(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とセパレーターからなる発電要素(1)と、この発電要素(1)と電解液を収納している電槽(2)と、電槽(2)の端子蓋(3)を貫通してこれに固定されると共に、端子蓋(3)から外部に突出する部分をネジ部(4A)としてなる極柱(4)とを備える密閉蓄電池において、
極柱(4)は、端子蓋(3)の内部に位置して、外形を多角形とする回止部(4B)を有し、一方、端子蓋(3)は、極柱(4)の回止部(4B)の外周に位置するリブ(10)を設けて、リブ(10)の内側に極柱(4)の回止部(4B)を配設しており、
さらに、リブ(10)は、回止部(4B)の多角形の各辺の中央部に対向する中央面を、多角形の各辺の両側部に対向する両側面よりも突出させてなることを特徴とする密閉蓄電池。
【請求項２】
リブ(10)の回止部(4B)に対向する面を円弧状の湾曲面として、中央面を両側面から突出させている請求項１に記載される密閉蓄電池。
【請求項３】
極柱(4)が下端の外形を大きくしてなるフランジ状の回止部(4B)を有し、回止部(4B)が五〜十二角形である請求項１に記載される密閉蓄電池。
【請求項４】
回止部(4B)の厚さが１〜１０ｍｍである請求項３に記載される密閉蓄電池。
【請求項５】
回止部(4B)の下端面に、正極と負極とに接続されるタブ(6)を連結する集電凸部(4D)を設けている請求項１に記載される密閉蓄電池。
【請求項６】
回止部(4B)の上面に封止パッキン(7)を配設しており、封止パッキン(7)が端子蓋(3)の下面に密着して、極柱(4)を気密に端子蓋(3)に連結している請求項３に記載される密閉蓄電池。
【請求項７】
極柱(4)が、端子蓋(3)から外部に突出するネジ部(4A)と、端子蓋(3)の下面に位置する回止部(4B)と、回止部(4B)とネジ部(4A)との間にあって端子蓋(3)を貫通する貫通部(4C)とからなり、ネジ部(4A)を貫通部(4C)よりも細くして、回止部(4B)を貫通部(4C)よりも太くしてなる請求項３に記載される密閉蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、突出部をネジ部としている極柱を端子蓋に固定している密閉蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉蓄電池は、極柱の先端をネジ部として、外部接続板を確実に連結できる。ネジ部にナットをねじ込んで外部接続板を連結できるからである。この構造の密閉蓄電池が、特開平９−１１５５００号公報と特開平１０−１８８９４４号公報に記載される。これ等の公報に記載される電池は、極柱の下端に、方形状のフランジ部を設けている。フランジ部を端子蓋の下面に嵌着して、ネジ部にナットをねじ込むときの極柱の回転を阻止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これ等の公報に記載される電池は、極柱のネジ部に外部接続板を連結するときに、極柱の回転を有効に阻止できるが、フランジ部の回転を阻止する部分に応力が集中し、樹脂製の端子蓋や電槽を破損する可能性があった。極柱にネジ部を設けてここに外部接続板を連結する構造の密閉蓄電池は、電気自動車のように、過酷な環境下において優れた気密性と液密性が要求され、さらに、長期充放電サイクルにおける性能低下を防ぐことが要求される。特にＥＶ用などの大型二次電池において、製造工程における破損は、電池のシール性能を低下させる原因となり、このことを極減することが切望される。
【０００４】
さらに、この構造の電池は、極柱に外部連結板をナット締めして締結して接続するので、外部からのねじり応力にも強い構造とすることが要求される。それは、極柱が回転することに起因して発生する、内部短絡を有効に防止すると共に、電池の性能が低下するのを確実に阻止するためである。
【０００５】
本発明は、この特性を満足することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な構造で、極柱にナットをねじ込んで外部接続板を連結するときの極柱の回転を阻止しながら、極柱の回転を阻止する部分の破損を有効に防止できる密閉蓄電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉蓄電池は、正極と負極とセパレーターからなる発電要素１と、この発電要素１と電解液を収納している電槽２と、電槽２の端子蓋３を貫通してこれに固定されると共に、端子蓋３から外部に突出する部分をネジ部４Ａとしてなる極柱４とを備える。極柱４は、端子蓋３の内部に位置して、外形を多角形とする回止部４Ｂを有する。一方、端子蓋３は、極柱４の回止部４Ｂの外周に位置するリブ１０を設けて、リブ１０の内側に極柱４の回止部４Ｂを配設している。さらに、リブ１０は、回止部４Ｂの多角形の各辺の中央部に対向する中央面を、多角形の各辺の両側部に対向する両側面よりも突出させている。
【０００７】
本発明の密閉蓄電池は、好ましくは、リブ１０の回止部４Ｂに対向する面を円弧状の湾曲面として、中央面を両側面から突出させる。
【０００８】
本発明の密閉蓄電池は、好ましくは、極柱４が下端の外形を大きくしてなるフランジ状の回止部４Ｂを有する。回止部４Ｂは、外形を五〜十二角形とする。さらに、回止部４Ｂは、好ましくは、厚さを１〜１０ｍｍとする。
【０００９】
本発明の密閉蓄電池は、好ましくは、回止部４Ｂの下端面に、正極と負極とに接続されるタブ６を連結する集電凸部４Ｄを設ける。
【００１０】
本発明の密閉蓄電池は、回止部４Ｂの上面に封止パッキン７を配設することによって、封止パッキン７を端子蓋３の下面に密着させて、極柱４を気密に端子蓋３に連結することができる。
【００１１】
さらに、本発明の密閉蓄電池は、極柱４を、端子蓋３から外部に突出するネジ部４Ａと、端子蓋３の下面に位置する回止部４Ｂと、回止部４Ｂとネジ部４Ａとの間にあって端子蓋３を貫通する貫通部４Ｃとで構成することができる。この極柱４は、好ましくは、ネジ部４Ａを貫通部４Ｃよりも細くして、回止部４Ｂを貫通部４Ｃよりも太くする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉蓄電池を例示するものであって、本発明は密閉蓄電池を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図１の断面図と図２の斜視図に示す密閉蓄電池は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池である。図の密閉蓄電池は角型電池である。さらに、図の密閉蓄電池は、正極と負極とセパレーターからなる発電要素１と電解液を、電槽２に収納している。電槽２は、端子蓋３を貫通して＋−の極柱４を固定している。電槽２はプラスチックの成形品で、本体部の開口部に端子蓋３を気密に連結している。端子蓋３は、＋−の極柱４の間に安全弁５を設けている。安全弁５は、電槽２の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、電槽２が圧力で破壊されるのを防止する。
【００１５】
極柱４の斜視図を図３に、底面図を図４に示す。これ等の図に示す極柱４は、端子蓋３から外部に突出する部分をネジ部４Ａとし、端子蓋３の下面に位置する部分を回止部４Ｂとし、さらに、回止部４Ｂとネジ部４Ａとの間にあって端子蓋３を貫通する部分を貫通部４Ｃとしている。ネジ部４Ａは貫通部４Ｃよりも細く、回止部４Ｂは貫通部４Ｃよりも太いフランジ状としている。極柱４は、金属を切削加工して製造し、あるいは、鋳造して製造され、あるいはまた、鋳造した金属を切削して製造される。
【００１６】
極柱４の回止部４Ｂは、外形を多角形としている。極柱４のネジ部４Ａにナットをねじ込んで、極柱４に外部接続板を連結するときに、極柱４の回転を阻止するためである。多角形の回止部４Ｂは、好ましくは、五〜十二角形とする。回止部の外形が、四角形よりも少ない多角形であると、回転を阻止する支持部が変形しやすくなる。反対に、回止部の外形を、十三角形よりも多い多角形にすると、回止部を支持する部分に正確に案内して挿入するのが難しくなり、また、回止部とこれを支持する部分の組立誤差で、回止部を支持部にはめ込むのが難しくなる。
【００１７】
さらに、回止部４Ｂは、下端面に集電凸部４Ｄを突出して設けている。集電凸部４Ｄは、両側面を平行面とする凸条で、両側面には、正極と負極とに接続しているタブ６をレーザー溶接して連結している。この構造で極柱４を正極と負極に連結する密閉蓄電池は、極柱４を低抵抗な状態で発電要素１に連結でき、さらに、端子蓋３と発電要素１との間隔を狭くして、極柱４を発電要素１に連結できる特長がある。
【００１８】
この構造の密閉蓄電池は、正極と負極の両方を、端子蓋３に固定している極柱４に連結し、この状態で、発電要素１を電槽２の本体部に挿入すると共に、電解液を注入し、その後、本体部の開口部に端子蓋３を気密に連結して組み立てられる。
【００１９】
極柱４を端子蓋３に気密に連結するために、回止部４Ｂの上面に封止パッキン７を配設している。封止パッキン７は、端子蓋３と回止部４Ｂのフランジとに挟着されて、端子蓋３の下面に密着して、極柱４を気密に端子蓋３に連結する。封止パッキン７を配設するために、フランジ状の回止部４Ｂを貫通部４Ｃよりも太くして、回止部４Ｂの上面を平滑面としてる。封止パッキン７はＯリング等のパッキンが使用される。
【００２０】
回止部４Ｂが封止パッキン７を挟着する状態で極柱４を端子蓋３に連結するために、図１と図２に示すように、貫通部４Ｃの上部にプッシュナット８を挿入している。プッシュナット８は、弾性金属板で製作されて、内周に弾性押圧片８Ａを有する。弾性押圧片８Ａの先端縁を連結してできる内径は、貫通部４Ｃの外形よりも少し小さく、さらに、隣接する弾性押圧片８Ａとの間には、各々の弾性押圧片８Ａを独立して弾性変形できるように、内周縁から外側に向かってスリット８Ｂを設けている。このプッシュナット８は、極柱４に挿入して、定位置に固定される。プッシュナット８の弾性押圧片８Ａが、図１に示すように、上方に弾性的に折曲された状態となって、貫通部４Ｃの外側面を弾性的に押圧するからである。とくに、この状態で極柱４に挿入されるプッシュナット８は、極柱４から抜ける方向に移動されるとき、弾性押圧片８Ａの先端縁を貫通部４Ｃの表面をより強く押圧する。このため、抜けない状態で極柱４に連結される。図１の密閉蓄電池は、プッシュナット８と端子蓋３との間には、ワッシャ９を配設している。
【００２１】
以上の構造の密閉蓄電池は、極柱４を端子蓋３に挿入した状態で、極柱４の貫通部４Ｃにプッシュナット８を入れて、極柱４を端子蓋３の定位置に簡単に固定できる。ただし、本発明の密閉蓄電池は、極柱を端子蓋に連結する構造をプッシュナットを使用するものには特定しない。たとえば、図示しないが、貫通部の外側に雄ネジを設け、ここにナットをねじ込んで極柱を端子蓋に固定することもできる。
【００２２】
プラスチック製の端子蓋３は、図４の底面図に示すように、極柱４の回止部４Ｂの外周に位置するリブ１０を設けて、リブ１０の内側に極柱４の回止部４Ｂを配設している。リブ１０は、回止部４Ｂの多角形の各辺の中央部に対向する中央面を、多角形の各辺の両側部に対向する両側面よりも突出させている。図に示すリブ１０は、回止部４Ｂに対向する面を円弧状の湾曲面として、中央面を両側面から突出させている。ただし、リブ１０は図５の底面図に示すように、複数の平面を所定の角度で傾斜させる形状として、中央面を両側面から回止部４Ｂの外周に向かって突出させることもできる。
【００２３】
【実施例】
以下の工程で、密閉蓄電池を製作する。
ポリプロピレン製の電槽２の本体部に発電要素１を挿入し、安全弁５を備えた端子蓋３で本体部の開口部を気密に密閉して、１００Ａｈの密閉型アルカリ二次電池を作成した。発電要素１は、パンチングメタル芯体に、水素吸蔵合金を主体とした活物質を塗布した負極（１００×１２０ｍｍ）と、多孔質ニッケル芯体にスラリー状の水酸化ニッケルを主体とした活物質を含浸させて、圧延した正極（１００×１２０ｍｍ）を使用した。以上の正極を１７枚、負極を１８枚用い、正極と負極の間にセパレータを介在し、極性の異なる極板を交互に重ね合わせて発電要素１とした。
【００２４】
正極と負極からの集電は、ニッケル薄板のタブを正極と負極の芯体にスポット溶接し、正極と負極それぞれをまとめて、ニッケル製極柱４の集電凸部４Ｄの表面に、レーザー溶接またはスポット溶接して連結した。その後、セパレータ及び極板に所定量の水酸化カリウム系電解液を含浸保持させて発電要素１とし、これを電槽２に入れて密閉蓄電池とした。
【００２５】
［実施例１］
実施例として、図３と図４に示す極柱４と端子蓋３の形状の密閉蓄電池１００個を作製した。極柱４の形状は、フランジ状の回止部４Ｂの外形を六角柱として、回止部４Ｂの厚さを２ｍｍ、集電凸部４Ｄの突出高さを２ｍｍ、集電凸部４Ｄの幅を１１ｍｍとした。極柱４の材質はニッケルとした。またタブ６と集電凸部４Ｄは、レーザー溶接によって溶接した。集電凸部４Ｄは１列とした。
【００２６】
［比較例１］
比較例として、図６〜図８に示すように、下端に方形状のフランジ部４Ｆを設けた極柱４を使用した密閉蓄電池を１００個作製した。極柱４は、フランジ部４Ｆの長辺の長さを３２ｍｍとし、フランジ部４Ｆの厚さを３ｍｍ、集電凸部４Ｄの突出高さを５ｍｍ、集電凸部４Ｄの幅を２ｍｍとし、集電凸部４Ｄは２列とした。極柱４の材質は、実施例１と同じようにニッケルを用いた。また、タブ６と極柱４の集電凸部４Ｄはレーザー溶接により溶接した。
【００２７】
実施例１と比較例１で試作した密閉蓄電池の端子蓋３に、所定の回転トルクを加えて、端子蓋３が極柱４を回り止めする部分の変形の有無を調べた。その結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0004446538.tif 000002
【００２９】
これより、実施例１の密閉蓄電池は、比較例１の密閉蓄電池に比ベて、非常に優れた耐ねじり応力性を示している。これは極柱４のネジ部４Ａにナットをねじ込むときに、極柱４に加えられる回転トルクを、多角形をしている各辺のリブ１０の中央面と両側面に分散できるからである。また実施例１において、タブ６と集電凸部４Ｄとの溶接の脱離や、タブ６のねじれによる短絡はなかった。
【００３０】
さらに、実施例１の密閉蓄電池に使用した極柱４は、全体の重量を３０ｇと軽くして、前述の優れた特性を実現できた。これに対して、比較例１の密閉蓄電池に使用した極柱４は、３５ｇと実施例１の極柱４よりも重いにもかかわらず、実施例１の密閉蓄電池に比較して優れた特性は実現できなかった。極柱４を１５％も軽量化できる密閉蓄電池は、電池全体の軽減して、重量エネルギー密度を増大できる特長がある。
【００３１】
さらに、実施例１と比較例１の密閉蓄電池において、極柱４と発電要素１との間の内部抵抗を測定すると、１００Ａ（１Ｃ相当）の電流通電時において、実施例１の電池は、比較例１の電池の６５％と３５％も低抵抗化できた。極柱４の集電部を低抵抗化できたのは、実施例１の密閉蓄電池が、極柱４の集電凸部４Ｄを１列として、その幅を広くしているからである。集電凸部４Ｄは、幅を広くすることにより断面積が増大して抵抗が大きく減少する。
【００３２】
実施例１の密閉蓄電池は、集電凸部４Ｄの両面にリブ１０を連結している。この状態でリブ１０を集電凸部４Ｄに連結する極柱４は、集電凸部４Ｄの幅を、発電要素１の厚さの２５〜７５％、好ましくは３０〜６０％、最適には約５０％とする。集電凸部の幅が狭すぎると、最外側のタブを無理に変形させることになり、また、厚すぎると最内側のタブを無理に変形させることになって、タブと集電凸部との溶接が難しくなるからである。
【００３３】
さらに、実施例１の密閉蓄電池は、集電凸部４Ｄの突出高さを２ｍｍとするが、この高さは、好ましくはｌ〜１０ｍｍとする。１ｍｍ以下ではタブを確実に集電凸部に連結できなくなり、１０ｍｍよりも高いと、極柱が重くなる。タブ６をレーザー溶接して集電凸部４Ｄに連結する構造は、集電凸部４Ｄの突出高さを１〜２ｍｍとして低くできる。集電凸部４Ｄを低くできる極柱４は、全体を軽量にできる。このため、電池の重量エネルギー密度を増大できる。
【００３４】
集電凸部４Ｄにタブ６をスポット溶接して連結する極柱４は、集電凸部４Ｄの突出高さを好ましくは２ｍｍ以上とする。２ｍｍ以下の集電凸部は、溶接時の加圧力を得るために十分な面積が得られないからである。さらに、タブは、集電凸部にネジ止、あるいは、リベットカシメ等で連結することもできるが、この構造でタブを連結する集電凸部の突出高さも、２ｍｍ以上とる。
【００３５】
さらに、実施例１の密閉蓄電池は、極柱４にフランジ状に設けている回止部４Ｂの厚さを２ｍｍとしているが、この厚さは、好ましくは、１〜１０ｍｍとする。極柱４は、回止部４Ｂを薄くして軽量化できる。ただ、フランジ状の回止部が薄すぎると、リブとの接触面積が小さくなって、リブで極柱の回転を確実に阻止できなくなる。また、薄すぎる回止部は変形しやすく、環状の封止パッキンを端子蓋の下面に密着して気密に密閉するのが難しくなる。反対に回止部が厚すぎると、極柱が重くなって、電池の重量エネルギー密度と体積エネルギー密度が小さくなる。
【００３６】
また端子蓋３の下面に設けているリブ１０の厚さは、好ましくは０．５〜３ｍｍとする。リブを３ｍｍ未満と薄くすると、回転トルクに耐えられずに変形してしまう。またリブの厚さが３ｍｍを超えると、射出成形において成型時のソリやひけが大きくなって好ましくない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の密閉蓄電池は、極めて簡単な構造で、極柱にナットをねじ込んで外部接続板を連結するときに極柱が回転するのを阻止できると共に、極柱の回転を阻止する部分の破損を有効に防止できる特長がある。それは、極柱の回止部に当接して、極柱の回転を阻止するリブを、中央面を両側面から突出させる独特の形状としているからである。この形状のリブは、極柱に回転トルクが作用するときに受ける応力を分散しながら、極柱の回転を阻止する。このため、端子蓋の変形を有効に阻止して、極柱を回転しないように支持する。したがって、本発明の密閉蓄電池は、極柱にナットをねじ込んでここに外部接続板を連結するときに極柱を回転させることがなく、極柱に連結しているタブ部の変形や溶接はずれ等を有効に阻止できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の密閉蓄電池の断面図
【図２】図１に示す密閉蓄電池の斜視図
【図３】図１に示す密閉蓄電池の極柱を示す拡大斜視図
【図４】図１に示す密閉蓄電池の端子蓋の底面図
【図５】本発明の他の実施例の密閉蓄電池の端子蓋の底面図
【図６】比較例の密閉蓄電池の断面図
【図７】図６に示す密閉蓄電池の端子蓋の底面図
【図８】図６に示す密閉蓄電池の極柱を示す拡大斜視図
【符号の説明】
１…発電要素
２…電槽
３…端子蓋
４…極柱                ４Ａ…ネジ部            ４Ｂ…回止部
４Ｃ…貫通部            ４Ｄ…集電凸部
４Ｆ…フランジ部
５…安全弁
６…タブ
７…封止パッキン
８…プッシュナット      ８Ａ…弾性押圧片        ８Ｂ…スリット
９…ワッシャ
１０…リブ
【図１】
0004446538.tif 000003
【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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