アルカリ二次電池及びその製造方法
【課題】電池モジュールの分解、組立てを容易にする構造を有しながら、電池単独で密閉性が確保され、電池モジュールにおける電池交換及び修理が容易となるアルカリ二次電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１枠形部材（２１）と第１枠形部材の開口部を覆う第１蓋部材（２３）を有する第１ケーシング（１９）と、第２枠形部材（２２）と第２枠形部材の開口部を覆う第２蓋部材（２５）を有する第２ケーシング（２０）と、第１ケーシング（１９）と第２ケーシング（２０）で囲まれ第１蓋部材（２３）と第２蓋部材（２５）が対向する空間内に、正極（１３）及び負極（１５）を含む電極体（１７）と電解液とが収納される。
【解決手段】第１枠形部材（２１）と第１枠形部材の開口部を覆う第１蓋部材（２３）を有する第１ケーシング（１９）と、第２枠形部材（２２）と第２枠形部材の開口部を覆う第２蓋部材（２５）を有する第２ケーシング（２０）と、第１ケーシング（１９）と第２ケーシング（２０）で囲まれ第１蓋部材（２３）と第２蓋部材（２５）が対向する空間内に、正極（１３）及び負極（１５）を含む電極体（１７）と電解液とが収納される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ二次電池関し、特に、複数個接続されて電池モジュールとして使用されるアルカリ二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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構造を採用しており、構造が簡易であると同時に、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。
【０００３】
ところで、近年、省エネルギーやＣＯ2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、ＣＯ2の排出量を削減することができる。
【０００４】
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、高電圧及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、及び、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（例えば、特許文献１）。
【０００５】
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、対向配置された正極・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及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（例えば、特許文献２）。
【０００６】
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締め付けることにより、密閉構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１０３８１号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１２５５４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多数の電池を接続して構成した電池モジュールでは、充放電を繰り返すうちに、電池間で電池性能の劣化度合いに差が生じることがある。性能劣化の大きい電池が生じると、その影響を受けて電池モジュール全体の充放電性能が低下するが、このような場合でも、性能劣化の大きい電池のみを新しい電池に交換することにより、電池モジュール全体の充放電性能を維持することが可能になる。
【０００９】
しかしながら、上記電池の密閉化は、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。したがって、劣化した電池を交換するために電池モジュールを解体すると、交換する必要のない電池において、密閉性が維持されず、電解液漏れが発生する場合がある。電池交換時の電解液漏れを防止するためには、電池モジュールの解体前に電解液を抜き取り、組立て後に再注入する必要があるので、電池交換作業の負担が大きく、電池モジュールを長期にわたって使用することが困難であるという課題があった。
【００１０】
また、性能劣化を起こした電池を電池モジュールから抜き出して、性能劣化を起こした電池から電極体等を取り出して、新しい電極体等に交換して再度活性化等をして新しい電池として再生することがあるところ、電池を分解して電極体を取り出すのが困難で、手間を生じるという課題があった。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、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、電池単独で密閉性が確保され、電池モジュールにおける電池交換が容易とともに分解して電極体等の交換が容易なアルカリ二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために本発明に係るアルカリ二次電池は、第１枠形部材と当該第１枠形部材の一方開口部を覆う第１蓋部材を有する第１ケーシングと、第２枠形部材と当該第２枠形部材の一方開口部を覆う第２蓋部材を有する第２ケーシングとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの他方開口部をつきあわせてなるケーシング本体の内部空間に、正極及び負極を含む電極体と電解液とが収納される。
【００１３】
この構成によれば、第１ケーシングと第２ケーシングの寸法形状の統一を行うことにより、部品の共通化を図ることができる。また、枠形部材及び蓋部材の形状を好ましくは矩形とすることにより、角形のアルカリ二次電池とすることができる。角形の二次電池は電池の大型化を図る上で取扱いにおいて、また、冷却を図る上で有利となる。
【００１４】
そして、電解液としてはアルカリ系水溶液を用いており、電解液と電極体とを組み合わせて第１ケーシングと第２ケーシングで囲まれる空間内に収納されて電池を構成する。なお、第１蓋部材と第２蓋部材がそれぞれ正極集電体と負極集電体を構成するので、電極体は、第１蓋部材と第２蓋部材が対向する第１ケーシングと第２ケーシングで囲まれた空間に収納されることになる。
【００１５】
請求項２に係るアルカリ二次電池においては、前記電極体が、前記正極を形成する正極体と前記負極を形成する負極体とがセパレータを介して交互に積層して相対向する構造を有し、前記正極体及び前記負極体はそれぞれ前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材に電気的に接続され、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が絶縁物である。
【００１６】
この構成によれば、第１蓋部材は正極体と接触により電気的に接続された状態、第２蓋部材は負極体と接触により電気的に接続された状態となっており、第１蓋部材及び第２蓋部材が、それぞれ、正極集電体及び負極集電体を構成する。つまり電極体と集電体とは溶接によらず接触により電気的に接続されてところに特徴を有している。
【００１７】
また、セパレータには、正極体と負極体とがこれを介して相対向するように交互に積層できるものを用いればよい。このようなセパレータとしては、例えば、後記するプリーツ状や蛇腹状のもの、コの字状、Ｓの字状、袋状のものなどを用いることができる。
【００１８】
請求項３に係るアルカリ二次電池においては、前記セパレータがプリーツ状のセパレータである。
【００１９】
この構成によれば、セパレータをプリーツ状（蛇腹状）に折り曲げた構造とすることにより正極体と負極体とがセパレータを介して交互に積層できる。
【００２０】
請求項４に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材が、前記第１枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第１枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有し、前記第２蓋部材が、前記第２枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第２枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有している。
【００２１】
この構成によれば、蓋部材の突曲部は、平板状の板部材の縁部を折り曲げて構成してもよく、また絞り加工により構成してもよい。この突曲部が枠型部材の外周面または内周面もしくは枠型部材表面に設けた溝等に嵌合して、蓋部材は枠型部材の一方開口部を塞ぐ蓋として機能するようにしてもよい。
【００２２】
そして、この突曲部は、例えば矩形状の板部材を用いる場合、枠形部材の互いに対向する少なくとも１組の辺にほぼ沿うように折り曲げて形成してもよい。すなわち、突曲部は矩形平板状の板部材の互いに対向する一対の縁部を折り曲げて１組の突曲部としてもよく、４つの縁部すべてを折り曲げて２組の突曲部としてもよい。つまり、蓋部材は、対向する位置に少なくとも１組の突曲部があれば、枠形部材と嵌合することにより蓋として機能する。
【００２３】
請求項５に係るアルカリ二次電池においては、前記ケーシング本体の内部に電解液が注入された後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスが注入されたことにより、前記ケーシング本体内部が減圧されて、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが密閉されている。
【００２４】
この構成によれば、充電過程において発生する水素が電池内部の酸素ガスと結合して水となるので、ケーシング内が減圧されて負圧となることにより第１ケーシングと第２ケーシングとが密閉される。
【００２５】
請求項６に係るアルカリ二次電池においては、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が、厚み方向に凹み形成した圧入溝を有し、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記圧入溝に圧入されている。
【００２６】
この構成によれば、前記蓋部材の突局部が前記枠形部材の所定位置にきっちりと固定できるため、ズレが生じにくく作業性もよい。
【００２７】
また、圧入溝は、前記蓋部材の突曲部に対応する位置に設ければよく、枠形部材の全周に渡る周回溝としてもよい。さらに、圧入溝は、深さ方向に均一な幅の溝であってもよいし、圧入溝の開口部から底部に向かって次第に幅狭となる略台形状の溝であってもよい。
【００２８】
請求項７に係るアルカリ二次電池においては、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材とが、それぞれ、シール剤により互いにシールされている。
【００２９】
この構成によれば、アルカリ二次電池をシールすることができる。また、シール剤の代わりに接着剤を用いてもよい。
【００３０】
請求項８に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材にインサート成形により接合されている。
【００３１】
この構成によれば、各蓋部材と各枠形部材とをそれぞれ一体として形成でき、これらを強固に固定できる。また、インサート成形においては、液密に接合されていることが好ましい。液密に接合されることにより密閉性が向上する。
【００３２】
請求項９に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の内方に折り曲げられている。
【００３３】
この構成によれば、突曲部の先端部を折り曲げＬの字状やレの字状とすることで、シール性を向上できる。また、第１蓋部材及び第２蓋部材の内方に折り曲げを絞り加工により行ってもよい。なお、絞り加工とは加圧によって可塑性素材を変形させる加工方法で、通常はオス型とメス型の金型に可塑性素材を挟み込み、プレスして絞ることにより、つなぎ目の無い曲がり部分をつくる加工方法である。
【００３４】
請求項１０に係るアルカリ二次電池においては、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、シール剤によりシールされている。
【００３５】
この構成によれば、第１ケーシングと第２ケーシングとの接合部がシールされ、ケーシング本体のシール性があがる。また、シール剤の代わりに接着剤を用いてもよい。
【００３６】
請求項１１に係るアルカリ二次電池の製造方法は、第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、それぞれ、インサート成形して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、前記インサート成形工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備える。
【００３７】
請求項１２に係るアルカリ二次電池の製造方法は、厚み方向に凹み形成される圧入溝を有する第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材の前記圧入溝に圧入して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、前記圧入工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備える。
【００３８】
請求項１３に係るアルカリ二次電池の製造方法においては、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとよりなるケーシング本体の内部に電解液を注入した後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスを注入する工程を有する。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように、本発明に係るアルカリ二次電池及びその製造方法によれば、アルカリ二次電池が、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、電池単独で密閉性が確保され、電池モジュールにおける電池交換が容易とともに電池の再生のために分解して電極体等の交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアルカリ二次電池が使用される電池モジュールを示す概略構成図である。（ｂ）は、（ａ）における電池Ｃを抜き出して示した図である。（ｃ）は、連通ユニットが円筒形の場合を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアルカリ二次電池を示す部分破断断面図である。
【図３】図２のアルカリ二次電池の電解液注入工程を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るアルカリ二次電池の要部を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す同断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るアルカリ二次電池に使用される枠形部材を示す平面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の要部を示す断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、（ａ）の変形例を示す同断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の射出成型による組立工程の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の組立方法の工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る実施形態を図面を用いて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
まず、各実施形態に共通する事項について説明した後に各実施形態に固有な構造について説明する。
【００４３】
［電池の構造］
（共通構造）
図１（ａ）は、本発明の実施形態に共通するアルカリ二次電池が適用される電池モジュールを示す概略構成図である。この電池モジュールＢは、例えば、電車に搭載されるものであって、単位電池Ｃ（以下、単に「電池Ｃ」という）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、これらがハウジング（図示せず）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、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、繰り返し充放電が可能なニッケル水素二次電池として構成されている。
【００４４】
図２は、図１の電池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１３及び負極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１８とを備えている。そして、ケーシング１８は、それぞれ、第１枠形部材２１と第１蓋部材２３とからなる第1ケーシング１９と、第２枠形部材２２と第２蓋部材２５とからなる第２ケーシング２０とから構成されている。
【００４５】
ここで、第1ケーシング１９は絶縁素材からなる矩形の第１枠形部材２１と第１枠形部材２１の片側の開口を覆う第１蓋部材２３とから構成されていて、同様に、第２ケーシング２０は絶縁素材からなる矩形の第２枠形部材２２と第２枠形部材２２の片側の開口を覆う第２蓋部材２５とから構成されている。
【００４６】
なお、第1ケーシング１９の第１蓋部材２３と第２ケーシング２０の第２蓋部材２５とが、両枠部材２１，２２を介して互いに対向しているので、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０で囲まれる空間内に電極体１７が収納可能となっている。
【００４７】
第１ケーシング１９と第２ケーシング２０との接合部２１ｃ、２２ｃには、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０と間をシールするためのアスファルトピッチがシール剤４９として塗布されている。ここに、シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００４８】
なお、両枠形部材２１、２２を形成する絶縁素材として、本実施形態では変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂を用いているが、機械的強度、耐熱性及び耐電解液性の観点から種々の材料を選択できる。また、両蓋部材２３，２５を形成する素材として、導電素材であるニッケルめっきを施した鋼板を用いているが、電気化学的な特性や機械的強度、耐食性などを考慮して、適宜選択することができる。
【００４９】
電極体１７の構造は、特に限定されないが、例えば、複数の正極１３と複数の負極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（本実施形態では両蓋部材２３，２５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。第１ケーシング１９の第１蓋部材２３及び第２ケーシング２０の第２蓋部材２５は、導電性材料、例えばニッケルめっきを施した鋼板で形成されており、正極１３は第１蓋部材２３に、負極１５は第２蓋部材２５に、それぞれ電気的に接続されている。つまり、第１及び第２蓋部材２３，２５は、それぞれ、電池Ｃの正極集電体及び負極集電体を兼ねている。なお、セパレータ１１は、図２に示したプリーツ状のものに限らず、例えば、袋状のものを使用してもよい。
【００５０】
第１枠形部材２１及び第２枠部材２２の側面２１ａ、２２ａであって、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０との接合部２１ｃ、２２ｃには、電池Ｃの内部と外部とを連通させる連通ユニット３１が設けられている。連通ユニット３１は、連通ユニット３１が設けられている第１枠形部材２１または第２枠形部材２２の一辺にほぼ垂直に、第１蓋部材２３または第２蓋部材２５に向かって突出する連通部３１ａを有している。電池Ｃが、図１（ａ）のように電池モジュールＢとして組み立てられた状態では、連通ユニット３１に接続された連通部材３３を介して、複数の電池Ｃの内部が圧力調整弁３５や圧力計Ｐに連通されて、複数の電池Ｃ全体の内部圧力管理が行われる。
【００５１】
図１（ｂ）は図１（ａ）における電池Ｃを抜き出して示した図である。また、連通ユニット３１は矩形である必要はなく円筒形であってもよい。図１（ｃ）は連通ユニット３１が円筒形の場合を示す図である。
【００５２】
ケーシング１８からの電解液漏れを防止するためには、高酸素濃度ガスをケーシング１８内に注入することにより、ケーシング１８の十分な密閉性が確保されるが、その詳細については後述する。
【００５３】
以上、各実施形態に共通の事項を説明してきたが、以下にケーシング１８の個別の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、代表として正極側の第１蓋部材２３側についてのみ説明する場合があるが、負極側である第２蓋部材２５側も第１蓋部材２３側と同様の構造を有している。また、同様に第１ケーシング１９についてのみ説明する場合、第２ケーシング２０も第１ケーシング１９と同様の構造を有している。
【００５４】
（第１実施形態の構造）
図２の要部を拡大した図４（ａ）に示すように、第１ケーシング１９の第１蓋部材２３は、平板状の本体部２３ａと、本体部２３ａの縁部から対向方向Ｘに突接された突曲部２３ｂとを有している。一方、第１枠形部材２１の、一方の開口部を形成する端部２１ｂには、対向方向Ｘに凹となる圧入溝４７が形成されている。図５の枠部材の平面図に示すように、圧入溝４７は、これら端部２１ｂの全周に渡る周回溝として形成されている。第１枠形部材２１の、他方の開口部を形成する接合部２１ｃの表面は滑らかに仕上げられている。
【００５５】
そして、圧入溝４７は、その開口４７ａから底部４７ｂに向かって次第に幅狭となるほぼ台形状の断面形状を有している。より具体的には、圧入溝４７の開口４７ａにおける幅Ｗｇ１は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも大きく設定されており、一方、圧入溝４７の底部４７ｂにおける幅Ｗｇ２は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも小さく設定されている。第１蓋部材２３の突曲部２３ｂは、このように形成された圧入溝４７に、底部４７ｂに向かって押し込まれることにより圧入されている。
【００５６】
さらに、圧入溝４７の内壁面４７ｃには、この内壁面４７ｃと第１蓋部材２３の突曲部２３ｂとをシールするためのシール剤４９としてアスファルトピッチが塗布されている。同様に、第１枠形部材２１の端部２１ｂの、圧入溝４７よりも内側の部分、つまり第１蓋部材２３に対向する対向領域２１ｂａには、アスファルトピッチがシール剤４９として塗布されており、このシール剤４９を介して第１枠形部材２１の端部２１ｂと第１蓋部材２３とがシールされている。
【００５７】
このようにシール剤４９を用いて第１枠形部材２１と第１蓋部材２３とをシールすることにより、電池Ｃの密閉性が一層向上する。なお、シール剤４９としては、接着能力を有する接着剤を用いてもよい。また、シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００５８】
また、本実施形態の第１蓋部材２３は、第１枠形部材２１の４つの側面２１ａに平行に延びる４つの突曲部２３ｂを有しているが、これらの突曲部２３ｂは、隣接する突曲部２３ｂ同士が連続的に、つまり突曲部２３ｂ間に隙間が存しないように形成されている。本実施形態では、第１蓋部材２３全体を絞り加工によって作製することにより、隣接する突曲部２３ｂ同士が連続的に形成されている。第１蓋部材２３をこのように構成すれば、第１ケーシング１９の密閉性が維持されない場合でも、電池Ｃを、対向方向Ｘが鉛直方向に合致するように配置することにより、電解液がこれら第１蓋部材２３から外部に漏れることが防止される。なお、隣接する突曲部２３ｂ同士を連続的に形成する方法としては、上記の絞り加工に限らず、例えば、突曲部２３ｂを折り曲げ加工により形成した後に隣接する突曲部２３ｂ同士を溶接するなど、どのような方法を採用してもよい。
【００５９】
さらに、本実施例に係る構造として図４（ｂ）に示すように、圧入溝４７の開口部４７ａと底部４７ｂの大きさに差が設けられておらず、圧入溝４７が垂直穴となっていて、圧入溝４７の開口４７ａにおける幅Ｗｇ１は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも小さく設定されており、第１蓋部材２３が第１枠型部材２１に圧入される構造となっていてもよい。
【００６０】
なお、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが圧入溝４７の底部４７ｂに当接していないことは、図４（ａ）と（ｂ）とで共通している。
【００６１】
（第２実施形態の構造）
次に、本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池について説明する。
図２の要部を拡大した図６に示すように、第１ケーシング１９の第１蓋部材２３は、平板状の本体部２３ａと、本体部２３ａの縁部から対向方向Ｘに突設された突曲部２３ｂとを有している。同様に、第２ケーシング２０の第２蓋部材２５は、平板状の本体部２５ａと、本体部２５ａの縁部から対向方向Ｘに突設された突曲部２５ｂとを有している。
【００６２】
第１蓋部材２３と第１枠形部材２１とを、射出成形のインサート成形によって、金属製の第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが樹脂製の第１枠形部材２１に埋め込まれた状態に一体的に形成し、同様に第２蓋部材２５と第２枠形部材２２とを射出成形のインサート成形によって一体的に形成した後に、両蓋部材２３，２５間に電極体１７を介在させた状態で、第１枠形部材２１と第２枠形部材２２を接着能力を有するシール剤４９によって接合することにより、ケーシング１８を形成してもよい。電池Ｃをこのような構造とすれば、両蓋部材２３，２５と両枠形部材２１、２２とを別体に形成した後に組み立てる場合に比べて、電池Ｃの組立並びに分解作業が容易になる。
【００６３】
また、液密にインサート成形することにより、両蓋部材２３，２５と両枠形部材２１、２２との密閉性が更に高まる。
【００６４】
第１ケーシング１９は、正極集電体を形成する第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが、第１枠形部材２１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。
【００６５】
以下、図６（ａ）〜（ｂ）を参照しながら第２実施形態について説明する
図６（ａ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂは、第１枠形部材２１の内部にその全体が埋没しており、突曲部２３ｂの表面が第１枠形部材２１に接合して接合面を形成している。この接合面５５は短いハッチングで示されている。
【００６６】
第１枠形部材２１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、ポリプロピレン及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。第１蓋部材２３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。第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの、第１枠形部材２１に接合される上述の接合面５５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。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。
【００６７】
図６（ｂ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂに、突曲部２３ｂからさらに縦方向Ｙの第１蓋部材２３の内方に折り曲げた鍔部２３ｃが設けられている。このように鍔部３３ｃを設けることにより、接合面５５の沿面距離が長くなり、シール性が高まることにより密閉性が向上する。
【００６８】
突曲部２３ｂを外方に折り曲げても沿面距離を大きくすることは可能である。もっとも、係る場合は、第１蓋部材２３の外径寸法が大きくなり、電池寸法が大きくなるので好ましくない場合がある。
【００６９】
更に、図６（ｃ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の鍔部２３ｃを更に本体部２３ａの方向に折り曲げてなる。このような形態にすれば、更に沿面距離は大きくなり密閉性は向上する。
【００７０】
更に、図６（ｄ）に示す実施形態によれば、鍔部２３ｃを本体部２３ａと反対方向に折り曲げた後に、縦方向Ｙであって第１蓋部材２３の外方に折り曲げてもよい。電池モジュールＢの締め付け圧力がかかるＸ方向の強度が向上すると共に密閉性の向上が期待できる。
【００７１】
［電池の製造方法］
（ケーシングの組立工程）
次に、前記第２実施形態に係る、第１ケーシング１９の組立方法について説明する。本実施形態に係る第１ケーシング１９の組立方法は、以下の工程Ａ〜Ｃを含んでいる。
【００７２】
・工程Ａ
工程Ａでは、ニッケルめっき鋼板で形成されている第１蓋部材２３の突曲部２３ｂ表面の、第１枠形部材２１と接合させる部分である接合面２７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、第１枠形部材２１を形成する樹脂と第１蓋部材２３との接触面積が増し、接合面２７において十分な接合強度を確保することが可能になる。
【００７３】
・工程Ｂ
工程Ｂでは、図７に示すように、第１枠形部材２１を形成するための成形型６３内に設置する。成形型６３は、成形型６３内に設置される第１蓋部材２３の本体部２３ａと垂直方向Ｘにほぼ均等に分割された２つの分割型６３ａ及び６３ｂで形成されている。つまり、成形型６３は、第１蓋部材２３にほぼ平行な分割面によって分割型６３ａと６３ｂとに分割されており、分割面に沿って樹脂の注入孔６５が設けられている。
【００７４】
・工程Ｃ
工程Ｃでは、成形型６３内に、樹脂の射出圧に耐え得る剛性と耐熱性とを有していてインサート成形に適し、耐アルカリ水溶液性を有し、かつ電気絶縁性を有する樹脂、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、ポリプロピレン及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６５から射出注入して、インサート成形により図６の第１枠形部材２１を形成する。樹脂が固まるまで冷却した後、成形型６３を開いて第１ケーシング１９を取り出す。
【００７５】
また、図７に示すように、成形型６３の第１蓋部材２３に接する面に、第１蓋部材２３を受け入れて、第１枠形部材２１の横方向Ｙ及び紙面に直角横方向Ｚの位置を規制する位置決め凹部６７を設けることが好ましい。このように成形型６３に位置決め凹部６７を設けた場合には、成形型６３内での第１枠形部材２１の位置が安定するので、第１ケーシング１９の製造が容易となり、かつ、電池間の組立寸法のばらつきを抑制することができる。
【００７６】
上記で説明した各実施形態に係る第１ケーシング１９によれば、インサート成形を用いた樹脂−金属間の接合によって、金属製の第１蓋部材２３と樹脂製の第１枠形部材２１とが液密に接合されているので、第１ケーシング１９はそれ自体で十分な密閉性を有している。
【００７７】
（電池の組立工程）
次に、前記第２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〜ＶＩを含んでいる。なお、本実施形態に係る組立方法は、図６（ａ）〜（ｄ）に示したいずれのケーシング１８についても適用することができる。
【００７８】
・工程Ｉ
工程Ｉでは、第１蓋部材２３または第２蓋部材２５を準備する。
【００７９】
・工程ＩＩ
そして、工程ＩＩでは、上記工程Ａ〜Ｃで示した方法により、第１ケーシング１９または第２ケーシング２０とを製造する。ここで、連通ユニット３１の取り付け方を左右対称等にして配慮すれば、第１ケーシング１９及び第２ケーシング２０の部品の共通化を図ることができる。
【００８０】
・工程ＩＩＩ
次に、工程ＩＩＩでは、例えば、セパレータ１１の上方から正極１３を、下方から負極１５を押し込み、図２に示すようなプリーツ状の積層構造を有する電極体１７の仮組み体１６を製造する。
【００８１】
・工程ＩＶ
工程ＩＶでは、仮組み体１６を第２ケーシング２０に組み込む。
【００８２】
・工程Ｖ
そして、工程Ｖでは、第１ケーシング１９を仮組み体１６の上方から装着して、対向配置した第１蓋部材２３と第２蓋部材２５との間に電極体１７となる仮組み体１６を介在させた状態にする。このとき、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０と間をシールするためのアスファルトピッチがシール剤４９として塗布されている。シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００８３】
・工程ＶＩ
最終的には工程ＶＩにおいて、第１ケーシング１９及び第２ケーシング２０を組み合わせたものをプレスして電池Ｃを製造する。
【００８４】
（注液工程）
第１実施形態と第２実施形態において、ケーシング１８に電極体１７を組み込んだ後に、電解液を電池Ｃの内部に注液する。電解液の注入工程については、電池の密閉化に関係するため、以下に詳述する。
［密閉性を更に確保するための変形例］
以上の第１及び第２実施形態で説明した構造とすればケーシング１８の気密性は十分確保されるが、以下の方法と組み合わせることにより、一層効果的かつ確実に気密性が向上する。
【００８５】
図３の模式図を参照しながら以下に詳しく説明するように、前記連通ユニット３１を利用して、空気よりも高い酸素濃度を有するガス（以下、高酸素濃度ガスＯＧと称す）を注入することにより、ケーシング１９内部が減圧されてケーシング１９の密閉性が確保される。
【００８６】
図３に示すように、電池Ｃの製造工程において、電極体１７がケーシング１９内に収容された後に、連通ユニット３１の連通部３１ａに、外部から電解液を注入するための注入経路を形成する注入管３７が接続される。注入管３７の、連通ユニット３１に接続されていない他端に、電解液源として電解液を貯蔵する電解液タンク３９が接続されている。より具体的には、電解液タンク３９の底部に、電解液の導出口３９ａが設けられており、この導出口３９ａに注入管３７が接続されている。また、電解液タンク３９には、電解液と共に、高酸素濃度ガスＯＧが封入されている。
【００８７】
さらに、注入管３７の中途には、三方バルブ４１が設けられており、三方バルブ４１を介して、減圧注液用の真空ポンプ４３が注入管３７に接続されている。流路を切り替える機構である三方バルブ４１の操作によって、ケーシング１９の内部が、電解液タンク３９及び真空ポンプ４３の一方に選択的に連通される。
【００８８】
このように設定された状態から、まず、三方バルブ４１の切り替えによって、ケーシング１９の内部と真空ポンプ４３を連通させ、真空ポンプ４３によってケーシング１９内部を所定の圧力まで減圧する。その後、三方バルブ４１の切り替えによって、ケーシング１９内部と電解液タンク３９を連通させると、ケーシング１９内部と電解液タンク３９内部との差圧によって、電解液が注入管３７を通ってケーシング１９内部に注入される。さらに、電解液が注入された後に、電解液タンク３９内の高酸素濃度ガスＯＧが、電解液の場合と共通の注入管３７を介してケーシング１９内部に注入される。
【００８９】
ケーシング１９内に注入された高酸素濃度ガスＯＧ中の酸素ガスは、負極活物質である水素吸蔵合金内の水素と反応して液体の水（Ｈ2Ｏ）となるので、ケーシング１９内部が減圧され、これにより第１枠形部材２１と、第１及び第２蓋部材２３，２５とが密閉される。
【００９０】
高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入するのは、電池モジュールを組み立てて、電池モジュールを活性化した後に行なう。これは、電池モジュールを活性化した際に、電池モジュールを構成する電池の一つに不具合な電池が発見された場合に、電池の密閉性を確保しつつ当該不具合電池を交換するためである。すなわち、電池を交換するために電池モジュールを解体すると、交換する必要のない電池において、密閉性が維持されず、電解液漏れが発生する場合があるが、高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入すれば電池の密閉化が行なわれて、電池交換時の電解液漏れを防止することができるからである。
【００９１】
このように、従来から内圧管理や電解液注入のために使用されてきた連通ユニット３１を利用してケーシング１９内に高酸素濃度ガスＯＧを注入するので、設計変更を伴うことなく電池Ｃの密閉性が向上する。また、従来から電解液注入のために使用していた注入管３７や真空ポンプ４３などの設備を利用するので、追加の設備を要せずに電池Ｃの密閉性を向上させることができる。
【００９２】
もっとも、高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入するための注入経路を、電解液の注入経路とは別に設けてもよく、その場合には電解液及び高酸素濃度ガスＯＧの注入量の制御が容易になる。
【００９３】
なお、ケーシング１９の密閉性を十分に確保するための高酸素濃度ガスＯＧの酸素濃度は、空気の酸素含有率よりも大きければどのような値でもよいが、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上である。
【００９４】
上記実施形態に係るアルカリ二次電池Ｃによれば、ケーシング１９内に注入されたガス中の酸素が、電池Ｃの負極（ニッケル水素合金）中の水素と反応することにより、液体の水（Ｈ2Ｏ）となるので、ケーシング１９内部が減圧される。この減圧による差圧によって、ケーシング１９を構成する第１，第２蓋部材２３，２５と第１枠形部材２１とが密着するので、電池Ｃ単独での密閉性が確保され、電解液漏れが効果的に防止される。その結果、この電池を複数用いて構成される電池モジュールＢの電池交換作業が容易となる。
【００９５】
また、上記の各実施形態においては、電池Ｃをニッケル水素二次電池として説明したが、酸素ガスと電極が反応して液体の水を生成するアルカリ二次電池であればどのような種類の電池にも、例えばニッケルカドミウム二次電池にも、本発明を適用することが可能である。
【００９６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係るアルカリ二次電池は、自動車や電車などの車両に搭載して、電力貯蔵等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１１ セパレータ
１３ 正極
１５ 負極
１６ 仮組み体
１７ 電極体
１８ ケーシング
１９ 第１ケーシング
２０ 第２ケーシング
２１ 第１枠形部材
２１ａ 側面
２１ｂ 端部
２１ｃ 接合部
２２ 第２枠形部材
２３ 第１蓋部材
２３ａ 本体部
２３ｂ 突曲部
２３ｃ 鍔部
２３ｄ 端子面
２３ｅ 集電面
２５ 第２蓋部材
２５ａ 本体部
２５ｂ 突曲部
２７ 接合面
３１ 連通ユニット
３１ａ 連通部（二叉）
３３ 連通部材
３４ リザーバー
３５ 圧力調整弁
３７ 注入管（注入経路）
３９ 電解液タンク
３９ａ 導出口
４１ 三方バルブ
４３ 真空ポンプ
４７ 圧入溝
４７ａ 開口
４７ｂ 底部
４７ｃ 内壁面
４９ シール剤
５１ 係合部
５３ 係合溝
６３ 成形型
６３ａ、６３ｂ 分割型
６５ 注入孔
６７ 凹部
Ｃ 電池
Ｂ 電池モジュール
Ｐ 圧力計
ＯＧ 高酸素濃度ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ二次電池関し、特に、複数個接続されて電池モジュールとして使用されるアルカリ二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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構造を採用しており、構造が簡易であると同時に、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。
【０００３】
ところで、近年、省エネルギーやＣＯ2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、ＣＯ2の排出量を削減することができる。
【０００４】
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、高電圧及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、及び、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（例えば、特許文献１）。
【０００５】
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、対向配置された正極・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及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（例えば、特許文献２）。
【０００６】
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締め付けることにより、密閉構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１０３８１号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１２５５４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多数の電池を接続して構成した電池モジュールでは、充放電を繰り返すうちに、電池間で電池性能の劣化度合いに差が生じることがある。性能劣化の大きい電池が生じると、その影響を受けて電池モジュール全体の充放電性能が低下するが、このような場合でも、性能劣化の大きい電池のみを新しい電池に交換することにより、電池モジュール全体の充放電性能を維持することが可能になる。
【０００９】
しかしながら、上記電池の密閉化は、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。したがって、劣化した電池を交換するために電池モジュールを解体すると、交換する必要のない電池において、密閉性が維持されず、電解液漏れが発生する場合がある。電池交換時の電解液漏れを防止するためには、電池モジュールの解体前に電解液を抜き取り、組立て後に再注入する必要があるので、電池交換作業の負担が大きく、電池モジュールを長期にわたって使用することが困難であるという課題があった。
【００１０】
また、性能劣化を起こした電池を電池モジュールから抜き出して、性能劣化を起こした電池から電極体等を取り出して、新しい電極体等に交換して再度活性化等をして新しい電池として再生することがあるところ、電池を分解して電極体を取り出すのが困難で、手間を生じるという課題があった。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、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、電池単独で密閉性が確保され、電池モジュールにおける電池交換が容易とともに分解して電極体等の交換が容易なアルカリ二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために本発明に係るアルカリ二次電池は、第１枠形部材と当該第１枠形部材の一方開口部を覆う第１蓋部材を有する第１ケーシングと、第２枠形部材と当該第２枠形部材の一方開口部を覆う第２蓋部材を有する第２ケーシングとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの他方開口部をつきあわせてなるケーシング本体の内部空間に、正極及び負極を含む電極体と電解液とが収納される。
【００１３】
この構成によれば、第１ケーシングと第２ケーシングの寸法形状の統一を行うことにより、部品の共通化を図ることができる。また、枠形部材及び蓋部材の形状を好ましくは矩形とすることにより、角形のアルカリ二次電池とすることができる。角形の二次電池は電池の大型化を図る上で取扱いにおいて、また、冷却を図る上で有利となる。
【００１４】
そして、電解液としてはアルカリ系水溶液を用いており、電解液と電極体とを組み合わせて第１ケーシングと第２ケーシングで囲まれる空間内に収納されて電池を構成する。なお、第１蓋部材と第２蓋部材がそれぞれ正極集電体と負極集電体を構成するので、電極体は、第１蓋部材と第２蓋部材が対向する第１ケーシングと第２ケーシングで囲まれた空間に収納されることになる。
【００１５】
請求項２に係るアルカリ二次電池においては、前記電極体が、前記正極を形成する正極体と前記負極を形成する負極体とがセパレータを介して交互に積層して相対向する構造を有し、前記正極体及び前記負極体はそれぞれ前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材に電気的に接続され、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が絶縁物である。
【００１６】
この構成によれば、第１蓋部材は正極体と接触により電気的に接続された状態、第２蓋部材は負極体と接触により電気的に接続された状態となっており、第１蓋部材及び第２蓋部材が、それぞれ、正極集電体及び負極集電体を構成する。つまり電極体と集電体とは溶接によらず接触により電気的に接続されてところに特徴を有している。
【００１７】
また、セパレータには、正極体と負極体とがこれを介して相対向するように交互に積層できるものを用いればよい。このようなセパレータとしては、例えば、後記するプリーツ状や蛇腹状のもの、コの字状、Ｓの字状、袋状のものなどを用いることができる。
【００１８】
請求項３に係るアルカリ二次電池においては、前記セパレータがプリーツ状のセパレータである。
【００１９】
この構成によれば、セパレータをプリーツ状（蛇腹状）に折り曲げた構造とすることにより正極体と負極体とがセパレータを介して交互に積層できる。
【００２０】
請求項４に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材が、前記第１枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第１枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有し、前記第２蓋部材が、前記第２枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第２枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有している。
【００２１】
この構成によれば、蓋部材の突曲部は、平板状の板部材の縁部を折り曲げて構成してもよく、また絞り加工により構成してもよい。この突曲部が枠型部材の外周面または内周面もしくは枠型部材表面に設けた溝等に嵌合して、蓋部材は枠型部材の一方開口部を塞ぐ蓋として機能するようにしてもよい。
【００２２】
そして、この突曲部は、例えば矩形状の板部材を用いる場合、枠形部材の互いに対向する少なくとも１組の辺にほぼ沿うように折り曲げて形成してもよい。すなわち、突曲部は矩形平板状の板部材の互いに対向する一対の縁部を折り曲げて１組の突曲部としてもよく、４つの縁部すべてを折り曲げて２組の突曲部としてもよい。つまり、蓋部材は、対向する位置に少なくとも１組の突曲部があれば、枠形部材と嵌合することにより蓋として機能する。
【００２３】
請求項５に係るアルカリ二次電池においては、前記ケーシング本体の内部に電解液が注入された後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスが注入されたことにより、前記ケーシング本体内部が減圧されて、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが密閉されている。
【００２４】
この構成によれば、充電過程において発生する水素が電池内部の酸素ガスと結合して水となるので、ケーシング内が減圧されて負圧となることにより第１ケーシングと第２ケーシングとが密閉される。
【００２５】
請求項６に係るアルカリ二次電池においては、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が、厚み方向に凹み形成した圧入溝を有し、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記圧入溝に圧入されている。
【００２６】
この構成によれば、前記蓋部材の突局部が前記枠形部材の所定位置にきっちりと固定できるため、ズレが生じにくく作業性もよい。
【００２７】
また、圧入溝は、前記蓋部材の突曲部に対応する位置に設ければよく、枠形部材の全周に渡る周回溝としてもよい。さらに、圧入溝は、深さ方向に均一な幅の溝であってもよいし、圧入溝の開口部から底部に向かって次第に幅狭となる略台形状の溝であってもよい。
【００２８】
請求項７に係るアルカリ二次電池においては、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材とが、それぞれ、シール剤により互いにシールされている。
【００２９】
この構成によれば、アルカリ二次電池をシールすることができる。また、シール剤の代わりに接着剤を用いてもよい。
【００３０】
請求項８に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材にインサート成形により接合されている。
【００３１】
この構成によれば、各蓋部材と各枠形部材とをそれぞれ一体として形成でき、これらを強固に固定できる。また、インサート成形においては、液密に接合されていることが好ましい。液密に接合されることにより密閉性が向上する。
【００３２】
請求項９に係るアルカリ二次電池においては、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の内方に折り曲げられている。
【００３３】
この構成によれば、突曲部の先端部を折り曲げＬの字状やレの字状とすることで、シール性を向上できる。また、第１蓋部材及び第２蓋部材の内方に折り曲げを絞り加工により行ってもよい。なお、絞り加工とは加圧によって可塑性素材を変形させる加工方法で、通常はオス型とメス型の金型に可塑性素材を挟み込み、プレスして絞ることにより、つなぎ目の無い曲がり部分をつくる加工方法である。
【００３４】
請求項１０に係るアルカリ二次電池においては、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、シール剤によりシールされている。
【００３５】
この構成によれば、第１ケーシングと第２ケーシングとの接合部がシールされ、ケーシング本体のシール性があがる。また、シール剤の代わりに接着剤を用いてもよい。
【００３６】
請求項１１に係るアルカリ二次電池の製造方法は、第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、それぞれ、インサート成形して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、前記インサート成形工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備える。
【００３７】
請求項１２に係るアルカリ二次電池の製造方法は、厚み方向に凹み形成される圧入溝を有する第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材の前記圧入溝に圧入して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、前記圧入工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備える。
【００３８】
請求項１３に係るアルカリ二次電池の製造方法においては、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとよりなるケーシング本体の内部に電解液を注入した後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスを注入する工程を有する。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように、本発明に係るアルカリ二次電池及びその製造方法によれば、アルカリ二次電池が、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、電池単独で密閉性が確保され、電池モジュールにおける電池交換が容易とともに電池の再生のために分解して電極体等の交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアルカリ二次電池が使用される電池モジュールを示す概略構成図である。（ｂ）は、（ａ）における電池Ｃを抜き出して示した図である。（ｃ）は、連通ユニットが円筒形の場合を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアルカリ二次電池を示す部分破断断面図である。
【図３】図２のアルカリ二次電池の電解液注入工程を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るアルカリ二次電池の要部を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す同断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るアルカリ二次電池に使用される枠形部材を示す平面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の要部を示す断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、（ａ）の変形例を示す同断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の射出成型による組立工程の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の組立方法の工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る実施形態を図面を用いて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
まず、各実施形態に共通する事項について説明した後に各実施形態に固有な構造について説明する。
【００４３】
［電池の構造］
（共通構造）
図１（ａ）は、本発明の実施形態に共通するアルカリ二次電池が適用される電池モジュールを示す概略構成図である。この電池モジュールＢは、例えば、電車に搭載されるものであって、単位電池Ｃ（以下、単に「電池Ｃ」という）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、これらがハウジング（図示せず）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、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、繰り返し充放電が可能なニッケル水素二次電池として構成されている。
【００４４】
図２は、図１の電池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１３及び負極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１８とを備えている。そして、ケーシング１８は、それぞれ、第１枠形部材２１と第１蓋部材２３とからなる第1ケーシング１９と、第２枠形部材２２と第２蓋部材２５とからなる第２ケーシング２０とから構成されている。
【００４５】
ここで、第1ケーシング１９は絶縁素材からなる矩形の第１枠形部材２１と第１枠形部材２１の片側の開口を覆う第１蓋部材２３とから構成されていて、同様に、第２ケーシング２０は絶縁素材からなる矩形の第２枠形部材２２と第２枠形部材２２の片側の開口を覆う第２蓋部材２５とから構成されている。
【００４６】
なお、第1ケーシング１９の第１蓋部材２３と第２ケーシング２０の第２蓋部材２５とが、両枠部材２１，２２を介して互いに対向しているので、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０で囲まれる空間内に電極体１７が収納可能となっている。
【００４７】
第１ケーシング１９と第２ケーシング２０との接合部２１ｃ、２２ｃには、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０と間をシールするためのアスファルトピッチがシール剤４９として塗布されている。ここに、シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００４８】
なお、両枠形部材２１、２２を形成する絶縁素材として、本実施形態では変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂を用いているが、機械的強度、耐熱性及び耐電解液性の観点から種々の材料を選択できる。また、両蓋部材２３，２５を形成する素材として、導電素材であるニッケルめっきを施した鋼板を用いているが、電気化学的な特性や機械的強度、耐食性などを考慮して、適宜選択することができる。
【００４９】
電極体１７の構造は、特に限定されないが、例えば、複数の正極１３と複数の負極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（本実施形態では両蓋部材２３，２５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。第１ケーシング１９の第１蓋部材２３及び第２ケーシング２０の第２蓋部材２５は、導電性材料、例えばニッケルめっきを施した鋼板で形成されており、正極１３は第１蓋部材２３に、負極１５は第２蓋部材２５に、それぞれ電気的に接続されている。つまり、第１及び第２蓋部材２３，２５は、それぞれ、電池Ｃの正極集電体及び負極集電体を兼ねている。なお、セパレータ１１は、図２に示したプリーツ状のものに限らず、例えば、袋状のものを使用してもよい。
【００５０】
第１枠形部材２１及び第２枠部材２２の側面２１ａ、２２ａであって、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０との接合部２１ｃ、２２ｃには、電池Ｃの内部と外部とを連通させる連通ユニット３１が設けられている。連通ユニット３１は、連通ユニット３１が設けられている第１枠形部材２１または第２枠形部材２２の一辺にほぼ垂直に、第１蓋部材２３または第２蓋部材２５に向かって突出する連通部３１ａを有している。電池Ｃが、図１（ａ）のように電池モジュールＢとして組み立てられた状態では、連通ユニット３１に接続された連通部材３３を介して、複数の電池Ｃの内部が圧力調整弁３５や圧力計Ｐに連通されて、複数の電池Ｃ全体の内部圧力管理が行われる。
【００５１】
図１（ｂ）は図１（ａ）における電池Ｃを抜き出して示した図である。また、連通ユニット３１は矩形である必要はなく円筒形であってもよい。図１（ｃ）は連通ユニット３１が円筒形の場合を示す図である。
【００５２】
ケーシング１８からの電解液漏れを防止するためには、高酸素濃度ガスをケーシング１８内に注入することにより、ケーシング１８の十分な密閉性が確保されるが、その詳細については後述する。
【００５３】
以上、各実施形態に共通の事項を説明してきたが、以下にケーシング１８の個別の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、代表として正極側の第１蓋部材２３側についてのみ説明する場合があるが、負極側である第２蓋部材２５側も第１蓋部材２３側と同様の構造を有している。また、同様に第１ケーシング１９についてのみ説明する場合、第２ケーシング２０も第１ケーシング１９と同様の構造を有している。
【００５４】
（第１実施形態の構造）
図２の要部を拡大した図４（ａ）に示すように、第１ケーシング１９の第１蓋部材２３は、平板状の本体部２３ａと、本体部２３ａの縁部から対向方向Ｘに突接された突曲部２３ｂとを有している。一方、第１枠形部材２１の、一方の開口部を形成する端部２１ｂには、対向方向Ｘに凹となる圧入溝４７が形成されている。図５の枠部材の平面図に示すように、圧入溝４７は、これら端部２１ｂの全周に渡る周回溝として形成されている。第１枠形部材２１の、他方の開口部を形成する接合部２１ｃの表面は滑らかに仕上げられている。
【００５５】
そして、圧入溝４７は、その開口４７ａから底部４７ｂに向かって次第に幅狭となるほぼ台形状の断面形状を有している。より具体的には、圧入溝４７の開口４７ａにおける幅Ｗｇ１は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも大きく設定されており、一方、圧入溝４７の底部４７ｂにおける幅Ｗｇ２は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも小さく設定されている。第１蓋部材２３の突曲部２３ｂは、このように形成された圧入溝４７に、底部４７ｂに向かって押し込まれることにより圧入されている。
【００５６】
さらに、圧入溝４７の内壁面４７ｃには、この内壁面４７ｃと第１蓋部材２３の突曲部２３ｂとをシールするためのシール剤４９としてアスファルトピッチが塗布されている。同様に、第１枠形部材２１の端部２１ｂの、圧入溝４７よりも内側の部分、つまり第１蓋部材２３に対向する対向領域２１ｂａには、アスファルトピッチがシール剤４９として塗布されており、このシール剤４９を介して第１枠形部材２１の端部２１ｂと第１蓋部材２３とがシールされている。
【００５７】
このようにシール剤４９を用いて第１枠形部材２１と第１蓋部材２３とをシールすることにより、電池Ｃの密閉性が一層向上する。なお、シール剤４９としては、接着能力を有する接着剤を用いてもよい。また、シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００５８】
また、本実施形態の第１蓋部材２３は、第１枠形部材２１の４つの側面２１ａに平行に延びる４つの突曲部２３ｂを有しているが、これらの突曲部２３ｂは、隣接する突曲部２３ｂ同士が連続的に、つまり突曲部２３ｂ間に隙間が存しないように形成されている。本実施形態では、第１蓋部材２３全体を絞り加工によって作製することにより、隣接する突曲部２３ｂ同士が連続的に形成されている。第１蓋部材２３をこのように構成すれば、第１ケーシング１９の密閉性が維持されない場合でも、電池Ｃを、対向方向Ｘが鉛直方向に合致するように配置することにより、電解液がこれら第１蓋部材２３から外部に漏れることが防止される。なお、隣接する突曲部２３ｂ同士を連続的に形成する方法としては、上記の絞り加工に限らず、例えば、突曲部２３ｂを折り曲げ加工により形成した後に隣接する突曲部２３ｂ同士を溶接するなど、どのような方法を採用してもよい。
【００５９】
さらに、本実施例に係る構造として図４（ｂ）に示すように、圧入溝４７の開口部４７ａと底部４７ｂの大きさに差が設けられておらず、圧入溝４７が垂直穴となっていて、圧入溝４７の開口４７ａにおける幅Ｗｇ１は、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの厚みＷｃよりも小さく設定されており、第１蓋部材２３が第１枠型部材２１に圧入される構造となっていてもよい。
【００６０】
なお、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが圧入溝４７の底部４７ｂに当接していないことは、図４（ａ）と（ｂ）とで共通している。
【００６１】
（第２実施形態の構造）
次に、本発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池について説明する。
図２の要部を拡大した図６に示すように、第１ケーシング１９の第１蓋部材２３は、平板状の本体部２３ａと、本体部２３ａの縁部から対向方向Ｘに突設された突曲部２３ｂとを有している。同様に、第２ケーシング２０の第２蓋部材２５は、平板状の本体部２５ａと、本体部２５ａの縁部から対向方向Ｘに突設された突曲部２５ｂとを有している。
【００６２】
第１蓋部材２３と第１枠形部材２１とを、射出成形のインサート成形によって、金属製の第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが樹脂製の第１枠形部材２１に埋め込まれた状態に一体的に形成し、同様に第２蓋部材２５と第２枠形部材２２とを射出成形のインサート成形によって一体的に形成した後に、両蓋部材２３，２５間に電極体１７を介在させた状態で、第１枠形部材２１と第２枠形部材２２を接着能力を有するシール剤４９によって接合することにより、ケーシング１８を形成してもよい。電池Ｃをこのような構造とすれば、両蓋部材２３，２５と両枠形部材２１、２２とを別体に形成した後に組み立てる場合に比べて、電池Ｃの組立並びに分解作業が容易になる。
【００６３】
また、液密にインサート成形することにより、両蓋部材２３，２５と両枠形部材２１、２２との密閉性が更に高まる。
【００６４】
第１ケーシング１９は、正極集電体を形成する第１蓋部材２３の突曲部２３ｂが、第１枠形部材２１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。
【００６５】
以下、図６（ａ）〜（ｂ）を参照しながら第２実施形態について説明する
図６（ａ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂは、第１枠形部材２１の内部にその全体が埋没しており、突曲部２３ｂの表面が第１枠形部材２１に接合して接合面を形成している。この接合面５５は短いハッチングで示されている。
【００６６】
第１枠形部材２１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、ポリプロピレン及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。第１蓋部材２３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。第１蓋部材２３の突曲部２３ｂの、第１枠形部材２１に接合される上述の接合面５５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。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。
【００６７】
図６（ｂ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の突曲部２３ｂに、突曲部２３ｂからさらに縦方向Ｙの第１蓋部材２３の内方に折り曲げた鍔部２３ｃが設けられている。このように鍔部３３ｃを設けることにより、接合面５５の沿面距離が長くなり、シール性が高まることにより密閉性が向上する。
【００６８】
突曲部２３ｂを外方に折り曲げても沿面距離を大きくすることは可能である。もっとも、係る場合は、第１蓋部材２３の外径寸法が大きくなり、電池寸法が大きくなるので好ましくない場合がある。
【００６９】
更に、図６（ｃ）に示す実施形態によれば、第１蓋部材２３の鍔部２３ｃを更に本体部２３ａの方向に折り曲げてなる。このような形態にすれば、更に沿面距離は大きくなり密閉性は向上する。
【００７０】
更に、図６（ｄ）に示す実施形態によれば、鍔部２３ｃを本体部２３ａと反対方向に折り曲げた後に、縦方向Ｙであって第１蓋部材２３の外方に折り曲げてもよい。電池モジュールＢの締め付け圧力がかかるＸ方向の強度が向上すると共に密閉性の向上が期待できる。
【００７１】
［電池の製造方法］
（ケーシングの組立工程）
次に、前記第２実施形態に係る、第１ケーシング１９の組立方法について説明する。本実施形態に係る第１ケーシング１９の組立方法は、以下の工程Ａ〜Ｃを含んでいる。
【００７２】
・工程Ａ
工程Ａでは、ニッケルめっき鋼板で形成されている第１蓋部材２３の突曲部２３ｂ表面の、第１枠形部材２１と接合させる部分である接合面２７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、第１枠形部材２１を形成する樹脂と第１蓋部材２３との接触面積が増し、接合面２７において十分な接合強度を確保することが可能になる。
【００７３】
・工程Ｂ
工程Ｂでは、図７に示すように、第１枠形部材２１を形成するための成形型６３内に設置する。成形型６３は、成形型６３内に設置される第１蓋部材２３の本体部２３ａと垂直方向Ｘにほぼ均等に分割された２つの分割型６３ａ及び６３ｂで形成されている。つまり、成形型６３は、第１蓋部材２３にほぼ平行な分割面によって分割型６３ａと６３ｂとに分割されており、分割面に沿って樹脂の注入孔６５が設けられている。
【００７４】
・工程Ｃ
工程Ｃでは、成形型６３内に、樹脂の射出圧に耐え得る剛性と耐熱性とを有していてインサート成形に適し、耐アルカリ水溶液性を有し、かつ電気絶縁性を有する樹脂、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、ポリプロピレン及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６５から射出注入して、インサート成形により図６の第１枠形部材２１を形成する。樹脂が固まるまで冷却した後、成形型６３を開いて第１ケーシング１９を取り出す。
【００７５】
また、図７に示すように、成形型６３の第１蓋部材２３に接する面に、第１蓋部材２３を受け入れて、第１枠形部材２１の横方向Ｙ及び紙面に直角横方向Ｚの位置を規制する位置決め凹部６７を設けることが好ましい。このように成形型６３に位置決め凹部６７を設けた場合には、成形型６３内での第１枠形部材２１の位置が安定するので、第１ケーシング１９の製造が容易となり、かつ、電池間の組立寸法のばらつきを抑制することができる。
【００７６】
上記で説明した各実施形態に係る第１ケーシング１９によれば、インサート成形を用いた樹脂−金属間の接合によって、金属製の第１蓋部材２３と樹脂製の第１枠形部材２１とが液密に接合されているので、第１ケーシング１９はそれ自体で十分な密閉性を有している。
【００７７】
（電池の組立工程）
次に、前記第２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〜ＶＩを含んでいる。なお、本実施形態に係る組立方法は、図６（ａ）〜（ｄ）に示したいずれのケーシング１８についても適用することができる。
【００７８】
・工程Ｉ
工程Ｉでは、第１蓋部材２３または第２蓋部材２５を準備する。
【００７９】
・工程ＩＩ
そして、工程ＩＩでは、上記工程Ａ〜Ｃで示した方法により、第１ケーシング１９または第２ケーシング２０とを製造する。ここで、連通ユニット３１の取り付け方を左右対称等にして配慮すれば、第１ケーシング１９及び第２ケーシング２０の部品の共通化を図ることができる。
【００８０】
・工程ＩＩＩ
次に、工程ＩＩＩでは、例えば、セパレータ１１の上方から正極１３を、下方から負極１５を押し込み、図２に示すようなプリーツ状の積層構造を有する電極体１７の仮組み体１６を製造する。
【００８１】
・工程ＩＶ
工程ＩＶでは、仮組み体１６を第２ケーシング２０に組み込む。
【００８２】
・工程Ｖ
そして、工程Ｖでは、第１ケーシング１９を仮組み体１６の上方から装着して、対向配置した第１蓋部材２３と第２蓋部材２５との間に電極体１７となる仮組み体１６を介在させた状態にする。このとき、第１ケーシング１９と第２ケーシング２０と間をシールするためのアスファルトピッチがシール剤４９として塗布されている。シール剤４９としては、アスファルトピッチに限らず、シール性能、接着性能、耐電解液性等を考慮して適宜選択してよく、例えば、タールピッチを用いることができる。
【００８３】
・工程ＶＩ
最終的には工程ＶＩにおいて、第１ケーシング１９及び第２ケーシング２０を組み合わせたものをプレスして電池Ｃを製造する。
【００８４】
（注液工程）
第１実施形態と第２実施形態において、ケーシング１８に電極体１７を組み込んだ後に、電解液を電池Ｃの内部に注液する。電解液の注入工程については、電池の密閉化に関係するため、以下に詳述する。
［密閉性を更に確保するための変形例］
以上の第１及び第２実施形態で説明した構造とすればケーシング１８の気密性は十分確保されるが、以下の方法と組み合わせることにより、一層効果的かつ確実に気密性が向上する。
【００８５】
図３の模式図を参照しながら以下に詳しく説明するように、前記連通ユニット３１を利用して、空気よりも高い酸素濃度を有するガス（以下、高酸素濃度ガスＯＧと称す）を注入することにより、ケーシング１９内部が減圧されてケーシング１９の密閉性が確保される。
【００８６】
図３に示すように、電池Ｃの製造工程において、電極体１７がケーシング１９内に収容された後に、連通ユニット３１の連通部３１ａに、外部から電解液を注入するための注入経路を形成する注入管３７が接続される。注入管３７の、連通ユニット３１に接続されていない他端に、電解液源として電解液を貯蔵する電解液タンク３９が接続されている。より具体的には、電解液タンク３９の底部に、電解液の導出口３９ａが設けられており、この導出口３９ａに注入管３７が接続されている。また、電解液タンク３９には、電解液と共に、高酸素濃度ガスＯＧが封入されている。
【００８７】
さらに、注入管３７の中途には、三方バルブ４１が設けられており、三方バルブ４１を介して、減圧注液用の真空ポンプ４３が注入管３７に接続されている。流路を切り替える機構である三方バルブ４１の操作によって、ケーシング１９の内部が、電解液タンク３９及び真空ポンプ４３の一方に選択的に連通される。
【００８８】
このように設定された状態から、まず、三方バルブ４１の切り替えによって、ケーシング１９の内部と真空ポンプ４３を連通させ、真空ポンプ４３によってケーシング１９内部を所定の圧力まで減圧する。その後、三方バルブ４１の切り替えによって、ケーシング１９内部と電解液タンク３９を連通させると、ケーシング１９内部と電解液タンク３９内部との差圧によって、電解液が注入管３７を通ってケーシング１９内部に注入される。さらに、電解液が注入された後に、電解液タンク３９内の高酸素濃度ガスＯＧが、電解液の場合と共通の注入管３７を介してケーシング１９内部に注入される。
【００８９】
ケーシング１９内に注入された高酸素濃度ガスＯＧ中の酸素ガスは、負極活物質である水素吸蔵合金内の水素と反応して液体の水（Ｈ2Ｏ）となるので、ケーシング１９内部が減圧され、これにより第１枠形部材２１と、第１及び第２蓋部材２３，２５とが密閉される。
【００９０】
高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入するのは、電池モジュールを組み立てて、電池モジュールを活性化した後に行なう。これは、電池モジュールを活性化した際に、電池モジュールを構成する電池の一つに不具合な電池が発見された場合に、電池の密閉性を確保しつつ当該不具合電池を交換するためである。すなわち、電池を交換するために電池モジュールを解体すると、交換する必要のない電池において、密閉性が維持されず、電解液漏れが発生する場合があるが、高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入すれば電池の密閉化が行なわれて、電池交換時の電解液漏れを防止することができるからである。
【００９１】
このように、従来から内圧管理や電解液注入のために使用されてきた連通ユニット３１を利用してケーシング１９内に高酸素濃度ガスＯＧを注入するので、設計変更を伴うことなく電池Ｃの密閉性が向上する。また、従来から電解液注入のために使用していた注入管３７や真空ポンプ４３などの設備を利用するので、追加の設備を要せずに電池Ｃの密閉性を向上させることができる。
【００９２】
もっとも、高酸素濃度ガスＯＧをケーシング１９内に注入するための注入経路を、電解液の注入経路とは別に設けてもよく、その場合には電解液及び高酸素濃度ガスＯＧの注入量の制御が容易になる。
【００９３】
なお、ケーシング１９の密閉性を十分に確保するための高酸素濃度ガスＯＧの酸素濃度は、空気の酸素含有率よりも大きければどのような値でもよいが、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上である。
【００９４】
上記実施形態に係るアルカリ二次電池Ｃによれば、ケーシング１９内に注入されたガス中の酸素が、電池Ｃの負極（ニッケル水素合金）中の水素と反応することにより、液体の水（Ｈ2Ｏ）となるので、ケーシング１９内部が減圧される。この減圧による差圧によって、ケーシング１９を構成する第１，第２蓋部材２３，２５と第１枠形部材２１とが密着するので、電池Ｃ単独での密閉性が確保され、電解液漏れが効果的に防止される。その結果、この電池を複数用いて構成される電池モジュールＢの電池交換作業が容易となる。
【００９５】
また、上記の各実施形態においては、電池Ｃをニッケル水素二次電池として説明したが、酸素ガスと電極が反応して液体の水を生成するアルカリ二次電池であればどのような種類の電池にも、例えばニッケルカドミウム二次電池にも、本発明を適用することが可能である。
【００９６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係るアルカリ二次電池は、自動車や電車などの車両に搭載して、電力貯蔵等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１１ セパレータ
１３ 正極
１５ 負極
１６ 仮組み体
１７ 電極体
１８ ケーシング
１９ 第１ケーシング
２０ 第２ケーシング
２１ 第１枠形部材
２１ａ 側面
２１ｂ 端部
２１ｃ 接合部
２２ 第２枠形部材
２３ 第１蓋部材
２３ａ 本体部
２３ｂ 突曲部
２３ｃ 鍔部
２３ｄ 端子面
２３ｅ 集電面
２５ 第２蓋部材
２５ａ 本体部
２５ｂ 突曲部
２７ 接合面
３１ 連通ユニット
３１ａ 連通部（二叉）
３３ 連通部材
３４ リザーバー
３５ 圧力調整弁
３７ 注入管（注入経路）
３９ 電解液タンク
３９ａ 導出口
４１ 三方バルブ
４３ 真空ポンプ
４７ 圧入溝
４７ａ 開口
４７ｂ 底部
４７ｃ 内壁面
４９ シール剤
５１ 係合部
５３ 係合溝
６３ 成形型
６３ａ、６３ｂ 分割型
６５ 注入孔
６７ 凹部
Ｃ 電池
Ｂ 電池モジュール
Ｐ 圧力計
ＯＧ 高酸素濃度ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１枠形部材と当該第１枠形部材の一方開口部を覆う第１蓋部材を有する第１ケーシングと、
第２枠形部材と当該第２枠形部材の一方開口部を覆う第２蓋部材を有する第２ケーシングとを備え、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの他方開口部をつきあわせてなるケーシング本体の内部空間に、正極及び負極を含む電極体と電解液とが収納されるアルカリ二次電池。
【請求項２】
請求項１において、前記電極体が、前記正極を形成する正極体と前記負極を形成する負極体とがセパレータを介して交互に積層して相対向する構造を有し、
前記正極体及び前記負極体はそれぞれ前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材に電気的に接続され、
前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が絶縁物であるアルカリ二次電池。
【請求項３】
請求項２において、前記セパレータがプリーツ状のセパレータであるアルカリ二次電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記第１蓋部材が、前記第１枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第１枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有し、
前記第２蓋部材が、前記第２枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第２枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有するアルカリ二次電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記ケーシング本体の内部に電解液が注入された後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスが注入されたことにより、前記ケーシング本体内部が減圧されて、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが密閉されているアルカリ二次電池。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が、厚み方向に凹み形成した圧入溝を有し、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記圧入溝に圧入されているアルカリ二次電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材とが、それぞれ、シール剤により互いにシールされているアルカリ二次電池。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項において、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、インサート成形により接合されたアルカリ二次電池。
【請求項９】
請求項８において、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の内方に折り曲げられているアルカリ二次電池。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、シール剤によりシールされているアルカリ二次電池。
【請求項１１】
第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、
本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、それぞれ、インサート成形して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、
正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、
前記インサート成形工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備えたアルカリ二次電池の製造方法。
【請求項１２】
厚み方向に凹み形成される圧入溝を有する第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、
本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材の前記圧入溝に圧入して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、
正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、
前記圧入工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備えたアルカリ二次電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとよりなるケーシング本体の内部に電解液を注入した後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスを注入する工程を含むアルカリ二次電池の製造方法。
【請求項１】
第１枠形部材と当該第１枠形部材の一方開口部を覆う第１蓋部材を有する第１ケーシングと、
第２枠形部材と当該第２枠形部材の一方開口部を覆う第２蓋部材を有する第２ケーシングとを備え、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの他方開口部をつきあわせてなるケーシング本体の内部空間に、正極及び負極を含む電極体と電解液とが収納されるアルカリ二次電池。
【請求項２】
請求項１において、前記電極体が、前記正極を形成する正極体と前記負極を形成する負極体とがセパレータを介して交互に積層して相対向する構造を有し、
前記正極体及び前記負極体はそれぞれ前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材に電気的に接続され、
前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が絶縁物であるアルカリ二次電池。
【請求項３】
請求項２において、前記セパレータがプリーツ状のセパレータであるアルカリ二次電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記第１蓋部材が、前記第１枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第１枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有し、
前記第２蓋部材が、前記第２枠形部材の一方開口を塞ぐ板状の本体部と、これに続き、本体部の外縁から前記第２枠形部材側に向けて突曲した突曲部とを有するアルカリ二次電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記ケーシング本体の内部に電解液が注入された後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスが注入されたことにより、前記ケーシング本体内部が減圧されて、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが密閉されているアルカリ二次電池。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材が、厚み方向に凹み形成した圧入溝を有し、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記圧入溝に圧入されているアルカリ二次電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材と、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材とが、それぞれ、シール剤により互いにシールされているアルカリ二次電池。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項において、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、インサート成形により接合されたアルカリ二次電池。
【請求項９】
請求項８において、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部が、それぞれ、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の内方に折り曲げられているアルカリ二次電池。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、シール剤によりシールされているアルカリ二次電池。
【請求項１１】
第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、
本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材に、それぞれ、インサート成形して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、
正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、
前記インサート成形工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備えたアルカリ二次電池の製造方法。
【請求項１２】
厚み方向に凹み形成される圧入溝を有する第１枠形部材及び第２枠形部材を製造する工程と、
本体部と、これに続き該本体部の外縁から一方に突曲する突曲部とを有する第１蓋部材及び第２蓋部材を製造する工程と、
前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材の前記突曲部を、それぞれ、前記第１枠形部材及び前記第２枠形部材の前記圧入溝に圧入して第1ケーシング及び第２ケーシングを製造する工程と、
正極体と負極体とを製造し、正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層して相対向する電極体の組立を行なう工程と、
前記圧入工程により製造された前記第1ケーシング及び前記第２ケーシングと、前記電極体の組立工程により製造された前記電極体とを組み立てる工程とを備えたアルカリ二次電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとよりなるケーシング本体の内部に電解液を注入した後に、空気よりも高い酸素濃度を有するガスを注入する工程を含むアルカリ二次電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４３４０４（Ｐ２０１１−２４３４０４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４２４２（Ｐ２０１０−１１４２４２）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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