JP2007066604A - 二次電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 内部抵抗が低く高品質な二次電池と、当該二次電池を複数有する電池モジュールとを提供する。
【解決手段】 封口体１０２は、その外側表面において、接続リング２０の接続を以って電力の入出力に供される外縁部１０２ｂが設定されており、ちょうど封口体１０２の材料厚み方向にこれを挟んだ内面部分に集電リード１０４の一端近傍領域が接続される構成となっている。集電体１０９では、集電板１０３に対し、２つの集電リード１０４が、互いの開口が向き合うように接続されている。
集電リード１０４は、電極体１００と封口体１０２とを結ぶＺ軸方向に交差する方向に開口されたＵ字状の断面形状を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、二次電池および電池モジュールに関し、特に二次電池における集電体と封口体あるいは外装缶との接続形態に係る技術に関する。

近年においては、パーソナルコンピュータや携帯電話などの機器だけでなく、電動工具をはじめ、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電動アシスト自転車の電力供給源としても二次電池が用いられるようになってきている。この中で、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車などの高出力用途の場合には、複数の二次電池を直列接続して電池モジュールを構成し、この状態で用いられる。このように数多くの二次電池を直列接続して電池モジュールを形成する場合には、二次電池間の接続における低抵抗化を図り、また、個々の二次電池における内部抵抗の低減を図ることが要求される。

上記要求に対して、例えば、二次電池間の接続における低抵抗化を図る方策としては、例えば、リング状の接続体を二次電池と二次電池との間に介挿させ、これによって一方の二次電池の外装体底面と他方の二次電池の封口体オモテ面とを接続するという技術が提案されている（特許文献１）。
また、各々における二次電池の内部抵抗を低減する方策としては、電極体の上端面に接続された集電板と封口体との間の接続のための集電リードの形状に関する技術が提案されている（特許文献２、３）。これについて、図９を用い説明する。図９（ａ）に示すように、特許文献２に係る技術を適用した集電体５０９は、互いの間が接合された円板状の集電板５０３と枕状の集電リード５０４とからなる。この内、集電板５０３は、電極体５００の上端面から延出された一方の極板端辺に接合されている。なお、電極体５００の下端面に延出されたもう一方の極板端辺には、集電板５０６が接合されている。

一方、図９（ｂ）に示すように、特許文献３に係る技術を適用した集電体５１９も、円板状の集電板５１３と集電リード５１４とからなるのであるが、この文献で提案されている集電リード５１４は、拡大部分に詳細を示すように、底部分の一部が開口された浅皿状をしており、鍔部分５１４ａと漏斗部分５１４ｂと下面部分５１４ｃとからなる。電極体５１０、集電板５１３、５１６については、図９（ａ）に示す構成と同じである。
特開２００３−２１７５５６号公報 特開２００４−２３５０３６号公報 特開昭６１−１７６０５３号公報

しかしながら、上記特許文献２、３をはじめとする従来の技術では、低抵抗化を図りながら高品質な二次電池および電池モジュールを実現することは困難である。具体的には、図１０に示すように、封口体５０２には、スプリング５０７ａと弁板５０７ｂとからなる弁構成体５０７を収納するキャップ部５０２ａが構成され、その周囲に二次電池間の接続に際し接続体の接続を受け入れる外縁部５０２ｂが配されている。そして、二次電池内方においては、集電体５０９における集電リード５０４は、封口体５０２におけるキャップ部５０２ａの反対側の突起部５０２ｃに対して接合されており、このため、矢印で示すように電流経路Ａが長くなってしまう。このため、特許文献２の技術を採用する場合において、電池モジュールを構成することを考慮するとき、トータルとしての低抵抗化に関し不十分である。

また、特許文献３に係る技術では、集電リード５１４と封口体との接合にレーザ溶接を実施することを前提としており、外観品質の観点およびレーザ溶接部分の強度、信頼性の観点などから改善の余地があり、また、電池内の限られたスペースに収まるようにするために集電リードと封口体および集電板５１３との接合面積を大きく設定することが困難である。このため、この技術を用いる場合には、内部抵抗の低減という観点から問題を有する。また、特許文献３の技術に係る集電リード５１４では、封口体を接合し外装缶をカシメ加工した後に、電池の高さ方向に圧縮をかけるのが困難である。これは、集電リード５１４が漏斗状の形状を有することに由来し、その弾力性に欠けるということが原因である。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、内部抵抗が低く高品質な二次電池と、当該二次電池を有する電池モジュールとを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る二次電池は、正極板と負極板とを構成要素とする電極体が、互いに電気的絶縁が図られてなる外装缶と封口体とを構成要素とする外装体の内方に収納され、正負両極板の各々が集電体を介して外装缶および封口体に電気的に接続されてなる構成を有するものであって、外装缶および封口体の各々は、その外面の一部に電力の入出力に供される入出力領域が設定されており、正負両極板に接続された集電体の少なくとも一方は、極板の端辺に接合される板状の集電板と、この集電板と外装体の構成要素（外装缶または封口体）との間を電気的に接続する集電リードとからなり、集電リードは、電極体と外装体の構成要素とを結ぶ軸方向（外装缶の中心軸方向）に交差する方向に開口されたＵ字状の断面形状を有するとともに、外装体の構成要素の内面における、当該構成要素をその材料の厚み方向に挟んで入出力領域と対向する領域に接合されていることを特徴とする。

なお、上記における本発明の特徴の内、「Ｕ字状の断面形状」とは、必ずしも完全なＵ字状である必要はなく、断面のコーナーに角を有する”コの字状”や、集電板側と外装体の構成要素側とでその腕部分の長さが相違する”Ｊ字状”などをも含むものである。さらには、Ｖ字状などをも含むことを意図するものである。
また、本発明に係る電池モジュールは、複数の二次電池の内に上記本発明に係る二次電池を含むことを特徴とする。

本発明に係る二次電池は、上記のように、電極体に接続された少なくとも一方の集電体が、外装体の構成要素（外装缶および封口体の対応する側の要素）に対し、その入出力領域の内面に接合が図られた構成となっている。このため、本発明に係る二次電池では、上記特許文献２に係る二次電池のように電流経路が長くなることはなく、外装体の構成要素における材料の厚みに相当する短い電流経路が実現される。

また、本発明に係る二次電池は、集電体を構成する要素の内の集電リードが、電極体と外装体の構成要素（外装缶または封口体）とを結ぶ軸方向に交差する方向に開口されたＵ字状の断面形状を有する。このため、本発明に係る二次電池では、漏斗状の上記特許文献３に係る集電リード５１４に対し、集電リードと外装体の構成要素および集電板との接合面積を有効に確保することが可能であり、電池の内部抵抗が低く抑えられる。さらに、本発明に係る二次電池は、Ｕ字状の断面形状の集電リードを備えることで、集電リードに上記軸方向における弾性をもたせている。このため、二次電池の製造過程において、封口体により外装缶の開口部を封口する際に同時に封口体と集電リードとの間を接合するような場合にも、集電リードの弾性により良好な接合強度を確保することができる。また、このように弾性を有する集電リードを採用する本発明では、外装缶のカシメ加工の後に実施する高さ方向の電池圧縮についても、良好にその工程を実行することができる。

例えば、上記特許文献３に係る集電リード５１４を採用する場合には、集電リード５１４が漏斗状をしており、その形状の関係から高さ方向における弾性を殆ど有さないと考えられることから、外装缶をカシメ加工した後の高さ方向の圧縮を実行することが困難であるが、本発明に係る集電リードを用いる場合には、その弾性により高さ方向の圧縮を良好に実施できる。また、集電リードと封口体とを接合する際においても、各構成部品の寸法バラツキを集電リードの弾性によりある程度吸収させることができる。このような観点から、本発明に係る二次電池の構成を採用する場合には、製造における歩留まりの向上も期待でき、スペース効率の向上を図ることも容易である。

また、上記特許文献３に係る二次電池の製造においては、その構成から封口体と集電リード５１４との間の接合をレーザ溶接により実行することとしているが、このようにレーザ溶接を行う場合には、上述のような寸法誤差や集電リード５１４の接合面への電解液の付着などにより完全な密閉構造を実現し難く、また、レーザ溶接部分の強度、信頼性という観点から問題を有する。これに対して、本発明に係る二次電池では、上記構成の集電リードを採用するので、上記のような溶接方法を採ることが可能であり、上記問題を生じ難い。

上記本発明に係る二次電池では、次のような構成を採用することができる。
上記本発明に係る二次電池では、外装体における構成要素の入出力領域が環状に設定され、外装体の内面に対する集電リードの接合領域を、入出力領域の設定形状に応じて環状に設定された構成としておくことができる。なお、ここでいう「環状」とは、一部に切り欠きを有するものも含む。

上記本発明に係る二次電池では、封口体は、内部圧力の調整を図るための弁機構（例えば、スプリングおよび弁板などからなる）を内蔵するキャップ部と、当該キャップ部の周囲において板状に形成された板状部とからなり、当該板状部に入出力領域が設定されており、集電リードを有してなる集電体は、電極体における一方の極板と封口体における板状部の内面との間を電気的に接続するという構成を採用することができる。

また、上記本発明に係る二次電池では、集電リードは、電極体と封口体とを結ぶ軸方向から矢視する場合に、一部に切り欠きを有する環状に形成されている構成を採用することができる。
また、上記本発明に係る二次電池では、集電リードと封口体とが、各々の接合面に形成された凹部と凸部とが嵌合する状態を以って接合されている構成を採用することができる。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、上述のような優位性を有する本発明に係る二次電池を備えるので、低抵抗で高品質とすることができ、例えば、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などの大出力用途にも適する。
上記本発明に係る電池モジュールでは、二次電池と電池間接続部材とを、その各々の接合面に形成された凹部と凸部とが嵌合する状態を以って接合するという構成を採用することができる。このような構成を採用することで、本発明に係る電池モジュールでは、電池間接続部材と電池内の接続リードとを、封口体の板状部を挟んで確実に対向する状態で接合することが可能となり、モジュール全体での電気抵抗の低減という観点から優位となる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、複数の円筒型二次電池を構成要素とする電池モジュールを一例として、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の電池モジュール１は、本発明の構成および作用・効果を説明するために一例として用いるものであって、本発明はこれに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
１．電池モジュール１の要部構成
本実施の形態に係る電池モジュール１の要部構成について、図１を用いて説明する。図１では、電池モジュール１の構成の内、要部となる一部分を抜き出して図示している。

図１に示すように、電池モジュール１は、複数の二次電池１０〜１２が間に接続リング２０を介して直列接続され構成されている。上述のように、図１では、電池モジュール１を構成する複数の二次電池の内、３つの二次電池１０〜１２だけを示しているが、実際には、より多くの二次電池が接続されている。なお、本実施の形態においては、二次電池１０〜１２を含む各二次電池としては、円筒型のニッケル−水素二次電池が適用されている。

各二次電池１０〜１２では、外装缶１０１、１１１と封口体１０２、１１２とでケースとして構成された外装体を有している。各二次電池１０〜１２では、外装缶１０１、１１１が一方の極（例えば、負極）であり、封口体１０２、１１２が他方の極（例えば、正極）となっている。
隣り合う二次電池１０と二次電池１１などとの間の接続は、間に環状の接続リング２０を介してなされている。接続リング２０における中央部分の孔２０ｃは、封口体１０２の中央部分に突設されてなるキャップ部１０２ａを回避し、モジュール１全体で省スペース化を図るために設けられている。各二次電池１０〜１２などでは、接続リング２０が接合される外装缶１０１、１１１および封口体１０２、１１２の各領域が電力の入出力に供される入出力領域となる。ここで、封口体１０２に対する接続リング２０の接続が外縁部１０２ｂに設定されるのは、電池モジュール１として使用する際に振動などを受けても強度の観点から問題を生じないようにするためである。例えば、封口体１０２のキャップ部１０２ａの上端面で電池の接続を図るとした場合には、電池モジュールに加わる振動などによって接続が外れてしまうということが生じやすいと考えられる。本実施の形態では、このような観点から、封口体１０２の外縁部１０２ｂを用いて電池間の接合を図ることとしている。

また、接続リング２０には、Ｚ軸方向の上向きに凸部２０ａが形成され、Ｚ軸方向の下向きに凸部２０ｂが形成されている（図１の拡大部分を参照）。なお、本実施の形態では、接続リング２０の凸部２０ａ、２０ｂの各形成数を４箇所づつとしているが、これらの形成数は、これに限定されるものではない。
図１に示すように、接続リング２０は、その外周サイズが外装缶１０１のカシメ加工によって形成される封口体１０２を底面とする凹部に填まり込むサイズに設定されており、外周が二次電池１０の外装缶１０１の端面に接触しないようになっている。

２．二次電池１０の内部構成
上記電池モジュール１を構成する二次電池１０の内部構成について、図２を用い説明する。なお、本実施の形態に係る電池モジュール１では、全ての構成電池について以下で説明する二次電池１０と同一構成のものを用いている。
図２に示すように、二次電池１０は、有底円筒状の外装缶１０１の内方に電極体１００が収納され、外装缶１０１の開口部が封口体１０２により封口された構成を有する。電極体１００は、正極板１００１と負極板１００２とがセパレータ１００３を挟んで対向配置され、当該対向状態を以って渦巻状に巻回加工された構成を有する。電極体１００の構成要素の内、正極板１００１は、ニッケル正極板であって、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、この後に化学含浸法を用いて水酸化ニッケルを主体とする活物質をニッケル多孔体内に充填することで形成されている。

一方、負極板１００２は、水素吸蔵合金負極板であって、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、これを乾燥させた後に所定厚みになるよう圧延することで形成されている。
電極体１００のＺ軸方向における上下端面の各々には、正極板１００１および負極板１００２の各芯体端辺が露出されており、これらには、それぞれ正極集電板１０３および負極集電板１０６が接続されている。この内、負極集電板１０６は、外装缶１０１の底面１０１ｂの内側に溶接により接合されている。

Ｚ軸方向上方に位置する正極集電板１０３には、封口体１０２との接続を図るために集電リード１０４が接合されている。正極集電板１０３と集電リード１０４との組み合わせを以って集電体１０９が構成される。なお、集電体１０９の構造および封口体１０２との接合形態等については、後述する。
正極集電板１０３と外装缶１０１の内壁面との間には、絶縁および防振などの目的から防振リング１０５が介挿されている。防振リング１０５は、正極集電板１０３の外周辺の略全周をカバーする状態に配されている。外装缶１０１は、正極集電板１０３等が接合されてなる電極体１００の収容スペースよりも若干上部において、縮径部１０１ａが形成されており、封口体１０２は、外装缶１０１の内壁面との間にガスケット１０８を挟んだ状態で、縮径部１０１ａにより形成された外装缶１０１の内側の棚部分に載置されている。

図２に示すように、封口体１０２は、ガスケット１０８を間に介して外装缶１０１の上端開口部をカシメ加工することで固定され、これにより密閉構造が構成される。封口体１０２は、全体に浅皿形状を有しており、その中央部分にスプリング１０７ａと弁板１０７ｂとからなる弁構成体１０７を収容するキャップ部１０２ａが形成されている。キャップ部１０２ａでは、Ｚ軸方向の上向きに凸状となっており、封口体１０２におけるキャップ部１０２ａの周辺の外縁部１０２ｂは、略平板状となっている。また、キャップ部１０２ａの内側面には、Ｚ軸方向の下向きに凸状となった内方凸部１０２ｃが形成されており、その略中央部分に弁構成体１０７が収容された空間に繋がる孔が形成されている。

３．集電体１０９の構造および封口体１０２との接合形態
本実施の形態に係る集電体１０９の構造および封口体１０２との接合形態について、図３を用いて説明する。
図３（ａ）に示すように、電極体１００の正極板１００１（図３では、不図示。）の極板芯体が延出された側に接合されている集電体１０９は、上述のように、円板状の集電板１０３とこの上面に接合された２つの集電リード１０４とから構成されている。この内、集電板１０３は、その径が電極体１００の断面径よりやや小さく設定されており、面内には複数のバーリング１０３ａと２本のスリット１０３ｂとが設けられている。

集電板１０３におけるバーリングは、正極板１００１との接合に用いるものであって、それぞれの開口縁にＺ軸方向下向きにバリ状のフランジ部が形成されてなるものである。また、スリット１０３ｂは、集電板１０３と電極体１００との接合の際の無効電流の低減のために形成されているものである。なお、本実施の形態においては、スリット１０３ｂを２本形成することとしているが、スリットの本数についてはこれに限定されるものではなく、また、集電板１０３を完全に分断する状態にスリットを形成することとしても構わない。

集電板１０３の上面には、前記スリット１０３ｂを挟み、互いに向かい合う状態でＹ軸方向に、２つの集電リード１０４が接合されている。この集電リード１０４は、上述のように、その断面形状がＵ字状をしており、それぞれの開口側が集電板１０３の径方向（Ｚ軸に交差する方向）内向きとなるように配されている。また、集電リード１０４をＺ軸方向上方から平面的に見る場合には、集電板１０３のスリット１０３ｂ形成位置に併せて切り欠かれた円環であるともいえる。なお、後述するが、この円環の内径は、封口体１０２における内方凸部１０２ｃを回避するようにそのサイズが設定されている。

集電板１０３と集電リード１０４とは、集電板１０３を電極体１００に接合した後に、抵抗溶接により接合されている。
集電リード１０４におけるＺ軸方向上面には、微小突起であるプロジェクション１０４ａが複数（図３（ａ）では、一例として４箇）形成されている。このプロジェクション１０４ａは、後述の封口体１０２との接合において、その位置精度および接合強度の向上等を図るために形成されているものである。

次に、集電体１０９と封口体１０２、および封口体１０２と接続リング２０との接続形態について、図３（ｂ）を用いて説明する。
図３（ｂ）に示すように、集電体１０９を構成する集電リード１０４は、封口体１０２における内方凸部１０２ｃの周りの領域、即ち、外縁部１０２ｂの内側面に接合される。そして、封口体１０２の外縁部１０２ｂの内側面には、集電リード１０４のプロジェクション１０４ａに対応する凹部１０２ｅが形成されており、集電リード１０４と封口体１０２との接合時において、互いに嵌合する。これにより、集電リード１０４と封口体１０２との間は、上述のように、位置精度を確保しながら高い強度での接合が可能となっている。

封口体１０２における外縁部１０２ｂの外側面には、微小突起であるプロジェクション１０２ｄが形成されており、このプロジェクション１０２は、接続リング２０の下向きの凸部２０ｂの頂部分に形成された凹部２０ｄに対応する。封口体１０２と接続リング２０とは、各々のプロジェクション１０２ｄと凹部２０ｄとが嵌合する状態で溶接接合される。なお、接続リング２０の下向きの凸部２０ｂは、封口体１０２の外縁部１０２ｂに接合され、接合状態において、集電リード１０４の接合部と接続リング２０の接合部とが封口体１０２をその板厚方向に挟んで対向する状態となる。

４．二次電池１０および電池モジュール１の有する優位性
以上で説明した本実施の形態に係る二次電池１０および電池モジュール１が有する優位性について、図４を用いて説明する。図４は、電池モジュール１の構成に含まれる二次電池１０の部分断面図である。
図４に示すように、本実施の形態に係る二次電池１０では、集電リード１０４と接続リング２０とが、封口体１０２の外縁部１０２ｂに対してその部材厚み方向にこれを挟み対向する状態に互いに表裏の関係を以って接合されている。このため、二次電池１０と接続リング２０との間においては、その電流経路Ｂが、図示するように、封口体１０２の外縁部１０２ｂにおける部材厚みを挟むだけの短い経路となっている。よって、本実施の形態に係る二次電池１０では、外部に対する電力入出力領域に対して低抵抗が実現されている。

本実施の形態に係る電池モジュール１では、このように短い電流経路Ｂが実現された二次電池１０を構成要素としているので、全体としての低抵抗化が実現される。特に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの大電流用途の場合には、高い給電性能を有することになる。
また、図４に示すように、本実施の形態に係る二次電池１０は、Ｕ字状の断面形状を有する集電リード１０４を有しているので、集電リード１０４と封口体１０２との溶接接合の際に、この集電リード１０４の弾性を利用して各構成部品の寸法バラツキを吸収させることが可能であって、封口体１０２と集電リード１０４との間の高い接合強度と寸法精度とを確保することができる。さらに、弾性を有する集電リード１０４を採用することで、本実施の形態にかかる二次電池１０の製造過程においては、外装缶１０１の上端部をカシメ加工した後の高さ方向（Ｚ軸方向）の圧縮工程を効果的に実行することができる。よって、本実施の形態に係る二次電池１０は、スペース効率に優れ、電池モジュール１としても限られたスペースで高い容量を実現することができる。

また、本実施の形態に係る二次電池１０では、上記断面形状を有する集電リード１０４を採用することにより、集電リード１０４と集電板１０３との間、および集電リード１０４と封口体１０２との間のそれぞれにおいて、有効に接合領域を確保することができ、低抵抗化を図ることができる。即ち、上記特許文献３の集電リード５１４では、その形状が漏斗状であることから、その断面がＳ字状となっており、限られた電池内部のスペースにおいては必然的に集電板５１３および封口体との接合面積を大きくできないという制約が課されてしまう。それに対して、本実施の形態に係る集電リード１０４では、上記断面形状を採用することで十分に広い接合面積を確保することができる。

また、図３（ｂ）にも示した通り、集電リード１０４および封口体１０２、さらには接続リング２０の各接合部分にプロジェクション１０４ａ、１０２ｄやこれに対応する凹部１０２ｅ、２０ｄが形成されているので、各接合時において、高い接合強度と位置精度とを確保することができる。
さらに、本実施の形態に係る集電体１０９では、集電板１０３上に接合される集電リード１０４を１つの円環とするのではなく、２ヶ所で分断された構成としているので、集電板１０３に対し集電リード１０４を溶接接合する際などに無効電流の発生を抑えることができる。これより、高い接合強度を確保することができ、より低抵抗化を図ることができる。
（実施の形態２）
次に実施の形態２に係る電池モジュールおよびこの構成に含まれる二次電池について、図５を用いて説明する。なお、本実施の形態における二次電池および電池モジュールの上記実施の形態１との相違点は、集電体３０９における集電リード３０４の形状にあり、その他の部分に変わりはないのでその図示および説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態に係る集電体３０９も、円板状の集電板１０３のＺ軸方向上面に集電リード３０４が接合されてなる構成を採っている。本実施の形態に係る集電体３０９と実施の形態１に係る集電体１０９との相違点は、集電リード３０４の形状にあり、本実施の形態に係る集電体３０９の集電リード３０４は、これをＺ軸方向から平面的に矢視するとき、Ｃ字状となっている。そして、集電体３０９においては、集電板１０３の上面に１つの集電リード３０４が配されているだけである。

なお、図５からも明らかなように、本実施の形態に係る集電リード３０４についても、Ｕ字状の断面形状を有する。この点に関しては、上記実施の形態１と同様である。
上記構成を有する集電体３０９を備える二次電池、さらには、この二次電池を構成に含む電池モジュールでは、上記実施の形態１に係る二次電池１０および電池モジュール１が有する優位性をそのまま有する。

さらに、本実施の形態に係る二次電池では、上記実施の形態１に係る集電体１０９のように２つの集電リード１０４を備えるのではなく、集電板１０３の上面に１つの集電リード３０４を備えているだけであるので、集電板１０３の上面に対して集電リード３０４を載置・接合する際のハンドリングが容易であるという優位性を有する。なお、本実施の形態に係る集電リードにおいても、ＸＹ面方向の形状がＣ字状であり、切り欠かれた状態となっているので、溶接接合に際しての無効電流の発生を抑えることは十分になされる。
（変形例１）
変形例１に係る電池モジュールの構成について、図６を用いて説明する。図６は、本変形例の特徴となる集電体４０９と封口体４０２と接続リング２１を展開した状態で示している。

図６に示すように、本変形例に係る電池モジュールにおいても、基本的な接合形態は図３（ｂ）の実施の形態１と同様であるが、その相違点は、プロジェクション４０２ｅ、２１ｄおよび凹部４０２ｄの形成状態にある。即ち、本変形例においては、集電リード４０４の接合部分へのプロジェクションの形成をしておらず、封口体４０２の外縁部４０２ｂの内壁面に集電リード４０４に向けて突出するプロジェクション４０２ｅが形成されている（図６の拡大部Ｂを参照）。

また、封口体４０２における外縁部４０２ｂの前記プロジェクション４０２ｅと表裏の関係を有する領域には、微小な凹部４０２ｄが形成されている。そして、接続リング２１における下向きの凸部２１ｂの頂部分に封口体４０２の凹部４０２ｄに対応するプロジェクション２１ｄが形成されている。
本変形例に係る電池モジュールについても、上記以外は実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の構成を採用し、その作用効果もそのまま得ることができる。そして、プロジェクション４０２ｅ、２１ｄおよび凹部４０２ｄの形成状態を変更したことによるデメリットなどは生じない。
（変形例２）
変形例２に係る電池モジュールの構成について、図７を用いて説明する。図７は、本変形例２に係る電池モジュールが最も特徴とする接続リング２２の形状を示す斜視図である。そして、以下で説明する接続リング２２の形状以外の構成については、上記実施の形態１あるいは実施の形態２などと同様であるので、その説明を省略する。

図７に示すように、本変形例に係る接続リング２２は、上面部２２ａと底面部２２ｂとからなる底面が開口された浅皿形状となっている。その詳細な寸法などは記載していないが、上面部２２ａと底面部２２ｂとのＺ軸方向における段差は、二次電池１０における封口体１０２の主面と外装缶１０１のカシメ加工部との間の段差よりも若干大きく設定されている。このため、二次電池１０に対して接続リング２２を接合した場合にも、外装缶１０１と接続リング２２とが電気的に接触することはない。

接続リング２２の外周径、即ち、上面部２２ａの外径は、二次電池１１の外周径と同じかやや小さく設定されており、また、接続リング２２の内径、即ち、開口部２２ｃの径は、二次電池１０における封口体１０２のキャップ部１０２ａを回避可能なサイズに設定されている。
接続リング２２の上面部２２ａには、その外方から内方に向けて形成された４箇所のＣ字状の切り欠き２２ｄを有し、底面部２２ｂには、その内方から外方に向けて形成された４箇所のスリット２２ｅを有する。これら切り欠き２２ｄおよびスリット２２ｅは、溶接接合時における無効電流の発生を抑えるためのものである。

本変形例に係る電池モジュールは、上記構成の接続リング２２を有することに最大の特徴を有し、各二次電池１０、１１などの構成は、上記実施の形態１あるいは実施の形態２と同様である。このため、本変形例に係る電池モジュールに関しても、上記実施の形態１などと同様の作用効果を奏することが可能であって、大電流用途などに特に高い性能を有する。

また、本変形例に係る電池モジュールでは、図７の構成の接続リングを有することから、例えば、実施の形態１に係る接続リング２０を用いる場合に比べ、二次電池１０と二次電池１１との間の接合強度の向上を図ることができる、即ち、二次電池１１の外装缶１１１の底面に接合される接続リング２２の上面部２２ａの面積を広くすることで曲げモーメントに対する抗力のアップを図ることができている。
（効果確認実験）
上記効果の確認を行うために実施した実験方法およびその結果について説明する。

１．実施例
１−１．電極体作製
実施例に係る電極体の構成は、上記実施の形態１、２と同様である。具体的には、次のような方法を以って作製した。
（正極板） ニッケル正極板であって、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、この後に化学含浸法を用いて、ニッケル多孔体内に対して水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填した。

（負極板） 水素吸蔵合金負極板であって、パンチングメタルからなる極板芯体の表面に対し、水素吸蔵合金からなるペースト状負極活物質を充填し、これを乾燥させた後に所定厚みになるまで圧延加工した。
上述の方法を以って得られるニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とを、セパレータを間に挟んで対向配置し、この状態で巻回加工することで実施例に係る電極体を作製した。ここで、作製した電極体においては、その上端面にニッケル正極板の極板芯体の端辺が露出するようにし、また、下端面に水素吸蔵合金負極板の極板芯体の端辺が露出するようにした。

１−２．集電板接合
次に、上記電極体の上端面および下端面のそれぞれに対し、正極集電板および負極集電板を溶接接合した。両集電板は、ともに主面にバーリング加工およびスリット加工が施されてなる円板状の板であって、バーリングを以って各極板芯体の端辺に各々接合した。なお、電極体の上端面に接合される正極集電板の略中央部分には、電極体の中空部分に対応する円形の開口を形成されたものを用いた。この開口は、負極集電板と外装缶との間の溶接接合の際の溶接電極棒を侵入させるためのものである。

１−３．電池作製
実施例に係る電池の作製においては、電極体１００の上端面に接合した正極集電板１０３に対して、図３（ａ）に示す形状の集電リード１０４を接合した。この集電リード１０４の作製には、０．５ｍｍの板厚みを有するニッケル鍍金鋼鈑を用い、この鋼鈑を円弧状にプレス加工してその断面形状を略Ｕ字状とした。また、集電リード１０４には、集電板１０３および封口体１０２との間の溶接を容易且つ確実とするための複数のプロジェクション１０４ａを形成した。

電池の作製においては、正負両集電板１０３、１０６が接合された電極体１００に対し、正極集電板１０３の上面に２つの集電リード１０４を溶接接合した（図３（ａ）参照）。そして、電極体１００などを外装缶１０１に収納し、封口体１０２を、所謂ダイレクト溶接にて接合した。最後に、外装缶１０１の開口端縁部分をカシメ加工し、公称容量６．０Ａｈの円筒型ニッケル−水素二次電池を得た。

１−４．電池モジュール作製
本実施例に係る電池モジュールの作製においては、特許文献１で提案された方法を用いた。具体的には、図１に示す接続リング２０を用い、二次電池を２セル（個）直列に接続した。
２．比較例１
比較例１に係る電池としては、図９（ａ）に示す特許文献２の集電リード５０４を採用したものを適用した。その他の部材構成などについては、上記実施例と同様である。

比較例１に係る電池の集電リード５０４の作製には、０．４ｍｍの板厚みを有するニッケル鍍金鋼鈑を用い、この鋼鈑を蝶ネクタイ型に切断加工し、これを図９（ａ）に示すような枕状にプレス加工した。後は、上記実施例に係る電池と同様に、予め接合された正極集電板５０３の上面に溶接接合した。
比較例１では、上述の構成の集電リード５０４が接合された電極体５００を用い、上記実施例と同様に公称容量６．０Ａｈの円筒型ニッケル−水素二次電池を作製した。

比較例１に係る電池モジュールを、上記実施例と同様の形態を以って電池を２セル直列接続して作製した。
３．比較例２
比較例２では、図９（ｂ）に示す特許文献３で提案されている構成の集電リード５１４を採用した。具体的には、０．１５ｍｍの板厚みのニッケル鍍金鋼鈑を用い、これを略円板状に切り出した後に、これをプレス加工することで図９（ｂ）に示す集電リード５１４を作製した。

比較例２に係る電池の作製においても、上記実施例に係る電池と同様に、電極体５１０の上端面に接合された集電板５１３の上面に対し、抵抗溶接により集電リード５１３を接合した後、外装缶内にこれを収納、封口体で封口した。なお、比較例２に係る電池の作製では、封口体と集電リード５１４との接合には、レーザ溶接法を用いた。
比較例２に係る電池についても、公称容量６．０Ａｈの円筒型ニッケル−水素二次電池である。

上記のようにして２個の電池を作製し、これを上記実施例などと同様に直列接続して、比較例２に係る電池モジュールを作製した。
４．実験
上記実施例、比較例１および比較例２の各電池モジュールを用い、その各々について次のような評価を行った。

各電池モジュールに対し、２５℃の温度雰囲気において、６０００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の充電電流で電池容量の５０％まで充電した。この後に、３０Ａ放電→３０Ａ充電→６０Ａ放電→６０Ａ充電→９０Ａ放電→９０Ａ充電→１２０Ａ放電→１２０Ａ充電→１５０Ａ放電→１５０Ａ充電の順で、それぞれ１０分間の休止を挟みながら１０秒間づつ通電し、１０秒目における電池電圧を測定した。各電池モジュールにおける上記測定値について、その結果を図８に示す。図８では、横軸に放電電流、縦軸に１０秒目の電池電圧の測定とをとり、各々についてプロットし、これを各々について結んでＶ−Ｉ直線Ｃ、Ｄ、Ｅを引いた。

図８に示すように、実施例に係る電池モジュールにおけるＶ−Ｉ直線Ｃの傾きが最も小さく、比較例１、比較例２の各々に係るＶ−Ｉ直線Ｄ、Ｅの順で傾きが大きくなっている。この結果より、図３に示す構成および封口体１０２との接続形態を採用する電池を構成に含む実施例１の電池モジュールでは、比較例１および比較例２に係る電池モジュールよりも電池の内部抵抗および電池間抵抗が低くなることが分かる。

以上より、本確認実験の結果より、上記実施の形態１および実施の形態２、さらには変形例１および変形例２の各構成を採用する電池および電池モジュールは、上記特許文献２および特許文献３のそれぞれに係る電池および電池モジュールに対し、低抵抗化を図ることが可能であり、特に電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電動工具などをその使用用途とする電池モジュールの構成に適するものであることが明らかである。
（その他の事項）
上記実施の形態１、２および変形例１、２などでは、集電リード１０４、３０４、４０４などの断面形状をＵ字状としたが、ここでいう「Ｕ字状」とは、完全なＵ字状でなくてもよい。例えば、「Ｊ字状」、「コの字状」、「Ｖ字状」や「Ｃ字状」などでもよい。

また、上記実施の形態１、２および変形例１、２などでは、集電リード１０４、３０４、４０４の断面における開口方向を電極体の径方向内向きとしたが、径方向外側としてもよい。
また、上記実施の形態１、２および変形例１、２などでは、一例として円筒型ニッケル−水素二次電池を採用したが、電池種類および形状について、上記以外のものを採用することとしてもよい。例えば、電池種類については、ニッケル−カドミウム二次電池やリチウムイオン二次電池などを採用することも可能である。

また、上記実施の形態１、２および変形例１、２などでは、集電リード１０４、３０４、４０４を封口体１０２側に配する構成を採用したが、本発明は、缶底側の集電板１０６に対して集電リード１０４、３０４、４０４を接続することとしてもよい。この場合においても、上記同様の効果を得ることができる。さらには、封口体１０２側と缶底側おの両集電板１０３、１０６に対して本発明に係る集電リード１０４、３０４、４０４を接合することとしてもよい。

また、上記実施の形態１などでは、電極体１００における封口体１０２の側に正極板１００１の極板芯体が露出する構成を採用したが、この逆、即ち、封口体１０２側に負極板１００２の極板芯体を露出させ、缶底側に正極板１００１の極板芯体を露出させる構成を採用することもできる。
さらに、効果確認実験などで適用した各種材料および数値などについても一例であり、本発明は、これに限定を受けるものではない。

本発明は、特に、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などの用途に対し供され、大電流出力を要するような二次電池およびこれを備える電池モジュールを実現するのに有用である。

実施の形態１に係る電池モジュール１の要部構造を示す要部展開斜視図である。 二次電池１０の内部構造を示す断面図である。 （ａ）は、電極体１００に接続される集電体１０９の構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、封口体１０２に対する接続リング２０および集電リード１０４の接続形態を示す模式断面図である。 電池モジュール１における二次電池１０の封口体１０２部分での電流経路を示す模式断面図である。 実施の形態２に係る電池において、電極体１００に接続される集電体３０９の構造を示す斜視図である。 変形例１に係る電池モジュールにおいて、封口体４０２に対する接続リング２１および集電リード４０４の接続形態を示す模式断面図である。 変形例２に係る電池モジュールにおける接続リング２２の形状を示す斜視図である。 実施例と比較例１、２とにおける実験結果を示す特性図である。 （ａ）は、従来例１に係る二次電池に内蔵される電極体５００および集電体５０９の構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、従来例２に係る二次電池に内蔵される電極体５１０および集電体５１９の構造を示す斜視図である。 従来例１に係る二次電池において、封口体５０２部分での電流経路を示す模式断面図である。

符号の説明

１．電池モジュール
１０、１１、１２．二次電池
２０、２１、２２．接続リング
１００．電極体
１０１、１１１．外装体
１０２、４０２．封口体
１０３．正極集電板
１０６．負極集電板
１０４、３０４、４０４．集電リード
１０５．防振リング
１０７．弁構成体
１０８．ガスケット
１０９、３０９、４０９．集電体
１００１．正極板
１００２．負極板
１００３．セパレータ

Claims (7)

1. 正極板と負極板とを構成要素とする電極体が、互いに電気的絶縁が図られてなる外装缶と封口体とを構成要素とする外装体の内方に収納され、前記正負両極板の各々が集電体を介して外装缶および封口体に電気的に接続されてなる二次電池であって、
   前記外装缶および封口体の各々は、その外面の一部に電力の入出力に供される入出力領域が設定されており、
   前記正負両極板に接続された集電体の少なくとも一方は、極板の端辺に接合される板状の集電板と、前記集電板と前記外装体の構成要素との間を電気的に接続する集電リードとからなり、
   前記集電リードは、前記電極体と前記外装体の構成要素とを結ぶ軸方向に交差する方向に開口されたＵ字状の断面形状を有するとともに、前記外装体の構成要素の内面における、当該構成要素をその材料の厚み方向に挟んで前記入出力領域と対向する領域に接合されている
   ことを特徴とする二次電池。
2. 前記入出力領域は、環状に設定されており、
   前記外装体の内面に対する前記集電リードの接合領域は、前記入出力領域の設定形状に応じて環状に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記封口体は、内部圧力の調整を図るための弁機構を内蔵するキャップ部と、当該キャップ部の周囲において板状に形成された板状部とからなり、当該板状部に前記入出力領域が設定されており、
   前記集電リードを有する集電体は、前記電極体における一方の極板と前記封口体における前記板状部の内面との間を電気的に接続する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記集電リードは、前記電極体と封口体とを結ぶ軸方向から矢視する場合に、一部に切り欠きを有する環状に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記集電リードと封口体とは、各々の接合面に形成された凹部と凸部とが嵌合する状態を以って接合されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の二次電池。
6. 複数の二次電池が電池間接続部材によって電気的に接続されてなる電池モジュールにおいて、
   前記複数の二次電池には、請求項１から５の何れかの二次電池が含まれている
   ことを特徴とする電池モジュール。
7. 前記二次電池と電池間接続部材とは、各々の接合面に形成された凹部と凸部とが嵌合する状態を以って接合されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。

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