(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽の側面に沿うように該電槽内に沿って配置された集電板と、
該集電板に電気的に接続された状態で、前記電槽内に電解液とともに収容された複数の極板と、
前記電槽の側面に設けられた貫通孔内に挿入されて、該側面に沿って配置された前記集電板に接続された極柱と、
前記貫通孔の周囲における前記電槽側面の外面をシールするように、該極柱に保持されたＯリングとを具備し、
前記貫通孔の周囲に対向する前記集電板の表面部分が平坦化されて、その平坦化された部分と前記貫通孔の周囲の前記電槽側面とがシール剤によってシールされており、
前記集電板の平坦化された表面部分以外の表面部分が、Ｒａ＝１．６以上に粗面加工されていることを特徴とする蓄電池。
【請求項２】
前記Ｏリングは、前記極柱における前記電槽側面と対向する部分に設けられた凹部内に収容されている請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記集電板は、前記平坦化された表面部分が鏡面加工されており、その鏡面加工された表面部分以外の表面部分が、Ｒａ＝１０以下に粗面加工されている請求項１又は２に記載の蓄電池。
【請求項４】
前記シール剤は、低粘度の流体であって、前記集電板の平坦化された表面部分に塗布される請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電池。
【請求項５】
前記集電板の平坦化処理された表面部分が、予めプライマー処理されて、シール剤が塗付されている請求項１〜４のいずれかに記載の蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極側または負極側の複数の極板が、集電板に取り付けられた状態で電槽内に電解液と共に収容されて、集電板が電槽の外部に配置される極柱と接続された密閉型の蓄電池に関し、特に、電解液が外部に漏出することを確実に防止することができる蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の著しい電子機器の発達を支えるキーデバイスの一つに、充放電が可能な高性能蓄電池がある。このような蓄電池としては、ニッケル−カドミウム電池が一般的であったが、最近では、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等も注目されている。
【０００３】
これらの蓄電池は、正極側の複数の極板と負極側の複数の極板とを、電解液と共に電槽内に封入した密閉構造になっており、正極側および負極側の各極板は、正極側および負極側の集電板に、それぞれ電気的および機械的に取り付けられている。各集電板は、電槽の内部において、電槽の各側面に沿ってそれぞれ配置されており、各集電板は、電槽の各側面に設けられた貫通孔内に挿入される極柱に、それぞれ電気的に接続されている。
【０００４】
このような密閉型の蓄電池では、電槽内に収容された電解液が、電槽の各側面に設けられた貫通孔から、外部に漏出するおそれがある。このため、電槽の各側面に設けられた貫通孔を確実にシールする必要がある。このシール構造の一例を図５に示す。
【０００５】
図５に示す密閉型の蓄電池では、扁平な直方体状の電槽１を有しており、電槽１の内部には、電槽１の厚さ方向に沿った側面１ａに沿って集電板２が配置されている。集電板２には、正極側または負極側の複数の極板（図示せず）が電気的および機械的に接続されるように取り付けられている。各極板は、集電板２の上部を除く電槽１の内部に面した表面（内面）に、それぞれが直交状態になるように突き合わされて接合されている。
【０００６】
集電板２の上端部には、Ｏリング３を収容する環状の凹部２ａが、プレス加工によって形成されている。この凹部２ａは、集電板２の内面に突出するリング状であって、電槽１の側面１ａに向かって全周にわたって開口するように形成されている。凹部２ａ内には、貫通孔１ｂの周囲をシールするＯリング３が収容されている。リング状の凹部２ａにて囲まれた集電板２部分は、電槽１の側面１ａに設けられた貫通孔１ｂ内に挿入される接続部２ｂになっている。
【０００７】
電槽１の側面１ａには、極柱４が取り付けられている。極柱４は、円板状のベース部４ａを有しており、ベース部４ａが、電槽１の側面１ａに突き当てられている。ベース部４ａの軸心部には、電槽１の側面１ａに設けられた貫通孔１ｂ内に挿入される円柱状の接続部４ｂが設けられている。ベース部４ａには、接続部４ｂを取り囲むリング状の凹部４ｄが設けられており、凹部４ｄ内に、貫通孔１ｂの周囲をシールするＯリング５が収容されている。
【０００８】
貫通孔１ｂ内に位置する接続部４ｂの先端面は、集電板２における貫通孔１ｂ内に挿入された接続部２ｂの先端面に突き合わされて、溶接によって接続部２ｂの先端面に一体的に接続されている。そして、極柱４の凹部４ｄ内に収容されたＯリング５は、電槽１の側面１ａにおける貫通孔１ｂの周囲の外面に圧接されて、貫通孔１ｂの周囲をシールしている。
【０００９】
ベース部４ａの軸心部には、接続部４ｂとは同心状態で電槽１の外部に突出する円柱状の端子部４ｃが設けられている。ベース部４ａ、端子部４ｂ、接続部４ｃは、金属等の導電性材料によって一体的に形成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
集電板２の上部に、Ｏリング３を収容するために設けられる凹部２ａは、集電板２の上部をプレス加工することによって形成されている。集電板２は、幅寸法が小さく、従って、プレス加工される領域も小さくなっているために、集電板２の上部に対してプレス加工を行うと、図６に示すように、プレス加工に伴う微細なクラック６が、凹部２ａの底面２ｃに発生するという問題がある。
【００１１】
凹部２ａの底面２ｃに形成されたクラック６内に電解液が浸入すると、その電解液は、電槽１の外部に漏出するおそれがある。凹部２ａの底面２ｃには、クラック６を埋めるために、流体のシール剤７が塗布されるが、シール剤７によっても、クラック６の内部を確実に埋めることができないおそれがあり、この場合にも、クラック６内に浸入した電解液が電槽１の外部に漏出するおそれがある。
【００１２】
また、蓄電池では、充放電に伴って電槽１内の圧力が変動し、電槽１が膨張および収縮する。このように、電槽１が膨張および収縮すると、電槽１の側面１１ａに圧接されたＯリング３も、電槽１の膨張および収縮に追従して膨脹および収縮する。この場合、集電板２の凹部２ａにおける底面２ｃに生じたクラック６内に電解液が浸入していると、Ｏリング３が膨脹および収縮することによって、クラック６内の電解液に対してポンプとして機能し、クラック６内の電解液が、電槽１の外部へ送出されるとともに、クラック６内に、電槽１内の電解液を吸引するおそれがある。このことは、ポンピング現象と称せられる。これにより、電槽１内の電解液が外部に漏出されることが促進される。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、極柱が設けられた電槽の側面から電解液が漏出することを確実に防止することができる蓄電池を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄電池は、電槽の側面に沿うように該電槽内に沿って配置された集電板と、該集電板に電気的に接続された状態で、前記電槽内に電解液とともに収容された複数の極板と、前記電槽の側面に設けられた貫通孔内に挿入されて、該側面に沿って配置された前記集電板に接続された極柱と、前記貫通孔の周囲における前記電槽側面の外面をシールするように、該極柱に保持されたＯリングとを具備し、前記貫通孔の周囲に対向する前記集電板の表面部分が平坦化されて、その平坦化された部分と前記貫通孔の周囲の前記電槽側面とがシール剤によってシールされており、前記集電板の平坦化された表面部分以外の表面部分が、Ｒａ＝１．６以上に粗面加工されていることを特徴とする。
【００１５】
前記Ｏリングは、前記極柱における前記電槽側面と対向する部分に設けられた凹部内に収容されている。
【００１６】
前記集電板は、前記平坦化された表面部分が鏡面加工されており、その鏡面加工された表面部分以外の表面部分が、Ｒａ＝１０以下に粗面加工されている。
【００１７】
前記シール剤は、低粘度の流体であって、前記集電板の平坦化された表面部分に塗布される。
【００１８】
前記集電板の平坦化処理された表面部分が、予めプライマー処理されて、シール剤が塗付されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の蓄電池の一実施形態を示す一部破談斜視図、図２は、その要部の縦断面図である。この蓄電池は、電気自動車に搭載される組電池を構成する角型のニッケル水素二次電池であり、電気自動車におけるモータの電源として、複数が組み合された状態で使用される。図１に示す角型の蓄電池は、扁平な直方体状に構成された電槽１０を有している。電槽１０は、上面が開放された角型の電槽本体１１と、この電槽本体１１の開放された上面を閉塞する帯状の蓋体１３とを有している。電槽本体１１は、合成樹脂の成形体によって構成されており、蓋体１３も、同様に合成樹脂の成形体によって構成されている。
【００２１】
電槽本体１１の内部は、長手方向に等しい間隔をあけた状態で、厚さ方向に沿ってそれぞれ配置された例えば５つの隔壁１８によって、６つの反応室１７に区画されている。各反応室１７内には、電槽本体１１の長手方向に沿ってそれぞれ配置された正極側の複数の極板２０と負極側の複数の極板２０とがそれぞれ収容されている。
【００２２】
各反応室１７内では、正極側の各極板２０と負極側の各極板２０とが、セパレータ１９よって相互に絶縁状態とされて、交互に積層されている。そして、全ての正極側の極板２０が、電槽本体１１の厚さ方向に沿って配置された１枚の正極側の集電板３０に接続されており、また、全ての負極側の極板２０が電槽本体１１の厚さ方向に沿って配置された１枚の負極側の集電板３０に接続されている。正極側および負極側の各集電板３０および３０は、反応室１７内において、全ての正極側の極板２０および負極側の極板２０を挟んで対向されている。全ての正極側の極板２０および負極側の極板２０と各集電板３０とは、反応室１７内に注入された電解液に接触している。
【００２３】
電槽本体１１の一方の側面１１ａにおける外側の表面（外面）には、正極側の極柱５０が設けられており、この極柱５０が、その側面１１ａに隣接する反応室１７に配置された正極側の集電板３０に、直接、接続されている。また、電槽本体１１の他方の側面には、負極側の極柱５０が設けられており、この極柱５０が、その側面１１ａに隣接する反応室１７に配置された負極側の集電板３０に、直接、接続されている。正極側の極柱５０および負極側の極柱５０は、それぞれ同様の構成になっている。
【００２４】
電槽１１の各隔壁１８を挟んで配置された集電板３０は、それぞれの上部同士が相互に、直接、接続されている。
【００２５】
図３は、図２にＡで示す集電板３０と極柱５０との接続部分の拡大図である。集電板３０の上端部には、電槽本体１１の側面１１ａに向かって円筒状に突出した接続部３１が、プレス加工により形成されている。接続部３１は、電槽本体１１の側面１１ａ上部に形成された断面円形状の貫通孔１１ｂ内に挿入されており、接続部３１の突出側の先端面が、貫通孔１１ｂ内における軸心方向の中程に位置している。
【００２６】
接続部３１が形成された集電板３０の上部は、接続部３１を除いて平坦面になっており、電槽本体１１の側面１１ａに対向した表面は、接続部３１の周囲が、鏡面加工による鏡面３２に平坦化されている。そして、集電板３０の鏡面３２となった部分に、接続部３１を取り囲むように低粘度の流体であるピッチ等のシール剤７０が塗布されている。シール剤７０は、貫通孔１１ｂ内に挿入された接続部３１を取り囲んだ状態で、電槽本体１１の側面１１ａ上部に突き当てられており、その側面１１ａと集電板３０との間をシールしている。
【００２７】
集電板３０における鏡面３２となった部分以外の表面は、表面粗さがＲａ＝１．６〜１０となるように粗面に加工されている。
【００２８】
極柱５０は、円板状のベース部５１と、ベース部５１における一方の表面に、ベース部５１の軸心部に沿って突出するように設けられた円柱状の端子部５２と、ベース部５１の他方の表面に、端子部５２とは同心状態で反対方向に突出するように設けられた接続部５４とを有しており、ベース部５１、端子部５２、接続部５４は、金属等の導電性材料によって一体的に形成されている。
【００２９】
ベース部５１における接続部５４が設けられた裏面には、接続部５４を取り囲む凹部５３がリング状に形成されており、その凹部５３内に、Ｏリング６０が収容されている。
【００３０】
極柱５０の接続部５４は、電槽本体１１の側面１１ａに設けられた貫通孔１１ｂ内に挿入され、ベース部５１の凹部５３内に収容されたＯリング６０が、電槽本体１１の側面１１ａにおける外側の表面に突き合わされる。Ｏリング６０が電槽本体１１の側面１１ａに突き合わされた状態では、貫通孔１１ｂ内に挿入された接続部５４の先端面は、貫通孔１１ｂ内に挿入された集電板３０の接続部３１先端面に突き合わされた状態になっている。
【００３１】
そして、突き合わされた極柱５０の接続部５４と集電板３０の接続部３１との先端面同士が、溶接によって、一体的に結合されている。これにより、ベース部５１および端子部５２が電槽本体１１の外部に位置する極柱５０と、電槽本体１１内の反応室１７内に配置された集電板３０とが、機械的および電気的に接続されている。
【００３２】
このように、極柱５０と集電板３０とが一体的に結合された状態では、極柱５０の凹部５３内に設けられたＯリング６０が、電槽本体１１の側面１１ａにおける外側表面に突き当てられて、その側面１１ａに設けられた貫通孔１１ｂの周囲をシールしている。なお、極柱５０の凹部５３内には、補助的に、低粘度の流体であるピッチ等のシール剤７０が塗布されており、Ｏリング６０と凹部５３との間が、そのシール剤７０によって、補助的にシールされている。
【００３３】
また、電槽本体１１の内部では、電槽本体１１の側面１１ａに設けられた貫通孔１１ｂを取り囲んだ状態で、集電板３０と電槽本体１１の側面１１ａとの間に、シール剤７０が設けられていることにより、貫通孔１１ｂの周囲がそのシール剤７０によってシールされている。
【００３４】
このような構造によって、反応室１７内に収容された電解液が、外部に漏出することが防止される。
【００３５】
図４は、図２にＢで示す部分の拡大図である。電槽本体１１の隔壁１８の両側にそれぞれ配置された各集電板３０の上部には、図４に示すように、Ｏリング６０を収容する環状の凹部３５が、プレス加工によって、それぞれ形成されている。この凹部３５は、集電板３０の内面に突出するリング状であって、隔壁１８に向かって全周にわたって開口している。凹部３５内には、貫通孔１８ａの周囲をシールするＯリング６０が収容されている。リング状の凹部３５にて囲まれた集電板３０部分は、隔壁１８に設けられた貫通孔１８ａ内に挿入される接続部３６になっている。
【００３６】
各集電板３０の接続部３６は、隔壁１８に設けられた貫通孔１８ａ内にそれぞれ挿入されて、各接続部３６の先端面同士が突き合わされて、溶接によって一体的に接合されている。これにより、各集電板３０の凹部３５内に収容されたＯリング６０は、隔壁１８における貫通孔１８ａの周囲にそれぞれ圧接された状態になる。
【００３７】
なお、各集電板３０における凹部３５とＯリング６０との間には、ピッチ等のシール剤７０がそれぞれ設けられている。
【００３８】
前述したように、極柱５０と接続される集電板３０の上部は、円筒状に突出するように接続部３１がプレス加工されているだけであり、接続部３１の周囲に、プレス加工によってリング状の凹部を設ける場合と比較して、プレス加工に伴うクラックの発生を抑制することができる。しかも、集電板３０と電槽本体１１の側面１１ａとの間における貫通孔１１ｂの周囲は、Ｏリングに代わってシール剤７０によりシールされているために、Ｏリングを使用することによって、電槽本体１１の反応室１７内における圧力変化によるポンピング現象が発生するおそれがなく、これによっても、反応室１７内からの電解液の漏出を確実に防止することができる。
【００３９】
電槽本体１１の側面１１ａの外側表面には、極柱５０によって支持されたＯリング６０が圧接されて、貫通孔１１ｂの周囲をシールしている。これにより、反応室１７内に発生したガスが、貫通孔１１ｂ内に進入したとしても、このＯリング６０によって、貫通孔１１ｂから電槽本体１１の外部にガスが漏出することを確実に防止している。また、Ｏリング６０が収容された凹部５３とＯリング６０とは、シール剤７０によってシールされているために、これによっても、電槽本体１１内のガスが、電槽本体１１の外部に漏出することが、さらに確実に防止される。
【００４０】
このように、極柱５０にのみＯリング６０が支持されて、集電板３０にはＯリングが支持されていないために、部品点数が少なく、しかも、集電板３０には、Ｏリングを支持するための凹部を形成する必要がないために、集電板３０の加工が容易になる。これにより、集電板３０の表面に微細なクラックが発生することが抑制されるとともに、生産効率が向上し、また、経済性も向上する。
【００４１】
さらには、シール剤７０が塗布される集電板３０の上部表面が鏡面３２になっているために、微細なクラックによる電解液の漏出が防止される。
【００４２】
集電板３０に塗布されるシール剤７０としては、低粘度の流体を使用することが好ましい。このように低粘度のシール剤７０を集電板３０に塗布することにより、集電板３０の表面に微細なクラックが存在しても、そのクラック内にシール剤７０が効果的に進入するために、クラックを通しての電解液の漏出が確実に防止される。
【００４３】
さらに、シール剤７０が塗布される集電板３０の表面に、予め、適当なカップリング剤を用いて、プライマー処理を施すことが好ましい。これにより、集電板３０の表面にシール剤７０が塗布されると、シール剤７０は、集電板３０の表面に化学的に結合することになり、シール性がさらに向上する。
【００４４】
集電板３０は、シール剤７０が塗布される部分よりも下側の表面が、表面粗さがＲａ＝１．６〜１０となるように粗面加工されているために、その外面に沿って毛細管現象による電解液が上昇することが抑制され、これによる、電解液が外部に漏出することをさらに確実に防止することができる。
【００４５】
集電板３０の表面粗さがＲａ＝１．６未満の場合は、集電板３０の表面に沿っての電解液の上昇を十分に抑制することができない。表面粗さがＲａ＝１０を超える場合は、加工に手間がかかり、生産効率が低下する。
【００４６】
本発明の効果を確認するために、上記実施形態におけるシール構造を有するテストピースＡを作製した。すなわち、テストピースＡでは、１枚の樹脂板の両側に、前記実施形態にて説明した構成の集電板３０および極柱５０をそれぞれ配置して、樹脂板に設けられた貫通孔内に、集電板３０の接続部３１および極柱５０の接続部５４とをそれぞれ挿入して、各接続部３１および５４同士を溶接により接続した。また、集電板３０と樹脂板の貫通孔の周囲とをシール剤７０により、また極柱５０と樹脂板の貫通孔の周囲とをＯリング６０およびシール剤７０によりそれぞれシールした。集電板３０には、鉄材の表面にＮｉメッキを施した表面が平滑で環状凹部のないものを用いた。
【００４７】
比較のために、図５に示す従来のシール構造を有するテストピースＢを作製した。また、図３に示す実施形態のシール構造において、樹脂板との間にＯリングを介在させたテストピースＣを作製した。さらに、図５に示す従来のシール構造において、集電板２の凹部２ａからＯリングを取り除いたテストピースＤを作製した。すなわち、テストピースＤでは、図５に示すように、集電板２の凹部２ａを設けるものの、Ｏリングを使用せず、シール剤７のみで凹部２ａの底面をシールした。
【００４８】
これらのテストピースＡ〜Ｄに対して、実際に比重１．３のＫＯＨ電解液に浸漬し、Ｎｉ板を対極として１．２Ｖの電圧を印加することにより、電解液が集電板に沿って上昇するか否かの試験を行った後、樹脂板の貫通孔における漏液の検査を行なった。検査結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
0003971173.tif 000002
表１から分かるように、図５に示す従来のシール構造を有するテストピースＢでは、貫通孔を通しての電解液の漏出が認められたのに対し、上記実施形態におけるシール構造を有するテストピースＡでは、集電板３０と樹脂板との間にＯリングを配置していないにもかかわらず、電解液の漏出が認められず、シール性が向上していることが確認された。なお、今回の試験では、テストピースＡに対して、集電板との間にＯリングを加えたテストピースＣでも、電解液の漏出は認められなかったが、このＯリングは、電槽内の圧力の変化によってポンピング現象が生じることを考慮すると、内側のＯリングを省略するテストピースＡが最も好ましい。
【００５０】
次に、表面粗さが異なる３種類の集電板Ｅ〜Ｇを作製して、その表面に極柱などは溶接せずにシール剤だけを塗布した状態で、比重１．３のＫＯＨ電解液に浸漬し、上記と同様の方法で、集電板の表面に沿って電解液が上昇するか否かを試験した。集電板の表面粗さは、集電板Ｅでは鏡面加工、集電板ＦではＲａ＝１．６、集電板ＧではＲａ＝１０とした。集電板に沿って電解液が上昇する速さは、樹脂板の上部において、所定のアルカリ反応を示すまでに要した時間に基づいて決定した。電解液が上昇する早さの順番を表２に示す。
【００５１】
【表２】
0003971173.tif 000003
表２から分かるように、集電板の表面粗さが粗いほど、電解液の上昇が遅く、従って、貫通孔を通しての電解液の漏出が抑制されるために、集電板の表面はある程度、粗い方がよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の蓄電池は、このように、電槽の側面における貫通孔の周囲に対向する集電板の表面が平坦になっており、その間にシール剤が設けられているために、集電板にクラックが発生するおそれがなく、貫通孔を通っての電解液の漏出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄電池の実施形態を示す一部破談斜視図である。
【図２】その蓄電池の縦断面図である。
【図３】図２のＡで示す部分の拡大図である。
【図４】図２のＢで示す部分の拡大図である。
【図５】従来の蓄電池におけるシール構造を示す縦断面図である。
【図６】集電板におけるＯリングを収容する凹部の底面に生じるクラックの説明図である。
【符号の説明】
１０  電槽
１１  電槽本体
１１ａ  側面
１１ｂ  貫通孔
１７  反応室
１８  隔壁
２０  極板
３０  集電板
３１  接続部
３２  鏡面
５０  極柱
５１  ベース部
５２  端子部
５３  凹部
５４  接続部
６０  Ｏリング
７０  シール剤
【図１】
0003971173.tif 000004
【図２】
0003971173.tif 000005
【図３】
0003971173.tif 000006
【図４】
0003971173.tif 000007
【図５】
0003971173.tif 000008
【図６】
0003971173.tif 000009