专利名称：密闭型碱性蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及密闭型碱性蓄电池，它能将单电池的电动势低的镍-氢蓄电池等碱性蓄电池的输出电压构成通用性高的电压。
背景技术：
作为本申请对象的密闭型碱性蓄电池为较小型的二次电池，它被用作移动电话、便携式个人电脑等便携式电子设备、以及无绳电话机等无线设备等的电源。以镍-氢蓄电池、镍-镉蓄电池为主。
例如，镍-氢蓄电池由于具有兼顾到高容量、高能量密度和性价比第三个要素的优异性能，因此适合作为便携式设备和电动设备等的电池电源。但是，因电动势较低，所以大多数情况下通过单电池不能满足以电池作为电源的设备所需要的工作电压。多数情况下，是将多个单电池串联连接而得到所需的输出电压。为将多个单电池串联而得到设备所需的输出电压，可采用组装电池和电池组等构造。
组装电池是将多个单电池串联或并联连接，通过热收缩管等将多个单电池一体化而形成的电池。例如，广泛采用如图8所示的结构，它通过连接片32将4节圆筒形单电池30的正极和负极串联，在串联电路中插入热保护器33，分别将正极端子34及负极端子35连接在两端的单电池30上后，将正极端子34及负极端子35引出到外部，用热收缩管将整个包成一体。
日本特许公开公报平13-126690号所公开的组装电池，如图9所示，将多个(这里有3个)矩形单电池200放入壳体内，将各单电池200串联而成。
作为适合电动汽车或混合型汽车等需要较大功率时的蓄电池，已知有本申请人提出的日本特许公开公报2001-57199号的报等揭示的蓄电池。如图10所示，它将放入发电元件的多个(这里为6个)电池槽53连接为一体，形成一体电池槽52，采用将多个蓄电池一体化的组合电池的构造。该组合电池通过将该电池槽53的相邻部分公用，而将多个蓄电池一体连接，同时将各发电元件串联，另外还能进一步将组合电池在其厚度方向进行连接而构成，并在连接处形成冷却用的空气流通路径和散热突起。一体电池槽52的上部开口端被盖体54密封，用与各电池槽53对应的隔板将内部空间进行分隔，通过连接手段将相邻的发电元件进行串联，并与安装在长度方向两端上的输出输入端子55连接。
为了使如镍-氢蓄电池那样的电动势低的电池能适应设备所需的工作电压，如上所述可将多个单电池串联而构成电池组或组装电池。电池组或组装电池需要电池以外的构成部件，存在成本上升和体积增大的问题。
另外，将多个单电池串联时，如图8及图9所示的构造那样，要使相邻单电池的上下交替倒置，这样容易连接，但在该状态下常产生封口部一侧向下的单电池。若封口部一侧在极板组和封口板之间形成空间，而且封口部一侧持续保持向下的状态，则出现电解液流出到该空间等不理想的状态。
另外，因通过包装外壳和热收缩管等包紧手段将多个单电池形成一体化，所以不可否认机械强度降低，在便携式设备或电动工具等中需要设置增强强度的构造。
本发明的目的是不用电动势低的碱性蓄电池构成电池组或组装电池，采用能得到容易适合设备工作的输出电压的构造。
发明内容
为达到上述目的的本申请第1发明的密闭型碱性蓄电池具有如下特征将分别装入绝缘性液体接界防止体内的多个发电元件放入金属制的电池外壳内，将多个发电元件进行电串联及/或并联，并和从封闭上述电池外壳的封口板外露的正极端子及负极端子连接。
根据上述第1发明的密闭型碱性蓄电池，若将装入液体接界防止体内的多个发电元件放入电池外壳内，并将多个发电元件串联，则即使是如镍-氢蓄电池那样的单电池的电动势低的电池，也能构成可得到通用性高的输出电压的密闭型碱性蓄电池。另外，若将多个发电元件进行串并联，则可增大输出电压，同时也可增大放电容量。虽然以往通过构成组装电池或电池组等来达到这些目的，但本发明的密闭型碱性蓄电池可通过电池本身就可达到目的，所以可减少构成组装电池或电池组用的部件或工时。
本申请的第2发明的密闭型碱性蓄电池具有如下特征将分别装入绝缘性的液体接界防止体中的多个发电元件放入金属制的电池外壳内，用封口板将该电池外壳的开口部封口，将多个发电元件进行电串联及/或并联，并和配置在封口板的外表面一侧上的多个构成元件相连，而将多个构成元件的导体面作为正极端子(+)及负极端子(-)，分别使其从封闭封口板的外表面一侧的绝缘板上设置的开口部处外露。
根据上述第2发明的密闭型碱性蓄电池，是将装入液体接界防止体中的多个发电元件放入电池外壳内，而不采用组装电池或电池组的结构，就可增加输出电压和电池容量。另外，因将电池外壳封口的封口板上利用绝缘板封闭，因此封口板的外表面一侧可配置端子部件、安全阀和保护元件等。将这些构成部件的导体面作为正极端子及负极端子，并通过使其从绝缘板的开口部外露，而制得高输出功率且具有安全功能的密闭型碱性蓄电池。
在上述构成中，通过对电连接多个发电元件的连接部件的一部分形成绝缘覆盖来设置液体接界防止手段，可防止多个发电元件间发生液体接界。液体接界防止手段是通过在电连接多个发电元件的连接部件形成插入树脂成形板内，并使其两端的连接部分露出，就可更切实防止液体接界。
另外，对各发电元件设置公共空间，通过在封口板设置将空间内的异常内压排出到外部的排气阀，虽然因异常使用产生来自发电元件的气体，而使密闭的电池外壳内的压力异常升高，可能会破裂，但和各发电元件的公共空间相连的排气阀会将异常升高的内压排出到外部，因此可防止异常使用所导致的电池破裂。
另外，通过配置和正极连接电路或负极连接电路串联的过电流及过热保护元件，在连接该蓄电池的设备发生故障或正极端子和负极端子之间出现短路状态时，过电流及过热保护元件因短路电流而处于断开状态，电阻值激增，所以可限制短路电流，防止短路引起的蓄电池的损伤。
另外，通过将配置在封口板的外表面一侧的过电流及过热保护元件的电极板或构成排出阀的金属部件供正极端子或负极端子使用，就不必配置形成端子的部件，可使蓄电池小型化和降低成本。
另外，构成发电元件的极板组可采用通过隔膜将多片正极板和负极板层叠而成的层叠构造，或者是通过隔膜将正极板和负极板卷绕而成的卷绕构造。
另外，构成发电元件的电解液可形成为凝胶状电解液，可抑制电解液的流动而防止多个发电元件间的液体接界的发生。
另外，液体接界防止体可利用分隔体将有底筒状体的内部分隔为装入各发电元件的多个放置室，可使多个液体接界防止体一体化，并减少构成部件的数目。
另外，对正极端子及/或负极端子进行镀金处理比较有效，不仅可减少该电池与设备连接时的接触电阻和提高耐磨损强度，还可以提高耐腐蚀性。在进行该镀金处理时，即使仅对正极端子及/或负极端子的外露部分进行，也可得到上述的效果。
图1为第1实施方式中的密闭型碱性蓄电池构成的截面图。
图2为第2实施方式的3.6V镍-氢蓄电池的外形立体图。
图3为同上蓄电池的构成的截面图。
图4为构成同上蓄电池的发电元件的立体图。
图5为表示同上蓄电池的构成的电路图。
图6为第3实施方式的12V镍-氢蓄电池的构成立体图。
图7为表示同上蓄电池的构成的电路图。
图8为以往的采用圆筒形电池的组装电池构成的立体图。
图9为以往的采用矩形电池的组装电池构成的立体图。
图10为以往的固定式组合电池构成的立体图。
具体实施例方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明，以便对本发明加以理解。但以下所述实施方式只是对本发明进行具体说明的一个例子，不是限制本发明的技术范围。
本实施方式的密闭型碱性蓄电池是表示构成从正极端子-负极端子之间输出的输出电压为3.6V的镍-氢蓄电池的例子，图1所示为其基本构造即第1实施方式构成的截面图。
在图1中，在电池外壳45内配置在利用隔板46a及46a形成的3个独立的发电元件放置室中分别放置极板组41a、41b和41c的绝缘性液体接界防止袋(液体接界防止体)46。极板组41a、41b和41c如图所示，分别将从正极板及负极板引出的正极引线及负极引线连接而串联。该电池外壳45的开口部利用设置具有与各极板组41a、41b和41c对应的注液口48、48和49的封口板42进行封口。在进行该封口后，从各注液口48、48、49将电解液注入到由隔板46a分隔的3个发电元件放置室中。注液后，分别用封塞43、43插入注液口48、48中将其封闭，而对于注液口49，则隔着垫圈47，以封塞44将其封闭。将各极板组41a、41b和41c串联后的正极侧，如图所示，与封塞44连接，而将负极侧与封口板42连接。由此，可将封塞44作为正极端子，将封口板42或电池外壳45作为负极端子，供外部连接用。
利用第1实施方式的结构，可形成电池外壳45内放置电动势为1.2V的3个发电元件的、并将它们串联而成的输出电压为3.6V的密闭型碱性蓄电池，而不采用组装电池或电池组的结构。这样在电池内部将多个发电元件连接时，由于电位差可能产生电解液通过连接引线流向相邻发电元件的液体接界现象。为防止该现象的产生，如图所示，有效的方法是设置对跨接相邻发电元件的连接引线进行绝缘覆盖的液体接界防止手段50。
下面，就改进上述第1实施方式的基本构成、进一步提高实用性的第2实施方式的构成进行说明。
第2实施方式的密闭型碱性蓄电池如图2所示，构成扁平的长方体矩形电池，在其顶面配置有正极端子(+)和负极端子(-)。其形状尺寸及输出电压几乎和矩形的锂离子二次电池相同，可用镍-氢蓄电池来代替锂离子二次电池。
图3所示为沿图2的III-III线箭头方向所视截面的上述密闭型碱性蓄电池的内部构造。在将镀镍钢板压制成形为有底长方筒形的电池外壳5内放置了被放入聚丙烯制的液体接界防止袋6中的第1、第2、第3的各发电元件A、B、C。发电元件A、B、C，如众所周知，由正极板、负极板和隔膜组成的极板组和电解液构成，隔着隔膜将多个正极板和负极板层叠而成的层叠构造的第1、第2、第3的各极板组1a、1b、1c和碱性电解液分别放入液体接界防止袋6中，分别具有独立的镍-氢蓄电池的功能。而上述液体接界防止袋6可为聚丙烯等聚烯烃树脂，也可以为含氟树脂、聚苯硫等。另外，各发电元件A、B、c也可以不用独立的袋体，而如图1所示的第1实施方式的构造那样，使用由隔板形成多个发电元件放置室的液漏防止袋。无论是哪一种方式，都可以通过树脂成形而容易制成。
图4所显示为发电元件A(发电元件B、C为同一构造)的构造，将放置在信封状的隔膜22中的多个正极板20和多个负极板21相互交替重叠而构成极板组1a，并放入液体接界防止袋6中。在各正极板20上设置引出引线，将其成束一起和正极引线10a的一端焊接。另外，对于各负极板21也同样，在各负极板21上设置引出引线，将其成束一起与负极引线11a的一端焊接。
将利用该正极板20及负极板21、隔膜22所构成的极板组1a放入液体接界防止袋6内，并一起注入碱性电解液。因液体接界防止袋6的上部开口，所以碱性电解液最好用凝胶化的物质。碱性电解液的凝胶化可采用如下方法将以凝胶剂为主的与化合物混合而凝胶化的物质涂布在隔膜中，或者使隔膜浸透以凝胶剂为主的化合物，然后将极板组1a放入液体接界防止袋6内后，在到液体接界防止袋6内注入电解液单体而使碱性电解液凝胶化。此时，使电解液的粘度上升用的有机化合物的重量最好为电解液的1-15％。若有机化合物重量少于该范围时，碱性液的粘度上升量减少，很难抑制碱性液的移动。而有机化合物重量超过电解液重量的15％的话，由于电池内的有机化合物量的占有体积变得不能忽略，电池体积能量密度降低，而且极板的气体透过性变差，充电时电池内压极度升高，因此不理想。
作为使碱性电解液凝胶化的凝胶剂，无特别限制，可用侧链具有亲水性基团的聚合体。例如可用聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚体、异丁烯/马来酸共聚体、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、聚烯丙氧基丙磺酸、聚乙磺酸等碱金属盐。但不一定全部酸性基都为碱金属盐。这些材料中，可单独使用，也可以将2种以上合用。其中，特别好的是用聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钾、聚甲基丙烯酸钠。另外，凝胶剂最好为交联聚合体。对于交联，可在调整例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚体等聚合体时，可添加二乙烯苯等交联剂。
将放置了如上所述构成的第1-第3的各极板组1a、1b、1c的各液体接界防止袋6放入电池外壳5内，将分别从第1-第3的各极板组1a、1b、1c中引出的正极引线10a、10b、10c及负极引线11a、11b、11c连接到规定位置上。
将电池外壳5封口的封口板2在该外壳内侧和树脂成形板3连接。在该封口板2及树脂成形板3上形成与第1-第3各极板组1a、1b、1c对应的贯穿孔，供将电解液注入各液体接界防止袋6内用。在第1极板组1a上方的贯穿孔上，经垫圈17和封口板2绝缘，安装中空铆钉4将垫片8固定住。
连接板12a、12b在电池外壳5内设置露出面，并插入上述树脂成形板3的两处，供第1-第3的各极板组1a、1b、1c串联用。从第1极板组1a引出的正极引线10a连接在上述垫片8上，而负极引线11a连接在连接板12a的一个露出面上。从第2极板组1b引出的正极引线10b和连接板12a的另一个露出面连接，负极引线11b和连接板12b的一个露出面连接。从第3极板组1c引出的正极引线10c和连接板12b的另一个露出面连接，而负极引线11c通过形成在树脂成形板3上的开口部18，和封口板2进行连接。通过该连接结构，将垫片8作为正极侧，将封口板2作为负极侧，在这之间可得到第1-第3的各极板组1a、1b、1c串联的状态。该串联因是通过插入树脂成形板3中的连接板12a、12b进行的，所以埋设在树脂成形板3中的连接板12a、12b的一部分起到液体接界作用防止，能够切实防止因相邻发电元件间的电位差而使电解液顺着正极引线10b、10c及负极引线11a、11b流动所引起的液体接界。
将第1-第3的各极板组1a、1b、1c连接后，将封口板2通过激光焊接在电池外壳5的开口端，将电池外壳5封口。此后，从设置在封口板2上的铆钉4的中空部将碱性电解液注入到放置了第1极板组1a的液体接界防止袋6内，通过从设置在第2极板组1b及第3极板组1c的上方的贯穿孔，将电解液注入到分别放置第1极板组1b及第2极板组1c的液体接界防止袋6内，注入电解液后，如图2所示通过封塞13将贯穿孔封住。
对于上述的铆钉4的中空部，在其上设置橡胶阀体14，并包住橡胶阀体14，通过将正极帽7连接在铆钉4上而将其封闭。该正极帽7的顶面从覆盖设置在封口板2上的构成元件的树脂盖9上开口的正极开口部16a向外露出，供作为该电池的正极端子(+)用。另外，橡胶阀体14在电池非正常使用等原因而引起电池外壳5内的压力异常上升时，会起到将异常内压排出到外部的安全阀的作用。在正极帽7的侧面，形成有多个的排气孔7a，在通常状态下，排气孔7a被橡胶阀体14封闭，而电池外壳5内的压力异常升高时，橡胶阀体14会被该压力压缩，被橡胶阀体14塞住的排气孔7a会打开，内压从排气孔7a向外放出。通过设置该安全阀构造，可防止处于非正常使用等原因所引起的气体的发生、内压升高而使电池破裂的状态。
在封口板2的上面一侧安装PTC元件(过电流、过热保护元件)15，将其下电极15b的延长部分与封口板2连接，其上电极15a从覆盖封口板2上的构成物的树脂盖9上开口的负极开口部16b向外露出，供作为该电池的负极端子(-)用。
上述PTC元件15为带有正温度系数的热敏电阻，是一种元件温度高于规定温度时其电阻值激增的器件。若正极端子(+)和负极端子(-)之间因某种原因而产生短路状态时，由于短路电流会流过和充放电电路串联的PTC元件15，因此PTC元件15的元件内部的温度上升，该温度高于规定温度时，电阻值激增而处于高电阻状态，导致断开而限制短路电流。由此，可防止短路对该蓄电池的损害。另外，PTC元件15不仅会因过电流而发热，还会受周围温度的影响，若温度升高，由于电阻值增加，所以可防止该蓄电池在温度上升的状态下使用。例如，盛夏时，在露天停放的汽车内放置有该蓄电池或装有该蓄电池的设备的情况下，电池温度有时会超过80℃。这时，PTC元件15因处于断开的状态，电阻值增大，所以该蓄电池变得不能使用，可防止异常温度状态下使用。PTC元件15在温度下降时，由于电阻值则会恢复到低的状态，因此恢复到正常使用状态。
通过将上述树脂盖9连接在电池外壳5及封口板2上，如图2所示，构成正极端子(+)及负极端子(-)外露在顶面的镍-氢蓄电池。该蓄电池通过热收缩片等进行外包装，就可在其上标明产品、规格和注意事项等。
在上述的构成中，至少对正极端子(+)及/或负极端子(-)的外露的部分进行镀金处理，这样效果比较好。因连接该电池的设备上配置的接触端子(接触头)会和正极端子(+)及负极端子(-)接触连接，所以要求接触电阻低。因金很难形成氧化表皮膜，其自身的固有电阻也较低，所以对外露部分及接触连接部分进行镀金处理，可指望将接触电阻降低。另外，金的防腐蚀性也很好，所以可消除接触面因腐蚀所引起的接触电阻的增加和接触不良。
在上述实施方式中，因正极帽7的上表面形成为正极端子(+)，PTC元件15的上电极15a形成为负极端子(-)，所以最好对正极帽7及PTC元件15的上电极15a的外露部分进行部分镀金处理。另外，正极帽7及PTC元件15的上电极15a也可以在作为零件存在时，对整个零件进行镀金处理。
上述构成如图5所示的电路图那样，在正极端子(+)和负极端子(-)之间，3个发电元件A、B、C被串联，并串联有对付外部短路等用的PTC元件15，就可构成输出电压为3.6V的镍-氢蓄电池。
以上说明的构成只是输出电压为3.6V的镍-氢蓄电池的构成例，也可以任意选择组合的发电元件的数，并将其串联及/或并联而构成具有所需输出电压及放电容量的密闭型碱性蓄电池。
图6所示为将10个发电元件A-J放入电池外壳25内而构成输出电压为12V的镍-氢蓄电池的第3实施方式构成图，除了与发电元件A-J的数目增加相应形成电池外壳25以外，具有和上述3.6V镍-氢蓄电池一样的构成。图7是该12V镍-氢蓄电池的电路图，将10个发电元件A-J串联而得到12V的输出电压，同时可通过PTC元件15的串联来实现短路等保护。
在以上说明的构成中，所示的是构成发电元件A-J极板组1a-1c采用层叠构造的一例，但也可采用隔着隔膜将带状的正极板和负极板卷成扁平状的卷绕构造的极板组。
产业上应用的可能性如上所述，根据本发明的密闭型碱性蓄电池，由于在电池外壳内放置了多个的发电元件并进行串联，因此即使是如镍-氢蓄电池那样的单电池的电动势小的电池，也适合构成得到通用性高的输出电压的密闭型碱性蓄电池。另外，通过将多个发电元件进行串并联，可期望不仅将输出电压增大，还可同时将放电容量增大，具有实用性。
另外，本发明的密闭型碱性蓄电池，因不必构成以往所需的组装电池或电池组等的构造，所以可减少部件材料的数目和工时。
权利要求
1.密闭型碱性蓄电池，其特征在于，将分别装入绝缘性的液体接界防止体(46)中的多个发电元件放入金属制的电池外壳(45)内，并将多个发电元件进行电串联及/或并联，并和从密封上述电池外壳(45)的封口板(42)中外露的正极端子及负极端子连接而成。
2.密闭型碱性蓄电池，其特征在于，将分别装入绝缘性的液体接界防止体(6)中的多个发电元件(A-C)放入金属制的电池外壳(5)内，用封口板(2)将该电池外壳(5)的开口部封口，将多个发电元件(A-C)进行电串联及/或并联，并和配置在封口板(2)的外表面一侧上的多个构成元件相连，而将多个构成元件的导体面作为正极端子(+)及负极端子(-)，分别使其从封闭封口板(2)的外表面一侧的绝缘板(9)上设置的开口部外露。
3.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，通过对电连接多个发电元件(A-C)的连接部件(12a、12b)的一部分形成绝缘覆盖来设置液体接界防止手段。
4.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，使电连接多个发电元件(A-C)的连接部件(12a、12b)插入树脂成形板(3)内，使其两端的连接部露出，形成液体接界防止手段。
5.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，对各发电元件(A-C)设置公共空间，在封口板(2)设置将空间内的异常内压排出到外部的排气阀(14)。
6.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，和正极连接电路或负极连接电路串联配置的过电流及过热保护元件(15)。
7.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，配置在封口板(2)外表面一侧的过电流及过热保护元件(15)的电极板(15a)被形成为正极端子(+)或负极端子(-)。
8.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，构成排出阀(14)的金属部件被形成为正极端子(+)或负极端子(-)。
9.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，发电元件(A-J)具有通过隔膜将多片正极板和负极板层叠而成的层叠构造的极板组。
10.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，发电元件(A-J)具有通过隔膜将多片正极板和负极板卷绕而成的卷绕构造的极板组。
11.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，构成发电元件(A-J)的电解液被形成为凝胶状电解液。
12.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，液体接界防止体(6)利用分隔体将有底筒状体的内部分割为装入各发电元件(A-J)的多个放置室。
13.根据权利要求2所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，对正极端子(+)及/或负极端子(-)进行镀金处理。
14.根据权利要求13所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于，镀金是仅对正极端子(+)及/或负极端子(-)的外露部分进行的。
全文摘要
在镍—氢蓄电池的情况下，虽然各发电元件的电动势分别为1.2V，但是通过将其串联可得到输出电压为3.6V、对应于多种设备的工作电压的通用性高的密闭型碱性蓄电池。将放在液体接界防止袋(46)内的多个发电元件放入电池外壳(45)内，并将构成各发电元件的极板组(41a、41b、41c)串联。
文档编号H01M10/28GK1561557SQ02819099
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月27日 优先权日2001年10月1日
发明者村重伸治, 南野哲郎, 和泉阳一, 生驹宗久 申请人:松下电器产业株式会社