(57)【要約】【課題】大電流用途に好適で、且つ耐振動性・耐衝撃性を十分に確保することのできる簡易な構造のアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】シート状の正電極体と負電極体とをセパレータを介して巻回した電極群を、負電極体に溶着した集電体を介して有底筒状の外装体に収納して負電極体と外装体とを接続し、弾性作用を呈する曲げ部を有して正電極体に溶着された集電リードに接続される封口体を前記外装体から絶縁して該外装体の開口部に設けたものであって、特に前記集電リードとして、該集電リードの潰し荷重Ｂ[Ｎ]と潰れ量Ａ[ｍｍ]とにより示される弾性係数Ｃ(＝Ｂ／Ａ)が略９０.００[Ｎ／ｍｍ]以上のものを用いたことを特徴としている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の正電極体と負電極体とをセパレータを介して巻回した電極群と、
この電極群の一端に導出された上記一方の電極体に溶着して該電極群に一体化される集電体と、
前記電極群を収納して前記集電体に電気的に接続される有底筒状の外装体と、
弾性作用を呈する曲げ部を有し、前記電極群の他端に導出された前記他方の電極体に溶着して該電極群に装着される集電リードと、
この集電リードに電気的に接続されると共に前記外装体から絶縁されて該外装体の開口部を覆って設けられる封口体とを具備し、
前記集電リードとして、該集電リードの潰し荷重Ｂ[Ｎ]と潰れ量Ａ[ｍｍ]とにより示される弾性係数Ｃ(＝Ｂ／Ａ)が略９７.７[Ｎ／ｍｍ]以上のものを用いたことを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記集電リードは、略Ｕ字状に屈曲させた導体片または断面略長円状の導体環の、相対向する部位間を押し潰して、その押し潰し方向に弾性力を持たせたものからなる請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の正電極体と負電極体とをセパレータを介して巻回した電極群を外装体に収納し、その開口部を封口体にて覆った構造のアルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素電池のような円筒型蓄電池（二次電池）は、図１にその概略構成を示すように、シート状の正電極体１と負電極体２とをセパレータ３,３を介して巻回した電極群４を有底筒状の外装体５に収納し、電極群４を電解液にて浸漬した後、上記外装体５と絶縁して該外装体５の開口部を封口体６にて封止した構造を有する。尚、上記電極群４の両端には、上記正電極体１および負電極体２からそれぞれ導出させたタブ部に溶着して円板状の集電体７がそれぞれ設けられる。そして、例えば負極電極体２に接続した負極側の集電体７を前記外装体５の缶底部に溶接して該外装体５を負極として機能させ、また正電極体１に接続した正極側の集電体７については、例えば特許文献１に示されるような集電リード８を介して前記封口体６に接続することで、該封口体６を正極として機能させるものとなっている。
【０００３】
尚、外装体５の缶底部に設けられる負極側の集電体７については、例えば図２に示すように、その中央部に略Ｕ字状の溝７ａを設けることで板厚方向に弾性作用を呈する舌片７ｂを形成したものを用い、この舌片７ｂを外装体５の缶底部に溶接することが行われている。この舌片７ｂは、電極群４に加わる振動を吸収し、その溶接部への応力集中による破断を抑制する機能を担う。
【特許文献１】特開２００２−２３１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述した舌片７ｂを備えた集電体７を用いた場合、Ｕ字状の溝７ａに起因する電流阻害によってその電池抵抗が増大することが否めない。具体的にはハイブリッド自動車や電気自動車等の大電流用途に用いられるアルカリ蓄電池においては、上述した電池抵抗の増大が大きな問題となる。しかし舌片７ｂを備えていない集電体７を用いた場合には、逆に溶接部への振動による応力集中が発生し、これによって溶接外れが生じ易い言う不具合がある。この為、大電流用途であり、しかもその耐振動性・耐衝撃性を確保した構造のアルカリ蓄電池を実現することが強く望まれている。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、大電流用途に好適であり、しかも耐振動性・耐衝撃性を十分に確保することのできる簡易な構造のアルカリ蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るアルカリ蓄電池は、
<ａ>  シート状の正電極体と負電極体とをセパレータを介して巻回した電極群と、
<ｂ>  この電極群の一端に導出された上記一方の電極体に溶着して該電極群に一体化される集電体と、
<ｃ>  前記電極群を収納して前記集電体に電気的に接続される有底筒状の外装体と、
<ｄ>  弾性作用を呈する曲げ部を有し、前記電極群の他端に導出された前記他方の電極体に溶着して該電極群に装着される集電リードと、
<ｅ>  この集電リードに電気的に接続されると共に前記外装体から絶縁されて該外装体の開口部を覆って設けられる封口体とを具備したものであって、
<ｆ>  特に前記集電リードとして、該集電リードの潰し荷重Ｂ[Ｎ]と潰れ量Ａ[ｍｍ]とにより示される弾性係数Ｃ(＝Ｂ／Ａ)が略９７.７[Ｎ／ｍｍ]以上のものを用いたことを特徴としている。
【０００７】
好ましくは前記集電リードは、略Ｕ字状に屈曲させた導体片または略円筒状の導体環の相対向する部位間を押し潰して、その押し潰し方向に上述した弾性係数Ｃを有する弾性力を持たせたものからなる。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成のアルカリ蓄電池によれば、外装体に収納した電極群を、略９０.００[Ｎ／ｍｍ]以上の弾性係数を有する集電リードを用いて押さえ込んで封口体にて封止しているので、アルカリ蓄電池に加わる振動を上記集電リードにて効果的に吸収することができる。この結果、舌片を備えた集電体を用いなくても該集電体と外装体との溶接外れを効果的に防止することができ、また集電体に舌片を設けなくても良いので前述したＵ字状の溝に起因する電池抵抗の増大の問題を解消することができる。
【０００９】
換言すれば、本発明によれば集電体の高抵抗化を抑制し得るので大電流用途に好適であり、しかも集電リードにて効果的に吸収してその耐振動性・耐衝撃性を十分に確保し、溶接外れを防止することのできる簡易な構造のアルカリ蓄電池を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池について、ニッケル水素蓄電池を例に説明する。
このニッケル水素蓄電池は、基本的には図１に示すような構造を有する。シート状の正電極体１は、例えばパンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により上記ニッケル焼結多孔体内に水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填したものからなる。またシート状の負電極体２は、例えばパンチングメタルからなる極板芯体の表面に水素吸蔵合金からなるペースト状の負極活物質を充填したものからなる。
【００１１】
このような正電極体１と負電極体２とを、例えばポリプロピレン性の不織布からなる目付７０g／ｍ２の２枚のセパレータ３,３をそれぞれ介在させて、０.４ＭＰaの巻圧で渦巻き状に巻回することで、概略的には直径３０ｍｍ，長さ５０ｍｍなる大きさの略円柱形状をなす渦巻状電極群４として製作する。尚、渦巻状電極群４の上端面には正電極体（ニッケル正極板）１の極板芯体であるパンチングメタルの端部がそのタブ部として突出させて設けられ、また渦巻状電極群４の下端面には負電極体（水素吸蔵合金板）２の極板芯体であるパンチングメタルの端部がそのタブ部として突出させて設けられる。
【００１２】
一方、図３に示すような、多数の開孔を有する略円板状の集電体７を準備し、これらの集電体７を前述した渦巻状電極群４の両端部にそれぞれ突出する正電極体（ニッケル正極板）１および負電極体（水素吸蔵合金板）２のタブ部に溶接する。ちなみに集電体７,７は、例えばその直径が略２９ｍｍ、厚みが０.２ｍｍのニッケルメッキ鋼板製のものからなる。尚、比較の為に前述した図２に示すように、その中央部に舌片７ａを形成した集電体７も準備した。
【００１３】
そして前述した一対の集電体７,７をその両端部にそれぞれ溶着した渦巻状電極群４を、具体的には図５(ａ)に示すようにその負極側の集電体７が缶底部に対峙するように有底円筒状の外装体（外装缶）５に収納し、その缶底部に上記集電体７を溶接して該外装体５をニッケル水素蓄電池の負極とする。尚、この外装体５は、例えば缶径が３１ｍｍ、缶長が６０ｍｍの、いわゆる円筒型電池用のものである。また外装体５の開口部側に位置付けられた正極側の集電体７には、曲げ部を有して弾性作用を呈する集電リード８、具体的には略Ｕ字状に屈曲させた導体片または断面略長円状の導体環からなる集電リード８の一端部を溶接する。
【００１４】
しかる後、外装体（外装缶）５に、例えば７Ｎ（規定）の水酸化カリウムおよび１Ｎ（規定）の水酸化リチウムからなるアルカリ電解液を充填して前記渦巻状電極群４を浸漬し、その上で図５(ｂ)に示すように上記外装体５の開口部に絶縁リング（図示せず）を介して封口体６を載置する。そしてこの封口体６を前記集電リード８の他端に溶接した後、封口体６の上から所定の荷重を加えて前記集電リード８を押し潰し、外装体５の開口部をカシメることで上記封口体６にて外装体５の開口部を封止する。これによって円筒型のニッケル水素蓄電池が製作される。
【００１５】
尚、ここでは前述した集電リード８として、板厚が０.３５ｍｍ、０.２５ｍｍ、および０.２０ｍｍのニッケルメッキ鋼板製のものを準備し、これらの集電リード８をその厚み（高さ）が２.０ｍｍ減少するように押し潰してニッケル水素蓄電池を製作した（サンプルＡ,Ｂ,Ｃ）。また比較の為に、前述した舌片７ａを形成した集電体７を負極側に用い、板厚０.２０ｍｍの集電リード８を組み込んだニッケル水素蓄電池も製作した（サンプルＤ）。そしてこれらの各ニッケル水素蓄電池（サンプルＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ）について、放電性評価および振動試験を行ったところ、次のような結果が得られた。
【００１６】
尚、放電性評価については、２５℃の温度環境下で電池容量に対して５０％充電を１Ｉｔで行い、開路状態で１時間放置した後に２００Ａ放電を１０秒間行い、このときの電池電圧から放電特性を評価した。その後、振動試験装置を用い、ニッケル水素蓄電池に対して縦方向および横方向にそれぞれ２５０Ｈzの振動を各１日ずつ２日に亘って加えた後、電池を解体してその缶底での溶接外れの有無を確認した。またこれらの試験については、上述した各ニッケル水素蓄電池（サンプルＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ）毎に２０個ずつ行った。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
この性能試験結果から、サンプルＡ,Ｂ,Ｃのニッケル水素蓄電池については放電電圧の大幅な低下がないことが確認され、またサンプルＡ,Ｂ,Ｄのニッケル水素蓄電池については外装体５と集電体７との溶接外れが生じないことが確認された。また上記放電電圧の低下は、舌片７ｂを有する集電体７を用いた場合にだけ生じていることから、舌片７ｂの存在が電池抵抗を増大させ、これに起因しているものと確認できた。従って大電流用途に適したニッケル水素蓄電池（アルカリ蓄電池）を実現する場合には、舌片７ｂを備えていない集電体７を用いることが必要であることが確認できた。
【００１９】
そして舌片７ｂを備えていない集電体７を用いたニッケル水素蓄電池（サンプルＡ,Ｂ,Ｃ）に着目した場合、集電体７での応力吸収作用を期待することができず、専ら、集電リード８において応力吸収作用が生じていると考えられること、そしてサンプルＣのニッケル水素蓄電池にだけ溶接外れが発生していることから、板厚の薄い集電リード８を用いた場合にはその弾性力が不足して振動に対する吸収作用が十分に発揮されないものと考えられる。換言すれば集電リード８が振動を吸収するに十分な弾性力を発揮しているのは、弾性係数が９７.７（Ｎ／ｍｍ）以上の集電リード８を用いたニッケル水素蓄電池（サンプルＡ,Ｂ）ことが確認できた。
【００２０】
ちなみに集電リード８の弾性係数Ｃ（Ｎ／ｍｍ）は、図６に示すように集電リード８に荷重を加えて押し潰した際の、潰れ量Ａ（ｍｍ）とそのときの潰れ荷重Ｂ（Ｎ）との関係、即ち、
Ｃ(Ｎ／ｍｍ)＝Ｂ(Ｎ)／Ａ(Ｎ)
として定義される。
【００２１】
従って上述した性能試験結果から舌片７ｂを備えていない集電体７を用いて電池抵抗を低減し、大電力用途に適したニッケル水素蓄電池を実現する場合、９７.７（Ｎ／ｍｍ）以上の弾性係数を有する集電リード８を用いることで、外装体５内での渦巻状電極群４の振動を抑えると共に、外装体５の缶底部への応力集中を防いで外装体５と集電体７との溶接外れを防止し得ることが確認できた。
【００２２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば正電極側の集電体７を省略し、渦巻状電極群４における正電極１４のタブ部に集電リード８を直接溶着した構造のアルカリ蓄電池についても同様に適用することができる。またここでは略Ｕ字状に屈曲させた導体片または断面略長円状の導体環からなる、曲げ部を有して弾性作用を呈する集電リード８を用いる場合を例に説明したが、その他の形状の集電リード８を用いる場合にも適用可能なことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の概略構成を示す図。
【図２】振動吸収用の舌片を備えた集電体の例を示す図。
【図３】切片を備えていない集電体の例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の製造過程、特に外装体への電極群の封入工程を示す図。
【図５】集電リードの押し潰しとその弾性係数との関係を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１  正電極体
２  負電極体
３  セパレータ
４  渦巻状電極群
５  外装体（外装缶）
６  封口体
７  集電体
８  集電リード
【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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