(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合された集電体と、集電体が接合された極板群を包囲するとともに集電体の中間部に対応して１又は複数の接続開口を有する袋状電槽と、袋状電槽の接続開口の周辺部と集電体との間に介装されたシール材と、袋状電槽の外面側からシール材を圧縮した状態で接続開口を通して集電体に接合された接続部材とを備えたことを特徴とする角形密閉式電池。
【請求項２】
極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合したことを特徴とする請求項１記載の角形密閉式電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したことを特徴とする集合電池。
【請求項４】
隣合う角形密閉式電池を接続している接続部材をそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池を直列に配置したことを特徴とする請求項３記載の集合電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形密閉式電池と複数の角形密閉式電池を接続してなる集合電池に関し、特に内部抵抗の低減を図った角形密閉式電池と集合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て成る従来の集合電池は、複数個の個別の直方体状の単電池を、その電槽の幅の広い長側面同士を互いに対向させて重ねるように配置し、両端の単電池の電槽の外側にエンドプレートを配置して拘束バンドにて結束することで一体的に連結し、また各単電池においては、極板の上端部から上方にリードを引き出して電槽の蓋に装着された端子に接続し、その単電池間で端子同士を接続板で接続して構成されている。
【０００３】
そのため、単電池間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と、正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、４０〜５０％：６０〜５０％にも達し、大きな内部抵抗により電池の発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるという問題もあった。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に図４、図５に示すように、複数の単電池２を内蔵した角形密閉式電池１を提案している。３はその角形電槽で、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９ａ、９ｂとされ、それらのリード部９ａ、９ｂの側端縁にはそれぞれ集電板１０ａ、１０ｂが溶接等にて接続されている。
【０００５】
集電板１０ａ、１０ｂ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板１０ａ、１０ｂの接続突部１１を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（極柱）１２が装着され、その接続突部１３と集電板１０ａ又は１０ｂ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。
【０００６】
また、蓋体６には各電槽４、４の内圧を均等にする連通路１４や、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ための安全弁（図示せず）や、適当な単電池２の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴１５などが設けられている。
【０００７】
このような構成によると、極板群８における正極板及び負極板からそれぞれのリード部９ａ、９ｂまでの通電経路が短く、かつそのリード部９ａ、９ｂ間が集電板１０ａ、１０ｂを介して角形電槽３内部で接続されているので、上記従来の個別の単電池を接続したものに比べると、接続経路が短くかつ接続箇所が少ないために接続部品を含む構成部品による部品抵抗を小さくでき、その分内部抵抗を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図４、図５に示すような構成では、正極板及び負極板からそれぞれのリード部９ａ、９ｂ及び集電板１０ａ、１０ｂまでの通電経路は短いが、図６に矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂ同士はその上端部の接続突部１１の先端間の１箇所で互いに溶接して接続されているので、接続経路が迂回し、そのため接続経路が長くなり、また接続箇所が１箇所だけであるため、内部抵抗が高くなるという問題があり、また上記のように接続経路が迂回しているのに伴って白抜矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂの接続部に近い部分では極板群８を流れる電流は多いが、接続部から遠い部分は電流が少なく、極板群８を流れる電流分布が不均一になり、極板群８の全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、角形密閉式電池と所要の電力容量を得るように複数の角形密閉式電池を接続した集合電池において、内部抵抗が小さくまた極板群の全体がその能力を発揮して高出力化を実現することができる角形密閉式電池と集合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】
本発明の角形密閉式電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合された集電体と、集電体が接合された極板群を包囲するとともに集電体の中間部に対応して１又は複数の接続開口を有する袋状電槽と、袋状電槽の接続開口の周辺部と集電体との間に介装されたシール材と、袋状電槽の外面側からシール材を圧縮した状態で接続開口を通して集電体に接合された接続部材とを備えたものである。
【００１１】
このような構成によると、極板群両側のリード部に集電体が接合されているので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部に袋状電槽の接続開口を通して外部に対する接続部材が接続されているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに接続部材が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材が接続されている場合には、極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができ、また接続部材を接合するために袋状電槽に形成した接続開口は、その接続開口を通して接合される接続部材にてシール材が圧縮されて確実にシールされ、袋状電槽の密閉が確保される。
【００１２】
また、極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合すると、外部から極板群への通電経路が接続部材から集電体を経てその両側の極板群との接合箇所までとなるため距離が短くかつ複数の接合箇所で極板群に流れるので、極板群を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の集合電池は、上記各角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したものであり、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を得ることができる。
【００１４】
また、隣合う角形密閉式電池を接続している接続部材をそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池を直列に配置すると、複数の角形密閉式電池が一体的に直列配置された集合電池を簡単かつ安価に構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角形密閉式電池を用いた集合電池の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図３において、２０は、複数（図中では、説明の簡単のために２つのみ表示）の角形密閉式電池２１を接続して構成された集合電池である。角形密閉式電池２１は、袋状電槽２２内に、両側に集電体２４を接合された極板群２３が電解液とともに収容して構成されている。
【００１７】
袋状電槽２２は、ポリプロピレンやポリエチレンなどの単層又は多層ラミネート構造の合成樹脂シート２５を、熱溶着や接着剤による接着等にて接合して袋状に構成されている。具体例を示すと、１００〜１５０μｍの合成樹脂シート２５を極板群２３を包むように巻き付け、その両側縁をヒートシールにて接合し、こうして形成された筒状の合成樹脂シート２５の下端部をヒートシールにて接合し（図１はこの状態を示す）、その後内部に所定量の電解液を注入した後、筒状合成樹脂シートの上端部をヒートシールにて接合することで構成されている。なお、袋状電槽２２の上端部は、電解液の漏出を防止し、発生したガスを放出できる程度の開口を残してシールを施している。
【００１８】
極板群２３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を設け、そのリード部に表面にニッケルメッキを施した鋼板にて構成された集電体２４が接合されている。
【００１９】
正極板は、Ｎｉの発泡メタルにリード部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。
【００２０】
なお、極板群２３は複数の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層したものに限らず、互いに反対側部にリード部を設けた帯状の正極板と負極板をセパレータを介して重ね、その上又は下にセパレータを重ねた状態で断面長円形ないし略長方形状に巻回したものであってもよい。
【００２１】
集電体２４と極板群２３のリード部とは、集電体２４に上下方向に適当間隔おきに設定された複数（図示例では４箇所）の接合部２６において電子ビーム溶接等にて接合されている。
【００２２】
袋状電槽２２には、複数の接合部２６の内の適当な接合部２６、２６間の位置で、図２に詳細に示すように、集電体２４の外面に臨むように複数（図示例では上下一対）の接続開口２７が形成されている。この接続開口２７を通して接続部材２８が集電体２４の外面に抵抗溶接やレーザビーム溶接による溶接部２９にて接合されている。このように接続開口２７を上下一対設けることで、上下の接続部材２８と集電体２４との間で溶接電流を流すことで抵抗溶接にて信頼性の高い接合ができる。
【００２３】
また、袋状電槽２２の接続開口２７の周辺部と集電体２４との間には、環状のシール材としてのＯリング３０が介装されるとともに、上記接続部材２８の集電体２４に対する接合が、袋状電槽２２の外面側からこのＯリング３０を圧縮した状態で行われることにより、袋状電槽２２の接続開口２７の周縁部と集電体２４の外面との間がこのＯリング３０にて密閉されている。
【００２４】
なお、このように接続部材２８が接合された状態で袋状電槽２２内が外部に対してシールされるので、その後、上記のように袋状電槽２２内に所定量の電解液を注入した後、袋状合成樹脂シートの上端部をヒートシールにて接合する。
【００２５】
以上の角形密閉式電池２１が所要数並列配置されるとともに、隣合う角形密閉式電池２１、２１同士が接続部材２８にて接続されており、かくして所要数の角形密閉式電池２１が順次接続された集合電池２０が構成されている。
【００２６】
また、隣合う角形密閉式電池２１を接続している接続部材２８をそれらの間で折り曲げることで、図３に示すように、所要数の角形密閉式電池２１が一体的に直列配置された集合電池２０が構成される。
【００２７】
以上の構成によれば、集合電池２０の各角形密閉式電池２１において、極板群２３の両側のリード部に集電体２４が接合されているので、各極板と集電体２４との距離がストレートで短く、かつその集電体２４の中間部に袋状電槽２２の接続開口２７を通して外部に対する接続部材２８が接続されているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体２４における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池２１が得られ、さらに接続部材２８が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材２８が接続されている場合には、極板群２３を流れる電流分布が均等になり、極板群２３の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができる。
【００２８】
また、上記接続部材２８を接合するために袋状電槽２２に形成した接続開口２７は、その接続開口２７を通して接合される接続部材２８にて環状のシール材であるＯリング３０が圧縮されて信頼性の高いシールが確実に得られ、袋状電槽２２に接続部材２８を接続するための接続開口２７を設けながら、高い電解液シール性を確保できる。
【００２９】
また、極板群２３と集電体２４を、集電体２４の長手方向に適当間隔おきに設けた複数の接合部２６で接合し、その接合部２６の間に接続開口２７を配設して接続部材２８を接合しているので、外部から極板群２３への通電経路が接続部材２８から集電体２４を経てその両側の極板群２３との接合部２６までとなるため距離が短く、かつ複数の接合箇所で極板群２３に流れるので、極板群２３を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群２３の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【００３０】
また、隣合う角形密閉式電池２１、２１を接続している接続部材２８を、図３に示すようにそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池２１を直列に配置すると、複数の角形密閉式電池２１が一体的に直列配置された集合電池２０を簡単かつ安価に構成することができる。
【００３１】
上記実施形態の説明では、接続部材２８にて隣合う角形密閉式電池２１を接続し、接続部材２８をそれらの間で折り曲げて複数の角形密閉式電池２１を直列配置した例を示したが、集合電池２０における角形密閉式電池２１の配置位置によっては必ずしも折り曲げる必要がないことは言うまでもない。
【００３２】
さらに、隣合う角形密閉式電池２１、２１間を一体の接続部材２８にて接続するものを例示したが、各角形密閉式電池２１毎に独立した接続部材２８を設け、レーザビーム溶接や電子ビーム溶接等の溶接や導電性接着剤による接着等にて、接続部材２８、２８同士を接続したり、別の接続部材を接続するようにしてもよい。しかし、一体の接続部材２８で接続するとより抵抗を小さくできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の角形密閉式電池及び集合電池によれば、以上の説明から明らかなように、極板群両側のリード部に集電体を接合したので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部に袋状電槽の接続開口を通して接続部材を接続しているので、集電体における通電経路が短く、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに接続部材が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材が接続されている場合には、極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができ、しかも接続部材を接合するために袋状電槽に形成した接続開口は、その接続開口を通して接合される接続部材にてシール材が圧縮されて確実にシールされるので、袋状電槽の電解液シール性も確保できる。
【００３４】
また、極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合すると、外部から極板群への通電経路が接続部材から集電体を経てその両側の極板群との接合箇所までとなるため距離が短くかつ複数の接合箇所で極板群に流れるので、極板群を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明の集合電池によれば、上記各角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したので、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における角形密閉式電池を用いた集合電池の製造工程の外観斜視図である。
【図２】同実施形態における要部の横断平面図である。
【図３】同実施形態における角形密閉式電池を直列配置した集合電池の要部の横断平面図である。
【図４】従来例の角形密閉式電池の部分縦断正面図である。
【図５】同従来例における電槽の一部を破断して示した斜視図である。
【図６】同従来例における通電経路の説明図である。
【符号の説明】
２０  集合電池
２１  角形密閉式電池
２２  袋状電槽
２３  極板群
２４  集電体
２６  接合部
２７  接続開口
２８  接続部材
３０  Ｏリング（シール材）
【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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