JP5393181B2 - 密閉式角形電池および密閉式角形電池の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉式の角形電池、特に、複数接続されて電池モジュールとして使用される密閉式角形電池に関する。

従来、密閉式電池の形状として、円筒形が一般的に採用されてきた。円筒形電池においては、電極体として、正極体と負極体とをセパレータを介して円筒形に巻き取った簡易な構造のものを使用することができると同時に、電池の内部圧力に対する耐圧性に優れるという利点がある。

ところで、近年、省エネルギーやＣＯ_２削減への配慮から、自動車や電車などの車両に搭載する、充放電可能な二次電池が開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時の回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両運行のエネルギー効率を高め、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

車両用の電池には、設置スペースが制限される都合上、従来の携帯機器等に用いられるものに比べて、高電圧および高エネルギー容量が要求されるため、大型の電池を複数組み合わせて構成した電池モジュールを使用することが一般的である。大型電池を使用する場合には、電池性能や生産性の観点から、円筒形電池に用いられる巻取り式の電極体よりも、正極体と負極体を交互に積層した電極体の方が適していること、および、電池が設置されるスペースを効率的に利用する必要性が大きいことから、円筒形よりも角形の電池とすることが望ましい（特許文献１）。

このように、複数の角形電池を組み合わせて電池モジュールとして用いるための単位電池の構造として、例えば、対向配置された正・負極それぞれの端子板を兼ねる２つの蓋状の部材間に、絶縁素材からなる矩形の枠形部材を介在させて電池のケーシングを形成し、このケーシング内に、プリーツ状のセパレータを介して交互に積層された正極体および負極体からなる電極体を収納するものが提案されている（特許文献２）。このような構造を有する角形電池では、隣接する電池の一方の正極端子板と他方の負極端子板とが互いに接触するように複数の電池を積層させるだけで、複数の角形電池を直列に接続することができるので、電池モジュールの構造を簡単にすることができる。

特開２００１−１１０３８１号公報 特願２００８−１０３９０１号明細書

しかしながら、上記電池の密閉は、主として、複数個の電池を積層した電池モジュール全体を積層方向に締め付けるための、板状部材や固定用部材によって確保されている。また、２つの蓋状部材の側部が対向方向に折り曲げられて、枠形部材の外周部の一部を覆っているので、蓋状部材間で外部短絡が起こるのを防止するために、電池の積層体を絶縁用部材で覆う必要がある。電池のケーシング構造を改良することにより、これらの密閉確保用部材および外部短絡防止用部材を省くことができれば、電池モジュールの体積および重量を大幅に低減することが可能となる。その結果、電池モジュールのエネルギー密度向上が期待できるとともに、電池モジュールを狭い設置スペースに収納することも可能となる。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、電池モジュールの組立てを容易にする構造を有しながら、従来の電池モジュール構造に必要とされた密閉確保用部材や外部短絡防止用部材を省いて電池モジュールの体積および重量を低減することが可能な密閉式角形電池、およびこのような密閉式角形電池の組立方法を提供することである。

前記した目的を達成するために、本発明に係る密閉式角形電池は、正極体および負極体を含む電極体と、該電極体を電解液とともに収納する角形のケーシングとを備える密閉式の角形電池であって、前記ケーシングが、以下のような構成を有している。すなわち、前記ケーシングは、導電性の板材から形成され、電池の外部に露出する面が正極端子面として機能し、電池の内部に向く面が正極集電面として機能する正極端子板と、導電性の板材から形成され、前記正極端子板に平行に対向配置されて、電池の外部に露出する面が負極端子面として機能し、電池の内部に向く面が負極集電面として機能する負極端子板と、前記正極端子板および負極端子板に接合されて前記ケーシングの外周部を形成する、絶縁材料からなる矩形の枠形部材とを有している。さらに、前記ケーシングは、その前記対向方向に直交する縦方向および横方向において、前記正極端子板および前記負極端子板が、前記枠形部材の内側に位置しており、前記正極端子板および前記負極端子板の各外縁部が、前記枠形部材に固定されて、前記枠形部材にそれぞれ液密に接合されたインサート成形品である。ここで、「縦方向」とは、矩形の枠形部材の互いに対向する２組の辺の一方の対向方向を指し、「横方向」とは、縦方向に直行する他方の対向方向を指す。

この構成によれば、対向配置された正極端子板と負極端子板とがケーシングの一部を構成することで、電池モジュールの組み立てを容易にする構造を有しながらも、インサート成形によって、導電性材料からなる両端子板と絶縁材料からなる枠形部材とが液密に接合されていることにより、電池単独で十分な密閉性が確保できる。また、前記対向方向に直交する縦方向および横方向において、正極端子板および負極端子板が、前記枠形部材の内側に位置しているので、外部短絡が起こりにくい。したがって、電池の組立作業や、電池完成後の取扱いが容易になる。さらには、この電池を使用する電池モジュールにおいて、密閉確保用部材や外部短絡防止用部材を省いて構造を簡素化し、かつ重量および体積を大幅に低減することができる。その結果、当該密閉式角形電池を用いて構成する電池モジュールのエネルギー密度が向上するとともに、電池モジュールを狭い設置スペースに収納することが可能になる。

上記の密閉式角形電池は、前記電極体の、前記縦方向および横方向の外周を覆い、かつ、前記ケーシング内に収納される、絶縁材料からなる内部枠体を備えていることが好ましい。このように構成することにより、インサート成形を行う際に、樹脂が電極体に向けて射出されて、電極体に付着するのを防止することができる。また、電極体が内部枠体によって保持されるので、組み立ての過程で、電極体や、電極体と両端子板とを仮組みしたものの取扱いが容易になる。

また、本発明に係る密閉式角形電池において、前記枠形部材の対向方向寸法が、前記両端子面間寸法よりも小さく設定されていてもよい。このように構成することにより、当該電池を積層して電池モジュールを構成した際に、各端子板が内側に押し付けられるので、各端子板と電極体との接触状態が良好となり、電池の内部抵抗を低減させることができる。これにより、電池性能が向上する。

また、本発明に係る密閉式角形電池において、前記正極端子板および負極端子板の前記各外縁部が、前記対向方向に突出する側壁部として形成されており、該側壁部が、前記枠形部材と前記内部枠体との間に介在していてもよい。このように構成することにより、組み立ての過程で、電極体や、電極体と両端子板とを仮組みしたものの取扱いが一層容易になり、両端子板と電極体の位置決めが正確にできるようになるので、電池の組み立てが容易になるとともに、電池の信頼性が向上する。

上記のように、本発明に係る密閉式角形電池において側壁部を設ける場合、前記正極端子板および負極端子板が、前記側壁部からさらに前記縦方向および横方向の外方に突出して互いに対向する鍔部を有していてもよい。このように構成することにより、電池内圧による両端子板の対向方向、縦方向および横方向の変形が抑えられるので、電池の耐圧性が向上する。

上記のように、両端子板に側壁部および鍔部を設ける場合、前記側壁部および鍔部を含む外縁部に、前記枠形部材に埋入する凹凸状の段部を形成してもよい。電池の充放電時には、反応熱やジュール熱によって電池の温度が上昇する。これにより、樹脂製の枠形部材および金属製の正極および負極端子板は熱膨張するが、枠形部材と両端子板とでは素材の熱膨張係数が異なるので、枠形部材と両端子との接合部分に内部応力が発生し、密閉性の確保が困難になる場合がある。しかし、両端子板の矩形の各辺に沿った方向に伸縮可能な形状の段部を設けて、熱膨張係数の相違によって生じる内部応力を、この段部に吸収させることにより、長期に渡ってケーシングの密閉性を確保し、電池寿命の低下を防ぐことができる。

また、上記のように、両端子板に側壁部および鍔部を設ける場合、前記内部枠体が、該内部枠体の外周全体に渡って延びる、前記縦方向および横方向に突設された外周突起を有しており、該外周突起が、前記正極端子板と負極端子板の各鍔部の間に介在していてもよい。このように構成することにより、内部枠体の剛性が高まるので、射出成形時の樹脂による圧力や、電池使用時における内圧上昇による変形を抑制することができる。

上記のように、前記内部枠体に外周突起を設ける場合、前記枠形部材の対向方向寸法が、前記両端子面間寸法よりも小さく設定されており、かつ、前記内部枠体の対向方向寸法が、前記両集電面間寸法よりも小さく設定されて、前記正極集電面および前記負極集電面が、それぞれ、前記正極体および前記負極体に圧接していてもよい。内部枠体に、鍔部間に介在する外周突起を設けることによって、射出成形時に樹脂がケーシングの内部に侵入することが防止され、樹脂が内部枠体の内側に回りこんで電極体に付着するおそれがないので、内部枠体の対向方向寸法を、両集電面間寸法よりも小さく設定することが可能になる。この場合、枠形部材の成形型による型締めによって、正極端子板の集電面および負極端子板の集電面を、それぞれ、正極体および負極体に圧接させて、電池の内部抵抗を大幅に低減させることができるので、電池性能が向上する。

上記のように、両端子板に側壁部および鍔部を設ける場合、前記鍔部に、該鍔部と枠形部材との間をシールするシール剤が塗布されていることが好ましい。このように構成することにより、電池ケーシングの密閉性が長期にわたって確保され、電池の信頼性が向上する。

本発明に係る密閉式角形電池において、前記正極端子板および前記負極端子板の各外縁部の、前記枠形部材と接合する接合面に、微細な凹凸が形成されているのが好ましい。このように構成することにより、両端子板と枠形部材との接触面積が増加し、十分な接合強度を確保することができる。

また、本発明に係る密閉式角形電池において、前記枠形部材を形成する材料が、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンからなる群から選択される少なくとも１種類の樹脂を含んでいることが好ましい。このように、インサート成形に適し、かつ耐アルカリ水溶液性を有する樹脂で枠形部材を形成することにより、電池の組み立て作業が容易になり、かつ、十分な長期充放電性能を確保することができる。

本発明に係る密閉式角形電池の組立方法は、上記の密閉式角形電池を組み立てる方法であって、前記正極端子板および負極端子板の外縁部表面の、前記枠形部材と接合させる部分に微細な凹凸を形成する工程と、前記正極端子板および負極端子板の間に前記電極体を介在させた状態に仮組みして、仮組み体を形成する工程と、前記仮組み体を、前記枠形部材を形成する、前記正極端子板および負極端子板よりも大きい前記縦方向および横方向の内部寸法を有する成形型内に設置する工程と、前記成形型内に所定の材料からなる樹脂を射出してインサート成形により前記枠形部材を形成する工程とを含む。

このように構成することにより、対向配置された正極端子板と負極端子板とがケーシングの一部を構成することで、電池モジュールの組み立てを容易にする構造を有しながらも、インサート成形を用いることにより、導電性材料からなる両端子板と絶縁材料からなる枠形部材とが液密に接合されるので、電池単独で十分な密閉性を確保できる。また、枠形部材の縦方向および横方向の寸法が、両端子板の縦方向および横方向の寸法よりも大きいので、外部短絡が起こりにくい。したがって、電池の組立作業や、電池完成後の取扱いが容易になる。さらには、この電池を使用する電池モジュールにおいて、締め付け用部材や絶縁用部材を省いて構造を簡素化し、かつ重量および体積を大幅に低減することができる。

上記の組立方法において、前記仮組み体に、前記電極体の外周を覆い、前記正極端子板および負極端子板よりも小さい前記縦方向および横方向の寸法を有する、絶縁部材からなる内部枠体を設けることを含んでいることが好ましい。このように構成することにより、組み立ての過程において、電極体や、電極体と両端子板とを仮組みしたものの取扱いが容易になるとともに、インサート成形を行う際に、樹脂が電極体に向けて射出されて電極体に付着するのを防止することができる。

上記のように、前記仮組み体に内部枠体を設ける場合において、前記内部枠体の対向方向高さを、前記成形型の前記仮組み体が配置される部分における内部高さ寸法と、前記正極端子板の厚さおよび前記負極端子板の厚さの和との差よりも大きく設定し、前記仮組み体を対向方向に型締めすることによって、前記内部枠体の両端面を前記正極集電面および負極集電面にそれぞれ圧接させることを含んでいてもよい。このように構成することにより、電池の内部抵抗が低減されて、電池性能が向上する。

上記の組立方法において、前記成形型の前記正極端子板に接する面および前記負極端子板に接する面の少なくとも一方に、前記正極端子板または前記負極端子板を受け入れて、前記仮組み体の前記縦方向および横方向の位置を規制する位置決め凹部を設けることを含んでいることが好ましい。このように構成することにより、成形型内での仮組み体の位置が安定するので、電池の製造が容易となり、かつ、電池間の寸法ばらつきが抑制される。

以上のように、本発明に係る密閉式角形電池によれば、電池単独で十分な密閉性を確保でき、かつ、外部短絡の発生しにくいケーシング構造とすることにより、従来の電池モジュール構造に必要とされた密閉確保用部材や外部短絡防止用部材を省いて電池モジュールの体積および重量を低減することが可能であるので、当該密閉式角形電池を用いて構成する電池モジュールのエネルギー密度が向上するとともに、電池モジュールを狭い設置スペースに収納することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る角形電池を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る角形電池を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る角形電池を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る角形電池を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る角形電池を示す断面図である。 図５の角形電池の要部を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る角形電池を示す断面図である。 第５実施形態の変形例に係る角形電池を示す断面図である。 本発明に係る角形電池の組立方法の一工程を示す断面図である。 本発明に係る角形電池の組立方法の一工程を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る密閉式角形電池（以下単に「電池」という）Ｃを示す斜視図である。この電池Ｃは、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ており、互いに平行に対向配置された正極端子板３および負極端子板５と、両端子板３，５に固定された絶縁素材からなる矩形の枠形部材７とによって、電池Ｃの角形のケーシング９が構成されている。なお、以下の説明において、両端子板３，５の対向方向を単に対向方向Ｘと呼ぶ。さらに、矩形の枠形部材７の互いに対向する２組の辺の一方の対向方向を縦方向Ｙと呼び、これに直行する他方の対向方向を横方向Ｚと呼ぶが、ケーシング９は、縦方向Ｙと横方向Ｚにおいてほぼ同様の構造を有しているので、以下の各実施形態の説明においては、特に必要な場合を除き、代表として縦方向Ｙについてのみ説明する。

図２は、図１の電池Ｃの構造を示す断面図である。ケーシング９の内方には、セパレータ１１、正極を構成する正極体１３および負極を構成する負極体１５を含む電極体１７が、電解液とともに収納されている。電極体１７は、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ１１を介して、平板状の正極体１３および負極体１５が交互に積層されて対向するプリーツ構造を有している。本実施形態において、電極体１７は、正極端子板３と負極端子板５の対向方向Ｘに直交する、縦方向Ｙに積層されている。

したがって、正極体１３は、正極端子板３に垂直な方向に配置されており、各正極体１３の端面１３ａが、正極端子板３の電池内部に向く面に接触している。つまり、正極端子板３の電池内部に向く面は、正極側の集電面３ａとして機能する。これにより、正極端子板３の電池外部に露出する面が、電池Ｃから電流を取り出す際の正極側の端子面３ｂとして機能する。同様に、負極端子板５の電池内部に向く面は、負極側の端子面５ａとして機能し、電池外部に露出する面は、負極側の端子面５ｂとして機能する。

ケーシング９は、後に詳述するように、正極端子板３および負極端子板５の各外縁部が、枠形部材７に液密に接合されたインサート成形品として形成されている。さらに、正極端子板３および負極端子板５は、縦方向Ｙにおいて、枠形部材７の内側に位置している。換言すれば、枠形部材７の、縦方向Ｙの寸法Ｄｆは、正極端子板３および負極端子板５の縦方向Ｙの寸法Ｄｔよりも大きく設定されており、枠形部材７がケーシング９の外周部９ａを形成している。

また、本実施形態においては、電極体１７の縦方向Ｙを向く外周が、絶縁材料からなる矩形の内部枠体１９で覆われている。内部枠体１９は、正極端子板３および負極端子板５よりも小さい縦方向寸法Ｄｉを有しており、ケーシング９内に収納されている。枠形部材７は、両端子面３ｂ，５ｂ間寸法Ｈｔにほぼ等しい対向方向寸法Ｈｆｏを有する外周部７ａと、この外周部７ａから内周側に突出する内周凸部７ｂとを有しており、外周部７ａが両端子板３，５の各端面３ｃ、５ｃを覆っている。また、枠形部材７の内周凸部７ｂが、両端子板３，５の各外縁部３ｄ，５ｄの集電面側に形成される接合面２１に接合されるとともに、内部枠体１９の外周面１９ａを覆っている。この接合面２１は短いハッチングで示されている。

なお、内部枠体１９は、省略することも可能であるが、上記のように内部枠体１９を設けた場合には、後に詳述するインサート成形を行う際に、樹脂が電極体１７に向けて射出されて電極体１７に付着するのを防止することができる。また、電極体１７が内部枠体１９によって保持されるので、組み立ての過程で、電極体や、電極体と両端子板とを仮組みしたものの取扱いが容易になる。

枠形部材７は、インサート成形に適し、かつ耐アルカリ水溶液性を有する樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンのいずれか１種類またはこれらの混合物によって形成されている。正極端子板３および負極端子板５は、本実施形態では、ニッケルめっきを施した鋼板によって形成されている。両端子板３，５の、枠形部材７に接合される上述の接合面２１には、エッチングのような表面処理を施すことにより、微細な凹凸が形成されている。好ましくは、接合面２１は、０．５〜１０μｍＲＳｍかつ０．２〜５μｍＲｚ程度の微細な凹凸を有し、かつ凹凸の高低差が１０〜３００ｎｍ程度である。また、微細な凹凸を形成する方法としては、例えば、ケミカルエッチングやショットピーニングがあるが、表面粗し加工であれば、他の方法であってもよい。また、表面粗し加工は、鋼板にニッケルめっきを施す前に行ってもよく、ニッケルめっきを施した後に行ってもよい。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電池Ｃの構造を示す断面図である。この電池Ｃでは、正極端子板３および負極端子板５の外縁部３ｄ、５ｄが、対向方向Ｘに突出する側壁部２３，２５として形成されており、これら側壁部２３，２５が、枠形部材７と内部枠体１９との間に介在している。

内部枠体１９の外周面１９ａは、側壁部２３，２５、および互いに対向する側壁部の端面２３ａ，２５ａ間に介在する枠形部材の内周凸部７ｂによって覆われている。また、本実施形態では、各側壁部２３，２５の外周面が、枠形部材７に接合される接合面２１として形成されている。そのほかの構成は、図２に示す第１実施形態と同様である。

このように側壁部２３，２５を設けることにより、組立ての過程で、両電極板３，５間に電極体１７を保持できるから、電極体１７や、電極体１７と両端子板３，５とを仮組みしたものの取扱いが一層容易になり、両端子板３，５と電極体１７の位置決めが正確にできるので、電池Ｃの組立てが容易になるとともに、電池Ｃの信頼性が向上する。

図４は、本発明の第３実施形態に係る電池Ｃの構造を示す断面図である。この電池Ｃでは、正極端子板３および負極端子板５の外縁部３ｄ、５ｄに、各側壁部２３，２５からさらに縦方向Ｙの外方に突出して互いに対向する鍔部３３，３５が設けられている。このように鍔部３３，３５を設けることにより、電池内圧による両端子板３，５の対向方向Ｘおよび縦方向Ｙの変形が抑えられるので、電池Ｃの耐圧性が向上する。

本実施形態では、側壁部２３，２５の各外周面に加えて、鍔部３３，３５の各表面および裏面が、微細な凹凸を有する接合面２１として形成されている。枠形部材７の内周凸部７ｂは、鍔部３３，３５間に進入して、側壁部２３，２５とともに、内部枠体１９の外周面１９ａを覆っている。両鍔部３３，３５には、鍔部３３，３５と枠形部材７との間をシールするシール剤を塗布することが好ましい。このシール剤としては、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適している。そのほかの構成は、図３に示す第２実施形態と同様である。

このように、両端子板３，５に、側壁部２３，２５に加えて鍔部３３，３５を設けることにより、両端子板３，５の剛性が増し、電池内圧による両端子板３，５の対向方向Ｘの変形が抑えられるので、電池Ｃの耐圧性が向上する。

なお、第３実施形態における、側壁部２３，２５および鍔部３３，３５を含む外縁部３ｄ、５ｄには、図５に示す第４実施形態のように、枠形部材７（図４）に埋入する凹凸状の段部３７が設けられていることが好ましい。段部３７の形状は、具体的には、例えば、鍔部３３の断面を模式的に示す図６（ａ）に示すようなステップ状、（ｂ）のＶ字状、または（ｃ）の円弧状とすることができるが、これらに限られない。なお、図５および図６には、代表として、正極端子板３側の段部３７のみを示しているが、負極端子板５側にも同様な段部が形成される。

電池Ｃの充放電時には、反応熱やジュール熱によって電池Ｃの温度が上昇する。これにより、樹脂製の枠形部材７および金属製の正極および負極端子板３，５は熱膨張するが、枠形部材７と両端子板３，５とでは素材の熱膨張係数が異なるので、枠形部材７と両端子３，５との接合部分に内部応力が発生する。しかし、両端子板３，５の矩形の各辺に沿った方向Ｓに伸縮可能な形状の段部３７を設けて、熱膨張係数の相違によって生じる内部応力を、この段部３７に吸収させることにより、電池Ｃの密閉性を維持し、電池寿命の低下を防ぐことができる。なお、図５には、段部３７を側壁部２３および鍔部３３のいずれにも設けた例を示したが、段部３７は少なくとも鍔部３５に設けられていればよい。

図７は、本発明の第５実施形態に係る電池Ｃの構造を示す断面図である。この電池Ｃでは、内部枠体１９の外周面１９ａに、縦方向Ｙに突出する外周突起１９ｂが外周全体に渡って設けられている。外周突起１９ｂは、内部枠体１９の外周面１９ａの対向方向Ｘにおけるほぼ中央部に設けられており、両端子板３，５の鍔部３３，３５間に、縦方向Ｙの途中の位置まで進入している。

本実施形態では、側壁部２３，２５の各外周面、鍔部３３，３５の各表面、および鍔部３３，３５の裏面の、外周突起１９ｂの端面１９ｂａの位置から外方側の部分が、微細な凹凸を有する接合面２１として形成されている。枠形部材７の内周凸部７ｂは、鍔部３３，３５間に進入して、側壁部２３，２５とともに内部枠体１９の外周突起１９ｂの端面１９ｂａを覆っている。そのほかの構成は、図４に示す第３実施形態と同様である。

特に、図７の第５実施形態のように、内部枠体１９の外周面１９ａに外周突起１９ｂを設けて両鍔部３３，３５間に介在させた場合には、図８に示す変形例のように、内部枠体１９の対向方向寸法Ｈｆｉを、両集電面間寸法Ｈｃよりも小さく設定してもよい。

内部枠体１９に、鍔部３３，３５間に介在する外周突起１９ｂを設けることによって、射出成形時に樹脂がケーシング９の内部に侵入することが防止される。その結果、樹脂が内部枠体１９の端面と正極端子板３または負極端子板５との隙間４０を通って、内部枠体１９の内側に回りこんで電極体１７に付着するおそれがないので、内部枠体１９の対向方向寸法Ｈｆｉを、両集電面間寸法Ｈｃよりも小さく設定することが可能になる。このように構成することで、枠形部材７の成形型による型締めによって、正極端子板３の集電面３ａおよび負極端子板５の集電面５ａを、それぞれ、正極体１３および負極体１５に圧接させることができる。その結果、電池Ｃの内部抵抗が大幅に低減され、電池性能が向上する。

また、本変形例では、枠形部材７の対向方向寸法Ｈｆｏを両端子面間寸法Ｈｔよりも小さく設定している。このように設定すれば、電池Ｃを積層して電池モジュールを構成した際に、各端子板３，５が内側に押し付けられるので、各端子板３，５と電極体１７との接触状態が良好となり、電池Ｃの内部抵抗が低減されて電池性能が向上する。なお、本変形例において、枠形部材７の対向方向寸法Ｈｆｏを両端子面間寸法Ｈｔと同一に設定してもよい。また、枠形部材７の対向方向寸法Ｈｆｏを両端子面間寸法Ｈｔよりも小さくする設定は、本変形例に限らず、上記で説明したいずれの実施形態に適用してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る、電池Ｃの組立方法を説明する。本実施形態に係る電池Ｃの組立方法は、主要な工程として、以下の工程Ｉ〜ＩＶを含んでいる。なお、本実施形態に係る組立方法は、図１〜図８に示したいずれの電池Ｃについても適用することができるが、以下の説明においては、代表として、図２の第１実施形態を例として説明する。

工程Ｉでは、ニッケルめっき鋼板で形成されている正極端子板３および負極端子板５の外縁部表面の、枠形部材７と接合させる部分である接合面２１に、エッチングのような表面処理を施して微細な凹凸を形成する。上述のように、微細な凹凸を形成する方法としては、例えば、ケミカルエッチングやショットピーニングがあるが、表面粗し加工であれば、他の方法であってもよい。また、表面粗し加工は、鋼板にニッケルめっきを施す前に行ってもよく、ニッケルめっきを施した後に行ってもよい。このように、ニッケルめっき鋼板の表面粗度を増大させることにより、枠形部材７を形成する樹脂と両端子板３，５との接触面積が増し、接合面２１において十分な接合強度を確保することが可能になる。

次に、工程ＩＩでは、例えば、プリーツ状の積層構造を有する電極体１７を、図９に示すように、対向配置した正極端子板３と負極端子板５との間に介在させた状態に仮組みして、仮組み体５１を形成する。この仮組み体５１は、両端子板３，５および電極体１７のみによって構成しても良いが、同図に示すように、電極体１７の外周に内部枠体１９を設けることが好ましい。この場合、電極体１７を内部枠体１９の内方に挿入した後に、これら電極体１７および内部枠体１９を両端子板３，５の間に介在させる。この内部枠体１９によって電極体１７が保持されることにより、仮組み体５１の構造が安定するので、仮組み体５１の組立作業およびこの後の工程における仮組み体５１の取扱いが容易になる。さらには、内部枠体１９によって、射出成形する際に樹脂が電極体１７に付着することが防止される。

工程ＩＩＩでは、図１０に示すように、仮組み体５１を、枠形部材７を形成するための成形型５３内に設置する。成形型５３は、成形型５３内に設置される両端子板３，５の対向方向Ｘにほぼ均等に分割された２つの分割型５３ａおよび５３ｂで形成されている。つまり、成形型５３は、仮組み体５１の両端子面３ｂ、５ｂにほぼ平行な分割面によって分割型５３ａと５３ｂとに分割されており、分割面に沿って樹脂の注入孔５５が設けられている。

上述のように、仮組み体５１に内部枠体１９を設ける場合、仮組み時の内部枠体１９の対向方向寸法Ｈｆｉ（図９）を、工程ＩＩＩにおける成形型５３の仮組み体５１が配置される部分における内部高さ寸法Ｈｍと、正極端子板３の厚さおよび負極端子板５の厚さの和との差Ｈｄよりも若干大きく設定し、仮組み体５１を対向方向Ｘに型締めすることにより、内部枠体１９の両端面を正極集電面３ａおよび負極集電面５ａにそれぞれ圧接させてもよい。これにより、内部枠体１９と両端子板３，５との密閉が確実となり、射出成形する際に樹脂が電極体１７に付着することを一層効果的に防止することができる。

なお、内部枠体１９を形成する絶縁材料としては、樹脂の射出圧に耐え得る剛性と、耐熱性とを有しているものを使用することができる。

工程ＩＶでは、成形型５３内に、上述の材料、すなわち、インサート成形に適し、かつ耐アルカリ水溶液性を有する樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンのいずれか１種類またはこれらの混合物からなる樹脂を、注入孔５５から射出注入して、インサート成形により図２の枠形部材７を形成する。樹脂が固まるまで冷却した後、成形型５３を開いて電池Ｃを取り出す。

また、図１０に示すように、成形型５３の正極端子板３に接する面および負極端子板５に接する面には、それぞれ、正極端子板３および負極端子板５を受け入れて、仮組み体５１の縦方向Ｙおよび横方向Ｚの位置を規制する位置決め凹部６１，６３を設けることが好ましい。位置決め凹部６１，６３の両方または一方を省略してもよいが、このように成形型５３に位置決め凹部６１，６３を設けた場合には、成形型５３内での仮組み体５１の位置が安定するので、電池Ｃの製造が容易となり、かつ、電池間の寸法ばらつきを抑制することができる。

上記で説明した各実施形態に係る電池Ｃによれば、対向配置された正極端子板３と負極端子板５とがケーシング９の一部を構成しているので、隣接する電池Ｃの一方の正極端子板３と他方の負極端子板５とが互いに接触するように積層させるだけで複数の電池Ｃを直列に接続することができる。しかも、このような電池モジュールの組み立てを容易にする構造を有しながらも、インサート成形を用いた樹脂−金属間の接合によって、金属製の両端子板３，５と樹脂製の枠形部材７とが液密に接合されているので、電池Ｃ単独で十分な密閉性を有している。また、枠形部材７の、縦方向Ｙの寸法Ｄｆｏが、両端子板３，５の縦方向Ｙの寸法Ｄｔよりも大きく、両端子板３，５が枠形部材７の内側に位置しているので、外部短絡が起こりにくい。したがって、電池Ｃの組立作業や、電池Ｃ完成後の取扱いが容易になる。さらには、この電池Ｃを使用する電池モジュールにおいて、電池Ｃの密閉性確保のための締め付け用部材や、外部短絡を防止するための絶縁用部材を省くことにより、構造を簡素化し、かつ重量および体積を大幅に低減することができる。その結果、当該密閉式角形電池を用いて構成する電池モジュールのエネルギー密度が向上するとともに、電池モジュールを狭い設置スペースに収納することが可能になる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

３ 正極端子板
３ａ 正極集電面
３ｂ 正極端子面
５ 負極端子板
５ａ 負極集電面
５ｂ 負極端子面
７ 枠形部材
９ ケーシング
１３ 正極体
１５ 負極体
１７ 電極体
２１ 接合面
Ｃ 電池
Ｘ 正極板と負極板の対向方向
Ｙ 電池の縦方向
Ｚ 電池の横方向

Claims (13)

1. 正極体および負極体を含む電極体と、該電極体を電解液とともに収納する角形のケーシングとを備える密閉式の角形電池であって、
   前記ケーシングが、
   導電性の板材から形成され、電池の外部に露出する面が正極端子面として機能し、電池の内部に向く面が正極集電面として機能する正極端子板と、
   導電性の板材から形成され、前記正極端子板に平行に対向配置されて、電池の外部に露出する面が負極端子面として機能し、電池の内部に向く面が負極集電面として機能する負極端子板と、
   前記正極端子板および負極端子板に固定されて前記ケーシングの外周部を形成する、絶縁材料からなる矩形の枠形部材と、
   を有しており、
   前記対向方向に直交する、当該電池の縦方向および横方向において、前記正極端子板および前記負極端子板が、前記枠形部材の内側に位置しており、
   前記正極端子板および前記負極端子板の各外縁部が前記枠形部材にそれぞれ液密に接合されたインサート成形品であり、
   さらに、前記電極体の、前記縦方向および横方向の外周を覆い、かつ、前記ケーシング内に収納される、絶縁材料からなる内部枠体を備えている
   密閉式角形電池。
2. 請求項１において、前記枠形部材の前記対向方向の寸法が、前記両端子面間寸法よりも小さく設定されている密閉式角形電池。
3. 請求項１または２において、前記正極端子板および負極端子板の前記各外縁部が、前記対向方向に突出する側壁部として形成されており、該側壁部が、前記枠形部材と前記内部枠体との間に介在している密閉式角形電池。
4. 請求項３において、前記正極端子板および負極端子板が、前記側壁部からさらに前記縦方向および横方向の外方に突出して互いに対向する鍔部を有している密閉式角形電池。
5. 請求項４において、前記側壁部および鍔部を含む外縁部に、前記枠形部材に埋入する凹凸状の段部が形成されている密閉式角形電池。
6. 請求項４または５において、前記内部枠体が、該内部枠体の外周全体に渡って延びる、前記縦方向および横方向に突設された外周突起を有しており、該外周突起が、前記正極端子板と負極端子板の各鍔部の間に介在している前記密閉式角形電池。
7. 請求項６において、前記内部枠体の前記対向方向の寸法が、前記両集電面間寸法よりも小さく設定されて、前記正極集電面および前記負極集電面が、それぞれ、前記正極体および前記負極体に圧接している密閉式角形電池。
8. 請求項４から７のいずれか一項において、前記鍔部に、該鍔部と枠形部材との間をシールするシール剤が塗布されている密閉式角形電池。
9. 請求項１から８のいずれか一項において、前記正極端子板および前記負極端子板の各外縁部の、前記枠形部材と接合する接合面に、微細な凹凸が形成されている密閉式角形電池。
10. 請求項１から９のいずれか一項において、前記枠形部材を形成する材料が、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンからなる群から選択される少なくとも１種類の樹脂を含んでいる密閉式角形電池。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載された密閉式角形電池を組み立てる方法であって、
    前記正極端子板および負極端子板の外縁部表面の、前記枠形部材と接合させる部分に微細な凹凸を形成する工程と、
    前記正極端子板および負極端子板の間に前記電極体を介在させた状態に仮組みし、さらに、前記電極体の外周を覆い、前記正極端子板および負極端子板よりも小さい前記縦方向および横方向の寸法を有する前記内部枠体を設けて、仮組み体を形成する工程と、
    前記仮組み体を、前記枠形部材を形成する、前記正極端子板および負極端子板よりも大きい前記縦方向および横方向の内部寸法を有する成形型内に設置する工程と、
    前記成形型内に所定の材料からなる樹脂を射出してインサート成形により前記枠形部材を形成する工程と、
    を含む密閉式角形電池の組立方法。
12. 請求項１１において、前記内部枠体の対向方向高さを、前記成形型の前記仮組み体が配置される部分における内部高さ寸法と、前記正極端子板の厚さおよび前記負極端子板の厚さの和との差よりも大きく設定し、前記仮組み体を対向方向に型締めすることによって、前記内部枠体の両端面を前記正極集電面および負極集電面にそれぞれ圧接させることを含む密閉式角形電池の組立方法。
13. 請求項１１または１２において、前記成形型の前記正極端子板に接する面および前記負極端子板に接する面の少なくとも一方に、前記正極端子板または前記負極端子板を受け入れて、前記仮組み体の前記縦方向および横方向の位置を規制する位置決め凹部を設けることを含む密閉式角形電池の組立方法。

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