JP3888590B2 - 水素化物二次電池の組電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素化物二次電池の素電池を2個以上直列または並列に接続した組電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ポータブルCDプレーヤー、ポータブルMDプレーヤーなどの移動用機器の電源として水素化物二次電池を複数個直列に接続した組電池が使用されている。これは、1個の水素化物二次電池では電圧が水の安定領域である1.2Vまでしか上がらないので、それ以上の作動電圧が必要とされるときは水素化物二次電池を複数個直列に接続して電圧を高める必要があるという理由によるものである。
【0003】
この水素化物二次電池の多くは、負極活物質として水素吸蔵合金を用い、正極活物質としては水酸化ニッケルを用い、電解液としてはアルカリ水溶液を用いて構成される関係上、過充電時に正極から酸素ガスが発生し、負極から水素ガスが発生するなど、電池内部にガスが発生するので、何らかのトラブルにより電池内部にガスが多量に発生し、電池内圧が異常上昇しようとしたときには電池内部のガスを電池外部に放出して高圧下での電池破裂を防止するために、たとえば図5に示すような安全弁を電池蓋に組み込んでいる。そのため、水素化物二次電池を複数個接続した場合、組電池はその素電池の数だけ安全弁を持つことになる。
【0004】
しかし、安全弁の必要性から言えば、個々の素電池のすべてに安全弁を有している必要はなく、水素化物二次電池を複数個接続した組電池に1個の安全弁を有していればよいが、これまではそれぞれが安全弁を有する素電池を複数個接続して組電池を作製していたため、その余分な安全弁のぶん、組電池内の空間の有効利用が図れず、容量が低くなるという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の水素化物二次電池の組電池に関する問題点を解決し、水素化物二次電池の組電池において高容量化を達成することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水素化物二次電池を素電池とする組電池の作製にあたり、各素電池間の少なくとも一部に気液選択透過膜を配置し、該気液選択透過膜として、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質膜であって、その通気度がJIS P 8117に規定される測定法により測定された値で0.2〜7cc/cm2・secであり、耐水度がJIS L 1092A法に規定される測定法により測定された値で0.02〜2kg/cm2である膜を用いることによって、上記課題を解決したものである。
【0007】
すなわち、上記気液選択透過膜は、電解液の透過を阻止することができるので、電解液が各素電池から流出してサイクル特性を低下させるようなことはない。そして、いずれかの素電池で過充電時に正極から発生する酸素ガスや負極から発生する水素ガスは上記気液選択透過膜を透過して他の素電池へ移動し、そこで負極に吸収されるので、組電池全体としての内圧上昇が抑制され、サイクル特性が向上すると共に、それぞれの素電池に安全弁を設ける必要がなくなり、組電池に1個の安全弁を設ければ安全性が確保できるので、安全弁の数を減らすことができ、その安全弁の減少に応じて高容量化を図ることができる。また、その安全弁の減少に伴ってコストダウンを図ることもできる。
【0008】
【発明の実施の形態】
上記気液選択透過膜は、液体の透過を阻止し、気体を透過させる性質を有するものであり、前記のように、素電池から電解液が流出するのを防止し、それぞれの素電池で発生した酸素ガスや水素ガスなどを透過させるので、それらのガスは他の素電池に移動することができる。
【0009】
この気液選択透過膜は、素電池から電解液が流出するのを防止する作用を有するものでなければならない関係上、材質的には電解液に耐え得るように耐アルカリ性を有するものであることが必要であり、具体的には、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質膜などが好ましい。
【0010】
そして、この気液選択透過膜は、その通気度がJIS P 8117に規定される測定法により測定した値で0.2〜7cc/cm2 ・secであることが好ましく、また、その耐水度はJIS L 1092Aに規定される測定法により測定した値で0.02〜2kg/cm2 であることが好ましい。
【0011】
気液選択透過膜の通気度が上記範囲より小さい場合は、ガスが透過しにくくなるおそれがあり、気液選択透過膜の通気度が上記範囲より大きい場合は、透過膜の気液の選択性が損なわれるおそれがある。また、上記気液選択透過膜の耐水度が上記範囲より小さい場合は、液体が透過しやすくなるおそれがあり、気液選択透過膜の耐水度が上記範囲より大きい場合は、透過膜の気液の選択性が損なわれるおそれがある。
【0012】
この気液選択透過膜は素電池間の少なくとも一部に配置されていればよく、気液選択透過膜が配置されていない部分は密閉し、ガスのみが上記気液選択透過膜を透過して他の素電池に移動ができるようにすればよい。また、組電池は、全体として1個の安全弁を設け、その安全弁を介してのガスの排出以外は密閉すればよい。
【0013】
本発明において気液選択透過膜を配置する素電池間とは、物理的に素電池が直接接触している部分のみを意味するのではなく、1つの密閉空間内においてガスが移動し得る状態で接する位置に気液選択透過膜が配置されていればよい。
【0014】
また、安全弁も独立して構成されている部材ではなく、バネ、弾性体などの変形可能な部材が正極端子板などの他の役割を担う部材と合わさって構成されるものである。
【0015】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0016】
実施例1
組電池の外周部を構成する外装ケースとしては、ステンレス鋼製で表面にニッケルメッキを施した横断面が12mm×47mmの長方形状で高さが22mmの有底角筒状のものを用い、素電池はAAAサイズとした。
【0017】
正極には水酸化ニッケルを活物質とするシート状のペースト式ニッケル電極を用い、負極には組成がMmNi3.55Co0.75Mn0.4 Al0.3 Mo0.04(Mmはミッシュメタルで、その組成はLa0.32Ce0.48Nd0.15Pr0.04である)で示される水素吸蔵合金を活物質とするペースト式水素吸蔵合金電極を用い、この正極と負極とをポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して渦巻状に巻回し、得られた渦巻状電極体を底部に絶縁板を敷いた熱収縮性樹脂チューブの有底円筒体内に挿入した。上記熱収縮性樹脂チューブは塩化ビニル樹脂製で、その有底円筒体は上記熱収縮性樹脂チューブをAAAサイズの電池の電池缶のサイズに合わせて形成されたものであり、絶縁板はポリテトラフルオロエチレンシートからなるものである。
【0018】
電解液としては塩化リチウムを17g/l溶解させた濃度30重量%の水酸化カリウム水溶液を用い、この電解液を上記渦巻状電極体挿入後の熱収縮性樹脂チューブの有底円筒体内に注入した。
【0019】
つぎに、上記渦巻状電極体の上部にポリプロピレン製の絶縁リングを配置し、渦巻状電極体のせり上がりを防止し、その絶縁リング上に厚さ1mmのドーナツ形に成形されたポリテトラフルオロエチレンシートに接着した気液選択透過膜を該ポリテトラフルオロエチレンシートと共に配置した。
【0020】
使用した気液選択透過膜は日東電工(株)製のミクロテックスNTF1026−NO1(商品名)で、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質膜からなり、その厚さは170μmで、通気度(JIS P 8117に規定される測定法により測定された通気度)は0.2cc/cm2 ・secであり、耐水度(JIS L1092Aに規定される測定法により測定された耐水度)は2kg/cm2 であった。そして、この気液選択透過膜のドーナツ形のポリテトラフルオロエチレンシートへの接着は、気液選択透過膜がポリテトラフルオロエチレンシートの中央部の透孔を覆うようにして気液選択透過膜の周縁部をドーナツ形のポリテトラフルオロエチレンシートに接着し、その接着にはポリエステルフィルムを支持体とした両面接着テープを用いた。また、その絶縁リング上への配置は気液選択透過膜の周縁部が絶縁リング上に載置するように行った。
【0021】
つぎに、正極の最外周部と負極の最外周部から幅3mmのニッケルリボンを用いて集電し(あらかじめ上記ニッケルリボンの一端をそれぞれ正極の最外周部の金属製支持体や負極の最外周部の金属製支持体に溶接しておく)、そのニッケルリボンをリード体として、その他端側を熱収縮性樹脂チューブと気液選択透過膜との間から引き出し、その周囲をホットメルト接着剤で接着して完全に封止した。
【0022】
このような構成の素電池を2個準備し、その素電池間を直列に接続し、それら全体を外装ケース内に収容し、作動圧15±3atmの安全弁を有する電池蓋を外装ケースの開口部に挿入し、その周囲を外装ケースの開口端部にレーザー溶接して、水素化物二次電池の組電池を作製した。
【0023】
図1は上記のようにして作製された組電池を模式的に示す断面図である。図中、1は前記の正極であり、この正極1は前記のようにペースト式ニッケル電極からなり、金属製の支持体に水酸化ニッケルを活物質として含有する塗膜を形成してなるものであるが、この図1ではその詳細を図示せず、概略的に単一構成の部材として示している。2は前記の負極であり、この負極2は前記のようにペースト式水素吸蔵合金電極からなり、金属製の支持体に水素吸蔵合金を活物質として含有する塗膜を形成してなるものであるが、この図1ではその詳細を図示することなく、概略的に単一構成の部材として示している。
【0024】
そして、上記正極1と負極2とはポリプロピレン不織布からなるセパレータ3を介して渦巻状に巻回され、渦巻状電極体として熱収縮性樹脂チューブ4で形成されたAAAサイズの有底円筒体内に挿入されている。上記熱収縮性樹脂チューブ4は塩化ビニル樹脂製であり、5はポリテトラフルオロエチレンシートからなる絶縁板であって、上記熱収縮性樹脂チューブ4の有底円筒体の底部に渦巻状電極体の挿入に先立って配置されている。6はポリプロピレン製の絶縁リングであり、上記渦巻状電極体の上部に配置されている。
【0025】
7は気液選択透過膜であり、この気液選択透過膜7としては前記のようにミクロテックスNTF1026−NO1(商品名)が用いられ、その周縁部はドーナツ形をしたポリテトラフルオロエチレンシート8に接着され、その周縁部は上記絶縁リング6上に載置されている。
【0026】
9は正極側のリード体であり、10は負極側のリード体であって、これらのリード体9および10は前記のようにいずれも幅3mmのニッケルリボンからなり、左側の素電池Aの負極側のリード体10と右側の素電池Bの正極側のリード体9とを接続して素電池Aと素電池Bとを直列に接続し、かつ左側の素電池Aの正極側のリード体9の端部を電池蓋11の下部に溶接し、右側の素電池Bの負極側のリード体10の端部を外装ケース12の内面に溶接している。
【0027】
上記電池蓋11はその中央部に安全弁13を有し、外装ケース12の開口部に挿入され、その外周部を外装ケース12の開口端部にレーザ溶接し、それによって組電池は密閉構造にされている。
【0028】
上記電池蓋11はその下部への正極側のリード体9の溶接により正極端子としての機能を有し、外装ケース12はその内面への負極側のリード体10の溶接により負極端子としての機能を有している。
【0029】
この図1は実施例1の組電池を模式的に示しており、たとえば、実際には厚みが100μm程度のリード体9やリード体10にそれをはるかに上回る厚みを持たさせて図示している関係で気液選択透過膜7と絶縁リング6との間に隙間があるかのように図示されているが、実際にはリード体9などのないところでは気液選択透過膜7の下面が絶縁リング6の上面に接触しているし、電池蓋11も図2や図3にその詳細を図示している関係もあって概略的にしか示していない。また、13で示した安全弁も厳密に言えば図示の部分は安全弁を構成する部材の一つである正極端子板(図2〜3参照)であり、その正極端子板を構成部材の一部として安全弁が構成されているが、この図1では組電池全体を概略的にわかりやすくするため、細かい部材で表示せず、特徴のある部材で表示している。
【0030】
図2は上記電池蓋11の分解斜視図で、図3は上記電池蓋11の一部断面図である。電池蓋11は、図2〜3に示すように、蓋板21の凹部21aにガスケット22を挿入し、頭部23aの平面形状が長方形状の中空リベット23をその軸部23bが上記ガスケット22の中央部の透孔22aおよび蓋板21の透孔21bに貫通するように挿入し、反対側から金属ワッシャ27を絶縁スペーサ26を介して中空リベット23の軸部23bに嵌入し、前記中空リベット23をかしめ、中空リベット23aの中央の開口部を閉塞するゴム製の弾性弁体25を中空リベット23の頭部23a上に正極端子板24で固定することによって形成されている。
【0031】
上記弾性弁体25は安全弁の主材として作用するものであり、何らかの事故により電池内部にガスが発生して電池内圧が異常に上昇した場合には弾性弁体25が変形して中空リベット23の開口部の閉塞状態を解除し、電池内部のガスを正極端子板24の頭部に設けたスリット(図示せず)から電池外部に放出して、電池が高圧下で破裂するのを防止する。
【0032】
正極端子板24の鍔部24aは平面形状が長方形状で中空リベット23の頭部23aに溶接して固定され、金属ワッシャ27は正極集電体としての作用を有していて、前記図1における左側の素電池Aの正極側のリード体9の端部はこの金属ワッシャ27に溶接され、また、この金属ワッシャ27は中空リベット23を介して前記正極端子板24と電気的接続を保っている。
【0033】
この実施例1の組電池の電圧は、素電池Aと素電池Bとを直列に接続したことにより電圧が各素電池の2倍の2.4Vになり、また、素電池A、B間に配置した気液選択透過膜7を介在してガスの素電池間の移動ができるので、いずれかの素電池で発生したガスは上記気液選択透過膜7を透過して他の素電池に移動し、そこで再利用されるので、組電池全体としての内圧の上昇が抑制され、サイクル特性が向上する。さらに、安全弁を組電池全体で1個しか設けていないので、安全弁を減らしたぶん容量が向上する。
【0034】
実施例2
この実施例2の組電池は、図4に示すように、内側の素電池Cの周囲に外側の素電池Dを形成して組電池としている。ただし、この実施例2の組電池の素電池CおよびDにおける正極、負極、セパレータ、電解液、気液選択透過膜などは、寸法を除き、実施例1の場合と同様の構成のものである。
【0035】
まず、内側の素電池Cの作製に関して説明すると、この内側の素電池Cは実施例1の素電池AやBとほぼ同様に作製される。すなわち、実施例1と同様に正極と負極をセパレータを介して渦巻状に巻回して作製した渦巻状電極体を、実施例1と同様に熱収縮性樹脂チューブで形成し底部に絶縁板を配置したAAAサイズの有底円筒体の内部に挿入し、電解液を注入した後、渦巻状電極体の上部に絶縁リングを配置し、その絶縁リング上に厚さ1mmのドーナツ形に成形されたポリテトラフルオロエチレンシートに接着された気液選択透過膜を配置し、正極の最外周部と負極の最外周部とからニッケルリボンを用いて集電し、そのニッケルリボンをリード体として、その端部を熱収縮性樹脂チューブと気液選択透過膜との間から引き出し、その周囲をホットメルト接着剤で封止して内部を密閉構造して素電池Cを作製した。
【0036】
つぎに、外側の素電池Dの作製について説明する。上記のようにして作製した内側の素電池Cを中心として正極と負極をセパレータを介在させて巻回し、その巻回体をAAサイズで底部に絶縁板を配置したステンレス鋼製で表面にニッケルメッキを施した有底円筒状の外装ケースに挿入し、上記巻回体の外側の素電池D部分の正極からニッケルリボンを用いて集電をとり、そのニッケルリボンを素電池Dの正極側のリード体とし、その正極側のリード体と内側の素電池Cの負極のリード体とをスポット溶接で溶着して内側の素電池Cと外側の素電池Dとを直列に接続した。なお、上記外装ケースはAAサイズの電池の電池缶と同様のものである。
【0037】
そして、内側の素電池Cの正極のリード体を安全弁を有する電池蓋の下部にスポット溶接し、外側の素電池Dの負極の最外周部の金属製支持体を露出させて外装ケースの内面に接触させた。
【0038】
そして、素電池Dの上部に絶縁リングを配置し、外装ケースの開口端近傍をグルービングした後、外装ケースの開口端部の内面にシーラントを塗布し、安全弁を有する電池蓋を外装ケースの開口部に挿入し、外装ケースの開口端部を内径方向に締め付けて外装ケースの開口部を封口することにより組電池を作製した。
【0039】
上記のようにして作製した組電池を図4に示す。この図4の内側の素電池Cから先に説明すると、正極1 と負極2とをセパレータ3を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極体とし、それを熱収縮性樹脂チューブ4で形成された有底円筒体内に挿入している。この有底円筒体の底部には上記渦巻状電極体の挿入前にあらかじめ絶縁板5が配置されており、また上記渦巻状電極体の上部には絶縁リング6が配置され、その絶縁リング6上にはドーナツ形に成形されたポリテトラフルオロエチレンシート8に接着された気液選択透過膜7が配置されている。この気液選択透過膜7のドーナツ形のポリテトラフルオロエチレンシート8への接着は実施例1と同様に両面テープを用い、気液選択透過膜7がポリテトラフルオロエチレンシート8の中央部の透孔を覆うようにして気液選択透過膜7の周縁部をドーナツ形のポリテトラフルオロエチレンシート8に接着しているが、図4にはその詳細は示していない。
【0040】
そして、この内側の素電池Cの正極1の金属製支持体にその一端をスポット溶接したニッケルリボンを正極側のリード体9とし、その他端側を気液選択透過膜7と熱収縮性樹脂チューブ4の間から引き出し、その先端を電池蓋11の下部にスポット溶接して電池蓋11の金属部分が正極端子として機能するようにしている。また、この内側の素電池Cの負極2の金属製支持体にその一端をスポット溶接したニッケルリボンを負極側のリード体10とし、その他端側を気液選択透過膜7と熱収縮性樹脂チューブ4との間から引き出し、その先端を外側の素電池Dの正極側のリード体9に溶接して溶着し、素電池Cと素電池Dとが直列に接続されている。上記リード体9やリード体10を気液選択透過膜7と熱収縮性樹脂チューブ4との間から引き出した部分ではその周囲にホットメルト接着剤を塗布して素電池Cの内部が密閉構造になるようにしているが、図4にはその詳細を示していない。
【0041】
そして、外側の素電池Dの渦巻状電極体の上部に絶縁リング14を配置し、外装ケース12の開口端近傍をグルーミングして内径方向に底部を有する溝12aを形成し、その外装ケース12の開口部に安全弁13を有する電池蓋11を挿入し、その下部を上記溝12aの外壁部で支え、外装ケース12の開口端部を内径方向に締め付けて封口している。
【0042】
この図4も実施例2の組電池を模式的に示しており、たとえば、実際には厚みが100μm程度のリード体9やリード体10にそれをはるかに上回る厚みを持たさせて図示している関係で絶縁リング6が実際より小さく図示されているし、電池蓋11も図5にその詳細を図示している関係もあって概略的にしか示していない。また、13で示した安全弁も厳密に言えば安全弁を構成する部材の一つである正極端子板(図5参照)であるが、図1の場合と同様の趣旨で安全弁として表示している。さらに、絶縁リング14とセパレータ2の上端部との間や電池蓋11の下部と溝12aの底部との間に隙間を設けて図示しているが、実際には隙間がなく、それらは接触している。
【0043】
図5はこの実施例2の組電池の電池蓋と外装ケースの開口端部を示すものであり、電池蓋11は正極端子板31、封口板32、環状ガスケット33、金属バネ34および弁体35で構成されている。
【0044】
上記正極端子板31にはガス排出孔31aが設けられ、封口板32にはガス検知孔32aが設けられ、正極端子板31と封口板32との間には金属バネ34と弁体35とが配置されている。そして、封口板32の外周部を折り曲げて正極端子板31の外周部を挟み込んで正極端子板31と封口板32とを固定し、環状ガスケット33はそれらの外周側に位置していて外装ケース12の開口部に配置され、外装ケース12の内径方向への締め付けにより正極端子板31や封口板32と共に外装ケース12の開口部を封止すると共に電池蓋11の正極端子板31などと負極端子としての外装ケース12とを絶縁している。
【0045】
この組電池は、通常の状況下では金属バネ34の押圧力により弁体35がガス検知孔32aを閉鎖しているので、組電池内部は密閉状態に保たれているが、組電池内部にガスが発生して内部圧力が異常に上昇した場合には、金属バネ34が収縮して弁体35とガス検知孔32aとの間に隙間が生じ、組電池内部のガスはガス検知孔32aおよびガス排出孔31aを通過して組電池外部に放出され、組電池の高圧下での破裂が防止できるように構成されている。
【0046】
ただし、この実施例2の組電池においても、内側の素電池Cの上端部に配置した気液選択透過膜7により素電池Cと外側の素電池Dとの間の電解液の移動は阻止されるが、いずれかの素電池で発生したガスは上記気液選択透過膜7を透過して他の素電池に移動でき、そこで再利用されるので、組電池全体としての内圧の上昇が抑制され、サイクル特性が向上する。また、素電池Cと素電池Dとを直列に接続しているので、組電池の電圧は各素電池の2倍の2.4Vになる。
【0047】
比較例1
この比較例1の組電池は、通常のAAAサイズの水素化物二次電池(すなわち、単体でも使用可能なように安全弁も含め電池として必要な機能をすべて備えた水素化物二次電池)を素電池として2個直列に接続したものであって、この水素化物二次電池における従来の組電池に相当するものであり、その構造は図6に示す通りである。
【0048】
また、この比較例1の組電池の素電池EおよびFにおける正極、負極、セパレータ、電解液などの構成は実施例1の場合と同様である。
【0049】
まず、素電池の構成について説明する。正極1と負極2とをセパレータ3を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極体とし、その渦巻状電極体をステンレス鋼製で表面にニッケルメッキを施したAAAサイズの電池缶15に挿入している。
【0050】
ただし、電池缶15の底部にはあらかじめ絶縁板5を配置しており、また、上記渦巻状電極体の上部には絶縁リング6を配置して渦巻状電極体のせり上がりを防止できるようにした後、電池缶15の開口端近傍をグルーミングして内径方向に底部を有する溝を設け、電池缶15の開口部に安全弁13を有する電池蓋11を挿入し、電池缶15の開口端部を内径方向に締め付けて封口することにより、素電池の内部を密閉構造にしている。
【0051】
そして、正極1の支持体にニッケルリボンの一端を溶接して正極側のリード体9とし、その他端を電池蓋11の下部に溶接して、電池蓋11の金属部分に正極端子としての機能を持たせ、負極2の最外周部はその支持体を露出させて電池缶15の内壁面に接触させて電池缶15に負極端子としての機能を持たせている。
【0052】
この比較例1における素電池の電池蓋11の構成は実施例2に関して説明した図5に示すものと同様の構成からなるものであり、その電池蓋11の外周部の環状ガスケットにより正極端子としての機能を有する電池蓋11の金属部分と負極端子としての機能を有する電池缶15とを絶縁している。
【0053】
上記のような構成からなる素電池EおよびFのそれぞれの外周部に塩化ビニル樹脂製の熱収縮性樹脂チューブ(ただし、図示していない)を巻き付けて素電池の側面の接触による素電池間の短絡を防止できるようにした上で、両者の向きを図示のように異ならせ、ニッケルリボン16の一端を左側の素電池Eの電池缶15の底部にスポット溶接し、上記ニッケルリボン16の他端を右側の素電池Fの安全弁13〔ただし、正確には、安全弁の構成部材である正極端子板31の頭部(図5参照)〕にスポット溶接して素電池Eと素電池Fとを直列に接続している。
【0054】
そして、その状態で素電池Eと素電池FとをABS樹脂製の外装ケース12に入れ左側の素電池Eの安全弁13〔ただし、正確には、安全弁の構成部材である正極端子板31の頭部(図5参照)〕に正極側の接触端子17の下端を接触させ、上端部を外装ケース12の蓋19の外側に突出させ、また、右側の素電池Fの底部に負極側の接触端子18の下端を接触させ、上端部を外装ケース12の蓋19の外側に突出させ、その外装ケース12にABS樹脂製の蓋19を超音波で融着している。
【0055】
この図6も比較例1の電池を模式的に示しており、たとえば、外装ケース12を厚みを持たせずに図示したり、実際には一部が接触している電池蓋11の下部と電池缶15の溝の底部との間に隙間を設けて図示している。
【0056】
比較例2
この比較例2は組電池とせず、電池缶のサイズを実施例2の外装ケースと同様にAAサイズにして、実施例2の組電池と電圧、容量、電力などの対比に供するようにしている。
【0057】
この比較例2の電池の構造は図7に示す通りであり、正極1、負極2、セパレータ3、電解液などの構成は実施例1の場合と同様であり、サイズが大きくなっている以外は比較例1の組電池における素電池Eや素電池Fと同様の構造をしているので、その詳細な説明は省略する。また、この電池の電池蓋11や安全弁13の構成も比較例2に関連して説明した図5に示すものと同様の構成なので、その詳細な構造の図示や説明は省略する。この図7も比較例2の電池を模式的に示しており、実際には厚みの薄いリード体9に一定の厚みを持たせて図示している関係で、実際には接触している絶縁リング6の下部とセパレータ3の上端部の間や電池蓋11の下部と電池缶15の溝15aの底部との間に隙間を設けて図示している。
【0058】
上記のようにして、作製した電池の電圧、容量(ただし、理論電気容量)、電力量(電圧×容量)について比較する。比較は構造が類似した実施例1の組電池と比較例1の組電池との間および実施例2の組電池と比較例2の電池との間で行い、それぞれの比較結果を表1と表2に示す。
【0059】
【表1】
【0060】
【表2】
【0061】
表1に示す実施例1と比較例1との比較結果について説明すると、両者とも水素化物二次電池の素電池を2個直列に接続した組電池なので、電圧は2.4Vであるが、比較例1の素電池は電池缶の開口端近傍をグルービングして、各素電池の電池缶の開口部を安全弁を備えた電池蓋で封口しているため、電極の縦方向の寸法が36mmになったが、実施例1の素電池では気液選択透過膜を用いホットメルト接着剤で封止しているので、電極の縦方向の寸法が40mmと大きくなり、その結果、容量、電力量とも比較例1に比べて約10%高くなっていた。
【0062】
つぎに、表2に示す実施例2と比較例2とについて説明すると、実施例2の外装ケースも比較例2の電池缶も共にAAサイズであるが、実施例2は外側の素電池Dの中に熱収縮性樹脂チューブで絶縁した素電池Cを収容し、両者を直列に接続しているので、電圧が2.4Vで、容量が600mAhになり、電力量は1.44whになった。これに対し、比較例2は組電池にせず、ただ単に大きさをスケールアップしているだけなので、電圧は1.2Vのままで、容量は1100mAhと大きいが、電力量は1.32whにしかならず、実施例2は比較例2に比べて約10%電力量が高くなっていた。
【0063】
上記の実施例間で比較すると、実施例1の方が実施例2より容量、電力量面で有利であるが、実施例2は外形が従来の単体構成のAAサイズ電池と同じなので、電圧を2.4Vと高くした状態で、電池応用機器に組み込む際に他の部材の形状を変更することなく、そのままAAサイズのものを流用できるという利点を有している。
【0064】
つぎに、上記実施例1〜2について、0.145Aで120%充電し、60分休止後に0.11Aで電池電圧が2.0Vになるまで放電するサイクル試験を行った。その結果を図8に示す。
【0065】
図8に示すように、実施例1〜2は200サイクル後も高い容量を有していた。これは、実施例1〜2においては、気液選択透過膜を介して各素電池間のガスの再結合が行われたことによるものと考えられる。
【0066】
また、上記サイクル試験で100サイクル後に実施例1〜2を0.11Aで電池電圧が2.0Vになるまで放電させた時の放電特性を図9に示す。
【0067】
図9に示すように、実施例1〜2は100サイクル経過後でも放電カーブが2.4V付近にあって、気液選択透過膜により電解液の流出が防止されていて、液絡が発生していないことが確認できた。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、素電池間の少なくとも一部に気液選択透過膜を配置することにより、素電池間の液絡を防止し、かつ過充電時に正極から発生する酸素ガスや負極から発生する水素ガスなどを気液選択透過膜を透過させて他の素電池に移動させ、他の素電池で再利用させることにより、組電池全体としての内圧の上昇を抑制し、サイクル特性を向上させることができた。
【0069】
また、安全弁を各素電池に備えさせることを要せず、組電池全体として1個備えさせれば安全性が確保できるので、その安全弁の減少に応じ、容量の増加が図れると共に、コストダウンも図れるようになった。
【0070】
なお、本発明は実施例1〜2に示したような2個の素電池を直列に接続する場合のみに限定されることなく、さらに多数の素電池を直列に接続する場合や、あるいは素電池を並列に接続する場合にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の組電池を模式的に示す一部断面図である。
【図2】実施例1の組電池の封口に使用された電池蓋の分解斜視図である。
【図3】実施例1の組電池の封口に使用された電池蓋の一部断面図である。
【図4】実施例2の組電池を模式的に示す一部断面図である。
【図5】実施例2の組電池の封口に使用された電池蓋を模式的に示す断面図である。
【図6】比較例1の組電池を模式的に示す一部断面図である。
【図7】比較例2の電池を模式的に示す一部断面図である。
【図8】実施例1〜2のサイクル特性を示す図である。
【図9】実施例1〜2の100サイクル後の放電特性を示す図である。
【符号の説明】
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 熱収縮性樹脂チューブ
7 気液選択透過膜
9 正極側のリード体
10 負極側のリード体
11 電池蓋
12 外装ケース
13 安全弁
15 電池缶
16 ニッケルリボン
17 正極側の接触端子
18 負極側の接触端子
Claims (2)
- 正極、水素吸蔵合金を活物質とする負極および電解液を有する水素化物二次電池の素電池を2個以上直列または並列に接続した組電池であって、各素電池間の少なくとも一部に気液選択透過膜を配置しており、かつ上記気液選択透過膜が、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質膜であって、その通気度がJISP 8117に規定される測定法により測定された値で0.2〜7cc/cm 2 ・secであり、耐水度がJISL 1092A法に規定される測定法により測定された値で0.02〜2kg/cm 2 であることを特徴とする組電池。
- 安全弁を1つしか持たないことを特徴とする請求項1記載の組電池。
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