(57)【要約】【課題】コスト低下と冷却性能の向上を図りつつ各単電池の電槽を相互に独立させて放電容量にばらつきの発生を防止した密閉式二次電池を提供する。【解決手段】隔壁５を介して連接された複数の電槽４を有する角形電槽３と、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た極板群８とを備え、各電槽４に極板群８を電解液とともに収容して単電池２を構成しかつ角形電槽３内で単電池２を直列接続した密閉式二次電池１において、角形電槽３にガス集合部２４を設けるとともにガス集合部２４と各電槽４との間に各電槽４の内部圧力が所定以上になると開口するガス排出部２３を設け、ガス集合部２４にガスを外部に導出するガス出口２５を設け、各単電池２の電槽４を互いに独立させるとともにガス集合部２４のガス出口２５からガスを外部に排出するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁を介して連接された複数の電槽を有する角形電槽と、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た極板群とを備え、各電槽に極板群を電解液とともに収容して単電池を構成しかつ角形電槽内で単電池を直列接続した密閉式二次電池において、角形電槽にガス集合部を設けるとともにガス集合部と各電槽との間に各電槽の内部圧力が所定以上になると開口するガス排出部を設け、ガス集合部にガスを外部に導出するガス出口を設けたことを特徴とする密閉式二次電池。
【請求項２】
ガス排出部が設けられた中蓋を一体電槽に固着して各電槽を密閉するとともに、ガス集合部を形成する上蓋を中蓋に固着したことを特徴とする請求項１記載の密閉式二次電池。
【請求項３】
ガス排出部は、ガス排出口と、ガス排出口の出口面に弾性的に圧接するとともに電槽内の圧力で出口面から離間する方向に押圧される弁体部を有するゴム弁とから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉式二次電池。
【請求項４】
ガス排出部は、電槽の内部圧力が所定以上になると破断する膜壁から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉式二次電池。
【請求項５】
ガス排出部は、電槽とガス集合部との間の壁面に形成され、電槽の内部圧力が所定以上になると破断する凹溝から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉式二次電池。
【請求項６】
電槽側から形成した内側凹溝とガス集合部側から形成した外側凹溝とを間隔をあけて形成したことを特徴とする請求項５記載の密閉式二次電池。
【請求項７】
環状の内側凹溝の内部に、間隔をあけて環状の外側凹溝を形成したことを特徴とする請求項６記載の密閉式二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉式二次電池に関し、特に複数の単電池を内蔵してなる密閉式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た集合型二次電池において、単電池間の接続抵抗を含む単電池当たりの内部抵抗を小さくして、電池の発熱を抑制し、高出力化や寿命特性の向上を図ることができるものとして、本出願人は先に、図７に示すように、複数の単電池２を内蔵した密閉式二次電池１を提案している。
【０００３】
図７において、３は角形電槽で、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単電池２の電槽４をその短側面を隔壁５として共用して相互に一体的に連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽４の上面開口は一体の蓋体６にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽４の外側の短側面と各電槽４、４間の隔壁５の上部に接続穴７が形成されている。各電槽４内には、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た極板群８が電解液とともに収容され、単電池２が構成されている。極板群８の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部９とされ、それらのリード部９の側端縁にはそれぞれ集電体１０が溶接等にて接続されている。
【０００４】
集電体１０の上部には接続穴７内に嵌入する接続突部１１が突設され、隣接する電槽４、４間で正極と負極の集電体の接続突部１１が互いに溶接して接続されている。また、両端の電槽４の外側の短側面の接続穴７に正極又は負極の接続端子１２が装着され、その接続突部１３と集電体１０の接続突部１１とが互いに溶接にて接続されている。かくして、角形電槽３に内蔵された複数の単電池２が直列接続され、両端の接続端子１２、１２間に出力される。
【０００５】
また、蓋体６には各電槽４毎に、電槽４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安全弁１４が配設されており、各安全弁１４の排気口１４ａにそれぞれ放出されたガスを外部に排出するための排出チューブ１５が接続されている。
【０００６】
ところが、図７に示すような構成では、各電槽４毎に安全弁１４を配設しているので、安全弁１４の数が多くなってコスト高になるという問題があり、また複数の密閉式二次電池１を冷却空間をあけて並列配置して直列接続して高い出力電圧の組電池を構成する場合に、複数の排出チューブが冷却空間を通る冷却媒体の流れを阻害し、密閉式二次電池１の冷却性能を低下させるという問題がある。
【０００７】
そこで、図８に示すように、互いに隣接する各電槽４、４間を連通させる連通路１６を蓋体６に設け、蓋体６の適所に各電槽４の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放する単一の安全弁１４を配設し、安全弁１４の数を低減してコスト低下と冷却性能の向上を図ったものを提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図８に示すように、密閉式二次電池１の各単電池２の電槽４を相互に連通させた構成では、種々の要因で単電池２毎の水素吸脱速度に偏りが生じた場合に、水素吸脱速度の偏りに従って水素が吸脱され、単電池毎の放電リザーブ、従って放電容量にばらつきが発生してしまい、最終的にばらつきが大きくなって密閉式二次電池１全体の容量劣化を早める可能性を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コスト低下と冷却性能の向上を図りつつ各単電池の電槽空間を相互に独立させて放電容量のばらつきの発生を防止した密閉式二次電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉式二次電池は、隔壁を介して連接された複数の電槽を有する角形電槽と、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た極板群とを備え、各電槽に極板群を電解液とともに収容して単電池を構成しかつ角形電槽内で単電池を直列接続した密閉式二次電池において、角形電槽にガス集合部を設けるとともにガス集合部と各電槽との間に各電槽の内部圧力が所定以上になると開口するガス排出部を設け、ガス集合部にガスを外部に導出するガス出口を設けたものであり、各単電池の電槽が互いに独立しているので、単電池毎の水素吸脱速度に偏りが生じても水素平衡圧の差で単電池間で水素が移動して水素に偏りを生じるということがなく、単電池間で放電容量にばらつきが発生するのを確実に防止でき、かつ何れかの単電池で内部圧力が所定値以上になった場合にはガス排出部が開口してガスがガス集合部に放出され、ガス集合部に設けられたガス出口から排出チューブにて外部に排出できるので、単電池毎に安全弁や排出チューブを配設する必要がなく、コスト低下を図れるとともに多数の排出チューブによって冷却媒体の流通が阻害されるということがないので冷却性能を向上できる。
【００１１】
また、ガス排出部が設けられた中蓋を角形電槽に固着して各電槽を密閉するとともに、ガス集合部を形成する上蓋を中蓋に固着すると、角形電槽に中蓋と上蓋を同時溶着にて一体固着することで、各電槽及びガス集合部の気密性を確保しつつ生産性良く製造することができる。
【００１２】
また、ガス排出部が、ガス排出口と、ガス排出口の出口面に弾性的に圧接するとともに電槽内の圧力で出口面から離間する方向に押圧される弁体部を有するゴム弁とから成ると、簡単で安価なゴム弁を装着するだけで、低コストにてガス排出部を構成することができる。
【００１３】
また、ガス排出部が、電槽の内部圧力が所定以上になると破断する膜壁から成ると、ゴムシールの廃止によって水素ガスの透過漏れを確実に抑制でき、寿命特性を向上できる。
【００１４】
また、ガス排出部が、電槽とガス集合部との間の壁面に形成され、電槽の内部圧力が所定以上になると破断する凹溝から成ると、所定圧力以上になると凹溝部分に応力が集中して適切に破断し、安全性に対する信頼性が向上できる。
【００１５】
また、電槽側から形成した内側凹溝とガス集合部側から形成した外側凹溝とを間隔をあけて形成すると、内側凹溝にて壁面が外側に変形して外側凹溝に応力が集中し易くなり、より高い信頼性が得られる。
【００１６】
また、環状の内側凹溝の内部に、間隔をあけて環状の外側凹溝を形成すると、環状の外側凹溝に囲まれた部分が外側に押し出され、その周囲の外側凹溝に応力が一層集中して適切に破断し、一層高い信頼性を確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の密閉式二次電池の第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。なお、図７、図８を参照して説明した従来例と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、主として相違点を説明する。
【００１８】
図１において、本実施形態の密閉式二次電池１における角形電槽３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複数の電槽４をその短側面を隔壁５として共用して相互に一体的に連接して構成されている。この角形電槽３における各電槽４の上面開口上に、一体の中蓋２１が配置され、その中蓋２１上に上蓋２２が配置され、角形電槽３と中蓋２１と上蓋２２が同時溶着にて一体固着されている。
【００１９】
中蓋２１は、各電槽４の上面開口を各々密閉しており、かつ各電槽４毎にガス排出部２３が設けられている。また、中蓋２１と上蓋２２の間の空間にて、任意のガス排出部２３から排出されたガスを集合するガス集合部２４が設けられ、上蓋２２の適所に設けられたガス出口２５から排出チューブ２６にて外部に排出するように構成されている。
【００２０】
ガス排出部２３は、中蓋２１の壁面を上下に貫通する円筒状のガス排出口２７とこのガス排出口２７に装着されたゴム弁２８にて構成されており、ゴム弁２８は、図２に詳細を示すように、ガス排出口２７の上端の出口面２７ａに弾性的に圧接する弁体部２８ａと、弁体部２８ａからガス排出口２７を貫通するように一体的に延出された連結部２８ｂと、連結部２８ｂを弾性的に引張させた状態でガス排出口２７の下端の入口面２７ｂに係合する係合部２８ｃにて構成され、係合部２８ｃの上面と連結部２８ｂの外周面にわたって形成された複数の圧力導入溝２８ｄにて弁体部２８ａの下面に電槽４内の圧力が負荷させるように構成されている。なお、係合部２８ｃはガス排出口２７に容易に挿入して貫通させることができるようにテーパ状に形成されている。
【００２１】
こうして互いに独立して密閉されている各電槽４内に、両側に集電体１０が接合された極板群８が電解液とともに収容されて単電池２が構成されている。角形電槽３の両端壁及び隔壁５の上部には接続穴７が形成され、この接続穴７を通して両端の単電池２の集電体１０に接続端子１２が接続されるとともに、隣接する単電池２、２の集電体１０、１０同士が接続されている。
【００２２】
極板群８は、複数枚の正極板と複数枚の負極板とを交互に配置するとともに、各正極板に横方向に開口部を有する袋状のセパレータを被せることにより正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して構成され、正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させて正極と負極のリード部９が設けられている。正極板は、Ｎｉの発泡メタルにリード部９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９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、負極板は、Ｎｉのパンチングメタルにリード部９を除いて水素吸蔵合金を含む負極構成物質を塗着して構成されている。この極板群８の両側のリード部９には集電体１０が接合されている。なお、極板群８は、帯状の正極板と負極板を互いに反対側の側縁にリード部を突出させてセパレータを介して積層し、これを平たく巻回して構成してもよい。
【００２３】
以上の構成の密閉式二次電池１においては、各単電池２の電槽４が互いに独立しているので、単電池２毎の水素吸脱速度に偏りが生じても、水素平衡圧の差で単電池２間で水素が移動して水素に偏りを生じるということがなく、単電池２間で放電容量にばらつきが発生するのを確実に防止できる。かくして、単電池２間のばらつきが大きくなって密閉式二次電池１全体の容量劣化を早めることがなく、寿命特性を向上できる。
【００２４】
しかも、何れかの単電池２で電槽４の内部圧力が所定値以上になった場合には、各電槽４毎に設けられたガス排出部２３において、排出口２７に装着されたゴム弁２８の弁体部２８ａに電槽４の圧力が作用し、連結部２８ｂによる引張力に抗して弁体部２８ａが持ち上げられて排出口２７が開口し、電槽４内のガスがガス集合部２４に放出され、ガス出口２５から排出チューブ２６にて外部に排出される。かくして、単電池２毎に従来の安全弁や排出チューブ２６を配設する必要がなく、コスト低下を図れるとともに多数の排出チューブ２６を配設することで冷却媒体の流通が阻害されるということがないので冷却性能を向上できる。なお、本実施形態では、ゴム弁２８を用いているので、電槽４内の圧力が所定値以下に低下すると、電槽４は再び密閉される。
【００２５】
また、角形電槽３上に各電槽４を密閉する中蓋２１を配置し、この中蓋２１にガス集合部２４を形成する上蓋２２を固着し、角形電槽３に中蓋２１と上蓋２２を同時溶着にて一体固着しているので、各電槽４やガス集合部２４の気密性を確保しつつ生産性良く製造することができる。また、ガス排出部２３も、ガス排出口２７に単純な構成で安価に得られるゴム弁２８を装着した簡単な構成であり、各電槽４毎に配設しても低コストにて構成することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の密閉式二次電池の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２７】
上記第１の実施形態では、ガス排出部２３として円筒状のガス排出口２７にゴム弁２８を装着して構成した例を示したが、本実施形態のガス排出部２９は、中蓋２１に電槽４の内部圧力が所定以上になると破断するような膜厚に設定した膜壁３０を設けて構成されている。
【００２８】
本実施形態によれば、上記第１の実施形態ではゴム弁２８によりシールを行っているので、ゴムを通して水素ガスが透過漏れするのを避けることができないが、本実施形態ではゴムシールの廃止によって水素ガスの透過漏れを確実に抑制でき、寿命特性を向上できる。また、構成が極めて簡単であり、一層のコスト低下を図ることができる。
【００２９】
なお、本実施形態の構成では、何れかの電槽４が所定値以上の圧力となって膜壁３０が破断すると、電槽４内の圧力が低下しても元の状態に復帰することはなく、それによって電池異常が速やかに検出されて直ちに使用不可能な状態となる。しかし、通常の使用状態においては電槽４内の圧力が所定値を越えることはなく、電池異常の時にしか所定値を越えることがないような場合には、ガス排出部が何度も自動復帰して電池異常のまま知らずに使用するような事態を無くして、より安全側で密閉式二次電池１を使用することができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の密閉式二次電池の第３の実施形態について、図４〜図６を参照して説明する。
【００３１】
上記第２の実施形態では、中蓋２１に膜壁３０からなるガス排出部２９を設けたものを例示したが、本実施形態では、ガス排出部３１を、各電槽４とガス集合部２４との間の中蓋２１の壁面に形成した凹溝３２、３３にて構成し、動作の信頼性の向上を図っている。
【００３２】
すなわち、本実施形態のガス排出部３１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、電槽４側から形成した大径の円環状の内側凹溝３２と、ガス集合部２４側から内側凹溝３２の内部に間隔をあけて形成した小径の円環状の外側凹溝３３にて構成されている。これらの凹溝３２、３３は、好適には図４（ｃ）に示すように、断面形状略Ｖ字状に形成され、Ｖ字の開き角θは２０°〜９０°、溝底の薄肉部の膜厚ｔは０．２〜０．７ｍｍ、溝底エッジの丸み径Ｒは０．５ｍｍ以下に設定される。
【００３３】
以上の構成のガス排出部３１によれば、任意の電槽４の内部圧力が所定以上になると、図５に示すように、電槽４側から形成した円環状の内側凹溝３２にて囲まれた部分に内部圧力が作用することで、中蓋２１の壁面の内側凹溝３２にて囲まれた部分が外側に変形し、その内部に間隔をあけて形成された円環状の外側凹溝３３にて囲まれた部分が外側に押し出されることで、この外側凹溝３３に応力集中して作用し、この外側凹溝３３が確実に破断することになり、安全性に対する信頼性が向上できる。
【００３４】
さらに、凹溝３２、３３の断面形状と寸法を上記のように設定することで、電槽４内の圧力が０．３〜１．０ＭＰａ、好適には０．４〜０．５ＭＰａの所定圧力になったときに安定して破断させることができる。
【００３５】
なお、図４、図５に示した例では、電槽４の内側と外側から二重円環状に凹溝３２、３３を形成した例を示したが、図６（ａ）に示すように、複数の直線状の内側凹溝３４を間隔をあけて平行に形成し、その中間部に１又は複数の直線状の外側凹溝３５を形成しても同様の作用を奏することができる。さらに、図６（ｂ）に示すように、壁面の内側若しくは外側に複数本の直線状の凹溝３６を１又は複数箇所で交差するように形成しても、凹溝３６の交差部に応力が集中することで同様に所定圧力で確実に破断させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の密閉式二次電池によれば、各単電池の電槽を互いに独立させているので、単電池毎の水素吸脱速度に偏りが生じても水素平衡圧の差で単電池間で水素が移動して水素に偏りを生じるということがなく、単電池間で放電容量にばらつきが発生するのを確実に防止でき、かつ何れかの単電池で内部圧力が所定値以上になった場合にはガス排出手段が開口してガスがガス集合部に放出され、ガス集合部のガス出口から外部に排出できるため、単電池毎に安全弁やガス排出チューブを配設する必要がなく、コスト低下を図れるとともに多数のガス排出チューブによって冷却媒体の流通が阻害されるということがないので冷却性能を向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉式二次電池の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】同実施形態におけるゴム弁の斜視図である。
【図３】本発明の密閉式二次電池の第２の実施形態の縦断面図である。
【図４】本発明の密閉式二次電池の第３の実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はガス排出部の平面図、（ｃ）は凹溝の拡大断面図である。
【図５】同実施形態のガス排出部の動作状態を示す拡大断面図である。
【図６】同実施形態のガス排出部の変形例を示す平面図である。
【図７】従来例の密閉式二次電池の縦断面図である。
【図８】他の従来例の密閉式二次電池の縦断面図である。
【符号の説明】
１  密閉式二次電池
２  単電池
３  角形電槽
４  電槽
５  隔壁
８  極板群
２１  中蓋
２２  上蓋
２３  ガス排出部
２４  ガス集合部
２５  ガス出口
２７  ガス排出口
２８  ゴム弁
２８ａ  弁体部
２９  ガス排出部
３０  膜壁
３１  ガス排出部
３２  内側凹溝
３３  外側凹溝
３４  内側凹溝
３５  外側凹溝
３６  凹溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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