電池
【課題】電池容器と電解液との反応による劣化及び電池容器内部の熱による劣化を防止して、性能を向上した電池を提供する。
【解決手段】第１極性の電位の第１電極板７ａと、第２極性の電位の第２電極板１２と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータ１６とを備えた積層電極体１７ａ，１７ｂと、多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器２とを有し、前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触する。
【解決手段】第１極性の電位の第１電極板７ａと、第２極性の電位の第２電極板１２と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータ１６とを備えた積層電極体１７ａ，１７ｂと、多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器２とを有し、前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池、特に性能を向上した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池には、放電のみ行う一次電池や充放電が可能な二次電池が存在する。これらは電極板、すなわち正極板および負極板がセパレータを介して積層された積層電極体を電池容器に密閉した構成であり、一般的に電池システムにおけるモータ等の電力負荷駆動用の電力供給のために使用される。
しかしながら、これら電池においては、導電性の電池容器と電解液とが反応して電池容器が劣化し、結果として電池が故障する場合があることが知られている。また、同じ型の電池であっても、その電池の配置、例えば電池を縦置きとするか又は横置きとするかによって、電解液が電極板（正極板または負極板）に十分に行き渡らず、結果として電池性能が劣化する場合があることが知られている。
そこで、上記電池容器の劣化を防止すべく、電池の正極端子と導電性の電池容器とを導電体で接続し、電池容器を正極板と同じ電位とする構成の電池（特許文献１参照）等が開発されている。また、上記電池性能の劣化を防止すべく、電池容器の内部に多孔質の電解液保持体を配置して、電解液を電極板へ補給する構成の電池（特許文献２及び３参照）等が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８６５９１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８０７１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の電池は、導電性の電池容器の外側に上記導電体を配置しているため、当該電池が使用される電池システムの振動等で当該電池システムの他の部材が当該導電体に当たる等し、結果として当該導電体が所定の位置から外れ、上記反応が進行してしまう恐れがある。
また、特許文献２及び３の電池に配置された電解液保持体は、多孔質の絶縁体であって、熱伝導率が高くない。このため、電解液を電極板へ補給することで電池性能の劣化の防止を企図しても、電池の充電または放電により電池容器の内部で発生する熱を電池容器の外部へ効果的に放出することができず、熱暴走等の電池の故障を引き起こす恐れがある。
そこで、本発明は、簡易な構成により上述の課題を同時に解決し、性能を向上した電池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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の電池は、第１極性の電位の第１電極板と、第２極性の電位の第２電極板と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータとを備えた積層電極体と、多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板と、前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器とを有し、前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、この構成により、積層電極体と電池容器との間に配置された電解液保持板が電解液を電極板へ適宜補給することで、電池性能の劣化が防止される。さらに、電池容器内に配置される枠部が第１電極板及び電池容器に接触しているので、所定の位置から外れることなく、電池容器の電位を当該電極板の電位と実質的に同じとして、電池容器の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電池によれば、上記導電体が所定の位置から外れることで発生する上記反応による電池の故障及び電池容器の内部の熱による電池の故障に関する上記課題を同時に防止して、性能を向上した電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の電池の概要図である。図１（ａ）はＸＺ平面から見た電池の透視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´線におけるＹＺ断面図である。
【図２】図１の電池に使用される電極板の概要図である。図２（ａ）は正極板の概要図であり、図２（ｂ）は負極板の概要図である。
【図３】図１の電池に使用される電解液保持板の枠部又は多孔部の概要図である。図３（ａ）は、ＸＺ平面から見た枠部の側面図であり、図３（ｂ）はＸＹ平面から見た枠部の正面図であり、図３（ｃ）はＸＺ平面から見た電解液保持板（枠部と多孔部）の側面図であり、図３（ｄ）はＸＹ平面から見た電解液保持板の正面図である。
【図４】本発明の変形例の電池の概要図である。図４（ａ）はＸＺ平面から見た電池の透視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ´線におけるＹＺ断面図である。
【図５】図４の電池に使用される電極板の概要図である。図５（ａ）は正極板の概要図であり、図５（ｂ）は負極板の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の電池は、電池容器と積層電極体との間に板状の電解液保持板を配置しており、そして、電解液保持板は、導電性があり且つ熱伝導性の良い材料からなる枠部と電解液を保持する多孔部とを備え、この枠部が正極板又は負極板の一方と電池容器に物理的かつ直接的に接触することを特徴の１つとしている。以下、図面を参照しながら、実施形態の電池につき詳述する。
なお、実施形態の電池としては、一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池の一例として、充放電可能な電池、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池を用いて説明する。
【００１０】
本実施形態の電池１につき図１至及図３を参照して説明する。なお、図１は電池１の概要図であるので、説明容易のために、適宜、電池１の構成部材が省略されている場合がある。例えば、図１（ｂ）に示す構成部材が、図１（ａ）に全て記載してあるとは限らない。また、以下、例えば寸法「Ｗ」のように、寸法及び括弧で記載される括弧の中の英文字等は、いずれも正の実数である。
まず、図１に示すように、電池１は、ＸＹ平面上に略矩形の形状の底面をもち且つ当該略矩形の全ての辺から＋Ｚ方向へ伸びる壁面をもつ角型の導電性（例えば、アルミニウム等の金属製）の容器本体２と、容器本体２に収納され且つ容器本体２の上記底面及び容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面に接して配置される電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）と、電解液保持板１８に接するように容器本体２に収納され且つ正極板７ａと負極板１２とがセパレータ１６を介して積層された積層電極体１７と、積層電極体１７を容器本体２に収納後に容器本体２を密閉する蓋３とを備えている（容器本体２と蓋３とがレーザ溶接等で密閉されて「電池容器」となる）。なお、図示しないものの、電池容器には電解液が蓄えられる。電池容器の内径は、Ｘ方向に寸法「Ｗ」、Ｙ方向に寸法「Ｄ」、Ｚ方向に寸法「Ｈ」である。
ここで、蓋３は容器本体２と同一の導電性の材質である。そして、蓋３には、蓋３を貫通して配置される例えば円柱状の電極端子（正極端子４又は負極端子５）と、電極端子を蓋３に固定し且つ電極端子と蓋３との間を電気的に絶縁且つ密閉する絶縁性の樹脂６（例えば、プラスチック樹脂等の絶縁体）が形成されている。
【００１１】
積層電極体１７（ここでは、２つの積層電極体１７ａと１７ｂ）は、一例として、複数の正極板７ａと複数の負極板１２とがセパレータ１６を介して順次積層された積層型の積層電極体であるとして、以下説明する。
正極板７ａは、アルミニウム等の正極用金属箔（以下、「正極基材」ともいう）の両面にマンガン酸リチウム等の正極活物質が塗工された後、打ち抜かれて形成される。正極板７ａは、正極基材に正極活物質が塗工されている略矩形の部分（以下、「正極塗工部」８という）と当該正極基材に正極活物質が塗工されていない略矩形の部分（以下、「正極非塗工部」９という）とを備えている。
正極塗工部８のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の正極タブ１０と、−Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、正極非塗工部９である。また、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｘ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、及び、＋Ｘ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉも、正極非塗工部９である。
【００１２】
これら正極非塗工部９と正極塗工部８との接続関係は、図２（ａ）に示すとおりである。すなわち、正極塗工部８は、Ｘ方向に寸法「ｗ１」及びＺ方向に寸法「ｗ２」の略矩形である。
また、正極非塗工部９の１つである正極タブ１０は、Ｘ方向に寸法「ｗ３」及びＺ方向に寸法「ｗ４」の略矩形であって、正極塗工部８のＸ方向の幅の中心からＺ方向へ仮想線（以下、「正極仮想線」という）を引いた場合に、正極仮想線より＋Ｘ方向に位置し且つ正極塗工部８のＸ方向の内側に位置し且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている（従って、０＜ｗ３＜｛（ｗ１）÷２}である）。なお、寸法「ｗ４」は、正極端子４に電気的に接続するために十分な長さである。
さらに、正極非塗工部９の１つである接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、Ｘ方向に寸法「ｗ５」及びＺ方向に寸法「ｗ６」の略矩形であって、正極塗工部８のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｚ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。
また、正極非塗工部９の１つである接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆは、Ｘ方向に寸法「ｗ７」及びＺ方向に寸法「ｗ８」の略矩形であって、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｘ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。同様に、正極非塗工部９の１つである接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉは、Ｘ方向に寸法「ｗ７」及びＺ方向に寸法「ｗ８」の略矩形であって、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｘ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。
なお、寸法「ｗ６」及び寸法「ｗ７」は、後述する電解液保持板１８の枠部１９に物理的且つ直接的に接触するために十分な長さである。
【００１３】
一方、負極板１２は、銅等の負極用金属箔（以下、「負極基材」ともいう）の両面にカーボン等の負極活物質が塗工された後、打ち抜かれて形成される。負極板１２は、負極基材に負極活物質が塗工されている略矩形の部分（以下、「負極塗工部」１３という）と当該負極基材に負極活物質が塗工されていない略矩形の部分（以下、「負極非塗工部」１４という）とを備えている。
負極塗工部１３のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の負極タブ１５は、負極非塗工部１４である。
これら負極非塗工部１４と負極塗工部１３との接続関係は、図２（ｂ）に示すとおりである。
すなわち、負極塗工部１３は、Ｘ方向に寸法「ｄ１」及びＺ方向に寸法「ｄ２」の略矩形である。また、負極非塗工部１４である負極タブ１５は、Ｘ方向に寸法「ｄ３」及びＺ方向に寸法「ｄ４」の略矩形であって、負極塗工部１３のＸ方向の幅の中心からＺ方向へ仮想線（以下、「負極仮想線」という）を引いた場合に、負極仮想線より−Ｘ方向に位置し且つ負極塗工部１３のＸ方向の内側に位置し且つ負極塗工部１３に接続されて一体となっている（従って、０＜ｄ３＜｛（ｄ１）÷２}である）。
負極塗工部１３のＸＺ平面における略矩形の寸法は、後述の電解液保持板１８を配置した電池容器の内部に折れ曲がることなく収納される寸法である。そして、負極塗工部１３のＸＺ平面における略矩形の寸法は、正極塗工部８のＸＺ平面における略矩形の寸法よりも大きい。すなわち、０＜ｗ１＜ｄ１且つ０＜ｗ２＜ｄ２である。従って、図１（ａ）に示すように、Ｙ方向から見て、正極塗工部８は負極塗工部１３の面内に配置される。また、負極タブ１５は、正極仮想線と負極仮想線とをＸＺ平面上で実質的に合わせて正極板７ａと負極板１２とをセパレータを介して順次Ｙ方向に積層するので、ＸＺ平面上で正極タブ１０と重ならない位置に配置される。
【００１４】
セパレータ１６は、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、略矩形の袋状のセパレータとしている。そして、袋状のセパレータが、負極板１２を内包している。当該袋状のセパレータは、略矩形の少なくとも３辺が全部または一部閉じた形状をしており、袋状のセパレータの内部に負極板１２を閉じ込めることができる。なお、ここでは、袋状のセパレータの内部に電極板の塗工部全面（ここでは、負極塗工部１３の全面）が収められ且つ当該袋の内部から外部へ電極タブ（ここでは、負極タブ１５）が飛び出している状態を「内包」という。
セパレータ１６を袋状とすることで、後述の如く正極電位に帯電する電池容器に負極板１２が接触することを十分に防止し、また、負極板１２が正極板７に接触することを十分に防止している。
もちろん、セパレータの寸法等を調整することで、かような防止の機能が達成できる場合には、必ずしも袋状である必要はない。従って、セパレータの形状を単に略矩形のシート状としてもよいし、当該略矩形のセパレータをつづら折にして、その間に電極板を適宜配置するとしてもよい。
【００１５】
そして、袋状のセパレータ１６に内包された負極板１２から積層を始め、当該負極板１２のセパレータ１６の上（＋Ｙ方向）に正極板７ａを積層し、次に、当該正極板７ａの上（＋Ｙ方向）に袋状のセパレータ１６に内包された負極板１２を積層する。この際、積層される複数の負極板４は、各々の負極タブ１５のＸＺ平面における位置を揃えて積層される。また、積層される複数の正極板７ａは、各々の正極タブ１０のＸＺ平面における位置を揃えて積層される。
これを順次繰り返し、最終的に複数の正極板７ａと複数の負極板１２からなり且つＸ方向から見たＹ方向の両端に負極板１２が配置される積層電極体１７が形成される。図１（ｂ）では、２つの同一の積層電極体１７（それぞれ番号を１７ａと１７ｂとして図に示す）が電池容器に納められた例を示している。
なお、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての正極タブ１０は、リベット打ち又は溶接等で、正極端子４に電気的に接続される。この際、正極タブ１０を直接的に正極端子４に接続してもよいし、正極タブ１０と正極端子４との間に金属製の正極用リードを介在させてもよい。また、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての負極タブ１５は、リベット打ち又は溶接等で、負極端子５に電気的に接続される。この際、負極タブ１５を直接的に負極端子５に接続してもよいし、負極タブ１５と負極端子５との間に金属製の負極用リードを介在させてもよい。
【００１６】
電解液保持板１８は、本実施形態では、簀の子（すのこ）状の枠部１９（図３（ａ）及び（ｂ）参照）と、多数の微細な空孔が形成された多孔部２２（図３（ｃ）及び（ｄ）参照）とを備えている。そして、枠部１９と多孔部２２が互いに嵌め合わされて、１枚の板状の電解液保持板１８が形成される。以下に詳述する。
なお、図３では、上記底面に配置される電解液保持板１８ａを示す。上記壁面に配置される電解液保持板１８ｂ及び１８ｃについては、その寸法等が図３に示す電解液保持板１８ａと異なる場合があるものの同様の構成であるので、代表的に上記底面に配置される電解液保持板１８ａの説明をすることとして、上記壁面に配置される電解液保持板１８ｂ及び１８ｃの説明は省略する。
【００１７】
簀の子状の枠部１９は、導電性が良く且つ熱伝導率の良い材料で形成される。例えば、アルミニウム合金や銅等の金属で形成される。そして、ＹＺ平面における断面積が寸法「Ｄ２」×寸法「Ｈ１」で、Ｘ方向の長さが寸法「Ｗ１」の略四角柱の形状をした横板部２０（ここでは、横板部２０ａと２０ｂ）と、ＸＺ平面における断面積が寸法「Ｗ２」×（寸法「Ｈ１」＋寸法「Ｈ２」）で、Ｙ方向の長さが｛寸法「Ｄ１」−（２×寸法「Ｄ２」）｝の略四角柱の形状をした縦板部２１とを備えている（ただし、Ｗ１＜Ｗ且つＷ１≒Ｗ、Ｄ１＜Ｄ且つＤ１≒Ｄ）。
枠部１９を簀の子状の形状とするため、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸上で同一位置に配置された横板部２０ａと２０ｂの間に、３つの縦板部２１が寸法「Ｗ３」の間隔を互いに空けて配置され、且つ、３つの縦板部２１のうち−Ｘ方向の端に位置する縦板部２１は横板部２０のＸ方向の両端のうち−Ｘ方向の端から＋Ｘ方向に寸法「Ｗ４」の間隔を空けて配置され、且つ、３つの縦板部２１のうち＋Ｘ方向の端に位置する縦板部２１は横板部２０のＸ方向の両端のうち＋Ｘ方向の端から−Ｘ方向に寸法「Ｗ４」の間隔を空けて配置されている。さらに、縦板部２１のＺ方向に存在する２つの平面（すなわち、ＸＹ平面から見てＺ方向に２つ存在する平面）のうち＋Ｚ方向にある平面は、横板部２０のＺ方向に存在する２つの平面（すなわち、ＸＹ平面から見てＺ方向に２つ存在する平面）のうち＋Ｚ方向にある平面と同一の平面となるよう配置される。
このため、枠部１９をＸＺ平面から見ると、図３（ａ）に示すように、横板部２０と縦板部２１の各々のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち＋Ｚ方向にある辺の位置は同一となる。また、横板部２０と縦板部２１とでは、Ｚ方向の寸法が寸法「Ｈ２」だけ異なるため、縦板部２１が横板部２０から突出した凸形状となる。
このように配置された横板部２０と縦板部２１は互いに物理的に接続されている。別々の部材として形成した横板部２０と縦板部２１とを溶接等で接合してもよいし、型に溶かしこんで当初から一体に形成してもよい。
【００１８】
多孔部２２の形状及び寸法は、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、枠部１９にきれいに嵌め込まれて枠部１９と多孔部２２とが一体となり、この結果、{寸法「Ｄ１」×寸法「Ｗ１」×（寸法「Ｈ１」＋寸法「Ｈ２」）}の板状且つ表面に凹凸が実質的に存在しない状態の電解液保持板１８が形成できるよう、適宜設計される。
多孔部２２は、多数の微細な空孔が形成された材料であれば、例えば、アルミナ微粒子の集合体などの無機酸化物であってもよいし、プラスチックや合成樹脂などのスポンジであってもよい。
ただし、多孔部２２が変形容易なスポンジ等であると、一般的に安価であるものの、積層電極体１７の隣り合う電極板間、すなわち隣接した正極板７ａと負極板１２との隙間にスポンジ等が入り込み、充放電に伴う積層電極体１７の膨張の際に、当該隙間に入り込んだスポンジ等が障害物となって電極板の破損が生じる恐れもある。一方、多孔部２２が変形困難な無機酸化物等であれば、一般的に高価であるものの、当該隙間に入り込むことはないので、これを原因とする電極板の破損が生じる恐れがない。そこで、電池１の製造コストと仕様に応じて、多孔部２２の材料を変形困難な無機酸化物等とするか又は変形容易なスポンジ等とするかを選択することとなる。
【００１９】
上記のように構成された電解液保持板１８は、板状の両面（図３（ｂ）では、ＸＹ平面から見た２つの面）に縦板部２１がむき出しになるとともに、その周囲を多孔部２２で取り囲んでいる。縦板部２１がこのようにむき出しになっていることで、積層電極体１７の接触部１１が縦板部２１に物理的且つ直接的に接触し、且つ、縦板部２１が電池容器に物理的且つ直接的に接触することができる。
また、電解液の循環促進のために所定の間隔を空けて配置される複数の接触部１１に対応した位置に、複数の縦板部２１がそれぞれ配置されており、且つ、縦板部２１の幅（ここでは、寸法「Ｗ２」）が接触部１１の幅（ここでは、寸法「ｗ５」）と少なくとも同じ幅であることで、充放電により電極板で発生した熱を電極板の内側から効果的に電池容器へ移動させ、電池容器から放熱することができる。
なお、電解液保持板１８における枠部１９と多孔部２２の形状と寸法は、枠部１９の縦板部２１が接触部１１に対応する位置に配置されて上記のようにむき出しとなるよう互いに嵌め合わされた構成であればよく、また、積層電極体１７を電池容器の内部に収納する都合上、枠部１９と多孔部２２とが嵌め合わされた板状の状態における表面に凹凸が実質的に存在しない構成であることが望ましい。従って、図３に示す電解液保持板１８の形状及び寸法に限らず、多孔部２２に溜め込んで保持する電解液の量と電池１に求められる上記放熱の能力を勘案して、適宜設計変更が可能である。また、ここでは図３（ｄ）で示される電解液保持板１８の面を上記壁面に向けて配置しているが、当該面の裏面を上記壁面に向けて配置してもよい。
【００２０】
以上の構成により、本実施形態の電池１を縦置き、すなわち−Ｚ方向に重力が働くように電池１を配置した場合には、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、容器本体２の底面に配置された電解液保持板１８ａの枠部１９に、積層電極体１７の自重によって又は重力によって物理的且つ直接的に接することとなる。また、電解液保持板１８ａの枠部１９も自重によって当該底面に物理的且つ直接的に接することとなる。
また、このとき、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが、容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面のうち−Ｘ方向の壁面に配置された電解液保持板１８ｂの枠部１９に物理的且つ直接的に接する。そして、接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが撓むことで発生するバネによる力で、電解液保持板１８ｂの枠部１９も当該壁面に物理的且つ直接的に接することとなる。
さらに、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉが、容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面のうち＋Ｘ方向の壁面に配置された電解液保持板１８ｃの枠部１９に物理的且つ直接的に接する。そして、接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉが撓むことで発生するバネによる力で、電解液保持板１８ｃの枠部１９も当該壁面に物理的且つ直接的に接することとなる。
【００２１】
従って、電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）の枠部１９が接触部１１（１１ａ〜１１ｉ）と電池容器のいずれにも物理的且つ直接的に接するので、電池容器の電位が実質的に正極板７ａの電位と同じとなる（なお、以下、電池容器の電位を実質的に正極板と同電位にすることを「プルアップ」という）。ここで、接触部１１及び電解液保持板１８は、特許文献１のように電池容器の外部に配置される部材ではなく、また、積層電極体の重みで圧迫されて又は重力で電池容器に電気的に接触するので外れる恐れがない。よって、特許文献１の構成に比べ、電池容器の劣化をより効果的に防止することができる。
また、電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）の枠部１９が正極板７ａ（具体的には接触部１１（１１ａ〜１１ｉ））と電池容器のいずれにも物理的且つ直接的に接するので、充電または放電により積層電極体１７の内部で発生する熱が、積層電極体１７の内部から電池容器へ迅速に移動し、結果として電池容器から放熱されることになる。よって、特許文献２及び３の構成に比べ、電池性能の劣化をより効果的に防止することができる。
さらに、上記壁面に配置された電解液保持板１８ｂ及び電解液保持板１８ｃの多孔部２２が電解液を＋Ｚ方向へ吸い上げて電解液を保持しているので、積層電極体１７の一部の電極板間に電解液が欠乏した場合に、毛細管現象による毛細管力により、多孔部２２から円滑に当該一部の電極板間へ電解液の補給が可能となる。
【００２２】
なお、本実施形態の電池１を横置き、すなわち＋Ｘ方向、又は、−Ｘ方向に重力が働くように電池１を配置した場合には、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、又は、接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが、電解液保持板１８ｃの枠部１９、又は、電解液保持板１８ｂの枠部１９に、積層電極体１７の自重によって又は重力によって物理的且つ直接的に接する。
このとき、重力方向に２つ配置される電解液保持板１８ｂ又は１８ｃのうち、重力方向において上に位置する電解液保持板１８から、当該電解液保持板１８の多孔部２２の保持した電解液が、上記毛細管力または重力によって積層電極体１７へ滴り落ちる構成とすることができるため、積層電極体１７の一部の電極板間に電解液が欠乏した場合においても、当該一部の電極板間へ電解液の供給が可能となる。
【００２３】
以上のとおり、本実施形態の電池１は、上記課題を同時に防止しつつ性能を向上した電池である。
ところで、実施形態の電池１は、プルアップした構成であったが、正極活物質、負極活物質及び電解液の組み合わせによっては、電池容器の電位を実質的に負極板と同電位にして電池容器と電解液との反応を防止する必要がある。ここで、電池容器の電位を実質的に負極板と同電位にすることを「プルダウン」という。
そこで、図４及び図５に電池１の変形例として、「プルダウン」した場合の電池１´を示す。
図４の電池１´は、正極板７ａの代わりに正極板７ｂを用いている点、及び、袋状のセパレータ１６が負極板１２ではなく正極板７ｂを内包している点の２点で、図１の電池１と異なり、他の構成は同様である。従って、当該他の構成についての説明は省略する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、正極板７ｂは、図２（ａ）に示す正極板７ａの接触部１１（１１a〜１１ｉ）が全く形成されていない点以外は正極板７ａと同一構成である。
電池１´は、負極板１２の負極塗工部１３が、図１の電池１における接触部１１と同様に、電解液保持板１８の枠部１９に物理的且つ直接的に接する。
従って、図４の電池１´は、図１の電池１で述べたと同様の効果を奏することができる。
【００２４】
本発明は上述した実施形態やその変形例、またはこれらの組み合わせに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りで種々の変形が可能である。例えば、電池容器の形状は角型として説明したが、円筒型であってもよい（この場合には、例えば、電解液保持板は反った状態の板状の形状とすればよい）。同様に、積層電極体１７は、複数の正極板と複数の負極板とがそれぞれセパレータを介して順次積層された積層電極体（積層型積層電極体）でもよいし、１つの正極板と１つの負極板とが１つのセパレータを介して積層され且つ巻かれた状態の積層電極体（捲回型積層電極体）でもよい。なお、積層電極体６が積層型積層電極体である場合には、正極板７と負極板１２の数は１以上、すなわち適宜複数に設計が可能である。
また、上述した実施形態やその変形例では、接触部１１は正極基材としたが、接触部１１を正極基板とは別個に形成した後に、正極基材へ溶接等して接続してもよい。実施形態では、接触部１１の数は、正極塗工部８の１つの辺に３つとし、これに対応する位置に縦板部２１を配置した。しかし、当該数は１つでもよいし、また複数でもよい。複数の接触部１１を互いに間隔を空けて配置できれば、熱を導く経路が複数存在することになるので放熱を効果的に行うことができ、また、当該間隔を電解液が通り抜けることができるので、電解液の循環をより効果的に行うことができる。従って、結果として、電池性能を向上させることができる。なお、ここで、接触部１１に例えば多孔性のカーボンコートを行うと、毛細管力等により電解液保持板１８から電極板間への電解液の供給を補助することができるので、電池性能をより向上させることができる。
さらに、実施形態およびその変形例では、３つの電解液保持板１８ａ、１８ｂ、１８ｃを別々に形成して配置していたが、これらを一体に接続したコの字状の形状としてもよい。この場合には、コの字状の上記壁面に対応した箇所が、コの字状によるバネの力で当該壁面にしっかり接触するよう構成すると電解液保持板の電池容器内における安定性がさらに良くなる。また、実施形態およびその変形例では、電解液保持板１８を底面及び上記壁面の一部（すなわち、４つの壁面のうちの２つ）に配置していたが、底面及び上記壁面の全て（すなわち、４つの壁面のうちの４つ）に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１、１´…電池、２…容器本体、３…蓋、４…正極端子、５…負極端子、６…樹脂、
７（７ａ、７ｂ）…正極板、８…正極塗工部、９…正極非塗工部、
１０…正極タブ、１１（１１ａ 〜 １１ｉ）…接触部、
１２…負極板、１３…負極塗工部、１４…負極非塗工部、１５…負極タブ、
１６…セパレータ、１７（１７ａ、１７ｂ）…積層電極体、
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）…電解液保持板、１９…電解液保持板の枠部、
２０（２０ａ、２０ｂ）…横板部、２１…縦板部、
２２…電解液保持板の多孔部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池、特に性能を向上した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池には、放電のみ行う一次電池や充放電が可能な二次電池が存在する。これらは電極板、すなわち正極板および負極板がセパレータを介して積層された積層電極体を電池容器に密閉した構成であり、一般的に電池システムにおけるモータ等の電力負荷駆動用の電力供給のために使用される。
しかしながら、これら電池においては、導電性の電池容器と電解液とが反応して電池容器が劣化し、結果として電池が故障する場合があることが知られている。また、同じ型の電池であっても、その電池の配置、例えば電池を縦置きとするか又は横置きとするかによって、電解液が電極板（正極板または負極板）に十分に行き渡らず、結果として電池性能が劣化する場合があることが知られている。
そこで、上記電池容器の劣化を防止すべく、電池の正極端子と導電性の電池容器とを導電体で接続し、電池容器を正極板と同じ電位とする構成の電池（特許文献１参照）等が開発されている。また、上記電池性能の劣化を防止すべく、電池容器の内部に多孔質の電解液保持体を配置して、電解液を電極板へ補給する構成の電池（特許文献２及び３参照）等が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８６５９１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８０７１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の電池は、導電性の電池容器の外側に上記導電体を配置しているため、当該電池が使用される電池システムの振動等で当該電池システムの他の部材が当該導電体に当たる等し、結果として当該導電体が所定の位置から外れ、上記反応が進行してしまう恐れがある。
また、特許文献２及び３の電池に配置された電解液保持体は、多孔質の絶縁体であって、熱伝導率が高くない。このため、電解液を電極板へ補給することで電池性能の劣化の防止を企図しても、電池の充電または放電により電池容器の内部で発生する熱を電池容器の外部へ効果的に放出することができず、熱暴走等の電池の故障を引き起こす恐れがある。
そこで、本発明は、簡易な構成により上述の課題を同時に解決し、性能を向上した電池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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の電池は、第１極性の電位の第１電極板と、第２極性の電位の第２電極板と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータとを備えた積層電極体と、多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板と、前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器とを有し、前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、この構成により、積層電極体と電池容器との間に配置された電解液保持板が電解液を電極板へ適宜補給することで、電池性能の劣化が防止される。さらに、電池容器内に配置される枠部が第１電極板及び電池容器に接触しているので、所定の位置から外れることなく、電池容器の電位を当該電極板の電位と実質的に同じとして、電池容器の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電池によれば、上記導電体が所定の位置から外れることで発生する上記反応による電池の故障及び電池容器の内部の熱による電池の故障に関する上記課題を同時に防止して、性能を向上した電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の電池の概要図である。図１（ａ）はＸＺ平面から見た電池の透視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´線におけるＹＺ断面図である。
【図２】図１の電池に使用される電極板の概要図である。図２（ａ）は正極板の概要図であり、図２（ｂ）は負極板の概要図である。
【図３】図１の電池に使用される電解液保持板の枠部又は多孔部の概要図である。図３（ａ）は、ＸＺ平面から見た枠部の側面図であり、図３（ｂ）はＸＹ平面から見た枠部の正面図であり、図３（ｃ）はＸＺ平面から見た電解液保持板（枠部と多孔部）の側面図であり、図３（ｄ）はＸＹ平面から見た電解液保持板の正面図である。
【図４】本発明の変形例の電池の概要図である。図４（ａ）はＸＺ平面から見た電池の透視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ´線におけるＹＺ断面図である。
【図５】図４の電池に使用される電極板の概要図である。図５（ａ）は正極板の概要図であり、図５（ｂ）は負極板の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の電池は、電池容器と積層電極体との間に板状の電解液保持板を配置しており、そして、電解液保持板は、導電性があり且つ熱伝導性の良い材料からなる枠部と電解液を保持する多孔部とを備え、この枠部が正極板又は負極板の一方と電池容器に物理的かつ直接的に接触することを特徴の１つとしている。以下、図面を参照しながら、実施形態の電池につき詳述する。
なお、実施形態の電池としては、一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池の一例として、充放電可能な電池、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池を用いて説明する。
【００１０】
本実施形態の電池１につき図１至及図３を参照して説明する。なお、図１は電池１の概要図であるので、説明容易のために、適宜、電池１の構成部材が省略されている場合がある。例えば、図１（ｂ）に示す構成部材が、図１（ａ）に全て記載してあるとは限らない。また、以下、例えば寸法「Ｗ」のように、寸法及び括弧で記載される括弧の中の英文字等は、いずれも正の実数である。
まず、図１に示すように、電池１は、ＸＹ平面上に略矩形の形状の底面をもち且つ当該略矩形の全ての辺から＋Ｚ方向へ伸びる壁面をもつ角型の導電性（例えば、アルミニウム等の金属製）の容器本体２と、容器本体２に収納され且つ容器本体２の上記底面及び容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面に接して配置される電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）と、電解液保持板１８に接するように容器本体２に収納され且つ正極板７ａと負極板１２とがセパレータ１６を介して積層された積層電極体１７と、積層電極体１７を容器本体２に収納後に容器本体２を密閉する蓋３とを備えている（容器本体２と蓋３とがレーザ溶接等で密閉されて「電池容器」となる）。なお、図示しないものの、電池容器には電解液が蓄えられる。電池容器の内径は、Ｘ方向に寸法「Ｗ」、Ｙ方向に寸法「Ｄ」、Ｚ方向に寸法「Ｈ」である。
ここで、蓋３は容器本体２と同一の導電性の材質である。そして、蓋３には、蓋３を貫通して配置される例えば円柱状の電極端子（正極端子４又は負極端子５）と、電極端子を蓋３に固定し且つ電極端子と蓋３との間を電気的に絶縁且つ密閉する絶縁性の樹脂６（例えば、プラスチック樹脂等の絶縁体）が形成されている。
【００１１】
積層電極体１７（ここでは、２つの積層電極体１７ａと１７ｂ）は、一例として、複数の正極板７ａと複数の負極板１２とがセパレータ１６を介して順次積層された積層型の積層電極体であるとして、以下説明する。
正極板７ａは、アルミニウム等の正極用金属箔（以下、「正極基材」ともいう）の両面にマンガン酸リチウム等の正極活物質が塗工された後、打ち抜かれて形成される。正極板７ａは、正極基材に正極活物質が塗工されている略矩形の部分（以下、「正極塗工部」８という）と当該正極基材に正極活物質が塗工されていない略矩形の部分（以下、「正極非塗工部」９という）とを備えている。
正極塗工部８のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の正極タブ１０と、−Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、正極非塗工部９である。また、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｘ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、及び、＋Ｘ方向にある辺に接続する略矩形の接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉも、正極非塗工部９である。
【００１２】
これら正極非塗工部９と正極塗工部８との接続関係は、図２（ａ）に示すとおりである。すなわち、正極塗工部８は、Ｘ方向に寸法「ｗ１」及びＺ方向に寸法「ｗ２」の略矩形である。
また、正極非塗工部９の１つである正極タブ１０は、Ｘ方向に寸法「ｗ３」及びＺ方向に寸法「ｗ４」の略矩形であって、正極塗工部８のＸ方向の幅の中心からＺ方向へ仮想線（以下、「正極仮想線」という）を引いた場合に、正極仮想線より＋Ｘ方向に位置し且つ正極塗工部８のＸ方向の内側に位置し且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている（従って、０＜ｗ３＜｛（ｗ１）÷２}である）。なお、寸法「ｗ４」は、正極端子４に電気的に接続するために十分な長さである。
さらに、正極非塗工部９の１つである接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、Ｘ方向に寸法「ｗ５」及びＺ方向に寸法「ｗ６」の略矩形であって、正極塗工部８のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｚ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。
また、正極非塗工部９の１つである接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆは、Ｘ方向に寸法「ｗ７」及びＺ方向に寸法「ｗ８」の略矩形であって、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、−Ｘ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。同様に、正極非塗工部９の１つである接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉは、Ｘ方向に寸法「ｗ７」及びＺ方向に寸法「ｗ８」の略矩形であって、正極塗工部８のＺ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｘ方向にある辺の内側に実質的に等間隔で配置され且つ正極塗工部８に接続されて一体となっている。
なお、寸法「ｗ６」及び寸法「ｗ７」は、後述する電解液保持板１８の枠部１９に物理的且つ直接的に接触するために十分な長さである。
【００１３】
一方、負極板１２は、銅等の負極用金属箔（以下、「負極基材」ともいう）の両面にカーボン等の負極活物質が塗工された後、打ち抜かれて形成される。負極板１２は、負極基材に負極活物質が塗工されている略矩形の部分（以下、「負極塗工部」１３という）と当該負極基材に負極活物質が塗工されていない略矩形の部分（以下、「負極非塗工部」１４という）とを備えている。
負極塗工部１３のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち、＋Ｚ方向にある辺に接続する略矩形の負極タブ１５は、負極非塗工部１４である。
これら負極非塗工部１４と負極塗工部１３との接続関係は、図２（ｂ）に示すとおりである。
すなわち、負極塗工部１３は、Ｘ方向に寸法「ｄ１」及びＺ方向に寸法「ｄ２」の略矩形である。また、負極非塗工部１４である負極タブ１５は、Ｘ方向に寸法「ｄ３」及びＺ方向に寸法「ｄ４」の略矩形であって、負極塗工部１３のＸ方向の幅の中心からＺ方向へ仮想線（以下、「負極仮想線」という）を引いた場合に、負極仮想線より−Ｘ方向に位置し且つ負極塗工部１３のＸ方向の内側に位置し且つ負極塗工部１３に接続されて一体となっている（従って、０＜ｄ３＜｛（ｄ１）÷２}である）。
負極塗工部１３のＸＺ平面における略矩形の寸法は、後述の電解液保持板１８を配置した電池容器の内部に折れ曲がることなく収納される寸法である。そして、負極塗工部１３のＸＺ平面における略矩形の寸法は、正極塗工部８のＸＺ平面における略矩形の寸法よりも大きい。すなわち、０＜ｗ１＜ｄ１且つ０＜ｗ２＜ｄ２である。従って、図１（ａ）に示すように、Ｙ方向から見て、正極塗工部８は負極塗工部１３の面内に配置される。また、負極タブ１５は、正極仮想線と負極仮想線とをＸＺ平面上で実質的に合わせて正極板７ａと負極板１２とをセパレータを介して順次Ｙ方向に積層するので、ＸＺ平面上で正極タブ１０と重ならない位置に配置される。
【００１４】
セパレータ１６は、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、略矩形の袋状のセパレータとしている。そして、袋状のセパレータが、負極板１２を内包している。当該袋状のセパレータは、略矩形の少なくとも３辺が全部または一部閉じた形状をしており、袋状のセパレータの内部に負極板１２を閉じ込めることができる。なお、ここでは、袋状のセパレータの内部に電極板の塗工部全面（ここでは、負極塗工部１３の全面）が収められ且つ当該袋の内部から外部へ電極タブ（ここでは、負極タブ１５）が飛び出している状態を「内包」という。
セパレータ１６を袋状とすることで、後述の如く正極電位に帯電する電池容器に負極板１２が接触することを十分に防止し、また、負極板１２が正極板７に接触することを十分に防止している。
もちろん、セパレータの寸法等を調整することで、かような防止の機能が達成できる場合には、必ずしも袋状である必要はない。従って、セパレータの形状を単に略矩形のシート状としてもよいし、当該略矩形のセパレータをつづら折にして、その間に電極板を適宜配置するとしてもよい。
【００１５】
そして、袋状のセパレータ１６に内包された負極板１２から積層を始め、当該負極板１２のセパレータ１６の上（＋Ｙ方向）に正極板７ａを積層し、次に、当該正極板７ａの上（＋Ｙ方向）に袋状のセパレータ１６に内包された負極板１２を積層する。この際、積層される複数の負極板４は、各々の負極タブ１５のＸＺ平面における位置を揃えて積層される。また、積層される複数の正極板７ａは、各々の正極タブ１０のＸＺ平面における位置を揃えて積層される。
これを順次繰り返し、最終的に複数の正極板７ａと複数の負極板１２からなり且つＸ方向から見たＹ方向の両端に負極板１２が配置される積層電極体１７が形成される。図１（ｂ）では、２つの同一の積層電極体１７（それぞれ番号を１７ａと１７ｂとして図に示す）が電池容器に納められた例を示している。
なお、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての正極タブ１０は、リベット打ち又は溶接等で、正極端子４に電気的に接続される。この際、正極タブ１０を直接的に正極端子４に接続してもよいし、正極タブ１０と正極端子４との間に金属製の正極用リードを介在させてもよい。また、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての負極タブ１５は、リベット打ち又は溶接等で、負極端子５に電気的に接続される。この際、負極タブ１５を直接的に負極端子５に接続してもよいし、負極タブ１５と負極端子５との間に金属製の負極用リードを介在させてもよい。
【００１６】
電解液保持板１８は、本実施形態では、簀の子（すのこ）状の枠部１９（図３（ａ）及び（ｂ）参照）と、多数の微細な空孔が形成された多孔部２２（図３（ｃ）及び（ｄ）参照）とを備えている。そして、枠部１９と多孔部２２が互いに嵌め合わされて、１枚の板状の電解液保持板１８が形成される。以下に詳述する。
なお、図３では、上記底面に配置される電解液保持板１８ａを示す。上記壁面に配置される電解液保持板１８ｂ及び１８ｃについては、その寸法等が図３に示す電解液保持板１８ａと異なる場合があるものの同様の構成であるので、代表的に上記底面に配置される電解液保持板１８ａの説明をすることとして、上記壁面に配置される電解液保持板１８ｂ及び１８ｃの説明は省略する。
【００１７】
簀の子状の枠部１９は、導電性が良く且つ熱伝導率の良い材料で形成される。例えば、アルミニウム合金や銅等の金属で形成される。そして、ＹＺ平面における断面積が寸法「Ｄ２」×寸法「Ｈ１」で、Ｘ方向の長さが寸法「Ｗ１」の略四角柱の形状をした横板部２０（ここでは、横板部２０ａと２０ｂ）と、ＸＺ平面における断面積が寸法「Ｗ２」×（寸法「Ｈ１」＋寸法「Ｈ２」）で、Ｙ方向の長さが｛寸法「Ｄ１」−（２×寸法「Ｄ２」）｝の略四角柱の形状をした縦板部２１とを備えている（ただし、Ｗ１＜Ｗ且つＷ１≒Ｗ、Ｄ１＜Ｄ且つＤ１≒Ｄ）。
枠部１９を簀の子状の形状とするため、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸上で同一位置に配置された横板部２０ａと２０ｂの間に、３つの縦板部２１が寸法「Ｗ３」の間隔を互いに空けて配置され、且つ、３つの縦板部２１のうち−Ｘ方向の端に位置する縦板部２１は横板部２０のＸ方向の両端のうち−Ｘ方向の端から＋Ｘ方向に寸法「Ｗ４」の間隔を空けて配置され、且つ、３つの縦板部２１のうち＋Ｘ方向の端に位置する縦板部２１は横板部２０のＸ方向の両端のうち＋Ｘ方向の端から−Ｘ方向に寸法「Ｗ４」の間隔を空けて配置されている。さらに、縦板部２１のＺ方向に存在する２つの平面（すなわち、ＸＹ平面から見てＺ方向に２つ存在する平面）のうち＋Ｚ方向にある平面は、横板部２０のＺ方向に存在する２つの平面（すなわち、ＸＹ平面から見てＺ方向に２つ存在する平面）のうち＋Ｚ方向にある平面と同一の平面となるよう配置される。
このため、枠部１９をＸＺ平面から見ると、図３（ａ）に示すように、横板部２０と縦板部２１の各々のＸ方向に長さを持つ２つの辺のうち＋Ｚ方向にある辺の位置は同一となる。また、横板部２０と縦板部２１とでは、Ｚ方向の寸法が寸法「Ｈ２」だけ異なるため、縦板部２１が横板部２０から突出した凸形状となる。
このように配置された横板部２０と縦板部２１は互いに物理的に接続されている。別々の部材として形成した横板部２０と縦板部２１とを溶接等で接合してもよいし、型に溶かしこんで当初から一体に形成してもよい。
【００１８】
多孔部２２の形状及び寸法は、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、枠部１９にきれいに嵌め込まれて枠部１９と多孔部２２とが一体となり、この結果、{寸法「Ｄ１」×寸法「Ｗ１」×（寸法「Ｈ１」＋寸法「Ｈ２」）}の板状且つ表面に凹凸が実質的に存在しない状態の電解液保持板１８が形成できるよう、適宜設計される。
多孔部２２は、多数の微細な空孔が形成された材料であれば、例えば、アルミナ微粒子の集合体などの無機酸化物であってもよいし、プラスチックや合成樹脂などのスポンジであってもよい。
ただし、多孔部２２が変形容易なスポンジ等であると、一般的に安価であるものの、積層電極体１７の隣り合う電極板間、すなわち隣接した正極板７ａと負極板１２との隙間にスポンジ等が入り込み、充放電に伴う積層電極体１７の膨張の際に、当該隙間に入り込んだスポンジ等が障害物となって電極板の破損が生じる恐れもある。一方、多孔部２２が変形困難な無機酸化物等であれば、一般的に高価であるものの、当該隙間に入り込むことはないので、これを原因とする電極板の破損が生じる恐れがない。そこで、電池１の製造コストと仕様に応じて、多孔部２２の材料を変形困難な無機酸化物等とするか又は変形容易なスポンジ等とするかを選択することとなる。
【００１９】
上記のように構成された電解液保持板１８は、板状の両面（図３（ｂ）では、ＸＹ平面から見た２つの面）に縦板部２１がむき出しになるとともに、その周囲を多孔部２２で取り囲んでいる。縦板部２１がこのようにむき出しになっていることで、積層電極体１７の接触部１１が縦板部２１に物理的且つ直接的に接触し、且つ、縦板部２１が電池容器に物理的且つ直接的に接触することができる。
また、電解液の循環促進のために所定の間隔を空けて配置される複数の接触部１１に対応した位置に、複数の縦板部２１がそれぞれ配置されており、且つ、縦板部２１の幅（ここでは、寸法「Ｗ２」）が接触部１１の幅（ここでは、寸法「ｗ５」）と少なくとも同じ幅であることで、充放電により電極板で発生した熱を電極板の内側から効果的に電池容器へ移動させ、電池容器から放熱することができる。
なお、電解液保持板１８における枠部１９と多孔部２２の形状と寸法は、枠部１９の縦板部２１が接触部１１に対応する位置に配置されて上記のようにむき出しとなるよう互いに嵌め合わされた構成であればよく、また、積層電極体１７を電池容器の内部に収納する都合上、枠部１９と多孔部２２とが嵌め合わされた板状の状態における表面に凹凸が実質的に存在しない構成であることが望ましい。従って、図３に示す電解液保持板１８の形状及び寸法に限らず、多孔部２２に溜め込んで保持する電解液の量と電池１に求められる上記放熱の能力を勘案して、適宜設計変更が可能である。また、ここでは図３（ｄ）で示される電解液保持板１８の面を上記壁面に向けて配置しているが、当該面の裏面を上記壁面に向けて配置してもよい。
【００２０】
以上の構成により、本実施形態の電池１を縦置き、すなわち−Ｚ方向に重力が働くように電池１を配置した場合には、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、容器本体２の底面に配置された電解液保持板１８ａの枠部１９に、積層電極体１７の自重によって又は重力によって物理的且つ直接的に接することとなる。また、電解液保持板１８ａの枠部１９も自重によって当該底面に物理的且つ直接的に接することとなる。
また、このとき、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが、容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面のうち−Ｘ方向の壁面に配置された電解液保持板１８ｂの枠部１９に物理的且つ直接的に接する。そして、接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが撓むことで発生するバネによる力で、電解液保持板１８ｂの枠部１９も当該壁面に物理的且つ直接的に接することとなる。
さらに、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉが、容器本体２の上記壁面のうちＹＺ平面と実質的に平行な容器本体２の２つの壁面のうち＋Ｘ方向の壁面に配置された電解液保持板１８ｃの枠部１９に物理的且つ直接的に接する。そして、接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉが撓むことで発生するバネによる力で、電解液保持板１８ｃの枠部１９も当該壁面に物理的且つ直接的に接することとなる。
【００２１】
従って、電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）の枠部１９が接触部１１（１１ａ〜１１ｉ）と電池容器のいずれにも物理的且つ直接的に接するので、電池容器の電位が実質的に正極板７ａの電位と同じとなる（なお、以下、電池容器の電位を実質的に正極板と同電位にすることを「プルアップ」という）。ここで、接触部１１及び電解液保持板１８は、特許文献１のように電池容器の外部に配置される部材ではなく、また、積層電極体の重みで圧迫されて又は重力で電池容器に電気的に接触するので外れる恐れがない。よって、特許文献１の構成に比べ、電池容器の劣化をより効果的に防止することができる。
また、電解液保持板１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）の枠部１９が正極板７ａ（具体的には接触部１１（１１ａ〜１１ｉ））と電池容器のいずれにも物理的且つ直接的に接するので、充電または放電により積層電極体１７の内部で発生する熱が、積層電極体１７の内部から電池容器へ迅速に移動し、結果として電池容器から放熱されることになる。よって、特許文献２及び３の構成に比べ、電池性能の劣化をより効果的に防止することができる。
さらに、上記壁面に配置された電解液保持板１８ｂ及び電解液保持板１８ｃの多孔部２２が電解液を＋Ｚ方向へ吸い上げて電解液を保持しているので、積層電極体１７の一部の電極板間に電解液が欠乏した場合に、毛細管現象による毛細管力により、多孔部２２から円滑に当該一部の電極板間へ電解液の補給が可能となる。
【００２２】
なお、本実施形態の電池１を横置き、すなわち＋Ｘ方向、又は、−Ｘ方向に重力が働くように電池１を配置した場合には、電池容器の内部に収納された正極板７ａの接触部１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、又は、接触部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが、電解液保持板１８ｃの枠部１９、又は、電解液保持板１８ｂの枠部１９に、積層電極体１７の自重によって又は重力によって物理的且つ直接的に接する。
このとき、重力方向に２つ配置される電解液保持板１８ｂ又は１８ｃのうち、重力方向において上に位置する電解液保持板１８から、当該電解液保持板１８の多孔部２２の保持した電解液が、上記毛細管力または重力によって積層電極体１７へ滴り落ちる構成とすることができるため、積層電極体１７の一部の電極板間に電解液が欠乏した場合においても、当該一部の電極板間へ電解液の供給が可能となる。
【００２３】
以上のとおり、本実施形態の電池１は、上記課題を同時に防止しつつ性能を向上した電池である。
ところで、実施形態の電池１は、プルアップした構成であったが、正極活物質、負極活物質及び電解液の組み合わせによっては、電池容器の電位を実質的に負極板と同電位にして電池容器と電解液との反応を防止する必要がある。ここで、電池容器の電位を実質的に負極板と同電位にすることを「プルダウン」という。
そこで、図４及び図５に電池１の変形例として、「プルダウン」した場合の電池１´を示す。
図４の電池１´は、正極板７ａの代わりに正極板７ｂを用いている点、及び、袋状のセパレータ１６が負極板１２ではなく正極板７ｂを内包している点の２点で、図１の電池１と異なり、他の構成は同様である。従って、当該他の構成についての説明は省略する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、正極板７ｂは、図２（ａ）に示す正極板７ａの接触部１１（１１a〜１１ｉ）が全く形成されていない点以外は正極板７ａと同一構成である。
電池１´は、負極板１２の負極塗工部１３が、図１の電池１における接触部１１と同様に、電解液保持板１８の枠部１９に物理的且つ直接的に接する。
従って、図４の電池１´は、図１の電池１で述べたと同様の効果を奏することができる。
【００２４】
本発明は上述した実施形態やその変形例、またはこれらの組み合わせに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りで種々の変形が可能である。例えば、電池容器の形状は角型として説明したが、円筒型であってもよい（この場合には、例えば、電解液保持板は反った状態の板状の形状とすればよい）。同様に、積層電極体１７は、複数の正極板と複数の負極板とがそれぞれセパレータを介して順次積層された積層電極体（積層型積層電極体）でもよいし、１つの正極板と１つの負極板とが１つのセパレータを介して積層され且つ巻かれた状態の積層電極体（捲回型積層電極体）でもよい。なお、積層電極体６が積層型積層電極体である場合には、正極板７と負極板１２の数は１以上、すなわち適宜複数に設計が可能である。
また、上述した実施形態やその変形例では、接触部１１は正極基材としたが、接触部１１を正極基板とは別個に形成した後に、正極基材へ溶接等して接続してもよい。実施形態では、接触部１１の数は、正極塗工部８の１つの辺に３つとし、これに対応する位置に縦板部２１を配置した。しかし、当該数は１つでもよいし、また複数でもよい。複数の接触部１１を互いに間隔を空けて配置できれば、熱を導く経路が複数存在することになるので放熱を効果的に行うことができ、また、当該間隔を電解液が通り抜けることができるので、電解液の循環をより効果的に行うことができる。従って、結果として、電池性能を向上させることができる。なお、ここで、接触部１１に例えば多孔性のカーボンコートを行うと、毛細管力等により電解液保持板１８から電極板間への電解液の供給を補助することができるので、電池性能をより向上させることができる。
さらに、実施形態およびその変形例では、３つの電解液保持板１８ａ、１８ｂ、１８ｃを別々に形成して配置していたが、これらを一体に接続したコの字状の形状としてもよい。この場合には、コの字状の上記壁面に対応した箇所が、コの字状によるバネの力で当該壁面にしっかり接触するよう構成すると電解液保持板の電池容器内における安定性がさらに良くなる。また、実施形態およびその変形例では、電解液保持板１８を底面及び上記壁面の一部（すなわち、４つの壁面のうちの２つ）に配置していたが、底面及び上記壁面の全て（すなわち、４つの壁面のうちの４つ）に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１、１´…電池、２…容器本体、３…蓋、４…正極端子、５…負極端子、６…樹脂、
７（７ａ、７ｂ）…正極板、８…正極塗工部、９…正極非塗工部、
１０…正極タブ、１１（１１ａ 〜 １１ｉ）…接触部、
１２…負極板、１３…負極塗工部、１４…負極非塗工部、１５…負極タブ、
１６…セパレータ、１７（１７ａ、１７ｂ）…積層電極体、
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）…電解液保持板、１９…電解液保持板の枠部、
２０（２０ａ、２０ｂ）…横板部、２１…縦板部、
２２…電解液保持板の多孔部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１極性の電位の第１電極板と、第２極性の電位の第２電極板と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータとを備えた積層電極体と、
多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板と、
前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器と
を有し、
前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記電解液保持板は、前記枠部と前記多孔部とが嵌め合わされて板状の形状となることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記枠部は、縦板部と横板部とが接合された簀の子状の形状であることを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１電極板は、電極活物質が塗工された塗工部と、前記電極活物質が塗工されていない接触部とを備え、
前記接触部は、前記縦板部に物理的且つ直接的に接触することを特徴とする請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記多孔部は、変形困難な材料を用いて形成されることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記セパレータは袋状であり、前記第２電極板を内包していることを特徴とする請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であることを特徴とする請求項１及至請求項６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
前記第１電極板は負極板であり、前記第２電極板は正極板であることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１】
第１極性の電位の第１電極板と、第２極性の電位の第２電極板と、第１電極板と前記第２電極板との間に配置されたセパレータとを備えた積層電極体と、
多孔部と、導電性があり且つ熱伝導性の良い枠部とを備えた電解液保持板と、
前記積層電極体と前記電解液保持板とを収納した導電性の電池容器と
を有し、
前記電解液保持板は前記積層電極体と前記電池容器との間に配置され、前記枠部は、前記第１電極板及び前記電池容器に接触することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記電解液保持板は、前記枠部と前記多孔部とが嵌め合わされて板状の形状となることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記枠部は、縦板部と横板部とが接合された簀の子状の形状であることを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１電極板は、電極活物質が塗工された塗工部と、前記電極活物質が塗工されていない接触部とを備え、
前記接触部は、前記縦板部に物理的且つ直接的に接触することを特徴とする請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記多孔部は、変形困難な材料を用いて形成されることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記セパレータは袋状であり、前記第２電極板を内包していることを特徴とする請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であることを特徴とする請求項１及至請求項６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
前記第１電極板は負極板であり、前記第２電極板は正極板であることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか一項に記載の電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３７９９６（Ｐ２０１３−３７９９６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４９５７（Ｐ２０１１−１７４９５７）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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