組電池
【課題】 電池内圧が上昇して各単電池が膨張するようになっても、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部が接触しないような構造にして、組電池に変形が生じなく、かつ圧力弁が所定の圧力で動作するようにして、信頼性が損なわれないようにする。
【解決手段】 本発明の組電池１００は、一方の単電池Ｅの封口体１８の先端部１８ａと他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように、一方の単電池Ｅの封口体１８と他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６とが接続部材２０により溶接されている。そして、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池Ｅの封口体１８の先端部１８ａと他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６の底部とが接触しないようになされている。
【解決手段】 本発明の組電池１００は、一方の単電池Ｅの封口体１８の先端部１８ａと他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように、一方の単電池Ｅの封口体１８と他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６とが接続部材２０により溶接されている。そして、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池Ｅの封口体１８の先端部１８ａと他方の単電池Ｄの金属製外装缶１６の底部とが接触しないようになされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極がセパレータを介して積層された電極群と電解液からなる発電要素を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池に係り、特に、発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねる封口体を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池あるいはリチウム二次電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回した後、正極および負極の端部に集電体を接続して電極体を形成し、この電極体を金属製外装缶に収納して集電体から延伸するリード部を封口体に溶接した後、封口体を外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。このようなアルカリ蓄電池がＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）やＰＥＶ（Ｐｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの電気自動車の用途に用いられる場合、高出力が要求されるため、複数の単電池を直列に接続して組電池にして使用されるのが一般的である。
【０００３】
このような組電池においては、複数の単電池を直列に接続する必要があり、種々の接続法が提案されている。例えば、特許文献１にて提案された組電池においては、図４（ａ）に示すように、単電池３０ａ，３０ｂが接続体３１によって直列接続されている。この場合、接続体３１は、金属製外装缶３６に嵌合する円筒部３４と、金属電極（封口体）３７に当接する平面部３５とを備えている。円筒部３４には嵌合する金属製外装缶３６方向に突出する４か所のプロジェクション突起３３が形成されており、平面部３５には当接する金属電極３７方向に突出する４か所のプロジョクション突起３２が形成されている。
【０００４】
そして、接続体３１を溶接する場合、まず、平面部３５が単電池３０ａの金属電極（封口体）３７に溶接される。即ち、平面部３５を金属電極（封口体）３７の上に載置し、平面部３５を金属電極（封口体）３７側に加圧しつつ、接続体３１と金属電極（封口体）３７との間に溶接電流を流すようにする。これにより、プロジェクション突起３２の４か所で接続体３１は金属電極（封口体）３７に溶接される。ついで、単電池３０ａの金属電極（封口体）３７に溶接された接続体３１の円筒部３４を、単電池３０ｂの金属製外装缶３６に嵌合させ、金属製外装缶３６と接続体３１との間に溶接電流を流すようにする。すると、プロジェクション突起３３の４か所で接続体３１は金属製外装缶３６に溶接される。これにより、単電池３０ａと単電池３０ｂとは、接続体３１により直列接続されたことになる。このような電池間接続を、所望の出力電圧が得られる数だけ連結することにより、組電池を構成することができる。
【特許文献１】特開平１０−１０６５３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように複数の単電池を直列接続する場合、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部との間の間隔（Ｗ）が短いと、充電時に電池内圧が上昇して各単電池が膨張すると、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触するようになる。この場合、図４（ｂ）に示すように、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触すると、接触点Ｘで接触抵抗が生じるようになる。このため、通常の電流経路Ｙ以外に、この接触点Ｘに異常電流経路Ｚが形成されて、接触点Ｘにおける接触抵抗によりジュール熱が発生して、接触点Ｘが発熱するようになる。この場合、接触点Ｘに大電流が流れる場合においては、この接触点Ｘが異常に発熱して、この種の組電池に変形が生じたり、信頼性が損なわれる恐れが生じた。
【０００６】
また、電池内圧が上昇して各単電池が膨張して隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触するようになると、封口体３７内に配設された圧力弁３８の作動圧が上昇するようになる。ここで、圧力弁３８の作動圧が上昇するようになると、予め設定された作動圧よりも高い圧力にならないと圧力弁３８が作動しなくなるため、各単電池が破裂する恐れが生じるようになる。
【０００７】
一方、このような接続体３１を用いずに、単電池３０ａの金属電極３７と、単電池３０ｂの金属製外装缶３６の缶底とをダイレクトに溶接したものも知られている。この構造の場合、もともと両者が溶接されているので、各単電池の膨れに起因する接触により異常発熱を招くことはないが、膨れによって単電池の全長が長くなる。その結果、組電池の全長が長くなってしまい、組電池をケースに収納して保持している構造では、ケースを破壊してしまったり、組電池が折れ曲がってしまい、単電池間や組電池間の連結が外れてしまうという問題があった。さらに、金属電極である封口体の表面に直接溶接を行うために、単電池の膨れの際、封口体が圧迫されて、内蔵する安全弁３８の作動圧が変化してしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、電池内圧が上昇して各単電池が膨張するようになっても、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部が接触しないような構造にして、この種の組電池に変形が生じないようにしたり、圧力弁が所定の圧力で動作するようにして、信頼性が損なわれないようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の組電池は、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように、一方の単電池の封口体と他方の単電池の金属製外装缶とが接続部材により溶接されている。そして、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部とが接触しないようになされていることを特徴とする。このように、電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の外装缶底部の先端部とが接触しないようになされていると、単電池間は接続部材を通してのみ電流が流れることとなる。このため、いたずらに電池温度が上昇することもなくなることから、組電池に変形が生じたり、圧力弁が所定の圧力で動作しなかったりすることがなくなり、信頼性が損なわれることもない。
【００１０】
この場合、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じた際の最大の膨れ量をｗとすると、間隔（Ｗ）が１．１ｗ〜１．５ｗ（１．１ｗ≦Ｗ≦１．５ｗ）になるように設定されているのが好ましい。これは、間隔（Ｗ）が１．１ｗより短い場合は、電池内圧が上昇して電池膨れが生じた場合に、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の外装缶底部の先端部とが接触するようになって、その接触点での接触抵抗に起因するジュール熱により高温となって、変形が生じやすくなるからである。
【００１１】
一方、間隔（Ｗ）が１．５ｗより大きい場合は、電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、隣接する単電池の封口体の先端部と外装缶底部の先端部とが接触することはない。ところが、組電池の長さが長くなるため、一定の容積内に収納する必要がある場合には収容しきれなくなって、電池本数を少なくする必要が生じる。さらに、隣接する単電池間を接続する接続部材を大きくする必要が生じるため、この接続部材の抵抗値が増大して、高出力が得られなくなることや、組電池としての曲げ強度が弱くなるといった新たな問題が生じるようになるからである。
【００１２】
また、金属製外装缶に使用される材質のヤング率は１５×１０10〜２５×１０10Ｐａであるのが好ましい。これは、ヤング率が１５×１０10Ｐａより低い金属製外装缶は変形しやすいために、電池内圧上昇に伴う電池膨れ量が大きくなって、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部の先端部とが接触し易くなるためである。一方、ヤング率が２５×１０10Ｐａより大きい金属製外装缶は電池内圧上昇に伴う電池膨れ量が少なくなる反面、加工が難しいために金属製外装缶の材料としては不向きである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１はニッケル−水素蓄電池（単電池）の断面を模式的に示す断面図である。図２は５個のニッケル−水素蓄電池（単電池）を接続して組電池とした状態を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図２（ｃ）は単電池間を接続して組電池とするための接続部材の一例を示す斜視図である。図３は単電池が膨張した場合の膨れ量と単電池間の距離との関係を説明する平面図である。
【００１４】
１．ニッケル−水素蓄電池（単電池）
まず、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填する。ついで、これを乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断してニッケル正極板１１を作製する。また、パンチングメタルからなる極板芯体の表面に水素吸蔵合金からなるペースト状負極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断して水素吸蔵合金負極板１２を作製する。
【００１５】
これらのニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２との間にセパレータ１３を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製する。この後、この渦巻状電極群の上端面に露出するニッケル正極板１１の極板芯体に正極集電体１４を溶接する。また、渦巻状電極群の下端面に露出する水素吸蔵合金負極板１２の極板芯体に負極集電体１５を溶接して電極体とする。得られた電極体の正極集電体１４の上部に円筒状の正極用リード１７を溶接した後、鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）１６内に収納し、水素吸蔵合金負極板１２に溶接された負極集電体１５を外装缶１６の内底面に溶接する。なお、外装缶１６に用いる材質のヤング率は２０×１０10Ｐａとした。
【００１６】
ついで、外装缶１６の上 部内周側に防振リング１９ａを挿入し、外装缶１６の上部外周側に溝入れ加工を施して防振リング１９ａの上端部に凹部１６ａを形成した。この後、外装缶１６内に３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなる電解液を注入する。ついで、この外装缶１６の開口部の上部に、封口板１８ａの底面が正極用リード１７の円筒部分に接触するように配置する。ここで、封口板１８ａの上部には正極キャップ（正極外部端子）１８ｂが設けられており、この正極キャップ１８ｂ内には弁板１８ｃとスプリング１８ｄからなる弁体を備えており、封口板１８ａの中央にはガス抜き孔が形成されており、封口板１８ａと正極キャップ１８ｂとで封口体１８が形成される。なお、封口体１８の封口板１８ａの周縁には、予め絶縁ガスケット１９ｂが嵌着されている。
【００１７】
ついで、正極キャップ（正極外部端子）１８ｂの上面に一方の溶接電極（図示せず）を配置するとともに、外装缶１６の底面（負極外部端子）の下面に他方の溶接電極（図示せず）を配置する。この後、これらの一対の溶接電極間に所定の圧力を加えながら、これらの溶接電極間に電池の放電方向に所定の電圧を印加し、所定のパルス電流を流す通電処理を施した。この通電処理により、封口板１８ａの底面と正極用リード１７の周側縁との接触部分が溶接されることとなる。
【００１８】
このように、一対の溶接電極間に所定の圧力を加えながら、これらの溶接電極間に電圧を印加して、通電処理を施すことにより、円筒状の正極用リード１７の高さ寸法にばらつきがあっても、円筒状の正極用リード１７の周側縁と封口板１８ａの底面との間に接触点を形成することが可能となる。これにより、溶接強度に優れた溶接部を形成することができるようになる。なお、封口板１８ａの下面に小突起部を設けるか、あるいは円筒状の正極用リード１７の下面に接触する周側縁に小突起部を設けると、この小突起部に電流が集中するようになるため、一層溶接強度が大きい溶接部が形成されるようになる。
【００１９】
ついで、プレス機を用いて封口体１８に加圧力を加えて、絶縁ガスケット１９ｂの下端が外装缶１６の上部外周に設けられた凹部１６ａの位置になるまで封口体１８を外装缶１６内に押し込む。この後、外装缶１６の開口端縁を内方にかしめて電池を封口することによりニッケル−水素蓄電池１０（単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）が得られる。なお、この封口時の加圧力により、円筒状の正極用リード１７は押しつぶされ、その断面形状は円形が押しつぶされた楕円形状となる。
【００２０】
２．組電池
ついで、上述のように作製されたニッケル−水素蓄電池１０（単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を用いて、図２（ａ）に示すように、これらの各単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの間に接続部材２０を介在させて、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを直列に接続して組電池とする。ここで、接続部材２０は、図２（ｃ）に示すように、段状の平面部２１の外周に円筒部２２を連結した形状になるように、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されている。
【００２１】
そして、平面部２１の中心部には正極キャップ１８ｂの外径よりも大径の開孔２３が形成されているとともに、この開孔２３の周囲には、正極キャップ１８ｂに向けて突出する複数のプロジェクション突起２４が形成されている。一方、円筒部２２は外装缶１６の底部に嵌合されるように、その内径は外装缶１６の外径よりも若干大きく形成されており、その側壁には外装缶１６に向けて突出する複数のプロジェクション突起２５が形成されている。この場合、図２（ｂ）に示すように、単電池Ｅの封口板１８ａの上に段状の平面部２１載置し、平面部２１を封口板１８ａ側に加圧しつつ、接続部材２０と封口板１８ａとの間に溶接電流を流すと、プロジェクション突起（この場合は４か所）２４で接続部材２０は封口板１８ａに溶接される。
【００２２】
なお、接続部材２０が金属製外装缶１６のかしめ部１６ｂに接触すると短絡が生じるため、このかしめ部１６ｂと接続部材２０との間に円筒状絶縁体２６を配設するようにしている。ついで、単電池Ｅに溶接された接続部材２０の円筒部２２内に単電池Ｄの金属製外装缶１６を嵌合させた後、単電池Ｄの金属製外装缶１６と接続部材２０との間に溶接電流を流すと、プロジェクション突起（この場合は４か所）２５で接続部材２０は金属製外装缶１６に溶接される。このような接続を所定の個数（この実施例の場合は５個とする）の単電池について行うことにより、図２（ａ）に示すよな５個の単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが直列接続された組電池１００が得られる。
【００２３】
ここで、単電池間距離Ｗ（図３（ａ）参照）が、後述するように電池内圧が上昇して最大に膨張したときの単電池の最大長さｗに対して、１．０倍（Ｗ＝１．０ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ１とした。同様に、単電池間距離Ｗを最大長さｗに対して、１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ２とし、１．３倍（Ｗ＝１．３ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ３とし、１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ４とし、１．６倍（Ｗ＝１．６ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ５とし、２．０倍（Ｗ＝２．０ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ６とした。
【００２４】
ここで、電池の内圧が上昇して電池が最大に膨張したときの単電池の最大長さｗは、図３（ｂ）に示すように、封口体１８側の膨れ量ｗ１と、外装缶１６の底部側の膨れ量ｗ２との和（ｗ＝ｗ１＋ｗ２）として、以下のようにして求めた。
この場合、まず、単電池１０の外装缶１６の底部の中央部に直径が１ｍｍの孔を開けた後、この孔にガス注入口を接続する。そして、このガス注入口から窒素ガスを注入して、弁板１８ｃとスプリング１８ｄからなる弁体が作動する圧力を予め求める。ついで、ガス注入口から窒素ガスを注入して、上述のようにして予め求めた弁体が作動する圧力に達してから１分経過後の正極キャップ１８ｂの先端部の位置を求めて、加圧する前の位置との差を求めて、封口体１８側の膨れ量（ｗ１）を求める。
【００２５】
一方、単電池１０の封口体１８の封口板１８ａに直径が１ｍｍの孔を開けた後、この孔にガス注入口を接続する。そして、このガス注入口から窒素ガスを注入して、上述のようにして予め求めた弁体が作動する圧力に達してから１分経過後の外装缶１６の底部の先端部の位置を求めて、加圧する前の位置との差を求めて、外装缶１６側の膨れ量（ｗ２）を求める。得られた封口体１８側の膨れ量ｗ１と、外装缶１６の底部側の膨れ量ｗ２との和（ｗ＝ｗ１＋ｗ２）を求めることにより、電池の内圧が上昇して電池が最大に膨張したときの単電池の最大長さｗを求めることができる。
【００２６】
３．組電池の充放電試験
ついで、上述のような組電池Ａ１〜Ａ６をそれぞれ１０個ずつ作製して、これらの１０個ずつの各組電池Ａ１〜Ａ６を用いて、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電した後、１Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ａ１〜Ａ６の初期放電容量Ｃ１を求めた。ついで、１Ｉｔの電流値で上述のように充放電を１０回繰り返した後、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電を行い、その後、１０Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ａ１〜Ａ６の１０Ｉｔ放電後の放電容量Ｃ１０を求めた。この試験において、単電池が温度上昇した組電池の個数を求めると、下記の表１に示すような結果となった。ついで、求めた放電容量Ｃ１０から初期放電容量Ｃ１に対する割合（（Ｃ１０／Ｃ１）×１００％）を出力特性（この場合は、１０個の組電池の平均値）として求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。ただし、組電池Ａ１においては、温度上昇する電池が認められ信頼性が損なわれることから出力特性の評価に対して除外した。
【表１】
【００２７】
上記表１の結果から明らかなように、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．０倍（Ｗ＝１．０ｗ）とした組電池Ａ１においては、温度上昇した組電池が２組あることから、組電池の信頼性に問題があると考えられる。また、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．６倍（Ｗ＝１．６ｗ）とした組電池Ａ５、および２．０倍（Ｗ＝２．０ｗ）とした組電池Ａ６においては、出力特性が低下していることが分かる。これは、単電池の間隔（Ｗ）を長くすることで、接続部材２０の長さ（円筒部２２の長さ）を長くする必要が生じて、接続部材２０での抵抗値が増大して出力特性が低下したと考えられる。また、単電池間の間隔（Ｗ）が長くなることで組電池としての曲げ強度も低下していることが分かった。
【００２８】
一方、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）〜１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）とした組電池Ａ２〜Ａ４においては、温度上昇が生じることはなく、また、出力特性も良好であることが分かる。このことから、単電池の間隔（Ｗ）は、電池膨れ量（ｗ）の１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）〜１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）とするのが好ましいということができる。
【００２９】
４．外装缶のヤング率の検討
ついで、外装缶に用いる材質のヤング率について検討した。そこで、ヤング率が１０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて上述と同様に単電池１０を作製するとともに、この単電池１０を用いて上述と同様に組電池Ｂ１を作製した。同様に、ヤング率が１２×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ２を作製し、ヤング率が１５×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ３を作製し、ヤング率が２０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ４（上述したＡ３と同様である）を作製し、ヤング率が２３×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ５を作製し、ヤング率が２５×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ６を作製し、ヤング率が２８×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ７を作製した。
【００３０】
この場合、外装缶１６の材質は表面にニッケルメッキを施した鉄１００％であるが、鉄素材には互いにヤング率の異なる素材を複数種類混合して使用し、その混合比率を変化させてヤング率を調整した。尚、外装缶１６にステンレスなどのような複数の金属が含まれる合金を用いる場合には、それらの金属の合金比率を変化させることによってもヤング率を調整することができる。
【００３１】
ついで、これらの各組電池Ｂ１〜Ｂ７を用いて、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電した後、１Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ｂ１〜Ｂ７の初期放電容量Ｃ１を求めた。ついで、１Ｉｔの電流値で上述のように充放電を１０回繰り返した後、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電を行い、その後、１０Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ｂ１〜Ｂ７の１０Ｉｔ放電後の放電容量Ｃ１０を求めた。
【００３２】
ついで、求めた放電容量Ｃ１０から初期放電容量Ｃ１に対する割合（（Ｃ１０／Ｃ１）×１００％）を出力特性（この場合は、１０個の組電池の平均値）として求めると、下記の表２に示すような結果が得られた。また、この試験において、各組電池Ｂ１〜Ｂ７の総膨れ量を求め、組電池Ｂ４（Ａ３）の総膨れ量を１００とし、他の組電池の総膨れ量をそれとの比率で表すと、下記の表２に示すような結果が得られた。
【表２】
【００３３】
上記表２の結果から明らかなように、ヤング率が１５×１０10Ｐａ以上の材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ３〜Ｂ７においては、総膨れ量も少なく、出力特性も向上していることが分かる。ただし、ヤング率が２８×１０10Ｐａと大きい材質は外装缶１６の加工が困難で、生産性が低下する。このため、電池用外装缶の材質としては不適であるので、ヤング率が２５×１０10Ｐａ以下の材質から選択して用いる必要がある。この場合、ヤング率が１０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ１およびヤング率が１２×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ２の総膨れ量が大きく、その出力特性が低下していることが分かる。
【００３４】
これは、ヤング率が１５×１０10Ｐａ未満の材質で形成された外装缶は、電池内圧が上昇することにより膨れ量が大きいために、隣接する単電池の正極キャップと外装缶の底部との間が接触するようになる。このため、この接触部が局所的に高温となって、その抵抗値が増大し、抵抗電圧降下により出力特性が低下したと考えられる。この場合、隣接する単電池間の距離Ｗを広く取るようにすれば、隣接する単電池の正極キャップと外装缶の底部とが接触することを防止できるようになるが、隣接する単電池間の距離Ｗが大きくなると、一定の容積内に収容できる単電池の個数を減少させる必要が生じるため、好ましいことではない。
【００３５】
上述したように、本発明においては、電池内圧が上昇して各単電池が膨張するようになっても、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部とが接触しないように、隣接する単電池の一方の封口体と他方の金属製外装缶とが接続部材により溶接されている。このため、電池内圧が上昇して各単電池が膨張しても、単電池間は接続部材を通してのみ電流が流れることとなる。この結果、いたずらに電池温度が上昇することもなくなることから、組電池に変形が生じたり、圧力弁が所定の圧力で動作しなかったりすることがなくなり、信頼性が損なわれることもない。
【００３６】
なお、上述した実施の形態においては、単電池を５個だけ用いて組電池にする例を説明したが、本発明を適用すれば何個の単電池を接続しても組電池を製造できることは明らかである。また、上述した実施の形態においては、封口体を正極端子とし、外装缶を負極端子とした例について説明したが、封口体を負極端子とし、外装缶を正極端子としてもよい。さらに、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池やリチウム二次電池等の他の蓄電池にも本発明を適用できることは明らかである。
【００３７】
さらに、接続部材２０の形状についても変更することができる。例えば、円筒部２２をなくして、平面部２１の表裏各面からプロジェクション突起を互いに逆向きに突出させた接続部材を単電池間に挟むような構造のものでも良い。この場合、プロジェクション突起の突出高さによって、単電池間の間隔を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ニッケル−水素蓄電池（単電池）の断面を模式的に示す断面図である。
【図２】５個のニッケル−水素蓄電池（単電池）を接続して組電池とした状態を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図２（ｃ）は単電池間を接続して組電池とするための接続部材の一例を示す斜視図である。
【図３】単電池が膨張した場合の膨れ量と単電池間の距離との関係を説明する平面図である。
【図４】従来例の組電池の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０（Ａ，Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）…単電池、１１…正極板、１２…負極板、１３…セパレータ、１４…正極集電体、１５…負極集電体、１６…金属製外装缶、１６ａ…凹部、１６ｂ…かしめ部、１７…正極用リード、１８…封口体、１８ａ…封口板、１８ｂ…正極キャップ、１８ｃ…弁板、１８ｄ…スプリング、１９ａ…防振リング、１９ｂ…絶縁ガスケット、２０…接続部材、２１…平面部、２２…円筒部、２３…開孔、２４…プロジェクション突起、２５…プロジェクション突起、２６…円筒状絶縁体、１００…組電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極がセパレータを介して積層された電極群と電解液からなる発電要素を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池に係り、特に、発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねる封口体を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池あるいはリチウム二次電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回した後、正極および負極の端部に集電体を接続して電極体を形成し、この電極体を金属製外装缶に収納して集電体から延伸するリード部を封口体に溶接した後、封口体を外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。このようなアルカリ蓄電池がＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）やＰＥＶ（Ｐｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの電気自動車の用途に用いられる場合、高出力が要求されるため、複数の単電池を直列に接続して組電池にして使用されるのが一般的である。
【０００３】
このような組電池においては、複数の単電池を直列に接続する必要があり、種々の接続法が提案されている。例えば、特許文献１にて提案された組電池においては、図４（ａ）に示すように、単電池３０ａ，３０ｂが接続体３１によって直列接続されている。この場合、接続体３１は、金属製外装缶３６に嵌合する円筒部３４と、金属電極（封口体）３７に当接する平面部３５とを備えている。円筒部３４には嵌合する金属製外装缶３６方向に突出する４か所のプロジェクション突起３３が形成されており、平面部３５には当接する金属電極３７方向に突出する４か所のプロジョクション突起３２が形成されている。
【０００４】
そして、接続体３１を溶接する場合、まず、平面部３５が単電池３０ａの金属電極（封口体）３７に溶接される。即ち、平面部３５を金属電極（封口体）３７の上に載置し、平面部３５を金属電極（封口体）３７側に加圧しつつ、接続体３１と金属電極（封口体）３７との間に溶接電流を流すようにする。これにより、プロジェクション突起３２の４か所で接続体３１は金属電極（封口体）３７に溶接される。ついで、単電池３０ａの金属電極（封口体）３７に溶接された接続体３１の円筒部３４を、単電池３０ｂの金属製外装缶３６に嵌合させ、金属製外装缶３６と接続体３１との間に溶接電流を流すようにする。すると、プロジェクション突起３３の４か所で接続体３１は金属製外装缶３６に溶接される。これにより、単電池３０ａと単電池３０ｂとは、接続体３１により直列接続されたことになる。このような電池間接続を、所望の出力電圧が得られる数だけ連結することにより、組電池を構成することができる。
【特許文献１】特開平１０−１０６５３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように複数の単電池を直列接続する場合、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部との間の間隔（Ｗ）が短いと、充電時に電池内圧が上昇して各単電池が膨張すると、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触するようになる。この場合、図４（ｂ）に示すように、隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触すると、接触点Ｘで接触抵抗が生じるようになる。このため、通常の電流経路Ｙ以外に、この接触点Ｘに異常電流経路Ｚが形成されて、接触点Ｘにおける接触抵抗によりジュール熱が発生して、接触点Ｘが発熱するようになる。この場合、接触点Ｘに大電流が流れる場合においては、この接触点Ｘが異常に発熱して、この種の組電池に変形が生じたり、信頼性が損なわれる恐れが生じた。
【０００６】
また、電池内圧が上昇して各単電池が膨張して隣接する単電池の封口体３７の先端部と金属製外装缶３６の底部が接触するようになると、封口体３７内に配設された圧力弁３８の作動圧が上昇するようになる。ここで、圧力弁３８の作動圧が上昇するようになると、予め設定された作動圧よりも高い圧力にならないと圧力弁３８が作動しなくなるため、各単電池が破裂する恐れが生じるようになる。
【０００７】
一方、このような接続体３１を用いずに、単電池３０ａの金属電極３７と、単電池３０ｂの金属製外装缶３６の缶底とをダイレクトに溶接したものも知られている。この構造の場合、もともと両者が溶接されているので、各単電池の膨れに起因する接触により異常発熱を招くことはないが、膨れによって単電池の全長が長くなる。その結果、組電池の全長が長くなってしまい、組電池をケースに収納して保持している構造では、ケースを破壊してしまったり、組電池が折れ曲がってしまい、単電池間や組電池間の連結が外れてしまうという問題があった。さらに、金属電極である封口体の表面に直接溶接を行うために、単電池の膨れの際、封口体が圧迫されて、内蔵する安全弁３８の作動圧が変化してしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、電池内圧が上昇して各単電池が膨張するようになっても、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部が接触しないような構造にして、この種の組電池に変形が生じないようにしたり、圧力弁が所定の圧力で動作するようにして、信頼性が損なわれないようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の組電池は、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように、一方の単電池の封口体と他方の単電池の金属製外装缶とが接続部材により溶接されている。そして、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部とが接触しないようになされていることを特徴とする。このように、電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の外装缶底部の先端部とが接触しないようになされていると、単電池間は接続部材を通してのみ電流が流れることとなる。このため、いたずらに電池温度が上昇することもなくなることから、組電池に変形が生じたり、圧力弁が所定の圧力で動作しなかったりすることがなくなり、信頼性が損なわれることもない。
【００１０】
この場合、単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じた際の最大の膨れ量をｗとすると、間隔（Ｗ）が１．１ｗ〜１．５ｗ（１．１ｗ≦Ｗ≦１．５ｗ）になるように設定されているのが好ましい。これは、間隔（Ｗ）が１．１ｗより短い場合は、電池内圧が上昇して電池膨れが生じた場合に、一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の外装缶底部の先端部とが接触するようになって、その接触点での接触抵抗に起因するジュール熱により高温となって、変形が生じやすくなるからである。
【００１１】
一方、間隔（Ｗ）が１．５ｗより大きい場合は、電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、隣接する単電池の封口体の先端部と外装缶底部の先端部とが接触することはない。ところが、組電池の長さが長くなるため、一定の容積内に収納する必要がある場合には収容しきれなくなって、電池本数を少なくする必要が生じる。さらに、隣接する単電池間を接続する接続部材を大きくする必要が生じるため、この接続部材の抵抗値が増大して、高出力が得られなくなることや、組電池としての曲げ強度が弱くなるといった新たな問題が生じるようになるからである。
【００１２】
また、金属製外装缶に使用される材質のヤング率は１５×１０10〜２５×１０10Ｐａであるのが好ましい。これは、ヤング率が１５×１０10Ｐａより低い金属製外装缶は変形しやすいために、電池内圧上昇に伴う電池膨れ量が大きくなって、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部の先端部とが接触し易くなるためである。一方、ヤング率が２５×１０10Ｐａより大きい金属製外装缶は電池内圧上昇に伴う電池膨れ量が少なくなる反面、加工が難しいために金属製外装缶の材料としては不向きである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１はニッケル−水素蓄電池（単電池）の断面を模式的に示す断面図である。図２は５個のニッケル−水素蓄電池（単電池）を接続して組電池とした状態を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図２（ｃ）は単電池間を接続して組電池とするための接続部材の一例を示す斜視図である。図３は単電池が膨張した場合の膨れ量と単電池間の距離との関係を説明する平面図である。
【００１４】
１．ニッケル−水素蓄電池（単電池）
まず、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填する。ついで、これを乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断してニッケル正極板１１を作製する。また、パンチングメタルからなる極板芯体の表面に水素吸蔵合金からなるペースト状負極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断して水素吸蔵合金負極板１２を作製する。
【００１５】
これらのニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２との間にセパレータ１３を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製する。この後、この渦巻状電極群の上端面に露出するニッケル正極板１１の極板芯体に正極集電体１４を溶接する。また、渦巻状電極群の下端面に露出する水素吸蔵合金負極板１２の極板芯体に負極集電体１５を溶接して電極体とする。得られた電極体の正極集電体１４の上部に円筒状の正極用リード１７を溶接した後、鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）１６内に収納し、水素吸蔵合金負極板１２に溶接された負極集電体１５を外装缶１６の内底面に溶接する。なお、外装缶１６に用いる材質のヤング率は２０×１０10Ｐａとした。
【００１６】
ついで、外装缶１６の上 部内周側に防振リング１９ａを挿入し、外装缶１６の上部外周側に溝入れ加工を施して防振リング１９ａの上端部に凹部１６ａを形成した。この後、外装缶１６内に３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなる電解液を注入する。ついで、この外装缶１６の開口部の上部に、封口板１８ａの底面が正極用リード１７の円筒部分に接触するように配置する。ここで、封口板１８ａの上部には正極キャップ（正極外部端子）１８ｂが設けられており、この正極キャップ１８ｂ内には弁板１８ｃとスプリング１８ｄからなる弁体を備えており、封口板１８ａの中央にはガス抜き孔が形成されており、封口板１８ａと正極キャップ１８ｂとで封口体１８が形成される。なお、封口体１８の封口板１８ａの周縁には、予め絶縁ガスケット１９ｂが嵌着されている。
【００１７】
ついで、正極キャップ（正極外部端子）１８ｂの上面に一方の溶接電極（図示せず）を配置するとともに、外装缶１６の底面（負極外部端子）の下面に他方の溶接電極（図示せず）を配置する。この後、これらの一対の溶接電極間に所定の圧力を加えながら、これらの溶接電極間に電池の放電方向に所定の電圧を印加し、所定のパルス電流を流す通電処理を施した。この通電処理により、封口板１８ａの底面と正極用リード１７の周側縁との接触部分が溶接されることとなる。
【００１８】
このように、一対の溶接電極間に所定の圧力を加えながら、これらの溶接電極間に電圧を印加して、通電処理を施すことにより、円筒状の正極用リード１７の高さ寸法にばらつきがあっても、円筒状の正極用リード１７の周側縁と封口板１８ａの底面との間に接触点を形成することが可能となる。これにより、溶接強度に優れた溶接部を形成することができるようになる。なお、封口板１８ａの下面に小突起部を設けるか、あるいは円筒状の正極用リード１７の下面に接触する周側縁に小突起部を設けると、この小突起部に電流が集中するようになるため、一層溶接強度が大きい溶接部が形成されるようになる。
【００１９】
ついで、プレス機を用いて封口体１８に加圧力を加えて、絶縁ガスケット１９ｂの下端が外装缶１６の上部外周に設けられた凹部１６ａの位置になるまで封口体１８を外装缶１６内に押し込む。この後、外装缶１６の開口端縁を内方にかしめて電池を封口することによりニッケル−水素蓄電池１０（単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）が得られる。なお、この封口時の加圧力により、円筒状の正極用リード１７は押しつぶされ、その断面形状は円形が押しつぶされた楕円形状となる。
【００２０】
２．組電池
ついで、上述のように作製されたニッケル−水素蓄電池１０（単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を用いて、図２（ａ）に示すように、これらの各単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの間に接続部材２０を介在させて、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを直列に接続して組電池とする。ここで、接続部材２０は、図２（ｃ）に示すように、段状の平面部２１の外周に円筒部２２を連結した形状になるように、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されている。
【００２１】
そして、平面部２１の中心部には正極キャップ１８ｂの外径よりも大径の開孔２３が形成されているとともに、この開孔２３の周囲には、正極キャップ１８ｂに向けて突出する複数のプロジェクション突起２４が形成されている。一方、円筒部２２は外装缶１６の底部に嵌合されるように、その内径は外装缶１６の外径よりも若干大きく形成されており、その側壁には外装缶１６に向けて突出する複数のプロジェクション突起２５が形成されている。この場合、図２（ｂ）に示すように、単電池Ｅの封口板１８ａの上に段状の平面部２１載置し、平面部２１を封口板１８ａ側に加圧しつつ、接続部材２０と封口板１８ａとの間に溶接電流を流すと、プロジェクション突起（この場合は４か所）２４で接続部材２０は封口板１８ａに溶接される。
【００２２】
なお、接続部材２０が金属製外装缶１６のかしめ部１６ｂに接触すると短絡が生じるため、このかしめ部１６ｂと接続部材２０との間に円筒状絶縁体２６を配設するようにしている。ついで、単電池Ｅに溶接された接続部材２０の円筒部２２内に単電池Ｄの金属製外装缶１６を嵌合させた後、単電池Ｄの金属製外装缶１６と接続部材２０との間に溶接電流を流すと、プロジェクション突起（この場合は４か所）２５で接続部材２０は金属製外装缶１６に溶接される。このような接続を所定の個数（この実施例の場合は５個とする）の単電池について行うことにより、図２（ａ）に示すよな５個の単電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが直列接続された組電池１００が得られる。
【００２３】
ここで、単電池間距離Ｗ（図３（ａ）参照）が、後述するように電池内圧が上昇して最大に膨張したときの単電池の最大長さｗに対して、１．０倍（Ｗ＝１．０ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ１とした。同様に、単電池間距離Ｗを最大長さｗに対して、１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ２とし、１．３倍（Ｗ＝１．３ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ３とし、１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ４とし、１．６倍（Ｗ＝１．６ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ５とし、２．０倍（Ｗ＝２．０ｗ）になるように形成した組電池１００を組電池Ａ６とした。
【００２４】
ここで、電池の内圧が上昇して電池が最大に膨張したときの単電池の最大長さｗは、図３（ｂ）に示すように、封口体１８側の膨れ量ｗ１と、外装缶１６の底部側の膨れ量ｗ２との和（ｗ＝ｗ１＋ｗ２）として、以下のようにして求めた。
この場合、まず、単電池１０の外装缶１６の底部の中央部に直径が１ｍｍの孔を開けた後、この孔にガス注入口を接続する。そして、このガス注入口から窒素ガスを注入して、弁板１８ｃとスプリング１８ｄからなる弁体が作動する圧力を予め求める。ついで、ガス注入口から窒素ガスを注入して、上述のようにして予め求めた弁体が作動する圧力に達してから１分経過後の正極キャップ１８ｂの先端部の位置を求めて、加圧する前の位置との差を求めて、封口体１８側の膨れ量（ｗ１）を求める。
【００２５】
一方、単電池１０の封口体１８の封口板１８ａに直径が１ｍｍの孔を開けた後、この孔にガス注入口を接続する。そして、このガス注入口から窒素ガスを注入して、上述のようにして予め求めた弁体が作動する圧力に達してから１分経過後の外装缶１６の底部の先端部の位置を求めて、加圧する前の位置との差を求めて、外装缶１６側の膨れ量（ｗ２）を求める。得られた封口体１８側の膨れ量ｗ１と、外装缶１６の底部側の膨れ量ｗ２との和（ｗ＝ｗ１＋ｗ２）を求めることにより、電池の内圧が上昇して電池が最大に膨張したときの単電池の最大長さｗを求めることができる。
【００２６】
３．組電池の充放電試験
ついで、上述のような組電池Ａ１〜Ａ６をそれぞれ１０個ずつ作製して、これらの１０個ずつの各組電池Ａ１〜Ａ６を用いて、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電した後、１Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ａ１〜Ａ６の初期放電容量Ｃ１を求めた。ついで、１Ｉｔの電流値で上述のように充放電を１０回繰り返した後、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電を行い、その後、１０Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ａ１〜Ａ６の１０Ｉｔ放電後の放電容量Ｃ１０を求めた。この試験において、単電池が温度上昇した組電池の個数を求めると、下記の表１に示すような結果となった。ついで、求めた放電容量Ｃ１０から初期放電容量Ｃ１に対する割合（（Ｃ１０／Ｃ１）×１００％）を出力特性（この場合は、１０個の組電池の平均値）として求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。ただし、組電池Ａ１においては、温度上昇する電池が認められ信頼性が損なわれることから出力特性の評価に対して除外した。
【表１】
【００２７】
上記表１の結果から明らかなように、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．０倍（Ｗ＝１．０ｗ）とした組電池Ａ１においては、温度上昇した組電池が２組あることから、組電池の信頼性に問題があると考えられる。また、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．６倍（Ｗ＝１．６ｗ）とした組電池Ａ５、および２．０倍（Ｗ＝２．０ｗ）とした組電池Ａ６においては、出力特性が低下していることが分かる。これは、単電池の間隔（Ｗ）を長くすることで、接続部材２０の長さ（円筒部２２の長さ）を長くする必要が生じて、接続部材２０での抵抗値が増大して出力特性が低下したと考えられる。また、単電池間の間隔（Ｗ）が長くなることで組電池としての曲げ強度も低下していることが分かった。
【００２８】
一方、単電池の間隔（Ｗ）を電池膨れ量（ｗ）の１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）〜１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）とした組電池Ａ２〜Ａ４においては、温度上昇が生じることはなく、また、出力特性も良好であることが分かる。このことから、単電池の間隔（Ｗ）は、電池膨れ量（ｗ）の１．１倍（Ｗ＝１．１ｗ）〜１．５倍（Ｗ＝１．５ｗ）とするのが好ましいということができる。
【００２９】
４．外装缶のヤング率の検討
ついで、外装缶に用いる材質のヤング率について検討した。そこで、ヤング率が１０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて上述と同様に単電池１０を作製するとともに、この単電池１０を用いて上述と同様に組電池Ｂ１を作製した。同様に、ヤング率が１２×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ２を作製し、ヤング率が１５×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ３を作製し、ヤング率が２０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ４（上述したＡ３と同様である）を作製し、ヤング率が２３×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ５を作製し、ヤング率が２５×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ６を作製し、ヤング率が２８×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて組電池Ｂ７を作製した。
【００３０】
この場合、外装缶１６の材質は表面にニッケルメッキを施した鉄１００％であるが、鉄素材には互いにヤング率の異なる素材を複数種類混合して使用し、その混合比率を変化させてヤング率を調整した。尚、外装缶１６にステンレスなどのような複数の金属が含まれる合金を用いる場合には、それらの金属の合金比率を変化させることによってもヤング率を調整することができる。
【００３１】
ついで、これらの各組電池Ｂ１〜Ｂ７を用いて、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電した後、１Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ｂ１〜Ｂ７の初期放電容量Ｃ１を求めた。ついで、１Ｉｔの電流値で上述のように充放電を１０回繰り返した後、１Ｉｔの充電電流で１６時間充電を行い、その後、１０Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させて、放電時間から各組電池Ｂ１〜Ｂ７の１０Ｉｔ放電後の放電容量Ｃ１０を求めた。
【００３２】
ついで、求めた放電容量Ｃ１０から初期放電容量Ｃ１に対する割合（（Ｃ１０／Ｃ１）×１００％）を出力特性（この場合は、１０個の組電池の平均値）として求めると、下記の表２に示すような結果が得られた。また、この試験において、各組電池Ｂ１〜Ｂ７の総膨れ量を求め、組電池Ｂ４（Ａ３）の総膨れ量を１００とし、他の組電池の総膨れ量をそれとの比率で表すと、下記の表２に示すような結果が得られた。
【表２】
【００３３】
上記表２の結果から明らかなように、ヤング率が１５×１０10Ｐａ以上の材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ３〜Ｂ７においては、総膨れ量も少なく、出力特性も向上していることが分かる。ただし、ヤング率が２８×１０10Ｐａと大きい材質は外装缶１６の加工が困難で、生産性が低下する。このため、電池用外装缶の材質としては不適であるので、ヤング率が２５×１０10Ｐａ以下の材質から選択して用いる必要がある。この場合、ヤング率が１０×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ１およびヤング率が１２×１０10Ｐａの材質の外装缶１６を用いて作製された組電池Ｂ２の総膨れ量が大きく、その出力特性が低下していることが分かる。
【００３４】
これは、ヤング率が１５×１０10Ｐａ未満の材質で形成された外装缶は、電池内圧が上昇することにより膨れ量が大きいために、隣接する単電池の正極キャップと外装缶の底部との間が接触するようになる。このため、この接触部が局所的に高温となって、その抵抗値が増大し、抵抗電圧降下により出力特性が低下したと考えられる。この場合、隣接する単電池間の距離Ｗを広く取るようにすれば、隣接する単電池の正極キャップと外装缶の底部とが接触することを防止できるようになるが、隣接する単電池間の距離Ｗが大きくなると、一定の容積内に収容できる単電池の個数を減少させる必要が生じるため、好ましいことではない。
【００３５】
上述したように、本発明においては、電池内圧が上昇して各単電池が膨張するようになっても、隣接する単電池の封口体の先端部と金属製外装缶の底部とが接触しないように、隣接する単電池の一方の封口体と他方の金属製外装缶とが接続部材により溶接されている。このため、電池内圧が上昇して各単電池が膨張しても、単電池間は接続部材を通してのみ電流が流れることとなる。この結果、いたずらに電池温度が上昇することもなくなることから、組電池に変形が生じたり、圧力弁が所定の圧力で動作しなかったりすることがなくなり、信頼性が損なわれることもない。
【００３６】
なお、上述した実施の形態においては、単電池を５個だけ用いて組電池にする例を説明したが、本発明を適用すれば何個の単電池を接続しても組電池を製造できることは明らかである。また、上述した実施の形態においては、封口体を正極端子とし、外装缶を負極端子とした例について説明したが、封口体を負極端子とし、外装缶を正極端子としてもよい。さらに、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池やリチウム二次電池等の他の蓄電池にも本発明を適用できることは明らかである。
【００３７】
さらに、接続部材２０の形状についても変更することができる。例えば、円筒部２２をなくして、平面部２１の表裏各面からプロジェクション突起を互いに逆向きに突出させた接続部材を単電池間に挟むような構造のものでも良い。この場合、プロジェクション突起の突出高さによって、単電池間の間隔を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ニッケル−水素蓄電池（単電池）の断面を模式的に示す断面図である。
【図２】５個のニッケル−水素蓄電池（単電池）を接続して組電池とした状態を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図２（ｃ）は単電池間を接続して組電池とするための接続部材の一例を示す斜視図である。
【図３】単電池が膨張した場合の膨れ量と単電池間の距離との関係を説明する平面図である。
【図４】従来例の組電池の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０（Ａ，Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）…単電池、１１…正極板、１２…負極板、１３…セパレータ、１４…正極集電体、１５…負極集電体、１６…金属製外装缶、１６ａ…凹部、１６ｂ…かしめ部、１７…正極用リード、１８…封口体、１８ａ…封口板、１８ｂ…正極キャップ、１８ｃ…弁板、１８ｄ…スプリング、１９ａ…防振リング、１９ｂ…絶縁ガスケット、２０…接続部材、２１…平面部、２２…円筒部、２３…開孔、２４…プロジェクション突起、２５…プロジェクション突起、２６…円筒状絶縁体、１００…組電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねる封口体を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池であって、
一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように前記一方の単電池の封口体と前記他方の単電池の金属製外装缶とが接続部材により溶接されており、
前記単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、前記一方の単電池の封口体の先端部と前記他方の単電池の金属製外装缶の底部とが接触しないようになされていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記接続部材と前記一方の単電池の封口体との接触部、および前記接続部材と前記他方の単電池の外装缶の接触部がそれぞれ溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じた際の最大の膨れ量をｗとすると、
前記間隔（Ｗ）は１．１ｗ〜１．５ｗ（１．１ｗ≦Ｗ≦１．５ｗ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記外装缶に使用される材質のヤング率は１５×１０10〜２５×１０10Ｐａであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の組電池。
【請求項１】
発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねる封口体を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池であって、
一方の単電池の封口体の先端部と他方の単電池の金属製外装缶の底部との間に間隔（Ｗ）が形成されるように前記一方の単電池の封口体と前記他方の単電池の金属製外装缶とが接続部材により溶接されており、
前記単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じても、前記一方の単電池の封口体の先端部と前記他方の単電池の金属製外装缶の底部とが接触しないようになされていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記接続部材と前記一方の単電池の封口体との接触部、および前記接続部材と前記他方の単電池の外装缶の接触部がそれぞれ溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記単電池に弁開放が生じるまで電池内圧が上昇して電池膨れが生じた際の最大の膨れ量をｗとすると、
前記間隔（Ｗ）は１．１ｗ〜１．５ｗ（１．１ｗ≦Ｗ≦１．５ｗ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記外装缶に使用される材質のヤング率は１５×１０10〜２５×１０10Ｐａであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の組電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−９２８２８（Ｐ２００６−９２８２８Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７４７４３（Ｐ２００４−２７４７４３）
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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