(57)【要約】      （修正有）【課題】電池ケース内における電極体のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らす【解決手段】電池は、内部に収容空間Ｓを有する筒状部１３を備えた電池ケースと、収容空間Ｓ内に収容され、正極板２４、負極板２６、及び、それらを介して配されるセパレータ２５が筒状部１３の内面１３Ａに沿って、筒状部１３の内面１３Ａに当接した状態で配置され、かつ筒状の中空部ＨＯを有した電極体２３と、中空部ＨＯに収容され、電極体２３の内周面２３Ａに当接するスペーサ２７と、を備える。【選択図】図４
2015008091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収容空間を有する筒状部を備えた電池ケースと、
前記収容空間内に収容され、正極板、負極板、及び、それらを介して配されるセパレータが前記筒状部の内面に沿って、前記筒状部の内面に当接した状態で配置され、かつ筒状の中空部を有した電極体と、  
前記中空部に収容され、前記電極体の内周面に当接するスペーサと、を備える電池。
【請求項２】
前記スペーサは、前記電極体を前記筒状部側に押圧している請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記スペーサは、弾性体からなる請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記スペーサは、前記電極体の内周面の全周に亘って当接している請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記電池ケースは、導電性を有し、前記電極体の外面の少なくとも一部には前記負極板が配され、前記外面の前記負極板が前記筒状部の内面に当接している請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
前記正極板が、水酸化ニッケルを活物質とし、前記負極板が、水素吸蔵合金を活物質とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電極の使用量を減らすための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コストが安い電池のニーズが増加している。そこで、例えば、特許文献１に示すように、電池ケースの内部に、正極板と、負極板と、電解液を含浸したセパレータとからなる電極体を備える電池において、電極体を電池ケースの軸方向に短くして、電池ケースの余った空間に充填材を封入した電池が開発されている。これにより、電池の軸方向の全長に亘って電極体を形成する場合と比較して電極の使用量が少なくなり、電池のコストが低減されているとともに、充填材により、電池ケース内における電極体のガタつきが抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ドイツ特許出願ＤＥ  ２００  １６  ２３１  Ｕ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、電極体を電池ケースの軸方向に短くし、電池ケース内の余った空間に充填材を封入しているが、上記従来技術とは異なる構成により、電極の使用量を減らすことが求められている。
【０００５】
本明細書では、電池ケース内における電極体のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らすことが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される電池は、内部に収容空間を有する筒状の筒状部を備えた電池ケースと、前記収容空間内に収容され、正極板、負極板、及び、それらの間に配されるセパレータが中空の中空部の周りに巻回され、前記中空部側の内周面とは反対側の外周面が前記筒状部の内面に当接する電極体と、前記中空部に収容され、前記電極体の内周面に当接するスペーサと、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
電池ケース内における電極体のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１の電池の縦断面を表した斜視図
【図２】電池を示す縦断面図
【図３】電池を示す横断面図
【図４】電池の分解斜視図
【図５】実施形態２の電池を示す横断面図
【図６】実施形態３の電池を示す横断面図
【図７】実施形態４の電池を示す横断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（発明の概要）
本明細書によって開示される電池は、内部に収容空間を有する筒状部を備えた電池ケースと、前記収容空間内に収容され、正極板、負極板、及び、それらを介して配されるセパレータが前記筒状部の内面に沿って、前記筒状部の内面に当接した状態で配置され、かつ筒状の中空部を有した電極体と、  前記中空部に収容され、前記電極体の内周面に当接するスペーサと、を備える。
【００１０】
本構成によれば、電極体は、中空部を有するため、電極体が中空部を有さない場合と比較して電極の使用量を減らすことができる。
また、スペーサは中空部に収容され、電極体の内周面に当接するとともに、電極体が筒状部の内面に沿って、筒状部の内面に当接した状態で配置されることで、電極体を内側からスペーサで支持し、外側から筒状部で支持することが可能になるため、電池ケース内における電極体のガタつきを抑えることができる。よって、電池ケース内における電極体のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らすことが可能となる。
【００１１】
上記電池では、前記スペーサは、前記電極体を前記筒状部側に押圧しているようにしてもよい。
このようにすれば、筒状部内においてスペーサが電極体を支持する力を強めることができる。また，電極間の距離を小さくすることができるため、電池の入出力抵抗を小さくすることができる。
【００１２】
上記電池では、前記スペーサは、弾性体からなるようにしてもよい。
このようにすれば、スペーサの弾性力により、電極体を筒状部の内面側に押圧して電極体を位置決めすることができる。
【００１３】
上記電池では、前記スペーサは、前記電極体の内周面の全周に亘って当接しているようにしてもよい。
このようにすれば、より一層、電池ケース内における電極体のガタつきを抑えることが可能になる。
【００１４】
上記電池では、前記電池ケースは、導電性を有し、前記電極体の外面の少なくとも一部には前記負極板が配され、前記外面の前記負極板が前記筒状部の内面に当接しているようにしてもよい。
このようにすれば、電極体の負極板と電池ケースとを電気的に接続することができる。
【００１５】
上記電池では、前記正極板が、水酸化ニッケルを活物質とし、前記負極板が、水素吸蔵合金を活物質とするようにしてもよい。
【００１６】
（実施形態１）
実施形態１について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
本実施形態の電池１０は、ニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池である。電池１０は、例えば単３形（ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）では、「Ｒ６」，米国では、「ＡＡ」）の容量が１８００ｍＡｈ以下、又は単４形（ＩＥＣでは、「Ｒ０３」，米国では、「ＡＡＡ」）の容量が６５０ｍＡｈ以下の低容量タイプである。以下では、上下方向及び左右方向について図２の方向を基準として説明する。
【００１７】
電池１０は、図１に示すように、金属製の電池ケース１１と、電池ケース１１内に収容される電極体２３と、電池ケース１１内で電極体２３の内側に嵌め入れられるスペーサ２７とを備えている。電池ケース１１は、規格によりその大きさが定まっているものであり、上下方向に長い形状であって、内部に収容空間Ｓを有し、表面がニッケルめっきされている。この電池ケース１１は、一端側が開口する開口部１２Ａを有し、他端側が閉塞された有底筒状の電池ケース本体１２と、電池ケース本体１２の開口部１２Ａを封止する蓋部１５とを備える。
【００１８】
電池ケース本体１２は、後述する負極板２６を接触させることで電池１０の負極端子となるものであり、筒状部１３と、筒状部１３の下端側を閉塞する閉塞部１４とを備える。
筒状部１３は、円筒形状であって、図２に示すように、筒状部１３の内周及び外周は、筒状部１３の中心を通る軸Ａからの径が一定の真円形状となっている。筒状部１３内は、後述する電極体２３を収容可能な収容空間Ｓであり、筒状部１３の内径Ｂ２（筒状部１３の内面の左右方向の直径）は、電極体２３の外径（電極体２３の外面の左右方向の直径）とほぼ同じとされている。
筒状部１３の上端部には、筒状部１３の内側に突出して内径を小さくする縮径部１２Ｂが連なっている。縮径部１２Ｂは、収容空間Ｓの上端を仕切っている。縮径部１２Ｂの上には、蓋部１５の周縁部が絶縁体２２を介して嵌め入れられる嵌入部１２Ｃが形成されている。
閉塞部１４は、円形状の板材からなり、筒状部１３と一体に形成されている。
【００１９】
蓋部１５は、後述する正極板２４に弾性を有する接続端子２１を介して接続されており、電池１０の正極端子となる。蓋部１５は、平板状の蓋本体１６と、蓋本体１６に載置される排出弁１８と、蓋本体１６に重ねられる端子板１９とを備える。
蓋本体１６は、導電性を有する物質からなり、正極板２４に接続端子２１を介して接続されている。蓋本体１６の中央部には貫通孔１７が形成されている。
【００２０】
排出弁１８は、貫通孔１７を塞ぐように蓋本体１６の上面に密着している。排出弁１８は、例えばゴム等の弾性材からなり、外力に応じて弾性変形する。
端子板１９は、排出弁１８を覆う導電性の板である。
【００２１】
具体的には、端子板１９は、排出弁１８を、下方に押し付けて蓋本体１６と接続されている。端子板１９には、電池ケース１１内のガスを放出するための排出孔２０が設けられている 。排出孔２０は、電池ケース１１内の圧力が所定値以上となった場合に電池ケース１１内のガスを放出する。排出弁１８は、貫通孔１７から一定以上の内圧を受けた場合に弾性変形してガスを排出孔２０から電池１０の外部に排出する。
電池ケース本体１２の開口部１２Ａと蓋部１５との間には、弾性変形可能な絶縁体２２が挟まれてシールされている。この絶縁体２２により、電池ケース本体１２と蓋部１５とが絶縁されている。
【００２２】
電極体２３は、図４に示すように、電池ケース本体１２の収容空間Ｓに収容される筒状の部材であり、正極板２４、負極板２６、及び、それらの間に配されるセパレータ２５を備え、これらを重ねた状態で軸Ａ（筒状部１３及び電極体２３の軸）から所定の長さの範囲内の中空の空間（円柱状の空間）である中空部ＨＯの周りに渦巻き状に巻回されている。
【００２３】
電極体２３は、中空部ＨＯ側の内周面２３Ａと、内周面２３Ａとは反対側の外周面２３Ｂとを備え、外周面２３Ｂは、筒状部１３の内面１３Ａに当接している。電極体２３の内周面２３Ａには、正極板２４が配され、電極体２３の外周面２３Ｂには、負極板２６が配されている。電極体２３は、正極板２４、負極板２６、及びセパレータ２５を重ねてロール状に巻回することで形成される。電極体２３の内周面２３Ａにおける巻回の端部２３Ｄ，電極体２３の外周面２３Ｂにおける巻回の端部２３Ｅは、正極板２４、負極板２６及びセパレータ２５の１層分の厚みの内径差により段差が生じている。
【００２４】
図２に示すように、電池ケース本体１２に収容された電極体２３は、蓋部１５との間に隙間を有している。
電極体２３の外径は、上下方向の全体に亘って筒状部１３の内径Ｂ２とほぼ同じである。
電極体２３の上下方向の長さは、収容空間Ｓの上下方向におけるほぼ全長に亘る長さとされている。なお、電極体２３の上端２３Ｃと電池ケース１１の縮径部１２Ｂとの間には隙間が形成されており、電極体２３の下端は閉塞部１４に当接している。
【００２５】
正極板２４は、発泡ニッケルからなる正極基板の中空内に水酸化ニッケル活物質及び導電材のコバルト化合物の混合物を充填したものである。なお、水酸化ニッケル活物質は、ニッケル・カドミウム蓄電池の場合には例えば水酸化ニッケルであり、ニッケル・水素蓄電池の場合には例えば水酸化カルシウムを添加した水酸化ニッケルである。
【００２６】
負極板２６は、例えばニッケルめっきを施した平板状の穿孔鋼板からなる負極集電体と、この負極集電体上に塗布された負極活物質からなる。なお負極活物質としては、ニッケル・カドミウム蓄電池の場合には、例えば酸化カドミウム粉末と金属カドミウム粉末との混合物であり、ニッケル・水素蓄電池の場合には、例えば、主にＡＢ５型（希土類−Ｎｉ系）、ＡＢ３．０−３．８型（希土類−Ｍｇ−Ni系）又はＡＢ２型（Ｌａｖｅｓ相）の水素吸蔵合金の粉末である。
【００２７】
セパレータ２５は、例えばポリオレフィン製の不織布からなり、セパレータ２５には、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを主成分とする電解液が含浸されている。電極体２３の外周面２３Ｂにはセパレータ２５は設けられていない。
【００２８】
スペーサ２７は、断面が真円の円柱形状であって、ゴム等の弾性体からなる。具体的には、例えば、電解液と反応しないアクリル樹脂やポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂等の材料を用いることができる。また，電解液を吸収し，膨潤する材質であるものは，好ましく用いることができる。
スペーサ２７は、電極体２３の内周面２３Ａで仕切られた中空部ＨＯに収容されており、その外径Ｂ１（左右方向の直径）は、電極体２３の内径（左右方向の直径）とほぼ同じである。このスペーサ２７は、中空部ＨＯへの収容前の自然状態（弾性変形前）では、電極体２３の内径（左右方向の直径）よりもわずかに大きい。これにより、スペーサ２７を弾性体として中空部ＨＯに弾性収縮させた状態で収容すれば、弾性反発力で電極体２３の内周面２３Ａをほぼ全周に亘って筒状部１３側に押圧することができる。
なお、本実施形態では、図３に示すように、電極体２３の内周面２３Ａの端部２３Ｄの厚みにより電極体２３の内径が一定ではないため、電極体２３の内周面２３Ａの一部がスペーサ２７の円形の外周面２７Ｃに当接していない。そこで、他の実施形態として、電極体２３の内径差に応じてスペーサ２７の外周面の形状を変え（スペーサの外周面に電極体２３の凹部に進入する突部を設け）、外周面２７Ｃの内径差が異なる部分についてもスペーサ２７の外周面を当接させて、より一層、電極体２３のガタつきを抑制するようにしてもよい。
【００２９】
スペーサ２７の上下方向の長さは、図２に示すように、収容空間Ｓの上下方向のほぼ全長に亘る長さとされている。これにより、スペーサ２７の上下方向の長さは、電極体２３の上下方向の長さとほぼ同じ長さとなっている。なお、スペーサ２７の上端２７Ａと電池ケース１１の縮径部１２Ｂとの間には隙間が形成されており、スペーサ２７の下端２７Ｂは、閉塞部１４に当接している。
【００３０】
電池１０の組み付けについては、例えば、スペーサ２７の周りに電極体２３を渦巻状に巻き付け、電極体２３の外周面２３Ｂを複数の加圧ローラで加圧することで電極体２３の形状を維持しつつスペーサ２７及び電極体２３を電池ケース本体１２に収容し、蓋部１５を被せることで電池１０を形成することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態の電池１０は、内部に収容空間Ｓを有する筒状部１３を備えた電池ケース１１と、収容空間Ｓ内に収容され、正極板２４、負極板２６、及び、それらを介して配されるセパレータ２５が筒状部１３の内面１３Ａに沿って、筒状部１３の内面１３Ａに当接した状態で配置され、かつ筒状の中空部ＨＯを有した電極体２３と、中空部ＨＯに収容され、電極体２３の内周面２３Ａに当接するスペーサ２７と、を備える。
このようにすれば、電極体２３は、中空部ＨＯを有するため、電極体２３が中空部ＨＯを有さない場合と比較して電極の使用量を減らすことができる。
また、スペーサ２７は中空部ＨＯに収容され、電極体２３の内周面２３Ａに当接するとともに、電極体２３が筒状部１３の内面１３Ａに沿って、筒状部１３の内面１３Ａに当接した状態で配置されることで、電極体２３を内側からスペーサ２７で支持し、外側から筒状部１３で支持することが可能になるため、電池ケース１１内における電極体２３のガタつきを抑えることができる。
よって、電池ケース１１内における電極体２３のガタつきを抑えつつ電極の使用量を減らすことが可能となる。
【００３２】
また、スペーサ２７は、電極体２３を筒状部１３側に押圧している。
このようにすれば、筒状部１３内においてスペーサ２７が電極体２３を支持する力を強めることができる。また，電極体２３を構成する極板間の距離を小さくすることができるため、電池１０の入出力抵抗を小さくすることができる。
【００３３】
さらに、スペーサ２７は、弾性体からなる。
このようにすれば、スペーサ２７の弾性力により、電極体２３を筒状部１３の内面１３Ａ側に押圧して電極体２３を位置決めすることができる。
【００３４】
また、スペーサ２７は、電極体２３の内周面２３Ａの全周に亘って当接している。
このようにすれば、より一層、電池ケース１１内における電極体２３のガタつきを抑えることが可能になる。
【００３５】
さらに、電池ケース１１は、導電性を有し、電極体２３の外面の少なくとも一部には負極板２６が配され、外面の負極板２６が筒状部１３の内面１３Ａに当接している。
このようにすれば、電極体２３の負極板２６と電池ケース１１とを電気的に接続することができる。
【００３６】
＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図５を参照して説明する。
実施形態２の電池２８は、実施形態１の円柱形のスペーサ２７に肉抜き孔２９Ａを貫通させて円筒形にしたスペーサ２９を用いたものである。他の構成は実施形態１と同一であり、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
電池ケース１１及び電極体２３は、実施形態１と同一である。
【００３７】
スペーサ２９には、上下方向に貫通する円形の肉抜き孔２９Ａが形成されている。なお、スペーサ２９の上下方向の長さ、外径及び材料は、実施形態１と同一とすることができる。
なお、肉抜き孔２９Ａ内の空間には、セパレータ２５から浸み出した電解液を貯留することが可能である。
このように実施形態２によれば、スペーサ２９に肉抜き孔２９Ａが形成されているため、スペーサ２９に使用する材料を少なくすることができる。
【００３８】
＜実施形態３＞
次に、実施形態３を図６を参照して説明する。実施形態３の電池３０は、角筒状のスペーサ３１を用いたものであり、電極体２３の内周面２３Ａに部分的に当接している。他の構成は実施形態１と同一であり、実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
電池ケース１１及び電極体２３は、上記実施形態と同一である。
スペーサ３１は、四角形状の肉抜き孔３２が上下方向に貫通する角筒状をなしており、上下方向の全体に亘って横断面が同一形状とされている。スペーサ３１の上下方向の長さ及び材料は、実施形態１と同一とすることができる。
スペーサ３１の４つの角部３１Ａ〜３１Ｄは、電極体２３の内周面２３Ａの異なる箇所に当接している。なお、スペーサ３１の全ての角部３１Ａ〜３１Ｄが、電極体２３の内周面２３Ａに当接していなくてもよい。例えば、スペーサ３１の１又は複数の角部が電極体２３の内周面２３Ａに当接し、他の１又は複数の角部が電極体２３の内周面２３Ａに当接していない構成としてもよい。また、スペーサは、四角形の角筒状に限らず、他の多角形（３角形や５角形等）の角筒状としてもよい。また、肉抜き孔３２を形成するものに限らず、スペーサの内部が充填されている（満たされている）角形としてもよい。
【００３９】
＜実施形態４＞
次に、実施形態４について図７を参照して説明する。実施形態４の電池３３では、スペーサ３４を、十字状としたものである。他の構成は実施形態１と同一であり、実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
電池ケース１１及び電極体２３は、上記実施形態と同一である。
スペーサ３４の上下方向の長さ、外径及び材料は、実施形態１と同一とすることができる。スペーサ３４は、上下方向の全体に亘って横断面が同一の十字状とされており、筒状部１３の軸Ａを中心として４つの板状突部３４Ａ〜３４Ｄが等角度（９０度）で配置されている。
【００４０】
板状突部３４Ａ〜３４Ｄの各先端部３５Ａ〜３５Ｄは、電極体２３の内周面２３Ａに当接している。板状突部３４Ａ〜３４Ｄは、突出寸法を同じにしてもよいが、電極体２３の内周面２３Ａの端部２３Ｄによる内径差に応じて板状突部３４Ａ〜３４Ｄの突出寸法を異ならせて、スペーサ３４と電極体２３の内周面２３Ａとの間の隙間をなくすようにして、より一層、電極体２３のガタつきが抑制されるようにしてもよい。
なお、スペーサ３４と電極体２３の間の空間には、セパレータ２５から浸み出した電解液を貯留することができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）スペーサ２７，２９，３１，３４は、上記実施形態の材料に限られず、種々の材料を使用することができる。例えば、絶縁性の材料に限らず、ステンレス等の金属や導電性樹脂を用いることも可能である。
【００４２】
（２）スペーサ２７，２９，３１，３４形状は、上記実施形態の形状に限られず、電極体２３の内周面の形状に応じた形状とすることができる。例えば、電極体の内周面が楕円形状や、長円形状である場合には、スペーサの外周面を楕円形状や、長円形状とすればよい。この場合、内部の空間が充填されている（満たされている）ものでも、筒状でもよい。
（３）上記実施形態では、電極体２３の外面の全体に負極板２６が配されていたが、これに限られない。例えば、電極体２３の外面の一部に負極板２６が配され、この外面の負極板２６が筒状部１３の内面１３Ａに当接するものでもよい。
（４）スペーサは、ゴム以外の弾性体からなるものとしてもよい。例えば、バネからなるようにしてもよい。具体的には、例えば、板バネを巻回させて電極体２３の内周面２３Ａを弾性力で押圧するようにしてもよい。
（５）スペーサは、弾性体に限られず、塑性体（非弾性体）を使用してもよい。この場合は、例えば、スペーサの外径Ｂ１（左右方向の直径）は、電極体２３の内径（左右方向の直径）とほぼ同じか、電極体２３の内径よりもわずかに大きい大きさとすることができる。このようにしてもスペーサ２７が中空部ＨＯに収容された状態で、スペーサ２７の外周面２７Ｃが電極体２３の内周面２３Ａに当接したり、電極体２３の内周面２３Ａを押圧することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２８，３０，３３：電池  １１：電池ケース  １２：電池ケース本体  １３：筒状部  ２３：電極体  ２３Ａ：内周面  ２４：正極板  ２５：セパレータ  ２６：負極板  ２７，２９，３１，３４：スペーサ    Ｓ：収容空間  Ａ：電極体及び筒状部の軸  Ｂ１：スペーサの外径  Ｂ２：筒状部の内径
【図１】
2015008091.tif 000003
【図２】
2015008091.tif 000004
【図３】
2015008091.tif 000005
【図４】
2015008091.tif 000006
【図５】
2015008091.tif 000007
【図６】
2015008091.tif 000008
【図７】
2015008091.tif 000009