(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化ニッケルを含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造方法であって、
前記正極、前記負極、セパレータおよび電解液を前記ケースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、
前記安全弁に加圧しながら前記電池を前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電する第２の工程とを含むことを特徴とするニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、空気を用いて前記安全弁に加圧する請求項１に記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記電池を冷媒で冷却しながら充放電する請求項１または２に記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項４】
水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極と設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造装置であって、
凹部を備えた押さえ治具と、
前記安全弁を前記凹部に格納するように前記押さえ治具を前記ケースに押圧するための押圧手段と、
前記凹部内に空気を供給して前記安全弁に加圧するための加圧手段とを備え、
さらに、前記電池を前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電するための充放電手段を備えることを特徴とするニッケル水素蓄電池の製造装置。
【請求項５】
前記押さえ治具が前記ケースに押圧され前記凹部内が気密になった状態で前記押さえ治具を固定するための固定手段をさらに備える請求項４に記載のニッケル水素蓄電池の製造装置。
【請求項６】
前記電池を冷却するための冷却手段をさらに備える請求項４に記載のニッケル水素蓄電池の製造装置。
【請求項７】
前記加圧手段が、前記凹部に連結された配管と前記配管に連結されたエアーカプラとを含む請求項４ないし６のいずれかに記載のニッケル水素蓄電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルカリ蓄電池は、ポータブル機器や携帯機器などの電源として、また電気自動車やハイブリッド電気自動車等に至る移動用電源として注目されており、従来にも増して高性能化が要請されている。特にニッケル・水素蓄電池は、水酸化ニッケルを主体とした活物質からなる正極と、水素吸蔵合金を主材料とした負極とを備える二次電池であり、エネルギー密度が高く、信頼性に優れた二次電池として急速に普及している。
【０００３】
上記ニッケル水素二次電池では、電池組立直後における水素吸蔵合金の活性が低いため、初期の放電容量が小さくなるという問題がある。この問題を解決するため、電池組立後に電池を充放電することによって水素吸蔵合金を活性化する製造方法が一般に用いられている。
【０００４】
また、上記ニッケル水素蓄電池では、電池の内圧が上昇した際、内部のガスを逃がして内圧が過大になるのを防止するため、電池ケースに安全弁が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法では、水素吸蔵合金を活性化するための充放電工程において、充放電レートを高くすることができず、充放電に時間がかかるという問題があった。これは、水素吸蔵合金が十分に活性化されていない状態で高い電流値で充放電を行うと安全弁の設定値以上に内圧が高くなり、安全弁が開弁して電解液の一部が電池内ガスと共に排出されるためである。したがって、従来の製造方法では、生産性および製造コストの低減が十分でないという問題があった。
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できるニッケル水素蓄電池の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法は、水酸化ニッケルを含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造方法であって、正極、負極、セパレータおよび電解液をケースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、安全弁に加圧しながら電池を前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電する第２の工程とを含むことを特徴とする。上記本発明の製造方法では、第２の工程において高い電流値で充放電を行うことができるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【０００８】
上記製造方法では、第２の工程において、空気を用いて安全弁に加圧することが好ましい。上記構成によれば、安価かつ容易に安全弁に加圧することができる。
【０００９】
上記製造方法では、第２の工程において、電池を冷媒で冷却しながら充放電することが好ましい。上記構成によれば、高い電流値で充放電を行うことができる。
【００１０】
また、本発明のニッケル水素蓄電池の製造装置は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極と設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造装置であって、凹部を備えた押さえ治具と、安全弁を凹部に格納するように押さえ治具をケースに押圧するための押圧手段と、凹部内に空気を供給して安全弁に加圧するための加圧手段とを備え、さらに、前記電池を前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電するための充放電手段を備えることを特徴とする。上記本発明の製造装置によれば、高い電流値で充放電を行うことができるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【００１１】
上記本発明の製造装置では、押さえ治具がケースに押圧され凹部内が気密になった状態で押さえ治具を固定するための固定手段をさらに備えることが好ましい。上記構成によれば、押さえ治具を容易に略一定圧力で押圧することができる。また、押さえ治具がケースに押圧された状態で電池を移動できるため、充放電などの工程を行うことが容易になる。
【００１２】
上記本発明の製造装置では、電池の活性化を行うために、電池を充放電するための充放電手段を備える。
【００１３】
上記本発明の製造装置では、電池の活性化を行うために、電池を冷却するための冷却手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
上記本発明の製造装置では、加圧手段が、凹部に連結された配管と配管に連結されたエアーカプラとを含むことが好ましい。上記構成によれば、凹部への加圧を容易に行うことができる。また、凹部へ加圧した状態で電池を自由に移動させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法について説明する。
【００１７】
本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法では、まず、正極、負極、セパレータおよび電解液をケースに封入して電池を組み立てる（第１の工程）。上記第１の工程において、正極、負極、セパレータ、電解液およびケースには、ニッケル水素蓄電池に一般に用いられるものを使用できる。具体的には、正極として、たとえば、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填した発泡ニッケルを用いることができる。負極としては、たとえば、Ｍｍ（ミッシュメタル）、ニッケル、アルミニウム、コバルトおよびマンガンを含む水素吸蔵合金を用いることができる。セパレータとしては、たとえば、スルホン化したポリプロピレンセパレータを用いることができる。電解液としては、水酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液を用いることができる。また、ケースは、設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備える。安全弁は、ケース内の内圧が閾値よりも高くなったときに、ケース内の内圧が閾値以下になるまで内部のガスを放出する。なお、複数の単電池を組み合わせたモジュール電池についても同様である。
【００１８】
その後、第１の工程によって組み立てた電池を、上記ケースの安全弁に加圧しながら前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電する（第２の工程）。上記充放電は、組み立てた電池の活物質を活性化するために行う。なお、第２の工程において、空気を用いて安全弁に加圧することが好ましい。また、第２の工程において、電池を冷媒で冷却しながら充放電することが好ましい。
【００１９】
上記本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法では、第２の工程の際に、安全弁に加圧しながら充放電を行う。このため、安全弁の作動圧が、加圧した分だけ高くなる。このため、上記製造方法では、水素吸蔵合金が十分に活性化されていない状態でも高い電流値で充放電を行うことができ、活性化を短時間で行うことができる。したがって、上記製造方法によれば、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【００２０】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明のニッケル水素蓄電池の製造装置について説明する。
【００２１】
本発明のニッケル水素蓄電池の製造装置は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極と設定値以上の内圧で開弁する安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造装置であって、凹部を備えた押さえ治具と、上記安全弁を上記凹部に格納するように上記押さえ治具を上記ケースに押圧するための押圧手段と、上記凹部内に空気を供給して上記安全弁に加圧するための加圧手段とを備え、さらに、前記電池を前記安全弁の設定値では開弁する電流値で充放電するための充放電手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
上記実施形態２の製造装置によれば、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２４】
まず、本実施例で製造されたニッケル水素蓄電池について説明する。実施例１では、複数の単電池（ニッケル水素蓄電池）を連結したモジュール電池１０を作製した。
【００２５】
モジュール電池１０の上面図および側面図を、それぞれ図１（ａ）および（ｂ）に模式的に示す。また、モジュール電池１０の垂直方向の断面図を図２に模式的に示す。
【００２６】
図１を参照して、モジュール電池１０は、一体電槽１１と蓋２０とを含むケース３０を備える。一体電槽１１の側面には、正極端子１２と負極端子１３とが形成されている。蓋２０には、安全弁２１と、内部の温度を検出するためのセンサを装着するセンサ装着孔２２とが形成されている。なお、一体電槽１１および蓋２０は、その表面に使用時における放熱性を高めるための凹凸を備えるが、図１および図２では図示を省略している。
【００２７】
一体電槽１１は、ポリプロピレンからなり、内部に形成された仕切り１１ａを備える。すなわち、一体電槽１１は、仕切り１１ａによって、複数の電槽１１ｂに区切られている。それぞれの電槽１１ｂには、極板群１４と電解液（図示せず）とが封入されている。
【００２８】
仕切り１１ａは、上方に開口部を備える。各電槽１１ｂに収納された極板群１４の集電体１５（ハッチング省略）と、隣接する極板群１４の集電体１６（ハッチング省略）とは、開口部に配置された接続金具１７によって電気的に接続されている。両端に位置する接続金具１７は、正極端子１２と負極端子１３とに接続されている。
【００２９】
安全弁２１は、一体電槽１１内の内部圧力が閾値以上になったときに、内部圧力が閾値以下になるまで内部のガスを放出するための弁である。この実施例では、モジュール電池１０の内圧が０．５ＭＰａ以上になると開放する安全弁２１を用いた。なお、蓋２０には、隣接する電槽１１ｂを接続する貫通孔（図示せず）が形成されており、各電槽１１ｂの内圧は略等しくなっている。
【００３０】
極板群１４の水平方向の断面図を図３に模式的に示す。図３を参照して、極板群１４は、交互に配置された正極３１および負極３２と、袋状のセパレータ３３と、集電体１５および１６とを備える。正極３１は袋状のセパレータ３３（ハッチング省略）に挿入されている。正極３１は集電体１５に溶接されており、負極３２は集電体１６に溶接されている。また、極板群１４の側面には、外周セパレータ３４（ハッチング省略）が配置されている。
【００３１】
このように、モジュール電池１０は、極板群１４を備える単電池が６セル直列接続されたものである。
【００３２】
以下に、モジュール電池１０の製造方法について説明する。
【００３３】
正極３１は、発泡ニッケルに正極活物質ペーストを充填したのち、乾燥、圧延、切断することによって作製した。正極活物質には、酸化コバルトを添加した水酸化ニッケルを用いた。また、負極３２は、ニッケルからなるパンチングメタルに負極ペーストを塗布したのち、乾燥、圧延、切断することによって作製した。負極には、水素吸蔵合金を用いた。セパレータ３３には、スルフォン化処理ポリプロピレンを用いた。また、電解液には、水酸化カリウムを主成分とする電解液を用いた。
【００３４】
上記正極３１を袋状のセパレータ３３に挿入し、正極３１と負極３２とを交互に積層した。そして、正極３１を集電体１５に溶接し、負極３２を集電体１６に溶接することによって、極板群１４を形成した。この極板群１４を各電槽１１ｂに挿入し、接続金具１７によって隣接する極板群１４を直列接続した。その後、電解液を注液し、蓋２０によって一体電槽１１を封口した。このようにして、定格容量６．５Ａｈのモジュール電池１０を組み立てた。
【００３５】
上記モジュール電池１０について、初期充放電を行った。具体的には、まず、０．１Ｃ相当の電流（１Ｃ＝６．５Ａ）でＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ（充電状態）。定格容量に対する充電量の割合である。）が１３０％相当になるまで充電したのち、４Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％相当になるまで放電した。この初期充放電によって、正極３１に含まれているＣｏやＣｏ（ＯＨ）2をＣｏＯＯＨにまで酸化した。
【００３６】
その後、図４に示すように、初期充放電が終了したモジュール電池１０をアルミニウム製の冷却治具４１に装着した。冷却治具４１は、コの字状の形状をしており、その側部には、貫通孔４１ａを備える。冷却治具４１の側部上面４１ｂは、正極端子１２および負極端子１３に触れないような位置に形成した。冷却治具４１はコの字状であるため、モジュール電池１０の着脱が容易である。なお、冷却治具４１は、モジュール電池１０と接する面にモジュール電池１０の表面の凹凸形状と嵌合するような凹凸形状を備えることが好ましい。
【００３７】
その後、図５に示すように、モジュール電池１０が装着された複数の冷却治具４１を連結した。このとき、冷却治具４１の側部に設けられた貫通孔４１ａにボルト５１を通すことによって容易に固定できた。各モジュール電池１０は、隣接するモジュール電池１０と向きが逆になるように配置した。また、連結された冷却治具４１の一方の端には、エンドプレート５２を配置して全体を拘束した。
【００３８】
その後、連結したモジュール電池１０の各安全弁２１に、押圧治具６１をセットした。モジュール電池１０を押圧治具６１にセットする工程を、図６に模式的に示す。図６に示すように、安全弁２１に押さえ治具６４をセットしたのち、台座７０に固定されている固定ブロック６２の一定高さに位置する穴７１にくさび６３を入れることによって、一定圧力で押圧治具６１を押圧し、安全弁２１を格納する押さえ治具６４をバネ６８で密着させることができる。
【００３９】
押圧治具６１に連結される配管の構造について、モジュール電池１０側から見た場合の平面図を図７に模式的に示す。図７を参照して、押圧治具６１は、冷却治具４１に装着されたモジュール電池１０の安全弁２１に対応する位置に配置された押さえ治具６４と、各押さえ治具６４に連結された配管６５と、配管６５の先端に接続されたエアーカプラ６６とを備える。押さえ治具６４の構造を、図８に模式的に示す。押さえ治具６４は、支柱６７に移動自在に連結されており、バネ６８によってモジュール電池１０のケース３０側に押圧されるようになっている。押さえ治具６４は、安全弁２１が入る凹部６４ａと、押さえゴム６４ｂとを備える。押圧治具６１が、モジュール電池１０に押圧された際には、押さえゴム６４ｂが安全弁２１の周囲に密着して気密状態となる。凹部６４ａは、配管６５に連結される。すなわち、エアーカプラ６６から圧縮空気を注入することによって、安全弁２１に加圧することができる。また、固定ブロック６２およびくさび６３を用いて押圧治具６１をモジュール電池１０に固定したのち、エアーカプラ６６から圧縮空気を注入し、エアーカプラ６６を閉じることによって、安全弁２１に加圧したままの状態で連結されたモジュール電池１０を移動できる。したがって、上記治具を用いることによって、安全弁２１に加圧した状態で活性化を行うことが容易になる。
【００４０】
以上のように、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置は、凹部６４ａを備えた押さえ治具６４と、安全弁２１を格納するように押さえ治具６４をケース３０側に押圧する押圧手段（バネ６８など）と、凹部６４ａ内に空気を供給して安全弁２１に加圧するための加圧手段（図示しないポンプなど）とを備える。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置は、押さえ治具６４がケース３０に押圧され、凹部６４ａ内が気密になった状態で押さえ治具６４を固定するための固定手段（固定ブロック６２およびくさび６３）をさらに備える。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置は、電池を充放電するための充放電手段をさらに備えてもよい。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置は、電池を冷却するための冷却手段（冷却治具４１）を備える。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置では、加圧手段が、凹部６４ａに連結された配管６５と、配管６５に連結されたエアーカプラ６６とを備える。
【００４１】
この実施例では、エアーカプラ６６から、０．５ＭＰａの圧縮空気を注入することによって、安全弁２１に０．５ＭＰａの圧力をかけた。この場合、モジュール電池１０内の内圧が、安全弁２１の作動圧である０．５ＭＰａと加圧した０．５ＭＰａとを合計した圧力とおなじ程度（約１．０ＭＰａ）になるまで安全弁２１が作動しない。その後、エアーカプラ６６を圧縮空気供給装置（図示せず）から切り離して、配管６５内を気密状態にした。
【００４２】
その後、連結した冷却治具４１を水槽に入れ、流水（冷媒）によって冷却治具４１およびモジュール電池１０を冷却した。この際、流水は、モジュール電池１０の正極端子１２および負極端子１３に接触しない高さで、かつ冷却治具４１の側部上面４１ｂを覆う高さにコントロールした。
【００４３】
そして、流水を流したままの状態で、４Ｃ相当の電流でＳＯＣが９０％になるまで充電し、４Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％になるまで放電を行う充放電サイクルを２０回繰り返した。この際、センサ装着孔２２に装着したセンサで測定したモジュール電池１０の内部温度は、５０℃まで上昇した。
【００４４】
このようにして、モジュール電池１０の活性化が終了した。このとき、安全弁の開弁による電解液の排出は生じなかった。上記方法による活性化に要したトータルの時間は１２時間であった。一方、従来の製造方法の場合、４Ｃの電流で充放電を行うと、モジュール電池１０の内圧が０．５ＭＰａよりも大きくなってしまい、安全弁が開弁して電解液が排出された。したがって、従来の製造方法の場合は低電流で活性化を行う必要があり、１Ｃで充放電を行ったところ、活性化に４８時間を要した。
【００４５】
このように、本発明の製造方法および製造装置を用いることによって、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できた。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【００４７】
たとえば、本発明の製造方法は、上記実施例で説明した電池を製造する方法に限定されない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法および製造装置によれば、短時間で電池の活性化を行うことができるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のニッケル水素蓄電池で製造されたニッケル水素蓄電池の一例を示す（ａ）上面図および（ｂ）側面図である。
【図２】  図１に示したニッケル水素蓄電池の垂直方向断面図である。
【図３】  図１に示したニッケル水素蓄電池の極板群の水平方向断面図である。
【図４】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法について一工程の一例を示す斜視図である。
【図５】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法について他の一工程の一例を示す平面図である。
【図６】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法についてその他の一工程の一例を示す斜視図である。
【図７】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法に用いる押圧治具について配管の構造の一例を示す平面図である。
【図８】  図７に示した押圧治具の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  モジュール電池
１１  一体電槽
１１ｂ  電槽
１４  極板群
２１  安全弁
３０  ケース
３１  正極
３２  負極
３３  セパレータ
４１  冷却治具
６１  押圧治具
６２  固定ブロック
６３  くさび
６４  押さえ治具
６５  配管
６６  エアーカプラ
７０  台座
７１  穴
【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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