JP2013131371A5

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Publication number: JP2013131371A5
Application number: JP2011279608A
Authority: JP
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2031-12-21

Description

上記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池は、対向して配置された正極集電体および負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配され、両集電体の対向方向に直交する方向にセパレータを介して向かい合うように積層された複数の正極と負極と、前記正極および負極に平行な導電性のプレートと、を備え、前記正極は正極活物質を含み、前記負極は負極活物質を含み、前記正極と負極の少なくとも一方は、前記導電性のプレートを挟持するように構成され、前記導電性のプレートは、当該プレートを挟持する電極の前記両集電体の対向方向における少なくとも一方端部から突出し、前記正極と前記正極集電体とが導通し、前記負極と前記負極集電体とが導通するように構成されることを特徴とする（ＣＬ１）。

また、「正極と負極の少なくとも一方」とは、正極または負極のいずれか一方にこの電極構造を適用してもよいし、双方に適用してもよいことをいう。例えば、正極の基板に発泡ニッケル、負極の基板に鋼板を用いたニッケル水素二次電池の場合は、相対的に膨張／収縮率の大きい正極にこの構造を用いると効果的である。また、「導電性プレートを挟持する」とは、例えば、一対の電極により導電性プレートを挟み込むことや、電極を折り曲げて間に導電性プレートを挟み込むことなどをいう。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートを挟持する電極と前記導電性のプレートとが固着されていなくともよい。ここで、「固着されていない」とは、電極とプレートとが、接着や塗着、溶着などにより一体化されていないことをいい、例えば、プレートを両側から電極によって押圧し挟持することをいう。この構成によれば、電極がプレートからフリーの状態となるため、活物質の膨張／収縮がプレートに伝わらず、接触圧力の変動を抑制できる。また、電極が集電体とセパレータのどちらか一方に接触していても、膨張した際に接触していない方（プレートが突出している方）へ電極がスライドし、膨張／収縮によるセパレータや集電体への影響を抑制できる。また、電極とプレートとの接着や塗着、溶着などの手間も省ける。なお、電極とプレートとは一部が固着されていてもよいが、電極とプレートとの全面が固着されているのは好ましくない。全面を固着すると、活物質の膨張／収縮による接触圧力の変動を抑制できない場合がある（ＣＬ２）。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートを挟持する電極は、活物質を含む一対の電極として構成され、当該一対の電極が前記導電性のプレートを挟持してもよい。この構成によれば、一対の電極の間にプレートを配するだけでよく、簡単な構造でコストがかからない。なお、一対の電極の厚みを、通常の電極の厚みの略１／２とすれば、通常の電極を積層した構造の電池とほぼ同等の設計が可能となる（ＣＬ３）。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートを挟持する電極の前記両集電体の対向方向における両端部から前記導電性のプレートが突出してもよい。この構成によれば、プレートが、両端部における電極の膨張／収縮を吸収できる。また、プレートが集電体とセパレータとの間に柱のように存在するため、安定した電池構造となる（ＣＬ４）。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートを挟持する電極は、前記導電性のプレートを挟み込むように折り曲げられてもよい。この構成によれば、電極の折り曲げ部と反対側の端部からプレートが突出し、この端部の電極の膨張／収縮をプレートが吸収する。また、プレートは、集電体側、またはセパレータ側のいずれの側から突出してもよい。（ＣＬ５）。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートを挟持する電極の折り曲げ部は活物質を含まなくともよい。この構成によれば、折り曲げ部に活物質を含まないため電極を折り曲げやすく、製造しやすい。また、電極の折り曲げ部を集電体側に配すれば、この折り曲げ部を緩衝部材の如く利用することができる。ここで、電極の折り曲げ部に活物質を含まない構造とするには、例えば、電極に折り曲げ部を形成する際に、多孔質のニッケル基板を押圧によって形成することで、基板内の空隙部を潰して活物質が入り込まないようにするとよい。なお、電極とプレートとは固着せずともよいし、電極の折り曲げ部とプレートとを溶着してもよいし、電極の折り曲げ部周辺とプレートとを溶着してもよい（ＣＬ６）。

本発明に係る二次電池は、前記導電性のプレートがニッケルめっき鋼板であることが好ましい。この構成によれば、プレートにニッケルめっき鋼板を使用することで、導電性かつ耐アルカリ性で、薄く成形しても所定の強度を保つことができる。なお、プレートは集電体の対向方向に付加される圧力に耐えうる強度が必要となるが、プレートが厚すぎると電池のエネルギー密度の観点から好ましくない（ＣＬ７）。

本発明の一実施形態に係る二次電池を用いた電池モジュールを示す部分破断側面図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の部分破断斜視図である。（ａ）は図２の部分破断平面図である。（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。（ｃ）は電極体と集電体との間に緩衝部材を介在させた図である。図２の二次電池に用いられる正極群の構造を示す斜視図である。（ａ）は図４の正極群の正面図である。（ｂ）〜（ｆ）は正極群の変形例を示す正面図である。図５（ｃ）〜（ｆ）の正極群の製造工程を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の正極群の保持構造を示す説明図である。従来の二次電池における正極の膨張／収縮の状態を示す説明図である。（ａ）は正極が通常の状態、（ｂ）は正極が膨張した状態、（ｃ）は正極が収縮した状態である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、電極体１は、プレート２ｂが一対の正極２ａに挟持された正極群２と負極３とが、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ４を介して、両集電体７、８の対向方向（Ｚ方向）に直交するＸ方向に、交互に積層された状態で配置される積層構造を有する。また、正極群２は、プレート２ｂが一対の正極２ａに挟持され、正極２ａの幅方向（Ｚ方向）の両端からプレート２ｂが突出して構成されている。なお、正極２ａとプレート２ｂとは固着されておらず、両側からの押圧によって導通されている。また、プレート２ｂの一方端部が正極集電体７に接触し、正極群２と正極集電体７とが導通している。また、負極３の一方端部が負極集電体８に接触して、負極３と負極集電体８とが導通している。また、二次電池Ｃにおいて、正極群２および負極３と、正極集電体７および負極集電体８との導通は、金属屑のような異物の混入の防止および工程の簡略化のために溶接は行わず、セパレータ４の張力による押しつけによって確保されている。

なお、図３（ｃ）に示すように、電極体１と、正極集電体７および負極集電体８との間
に、それぞれ導電性のシート状緩衝部材９を介在させてもよい。緩衝部材９を介在することで、正極群２および正極集電体７と、負極３および負極集電体８とを確実に接触させることができ、これらの導通をより向上させることができる。また緩衝部材９によって、正極群２および負極３の寸法のばらつきなどに起因する接触圧のばらつきを抑制できる。これにより、電池性能をさらに向上することができる。

（３）図５（ｃ）に示すように、正極群２’は、正極２ａ’を幅方向の中心から長手方向に沿って折り曲げ、プレート２ｂを挟み込む構造としてもよい。また、正極２ａ’の折り曲げ部には正極活物質を含浸しないよう構成する。これにより、正極２ａ’を折り曲げやすくなるほか、折り曲げ部を緩衝部材の如く利用することができる。また、図５（ｄ）に示すように、正極群２’は逆の向きに配置してもよい。また、図５（ｃ）（ｄ）に示す正極群２’のように正極２ａ’とプレート２ｂとは固着せずともよいし、図５（ｅ）、（ｆ）に示す正極群２’のように正極２ａ’とプレート２ｂとの一部を溶着等により固着してもよい。

（４）なお、図５（ｃ）〜（ｆ）に示す正極群２’の製造は、次のように行うとよい。図６に示すように、まず、内部に空隙を有する正極２ａ’の基板を幅方向中心に、長手方向に沿った折り曲げ溝を押圧によって形成する。この押圧によって、折り曲げ溝における正極２ａ’の基板内の空隙部が潰される（ＩＩ）。その後、正極２ａ’の基板に正極活物質を塗着または含浸して、空隙部に正極活物質を含める。このとき、折り曲げ溝においては、空隙部があらかじめ潰されているため正極活物質が入り込まない（ＩＩＩ）。続いて、プレート２ｂを折り曲げ溝に挟み込むように配し（ＩＶ）、正極２ａ’を折り曲げ溝に沿って折り畳んで、折り曲げ部を有する正極群２’が完成する（Ｖ）。なお、図５（ｅ）や（ｆ）に示す正極群２’の場合は、プレート２ｂと正極２ａ’との一部を超音波溶接（Ｗｅｌｄ）等により溶着する。

１電極体
２，２’ 正極群
２ａ，２ａ’ 正極
２ｂプレート
３負極
４セパレータ
５角形セル
６枠形部材
７正極集電体
８負極集電体
９緩衝部材
１０ケーシング
１１側面板
１２圧縮板
１３放熱板
Ｃ二次電池
Ｍ電池モジュール

Claims

対向して配置された正極集電体および負極集電体と、
前記正極集電体と前記負極集電体との間に配され、両集電体の対向方向に直交する方向にセパレータを介して向かい合うように積層された複数の正極と負極と、
前記正極および負極に平行な導電性のプレートと、
を備え、
前記正極は正極活物質を含み、前記負極は負極活物質を含み、
前記正極と負極の少なくとも一方は、前記導電性のプレートを挟持するように構成され、前記導電性のプレートは、当該プレートを挟持する電極の前記両集電体の対向方向における少なくとも一方端部から突出し、前記正極と前記正極集電体とが導通し、前記負極と前記負極集電体とが導通するように構成される、二次電池。
前記導電性のプレートを挟持する電極と前記導電性のプレートとが固着されていない、請求項１に記載の二次電池。
前記導電性のプレートを挟持する電極は、活物質を含む一対の電極として構成され、当該一対の電極が前記導電性のプレートを挟持する、請求項１に記載の二次電池。
前記導電性のプレートを挟持する電極の前記両集電体の対向方向における両端部から前記導電性のプレートが突出した、請求項１に記載の二次電池。
前記導電性のプレートを挟持する電極は、前記導電性のプレートを挟み込むように折り曲げられた、請求項１に記載の二次電池。
前記導電性のプレートを挟持する電極の折り曲げ部は活物質を含まない、請求項５に記載の二次電池。
前記導電性のプレートがニッケルめっき鋼板である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の二次電池。
対向して配置された正極集電体および負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配され、両集電体の対向方向に直交する方向にセパレータを介して向かい合うように積層された複数の正極と負極と、前記正極および負極に平行な導電性のプレートと、を備え、前記正極は正極活物質を含み、前記負極は負極活物質を含む二次電池の電極積層構造であって、
前記正極と負極の少なくとも一方は、前記導電性のプレートを挟持するように構成され、前記導電性のプレートは、当該プレートを挟持する電極の前記両集電体の対向方向における少なくとも一方端部から突出し、
前記導電性のプレートを挟持する電極と前記導電性のプレートとが、固着されておらず、
前記正極と前記正極集電体とが導通し、前記負極と前記負極集電体とが導通するように構成される、電極積層構造。