CN101647136B - 电池及其传热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供结构简单而且耐用的，能够顺利地持续进行电池反应的电池。所述电池在通过疏水性的离子能够透过的隔离器(21)连结的2个单元中的一个负极单元(22)内充填放入负极粉末状活性物质(24)的电解质溶液，在另一正极单元(23)内充填放入正极粉末状活性物质(25)的电解质溶液，在负极单元(22)内设置与负极粉末状活性物质接触的导电性负极集电体(26)，在正极单元(23)内设置与正极粉末状活性物质接触的导电性正极集电体(27)。

Description

电池及其传热结构
技术领域
本发明涉及电池及其传热结构。 
背景技术
近年来，对使用于携带、移动或安装设置等用的碱性电池，越来越追求高性能化、高安全性、优异的长期贮藏性能等高质量。特别是最近引人注目的混合动力车辆和电动工具等要求有高输出功率，使用于这些设备上的碱性电池也被要求有高输出功率、高能量密度。特别是镍氢电池，是具备以氢氧化镍为主的活性物质构成的正极以及以吸氢合金为主要材料的负极的可充电电池，作为能力密度高，可靠性优异的可充电电池正在迅速普及。 
但是，电池性能当然受电极性能的支配，但是也与隔离器性能有很密切的关系。隔离器的作用之一在于，将电池的正极与负极相互分离、绝缘，但是除此以外密闭型镍氢电池还被要求有下面列举的重要功能。 
也就是在对电池进行充电时，电解液中的水发生电解，在正极产生氧气，该氧气被负极的吸氢合金中包含的氢气吸收(氧与氢反应产生水)，有必要抑制电池内压的上升。因此，为了抑制内压的上升，要求隔离器具有能够顺利地使正极发生的氧气透过到负极一侧的功能(氧气透过功能)。另一方面，密闭型电池使电解液含浸于隔离器中，但是要求隔离器有能够确保使得电池反应顺利进行所需要的电解液的功能(保持液体的功能)。该氧透过功能和保持液体的功能对于隔离器的结构来说是相反的功能。 
之所以这样，是因为如果作为构成隔离器的材料的纤维之间的空间的尺寸加大，空间的个数减少，则氧气容易透过隔离器，但是在隔离器内部保持电解液变得困难。另一方面，如果减小构成隔离器的材料、即纤维之间的空间的尺寸，增多空间的数目，则氧气透过用的路线被占用，氧气透过功能不够。也就是说，为了确保一定的氧气透过功能，虽然考虑减少电解液量以确保气体透过的空间的方法，但是减少电解液量与干涸有关，会缩短电池寿命。而且在这种情况下，有必要对隔离器进行亲水处理这样的额外的处理，以使隔离器可靠地含浸电解液。 
作为这种在先技术，在例如专利文献1和专利文献2中已经提出了如下所述方法，即将隔离器分为显示亲水的隔离片部分和显示疏水的隔离片部分，使显示亲水的隔离片部分具有保持电解液的功能，使显示疏水性的隔离片部分具有能够抑制电解液的进 入，使氧气透过的功能。 
也就是说，在专利文献1，公开了利用作为分为亲水性区域和疏水性区域的方法，即在构成的纤维以聚丙烯纤维那样的疏水性纤维为主体的纤维片上热粘聚乙烯等薄膜，或用疏水性树脂加以涂覆以实施保护之后，再用含浸、附着或涂布等方法赋予亲水性，其后去除该薄膜或树脂的方法，从而部分具有疏水性的亲水性纤维片构成的隔离器。 
但是在利用纤维形成的片状的隔离器中，通常纤维在其平面方向上取向，亲水性树脂容易沿着取向的纤维的长度方向含浸，因此，与作为目的的隔离片的厚度方向上的含浸同时，隔离片在平面方向上的含浸有容易进行的倾向。由于亲水性树脂向疏水性树脂的保护涂覆层的下面渗透，确保疏水性区域是困难的。 
又，在专利文献2中，公开了热粘贴疏水性气体透过膜，以堵塞亲水性离子透过膜上部分形成的开口部的隔离器，该开口部的大小为直径达6mm，这种方法要设置小面积数量多的疏水区域是困难的。 
要而言之，为了提高氧气透过功能，隔离器具有疏水性，为了提高保持液体的功能，只要隔离器具有亲水性即可，如专利文献1和2所述，在将隔离器分为亲水性区域和疏水性区域的情况下，电池的电极中的活性物质需要有氧气透过功能和液体保持功能，因此亲水性区域和疏水性区域最好是尽量以微细、相互混入的状态存在。但是，用专利文献1和2记载的方法实现它是困难的。说起来，准确区分微细的亲水性的区域和疏水性的区域用的处理本身是复杂的，会导致制造成本大幅度上升。 
而且如上所述，电池反应的结果是，在正极发生的氧气透过隔离器被负极的吸氢合金中包含的氢气所吸收，根本上氧气通过将各种各样的物质氧化而被消耗，因此在负极不与氧气发生反应，容易积蓄剩余的氢气。因此在负极一侧过多地设置能够充电的容量，使负极比正极大。但是，即使是使负极比正极大，由于积蓄的氢气，负极内压容易上升，有时候会导致设备受到损坏。 
从以上所述可知，能够顺利地持续进行电池反应的密闭型镍氢电池还没有出现。 
又，通常为了顺利地进行电池反应，构成电池的构件最好是处于一定的温度范围(约25～50℃)。特别是在密闭结构的电池中，电池反应产生的热量容易充满内部，促进电池劣化，因此最好是利用适当的冷却手段进行冷却。另一方面，如果过度冷却，则会抑制电池反应。因此，为了不促进劣化地顺利进行电池反应，电池最好是具有合适的传热结构。但是能够实现这样的目的的电池的传热结构还没有出现。 
专利文献1：特开平6-103969号公报 
专利文献2：特开平5-129014号公报 
发明内容
本发明是鉴于已有技术存在的这样的问题而作出的，其目的在于提供结构简单而 且耐用的，能够顺利地持续进行电池反应的电池及其传热结构。 
为了实现上述目的，本发明的一种密闭型镍氢电池，在通过离子能够透过而不使电子透过的隔离器连结的2个单元中的一个单元内的电解质溶液中放入释放电子的活性物质，在另一单元内的电解质溶液中放入吸收电子的活性物质，在两个单元内设置与活性物质接触的导电性集电体，其特征在于，隔离器由疏水性材料构成。 
又，所述密闭型镍氢电池，其特征在于，使氧供给源与一个单元和另一单元中的至少一个单元接触，以便能够向上述两个单元中的至少一个单元内提供氧。 
又，本发明的一种密闭型镍氢电池单元叠层体的传热结构，是在通过离子能够透过而不使电子透过的疏水性材料构成的隔离器连结的2个单元中的一个单元内的电解质溶液中放入释放电子的活性物质，在另一单元内的电解质溶液中放入吸收电子的活性物质，在两个单元内设置与活性物质接触的导电性集电体，这样构成的密闭型镍氢电池单元多个层叠形成的密闭型镍氢电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，相邻的两个密闭型镍氢电池单元的集电体间设置气体或液体构成的传热介质的流通路径。 
又，本发明的一种密闭型镍氢电池单元叠层体的传热结构，是在通过离子能够透过而不使电子透过的疏水性材料构成的隔离器连结的2个单元中的一个单元内的电解质溶液中放入释放电子的活性物质，在另一单元内的电解质溶液中放入吸收电子的活性物质，在两个单元内设置与活性物质接触的导电性集电体，这样构成的密闭型镍氢电池单元多个层叠形成的密闭型镍氢电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，相邻的两个密闭型镍氢电池单元间插入传热板，使其接触一方的密闭型镍氢电池单元的集电体和另一密闭型镍氢电池单元的集电体，而且在所述传热板内设置气体或液体构成的传热介质的流通路径。 
又，本发明的一种电池单元叠层体的传热结构，是在对置设置的正极集电体和负极集电体之间充填电解质溶液，从所述正极集电体向负极集电体配设含有正极活性物质的多片正极片，同时从所述负极集电体向正极集电体配设含有负极活性物质的多片负极片，并且将含有正极活性物质的正极片与含有负极活性物质的负极片交叉组装，而且在所述各正极片与各负极片之间介入离子能够透过而不使电子透过的隔离器，这样构成的电池单元多个层叠形成的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，相邻的两个电池单元间插入传热板，使其接触一方的电池单元的正极集电体和另一电池单元的负极集电体，而且在所述传热板内设置气体或液体构成的传热介质的流通路径。 
还有，本发明的一种电池单元叠层体的传热结构，是在正极板和负极板之间装入电解质溶液，同时在正极单元与负极单元之间设置离子能够透过而不使电子透过的隔离器，在正极单元内装入正极活性物质，在负极单元内装入负极活性物质，这样构成的电池单元多个层叠形成的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，相邻的两个电池单元间设置气体或液体构成的传热介质的流通路径。 
而且，本发明的一种电池单元叠层体的传热结构，是在正极板和负极板之间装入 电解质溶液，同时在正极单元与负极单元之间设置离子能够透过而不使电子透过的隔离器，在正极单元内装入正极活性物质，在负极单元内装入负极活性物质，这样构成的电池单元多个层叠形成的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，相邻的两个电池单元间插入传热板，使其接触一方的电池单元的正极板和另一电池单元的负极板，而且在所述传热板内设置气体或液体构成的传热介质的流通路径。 
又，所述电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，密闭型镍氢电池单元叠层体以及电池单元叠层体形成密闭结构，隔离器是由疏水性材料构成的。 
在本发明中，传热介质可以采用例如空气、水、或油，但是并不限于此，通常传热介质可以采用包括公知的气体或液体的所有的传热介质。 
在本发明中，所谓疏水性是指不容易被作为水溶液的电解质容易浸润，具体地说，气体要通过疏水性材料构成的隔离器时，电解质溶液不附着于隔离器而是移动，在疏水性材料构成的隔离器上形成气体通过用的通路的现象。 
下面参照图1对这种疏水性材料构成的隔离器的作用稍作详细说明。 
作为密闭型电池，已知有通常称为干电池的电池。在干电池中，如图1(a)所示，分为左侧的正极侧和右侧的负极侧的隔离器2，是对疏水性材料3施加亲水性涂料4，在该亲水性涂料4上使其附着少量保证离子移动所需要的电解液5(使亲水性涂料4湿润所需要的程度的少量电解液)。这样，电解液5由于是使亲水性涂料4湿润所需要的程度的少量电解液，在构成隔离器2的素材之间，形成由于电池反应的结果在左侧的正极侧发生的氧气1移动到右侧的负极侧所需要的程度的间隙2a，该氧气在负极侧被消耗。从而，虽然能够实现密闭化，但是如上所述，附着于隔离器2的电解液少，正极侧发生的氧气与负极侧的氢气反应生成水的反应由于负极侧的电解液中的氢数量少，在短时间内不能够发生，关系到所谓干涸，不能够作为电池使用。 
另一方面，如图1(b)所示，在所谓通风型蓄电池(开放型蓄电池)中，分为左侧的正极侧和右侧的负极侧的隔离器2，是对疏水性材料7施加亲水性涂料8，充分充填电解液9，因此不存在与图1(a)所示的隔离器的构成素材的间隙2a相当的间隙。从而，电池反应产生的结果，正极侧发生的氧气10被电解液9妨碍不能向右侧负极侧移动，而向电池内的上部设置的空间上升、放出。 
这样，已有的密闭型电池有寿命短的缺点和对隔离器不得不施加亲水化处理的缺点。而虽然开放型电池的寿命长，但是存在与密闭型电池一样必须对隔离器施加亲水化处理的缺点。而且本来往往是疏水性材料的隔离器的整体或其表面进行亲水化处理需要相当大的成本。 
因此如图1(c)所示，用疏水性材料12构成隔离器11，借助于这样的构成，即使是存在充分的电解液13，作为电池反应的结果，在左侧正极侧发生的氧气14会把疏水性材料12构成的隔离器11的构成素材的间隙12a中存在的电解液推到一旁，向右侧负极侧移动并被消耗。 
这样，本发明通过采用以疏水性材料为隔离器，具有充分数量的电解质溶液的密闭型电池，由于不会发生干涸，能够实现长寿命，由于不需要对隔离器实施亲水化处理，能够实现低成本化，由于不需要上部空间，能够越高能量密度，由于是密闭型，不需要维修保养。 
如果采用权项1、3、4、9所述的发明，则在单元内充填必要的电解质溶液，而且隔离器是疏水性材料构成，因此由于电池反应而在正极产生的氧气能够顺利透过隔离器，因此能够确保隔离器保持液体的功能和氧气透过功能。由于充填必要的数量的电解质溶液，电池寿命不会缩短，能够提高耐用性。而且由于不需要亲水处理，能够把制造成本抑制于低水平。而且能够提高能量密度同时实现免维修保养。 
如果采用权项2和5，则能够得到下述结果。使用吸氢合金的负极由于初期的电化学反应中的活性显著劣化，构成电池之后，几个循环的放电容量小，在反复进行十多次充放电的初期活性化过程中，负极中积蓄剩余的氢气。因此通过从氧气供给源向负极单元内提供氧气，使该氧气与负极内的剩余的氢气发生反应转换为水。又，如果将氧气提供给正极单元内，则该氧气透过隔离器与负极内的剩余氢气发生反应转换为水。又可以根据需要从氧气供给源向正极单元内和负极单元内提供氧气，这样可以使该氧气与负极内的剩余氢气发生反应转换为水。 
如果采用权项3、4、6、7、8所述的发明，借助于通过流通路径的传热介质能够将电池的温度维持于合适的范围内，因此能够顺利实现电池反应而不促使电池劣化。 
附图说明
图1(a)是已有的密闭型干电池的隔离器及其近旁的放大图，图1(b)是已有的开放型蓄电池的隔离器及其近旁的放大图，图1(c)是本发明的疏水性隔离器及其近旁的放大图。 
图2是本发明的密闭型镍氢电池的一实施形态的概略剖面结构图。 
图3(a)是本发明的密闭型镍氢电池的另一实施形态的概略剖面结构图，图3(b)是本发明的密闭型镍氢电池的另一实施形态的一部分的立体图。 
图4是圆筒形电池部分剖开的概略立体图。 
图5是方形电池的概略剖面结构图。 
图6是对具有传热结构的电池单元的叠层体，利用进行强制冷却的风扇和风洞进行冷却的结构的立体图。 
图7(a)是具有传热结构的电池单元叠层体的一实施例的纵剖面图，图7(b)是图7(a)的正极板和负极板的正视图。 
图8是传热板的立体图。 
图9是具有传热结构的电池单元的另一实施例的横剖面图。 
图10表示图9的电池单元叠层体中的传热板内的空气流动方向，绝缘板省略。 
图11表示图9的电池单元叠层体的热流动方向。 
图12是密闭型电池的概略剖面结构图。 
符号说明 
1氧 
2隔离器 
3疏水性材料 
4亲水性涂料 
5电解液 
6隔离器 
7疏水性材料 
8亲水性涂料 
9电解液 
10氧气 
11隔离器 
12疏水性材料 
13电解液 
14氧气 
21离子透过型隔离器 
22负极单元 
23正极单元 
24负极的粉末状活性物质 
25正极粉末状活性物质 
26负极集电体 
27正极集电体 
28负载手段或发电手段 
29电解质溶液界面 
30配线 
31配线 
41单位电池 
42离子透过性隔离器 
43正极单元 
44负极单元 
45正极集电体 
46负极集电体 
47集电构件 
48氧气瓶 
49压力调节阀 
50路径 
51a、51b、51c、51d、51e、51f    阀门 
52a、52b、52c、52d、52e、52f    阀门 
53风扇 
61正极活性物质片 
62离子透过性隔离器 
63活性物质片 
64负极端子 
65正极端子 
71正极活性物质片 
72离子透过性隔离器 
73负极活性物质片 
74正极端子 
75负极端子 
76绝缘体 
77绝缘体 
81电池单元叠层体 
82空气流通空间 
83a吸气风扇 
83b吸气风扇 
84空气流动空间 
81a  电池单元叠层体 
85正极板 
86负极板 
87离子透过性隔离器 
88空气流通空间 
89导电构件 
90、91、92、93绝缘板 
94正极端子 
95负极端子 
96传热板 
97空气流通路径 
98电池单元叠层体 
99正极集电体 
100负极集电体 
101离子透过性隔离器 
102电解质溶液 
103正极片 
104负极片 
105总正极集电体 
106总负极集电体 
107绝缘板 
108绝缘板 
111正极集电体 
112负极集电体 
113绝缘体 
114离子透过性隔离器 
115正极侧单元 
116负极侧单元 
117聚丙烯纤维无纺布 
118海绵态镍成型体 
119聚丙烯纤维无纺布 
120海绵态镍成型体 
具体实施方式
下面对本发明的理想的实施形态进行说明，但是本发明不限于下述实施形态，在不超出本发明的技术范围的范围内可以适当变更实施。 
密闭型镍氢电池的第1实施形态 
图2是本发明一实施形态的密闭型镍氢电池的一个例子的大概结构图。在图2中，隔着离子能够透过而不使电子透过的聚丙烯纤维无纺布构成的疏水性隔离器(全部都不实施亲水处理)21设置负极单元22和正极单元23。由于隔离器21是疏水性的，在负极单元22和正极单元23内部充填电解质溶液时，利用使电池内部形成为减压状态(约1000Pa以下的内压)，将电解质溶液压入的方法，在负极单元22中充填加入负极粉末状活性物质(吸氢合金粉末)24的电解质溶液(氢氧化钾水溶液)，在正极单元23中充填加入正极粉末状活性物质(氢氧化镍粉末)25的电解质溶液(氢氧化钾水溶液)。 
作为正极和负极的粉末状活性物质的组合，可以使用例如吸氢合金和氢氧化镍的组合。作为吸氢合金的例子，有例如La0.3(Ce、Nd)0.15Zr0.05Ni3.8Co0.8Al0.5。 
又，作为电解质溶液，可以使用例如氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液等。 
隔离器21用疏水性材料(全部都是未经亲水处理的材料)制造，但是隔离器21通常在接触碱性电解质溶液的条件下使用，因此使用于隔离器21的疏水性材料最好是耐化学药品的材料，例如聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等聚烯烃(polyolefine)系纤维、聚亚苯基硫醚(polyphenylene sulfide)纤维、聚氟乙烯系纤维、聚酰胺系纤维等，由于耐药性优异，是其理想的材料。可以用这些纤维形成例如纺织品、编织物、无纺布、花编织物(系レ一ス)、编织带等纤维片。这些材料中纺织品和无纺布的拉伸强度较高，形态的稳定性优异，在电池组装时不容易破损，因此是理想的。作为这种纺织品，平纹织物、缎子、斜纹织物等，另外作为无纺布可对用例如梳理方法、气流成网方法、纺粘法、熔喷(melt-blown)法等形成的纤维网，可利用针刺法、水流等络合方法、对包含热熔融性纤维的纤维网进行热处理或加热减压使其熔融粘结的方法、利用粘接剂粘接纤维网的方法得到，但是不限于这些方法。 
又，在负极单元22、正极单元23中，分别设置导电性负极集电体(金属镍板)26、导电性正极集电体(金属镍板)27，负极集电体26、正极集电体27与负载手段(在放电的情况下)或发电手段(在充电的情况下)28连接。29是电解质溶液界面。作为这些集电体26、27的材料，采用在碱性电解液中不发生腐蚀等变质的情况，离子不能够透过而具有导电性的材料，例如可使用金属镍板、镍箔、碳素板、铁或不锈钢上镀镍的钢板、碳素板上镀镍的板材等。 
下面对本实施形态的电池的充电和放电进行详细说明。 
充电 
充电时，在图2中，一旦电池与发电手段28连接，发电手段28放出的电子经过配线30到达负极集电体26，电子从负极集电体26直接与负极单元22的负极粉末状活性物质24反应，或经过负极单元22的电解质溶液一边通过负极粉末状活性物质24一边反应。负极粉末状活性物质24接收容纳电子而发生的阴离子透过隔离器21进入正极单元23，与正极单元23的正极粉末状活性物质25发生反应释放出电子。该电子直接向正极集电体27移动，或经过正极单元23的电解质溶液向正极集电体27移动。该电子经由配线31被提供给发电手段28。 
放电 
放电时，在图2中，一旦电池与负载手段28连接，负载手段28释放出的电子经由配线31到达正极集电体27，电子从正极集电体27直接与正极单元23的正极粉末状活性物质25反应，或经过正极单元23的电解质溶液一边通过正极粉末状活性物质25移动一边反应。正极粉末状活性物质25接收容纳电子而发生的阴离子透过隔离器21进入负极单元22，与负极单元22的负极粉末状活性物质24发生反应释放出电子。该电子直接向负极集电体26移动，或经过负极单元22的电解质溶液向负极集电体26 移动。该电子经由配线30被提供给负载手段28。 
在以上所述的充电和放电中，在正极单元23发生的氧气通过疏水性隔离器21进入负极单元22，与吸氢合金构成的活性物质中包含的氢发生反应转换为水。 
密闭型镍氢电池的第2实施形态 
本实施形态如图3(a)所示，形成将6组单位电池41串联连接的结构。各单位电池41具有中间部用离子能够透过而不使电子透过聚丙烯无纺布构成的疏水性隔离器(全部都未实施亲水处理)42分割开的正极单元43和负极单元44。左端(第1组)的单位电池41的正极单元43的左端壁作为正极集电体45起作用，右端(第6组)的单位电池41的负极单元44的右端壁作为负极集电体46起作用。第1组的单位电池41的负极单元44的右侧壁和第6组的单位电池41的正极单元43的左侧壁由兼作隔板的集电构件47构成。位于中间的4组单位电池41之间也配置兼作隔板的集电构件47，于是，从左端的第1组单位电池41到右端的第6组单位电池41，通过集电构件47串联连接。在各正极单元43与各负极单元44，充填氢氧化钾水溶液作为共同的电解质溶液。又在正极单元43的氢氧化钾水溶液中投入氢氧化镍粉末A，在负极单元44的氢氧化钾水溶液中投入吸氢合金粉末B。 
作为集电构件的材料，可使用金属镍板、镍箔、碳素板、镀镍铁板、镀镍不锈钢板、镀镍碳素板等在碱性电解质溶液中不发生腐蚀等变质的情况，离子不能够透过而具有导电性的材料。 
隔离器42是疏水性材料构成的材料，用与第1实施形态相同的方法在正极单元43和负极单元44充填电解质溶液。 
又，在图3(a)中，从装入高压氧气的氧气瓶48经过压力调整阀49，能够经过路径50对各单位电池41的正极单元43和负极单元44提供氧气。也就是说，经过路径50，通过开闭在至6个正极单元43的各分叉路径上设置的阀门51a、51b、51c、51d、51e和51f以及在至6个负极单元44的各分叉路径上设置的阀门52a、52b、52c、52d、52e和52f，对正极单元43和负极单元44双方、只对正极单元43、或只对负极单元44提供氧气，以此可使该氧气与负极单元44中剩余的氢气发生反应，转换为水。也就是说，提供给负极单元44的氧气与负极单元44内剩余的氢气发生反应，转换为水，提供给正极单元43的氧气透过隔离器42，与负极单元44内剩余的氢气发生反应转换为水。 
下面对具有图3(a)所示结构的密闭型镍氢电池中，从装入高压(20kg/cm2)氧气的氧气瓶48经过压力调整阀49将2kg/cm2氧气提供给6组单位电池41的各正极单元43和各负极单元44双方的情况下的负极单元44的内压上升的抑制效果进行确认实验并加以说明。 
也就是说，将正极集电体45与负极集电体46连接于未图示的负载手段(白炽灯)后开始放电，1小时之后6组单位电池41的各负极单元44(没有电解质溶液的空的部 分的容积为0.0012m3)的内压上升到1MPa。 
因此，从氧气瓶48经过压力调整阀49将2kg/cm2的氧气提供给6组单位电池41的各正极单元43和各负极单元44双方时，1小时后6组单位电池41的各负极单元44的内压降低到0.1MPa。 
电池的传热结构的第1实施形态 
如上所述，电池存在由电池反应引起的发热问题。特别是在密闭结构的电池的情况下，发热的问题不能够无视，因此最好是具有合适的传热结构。 
已有的圆筒形电池和方形电池对电池外壳进行冷却，因此要举出规定的冷却效果是困难的。这是因为，圆筒形电池和方形电池都形成为，相对于隔离器以及活性物质的配置方向，向与电极间垂直的方向传递，例如在圆柱状电池的情况下，热量向半径方向传递的结构，也就是通过叠层的隔离器以及活性物质向外部传热的结构。 
如图4所示，圆筒形电池的一个例子，形成为正极活性物质片61、离子透过性隔离器62、负极活性物质片63、离子透过性隔离器62依序叠层卷绕为圆筒形的结构。这种圆筒形电池中，外壳64构成负极端子，电极帽65构成正极端子。方形电池的一个例子如图5所示，正极活性物质片71、离子透过性隔离器72、负极活性物质片73、离子透过性隔离器72依序叠层，构成方形电池。这种方形电池，其一端部壁74构成正极端子，另一端部壁75构成负极端子，侧部壁76、77为绝缘体。 
图4所示的结构，有必要向活性物质片和隔离器的叠层方向(圆周方向)的垂直方向(半径方向)传热，但是通过多层叠层的物质传热是不容易得到良好的传热效果的，当然可以认为各层都有接近隔热材料的作用。特别是叠层中有作为热传导性能差的纤维或多孔性塑料的隔离器，因此热传导性能特别差。同样，图5所示的结构有必要向活性物质片和隔离器的叠层方向(水平方向)的垂直方向传热，但是通过多层叠层的物质传热是不容易得到良好的传热效果的，当然可以认为各层都有接近隔热材料的作用。 
而且电池尺寸增大时，传热面积只按照容量的2/3次方增加，而且传热距离也变大。其结果是，在图4和图5中，即使是对外壳进行冷却，电池的内部也不能够冷却到必要的温度。 
因此在图3(a)所示的电池结构中，作为兼作隔板的集电构件47的结构，采用例如多孔材料以增加传热面积，则这种多孔性集电构件47也作为传热构件起作用，电池反应发生的热量从该集电构件散发出，能够抑制电池的劣化。另一方面，该集电构件47除了能够作为散热构件使用外，也可以作为蓄热构件使用。也就是说，电池反应产生的热量封闭在密闭经过的电池内会促进电池的劣化，因此是不理想的。为了使电池反应顺利进行，电池构件最好是处于一定的温度范围内(约25～50℃)。因此，也可以不强制从多孔性集电构件47散热，而根据情况，有时候为了使电池构件的温度在一定的温度以上，例如约25℃以上，在一部分多孔性集电构件47的外部粘贴隔热材料。同样，在用电扇对散热板进行强制冷却的结构的情况下，电池构件的温度在一定的温度以下时，可以关闭电扇以抑制散热。 
电池大型化时表面积也增大，只对表面进行冷却的情况下，电池内部的冷却往往不充分。在这种情况下，如图3(a)所示，电池由多个单位电池叠层构成的情况下，对隔开各单位电池的隔板(集电构件47)进行冷却时电池内部也能够得到有效冷却。作为隔板的集电构件47是使电流动的构件，如图3(b)所示，多孔性铝板构成的集电构件47与具有隔离器隔开的正极单元和负极单元的单位电池41紧密连接。因此部件电子，而且热量也能够通过集电构件47传递。而且由于集电构件47能够有效地散热，在下方设置提供冷却用的空气的电扇53。在电扇53停止的状态在室温下过充电120％时，2小时后电池内部设置的温度计的温度上升到约100℃。 
因此，在电扇53启动，向6组单位电池构成的叠层型电池提供冷风时，过充电120％2小时后，电池内部设置的温度计的温度也只从室温(25℃)上升约10℃左右。 
电池的传热结构的第2实施形态 
图6是对具有本发明的传热结构的电池单元叠层体81，利用进行强制冷却的风扇和风洞(空气流通空间)进行冷却的结构的立体图。电池单元叠层体81下部具有空气流通的空气流通空间82，利用吸气电扇83a和83b吸入的空气从空气流通空间82经电池单元叠层体81内的传热空间再经过上部的空气流通空间84向外部放出。图6中的箭头表示空气的流动方向。 
图7(a)是表示具有传热结构的电池单元叠层体的一个例子的纵剖面图。该电池单元叠层体81a是6个电池单元叠层的叠层体。各电池单元在正极板85与负极板86之间装入电解质溶液，同时在正极单元(下述隔离器87的左侧部分)与负极单元(下述隔离器87的右侧部分)之间插入在碱性电解液中不发生腐蚀等变质的情况，离子能够透过而不使电子透过的隔离器87，在正极单元内装入正极活性物质，在负极单元内装入负极活性物质构成。而且在相邻的两个电池单元之间，设置吸气电扇83a和83b吸入的空气流通的上下方向的空气流通空间88。 
还有，空气流通空间88不是设置于正极板85与负极板86相对的部分的全部，如图7(b)所示，设置于时间表85与负极板86的中央部的上下方向上，在空气流动空间88的两侧配置导电构件89，正极板85与负极板86借助于导电构件89连接。 
隔离器87可以使用例如四氟乙烯树脂、聚乙烯、尼龙、聚丙烯等的织物、无纺布、或过滤膜片等。导电构件89可以采用金属镍板、镍箔、碳素板、镀镍铁板、镀镍不锈钢板、镀镍碳素板等在碱性电解质溶液中不发生腐蚀等变质的情况，离子不能够透过而具有导电性的材料。 
90、91、92、93为绝缘板，94为正极端子，95为负极端子。 
在图7(a)中，正极板85与负极板86之间装入电解质溶液，同时在正极单元与负极单元之间设置在碱性电解液中不发生腐蚀等变质情况，离子能够透过而不使电子透过的隔离器87，在正极单元内装入正极活性物质，在负极单元内装入负极活性物质构成的电池单元，也可以代之以使用以图2所示构成的密闭型镍氢电池为电池单元的电池，或使用以图3所示的单位电池41为电池单元的电池。 
电池的传热结构的第3实施形态 
图8是传热板96的一实施形态的立体图。该传热板96是以铝为素材并且镀镍的构件。在上下方向上设置多条空气流通路径97。将该传热板96插入图7的正极板85与负极板86之间，可借助于吸入电扇83a与83b使吸入的空气通过流通路径97流通。传热板是与正极板和负极板接触，连接正极板与负极板用的构件，只要有导电性即可。在这一点上，铝的导电性比较差，热传导率比较大，因此作为本发明的传热板具有理想的特性，但是容易氧化。通过镀镍能够使接触电阻降低，因此作为本发明的传热板更加理想。 
电池的传热结构的第4实施形态 
图9是具有传热结构的电池单元叠层体的另一例的横剖面图。该电池单元叠层体98是具有如下所述结构的电池单元叠层的构件。各电池单元在相对设置的正极集电体99和负极集电体100之间配置在碱性电解液中不发生腐蚀等变质情况，离子能够透过而不使电子透过的波纹状隔离器101，并且使其交替接近两个集电体，在波纹状隔离器101与正极集电体99形成的区隔的空间，配置含有电解质溶液102同时含有正极活性物质的正极片103，在波纹状隔离器101与负极集电体100形成的区隔的空间，配置含有电解质溶液102同时含有负极活性物质的负极片104，正极片103与负极片104夹着隔离器101交替装入。又，正极片103与正极集电体99接触，负极片104与负极集电体100接触。而且在相邻的两个电池单元之间插入图8所示的传热板96，并且使一方的电池单元的正极集电体99与另一电池单元的负极集电体100接触。该传热板96的空气流通路径97与正极片103和负极片104的上下方向一致。 
如图9所示，流通电池单元的电流同时热传导性良好的金属构成的正极集电构件99和负极集电构件100分别直接接触正极片103和负极片104，而且各集电构件与起着电气连接正极集电构件99和负极集电构件100的作用的传热板96接触，因此相对于沿着图10的箭头所示的方向通过传热板96的空气流通路径97的空气，作为电池反应的结果发生的热量沿着图11的箭头所示的方向高效率地传递并向外部释放，因此能够将电池单元的叠层体的温度维持于电池反应能够顺利进行的合适的范围。 
105是总正极集电体，106是总负极集电体，107和108是绝缘板。 
正极片是将在例如正极性活性物质、导电性充填剂、树脂中添加溶剂形成的膏状物质涂布于基板上形成板状并使其固化的构件，负极片是将在例如负极活性物质、导电性充填剂、树脂中添加溶剂形成的膏状物质涂布于基板上形成板状，使其固化的构件。作为正极性活性物质和负极性活性物质，可以使用一切公知的活性物质材料。作为导电性充填剂可以可以单独使用碳素纤维、碳素纤维镀镍的材料、碳素颗粒、碳素颗粒上镀镍的材料、有机纤维上镀镍的材料、纤维状镍、镍颗粒、镍箔，或使用它们的组合。作为树脂材料，可以使用软化温度达到120℃的热可塑性树脂、固化温度从常温到120℃的树脂、在蒸发温度为120℃以下的溶剂中溶解的树脂、可溶于水的溶剂中溶解的树脂、可溶于乙醇中的溶剂中溶解的树脂等。作为基板可以采用镍板等有导电性的金属板。
提高电池耐用性的实施形态 
在电池中添加电容器分量，用该电容器分量进行短时间的充放电，由电池负担不足的部分，结果能够提高电池的耐用性。这是因为电容器成分的内阻比电池的内阻小，因此在高速短时间充放电的情况下，以电容器分量为主进行充放电，电池的负担小。为了得到这样的结果，可以采用将电容器容量大的物质插入隔离器与正极活性物质之间以及隔离器与负极活性物质之间的方法。例如可以采用具有图12所示的结构的电池。 
在图12中，111为正极集电体，112为负极集电体，113为绝缘体。这些构件包围的单元(cell)内充满电解质溶液，该单元借助于在碱性电解液中不发生腐蚀等变质，不使电子透过而离子能够透过的离子透过性的，大致为波纹状的隔离器114分割为正极侧单元115和负极侧单元116两个部分。在正极侧单元115内，配置与隔离器114全面接触的含有正极活性物质的大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布117，而且配置与无纺布117全面接触，同时与正极集电极111部分接触的含有正极活性物质的大致为波纹状的海绵态镍构成的成型体118。在负极侧单元116内，配设与隔离器114全面接触的含有负极活性物质的大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布119，而且配置与无纺布119全面接触同时与负极集电体112部分接触的含有负极活性物质的大致为波纹状的海绵态镍构成的成型体120。在图12的结构中，大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布117与大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布119相当于电容器分量。 
图12所示的构成的密闭型电池中，去除大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布117与大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布119的情况下的充放电循环寿命为4000次循环(cycle)，而如图12所示，具有大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布117与大致为波纹状的聚丙烯纤维无纺布119的情况下的充放电循环寿命超过10000次循环(充放电10000次循环后仍然没有达到其循环寿命极限)。 
工业应用性 
本发明的电池可以适合使用于工具、玩具、电灯、照相机、收音机、个人电脑、录像机、便携式电话等作为电源电池。 

Claims (3)

1.一种电池单元叠层体的传热结构，是在对置设置的正极集电体和负极集电体之间充填电解质溶液，从所述正极集电体向负极集电体配设含有正极活性物质的多片正极片，同时从所述负极集电体向正极集电体配设含有负极活性物质的多片负极片，并且将含有正极活性物质的正极片与含有负极活性物质的负极片交叉组装，而且在所述各正极片与各负极片之间介入离子能够透过而不使电子透过的隔离器，这样构成的电池单元的多个层叠形成的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，
在多个电池单元的相邻的两个电池单元中，一方的电池单元的正极集电体与另一电池单元的负极集电体对置层叠，
相邻的两个电池单元间插入传热板，使其接触一方的电池单元的正极集电体和另一电池单元的负极集电体，而且在所述传热板内设置多条平行的直线状的气体或液体构成的传热介质的流通路径。
2.一种电池单元叠层体的传热结构，是在正极板和负极板之间装入电解质溶液，同时在正极单元与负极单元之间设置离子能够透过而不使电子透过的隔离器，在正极单元内装入正极活性物质，在负极单元内装入负极活性物质，这样构成的电池单元的多个层叠形成的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，
电池单元的叠层体形成密闭结构，
在相邻的两个电池单元间设置上下方向的空气流通空间，
在多个叠层电池单元的上部和下部，设置水平方向的空气流通空间，
通过在下部的空气流通空间设置的吸气风扇吸入空气，通过上下方向的空气流通空间和上部的空气流通空间向外部放出空气，以进行强制冷却。
3.根据权利要求2所述的电池单元叠层体的传热结构，其特征在于，隔离器是由疏水性材料构成的。
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