JPH09147829A - 蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄電池の内部での力学的な破壊を防ぐ。 【解決手段】 電槽８内に正極用反応部１および負極用
反応部４とが交互に設けられている。正極用反応部１お
よび負極用反応部４との間には、セパレータ７が設けら
れている。各正極用反応部１は、集電リード部１１によ
って集電端子３に接続され、各負極用反応部４は、集電
リード部１２によって集電端子６に接続されている。集
電リード部１１および１２は、それぞれ、「たるみ」を
持たせた形状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池に係わり、
特に蓄電池の電極板の集電リード部の構造に係わる。

【０００２】

【従来の技術】充電することによって繰り返し使用でき
る蓄電池（あるいは、２次電池）は、様々な分野で広く
利用されている。蓄電池は、携帯用の端末、通信機器、
音響機器などに利用されるほか、大型なものとしては、
電気自動車用のバッテリなどに利用されている。

【０００３】蓄電池（特に、大型の蓄電池）の構成とし
ては、たとえば、複数の正極用電極板と複数の負極用電
極板とを互いに入り組むように組み合わせて、それら電
極板を電解液（電解質）の中に浸したものが知られてい
る。以下、このようなタイプの蓄電池の構成を説明す
る。

【０００４】図７は、電極板および集電端子の構造を説
明する図である。ここでは、ニッケル・水素蓄電池を採
り上げて説明する。各正極用電極板は、正極用反応部１
と集電リード部２とから構成される。正極用反応部１
は、ニッケルをベースにした薄板（例えば、発泡ニッケ
ルの薄板）の表面に活物質を塗った構造である。正極の
活物質としては例えばＮｉ（ＯＨ）₂が用いられる。集
電リード部２は、ニッケル薄板である。正極用反応部１
と集電リード部２との間は、シーム溶接またはスポット
溶接などで接続される。集電端子３はニッケル等からな
り、複数の正極用電極板が接続される。集電端子３は、
各正極用電極板の集電リード部２の突起部を収容するた
めのスリット（または、溝状の孔）が設けられており、
そのスリットに集電リード部２の突起部の先端を挿入し
て溶接することによって電気的に接続する。このよう
に、集電リード部２は、正極用反応部１と集電端子３と
を電気的に接続する。

【０００５】同様に、各負極用電極板は、負極用反応部
４と集電リード部５とから構成される。負極用反応部４
は、ニッケルをベースにした薄板の表面に水素吸蔵合金
を塗った構造である。集電リード５および集電端子６
は、基本的に集電リード５および集電端子６と同じであ
るので、説明を省略する。

【０００６】図８は、従来の蓄電池の構成図であり、
(a) は、正面図、(b) は、側面図である。同図(a) およ
び(b) では、便宜上、蓄電池の外壁である電槽が透明で
あるものとして描いている。

【０００７】電槽８は、蓄電池の外壁である。電槽８の
中には、図７に示した正極用電極板および負極用電極板
が互いに入り組むように組み合わされて設けられてい
る。なお、図７では示してないが、正極用電極板および
負極用電極板を互いに入り組ませるときには、それらが
互いに電気的に接触しないように絶縁体のセパレータ７
を設けている。また、電槽８の中には電解液が入ってお
り、正極用反応部１および負極用反応部４がその電解液
に浸されている。

【０００８】蓄電池の上部には電槽蓋９が設けられ、正
極用電極板、負極用電極板、および電解液などを密閉し
ている。さらに、電槽蓋９には、この蓄電池の充電時に
ガスが発生した場合にそのガスを逃がすための安全弁１
０が設けられている。

【０００９】ニッケル・水素蓄電池の充電・放電時の反
応式を以下に示す。ここでは、電解液として、たとえ
ば、ＫＯＨを用いる。また、水素吸蔵合金をＭとする。 放電 ←→ 充電 正極 ： Ｎｉ（ＯＨ）₂ ＋ＯＨ^- ←→ ＮｉＯＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- 負極 ： Ｍ＋Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- ←→ ＭＨ＋ＯＨ^- 全体 ： Ｎｉ（ＯＨ）₂ ＋Ｍ ←→ ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ この蓄電池を充電するときには、正極では、水（Ｈ
₂ Ｏ）および電子（ｅ^- ）が生成される。一方、負極で
は、電子（ｅ^- ）が供給され、化学反応によって水素
（Ｈ）が発生する。この水素（Ｈ）は、水素吸蔵合金
（Ｍ）によって吸収される。放電時には、充電時と反対
の反応が起こる。

【００１０】蓄電池全体として考えると、充電に際して
電荷を蓄積するときに水素（Ｈ）が発生し、その水素が
水素吸蔵合金Ｍによって吸収される。一方、放電時に
は、水素（Ｈ）が吸蔵された状態の水素吸蔵合金（Ｍ
Ｈ）から水素が分離される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のような蓄電池を
組み立てる工程において、各電極板を電解液の中に浸す
と、正極用反応部１の活物質は、電解液を吸収する（電
解液が正極用反応部１の内部にしみこむ）。このことに
より、各正極用反応部１はそれぞれ膨張する。また、正
極活物質として充填した水酸化ニッケルが、化成工程お
よび充放電サイクルを行うことによりＶ型のオキシ水酸
化ニッケルを生成する。Ｖ型のオキシ水酸化ニッケル
は、活物質であるＮｉ（ＯＨ）₂ やβ型オキシ水酸化ニ
ッケルよりも比重が小さく、これが生成されることによ
って各正極用反応部１は膨潤する。

【００１２】また、上述したように、この蓄電池を充電
するときには、負極側において水素が発生し、負極用反
応部４の表面の水素吸蔵合金がその水素を吸収する。し
たがって、蓄電池が充電された状態では、各負極用反応
部４はそれぞれ膨張した状態となっている。なお、蓄電
池の充電は、ユーザが行う場合の他、蓄電池の化成工程
でも行われる。化成工程とは、上述のような蓄電池を製
品として出荷する前に数回程度の充電・放電サイクル実
行することによってその出力を安定させる工程である。

【００１３】図９は、各電極板が膨張することによって
生じる問題点を説明する図である。図９(a) は、各電極
板が膨張する前の状態を示す。この状態では、各正極用
反応部１および集電リード部２がそれぞれ直線的に集電
端子３に接続されている。すなわち、集電リード部２
は、正極用反応部１と集電端子３との最短距離を結ぶよ
うにそれらを接続している。このことは、負極用反応部
４、集電リード５および集電端子６についても同じであ
る。

【００１４】図９(b) は、各電極板が膨張した状態を示
す。正極反応部１が電解液を吸収することによって、あ
るいは、負極反応部４が水素を吸蔵することによって各
電極板が膨張すると、各電極板どうしの間隔は広くなら
ざるをえないので、各電極板に対して電槽８の内側から
外側へ向かう方向（矢印が指す方向）に力が働く。この
ため、特に、外側に設けられている電極板（同図におい
て、電槽８の近くに位置する電極板）は、電槽８に押し
つけられる方向に移動する。

【００１５】ところが、各電極板の集電リード部２は、
それぞれその先端部が集電端子３に固定されているの
で、集電リード部２の先端部の位置が動くことはない。
このため、特に、外側に設けられている電極板において
は、その集電リード部２の先端部から正極用反応部１ま
での間の距離が大きくなる。このことは、負極用反応部
４、集電リード５および集電端子６についても同じであ
る。

【００１６】図１０は、図９に示す問題点を説明するた
めの数値例を示す図である。図１０(a) は、各電極板が
膨張する前の状態であり、最も外側に設けられている電
極板の位置を示す。ここでは、セパレータ７は無視し、
また、同図に示す電極板を正極として説明する。同図に
示すように、最も外側に設けられている電極板の正極用
反応部１は、中心から１４．４ミリメートルの位置にあ
り、正極用反応部１と集電リード部２との接合部から集
電リード部２の先端（集電リード部２と集電端子３との
接続位置）までの距離は、１１．９ミリメートルであ
る。

【００１７】図１０(b) は、各電極板が膨張した状態を
示す。この状態では、上記電極板の正極用反応部１は、
外側に１．０５ミリメートル移動し、中心から１５．４
５ミリメートルの位置にある。このとき、正極用反応部
１と集電リード部２との接合部から集電リード部２の先
端までの距離は、１２．３ミリメートルとなる。すなわ
ち、正極用反応部１と集電リード部２との接合部から集
電リード部２の先端までの距離が０．４ミリメートルだ
け長くなる。

【００１８】このように、正極用反応部１と集電リード
部２との接合部から集電リード部２の先端までの距離が
長くなると、電極板に負荷（張力）が加わる。このよう
な負荷は、構造的に最も弱い部分である正極用反応部１
と集電リード部２との接合部にダメージを与え、場合に
よっては、正極用反応部１と集電リード部２とを接続す
る溶接が剥離したり、亀裂などの破損が発生したりす
る。この場合、蓄電池の性能が劣化してしまう。また、
剥離した集線リード部２がセパレータ７を突き破って正
極と負極とが短絡した場合には、電池として動作しなく
なってしまう。

【００１９】本発明は、上記問題を解決するものであ
り、蓄電池の内部での力学的な破壊を防ぐことを課題と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の蓄電池
は、電槽内の所定位置に電極板を設けるとともに、その
電槽の所定位置に集電端子を設け、それら電極板と集電
端子との間を集電リードで接続する構造において、集電
リードの長さを、電極板と集電端子との間の距離よりも
長くする。

【００２１】このように、集電リードの長さを予め余裕
を持たせて成形したので、電極板が膨張することによっ
てその位置が変動した場合においても、集電リードと電
極板との接合部に加わる負荷（張力）は小さく、剥離や
亀裂などの破損を防ぐことができる。

【００２２】請求項２に記載の蓄電池は、電極板とその
電極板に接続される集電リードとその集電リードに接続
される集電端子とを有し、集電リードを、電極板と集電
端子とを非直線的に接続する形状とする。

【００２３】このように、集電リードを非直線的に成形
したので、集電リードの長さを予め余裕を持たせて成形
する場合と同じ作用により、剥離や亀裂などの破損を防
ぐことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施
形態の蓄電池の要部構成図である。図１において、図７
〜図１０で使用した符号は、同じ部材を示す。

【００２５】図１に示す実施形態の蓄電池は、図８に示
したものと基本的に同じであるが、集電リード部の形状
が異なる。すなわち、本実施形態の蓄電池は、正極用反
応部１には集電リード部１１が接続され、負極用反応部
４には集電リード部１２が接続される。正極用反応部１
と集電リード部１１との間、および、負極用反応部４と
集電リード部１２との間は、図７で説明した手法と同じ
であり、シーム溶接またはスポット溶接などで接合され
る。

【００２６】図１(a) は、各電極板が膨張する前の状態
を示す。集電リード部１１および１２は、「たるみ」を
持たせて成形してある。集電リード部１１は正極用であ
り、集電リード１２は負極用であるので、それらが互い
に接触しないように、それらの間に絶縁体を設けるか、
あるいは、集電リード部１１または集電リード１２のう
ちの少なくとも一方に絶縁性のペーストを塗っておく。

【００２７】図１(b) は、各電極板が膨張した状態を示
す。この状態では、図９(b) を参照しながら説明したよ
うに、正極反応部１が電解液を吸収することによって、
または充電時に負極反応部４が水素を吸蔵することによ
って各電極板が膨張し、特に両外側に設けられている電
極板は、電槽８に押しつけられる方向に移動する。この
ことにより、集電リード部１１の先端部（集電端子３に
接続されている部分）から正極用反応部１までの間の直
線距離が大きくなる。また、集電リード部１２の先端部
（集電端子６に接続されている部分）から負極用反応部
４までの間の直線距離も大きくなる。

【００２８】ところが、集電リード部１１は、予め「た
るみ」を持たせた形状であり、その長さには余裕があ
る。このため、集電リード部１１の先端部から正極用反
応部１までの間の直線距離が大きくなった場合には、集
電リード部１１自身が伸張することによって電極板に加
わる負荷（張力）を吸収するので、その負荷は小さい。
このことは、集電リード１２についても同じである。し
たがって、正極用反応部１と集電リード部１１との間、
および負極用反応部４と集電リード部１２との間の溶接
が剥離したり亀裂が生じたりすることを防ぐことができ
る。

【００２９】図２は、本発明の他の形態の蓄電池の要部
構成図である。図２に示す蓄電池では、集電リード１１
および１２の形状が図１とは異なる。すなわち、図２に
示す蓄電池の集電リード１１および１２は、同図(a) に
示すように、非直線形状に折り曲げられた形状に形成さ
れている。このように、集電リード部１１および１２を
非直線形状に折り曲げた形状とすれば、張力が加わった
ときに、集電リード部１１および１２自身が伸張するこ
とによってその張力を吸収できる。すなわち、各電極が
膨張したときに、正極用反応部１と集電リード部１１と
の間、および負極用反応部４と集電リード部１２との間
の破壊を防ぐ作用は、図１の場合と同じである。

【００３０】このように、本発明の蓄電池は、充電また
は放電時に化学反応を起こす電極板の反応部とこの蓄電
池の集電端子（正極端子、負極端子）とを電気的に接続
する集電リードの長さを、電極板の反応部と集電端子と
の間の距離よりも長くすることによって、電極板の膨張
による力学的な破壊を防ぐ。

【００３１】図３は、図１および図２に示す蓄電池の数
値例を示す図である。同図(a) は図１に対応し、(b) は
図２に対応する。また、図３では、図１０(a) と同様
に、各電極板が膨張する前の状態において最も外側に設
けられている電極板（正極用として説明する）を示して
いる。

【００３２】図３(a) は、集電リード部１１に「たる
み」を持たせた形状であり、集電リード部１１の長さを
１２．３ミリメートル（または、それ以上）としてい
る。ここで、「集電リード部１１の長さ」とは、集電端
子３との接合部から正極反応部１との接合部までの集電
リード部１１を直線状に伸ばしたときの長さである。こ
の１２．３ミリメートルという長さは、図１０(b) に示
したように、各電極板が膨張したときの集電リード部２
の先端から正極用反応部１までの距離である。したがっ
て、各電極板が膨張したときに正極用反応部１が電槽８
の内側面に押しつけられる位置へ移動させられた場合に
は、集電リード部１１が「たるみ」をもった状態から直
線状に伸びることによって、集電リード部１１に働く負
荷（張力）が吸収されるので、正極用反応部１と集電リ
ード部１１との接合部に強い負荷が働くことはない。

【００３３】図３(b) は、集電リード部１１を所定の角
度で折り曲げた形状であり、この場合も、集電リード部
１１の長さを１２．３ミリメートル（または、それ以
上）としている。

【００３４】図４は、集電リード部１１または１２を非
直線形状に形成する方法を説明する図である。以下、集
電リード部１１として説明する。集電リード部１１は、
この実施形態において、図４(a) に示すような形状であ
る。同図において、斜線で示す部分に対して「たるみ」
を持たせる。斜線で示す部分は集電端子３に接続される
突起部である。集電リード部１１の斜線部に「たるみ」
を持たせるときには、例えば図４(b) に示すような手法
で行う。図４(b)に示す集電リード部１１は、図４(a)
に示す集電リード部１１を矢印Ａに示す方向から見てい
る。すなわち、集電リード部１１の斜線部を強固な材質
の部材２１と２２との間に位置させ、部材２１および２
２を矢印方向に互いに押しつける。このことにより、集
電リード部１１の斜線部は、図４(c) に示すように、波
状に成形される。

【００３５】図４では、集線リード部１１を波状に成形
することによって、「たるみ」を持たせる例を示した
が、同様な手法で他の形状をつくることは容易である。
上記実施形態では、複数の正極用電極板と複数の負極用
電極板とを互いに入り組むように組み合わせた構成の蓄
電池を示したが、本発明はこの構成に限定されるもので
はなく、電槽内の所定位置に電極板を設け、その電槽の
所定位置に集電端子を設け、それら電極板と集電端子と
の間を集電リードで接続する構造の蓄電池に適用可能で
ある。

【００３６】図５は、本発明を円筒型の蓄電池に適用し
た例を示す図である。このタイプの蓄電池は、正極用電
極板と負極用電極板との間にセパレータを設けながら、
それらの電極板を渦巻き状に積層させた構造である。同
図(a) は、渦巻き状に積層された電極板を電槽の中に設
置するときに、集電リード部に「たるみ」を持たせた構
成を示し、同図(b) は、集電リード部を折り曲げた構成
を示す。

【００３７】図６は、アコーディオン状に電極板が積層
される蓄電池に本発明を適用した例を示す図であり、同
図(a) は、アコーディオン状に積層された電極板を電槽
の中に設置するときに、集電リード部に「たるみ」を持
たせた構成を示し、同図(b)は、集電リード部を折り曲
げた構成を示す。

【００３８】

【発明の効果】集電リードの長さを予め余裕を持たせて
成形したので、電極板が膨張することによってその位置
が変動した場合においても、集電リードと電極板との接
合部に加わる負荷（張力）は小さく、剥離や亀裂などの
破損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の蓄電池の要部構成図であ
り、(a) は、各電極板が膨張する前の状態、(b) は、各
電極が膨張した状態を示す。

【図２】本発明の他の形態の蓄電池の要部構成図であ
り、(a) は、各電極板が膨張する前の状態、(b) は、各
電極が膨張した状態を示す。

【図３】本実施形態の蓄電池の数値例を示す図であり、
(a) は図１に対応し、(b) は図２に対応する。

【図４】集電リード部を非直線形状に形成する方法を説
明する図である。

【図５】本発明を円筒型の蓄電池に適用した例を示す図
であり、(a) は、集電リード部に「たるみ」を持たせた
構成、(b) は、集電リード部を折り曲げた構成。

【図６】アコーディオン状に電極板を積層した蓄電池に
本発明を適用した例を示す図であり、(a) は、集電リー
ド部に「たるみ」を持たせた構成、(b) は、集電リード
部を折り曲げた構成。

【図７】電極板および集電端子の構造を説明する図であ
る。

【図８】従来の蓄電池の構成図であり、(a) は正面図、
(b) は側面図である。

【図９】各電極板が膨張することによって生じる問題点
を説明する図であり、(a) は、各電極板が膨張する前の
状態、(b) は、各電極が膨張した状態を示す。

【図１０】図９に示す問題点を説明するための数値例を
示す図であり、(a) は、各電極板が膨張する前の状態、
(b) は、各電極が膨張した状態を示す。

【符号の説明】

１ 正極用反応部 ２、５ 集電リード部 ３、６ 集電端子 ４ 負極用反応部 ７ セパレータ ８ 電槽 ９ 電槽蓋 １０ 安全弁 １１、１２ 集電リード部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電槽内の所定位置に電極板を設け、上記
   電槽の所定位置に集電端子を設け、それら電極板と集電
   端子との間を集電リードで接続する構造の蓄電池におい
   て、 上記集電リードの長さを、上記電極板と集電端子との間
   の距離よりも長くすることを特徴とする蓄電池。
2. 【請求項２】 電極板と、その電極板に接続される集電
   リードと、その集電リードに接続される集電端子とを有
   し、 上記集電リードは、上記電極板と集電端子との間を非直
   線的に接続する形状であることを特徴とする蓄電池。