JP2014002892A

JP2014002892A - 電池

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Publication number: JP2014002892A
Application number: JP2012136777A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nishimura; 和也西村
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: JP6043100B2

Abstract

【課題】ケーシング外への電解液のリークを防止する。
【解決手段】本発明の電池は、正極（１２）と負極（１１）との間にセパレータ（１３）を介在させてなる電極体（１０）と、ケーシング本体（３）と、正極に電気的に接続される正極外部端子（５）と、負極に電気的に接続される負極外部端子（４）とを有し、電極体を電解液とともに収容するケーシングと、を備え、正極外部端子及び負極外部端子は、ケーシング本体の両側に形成された一対の開口部をそれぞれ閉鎖するようにケーシング本体に固定され、ケーシング本体の正極外部端子との接触面、及び、ケーシング本体の負極外部端子との接触面の少なくとも一方の面上には、開口部の外周に沿って閉ループを形成する凸部（３ｇ，３ｈ）が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、正極と負極との間にセパレータを介在させてなる電極体を正極外部端子及び負極外部端子を有するケーシング内に電解液とともに収容した密閉式の電池に関し、特に該密閉式の電池を複数積層してその積層方向に締め付け固定されて収容した電池モジュールに好適に使用されうる該密閉式の電池に関する。

従来より、正極と負極との間にセパレータを介在させてなる電極体を正極外部端子及び負極外部端子を有するケーシング内に電解液とともに収容した密閉式の電池が知られている。また、電池の高電圧化を図るために、複数の密閉式の電池を積層して電池積層体を構成し、その電池積層体の膨張を抑制するためにその電池積層体を積層方向に締め付け固定されて収容した電池モジュールが知られている（いずれも例えば特許文献１参照）。

国際公開第２００９／１２５５４４号

電池モジュール内に収容された電池積層体の各構成要素である密閉式の電池は、該電池積層体の積層方向に締め付け固定されているので、該積層方向に圧縮力がかかった状態で収容されている。ところが、電池モジュールを使用（充電）するときには、各電池の温度が上昇するため、電池のケーシングの圧縮降伏強さが低下することとなる。したがって、複数の密閉式の電池を積層した電池積層体を電池モジュールとして使用する場合には、その長期の使用により電池のケーシングの密閉性が低下して電解液がケーシング外にリークし、電池の寿命が短くなるおそれがあった。

そこで本発明は、電池モジュールに使用され、ケーシング外への電解液のリークを防止する効果を向上させた電池を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、本発明に係る電池は、正極と負極との間にセパレータを介在させてなる電極体と、ケーシング本体と、前記正極に電気的に接続される正極外部端子と、前記負極に電気的に接続される負極外部端子とを有し、前記電極体を電解液とともに収容するケーシングと、を備え、前記正極外部端子及び前記負極外部端子は、前記ケーシング本体の両側に形成された一対の開口部をそれぞれ閉鎖するように配置され、前記ケーシング本体の前記正極外部端子との接触面、及び、前記ケーシング本体の前記負極外部端子との接触面の少なくとも一方の面上には、前記開口部の外周に沿って閉ループを形成する凸部が設けられているものである。

前記構成によれば、ケーシング本体の接触面に形成された閉ループ状のリブが正極外部端子又は負極外部端子に接触して該ケーシング本体の開口部が封止された状態で、正極外部端子及び負極外部端子がケーシング本体の厚み方向に締め付けられても、該閉ループ状のリブによって、該ケーシング本体の接触面と該正極外部端子又は該負極外部端子との高荷重下における接合強度が増すこととなる。また、その際、外部からの圧縮力が非常に高くても、閉ループ状の凸部の先端が圧潰することで高い密着性が担保されることとなる。したがって、前記構成によれば、ケーシング内の電解液がケーシング外部にリークすることを好適に防止することができる。

前記電池において、前記凸部は、前記正極外部端子又は前記負極外部端子に向かって先細りした形状となっている、としてもよい。

前記構成によれば、凸部の先端における正極外部端子又は負極外部端子との接触圧（密着性）が高まり、リーク防止効果を更に向上させることができる。

前記電池において、前記ケーシング本体は、荷重たわみ温度が１００℃以上、体積抵抗が１０の１０乗Ω・ｃｍ以上、かつ絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上である特性を有した熱可塑性樹脂により構成されている、としてもよい。

前記構成によれば、複数の電池を積層して電池モジュールとして使用する場合に、電池温度と電池内圧とが同時に上昇することによってケーシング本体の圧縮降伏強さが維持されなくなり、ケーシング本体内の電解液が外部へリークすることを防止できる。つまり、前述のリーク防止効果を更に向上させることができる。

前記電池において、前記負極外部端子と前記電極体との間、及び、前記正極外部端子と前記電極体との間の少なくともいずれか一方には、導電性の緩衝部材が介在している、としてもよい。

前記構成によれば、電池の厚み方向の圧力を吸収するので、負極外部端子及び正極外部端子の少なくとも一方と電極体との間の導電接触を安定させることができる。

前記電池において、前記セパレータは、プリーツ状であり、前記正極及び前記負極は、帯状であり、前記電極体は、プリーツ状の前記セパレータを介して、複数の前記負極と複数の前記正極とが、電池の厚み方向に直交する方向へ交互に積層されて対向するよう構成されている、としてもよい。

前記構成によれば、プリーツ状の電極体を収容した電池のリーク防止効果を向上させることができる。

前記電池において、前記セパレータ、前記正極及び前記負極は、シート状であり、前記電極体は、前記正極と前記負極とが前記セパレータを挟んで渦巻き状に捲回されたものである、としてもよい。

前記構成によれば、捲回型の電極体を収容した電池のリーク防止効果を向上させることができる。

本発明によれば、電池モジュールに使用され、ケーシング外への電解液のリークを防止する効果を向上させた電池を提供することができる。

図１は本発明の実施の形態１における電池モジュールの構造例を示す部分破断側面図である。図２は図１に示す電池モジュールの主要部分であるモジュール本体を部分的に破断して示す斜視図である。図３は図２のIX−IX線に沿った電池モジュールの断面図である。図４は本発明の実施の形態１における圧力調整機構の構成例を示す平面図である。図５は本発明の実施の形態１に係るセルの一例を示す分解斜視図である。図６は図５に示すセルの電極体の断面図である。図７は図６に示す集電体を取り外した状態のセルの平面図である。図８は図５に示すセルのケーシングの要部断面図である。図９Ａは２種類の熱可塑性樹脂の温度と圧縮降伏強さとの関係を表すグラフである。図９Ｂは水の沸点と大気圧との関係を表すグラフである。図１０は図５に示すセルの要部断面図の一例である。図１１は図５に示すセルの要部断面図のその他の例である。図１２Ａは本発明の実施の形態２に係るセルの電極体の断面斜視図である。図１２Ｂは図１２Ａに示す電極体の平面図である。図１２Ｃは本発明の実施の形態２に係るセルの電極体のその他の構成例を示す平面図である。図１３は本発明の実施の形態２に係るセルを示す分解斜視図である。図１４は図１３に示す集電体を取り外した状態のセルの平面図である。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。なお、充電式の単電池(single cell)は、充電により再使用可能な二次電池単体のことであり、その充電可能な電圧は一般的に数ボルト以下と低い。このため、高電圧の二次電池が必要となる場合には、複数の単電池を互いに直列に接続してなる組電池(assembled battery)が使用されている。なお、単電池は、素電池（unit cell）、セル(cell)又は電池（battery）と称されることがある。本願では、これらの称呼のうちセル又は電池を用いるとともに、充電式のセル又は電池のことを単にセル又は電池と呼んで説明する。また、組電池は、電池パック（battery pack）、電池システム（battery system）若しくは電池モジュール(battery module)と称されることがある。本願では、これらの称呼のうち電池モジュールを用いるとともに、充電式の電池モジュールのことを単に電池モジュールと呼んで説明する。

（実施の形態１）
[電池モジュールの構造]
図１は、本発明の実施の形態に係る電池モジュールＢの構造例を示す部分破断側面図である。なお、以下の説明において、セル積層体１の正極側（図１の左側）を前側と呼び、負極側（図１の右側）を後側と呼ぶ。また、前後方向（後述の積層方向Ｘ）と直交する方向（後述の上下方向Ｚ）に沿って、後述のガス排出口２３を具備するセル積層体１の面側を上側と呼び、後述のガス排出口２３を具備しないセル積層体１の面側を下側と呼ぶ。

図１に示す電池モジュールＢは、例えば電車に搭載されるニッケル水素電池やリチウムイオン電池であり、その主要な構成要素として、密閉式の角形電池であるセルＣを該セルＣの厚み方向に複数個積層して形成されたセル積層体１と、セル積層体１を積層方向Ｘに締め付け固定するための側面板３０、圧縮板３５、及び締付けボルト３７とを備えている。なお、これら主要な構成要素（１，３０，３５，３７）は絶縁素材からなるケーシング３９によって覆われている。なお、図１に示すセル積層体１は、２つのセルＣに対して１つの割合で、セル積層体１を構成するセルＣを冷却するための放熱板３１が介在している。放熱板３１を介在させる位置や個数は適宜変更してもよい。

図２は、図１に示す電池モジュールＢの主要部分であるモジュール本体４７を部分的に破断して示す斜視図である。

セル積層体１の両側面それぞれを覆うように、積層方向Ｘに沿って延びる一組の板状の部材として形成された側面板３０が配置されている。積層方向Ｘに直交する上下方向Ｚに沿って互いに対向する側面板３０は、その上端部３０ａ及び下端部３０ｂが、セル積層体１側にほぼ直角に折り曲げられることにより、浅いＵ字形の断面形状を有している。積層方向Ｘに沿って互いに対向する側面板３０の前端部３０ｃ及び後端部３０ｄの各近傍には、板状の圧縮部材である圧縮板３５が側面ボルト３２によって固定されている。つまり、側面板３０の前端部３０ｃおよび後端部３０ｄの各近傍に位置する圧縮板３５によって、積層方向Ｘに沿って互いに対向するセル積層体１の前面及び後面が覆われている。

また、上下方向Ｚに沿って互いに対向するセル積層体１の上方部及び下方部には、積層方向Ｘに沿って延びる板状部材である上面板３３及び下面板３４がそれぞれ配置されている。上面板３３及び下面板３４は、その左右の各端部がほぼ直角に折り曲げられることにより、浅いＵ字形の断面形状を有している。このように折り曲げられた上面板３３及び下面板３４の両側部が、側面板３０の上端部３０ａ及び下端部３０ｂにそれぞれ重なり合うように配置されている。そして、このように重なり合っている部分の数箇所をボルト連結することにより、上面板３３及び下面板３４が側面板３０に固定されている。

図３は、図２のIX−IX線に沿った電池モジュールＢの断面図である。図３に示すように、セル積層体１の積層方向Ｘの前側最前部に位置するセルＣの前側の蓋部材（後述の正極集電体５）には、正極側の集電部材となる第１集電板５５がセルＣに重ね合わせて配置されている。さらに、第１集電板５５の前側には、絶縁板５７及び絶縁板保護板５９がこの順番で重ね合わせて配置されている。

圧縮板３５は、側面板３０及び側面板３０とセル積層体１との間に介在する側面絶縁板４１を挿通する複数の側面ボルト３２によって、側面板３０の前端部に固定されている。圧縮板３５のねじ孔６０には、複数の締付部材である締付けボルト３７が、前方からセル積層体１の積層方向Ｘに螺合して、圧縮板３５を貫通している。締付けボルト３７の先端が、絶縁板保護板５９に当接し、絶縁板保護板５９、絶縁板５７及び第１集電板５５を介してセル積層体１を積層方向Ｘの後側に押し付けている。

セル積層体１の積層方向Ｘの後側最後部も、図３に示したセル積層体１の積層方向Ｘの前側最前部と同様の構造を有しており、セル積層体１の後側最後部に位置するセルＣの後側の蓋部材が、締付けボルト３７によって、絶縁板保護板５９、絶縁板５７及び第２集電板（図示せず）を介して積層方向Ｘの前側に押し付けられている。すなわち、前後の各圧縮板３５に支持された締付けボルト３７によって、セル積層体１が積層方向Ｘの前後からそれぞれ締め付けられている。

締付ボルト３７として、図３に示した頭部を有するボルトの代わりに、頭部を有しない軸部のみからなるねじ部材（例えば、すりわりつき止めねじや、六角穴つき止めねじ）を使用してもよい。このような頭部を有しないねじ部材を用いることにより、各頂面が圧縮板３５の表面から突出しないように設定して、電池モジュールＢの積層方向寸法を小さくすることができる。また、前後の各圧縮板３５に支持されて、セル積層体１を積層方向Ｘに締め付けるための部材は、締付けボルト３７のようなねじ部材に限られない。例えば、圧縮板３５と絶縁板保護板５９との間にバネのような弾性部材を介在させてもよい。

絶縁板５７及び絶縁板保護板５９の各中央部には、円形の開口５７ａ，５９ａが形成されており、この開口５７ａ，５９ａ内で、第１集電板５５のほぼ中央部のねじ孔４４に、電池モジュールＢの正極側端子として機能する正極端子ボルト４５が螺合されている。また、圧縮板３５の中央部には、正極端子ボルト４５に接続する外部からの部材を通すための開口３５ａが形成されている。

電池モジュールＢは、セル積層体１の内圧、すなわち各セルＣの内圧の総和が所定の値に達すると、セルＣ内のガスを外部に排出する圧力調整機構を備えている。図４は、本発明の実施の形態における圧力調整機構の構成例を示す平面図である。図４に示すように、各セルＣのケーシング２に設けられた各ガス排出口２３の二又の排出部２３ａのそれぞれが、隣接するセルＣのガス排出口２３の排出部２３ａの一方と、連通路を形成する可撓性のチューブ７１を介して順次接続されている。また、末端のセルＣの一方の排出部２３ａが、圧力監視用の圧力計Ｐおよび圧力調整弁７３に連通されている。先端のセルＣの一方の排出部２３ａは、盲栓により閉塞する。これらのガス排出口２３、可撓性の連通部材であるチューブ７１、圧力計Ｐ、及び圧力調整弁７３が、電池モジュールＢの圧力調整機構７０を構成している。圧力調整弁７３としては、例えば、ポペット弁にスプリングを組み合わせたもののほか、一般に用いられている任意の機構を使用することができる。圧力調整弁７３は安全弁として動作する。なお、圧力計Ｐは省略してもよく、さらに、セル積層体１の内圧が所定の値に達する可能性が低い場合には、圧力調整機構７０を省略してもよい。

[セルの構造]
図５は、本発明の実施の形態１に係るセルＣを示す分解斜視図である。

セルＣは、例えば、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とするニッケル水素二次電池として構成される。セルＣは、負極１１、正極１２及びセパレータ１３で構成された電極体１０と、この電極体１０を電解液とともに収容する角形のケーシング２とを備えている。

ケーシング２は、絶縁素材からなる矩形枠状の枠部材３（ケーシング本体）と、枠部材３の一方側の開口部３ａを覆って閉鎖する略平板状の負極集電体４（負極外部端子）と、枠部材３の他方側の開口部３ｂを覆って閉鎖する略平板状の正極集電体５（正極外部端子）とを備えている。即ち、負極集電体４と正極集電体５とは、枠部材３を介して互いに絶縁された状態で対向配置されており、これらの集電体４，５によりケーシング２の内部空間Ｓに収容された電極体１０が挟持されている。

枠部材３における負極集電体４との接触面３ｃは、一方側の開口部３ａを囲むように設けられている。そして、その接触面３ｃの上には開口部３ａの外周に沿って閉ループを形成する凸部であるリブ３ｇが形成されている。枠部材３の正極集電体５との接触面３ｄは、他方側の開口部３ｂを囲むように設けられており、その接触面３ｄの上にも開口部３ｂの外周に沿って閉ループを形成する凸部であるリブ３ｈが形成されている。

負極集電体４は、枠部材３の一方側の開口部３ａを閉鎖して接触面３ｃとシール剤を介して密着する集電面部４ｃと、その集電面部４ｃの外周を取り囲む側板面部４ｂと、集電面部４ｃと対向しており電極体１０から集電面部４ｃを介して集電された電流を外部から取り出すための端子面部４ａとを有している。

正極集電体５は、枠部材３の他方側の開口部３ｂを閉鎖して接触面３ｄとシール剤を介して密着する集電面部５ｃと、その集電面部５ｃの外周を取り囲む側板面部５ｂと、集電面部５ｃと対向しており電極体１０から集電面部５ｃを介して集電された電流を外部から取り出すための端子面部５ａとを有している。

負極集電体４及び正極集電体５を形成する素材として、本実施の形態ではニッケルめっきを施した鋼板を用いているが、電気化学的特性、機械的強度及び耐食性が十分であれば、他の導電素材を適宜選択することができる。また、シール剤としては、例えば、アスファルトピッチやタールピッチなどのピッチ剤が用いられる。

図６は、図５に示すセルＣの電極体１０の断面図である。図７は、図６に示す集電体４，５を取り外した状態のセルＣの平面図である。図６及び図７に示すように、電極体１０は、プリーツ（折りひだ）状に折り畳まれたセパレータ１３を介して、四角断面の帯状からなる負極１１と正極１２とが、セルＣの厚み方向に直交する方向に沿って交互に積層されるよう構成されている。つまり、負極集電体４側から見ると、負極１１は露出しているが、正極１２は露出せずにセパレータ１３で覆われている。一方、正極集電体５側から見ると、正極１２が露出しているが、負極１１は露出せずにセパレータ１３で覆われている。

したがって、負極１１は負極集電体４に向かう垂直な方向に配置されており、各負極１１の端面が負極集電体４の集電面部４ｃに接触している。これにより、負極集電体４の集電面部４ｃはセルＣの負極側の集電面として機能し、負極集電体４の端子面部４ａはセルＣの負極側の端子面として機能する。同様に、正極１２は正極集電体５に向かう垂直な方向に配置されており、各正極１２の端面が正極集電体５の集電面部５ｃに接触している。これにより、正極集電体５の集電面部５ｃはセルＣの正極側の集電面として機能し、正極集電体５の端子面部５ａはセルＣの正極側の端子面として機能する。

[セルの枠部材のリブ]
図８は、図５に示すセルＣのケーシング２の要部断面図である。図７及び図８に示すように、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄには、開口部３ａ，３ｂを囲むように閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが複数本（本例では３本）突設されている。リブ３ｇ，３ｈは、負極集電体４の集電面部４ｃ又は正極集電体５の集電面部５ｃに向かって先細りした断面略三角形状である。

リブ３ｇ，３ｈの高さは、例えば１０〜２００μｍである。負極集電体４及び正極集電体５が枠部材３の開口部３ａ，３ｂを閉鎖した状態では、リブ３ｇ，３ｈの先端は、負極集電体４の集電面部４ｃ又は正極集電体５の集電面部５ｃに対して当接する。そして、複数のセルＣを積層して電池モジュールＢを形成する際に、セルＣの厚み方向に外部から圧縮力を加えることで、リブ３ｇ，３ｈを介した接触圧（密着性）が高まることとなる。言い換えると、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄに形成された閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが負極集電体４の集電面部４ｃ及び正極集電体５の集電面部５ｃにそれぞれ接触した上で、枠部材３の開口部３ａ，３ｂが封止された状態で、負極集電体４及び正極集電体５をセルＣの厚み方向に締め付けられても、閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈによって、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄと負極集電体４の集電面部４ｃ及び正極集電体５の集電面部５ｃとの高荷重下における接合強度が増す。その際、外部からの圧縮力が非常に高くても、リブ３ｇ，３ｈの先端が圧潰することで高い密着性が担保されることとなる。しかも、隣り合うリブ３ｇ，３ｈの間に形成される閉ループ状の谷部に上述したシール剤（例えば、アスファルトピッチやタールピッチなどのピッチ剤）が封入されることにもなり、これによっても密封性が向上することとなる。

以上により、長期使用時にあっても、電池モジュールＢとして使用されているセルＣのケーシング２の密閉性が維持されやすくなり、ケーシング２内の電解液の外部へのリークを防止することとなる。

なお、前述の説明では、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄの双方に閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが形成されているが、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄのいずれか一方に閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが形成されてもよい。

[セルの枠部材の材料]
電池モジュールＢは複数のセルＣを積層方向Ｘに沿って圧縮して構成されているので、セルＣの材料の特性として圧縮降伏強さが重要である。この圧縮降伏強さが圧縮力を下回れば電池モジュールＢの圧縮構造を維持できなくなる。また、セルＣ内の電極体１０はケーシング２による標準大気圧以上の圧力への耐性を有する密閉構造を呈しており、標準大気圧における水の沸点１００℃以下で圧縮降伏強さが圧縮力を下回るような事態が発生する場合、セルＣ内が標準大気圧でなくなり、セルＣの密閉構造の意味をなさなくなる。そこで、１００℃以上でも圧縮降伏強さを維持しているセルＣの枠部材３の材料、言い換えると荷重たわみ温度が１００℃以上であるセルＣの枠部材３の材料であれば、標準大気圧以上の圧力となってもセルＣの密閉構造を維持できることとなる。従って、ケーシング２の枠部材３を形成する絶縁素材としては、荷重たわみ温度が標準大気圧における水の沸点１００℃以上であり、体積抵抗（Ω・ｃｍ）が１０の１０乗Ω・ｃｍ以上であり、かつ絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）が１０ｋＶ／ｍｍ以上である条件を満足するような、変性ポリフェニレンエーテル（Polyphenylen Ether）の熱可塑性樹脂を採用することとする。なお、変性ポリフェニレンエーテルの他に、前述の条件を満たすような、ポリフェニレンサルファイド(Polyphenylene Sulfide)、ポリスルホン(Polysulfone)、又はポリエーテルスルホン(Poly Ether Sulphone)の熱可塑性樹脂であってもよい。

以下、今回採用するセルＣの枠部材３の材料の具体例を図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。なお、図９Ａは、２種類の熱可塑性樹脂の温度と圧縮降伏強さとの関係を表すグラフであり、図９Ｂは、水の沸点と大気圧との関係を表すグラフである。

図９Ａに示すように、熱可塑性樹脂Ａの場合、８３℃において圧縮降伏強さがなくなるので、荷重たわみ温度が１００℃より低い８３℃である。つまり、熱可塑性樹脂Ａの場合、セルＣの内圧が密閉構造により標準大気圧を維持していても、電池温度の上昇により８３℃以上となれば、圧縮降伏強さがなくなるので、セルＣ内の内圧が標準大気圧を維持できなくなる。

一方、熱可塑性樹脂Ｂの場合、１４４℃において圧縮降伏強さがなくなるので、荷重たわみ温度が１００℃より高い１４４℃である。つまり、熱可塑性樹脂Ｂの場合、電池温度が上昇しても、標準大気圧における水の沸点１００℃以下で圧縮降伏強さがなくなるような事態が発生することはない。なお、図９Ｂに示すように、１４４℃のときの気圧は０．４ＭＰａなので、熱可塑性樹脂Ｂを採用したセルＣの枠部材３の耐圧は０．４ＭＰａである。これにより、例えば、図４に示した圧力調整機構として、セル積層体１の内圧、すなわち各セルＣの内圧の総和が０．４ＭＰａに達すると、セルＣ内のガスを外部に排出するように設計すればよい。

以上により、セルＣの枠部材として熱可塑性樹脂Ｂのような前述の条件を満足する熱可塑性樹脂を採用すれば、電池温度とセルＣの内圧とが同時に上昇することによりケーシング２内の電解液が外部へリークすることを防止することができる。

[緩衝部材]
図１０は、図５に示すセルＣの要部断面図である。図１０に示すように、セルＣでは、負極集電体４と電極体１０との間、及び、正極集電体５と電極体１０との間に、それぞれ導電性の緩衝部材５０を介在させている。緩衝部材５０は、セルＣの厚み方向（負極集電体４と正極集電体５の対向方向）に塑性変形可能なシート状の導電性部材である。緩衝部材５０は、緩衝シート部５１と接触シート部５２とが積層されてなる。緩衝シート部５１は、厚み方向に塑性変形可能な導電素材（例えば、発泡ニッケル）で形成されており、負極集電体４と正極集電体５とにそれぞれ接するように配置されている。接触シート部５２は、平滑な主面を有する導電素材（例えば、ニッケルめっきを施した鋼板や発泡ニッケルのプレス成形品）で形成されており、電極体１０の負極１１又は正極１２の端子部に接するように配置されている。

緩衝部材５０は、緩衝シート部５１によりセルＣの厚み方向の圧力を吸収する機能を果たし、接触シート部５２により内部短絡を防止しつつ電極体１０との良好な接触性を確保する機能を果たしている。特に、緩衝シート部５１のセルＣの厚み方向の圧力を吸収する機能によって、セルＣの密閉構造を維持しやすくなり、ひいてはリーク防止効果を更に向上させることができる。

なお、図１１に示すように、緩衝部材５０は、接触シート部５２を廃止して緩衝シート部５１のみとする構成としてもよい。そうすれば、緩衝部材の構成を簡素化することができる。
（実施の形態２）
［セルの電極体の構造］
本発明の実施の形態２では、実施の形態１のうちケーシング２内に収容する電極体として、前述した実施の形態１におけるプリーツ状の構造を呈した電極体１０ではなく、略円筒状の捲回型の構造を呈した電極体１００を採用する。

図１２Ａは本発明の実施の形態２に係るセルの電極体の断面斜視図であり、図１２Ｂは図１２Ａに示す電極体の平面図である。

電極体１００は、負極活物質を含む負極活物質シートからなる負極１１と、正極活物質を含む正極活物質シートからなる正極１２と、負極１１と正極１２との間に介在して負極１１と正極１２とを電気絶縁すると共にその中に含まれる電解液を介してイオンを伝導させるシート状の第１セパレータ１３と、第１セパレータ１３との間に正極１２を挟み込むシート状の第２セパレータ１４とを備えている。負極１１、第１セパレータ１３、正極１２及び第２セパレータ１４は、この順に密着するように重ね合わされており、電極体１００の最外周層が負極１１になるように渦巻き状に捲回されている。即ち、第１セパレータ１３と第２セパレータ１４とは、電極体１００の径方向内方に向かって負極１１と正極１２との間に交互に介在する。

また、電極体１００は、その中心に隙間Ｃ１が形成されるように捲回されている。

電極体１００の最外周に位置しない一方の電極１２（本例では正極）の内周面に接する第２セパレータ１４は、その捲回方向における外端部１４ｃが、その電極１２の捲回方向における外端部１２ｃに比べて捲回方向の外側に突出している。また、電極体１００の最外周に位置する他方の電極（本例では負極１１）の内周面に接する第１セパレータ１３は、その捲回方向における外端部１３ｃが負極１１、正極１２及び第２セパレータ１４に比べて捲回方向の外側に突出し、その突出した外端部１３ｃが、一方の電極（本例では正極１２）の外端部１２ｃ及び第２セパレータ１４の外端部１４ｃを覆っている。

また、電極体１００の最内周に位置する一方の電極１２（本例では正極）の内周面に接する第２セパレータ１４は、その捲回方向における内端部１４ｄが、その電極１２の捲回方向における内端部１２ｄに比べて捲回方向の内側に突出している。また、電極体１００の他方の電極１１（本例では負極）の内周面に接する第１セパレータ１３は、その捲回方向における内端部１３ｄが負極１１、正極１２及び第２セパレータ１４に比べて捲回方向の内側に突出している。

以上により、複数の電極体１００を並設してケーシング２に収容したときに負極１１と正極１２との間の短絡が好適に防止されることになる。特に、本例では、正極１２が電極体１００の最外周層にならないように配置され、その正極１２の外端部１２ｃが、第２セパレータ１４の外端部１４ｃよりも長く突出した第１セパレータ１３の外端部１３ｃにより覆われているので、正極１２の他部品への意図しない導通が十分に防止される。なお、ここでは、電極体１００の最外周層を負極１１としたが正極１２としてもよい。

電極体１００の軸方向の一端部（図１２Ａ中、上方の端部）には、負極１１の端子部となる一端部１１ａが、正極１２の一端部１２ｂ及びセパレータ１３，１４の一端部１３ａ，１４ａよりも突出している。これにより、負極１１の一端部１１ａが、負極集電体４の集電面部４ｃに接触して電気的に接続される。電極体１００の軸方向の他端部（図１２Ａ中、下方の端部）には、正極１２の端子部となる他端部１２ａが、負極１１の他端部１１ｂ及びセパレータ１３，１４の他端部１３ｂ，１４ｂよりも突出している。これにより、正極１２の他端部１２ａが、正極集電体５の集電面部５ｃに接触して電気的に接続される。また、負極１１の他端部１１ｂは、セパレータ１３，１４の他端部１３ｂ，１４ｂよりも軸方向の内方に埋没しており、正極１２の一端部１２ｂは、セパレータ１３，１４の一端部１３ａ，１４ａよりも軸方向の内方に埋没している。これにより、負極１１と正極１２との間の短絡が防止されている。

負極１１は、導電性の発泡ニッケルやパンチングメタル（Punching Metal）など板状体に水素吸蔵合金粉末（負極活物質）を塗布して発泡ニッケルの細孔に充填し又はコーティングし、乾燥したあと所定の厚みに圧延して形成されている。正極１２は、導電性の発泡ニッケルなどの板状体に水酸化ニッケル（正極活物質）を塗布して発泡ニッケルの細孔に充填し、乾燥したあと所定の厚みに圧延して形成されている。第１セパレータ１３及び第２セパレータ１４は、電気絶縁物質であるポリプロピレン(polypropylene)、ポリエチレン(polyethylene)又はポリアミド(polyamide)などから構成される。また、両セパレータ１３，１４としては、耐電解液性（耐アルカリ性）を有して多数の空隙が形成された可撓性部材（例えば、不織布又はメッシュ部材など）を用いることが好ましい。なお、電解質としては水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、又はそれらの混合液が使用される。

図１２Ｃは、本発明の実施の形態２に係るセルの電極体のその他の構成例を示す平面図である。図１２Ｃに示すように、電極体１１０では、電極体１１０の最外周に位置しない一方の電極１２（本例では正極）の内周面に接する第２セパレータ１１４は、その捲回方向における外端部１１４ｃが、その電極１２の捲回方向における外端部１２ｃに比べて捲回方向の外側に突出している。また、電極体１１０の最外周に位置する電極（本例では負極１１）の内周面に接する第１セパレータ１１３が、負極１１及び正極１２に比べて捲回方向の外側に１周以上にわたって延長されている。即ち、第１セパレータ１１３の捲回方向外側の延長部１１３ｃが保液材として電極体１１０の最外周を全周覆うように巻かれており、２つの電極１１，１２のうち外側に位置する電極（本例では負極１１）の捲回方向の外端部１１ｃまで覆っている。また、第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４の捲回方向における内側部分は、連結部１５０ａにより、電極体１０の最内周に位置する電極１２の内端部１２ｄを覆うように互いに連結されている。即ち、本例の第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４は、１つのセパレータ１５０を使用して構成されている。以上のような構成により、負極１１と正極１２との間の短絡が防止されている。なお、本実施形態では、延長部１１３ｃは、電極体１０の外周を概ね１周巻いているが、１周以上であれば複数周巻いてもよい。

［セルの構造］
図１３は本発明の実施の形態２に係るセルを示す分解斜視図である。図１４は、図１３に示す集電体を取り外した状態のセルの平面図である。

図１３に示すように、本発明の実施の形態２に係るセルＣは、図５に示す本発明の実施の形態１に係るセルＣと比べると、ケーシング２の内部空間Ｓに、負極１１、正極１２及びセパレータ１３，１４で構成された略円筒状の捲回型の複数の電極体１００が電解液とともに収容されて、負極集電体４と正極集電体５とによりケーシング２の内部空間Ｓに収容された複数の電極体１００が挟持されている点が相違している。

なお、その他の構成（セルの枠部材のリブ、セルの枠部材の材質、及び緩衝部材など）については実施の形態１に係るセルＣと同様である。

具体的には、図１３及び図１４に示すように、枠部材３の接触面３ｃ，３ｄには、開口部３ａ，３ｂを囲むように閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが複数本（本例では３本）突設されている。リブ３ｇ，３ｈは、負極集電体４の集電面部４ｃ又は正極集電体５の集電面部５ｃに向かって先細りした断面略三角形状である。負極集電体４及び正極集電体５が枠部材３の開口部３ａ，３ｂを閉鎖した状態では、リブ３ｇ，３ｈの先端は、負極集電体４の集電面部４ｃ又は正極集電体５の集電面部５ｃに対して当接する。そして、複数のセルＣを積層して電池モジュールＢを形成する際に、セルＣの厚み方向に外部から圧縮力を加えることで、リブ３ｇ，３ｈの接触圧が高まることとなる。これにより、閉ループ状のリブ３ｇ，３ｈが、ケーシング２内の電解液の外部へのリークを防止することとなる。

また、セルＣの枠部材３の材料としては、荷重たわみ温度が標準大気圧における水の沸点１００℃以上であり、体積抵抗（Ω・ｃｍ）が１０の１０乗Ω・ｃｍ以上であり、かつ絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）が１０ｋＶ／ｍｍ以上を満足するような、変性ポリフェニレンエーテル（Polyphenylen Ether）の熱可塑性樹脂を採用する。これにより、セルＣの枠部材３として熱可塑性樹脂Ｂを採用すれば、電池温度とセルＣの内圧とが同時に上昇することによりケーシング２内の電解液が外部へリークすることを防止することができる。

また、図１０や図１１に示すように、セルＣでは、負極集電体４と電極体１０との間、及び、正極集電体５と電極体１０との間に、それぞれ導電性の緩衝部材５０を介在させている。緩衝部材５０は緩衝シート部５１と接触シート部５２とを積層させてなる部材であってもよいし、接触シート部５２を廃止して緩衝シート部５１のみからなる部材であってもよい。緩衝部材５０の緩衝シート部５１によって、セルＣの厚み方向の圧力を吸収することができ、緩衝部材５０の接触シート部５２によって内部短絡を防止しつつ電極体１００との良好な接触性を確保することができる。

なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施の形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施の形態中の一部の構成又は方法を他の実施の形態に適用してもよい。

以上のように、本発明に係る電池は、電解液のリーク防止効果を備えるものであり、この効果の意義を発揮できる、ニッケル水素電池などに広く適用すると有益である。

１…セル積層体
１０，１００…電極体
２…ケーシング
３…枠部材
３ａ，３ｂ…開口部
３ｃ，３ｄ…接触面
３ｇ，３ｈ…リブ
４…負極集電体
５…正極集電体
１１…負極
１２…正極
１３，１４…セパレータ
２３…ガス排出口
３０…側面板
３１…放熱板
３２…側面ボルト
３３…上面板
３４…下面板
３５…圧縮板
３７…締付ボルト
３９…ケーシング
４１…側面絶縁板
４４…孔
４５…正極端子ボルト
４７…モジュール本体
５０…緩衝部材
５１…緩衝シート部
５２…接触シート部
５５…集電板
５７…絶縁板
５９…絶縁板保護板
６０…孔
７０…圧力調整機構
７１…チューブ
７３…圧力調整弁

Claims

正極と負極との間にセパレータを介在させてなる電極体と、
ケーシング本体と、前記正極に電気的に接続される正極外部端子と、前記負極に電気的に接続される負極外部端子とを有し、前記電極体を電解液とともに収容するケーシングと、
を備え、
前記正極外部端子及び前記負極外部端子は、前記ケーシング本体の両側に形成された一対の開口部をそれぞれ閉鎖するように配置され、
前記ケーシング本体の前記正極外部端子との接触面、及び、前記ケーシング本体の前記負極外部端子との接触面の少なくとも一方の面上には、前記開口部の外周に沿って閉ループを形成する凸部が設けられている、電池。
前記凸部は、前記正極外部端子又は前記負極外部端子に向かって先細りした形状となっている、請求項１に記載の電池。
前記ケーシング本体は、荷重たわみ温度が１００℃以上、体積抵抗が１０の１０乗Ω・ｃｍ以上、かつ絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上である特性を有した熱可塑性樹脂により構成されている、請求項１又は２に記載の電池。
前記負極外部端子と前記電極体との間、及び、前記正極外部端子と前記電極体との間の少なくともいずれか一方には、導電性の緩衝部材が介在している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池。
前記セパレータは、プリーツ状であり、
前記正極及び前記負極は、帯状であり、
前記電極体は、プリーツ状の前記セパレータを介して、複数の前記負極と複数の前記正極とが、電池の厚み方向に直交する方向へ交互に積層されて対向するよう構成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池。
前記セパレータ、前記正極及び前記負極は、シート状であり、
前記電極体は、前記正極と前記負極とが前記セパレータを挟んで渦巻き状に捲回されたものである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池。