JP3553755B2 - 角型蓄電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、角型蓄電池に関するものであり、特に、放電容量および充放電サイクル寿命の向上した角型蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電極板を積層してなる角型蓄電池においては、各電極板は、電極本体に1つの集電タブが取付けられて構成されていた。また、この集電タブは、四角形状の電極本体の上部の角に取付けられるのが一般的であった。
【0003】
しかしながら、タブがこのような位置に1枚だけ取付けられていると、1枚の電極内における分極が大きくなり、電極1枚当りの抵抗が増大する。その結果、充電中に電池が高温になるため、充電効率が低下し、電池容量が低下してしまうという問題があった。また、負極においては、充電中の発熱による腐食により、充放電サイクル寿命が低下するという問題もあった。
【0004】
一方、角型蓄電池においては、正極端子および負極端子は、電槽の上部に円筒状に突出して取付けられるのが一般的であった。そのため、このように構成される角型蓄電池を複数集合させて組電池を作製する際には、例えば特開平8−88021号公報に開示されるように端子同士をボルト等の金具で接続する必要があった。しかしながら、この金具はそれ自体の抵抗を有するため、電力損失が生じ、充電効率が低下し、電池容量が低下してしまうという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、作動電圧および放電容量が増大し、充放電サイクル寿命が向上した蓄電池およびこれを用いた組電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明によるニッケル−水素角型蓄電池は、電極板を複数枚積層してなるニッケル−水素角型蓄電池であって、各電極板は、四角形状の電極本体と、電極本体の上部に取付けられた第1の集電タブと、電極本体の下部に取付けられた第2の集電タブとを備えることを特徴としている。
【0007】
この発明によれば、各電極板は、2枚の集電タブを備えている。そのため、電極の分極が小さくなり、電極1枚当りの抵抗が低下する。その結果、充電中の熱発生が低減され、正極においては充電効率が向上し、放電容量が増大する。また、負極においても、発熱による腐食が抑制されるため、充放電サイクル寿命が向上する。さらに、分極の低下により放電時に電圧が増大するため、出力特性も向上する。
【0008】
好ましくは、第1および第2の集電タブは、四角形状の電極本体の対角線上に取付けられているとよい。
【0009】
集電タブをこのような位置に取付けることにより、1枚の電極内における分極を最小にすることができるからである。
【0010】
また、好ましくは、第1および第2の集電タブの幅は、電極本体の幅の20〜48%であるとよい。20%より小さいと電極の分極を十分に低減することが困難となり、一方、48%より大きいと正極と負極とを積層して蓄電池とした際に、正極と負極が接触してショートする可能性があるからである。
【0011】
また、この発明による組電池は、ニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、第1のニッケル−水素角型蓄電池は、第1の面に第1の対角線上に取付けられた2個の第1の極性の電極端子と、第1の面に対面する第2の面に第1の対角線と異なる方向の第2の対角線上に取付けられた2個の第2の極性の電極端子とを備え、第2のニッケル−水素角型蓄電池は、第1のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた2個の第1の極性の電極端子と2個の第2の極性の電極端子とを備え、第1のニッケル−水素角型蓄電池と第2のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴としている。
【0012】
この発明によれば、第1および第2の蓄電池にはそれぞれ互いに鏡像体の関係になるように2個の正極端子と負極端子とが取付けられ、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより、蓄電池が直列に接続される。そのため、従来のように端子の接続のために別途金具を用いる必要がなく、金具を用いることによる電力損失の問題も解決される。
【0013】
さらに、この発明においては、第1の蓄電池と第2の蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより接続される。そのため、従来の金具を使って接続する場合のように、突出した円筒状の大きな電極端子を取付ける必要はなく、電極端子を厚さが薄く体積の小さいものにすることが可能となる。その結果、各蓄電池において端子を取付けることによる体積の損失が減少し、各蓄電池当りの放電容量が増大する。したがって、組電池全体としての放電容量も増大し、組電池全体として体積エネルギ密度に優れたものが得られる。
【0014】
なお、この発明による組電池には、前述のこの発明による蓄電池を用いることが好ましい。このような組合せにより、放電容量がさらに増大される。
【0015】
【発明の実施の形態】
蓄電池に関する実施の形態
以下、図1〜図5を用いて、本発明による角型蓄電池の第1の実施の形態の構造を説明する。
【0016】
図1は、第1実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
図1を参照して、この負極板14は、幅100mm、高さ110mm、厚さ0.5mmの負極板本体2と、幅48mm、高さ10mm、厚さ0.1mmの2枚の集電タブ1とから構成されている。2枚の集電タブ1は、負極板本体2の上部と下部に対角線上に取付けられている。すなわち、図1では、集電タブ1は負極板本体2の左上と右下にそれぞれ取付けられている。
【0017】
図2は、第1実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
図2を参照して、この正極板15は、幅100mm、高さ110mm、厚さ0.5mmの図1に示す負極板本体と同じ大きさの正極板本体3と、幅48mm、高さ10mm、厚さ0.1mmの2枚の集電タブ1とから構成されている。2枚の集電タブ1は、正極板本体3の上部と下部であって負極板の場合とは異なる方向の対角線上に取付けられている。すなわち、図2では、集電タブ1は正極板本体3の右上と左下にそれぞれ取付けられている。
【0018】
このように構成される負極板14と正極板15とを、図3に示すように交互に積層することにより、図4に示すような電極板積層体16が得られる。この電極板積層体16は電槽内に収納されて、蓄電池が構成される。
【0019】
図5は、第1実施形態の蓄電池を示す斜視図である。
図5を参照して、この蓄電池100は、幅110mm、厚さ37mmの電槽17内に、図4に示す電極板積層体16が収納されて構成されている。電槽17の上部および下部には、円筒状の負極端子18と正極端子19とが、突出するように取付けられ、全体の高さは170mmになっている。これらの電極端子18,19が取付けられる位置は、電極板積層体16における各電極板に取付けられた各集電タブの極性に対応している。すなわち、図4において、負極板の集電タブは左上と右下に、正極板の集電タブは右上と左下に存在していることに対応して、図5において、負極端子18は蓄電池100の左上と右下に、正極端子19は蓄電池100の右上と左下に、それぞれ取付けられている。
【0020】
このように構成される蓄電池100においては、各電極板において集電タブが対角線上に取付けられていることから、分極は最小となる。
【0021】
次に、図6〜図10を用いて、本発明による角型蓄電池の第2の実施形態の構造を説明する。
【0022】
図6は、第2実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
図6を参照して、この負極板24は、負極板本体2と2枚の集電タブ1とから構成され、2枚の集電タブ1は、負極板本体2の上部と下部の同一側に取付けられている。すなわち、図6では、集電タブ1は負極板本体2の左上と左下にそれぞれ取付けられている。なお、他の構成については図1に示す第1実施形態に用いられる負極板14と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0023】
図7は、第2実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
図7を参照して、この正極板25は、正極板本体3と2枚の集電タブ1とから構成され、2枚の集電タブ1は、正極板本体3の上部と下部であって、負極板の場合とは異なる側に取付けられている。すなわち、図7では、集電タブ1は正極板本体3の右上と右下にそれぞれ取付けられている。なお、他の構成については図2に示す第2実施形態に用いられる正極板15と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0024】
このように構成される負極板24と正極板25とを、図8に示すように交互に積層することにより、図9に示すような電極板積層体26が得られる。この電極板積層体26は電槽内に収納されて、蓄電池が構成される。
【0025】
図10は、第2実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
図10を参照して、この蓄電池200は、電槽27内に図9に示す電極板積層体26が収納されて構成されている。また、電槽27の上部および下部には、円筒状の負極端子28と正極端子29とが、突出するように取付けられている。
【0026】
ここで、この第2実施形態の蓄電池200においては、図9において、負極板の集電タブは左上と左下に、正極板の集電タブは右上と右下に存在していることに対応して、図10において、負極端子28は蓄電池200の左上と左下に、正極端子29は蓄電池200の右上と右下に、それぞれ取付けられている。
【0027】
なお、他の構成については、図5に示す第1実施形態の蓄電池100と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0028】
このように構成される蓄電池200においては、各電極板において集電タブが2枚ずつ取付けられているため、従来のように集電タブが1枚しか取付けられていない場合と比較すると分極は小さくなる。
【0029】
組電池に関する実施の形態
以下、図17〜図20を用いて、本発明による組電池の第1実施形態の構造を説明する。
【0030】
図17は、第1実施形態の組電池に用いられる第1蓄電池を示す斜視図である。
【0031】
図17を参照して、この蓄電池400は、幅110mm、高さ150mm、厚さ37mmの電槽47内に、複数枚の電極板が積層されてなる電極板積層体が収納されて構成されている。電極板積層体としては、たとえば図4または図9に示す電極板積層体16または26が用いられる。
【0032】
電槽47の第1の面には、30mm×30mmの大きさで厚さ1mmの正極端子49が、2個第1の対角線上に取付けられている。さらに、第1の面と対面する第2の面には、同様に30mm×30mmの大きさで厚さ1mmの負極端子48が、2個第1の対角線と異なる方向の第2の対角線上に取付けられている。
【0033】
図18は、第1実施形態の組電池に用いられる第2蓄電池を示す斜視図である。
【0034】
図18を参照して、この蓄電池500は、電槽57内に電極板積層体が収納されて構成され、2個の負極端子58と2個の正極端子59とが、図17に示す第1蓄電池400と相互に鏡像体の関係になるように取付けられている。なお、他の構成については図17に示す蓄電池400と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0035】
このように構成される第1蓄電池400と第2蓄電池500とは、図19に示すように交互に接続することにより、組電池が得られる。
【0036】
図20は、第1実施形態の組電池の構造を示す斜視図である。
図20を参照して、この組電池600は、5個の第1蓄電池400と5個の第2蓄電池500とが、交互に異なる極性の電極端子同士を接触させることにより、直列に接続されて構成されている。
【0037】
【実施例】
(実施例1)
▲1▼ 負極板の作製
Mm(ミッシュメタル)とNiとCoとAlとMnとをモル比1.0:3.2:1.0:0.2:0.6の割合で混合し、高周波誘導加熱溶解炉で1500℃で溶融させて得られた水素吸蔵合金溶湯を、冷却した後粉砕して、水素吸蔵合金粉末を得た。
【0038】
この水素吸蔵合金粉末10重量部を、PEO(ポリエチレンオキサイド)5重量%の水溶液1重量部に分散させてペーストを調製した。次いで、このペーストを、鉄板にNiめっきを施したパンチングメタルからなる芯体に塗着し、圧延することにより、板状の水素吸蔵合金電極を作製した。
【0039】
これを負極板本体として用い、2枚の集電タブを取付けて、図1に示す構造の負極板を作製した。
【0040】
▲2▼ 正極板の作製
公知の焼結式ニッケルからなる理論容量120Ahの正極板本体を用い、2枚の集電タブを取付けて、図2に示す構造の正極板を作製した。
【0041】
▲3▼ 蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板および正極板を用い、図5に示す構造の蓄電池を作製した。
【0042】
(実施例2)
▲1▼ 負極板の作製
実施例1と同様の水素吸蔵合金電極を負極板本体として用い、2枚の集電タブを取付けて、図6に示す構造の負極板を作製した。
【0043】
▲2▼ 正極板の作製
実施例1と同様の焼結式ニッケル電極を正極板本体として用い、2枚の集電タブを取付けて、図7に示す構造の正極板を作製した。
【0044】
▲3▼ 蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板および正極板を用い、図10に示す構造の蓄電池を作製した。
【0045】
(比較例)
▲1▼ 負極板の作製
実施例1と同様の水素吸蔵合金電極を負極板本体として用い、1枚だけ集電タブを取付けて、図11に示す構造の負極板を作製した。
【0046】
図11に示す負極板34は、負極板本体2と、その上部左側に取付けられた1枚の集電タブ1とから構成されている。なお、他の構成については図1に示す負極板14と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0047】
▲2▼ 正極板の作製
実施例1と同様の焼結式ニッケル電極を正極板本体として用い、1枚だけ集電タブを取付けて、図12に示す構造の正極板を作製した。
【0048】
図12に示す正極板35は、正極板本体3と、その上部右側に取付けられた1枚の集電タブ1とから構成されている。なお、他の構成については図2に示す正極板15と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0049】
▲3▼ 蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板34と正極板35とを、図13に示すように交互に積層することにより、図14に示すような電極板積層体36を得た。次に、この電極板積層体36を電槽内に収納して、蓄電池を作製した。
【0050】
図15は、比較例の蓄電池の構造を示す斜視図である。
図15を参照して、この蓄電池300は、電槽37内に図14に示す電極板積層体36が収納されて構成されている。また、電槽37の上部には、円筒状の負極端子38と正極端子39とが、それぞれ1個ずつ突出するように取付けられている。
【0051】
ここで、この比較例1の蓄電池300においては、図14において負極板の集電タブが左上に、正極板の集電タブが右上に存在していることに対応して、図15において、負極端子38は蓄電池300の左上に、正極端子39は蓄電池300の右上に、それぞれ取付けられている。また、この蓄電池300においては、用いられる電極板に集電タブが1つしか取付けられていないため、蓄電池全体の高さは160mmであり、図5に示す第1実施形態の蓄電池100と比べて高さが低くなっている。なお、他の構成については図5に示す第1実施形態の蓄電池100と全く同様であるので、その説明は省略する。
【0052】
(評価)
▲1▼ 分極の測定
上述のようにして得られた実施例1、実施例2および比較例の蓄電池を用いて、12A(0.1C)で12時間充電を行なった後、120A(1C)で放電を行ない、50%放電時の電圧を電池の作動電圧として分極の指標とした。
【0053】
このようにして得られた各電池の作動電圧の結果を表1に示す。
【0054】
【表1】
【0055】
表1より明らかなように、本発明に従い電極板に2枚の集電タブが取付けられた実施例1および実施例2の蓄電池は、集電タブが1枚しか取付けられていない比較例の蓄電池と比較して、作動電圧が大きい。
【0056】
特に、2枚の集電タブが電極板の対角線上に取付けられた実施例1の蓄電池は、作動電圧が最も大きくなっている。これは、たとえば電極板の左上に集電タブを取付けると、電極板内においてその対角線上に相当する右下の部分で最も分極が大きくなるが、実施例1では、この右下の部分にもう1枚の集電タブが取付けられているため、電極板全体としての分極が最小になったためであると考えられる。
【0057】
▲2▼ 放電容量および充放電サイクル寿命の測定
実施例1、実施例2および比較例の蓄電池を12A(0.1C)で12時間充電した後、24A(0.2C)で放電終止電圧1.0Vまで放電する充放電サイクルを繰返し、各蓄電池の充放電サイクル特性を調べた。
【0058】
その結果を図16に示す。図16において、横軸は充放電サイクル数(回)を示し、縦軸は放電容量(Ah)を示している。
【0059】
また、3種の蓄電池の電極板に取付けられた集電タブの数、放電容量、サイクル寿命を、表1に併せて示す。なお、サイクル寿命は、放電容量が初期容量の50%となった時点とした。
【0060】
図16および表1より明らかなように、本発明に従い電極板に2枚の集電タブが取付けられた実施例1および実施例2の蓄電池は、放電容量が大きく、しかもサイクル寿命が長い。
【0061】
特に、2枚の集電タブが電極板の対角線上に取付けられた実施例1の蓄電池は、放電容量およびサイクル寿命がともに最も大きくなっている。これは、前述のように実施例1では分極が最小になったため、正極では集電効率が向上して放電容量が増大したものと考えられる。
【0062】
一方、負極では、発熱による負極合金の腐食が抑制されたため、耐食性が向上し、サイクル寿命が長くなったものと考えられる。
【0063】
(実施例3)
図4に示す電極板積層体16を用いて、図17に示す構造の第1蓄電池400と、図18に示す構造の第2蓄電池500を作製し、これらを各5個ずつ交互に接続して、図20に示す組電池600を作製した。
【0064】
(実施例4)
図4に示す電極板積層体16を用いて、図5に示す構造の蓄電池100を作製し、これを10個接続して組電池を作製した。
【0065】
なお、蓄電池同士の接続は、従来のように円筒状に突出して取付けられた各電極端子同士をボルトで接続することにより行なった。
【0066】
(評価)
上述のようにして得られた実施例3および実施例4の組電池を用いて、前述と同様の条件で放電容量の測定を行なった。すなわち、組電池を12A(0.1C)で12時間充電した後、24A(0.2C)で放電終止電圧1.0Vまで放電を行なった。
【0067】
得られた放電容量の値を表2に示す。また、組電池に用いられた蓄電池の電極板に取付けられた集電タブの数、電池の体積当りの放電容量の算出結果についても、表2に併せて示す。
【0068】
【表2】
【0069】
表2より明らかなように、本発明に従い、端子同士を接触させることにより蓄電池を接続してなる実施例3の組電池の方が、従来のようにボルトを用いて接続した実施例4の組電池よりも電池の体積当りの放電容量が大きい。
【0070】
これは、実施例3では、端子を取付けることによる体積の損失が減少し、組電池全体の体積が減少したためと考えられる。
【0071】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、作動電圧および放電容量が増大し、充放電サイクル寿命が向上した蓄電池およびこれを用いた組電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図2】第1実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図3】第1実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図4】第1実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図5】第1実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図6】第2実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図7】第2実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図8】第2実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図9】第2実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図10】第2実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図11】比較例の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図12】比較例の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図13】比較例の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図14】比較例の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図15】比較例の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図16】実施例1、実施例2、比較例の蓄電池のサイクル数と放電容量との関係を示す図である。
【図17】第1実施形態の組電池に用いられる第1蓄電池を示す斜視図である。
【図18】第1実施形態の組電池に用いられる第2蓄電池を示す斜視図である。
【図19】第1実施形態の組電池の構造を説明するための図である。
【図20】第1実施形態の組電池の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 集電タブ
2 負極板本体
3 正極板本体
14,24,34 負極板
15,25,35 正極板
16,26,36 電極板積層体
17,27,37,47,57 電槽
18,28,38,48,58 負極端子
19,29,39,49,59 正極端子
100,200,300,400,500 角型蓄電池
600 組電池
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (5)
- 電極板を複数枚積層してなるニッケル−水素角型蓄電池であって、
前記各電極板は、
四角形状の電極本体と、
前記電極本体の上部に取付けられた第1の集電タブと、
前記電極本体の下部に取付けられた第2の集電タブとを備えることを特徴とする、ニッケル−水素角型蓄電池。 - 前記第1および第2の集電タブは、前記四角形状の電極本体の対角線上に取付けられていることを特徴とする、請求項1記載のニッケル−水素角型蓄電池。
- 前記第1および第2の集電タブの幅は、前記電極本体の幅の20〜48%であることを特徴とする、請求項1または請求項2記載のニッケル−水素角型蓄電池。
- ニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、
第1のニッケル−水素角型蓄電池は、第1の面に第1の対角線上に取付けられた2個の第1の極性の電極端子と、前記第1の面に対面する第2の面に前記第1の対角線と異なる方向の第2の対角線上に取付けられた2個の第2の極性の電極端子とを備え、
第2のニッケル−水素角型蓄電池は、前記第1のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた2個の第1の極性の電極端子と2個の第2の極性の電極端子とを備え、
前記第1のニッケル−水素角型蓄電池と前記第2のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴とする、組電池。 - 前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載のニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、
第1のニッケル−水素角型蓄電池は、第1の面に第1の対角線上に取付けられた2個の第1の極性の電極端子と、前記第1の面に対面する第2の面に前記第1の対角線と異なる方向の第2の対角線上に取付けられた2個の第2の極性の電極端子とを備え、
第2のニッケル−水素角型蓄電池は、前記第1のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた2個の第1の極性の電極端子と2個の第2の極性の電極端子とを備え、
前記第1のニッケル−水素角型蓄電池と前記第2のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴とする、組電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03198997A JP3553755B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 角型蓄電池 |
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