JP5642532B2 - 電池 - Google Patents

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Description

この発明は、電槽内に電解液に浸された極板群が収容されている電池に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電源として、エネルギー密度の高さからニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池が注目されている。これらの蓄電池は、例えば特許文献1に記載されているように、複数の単電池を樹脂製の角形ケースに収容した電池モジュールとして構成される。図5および図6に、この特許文献1に記載の電池(電池モジュール)について、その構成の概要を示す。
この電池モジュールは、図5(a)にその平面構造を、また図5(b)にその側面構造を示すように、複数の単電池を収容可能な一体電槽100とこの一体電槽100を封止する蓋体200とによって構成される樹脂製の角形ケース300を有している。ここで、一体電槽100の対向する側壁には、外部接続用の正極外部端子120および負極外部端子130がそれぞれ装着されているとともに、蓋体200には、角形ケース300の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安全弁210と、内部の温度を検出するためのセンサを装着するセンサ装着穴220とが設けられている。
そして、図6に側部断面構造を拡大して示すように、角形ケース300の内部には、例えばニッケル水素蓄電池である直方体状の単電池140を複数電気的に直列接続したものが収容されている。具体的には、単電池140は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された極板群が電解液とともに一体電槽100の区画された各電槽100aに収容されており、正極板および負極板のリード部141a,141bがその側端縁で集電板150,160と接合されてなる。そして、これら集電板150,160の上部に突設された内部端子151,161が、各電槽100a間を隔てる隔壁100bに設けられた貫通孔170aを介して接続されることで、隣接する単電池140が電気的に直列に接続されている。
さらに、一体電槽100の対向する側壁100cの上部にそれぞれ設けられた貫通孔170bには、図5に示した上述の正極外部端子120および負極外部端子130が装着され、これら外部端子120および130がそれぞれ内部端子151および161と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、直列接続された複数の単電池の総出力が正極外部端子120および負極外部端子130から取り出されるようになる。
特開2010−153261号公報
ところで、乾電池や電池モジュール等を含めた電池では一般に、電極周囲の封口部から電解液が這い上がるクリーピング(クリープ現象)といわれる現象が発生し、この現象に起因して電解液が外部へ漏出することがある。また、特にアルカリ性の電解液が用いられる場合には、電気化学的な要因により、このクリーピングが電池の負極において顕著になることも知られている。
このような現象に対し、乾電池等の金属製の電槽が用いられる場合は、封口部を強くか
しめることで電解液の漏出を防ぐことも可能ではあるが、上述のような樹脂製の電槽が用いられる場合には、製法上、そのような対策も困難である。そこで、樹脂製の電槽が用いられる場合には、その封口部、すなわち上記外部端子120および130が一体電槽100に装着される部分である貫通孔170bの周囲をOリング等のシール材で封止することも考えられる。しかし、このようなシール材は経年劣化が避けられず、また、たとえ経年劣化が無視できる程度であったとしても、上述したクリーピングに起因する電解液の漏出となると、これを完全に阻止することは難しい。
この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂製からなる電槽が採用される場合であれ、電解液の外部への漏出をより的確に抑制することのできる電池を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、正極および負極を有する極板群が樹脂製の電槽内に電解液とともに収容され、前記正極または前記負極が前記電槽の側壁に設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子に接続されてなる電池であって、前記電槽の側壁に隣接して設けられ、前記電槽の拡張空間が形成された拡張室を有するとともに、該拡張室に前記正極または前記負極とその対応する外部端子の接続を中継するU字状に形成された中継端子を備えることを要旨とする。
このような構成によれば、電池の正極または負極からその対応する外部端子までの端子長が、中継端子によって中継されることにより実質的に拡大されることとなる。しかも、この中継端子による中継が、電槽内の極板群と電解液および外部と区画された拡張室内で行われる。すなわちこの場合、前述したクリーピングは、電解液がこの実質的に端子長が拡大された端子(中継端子および外部端子)の周囲を這い進むようにして進行するため、拡張室の存在も含めて、外部に電解液が漏出することを的確に抑制することができるようになる。
また、この構成によれば、中継端子としての端子長を簡易な構成でより長く確保することができるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項1に記載の電池において、前記中継端子には、その周囲の少なくとも一部に前記電解液の吸収材が設けられてなることを要旨とする。
この構成によれば、クリーピングによって中継端子の周囲を這い進んできた電解液を吸収材によって吸収して電解液の進行を抑えることができるため、外部への電解液の漏出をより的確に抑制することが可能となる。
請求項に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の電池において、前記中継端子には、該端子内で部分的に電気抵抗が高くなる抵抗部が設けられてなることを要旨とする
この構成によれば、抵抗部で発生するジュール熱を利用して、中継端子を這い進んできた電解液を拡張室内で気化(蒸発)させることが可能となるため、これによっても外部への電解液の漏出を的確に抑制することができるようになる。
なおこの場合、請求項に記載の発明によるように、前記抵抗部を、前記中継端子の端子径の部分的な縮径部として形成するようにすれば、その実現も容易である。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載の電池において、前記電槽の側壁に設けられた貫通孔と前記拡張室に前記中継端子と前記外部端子との接続用に設けられた貫通孔とは、同一の高さで対向する位置に設けられてなることを要旨とする。
この構成によれば、当該電池の設置等に際して、外部端子の位置(高さ)が従来の電池と変わらないため、その互換性が確保されやすくなる。また、特に請求項2に記載の発明にこの発明がかかる場合、こうした互換性の確保に加え、電池としての限りある大きさの中で、拡張室内で迂回する形状に形成される中継端子の端子長を最大に確保することが可能となる。また、特に請求項4または請求項5に記載の発明にこの発明がかかる場合、上記互換性の確保に加え、それら発明の実現もより容易となる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載の電池において、前記電槽の側壁に設けられた貫通孔および前記拡張室に前記中継端子と前記外部端子との接続用に設けられた貫通孔の少なくとも一方には、前記中継端子の接続部分をシールするシール材がさらに設けられてなることを要旨とする。
この構成によれば、貫通孔の周囲に設けられたOリング等のシール材との協働により、電解液の外部への漏出抑制効果がより高められるようになる。また、2つの貫通孔の両方にシール材を設ける場合には、シール材が2箇所に設けられるようになるため、従来のシール材を1箇所に設ける構造よりも確実に電解液の漏出を抑えることができるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載の電池において、当該電池がアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池であり、前記拡張室および前記中継端子は、当該電池の少なくとも負極側に対応して設けられてなることを要旨とする。
前述のように、クリーピングはアルカリ性の電解液を用いた電池の負極で顕著となる。したがって、アルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池からなる電池にこの発明を適用することが特に有効であり、該電池の特に負極側の外部端子を介した電解液の漏出についても、これを的確に抑制することができるようになる。
この発明にかかる電池によれば、樹脂製からなる電槽が採用される場合であれ、電解液の外部への漏出をより的確に抑制することができるようになる。
(a)はこの発明にかかる電池の第1の実施の形態についてその平面構造を示す平面図。(b)は同第1の実施の形態についてその側面構造を示す側面図。 第1の実施の形態にかかる電池の側部断面構造を一部拡大して示す断面図。 第1の実施の形態にかかる電池の変形例についてその側部断面構造を一部拡大して示す断面図。 この発明にかかる電池の第2の実施の形態についてその側部断面構造を一部拡大して示す断面図。 (a)は従来の電池についてその平面構造を示す平面図。(b)は同従来の電池についてその側面構造を示す側面図。 従来の電池の側部断面構造を一部拡大して示す断面図。
(第1の実施の形態)
以下、この発明にかかる電池の第1の実施の形態を、図1および図2を参照して説明する。なお、この実施の形態では、この発明にかかる電池を複数の単電池を内部に収容した
電池モジュールとして具体化している。この電池モジュールの基本的な構成は先の図5,図6に例示した電池モジュールと同等であり、図1,図2においても、先の図5,図6に示した要素と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示している。
まず、この実施の形態にかかる電池モジュールの構成について説明する。
図1(a)および(b)に示すように、この実施の形態にかかる電池モジュールも、複数の単電池を収容可能な一体電槽100と同一体電槽100を封止する蓋体200とによって構成される樹脂製で直方体状の角形ケース300を有している。なお、この角形ケース300の側面の表面には電池使用時の放熱性を高めるべく複数の凹凸部が形成されているが、図1では便宜上、図示を省略している。
このうち、一体電槽100は、例えばポリプロピレンやポリエチレン等といった、電解液に対して耐性を有する合成樹脂材料により構成され、その長手方向の対向する側壁には、外部接続用の正極外部端子120および負極外部端子130がそれぞれ装着されている。また、蓋体200には、前述した安全弁210とセンサ装着穴220とが設けられている。
そして、この実施の形態にかかる電池モジュールには、負極外部端子130側に、一体電槽100の側壁と隣接して一体電槽100の拡張空間を形成する拡張室100dが設けられているとともに、その内部で、中継端子110により内部端子161と負極外部端子130が中継されている。この拡張室100dを含めた電池モジュールの内部の構成について、図2を参照して詳述する。
この実施の形態にかかる電池モジュールも、先の図5,図6に例示した電池モジュールと同様に、その内部には、例えばアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池である直方体状の単電池140を複数電気的に直列接続したものが収容されている。この単電池140の構成、および単電池140同士の接続の態様も図5,図6に例示した電池モジュールと同様であるため、ここではその重複する説明を省略する。
そして、この実施の形態にかかる電池モジュールには、上述のように、負極外部端子130側に、一体電槽100の側壁100cと隣接して一体電槽100の拡張空間を形成する拡張室100dが設けられている。この拡張室100dの、側壁100cと対向する側壁100eには、側壁100c上部の貫通孔170bと同一の高さで対向する位置に貫通孔170cが形成されている。
また、拡張室100d内部には、拡張室100dの内壁に沿って迂回する態様でU字状に形成された中継端子110が設けられ、この中継端子110の端部に突設された接続突部110a,110bが貫通孔170b,170cを介して負極の内部端子161および負極外部端子130とそれぞれ接続されている。これにより、内部端子161と負極外部端子130とが、中継端子110により中継されるかたちで電気的かつ機械的に接続される。
次に、このような電池モジュールとして構成される電池の作用について説明する。
このような電池モジュールでは、内部端子161と負極外部端子130とが上記中継端子110によって中継されることにより、内部端子161から負極外部端子130までの端子長が実質的に拡大されるようになる。ここで、前述したクリーピング(クリープ現象)は、電解液が電極(端子)の周囲を這い進むようにして進行するため、このように拡張室100d内で端子長が拡大されることによって、角形ケース300の外部、すなわち拡張室100dの側壁100eの外側に電解液が漏出することも自ずと抑制されるようになる。
また、この電池モジュールでは、側壁100c,100eに設けられた貫通孔170b,170cがそれぞれ同一の高さで対向する位置に形成されている。このため、電池モジュールとしての限りある大きさの中で、ひいては拡張室100dとしての限られた空間内で、拡張室100dの内壁に沿ってU字状に迂回する中継端子110の端子長が最大限に確保されるようにもなる。なお、こうして貫通孔170b,170cがそれぞれ同一の高さで対向する位置に形成されていることは、先の図5,図6に例示したような従来の電池モジュールとの設置等にかかる互換性を維持するうえでも有効である。
以上説明したように、この実施の形態にかかる電池によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(1)拡張室100dを、一体電槽100の貫通孔170bが設けられた側壁100cに隣接して、いわば一体電槽100の拡張空間として形成するとともに、該拡張空間において一体電槽100の側壁100cと対向する側壁100eに貫通孔170cを有するように形成した。そして、拡張室100dの内部にて側壁100c,100eにそれぞれ設けられた貫通孔170b,170cを介して内部端子161とその対応する外部端子130とを中継する中継端子110を設けた。これにより、内部端子161と外部端子130とが拡張室100d内で中継端子110により中継されることになり、内部端子161から外部端子130までの端子長が実質的に拡大されることとなる。したがって、拡張室の存在も含めて、電池(電池モジュール)の外部に電解液が漏出することを的確に抑制することができる。
なお、拡張室100dを設けずに、一体電槽100の側壁100cの厚さを大きくすることで端子長を拡大することも可能ではあるが、その場合、側壁を貫通する端子の周囲で毛細管現象が起こり、これによって電解液の漏出が起こる可能性がある。この点、この実施の形態では、拡張室100dを設けたことにより、拡張室100dの内壁と中継端子110との間に一定の空間が形成されるため、毛細管現象による電解液の漏出を招くこともない。したがって、拡張室100dは、その内壁と中継端子110との間に毛細管現象が起こらない程度の空間を設けることができる大きさであればよい。
(2)中継端子110を、拡張室100dの内壁に沿って迂回するU字状に形成したことにより、中継端子110としての端子長を簡易な構成でより長く確保することができ、電解液の外部への漏出抑制効果がさらに助長される。
(3)一体電槽100の側壁100cおよび該側壁100cに対向する拡張室100dの側壁100eに対し、貫通孔170b,170cをそれぞれ同一の高さで対向する位置に設けた。これにより、電池(電池モジュール)としての限りある大きさの中で、換言すれば拡張室100dとしての限られた空間内で、中継端子110としての端子長が最大限に確保されるようになる。すなわち、端子の周囲を這い進む電解液の外部への漏出に対する耐性も最大限に確保されるようになる。また、当該電池(電池モジュール)の設置等に際して、外部端子130の高さが変わらないため、従来の電池(電池モジュール)との互換性も確保されやすい。
(4)電池としての上記の構成を、アルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池からなる電池(電池モジュール)の負極側に設けた。これにより、ニッケル水素蓄電池からなる電池(電池モジュール)についても、電解液の漏出を適切に抑制することが可能となる。
なお、この実施の形態においては、図3に示すように、拡張室100dの底部の中継端子110の周囲の少なくとも一部に、例えばスポンジ等からなる吸収材180を設けるよ
うにしてもよい。これによれば、クリーピングによって中継端子110の周囲を這い進んできた電解液を吸収材180によって吸収して電解液の進行を抑えることができるため、より的確に外部への電解液の漏出を抑制することが可能となる。
(第2の実施の形態)
次に、この発明にかかる電池の第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に、図4を参照して説明する。なお、この実施の形態でも、この発明にかかる電池を複数の単電池を内部に収容した電池モジュールとして具体化している。この電池モジュールも、電池モジュールとしての基本的な構成は第1の実施の形態と同等であり、図4においても第1の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
まず、この実施の形態にかかる電池モジュールの構成について説明する。
図4に示すように、この実施の形態にかかる電池モジュールも、第1の実施の形態と同様、負極外部端子130側に、一体電槽100の側壁100cと隣接して一体電槽100の拡張空間を形成する拡張室100dが形成されている。さらに、拡張室100dの内部にて側壁100c,100eにそれぞれ設けられた貫通孔170b,170cを介して内部端子161と負極外部端子130とが中継端子111によって中継されていることも同様である。
ただし、この実施の形態では、中継端子111は直線状に形成され、その端部に突設された接続突部110a,110bが貫通孔170b,170cを介して負極の内部端子161および負極外部端子130とそれぞれ接続されている。さらに、中継端子111は、その内部で電気抵抗が高くなるように、すなわち発生するジュール熱によって中継端子111自身が発熱する程度に、接続突部110a,110b以外の部分を抵抗部としてその端子径が小さく(細く)形成されている。
次に、このような電池モジュールとして構成される電池の作用について説明する。
この電池モジュールでも、内部端子161と負極外部端子130とが中継端子111によって中継されることにより、内部端子161から負極外部端子130までの端子長が実質的に拡大されるようになる。そして、このように拡張室100d内で端子長が拡大されることによって、角形ケース300の外部、すなわち拡張室100dの側壁100eの外側に電解液が漏出することが抑制されるようになることも、基本的には先の第1の実施の形態と同様である。ただし、この実施の形態では上述のように、中継端子111自身が発熱することにより、中継端子111を這い進んできた電解液の気化(蒸発)が促され、主にこのような作用によって拡張室100dから外部へ電解液が漏出することが抑制されるようになる。
以上説明したように、この実施の形態にかかる電池によれば、先の第1の実施の形態の前記(1),(4)の効果に加え、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(5)中継端子111の接続突部110a,110b以外の部分を、中継端子111内で部分的に電気抵抗が高くなる抵抗部として、端子径を縮径して形成した。これにより、中継端子111自身の発熱によって、中継端子111を這い進んできた電解液が拡張室100d内で気化(蒸発)されるようになり、これによっても電解液が外部へ漏出することが抑制される。
(6)一体電槽100の側壁100cおよび該側壁100cに対向する拡張室100dの側壁100eにそれぞれ設けられた貫通孔170b,170cを、同一の高さで対向する位置に設けた。これにより、中継端子111を上述の形状に形成することが容易であるとともに、当該電池(電池モジュール)の設置等に際して、外部端子130の高さが変わらないため、従来の電池(電池モジュール)との互換性も確保されやすい。
(他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
・上記各実施の形態において、一体電槽100の側壁100cおよび拡張室100dの側壁100eに設けられた貫通孔170b,170cのいずれか、もしくは両方にOリング等のシール材を設け、内部端子161と中継端子110あるいは中継端子110と負極外部端子130との接続部分を積極的に封止するようにしてもよい。これによれば、シール材との協働により、電解液の外部への漏出抑制効果もより高められるようになる。
・上記第2の実施の形態では、中継端子111の端子径を縮径することによって、中継端子111の電気抵抗を部分的に高くするようにしたが、これに限らず、例えば部分的に抵抗値の高い材料を用いて中継端子111を形成することによってその電気抵抗を高めるようにしてもよい。また、電気抵抗を高める部分は中継端子の一部でも全部でもよい。その他、例えば第1の実施の形態と組み合わせ、U字状に形成した中継端子110の任意の一部分に電気抵抗の高い材料を用いたり、任意の一部分のみの端子径を縮径するなどして電気抵抗を高くするようにしてもよい。
・上記第2の実施の形態においても、中継端子111の周囲の少なくとも一部に、耐熱性の吸収材を設けるようにしてもよい。これによれば、第2の実施の形態においても、中継端子111の周囲を這い進んできた電解液を吸収材によって吸収して電解液の進行を抑えることが可能となる。
・上記第1の実施の形態では、中継端子110をU字状に形成したが、その端子長を長く確保するうえでは、他に例えば、中継端子110をらせん状に形成したり、ジグザグに折れ曲がる形状に形成したりすることも有効である。もっとも、この中継端子については、内部端子161と負極外部端子130とを直線状に中継するように形成するだけでも、前記(1)の効果は得られる。
・上記各実施の形態では、貫通孔170b,170cを同一の高さで対向する位置に設けたが、これに限らず、一体電槽100の側壁100cの上部に設けられる貫通孔170bに対し、貫通孔170cを拡張室100dの側壁100eの下方に段違いに設けて、その間を中継するような形状に中継端子を形成してもよい。この場合、例えば第1の実施の形態においては、中継端子110が、U字状のうちでも、むしろJ字状に近い形状にて設けられることとなる。
・上記各実施の形態では単電池140としてアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池を用いたが、ニッケル水素蓄電池に限らず、アルカリ性の電解液を用いる電池にこの発明を適用すれば、電解液の外部への漏出を抑制するうえで高い効果が得られる。
・上記各実施の形態では、負極側にのみ拡張室100dおよび中継端子(110,111)を設けることとしたが、正極側にも同様の構造を採用するようにしてもよい。拡張室および中継端子を設けて2つの側壁により二重に封止した構造とすることで、クリーピング以外の原因による電解液の漏出を抑制することも可能となる。その意味では、例えばリチウムイオン蓄電池等をはじめとする他の電池にもこの発明は適用可能であり、さらには樹脂製に限らず金属製の電槽を用いる電池にも適用できる。また、対象とする電池によっては、正極側のみに上記構造を採用するようにしてもよい。
・上記各実施の形態では、この発明にかかる電池を複数の単電池を内部に収容した電池モジュールとして具体化したが、単一の単電池を内部に有する電池にこの発明を具体化してもよいことは勿論である。
100…一体電槽、100c,100e…側壁、100d…拡張室、110,111…中継端子、110a,110b…接続突部、120…正極外部端子、130…負極外部端子、140…単電池、151,161…内部端子、170a,170b,170c…貫通孔、180…吸収材、200…蓋体、300…角形ケース。

Claims (7)

  1. 正極および負極を有する極板群が樹脂製の電槽内に電解液とともに収容され、前記正極または前記負極が前記電槽の側壁に設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子に接続されてなる電池であって、
    前記電槽の側壁に隣接して設けられ、前記電槽の拡張空間が形成された拡張室を有するとともに、該拡張室に前記正極または前記負極とその対応する外部端子の接続を中継するU字状に形成された中継端子を備える
    ことを特徴とする電池。
  2. 前記中継端子には、その周囲の少なくとも一部に前記電解液の吸収材が設けられてなる
    請求項1に記載の電池。
  3. 前記中継端子には、該端子内で部分的に電気抵抗が高くなる抵抗部が設けられてなる
    請求項1又は請求項2に記載の電池。
  4. 前記抵抗部が、前記中継端子の端子径の部分的な縮径部として形成されてなる
    請求項に記載の電池。
  5. 前記電槽の側壁に設けられた貫通孔と前記拡張室に前記中継端子と前記外部端子との接続用に設けられた貫通孔とは、同一の高さで対向する位置に設けられてなる
    請求項1〜のいずれか一項に記載の電池。
  6. 前記電槽の側壁に設けられた貫通孔および前記拡張室に前記中継端子と前記外部端子との接続用に設けられた貫通孔の少なくとも一方には、前記中継端子の接続部分をシールするシール材がさらに設けられてなる
    請求項1〜のいずれか一項に記載の電池。
  7. 当該電池がアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池であり、前記拡張室および前記中継端子は、当該電池の少なくとも負極側に対応して設けられてなる
    請求項1〜のいずれか一項に記載の電池。
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