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公開番号2025140837
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040438
出願日2024-03-14
発明の名称アルカリ二次電池
出願人日本碍子株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 50/103 20210101AFI20250919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】モジュール電池にした際に、均一に圧力を付与することが可能なアルカリ二次電池を提供する。
【解決手段】アルカリ二次電池の構成を有する複数の単電池要素が積層された積層電池と、積層電池が縦向きに収容される樹脂製の箱型ケースとを備え、箱型ケースが、底部と、1対の長手側壁部と、1対の短手側壁部と、長手側壁部及び短手側壁部と当接する蓋部とを有し、長手側壁部は、長手側壁部の主要部分を構成し、かつ、リブを有しない平坦な外表面を有する厚肉部と、厚肉部の上端から上方に延在する、厚肉部よりも薄い薄肉部とを有し、それにより厚肉部と薄肉部が、薄肉部の外表面が厚肉部の外表面よりも箱型ケースの内周側に位置するような段差を形成しており、蓋部の下端と薄肉部の上端が溶着により接合されており、溶着により接合部分からはみ出した樹脂突出部が段差と同じ又はそれより低い突出高さを有する、アルカリ二次電池。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ二次電池の構成を有する複数の単電池要素が積層された積層電池と、
前記積層電池が縦向きに収容される樹脂製の箱型ケースと、
を備えた、アルカリ二次電池であって、
前記箱型ケースが、底部と、前記積層電池と平行な１対の長手側壁部と、前記積層電池と垂直な１対の短手側壁部と、前記長手側壁部及び前記短手側壁部と当接する蓋部とを有し、
前記長手側壁部は、前記長手側壁部の主要部分を構成し、かつ、リブを有しない平坦な外表面を有する厚肉部と、前記厚肉部の上端から上方に延在する、前記厚肉部よりも薄い薄肉部とを有し、それにより前記厚肉部と前記薄肉部が、前記薄肉部の外表面が前記厚肉部の外表面よりも前記箱型ケースの内周側に位置するような段差を形成しており、
前記蓋部の下端と前記薄肉部の上端が溶着により接合されており、前記溶着により接合部分からはみ出した樹脂突出部が前記段差と同じ又はそれより低い突出高さを有する、アルカリ二次電池。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記突出高さが０．６ｍｍ以下である、請求項１に記載のアルカリ二次電池。
【請求項３】
前記長手側壁部における前記厚肉部と前記薄肉部との段差が０．６～１．０ｍｍの高低差を有する、請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池。
【請求項４】
前記長手側壁部を平面視した場合に、前記厚肉部及び前記薄肉部の合計面積に占める、前記厚肉部の面積割合が９０％以上である、請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池。
【請求項５】
前記箱型ケースを上から見たとき、前記蓋部の外周が、前記箱型ケースの上端の外周と一致している又は前記箱型ケースの上端の外周よりも内側に位置している、請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池。
【請求項６】
前記アルカリ二次電池が亜鉛二次電池である、請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池。
【請求項７】
前記単電池要素が、
正極活物質層を含む正極板と、
亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む負極活物質層を含む負極板と、
層状複水酸化物（ＬＤＨ）及び／又はＬＤＨ様化合物を含むＬＤＨセパレータと、
電解液と、
を含み、前記ＬＤＨセパレータを介して前記正極活物質層と前記負極活物質層が互いに隔離される、請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のアルカリ二次電池を複数備えたアルカリ二次電池モジュールであって、
前記複数のアルカリ二次電池が、前記長手側壁部同士が向かい合い、かつ、前記厚肉部同士が当接するように配列される、アルカリ二次電池モジュール。
【請求項９】
前記電池モジュールの外側に前記長手側壁部を厚さ方向に加圧する加圧手段が設けられ、それにより前記箱型ケースが前記加圧手段により加圧されて撓むことで前記単電池要素が加圧される、請求項８に記載のアルカリ二次電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アルカリ二次電池に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
高電圧や大電流を得るために、複数の単電池を組み合わせて作られた積層電池が広く採用されている。積層電池は、単電池を複数直列または並列に接続した積層体が一つの電池容器内に収納された構成を有する。例えば、特許文献１（ＷＯ２０１７／０８６２７８）には、電極及びセパレータ（特に後述するＬＤＨセパレータ）を備えた複数個の電極カートリッジを密閉容器内に収容した亜鉛二次電池が開示されている。
【０００３】
また、更なる大容量化及び高出力化のために、積層電池を内在した電池ユニットを複数個配列させて電池モジュール化することも一般的に行われている。例えば、特許文献２（ＷＯ２０１８／１７３１１０）には、直方体状の複数個の電池ユニットをフレーム構造体内に収容した電池モジュールが開示されており、電池ユニット内には複数個のアルカリ二次電池（例えばニッケル亜鉛二次電池及び亜鉛空気二次電池）の単電池が組電池ないし電池モジュールの形態で収容されているのが好ましいとされている。
【０００４】
さらに、ニッケル亜鉛電池等の積層電池をケース内に備えた電池ユニット及びそれを備えたモジュール電池において、電池性能を最大限に引き出すためにケースの外から加圧することも行われている。例えば、特許文献３（特開２０２０－０９５９５５号公報）には、アルカリ二次電池において、箱型ケースの長手側壁部の平坦な外表面に複数のリブを設けることで、モジュール電池にした際に、圧力を付与するのに適した形状でありながらも、優れた放熱性を確保できるとされている。
【０００５】
ところで、ニッケル亜鉛二次電池、空気亜鉛二次電池等の亜鉛二次電池では、充電時に負極から金属亜鉛がデンドライト状に析出し、不織布等のセパレータの空隙を貫通して正極に到達し、その結果、短絡を引き起こすことが知られている。このような亜鉛デンドライトに起因する短絡は繰り返し充放電寿命の短縮を招く。上記問題に対処すべく、水酸化物イオンを選択的に透過させながら、亜鉛デンドライトの貫通を阻止する、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータを備えた電池が提案されている。例えば、特許文献４（ＷＯ２０１３／１１８５６１）には、ニッケル亜鉛二次電池においてＬＤＨセパレータを正極及び負極間に設けることが開示されている。また、特許文献５（ＷＯ２０１６／０７６０４７）には、樹脂製外枠に嵌合又は接合されたＬＤＨセパレータを備えたセパレータ構造体が開示されており、ＬＤＨセパレータがガス不透過性及び／又は水不透過性を有する程の高い緻密性を有することが開示されている。また、この文献にはＬＤＨセパレータが多孔質基材と複合化されうることも開示されている。さらに、特許文献６（ＷＯ２０１６／０６７８８４）には多孔質基材の表面にＬＤＨ緻密膜を形成して複合材料（ＬＤＨセパレータ）を得るための様々な方法が開示されている。この方法は、多孔質基材にＬＤＨの結晶成長の起点を与えうる起点物質を均一に付着させ、原料水溶液中で多孔質基材に水熱処理を施してＬＤＨ緻密膜を多孔質基材の表面に形成させる工程を含むものである。その上、特許文献７（ＷＯ２０１９／０６９７６２）には、負極活物質層の全体を保液部材及びＬＤＨセパレータで覆う又は包み込むことにより、亜鉛デンドライト伸展を防止可能な亜鉛二次電池（特にその積層電池）に適した負極構造体を効率良く製造する方法が開示されている。
【０００６】
また、ＬＤＨとは呼べないもののそれに類する層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物としてＬＤＨ様化合物が知られており、ＬＤＨとともに水酸化物イオン伝導層状化合物と総称できる程に類似した水酸化物イオン伝導特性を呈する。例えば、特許文献８（ＷＯ２０２０／２５５８５６）には、多孔質基材と、前記多孔質基材の孔を塞ぐ層状複水酸化物（ＬＤＨ）様化合物とを含む、水酸化物イオン伝導セパレータであって、このＬＤＨ様化合物が、Ｍｇと、Ｔｉ、Ｙ及びＡｌからなる群から選択される少なくともＴｉを含む１以上の元素とを含む層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物であるものが開示されている。この水酸化物イオン伝導セパレータは、従来のＬＤＨセパレータと比べ、耐アルカリ性に優れ、かつ、亜鉛デンドライトに起因する短絡をより一層効果的に抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
ＷＯ２０１７／０８６２７８
ＷＯ２０１８／１７３１１０
特開２０２０－０９５９５５号公報
ＷＯ２０１３／１１８５６１
ＷＯ２０１６／０７６０４７
ＷＯ２０１６／０６７８８４
ＷＯ２０１９／０６９７６２
ＷＯ２０２０／２５５８５６
【発明の概要】
【０００８】
特許文献３に開示されるような、箱型ケースの長手側壁部に複数のリブを有するアルカリ二次電池は放熱性に優れる一方、電池ユニットに付与する圧力の均一化という観点においてはリブを有しないケースを用いる方が好ましい。ここで、リブを有しない箱型ケース１２０の一例を図９及び１０に示す。箱型ケース１２０は、底部１２０ａ、平坦な外表面を有する１対の長手側壁部１２０ｂ、１対の短手側壁部１２０ｃ及び蓋部１２０ｄを有する。また、箱型ケース１２０は、蓋部１２０ｄの下端と長手側壁部１２０ｂの上端が溶着により接合されており、それにより接合部分からはみ出した樹脂突出部Ｐが存在する。
【０００９】
しかしながら、リブを有しない箱型ケース１２０を用いたアルカリ二次電池１１０を複数個配列して加圧する場合、図１１に示されるように、隣接したアルカリ二次電池１１０の樹脂突出部Ｐ同士が互いに干渉してしまい、アルカリ二次電池１１０への加圧が不均一となりうる。
【００１０】
本発明者らは、今般、箱型ケースの長手側壁部において、所定の段差を形成するように、平坦な外表面を有する厚肉部と、厚肉部よりも薄い薄肉部とを設けることにより、モジュール電池にした際に、均一に圧力を付与することが可能なアルカリ二次電池を提供できるとの知見を得た。
（【００１１】以降は省略されています）

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