专利名称：圆筒型碱性蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及圆筒型碱性蓄电池。
背景技术：
对于圆筒型碱性蓄电池，尤其是镍氢蓄电池，越来越要求高电容化。具体来说，在AA尺寸中，要求开发体积能量密度超过400Wh/l的镍氢蓄电池。
因此，例如，在专利文献1公开的AA尺寸的镍氢蓄电池中，通过加厚正极板的厚度，来实现高电容化。该电池中，正极板的匝数为3匝以上且4匝以下，刚卷绕后的电极组的截面形状为大约正圆形状。其结果是，在该电池中，通过外装罐收容较大的电极组(正极板)，实现高电容化。
专利文献1日本国专利特开2005-056682号公报(例如，权利要求的范围等)的确，如专利文献1所公开那样，通过进一步加厚正极板的厚度，可以得到更高电容的圆筒型碱性蓄电池。但是，另一方面，增加正极板的厚度导致充放电中的电流密度增大，因此从确保快速充电特性或放电特性方面考虑是不理想的。另外，由于正极板的厚度·密度的增大，从而在正极板的制作工序及电池组装工序中的生产率降低，进而，变得难以维持得到的正极板和电池的质量。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作成的，其目的在于提供一种生产量及质量高，并且快速充电特性或放电特性优异的高电容的圆筒型碱性蓄电池。
本发明者们在解决上述的问题时，着眼于不增大正极板的厚度，而增大正极板的长度。但是，在增大正极板的长度时，正极板及负极板的各芯体或隔板等与电池反应没有直接关系的部件的体积也增大，因此导致电池内的正极活性化物质量相对减少，电池电容降低。
因此，本发明者们为了在不降低电池电容的情况下增大正极板的长度而进行了反复研究，在这一过程中是如下考虑的。
一直以来，为了在外装罐内填充更大的电极组，而使刚卷绕后的电极组的横截面形状为接近正圆形状。即，当以正极板的卷绕起始端部的周方向位置为基准位置时，将电极组卷绕为从正极板的卷绕结束端部的周方向位置沿正极板测量的直至基准位置之间的角度在超过270°且小于360°的范围。
但是，即使这样卷绕电极组，若电极组因组装后的活性化处理(初次充放电处理)而膨胀，则现有电池的横截面的形状的正圆度也降低，成为椭圆形状。
在此，在圆筒型碱性蓄电池的规格中，通常只规定电池的最大径，制造椭圆形状的电池，其长轴的长度不超过最大径。因此，椭圆形状的电池的实际体积是按照规格上的最大径而估计的圆柱体的体积，即，远远小于规格规定的体积。因此，如果能够制造活性化处理后大约正圆形状的电池，则可以将电池的实际体积增大到由规格规定的体积尺寸，其结果是，可以在不使电池电容降低的情况下增大正极板的长度。
而且，发明者为了将基于这样的考虑而得到的想法具体化，进一步进行了研究。在此过程中发现，与其说，即使刚卷绕后的电极组的横截面形状接近正圆形状，活性处理后电池也不能成为大约正圆形状，倒不如说，即使刚卷绕后的电极组的横截面形状变形(呈扁圆)，活性处理后电池也能成为大约正圆形状，从而实现了本发明。
即，根据本发明，提供一种圆筒型碱性蓄电池，其在导电性的圆筒状外装罐内具有卷绕正极板、负极板及隔板而成的电极组，该圆筒型碱性蓄电池的特征在于，在所述外装罐的最大径为Dmax，所述正极板的匝数为N时，满足用N≥
(其中，[]为高斯符号)表示的关系，所述电极组使用卷芯卷绕，在中央具有对应于所述卷芯的空洞部，从所述电池的横截面看，将除去所述空洞部的所述电极组的截面积用从所述外装罐的内截面积减去所述电极组的空洞部的截面积而得到的值除而得到的值为95％以上且100％以下，而且，在以所述正极板的卷绕起始端部的周方向位置为基准位置时，从所述正极板的卷绕结束端部的周方向位置沿所述正极板测量的直至所述基准位置之间的角度θ在180°以上且270°以下的范围。
本发明的电池在所述外装罐的最大径为Dmax，正极板的匝数为N时，满足用N≥
(其中，[]为高斯符号)表示的关系。即，如果电池为AA尺寸，则正极板的匝数为4匝以上；如果电池为AAA尺寸，则正极板的匝数为2匝以上。这样，在本发明的电池中，由于正极板的匝数与最大径成比例地增多，且与电池反应有关的正极板的面积大，因此充放电时的电流密度降低。因此，该电池不仅适用于高电容化，而且在快速充电特性或放电特性方面也优越。
另外，根据本发明的电池，通过增加正极板的匝数来实现高电容化，与使用厚的正极板实现高电容化的情况相比，正极板的制造或卷绕都容易，且电池的生产率或质量变高。
进而，根据本发明的电池，由于从正极板的卷绕结束端部的周方向位置沿正极板测量的直至基准位置即卷绕起始端部的周方向位置的角度θ在180°以上且270°以下的范围，因此能实现高电容化。其理由如下所述。
在该电池中，由于角度θ在上述范围内，因此从刚卷绕后的形状来看，电极组的的外径在正极板的卷绕结束端部的周方向位置显著增大，电极组的横截面形状比现有的电极组更变形。
而且，如果从电池横截面看，由于将除去空洞部的电极组的截面积用从外装罐的内截面积减去电极组的空洞部的截面积而得到的值除而得到的值为95％以上且100％以下，因此如果在外装罐内收容变形的电极组，则外装罐的周壁因来自内侧的按压力而变形。因此，刚组装后的电池的横截面形状的正圆度也降低，成为椭圆形状。
但是，在该电池中，在电极组经活性化处理而膨胀时，由于角度θ在上述范围内，故电极组的空洞部比以往破坏得更大。这被认为是由于在正极板的卷绕起始端部及卷绕结束端部的周方向位置的正极板的膨胀力作为施加于正极板和负极板的最内周部的压缩力而有效地发挥了作用。
这样，如果空洞部被较大地破坏，电极组朝向径向内侧大力膨胀，则电极组所残留的空洞部被作为发电单元的正极板及负极板占用，从而被有效地活用。另外，由于空洞部被较大地破坏，从而朝向电极组径向外侧的膨胀被抑制，并且电极组膨胀使其横截面形状成为正圆形状。其结果是，该电池的正圆度通过进行活性化处理而变高，电池的实际体积增大到规格上的体积尺寸，从而实现了高电容化。
作为优选方式，圆筒型碱性蓄电池还具备将包括所述卷绕起始端部的所述正极板的1匝的径向外面覆盖的绝缘性的最内周保护部件。在该状态下，可以容易且可靠地防止内部短路，从而生产率及质量进一步提高。这是基于以下理由。
在本发明的电池中，由于正极板的匝数多，且由于除了电极组中央的空洞部变小之外，空洞部因活性化处理而被较大地破坏，因此，在包括卷绕起始端部的正极板的1匝(最内周部)中容易产生成为内部短路原因的断裂或龟裂。因此，该方式的电池还具备覆盖正极板的最内周部的最内周保护部件，通过该最内周保护部件防止产生断裂或龟裂的部位刺破隔板而与负极板直接接触。其结果是，可以容易且可靠地防止内部短路的产生，且在该方式的电池中，生产率及质量可靠地提高。
作为优选方式，所述正极板在所述卷绕起始端部及卷绕结束端部中的至少一方，具有厚度比这些端部间的正极主体部薄的薄壁部。在该状态下，由于使正极板的卷绕起始端部及卷绕结束端部中的至少一端形成为比正极主体部薄，所以即使正极板的匝数多，正极板及负极板也能容易地卷绕成美观的螺旋状。其结果是，在该方式的电池中，抑制了电极组在卷绕时正极板产生断裂或龟裂，从而生产率及质量进一步提高。
作为优选方式，该电池在覆盖所述正极板的径向外面侧的隔板和所述正极板之间还具备位于所述薄壁部和所述正极主体部的边界上的绝缘性的边界保护部件。
根据该方式，即使飞边从正极板的薄壁部和主体部的边界突出，也通过边界保护部件防止飞边刺破隔板而与负极板直接接触。其结果是，在该方式的电池中，质量进一步提高。
作为优选方式，所述保护部件由树脂制的带及无纺布中的任一种构成。这些树脂的带和无纺布由于具有柔软性，故卷绕容易，并且体积小，因此，适合于电池的高电容化。
作为优选方式，所述薄壁部具有一定的厚度或逐渐变化的厚度。具有一定的厚度或逐渐变化的厚度的薄壁部容易形成，适合于提高电池的生产率。
作为优选方式，所述卷芯的外径为所述外装罐的最大径的30％以下。在该方式的电池中，由于卷芯的外径为所述外装罐的最大径的30％以下，从而能够容易地增加正极板的匝数。另外，在该电池中，通过增加正极板的匝数来实现高电容化，即使使用外径小的卷芯，与使用厚的正极板来实现高电容化的情况相比，正极板也容易卷绕，而且防止在正极板的最内周部产生断裂或龟裂。因此，根据该方式的电池，能够确保生产率及质量，同时容易实现高电容化。
(发明效果)如以上说明所述，本发明的圆筒型碱性蓄电池不仅能够实现高电容化，而且生产率和质量也高，并且，快速充电特性或放电特性也优异，因此具有很高的市场价值。
图1是表示本发明一实施方式的圆筒型镍氢二次电池的概略的局部切口立体图；图2是表示图1的电池的横截面的概略图；图3(a)是表示图1的电池中的电极组的横截面积的示意图，图3(b)是表示图1的电池中的从外装罐内侧的截面积减去电极组的空洞部的截面积而得到的横截面积的示意图；图4是用于说明在图2的横截面中与正极板的卷绕起始端部的周方向位置相对的卷绕结束端部的周方向位置的图；图5是展开地表示电池1中使用的正极板的立体图；图6是展开地表示图2的正极板的一部分和边界保护部件的立体图；图7是图1的电池中使用的电极组的卷绕方法的说明图；图8是用于说明在图1的电池中通过活性化处理施加于电极组的最内周部的压缩力的图；图9是表示正极板的卷绕结束端部的周方向位置(角度θ)、和刚组装后及活性化处理后的电池的正圆度之间的关系的图表；图10是表示正极板的卷绕结束端部的周方向位置(角度θ)、和活性化处理后的电池的最大径Dmax之间的关系的图表；图11是展开地表示变形例的正极板的一部分的立体图；图12是将代替卷绕起始端部侧的边界保护部件而应用的最内周保护部件，与正极板及负极板的卷绕起始端部侧的一部分一起示意地表示的剖面图。
图中，10-外装罐；22-电极组；24-正极板；26-负极板；28-隔板；36-正极板的卷绕起始端部；40-正极板的卷绕结束端部。
具体实施例方式
图1表示本发明一实施方式的AA尺寸的圆筒型镍氢二次电池。
该电池具备一端为开口的呈有底圆筒形状的外装罐10，外装罐10由镀镍的钢板构成。作为该钢板，可以使用SPCC(一般用)、SOCD(拉深用)、SPCE(深度拉深用)等一般冷轧钢板，外装罐10的周壁厚度为0.17mm以下。在电池的活性化处理后，外装罐10的外径D的最大值(最大径Dmax)在13.5mm以上且14.5mm以下的范围。还有，如果电池是AAA尺寸，则最大径Dmax在9.8mm以上且10.5mm以下的范围。
外装罐10具有导电性，并作为负极端子发挥作用，在外装罐10的开口内经由环状的绝缘衬垫12配置有导电性的盖板14。通过将外装罐10的开口缘铆接加工，绝缘衬垫12及盖板14固定在开口内。
盖板14在中央具有排气孔16，在盖板14的外面上配置有橡胶制的阀体18以便闭塞排气孔16。进而，在盖板14的外面上，同轴上固定有带有凸缘的圆筒形状的正极端子20使其包围阀体18，正极端子20在开口端侧从外装罐10沿轴线方向突出。正极端子20将阀体18按压于盖板14，通常时，外装罐10由盖板14将绝缘衬垫12及阀体18一起气密地闭塞。另一方面，当在外装罐10内产生气体使内压增高的情况下，阀体18被压缩，通过排气孔16从外装罐10放出气体。即，盖板14、阀体18和正极端子20形成了在电池的内压超过了规定压力时工作的安全阀。
在此，从正极端子20的前端到外装罐10的底面的长度即电池的高度H在49.2mm以上且50.5mm以下的范围内，电池规格上的体积Vb与最大值径Dmax及高度H的圆柱体的体积相等，按照以下公式规定。
Vb＝π(Dmax/2)2×H在外装罐10内大约同轴地收纳有大约圆柱状的电极组22，电极组22的最外周部与外装罐10的内周面直接接触。电极组22分别由螺旋状的正极板24、负极板26和隔板28构成，正极板24及负极板26的径向内面和径向外面经由隔板28而相对。
进而，在外装罐10内，在电极组22的一端和盖板14之间配置有正极导线30，正极导线30的两端焊接在正极板24和盖板14上。因此，正极端子20和正极板24之间经由正极导线30及盖板14而电连接。更具体地，正极导线30呈带状，在将盖板14配置到外装罐10的开口内时，弯折地收容在电极组22和盖板14之间，正极导线30的电极组22侧的端部在与正极板24的一方的面面接触的状态下焊接于其上。还有，盖板14和电极组22之间配置有圆形的绝缘部件32，正极导线30通过在绝缘部件32设置的狭缝延伸。另外，在电极组22和外装罐10的底部之间也配置有圆形的绝缘部件34。
电极组22如下形成，分别准备带状的正极板24、负极板26和隔板28，将这些正极板24和负极板26经由隔板28从其一端侧使用卷芯卷绕成螺旋状。由此，如图2所示，正极板24和负极板26的一端部(卷绕起始端部)36、38安装在电极组22的中心轴侧，另一方面，正极板24和负极板26的另一端部(卷绕结束端部)40、42安装在电极组22的外周侧。
负极板26比正极板24长，负极板26的卷绕起始端部38侧的1匝(最内周部)，从电极组22的径向看，卷绕于正极板24的卷绕起始端部36侧的1匝(最内周部)的内侧，并且负极板26的卷绕结束端部42侧的1匝(最外周部)，卷绕于正极板24的卷绕结束端部40侧的1匝(最外周部)的外侧。
隔板28未卷绕在电极组22的最外周，负极板26的最外周部卷绕在电极组22的最外周，负极板26的最外周部和外装罐10互相直接接触而电连接。
由于卷绕后卷芯从电极组22中拔出，因此电极组22在其中心具有对应于卷芯形状的空洞部44。不过如后所述，空洞部44通过电池的活性化处理而在电极组22膨胀时被破坏，所以活性化处理后的空洞部44的形状与卷芯的形状不一致。
在此，电极组22的横截面积如图3(a)的斜线所示，是从外装罐10的周壁内侧的截面积，减去空洞部44的截面积和在电极组22及外装罐10之间产生的缝隙46的截面积而得到的值，将该电极组22的横截面积用从外装罐10的周壁内侧的截面积减去空洞部44的截面积而得到的值，即由图3(b)中斜线表示的横截面积除而得到的值在95％以上且100％以下的范围内。还有，在本说明中，也将该值称作电极组截面积比率。
另外，在设电极组22中的正极板24的匝数为N时，匝数N与外装罐10的最大径Dmax之间，用N≥
(其中，[]为高斯符号)表示的关系成立。因此，在AA尺寸的该电池中，正极板24的匝数N为4匝以上，如果是电池AAA尺寸，则匝数N为2匝以上。还有，在图1中，正极板24的匝数少于4匝，这是为了作图上的方便。
如图4中示意地表示正极板24的一部分所示，从电池的横截面看，在以正极板24的卷绕起始端部36的周方向位置为基准位置时，从正极板24的卷绕结束端部40的周方向位置沿正极板24测量的直至基准位置之间的角度θ在180°以上且270°以下的范围A，优选在200°以上且240°以下的范围B。
正极板24由导电性的正极芯体和被正极芯体保持的正极合剂构成。
更详细地说，可以使用具有三维网络状骨骼的镍制的金属体作为正极芯体，正极合剂被填充到正极芯体的内部。
正极合剂由正极活性物质粒子、用于改善正极板特性的各种添加剂粒子、及将这些正极活性物质粒子和添加剂粒子的混合粒子粘结于正极芯体的粘结剂构成。
由于电池是镍氢二次电池，因此正极活性物质粒子是氢氧化镍粒子，但氢氧化镍粒子也可以固溶有钴、锌、镉等，或表面的一部分或全部也可以由钴化合物覆盖。另外，无论哪个都不特别地限定，但作为添加剂，除氧化钇之外，可使用氧化钴、金属钴、氢氧化钴等钴化合物、金属锌、氧化锌、氢氧化锌等锌化合物、氧化铒等希土类化合物等，作为粘结剂，可使用亲水性或疏水性的聚合物等。
在此，正极板24的正极合剂中含有的正极活性物质量设定为使电池体积能量密度为400Wh/l以上且470Wh/l以下的范围。所谓电池体积能量密度是指，将对电池的0.2C电容乘作为工作电压的1.2V而得到的值用上述电池体积Vb除而求得的值。所谓电池的0.2C电容是指，按照JIS C8708-1997规定的、在周围温度在20±5℃时，首先将电池以相当于0.1C的电流量充电16个小时，然后停止1～4个小时，接着以相当于0.2C的电流量放电到1.0V的放电停止电压时的电容。
图5表示展开的正极板24的外形形状。正极板24具有在长度方向上的厚度一定的正极主体部50，正极主体部50的厚度例如在0.62mm以上且0.72mm以下的范围。位于正极主体部50两端的卷绕起始端部36及卷绕结束端部40，作为优选方式，分别形成有厚度比正极主体部50薄的薄壁部。
更详细地说，如图6放大后所示，在卷绕起始端部36及卷绕结束端部40，前端侧的径向外面从与正极主体部50的边界即棱52作为倾斜面54而形成，正极板24的厚度从棱52朝向前端按照一定的变化率逐渐减少。另一方面，正极板24的径向内面在卷绕起始端部36及卷绕结束端部40、和正极主体部50之间的边界形成平面，因此，卷绕起始端部36及卷绕结束端部40朝向前端形成尖细形状。
如后所述，倾斜面54通过切掉或加压而形成于卷绕起始端部36及正极卷绕结束端部40的外面。因此，由于在棱52及棱52的周边部分存在在倾斜面54的形成时产生的飞边，所以优选棱52被边界保护部件56罩住。
边界保护部件56夹插于正极板24和与正极板24的径向外面邻接的隔板28之间(参照图2)，并覆盖正极主体部50、和卷绕起始端部36及卷绕结束端部40之间的边界。边界保护部件56由绝缘性的PP制的带构成，可以覆盖正极板24的棱52整体。
各边界保护部件56的尺寸虽然被设定为，将电极组22插入外装罐10内时，棱52及其周边部分的飞边不贯通各边界保护部件56和隔板28，但是并不特别地限定。
另外，关于各边界保护部件56的材质及方式，虽然被设定为，将电极组22插入外装罐10内时，棱52及其周边部分的飞边不贯通各边界保护部件56和隔板28，但是并不特别地限定。不过，作为边界保护部件56的材质，优选具有耐碱性及亲水性这两方面特性的聚烯系的聚合物，例如PP(聚丙烯)，另外，边界保护部件56的形态优选无纺布或带等片状。
负极板26由导电性的负极芯体和被负极芯体保持的负极合剂构成。
更详细地说，由于电池是镍氢二次电池，故负极合剂由可以包藏和释放作为负极活性物质的氢的氢包藏合金粒子及接合剂构成。不过，也可以代替氢包藏合金粒子，而例如使用镉化合物，将电池作为镍镉二次电池。但是，为了电池的高电容化，镍氢二次电池是优选的。还有，在活性物质是氢时，负极电容由氢包藏合金量规定，因此在本说明书中，也将氢包藏合金称作负极活性物质。
氢包藏合金粒子只要在电池充电时可以包藏在电解液中电化学式产生的氢，并且在放电时能够容易地释放该包藏的氢即可。作为这样的氢包藏合金并不特别地限制，例如可以使用LaNi5或MmNi5(Mm为混合稀土合金)等AB5型系的合金。另外，作为粘结剂，可以分别使用亲水性或疏水性的聚合物等。
作为负极芯体，例如可以使用冲孔金属、金属粉末烧结体衬底、多孔金属网及镍网等。
作为隔板28的材料，例如可以使用对聚酰胺纤维制无纺布、聚乙烯或聚丙烯等的聚烯纤维制无纺布赋予了亲水性官能基而得到的材料。还有，在本实施方式中，如图2所示，作为隔板28，卷绕着夹插于正极板24的径向外面和负极板26的径向内面之间的第1隔板28a、和夹插于正极板24的径向内面和负极板26的径向外面之间的第2隔板28b。
在收容有上述的电极组22的外装罐10内注射规定量的碱电解液(未图示)，经由包含在隔板28中的碱电解液，在正极板24和负极板26之间进行充放电反应。
还有，作为碱电解液的种类并不特别地限定，但是例如可以使用氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氢氧化钾水溶液、及混合了它们中的二种以上而得到的水溶液等，另外，关于碱电解液的浓度也并不特别地限定，例如可以使用8N的浓度。
上述的电池可以应用通常的方法进行制造，但是，以下就电极组22的卷绕方法举一例进行说明。
如图7所示，电极组22使圆柱状的卷芯60沿一定方向旋转，并且朝向卷芯60，连续地拉出正极板24、负极板26、第1隔板28a及第2隔板28b进行卷绕。在此，卷芯的外径P并不特别地限定，但优选在外装罐10的最大径Dmax的0％以上且30％以下的范围。
还有，在图7中，为了避开线的错综，与图2一样，省略了第1和第2隔板28a、28b的剖面线，并且也未加以区别地图示了正极板24及负极板26的芯体及合剂。
在上述的电池中，在将电极组22中的正极板24的匝数设为N时，在匝数N和外装罐10的最大径Dmax之间，用N≥
(其中，[]为高斯符号)表示的关系成立。因此，在该电池中，正极板的匝数为4匝以上，正极板24的匝数N与最大径Dmax成比例地增大，而且与电池反应有关的正极板24的面积大，因此，充放电时的电流密度变低。因此，该电池不仅适用于高电容化，快速充电特性或放电特性也优异。
另外，该电池可以通过增加正极板24的匝数N来实现高电容化，与使用厚的正极板来实现高电容化相比，正极板24的制作或卷绕容易，从而电池的生产率或质量提高。
进而，在该电池中，从其横截面看，从正极板24的卷绕结束端部40的周方向位置沿正极板24测量的直至基准位置即卷绕起始端部36的周方向位置的角度θ在180°以上且270°以下的范围A，进而优选在200°～240°的范围B，从而能够实现高电容化。其理由如下所示。
在该电池中，由于角度θ在上述范围，因而从刚卷绕后的形状看，电极组22的外径在正极板24的卷绕结束端部40的周方向位置显著增大，电极组22的横截面形状比以往的电极组更变形。
而且，在该电池中，由于电极组截面积比率为95％以上且100％以下，因此，如果在外装罐10内收容变形的电极组22，则外装罐10的周壁因来自内侧的按压力而变形。因此，刚组装后的电池形状的正圆度低，成为椭圆形状。
但是，在该电池中，电极组22经过活性化处理而膨胀时，由于角度θ在上述范围内，因此电极组22的空洞部44比以往破坏得更大。如图8所示，这是由于在卷绕起始端部36和卷绕结束端部40的周方向位置的正极板24的膨胀力作为施加于正极板24和负极板26的最内周的压缩力而有效地发挥了作用。
这样，如果空洞部44被较大地破坏，电极组22朝向径向内侧大力膨胀，则电极组22中剩余的空洞部44被作为发电元件的正极板24和负极板26占有，从而被有效地活用。另外，由于空洞部44被较大地破坏，从而朝向电极组22的径向外侧的膨胀被抑制，并且电极组22的横截面形状膨胀为正圆形状。其结果是，该电池的正圆度经活性化处理而变高，电池的实际体积增大到规格上的体积尺寸，实现了高电容化。
另外，在该电池中，作为优选方式，由于将正极板24的卷绕起始端部36和卷绕结束端部40形成为比正极主体部50薄，因此从横截面看时，正极板24和负极板26被卷绕成美观的螺旋状。其结果是，在该电池中，在电极组22的卷绕时，抑制正极板24产生断裂或龟裂，从而生产率及质量进一步提高。
进而，该电池作为优选方式，在覆盖正极板24的径向外面侧的第一隔板28a和正极板24之间，还具有位于作为薄壁部的卷绕起始端部36及卷绕结束端部40、和正极主体部50之间的边界上的绝缘性的边界保护部件56。因此，在该电池中即使飞边从正极板24中的卷绕起始端部36及卷绕结束端部40、和正极主体部50之间的边界突出，也通过边界保护部件56防止飞边刺破隔板28而与负极板26直接接触。其结果是，该电池的质量进一步提高。
而且，在该电池中，作为优选方式，通过用于卷绕电极组22的卷芯60的外径P为外装罐的最大径Dmax的30％以下，可以容易地增加正极板24的匝数N。另外，在该电池中，通过增加正极板24的匝数N来实现了高电容化，即使使用了外径P小的卷芯60，与使用厚的正极板来实现了高电容化的情况相比，正极板24也容易卷绕，而且可以防止正极板24的最内周部产生断裂或龟裂。因此，根据该电池，能够确保生产率及质量并且容易实现高电容化。
实施例11.正极板的制作准备各粒子的全部或一部分被钴化合物覆盖的氢氧化镍粉末，相对于该氢氧化镍粉末100质量份，混合40质量％的HP悬浮液，调制正极用浆料，并将涂敷·填充有该正极用浆料的具有三维网络状骨骼的镍制金属体经干燥后，进行轧制·截断，制作AA尺寸用的正极板。
2.负极板的制作按照Mm1.0Ni3.7Co0.8Al0.3Mn0.2(其中，Mm是混合稀土合金)的组成称量金属原料并混合，用高频熔解炉熔解该混合物，得到坯料。将该坯料在温度为1000°的氩气氛下加热10小时，将坯料中的晶体结构形成为AB5型结构。然后，将坯料在惰性气氛中进行机械性粉碎并筛选，得到AB5型的氢包藏合金粉末。还有，得到的氢包藏合金粉末的、用激光衍射·散射式粒度分布检测装置测定的对应于50％累积重量的平均粒径是50μm。
相对于得到的合金粉末100质量份，加入聚丙烯酸钠0.5质量份、羧甲基纤维素0.12质量份、PTFE悬浮液(分散剂水，比重1.5，固体量60质量％)0.5质量份(固体量换算)、碳黑1.0质量份及水30质量份，进行搅拌，调制出负极用浆料。然后，将涂敷有负极用浆料的镍制的冲孔片经干燥后，进行轧制·截断，制作AA尺寸用的负极。
3.镍氢蓄电池的组装经由由聚丙烯纤维制无纺布构成的厚度为0.1mm、单位面积重量为40g/m2的隔板，将得到的正极和负极卷绕成螺旋状，制作电极组。将得到的电极组收纳到外装罐内并进行规定的安装工序之后，向外装罐内注射由7N的氢氧化钾水溶液和1N的氢氧化锂水溶液构成的碱性电解液。然后，将外装罐的开口端用盖板等封口，从而组装了额定电容为2500mAh的AA尺寸的实施例1的密闭圆筒形镍氢蓄电池。
实施例2～6及比较例1～5如表1所示，为了使与正极板的卷绕起始端部的周方向位置相对的卷绕结束端部的周方向位置(角度θ)变化，制作长度不同的多个正极板。此时，正极板的长度越长，正极用浆料向金属体的填充量越少，并且提高了轧制率，减薄了正极板的厚度，电池的电容成为一定。除了使用这些正极板之外，与实施例1的情况同样地组装实施例2～7及比较例1～3的镍氢蓄电池。
4.电池的形状评价首先，针对刚组装后的各电池，分别测定最大径和最小径，将最小径用最大径除后求得正圆度。
然后，针对各电池，实施如下的活性化处理在温度为25℃的环境中，用0.1It的充电电流充电15小时后，用0.2It的放电电流放电到终止电压1.0V。然后，也针对活性化处理后的各电池，测定最大径和最小径，将最小径用最大径除后求得正圆度。
表1表示刚组装后(活性化处理前)及活性化处理后的各正圆度和活性化处理后的最大径。另外，图9表示卷绕结束端部的周方向位置(角度θ)和各正圆度之间的关系。图10表示卷绕结束端部的周方向位置(角度θ)和最大径Dmax之间的关系。还有，表1的各正圆度及最大径是每10个电池的平均值。
表1
(1)从表1及图9可以明确得知，经过活性化处理，实施例1～6的电池的正圆度变高，相对于此，比较例1、3～5的电池的正圆度降低。
另外，就实施例1～6的电池的正圆度而言，如果在刚组装后进行比较，则低于比较例1～5的电池的正圆度，但如果在活性化处理后进行比较，则是比较例1～5的电池的正圆度以上。
由此可知，在实施例1～6的电池中，即使刚组装后的正圆度低，经过活性化处理而电极组膨胀时，电极组的横截面形状也成为大约正圆形状。
还有，即使在实施例1～6中，在正极板的卷绕结束端部的周方向位置为200°、220°、240°的实施例4、5、6中，正圆度也特别高。
(2)从表1及图9、10可以明确得知，经过活性化处理后，正圆度越高，最大径Dmax越小。
(3)在活性化处理前后，在实施例1～6的电池中确认了如下的倾向最大径变小并且最小径变大，随之正圆度变高。相对于此，在比较例1～5的电池中确认了如下的倾向最大径及最小径都变大，随之正圆度变低。
这是由于在实施例中的电池中，经过活性化处理而电极组膨胀时，电极组中央的空洞部被较大地破坏，电极组在刚组装后的最大径向收缩。
本发明不限定于上述的一实施方式及实施例，可以进行各种变形，例如，也可以在安全阀中使用压缩螺旋弹簧作为弹性体。
而且，正极板24优选将卷绕起始端部36及卷绕结束端部40这两方作为薄壁部而形成，但也可以只是其中一方，或也可以在包括卷绕起始端部36及卷绕结束端部40的长手方向整体上厚度一致。
另外，作为薄壁部的卷绕起始端部36及卷绕结束端部40的形状并不特别地限定。例如，如图11展开所示，正极板24的径向外面也可以形成为带有台阶的形状，使薄壁部的厚度一致。还有，由于尖细形状或带有台阶的形状的薄壁部容易形成，因此适合于提高电池的生产率。
进而，也可以代替卷绕起始端部36侧的边界保护部件56而使用如图12所示的最内周保护部件62，或与其一起使用最内周保护部件62。最内周保护部件62也由具有绝缘体的片状材料构成，并覆盖着包括卷绕起始端部36的正极板24的1匝(最内周部)的径向外面整体。在使用了该最内周保护部件62时，可以容易并可靠地防止内部短路，从而电池的生产率及质量进一步提高。其理由如下。
该电池中，由于正极板24的匝数N多，且由于除了电极组22中央的空洞部44变小之外，空洞部44通过活性化处理而被较大地破坏，因此，在正极板24的最内周部容易产生成为内部短路的原因的断裂或龟裂。
因此，如果使用最内周保护部件62，则防止产生断裂或龟裂的部位刺破隔板28而与负极板26直接接触。其结果是，可以容易并可靠地防止内部短路的产生，从而生产率及质量进一步提高。
最内周保护部件62的材质与边界保护部件56相同，优选具有耐碱性及亲水性这两方面特性的聚烯系的聚合物，例如PP(聚丙烯)。另外，最内周保护部件62的形态优选是无纺布或带等片状。树脂制片状材料由于具有柔软性，因此容易卷绕，并且由于体积小，因此适合于电池的高电容化。
还有，图12中，为了作图上的方便而省略了隔板28。
权利要求
1.一种圆筒型碱性蓄电池，其在导电性的圆筒状外装罐内具有卷绕正极板、负极板及隔板而成的电极组，该圆筒型碱性蓄电池的特征在于，在所述外装罐的最大径为Dmax，所述正极板的匝数为N时，满足用N≥
(其中，[]为高斯符号)表示的关系，所述电极组使用卷芯卷绕，在中央具有对应于所述卷芯的空洞部，从所述电池的横截面看，将除去所述空洞部的所述电极组的截面积用从所述外装罐的内截面积减去所述电极组的空洞部的截面积而得到的值除而得到的值为95％以上且100％以下，而且，在以所述正极板的卷绕起始端部的周方向位置为基准位置时，从所述正极板的卷绕结束端部的周方向位置沿所述正极板测量的直至所述基准位置之间的角度θ在180°以上且270°以下的范围。
2.如权利要求1所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，还具备将包括所述卷绕起始端部的所述正极板的1匝的径向外面覆盖的绝缘性的最内周保护部件。
3.如权利要求1所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，所述正极板在所述卷绕起始端部及卷绕结束端部中的至少一方，具有厚度比这些端部间的正极主体部薄的薄壁部。
4.如权利要求3所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，在覆盖所述正极板的径向外面侧的隔板和所述正极板之间还具备位于所述薄壁部和所述正极主体部的边界上的绝缘性的边界保护部件。
5.如权利要求2或4所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，所述保护部件由树脂制的带及无纺布中的任一种构成。
6.如权利要求3所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，所述薄壁部具有一定的厚度或逐渐变化的厚度。
7.如权利要求1所述的圆筒型碱性蓄电池，其特征在于，所述卷芯的外径为所述外装罐的最大径的30％以下。
全文摘要
提供一种生产率及质量高，并且快速充电特性及放电特性优异的高电容的圆筒型碱性蓄电池。圆筒型碱性蓄电池在导电性的圆筒状外装罐内具有卷绕正极板(24)、负极板及隔板而成的电极组。在所述外装罐的最大径为Dmax，正极板(24)的匝数为N时，满足用N≥
(其中，[ ]为高斯符号)表示的关系。例如，在AA尺寸的电池中，匝数为4匝以上。另外，从电极组的横截面看，在以正极板(24)的卷绕起始端部(36)的周方向位置为基准位置时，从正极板(24)的卷绕结束端部(40)的周方向位置沿正极板(24)测量的直至所述基准位置之间的角度θ在180°以上且270°以下的范围。
文档编号H01M4/24GK1960050SQ200610138950
公开日2007年5月9日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月27日
发明者前田泰史 申请人:三洋电机株式会社