專利名稱：密閉型堿性蓄電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及密閉型堿性蓄電池，它能將單電池的電動勢低的鎳-氫蓄電池等堿性蓄電池的輸出電壓構成通用性高的電壓。
背景技術：
作為本申請對象的密閉型堿性蓄電池為較小型的二次電池，它被用作移動電話、便攜式個人電腦等便攜式電子設備、以及無繩電話機等無線設備等的電源。以鎳-氫蓄電池、鎳-鎘蓄電池為主。
例如，鎳-氫蓄電池由于具有兼顧到高容量、高能量密度和性價比第三個要素的優異性能，因此適合作為便攜式設備和電動設備等的電池電源。但是，因電動勢較低，所以大多數情況下通過單電池不能滿足以電池作為電源的設備所需要的工作電壓。多數情況下，是將多個單電池串聯連接而得到所需的輸出電壓。為將多個單電池串聯而得到設備所需的輸出電壓，可采用組裝電池和電池組等構造。
組裝電池是將多個單電池串聯或并聯連接，通過熱收縮管等將多個單電池一體化而形成的電池。例如，廣泛采用如圖8所示的結構，它通過連接片32將4節圓筒形單電池30的正極和負極串聯，在串聯電路中插入熱保護器33，分別將正極端子34及負極端子35連接在兩端的單電池30上后，將正極端子34及負極端子35引出到外部，用熱收縮管將整個包成一體。
日本特許公開公報平13-126690號所公開的組裝電池，如圖9所示，將多個(這里有3個)矩形單電池200放入殼體內，將各單電池200串聯而成。
作為適合電動汽車或混合型汽車等需要較大功率時的蓄電池，已知有本申請人提出的日本特許公開公報2001-57199號的報等揭示的蓄電池。如圖10所示，它將放入發電元件的多個(這里為6個)電池槽53連接為一體，形成一體電池槽52，采用將多個蓄電池一體化的組合電池的構造。該組合電池通過將該電池槽53的相鄰部分公用，而將多個蓄電池一體連接，同時將各發電元件串聯，另外還能進一步將組合電池在其厚度方向進行連接而構成，并在連接處形成冷卻用的空氣流通路徑和散熱突起。一體電池槽52的上部開口端被蓋體54密封，用與各電池槽53對應的隔板將內部空間進行分隔，通過連接手段將相鄰的發電元件進行串聯，并與安裝在長度方向兩端上的輸出輸入端子55連接。
為了使如鎳-氫蓄電池那樣的電動勢低的電池能適應設備所需的工作電壓，如上所述可將多個單電池串聯而構成電池組或組裝電池。電池組或組裝電池需要電池以外的構成部件，存在成本上升和體積增大的問題。
另外，將多個單電池串聯時，如圖8及圖9所示的構造那樣，要使相鄰單電池的上下交替倒置，這樣容易連接，但在該狀態下常產生封口部一側向下的單電池。若封口部一側在極板組和封口板之間形成空間，而且封口部一側持續保持向下的狀態，則出現電解液流出到該空間等不理想的狀態。
另外，因通過包裝外殼和熱收縮管等包緊手段將多個單電池形成一體化，所以不可否認機械強度降低，在便攜式設備或電動工具等中需要設置增強強度的構造。
本發明的目的是不用電動勢低的堿性蓄電池構成電池組或組裝電池，采用能得到容易適合設備工作的輸出電壓的構造。

發明內容
為達到上述目的的本申請第1發明的密閉型堿性蓄電池具有如下特征將分別裝入絕緣性液體接界防止體內的多個發電元件放入金屬制的電池外殼內，將多個發電元件進行電串聯及/或并聯，并和從封閉上述電池外殼的封口板外露的正極端子及負極端子連接。
根據上述第1發明的密閉型堿性蓄電池，若將裝入液體接界防止體內的多個發電元件放入電池外殼內，并將多個發電元件串聯，則即使是如鎳-氫蓄電池那樣的單電池的電動勢低的電池，也能構成可得到通用性高的輸出電壓的密閉型堿性蓄電池。另外，若將多個發電元件進行串并聯，則可增大輸出電壓，同時也可增大放電容量。雖然以往通過構成組裝電池或電池組等來達到這些目的，但本發明的密閉型堿性蓄電池可通過電池本身就可達到目的，所以可減少構成組裝電池或電池組用的部件或工時。
本申請的第2發明的密閉型堿性蓄電池具有如下特征將分別裝入絕緣性的液體接界防止體中的多個發電元件放入金屬制的電池外殼內，用封口板將該電池外殼的開口部封口，將多個發電元件進行電串聯及/或并聯，并和配置在封口板的外表面一側上的多個構成元件相連，而將多個構成元件的導體面作為正極端子(+)及負極端子(-)，分別使其從封閉封口板的外表面一側的絕緣板上設置的開口部處外露。
根據上述第2發明的密閉型堿性蓄電池，是將裝入液體接界防止體中的多個發電元件放入電池外殼內，而不采用組裝電池或電池組的結構，就可增加輸出電壓和電池容量。另外，因將電池外殼封口的封口板上利用絕緣板封閉，因此封口板的外表面一側可配置端子部件、安全閥和保護元件等。將這些構成部件的導體面作為正極端子及負極端子，并通過使其從絕緣板的開口部外露，而制得高輸出功率且具有安全功能的密閉型堿性蓄電池。
在上述構成中，通過對電連接多個發電元件的連接部件的一部分形成絕緣覆蓋來設置液體接界防止手段，可防止多個發電元件間發生液體接界。液體接界防止手段是通過在電連接多個發電元件的連接部件形成插入樹脂成形板內，并使其兩端的連接部分露出，就可更切實防止液體接界。
另外，對各發電元件設置公共空間，通過在封口板設置將空間內的異常內壓排出到外部的排氣閥，雖然因異常使用產生來自發電元件的氣體，而使密閉的電池外殼內的壓力異常升高，可能會破裂，但和各發電元件的公共空間相連的排氣閥會將異常升高的內壓排出到外部，因此可防止異常使用所導致的電池破裂。
另外，通過配置和正極連接電路或負極連接電路串聯的過電流及過熱保護元件，在連接該蓄電池的設備發生故障或正極端子和負極端子之間出現短路狀態時，過電流及過熱保護元件因短路電流而處于斷開狀態，電阻值激增，所以可限制短路電流，防止短路引起的蓄電池的損傷。
另外，通過將配置在封口板的外表面一側的過電流及過熱保護元件的電極板或構成排出閥的金屬部件供正極端子或負極端子使用，就不必配置形成端子的部件，可使蓄電池小型化和降低成本。
另外，構成發電元件的極板組可采用通過隔膜將多片正極板和負極板層疊而成的層疊構造，或者是通過隔膜將正極板和負極板卷繞而成的卷繞構造。
另外，構成發電元件的電解液可形成為凝膠狀電解液，可抑制電解液的流動而防止多個發電元件間的液體接界的發生。
另外，液體接界防止體可利用分隔體將有底筒狀體的內部分隔為裝入各發電元件的多個放置室，可使多個液體接界防止體一體化，并減少構成部件的數目。
另外，對正極端子及/或負極端子進行鍍金處理比較有效，不僅可減少該電池與設備連接時的接觸電阻和提高耐磨損強度，還可以提高耐腐蝕性。在進行該鍍金處理時，即使僅對正極端子及/或負極端子的外露部分進行，也可得到上述的效果。


圖1為第1實施方式中的密閉型堿性蓄電池構成的截面圖。
圖2為第2實施方式的3.6V鎳-氫蓄電池的外形立體圖。
圖3為同上蓄電池的構成的截面圖。
圖4為構成同上蓄電池的發電元件的立體圖。
圖5為表示同上蓄電池的構成的電路圖。
圖6為第3實施方式的12V鎳-氫蓄電池的構成立體圖。
圖7為表示同上蓄電池的構成的電路圖。
圖8為以往的采用圓筒形電池的組裝電池構成的立體圖。
圖9為以往的采用矩形電池的組裝電池構成的立體圖。
圖10為以往的固定式組合電池構成的立體圖。
具體實施例方式
以下，參考附圖對本發明的實施方式進行說明，以便對本發明加以理解。但以下所述實施方式只是對本發明進行具體說明的一個例子，不是限制本發明的技術范圍。
本實施方式的密閉型堿性蓄電池是表示構成從正極端子-負極端子之間輸出的輸出電壓為3.6V的鎳-氫蓄電池的例子，圖1所示為其基本構造即第1實施方式構成的截面圖。
在圖1中，在電池外殼45內配置在利用隔板46a及46a形成的3個獨立的發電元件放置室中分別放置極板組41a、41b和41c的絕緣性液體接界防止袋(液體接界防止體)46。極板組41a、41b和41c如圖所示，分別將從正極板及負極板引出的正極引線及負極引線連接而串聯。該電池外殼45的開口部利用設置具有與各極板組41a、41b和41c對應的注液口48、48和49的封口板42進行封口。在進行該封口后，從各注液口48、48、49將電解液注入到由隔板46a分隔的3個發電元件放置室中。注液后，分別用封塞43、43插入注液口48、48中將其封閉，而對于注液口49，則隔著墊圈47，以封塞44將其封閉。將各極板組41a、41b和41c串聯后的正極側，如圖所示，與封塞44連接，而將負極側與封口板42連接。由此，可將封塞44作為正極端子，將封口板42或電池外殼45作為負極端子，供外部連接用。
利用第1實施方式的結構，可形成電池外殼45內放置電動勢為1.2V的3個發電元件的、并將它們串聯而成的輸出電壓為3.6V的密閉型堿性蓄電池，而不采用組裝電池或電池組的結構。這樣在電池內部將多個發電元件連接時，由于電位差可能產生電解液通過連接引線流向相鄰發電元件的液體接界現象。為防止該現象的產生，如圖所示，有效的方法是設置對跨接相鄰發電元件的連接引線進行絕緣覆蓋的液體接界防止手段50。
下面，就改進上述第1實施方式的基本構成、進一步提高實用性的第2實施方式的構成進行說明。
第2實施方式的密閉型堿性蓄電池如圖2所示，構成扁平的長方體矩形電池，在其頂面配置有正極端子(+)和負極端子(-)。其形狀尺寸及輸出電壓幾乎和矩形的鋰離子二次電池相同，可用鎳-氫蓄電池來代替鋰離子二次電池。
圖3所示為沿圖2的III-III線箭頭方向所視截面的上述密閉型堿性蓄電池的內部構造。在將鍍鎳鋼板壓制成形為有底長方筒形的電池外殼5內放置了被放入聚丙烯制的液體接界防止袋6中的第1、第2、第3的各發電元件A、B、C。發電元件A、B、C，如眾所周知，由正極板、負極板和隔膜組成的極板組和電解液構成，隔著隔膜將多個正極板和負極板層疊而成的層疊構造的第1、第2、第3的各極板組1a、1b、1c和堿性電解液分別放入液體接界防止袋6中，分別具有獨立的鎳-氫蓄電池的功能。而上述液體接界防止袋6可為聚丙烯等聚烯烴樹脂，也可以為含氟樹脂、聚苯硫等。另外，各發電元件A、B、c也可以不用獨立的袋體，而如圖1所示的第1實施方式的構造那樣，使用由隔板形成多個發電元件放置室的液漏防止袋。無論是哪一種方式，都可以通過樹脂成形而容易制成。
圖4所顯示為發電元件A(發電元件B、C為同一構造)的構造，將放置在信封狀的隔膜22中的多個正極板20和多個負極板21相互交替重疊而構成極板組1a，并放入液體接界防止袋6中。在各正極板20上設置引出引線，將其成束一起和正極引線10a的一端焊接。另外，對于各負極板21也同樣，在各負極板21上設置引出引線，將其成束一起與負極引線11a的一端焊接。
將利用該正極板20及負極板21、隔膜22所構成的極板組1a放入液體接界防止袋6內，并一起注入堿性電解液。因液體接界防止袋6的上部開口，所以堿性電解液最好用凝膠化的物質。堿性電解液的凝膠化可采用如下方法將以凝膠劑為主的與化合物混合而凝膠化的物質涂布在隔膜中，或者使隔膜浸透以凝膠劑為主的化合物，然后將極板組1a放入液體接界防止袋6內后，在到液體接界防止袋6內注入電解液單體而使堿性電解液凝膠化。此時，使電解液的粘度上升用的有機化合物的重量最好為電解液的1-15％。若有機化合物重量少于該范圍時，堿性液的粘度上升量減少，很難抑制堿性液的移動。而有機化合物重量超過電解液重量的15％的話，由于電池內的有機化合物量的占有體積變得不能忽略，電池體積能量密度降低，而且極板的氣體透過性變差，充電時電池內壓極度升高，因此不理想。
作為使堿性電解液凝膠化的凝膠劑，無特別限制，可用側鏈具有親水性基團的聚合體。例如可用聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚體、異丁烯/馬來酸共聚體、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、聚烯丙氧基丙磺酸、聚乙磺酸等堿金屬鹽。但不一定全部酸性基都為堿金屬鹽。這些材料中，可單獨使用，也可以將2種以上合用。其中，特別好的是用聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸鉀、聚甲基丙烯酸鈉。另外，凝膠劑最好為交聯聚合體。對于交聯，可在調整例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚體等聚合體時，可添加二乙烯苯等交聯劑。
將放置了如上所述構成的第1-第3的各極板組1a、1b、1c的各液體接界防止袋6放入電池外殼5內，將分別從第1-第3的各極板組1a、1b、1c中引出的正極引線10a、10b、10c及負極引線11a、11b、11c連接到規定位置上。
將電池外殼5封口的封口板2在該外殼內側和樹脂成形板3連接。在該封口板2及樹脂成形板3上形成與第1-第3各極板組1a、1b、1c對應的貫穿孔，供將電解液注入各液體接界防止袋6內用。在第1極板組1a上方的貫穿孔上，經墊圈17和封口板2絕緣，安裝中空鉚釘4將墊片8固定住。
連接板12a、12b在電池外殼5內設置露出面，并插入上述樹脂成形板3的兩處，供第1-第3的各極板組1a、1b、1c串聯用。從第1極板組1a引出的正極引線10a連接在上述墊片8上，而負極引線11a連接在連接板12a的一個露出面上。從第2極板組1b引出的正極引線10b和連接板12a的另一個露出面連接，負極引線11b和連接板12b的一個露出面連接。從第3極板組1c引出的正極引線10c和連接板12b的另一個露出面連接，而負極引線11c通過形成在樹脂成形板3上的開口部18，和封口板2進行連接。通過該連接結構，將墊片8作為正極側，將封口板2作為負極側，在這之間可得到第1-第3的各極板組1a、1b、1c串聯的狀態。該串聯因是通過插入樹脂成形板3中的連接板12a、12b進行的，所以埋設在樹脂成形板3中的連接板12a、12b的一部分起到液體接界作用防止，能夠切實防止因相鄰發電元件間的電位差而使電解液順著正極引線10b、10c及負極引線11a、11b流動所引起的液體接界。
將第1-第3的各極板組1a、1b、1c連接后，將封口板2通過激光焊接在電池外殼5的開口端，將電池外殼5封口。此后，從設置在封口板2上的鉚釘4的中空部將堿性電解液注入到放置了第1極板組1a的液體接界防止袋6內，通過從設置在第2極板組1b及第3極板組1c的上方的貫穿孔，將電解液注入到分別放置第1極板組1b及第2極板組1c的液體接界防止袋6內，注入電解液后，如圖2所示通過封塞13將貫穿孔封住。
對于上述的鉚釘4的中空部，在其上設置橡膠閥體14，并包住橡膠閥體14，通過將正極帽7連接在鉚釘4上而將其封閉。該正極帽7的頂面從覆蓋設置在封口板2上的構成元件的樹脂蓋9上開口的正極開口部16a向外露出，供作為該電池的正極端子(+)用。另外，橡膠閥體14在電池非正常使用等原因而引起電池外殼5內的壓力異常上升時，會起到將異常內壓排出到外部的安全閥的作用。在正極帽7的側面，形成有多個的排氣孔7a，在通常狀態下，排氣孔7a被橡膠閥體14封閉，而電池外殼5內的壓力異常升高時，橡膠閥體14會被該壓力壓縮，被橡膠閥體14塞住的排氣孔7a會打開，內壓從排氣孔7a向外放出。通過設置該安全閥構造，可防止處于非正常使用等原因所引起的氣體的發生、內壓升高而使電池破裂的狀態。
在封口板2的上面一側安裝PTC元件(過電流、過熱保護元件)15，將其下電極15b的延長部分與封口板2連接，其上電極15a從覆蓋封口板2上的構成物的樹脂蓋9上開口的負極開口部16b向外露出，供作為該電池的負極端子(-)用。
上述PTC元件15為帶有正溫度系數的熱敏電阻，是一種元件溫度高于規定溫度時其電阻值激增的器件。若正極端子(+)和負極端子(-)之間因某種原因而產生短路狀態時，由于短路電流會流過和充放電電路串聯的PTC元件15，因此PTC元件15的元件內部的溫度上升，該溫度高于規定溫度時，電阻值激增而處于高電阻狀態，導致斷開而限制短路電流。由此，可防止短路對該蓄電池的損害。另外，PTC元件15不僅會因過電流而發熱，還會受周圍溫度的影響，若溫度升高，由于電阻值增加，所以可防止該蓄電池在溫度上升的狀態下使用。例如，盛夏時，在露天停放的汽車內放置有該蓄電池或裝有該蓄電池的設備的情況下，電池溫度有時會超過80℃。這時，PTC元件15因處于斷開的狀態，電阻值增大，所以該蓄電池變得不能使用，可防止異常溫度狀態下使用。PTC元件15在溫度下降時，由于電阻值則會恢復到低的狀態，因此恢復到正常使用狀態。
通過將上述樹脂蓋9連接在電池外殼5及封口板2上，如圖2所示，構成正極端子(+)及負極端子(-)外露在頂面的鎳-氫蓄電池。該蓄電池通過熱收縮片等進行外包裝，就可在其上標明產品、規格和注意事項等。
在上述的構成中，至少對正極端子(+)及/或負極端子(-)的外露的部分進行鍍金處理，這樣效果比較好。因連接該電池的設備上配置的接觸端子(接觸頭)會和正極端子(+)及負極端子(-)接觸連接，所以要求接觸電阻低。因金很難形成氧化表皮膜，其自身的固有電阻也較低，所以對外露部分及接觸連接部分進行鍍金處理，可指望將接觸電阻降低。另外，金的防腐蝕性也很好，所以可消除接觸面因腐蝕所引起的接觸電阻的增加和接觸不良。
在上述實施方式中，因正極帽7的上表面形成為正極端子(+)，PTC元件15的上電極15a形成為負極端子(-)，所以最好對正極帽7及PTC元件15的上電極15a的外露部分進行部分鍍金處理。另外，正極帽7及PTC元件15的上電極15a也可以在作為零件存在時，對整個零件進行鍍金處理。
上述構成如圖5所示的電路圖那樣，在正極端子(+)和負極端子(-)之間，3個發電元件A、B、C被串聯，并串聯有對付外部短路等用的PTC元件15，就可構成輸出電壓為3.6V的鎳-氫蓄電池。
以上說明的構成只是輸出電壓為3.6V的鎳-氫蓄電池的構成例，也可以任意選擇組合的發電元件的數，并將其串聯及/或并聯而構成具有所需輸出電壓及放電容量的密閉型堿性蓄電池。
圖6所示為將10個發電元件A-J放入電池外殼25內而構成輸出電壓為12V的鎳-氫蓄電池的第3實施方式構成圖，除了與發電元件A-J的數目增加相應形成電池外殼25以外，具有和上述3.6V鎳-氫蓄電池一樣的構成。圖7是該12V鎳-氫蓄電池的電路圖，將10個發電元件A-J串聯而得到12V的輸出電壓，同時可通過PTC元件15的串聯來實現短路等保護。
在以上說明的構成中，所示的是構成發電元件A-J極板組1a-1c采用層疊構造的一例，但也可采用隔著隔膜將帶狀的正極板和負極板卷成扁平狀的卷繞構造的極板組。
產業上應用的可能性如上所述，根據本發明的密閉型堿性蓄電池，由于在電池外殼內放置了多個的發電元件并進行串聯，因此即使是如鎳-氫蓄電池那樣的單電池的電動勢小的電池，也適合構成得到通用性高的輸出電壓的密閉型堿性蓄電池。另外，通過將多個發電元件進行串并聯，可期望不僅將輸出電壓增大，還可同時將放電容量增大，具有實用性。
另外，本發明的密閉型堿性蓄電池，因不必構成以往所需的組裝電池或電池組等的構造，所以可減少部件材料的數目和工時。
權利要求
1.密閉型堿性蓄電池，其特征在于，將分別裝入絕緣性的液體接界防止體(46)中的多個發電元件放入金屬制的電池外殼(45)內，并將多個發電元件進行電串聯及/或并聯，并和從密封上述電池外殼(45)的封口板(42)中外露的正極端子及負極端子連接而成。
2.密閉型堿性蓄電池，其特征在于，將分別裝入絕緣性的液體接界防止體(6)中的多個發電元件(A-C)放入金屬制的電池外殼(5)內，用封口板(2)將該電池外殼(5)的開口部封口，將多個發電元件(A-C)進行電串聯及/或并聯，并和配置在封口板(2)的外表面一側上的多個構成元件相連，而將多個構成元件的導體面作為正極端子(+)及負極端子(-)，分別使其從封閉封口板(2)的外表面一側的絕緣板(9)上設置的開口部外露。
3.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，通過對電連接多個發電元件(A-C)的連接部件(12a、12b)的一部分形成絕緣覆蓋來設置液體接界防止手段。
4.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，使電連接多個發電元件(A-C)的連接部件(12a、12b)插入樹脂成形板(3)內，使其兩端的連接部露出，形成液體接界防止手段。
5.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，對各發電元件(A-C)設置公共空間，在封口板(2)設置將空間內的異常內壓排出到外部的排氣閥(14)。
6.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，和正極連接電路或負極連接電路串聯配置的過電流及過熱保護元件(15)。
7.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，配置在封口板(2)外表面一側的過電流及過熱保護元件(15)的電極板(15a)被形成為正極端子(+)或負極端子(-)。
8.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，構成排出閥(14)的金屬部件被形成為正極端子(+)或負極端子(-)。
9.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，發電元件(A-J)具有通過隔膜將多片正極板和負極板層疊而成的層疊構造的極板組。
10.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，發電元件(A-J)具有通過隔膜將多片正極板和負極板卷繞而成的卷繞構造的極板組。
11.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，構成發電元件(A-J)的電解液被形成為凝膠狀電解液。
12.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，液體接界防止體(6)利用分隔體將有底筒狀體的內部分割為裝入各發電元件(A-J)的多個放置室。
13.根據權利要求2所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，對正極端子(+)及/或負極端子(-)進行鍍金處理。
14.根據權利要求13所述的密閉型堿性蓄電池，其特征在于，鍍金是僅對正極端子(+)及/或負極端子(-)的外露部分進行的。
全文摘要
在鎳—氫蓄電池的情況下，雖然各發電元件的電動勢分別為1.2V，但是通過將其串聯可得到輸出電壓為3.6V、對應于多種設備的工作電壓的通用性高的密閉型堿性蓄電池。將放在液體接界防止袋(46)內的多個發電元件放入電池外殼(45)內，并將構成各發電元件的極板組(41a、41b、41c)串聯。
文檔編號H01M10/28GK1561557SQ02819099
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月27日 優先權日2001年10月1日
發明者村重伸治, 南野哲郎, 和泉陽一, 生駒宗久 申請人:松下電器產業株式會社