JP4850996B2 - 極板ユニットおよび電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極板ユニットおよびそれを用いた電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、二次電池は、その用途の多様化が進んでいる。特に、電気自動車の走行駆動電源としての用途は、地球環境保護およびエネルギー資源の有効利用の要求が増大するなかで、今後の需要が大いに期待されている。このような用途の多様化に伴い、二次電池においては電池特性および信頼性の更なる向上が求められている。
【０００３】
従来の二次電池は、図１４に示すように、極板群５２および電解液を収納した電槽５１を、安全弁５６を備えた蓋体５７で閉じた構造を有している。図１５に示すように、前記極板群５２は、複数の正極板６１と複数の負極板６２とが、セパレータ６３を介して交互に積層した構造を有している。正極板６１および負極板６２は、基板に活物質を充填した構造を有している。図１４に示すように、正極板からはリード５３が引き出され、蓋体５７に設けられた正極端子５４に接続されている。同様に、負極板からリードが引き出され、蓋体５７に設けられた負極端子５５に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
各極板を構成する基板は、金属板を切断することにより作製される。負極板の基板にはパンチングメタルが使用されるため、その切断によって発生するバリは少ない。これに対して、正極板の基板には発泡メタルが使用されるため、その切断により繊維状のバリが発生し易い。そのため、図１５に示すように、上記従来の二次電池を構成する極板群５２においては、正極板６１の端部に発生したバリ６１ａがセパレータ６３を貫通して負極板６２と接触し、これによって、正負極板間の内部短絡が発生するという問題があった。
【０００５】
また、上記従来の二次電池においては、極板群の側面が露出しているため、電池を構成するために極板群を電槽に挿入する際、極板が電槽の壁面に接触して損傷するおそれがあるという問題があった。このような問題を解決する二次電池の構造として、極板群の一側面に正極集電板を接合し、極板群の別の一側面に負極集電板を接合した極板ユニットを、電解液とともに電槽内に収納し、前記両集電板を、電槽に設けられた正極端子および負極端子にそれぞれ接続した構造が考えられる。この極板ユニットによれば、極板群の側面が集電板で被覆されているため、電槽への挿入時に極板が受ける損傷を低減することができる。このような極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合は溶接により達成でき、その溶接部を複数箇所に設けることによって接合強度および集電効率を向上させることができる。しかしながら、極板群と集電板との接合強度および集電効率の更なる向上が求められている。
【０００６】
本発明の第１の目的は、正極板の端部に発生したバリに起因する内部短絡を抑制した極板ユニットおよびそれを用いた信頼性の高い電池を提供することである。また、本発明の第２の目的は、極板群と、その側面に接合された集電板との接合強度および集電効率を向上させた極板ユニットおよびそれを用いた信頼性の高い電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明の第１の極板ユニットは、
電解液を収納した電槽を備えたニッケル−水素二次電池用の極板ユニットであって、
複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、
前記正極板と接続されるように前記極板群の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された板状正極集電板と、
前記負極板と接続されるように前記極板群の別の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された負極集電板とを含み、
前記正極板および前記負極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、
前記正極集電板が接合された前記極板群の一側面が、前記正極板のリード部の側面であり、
前記負極集電板が接合された前記極板群の別の側面が、前記負極板のリード部の側面であり、
前記リード部に位置決め孔が形成され、
前記位置決め孔が、前記極板群中で、同一極性の極板に形成された前記位置決め孔同士が重なり合うように配置され、
前記正極板を構成する基材は、発泡ニッケル基板またはニッケル繊維基板を切断することにより作成され、
前記極板群の前記負極集電板が接合された側面を除く全ての側面において、前記正極板の縁端部が、前記負極板の縁端部よりも突出しており、前記正極板の縁端部にバリが存在する場合であっても、そのバリが負極板に接触しない構造とすることを特徴とする。
【０００８】
このような極板ユニットによれば、正極板の縁端部にバリが存在する場合であっても、そのバリが負極板に接触しない。よって、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。なお、極板群における「側面」とは、極板の積層方向に平行な面である。
【０００９】
前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々が、前記正極集電板または前記負極集電板と接合される側の縁端部に形成された位置決め孔を有していることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、前記位置決め孔が前記リード部に形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々に前記位置決め孔が複数個形成されており、前記位置決め孔の少なくとも１つが円形であり、別の少なくとも１つが長円形であることが好ましい。
【００１２】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板または前記負極板が、前記正極集電板または前記負極集電板と接合される側の縁端部を露出させた状態で、前記セパレータに包み込まれていることが好ましい。この好ましい例によれば、正極板と負極板との短絡がより十分に抑制される。
【００１３】
前記第１の目的を達成するため、本発明の第２の極板ユニットは、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された帯状の極板群が、その長辺方向に沿って巻回されており、前記極板群の少なくとも短辺側の側面において、前記正極板の縁端部が、前記負極板の縁端部よりも突出していることを特徴とする。
【００１４】
このような極板ユニットによっても、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。
【００１５】
前記第２の目的を達成するため、本発明の第３の極板ユニットは、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、前記極板群の一側面に複数の溶接部によって接合された集電板とを含み、前記集電板の前記極板群との接合面において、前記溶接部が、前記集電板の集電密度が高い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
極板群の側面を被覆するように集電板を設けた場合、集電板における集電密度のばらつきが大きくなる傾向があるが、集電密度の高い部分は、集電板と極板群との接合面に大きな熱的応力がかかるため、その接合が破壊されやすくなるという問題がある。しかしながら、前記第３の極板ユニットによれば、集電密度の高い部分において、接合強度および集電効率が高くなるように、溶接部が密に設けられているため、集電板の集電作用に対する信頼性を向上させることができる。
【００１７】
なお、「集電密度」とは、集電板の単位断面積当たりに流れる電流を意味する。極板群の側面全面を被覆するように集電板を接合して、集電板の一方の端部に外部端子を接続した場合、外部端子に近い領域ほど、集電板の集電密度が高くなる。
【００１８】
前記第３の極板ユニットは、例えば、前記集電板が、一方の端部が前記極板群から突出するように配置されており、前記溶接部が、前記集電板の前記極板群から突出した端部に近い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成された構造とすることができる。
【００１９】
集電板の端部を極板群から突出させた構造においては、その端部を、他の電池構成部材（例えば、外部端子など）と電気的に接続する接続部として機能させることができるが、この場合、集電板の前記端部に近い領域ほど集電密度が高くなる。よって、この集電板の端部に近い領域ほど、接合強度および集電効率が高くなるように、溶接部同士を密に設けることにより、集電板の接合信頼性を向上させることができる。
【００２０】
前記第２の目的を達成するため、本発明の第４の極板ユニットは、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、前記極板群の一側面に複数の溶接部によって接合された集電板とを含み、前記極板の各々の前記集電板と接合される側の縁端部に位置決め孔が形成されており、前記集電板の前記極板群との接合面において、前記溶接部が、その真下に前記位置決め孔が位置しないように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
極板群の側面に集電板を接合する場合、極板群の集電板と接合される側面において、各極板の縁端部を精度良く揃えることにより、極板群と集電板との接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。前記第４の極板ユニットによれば、各極板に位置決め孔が形成されているため、この位置決め孔にピンを挿入することによって極板の縁端部を精度良く揃えることができ、その結果、極板群と集電板との接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
しかしながら、極板に位置決め孔を形成すると、その部分は他の部分に比べて強度が小さくなるため、集電板溶接時の熱によって変形または破断し易くなることが考えられる。このような極板の変形または破断は、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性の低下を招く一因となる。しかし、前記第４の極板ユニットによれば、溶接部が、位置決め孔が形成された部分を避けて形成されるため、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性の低下を抑制することができる。
【００２３】
前記第４の極板ユニットにおいては、前記極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、前記位置決め孔が前記リード部に形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、前記第４の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々に前記位置決め孔が複数個形成されており、前記位置決め孔の少なくとも１つが円形であり、別の少なくとも１つが長円形であることが好ましい。
【００２５】
また、前記第３および第４の極板ユニットにおいては、前記溶接部が、前記極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。この好ましい例によれば、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性を、更に向上させることができる。
【００２６】
また、前記第３および第４の極板ユニットにおいては、前記溶接部において、前記集電板と前記極板群との間にロウ材が配置されていることが好ましい。この好ましい例によれば、比較的低温でロウ材が溶融して集電板と極板群とを溶接することができるため、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性を更に向上させることができる。
【００２７】
また、本発明の電池は、前記第１〜第４の極板ユニットのいずれかを、電解液とともに電槽に収納したニッケル−水素電池である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る電池の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ方向断面図である。この電池は、内部が複数の区画に分割された電槽１０と、その各区画に収納された極板ユニット１とを備えている。
【００２９】
前記極板ユニット１は、正極板、負極板およびセパレータが積層した極板群と、これに接合された正極集電板および負極集電板とを備えている。この極板ユニット１の構造については後に詳説する。
【００３０】
前記電池においては、電槽１０に収納された極板ユニット１同士が、電気的に接続されている。極板ユニット１同士の電気的接続は、例えば、電槽１０内の区画間を隔てる隔壁１０ａに貫通孔を設け、この貫通孔に接続金具１６を装着し、隔壁１０ａを隔てて隣接する極板ユニット１の正極集電板と負極集電板とを、それぞれ接続金具１６に接続することによって達成される。
【００３１】
また、電槽１０の一方の端部に位置する区画に収納された極板ユニットの正極集電板は、正極外部端子１４に接続されている。また、他方の端部に位置する区画に収納された極板ユニットの負極集電板は、負極外部端子１５に接続されている。
【００３２】
電槽１０内には、前記極板ユニット１とともに、電解液が収納されている。電解液の種類は、特に限定されるものではなく、所望の電池に応じて適宜選択される。例えば、ニッケル−水素電池の場合、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの水溶液が使用される。
【００３３】
電槽１０は蓋体１１で閉じられており、この蓋体１１には、電槽１０内の圧力に応じて作動する安全弁１２が設けられている。更に、蓋体１１には、電池温度を検出するセンサを装着するための装着部１３が設けられていてもよい。また、電槽１０の外表面には、複数の電池を集積して使用する場合の放熱性を向上させるため、リブ１０ｂが設けられていてもよい。
【００３４】
図１は、前記極板ユニット１の一例を示す正面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ方向断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ方向断面図である。
【００３５】
この極板ユニット１は、前述したように、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００３６】
図５は、正極板２の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。正極板２は、基板に、活物質が充填された電極部２１と、活物質が充填されていないリード部２２とが形成された構造を有している。また、リード部２２には、補強板２４が積層されていることが好ましい。
【００３７】
正極板２を構成する材料については、特に限定するものではなく、電池の種類に応じて適宜決定される。例えば、ニッケル−水素二次電池を構成する極板ユニットの場合は、基板として発泡ニッケル基板またはニッケル繊維基板が使用され、活物質として水酸化ニッケルが使用される。
【００３８】
図６は、負極板３の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。負極板３は、基板に、活物質が充填された電極部３１と、活物質が充填されていないリード部３２とが形成された構造を有している。
【００３９】
負極板３を構成する材料についても、特に限定するものではなく、電池の種類に応じて適宜決定される。例えば、ニッケル−水素二次電池を構成する極板ユニットの場合は、基板として穿孔ニッケル基板が使用され、活物質としてＡＢ5型またはＡＢ2型（Ａは典型金属元素であり、Ｂは遷移金属元素である。）の水素吸蔵合金が使用される。
【００４０】
各極板は、図５および図６に示すように、全体形状を矩形とし、その一辺の縁端部にリード部を設けた構造とすることができる。このとき、極板のリード部が形成された側の辺の長さ（Ｌ２、Ｌ３）は、それに直交する辺の長さ（Ｄ２、Ｄ３）よりも大きいことが好ましい。
【００４１】
また、正極板２のリード部２２が形成された側の辺の長さ（Ｌ２）は、負極板３のリード部３２が形成された側の辺の長さ（Ｌ３）よりも長い。
【００４２】
各極板のリード部２２および３２には、それぞれ、位置決め孔２３および３３が形成されていることが好ましい。各極板の位置決め孔は、極板群を構成したときに、同一極性の極板に形成された位置決め孔同士が重なり合うように配置される。
【００４３】
図１に示すように、前記正極板２と前記負極板３は、互いの電極部同士を対向させるように、セパレータ４を介して交互に積層される。これにより、極板群が構成されている。
【００４４】
セパレータ４は、少なくとも一方の極板を、リード部を露出させた状態で包み込むことが好ましい。例えば、セパレータ４として複数の袋状物を使用し、その各々に正極板２および負極板３の少なくとも一方を１枚ずつ内包した構造とすることができる。また、セパレータ４としてつづら折り状の帯状物を使用し、その折り重ねられた面同士間に極板を１枚ずつ挿入した構造とすることもできる。なお、セパレータ４の材料については特に限定するものではなく、例えば、多孔質フィルム、不織布、織布などが使用される。
【００４５】
図１および図２に示すように、前記極板群においては、一側面において、正極板２のリード部が、負極板３の縁端部よりも突出している。この側面には、正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が、正極板２の縁端部よりも突出している。この側面には、負極集電板６が接合されている。これにより、極板ユニット１が構成されている。
【００４６】
更に、図１および図３に示すように、前記極板ユニット１においては、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２の縁端部が負極板３の縁端部よりも突出している。そのため、図４に示すように、正極板２の縁端部にバリ２ａが存在する場合でも、そのバリ２ａが負極板３に接触しないので、正負極間の短絡発生が抑制される。なお、図４は、図３におけるＣ部分の拡大図である。
【００４７】
正極板２の負極板３よりも突出した部分の長さ（図４のＸ）は、特に限定するものではないが、例えば０．３〜２ｍｍである。
【００４８】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物である。図７は、正極集電板５の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。また、図８は、正極集電板５と極板群の接合の形態を示す斜視図であり、図９は、図８のＡ−Ａ方向断面図である。なお、図７〜９および下記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００４９】
正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。本実施形態においては、溶接部７同士の間隔について特に限定されないが、第２の実施形態で説明するように、集電板の集電密度に応じて変化させることが好ましい。更に、第３の実施形態で説明するように、溶接部７を位置決め孔が形成された部分を避けて形成することが好ましい。
【００５０】
また、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００５１】
前記極板ユニット１は、例えば、次のような方法で製造することができる。
【００５２】
まず、発泡ニッケル板を切断して正極板用基板を作製し、これに、電極部およびリード部を形成する。電極部は、正極用基板の電極部を形成する領域に活物質を含むペーストを充填した後、これを乾燥することにより形成される。また、リード部は、正極用基板のリード部を形成する領域を厚み方向に加圧して圧縮し、その表面に補強板を接合することにより形成される。更に、リード部に位置決め孔が形成され、正極板が作製される。この正極板を複数枚作製し、各正極板を、袋状のセパレータによって、リード部を露出させた状態で被覆する。
【００５３】
一方、ニッケル板を切断して負極板用基板を作製し、これに、電極部およびリード部を形成する。電極部は、負極用基板の電極部を形成する領域に複数の孔を形成した後、活物質を含むペーストを塗着し、乾燥することにより形成される。また、リード部については、その形成のための加工を特に必要としない。更に、リード部に位置決め孔が形成され、負極板が作製される。
【００５４】
セパレータで被覆した前記正極板と、前記負極板とを交互に積層して、極板群を作製する。続いて、正極板および負極板の位置決め孔に、それぞれ、位置決めピンを挿入する。これにより、極板群の一側面において正極板のリード部が突出し、別の一側面においては負極板のリード部が突出し、且つ、残りの側面においては正極板の縁端部が突出するように、各極板を位置決めする。同時に、極板群の正極板のリード部が突出した側面と、正極板のリード部が突出した側面とにおいて、各極板の縁端部を揃える。
【００５５】
また、各極板に、円形および長円形の２種の位置決め孔を形成した場合は、円形の位置決め孔と長円形の位置決め孔にピンを挿入する。長円形の孔は、極板の回転防止用として作用する。これにより、各極板の寸法および位置決め孔形成位置の公差を吸収し、位置決めおよび縁端部揃えを効率良く行うことができる。
【００５６】
前記極板群の正極板のリード部が突出した側面に、正極集電板を接合する。正極集電板の接合は、正極集電板を極板群側に向けて押圧した状態で、正極集電板の正極板と接合される面とは反対の面に電子ビームまたはレーザを照射することにより実施される。
【００５７】
続いて、正極板の位置決め孔に挿入された位置決めピンを抜き取った後、極板群の負極板リード部が突出した側面に負極集電板を接合する。この工程は、正極集電板の接合と同様にして実施される。その後、負極板の位置決め孔に挿入された位置決めピンを抜き取られ、極板ユニットが完成する。なお、正極板の位置決めピンは、負極集電板の接合が終了した後に、負極板の位置決めピンとともに抜き取ってもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電池は、極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合面に溶接部が特定の配置で設けられていること以外は、第１の実施形態と同様の構造を有している。本実施形態の電池は、例えば、図１０および図１１に示すような構造を有している。
【００５９】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、図１〜図４に示すような構造を有しており、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００６０】
正極板２および負極板３は、例えば、図５および図６に示すような構造を有している。各極板の構造および構成材料は、第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、正極板２の辺の長さ（Ｌ２）と、負極板３の辺の長さ（Ｌ３）との関係について、特に限定するものではない。しかしながら、第１の実施形態で説明したように、前記Ｌ２が前記Ｌ３よりも長いことが好ましい。
【００６１】
図１および図２に示すように、前記正極板２と前記負極板３とがセパレータ４を介して交互に積層されて、極板群が構成されている。この極板群の一側面においては、正極板２のリード部が負極板３の縁端部よりも突出しており、ここに正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が正極板２の縁端部よりも突出しており、ここに負極集電板６が接合されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２が負極板３よりも突出していることが好ましい。
【００６２】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物であり、その一端が極板群から突出している。この突出部５ａおよび６ａは、極板ユニットと、他の電池構成部材（例えば、図１０および図１１に示す電池においては、外部端子１５および１６または接続金具１６）とを電気的に接続する接続部として機能する。
【００６３】
図８に示すように、正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。溶接部７同士の間隔は、正極集電板の突出部５ａに近い領域ほど狭く、突出部５ａに遠い領域ほど広くなるように設定される。換言すれば、溶接部７の間隔は、正極集電板における集電密度の高い領域ほど狭くなるように設定される。
【００６４】
また、第１の実施形態と同様に、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００６５】
なお、図７〜９および上記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００６６】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、第１の実施形態と同様の方法で製造することができる。この場合、極板群に集電板を接合する工程において、電子ビームまたはレーザを、極板群側面の長手方向に適当な間隔をあけて複数箇所に照射し、この照射箇所同士の間隔を、集電板の突出部に近い領域ほど狭く、突出部に遠い領域ほど広くなるように設定する。これにより、複数の溶接部が、前述したような配置形態で形成される。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電池は、極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合面において溶接部が特定の箇所を避けて設けられていること以外は、第１の実施形態と同様の構造を有している。本実施形態の電池は、例えば、図１０および図１１に示すような構造を有している。
【００６７】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、図１〜図４に示すような構造を有しており、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００６８】
正極板２および負極板３は、例えば、図５および図６に示すような構造を有している。各極板の構造および構成材料は、第２の実施形態と同様である。但し、本実施形態における正極板２および負極板３には、位置決め孔２３および３３が必ず形成されている。
【００６９】
図１および図２に示すように、前記正極板２と前記負極板３とがセパレータ４を介して交互に積層されて、極板群が構成されている。この極板群の一側面においては、正極板２のリード部が負極板３の縁端部よりも突出しており、ここに正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が正極板２の縁端部よりも突出しており、ここに負極集電板６が接合されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２が負極板３よりも突出していることが好ましい。
【００７０】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物であり、その一端が極板群から突出している。
【００７１】
図８に示すように、正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。この溶接部７は、位置決め孔２３が形成された領域を避けて形成される。すなわち、図８および図９に示すように、溶接部７は、その真下に位置決め孔２３が位置しないように形成される。
【００７２】
溶接部７と位置決め孔２３との間の距離（Ｙ）は、例えば２ｍｍ以上に設定される。
【００７３】
また、特に限定するものではないが、第２の実施形態と同様に、溶接部７同士の間隔は、集電板の突出部５ａに近い領域ほど狭く、突出部５ａに遠い領域ほど広くなるように設定されることが好ましい。
【００７４】
更に、第１の実施形態と同様に、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００７５】
なお、図７〜９および上記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００７６】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、第２の実施形態と同様の方法で製造することができる。この場合、極板群に集電板を接合する工程において、電子ビームまたはレーザを、位置決め孔の真上を避けた箇所に照射する。これにより、複数の溶接部が、前述したような位置に形成される。
【００７７】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る電池の一例を示す断面図である。この電池は、円筒形の電槽４０と、これに収納された極板ユニット４１とを備えている。
【００７８】
前記極板ユニット４１は、正極板４２、負極板４３およびセパレータ４４を備えている。更に、正極板４２から引き出された正極リード４５と、負極板から引き出された負極リード４６を備えている。この極板ユニット４１の構造については、後に詳説する。
【００７９】
前記電槽４０は、安全弁４７を備えた蓋体４８で閉じられている。極板ユニットの正極リード４５は、正極端子を兼ねた蓋体４８と電気的に接続されており、負極リード４６は、負極端子を兼ねた電槽４０と電気的に接続されている。
【００８０】
また、前記電槽４０内には、前記極板ユニット４１とともに、電解液が収納されている。電解液の種類は特に限定されるものではなく、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８１】
次に、前記極板ユニット４１の構造について説明する。この極板ユニット４１は、正極板４２、負極板４３およびセパレータ４４が積層され、更にこれが巻回された構造を有している。
【００８２】
正極板４２および負極板４３は、それぞれ、帯状基板に活物質が充填されたものである。また、各極板を構成する基板および活物質としては、特に限定するものではなく、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８３】
例えば、正極板４２は、発泡ニッケル板を切断加工して作製された基板に、活物質を充填することにより作製される。発泡ニッケル板の切断により、正極板の縁端部にはバリが発生する場合がある。このバリは、発泡ニッケル板平面から特定の方向に突出し、その突出方向は、加工時における切断刃の発泡ニッケル板に対する動きの方向によって決まる。
【００８４】
本実施形態においては、正極板４２の長辺が、負極板４３の長辺よりも長くなるように設定される。この両者の差は、例えば０．３〜２ｍｍである。この条件を満足するものであれば、各極板の具体的な寸法は特に限定されるものではなく、電池のサイズに応じて適宜決定することができる。
【００８５】
前記正極板４２と前記負極板４３とが、セパレータ４４を介して積層されて、極板群が構成されている。この極板群においては、正極板４２と負極板４３は、正極板４２の端部にバリが存在する場合に、このバリが負極板４３側に向かって突出するように積層される。
【００８６】
セパレータ４４としては、帯状のセパレータを使用することができる。その寸法については、特に限定するものではないが、長辺および短辺が、それぞれ、正極板の長辺および短辺よりも長いことが好ましい。また、セパレータ４４の材料としては、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８７】
前記極板群が、その長辺方向に沿って円筒状に巻回される。更に、正極板４２からは正極リード４５が引き出され、負極板４３からは負極リード４６が引き出されて、極板ユニット４１が構成される。
【００８８】
図１３（ａ）は、前記極板ユニットの構造を説明するための模式図である。また、同図（ｂ）は、前記極板ユニットの中心部付近の構造を示す断面図であり、同図（ｃ）は、前記極板ユニットの最外部付近の構造を示す断面図である。
【００８９】
図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、前記極板ユニットは、極板群４９の短辺側の側面、すなわち巻回の巻き始めとなる端部の側面（Ａ）と巻き終わりとなる端部の側面（Ｂ）において、正極板４２の縁端部が負極板４３の縁端部よりも突出している。正極板４２の負極板４３よりも突出した部分の長さ（図中のＸ）は、特に限定するものではないが、例えば０．３〜２ｍｍである。
【００９０】
このような極板ユニット４１においては、図１３に示すように、正極板４２の縁端部にバリ４２ａが存在する場合でも、そのバリ４２ａが負極板４３に接触しないので、正負極間の短絡発生が抑制される。
【００９１】
更に、前記極板ユニット４１においては、極板群の長辺側の側面においても、正極板１２の縁端部が負極板１３の縁端部よりも突出していることが好ましい。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１および第２の極板ユニットによれば、極板群の特定の側面において、正極板の縁端部が負極板の縁端部よりも突出しているため、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。
【００９３】
また、本発明の第３の極板ユニットによれば、極板群の側面に複数の溶接部によって集電板が接合されており、前記溶接部が、前記集電板の集電密度が高い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成されているため、集電板の接合強度および集電効率に対する信頼性を向上させることができる。
【００９４】
また、本発明の第４の極板ユニットによれば、極板群の側面に複数の溶接部によって集電板が接合されており、前記溶接部の真下に、前記極板群を構成する各極板に位置決め孔が位置しないように、前記溶接部が形成されているため、集電板の接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の極板ユニットの一例を示す正面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図３】 図１におけるＢ−Ｂ方向断面図である。
【図４】 図３のＣで示す部分を拡大した断面図である。
【図５】 正極板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。
【図６】 負極板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。
【図７】 集電板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は断面図である。
【図８】 本発明の極板ユニットにおける集電板が配置された部分を示す斜視図である。
【図９】 図８におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図１０】 本発明の電池の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図である。
【図１１】 図１０におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図１２】 本発明の電池の別の一例を示す部分断面図である。
【図１３】 本発明の極板ユニットの別の一例を説明するための図であり、同図（ａ）は模式図、同図（ｂ）は中心部付近の断面図、同図（ｃ）は最外部付近の断面図である。
【図１４】 従来の電池の構造を示す部分破断斜視図である。
【図１５】 従来の電池を構成する極板群を示す断面図である。
【符号の説明】
１，４１ 極板ユニット
２，４２ 正極板
３，４３ 負極板
４，４４ セパレータ
５ 正極集電板
６ 負極集電板
７ 溶接部
２１，３１ 電極部
２２，３２ リード部
２３，３３ 位置決め孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、極板ユニットおよびそれを用いた電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、二次電池は、その用途の多様化が進んでいる。特に、電気自動車の走行駆動電源としての用途は、地球環境保護およびエネルギー資源の有効利用の要求が増大するなかで、今後の需要が大いに期待されている。このような用途の多様化に伴い、二次電池においては電池特性および信頼性の更なる向上が求められている。
【０００３】
従来の二次電池は、図１４に示すように、極板群５２および電解液を収納した電槽５１を、安全弁５６を備えた蓋体５７で閉じた構造を有している。図１５に示すように、前記極板群５２は、複数の正極板６１と複数の負極板６２とが、セパレータ６３を介して交互に積層した構造を有している。正極板６１および負極板６２は、基板に活物質を充填した構造を有している。図１４に示すように、正極板からはリード５３が引き出され、蓋体５７に設けられた正極端子５４に接続されている。同様に、負極板からリードが引き出され、蓋体５７に設けられた負極端子５５に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
各極板を構成する基板は、金属板を切断することにより作製される。負極板の基板にはパンチングメタルが使用されるため、その切断によって発生するバリは少ない。これに対して、正極板の基板には発泡メタルが使用されるため、その切断により繊維状のバリが発生し易い。そのため、図１５に示すように、上記従来の二次電池を構成する極板群５２においては、正極板６１の端部に発生したバリ６１ａがセパレータ６３を貫通して負極板６２と接触し、これによって、正負極板間の内部短絡が発生するという問題があった。
【０００５】
また、上記従来の二次電池においては、極板群の側面が露出しているため、電池を構成するために極板群を電槽に挿入する際、極板が電槽の壁面に接触して損傷するおそれがあるという問題があった。このような問題を解決する二次電池の構造として、極板群の一側面に正極集電板を接合し、極板群の別の一側面に負極集電板を接合した極板ユニットを、電解液とともに電槽内に収納し、前記両集電板を、電槽に設けられた正極端子および負極端子にそれぞれ接続した構造が考えられる。この極板ユニットによれば、極板群の側面が集電板で被覆されているため、電槽への挿入時に極板が受ける損傷を低減することができる。このような極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合は溶接により達成でき、その溶接部を複数箇所に設けることによって接合強度および集電効率を向上させることができる。しかしながら、極板群と集電板との接合強度および集電効率の更なる向上が求められている。
【０００６】
本発明の第１の目的は、正極板の端部に発生したバリに起因する内部短絡を抑制した極板ユニットおよびそれを用いた信頼性の高い電池を提供することである。また、本発明の第２の目的は、極板群と、その側面に接合された集電板との接合強度および集電効率を向上させた極板ユニットおよびそれを用いた信頼性の高い電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明の第１の極板ユニットは、
電解液を収納した電槽を備えたニッケル−水素二次電池用の極板ユニットであって、
複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、
前記正極板と接続されるように前記極板群の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された板状正極集電板と、
前記負極板と接続されるように前記極板群の別の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された負極集電板とを含み、
前記正極板および前記負極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、
前記正極集電板が接合された前記極板群の一側面が、前記正極板のリード部の側面であり、
前記負極集電板が接合された前記極板群の別の側面が、前記負極板のリード部の側面であり、
前記リード部に位置決め孔が形成され、
前記位置決め孔が、前記極板群中で、同一極性の極板に形成された前記位置決め孔同士が重なり合うように配置され、
前記正極板を構成する基材は、発泡ニッケル基板またはニッケル繊維基板を切断することにより作成され、
前記極板群の前記負極集電板が接合された側面を除く全ての側面において、前記正極板の縁端部が、前記負極板の縁端部よりも突出しており、前記正極板の縁端部にバリが存在する場合であっても、そのバリが負極板に接触しない構造とすることを特徴とする。
【０００８】
このような極板ユニットによれば、正極板の縁端部にバリが存在する場合であっても、そのバリが負極板に接触しない。よって、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。なお、極板群における「側面」とは、極板の積層方向に平行な面である。
【０００９】
前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々が、前記正極集電板または前記負極集電板と接合される側の縁端部に形成された位置決め孔を有していることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、前記位置決め孔が前記リード部に形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々に前記位置決め孔が複数個形成されており、前記位置決め孔の少なくとも１つが円形であり、別の少なくとも１つが長円形であることが好ましい。
【００１２】
また、前記第１の極板ユニットにおいては、前記正極板または前記負極板が、前記正極集電板または前記負極集電板と接合される側の縁端部を露出させた状態で、前記セパレータに包み込まれていることが好ましい。この好ましい例によれば、正極板と負極板との短絡がより十分に抑制される。
【００１３】
前記第１の目的を達成するため、本発明の第２の極板ユニットは、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された帯状の極板群が、その長辺方向に沿って巻回されており、前記極板群の少なくとも短辺側の側面において、前記正極板の縁端部が、前記負極板の縁端部よりも突出していることを特徴とする。
【００１４】
このような極板ユニットによっても、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。
【００１５】
前記第２の目的を達成するため、本発明の第３の極板ユニットは、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、前記極板群の一側面に複数の溶接部によって接合された集電板とを含み、前記集電板の前記極板群との接合面において、前記溶接部が、前記集電板の集電密度が高い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
極板群の側面を被覆するように集電板を設けた場合、集電板における集電密度のばらつきが大きくなる傾向があるが、集電密度の高い部分は、集電板と極板群との接合面に大きな熱的応力がかかるため、その接合が破壊されやすくなるという問題がある。しかしながら、前記第３の極板ユニットによれば、集電密度の高い部分において、接合強度および集電効率が高くなるように、溶接部が密に設けられているため、集電板の集電作用に対する信頼性を向上させることができる。
【００１７】
なお、「集電密度」とは、集電板の単位断面積当たりに流れる電流を意味する。極板群の側面全面を被覆するように集電板を接合して、集電板の一方の端部に外部端子を接続した場合、外部端子に近い領域ほど、集電板の集電密度が高くなる。
【００１８】
前記第３の極板ユニットは、例えば、前記集電板が、一方の端部が前記極板群から突出するように配置されており、前記溶接部が、前記集電板の前記極板群から突出した端部に近い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成された構造とすることができる。
【００１９】
集電板の端部を極板群から突出させた構造においては、その端部を、他の電池構成部材（例えば、外部端子など）と電気的に接続する接続部として機能させることができるが、この場合、集電板の前記端部に近い領域ほど集電密度が高くなる。よって、この集電板の端部に近い領域ほど、接合強度および集電効率が高くなるように、溶接部同士を密に設けることにより、集電板の接合信頼性を向上させることができる。
【００２０】
前記第２の目的を達成するため、本発明の第４の極板ユニットは、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、前記極板群の一側面に複数の溶接部によって接合された集電板とを含み、前記極板の各々の前記集電板と接合される側の縁端部に位置決め孔が形成されており、前記集電板の前記極板群との接合面において、前記溶接部が、その真下に前記位置決め孔が位置しないように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
極板群の側面に集電板を接合する場合、極板群の集電板と接合される側面において、各極板の縁端部を精度良く揃えることにより、極板群と集電板との接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。前記第４の極板ユニットによれば、各極板に位置決め孔が形成されているため、この位置決め孔にピンを挿入することによって極板の縁端部を精度良く揃えることができ、その結果、極板群と集電板との接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
しかしながら、極板に位置決め孔を形成すると、その部分は他の部分に比べて強度が小さくなるため、集電板溶接時の熱によって変形または破断し易くなることが考えられる。このような極板の変形または破断は、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性の低下を招く一因となる。しかし、前記第４の極板ユニットによれば、溶接部が、位置決め孔が形成された部分を避けて形成されるため、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性の低下を抑制することができる。
【００２３】
前記第４の極板ユニットにおいては、前記極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、前記位置決め孔が前記リード部に形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、前記第４の極板ユニットにおいては、前記正極板および前記負極板の各々に前記位置決め孔が複数個形成されており、前記位置決め孔の少なくとも１つが円形であり、別の少なくとも１つが長円形であることが好ましい。
【００２５】
また、前記第３および第４の極板ユニットにおいては、前記溶接部が、前記極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。この好ましい例によれば、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性を、更に向上させることができる。
【００２６】
また、前記第３および第４の極板ユニットにおいては、前記溶接部において、前記集電板と前記極板群との間にロウ材が配置されていることが好ましい。この好ましい例によれば、比較的低温でロウ材が溶融して集電板と極板群とを溶接することができるため、集電板と極板群との接合強度および接合の信頼性を更に向上させることができる。
【００２７】
また、本発明の電池は、前記第１〜第４の極板ユニットのいずれかを、電解液とともに電槽に収納したニッケル−水素電池である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る電池の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ方向断面図である。この電池は、内部が複数の区画に分割された電槽１０と、その各区画に収納された極板ユニット１とを備えている。
【００２９】
前記極板ユニット１は、正極板、負極板およびセパレータが積層した極板群と、これに接合された正極集電板および負極集電板とを備えている。この極板ユニット１の構造については後に詳説する。
【００３０】
前記電池においては、電槽１０に収納された極板ユニット１同士が、電気的に接続されている。極板ユニット１同士の電気的接続は、例えば、電槽１０内の区画間を隔てる隔壁１０ａに貫通孔を設け、この貫通孔に接続金具１６を装着し、隔壁１０ａを隔てて隣接する極板ユニット１の正極集電板と負極集電板とを、それぞれ接続金具１６に接続することによって達成される。
【００３１】
また、電槽１０の一方の端部に位置する区画に収納された極板ユニットの正極集電板は、正極外部端子１４に接続されている。また、他方の端部に位置する区画に収納された極板ユニットの負極集電板は、負極外部端子１５に接続されている。
【００３２】
電槽１０内には、前記極板ユニット１とともに、電解液が収納されている。電解液の種類は、特に限定されるものではなく、所望の電池に応じて適宜選択される。例えば、ニッケル−水素電池の場合、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの水溶液が使用される。
【００３３】
電槽１０は蓋体１１で閉じられており、この蓋体１１には、電槽１０内の圧力に応じて作動する安全弁１２が設けられている。更に、蓋体１１には、電池温度を検出するセンサを装着するための装着部１３が設けられていてもよい。また、電槽１０の外表面には、複数の電池を集積して使用する場合の放熱性を向上させるため、リブ１０ｂが設けられていてもよい。
【００３４】
図１は、前記極板ユニット１の一例を示す正面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ方向断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ方向断面図である。
【００３５】
この極板ユニット１は、前述したように、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００３６】
図５は、正極板２の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。正極板２は、基板に、活物質が充填された電極部２１と、活物質が充填されていないリード部２２とが形成された構造を有している。また、リード部２２には、補強板２４が積層されていることが好ましい。
【００３７】
正極板２を構成する材料については、特に限定するものではなく、電池の種類に応じて適宜決定される。例えば、ニッケル−水素二次電池を構成する極板ユニットの場合は、基板として発泡ニッケル基板またはニッケル繊維基板が使用され、活物質として水酸化ニッケルが使用される。
【００３８】
図６は、負極板３の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。負極板３は、基板に、活物質が充填された電極部３１と、活物質が充填されていないリード部３２とが形成された構造を有している。
【００３９】
負極板３を構成する材料についても、特に限定するものではなく、電池の種類に応じて適宜決定される。例えば、ニッケル−水素二次電池を構成する極板ユニットの場合は、基板として穿孔ニッケル基板が使用され、活物質としてＡＢ5型またはＡＢ2型（Ａは典型金属元素であり、Ｂは遷移金属元素である。）の水素吸蔵合金が使用される。
【００４０】
各極板は、図５および図６に示すように、全体形状を矩形とし、その一辺の縁端部にリード部を設けた構造とすることができる。このとき、極板のリード部が形成された側の辺の長さ（Ｌ２、Ｌ３）は、それに直交する辺の長さ（Ｄ２、Ｄ３）よりも大きいことが好ましい。
【００４１】
また、正極板２のリード部２２が形成された側の辺の長さ（Ｌ２）は、負極板３のリード部３２が形成された側の辺の長さ（Ｌ３）よりも長い。
【００４２】
各極板のリード部２２および３２には、それぞれ、位置決め孔２３および３３が形成されていることが好ましい。各極板の位置決め孔は、極板群を構成したときに、同一極性の極板に形成された位置決め孔同士が重なり合うように配置される。
【００４３】
図１に示すように、前記正極板２と前記負極板３は、互いの電極部同士を対向させるように、セパレータ４を介して交互に積層される。これにより、極板群が構成されている。
【００４４】
セパレータ４は、少なくとも一方の極板を、リード部を露出させた状態で包み込むことが好ましい。例えば、セパレータ４として複数の袋状物を使用し、その各々に正極板２および負極板３の少なくとも一方を１枚ずつ内包した構造とすることができる。また、セパレータ４としてつづら折り状の帯状物を使用し、その折り重ねられた面同士間に極板を１枚ずつ挿入した構造とすることもできる。なお、セパレータ４の材料については特に限定するものではなく、例えば、多孔質フィルム、不織布、織布などが使用される。
【００４５】
図１および図２に示すように、前記極板群においては、一側面において、正極板２のリード部が、負極板３の縁端部よりも突出している。この側面には、正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が、正極板２の縁端部よりも突出している。この側面には、負極集電板６が接合されている。これにより、極板ユニット１が構成されている。
【００４６】
更に、図１および図３に示すように、前記極板ユニット１においては、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２の縁端部が負極板３の縁端部よりも突出している。そのため、図４に示すように、正極板２の縁端部にバリ２ａが存在する場合でも、そのバリ２ａが負極板３に接触しないので、正負極間の短絡発生が抑制される。なお、図４は、図３におけるＣ部分の拡大図である。
【００４７】
正極板２の負極板３よりも突出した部分の長さ（図４のＸ）は、特に限定するものではないが、例えば０．３〜２ｍｍである。
【００４８】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物である。図７は、正極集電板５の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。また、図８は、正極集電板５と極板群の接合の形態を示す斜視図であり、図９は、図８のＡ−Ａ方向断面図である。なお、図７〜９および下記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００４９】
正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。本実施形態においては、溶接部７同士の間隔について特に限定されないが、第２の実施形態で説明するように、集電板の集電密度に応じて変化させることが好ましい。更に、第３の実施形態で説明するように、溶接部７を位置決め孔が形成された部分を避けて形成することが好ましい。
【００５０】
また、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００５１】
前記極板ユニット１は、例えば、次のような方法で製造することができる。
【００５２】
まず、発泡ニッケル板を切断して正極板用基板を作製し、これに、電極部およびリード部を形成する。電極部は、正極用基板の電極部を形成する領域に活物質を含むペーストを充填した後、これを乾燥することにより形成される。また、リード部は、正極用基板のリード部を形成する領域を厚み方向に加圧して圧縮し、その表面に補強板を接合することにより形成される。更に、リード部に位置決め孔が形成され、正極板が作製される。この正極板を複数枚作製し、各正極板を、袋状のセパレータによって、リード部を露出させた状態で被覆する。
【００５３】
一方、ニッケル板を切断して負極板用基板を作製し、これに、電極部およびリード部を形成する。電極部は、負極用基板の電極部を形成する領域に複数の孔を形成した後、活物質を含むペーストを塗着し、乾燥することにより形成される。また、リード部については、その形成のための加工を特に必要としない。更に、リード部に位置決め孔が形成され、負極板が作製される。
【００５４】
セパレータで被覆した前記正極板と、前記負極板とを交互に積層して、極板群を作製する。続いて、正極板および負極板の位置決め孔に、それぞれ、位置決めピンを挿入する。これにより、極板群の一側面において正極板のリード部が突出し、別の一側面においては負極板のリード部が突出し、且つ、残りの側面においては正極板の縁端部が突出するように、各極板を位置決めする。同時に、極板群の正極板のリード部が突出した側面と、正極板のリード部が突出した側面とにおいて、各極板の縁端部を揃える。
【００５５】
また、各極板に、円形および長円形の２種の位置決め孔を形成した場合は、円形の位置決め孔と長円形の位置決め孔にピンを挿入する。長円形の孔は、極板の回転防止用として作用する。これにより、各極板の寸法および位置決め孔形成位置の公差を吸収し、位置決めおよび縁端部揃えを効率良く行うことができる。
【００５６】
前記極板群の正極板のリード部が突出した側面に、正極集電板を接合する。正極集電板の接合は、正極集電板を極板群側に向けて押圧した状態で、正極集電板の正極板と接合される面とは反対の面に電子ビームまたはレーザを照射することにより実施される。
【００５７】
続いて、正極板の位置決め孔に挿入された位置決めピンを抜き取った後、極板群の負極板リード部が突出した側面に負極集電板を接合する。この工程は、正極集電板の接合と同様にして実施される。その後、負極板の位置決め孔に挿入された位置決めピンを抜き取られ、極板ユニットが完成する。なお、正極板の位置決めピンは、負極集電板の接合が終了した後に、負極板の位置決めピンとともに抜き取ってもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電池は、極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合面に溶接部が特定の配置で設けられていること以外は、第１の実施形態と同様の構造を有している。本実施形態の電池は、例えば、図１０および図１１に示すような構造を有している。
【００５９】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、図１〜図４に示すような構造を有しており、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００６０】
正極板２および負極板３は、例えば、図５および図６に示すような構造を有している。各極板の構造および構成材料は、第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、正極板２の辺の長さ（Ｌ２）と、負極板３の辺の長さ（Ｌ３）との関係について、特に限定するものではない。しかしながら、第１の実施形態で説明したように、前記Ｌ２が前記Ｌ３よりも長いことが好ましい。
【００６１】
図１および図２に示すように、前記正極板２と前記負極板３とがセパレータ４を介して交互に積層されて、極板群が構成されている。この極板群の一側面においては、正極板２のリード部が負極板３の縁端部よりも突出しており、ここに正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が正極板２の縁端部よりも突出しており、ここに負極集電板６が接合されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２が負極板３よりも突出していることが好ましい。
【００６２】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物であり、その一端が極板群から突出している。この突出部５ａおよび６ａは、極板ユニットと、他の電池構成部材（例えば、図１０および図１１に示す電池においては、外部端子１５および１６または接続金具１６）とを電気的に接続する接続部として機能する。
【００６３】
図８に示すように、正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。溶接部７同士の間隔は、正極集電板の突出部５ａに近い領域ほど狭く、突出部５ａに遠い領域ほど広くなるように設定される。換言すれば、溶接部７の間隔は、正極集電板における集電密度の高い領域ほど狭くなるように設定される。
【００６４】
また、第１の実施形態と同様に、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００６５】
なお、図７〜９および上記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００６６】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、第１の実施形態と同様の方法で製造することができる。この場合、極板群に集電板を接合する工程において、電子ビームまたはレーザを、極板群側面の長手方向に適当な間隔をあけて複数箇所に照射し、この照射箇所同士の間隔を、集電板の突出部に近い領域ほど狭く、突出部に遠い領域ほど広くなるように設定する。これにより、複数の溶接部が、前述したような配置形態で形成される。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電池は、極板ユニットにおいて、極板群と集電板との接合面において溶接部が特定の箇所を避けて設けられていること以外は、第１の実施形態と同様の構造を有している。本実施形態の電池は、例えば、図１０および図１１に示すような構造を有している。
【００６７】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、図１〜図４に示すような構造を有しており、正極板２、負極板３およびセパレータ４が積層した極板群と、これに接合された正極集電板５および負極集電板６とを備えている。
【００６８】
正極板２および負極板３は、例えば、図５および図６に示すような構造を有している。各極板の構造および構成材料は、第２の実施形態と同様である。但し、本実施形態における正極板２および負極板３には、位置決め孔２３および３３が必ず形成されている。
【００６９】
図１および図２に示すように、前記正極板２と前記負極板３とがセパレータ４を介して交互に積層されて、極板群が構成されている。この極板群の一側面においては、正極板２のリード部が負極板３の縁端部よりも突出しており、ここに正極集電板５が接合されている。また、別の一側面においては、負極板３のリード部が正極板２の縁端部よりも突出しており、ここに負極集電板６が接合されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、極板群の集電板が接合されていない側面において、正極板２が負極板３よりも突出していることが好ましい。
【００７０】
図１および図２に示すように、前記両集電板５および６は、極板群側面の少なくとも一部を被覆する板状物であり、その一端が極板群から突出している。
【００７１】
図８に示すように、正極集電板５と極板群との接合面には、複数の溶接部７が形成されている。この溶接部７は、位置決め孔２３が形成された領域を避けて形成される。すなわち、図８および図９に示すように、溶接部７は、その真下に位置決め孔２３が位置しないように形成される。
【００７２】
溶接部７と位置決め孔２３との間の距離（Ｙ）は、例えば２ｍｍ以上に設定される。
【００７３】
また、特に限定するものではないが、第２の実施形態と同様に、溶接部７同士の間隔は、集電板の突出部５ａに近い領域ほど狭く、突出部５ａに遠い領域ほど広くなるように設定されることが好ましい。
【００７４】
更に、第１の実施形態と同様に、溶接部７は、極板の積層方向に沿った線状であることが好ましい。更に、各溶接部７には、正極集電板５と極板群との間に、例えばニッケルロウなどのロウ材８が介在していることが好ましい。
【００７５】
なお、図７〜９および上記説明は、正極集電板５と極板群との接合の形態に関するものであるが、負極集電板６と極板群との接合についても、これと同様の形態とすることができる。
【００７６】
本実施形態の極板ユニットは、例えば、第２の実施形態と同様の方法で製造することができる。この場合、極板群に集電板を接合する工程において、電子ビームまたはレーザを、位置決め孔の真上を避けた箇所に照射する。これにより、複数の溶接部が、前述したような位置に形成される。
【００７７】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る電池の一例を示す断面図である。この電池は、円筒形の電槽４０と、これに収納された極板ユニット４１とを備えている。
【００７８】
前記極板ユニット４１は、正極板４２、負極板４３およびセパレータ４４を備えている。更に、正極板４２から引き出された正極リード４５と、負極板から引き出された負極リード４６を備えている。この極板ユニット４１の構造については、後に詳説する。
【００７９】
前記電槽４０は、安全弁４７を備えた蓋体４８で閉じられている。極板ユニットの正極リード４５は、正極端子を兼ねた蓋体４８と電気的に接続されており、負極リード４６は、負極端子を兼ねた電槽４０と電気的に接続されている。
【００８０】
また、前記電槽４０内には、前記極板ユニット４１とともに、電解液が収納されている。電解液の種類は特に限定されるものではなく、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８１】
次に、前記極板ユニット４１の構造について説明する。この極板ユニット４１は、正極板４２、負極板４３およびセパレータ４４が積層され、更にこれが巻回された構造を有している。
【００８２】
正極板４２および負極板４３は、それぞれ、帯状基板に活物質が充填されたものである。また、各極板を構成する基板および活物質としては、特に限定するものではなく、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８３】
例えば、正極板４２は、発泡ニッケル板を切断加工して作製された基板に、活物質を充填することにより作製される。発泡ニッケル板の切断により、正極板の縁端部にはバリが発生する場合がある。このバリは、発泡ニッケル板平面から特定の方向に突出し、その突出方向は、加工時における切断刃の発泡ニッケル板に対する動きの方向によって決まる。
【００８４】
本実施形態においては、正極板４２の長辺が、負極板４３の長辺よりも長くなるように設定される。この両者の差は、例えば０．３〜２ｍｍである。この条件を満足するものであれば、各極板の具体的な寸法は特に限定されるものではなく、電池のサイズに応じて適宜決定することができる。
【００８５】
前記正極板４２と前記負極板４３とが、セパレータ４４を介して積層されて、極板群が構成されている。この極板群においては、正極板４２と負極板４３は、正極板４２の端部にバリが存在する場合に、このバリが負極板４３側に向かって突出するように積層される。
【００８６】
セパレータ４４としては、帯状のセパレータを使用することができる。その寸法については、特に限定するものではないが、長辺および短辺が、それぞれ、正極板の長辺および短辺よりも長いことが好ましい。また、セパレータ４４の材料としては、例えば、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
【００８７】
前記極板群が、その長辺方向に沿って円筒状に巻回される。更に、正極板４２からは正極リード４５が引き出され、負極板４３からは負極リード４６が引き出されて、極板ユニット４１が構成される。
【００８８】
図１３（ａ）は、前記極板ユニットの構造を説明するための模式図である。また、同図（ｂ）は、前記極板ユニットの中心部付近の構造を示す断面図であり、同図（ｃ）は、前記極板ユニットの最外部付近の構造を示す断面図である。
【００８９】
図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、前記極板ユニットは、極板群４９の短辺側の側面、すなわち巻回の巻き始めとなる端部の側面（Ａ）と巻き終わりとなる端部の側面（Ｂ）において、正極板４２の縁端部が負極板４３の縁端部よりも突出している。正極板４２の負極板４３よりも突出した部分の長さ（図中のＸ）は、特に限定するものではないが、例えば０．３〜２ｍｍである。
【００９０】
このような極板ユニット４１においては、図１３に示すように、正極板４２の縁端部にバリ４２ａが存在する場合でも、そのバリ４２ａが負極板４３に接触しないので、正負極間の短絡発生が抑制される。
【００９１】
更に、前記極板ユニット４１においては、極板群の長辺側の側面においても、正極板１２の縁端部が負極板１３の縁端部よりも突出していることが好ましい。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１および第２の極板ユニットによれば、極板群の特定の側面において、正極板の縁端部が負極板の縁端部よりも突出しているため、正極板のバリに起因した正負極間の短絡を抑制することができる。
【００９３】
また、本発明の第３の極板ユニットによれば、極板群の側面に複数の溶接部によって集電板が接合されており、前記溶接部が、前記集電板の集電密度が高い領域ほど前記溶接部同士の間隔が狭くなるように形成されているため、集電板の接合強度および集電効率に対する信頼性を向上させることができる。
【００９４】
また、本発明の第４の極板ユニットによれば、極板群の側面に複数の溶接部によって集電板が接合されており、前記溶接部の真下に、前記極板群を構成する各極板に位置決め孔が位置しないように、前記溶接部が形成されているため、集電板の接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の極板ユニットの一例を示す正面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図３】 図１におけるＢ−Ｂ方向断面図である。
【図４】 図３のＣで示す部分を拡大した断面図である。
【図５】 正極板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。
【図６】 負極板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。
【図７】 集電板の一例を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は断面図である。
【図８】 本発明の極板ユニットにおける集電板が配置された部分を示す斜視図である。
【図９】 図８におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図１０】 本発明の電池の一例を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図である。
【図１１】 図１０におけるＡ−Ａ方向断面図である。
【図１２】 本発明の電池の別の一例を示す部分断面図である。
【図１３】 本発明の極板ユニットの別の一例を説明するための図であり、同図（ａ）は模式図、同図（ｂ）は中心部付近の断面図、同図（ｃ）は最外部付近の断面図である。
【図１４】 従来の電池の構造を示す部分破断斜視図である。
【図１５】 従来の電池を構成する極板群を示す断面図である。
【符号の説明】
１，４１ 極板ユニット
２，４２ 正極板
３，４３ 負極板
４，４４ セパレータ
５ 正極集電板
６ 負極集電板
７ 溶接部
２１，３１ 電極部
２２，３２ リード部
２３，３３ 位置決め孔
Claims (7)
- 電解液を収納した電槽を備えたニッケル−水素二次電池用の極板ユニットであって、
複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群と、
前記正極板と接続されるように前記極板群の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された板状正極集電板と、
前記負極板と接続されるように前記極板群の別の一側面を被覆するように電子ビームまたはレーザを照射することにより接合された板状負極集電板とを含み、
前記正極板および前記負極板の各々が、活物質が充填された電極部と、前記電極部と前記正極集電板または前記負極集電板との間に介在するリード部とを有し、
前記正極集電板が接合された前記極板群の一側面が、前記正極板のリード部の側面であり、
前記負極集電板が接合された前記極板群の別の側面が、前記負極板のリード部の側面であり、
前記リード部に位置決め孔が形成され、
前記位置決め孔が、前記極板群中で、同一極性の極板に形成された前記位置決め孔同士が重なり合うように配置され、
前記正極板を構成する基材は、発泡ニッケル基板またはニッケル繊維基板を切断することにより作成され、
前記極板群の前記負極集電板が接合された側面を除く全ての側面において、前記正極板の縁端部が、前記負極板の縁端部よりも突出しており、前記正極板の縁端部にバリが存在する場合であっても、そのバリが負極板に接触しない構造とすることを特徴とする極板ユニット。 - 前記極板群の前記負極集電板が接合された側面において、前記負極板の縁端部が、前記正極板の縁端部よりも突出している請求項１に記載の極板ユニット。
- 前記正極板および前記負極板の各々に前記位置決め孔が複数個形成されており、前記位置決め孔の少なくとも１つが円形であり、別の少なくとも１つが長円形である請求項１又は２に記載の極板ユニット。
- 前記正極板または前記負極板が、前記正極集電板または前記負極集電板と接合される側の縁端部を露出させた状態で、前記セパレータに包み込まれている請求項１〜３のいずれかに記載の極板ユニット。
- 前記正極板の縁端部が前記負極板の縁端部より突出している長さが０．３〜２ｍｍの範囲である請求項１に記載の極板ユニット。
- 前記電池が外部端子及び接続金具を備え、前記正極集電板及び前記負極集電板が、それぞれ、前記電池の前記外部端子又は前記接触金具と電気的に接続される請求項１〜５のいずれかに記載の極板ユニット。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の極板ユニットが、電解液とともに電槽に収納されたニッケル−水素電池。
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