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JP4559566B2 - 角形密閉式電池 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直方体状の電槽内にその長側面と平行な正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と電解液を収容し、電槽開口を蓋体にて密閉した角形密閉式電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー密度の点で優れたニッケル水素電池などのアルカリ二次電池が電気自動車用電源として利用されている。また、コンパクトでありながら大出力が得られる二次電池として、直方体状の電槽内にその長側面と平行な正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と電解液を収容し、電槽開口を蓋体にて密閉した角形密閉式電池が、例えば特開平７−１６１３７７号公報等に提案されている。
【０００３】
図４を参照して説明すると、３１はポリプロピレン製の電槽、３２はポリプロピレン製の蓋体で、電槽３１内に極板群３３を電解液とともに収容配置して蓋体３２にて密閉されている。極板群３３は、平板状芯材に水素吸蔵合金を主成分とするペーストを塗着した負極板と、水酸化ニッケルを主成分とする粉末をニッケル多孔体からなる芯材内に充填した正極板を親水化処理したポリプロピレン製セパレータを介して積層して構成されている。極板群３３の正極板と負極板はそれぞれ集電体３４ａ、３４ｂを介して正極と負極の極柱３５ａ、３５ｂに接続され、これら極柱３５ａ、３５ｂが蓋体３２に装着固定されている。この状態で極板群３３は電槽３１の内底面との間に２〜１０ｍｍ程度の隙間ｔ1 、内側面との間に１〜５ｍｍ程度の隙間ｔ2 が形成されている。
【０００４】
このような隙間ｔ1 、ｔ2 を形成することによって、電解液注入時の液分布の均一化を図り、また充放電に伴って極板群３３が膨張収縮しても、極板群３３が電槽３１の内壁面に圧迫されないようにし、極板群３３に変形を生じて活物質が有効利用できなくなって放電容量が低下したり、充電時の内圧の上昇や内部短絡の原因になったり、活物質が脱落したりするのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の角形密閉式電池の構成では、極板群３３を極柱３５ａ、３５ｂにて蓋体３２に固定しているため、電槽３１と蓋体３２の溶着時の相互の位置ずれによって極板群３３の電槽３１に対する位置にばらつきを生じて上記隙間ｔ1 、ｔ2 を適正に確保できず、充放電に伴う極板群３３の膨張収縮によって極板群３３に変形を生じて活物質が有効利用できなくなって放電容量が低下したり、充電時の内圧の上昇や内部短絡の原因になったり、活物質が脱落したりするなどの問題が発生し、また電解液注液時に液分布が不均一になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、極板群を蓋体の溶着時の位置ずれに影響されずに電槽に対して適正に位置決め固定でき、充放電時の極板群の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来さず、また注液時の液分布の均一性を確保できる角形密閉式電池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形密閉式電池は、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の電槽と、電槽の長側面と平行な多数の正極板と負極板とを交互に、かつ互いに反対側の側縁部を互いの対向部分から外側に突出させてその突出側縁部をリード部として構成した状態でセパレータを介して積層して構成した極板群と、極板群の幅方向両側端面に前記リード部の側縁部の全長にわたってその側端縁に接合された正極と負極との集電板とを備え、各集電板を電槽の短側面に固定して極板群を電槽内に適正位置に位置決め配置し、この電槽内に電解液を収容して電槽の開口部を蓋体にて密閉したものであり、極板群が集電板を介して電槽に固定されているので、蓋体を電槽に溶着する時の位置ずれに影響を受けずに極板群を電槽に対して適正に位置決め固定でき、したがって電槽の内底面や短側面と極板群の間に適宜に隙間が形成されるように位置決めすることで充放電時の極板群の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来さないようにできる。
【０００８】
また、電槽の短側面に接続穴を貫通形成し、集電板に設けた接続突部をこの接続穴に嵌入し、隣接する電槽内の集電板の接続突部又は電槽外面に配置される極端子の接続突部と接合し、集電板を電槽の短側面に固定すると、短側面を介して隣接する極板群を接続する構成または極板群を電槽外面の極端子と接続する構成と、電槽に対する極板群の固定構成とを共用することができる。
【０００９】
また、極板群の両極性の極板が重なり合った重なり部と電槽底面との間の距離Ｗ1 を、０．５ｍｍ≦Ｗ1 ≦３ｍｍを満たす範囲に設定し、重なり部の両側縁と集電板との間の距離Ｗ2 を、２ｍｍ≦Ｗ2 ≦１０ｍｍを満たす範囲に設定すると、電槽の内底面や短側面と極板群の間に、充放電時の極板群の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来さず、またその隙間を通して容易かつ安定して電解液を注液できるとともに液分布の均一性を確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角形密閉式電池の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１１】
本実施形態の角形密閉式電池１は、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・水素二次電池であり、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３ａを共用して相互に一体的に連結して成る一体電槽２にて構成されかつ各電槽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。
【００１２】
各電槽３内には、後で詳細に説明するように、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とその両側端面に接合された集電板６が電解液とともに収納され、単電池７が構成されている。
【００１３】
一体電槽２の両端の電槽３の外側の短側面３ａ及び各電槽３、３間の短側面３ａの上端部には接続穴８が形成され、後で詳細に説明するように、両端の電槽３の外側の短側面３ａの接続穴８には正極又は負極の極端子９が装着され、中間の電槽３、３間の短側面３ａの接続穴８を通して両側の単電池７、７が直列接続されている。
【００１４】
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１０が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔１０、１０間を連通する連通路１２を形成した連通蓋１１が溶着されている。１１ａは、連通蓋１１の内面中央部に突設された補強突起で、連通路１２を閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の上面に当接して溶着され、連通蓋１１の耐圧強度を確保している。一体電槽２と蓋体４と連通蓋１１は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂材料にて構成されており、電解液に対して撥液性を有している。
【００１５】
また、蓋体４には各電槽３の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１３が配設され、また単電池７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１４が適当な単電池７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１５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１６が突設されており、かつリブ１６、１６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１７が突設されている。これらリブ１６と突部１７は同じ高さである。さらに、電槽３の上端部と蓋体４の側面には、リブ１６の延長位置及び突部１７の配置位置に対応してそれらの側面間にわたるように、リブ１６及び突部１７と同じ高さの連結リブ１８ａ及び１８ｂが形成されている。これらリブ１６、突部１７及び連結リブ１８ａ、１８ｂ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】
また、一体電槽２の長側面１５の中心線に対して対称に位置する任意の電槽３の略中央位置に、一体電槽２をその長側面１５で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部１９と凹部２０が設けられている。
【００１８】
上記極板群５は、図３に示すように、多数枚の正極板２１と多数枚の負極板２２とを交互に配置するとともに、各正極板２１に横方向に開口部を有する袋状のセパレータ２３を被せることにより正極板２１と負極板２２の間にセパレータ２３を介装した状態で積層して極板群５が構成されている。図３で、交叉斜線で示した領域が、正極板２１と負極板２２がセパレータ２３を介して対向して発電作用を発揮する重なり部２４を示している。これら正極板２１群と負極板２２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２１ａ、２２ａとして構成され、その側端縁にそれぞれ集電板６が溶着されている。２９はリード部２１ａ、２２ａと集電板６を溶着するロウ材であり、集電板６にその長手方向に適当間隔おきに複数列配設されている。
【００１９】
正極板２１は、Ｎｉの発泡メタルから成るとともにリード部２１ａ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２２は、Ｎｉのパンチングメタルにリード部２２ａを除いて活物質を塗着して構成されている。
【００２０】
２５は、リード部２１ａ、２２ａにそれぞれ上下に適当間隔あけて形成された複数対の位置決め穴で、この位置決め穴に位置決めピンを挿通してリード部２１ａ、２２ａの側端縁を押圧することにより、リード部２１ａ、２２ａの側端縁を揃え、この側端縁と集電板６を確実にかつ均等に溶着できるようにしている。
【００２１】
集電板６を両側端縁に溶着された極板群５は、図２に示すように、集電板６の上端部に外向きに突出形成された接続突部２６を、電槽３の短側面３ａの上端部に貫通形成された接続穴８に嵌入させることによって電槽３に対して位置決めされ、かつ隣接する電槽３、３間で接続穴８に嵌入された接続突部２６、２６の先端同士を溶接接合することによって電槽３の両短側面３ａに固定されるとともに隣接する単電池７の電気的な接続が電池内部で行われている。
【００２２】
また、両端の電槽３の外側の短側面３ａにおいては、極端子９に接続穴８に嵌入する接続突部２７が突設され、接続突部２６、２７の先端同士が溶接接合されている。また、集電板６の接続突部２６又は極端子９の接続突部２７の周囲には環状溝が形成されて短側面３ａとの間のシールを行うＯリング２８が配設されている。
【００２３】
このように極板群５が電槽３に位置決め固定された状態で、図３に示すように、両極性の極板が重なり合った重なり部２４と電槽３の内底面との間の距離Ｗ1 が、０．５ｍｍ≦Ｗ1 ≦３ｍｍを満たす範囲に設定されている。また、重なり部２４の両側縁と集電板６との間の距離Ｗ2 が、２ｍｍ≦Ｗ2 ≦１０ｍｍを満たす範囲に設定されている。
【００２４】
以上の構成の角形密閉式電池１においては、集電板６を両側端に接合された極板群５を各電槽３内に挿入配置し、集電板６の接続突部２６を電槽３の短側面３ａに貫通形成された接続穴８に嵌入させ、隣接する電槽３、３間で接続突部２６の先端同士を溶接し、両端の電槽３の外側の短側面３ａでは接続突部２６と極端子９の接続突部２７の先端同士を溶接することによって、各電槽３において極板群５が適正に位置決め固定される。また、同時に隣接する単電池７同士が直列接続され、その両端が一体電槽２の両端に突出した極端子９に接続される。
【００２５】
このように短側面３ａを介して隣接する電槽３、３間で極板群５を接続する構成または極板群５を極端子９に接続する構成と、電槽３に対する極板群５の固定構成とを共用することができるので、簡単・安価な構造でコンパクトな角形密閉式電池を得ることができる。また、隣接する単電池７の接続を一体電槽２の内部で行うことができ、外部に単電池７の接続構成が露出しないので、角形密閉式電池１の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００２６】
また、このように各電槽３に極板群５を位置決めして固定した状態で、極板群５の両極性の極板が重なり合った重なり部２４と電槽３の底面との間の距離Ｗ1 が、０．５ｍｍ≦Ｗ1 ≦３ｍｍとされており、重なり部２４の両側縁と集電板６との間の距離Ｗ2 が、２ｍｍ≦Ｗ2 ≦１０ｍｍとされているので、このように電槽３に極板群５を配置固定した状態で、電解液を注液ノズルにて集電板６と極板群５の両側端との間の隙間の上端から電槽３内に注入することにより、電解液を容易かつ安定して注液できるとともに、電解液が上記隙間を通って円滑に分散することによって液分布の均一性を確保することができ、電池性能が安定的に確保される。
【００２７】
こうして電解液の注入完了後に、蓋体４を一体電槽２の上端に溶着することによって角形密閉式電池１が完成する。
【００２８】
この角形密閉式電池１においては、電槽３の内底面や短側面３ａと極板群５の間に上記のような隙間が適正に確保されているので、充放電時の極板群５の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来すことはない。
【００２９】
また、本実施形態においては、集電板６のプレス成形によって突出成形された接続突部２６にて隣接する単電池７を直列接続しているので、接続部品を別途に必要とせず、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、また接続突部２６が集電板６と一体でありかつ１箇所の溶接で接続されているので、電気抵抗の極めて少ない接続が可能となる。
【００３０】
また、各単電池７の極板群５において、正極板２１群と負極板２２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２１ａ、２２ａとし、そのリード部２１ａ、２２ａに対してその全長にわたって集電板６を固着しているので、極板２１、２２の全面から集電板６までの平均距離を短くでき、その結果電池内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。
【００３１】
また、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において、蓋体４に通孔１０を形成するとともに、蓋体４上にこれら通孔１０、１０間を連通する連通路１２を形成した連通蓋１１が溶着されており、これによって各電槽３の間の内部圧力を均一化して一部の電槽３の内部圧力の上昇によってその単電池７の寿命が低下し、それに伴って角形密閉式電池１全体の寿命が短くなるのを防止するとともに、蓋体４に単一の安全弁１３を設けるだけで良くして、コスト低下を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の角形密閉式電池によれば、以上の説明から明らかなように、極板群の幅方向両端に正極板と負極板にそれぞれ接合された集電板を設けて各集電板を電槽の短側面に固定したので、蓋体を電槽に溶着する時の位置ずれに影響を受けずに極板群を電槽に対して適正に位置決め固定でき、したがって電槽の内底面や短側面と極板群の間に適宜に隙間が形成されるように位置決めすることで充放電時の極板群の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来さないようにできる。
【００３３】
また、電槽の短側面に接続穴を貫通形成し、集電板に設けた接続突部をこの接続穴に嵌入し、隣接する電槽内の集電板の接続突部又は電槽外面に配置される極端子の接続突部と接合し、集電板を電槽の短側面に固定すると、短側面を介して隣接する電槽間で極板群を接続する構成または極板群と電槽外面の極端子を接続する構成と、電槽に対する極板群の固定構成とを共用することができ、簡単・安価なな構造でコンパクトな角形密閉式電池を得ることができる。
【００３４】
また、極板群の両極性の極板が重なり合った重なり部と電槽底面との間の距離Ｗ1 を、０．５ｍｍ≦Ｗ1 ≦３ｍｍを満たす範囲に設定し、重なり部の両側縁と集電板との間の距離Ｗ2 を、２ｍｍ≦Ｗ2 ≦１０ｍｍを満たす範囲に設定すると、電槽の内底面や短側面と極板群の間に、充放電時の極板群の膨張収縮に伴って変形を受けず、それによる電池性能の低下を来さず、またその隙間を通して電解液を注液することにより電解液を容易かつ安定して注液できるとともに液分布の均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角形密閉式電池を適用した集合型二次電池の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】同実施形態の部分縦断正面図である。
【図３】同実施形態の要部の拡大縦断正面図である。
【図４】従来例の角形密閉式電池の縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 角形密閉式電池
３ 電槽
３ａ 短側面
４ 蓋体
５ 極板群
６ 集電板
８ 接続穴
９ 極端子
２１ 正極板
２２ 負極板
２３ セパレータ
２４ 重なり部
２６ 接続突部
２７ 接続突部

Claims (3)

  1. 幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の電槽と、電槽の長側面と平行な多数の正極板と負極板とを交互に、かつ互いに反対側の側縁部を互いの対向部分から外側に突出させてその突出側縁部をリード部として構成した状態でセパレータを介して積層して構成した極板群と、極板群の幅方向両側端面に前記リード部の側縁部の全長にわたってその側端縁に接合された正極と負極との集電板とを備え、各集電板を電槽の短側面に固定して極板群を電槽内に適正位置に位置決め配置し、この電槽内に電解液を収容して電槽の開口部を蓋体にて密閉したことを特徴とする角形密閉式電池。
  2. 電槽の短側面に接続穴を貫通形成し、集電板に設けた接続突部をこの接続穴に嵌入し、隣接する電槽内の集電板の接続突部又は電槽外面に配置される極端子の接続突部と接合し、集電板を電槽の短側面に固定したことを特徴とする請求項１記載の角形密閉式電池。
  3. 極板群の両極性の極板が重なり合った重なり部と電槽底面との間の距離Ｗ１を、０．５ｍｍ≦Ｗ１≦３ｍｍを満たす範囲に設定し、重なり部の両側縁と集電板との間の距離Ｗ２を、２ｍｍ≦Ｗ２≦１０ｍｍを満たす範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の角形密閉式電池。
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