叠层电池、包含叠层电池的电池组和叠层电池的组装方法

摘要

本发明提供了在不需要用于冷却的多余空间的情况下，抑制电池内部的温度上升。而且能够防止电极彼此的短路的叠层电池。本发明的叠层电池具有：外装体；正极；负极；隔板，其配置在正极与负极之间；以及导电性的集电体，其沿着外装体的轴方向贯通正极、负极和隔板。正极、负极和隔板沿外装体的轴方向进行层叠。作为正极和负极中的某一个电极的第1电极与外装体的内表面接触，另一方面，第1电极不与集电体接触。作为另一个电极的第2电极不与外装体接触，另一方面，第2电极与集电体接触。第2电极的外缘被隔板覆盖，第1电极的供集电体贯通的孔的周缘被隔板覆盖。

说明书

技术领域

本发明涉及叠层电池，具体而言，涉及实现了冷却性能的提高的叠层电池和使用 了叠层电池的电池组和叠层电池的组装方法。

背景技术

在二次电池的主要电极结构中，有卷绕类型和层叠类型这两种类型。在具有卷绕 类型的电极结构的电池（卷绕电池；例如，专利文献1）中，正极与负极以隔着隔板 卷绕成漩涡状的状态，收纳在电池壳体内。在具有层叠类型的电极结构的电池（叠层 电池）中，在电池壳体内，收纳有正极和负极隔着隔板交替地层叠而成的电极组。在 专利文献2中，公开了层叠有圆板状的电极的圆筒形电池。在专利文献3中，公开了 层叠有矩形板状的电极的方形电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-198044号公报

专利文献2：日本特开2000-48854号公报

专利文献3：国际公开2008/099609号公报

发明内容

发明要解决的课题

卷绕电池在电池的表面与中心部之间，重叠有多层热传导率低的隔板。其结果是， 即使在电池壳体的表面温度接近周围温度的情况下，卷绕电池的中心部分变得相当高 温。

在专利文献2所述的圆筒型叠层电池中，构成为使层叠的电极分别与端子抵接， 由此进行集电。因此，在该组装过程中，正极与负极有时会短路而发生初始故障。此 外，由于反复充电/放电，电极反复地收缩/膨胀。其结果是，电极发生变形/位移，正 极与负极有时会短路而产生历时故障。

本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明将抑制电池内部的温度上升和防止 电极彼此的短路作为解决课题。

用于解决问题的手段

为了达成所述的目的，本发明的叠层电池具有：筒状的外装体；正极；负极；隔 板，其配置在所述正极与所述负极之间；以及具有导电性的集电体，其沿着所述外装 体的轴方向贯通所述正极、所述负极和所述隔板，所述正极、所述负极和所述隔板沿 着所述外装体的轴方向层叠，作为所述正极和所述负极中的某一个电极的第1电极与 所述外装体的内表面抵接而与所述外装体的内表面电连接，另一方面，该第1电极不 与所述集电体接触，作为所述正极和所述负极中的某另一个电极的第2电极不与所述 外装体的内表面接触，另一方面，该第2电极与所述集电体抵接而与所述集电体电连 接，所述第2电极的外缘被所述隔板覆盖，所述第1电极的供所述集电体贯通的孔的 周缘被所述隔板覆盖。

根据该结构，外装体由金属形成，并作为第1电极的集电端子发挥作用。第1 电极的外形尺寸比筒状的外装体的内侧尺寸稍大，第1电极的整个外周或外周的一部 分与外装体的内表面接触。在将第1电极压入外装体内部时，第1电极与外装体紧密 接触。由此，使第1电极以较小的热阻与外装体连接，从而有效地进行第1电极的冷 却。

在此，电极的外形尺寸是指从片状电极的图形中心到外周的尺寸。如果电极为圆 盘状，则外形尺寸被称作外径。同样，外装体的内部尺寸是指与筒状的外装体的轴方 向垂直的截面中的图形中心与外装体的内表面之间的尺寸。如果外装体为圆筒，则内 部尺寸被称作内径。

第2电极的外形尺寸小于筒状的外装体的内部尺寸，第2电极不与外装体接触。 因此，第2电极与外装体绝缘。

由第1电极产生的热直接传递到外装体。由第2电极产生的热经由隔板传递到第 1电极。

卷绕电池的总热传递系数（U₁）如后述这样由式1示出。另一方面，本发明的叠 层电池的总热传递系数（U₂）由式2示出。对两者进行比较可知，在卷绕次数n的项 中，产生较大的差异。在卷绕电池中，卷绕次数n越大，总热传递系数越小。关于代 入具体数值的说明，在实施方式中将详细描述。

如上所述，在本发明的叠层电池中，为了将电池的内部的温度抑制得较低，不需 要在电池内部设置用于使冷媒流动的管道或者散热器。因此，本发明的叠层电池具有 紧凑的结构。此外，在本发明的叠层电池中，通过冷却外装体的表面（壳体），能够 容易地抑制电池内部的温度上升。

正极、负极和隔板分别在其中央部分具有供集电体贯通的孔。棒状的集电体贯通 这些孔。第1电极的孔的直径大于棒状的集电体的外形尺寸。因此，第1电极不与集 电体接触。第2电极的孔的直径小于棒状的集电体的外形尺寸。因此，第2电极与集 电体接触，与集电体电连接。集电体由金属构成，作为第2电极的集电端子发挥作用。 此外，集电体优选为圆棒，不过也可以是棱棒。

此外，在本发明的叠层电池中，在电极与隔板层叠的状态下，第2电极的外缘被 隔板覆盖，并且，第1电极的供集电体贯通的孔的周缘被隔板覆盖。因此，第1电极 与第2电极在该外缘和孔的周缘处，被隔板更可靠地隔离。因此，两电极不会因电极 的变形而在该外缘部和孔的周缘部接触。在电极为圆盘状的情况下，隔板的外径大于 第2电极的外径。此外，在集电体为圆棒的情况下，隔板的孔径小于第1电极的孔径。

在本发明的叠层电池中，所述第1电极以所述第1电极的外缘露出于形成为袋状 的第1隔板的外部的方式，内包于所述第1隔板，并且，所述第2电极以所述第2 电极的供所述集电体贯通的孔的周缘露出于形成为袋状的第2隔板的外部的方式，内 包于所述第2隔板。根据该结构，由于隔板为袋状，因此，防止了由电极的碎屑或异 物引起的电极间的短路。

在本发明的叠层电池中，所述集电体在侧面具有槽，所述集电体的最细的部分的 直径大于被设在所述第2电极上的、供所述集电体贯通的孔的直径，所述集电体的最 粗的部分的直径小于被设在所述第1电极上的、供所述集电体贯通的孔的直径。

在组装电极时，有时集电体与电极的结合会变松，妨碍集电体与电极的密接接触。 为了解决该问题，在本发明的叠层电池中，集电体形成有螺纹槽。在该结构中，由于 形成于集电体的螺纹槽，使第2电极能够维持对集电体的紧密嵌合状态。由此，防止 在对叠层电池进行组装加工时，电极与集电体的结合变松。

在本发明的叠层电池中，所述负极包含储氢合金。此外，在本发明的叠层电池中， 所述正极和所述负极是进行充电/放电的电极，并且，是使用从外部提供的电流来使 保持在叠层电池内的电解液电解的电极。根据该结构，正负两电极起到作为二次电池 进行充电/放电的电极的作用和作为产生氢气的电极的作用。

在本发明的叠层电池中，所述负极的充电容量优选小于所述正极的充电容量。该 叠层电池是所谓负极调节型（negative electrode regulation-type）。在此，各充电容量 有时简单称作正极容量或负极容量。

本发明的叠层电池还具有氢储存室，该氢储存室配置在所述外装体的内部，储存 由所述负极产生的氢气。在此，氢储存室可以是独立的空间。此外，氢储存室也可以 不是独立的空间，而是形成于电极与隔板质检的间隙。

负极调节型的叠层电池在进行充电的状态下，负极会在正极充满电之前变为充满 电。在从充满电的状态起进一步进行充电而成为过度充电时，从负极产生氢气（反应 式（参照1））。

H⁺+e^-→1/2H₂  （1）

从负极产生的氢气被负极的储氢合金吸收储存，成为放电的能量源。（2）示出了 正极为羟基氧化镍的情况下的放电反应式。

负极1/2H₂→H⁺+e^-

正极NiOOH⁺e^-+H⁺→Ni（OH）₂  （2）

整体NiOOH⁺1/2H₂→Ni（OH）₂

由于储氢合金价格昂贵，因此负极给电池价格带来的影响很大。在通常的正极调 节型（positive electrode regulation-type）的二次电池中，负极材料的量为正极材料的 1.5倍～2倍。但是，根据本发明的叠层电池，能够减少价格昂贵的负极材料的量。 因此，能够得到价格低廉的叠层电池。

本发明的叠层电池构成为：通过使所述负极中包含的储氢合金吸收储存在所述氢 储存室中储存的氢气，来使所述负极充电。根据该结构，通过因过度充电而产生的氢 气，使负极充电。因此，氢气被有效地利用。负极中包含的储氢合金作为所谓催化剂 而发挥作用。

在本发明的叠层电池中，所述正极优选包含二氧化锰。以往，二氧化锰正极被用 于作为二氧化锰锌电池而被周知的一次电池，未被用于二次电池。这是因为，二氧化 锰正极在放电到氢氧化锰后，生成不能再次充电的四氧化三锰Mn₃O₄。但是发明人发 现，如果使正极与氧接触，则不会产生不可逆的四氧化三锰。通过在正极的周围配置 氧气，发明人成功地将二氧化锰用作二次电池的正极。

在本发明的叠层电池中，所述外装体的侧部具有圆筒形状，并且，所述外装体具 有在该外装体的轴方向两端，拱出为圆顶状的拱出部，在该拱出部，具有所述氢储存 室。

在负极充满电后，如果继续充电，则从负极产生氢气。所产生的氢气被储存在氢 储存室，在放电时，被负极吸收储存而有效利用。由此，能够减少价格昂贵的负极的 量，制造出价格低廉的叠层电池。圆筒罐的两端部为拱出为圆顶状的结构，因此成为 适合于储存高压力的氢气的结构。

一种由柱状金属制成的连接金属件连接本发明的多个叠层电池而成的电池组，所 述叠层电池的所述外装体具有圆筒状的金属性的主体部和覆盖该主体部的轴方向的 两端开口部的盖部，所述集电体贯通所述盖部，在所述连接金属件的上表面和底面设 有连接孔，一个叠层电池的集电体的端部能够嵌合于设在所述连接金属件的上表面的 连接孔，与所述一个叠层电池相邻的另一叠层电池的集电体的端部能够隔着绝缘体而 嵌合于设在所述连接金属件的底面的连接孔，并且，所述连接金属件的底面与所述另 一叠层电池的外装体电连接。

连接金属件的底面和上表面能够与彼此相邻的叠层电池的盖部面接触。在被设在 连接金属件的底面的孔与集电体之间，介设有绝缘体。因此，相邻的两个叠层电池的 集电体彼此绝缘。一个叠层电池的集电体与相邻的叠层电池的外装体经由连接金属件 连接。其结果是，使相邻的叠层电池经由连接金属件串联连接。

一种包含多个本发明的叠层电池的电池组，该叠层电池的所述外装体具有具备矩 形的截面的有底的容器和覆盖所述容器的开口部的盖部件，一个叠层电池的所述容器 和与该一个叠层电池相邻的另一个叠层电池的所述盖部件以面接触的方式连接。

根据该结构，通过使一个叠层电池的盖部件与相邻的叠层电池的容器的底部抵 接，使两个叠层电池层叠而在电气上串联连接。通过这样连接多个叠层电池，能够提 高电池组的输出电压。

本发明的叠层电池的组装方法具有如下工序：第1工序，预先准备集电体和圆棒， 其中，所述集电体在侧面具有螺纹槽，所述圆棒具有与所述集电体的螺纹槽的槽底的 直径相同的外径；第2工序，以使所述隔板介于正极与负极之间的方式，将电极依次 插入所述圆棒而进行层叠，组装出电极组；第3工序，接着第2工序，在所述电极组 的两端配置压板来保持所述电极组，向所述压板施加压力，压缩所述电极组；

第4工序，保持压缩状态并拔出所述圆棒；第5工序，一边旋转所述集电体一边 将所述集电体压入所述电极组以替代所述圆棒，然后，将所述集电体螺合于设在所述 压板的中央的螺纹孔，保持所述电极组的压缩状态，组装出电极集合体；第6工序， 将所述电极集合体压入外装体的内部；第7工序，进行所述外装体的空气抽取；第8 工序，向所述外装体注入电解液；以及第9工序，接着第8工序，将盖安装于所述外 装体而进行密闭化。

发明效果

本发明能够在不需要用于冷却的多余空间的情况下，抑制电池内部的温度上升。 而且，本发明的叠层电池能够防止电极彼此的短路。

附图说明

图1是第一实施方式的圆筒型叠层电池的概略结构图，是示出轴方向截面的图。

图2A是内包于袋状隔板的第1电极与第2电极的剖视图。

图2B是内包于袋状隔板的第1电极的俯视图。

图2C是内包于袋状隔板的第2电极的俯视图。

图3是第二实施方式的管型叠层电池的概略结构图。

图4A是将连接金属件安装于管型叠层电池状态下的概略结构图。

图4B是示出构成使用了管型叠层电池电池组的情况下的结构的图面。

图5是示出第三实施方式的胶囊型叠层电池的概略结构图。

图6A是第四实施方式的方形叠层电池的轴方向剖视图。

图6B是第四实施方式的方形叠层电池的俯视图。

图7是使用第四实施方式的方形叠层电池构成电池组时的结构图。

图8是示出本发明的第五实施方式的圆筒型叠层电池的概略轴方向剖视图。

图9是示意性示出集电体的螺纹结构的剖视图。

图10是示出集电体为螺纹结构以外的实施方式的图面。

图11是说明叠层电池的组装方法的轴方向截面图。

图12是示出叠层电池的温度上升试验的结果的曲线图。

具体实施方式

以下，根据附图来说明本发明的实施方式，不过本发明不限于该实施方式。

在说明本发明的各实施方式之前，对应用了本发明的二次电池的例子进行描述。 二次电池的类型不限于这些类型，也可以镍铁电池、锌锰电池、镍镉电池等二次电池。

＜关于镍氢电池＞

负极为储氢合金，例如包含镧-镍作为主要物质。使用羟基氧化镍作为正极的活 性物质。使用在镍氢电池中通常使用的碱性水溶液、KOH水溶液作为保持在隔板中 的电解液。

使用如下材料作为负极，其中，该材料是在基板上涂覆将溶剂施加于储氢合金、 导电性填料和粘结剂（binder）而成的膏状物、在成形为板状后进行固化而成的。同 样，使用如下材料作为正极，其中，该材料在基板上涂覆将溶剂施加于正极活性物质、 导电性填料和粘结剂而成的膏状物、在成形为板状后进行固化而成的。

使用碳素颗粒作为导电性填料。使用热可塑性树脂且溶解于可溶于水的溶剂中的 树脂作为粘结剂。使用发泡镍板作为基板。使用聚丙烯纤维作为隔板。

＜二氧化锰电池＞

负极包含储氢合金。正极包含二氧化锰作为活性物质。正极和负极使用了如下材 料，该材料是在镍基板上涂覆将溶剂施加于活性物质、导电性填料和粘结剂而成的膏 状物、在成形为板状后进行固化而成的。使用了与镍氢电池相同的导电性填料、粘结 剂、隔板和电解液。

二氧化锰电池的正极在其放电过程中，以二氧化锰MnO₂→羟基氧化锰MnOOH →氢氧化锰Mn（OH）₂的方式进行变化，在放电到氢氧化锰后，产生不能再次充电 的四氧化三锰Mn₃O₄。但是，二氧化锰即使因放电而发生氧化，如果与氧接触则恢复 为二氧化锰。由此，二氧化锰不会使反应进行到氢氧化锰，不会产生不可逆的四氧化 三锰。因此，正极中不存在四氧化三锰，或者即使存在也不到5％。此外，关于氧， 将从过度充电时从正极产生的氧气储存在电池内而利用。

＜锂电池＞

关于负极，是将钛酸锂、羧甲基纤维素（CMC）和科琴黑（KB：Ketjen Black） 混合并调制为浆状混合物。将该混合物涂覆在不锈钢箔上，在进行暂时干燥后，实施 加热处理，从而得到负极。

关于正极，是将磷酸铁锂、CMC、活性炭和KB混合并调制为浆状合物。将该合 剂涂覆在不锈钢箔上，在进行暂时干燥后，实施加热处理，从而得到正极。

使用聚丙烯的微多孔膜作为隔板。使用1mol/L的LiPF6/EC：DEC作为电解液。 使用KB，作为导电剂。

使用CMC作为粘结剂。使用不锈钢作为集电体。

＜镍锌电池＞

镍锌电池是具有负极、正极和电解液的电池，其中，负极包含锌或者锌化合物， 正极包含氧化镍、氢氧化镍或者羟基氧化镍，电解液包含0.025M～0.25M的范围的 磷酸盐和4M～9M的范围的游离碱。

＜第一实施方式＞

图1是示出本发明的第一个实施方式的圆筒型叠层电池（以下，简单称作叠层电 池）的轴方向的概略剖视图。图1所示的叠层电池11具有外装体15、集电体17和 收纳在外装体内部的电极体13作为主要构成要素。外装体15由有底的圆筒罐12、 安装于圆筒罐的开口部12c的圆盘状的盖部件16构成。圆筒罐12与盖部件16由铁 构成，不过也可以是其它金属。盖部件16的外径稍大于圆筒罐的开口部12c的内径。 盖部件16在收纳电极体13后，在圆筒罐的开口部12c处紧密地嵌合。

电极体13由包含正极活性物质的正极13a、包含储氢合金的负极13b和隔板13c 构成，其中，隔板13c介于正极13a与负极13b之间，使离子透过而不使电子透过。 电极体13沿圆筒罐12的轴方向（图1的X方向）层叠地收纳于外装体15的内部。 此外，电解液（未图示）被保持在隔板13c中。正极13a、负极13b、隔板13c均为 在中央开孔的圆盘状。负极13b的外径小于圆筒罐12的内径，负极的外缘部13bb 不与圆筒罐的内表面12a接触。另一方面，正极13a的外径大于圆筒罐12的内径， 正极的外缘部13ab与圆筒罐的内表面12a接触，正极13a与圆筒罐12电连接。优选 的是，正极13a的外径比圆筒罐12的内径大100μm。

集电体17由对铁实施了镀镍的材料构成，具有棒状的轴部17a和配置在轴部17a 的一端的止挡部17b。通过实施镀镍，防止集电体17被隔板13c中包含的电解液腐 蚀。集电体的轴部17a在外装体15的轴方向（图1的X方向）上，贯通由正极13a、 负极13b和隔板13c构成的电极体13的中央。被设在负极13b的中央的孔的直径小 于轴部17a的外径。因此，负极的孔的周缘部13ba与轴部17a电连接，负极13b与 集电体17电连接。另一方面，设于正极13a的中央的孔的直径大于轴部17a的外径， 正极的孔的周缘部13aa不与轴部17a接触，正极13a与集电体17电绝缘。

电极体13被配置为依次层叠在集电体的止挡部17b上。止挡部17b防止在进行 组装时电极体13从集电体17的端部脱落。止挡部17b的形状为圆盘状。止挡部17b 隔着绝缘板14配置在圆筒罐底部12b。绝缘板14防止集电体17与圆筒罐12直接接 触而发生电短路。止挡部17b的相反侧的轴部17a的端部由设于盖部件16的中央的 轴承18支承。为了防止盖部件16与轴部17a发生电短路，轴承18由绝缘性材料构 成。贯通盖部件16的轴部构成正极端子17c。圆筒罐12作为负极端子发挥作用。

接下来，对正负极13a、13b和隔板13c的尺寸与外装体15和集电体17的尺寸 之间的关系进行说明。隔板13c的外缘被正极13a（第1电极）覆盖，负极13b（第 2电极）的外缘被隔板13c覆盖。进而，正极13a的供集电体17贯通的孔的周缘被 隔板13c覆盖，隔板13c的供集电体17贯通的孔的周缘被负极13b覆盖。

即，隔板13c的外径大于负极13b（第2电极）的外径。因此，正极13a与负极 13b在外装体15的内周面附近被隔板13c完全隔离。因此，即使电极变形，电极也 不会相互接触。此外，设于隔板13c的中央的孔的直径小于被设在正极13a的中央的 孔的直径。因此，正极13a与负极13b在集电体17的外周面附近被隔板13c完全隔 离。因此，即使电极变形，电极也不会相互接触。此外，隔板13c的外径小于正极 13a（第1电极）的外径。因此，正极13a与圆筒罐12之间没有介设有隔板13c。此 外，设于隔板13c的中央的孔的直径大于被设在负极13b的中央的孔的直径。因此， 负极13b与集电体17之间没有介设有隔板13c。

通过使正极13a的外缘与作为集电端子发挥作用的外装体15的内表面抵接，能 够使由正极13a产生的电和热高效地传递到外装体15。同样，使负极13b的供集电 体贯通的孔的周缘与作为集电端子发挥作用的集电体17抵接，能够使由负极13b产 生的电高效地传递到集电体17。

发明人等将电池的外形设为圆筒型，将电极结构设为层叠结构。由此，能够使由 电极产生的电和热高效地传递到外装体和集电体。进而，实现了冷却性能和集电性能 优异的叠层电池。

接下来，对第一实施方式的冷却结构的作用和效果进行说明。

正极的外缘部13ab紧密抵接于圆筒罐的内表面12a而紧密地接触。由正极13a 产生的热直接传递到圆筒罐12。此外，由负极13b产生的热经由隔板13c传递到正 极13a。隔板13c较薄且为1个，因此，不会给热传导带来大的妨碍。如上所述，由 电极13a、13b产生的热以较小的热阻传递到圆筒罐12，抑制了叠层电池内部的温度 上升。

此处，用计算例示出本发明的实施方式的叠层电池与现有类型的卷绕电池的温度 上升的不同。卷绕电池的总热传递系数（U₁）由式1示出。另一方面，叠层电池的总 热传递系数（U₂）由式2示出。

[式1]

$U_1=1/\{\frac{1}{h_0}+\frac{t}{k}+(\frac{1}{h_1}+\frac{t_{+}}{k_{+}}+\frac{1}{h_1}+\frac{t_s}{h_s}+\frac{1}{h_1}+\frac{t_{-}}{t_{-}})n\}$

此处，n：卷绕数；k，k₊，k_-，k_s：热传导率；t，t+，t-，t_s：厚度；h₀，h₁：层 膜。

[式2]

$U_2=1/(\frac{1}{h_0}+\frac{t}{k}+\frac{1}{h_1}+\frac{t^{*}}{k^{*}})$

此处，k^*k^*：热传导率；t，t^*：厚度；h₀，h₁：层膜。

此处，试着以18650型电池为例进行计算。卷绕电池的各参数为

t=0.5mm，t+=t-=ts=10μm，k=k+=k-=40Wm-2deg-1

h0=100Wm-2deg-1，h1=1Wm-2deg-1，ks=1Wm-2deg-1，

n=9/0.03=300，

将这些值代入式1，得到U1=0.0011Wm-2deg-1。

另一方面，本实施方式的叠层电池的各参数为，

h0=100Wm-2deg-1，t=0.5mm，k=40Wm-2deg-1

h₁=10000Wm-2deg-1，t*=0.009m，k^*=40Wm-2deg-1，

将这些值代入式2，得到U2=100Wm-2deg-1。

对两者进行比较的话，可以说本发明的实施方式的叠层电池的热传递优于现有的 卷绕电池接近10万倍。

接下来，对第一实施方式的变形例进行说明。即，本变形例采用袋状的隔板。

图2A示出了内包于形成为袋状的隔板的电极的剖视图。在图2A中，为了简单， 示出了各1个正极13a和负极13b。正极13a除外缘部分以外，其周围被袋状隔板13ca 包着。此外，负极13b除了供集电体贯通的孔的周缘部分以外，其周围被袋状隔板 13cb包围。

图2B是示出内包于袋状隔板的正极13a（第1电极）的俯视图。图2C是示出内 包于袋状隔板的负极13b（第2电极）的俯视图。

用外径小于正极13a的外径且孔的直径大于正极13a的孔的直径的2个隔板夹持 正极13a，并利用热焊接接合与隔板重叠的部位（孔的边缘）。由此，形成内包于袋 状隔板13ca的正极13a。用外径大于负极13b的外径且孔的直径小于负极13b的孔的 直径的2个隔板夹持负极13b，并利用热焊接来接合与隔板重叠的部位（外侧的部分）。 形成内包于袋状隔板13cb的负极13b。

在电池的搬运过程和组装过程中产生的电极的碎屑或异物会填充在袋状隔板的 内部。如果使用袋状隔板的话，能够防止电极的碎屑或异物嵌入电极间和电极与集电 端子之间，因此，不会产生内部短路。此外，防止了隔板的安装位置发生偏离而使隔 板介于正极13a与圆筒罐12之间以及负极13b与集电体17之间。

＜第二实施方式＞

图3示出了本发明的第二实施方式的管型叠层电池（以下，简单称作叠层电池） 的轴方向的概略剖视图。图3所示的叠层电池21除了图1所示的叠层电池11、外装 体的一部分和集电体的一部分以外，具有基本相同的结构。即，外装体25由圆管22 和圆盘状的盖部件26构成，其中，盖部件26安装在位于圆管22的两端的开口部22b。 集电体27贯通盖部件26，由盖部件26支承。

以下，以与叠层电池11的不同点为中心进行说明。

由正极23a、负极23b和隔板23c构成的电极体23在穿插于集电体的轴部27a 状态下依次层叠。集电体27在其两端部27b，由设于盖部件26的中央的轴承28支 承。为了防止盖部件26与集电体27发生电短路，轴承28由绝缘性材料构成。集电 体的贯通盖部件26的端部27b构成负极端子。圆管22作为正极端子发挥作用。

接下来，对使用了叠层电池21的电池组进行说明。图4A示出了将连接金属件 29安装于叠层电池21的状态。连接金属件29与叠层电池21的盖部件26面接触而 配置在叠层电池21与相邻的叠层电池21'之间。连接金属件29为圆柱状的金属，不 过也可以是棱柱状。连接金属件29的轴方向与集电体27的轴方向（图4A的X方向） 一致。在连接金属件29的上表面29a（在图中，为左侧的面）的中心部，设有与上 表面29a垂直方向的孔29aa，孔29aa能够与相邻的叠层电池21'的集电体27'嵌合。 在连接金属件29的底面29b（在图中为右侧的面）的中心部，设有与底面29b垂直 方向的孔29ba，孔29ba能够与绝缘部件24嵌合。而且，在绝缘部件24的中央，在 与底面29b垂直方向上设有孔24a，孔29a能够与叠层电池21的集电体的轴部27b 嵌合。连接金属件的底面29b与叠层电池的盖部件26面接触，由此，使叠层电池21 和相邻的叠层电池21'经由连接金属件29而电连接。此时，绝缘部件24防止集电体 27与外装体25接触而发生电短路。

如图4B所示，通过使用连接金属件29来连结彼此相邻的叠层电池21，能够串 联连接叠层电池来构成电池组20。

＜第三实施方式＞

图5是示出本发明的第三实施方式的胶囊型叠层电池（以下，简单称作叠层电池） 的轴方向的概略剖视图。叠层电池31具有外装体35、集电体37和收纳在外装体内 部的电极体33作为主要构成要素。外装体35由有底圆筒的外构体32和安装于外构 体32的开口部32c的盖部件36构成。外构体32与盖部件36是对铁实施镀镍而成的， 不过也可以是铝或者钛等的金属。

外构体32和盖部件36分别具有筒状的侧部32a、36a和在底部拱出为圆顶状的 拱出部32b、36b。盖部件的侧部36a的外径小于外构体32的开口部32c的内径。盖 部件36在其拱出部36b朝外构体的开口部32c的外侧拱出的方向上，覆盖开口部32c。 盖部件36隔着绝缘密封部件38接合于外构体32。绝缘密封部件38起到使外构体32 与盖部件36电绝缘的作用和通过密封这些接合部而在外装体35的内部形成密闭空间 的作用。绝缘密封部件38可以由兼备绝缘性和密封性的物质、例如焦油沥青（asphalt pitch）构成。

电极体33由包含正极活性物质的正极33a、包含储氢合金的负极33b以及隔板 33c构成，其中，隔板33c介于正极33a与负极33b之间，使离子透过而不使电子透 过。进而，电极体33沿外构体32的轴方向（图5的X方向）层叠地收纳于外装体 35的内部。此外，由隔板33c保持电解液。正极33a、负极33b和隔板33c均具有在 中央开孔的圆盘状的形状。而且，正极33a的外径小于外构体32的内径，正极的外 缘部33aa不与外构体的内表面32aa接触。另一方面，负极33b的外径大于外构体32 的内径，负极的外缘部33ba与外构体32的内表面32aa接触，负极33b与外构体32 电连接。优选的是，负极33b的外径比外构体32的内径大100μm。

集电体37由对铁实施了镀镍的导电性材料构成，具有棒状的轴部37a和安装在 轴部37a的一端的止挡部37b。集电体37的轴部37a在外装体35的轴方向（图5的 X方向）上贯通由正极33a、负极33b和隔板33c构成的电极体33的中央。设于正极 33a的中央的孔的直径小于轴部37a的外径，正极的孔的周缘部33ab与轴部37a接触， 正极33a与集电体37电连接。另一方面，设于负极33b的中央的孔的直径小于轴部 37a的外径，负极的孔的周缘部33bb不与轴部37a接触。

电极体33被配置为依次层叠在集电体的止挡部37b上，此时，止挡部37b防止 电极体33从集电体37的端部脱落。在层叠的电极体33的两端，配置有由绝缘材料 构成的压板34a，防止在层叠并按压电极体33时，电极体33发生破损。压板34a优 选由适合作为绝缘材料和结构材料的材料构成，可由聚丙烯构成。止挡部37b的形状 为圆盘状。止挡部37b在外构体底部与拱出部32b不抵接，止挡部37b与外构体32a 电绝缘。与止挡部37b相反侧的轴部的端部37c贯通设于盖部件36的中央的孔36c， 向盖部件36的外侧（图的右方向）突出。贯通盖部件36的端部37c构成正极端子。 外构体32作为负极端子发挥作用。

在拱出部32b、36b的内侧空间中，设有氢储存室39。即，在被拱出部的内表面 32ba、36ba和电极体33围着的外装体内部的空间中，配置有氢储存室39。

包含储氢合金作为负极33b的物质。负极33b的充电容量小于正极33a的充电容 量。因过度充电而从负极产生的氢气被储存于氢储存室39。储存在氢储存室39中的 氢气被储氢合金吸收储存，使负极33b充电。

＜关于活性物质的量＞

在本发明的实施方式的叠层电池中，正极容量为1000mAh。负极容量为正极容 量的80％。

负极调节型的电池如果成为过度充电状态，则从负极产生氢气。即，如果充电到 800mAh以上，则从负极产生氢气（反应式（参照1））。产生的氢气被负极吸收储存。 未被负极吸收储存的氢气蓄积于电池内部存在的间隙中。如果电池内部存在氢气储存 室，则能够在电池内较多地储存/蓄积氢气。如果产生的氢气增多，则电池内部的压 力上升。由于第一实施方式～第三实施方式所示的叠层电池采用密闭结构，因此所储 存的氢气不会泄漏到外部。

在叠层电池放电时，被负极吸收储存的氢作为氢离子和电子，从储氢合金中释放 出。但是，储存/蓄积在叠层电池内部的氢气被储氢合金吸收储存，维持负极的充电 状态（放电时的反应式（参照2））。这样，氢气在放电时成为能量源，因而不会造成 浪费。储氢合金发挥所谓催化剂的作用，因此，在充电/放电中，负极的体积变化较 小，能够防止负极的劣化，提高寿命。

此时，电极起到作为进行充电/放电的现有的二次电池的电极的作用，并且，起 到作为使电解液中包含的水电解而产生氢气的电极的作用。

已知负极占据电极价格的80％，价格昂贵。正极调节型的电池需要正极的1.7 倍的负极。但是，根据本发明，通过将负极的量设为正极的80％，能够将电极的价 格设为1/2。即使减少了负极的量，由于利用因过度充电而蓄积的氢气，因而电池容 量不会下降。

＜第四实施方式＞

使用图6A的轴方向剖视图，对本发明的第四实施方式的方形叠层电池（以下， 简单称作叠层电池）进行说明。叠层电池71具有外装体75、集电体77和收纳于外 装体内部的电极体74作为主要构成要素。外装体75由主体部件72和盖部件73构成。 主体部件72是有底的方形的容器。通过用盖部件73覆盖主体部件72的开口部72c， 能够在主体部件72的内部形成密闭空间。主体部件72和盖部件73由铁构成。如图 6B的俯视图所示，叠层电池71整体具有方形形状。

电极体74由包含正极活性物质的正极74a、包含储氢合金的负极74b和隔板74c 构成，其中，隔板74c介于正极74a与负极74b之间，使离子透过而不使电子透过。 隔板74c具有防止正极74a与负极74b短路的作用和保持电解液的作用。正极74a与 负极74b隔着隔板74c，沿主体部件72的轴方向（图6A的Y方向）层叠地收纳于 外装体75的内部。正极74a、负极74b和隔板74c均为片状。负极74b的外形尺寸 小于主体部件72的内部尺寸，负极的外缘部74bb不与主体部件的内表面72a接触。 另一方面，正极74a的外形尺寸大于主体部件72的内部尺寸，正极的外缘部74ab以 压力与主体部件72的内表面72a接触，正极74a与主体部件72电连接。由此，由电 极体74产生的热以较小的温度梯度传递到主体部件72，从而抑制了电极体74的温 度上升。优选的是，正极74a的外形尺寸比主体部件72的内部尺寸大100μm。

集电体77由对铁实施了镀镍的导电性材料构成。而且，集电体77具有设为倒圆 锥状的沉头部77b和与其相连的轴部77a，整体构成沉头螺丝。

在电极74b、74a上，分别设有供集电体77的轴部77a贯通的孔74ba、74aa。设 于负极74b的孔74ba的直径小于轴部77a的外径，负极74b与轴部77a接触，负极 74b与集电体77电连接。另一方面，设于正极74a的孔74aa的直径大于轴部77a的 外径，正极74a不与轴部77a接触。

4根集电体77（参照图6B）通过位于电极体74的下方的连结板77d相互连结。 即，通过将设于集电体的下端部77ca的螺纹部77c螺合于设在连结板77d的螺纹孔 77da中，使集电体77与连结板77d连结。电极体74被配置为依次层叠在连结板77d 上，连结板77d防止电极体74从集电体77的端部脱落。在主体部件底部72b与连结 板77d之间配置有绝缘板76b，防止连结板77d与主体部件底部72b接触而使集电体 77与主体部件72电短路。具体而言，由聚丙烯构成的绝缘板76b包围在连结板77d 的周围。

盖部件73具有平板部73a和弯曲部73b，该弯曲部73b从平板部起弯曲成直角。 在弯曲部73b的内侧，即在主体部件的开口部72c，配置有绝缘板76a。绝缘板76a 防止位于最上方的电极体74与盖部件73电短路。在绝缘板76a的与盖部件73相反 侧的表面，设有供主体部件72的开口部外缘嵌合的槽76aa。在槽76aa与主体部件 72的开口部外缘之间，配置有由焦油沥青构成的密封件80，使外装体75内部保持气 密。出于相同的目的，在绝缘板76a的供集电体轴部77a贯通的孔中，也配置有由焦 油沥青构成的密封件80。

盖部件73通过作为沉头螺丝发挥作用的集电体77与连结板77d连接。主体部件 72作为正极端子发挥作用，盖部件73作为负极端子发挥作用。

＜电池组＞

图7是示出使用叠层电池71来构成电池组70时的概略结构图。通过使叠层电池 71的盖部件的平板部73a与相邻的叠层电池的主体部件的底部72b相对地面接触， 将多个叠层电池71串联连接。串联连接的叠层电池71被正极端子板78a与负极端子 板78b夹持，构成电池组70。即，在筐体70a的内部，配置有与主体部件72面接触 的正极端子板78a和与盖部件73面接触的负极端子板78b，将多个叠层电池71收纳 在正极端子板78a与负极端子板78b之间，从而构成电池组70。通过吸气风扇79a 和排气风扇79b，从外部向筐体内70a提供冷却空气，实现电池组70的冷却。电池 组70的输出通过未图示的线缆，从正极端子板78a与负极端子板78b被取出到外部。

＜第五实施方式＞

图8是示出第五实施方式的圆筒型叠层电池（以下，简单称作叠层电池）的轴方 向的概略剖视图。叠层电池90具有圆筒罐92、集电体17、收纳于圆筒罐内部的电极 体93作为主要构成要素。电极体93由正极93a、负极93b和介于正极93a与负极93b 之间的隔板93c构成。

电极体93被配置为依次层叠在位于集电体97下方的压板98b上，压板98b防止 电极体93从集电体97的端部脱落。压板98b是对圆盘状的钢板实施了镀镍而成的。 在层叠电极体93的最上部配置有压板98a，从而能够利用压板98a、98b来压缩电极 体93。

沿圆筒罐92的轴方向（图8的X方向）插入电极体93。正极93a的外径小于圆 筒罐92的内径，正极的外缘93ab不与圆筒罐的内表面92a接触。另一方面，负极 93b的外径大于圆筒罐92的内径，负极的外周93bb与圆筒罐92的内表面92a接触， 负极93b与圆筒罐92电连接。圆筒罐92的上部开口部被盖部件96覆盖。在盖部件 96与圆筒罐92之间配置有绝缘材料99，防止盖部件96与圆筒罐92接触而发生电短 路。

在圆筒罐底部92b配置有绝缘片94，防止集电体的一个端部97b与圆筒罐底部 92b直接接触，防止集电体97与圆筒罐92电短路。在集电体的另一个端部97a，安 装有向下凸出的由板状的弹性体构成的连接板91。连接板的端部91a与盖部件的底 面96b抵接，被盖部件96朝下方施力。由此，集电体97和盖部件96成为经由连接 板91而电连接的状态。

设于盖部件96的中央的突起96a作为正极端子发挥作用。此外，圆筒罐92作为 负极端子发挥作用。

本实施方式在集电体的一部分结构中，与此前描述的实施方式不同。以下，对不 同点进行说明。

图9是示意性示出集电体97与电极体93的关系的局部剖视图。如图9所示，在 集电体97的侧面具有螺纹部97c，该螺纹部97c被实施了槽底的直径为d且螺纹牙 的直径为D的螺纹槽（d＜D）。

在图9中，设于正极93a的孔93aa的直径小于螺纹部97c的螺纹牙根的直径（d）， 正极93a与集电体轴部97a螺合而与集电体97紧密接触，正极93a与集电体97电连 接。另一方面，设于负极93b的孔93ba的直径大于螺纹部97c的螺纹牙的直径（D）， 负极93b不与集电体轴部97a接触，负极93b与集电体97电绝缘。

通过使设于正极93a的孔的直径小于集电体97的螺纹的槽底的外径，能够充分 确保正极93a与集电体97的接触。通过对集电体97实施螺纹槽加工，防止在组装电 极时集电体与电极的结合变松，确保集电体与电极的紧密接触。即，正极93a沿着形 成于集电体97的螺纹的引线而维持紧密嵌合的状态。由此，即使电极随着充电/放电 而发生变形，也能够确保电极与集电体的接触状态。此外，具有螺纹槽的集电体不限 于本实施方式，也可以应用于在第一实施方式～第四实施方式。

图10示出了集电体的其它实施方式的俯视图（图10左图）和侧视图（图10右 图）。集电体97’在其侧面全周沿着轴方向设有V字状的槽，且其截面为锯齿状。由 于集电体的截面为锯齿状，因此与电极的接触面增大。在朝集电体的轴方向压紧电极 时，电极沿着设于集电体的槽滑动。很难产生电极与集电体的接触不良。即使在充电 /放电过程中电极发生变形，由于电极沿着集电体的槽滑动，因此电极不会破损。

接下来，使用图11，对本发明的叠层电池的组装方法进行说明。在具有比形成 于集电体97的侧面的螺纹槽的槽底稍小的外径（d’）的圆棒95上，以隔板93c介于 正极93a与负极93b之间的方式，依次插入电极体93而进行层叠。接下来，层叠规 定组的电极体93，在其两端配置压板98a、98b来保持电极组，组装出电极集电体A （图11的左图）。

进而，经由压板98a、98b压缩电极组，保持压缩状态并拔出圆棒95。一边施加 压力一边旋转集电体97，将集电体97压入由压板98a、98b保持的电极组以替代圆 棒95。接下来，将压板98a、98b螺合于集电体97，在保持压缩电极组的状态下，组 装出电极集合体B（图11的右图）。

进而，将电极集合体B压入圆筒罐92内部，进行空气抽取，注入电解液。在注 入电解液后，在圆筒罐92的开口部安装盖部件96，将圆筒罐92的开口部封紧，实 现叠层电池的密闭化。

＜试验结果＞

以0.5C～8C，对本发明的第五实施方式的叠层电池进行充电，在充满电后，调 查叠层电池的内部温度与表面温度。温度测量是如下进行的：针对内部温度，在集电 体的中央部安装热电偶来进行测量，针对表面温度，在叠层电池的外装体的表面安装 热电偶来进行测量。此外，在室温为15℃、并利用风扇对叠层电池进行1m/s的送风 的情况下，进行测量。

表1示出了以各个充电率（0.5C、1C、2C、5C、8C）充电到SOC成为100％后 的电池的温度测量结果。即，表1的左栏是电池表面温度与室温之差（＝侧温-室温） 最大的值，右栏为电池内部温度与室温之差（＝芯温-室温）最大的值。在任何充电 率中，从SOC超过80％附近起，电池温度与室温的温度差急剧上升。在2C以下的 充电率中，电池的温度差（侧温-室温，芯温-室温）均小于5℃。此外，在8C充电中， 这些温度差小于30℃。

[表1]

图12示出了将各充电率作为参数，将充电后的电池内部温度与室温之差作成曲 线图而得到的图。即，在图12中，纵轴以摄氏度为刻度来表示温度差，横轴以分为 刻度来表示经过时间。已知，在2C以下的充电率中，电池内部温度与室温之差（温 度上升）为4℃以下，非常小。其原因被认为是，由于与充电相伴的发热与放热成为 平衡，在电池内部不进行蓄热。

在5C充电与8C充电中，电池内部温度与室温之差被认可。但是，不到20分钟 时间，电池内部温度与室温之差下降到小于5℃。可见是放热性极其优异的电池。

根据该试验结果可知，本发明的叠层电池的电池内的热传导率大，即使温度因充 电而上升，电池内部的温度也会在短时间内下降。

产业上的可利用性

本发明的叠层电池不仅能够适合于产业用蓄电装置，而且适合于民用蓄电装置。

标号说明

11 圆筒型叠层电池

12 圆筒罐（a：侧部内表面）

13 电极体（a：正极，b：负极，c：隔板）

14 绝缘板

15 外装体

16 盖部件

17 集电体（a：轴部，b：止挡部，c：正极端子）

19 氢储存室

20 电池组

21 管型叠层电池

22 圆管

23 电极体

24 绝缘部件

25 外装体

26 盖部件

27 集电体

29 连接金属件

31 胶囊型电池

32 外构体（a：侧部，b：拱出部）

33 电极体（a：正极，b：负极，c：隔板）

35 外装体

36 盖部件

37 集电体（a：轴部，b：止挡部，c：端部）

38 绝缘密封部件

39 氢储存室

70 电池组

71 方形叠层电池

72 主体部件

73 盖部件

74 电极体

75 外装体

76 绝缘板

77 集电体

79 风扇

91 连接板

92 圆筒罐

93 电极体

94 绝缘片

95 圆棒

96 盖部件

97 集电体

98 压板

99 绝缘材料