JP6778601B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、正極および負極を含む電極体を有する電池に関し、より具体的には、このような電池の電極体と集電体との接触構造に関する。

近年、省エネルギーやＣＯ_２の排出量の削減の観点から、風力や太陽光といった自然エネルギーを利用する発電設備が開発されている。当該発電設備では、電力平準化用の二次電池がしばしば使用される。また、環境問題の観点から、自動車や電車といった車両に、二次電池がしばしば搭載される。二次電池が搭載された車両は、ブレーキ時に発生する回生電力をこの二次電池に蓄え、蓄えた回生電力を車両の動力源として使用する。車両に二次電池を使用することにより、車両の運行のエネルギー効率を高めることができ、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

発電設備や車両に使用される電池は、従来の携帯機器に使用される電池に比べて、高い電池電圧および高いエネルギー容量を必要とする。したがって、発電設備や車両には、大型の電池を使用する必要がある。設置される電池が占有するスペースの観点から、この大型の電池の形状は、角形とすることが好ましい。

例えば、特許文献１は、プリーツ状に折り曲げられたセパレータを介して多数の正極と負極とを対向させて形成した電極体を、対向配置された正極集電板と負極集電板との間に配置している構造を有する角形電池を開示している。

さらに、例えば、特許文献２は、上述の角形電池において、正極と正極集電板との導通と、負極と負極集電板との導通とを確保するために、電極体と集電板との間にシート状の集電補助部材を介在させてなる角形電池を開示している。

特開２００３−２７２５９３号公報 特開２０１１−１５０９１３号公報

しかしながら、特許文献２に開示された電池は、集電補助部材を電極体と集電板との間に単に配置しているのみである。したがって、電池の充放電サイクルの繰り返しにより、集電補助部材の位置ずれが発生しうる。この結果、長期間の使用による電池性能の劣化を招き易い。特に、この電池を複数用いた電池モジュールにおいては、各電池の電池性能のばらつき、特に各電池の内部抵抗のばらつきが発生し、電池モジュールの性能に影響を及ぼしうる。また、この電池の組立において、集電補助部材の位置合わせや集電補助部材の位置のずれの修正といった、煩雑な作業が発生する。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、優れた長期性能および安定した品質を有し、組立が容易な電池を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る電池は、互いに対向配置された平板状の正極集電体および負極集電体と、前記両集電体の間に配される、セパレータと正極体と負極体とからなる電極体と、前記両集電体の少なくとも一方と前記電極体との間に介在する、前記両集電体の対向方向に塑性変形可能な導電素材を含むシート状の集電補助部材とを備え、前記正極体は前記正極集電体と電気的に接続されており、前記負極体は前記負極集電体と電気的に接続されており、前記集電補助部材が、前記集電体に固定されている。

この構成によれば、集電補助部材が集電体に固定されている。これにより、集電補助部材の位置ずれが抑制でき、長期間の使用による電池性能の劣化が抑制できる。この結果、複数の電池を用いた場合であっても、各電池の電池性能のばらつき、特に各電池の内部抵抗のばらつきを抑制できる。また、電池の組立において、集電補助部材の位置合わせや集電補助部材の位置のずれの修正といった煩雑な作業の必要性をなくすことができる。その結果、組立が容易な電池を提供することができる。前記電極体は、例えば、前記両集電体の対向方向に直交する方向に、プリーツ形状を有する前記セパレータを介して、複数の前記正極体および複数の負極体が対向して交互に積層されているものである。

本発明の一実施形態に係る電池において、前記集電補助部材は、前記集電体に溶接されることにより固定されていてもよい。この構成によれば、集電補助部材が集電体に固定され、かつ、集電補助部材と集電体との間で強固な電気的接続が形成される。その結果、内部抵抗がより低下し、放電特性といった電池性能がより向上した電池を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電池において、前記集電補助部材は、前記集電体と接触する第１シート部と、前記電極体と接触する第２シート部とを含む複数のシート部を厚さ方向に重ねて構成されており、複数の前記シート部がかしめられていてもよい。この構成によれば、集電体側と電極体側とに、各々に適した異なる仕様のシート部を使用しながら、これらのシート部の間の位置ずれを効果的に抑制することが可能になる。また、複数のシート部からなる集電補助部材を集電体に固定する際の作業効率が向上する。

本発明の一実施形態に係る電池において、前記集電補助部材がほぼ矩形であり、前記集電補助部材は、矩形の４つの角部のそれぞれにおける４つの溶接箇所において前記集電体に溶接されており、複数の前記シート部は、４つの角部のそれぞれにおける４つのかしめ箇所を含む複数のかしめ箇所においてかしめられていてもよい。なお、本明細書において、「ほぼ矩形」とは、矩形の角部が直角状ではない形状を含むことを意味する。この構成によれば、最小限の溶接作業およびかしめ作業によって効率的かつ確実に集電補助部材を集電体に固定することができる。

本発明の一実施形態に係る電池において、複数の前記シート部における各かしめ箇所が、４つの前記溶接箇所を頂点とする矩形の内側に位置していてもよい。この構成によれば、集電補助部材同士の接合手段であるかしめが外れた場合にも、より強固な固定手段である溶接によって、かしめ箇所の外側において集電体と集電補助部材とが接続されるので、電池性能の低下の抑制、特に内部抵抗の上昇を抑制することができ、長期間の使用において優れた充放電特性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る電池において、前記集電補助部材が、異なる長さの２組の辺を有するほぼ矩形であり、一方の対角線上に位置する１対の角部の形状が、他方の対角線上に位置する１対の角部の形状と異なっていてもよい。電池の組立において、集電補助部材の表面と裏面を誤って集電補助部材を集電体に設置することを効果的に抑止できる。

本発明の一実施形態に係る電池において、絶縁素材からなる矩形の枠形部材をさらに備え、前記両集電体はそれぞれ前記枠形部材の両開口部を覆うように配されており、前記電極体は前記両集電体の間かつ前記枠形部材の内方に配されていてもよい。すなわち、本発明の一実施形態に係る電池は角形形状のケーシングを備えていてよい。

本発明の一実施形態に係る電池において、前記集電補助部材がほぼ矩形であり、前記集電補助部材の周縁が、前記矩形の枠形部材の内周部の周縁の内側に位置していてもよい。この構成によれば、集電補助部材の一部が集電体と矩形の枠形部材との間に挟まれること、いわゆる噛みこみの発生を抑止することができる。

本発明に係る電池モジュールは、上記のいずれかの電池を単位電池として、複数の単位電池を、隣接する一方の単位電池の前記正極集電体と他方の単位電池の前記負極集電体とが対向する方向に積層してなる電池積層体を備える。多数の電池を直列に接続して形成した電池モジュールの充放電性能は、最も劣化の大きい電池（例えば内部抵抗上昇の最も大きい電池）の充放電性能の影響を受けることが一般的である。しかし、本発明に係る電池モジュールでは、各単位電池の電池性能のばらつき、特に各単位電池の内部抵抗のばらつきが抑制されているので、電池モジュール全体としての充放電性能の劣化を抑制することができ、長期間の使用によっても性能を維持することができる。

本発明に係る電池の製造方法は、平板状の正極集電体および負極集電体と、セパレータと正極体と負極体とからなる電極体と、複数のシート部を厚さ方向に重ねて構成した塑性変形可能な導電素材を含むシート状の集電補助部材と、絶縁素材からなる矩形の枠形部材とを準備する準備工程と、前記集電補助部材の複数のかしめ箇所において、複数の前記シート部をかしめるかしめ工程と、かしめられた前記集電補助部材の複数の溶接箇所において、前記両集電体の少なくとも一方とかしめられた前記集電補助部材とを溶接する溶接工程と、前記両集電体と、前記電極体と、前記溶接された集電補助部材と、前記枠形部材とを組み立てて、前記枠形部材の両開口部をそれぞれ覆うように前記両集電体が配されており、前記電極体は前記両集電体の間かつ前記枠形部材の内方に配されており、前記正極体は前記正極集電体と電気的に接続されており、前記負極体は前記負極集電体と電気的に接続されている電池を作製する組立工程とを含む。

この構成によれば、複数のシート部を重ねた集電補助部材をかしめた後に、集電補助部材を集電体に溶接するので、複数のシート部から集電補助部材を簡便に形成することができ、かつ、集電補助部材を集電体に確実に溶接、すなわち固定することができる。

本発明の一実施形態に係る電池の製造方法は、前記集電補助部材の４つのかしめ箇所を含む複数のかしめ箇所において、これら４つのかしめ箇所を頂点とする矩形が形成されるように、複数の前記シート部をかしめることと、かしめられた前記集電補助部材の４つの溶接箇所において、これら４つの溶接箇所を頂点とする矩形が形成されるように、かつ、４つの溶接箇所を頂点とする矩形の内側に各かしめ箇所が位置するように、前記両集電体の少なくとも一方とかしめられた前記集電補助部材とを溶接することとを含んでいてよい。この構成によれば、集電補助部材同士の接合手段であるかしめが外れた場合にも、より強固な固定手段である溶接によって、かしめ箇所の外側において集電体と集電補助部材とが接続されるので、電池性能の低下の抑制、特に内部抵抗の上昇を抑制することができ、長期間の使用において優れた充放電特性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る電池の製造方法は、前記集電補助部材をほぼ矩形に形成することを含んでいてよく、さらに、前記枠形部材の内周部の周縁の寸法より小さい周縁の寸法を有するように、前記集電補助部材をほぼ矩形に形成することと、前記集電体を前記枠形部材の開口部に配したときに前記集電補助部材の周縁が前記枠形部材の内周部の周縁の内側に位置するように配置または形成することを含んでいてよい。

以上のように、本発明に係る電池は、優れた長期性能および安定した品質を有し、組立が容易である。

本発明の一実施形態に係る電池が用いられる電池モジュールを示す部分破断側面図である。 図１の電池の構造を示す部分破断断面図である。 図２の一部を拡大して示す断面図である。 図２の電池に用いられる集電体および集電補助部材を模式的に示す平面図である。

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、本発明の一実施形態に係る電池が適用される電池モジュールを示す部分破断断面図である。この電池モジュールＢは、例えば、発電設備や車両、好ましくは車両、より好ましくは電車に搭載される。電池モジュールＢは、電池Ｃを、電池Ｃの厚み方向に複数個（本実施形態では３０個）積層して構成したものであり、これらの電池Ｃが絶縁材料からなるハウジングＨによって覆われている。なお、本実施形態における電池Ｃは、水酸化ニッケルを主要な正極活物質として用いる正極体と、水素吸蔵合金を主要な材料とする負極体と、アルカリ系水溶液からなる電解液とを有する、ニッケル水素二次電池として形成されている。

図２は、電池Ｃの構造の一例を示す部分破断断面図である。電池Ｃは、セパレータ１１、正極体１３および負極体１５を含む電極体１７と、電極体１７を電解液とともに収容する角形形状のケーシング１９とを備えている。ケーシング１９は、矩形の枠形部材２１と、枠形部材２１の２つの開口部をそれぞれ覆う２つの平板状の集電体２３、すなわち正極集電体２３Ｐおよび負極集電体２３Ｎとから構成されている。正極集電体２３Ｐと負極集電体２３Ｎとは、互いに対向するように配置されており、これら両集電体２３Ｐ，２３Ｎの間、つまりケーシング１９の内方に電極体１７が収容されている。

両集電体２３は、枠形部材２１の開口部を覆う平板状かつ矩形の本体部２３ａを有しており、さらに、本体部２３ａの４つの各辺から、枠形部材２１の４つの各辺にほぼ沿うように突設している、枠形部材２１の外周面の一部を覆う側部２３ｂを有している。本実施形態において、一方の集電体２３の側部２３ｂは、本体部２３ａの４つの各辺において一体に形成された縁部を、他方の集電体２３に向かう方向にほぼ直角に折り曲げることにより形成されている。

なお、両集電体２３は、導電性を有する金属材料で形成されている。この導電性金属材料は、導電性（例えば電気抵抗）、機械的強度およびアルカリ性水溶液への耐食性の観点から、ニッケルめっき鋼材が好適に用いられるが、ステンレス，ニッケルであってもよい。これらの材料のほか、導電性、機械的強度および耐食性といった様々な特性の観点から、種々の材料を選択することができる。また、枠形部材２１は、両集電体２３を絶縁するように、絶縁素材で形成されている。この絶縁素材は、機械的強度、耐熱性およびアルカリ性水溶液への耐食性の観点から、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂が好適に用いられるが、ポリプロピレン（ＰＰ），変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ），変性ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），難燃性ポリカーボネート（ＰＣ）であってもよい。これらの材料のほか、機械的強度、耐熱性および耐電解液性といった様々な特性の観点から、種々の材料を選択できる。

本実施形態において、正極体１３は、多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体からなる基板に、正極活物質を含む正極合材を塗布して形成されており、短冊状の形状を有する。一方、負極体１５は、ニッケルめっきを施した鋼板に多数の孔を形成したパンチングメタルからなる基板に、水素吸蔵合金を主成分とする合材を塗布して形成されており、短冊状の形状を有する。以下、本実施形態においては、正極体１３および負極体１５の形状に着眼して、正極体１３の同義語として正極板１３を用いることがあり、負極体１５の同義語として負極板１５を用いることがある。

図２に示すように、電極体１７は、例えば、複数の正極板１３と複数の負極板１５とが、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ１１を介して所定の方向（本実施形態では両集電体２３Ｐ，２３Ｎの対向方向Ｘに直交する方向Ｙ）に交互に積層されて対向する積層構造を有している。後述する構造によって、ケーシング１９の正極集電体２３Ｐは正極板１３に、負極集電体２３Ｎは負極板１５に、それぞれ電気的に接続されている。すなわち、正極集電体２３Ｐは電池Ｃの正極端子として、負極集電体２３Ｎは電池Ｃの負極端子として、それぞれ機能する。

なお、電極体１７は、様々な構造を有することが可能である。例えば、プリーツ構造以外の構造を有していても良い。例えば、別体に形成された複数の袋状のセパレータにそれぞれ収容された正極体１３と負極体１５とを交互に積層して対向させてもよく、あるいは、別体の袋状のセパレータにそれぞれ収容された正極体１３と負極体１５とを、さらにプリーツ状のセパレータ１１を介して互いに対向するように積層してもよい。また、電極体１７は、シート状に形成された正極体１３とシート状に形成された負極体１５との間にシート状のセパレータ１１を介在させたものを捲回して形成してもよい。あるいは、電極体１７を、シート状の正極体１３，負極体１５およびセパレータ１１を捲回した後に扁平状に成形することにより形成してもよい。電極体１７を捲回して形成する場合には、正極体１３，負極体１５と後述する集電補助部材３１との接続（接触）を容易にするため、正極体１３と負極体１５とを、捲回方向に直交する方向に互いに偏位させることが好ましい。

次に、本実施形態に係る電池Ｃの集電補助部材３１の構造について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、代表として正極側についてのみ説明する場合があるが、特に説明した事項を除き、負極側も正極側と同様の構造を有している。

図２に示すように、正極集電体２３Ｐと正極板１３との間、および負極集電体２３Ｎと負極板１５との間には、それぞれ、対向方向Ｘに塑性変形可能な導電素材からなる２つのシート状の集電補助部材３１、すなわち正極側集電補助部材３１Ｐおよび負極側集電補助部材３１Ｎが介在している。具体的には、正極集電体２３Ｐの内壁面２３Ｐｃに沿ってシート状の正極側集電補助部材３１Ｐが配置されており、正極板１３の正極集電体２３Ｐ側の一端部１３ａが正極側集電補助部材３１Ｐの電極体１７側の裏面（集電補助部材３１が電極体１７と接触する面。以下、電極体接触面と呼ぶ）３１Ｐａに接触し、正極側集電補助部材３１Ｐの正極集電体２３側の表面（集電補助部材３１が集電体２３と接触する面。以下、集電体接触面と呼ぶ）３１Ｐｂが、正極集電体２３Ｐの集電面となる内壁面２３Ｐｃに接触している。同様に、負極集電体２３Ｎの内壁面２３Ｎｃに沿ってシート状の負極側集電補助部材３１Ｎが配置されており、負極板１５の負極集電体２３Ｎ側の一端部１５ａが、負極側集電補助部材３１Ｎの電極体接触面３１Ｎａに接触し、負極側集電補助部材３１の集電体接触面３１Ｎｂが、負極集電体２３Ｎの集電面となる内壁面２３Ｎｃに接触している。

図２に示す電池Ｃの組立において、例えば、集電補助部材３１が方向Ｙにずれて枠形部材２１上に位置すると、集電補助部材３１の一部が集電体２３および枠形部材２１の間に挟まれること、いわゆる噛みこみが発生する。噛みこみが発生した電池Ｃは、密閉性が失われるため、使用不能となる。したがって、噛みこみの発生を抑止するため、集電補助部材３１の周縁を、枠形部材２１の内周部の周縁の内部に位置させることが好ましい。このため、集電補助部材３１の周縁の寸法は、枠形部材２１の内周部の周縁の寸法以下、好ましくは枠形部材２１の内周部の周縁の寸法より小さいものとすることが好ましい。このような集電補助部材３１の形成は、例えば、カッターのような従来の切断装置によって集電補助部材３１を切断することにより実現することができる。

図３は、図２の一部を拡大した断面図である。正極側集電補助部材３１Ｐは、第１シート部３３Ｐと第２シート部３５Ｐとを、シート部３３Ｐ，３５Ｐの厚み方向である対向方向Ｘに重ねて形成されている。第１シート部３３Ｐが正極集電体２３Ｐ側に配置されており、第２シート部３５Ｐが電極体１７側に配置されている。すなわち、第２シート部３５の主面３５Ｐａが、正極側集電補助部材３１Ｐの電極体接触面である３１Ｐａを形成しており、正極板１３の一端部１３ａおよびプリーツ状のセパレータ１１の折り曲げ部１１ａに接触している。第１シート部３３Ｐおよび第２シート部３５Ｐは、それぞれ、対向方向Ｘに塑性変形可能な導電素材で形成されている。本実施形態において、第１シート部３３Ｐおよび第２シート部３５Ｐは、塑性変形性に優れる多孔質の導電性金属素材、好ましくは発泡ニッケル，繊維状ニッケル，エキスパンドメタル、より好ましくは発泡ニッケルで形成されている。

集電補助部材３１を設けることにより、電極体１７と集電体２３とを確実に接触させることができる。また、正極体（正極板）１３および負極体（負極板）１５の寸法のばらつきといった要因により、電極体１７が集電体２３に接触する圧力である接触圧のばらつきが生じ、電極体１７と集電体２３との電気的接続に影響する。しかし、この接触圧のばらつきは集電補助部材３１の対向方向Ｘの塑性変形によって吸収される。これにより、正極集電体２３Ｐが正極体（正極板）１３に、負極集電体２３Ｎが負極体（負極板）１５に、それぞれ確実に接触することができる。その結果、電極活物質および電極材料の利用率が向上し、接触抵抗が低減して内部抵抗が減少するので、より大きいエネルギー容量と、より高い電池性能とを有する電池Ｃが得られる。

塑性変形性に優れる多孔質金属素材は、この素材の表面に存在する細孔の開口縁部においてバリを形成することがある。バリが形成されたこの素材を集電補助部材３１に用いると、電池Ｃの内部短絡が生じうる。しかしながら、図３に示すように、例えば、正極側集電補助部材３１Ｐを、互いに別体に形成された第１シート部３３Ｐおよび第２シート部３５Ｐによって構成することにより、集電補助部材３１の、対向方向Ｘの圧力を吸収する機能を受け持つ部分（第１シート部３３Ｐ）と、内部短絡を防止しつつ電極体１７との良好な接触性を確保する部分（第２シート部３５Ｐ）とを別個に形成することができる。本実施形態において、第２シート部３５Ｐは、厚み方向に圧縮して（例えば、厚み方向にプレス加工することにより）空隙率を下げた発泡ニッケルのシート状部材で形成されている。さらに、電極体１７に接触する第２シート部３５Ｐの主面３５Ｐａは、バリが潰された平滑な面として形成されている。

なお、集電補助部材３１は、対向方向Ｘに塑性変形可能な導電素材を含み、かつ、その電極接触面３１ａが平滑な面として形成されていれば、図３に示した例に限らず、様々な構成をとることができる。例えば、第２シート部３５として、厚み方向に圧縮した発泡ニッケルの代わりに、板状の金属部材、例えば、ニッケルめっき鋼板およびニッケル板を用いてもよい。あるいは、第１シート部３３が２枚、またはそれ以上設けられていてもよい。さらには、集電補助部材３１が単一物として形成されていてもよい。例えば、１枚の発泡ニッケルシートの一方の主面のみを平滑化処理したもの、または、板状の金属部材にエンボス加工を施すことにより対向方向Ｘの塑性変形性を持たせたものを集電補助部材３１として用いてもよい。

図４は、図２の電池Ｃに用いられる集電体２３および集電補助部材３１を模式的に示す平面図である。各集電補助部材３１が、集電体２３に固定されている。具体的には、各集電補助部材３１は、集電体２３に溶接されることにより固定されている。本実施形態では、集電補助部材３１はほぼ矩形であり、矩形の４つの角部４１における４つの溶接箇所Ｐｗにおいて集電体２３にスポット溶接されている。

なお、集電補助部材３１を集電体２３に固定する手段は、溶接に限定されず、例えば、接着剤や接着剤が塗布されたテープ等を用いて固定してもよい。しかし、本実施形態のように溶接によって集電補助部材３１を集電体２３に固定することが好ましい。これは、接着剤やテープを用いると、接着面において導通が阻害され、電池の内部抵抗が上昇する一方、溶接を用いると、集電補助部材３１と集電体２３との間の電気抵抗を下げることができ、電池の内部抵抗を下げることができる理由による。また、溶接の場合は、接着剤に含まれる有機化合物が電解質に溶解することで与える電池性能への影響を考慮する必要がないことにもよる。さらには、本実施形態に係る電池Ｃの集電体２３および集電補助部材３１は共に平板状に形成されているので、高い作業効率で集電補助部材３１を集電体２３に溶接することができる。

各集電補助部材３１と集電体２３との溶接において、様々な溶接方法が使用可能であるが、本実施形態においては、抵抗溶接によるスポット溶接が好適に用いられる。その理由は、第１に、集電補助部材３１が発泡ニッケルから形成され、集電体２３がニッケルめっき鋼板から形成されていることから、異種金属の溶接とは異なること；第２に、発泡ニッケルの熱伝導率とニッケルめっき鋼板の熱伝導率との差が小さいこと；第３に、集電補助部材３１と集電体２３との溶接は、部分的な溶接で足り、大面積の溶接を必要としないこと；そして、第４に、部分的な溶接であれば、集電補助部材３１および集電体２３に与える熱による影響が少ないこと、である。もっとも、他の溶接方法、例えば、超音波溶接，レーザ溶接，アーク溶接を用いることも可能である。

また、図４に示すように、本実施形態において、ほぼ矩形の第１シート部３３と第２シート部３５とを重ねたものが、かしめ箇所Ｐｃにおいてかしめられることによって、集電補助部材３１が形成されている。図示の例では、第１シート部３３と第２シート部３５とが、４つの角部４１における４つのかしめ箇所Ｐｃｃにおいてかしめられている。４つのかしめ箇所Ｐｃｃは、これらを頂点とする矩形が形成されるように位置している。より詳細には、第１シート部３３と第２シート部３５とが、４つの角部４１における各溶接箇所Ｐｗよりも内側の部分においてかしめられている。つまり、４つの溶接箇所Ｐｗは、これらを頂点とする矩形が形成されるように位置しており、この矩形の領域の内側に、各かしめ箇所Ｐｃｃが位置している。第１シート部３３と第２シート部３５とをかしめて接合することにより、溶接よりも簡便に集電補助部材３１を形成することができる。ただし、かしめが外れることにより、かしめの効果は溶接より持続しないことがある。そこで、かしめて形成した集電補助部材３１を集電体２３に溶接することにより、複数のシート部から集電補助部材３１を簡便に形成することができ、かつ、集電補助部材３１を集電体２３に確実に溶接、すなわち固定することができる。

集電補助部材３１が、矩形を形成する４つの溶接箇所Ｐｗ（好ましくは、４つの角部４１において矩形を形成する４つの溶接箇所Ｐｗ）において集電体２３に溶接され、第１シート部３３と第２シート部３５とが、矩形を形成する４つのかしめ箇所Ｐｃｃ（好ましくは、４つの角部４１において矩形を形成する４つのかしめ箇所Ｐｃｃ）においてかしめられていることにより、最小限の溶接作業およびかしめ作業によって、効率的かつ確実に集電補助部材３１を集電体２３に固定することができる。さらに、第１シート部３３と第２シート部３５とが、４つの角部４１における各溶接箇所Ｐｗよりも内側の部分においてかしめられていることにより、集電補助部材３１のかしめが外れた場合にも、より強固な固定手段である溶接によって、かしめ箇所Ｐｃの外側において集電体２３と集電補助部材３１とが接続されているので、集電補助部材３１の位置ずれによる内部抵抗の上昇を抑制して、優れた長期充放電特性を確保することができる。

なお、かしめ箇所Ｐｃおよび溶接箇所の数および位置は、上記の例に限られない。図４に示すように、溶接箇所は、ほぼ矩形の集電補助部材３１を集電体２３に確実に固定するために、４つの溶接箇所Ｐｗを含むことが好ましい。また、図４に示すように、第１シート部３３と第２シート部３５とは、４つのかしめ箇所Ｐｃｃのほかに、隣接するかしめ箇所Ｐｃｃの中央部近傍に位置する４つのかしめ箇所Ｐｃｍにおいてもかしめられてもよい。このように、溶接箇所Ｐｗの数よりも、かしめ箇所Ｐｃの数を多くしてもよい。かしめ箇所Ｐｃの数を多くすることにより、複数のシート部をより強固に接合することができる。また、例えば、複数のかしめ箇所Ｐｃが外れるような場合であっても、複数のシート部の接合を維持することができる。しかし、各シート部３３，３５を接合して矩形の集電補助部材３１を形成するために、かしめ箇所Ｐｃは、４つのかしめ箇所Ｐｃｃを含むことが好ましい。また、かしめが外れても、溶接による集電体２３と集電補助部材３１との接続を確保するために、溶接箇所を頂点とする多角形（図示の例では、４つの溶接箇所Ｐｗを頂点とする矩形）の領域の内側に、各かしめ箇所Ｐｃが位置することが好ましい。

所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１は、様々な方法で形成可能である。例えば、所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１を用意することにより、所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１を形成してもよい。

また、例えば、所望の同一寸法を有するほぼ矩形の複数のシート部を厚さ方向に重ねて、集電補助部材３１を準備することにより、所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１を形成してもよい。あるいは、例えば、所望の寸法よりも大きい様々な寸法を有する複数のシート部を厚さ方向に重ねて集電補助部材３１を準備し、これを従来の切断装置により切断することにより、所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１を形成してもよい。

また、上述の集電補助部材３１をかしめる時期にも、様々なものが考えられる。例えば、所望の寸法を有するほぼ矩形に形成された集電補助部材３１を、図４に示すように、矩形を形成する４つのかしめ箇所Ｐｃｃを含む複数のかしめ箇所Ｐｃでかしめてもよい。また、例えば、様々な寸法を有する複数のシート部を厚さ方向に重ね、矩形を形成する４つのかしめ箇所Ｐｃｃを含む複数のかしめ箇所Ｐｃでかしめたものを切断することにより、所望の寸法を有するほぼ矩形に形成された集電補助部材３１を得てもよい。ただし、このように、かしめた後に寸法を調整する場合は、寸法調整後の集電補助部材３１がかしめによる効果を得られることが好ましい。例えば、かしめ箇所Ｐｃを避けて切断することが好ましく、切断後の集電補助部材３１にかしめ箇所Ｐｃのすべてが含まれる（例えば、切断後の集電補助部材３１が図４のような態様となる）ように切断することがより好ましい。

また、集電補助部材３１を溶接する時期にも、かしめる時期同様に、様々なものが考えられるが、所望の寸法を有する集電補助部材３１を溶接する場合と、集電補助部材３１を溶接してから所望の寸法に形成する場合との２つの場合に大別することができる。所望の寸法を有する集電補助部材３１を溶接する場合は、上述したように、各かしめ箇所Ｐｃが４つの溶接箇所Ｐｗよりも内側に位置するように溶接することが好ましい。一方、集電補助部材３１を溶接してから所望の寸法に形成する場合は、形成後の集電補助部材３１がかしめおよび溶接による効果を得られることが好ましい。例えば、かしめ箇所Ｐｃおよび溶接箇所Ｐｗを避けて切断することが好ましく、切断後の集電補助部材３１にかしめ箇所Ｐｃおよび溶接箇所Ｐｗのすべてが含まれる（例えば、切断後の集電補助部材３１が図４のような態様となる）ように切断することがより好ましい。

さらに、上述したように、噛みこみを抑止するため、集電補助部材３１の周縁が枠形部材２１の内周部の周縁の内部に位置させることがより好ましい。これは、例えば、下記に示す工程により達成することができる。まず、溶接前に、集電補助部材３１の周縁の寸法を枠形部材２１の内周部の周縁の寸法より小さく形成する（工程Ａ）。集電補助部材３１の周縁の寸法が大きい場合は、例えば、集電補助部材３１を切断して寸法を調整してもよい。また、上述の所望の寸法を有するほぼ矩形の集電補助部材３１の形成において、この所望の寸法を枠形部材２１の内周部の周縁の寸法より小さい寸法とすることにより、寸法を調整してもよい。次に、工程Ａの後で、溶接箇所Ｐｗにおいて、この集電補助部材３１を集電体２３に溶接する。ここで、図２に示すように、集電体２３を枠形部材１９の開口部に配したときに、溶接後の集電補助部材３１の周縁が枠形部材２１の内周部の内側に位置する（すなわち、集電補助部材３１が枠形部材２１と接しない）ように、溶接箇所Ｐｗの位置を定める（工程Ｂ）。なお、上述したように、工程Ａにおいても、形成後の集電補助部材３１がかしめによる効果を得られることが好ましい。

集電補助部材３１の周縁の寸法を枠形部材２１の内周部の周縁の寸法より小さくする対処を行う前に溶接した場合は、例えば、溶接後の集電補助部材３１を切断する工程（工程Ｃ）が必要となる。この切断により、図２に示すように、集電体２３を枠形部材１９の開口部に配したときに、溶接後の集電補助部材３１の周縁が枠形部材２１の内周部の内側に位置する（すなわち、集電補助部材３１が枠形部材２１と接しない）ように調整する。この切断による位置調整によって、同時に、集電補助部材３１の周縁の寸法が枠形部材２１の内周部の周縁の寸法より小さく形成されることになる。本実施形態では、集電補助部材３１と集電体２３とが溶接により一体化し、集電体２３に対する集電補助部材３１の位置が固定されているため、枠形部材２１に対する位置の調整および寸法の調整を、集電補助部材３１の切断（工程Ｃ）によって実現することができる。なお、上述したように、工程Ｃにおいても、形成後および／または位置調整後の集電補助部材３１が、かしめおよび溶接による効果を得られることが好ましい。

さらに、図４に示すように、本実施形態では、異なる長さの２組の辺を有するほぼ矩形の集電補助部材３１において、一方の対角線上に位置する１対の角部４１（第１角部４１Ａ）の形状が、他方の対角線上に位置する１対の角部４１（第２角部４１Ｂ）の形状と異なっている。図示の例では、集電補助部材３１の４つの角部４１はすべて円弧状に形成されており、第１角部４１Ａの円弧形状の曲率半径と、第２角部４１Ｂの円弧形状の曲率半径とが異なっている。上述のように、本実施形態では、集電補助部材３１の表面と裏面の状態（この例では粗さ）が異なっているところ、このように構成することにより、電池の組立工程において、集電補助部材３１と同じ形状の設置用治具を用いて、集電補助部材３１の表面と裏面を誤って集電補助部材３１を集電体２３に設置することが効果的に防止できる。

なお、図示の例では第１角部４１Ａと第２角部４１Ｂはいずれも円弧状に形成されているが、角部４１の形状はこれに限定されない。例えば、一方の角部４１（第１角部４１Ａ）のみが円弧状であり、他方の角部４１（第２角部４１Ｂ）は直角状に形成されていてもよい。

次に、集電補助部材３１を集電体２３に固定した本実施形態に係る電池Ｃについて充放電試験を行った結果を説明する。

実施例として、上記の実施形態で説明したように、正極側および負極側において、集電補助部材３１を集電体２３に、角部の４ヵ所においてスポット溶接することにより固定した電池を用意した。また、比較例として、集電補助部材３１が集電体２３に固定されていない点以外は実施例と同様に作製した電池を用意した。これらの電池各３０個について、高率充放電（充電レート：２Ｃ，放電レート：２Ｃ）を３０００サイクル行い、サイクル前後の各電池の直流内部抵抗を測定した。直流内部抵抗は、充電状態１００％まで充電後１時間放置した後に、０．２Ｃ，１Ｃ，２Ｃ，３Ｃの各放電レートで放電し、放電開始から１０秒後の電圧値を電流値に対してプロットしたＩ−Ｖ特性の傾きから求めた。

上記の試験の初期（充放電サイクル前）の結果を表１に、３０００サイクル後の結果を表２に示す。

表１，２の結果から明らかなように、初期およびサイクル後のいずれにおいても、実施例電池の内部抵抗は、比較例電池よりも小さく、しかも電池間のばらつき（標準偏差）が小さいことが確認された。

このように、本実施形態に係る電池Ｃによれば、集電補助部材３１が集電体２３に固定されている。これにより、集電補助部材３１の位置ずれが抑止でき、長期間の使用における電池性能の劣化が抑制できる。この結果、複数の電池を用いた場合であっても、各電池の電池性能のばらつき、特に各電池の内部抵抗のばらつきを抑制できる。また、電池の組立において、集電補助部材３１の位置合わせや集電補助部材３１の位置のずれの修正といった煩雑な作業の必要性をなくすことができる。その結果、組立が容易になる。

また、図１に示す本実施形態に係る電池モジュールＢは、図２に示す上記電池Ｃを単位電池として、複数の単位電池を、隣接する一方の単位電池の正極集電体２３Ｐと他方の単位電池の負極集電体２３Ｎとが対向する方向に積層してなる電池積層体を備えている。複数の電池Ｃをこのように配列することにより、これら複数の電池Ｃは直列に接続される。

多数の電池を直列に接続して形成した電池モジュールの充放電性能は、最も劣化の大きい電池（例えば内部抵抗上昇の最も大きい電池）の充放電性能の影響を受けることが一般的である。しかし、本実施形態に係る電池モジュールＢでは、上述のように各電池Ｃの電池性能のばらつき、特に各電池Ｃの内部抵抗のばらつきが抑制されているので、電池モジュールＢ全体としての充放電性能の劣化を抑制することができ、長期間の使用によっても性能を維持することができる。

なお、本実施形態では、正極集電体２３と電極体１７の間、および負極集電体２３と電極体１７の間のいずれにも集電補助部材３１が介在している例を説明したが、正極側および負極側のいずれか一方のみに集電補助部材３１が設けられていてもよい。

また、本実施形態では、電池Ｃをニッケル水素二次電池として構成した例について説明したが、本発明は、他の種類の一次電池および二次電池にも適用することが可能である。

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。

なお、本発明の範囲には含まれないが、電池Ｃにおいて集電補助部材３１が集電体２３に固定されていない場合であっても、前記集電補助部材３１がほぼ矩形であり、一方の対角線上に位置する１対の角部４１の形状が、他方の対角線上に位置する１対の角部４１の形状と異なっていれば、上述のように、電池の組立工程において、集電補助部材３１の表面と裏面を誤って集電補助部材３１を集電体２３に設置することが効果的に防止されるという効果が得られる。

１１ セパレータ
１３ 正極体（正極板）
１５ 負極体（負極板）
１７ 電極体
２３ 集電体
２３Ｐ 正極集電体（集電体）
２３Ｎ 負極集電体（集電体）
３１ 集電補助部材
３３ 第１シート部
３５ 第２シート部
４１ 角部
Ｃ 電池
Ｐｗ 溶接箇所
Ｐｃｃ，Ｐｃｗ かしめ箇所
Ｘ 正極集電体と負極集電体との対向方向

Claims (16)

1. 互いに対向配置された平板状の正極集電体および負極集電体と、
   前記両集電体の間に配される、セパレータと正極体と負極体とからなる電極体と、
   前記両集電体の少なくとも一方と前記電極体との間に介在する、前記両集電体の対向方向に塑性変形可能な導電素材を含むシート状の集電補助部材と、
   を備え、
   前記正極体は前記正極集電体と電気的に接続されており、前記負極体は前記負極集電体と電気的に接続されており、
   前記集電補助部材が、前記集電体に固定されており、
   前記集電補助部材は、前記集電体と接触する第１シート部と、前記電極体と接触する第２シート部とを含む複数のシート部を厚さ方向に重ねて構成されており、複数の前記シート部同士がかしめられている、
   電池。
2. 互いに対向配置された平板状の正極集電体および負極集電体と、
   前記両集電体の間に配される、セパレータと正極体と負極体とからなる電極体と、
   前記両集電体の少なくとも一方と前記電極体との間に介在する、前記両集電体の対向方向に塑性変形可能な導電素材を含むシート状の集電補助部材と、
   を備え、
   前記正極体は前記正極集電体と電気的に接続されており、前記負極体は前記負極集電体と電気的に接続されており、
   前記集電補助部材が、前記集電体に固定されており、
   前記集電補助部材が、異なる長さの２組の辺を有するほぼ矩形であり、一方の対角線上に位置する１対の角部の形状が、他方の対角線上に位置する１対の角部の形状と異なる電池。
3. 請求項１または２に記載の電池において、前記電極体は、前記両集電体の対向方向に直交する方向に、プリーツ形状を有する前記セパレータを介して、複数の前記正極体および複数の負極体が対向して交互に積層されているものである電池。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電池において、前記集電補助部材は、前記集電体に溶接されることにより固定されている電池。
5. 請求項１および請求項１を引用する請求項３から４のいずれか一項に記載の電池において、前記集電補助部材がほぼ矩形であり、前記集電補助部材は、矩形の４つの角部のそれぞれにおける４つの溶接箇所において前記集電体に溶接されており、複数の前記シート部同士は、４つの角部のそれぞれにおける４つのかしめ箇所を含む複数のかしめ箇所においてかしめられている電池。
6. 請求項５に記載の電池において、複数の前記シート部における各かしめ箇所が、４つの前記溶接箇所を頂点とする矩形の内側に位置している電池。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の電池において、絶縁素材からなる矩形の枠形部材をさらに備え、前記両集電体はそれぞれ前記枠形部材の両開口部を覆うように配されており、前記電極体は前記両集電体の間かつ前記枠形部材の内方に配されている電池。
8. 請求項７に記載の電池において、前記集電補助部材がほぼ矩形であり、前記集電補助部材の周縁が、前記矩形の枠形部材の内周部の周縁の内側に位置している電池。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の電池を単位電池として、複数の単位電池を、隣接する一方の単位電池の前記正極集電体と他方の単位電池の前記負極集電体とが対向する方向に積層してなる電池積層体を備える電池モジュール。
10. 平板状の正極集電体および負極集電体と、セパレータと正極体と負極体とからなる電極体と、複数のシート部を厚さ方向に重ねて構成した塑性変形可能な導電素材を含むシート状の集電補助部材と、絶縁素材からなる矩形の枠形部材とを準備する準備工程と、
    前記集電補助部材の複数のかしめ箇所において、複数の前記シート部同士をかしめるかしめ工程と、
    かしめられた前記集電補助部材の複数の溶接箇所において、前記両集電体の少なくとも一方とかしめられた前記集電補助部材とを溶接する溶接工程と、
    前記両集電体と、前記電極体と、前記溶接された集電補助部材と、前記枠形部材とを組み立てて、前記枠形部材の両開口部をそれぞれ覆うように前記両集電体が配されており、前記電極体は前記両集電体の間かつ前記枠形部材の内方に配されており、前記正極体は前記正極集電体と電気的に接続されており、前記負極体は前記負極集電体と電気的に接続されている電池を作製する組立工程と、
    を含む、電池の製造方法。
11. 請求項１０に記載の電池の製造方法において、前記集電補助部材の４つのかしめ箇所を含む複数のかしめ箇所において、これら４つのかしめ箇所を頂点とする矩形が形成されるように、複数の前記シート部同士をかしめることと、かしめられた前記集電補助部材の４つの溶接箇所において、これら４つの溶接箇所を頂点とする矩形が形成されるように、かつ、４つの溶接箇所を頂点とする矩形の内側に各かしめ箇所が位置するように、前記両集電体の少なくとも一方とかしめられた前記集電補助部材とを溶接することとを含む、電池の製造方法。
12. 請求項１１に記載の電池の製造方法において、同一寸法のほぼ矩形を有する複数の前記シート部を厚さ方向に重ねて前記集電補助部材を準備すること、または、準備された前記集電補助部材をほぼ矩形に切断することにより、前記集電補助部材をほぼ矩形に形成することを含む、電池の製造方法。
13. 請求項１１に記載の電池の製造方法において、かしめられた前記集電補助部材を切断することにより、前記集電補助部材を複数の前記かしめ箇所を含むほぼ矩形に形成することを含む、電池の製造方法。
14. 請求項１１に記載の電池の製造方法において、溶接された前記集電補助部材を切断することにより、前記集電補助部材を複数の前記かしめ箇所および４つの前記溶接箇所を含むほぼ矩形に形成することを含む、電池の製造方法。
15. 請求項１２または１３に記載の電池の製造方法において、前記枠形部材の内周部の周縁の寸法より小さい周縁の寸法を有するように、前記集電補助部材をほぼ矩形に形成することと、前記集電体を前記枠形部材の開口部に配したときに前記集電補助部材の周縁が前記枠形部材の内周部の周縁の内側に位置するように、前記集電体とかしめられた前記集電補助部材とを溶接することとを含む、電池の製造方法。
16. 請求項１４に記載の電池の製造方法において、溶接された前記集電補助部材を切断することにより、前記集電補助部材を、前記枠形部材の内周部の周縁の寸法より小さい周縁の寸法を有するほぼ矩形に形成し、かつ、前記集電体を前記枠形部材の開口部に配したときに切断後の前記集電部材の周縁が前記枠形部材の内周部の周縁の内側に位置するように形成することを含む、電池の製造方法。

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