７と正極端子を兼ねた平板（封
口体）２８とを挿入したのち、開口部をかしめて封口し
た。平板２８は外周部が樹脂で被覆されており、封口す
る前にタブ２１と平板２８とを溶接した。封口は、図３
（ａ）のように端部が加工された開口部２６ａを、図３
（ｂ）に示すようにケース２６のガス抜き穴２６ｈ側か
らダイス３１を用いてしごき、図３（ｃ）のようにケー
ス端部をくの字状に折り曲げることによって行った。

【００２８】その後、ケース２６のガス抜き穴２６ｈか
らアルカリ電解液を真空注液したのち、図２（ｃ）に示
すようにゴム弁体２９ｂが挿入してあるキャップ２９ａ
をケース２６のガス抜き穴２６ｈの周囲に抵抗溶接し
た。このようにして、ＨＦ１７／６７サイズで公称容量
８００ｍＡｈの本発明の角形ニッケル−水素蓄電池（以
下、電池Ａという場合がある）を作製した。

【００２９】一方、比較例として、従来の封口方法を用
いて角形のニッケル−水素蓄電池（以下、電池Ｂという
場合がある）を作製した。電池Ｂは、底部が開口されて
いない従来の電池ケースを用いており、図４に示すよう
に、ケース４１の開口部が、ガス排出機構を有する従来
の封口板４２で封口されている。封口は、正極板と封口
板４２とをニッケルリードで接続したのち、ケース４１
に封口板４２をレーザー溶接することによって行った。

【００３０】上記本発明の電池Ａと比較例の電池Ｂとを
比較するため、それぞれを５０個ずつ作製した。電池Ａ
と電池Ｂのそれぞれについて初期の充放電を施した後
に、耐漏液性を確認するために温度６５℃、湿度９０％
の恒温槽に放置し、高温加湿した状態で長期信頼性試験
を行なった。この結果を図５に示す。

【００３１】図５から明らかなように、比較例の電池Ｂ
では、放置開始から約２週間後に漏液反応が２％、３５
日後に６％確認された。これに対して、本発明の電池Ａ
では放置後３５日経っても漏液反応が見られる電池は確
認されなかった。

【００３２】漏液反応が確認された比較例の電池Ｂを調
査すると、封口部の絶縁物の溶解が観察され、この部位
から漏液反応が確認された。この比較例では、封口板を
レーザーで溶接する際に、正極端子を絶縁するガスケッ
トがレーザーの熱の影響によって溶解して機密性が損な
われていた。また、レーザー溶接時に電池ケースと蓋体
とを接続するナゲットの径を小さくすると、逆にピンホ
ールが発生し、レーザー溶接条件の設定変更ではピンホ
ールの発生を抑制できなかった。

【００３３】実施例の電池Ａでは、レーザーを使用して
いないために上記比較例の電池Ｂに見られる弊害はな
く、また信頼性については、長期信頼性試験の結果から
みても、電池Ｂと比較して漏液反応がなく機密性が大幅
に向上していた。これは、電池Ａでは、くの字にかしめ
られたケース端部と絶縁物で被覆した平板との圧縮率が
維持されており、特に、電池ケースを断面楕円状にする
ことによってコーナー部位におけるケースと絶縁物との
密着性が強化されているため、機密性が比較例の電池Ｂ
よりも大幅に向上したものと考えられる。

【００３４】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明の角形アルカリ蓄電
池およびその製造方法では、負極端子側にガス排出機構
を設けて凸端子部とし、平板状の封口板で封口を行って
いる。その結果、ガス排出機構を備える従来の封口板に
比べて部品数を大幅に削減でき、設計変更が容易で安価
に製造できる電池が得られる。また、本発明の電池は、
封口の際にレーザーを用いた熱溶接を必要としないた
め、封口が容易であるとともに、レーザーの熱による封
口板の損傷を防止できる。

【００３６】したがって、本発明によれば、従来の角形
アルカリ蓄電池にないレベルの厚さ（６ｍｍ以下）まで
薄型化することが容易であり、リチウムイオン主体の市
場でも差別化できる安価で長期信頼性が高い薄型の角形
アルカリ蓄電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の角形アルカリ蓄電池について一例を
示す模式断面図である。

【図２】 本発明の角形アルカリ蓄電池の製造方法につ
いて一例を模式的に示す斜視図である。

【図３】 図２に示した製造方法の一工程の一例を示す
模式断面図である。

【図４】 比較例の角形アルカリ蓄電池の斜視図であ
る。

【図５】 本発明および比較例の角形アルカリ蓄電池に
ついて長期信頼性試験の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 角形アルカリ蓄電池 １１、２６ ケース １１ａ 一端 １１ｈ、２６ｈ ガス抜き穴 １２ キャップ部 １２ａ、２９ａ キャップ １２ｂ、２９ｂ ゴム弁体 １３、２５ 極板群 １４ 封口板 １４ａ 樹脂 １４ｂ 平板 １５、２１ タブ １６、２７ 枠体 ２２ 正極板 ２３ セパレータ ２４ 負極板 ２８ 平板（封口体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 浩之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA09 AA13 BB04 CC06 DD21 5H012 AA01 BB01 CC01 DD04 EE09 GG01 5H022 AA04 CC02 CC21 EE01 KK04 5H028 AA01 AA07 BB01 CC04 CC05 EE01 EE05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が開口している角形のケースと、前
   記ケースの前記一端とは反対側の他端に形成されたキャ
   ップ部と、前記ケース内に配置された極板群と、前記一
   端を封口する封口板とを備える角形アルカリ蓄電池であ
   って、 前記極板群は正極板と負極板とセパレータとを備え、 前記負極と前記ケースとが接触しており、 前記キャップ部はガス排気口と安全弁とを備え且つ負極
   端子として機能し、 前記封口板と前記正極板とが電気的に接続されている角
   形アルカリ蓄電池。
2. 【請求項２】 前記正極板と前記負極板とは、前記負極
   が両端に位置するように前記セパレータを挟んで交互に
   積層されている請求項１に記載の角形アルカリ蓄電池。
3. 【請求項３】 前記ケースの前記一端の外周部が樹脂で
   被覆されており、前記樹脂が形成されている部分に前記
   封口板を配置して前記ケースをかしめることによって前
   記ケースが封口されている請求項１または２に記載の角
   形アルカリ蓄電池。
4. 【請求項４】 前記封口板は外周部が樹脂で被覆された
   金属製の平板であり、前記封口板が配置された部分で前
   記ケースをかしめることによって前記ケースが封口され
   ている請求項１または２に記載の角形アルカリ蓄電池。
5. 【請求項５】 前記封口板と前記正極板とが金属製のタ
   ブで電気的に接続されている請求項１ないし４のいずれ
   かに記載の角形アルカリ蓄電池。
6. 【請求項６】 （ｉ）負極板が両端に位置するようにセ
   パレータを挟んで交互に積層された正極板と負極板とを
   備える極板群を作製する工程と、 （ii）一端が開口された角形のケースに前記極板群を挿
   入する工程と、 （iii）正極端子として機能する封口板で前記一端を封
   口する工程と、 前記ケースの前記一端とは反対側の他端に、ガス排気口
   と安全弁とを備え負極端子として機能するキャップ部を
   形成する工程とを備える角形アルカリ蓄電池の製造方
   法。