JP6724572B2 - 積層電池 - Google Patents

Description

この発明は、積層電池に関する。

特許第５３６９３４２号公報（特許文献１）に開示されているように、積層電池が知られている。特許文献１に開示された積層電池は、筐体と、積層された正極および負極と、これらの電極を貫通するように配置された棒状の集電体とを備える。筐体の内周面は、正極の外周縁に接触しており、集電体の外周面は、負極の内周縁に接触している。

特許第５３６９３４２号公報

積層電池の電池性能を得るためには、筐体と、この筐体の内周面に接触するように配置される電極の外周縁との間の接触面圧を確保することが必要となる。特許第５３６９３４２号公報（特許文献１）の中には、筐体と、この筐体の内周面に接触するように配置される電極の外周縁との間の接触面圧に関して、特段の開示や示唆はない。

電極体を筐体の中に挿入する（組み付ける）際、筐体の内周面に対して、電極の外周縁を精度高く位置決めして配置することは容易ではなく、電極の外周縁と筐体の内周面との間には位置ずれ等が生じやすい。

本発明は、電極の外周縁と筐体の内周面との間に位置ずれが生じることを抑制することで、筐体と、この筐体の内周面に接触するように配置される電極の外周縁との間の接触面圧を確保することが可能な積層電池を提供することを目的とする。

積層電池は、筐体と、上記筐体内に収容され、各々が貫通孔を有し、積層された正極および負極と、上記正極の上記貫通孔および上記負極の上記貫通孔に挿通され、上記正極および上記負極のうちの一方の電極に接触して電気接続された集電体と、上記正極および上記負極のうちの他方の電極の上記貫通孔を形成している内周縁と、上記集電体の外周面との間に設けられたスペーサと、を備える。

電極体を筐体の中に挿入する（組み付ける）際、電極の外周縁と筐体の内周面との間に位置ずれが生じることはスペーサの存在によって抑制され、筐体と、この筐体の内周面に接触するように配置される電極の外周縁との間の接触面圧を確保することができるため、積層電池の電池性能を得ることが可能となる。

実施の形態における積層電池１００を示す断面図である。 図１中のＩＩ線によって囲まれた領域を拡大して示す断面図である。 実施の形態における積層電池１００に備えられるスペーサ７０を示す斜視図である。 実施の形態における積層電池１００の組み立て方法を示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（積層電池１００）
図１は、実施の形態における積層電池１００を示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ線によって囲まれた領域を拡大して示す断面図である。積層電池１００は全体として略円柱状（略円筒状）の形状を有しており、たとえば車載用のニッケル水素電池として用いられることができる。

図１および図２に示すように、積層電池１００は、筐体１０、蓋体２０、正極３０、負極４０、セパレータ５１，５２、集電体６０、絶縁板６１、スペーサ７０を備える。筐体１０は、有底の円筒形状を有する。筐体１０は、たとえば、ニッケルメッキが施された鉄缶から構成される。筐体１０は、その軸方向の端部で開口する開口端を有する。蓋体２０は、筐体１０の開口端に設けられている。

正極３０および負極４０は、筐体１０内に収容されている。正極３０および負極４０は、筐体１０の軸方向において交互に並ぶように積層されている。積層数は、特に限定されない。積層数は、互いに隣接する正極３０および負極４０が一組とされたとき、その組の総数を示す。積層数は、たとえば、２〜３０程度である。

正極３０と負極４０との間には、セパレータ５１，５２が配置されている。具体的には、セパレータ５１，５２は、袋状の形状を有しており、セパレータ５１の中に正極３０が配置され、セパレータ５２の中に負極４０が配置されている。セパレータ５１，５２は、たとえば、ポリオレフィン製の不織布等でよい。セパレータ５１，５２の表面には、親水化処理等が施されていてもよい。

図示されていないが、筐体１０内には、電解液が収容されている。電解液は、たとえば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液である。水溶液の濃度は、たとえば、１〜１０ｍоｌ／ｌでよい。図１中では、各構成を明示するため、正極３０および負極４０が筐体１０の軸方向において離れて示されているが、実際には、正極３０および負極４０は、セパレータ５１，５２を介して当接している。

（正極３０）
正極３０は、円板形状を有する。正極３０の中心部には、正極３０をその厚み方向（筐体１０の軸方向）に貫通する貫通孔３１が設けられている。正極３０は、外周縁３０ａと、貫通孔３１を規定する内周縁３０ｂとを有する。

集電体６０（後述する）は、貫通孔３１に挿通され、正極３０を貫通するように配置される。正極３０の内周縁３０ｂは、集電体６０の外周面６０ａと接触するように設けられる。一方で、正極３０が筐体１０内に収容された状態で、正極３０の外周縁３０ａは、筐体１０の内周面１０ｂに非接触となるように設けられる。正極３０の外周縁３０ａと、筐体１０の内周面１０ｂとの間には、隙間が設けられる。

正極３０は、正極活物質として、水酸化ニッケルおよびオキシ水酸化ニッケルの少なくとも一方を含有する。正極３０は、従来公知の焼結式ニッケル正極であってもよい。正極３０は、従来公知の非焼結式ニッケル正極であってもよい。正極活物質を担持する基材は、たとえば、発泡ニッケル等でよい。

（負極４０）
負極４０も、円板形状を有する。負極４０の中心部には、負極４０をその厚み方向（筐体１０の軸方向）に貫通する貫通孔４１が設けられている。負極４０の外形形状の直径は、正極３０の外形形状の直径よりも大きい。負極４０の貫通孔４１の直径は、正極３０の貫通孔３１の直径よりも大きい。負極４０は、外周縁４０ａと、貫通孔４１を規定する内周縁４０ｂとを有する。

集電体６０（後述する）は、貫通孔４１に挿通され、負極４０を貫通するように配置される。負極４０の内周縁４０ｂは、集電体６０と非接触となるように設けられる。負極４０の内周縁４０ｂと、集電体６０の外周面６０ａとの間に、スペーサ７０が設けられる。一方で、負極４０が筐体１０内に収容された状態で、負極４０の外周縁４０ａは、筐体１０の内周面１０ｂと接触するように設けられる。

負極４０は、負極活物質として、水素吸蔵合金を含有する。負極４０は、水素吸蔵合金の成形体でよい。負極４０は、粒子状の水素吸蔵合金、導電材およびバインダが、パンチングメタル等の基材に担持されたものでもよい。

（集電体６０）
集電体６０は、円柱状の形状を有し、集電体６０の外周面６０ａは、平坦な曲面形状を有している。集電体６０は、筐体１０の軸方向に直交する平面により切断された場合に、円形の断面を有する。集電体６０は、全体として、筐体１０の軸方向（中心軸）に沿って延びている。集電体６０は、たとえば、ニッケルメッキが施された銅製の部材や、ニッケル製の部材等から作製することができる。

集電体６０は、正極３０の貫通孔３１および負極４０の貫通孔４１に挿通されている。すなわち、集電体６０は、筐体１０の軸方向において、正極３０および負極４０を貫通している。正極３０、負極４０、集電体６０が筐体１０内に配置され、集電体６０が正極３０および負極４０を貫通している状態において、集電体６０の外周面６０ａは、正極３０の内周縁３０ｂに接触している。

正極３０は、集電体６０に電気的に接続されており、負極４０は、筐体１０に電気的に接続されている。筐体１０は、負極集電体として機能し、集電体６０は、正極集電体として機能している。集電体６０は、筐体１０の軸方向において、絶縁板６１に突き当てられている。絶縁板６１は、筐体１０の軸方向において、正極３０および負極４０の積層体（電極体）と、筐体１０（筐体１０の底部）との間に介挿されている。集電体６０は、絶縁板６１によって、筐体１０と電気的に絶縁されている。絶縁板６１は、たとえば、樹脂製の板でよい。

蓋体２０の外周部分は、絶縁性を有しており、筐体１０に組み付けられている。蓋体２０の中央部分は、集電体６０と電気的に接続されている。蓋体２０は、集電体６０と溶接されていてもよい。蓋体２０の中央部分は、ねじ止めにより、集電体６０と接合されていてもよい。蓋体２０の中央部分と集電体６０とは、一体物であってもよい。

（スペーサ７０）
図３は、スペーサ７０を示す斜視図である。上述のとおり、スペーサ７０は、負極４０の内周縁４０ｂと、集電体６０の外周面６０ａとの間に設けられる。スペーサ７０は、大径部７１，７２と、小径部７３とを有しており、貫通孔７４がこれらを貫通するように設けられている。

貫通孔７４の中に集電体６０が嵌め込まれ、スペーサ７０は、集電体６０の外周面６０ａ上において集電体６０に対する相対位置が固定されている。集電体６０に対して、スペーサ７０が集電体６０の外周面６０ａにおいて軸方向に相対移動することはほとんどあるいはまったくないようにすることが可能である。

スペーサ７０の大径部７１，７２は、小径部７３の径方向外側に配置された負極４０の両外側に位置することとなり、軸方向における負極４０の移動を規制する。これにより、負極４０は、スペーサ７０を介して集電体６０の外周面６０ａ上に固定され、負極４０の集電体６０に対する相対移動は規制されることとなる。

スペーサ７０の材料は限定されないが、強アルカリ溶液に対して耐性を有しており、しかも絶縁性を有しているという観点から、ＰＰ（ポリプロピレン）を用いることができる。スペーサ７０に設けられた貫通孔７４の孔径は、集電体６０の外周面６０ａの最大外径に対して、やや大きくすることが可能である。

スペーサ７０（小径部７３）の最大外径は、この小径部７３の径方向の外側において小径部７３に対向するように配置される電極（ここでは負極４０）の活物質を圧迫しない程度の大きさに設定することが可能である。

スペーサ７０の最大高さ（軸方向におけるスペーサ７０の厚み）によって、正極３０と負極４０との間の距離を規定することも可能である。基本的には、スペーサ７０を重ねた場合の積み重ねの最大高さは、正極３０および負極４０を積層して締結した後の最小高さよりも小さい値に設定することが可能である。

図４は、積層電池１００の組み立て方法を示す断面図である。まず、集電体６０の外周上に正極３０および負極４０を交互に嵌め合わせる。これにより、集電体６０と、正極３０および負極４０と、蓋体２０および絶縁板６１とを有する電極体８０を得る。

次に、筐体１０内に、電極体８０を挿入する（矢印ＡＲ１）。この際、筐体１０をその周方向に回転させてもよい（矢印ＡＲ２）。電極体８０をねじ込むようにして、円筒筐体１０内に進入させる。その後、筐体１０および蓋体２０間を接続することによって、積層電池１００が完成する。

このような構成によれば、電極体８０を筐体１０の中に挿入する（組み付ける）際、電極（ここでは負極４０）の外周縁（外周縁４０ａ）と筐体１０の内周面１０ｂとの間に位置ずれが生じることは、スペーサ７０の存在によって抑制され、筐体１０と、この筐体１０の内周面１０ｂに接触するように配置される電極（負極４０）の外周縁（外周縁４０ａ）との間の接触面圧を確保することができるため、積層電池１００の電池性能を得ることが可能となる。

上述の実施の形態では、正極３０が集電体６０に電気接続されており、負極４０が筐体１０に電気的に接続されている。この構成に限られず、正極３０が筐体１０に電気接続されており、負極４０が集電体６０に電気的に接続されていてもかまわない。この場合、正極３０の内周縁３０ｂと集電体６０との間にスペーサ７０が設けられる。

すなわち、集電体６０を、正極３０の貫通孔３１および負極４０の貫通孔４１に挿通し、正極３０および負極４０のうちの一方の電極に接触して電気接続させるものとし、正極３０および負極４０のうちの他方の電極の貫通孔を形成している内周縁と、集電体６０の外周面６０ａとの間にスペーサ７０を設けるとよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、筐体内に、正極および負極を筐体の軸方向に積層して収容した積層電池に適用することが可能である。

１０ 筐体、１０ｂ 内周面、２０ 蓋体、３０ 正極、３０ａ，４０ａ 外周縁、３０ｂ，４０ｂ 内周縁、３１，４１，７４ 貫通孔、４０ 負極、５１，５２ セパレータ、６０ 集電体、６０ａ 外周面、６１ 絶縁板、７０ スペーサ、７１，７２ 大径部、７３ 小径部、８０ 電極体、１００ 積層電池、ＡＲ１，ＡＲ２ 矢印。

Claims (1)

1. 筐体と、
   前記筐体内に収容され、各々が貫通孔を有し、積層された正極および負極と、
   前記正極の前記貫通孔および前記負極の前記貫通孔に挿通され、前記正極および前記負極のうちの一方の電極に接触して電気接続された集電体と、
   前記正極および前記負極のうちの他方の電極の前記貫通孔を形成している内周縁と、前記集電体の外周面との間に設けられた円環形状のスペーサと、を備える、
   積層電池。

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