JP2005285515A - Alkali enclosed secondary battery and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルカリ密閉二次電池およびその製造方法に関し、特に大電流用途に適用した場合おける信頼性向上のための技術に関する。 The present invention relates to an alkaline sealed secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for improving reliability when applied to a large current application.
近年、ハイブリッド電気自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)や電気自動車(Pure−Electric Vehicle)の開発が進む中、これに用いる密閉二次電池の開発も進められている。特に、ニッケル−水素(Ni−MH)二次電池などのアルカリ密閉二次電池(以下では、単に「電池」という。)は、鉛電池に比べてエネルギ密度が高く、上記車両等に搭載する電池として適している。 In recent years, while development of hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (Pure-Electric Vehicles) has progressed, the development of sealed secondary batteries used therefor has also been promoted. In particular, an alkaline sealed secondary battery (hereinafter simply referred to as “battery”) such as a nickel-hydrogen (Ni-MH) secondary battery has a higher energy density than a lead battery, and is a battery mounted on the vehicle or the like. Suitable as
これらの車両に用いられる電池としては、複数の渦巻状電極体を並列接続して1つのセルユニットとし、複数のセルユニットを樹脂製外装体における仕切られたセル室内に各々収納した構成のものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。この密閉電池では、複数のセルユニットが直列接続され、また、各セルユニットを構成する複数の渦巻状電極体が電解液保持のために保液シートで巻回された構成を有している。
しかし、上記特許文献1に代表される従来の電池では、長期にわたって充放電を繰り返した際の出力のバラツキが顕著となり、また、寿命が短いという問題があった。これは、次のような理由によるものであると考えられる。つまり、上記特許文献1に係る電池では、各セルユニットが複数の電極体を集電板で並列接続し、この集電板どうしを直列接続した形態を有しているので、電池から大電流を取り出す際には、1つのセルユニット内において、各セルユニット間を接続する接続ポイントに近い電極体ほど高い電流が流れ、接続ポイントから遠い電極体では低い電流しか流れない。よって、特許文献1に係る電池では、セルユニット内の各電極体で流れる電流のバラツキを生じ、これによって電解液の消費にバラツキを生じる。よって、特許文献1の電池では、大電流を要する用途での使用が長期にわたると、電池の出力バラツキが顕著となり、寿命が短くなるという問題がある。
However, the conventional battery represented by the above-mentioned
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、大電流出力を要する用途に対しても、長期にわたって高い信頼性を維持し得るアルカリ密閉二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides an alkaline sealed secondary battery capable of maintaining high reliability for a long period of time even for applications requiring a large current output, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明は、次の特徴を有する。なお、以下で用いる「電池」とは、上述のように、アルカリ密閉二次電池のことを示すものである。
(1)正負両極板がセパレータを挟んで対向配置された状態で巻回された電極体を複数有するとともに、当該複数の電極体を収納する外装体を有する電池であって、外装体における複数の電極体を収納する領域は、仕切り壁をもって電極体の収納数に応じた複数のセル室に区分けされており、複数の電極体の各々は、巻回軸が仕切り壁に交差する状態でセル室毎に分けて収納され、且つ、相互間が直列接続されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features. The “battery” used below indicates an alkaline sealed secondary battery as described above.
(1) A battery having a plurality of electrode bodies wound in a state in which positive and negative bipolar plates are arranged to face each other with a separator interposed therebetween, and having an exterior body that houses the plurality of electrode bodies, The region for storing the electrode body is divided into a plurality of cell chambers according to the number of electrode bodies stored with a partition wall, and each of the plurality of electrode bodies has a cell chamber in a state where the winding shaft intersects the partition wall. It is characterized by being stored separately and connected in series with each other.
(2)上記(1)に係る電池であって、外装体は、ケースと蓋体とから構成されており、ケースおよび蓋体の少なくとも一方には、複数のセル室の相互間でのガス流通を可能とするガス流通経路が設けられていることを特徴とする。
(3)上記(1)または(2)に係る電池であって、複数の電極体の各々において、巻回軸方向の両端面に位置する正極板および負極板には、当該電極体の径方向に延びる突出部を有してなる集電部材が各々に接合されており、外装体における仕切り壁には、電極体を各セル室に収納した際に突出部の端部近傍が近接する部分に透孔が形成されており、隣り合う電極体どうしの間は、仕切り壁を挟んで位置する各集電部材の突出部どうしを透孔を通して接合することで、直列接続されていることを特徴とする。
(2) The battery according to (1) above, wherein the exterior body includes a case and a lid, and gas flow between a plurality of cell chambers is provided in at least one of the case and the lid. It is characterized in that a gas distribution channel that enables the above is provided.
(3) In the battery according to (1) or (2) above, in each of the plurality of electrode bodies, the positive electrode plate and the negative electrode plate located on both end faces in the winding axis direction are arranged in the radial direction of the electrode body. Current collecting members each having a protruding portion extending to the partition wall are joined to each other, and the partition wall of the exterior body is close to the portion near the end of the protruding portion when the electrode body is stored in each cell chamber. A through hole is formed, and the adjacent electrode bodies are connected in series by joining the protruding portions of the current collecting members positioned across the partition wall through the through hole. To do.
(4)上記(2)または(3)に係る電池であって、前記仕切り壁は、互いに対応した形態をもって、ケースおよび蓋体の両方に形成されており、ガス流通経路は、蓋体における仕切り壁に一部領域が切り欠かれて形成されたものであって、この蓋体には、当該外装体内部の圧力が所定圧力以上となったときに、内部のガスを外部放出するための安全弁が、ガス流通経路に接続された状態で設けられていることを特徴とする。 (4) The battery according to (2) or (3) above, wherein the partition wall has a form corresponding to each other and is formed in both the case and the lid, and the gas flow path is a partition in the lid. A part of the wall is notched and formed, and this lid has a safety valve for releasing the internal gas to the outside when the pressure inside the exterior body exceeds a predetermined pressure. Is provided in a state of being connected to the gas flow path.
(5)上記(1)から(4)の何れかに係る電池であって、複数の電極体における各々の外周には、当該電極体における径方向の膨化を抑制するための環状の拘束部材が挿嵌されていることを特徴とする。
(6)上記(1)から(5)の何れかに係る電池であって、外装体を構成するケースおよび蓋体は、双方が樹脂材料から構成されていることを特徴とする。
(5) In the battery according to any one of (1) to (4), an annular restraining member for suppressing radial expansion of the electrode body is provided on each outer periphery of the plurality of electrode bodies. It is characterized by being inserted.
(6) In the battery according to any one of (1) to (5), the case and the lid constituting the exterior body are both made of a resin material.
(7)電池の製造方法であって、次の(電極体形成ステップ)から(封口ステップ)に至る各ステップを有することを特徴とする。
*電極体形成ステップ;正負両極板をセパレータを挟んで対向配置し、当該配置状態を維持しながら巻回加工を施すことで電極体を形成する。
*ユニット形成ステップ;電極体の外周に対して、当該電極体における径方向の膨化を抑制するための環状の拘束部材を挿嵌し、電極体における巻回軸方向の両端面に位置する正極板および負極板に、電極体の径方向に延びる突出部を有してなる集電部材を各々接合してセルユニットを形成する。
(7) A method for producing a battery, characterized in that it includes steps from the following (electrode body forming step) to (sealing step).
* Electrode body forming step: Positive and negative bipolar plates are arranged opposite to each other with a separator interposed therebetween, and an electrode body is formed by performing winding while maintaining the arrangement state.
* Unit formation step: A positive electrode plate positioned on both end surfaces of the electrode body in the winding axis direction by inserting annular restraining members for suppressing radial expansion of the electrode body on the outer periphery of the electrode body A current collecting member having a protruding portion extending in the radial direction of the electrode body is joined to the negative electrode plate to form a cell unit.
*収納ステップ;複数の仕切り壁によって複数のセル室に区分けされ、当該複数のセル室が各々開口部を有してなるケースに対して、複数のセルユニットの各々を、巻回軸が仕切り壁に交差する状態にセル室毎に1ユニットずつ収納する。
*接続ステップ;ケースに収納された状態の隣り合うセルユニットどうしの間を、仕切り壁における突出部に近接する部分に設けられた透孔を通して、互いの突出部どうしを接合し複数のセルユニットを直列接続する。
* Storing step: For a case where a plurality of cell chambers are divided into a plurality of cell chambers by a plurality of partition walls, and each of the plurality of cell chambers has an opening, each of the plurality of cell units is separated by a winding shaft. One unit is stored in each cell room in a state of intersecting with.
* Connecting step: Joining each other's protrusions through the through holes provided in the partition wall adjacent to the protrusions between adjacent cell units housed in the case Connect in series.
*電解液注入ステップ;ケースの各セル室に電解液を注入する。
*封口ステップ;ケースの各セル室間のガス流通を可能とするガス流通経路が設けられ、且つ、内部圧力によって開閉動作をする安全弁がガス流通経路に接続された状態で設けられてなる蓋体を、ケースの開口部を封口する状態に向かい合わせに配置し、互いを接合する。
* Electrolyte injection step: Electrolyte is injected into each cell chamber of the case.
* Sealing step: a lid provided with a gas flow path that enables gas flow between the cell chambers of the case, and a safety valve that is opened and closed by internal pressure connected to the gas flow path Are arranged facing each other so as to seal the opening of the case, and are joined to each other.
本発明に係る電池は、外装体内において電極体がセル室毎に区分けされた状態であって、且つ、それらが互いに直列接続されているので、電池内の複数の電極体は、電池から大電流を取り出すような場合にあっても、相互に電気的な均一状態が保持される。つまり、上記特許文献1に係る電池では、1つのセル室内で複数の電極体が集電板で並列接続され、集電板の一端から入出力するように構成されているので、電極体ごとで電解液の消費にバラツキを生じ、使用が長期にわたると、電池の出力バラツキが顕著となり、寿命が短くなるというといった問題を有していた。
The battery according to the present invention is in a state in which the electrode bodies are divided into cell chambers in the exterior body, and since they are connected in series with each other, the plurality of electrode bodies in the battery are separated from the battery by a large current. Even in the case of taking out, the electrical uniform state is maintained. That is, in the battery according to
これに対して、本発明に係る電池では、複数の電極体がセル室毎に分けて外装体内に収納されているとともに、相互間が直列接続されているので、各集電板に電極体が1つだけ接続されることになる。よって、本発明に係る電池では、電池から大電流を取り出す場合にも、複数の電極体の各々を流れる電流は均一な状態となり、電池を大電流用途で長期にわたって使用した場合にも、電池の出力バラツキが小さく抑えられ、電池寿命も長い。 On the other hand, in the battery according to the present invention, a plurality of electrode bodies are stored in the exterior body separately for each cell chamber, and are connected in series with each other. Only one will be connected. Therefore, in the battery according to the present invention, even when a large current is taken out from the battery, the current flowing through each of the plurality of electrode bodies is uniform, and even when the battery is used for a long time for a large current application, Output variation is kept small and battery life is long.
従って、本発明に係る電池では、大電流出力を要する用途に対しても、長期にわたって高い信頼性を維持することができるという優位性を有する。
なお、本発明に電池では、上記(2)のように、複数のセル室の相互間でガス流通を可能とするガス流通経路を設けておけば、各電極体間で容量バラツキが存在してもガス流通経路を通じて電池内の複数のセル室間の内圧の均一性が保持される。これによって、上記(2)に係る電池では、酸化による極板劣化の進行が抑制され、より長寿命である。
Therefore, the battery according to the present invention has an advantage that high reliability can be maintained over a long period of time even for applications requiring a large current output.
In the battery according to the present invention, as shown in (2) above, if a gas flow path that allows gas flow between a plurality of cell chambers is provided, there is capacity variation between the electrode bodies. Also, the uniformity of the internal pressure among the plurality of cell chambers in the battery is maintained through the gas flow path. Thereby, in the battery according to (2), the progress of electrode plate deterioration due to oxidation is suppressed, and the life is longer.
また、本発明に係る電池の製造方法は、上述の優位性を有する電池を容易に製造することができる。 Moreover, the battery manufacturing method according to the present invention can easily manufacture a battery having the above advantages.
本発明を実施するための最良の形態について、ニッケル−水素(Ni−MH)密閉二次電池(以下では、単に「電池」という。)1を一例として、図面を参酌しながら説明する。電池1は、HEV用のものであって、電圧7.2(V)、公称容量6500(mAh)の電池である。なお、以下で説明の電池1は、本発明に一例の過ぎず、本発明を限定するものではない。
(電池1の構成)
先ず、電池1の構成について図1および図2を用いて説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described with a nickel-hydrogen (Ni-MH) sealed secondary battery (hereinafter simply referred to as “battery”) 1 as an example with reference to the drawings. The
(Configuration of battery 1)
First, the structure of the
図1(a)に示すように、本実施の形態に係る電池1は、X方向を長手方向とするケース10および蓋11によって外装体が形成されている。ケース10と蓋11とは、ともに合成樹脂材料から形成されており、開口部どうしが溶着されて内部の密閉状態が保たれている。外装体の一方の構成要素であるケース10の外側面の一部(XZ面)には、Z方向に延びるリブ10Rが形成されている。このリブ10Rは、合成樹脂材料からなるケース10の一部が梁状に加工されているものである。リブ10Rが果たす機能としては、複数の電池1を互いに隣接させて配置した際に、電池1間で冷媒通路を確保するというものと、ケース10の外側面の剛性を向上させるというものとがある。
As shown in FIG. 1A, the
また、ケース10におけるX方向両端面には、外部接続端子13a、13bが取り付けられている。なお、2つの外部接続端子13a、13bの内、端子13bについては、便宜上、図示を省略している。
蓋11におけるZ方向の上面には、内部圧力が規定値に達した場合に、内部のガスを外部放出するための安全弁12が取り付けられている。
In addition,
A
図1(b)に示すように、電池1は、ケース10および蓋11で形成される内部空間に、6つの電極体ユニット17を有している。各電極体ユニット17は、渦巻形状を有する電極体14と、その巻回軸方向両端に接合された正負両集電板15a、15bと、電極体14の外周に外嵌されてなる拘束バンド16とから構成されている。この内、正負両集電板15a、15bの各々には、電極体14との接合部分にバーリング加工が施されているとともに、Z方向に舌状に延びるタブ部分15a2、15b2(図3(b)参照。)に接合部15pが形成されている。
As shown in FIG. 1B, the
また、拘束バンド16は、金属材料(例えば、SPCDにNiメッキを施したもの)を用いて環状に形成されたものであり、その内周径が電極体14の外周と略同等に形成されている。ここで、拘束バンド16が外嵌される電極体14の最外周には、セパレータ143(図1では、不図示。)が配置されており、金属材料からなる拘束バンド16との間で絶縁が確保されており、電極体14に内部短絡等を生じることはない。
The restraining
ケース10は、仕切り壁101によって6つのセル室102に区分けされており、各仕切り壁101のZ方向上方部分に接続用の透孔101hを有する。ケース10における各セル室102のサイズは、X方向およびY方向に電極体ユニット17の同方向サイズと略同等に設定されており、Z方向には各集電板15a、15bのZ方向長さよりもやや大きく設定されている。また、ケース10におけるX方向両側の側面には、上述のように外部接続端子13a、13bが設けられているが、これらの端子13a、13bからは、X方向両端に位置するセル室102に収納される各電極体ユニット17の集電板15a、15bとの接続が可能なように、その一部がセル室102内に露出する構成となっている。
The
なお、上記において、X方向およびY方向に電極体ユニット17のサイズがセル室102のサイズと略同等とは、セル室102に電極体ユニット17が大きな隙間を生ずることなく収納可能なサイズということである。
このような構成を有するケース10に対して、6つの電極体ユニット17は、各々が各セル室102に区分けされて収納されており、隣り合う電極体ユニット17間は、一方の電極体ユニット17の正極集電板15aと他方の電極体ユニット17の負極集電板15bとが仕切り壁101に設けられた透孔101hを通して溶接接合されている。即ち、図1(b)に示すように、6つの電極体ユニット17は、各々がセル室102毎に収納され、直列接続された構成となっている。
In the above description, the size of the
With respect to the
蓋11については、ケース10に設けられた仕切り壁101に対応して仕切り壁111が形成されている。そして、この蓋11における仕切り壁111には、その一部領域に切り欠き部111aが形成されている。
なお、図1等においては図示を省略しているが、各セル室102内には、所定量の電解液が注入されている。電解液の注入量は、各電極体ユニット17の充放電に十分な量であって、電池1を数度傾けただけでは蓋11の切り欠き部111aにまで達することがない量に設定されている。
(蓋11に設けられた切り欠き部111aの機能)
次に、上述のように、電池1における蓋11の各仕切り壁111には切り欠き部111aが設けられているが、これが果たす機能について、図2を用いて説明する。図2は、電池1における要部を示す断面図である。
For the
Although not shown in FIG. 1 and the like, a predetermined amount of electrolytic solution is injected into each
(Function of the
Next, as described above, each
図2に示すように、本実施の形態に係る電池1では、6つの電極体ユニット17の各々がセル室102毎に分け収納されている。そして、ケース10内においては、これらセル室102間は別個独立した状態となっている。
蓋11における仕切り壁111に設けられた切り欠き部111aは、各セル室102間でのガス流通を可能とするガス流通経路としての機能を有するものである。即ち、電池1を使用する際には、電極体14からはガスが発生することになる。このようにガスが発生した場合に、上記特許文献1のようにセル室102を完全に別個独立に形成していた場合には、各電極体14の容量バラツキ等によって発生するガス量もバラツキを生じることになる。これに対して、本実施の形態に係る電池1では、蓋11における仕切り壁111の各々に切り欠き部111aを設けることでこのガスがセル室102相互間で円滑に流通させることができる。
As shown in FIG. 2, in the
The
また、電池1では、このように切り欠き部111aを設けることで安全弁12の形成数を1つとすることができる。ここで、安全弁12は、この構成要素の内の一部に蓋11を用いており(この部分を弁部分112という。)、これと安全弁12のキャップ121とで形成される内部空間にゴム製の弁体122が収納されている。そして、蓋11における弁部分112には、弁体122が収納された部分とセル室102とを通じさせるように開口部11hが設けられている。電池1の内部圧力が規定値以下の状態、即ち、通常状態においては、この開口部11hが弁体122で塞がれた状態となっている。
Further, in the
蓋11における切り欠き部111aは、6つのセル室102でのガス流通を可能とするので、上述のように、1つの安全弁12をもって電池1全体の内部圧力の調整が可能となっている。
(電池1の優位性)
以上のような構造を有する電池1の優位性は、次のようなところにある。
(1)図1に示すように、電池1では、6つの電極体ユニット17がそれぞれ区分けされたセル室102に収納されており、互いが直列に接続されている。このため、電池1では、大電流の取り出し時等においても、電極体ユニット17相互での電気的な均一状態が保持される。即ち、上記特許文献1の電池では、1つのセル室に並列接続された複数の電極体が収納されているため、大電流を取り出す際などに流れる電流が電極体間でバラツキを生じることになる。これによって、従来の電池では、電池出力のバラツキや短寿命といった問題を生じていた。
Since the
(Superiority of battery 1)
The superiority of the
(1) As shown in FIG. 1, in the
これに対して、本実施の形態に係る電池1では、上記図1の構造を有するので、大電流を取り出す際などにも、6つの電極体14で均一な電流が流れることになる。よって、電池1では、大電流出力を要する用途に対しても、長期にわたって高い信頼性を維持し得る。
(2)また、本実施の形態に係る電池1では、6つのセル室102間のガス流通を可能とするガス流通経路が設けられているので、内圧が電池1全体として均一に保持され、酸化を原因とする極板の劣化の進行が抑制されるという優位性も有している。ここで、上記特許文献1の電池のように、各セル室が完全に独立した状態に形成されている場合には、各セル室に収納された電極体の容量バラツキによってセル室間で内圧にバラツキを生じることになり、極板の酸化による劣化の進行にバラツキを生じて、電池全体としてみた場合には、短寿命となる。
On the other hand, since the
(2) Moreover, in the
これに対して、本実施の形態に係る電池1では、各セル室102間が蓋11の切り欠き部111aによってガス流通可能となっており、6つのセル室102の内圧が均一に保持される。よって、電池1では、全体としてみたときの極板の酸化劣化の進行が抑制され、長寿命であるといえる。
(電池1の製造方法)
次に、電池1の製造方法の内でも、特徴的である電極体ユニット17の作製から電極体ユニット17の直列接続に係るまでの工程について、図3および図4を用いて説明する。
On the other hand, in the
(Method for manufacturing battery 1)
Next, steps from the production of the
図4(a)に示すように、予め作製した渦巻状の電極体14の外周に環状の拘束バンド16を外嵌する。渦巻電極体14は、正極板141と負極板142とがセパレータ143を挟んだ状態で対向配置され、この状態のまま巻回加工されて形成されたものである。
渦巻電極体14の正極板141には、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燒結多孔体を形成し、その後に、化学含浸法によって水酸化ニッケルを主体とする活物質をニッケル燒結多孔体内に充填して作製されたものである。
As shown in FIG. 4A, an
On the
また、負極板142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負極活物質を充填し、乾燥させた後に所定厚みまで圧延することによって得られたものである。なお、これら正負両極板141、142およびセパレータ143の製造方法については、従来と同様であり、上記以外の方法を用いてもかまわない。
The
なお、渦巻状の電極体14における巻回軸方向、即ち、X方向における両端部分には、一方に正極板141、他方に負極板142が少しだけ露出された状態となっている。
図3(a)に示すように、電極体14の外周に拘束バンド16を外嵌させる時点では、電極体14に電解液が含まれていないので、電極体14の外周径は、拘束バンド16の開口部16hの内径よりも小さなものとなっており、特別な操作を伴わなくても、容易に拘束バンド16を電極体14に外嵌することができる。
In addition, the
As shown in FIG. 3A, since the electrolyte solution is not contained in the
次に、図3(b)に示すように、拘束バンド16が外嵌された電極体14に対して、X方向両端部に正極集電板15a、負極集電板15bをそれぞれ接合する。これら集電板15a、15bは、ともに電極体14への接合部分15a1、15b1と、Z方向上方に延びるタブ部分15a2、15b2とから構成されており、図3(b)の下側拡大部分に示すように、両タブ部分15a2、15b2に窪み状に接合部15pが形成されている。また、図3(b)の上側拡大部分に示すように、集電板15a、15bには、各極板141、142との確実な接合を図るためのバーリング加工部15Wが形成されている。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the positive electrode
なお、電極体14への集電板15a、15bの接合に際しては、抵抗溶接法の他に、レーザ溶接法等を用いることもできる。
次に、図4(a)に示すように、ケース10に形成されたセル室102毎に1つの電極体ユニット17を収納する。電極体ユニット17とセル室102とのサイズ関係は、X方向において、各電極体ユニット17の長さ(集電板15aの表面から集電板15bまでの距離)がセル室102のサイズと略同一に設定されている。また、ケース10の各セル室102の内部空間におけるZ方向の深さは、セル室102内に電極体ユニット17を収納した際に、各集電板15a、15bの接合部15pが丁度各仕切り壁101の透孔101hが形成された箇所に相当するように設定されている。
In addition, in joining the
Next, as shown in FIG. 4A, one
最後に、図4(b)に示すように、各セル室102毎に電極体ユニット17を収納した状態で、ケース10の仕切り壁101を挟んだ状態で対向する集電板15a、15bの接合部15pどうしを抵抗溶接用の電極501、502で加圧しながら電流を流すことで抵抗溶接し、接合する。
以上のようにして、ケース10への電極体ユニット17の収納工程までが完了する。
Finally, as shown in FIG. 4 (b), the
As described above, the process up to storing the
なお、この後にケース10の各セル室102に所要量の電解液を注入した後、蓋11をもって、封口するのであるが、これらの各工程については、説明を省略する。
(確認実験)
以下では、本実施の形態に係る電池1の上記優位性を確認するために行った実験について、図5を用いて説明する。図5では、(a)に実施例1に係る電池に内蔵される電極体ユニット17、(b)に実施例2に係る電池に内蔵される電極体ユニット18、(c)に比較例に係る電池に内蔵される電極体ユニット217の模式的な側面図を示す。なお、これら3種類の電極体ユニット17、18、217では、互いに同一の極板対向面積を有するように設定がなされている。また、各々の電池は、電圧7.2(V)、公称容量6500(mAh)とした。
In addition, after inject | pouring a required quantity electrolyte solution into each
(Confirmation experiment)
Below, the experiment conducted in order to confirm the said superiority of the
(実施例1)
図5(a)に示すように、実施例1に係る電池が備える電極体ユニット17は、上記実施の形態における電池1が備えるものと同様の構成を有しており、次のような寸法を有する。
1.正極板;焼結式ニッケル正極板、極板長さ720(mm)、極板幅50(mm)、極板厚み0.4(mm)
2.負極板;水素吸蔵合金負極板、極板長さ800(mm)、極板幅50(mm)、極板厚み0.2(mm)
3.電極体14;渦巻電極体、巻回外径φ31(mm)
4.集電板15a、15b;Z方向全高さ45(mm)、Z方向下端から接合部15p中心までの距離40.5(mm)
5.拘束バンド;Niメッキを施したSPCD、X方向幅40(mm)
(実施例2)
図5(b)に示すように、実施例2に係る電池が備える電極体ユニット18は、上記実施例1に係る電極体ユニット17から拘束バンド16をなくした構成を有し、他の構成に相違点はない。
(Example 1)
As shown in FIG. 5 (a), the
1. Positive electrode plate: sintered nickel positive electrode plate, electrode plate length 720 (mm), electrode plate width 50 (mm), electrode plate thickness 0.4 (mm)
2. Negative electrode plate: hydrogen storage alloy negative electrode plate, electrode plate length 800 (mm), electrode plate width 50 (mm), electrode plate thickness 0.2 (mm)
3.
4).
5). Restraint band: SPCD with Ni plating, X direction width 40 (mm)
(Example 2)
As shown in FIG.5 (b), the
(比較例)
図5(c)に示すように、比較例に係る電池が備える電極体ユニット217には、並列接続された4つの電極体214を有しており、次のような寸法を有する。
1.各電極体214;渦巻電極体、巻回外径φ15(mm)
2.電極体214間の間隙;3(mm)
3.集電板215a、215b;Z方向全高さ85(mm)、Z方向下端から接合部215pの中心までの距離80.5(mm)
なお、比較例に係る電極体ユニット217については、上述のように全体として上記電極体ユニット17、18と同一の極板対向面積を有している。また、実施例1、2および比較例の各電池における他の構成要素については、上記実施の形態と同様とした。
(Comparative example)
As shown in FIG.5 (c), the
1. Each
2. Gap between
3.
Note that the
(実験1)高温パルスサイクル寿命
上記実施例1、2および比較例の3種類の電池について、先ず、次の条件をもって充電した。
充電条件;温度25(℃)の雰囲気下において、充電電流6500(mA)で電池容量の50(%)に達するまで実施した。
(Experiment 1) High-temperature pulse cycle life For the three types of batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example, first, charging was performed under the following conditions.
Charging conditions: In an atmosphere at a temperature of 25 (° C.), the charging current was 6500 (mA) until the battery capacity reached 50%.
通電条件;40(A)放電⇒40(A)充電⇒80(A)放電⇒80(A)充電⇒120(A)放電⇒120(A)充電⇒160(A)放電⇒160(A)充電を、各々の間に10(min.)の休止期間をおきながら実施し、各放電実施後の10(min.)休止後において10(sec.)間ずつ通電した。そして、10(sec.)経過時点における各電池電圧を放電電流毎に測定した。この各放電電流に対して得られた電池電圧の値をプロットし、その傾きを初期における各電池の電池抵抗R1として求めた。 Energizing condition: 40 (A) discharge ⇒ 40 (A) charge ⇒ 80 (A) discharge ⇒ 80 (A) charge ⇒ 120 (A) discharge ⇒ 120 (A) charge ⇒ 160 (A) discharge ⇒ 160 (A) charge Was conducted with a 10 (min.) Rest period between them, and energized for 10 (sec.) After 10 (min.) Rest after each discharge. And each battery voltage in 10 (sec.) Progress time was measured for every discharge current. The obtained battery voltage value was plotted against each discharge current, and the slope was determined as the battery resistance R1 of each battery in the initial stage.
次に、各電池を次の条件にて高温パルスサイクルに供した。
高温パルスサイクル条件;温度45(℃)の雰囲気下において、SOC(State of Charge:充電条件)が100(%)未満の範囲内に維持されるように充電制御を行いながら、50(A)の電流をもって間欠充放電を20000(サイクル)繰り返した。
Next, each battery was subjected to a high temperature pulse cycle under the following conditions.
High-temperature pulse cycle condition: 50 (A) while controlling charging so that SOC (State of Charge: charging condition) is maintained within a range of less than 100 (%) in an atmosphere at a temperature of 45 (° C.) Intermittent charging / discharging was repeated 20000 (cycles) with current.
そして、サイクルを繰り返した後の各電池について、上記電池抵抗R1の算出と同様の方法をもって電池抵抗R2を算出した。電池抵抗R1とR2の比について、表1に示す。
(実験2)電池出力
実施例1、2および比較例の3種類の電池について、1(It)、1(Hr.)で充電を実施し、15(It)、終止電圧1.0(V)で放電をして算出される電池出力を測定した。そして、比較例に係る電池の出力を「100」として指数で表し、表1に示す。
And about each battery after repeating a cycle, battery resistance R2 was computed with the method similar to calculation of the said battery resistance R1. Table 1 shows the ratio of the battery resistances R1 and R2.
(Experiment 2) Battery Output For the three types of batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example, charging was performed at 1 (It) and 1 (Hr.), 15 (It), and final voltage 1.0 (V). The battery output calculated by discharging was measured. The output of the battery according to the comparative example is expressed as an index with “100”, and is shown in Table 1.
これらは、比較例に係る電極体ユニット217では、2枚の集電板215間で挟まれた状態で4つの電極体214が並列接続されており、Z方向の上下で電極体214に流れる電流に差異が生じることで高温パルスサイクル寿命が短くなったものと考えられる。
これに対して、実施例1および実施例2に係る電池では、1つの電極体14から電極体ユニット17、18が構成されており、上記比較例に係る電極体ユニット217のように電極対14間で流れる電流の不均一を生じることがなかったためであると考えられる。
In the
On the other hand, in the batteries according to Example 1 and Example 2, the
また、実施例1に係る電池と実施例2に係る電池のとを比較するとき、実施例1に係る電池では、電池抵抗比(R2/R1)が0.01ポイント優れ、電池出力比が2ポイント優れる結果となった。これについては、実施例1に係る電極体14の外周に拘束バンド16が外嵌されているのに対して、実施例2に係る電極体ユニット18では、拘束バンドを用いていなかったことにより生じたものであると考えられる。即ち、実施例1に係る電極体ユニット17に備える拘束バンド16は、充放電時における極板の膨化を抑制するのに効果を有するものであることがわかる。このため、極板の膨化が小さい実施例1に係る電極体ユニット17を備える電池が電池抵抗比および電池出力比の両方で優れた結果を得るに至ったものと考えられる。
(その他の事項)
なお、上記実施の形態については、本発明の一例であって、本発明が上記実施の形態に限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態においては、Ni−MH電池を一例としたが、アルカリ密閉二次電池であれば、電池の種類はこれに限定されるものではなく、Ni−Cd電池やLi電池などに適用することもできる。
Further, when comparing the battery according to Example 1 and the battery according to Example 2, the battery according to Example 1 has an excellent battery resistance ratio (R2 / R1) of 0.01 points and a battery output ratio of 2. The point was excellent. This occurs because the
(Other matters)
The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the Ni-MH battery is taken as an example. However, the type of battery is not limited to this as long as it is an alkaline sealed secondary battery, such as a Ni-Cd battery or a Li battery. It can also be applied.
また、上記実施の形態においては、内部に6つの電極体ユニット17を備える電池1を用いたが、電極体ユニット17の収納数などもこれに限定を受けるものではない。例えば、内蔵する電極体ユニット17の数は、5ユニット以下であってもよいし、逆に7ユニット以上であってもかまわない。
また、上記実施の形態いおいては、蓋11の各仕切り壁111に設けた切り欠き部111aをもって各セル室102間のガス流通経路を確保することとしたが、セル室102間のガス流通が可能とすることができれば、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、上記図1(a)において、蓋11におけるZ方向上方に各セル室102間を結ぶようなパイプを設けるような構成を採用することもできる。
Moreover, in the said embodiment, although the
Further, in the above embodiment, the gas flow path between the
さらに、本発明では、上記実施の形態に係る電池1で採用した極板141、142の材料や拘束バンド16の材料などについても、適宜変更可能である。ただし、拘束バンド16の構成に用いる材料については、単位面積あたりの伸び率が少なくともケース10を構成する材料よりも小さいものを用いることが望ましい。
Furthermore, in the present invention, the materials of the
本発明は、特に、HEV用電池などのように大電流出力を要するようなアルカリ密閉二次電池を実現するのに有用である。 The present invention is particularly useful for realizing an alkaline sealed secondary battery that requires a large current output, such as a HEV battery.
1.アルカリ密閉二次電池
10.ケース
11.蓋
12.安全弁
13a、13b.外部接続端子
14.電極体
15a、15b.集電板
16.拘束バンド
17.電極体ユニット
101.仕切り壁
101h.透孔
102.セル室
111a.切り欠き部
141.正極板
142.負極板
143.セパレータ
1. Alkaline sealed
Claims (7)
前記外装体における前記複数の電極体を収納する領域は、絶縁性の仕切り壁をもって前記電極体の収納数に応じた複数のセル室に区分けされており、
前記複数の電極体の各々は、巻回軸が前記仕切り壁に交差する状態で前記セル室毎に分けて収納され、且つ、相互間が直列接続されている
ことを特徴とするアルカリ密閉二次電池。 A positive and negative bipolar plate having a plurality of electrode bodies wound in a state of being opposed to each other with a separator interposed therebetween, and an alkaline sealed secondary battery having an exterior body that houses the plurality of electrode bodies,
The region for storing the plurality of electrode bodies in the exterior body is divided into a plurality of cell chambers according to the number of storage of the electrode bodies with an insulating partition wall,
Each of the plurality of electrode bodies is housed separately for each cell chamber in a state in which a winding shaft intersects the partition wall, and is connected in series with each other. battery.
前記ケースおよび蓋体の少なくとも一方には、前記複数のセル室の相互間でのガス流通を可能とするガス流通経路が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載のアルカリ密閉二次電池。 The exterior body is composed of a case and a lid,
2. The alkali sealed secondary according to claim 1, wherein at least one of the case and the lid is provided with a gas flow path that enables gas flow between the plurality of cell chambers. battery.
前記外装体における仕切り壁には、前記電極体を各セル室に収納した際に前記突出部の端部近傍が近接する部分に透孔が形成されており、
隣り合う前記電極体どうしの間は、前記仕切り壁を挟んで位置する各集電部材の突出部どうしを前記透孔を通して接合することで、直列接続されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアルカリ密閉二次電池。 In each of the plurality of electrode bodies, a current collecting member having a protruding portion extending in the radial direction of the electrode body is joined to the positive electrode plate and the negative electrode plate located on both end surfaces in the winding axis direction. ,
The partition wall in the exterior body has a through hole formed in a portion where the vicinity of the end of the protruding portion is close when the electrode body is stored in each cell chamber,
The adjacent electrode bodies are connected in series by joining the projecting portions of the current collecting members positioned across the partition wall through the through holes. 2. The alkaline sealed secondary battery according to 2.
前記ガス流通経路は、前記蓋体における仕切り壁に一部領域が切り欠かれて形成されたものであって、
前記蓋体には、当該外装体内部の圧力が所定圧力以上となったときに、内部のガスを外部放出するための安全弁が、前記ガス流通経路に接続された状態で設けられている
ことを特徴とする請求項2または3に記載のアルカリ密閉二次電池。 The partition wall has a form corresponding to each other, and is formed in both the case and the lid,
The gas flow path is formed by cutting out a part of the partition wall of the lid,
The lid body is provided with a safety valve connected to the gas flow path for releasing the internal gas to the outside when the pressure inside the exterior body exceeds a predetermined pressure. The alkaline sealed secondary battery according to claim 2 or 3, characterized in that
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のアルカリ密閉二次電池。 5. An annular restraining member for suppressing radial expansion of the electrode body is inserted into the outer periphery of each of the plurality of electrode bodies. Alkaline sealed secondary battery.
ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載のアルカリ密閉二次電池。 The alkaline sealed secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the exterior body is made of a resin material.
前記電極体の外周に対して、当該電極体における径方向の膨化を抑制するための環状の拘束部材を挿嵌し、前記電極体における巻回軸方向の両端面に位置する正極板および負極板に、前記電極体の径方向に延びる突出部を有してなる集電部材を各々接合してセルユニットを形成するユニット形成ステップと、
複数の仕切り壁によって複数のセル室に区分けされ、当該複数のセル室が各々開口部を有してなるケースに対して、前記セルユニットを、巻回軸が前記仕切り壁に交差する状態に前記セル室毎に1ユニットずつ収納する収納ステップと、
前記ケースに収納された状態の隣り合うセルユニットどうしの間を、前記仕切り壁における前記突出部に近接する部分に設けられた透孔を通して、互いの突出部どうしを接合し前記複数のセルユニットを直列接続する接続ステップと、
前記ケースの各セル室に電解液を注入する電解液注入ステップと、
前記ケースの各セル室間のガス流通を可能とするガス流通経路が設けられ、且つ、内部圧力によって開閉動作をする安全弁が前記ガス流通経路に接続された状態で設けられてなる蓋体を、前記ケースの開口部に対して載置し、互いを接合することで前記ケースの開口部を封口する封口ステップとを有する
ことを特徴とするアルカリ密閉二次電池の製造方法。 An electrode body forming step in which the positive and negative bipolar plates are disposed opposite to each other with the separator interposed therebetween, and the electrode body is formed by performing a winding process while maintaining the arrangement state;
A positive electrode plate and a negative electrode plate, which are fitted on the outer periphery of the electrode body, are fitted with annular restraining members for suppressing radial expansion of the electrode body, and are located on both end faces of the electrode body in the winding axis direction. A unit forming step of forming a cell unit by joining current collecting members each having a protruding portion extending in the radial direction of the electrode body;
The cell unit is divided into a plurality of cell chambers by a plurality of partition walls, and the plurality of cell chambers each have an opening, and the cell unit is placed in a state where the winding shaft intersects the partition wall. A storage step for storing one unit per cell room;
The plurality of cell units are joined to each other through the through holes provided in the partition wall adjacent to the protrusions between adjacent cell units accommodated in the case. A connection step to connect in series;
An electrolyte injection step of injecting an electrolyte into each cell chamber of the case;
A lid provided with a gas flow path that enables gas flow between the cell chambers of the case, and a safety valve that opens and closes by internal pressure is connected to the gas flow path; A method for producing an alkaline sealed secondary battery, comprising: a sealing step of sealing the opening of the case by placing it on the opening of the case and bonding the two together.
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-
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- 2004-03-29 JP JP2004096962A patent/JP2005285515A/en active Pending
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