JP4268748B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関し、特に複数の単電池を接続してなる集合型二次電池に好適に適用できる二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所要の電力容量が得られるように複数の単電池を接続して一体的に連結して成る従来の集合型二次電池としては、図６のようなものが知られている。この集合型二次電池は、図７に示すような密閉型アルカリ二次電池からなる複数個の単電池３１（３１ａ〜３１ｅ）を、その電槽３２の幅の広い長側面同士を互いに対向させて重ねるように配置し、両端の単電池３１ａ、３１ｅの電槽３２の外側にエンドプレート４２を当接させ、両エンドプレート４２、４２間を拘束バンド４３にて結束することにより一体的に連結して構成されている。
【０００３】
単電池３１は、正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素である極板群３３を電解液と共に電槽３２内に収容し、各電槽３２の開口部を安全弁３４を設けた蓋３５で閉じ、極板群３３を構成する各正極板の一側部上端から上方にリード３６を引き出してその上部に正極端子３７を接続し、また同様に各負極板の他側部上端から上方にリード３６を引き出してその上部に負極端子３８を接続し、これら正極端子３７及び負極端子３８を蓋３５に取付けて構成されている。
【０００４】
そして、連結されて隣り合う単電池３１間の正極端子３７と負極端子３８とが接続板４１にて接続されて各単電池３１が直列接続されている。また、各電槽３２間が連結されるとき、電槽３２の長側面に上下方向に突設されたリブ３９が隣接間で突き合わされ、各リブ３９、３９間の長側面間の空間にて電槽３２の上下方向に貫通する冷媒流路４０が形成され、冷媒通路４０に送風して各単電池３１ａ〜３１ｅを冷却するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の集合型二次電池の構成では、極板の上端一側部から上方にリード３６を引き出して蓋３５に装着される端子３７、３８に接続し、これら端子３７、３８の蓋３５の上部に突出した部分間を接続板４１で接続するようにしているので、単電池３１、３１間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、４０〜５０％：６０〜５０％にも達し、電池の発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。
【０００６】
また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になり、また電槽３２の上部に接続用の空間を確保する必要があるとともに、接続部が外部に露出しているために、設置スペースをコンパクトにできないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、単電池当たりの内部抵抗を低減して高出力化を実現できる二次電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池は、各電槽内に極板群と電解液を収容してなる単電池を複数単一の一体電槽内に内蔵し、２５℃における単電池間の接続抵抗を含めた単電池当たりの構成部品の部品抵抗と、各単電池における極板群と電解液による反応抵抗との比率を、１〜４０％：９９〜６０％としたものであり、電池の反応抵抗の低減は困難であるため、複数の単電池を単一の一体電槽内に内蔵し、部品抵抗を小さくして単電池当たりの内部抵抗を低く抑えたことにより、電池の発熱を低減でき、高出力化を実現できるとともに寿命特性を向上することができる。
【０００９】
また、一体電槽は、複数の直方体状の電槽が並列配置された角形電槽で、極板群は矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成されるとともに正極板と負極板のリード部が互いに反対側の側部に突出され、隣接する電槽間で正極板と負極板のリード部を相互に一体電槽内部で接続すると、正極板及び負極板からそれぞれのリード部までの通電経路を短くでき、さらに隣接する電槽間で正負のリード部を相互に接続することで通電経路を短くでき、内部抵抗をより低減することができる。
【００１０】
また、極板群の両側に集電体が配設されるとともにそれぞれ正極板と負極板のリード部が接合され、一体電槽内部で隣接する電槽の正極と負極の集電体を相互に接続すると、各極板のリード部が集電体に接続されることで小さな接続抵抗にて安定して接続でき、電槽間で集電体同士を接続することにより単電池間を容易に小さい抵抗にて接続することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次電池を電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル水素二次電池に適用した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１２】
本実施形態のニッケル水素二次電池１は、図１、図２に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の複数（図示例では６つ）の電槽３をその短側面を共用して相互に一体的に連結して成る一体電槽２にて構成され、各電槽３の上面開口は一体の蓋体４にて一体的に閉鎖されている。
【００１３】
各電槽３内には、電槽３の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層してなる極板群５が電解液とともに収納され、単電池６が構成されている。
【００１４】
一体電槽２の両端の電槽３の外側の短側面及び各電槽３、３間の短側面の上端部には接続穴７が形成されている。両端の電槽３の外側の短側面の接続穴７には正極又は負極の接続端子８が装着され、中間の電槽３、３間の短側面の接続穴７を通して両側の単電池６、６が直列接続されている。
【００１５】
蓋体４には各電槽３毎に内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための単一の安全弁１０が配設され、また単電池６の温度を検出する温度検出センサを装着するセンサ装着穴１１が適当な単電池６の極板群５の上端に接するように凹入形成されている。
【００１６】
各電槽３の長側面が一平面を成す一体電槽２の長側面１２には、各電槽３の両側端に対応する位置に上下方向に延びるリブ１３が突設されており、かつリブ１３、１３間には適当ピッチ間隔でマトリックス状に多数の比較的小さな円形の突部１４が突設されている。これらリブ１３と突部１４は同じ高さである。これらリブ１３及び突部１４は、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に各電槽３を効率的にかつ均一に冷却するための冷媒通路を形成する。
【００１７】
蓋体４の上面には、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において通孔１５が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔１５、１５間を連通する連通路１７を形成する連通部１６が設けられている。１６ａは、連通部１６の内面中央部に突設された補強突起で、連通路１７を閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の上面に接続され、連通部１６の耐圧強度を確保している。
【００１８】
上記極板群５について、図２、図４を参照して詳細に説明する。極板群５は、多数枚の正極板１８と多数枚の負極板１９とを交互に配置するとともに、各正極板１８に横方向に開口部を有する袋状のセパレータ２０を被せることにより正極板１８と負極板１９の間にセパレータ２０を介装した状態で積層して構成されている。図４で、斜線で示した領域は正極板１８と負極板１９がセパレータ２０を介して対向して発電作用を発揮する領域を示している。これら正極板１８群と負極板１９群は互いに反対側の側縁部が外側に突出されてその突出側縁部がリード部１８ａ、１９ａとして構成され、その側端縁にそれぞれ集電体としての集電板２１、２２が溶着されている。各集電板２１、２２は、その両側縁を内側に折り曲げ、極板１８、１９と集電板２１、２２の溶着時に加圧しても外側に広がらないように、正極板１８群及び負極板１９群を挟持するとともに、寸法規制している。なお、極板群５の集電板２１、２２間の外面には外周セパレータ（図示せず）が配設されている。
【００１９】
正極板１８は、Ｎｉの発泡メタルにリード部１８ａを除いて水酸化ニッケルを充填して構成され、そのリード部１８ａは発泡メタルを加圧して圧縮するとともにその一面にリード板を超音波溶接でシーム溶接して構成されている。また、負極板１９は、Ｎｉのパンチングメタルにリード部１９ａを除いて水素吸蔵合金を含む構成物質を塗着して構成されている。
【００２０】
２９は、リード部１８ａ、１９ａにそれぞれ上下に適当間隔あけて形成された一対の位置決め穴で、この位置決め穴に位置決めピンを挿通してリード部１８ａ、１９ａの側端縁を押圧することにより、リード部１８ａ、１９ａの側端縁を揃え、この側端縁と集電板２１、２２を確実にかつ均等に溶着できるようにしている。
【００２１】
また、単電池６、６を直列接続する接続構成は、図３に示すように、集電板２１、２２の上端部に、電槽３の短側面の上端部に貫通形成した接続穴７に嵌入する接続突部２３を突出形成し、これら接続突部２３の先端を溶接して隣り合う単電池６、６の集電板２１、２２を接続している。なお、両端の電槽３の集電板２１又は２２と接続端子８との間の接続は、接続端子８に同様に突設された接続突部と接続突部２３の先端を溶接して接続している。また、短側面の両側の集電板２１、２２の接続突部２３又は接続端子８の接続突部の周囲に環状溝２４が形成され、それぞれ短側面との間のシールを行うＯリング２８が配設されている。これらの環状溝２４に装着されたＯリング２８にて接続穴７は２重にシールされている。
【００２２】
以上の構成のニッケル水素二次電池１においては、直方体状の複数の電槽３をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽２を構成し、かつ各電槽３の上面開口を蓋体４にて一体的に閉鎖し、電槽３、３間の短側面の上端部に形成した接続穴７に、両側の極板群５の集電板２１、２２の接続突部２３を挿入してその先端同士を溶接し、隣接する電槽３の極板群５、すなわち単電池６を直列接続しているので、接続部品を別途に必要とせず、単電池６、６間の接続抵抗を小さくすることができるとともに、少ない部品点数で低コストにて簡単に接続することができる。また、隣接する単電池６の接続を一体電槽２の内部で行うことができ、外部に接続構成が露出しないので、ニッケル水素二次電池１の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００２３】
また、各単電池６の極板群５において、正極板１８群と負極板１９群の互いに反対側の側縁部を対向部分から外側に突出させてその突出部をリード部１８ａ、１９ａとし、そのリード部１８ａ、１９ａに対してその全長にわたって集電板２１、２２を固着しているので、極板１８、１９の全面から集電板２１、２２部までの平均距離を短くでき、さらに電池の内部抵抗値を小さくできるとともに電極活物質の利用率が高くなって電池出力を向上することができる。
【００２４】
また、極板１８、１９群のリード部１８ａ、１９ａの側端縁を集電板２１、２２に固着することにより極板１８、１９群を保持しているので、コンパクトな構成で極板１８、１９群を保持でき、発電領域の面積を大きくとれ、電池容量を大きくできる。
【００２５】
このように、電池の内部抵抗を低減できるので、電池の発熱を抑制することができ、そのため特に一体電槽２が樹脂製の場合で、冷却性能が低い場合でも温度上昇を効果的に抑制することができ、温度上昇による出力の劣化や寿命低下を防止することができる。
【００２６】
以上のように本実施形態によれば、各単電池６の構成部品の部品抵抗及び単電池６、６間の接続抵抗を大幅に低減することができ、図５に示すように、２５℃における単電池６、６間の接続抵抗を含めた１つの単電池６当たりの構成部品の部品抵抗と、各単電池６における極板群５と電解液による反応抵抗との比率を、１〜４０％：９９〜６０％とすることができる。すなわち、図５から明らかなように、電池の反応抵抗の低減は困難であるため、上記実施形態のような構成にて部品抵抗を小さくすることによって１つの単電池６当たりの内部抵抗を低く抑えることができ、それによって電池の発熱を低減でき、高出力化を実現できるとともに寿命特性を向上することができる。
【００２７】
なお、単電池６の極板群５の構成及び単電池６、６間の接続構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、部品抵抗の低減を図った極板群５の構成や極板群５、５（単電池６、６）間の接続構成を工夫することによって、部品抵抗と反応抵抗の比率を、上記範囲まで低減することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、各電槽内に極板群と電解液を収容してなる単電池を複数単一の一体電槽内に内蔵し、２５℃における単電池間の接続抵抗を含めた単電池当たりの構成部品の部品抵抗と、各単電池における極板群と電解液による反応抵抗との比率を、１〜４０％：９９〜６０％としたので、複数の単電池を単一の一体電槽内に内蔵することで部品抵抗を小さくして単電池当たりの内部抵抗を低く抑えることによって電池の発熱を低減でき、高出力化を実現できるとともに寿命特性を向上することができ、特に冷却性能の低い合成樹脂製の電槽を用いた二次電池において大きな効果を発揮する。
【００２９】
また、一体電槽は、複数の直方体状の電槽が並列配置された角形電槽で、極板群は矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成されるとともに正極板と負極板のリード部が互いに反対側の側部に突出され、隣接する電槽間で正極板と負極板のリード部を相互に一体電槽内部で接続すると、正極板及び負極板からそれぞれのリード部までの通電経路を短くでき、さらに隣接する電槽間で正負のリード部を相互に接続することで通電経路を短くでき、内部抵抗をより低減することができる。また、単電池間を一体電槽内部で接続しているので、接続構成が簡単になって部品点数を削減でき、コスト低下を図ることができるとともに、設置スペースをコンパクトに構成できる。
【００３０】
また、極板群の両側に集電体が配設されるとともにそれぞれ正極板と負極板のリード部が接合され、一体電槽内部で隣接する電槽の正極と負極の集電体を相互に接続すると、各極板のリード部が集電体に接続されることで小さな接続抵抗にて安定して接続でき、電槽間で集電体同士を接続することにより単電池間を容易に小さい抵抗にて接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のニッケル水素二次電池を、その一体電槽の一部を破断して示した斜視図である。
【図２】同実施形態の部分縦断正面図である。
【図３】同実施形態における単電池間の接続部の構成を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態の電極群の正面図である。
【図５】従来例と本発明に係る二次電池の単電池当たりの内部抵抗を各要素毎に比較して示したグラフである。
【図６】従来例の集合型ニッケル水素二次電池の外観斜視図である。
【図７】同従来例の単電池の部分破断斜視図である。
【符号の説明】
１ ニッケル水素二次電池
２ 一体電槽
３ 電槽
５ 極板群
６ 単電池
１８ 正極板
１８ａ リード部
１９ 負極板
１９ａ リード部
２０ セパレータ
２１ 集電板（集電体）
２２ 集電板（集電体）

Claims (1)

1. 各電槽内に極板群と電解液を収容してなる単電池を複数単一の一体電槽内に内蔵した二次電池であって、
   前記極板群を構成する正極板と負極板のリード部が互いに反対側の側部に突出されるとともに、該リード部が前記極板群の両側に配設された集電体に接続され、隣接する前記電槽間で、前記正極と負極の集電体が相互に一体電槽内部で接続されており、
   ２５℃における単電池間の接続抵抗を含めた単電池当たりの構成部品の部品抵抗と、各単電池における極板群と電解液による反応抵抗との比率を、１〜４０％：９９〜６０％としたことを特徴とする二次電池。

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