(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端を有する円筒筐体、
前記開口端を塞いでいる蓋、
前記円筒筐体内に収容されている正極、および、
前記円筒筐体内に収容されている負極
を備え、
前記正極および前記負極は、前記円筒筐体の軸方向に積層されており、
前記負極は、前記円筒筐体と電気的に接続されており、
さらに、
前記正極および前記負極を前記円筒筐体の前記軸方向に貫通している正極集電体、
前記円筒筐体の内壁と前記蓋との間に配置されている第１シールリング、および、
前記円筒筐体の外壁と前記蓋との間に配置されている第２シールリング
を備え、
前記正極集電体は、前記正極と電気的に接続されており、
前記第１シールリングは、前記円筒筐体の前記内壁に沿って、前記円筒筐体の前記軸方向に垂直な周方向に一回りしており、
前記第２シールリングは、前記円筒筐体の前記外壁に沿って、前記周方向に一回りしている、
円筒形積層式ニッケル水素電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、円筒形積層式ニッケル水素電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第５３６９３４２号公報（特許文献１）は、円筒筐体を備える円筒形積層式電池を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３６９３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、円筒筐体を備える電池は、巻回式電池とされる。「巻回式電池」とは、帯状の電極がロール状に巻回されて構成されている電池である。
【０００５】
特許文献１は、円筒筐体の軸方向に、円板電極が積層されて構成されている円筒形積層式電池を開示している。特許文献１によれば、円筒形積層式電池は、従来の円筒形巻回式電池と比較して、電池内部の温度上昇が小さいとされている。これは、車載用途に好適な特性である。
【０００６】
車載用途では、高温、多湿、振動等の過酷環境が想定される。このような過酷環境では、電解液の漏出（漏液）が発生しやすい。漏液が発生すると、電池性能が低下する。
【０００７】
特許文献１に開示される円筒形積層式電池では、円筒筐体が負極集電体を兼ねている。そのため、円筒筐体は、負極と等電位になる。この構造がニッケル水素電池に適用された場合、いわゆる「クリープ現象」により、漏液が促進される可能性がある。すなわち、円筒筐体の負電位をドライビングフォースとして、電解液が円筒筐体の内壁を這い上がる。その結果、電解液が円筒筐体と蓋との隙間から漏出する可能性がある。
【０００８】
そこで本開示は、耐漏液構造を備える円筒形積層式ニッケル水素電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の円筒形積層式ニッケル水素電池は、開口端を有する円筒筐体、開口端を塞いでいる蓋、円筒筐体内に収容されている正極、および、円筒筐体内に収容されている負極を備える。正極および負極は、円筒筐体の軸方向に積層されている。負極は、円筒筐体と電気的に接続されている。
さらに、本開示の円筒形積層式ニッケル水素電池は、正極および負極を円筒筐体の軸方向に貫通している正極集電体、円筒筐体の内壁と蓋との間に配置されている第１シールリング、および、円筒筐体の外壁と蓋との間に配置されている第２シールリングを備える。正極集電体は、正極と電気的に接続されている。
第１シールリングは、円筒筐体の内壁に沿って、円筒筐体の軸方向に垂直な周方向に一回りしており、第２シールリングは、円筒筐体の外壁に沿って、周方向に一回りしている。
【００１０】
本開示の円筒形積層式ニッケル水素電池では、第１シールリングおよび第２シールリングにより、円筒筐体の開口端と蓋との隙間が、全周に亘って封じられている。第２シールリングは、円筒筐体の外壁と蓋との間に配置されている。そのため、電解液が円筒筐体から漏出するためには、電解液が内壁から外壁まで回り込むように移動する必要がある。すなわち、電解液が漏出するまでに、移動するべき距離が長い。さらに電解液の漏出経路には、２つのシールリングが存在する。したがって、長期に亘って漏液を抑制することができる。
【００１１】
ここで本明細書の「垂直」は、幾何学的に完全な垂直のみを示すものではない。本明細書の垂直には、実質的に垂直とみなされる場合も含まれる。たとえば、２つの方向のなす角が８５°以上９５°以下である場合、それらは実質的に垂直であるとみなされる。
【発明の効果】
【００１２】
上記によれば、耐漏液構造を備える円筒形積層式ニッケル水素電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に係る円筒形積層式ニッケル水素電池の構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】正極の構成の一例を示す概略平面図である。
【図３】負極の構成の一例を示す概略平面図である。
【図４】蓋の構成の一例を示す概略平面図である。
【図５】耐漏液構造の第１例を示す概略断面図である。
【図６】耐漏液構造の第２例を示す概略断面図である。
【図７】耐漏液構造の第３例を示す概略断面図である。
【図８】補強リングの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」と記される。）が説明される。ただし、以下の説明は、本開示の発明を限定するものではない。以下、円筒形積層式ニッケル水素電池は、単に「電池」と記されることがある。
【００１５】
＜円筒形積層式ニッケル水素電池＞
図１は、円筒形積層式ニッケル水素電池の構成の一例を示す概略断面図である。電池１００は、円筒筐体１０、蓋２０、正極３０、および負極４０を備える。円筒筐体１０は、たとえば、ニッケルメッキが施された鉄缶等でよい。円筒筐体１０は、軸方向の端部に開口端を有する。蓋２０は、開口端を塞いでいる。
【００１６】
正極３０および負極４０は、円筒筐体１０内に収容されている。正極３０および負極４０は、円筒筐体１０の軸方向に積層されている。積層数は、特に限定されるべきではない。積層数は、互いに隣接する正極３０および負極４０が一組とされたとき、その組の総数を示す。積層数は、たとえば、２〜３０程度でよい。
【００１７】
正極３０および負極４０は、交互に積層されている。正極３０と負極４０との間には、セパレータ５０が配置されている。セパレータ５０は、袋状であってもよい。すなわち、袋状のセパレータ５０に、正極３０および負極４０が挿入されていてもよい。セパレータ５０は、たとえば、ポリオレフィン製の不織布等でよい。セパレータ５０の表面には、親水化処理等が施されていてもよい。
【００１８】
図示されていないが、円筒筐体１０内には、電解液も収容されている。電解液は、たとえば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液である。水溶液の濃度は、たとえば、１〜１０ｍоｌ／ｌでよい。
【００１９】
図２は、正極の構成の一例を示す概略平面図である。正極３０は、円板状である。正極３０の中心部には、正極３０を貫通する貫通孔３１が設けられている。正極３０は、正極活物質として、水酸化ニッケルおよびオキシ水酸化ニッケルの少なくとも一方を含有する。正極３０は、従来公知の焼結式ニッケル正極であってもよい。正極３０は、従来公知の非焼結式ニッケル正極であってもよい。正極活物質を担持する基材は、たとえば、発泡ニッケル等でよい。
【００２０】
図３は、負極の構成の一例を示す概略平面図である。負極４０は、円板状である。負極４０の直径は、正極３０の直径よりも大きい。負極４０の中心部には、負極４０を貫通する貫通孔４１が設けられている。負極４０の貫通孔４１の直径も、正極３０の貫通孔３１の直径より大きい。負極４０は、負極活物質として水素吸蔵合金を含む。負極４０は、たとえば、水素吸蔵合金の成形体であってもよい。負極４０は、たとえば、粒子状の水素吸蔵合金、導電材およびバインダが、パンチングメタル等の基材に担持されたものであってもよい。
【００２１】
《集電構造》
図１に示されるように、電池１００は、正極集電体６０を備える。正極集電体６０は、棒状部材である。正極集電体６０は、たとえば、ニッケルメッキが施された銅棒、またはニッケル棒等であってもよい。正極集電体６０は、正極３０の貫通孔３１および負極４０の貫通孔４１に通されている。すなわち、正極集電体６０は、円筒筐体１０の軸方向に、正極３０および負極４０を貫通している。
【００２２】
正極集電体６０は、正極３０と電気的に接続されている。正極３０は、正極集電体６０に支持されている。たとえば、正極集電体６０の表面に設けられた突起等に、正極３０が固定されていてもよい。
【００２３】
正極集電体６０は、絶縁板６１に突き当てられている。正極集電体６０は、絶縁板６１により、円筒筐体１０と電気的に絶縁されている。絶縁板６１は、たとえば、樹脂製の板でよい。
【００２４】
負極４０は、正極集電体６０と電気的に接続されていない。すなわち、負極４０は、正極集電体６０と電気的に絶縁されている。負極４０は、円筒筐体１０と電気的に接続されている。すなわち、円筒筐体１０は、負極集電体を兼ねている。負極４０は、円筒筐体１０に支持されている。たとえば、円筒筐体１０の内壁に設けられた溝に、負極４０の周縁が、嵌め合わされていてもよい。
【００２５】
蓋２０は、正極集電体６０と電気的に接続されている。蓋２０は、正極集電体６０と溶接されていてもよい。蓋２０は、ねじ止めにより、正極集電体６０と接合されていてもよい。蓋２０と正極集電体６０とは、一体物であってもよい。
【００２６】
図４は、蓋の構成の一例を示す概略平面図である。蓋２０は、環状溝２１を有する。環状溝２１は、円筒筐体１０の軸方向に垂直な周方向に一回りしている。図４において、軸方向は、紙面の法線方向に相当する。環状溝２１には、円筒筐体１０の先端が挿入される。
【００２７】
《耐漏液構造》
（第１例）
図５は、耐漏液構造の第１例を示す概略断面図である。図５は、図１のＶ領域の拡大図に相当する。環状溝２１内には、ハウジング２２が設けられている。ハウジング２２には、シールリングが配置される。
【００２８】
第１シールリング７１は、円筒筐体１０の内壁１１と、蓋２０との間に配置されている。第１シールリング７１は、内壁１１に沿って、円筒筐体１０の軸方向に垂直な周方向に一回りしている。第１シールリング７１は、内壁１１および蓋２０によって、圧縮されている。圧縮された第１シールリング７１が復元しようとする力により、内壁１１と蓋２０との隙間が封じられている。
【００２９】
第２シールリング７２は、円筒筐体１０の外壁１２と、蓋２０との間に配置されている。第２シールリング７２は、外壁１２に沿って、円筒筐体１０の軸方向に垂直な周方向に一回りしている。第２シールリング７２は、外壁１２および蓋２０によって、圧縮されている。圧縮された第２シールリング７２が復元しようとする力により、外壁１２と蓋２０との隙間が封じられている。
【００３０】
図５中の矢印は、電解液の漏出経路を示している。ここでは、第２シールリング７２が外壁１２側に配置されているために、電解液は漏出するまでに長い距離を移動することを強いられる。これにより、長期に亘って、漏液が抑制される。さらに、本開示の耐漏液構造により、電池内からの水素ガス、水蒸気等の漏洩も抑制されることが期待される。
【００３１】
第１シールリング７１および第２シールリング７２（以下「シールリング」と総称される。）は、円筒筐体１０および蓋２０から、常時、圧縮されている。そのため、シールリングは、へたり（塑性変形、弾力の低下等）が生じ難い材料であることが望まれる。また円筒筐体１０と蓋２０とが電気的に絶縁されるために、シールリングは、絶縁性である必要がある。これらの観点から、シールリングは、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）製、架橋ポリエチレン（ＰＥ）製、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）製等であってもよい。
【００３２】
さらにシールリングは、撥水性を有してもよい。撥水性の観点から、シールリングは、たとえば、フッ素樹脂製であってもよい。フッ素樹脂としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。
【００３３】
図５では、シールリングがＯリングである。すなわち、シールリングの断面形状が円形である。ただし、シールリングの断面形状は、円形に限定されるべきではない。シールリングは、たとえば、Ｘリング、Ｄリング、Ｔリング等であってもよい。
【００３４】
円筒筐体１０と蓋２０とが嵌め合わされている部分の周辺において、内壁１１に、各種の表面処理が施されていてもよい。表面処理に使用される材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。たとえば、内壁１１が、撥水性を有する樹脂（たとえば、フッ素樹脂等）により、被覆されていてもよい。これにより、クリープ現象の抑制が期待される。あるいは、内壁１１が、耐アルカリ性を有する金属により、被覆されていてもよい。有機材料および無機材料が組み合わされて、表面処理に使用されてもよい。蓋２０側にも、同様の表面処理が施されていてもよい。
【００３５】
（第２例）
図６は、耐漏液構造の第２例を示す概略断面図である。第２例では、内壁１１側に第１シールリング７１が複数配置されている。さらに外壁１２側に第２シールリング７２が複数配置されている。シールリングが複数配置されることにより、耐漏液性の向上が期待される。
【００３６】
（第３例）
図７は、耐漏液構造の第３例を示す概略断面図である。第３例では、蓋２０の外周を覆う補強リング８０が設けられている。すなわち、電池１００は、蓋２０の外周を覆う補強リング８０を、さらに備えていてもよい。
【００３７】
図８は、補強リング８０の構成の一例を示す概略図である。補強リング８０は、その内壁が全域に亘って蓋２０と接触するように構成されている。たとえば、電池１００が高温保存されると、電池１００の内圧が上昇し、円筒筐体１０および蓋２０が膨張することがある。このような場合にも、補強リング８０が設けられていることにより、各部材間に隙間が発生することが抑制される。すなわち、電池１００が補強リング８０を備えることにより、耐漏液性がさらに向上する。
【００３８】
補強リング８０は、高強度の材料により構成されることが望ましい。また補強リング８０は絶縁性であることが望ましい。補強リング８０が絶縁性であることにより、円筒筐体１０と蓋２０との間で短絡が起こることが抑制される。さらに万一、漏液が発生した時に備えて、補強リング８０は、耐アルカリ性を有することが望ましい。これらの観点から、補強リング８０は、好ましくはエンジニアリングプラスチック製である。補強リング８０を構成するエンジニアリングプラスチックとしては、たとえば、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の汎用エンジニアリングプラスチック；ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）等のスーパーエンジニアリングプラスチック；等が挙げられる。
【００３９】
補強リング８０は、弾性体であってもよい。補強リング８０が弾性体であることにより、蓋２０が補強リング８０により圧迫され得る。これにより、第２シールリング７２（図５および図６を参照のこと）が圧縮されることになるため、耐漏液性の向上が期待される。
【００４０】
補強リング８０は、金属製であってもよい。ただし、補強リング８０を構成する金属は、耐アルカリ性を有することが望ましい。耐アルカリ性を有する金属としては、たとえば、ニッケル等が挙げられる。
【００４１】
補強リング８０は、電解液を吸収する機能を有してもよい。この場合、円筒筐体１０と蓋２０との隙間から電解液が漏出した際に、漏出した電解液が補強リング８０に吸収され得る。すなわち、実質的な漏液が抑制される。たとえば、補強リング８０の内壁が多孔質であることにより、電解液が補強リング８０に吸収されると考えられる。
【００４２】
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の発明の範囲は、上記の説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  円筒筐体、１１  内壁、１２  外壁、２０  蓋、２１  環状溝、２２  ハウジング、３０  正極、３１，４１  貫通孔、４０  負極、５０  セパレータ、６０  正極集電体、６１  絶縁板、７１  第１シールリング、７２  第２シールリング、８０  補強リング、１００  電池（円筒形積層式ニッケル水素電池）。
【図１】
0006680115.tif 000002
【図２】
0006680115.tif 000003
【図３】
0006680115.tif 000004
【図４】
0006680115.tif 000005
【図５】
0006680115.tif 000006
【図６】
0006680115.tif 000007
【図７】
0006680115.tif 000008
【図８】
0006680115.tif 000009