JP7315676B2

JP7315676B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP7315676B2
Application number: JP2021537625A
Authority: JP
Inventors: 裕一権田; 啓一森; 成二早川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2040-07-03
Also published as: WO2021024664A1; US11942650B2; JPWO2021024664A1; US20220123407A1

Description

本発明は、複数の二次電池を備えた電池モジュールに関するものである。

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（国際公開第２０１７／０８６２７８号）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。

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（国際公開第２０１８／１７３１１０号）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ことが好ましいとされている。

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３（国際公開第２０１３／１１８５６１号）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４（国際公開第２０１６／０７６０４７号）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５（国際公開第２０１６／０６７８８４号）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６（国際公開第２０１９／０６９７６２号）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。

国際公開第２０１７／０８６２７８号国際公開第２０１８／１７３１１０号国際公開第２０１３／１１８５６１号国際公開第２０１６／０７６０４７号国際公開第２０１６／０６７８８４号国際公開第２０１９／０６９７６２号

大容量化及び高出力化のために、モジュール筐体内に複数の二次電池を配列させて電池モジュール化することが考えられる。しかしながら、モジュール筐体内には複数の二次電池が収容されるため、異常事態の発生するリスクが二次電池の個数分だけ高くなるといえる。二次電池において想定される異常事態の最悪の事例としては、二次電池の異常時に発生するガスの着火が考えられる（水素ガスの場合には水素燃焼が起こりうる）。また、更なる大容量化及び高出力化のために、複数台の電池モジュールが同じ又は隣接した場所に設置されうるという事情もあり、ある電池モジュールで生じたトラブル（出火等）が他の電池モジュールに移らないようにすることも望まれる。そこで、安全性の高い電池モジュールが求められる。

本発明者らは、今般、金属製のモジュール筐体の内部空間における二次電池の上方に、二次電池の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間を設けることにより、安全性の高い電池モジュールを提供できるとの知見を得た。

したがって、本発明の目的は、複数の二次電池を備えた、安全性の高い電池モジュールを提供することにある。

本発明の一態様によれば、
閉じられた内部空間を有する金属製のモジュール筐体と、
前記内部空間に縦向きに収容され、かつ、互いに平行に並置される、縦長形状を有する複数の二次電池と、
を備えた電池モジュールであって、
前記モジュール筐体が、前記内部空間における前記二次電池の上方に、前記二次電池の異常時に発生するガスの着火による前記モジュール筐体内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間を有する、電池モジュールが提供される。

本発明の電池モジュールの一例を示す上面図である。図１Ａに示される電池モジュールの１Ｂ－１Ｂ断面矢視図である。図１Ａに示される電池モジュールの左側面図である。図１Ａに示される電池モジュールの右側面図である。図１Ａに示される電池モジュールの背面図である。図１Ｂに示される電池モジュールの１Ｆ－１Ｆ断面矢視図である。図１Ａに示される電池モジュールの１Ｇ－１Ｇ断面矢視図である。図１Ａに示される電池モジュールの分解斜視図である。本発明の電池モジュールの構成を概念的に示す模式断面図である。本発明の電池モジュールにおける延焼防止板及び金属板の配置の一例を示す模式上面図である。図３Ａに示される電池モジュールにおける延焼防止板及び金属板の配置を示す模式断面図である。本発明による電池モジュールに用いられるアルカリ二次電池の一例を示す斜視図である。図４に示されるアルカリ二次電池の箱型ケースのＡ－Ａ線断面図である。図４に示されるアルカリ二次電池の箱型ケースの蓋部を示す上面図である。図４に示されるアルカリ二次電池の内部構造の一例を示す斜視図である。図７に示されるアルカリ二次電池の層構成を概念的に示す模式断面図である。図７に示されるアルカリ二次電池の外観及び内部構造を示す。アルカリ二次電池で用いられる、負極活物質層がＬＤＨセパレータで覆われた負極板の一例を示す斜視図である。図１０Ａに示される負極板の層構成を示す模式断面図である。図１０Ａに示される負極板における、ＬＤＨセパレータで覆われる領域を説明するための模式図である。

電池モジュール
図１Ａ～１Ｈに本発明の電池モジュールの具体的な一形態を示す一方、図２に本発明の電池モジュールの構成を概念的に示す。図１Ａ～１Ｈ及び２に示される電池モジュール１００は、モジュール筐体１０２と、複数の二次電池１０とを備える。モジュール筐体１０２は、閉じられた内部空間を有する金属製の筐体、すなわち金属製の蓋付容器である。二次電池１０は縦長形状を有しており、内部空間に縦向きに収容され、かつ、互いに平行に並置される。二次電池１０の種類は特に限定されないが、好ましくはニッケル亜鉛二次電池等のアルカリ二次電池であり、これについては後述するものとする。そして、モジュール筐体１０２は、内部空間における二次電池の上方に、二次電池１０の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間Ｕを有する。このように、金属製のモジュール筐体１０２の内部空間における二次電池１０の上方に、二次電池１０の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間Ｕを設けることにより、複数の二次電池１０を備えた、安全性の高い電池モジュール１００を提供することができる。すなわち、二次電池１０は一般的に異常時にガスが発生することがあり、最悪の場合、短絡等に起因してガスが着火するという事態が想定される（水素ガスの場合には水素燃焼が起こりうる）。この点、本発明の上記構成によれば、そのようにガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力上昇を上部余剰空間Ｕが緩和することで、モジュール筐体１０２外の安全性を確保することができる。

前述したように、モジュール筐体１０２内には複数の二次電池１０が収容されるため、異常の発生するリスクが二次電池１０の個数分だけ高くなるといえる。また、更なる大容量化及び高出力化のために、複数台の電池モジュール１００が同じ又は隣接した場所に設置されうるという事情もあり、ある電池モジュール１００で生じたトラブル（出火等）が他の電池モジュール１００に移らないようにすることも望まれる。この点、本発明の電池モジュール１００によれば、上部余剰空間Ｕを備えることで、これらのニーズに応える高い安全性を確保することができる。

特に、二次電池１０がニッケル亜鉛電池等のアルカリ二次電池である場合、アルカリ二次電池は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる点で、可燃性の有機溶媒を含む非水系電解液を用いる二次電池と比べて、安全性が格段に高いものである。しかしながら、想定されうる最悪の異常事態として、水系電解液の分解により水素が発生して、短絡等による着火によって水素燃焼を引き起こす場合が考えられる。この点、本発明の構成によれば、水素燃焼により二次電池１０が破裂したとしても、破裂に伴う様々なトラブル（内圧の急激な上昇、破片の散乱、電解液の漏洩、出火、異常発熱等）を全てモジュール筐体１０２内で食い止めるか又は緩和することができ、モジュール筐体１０２外の安全性を確保することができる。

モジュール筐体１０２は、閉じられた内部空間を有する金属製の筐体、すなわち金属製の蓋付容器である。閉じられた内部空間とは、完全な密閉空間を意味するのではなく、互いに平行に並置された一群の二次電池１０を上下四方から取り囲むように区画された空間であり、むしろ内圧を外に逃がせるようにするため、完全な密閉容器にしないことが望まれる。例えば、モジュール筐体１０２は、アルカリ二次電池１０の上方の内部空間に面した又は連通した箇所に内圧を外に逃がす構造を有するのが好ましい。

モジュール筐体１０２は金属製の蓋付容器であり、例えば、容器本体１０２ａ及び上蓋１０２ｂを備える。すなわち、モジュール筐体１０２は十分な耐圧性、耐熱性及び強度を確保するため、容器本体１０２ａも上蓋１０２ｂも金属板で構成される。例えば、後述する図４に示されるように二次電池１０の箱型ケース２８の蓋部２８ｄが異常時に優先的に破裂される脆弱部Ｗを備える場合、上蓋１０２ｂは二次電池１０の脆弱部Ｗの近くに配置されることになるため、脆弱部Ｗの破裂時の圧力及び温度に十分耐えうる耐圧性、耐熱性及び強度が望まれる。かかる観点から、上蓋１０２ｂを構成する金属板の好ましい例としては、鋼板やステンレス鋼板が挙げられる。また、上蓋１０２ｂを構成する金属板の厚さは、好ましくは１．０～３．０ｍｍ、より好ましくは１．５～２．５ｍｍである。一方、容器本体１０２ａを構成する金属板の好ましい例としては、鋼板やステンレス鋼板が挙げられる。また、容器本体１０２ａを構成する金属板の厚さは、所望の耐圧性ないし強度を確保できれば許容可能な重量との兼ね合いで適宜決定すればよいが、好ましくは０．８～２．５ｍｍ、より好ましくは１．０～２．０ｍｍである。脆弱部Ｗの破裂に伴う内圧上昇をモジュール筐体１０２内で食い止める観点から、上蓋１０２ｂは容器本体１０２ａにしっかりと固定されていることが望まれる。上蓋１０２ｂの容器本体への固定はボルトナット結合により行うのが、十分な耐圧性を確保しながら必要な時（例えばアルカリ二次電池１０の交換やメンテナンス時）に上蓋１０２ｂを外すことができる点で好ましい。

前述のとおり、モジュール筐体１０２は、内部空間における二次電池１０の上方に、二次電池１０の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間Ｕを有する。上部余剰空間Ｕの容積は、二次電池１０の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力上昇を緩和できるように、二次電池１０の仕様及び台数に応じて決定すればよい。具体的には、内部空間が、二次電池１０の上面（上面から延出している端子や放圧弁等の部材を除く）を基準としてその下方を構成する下部空間Ｌと、上部余剰空間Ｕとから構成され、下部空間Ｌの容積をＶ_Ｌとし、上部余剰空間Ｕの容積をＶ_Ｕとしたとき、０．１≦Ｖ_Ｕ／（Ｖ_Ｌ＋Ｖ_Ｕ）≦０．４を満たすのが好ましく、より好ましくは０．１≦Ｖ_Ｕ／（Ｖ_Ｌ＋Ｖ_Ｕ）≦０．２を満たす。なお、下部空間Ｌは、モジュール筐体１０２の内部空間のうち、二次電池１０の上面を基準としてその下方を構成する空間を意味し、その容積Ｖ_Ｌは下部空間Ｌ内に配置される二次電池１０及びその他の部材や二次電池１０下の気体流路を含めた合計容積を意味するものとする。また、上部余剰空間Ｕはモジュール筐体１０２の内部空間のうち、二次電池１０の上面を基準としてその上方を構成する空間を意味し、その容積Ｖ_Ｌは上部余剰空間Ｕ内に配置される部材（例えば電極端子、集電部材、配線等）を含めた合計容積を意味するものとする。

モジュール筐体１０２内には二次電池１０を冷却するために空気を流すための流路が形成されることが望ましい。このため、モジュール筐体１０２は、モジュール筐体１０２の内表面及び二次電池１０の外表面と共に気体流路を形成する遮蔽板１０４をさらに備えているのが好ましい。この場合、二次電池１０を効率良く冷却するために、図２に矢印で示されるように、気体流路が、モジュール筐体１０２の一つの側面から、隣り合う二次電池１０間の隙間及び二次電池１０と遮蔽板１０４との間の隙間を通って、モジュール筐体１０２の反対側の側面に、複数の二次電池１０を冷却するための空気が流れるように構成されるのが好ましい。したがって、モジュール筐体１０２の一つの側面（流路上流側）には吸気口１０２ｃが配置される一方、モジュール筐体１０２の反対側の側面（流路下流側）に排気口１０２ｄが配置されるのが好ましい。より好ましくは、排気口１０２ｄには冷却ファン１０８が設けられる。冷却ファン１０８は小型の換気扇でありうる。この構成によれば、冷却ファン１０８を作動させることによりモジュール筐体１０２内を空気が流れて、二次電池１０を効率良く冷却することができる。

好ましくは、モジュール筐体１０２の内底面は凹部１０２ｅを有する。この凹部１０２ｅは、気体流路として機能し、かつ、二次電池１０の異常時に二次電池１０から漏出しうる電解液を受容可能に構成される。かかる構成によれば、二次電池１０の下方に空気を流すことにより二次電池１０の冷却効率を向上できる一方、異常時に二次電池１０から漏出した電解液を凹部１０２ｅで受けることでモジュール筐体１０２外への電解液の漏出を効果的に防止することができる。凹部１０２ｅの深さは特に限定されないが、３～２０ｍｍ、より好ましくは５～１５ｍｍである。

したがって、図２に示されるように、吸気口１０２ｃから二次電池１０の下方に空気を供給する吸気流路１１０（その一部が凹部１０２ｅでありうる）と、アルカリ二次電池１０間の隙間を通って上方に抜けた空気を排気口１０２ｄへと導く排気流路１１２とを区画するのが好ましい。排気流路１１２は上部余剰空間Ｕを含む。この場合、二次電池１０間の隙間も流路を構成することになるが、後述する図４及び５に示されるように、二次電池１０の箱型ケース２８がリブＲを有する場合、リブＲがスペーサをなし、それにより縦方向の通気孔を形成することができ、優れた放熱性を確保することができる。排気流路１１２を確保しかつ妨げないために、箱型ケース２８の蓋部２８ｄは上蓋１０２ｂから所定距離離れているのが好ましく、好ましい離間距離は１０～５０ｍｍ、より好ましくは２０～３０ｍｍである。同様に、吸気流路１１０を確保しかつ妨げないために、箱型ケース２８の底部２８ａは容器本体１０２ａの底面から所定距離離れているのが好ましく、好ましい離間距離は３～２０ｍｍ、より好ましくは５～１５ｍｍである。箱型ケース２８の底部２８ａをモジュール筐体１０２の底面よりも高く保持する手法としては、上述したように凹部１０２ｅを設ける手法の他、モジュール筐体１０２の底面にフレームやレール等の通気可能なスペーサを設け、その上に二次電池１０（すなわち箱型ケース２８）を配置してもよい。

図３Ａ及び３Ｂに示されるように、隣り合う二次電池１０の間に延焼防止板１０６及び／又は断熱板をさらに設けるのが好ましい。二次電池１０の箱型ケース２８が樹脂製である場合、箱型ケース２８同士が隣接していると１個の箱型ケース２８で出火した場合に他の箱型ケース２８に燃え移る可能性がある。しかし、延焼防止板１０６が隣り合う箱型ケース２８間に介在することで、そのような延焼を抑制することができる。また、延焼防止板１０６の代わりに断熱板を用いてもよく、二次電池１０が異常高温になった場合に隣の二次電池１０への熱の移動を遮断する断熱効果が期待できる。いずれにしても、これらの効果をより効果的に実現するためには、図３Ａに示されるように、延焼防止板１０６又は断熱板の側端がモジュール筐体１０２の側壁に到達し、それにより隣り合う二次電池１０（箱型ケース２８）が互いに延焼不能に隔離されている構成にするのが特に好ましい。また、図３Ｂに示されるように、延焼防止板１０６の上端はモジュール筐体１０２の上蓋１０２ｂに達しておらず、二次電池１０と概ね同じ高さに設定され、モジュール筐体１０２内の排気流路１１２を妨げないように構成されるのが好ましい。延焼防止板１０６としては、公知の様々な延焼防止板を用いることができ、例えばエンボスマイカ板である。

図３Ａ及び３Ｂに示されるように、個々の二次電池１０の側面が１枚又は２枚以上の金属板１０５で取り囲まれており、二次電池１０の側面と金属板１０５との間の隙間が気体流路の一部を成すのが好ましい。二次電池１０の側面を金属板１０５で取り囲むことで、仮に延焼防止板１０６又は断熱板が変形した場合であっても、当該変形による流路の閉塞（例えばリブＲの埋没）を回避して所望の流路を確保することができる。したがって、金属板１０５は、二次電池１０の側面であって延焼防止板１０６と向かい合う側に少なくとも設けるのが好ましく、二次電池１０の側面の全てが金属板１０５で取り囲まれている必要はない。例えば、並置された一群の二次電池１０の両端に位置する二次電池１０のモジュール筐体１０２側（あるいは遮蔽板１０４側）については延焼防止板１０６を設ける必要が無いため、金属板１０５の設置は必ずしも必要ではない。金属板１０５の材質は特に限定されないが、例えば鋼板やステンレス鋼板である。金属板１０５の厚さも特に限定されないが、好ましくは０．５～２．０ｍｍ、より好ましくは０．５～１．０ｍｍである。

複数の二次電池１０は、複数の二次電池１０が並置される方向に、互いに加圧された状態で保持されているのが好ましい。すなわち、二次電池１０は、電池性能を最大限に引き出すために外から加圧することが望ましい。例えば、二次電池１０がＬＤＨセパレータ搭載型の亜鉛二次電池（例えばニッケル亜鉛二次電池）の場合、加圧することで負極とＬＤＨセパレータとの間における亜鉛デンドライトの成長を許容する隙間を最小化し、それにより亜鉛デンドライト伸展のより効果的な防止が期待できる。上記加圧を行う手法は特に限定されないが、遮蔽板１０４の固定によってもたらされるのが新たな部品を要しない簡素な構造である点で好ましい。すなわち、遮蔽板１０４は並置された一群の二次電池１０の両端又は一端に直接的に又は（スペーサ等を介して）間接的に当接し、一群の二次電池１０に圧力を付与可能な位置に固定すればよい。

図１Ｅに示されるように、モジュール筐体１０２の側面部には、当該側面部の他の部分よりも厚さが低減された脆弱部１０２ｆを複数個有していてもよい。この場合、脆弱部１０２ｆが、二次電池１０の異常時に発生するガスの着火によるモジュール筐体１０２内の圧力の許容不能な上昇に伴い、他の部分よりも優先的に破損可能であるのが好ましい。このような脆弱部１０２ｆをモジュール筐体１０２の側面部に設けることで、上蓋１０２ｂの耐圧性、耐熱性及び強度を損なうことなく、モジュール筐体１０２の破壊範囲を所望の位置に限定することができるという利点もある。脆弱部１０２ｆの厚さはモジュール筐体１０２の側面部の他の部分の厚さとの兼ね合いで決めればよく特に限定されないが、例えばモジュール筐体１０２の側面部の厚さが１．０～１．５ｍｍである場合、脆弱部の厚さは０．５～１．０ｍｍとするのが好ましい。

この後詳述する図４及び６に示されるように、二次電池１０は、その上面に二次電池１０内のガスを所定の作動圧以上で放出可能な放圧弁３０を備えているのが好ましい。この場合、電池モジュール１００には、複数の二次電池１０の放圧弁３０を上から覆うように、複数の二次電池１０が並置される方向に設けられる金属板１０７が設けられるのが好ましい。こうすることで、電解液を含むガスが放圧弁３０から排出された際に、電解液が広範囲に飛び散るのを防止し、モジュール筐体１０２の内壁の汚染を最小限に抑えることができる。

複数の二次電池１０は配線１１４により互いに直列接続されるのが好ましいが、並列接続にしてもよい。また、電池モジュール１００には、ＣＭＵ（セルモニタリングユニット）１１６が取り付けられるのが好ましく、それにより二次電池１０の制御を行うことができる。

アルカリ二次電池
前述したとおり、本発明の電池モジュール１００に用いられる好ましい二次電池１０は、ニッケル亜鉛二次電池等のアルカリ二次電池である。図４に本発明のアルカリ二次電池の好ましい一例を示す。図４に示されるアルカリ二次電池１０は、積層電池と、積層電池が縦向きに収容される箱型ケース２８とを備える。箱型ケース２８は樹脂製である。図７及び８に示されるように、積層電池は、アルカリ二次電池の構成を有する複数の単電池要素１１が積層されたものであり、高電圧や大電流が得られる点で有利である。図４～６に示されるように、箱型ケース２８は、底部２８ａと、積層電池と平行な１対の長手側壁部２８ｂと、積層電池と垂直な１対の短手側壁部２８ｃと、蓋部２８ｄとを有する。蓋部２８ｄは、蓋部２８ｄの他の部分よりも厚さが低減された脆弱部Ｗを有している。このように、アルカリ二次電池１０が収容される樹脂製の箱型ケース２８の蓋部２８ｄに、他の部分よりも厚さが低減された脆弱部Ｗを設けることにより、水素燃焼等による電池内圧の急激な上昇による被害を最小限に抑えることができる。すなわち、水素燃焼等による電池内圧の急激な上昇時に、箱型ケース２８が全体的に破壊される前に脆弱部Ｗが優先的かつ局所的に破壊されるため、箱型ケース２８の全体的な破壊を免れることができ、その結果、安全性を向上できる。また、脆弱部Ｗが蓋部２８ｄに設けられることで、図４に示されるようなモジュール筐体１０２に収容した場合に、モジュール筐体１０２の上蓋１０２ｂを重点的に耐圧及び耐熱に設計して容器本体１０２ａに固定しておけば、アルカリ二次電池１０内の水素燃焼により脆弱部Ｗが破裂したとしても、破裂に伴う様々なトラブル（内圧の急激な上昇、破片の散乱、電解液の漏洩、出火、異常発熱等）を全てモジュール筐体１０２内で（特に上蓋１０２ｂで）食い止めることができ、モジュール筐体１０２外の安全性を十分に確保することができる。

箱型ケース２８は、図４～６に示されるように、底部２８ａ、積層電池と平行な１対の長手側壁部２８ｂと、積層電池と垂直な１対の短手側壁部２８ｃと、蓋部２８ｄとを有する。好ましくは、アルカリ二次電池１０は、正極端子１４ｃ及び負極端子１８ｃをさらに備え、正極端子１４ｃ及び負極端子１８ｃが蓋部２８ｄから延出される。積層電池は図４～６には示されていないが、図７及び８に示されるように複数の単電池要素１１が積層されたもの、すなわち複数の単電池要素１１の集合体である。箱型ケース２８の典型的な基本形状は直方体であるが、完全な直方体である必要は無く、全体としての概形が箱型であるかぎり、部分的に曲面や凹凸を部分的に有する形状であってもよい。

箱型ケース２８は樹脂製であるのが好ましい。箱型ケース２８を構成する樹脂は水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物に対する耐性を有する樹脂であるのが好ましく、より好ましくはポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、又は変性ポリフェニレンエーテルであり、さらに好ましくはＡＢＳ樹脂又は変性ポリフェニレンエーテルである。

図４に示されるように、蓋部２８ｄは、蓋部の他の部分よりも厚さが低減された脆弱部Ｗを有しているのが好ましい。この場合、正極端子１４ｃ及び負極端子１８ｃの間に脆弱部Ｗが設けられるのが好ましい。脆弱部Ｗの厚さは好ましくは０．１～１．０ｍｍであり、より好ましくは０．２～０．９ｍｍ、さらに好ましくは０．３～０．８ｍｍである。蓋部２８ｄの脆弱部Ｗ以外の部分の厚さは１．０～３．０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１．５～２．５ｍｍ、さらに好ましくは１．７～２．３ｍｍである。また、脆弱部Ｗの厚さは蓋部２８ｄの脆弱部Ｗ以外の部分の厚さの０．１～０．６倍であるのが好ましく、より好ましくは０．１～０．４倍、さらに好ましくは０．２～０．３倍である。また、箱型ケース２８の蓋部２８ｄ以外の部分の好ましい厚さは１．０～４．５ｍｍであり、より好ましくは１．５～３．５ｍｍ、さらに好ましくは２．０～２．５ｍｍである。

脆弱部Ｗを有することで、過充電、過放電、短絡等の異常動作時に電池内で発生するガスによって内圧が過度に上昇した際に（最悪の事態として水素燃焼が生じた際に）、脆弱部Ｗが内圧で選択的に破壊されることで、電解液漏れを防止又は最小限に抑え、モジュール筐体１０２の補強部位を脆弱部Ｗ近傍の上蓋１０２ｂに限定することができる（すなわちモジュール筐体１０２の全体を補強しなくて済む）。また、蓋部２８ｄに脆弱部Ｗを設ける方が、長手側壁部２８ｂに脆弱部Ｗを設ける場合よりも開放圧が安定する（開放圧のばらつきが小さくなる）という利点もある。すなわち、長手側壁部２８ｂに脆弱部Ｗを設けると、電池モジュール１００を構成した場合に脆弱部Ｗを含む長手側壁部２８ｂに圧力が加わるため、電池内圧以外の余分なストレスを受けてしまい、開放圧が安定しない。一方、蓋部２８ｄにおいては電池モジュール１００を構成しても電池内圧以外の力が加わらないため、脆弱部Ｗの開放圧を安定させることができる。

蓋部２８ｄ全体の平面視面積に占める脆弱部Ｗの平面視面積の割合が１０～４０％であるのが好ましく、より好ましくは１５～３０％、さらに好ましくは２０～２５％である。「蓋部２８ｄ全体の平面視面積」とは、蓋部２８ｄを真上から平面視した場合にその外縁によって囲まれる領域全体を意味し、蓋部２８ｄの主要部分（脆弱部Ｗを含む）のみならず、正極端子１４ｃ、負極端子１８ｃ、放圧弁３０等の、蓋部２８ｄに取り付けられた付属品で占められる面積も包含する面積である。脆弱部Ｗの数は限定されず１個であってもよいが、図４に示されるように２個以上としてもよく、その場合は２個以上の脆弱部Ｗが互いに離れているのが好ましい。こうすることで、脆弱部Ｗの間（例えば蓋部２８ｄの中央）に放圧弁３０を配置することができる。

蓋部２８ｄの脆弱部Ｗ以外の部分には、箱型ケース２８内のガスを所定の作動圧以上で放出可能な放圧弁３０が設けられるのが好ましい。この場合、脆弱部Ｗの破裂圧（又は作動圧）が放圧弁３０の作動圧よりも高いのが好ましい。こうすることで、放圧弁３０の機能を損なうことなく、放圧弁３０ではもはや対処しきれない程度に内圧上昇が生じた異常事態にのみ脆弱部Ｗが破壊可能となる。例えば、脆弱部Ｗの破裂圧（又は作動圧）が０．３０～０．５５ＭＰａであり、放圧弁３０の作動圧が０．１０～０．２０ＭＰａであるのが好ましい。すなわち、放圧弁３０は通常の電池運転時に徐々に溜まったガスを排出するといったような緩やかな圧力変化に対処するものであるのに対し、脆弱部Ｗは異常事態における急激な圧力上昇時の異常圧力を放出するためのものである。

本発明の好ましい態様によれば、１対の長手側壁部２８ｂの外表面は、平坦面Ｆと、平坦面Ｆから畝状に突出して設けられる複数のリブＲとを有する。複数のリブＲは互いに離間しかつ縦方向に平行に設けられるのが好ましい。このように、箱型ケース２８の長手側壁部２８ｂの平坦な外表面に複数のリブＲを設けることで、図１Ａ～１Ｈ及び２に示されるように電池モジュール１００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することができる。すなわち、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は、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が望ましい。これは、負極とＬＤＨセパレータとの間における亜鉛デンドライトの成長を許容する隙間を最小化し、それにより亜鉛デンドライト伸展のより効果的な防止が期待できるためである。そのためには、複数個の電池ユニットを配列してモジュール化した際に個々の電池ユニットに圧力がかかるように、ケースの側面形状はできるだけ平坦であることが望ましい。しかしながら、ケースの側面部が平坦であると、電池ユニット同士が密着する、あるいは電池ユニット間に延焼防止板１０６や金属板１０５等の介在物を挿入する場合にはそれらの介在物と電池ユニットが密着することになるため、電池ユニットが発生する熱を上手く逃がすことができない。この点、本態様のアルカリ二次電池１０は、長手側壁部２８ｂの平坦な外表面に複数のリブＲを設けることで、図１Ａ～１Ｈ及び２に示されるように電池モジュール１００にした際に、リブＲがスペーサとして機能して縦方向の通気孔を形成することができ、優れた放熱性を確保することができる。とりわけ、この優れた放熱性は、図２に示されるように電池モジュール１００の下から矢印方向にリブＲで形成された隙間に風を通過させることでより望ましく実現することができる。このように優れた放熱性を確保しながらも、電池モジュール１００の外側に長手側壁部２８ｂを厚さ方向に加圧することで、箱型ケース２８が撓んで単電池要素１１に圧力を付与することができる。

リブＲは、平坦面Ｆを基準として１．０～１０ｍｍの高さを有するのが好ましく、より好ましくは１．０～４．０ｍｍ、さらに好ましくは１．２～３．５ｍｍ、特に好ましくは１．４～３．０ｍｍ、最も好ましくは１．５～２．５ｍｍである。これらの範囲内であると電池モジュール１００を構成した際の放熱性に優れるとともに、無駄な空間を最小化することで電池エネルギー密度を向上することができる。リブＲの幅は、放熱性確保と圧力付与との両立の観点から、２．５～８．０ｍｍが好ましく、より好ましくは３．０～７．５ｍｍ、さらに好ましくは３．５～７．０ｍｍ、特に好ましくは４．０～６．５ｍｍ、最も好ましくは４．５～６．０ｍｍである。

リブＲは、リブＲの幅が底部２８ａから蓋部２８ｄに向かう方向に徐々に又は段階的に太くなるように設けられるのが、箱型ケース２８の製造時に金型から離型しやすい点で好ましい。また、リブＲの断面形状は、矩形状、曲面状、台形状等のいかなる形状であってもよいが、上記金型からの離型の観点から台形状であるのが好ましい。

長手側壁部２８ｂの１つあたりのリブＲの本数は特に限定されないが、５～１１本であるのが好ましく、より好ましくは７～１０本、さらに好ましくは８～９本である。長手側壁部２８ｂの１つあたりのリブＲの本数が５本以上の場合、長手側壁部２８ｂの左端（短手側壁部２８ｃとの接続部）に最も近いリブＲとこの左端に２番目に近いリブＲとの間隔Ｄ_Ｌ、及び長手側壁部２８ｂの右端（短手側壁部２８ｃとの接続部）に最も近いリブＲとこの右端に２番目に近いリブＲとの間隔Ｄ_Ｒが、長手側壁部２８ｂの両端（すなわち左端及び右端）から離れたその他のリブＲ同士の間隔Ｄ_Ｍよりも狭いのが好ましい。こうすることで、箱型ケース２８の長手側壁部２８ｂの両端近傍部分（すなわち短手側壁部２８ｃの近傍部分）を局所的に補強することができ、過充電、過放電、短絡等の異常動作時に電池内で発生するガスによる箱型ケース２８の膨張（特にケース２８の厚さ方向の膨張）を抑えることができる。特に、長手側壁部２８ｂの両端近傍部分には電極が到達しない余剰空間が形成されやすく、そこに異常時に発生したガスが溜まって箱型ケース２８に過度の内圧が集中的に加わることが起こりうるが、かかる内圧に耐えうる強度を箱型ケース２８に付与することができる。

アルカリ二次電池１０は、アルカリ電解液（典型的にはアルカリ金属水酸化物水溶液）を用いた二次電池であれば特に限定されないが、亜鉛を負極として用いた亜鉛二次電池が好ましい。したがって、ニッケル亜鉛二次電池、酸化銀亜鉛二次電池、酸化マンガン亜鉛二次電池、その他各種のアルカリ亜鉛二次電池であることができる。例えば、正極が水酸化ニッケル及び／又はオキシ水酸化ニッケルを含み、それにより亜鉛二次電池がニッケル亜鉛二次電池をなすのが好ましい。

アルカリ二次電池１０が亜鉛二次電池である場合について、図７～９を参照しながら以下に説明する。図７～９に示されるアルカリ二次電池１０（すなわち亜鉛二次電池）は、単電池要素１１を備えており、単電池要素１１は、正極板１２、負極板１６、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータ２２、及び電解液（図示せず）を含む。正極板１２は、正極活物質層１３及び所望により正極集電体１４を含む。負極板１６は、負極活物質層１７及び所望により負極集電体１８を含み、負極活物質層１７は、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。正極活物質層１３と負極活物質層１７はＬＤＨセパレータ２２を介して互いに隔離されている。例えば、ＬＤＨセパレータ２２は負極活物質層１７の全体を覆う又は包み込んでいるのが好ましい。なお、本明細書において「ＬＤＨセパレータ」は、ＬＤＨ及び／又はＬＤＨ様化合物を含むセパレータであって、専らＬＤＨ及び／又はＬＤＨ様化合物の水酸化物イオン伝導性を利用して水酸化物イオンを選択的に通すものとして定義される。本明細書において「ＬＤＨ様化合物」は、ＬＤＨとは呼べないかもしれないがＬＤＨに類する層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物であり、ＬＤＨの均等物といえるものである。もっとも、広義の定義として、「ＬＤＨ」はＬＤＨのみならずＬＤＨ様化合物を包含するものとして解釈することも可能である。典型的には、正極活物質層１３、負極活物質層１７、及びＬＤＨセパレータ２２はそれぞれ四辺形状（典型的には四角形状）である。好ましくは、正極集電体１４が正極活物質層１３の１辺から延出する正極集電タブ１４ａを有し、かつ、負極集電体１８が負極活物質層１７の正極集電タブ１４ａと反対側の１辺からＬＤＨセパレータ２２の端部を超えて延出する負極集電タブ１８ａを有する。その結果、単電池要素１１が正極集電タブ１４ａ及び負極集電タブ１８ａを介して互いに反対の側から集電可能とされているのが好ましい。その上、ＬＤＨセパレータ２２の互いに隣接する少なくとも２辺Ｃの外縁（ただし負極集電タブと重なる１辺を除く）は閉じられているのが好ましい。このような構成とすることで、ＬＤＨセパレータ２２と電池容器との煩雑な封止接合を不要として、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）を、組み立てやすく且つ集電もしやすい簡素な構成で提供することができる。

正極板１２は、正極活物質層１３を含む。正極活物質層１３は、亜鉛二次電池の種類に応じて公知の正極材料を適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、ニッケル亜鉛二次電池の場合には、水酸化ニッケル及び／又はオキシ水酸化ニッケルを含む正極を用いればよい。正極板１２は正極集電体（図示せず）をさらに含み、正極集電体は正極活物質層１３の１辺から延出する正極集電タブ１４ａを有する。正極集電体の好ましい例としては、発泡ニッケル板等のニッケル製多孔質基板が挙げられる。この場合、例えば、ニッケル製多孔質基板上に水酸化ニッケル等の電極活物質を含むペーストを均一に塗布して乾燥させることにより正極／正極集電体からなる正極板を好ましく作製することができる。その際、乾燥後の正極板（すなわち正極／正極集電体）にプレス処理を施して、電極活物質の脱落防止や電極密度の向上を図ることも好ましい。なお、図８に示される正極板１２は正極集電体（例えば発泡ニッケル）を含むものであるが図示されていない。これは、正極集電体が正極活物質層１３と渾然一体化しているため、正極集電体を個別に描出できないためである。アルカリ二次電池１０は、正極集電タブ１４ａの先端に接続する正極集電板１４ｂをさらに備えるのが好ましく、より好ましくは複数枚の正極集電タブ１４ａが１つの正極集電板１４ｂに接続される。こうすることで簡素な構成でスペース効率良く集電を行えるとともに、正極端子１４ｃへの接続もしやすくなる。また、正極集電板１４ｂ自体を正極端子として用いてもよい。

負極板１６は負極活物質層１７を含む。負極活物質層１７は、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。すなわち、亜鉛は、負極に適した電気化学的活性を有するものであれば、亜鉛金属、亜鉛化合物及び亜鉛合金のいずれの形態で含まれていてもよい。負極材料の好ましい例としては、酸化亜鉛、亜鉛金属、亜鉛酸カルシウム等が挙げられるが、亜鉛金属及び酸化亜鉛の混合物がより好ましい。負極活物質層１７はゲル状に構成してもよいし、電解液と混合して負極合材としてもよい。例えば、負極活物質に電解液及び増粘剤を添加することにより容易にゲル化した負極を得ることができる。増粘剤の例としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、ＣＭＣ、アルギン酸等が挙げられるが、ポリアクリル酸が強アルカリに対する耐薬品性に優れているため好ましい。

亜鉛合金として、無汞化亜鉛合金として知られている水銀及び鉛を含まない亜鉛合金を用いることができる。例えば、インジウムを０．０１～０．１質量％、ビスマスを０．００５～０．０２質量％、アルミニウムを０．００３５～０．０１５質量％を含む亜鉛合金が水素ガス発生の抑制効果があるので好ましい。とりわけ、インジウムやビスマスは放電性能を向上させる点で有利である。亜鉛合金の負極への使用は、アルカリ性電解液中での自己溶解速度を遅くすることで、水素ガス発生を抑制して安全性を向上できる。

負極材料の形状は特に限定されないが、粉末状とすることが好ましく、それにより表面積が増大して大電流放電に対応可能となる。好ましい負極材料の平均粒径は、亜鉛合金の場合、短径で３～１００μｍの範囲であり、この範囲内であると表面積が大きいことから大電流放電への対応に適するとともに、電解液及びゲル化剤と均一に混合しやすく、電池組み立て時の取り扱い性も良い。

負極板１６は負極集電体１８をさらに含むことができる。好ましくは、負極集電体１８は負極活物質層１７の正極集電タブ１４ａと反対側の１辺からＬＤＨセパレータ２２の端部を超えて延出する負極集電タブ１８ａを有する。その結果、単電池要素１１が正極集電タブ１４ａ及び負極集電タブ１８ａを介して互いに反対の側から集電可能とされている。アルカリ二次電池１０は、負極集電タブ１８ａの先端に接続する負極集電板１８ｂをさらに備えるのが好ましく、より好ましくは複数枚の負極集電タブ１８ａが１つの負極集電板１８ｂに接続される。こうすることで簡素な構成でスペース効率良く集電を行えるとともに、負極端子１８ｃへの接続もしやすくなる。また、負極集電板１８ｂ自体を負極端子として用いてもよい。典型的には、負極集電タブ１８ａの先端部分がＬＤＨセパレータ２２及び（存在する場合には）保液部材２０で覆われない露出部分をなす。これにより露出部分を介して負極集電体１８（特に負極集電タブ１８ａ）を負極集電板１８ｂ及び／又は負極端子１８ｃに望ましく接続することができる。この場合、図１１に示されるように、ＬＤＨセパレータ２２が負極活物質層１７の負極集電タブ１８ａ側の端部を十分に隠すように所定のマージンＭ（例えば１～５ｍｍの間隔）を伴って覆う又は包み込むのが好ましい。こうすることで、負極活物質層１７の負極集電タブ１８ａ側の端部又はその近傍からの亜鉛デンドライトの伸展をより効果的に防止することができる。

負極集電体１８の好ましい例としては、銅箔、銅エキスパンドメタル、銅パンチングメタルが挙げられるが、より好ましくは銅エキスパンドメタルである。この場合、例えば、銅エキスパンドメタル上に、酸化亜鉛粉末及び／又は亜鉛粉末、並びに所望によりバインダー（例えばポリテトラフルオロエチレン粒子）を含んでなる混合物を塗布して負極／負極集電体からなる負極板を好ましく作製することができる。その際、乾燥後の負極板（すなわち負極／負極集電体）にプレス処理を施して、電極活物質の脱落防止や電極密度の向上を図ることも好ましい。

亜鉛二次電池としてのアルカリ二次電池１０は、負極活物質層１７とＬＤＨセパレータ２２の間に介在し、かつ、負極活物質層１７の全体を覆う又は包み込む保液部材２０をさらに備えるのが好ましい。こうすることで、負極活物質層１７とＬＤＨセパレータ２２との間に電解液を万遍なく存在させることができ、負極活物質層１７とＬＤＨセパレータ２２との間における水酸化物イオンの授受を効率良く行うことができる。保液部材２０は電解液を保持可能な部材であれば特に限定されないが、シート状の部材であるのが好ましい。保液部材の好ましい例としては不織布、吸水性樹脂、保液性樹脂、多孔シート、各種スペーサが挙げられるが、特に好ましくは、低コストで性能の良い負極構造体を作製できる点で不織布である。保液部材２０は０．０１～０．２０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．０２～０．２０ｍｍであり、さらに好ましくは０．０２～０．１５ｍｍであり、特に好ましくは０．０２～０．１０ｍｍであり、最も好ましくは０．０２～０．０６ｍｍである。上記範囲内の厚さであると、負極構造体の全体サイズを無駄無くコンパクトに抑えながら、保液部材２０内に十分な量の電解液を保持させることができる。

負極活物質層１７の全体はＬＤＨセパレータ２２で覆う又は包み込まれているのが好ましい。図１０Ａ及び１０Ｂに負極活物質層１７がＬＤＨセパレータ２２で覆われた又は包み込まれた負極板１６の好ましい態様が示される。図１０Ａ及び１０Ｂに示される負極構造体は、負極活物質層１７、負極集電体１８、及び所望により保液部材２０を備えており、負極活物質層１７の全体が（必要に応じて保液部材２０を介して）ＬＤＨセパレータ２２で覆う又は包み込まれている。このように、負極活物質層１７の全体を（必要に応じて保液部材２０を介して）ＬＤＨセパレータ２２で覆う又は包み込むことにより、前述したように、ＬＤＨセパレータ２２と電池容器との煩雑な封止接合を不要にして、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）を極めて簡便にかつ高い生産性で作製することが可能となる。

図１０Ａ及び１０Ｂにおいて保液部材２０はＬＤＨセパレータ２２よりも小さいサイズとして描かれているが、保液部材２０はＬＤＨセパレータ２２（又は折り曲げられたＬＤＨセパレータ２２）と同じサイズであってもよく、保液部材２０の外縁はＬＤＨセパレータ２２の外縁に到達しうる。すなわち、外周部分を構成するＬＤＨセパレータ２２の間に、保液部材２０の外周部分が挟み込まれる構成としてもよい。こうすることで、後述するＬＤＨセパレータ２２の外縁封止を熱溶着又は超音波溶着により、効果的に行うことができる。すなわち、ＬＤＨセパレータ２２同士を直接的に熱溶着又は超音波溶着するよりも、ＬＤＨセパレータ２２同士をそれらの間に熱溶着性の保液部材２０を介在させて間接的に熱溶着又は超音波溶着する方が、保液部材２０自体の熱溶着性を利用できる結果、より効果的な封止を行うことができる。例えば、保液部材２０の封止されるべき端部をあたかもホットメルト接着剤かのごとく利用することができる。この場合における保液部材２０の好ましい例としては不織布、特に熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン）製の不織布が挙げられる。

ＬＤＨセパレータ２２は、ＬＤＨ及び／又はＬＤＨ様化合物と多孔質基材とを含む。前述のとおり、ＬＤＨセパレータ２２が水酸化物イオン伝導性及びガス不透過性を呈するように（それ故水酸化物イオン伝導性を呈するＬＤＨセパレータとして機能するように）ＬＤＨが多孔質基材の孔を塞いでいる。多孔質基材は高分子材料製であるのが好ましく、ＬＤＨは高分子材料製多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれているのが特に好ましい。例えば、特許文献３～６に開示されるような公知のＬＤＨセパレータが使用可能である。

１つの負極活物質層１７に対するＬＤＨセパレータ２２の枚数は、片面につき、典型的には１（両面では向かい合う２枚又は折り曲げられた１枚）であるが、２以上であってもよい。例えば、数枚重ねのＬＤＨセパレータ２２で負極活物質層１７（保液部材２０で覆う又は包み込まれていてよい）の全体を覆う又は包み込む構成としてもよい。

前述のとおり、ＬＤＨセパレータ２２は四辺形（典型的には四角形）の形状を有する。そして、ＬＤＨセパレータ２２の互いに隣接する少なくとも２辺Ｃの外縁（ただし負極集電タブ１８ａと重なる１辺を除く）が閉じられている。こうすることで、負極活物質層１７を正極板１２から確実に隔離することができ、亜鉛デンドライトの伸展をより効果的に防止することができる。なお、閉じられるべき辺Ｃから負極集電タブ１８ａと重なる１辺が除かれているのは、負極集電タブ１８ａの延出を可能とするためである。

本発明の好ましい態様によれば、正極板１２、負極板１６、及びＬＤＨセパレータ２２がそれぞれ縦向きとなり、かつ、ＬＤＨセパレータ２２の閉じられた外縁の１辺Ｃが下端となるように、単電池要素１１が配置されており、その結果、正極集電タブ１４ａ及び負極集電タブ１８ａが単電池要素１１の互いに反対の側端部から横に延出している。こうすることで、より一層集電しやすくなるとともに、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の上端１辺を開放させる場合（これについては後述する）に、上部開放部に障害物が無くなるため、正極板１２と負極板１６との間でのガスの流出入がより一層しやすくなる。

ところで、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の１辺又は２辺は開放されていてもよい。例えば、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の上端１辺を開放させておいても、亜鉛二次電池作製時にその上端１辺に電解液が達しないように液を注入すれば、当該上端１辺には電解液が無いことになるため、液漏れや亜鉛デンドライト伸展の問題を回避することができる。これに関連して、単電池要素１１は密閉容器でありうるケース２８内に正極板１２とともに収容され、蓋部２８ｄで塞がれることにより、密閉型亜鉛二次電池の主要構成部品として機能しうる。このため、密閉性は最終的に収容されることになるケース２８において確保すれば足りるので、単電池要素１１自体は上部開放型の簡素な構成であることができる。また、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の１辺を開放させておくことで、そこから負極集電タブ１８ａを延出させることもできる。

ＬＤＨセパレータ２２の上端となる１辺の外縁は開放されているのが好ましい。この上部開放型の構成はニッケル亜鉛電池等における過充電時の問題への対処を可能とするものである。すなわち、ニッケル亜鉛電池等において過充電されると正極板１２で酸素（Ｏ_２）が発生しうるが、ＬＤＨセパレータ２２は水酸化物イオンしか実質的に通さないといった高度な緻密性を有するが故に、Ｏ_２を通さない。この点、上部開放型の構成によれば、ケース２８内において、Ｏ_２を正極板１２の上方に逃がして上部開放部を介して負極板１６側へと送り込むことができ、それによってＯ_２で負極活物質層１７のＺｎを酸化してＺｎＯへと戻すことができる。このような酸素反応サイクルを経ることで、上部開放型の単電池要素１１を密閉型亜鉛二次電池に用いることで過充電耐性を向上させることができる。なお、ＬＤＨセパレータ２２の上端となる１辺の外縁が閉じられている場合であっても、閉じられた外縁の一部に通気孔を設けることで上記開放型の構成と同様の効果が期待できる。例えば、ＬＤＨセパレータ２２の上端となる１辺の外縁を封止した後に通気孔を開けてもよいし、封止の際、通気孔が形成されるように上記外縁の一部を非封止としてもよい。

いずれにしても、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の閉じられた辺Ｃが、ＬＤＨセパレータ２２の折り曲げ及び／又はＬＤＨセパレータ２２同士の封止により実現されているのが好ましい。封止手法の好ましい例としては、接着剤、熱溶着、超音波溶着、接着テープ、封止テープ、及びそれらの組合せが挙げられる。特に、高分子材料製の多孔質基材を含むＬＤＨセパレータ２２はフレキシブル性を有するが故に折り曲げやすいとの利点を有するため、ＬＤＨセパレータ２２を長尺状に形成してそれを折り曲げることで、外縁の１辺Ｃが閉じた状態を形成するのが好ましい。熱溶着及び超音波溶着は市販のヒートシーラー等を用いて行えばよいが、ＬＤＨセパレータ２２同士の封止の場合、外周部分を構成するＬＤＨセパレータ２２の間に保液部材２０の外周部分を挟み込むようにして熱溶着及び超音波溶着を行うのが、より効果的な封止を行える点で好ましい。一方、接着剤、接着テープ及び封止テープは市販品を用いればよいが、アルカリ電解液中での劣化を防ぐため、耐アルカリ性を有する樹脂を含むものが好ましい。かかる観点から、好ましい接着剤の例としては、エポキシ樹脂系接着剤、天然樹脂系接着剤、変性オレフィン樹脂系接着剤、及び変成シリコーン樹脂系接着剤が挙げられ、中でもエポキシ樹脂系接着剤が耐アルカリ性に特に優れる点でより好ましい。エポキシ樹脂系接着剤の製品例としては、エポキシ接着剤Ｈｙｓｏｌ（登録商標）（Ｈｅｎｋｅｌ製）が挙げられる。

電解液はアルカリ金属水酸化物水溶液を含むのが好ましい。電解液は図示していないが、これは正極板１２（特に正極活物質層１３）及び負極板１６（特に負極活物質層１７）の全体に行き渡っているためである。アルカリ金属水酸化物の例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム等が挙げられるが、水酸化カリウムがより好ましい。亜鉛及び／又は酸化亜鉛の自己溶解を抑制するために、電解液中に酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物を添加してもよい。前述のとおり、電解液は正極活物質及び／又は負極活物質と混合させて正極合材及び／又は負極合材の形態で存在させてもよい。また、電解液の漏洩を防止するために電解液をゲル化してもよい。ゲル化剤としては電解液の溶媒を吸収して膨潤するようなポリマーを用いるのが望ましく、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどのポリマーやデンプンが用いられる。

Claims

閉じられた内部空間を有する金属製のモジュール筐体と、
前記内部空間に縦向きに収容され、かつ、互いに平行に並置される、縦長形状を有する複数の二次電池と、
を備えた電池モジュールであって、
前記モジュール筐体が、前記内部空間における前記二次電池の上方に、前記二次電池の異常時に発生するガスの着火による前記モジュール筐体内の圧力上昇を緩和可能な上部余剰空間を有し、
前記内部空間が、前記二次電池の上面を基準としてその下方を構成する下部空間と、前記上部余剰空間とから構成され、前記下部空間の容積をＶ _Ｌとし、前記上部余剰空間の容積をＶ _Ｕとしたとき、０．１≦Ｖ _Ｕ／（Ｖ _Ｌ＋Ｖ _Ｕ）≦０．４を満たし、
前記モジュール筐体が、その側面部に、該側面部の他の部分よりも厚さが低減された脆弱部を複数個有しており、前記脆弱部が、前記二次電池の異常時に発生するガスの着火による前記モジュール筐体内の圧力の許容不能な上昇に伴い、前記他の部分よりも優先的に破損可能であり、
前記二次電池が、
亜鉛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、亜鉛二次電池である、電池モジュール。
前記モジュール筐体が、前記モジュール筐体の内表面及び前記二次電池の外表面と共に気体流路を形成する遮蔽板をさらに備えており、
前記気体流路が、前記モジュール筐体の一つの側面から、隣り合う前記二次電池間の隙間及び前記二次電池と前記遮蔽板との間の隙間を通って、前記モジュール筐体の反対側の側面に、前記複数の二次電池を冷却するための空気が流れるように構成される、請求項１に記載の電池モジュール。
前記モジュール筐体が、前記一つの側面に配置される吸気口と、前記反対側の側面に配置される排気口とを備え、前記排気口には冷却ファンが設けられている、請求項２に記載の電池モジュール。
前記モジュール筐体の内底面が、凹部を有し、該凹部が、気体流路として機能し、かつ、前記二次電池の異常時に前記二次電池から漏出しうる電解液を受容可能に構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記電池モジュールが、隣り合う前記二次電池の間に延焼防止板及び／又は断熱板をさらに備えた、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
個々の前記二次電池の側面が１枚又は２枚以上の金属板で取り囲まれており、前記二次電池の側面と前記金属板との間の隙間が前記気体流路の一部を成す、請求項２に記載の電池モジュール。
前記複数の二次電池が、前記複数の二次電池が並置される方向に、互いに加圧された状態で保持されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記モジュール筐体が、前記モジュール筐体の内表面及び前記二次電池の外表面と共に気体流路を形成する遮蔽板をさらに備える場合、前記加圧が前記遮蔽板の固定によってもたらされる、請求項７に記載の電池モジュール。
前記二次電池が、その上面に前記二次電池内のガスを所定の作動圧以上で放出可能な放圧弁をさらに備えており、
前記電池モジュールが、前記複数の二次電池の放圧弁を上から覆うように、前記複数の二次電池が並置される方向に設けられる金属板をさらに備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記亜鉛二次電池がニッケル亜鉛二次電池である、請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
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１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記ＬＤＨセパレータがＬＤＨ及び／又はＬＤＨ様化合物と多孔質基材とを含み、前記ＬＤＨセパレータが水酸化物イオン伝導性及びガス不透過性を呈するように前記ＬＤＨが前記多孔質基材の孔を塞いでいる、請求項１１に記載の電池モジュール。