JP2004095487A

JP2004095487A - 蓄電池およびその製造方法

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Publication number: JP2004095487A
Application number: JP2002258338A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kasahara; 笠原　英樹; Hisao Nakamaru; 中丸　久男
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP4401634B2

Abstract

【課題】高出力化と低コスト化を達成しながらも、金属基材の座屈や切れあるいは溶接箇所での外れといった不具合が発生するおそれのない構成を備えて優れた耐落下特性を有する蓄電池およびその蓄電池を確実、且つ生産性良く製造することのできる製造方法を提供する。
【解決手段】極板群２の巻回幅方向に突出した正極側帯状集電部２１および／または負極側帯状集電部２４が、巻回軸心から放射状の配置で形成された切り込み２７または切欠き２９によって複数の接続片２１ａ，２４ａに分割されているとともに、各接続片が巻回軸心に向け直角に折り曲げられており、各接続片２１ａ，２４ａに集電体９，１０が接合されている。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力化と低コスト化とを図った蓄電池およびその蓄電池を好適に製造する製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種ポータブル型の電気機器の発達に伴い、その駆動電源となる蓄電池が重要なキーデバイスの一つとして、その開発が重要視されている。その蓄電池の中でも充電可能なニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池といった小型二次電池は、携帯電話やノートパソコンなどのサイクル用途を始め、電動工具や電気自動車などの高出力電気機器用としての用途にも開発が進み、益々その需要が拡がりつつある。
【０００３】
従来、アルカリ蓄電池用の正極板としては、三次元的に連続した多孔度９５％程度の発泡ニッケル基板を金属基材として、この発泡ニッケル基板に球状水酸化ニッケル粒子を担持させた構成としたものが提案されている（例えば、特開昭５０−３６９３５号公報参照）。この金属基材を用いた正極板は、高容量のアルカリ蓄電池を構成できることから、現在においても広く採用されている。一方、アルカリ蓄電池用の負極板としては、６０μｍ程度の厚みを有するパンチングメタルを金属基材として、このパンチングメタルに活物質層を塗着形成したものが一般的に用いられている。
【０００４】
ところで、上述の電動工具や電気自動車などの高出力電気機器の駆動用電源として用いる蓄電池には、使用対象機器のハイパワー化に伴って高電圧と強放電に耐える高出力化と一層の低コスト化が要望されている。これに対し、正極板の金属基材として用いる上述の発泡ニッケル基板は、ウレタンフォームにニッケルめっきを施したのち、芯材であるウレタンを焼成して除去することによりニッケル発泡多孔体を得る工程を経て製作されることから必然的に、相当に高価なものとなり、上述の低コスト化を図るのが難しい。
【０００５】
一方、高出力化に対しては、金属基材の厚みを薄くすることにより金属基材の長尺化を図って、その金属基材への活物質の塗着量を多くすることと、極板における渦巻状に巻回するときの巻回幅方向の一端辺縁部に活物質層が未形成で金属基材が露出した帯状集電部を設けて、その帯状集電部の端面に集電体を溶着することにより、極板全体から均等に集電できるタブレス方式の集電構造として高率放電特性に優れたものとすることが考えられる。
【０００６】
これに対して、パンチングメタルやエキスパンドメタルなどの二次元構造の金属基材は、一般に機械的な穿孔法で作成されるために、上述の発泡ニッケル基板に比較して安価であり、しかも、上述のように厚みを薄くすることによって高容量化を図ることが可能な極板を構成することができる。また、近年では、さらなる高容量化を図ることを目的として、ニッケル箔などの金属箔を金属基材として用いることにより、極板を一層薄型化することが試みられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の金属箔を金属基材して構成した極板は、金属基材の薄型化に伴い十分な強度を確保することが難しくなるため、極板群としたのちに、金属基材の露出部からなる帯状集電部の端面に集電体を抵抗溶接した際に、十分な溶接強度が得られない。これは、抵抗溶接する際に集電体を相当な圧力で帯状集電部に押し付ける必要があるが、金属箔からなる帯状集電部の強度が低いことと、帯状集電部の端面に集電体を押し当てることとにより、集電体に十分な押圧力を付与することができないから、集電体と帯状集電部との間の電気抵抗が大きくなって正常な溶接が行われ難いためである。そのため、このような極板群を用いて構成した蓄電池には、落下衝撃を受けたような場合に、集電体と帯状集電部との溶接箇所に外れが生じて内部抵抗が上昇する原因となったり、極板における強度の低い帯状集電部に座屈が発生することに起因するリーク不良や、金属基材の切れによる内部抵抗の上昇などの問題が発生し易い。
【０００８】
そこで、従来では、正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回して極板群を形成する工程において、図７に示すように、超薄型の金属箔からなる金属基材５１における帯状集電部５２を円筒状巻回軸５３の軸心に向け直角に折り畳みながら、極板５０を巻回軸５３回りに巻回して、渦巻状極板群を構成し、折り畳まれた帯状集電部５２に、集電体を押し当てた状態で抵抗溶接するようにした蓄電池が提案されている（特開２０００−２８２７４号公報参照）。この蓄電池は、帯状集電部５２の折り畳まれた面に集電体を接触させて抵抗溶接することにより、帯状集電部５２と集電体との接触面積の増大と、帯状集電部５２の強度の向上とを図って、抵抗溶接を良好に行えることを目的としたものである。
【０００９】
しかしながら、上記蓄電池では、帯状集電部５２を折り畳ながら極板５０を巻回軸５３に巻回して極板群を構成するので、極めて生産性が悪く、製造コストが高くつく。また、実用化に際しては、帯状集電部５２を山折り線と谷折り線とを形成しながら整然と折り畳むことが極めて困難である。そこで、上記公報には、巻回を重ねるうちに整然と折り畳むのが難しくなるので、巻回軸５３の軸心に向けてくしゃくしゃに折り畳みながら巻回して、その折り畳んだ帯状集電部５２上に厚さ数十μｍ〜数百μｍの金属薄膜層を被着形成し、その金属薄膜層に集電体を押し当てて抵抗溶接すると記載されている。このような構成とした場合には、コスト高になるだけでなく、帯状集電部５２と集電体との間の電気抵抗が増大するととにも、帯状集電部５２に集電体を抵抗溶接する際にスパークが発生して、帯状集電部５２が焼け切れるおそれがある。したがって、この蓄電池では、上述した低コスト化と共に高出力化を図りたいとする要望に対応することができない。
【００１０】
さらに、上記蓄電池では、折り畳まれた帯状集電部５２によって極板群の両側端面がほぼ密閉状態に閉塞されてしまうので、極板群の内部に発生したガスが外部にスムーズに排出されなくなり、電池内圧が上昇する原因となり易い。また、帯状集電部５２は、整然と折り畳まれないことから、強度的にさほど補強されたものとならず、落下衝撃が付加されたときの金属基材５１の切れや座屈の発生を確実に抑制する効果を得ることが期待できない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、高出力化と低コスト化を達成しながらも、金属基材の座屈や切れあるいは溶接箇所での外れといった不具合が発生するおそれのない構成を備えて優れた耐落下特性を有する蓄電池およびその蓄電池を確実、且つ生産性良く製造することのできる製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の蓄電池は、金属基材に活物質層が塗着形成された正極板と負極板とがこれらの間にセパレータを介在して巻回されてなる極板群および電解液が電池ケース内に収納されてなるものにおいて、前記極板群の巻回幅方向に突出した正極側帯状集電部および／または負極側帯状集電部が、巻回軸心から放射状の配置で形成された切り込みまたは切欠きによって複数の接続片に分割されているとともに、前記各接続片が巻回軸心に向け直角に折り曲げられており、前記各接続片に集電体が接合されていることを特徴としている。
【００１３】
この蓄電池では、極板の金属基材として厚さが極めて薄いものを用いても、帯状集電部が多数の接続片に分割されて、これらの接続片が、各々の両側辺部を隣接する接続片に折り重ねて互いに補強し合った状態に保持されるから、帯状集電部に十分な強度を確保できるとともに、帯状集電部と集電体との接触面積が大きくなり、各接続片が平坦面を形成するので、溶接時にスパークが発生することがなく、これらにより、帯状集電部と集電体との間に十分な溶接強度を得ることができる。そのため、この蓄電池では、溶接箇所の外れなどによる内部抵抗の上昇や、落下衝撃試験時または蓄電池として使用中に衝撃を受けた場合に帯状集電部の座屈や破断の発生を極力抑制することができ、内部抵抗の上昇およびリーク不良の発生を格段に低減することができる。
【００１４】
また、厚みの薄い金属基材を支障無く用いることができることから、厚さが薄くなった分だけ長尺化して、より多くの活物質を担持できることと、帯状集電部に形成した接続片を折り曲げる分だけ極板群の高さを低く抑えて活物質層の幅を大きく設定できることとにより、格段の高容量化を図ることができる。さらに、切り込みまたは切欠きによって形成した接続片を内方に折り曲げるので、隣接する各２個の接続片の間に僅かな隙間が存在し、極板群の内部で発生したガスを外部に円滑に排出させて電池内圧の上昇を効果的に抑制できる。また、極板の全体から集電できるタブレス方式の集電構造を有しているので、高率放電特性の優れたものとなり、高出力化を図ることができる。さらに、極板は厚みの薄い金属箔などを金属基材として支障無く使用できるので、低コスト化を達成することができる。
【００１５】
上記発明において、正極板および／または負極板の巻き始めの１〜２周分の箇所は帯状集電部が削除されていることが好ましい。このような構成にすれば、極板群の巻回軸心部には、接続片が存在しないことによって中心孔が形成されるから、この中心孔を、電解液の注液用と、一方の集電板を電池ケースの底面部に溶接する際の溶接棒の挿入用とに効果的に活用することができる。
【００１６】
上記発明において、正極板および／または負極板とセパレータとは、活物質と前記セパレータの各々の端部がほぼ面一に配置されて帯状集電部のほぼ全体がセパレータの端部から突出する相対位置に設定されていることが好ましい。このような構成にすれば、帯状集電部を切り込みまたは切欠きによって分割した多数個の接続片を内方に直角に折り曲げた際に、セパレータが接続片によって折り込まれることがないため、平坦面とされた各接続片に抵抗溶接した集電体を電池ケースの底面部に抵抗溶接する際に、セパレータが焼けることがなく、確実に溶接できる。
【００１７】
上記発明において、切り込みまたは切欠きが１〜５ｍｍの間隔で形成されていることが好ましい。これにより、折り曲げた接続片により全体として整然とした平坦面を好適に形成することができるとともに、切り込みまたは切欠きの数が多過ぎてその折り曲げが面倒になったり、接続片の強度が不足するといったことも生じない。
【００１８】
本発明に係る蓄電池の製造方法は、正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在した配置で渦巻状に巻回して極板群を作製する工程と、前記極板群の両端面から突出した正極側帯状集電部および負極側帯状集電部の少なくとも一方に、巻回軸心から放射状の配置で切り込みを形成して、前記集電部を前記切り込みによって分割した複数個の接続片を設ける工程と、前記各接続片をそれぞれ巻回軸心に向け直角に折り曲げる工程と、折り曲げられて平坦面となった前記各接続片に集電体を接合する工程と、前記集電体を接合した前記極板群を電池ケース内に収納し、電解液を注入する工程と、前記集電体を封口体および／または電池ケースに接続する工程と、前記電池ケースを前記封口体で封口する工程とを備えていることを特徴としている。
【００１９】
この蓄電池の製造方法では、正，負極板をこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回して極板群としたのちに、集電部に、巻回軸心から放射状の配置で切り込みを形成するので、例えば、十字状カッターなどを用いて切り込みを迅速、且つ高精度に形成することができ、本発明に係る蓄電池を確実、且つ高い生産性で製造することができる。
【００２０】
また、他の発明に係る蓄電池の製造方法は、正極板および／または負極板の帯状集電部における極板群を構成したときに巻回軸心から放射状の配置となる各箇所に切欠きを形成して、前記集電部を前記切欠きによって複数個の接続片に分割する工程と、前記正極板と前記負極板とをこれらの間にセパレータを介在した配置で渦巻状に巻回して極板群を作製する工程と、前記各接続片をそれぞれ巻回軸心に向け直角に折り曲げる工程と、折り曲げられて平坦面となった前記各接続片に集電体を接合する工程と、前記集電体を接合した前記極板群を電池ケース内に収納し、電解液を注入する工程と、前記集電体を封口体および／または電池ケースに接続する工程と、前記電池ケースを前記封口体で封口する工程とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
この蓄電池の製造方法では、切欠きを極板群の構成前に形成するので、切欠きの形成時に発生する切り粕や切り屑が極板群の内部に落下するといったことが生じるおそれが全くなくなる。また、切欠きは、開口部に一定の幅を有した形状となるので、幅の無い切り込みとは異なり、極板群を巻回形成前に形成しても、形成位置の誤差を吸収することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る蓄電池を示す半部切断した縦断面図であり、この実施の形態ではアルカリ蓄電池に適用した場合を例示してある。このアルカリ蓄電池は、有底円筒状の電池ケース１内に、正極板３と負極板４とをこれらの間にセパレータ７を介在して渦巻状に巻回してなる極板群２が収納されているとともに、電解液（図示せず）が注入され、電池ケース１の開口部が封口体８により封口された構成を有している。極板群２の詳細については後述する。
【００２３】
正極板３の上端部には、平板状の正極集電体９が抵抗溶接により接合されているとともに、負極板４の下端部には、平板状の負極集電体１０が溶接により接合されている。正極集電体９は、リード板１１を介して封口体８における封口板１２に接続されており、負極集電体１０は、電池ケース１の底面部に溶接により接続されている。
【００２４】
封口体８は、上記封口板１２と、この封口板１２の上面に接合されたキャップ端子部１３と、封口板１２とキャップ端子部１３とで囲まれた空間内に収納された安全弁１４とにより構成されている。この封口体８は、その周縁部に絶縁ガスケット１７を介在した状態で、電池ケース１の内方に膨出した環状支持部１８上に載置されて、電池ケース１の開口周縁部が内方にかしめ加工されることにより、電池ケース１におけるかしめ加工により塑性変形された開口周縁部と環状支持部１８とにより挟持固定されて、電池ケース１の開口部を封口している。
【００２５】
図２（Ａ）は正極板３と負極板４とをこれらの間にセパレータ７を介在して渦巻状に巻回した直後の極板群２の一部の断面図である。上記正極板３は、ニッケル箔などの金属箔からなる正極側金属基材１９の両面に正極活物質層２０が塗着形成された構成を有している。正極側金属基材１９における巻回幅方向（図の上下方向）の一端辺縁部（図の上端辺縁部）には、正極活物質層２０が未形成で露出された正極側金属基材１９からなる正極側帯状集電部２１が設けられている。
【００２６】
一方、上記負極板４は、薄いパンチングメタルからなる負極側金属基材２２の両面に負極活物質層２３が塗着形成された構成を有している。負極側金属基材２２における巻回幅方向（図の上下方向）の一端辺縁部（図の下端辺縁部）には、負極活物質層２３が未形成で露出された金属基材２２からなる負極側帯状集電部２４が設けられている。
【００２７】
正極活物質層２０は水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を正極側金属基材１９に塗着して形成されている。負極活物質層２３は、水素吸蔵合金またはカドミウムを主体とする負極活物質を負極側金属基材２２に塗着して形成されている。セパレータ７としては、スルホン化処理などの親水化処理を施したポリプロピレン不織布やポリエチレン不織布が用いられている。電解液には、水酸化カリウムを溶質とする電解液が用いられている。
【００２８】
なお、正極側金属基材１９として用いる金属箔は、下記のような加工を施せば、さらに好ましいものとなる。すなわち、金属箔は、例えば、両面からニードルで貫通孔を形成することによって両面に錐状の突起を複数形成した加工箔としたり、ラス加工を施して金網状またはエキスパンドメタル状としたり、複数の貫通孔を形成してパンチングメタル状としたり、表面処理を施すことによって表面に凹凸を有する形状としたりすることが好ましい。上記表面処理としては、エッチング、金属粉末の焼結または粗面化めっき処理の何れかを用いることができる。これらのうちの何れかの形状に加工した金属箔は、例えば１０μｍ〜６０μｍの薄い厚みであっても、活物質の保持能力が高く、且つ電解液や電池内の反応に伴うイオンやガスが適度に流通できる機能を有したものとなり、しかも、何れの形状の金属箔も安価で且つ高い生産性で製作できる。
【００２９】
一方、負極側金属基材２２には、この実施の形態において、例えば、厚さが３５μｍ程度と薄いパンチングメタルが用いられている。このパンチングメタルは、従来の蓄電池の負極板の金属基材に用いられている厚さが６０μｍ程度のパンチングメタルよりも格段に厚さの薄いものである。なお、負極側金属基材２２としては、正極側金属基材１９と同様に金属箔を用いてもよい。
【００３０】
図４は正極板３の展開図を示す。正極板３には、渦巻状に巻回して極板群２を構成したのちに、帯状集電部２１にこれの端部から活物質層２０の近傍位置まで延びる切り込み２７が形成される。この切り込み２７は、極板群２の平面図である図３に示すように、巻回軸心から放射状の配置で所定の間隔を設けて形成される。同図に示すＣは、例えば十字状カッターを用いて切り込み２７を形成する際の切り込み線であり、この実施の形態では、十字状カッターを用いた切り込み処理を３回行うことにより、正極側帯状集電部２１の各巻回１周長さ分がそれぞれ切り込み２７によって１２個の接続片２１ａに分割されている。これらの各接続片２１ａは、図３に示すように、巻回軸心に向けて直角に折り曲げられる。なお、負極板４については、図示していないが、負極側帯状集電部２４にも上述したと同様の切り込みを形成して多数個の接続片２４ａが設けられており、以後に説明する正極側帯状集電部２１と同様に処理される。
【００３１】
上述の各接続片２１ａの折り曲げ動作は、従来のように山折り線と谷折り線とを形成しながら折り畳む場合とは異なり、各接続片２１ａに分割されていることから、スムーズ、且つ迅速に行うことができる。また、切り込み２７は極板群２に巻回したのちに形成されるので、極板群２を構成する際には正極板３および負極板４を巻回軸（図示せず）に単に巻回していくだけでよく、極板群２を高い生産性で製作できる。
【００３２】
しかも、折り曲げ後の各接続片２１ａは、図３に明示するように、各々の両側辺部の一部が隣接する接続片２１ａに折り重ねられて、全体として整然とした平坦面を形成する。この平坦面を好適に形成するためには、切り込み２７の数つまり接続片２１ａの数を多くする必要があるが、数が多過ぎると、各接続片２１ａ，２４ａの折り曲げが面倒になるとともに、接続片２１ａ，２４ａの強度が不足する。そこで、切り込み２７の間隔は１〜５ｍｍに設定するのが好ましい。
【００３３】
図１に示すように、上記各接続片２１ａによって形成された平坦面には、正極集電体９が抵抗溶接によって接合される。この抵抗溶接に際しては、各接続片２１ａによって形成された平坦面に正極集電体９を面接触させて行うことから、スパークの発生が極力抑制され、帯状集電部２１が焼け切れるといった不具合の発生を防止して良好に行うことができる。なお、負極板４においても、各接続片２４ａによって形成された平坦面に負極集電体１０が抵抗溶接によって接合される。
【００３４】
また、上記蓄電池は、正，負極板３，４の金属基材１９，２２として厚さが極めて薄いものを用いているが、これら金属基材１９，２２が露出されてなる帯状集電部２１，２４は、同じ形状の多数の接続片２１ａ，２４ａに分割されて、これらの接続片２１ａ，２４ａが、各々の両側辺部を隣接する接続片２１ａ，２４ａに折り重ねて互いに補強し合った状態に保持されているから、帯状集電部２１，２４に十分な強度を確保できる。さらに、折り曲げられた各接続片２１ａにより、帯状集電部２１と正極集電体９との接触面積が大きくなる。
【００３５】
そのため、帯状集電部２１，２４に集電体９，１０を抵抗溶接する際には十分な加圧力を付与することができるから、帯状集電部２１，２４と集電体９，１０との間に十分な溶接強度を得ることができる。したがって、上記蓄電池では、溶接箇所の外れなどによる内部抵抗の上昇や、落下衝撃試験時または蓄電池として使用中に衝撃を受けた場合に帯状集電部２１，２４の座屈や破断の発生を極力抑制することができ、内部抵抗の上昇およびリーク不良の発生を格段に低減することができる。
【００３６】
さらに、図４に示すように、正極板３の巻き始め側（図の右側）の１周分には、帯状集電部２１が形成されていない。これにより、図３に示すように、極板群２の巻回軸心部には、接続片２１ａが存在しないことによって中心孔２８が形成される。この中心孔２８は、電解液の注液用と、負極集電体１０を電池ケース１の底面部に溶接する際の溶接棒の挿入用とに効果的に活用される。
【００３７】
また、前記極板群２の上下端面は、図１に示すように、正，負極の帯状集電部２１，２４の各々の接続片２１ａ，２４ａによる平坦面で閉塞されているが、従来の蓄電池のように帯状集電部を折り畳む場合と異なり、切り込み２７によって形成した接続片２１ａ，２４ａの各々の両側辺部が隣接する接続片２１ａ，２４ａに折り重ねられて、それらの間に僅かな隙間が存在するので、極板群２の内部で発生したガスを上記隙間から極板群２の外部に円滑に排出させることができ、電池内圧の上昇が効果的に抑制される。
【００３８】
この実施の形態の蓄電池では、正極側金属基材１９として、１０μｍ〜６０μｍと厚さの薄い金属箔を用い、負極側金属基材２２として、例えば３５μｍの厚さの薄いパンチングメタルを用いている。したがって、両金属基材１９，２２は、同一の内容積の電池ケース１に収納する従来の極板群の正，負極板の各々の金属基材に比較して、厚さが薄くなった分だけ長尺化することができるから、より多くの活物質を担持することができる。これに加えて、正，負極板３，４の帯状集電部２１，２４は切り込み２７によって形成した接続片２１ａ，２４ａを内方に向け直角に折り曲げるので、その折り曲げ分だけ極板群２の高さを低く抑えることができる。換言すれば、同一高さの極板群２を構成する場合には、活物質層２０，２３の幅を大きく設定することができる。これらにより、上記蓄電池は格段の高容量化を図ることができる。
【００３９】
また、上記蓄電池は、正，負極板３，４の各々の帯状集電部２１，２４に集電体９，１０をそれぞれ溶着して極板３，４の全体から集電できるタブレス方式の集電構造を有しているので、高率放電特性の優れたものとなり、高出力化を図ることができる。さらに、金属箔やパンチングメタルの二次元構造の金属基材１９，２２は、従来の発泡ニッケル基板に比較して安価であり、低コスト化を達成することができる。
【００４０】
また、上記蓄電池では、図２（Ａ）に示すように、負極板４とセパレータ７との相対位置が、負極活物質層２３とセパレータ７の各々の端面が面一となるように設定されて、負極側帯状集電部２４の殆ど全部がセパレータ７から突出された配置になっている。したがって、同図（Ｂ）に示すように、負極側帯状集電部２４を切り込み２７によって分割した多数個の接続片２４ａを直角に折り曲げた際には、セパレータ７が接続片２４ａによって折り込まれることがない。そのため、平坦面とされた各接続片２４ａに抵抗溶接した負極集電体１０を電池ケース１の底面部に抵抗溶接する際には、セパレータ７が焼けることがなく、確実に溶接できる。これに対し、同図（Ｃ）に示すように、負極板４とセパレータ７との相対位置を、負極側帯状集電部２４の一部のみがセパレータ７から突出するように設定した場合には、同図（Ｄ）に示すように、セパレータ７の端部が接続片２４ａによって折り込まれてしまうが、負極集電体１０を電池ケース１の底面部に抵抗溶接する個所と接するセパレータ７の部分が溶接熱で溶けるので、溶接が可能となる。
【００４１】
図５（ａ）は上記蓄電池の落下試験の結果を示す落下サイクル数と蓄電池の内部抵抗との相対関係を示すグラフであり、同図（ｂ）は比較のために示した従来の蓄電池の落下試験の結果を示す落下サイクル数と蓄電池内部抵抗との相対関係を示すグラフである。なお、落下試験は７５ｃｍの高さからコンクリート面上に、キャップ端子部を上向き、下向き、横向きの３方向に１回落下させることを１サイクルとした。（ａ）と（ｂ）の比較から明らかなように、上記蓄電池では、落下試験を７０サイクル繰り返しても、内部抵抗が殆ど上昇しなかったのに対し、従来蓄電池では、落下試験が２０サイクルを越えた時点で内部抵抗が大きく上昇した。これは、上記蓄電池において、帯状集電部２１，２４と集電体９，１０との間に十分な溶接強度を得られた結果、溶接箇所の外れや帯状集電部２１，２４の座屈または破断といった不具合が殆ど発生しなかったことによる。
【００４２】
つぎに、上記蓄電池の製造方法について説明する。正極板３および負極板４をこれら間にセパレータ７を介在した配置で渦巻状に巻回して、極板群２を構成する。この極板群２における正極側帯状集電部２１および負極側帯状集電部２４に、例えば十字状カッターを用いて、図３に示すように、切り込み２７をそれぞれ形成して、正極側帯状集電部２１および負極側帯状集電部２４をそれぞれ多数個の接続片２１ａ，２４ａに分割する。続いて、各接続片２１ａ，２４ａを巻回軸心に向け直角に折り曲げて、極板群２の両側端面に平坦面を形成する。この各接続片２１ａ，２４ａによって形成された正，負極の平坦面に正極集電体９および負極集電体１０をそれぞれ抵抗溶接する。
【００４３】
集電体９，１０を接合した極板群２を電池ケース１内に収納したのち、極板群２の中心孔２８を通して溶接棒を挿入し、負極集電体１０を電池ケース１の底面部に抵抗溶接し、そののち、電池ケース１内に電解液を注入する。続いて、正極集電体９を封口体８の封口板１２にリード板１１を介して接続し、封口体８を、これの周縁部に絶縁ガスケット１７を介在させた状態で電池ケース１内に挿入して環状支持部１８上に載置する。最後に、電池ケース１の開口周縁部を内方にかしめ加工することによって封口体８を固定し、電池ケース１の開口部を封口体８で封口する。
【００４４】
図６は本発明の他の実施の形態に係る蓄電池の正極板３を示す展開図であり、同図において、図４と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。上記正極板３の帯状集電部２１は、一実施の形態の切り込み２７に代えて、Ｖ字形状の切欠き２９が形成されて、多数個の接続片２１ａに分割されている。切欠き２９の形成箇所は、切り込み２７と同一位置であるが、この切欠き２９は、形成時に切り粕が発生することから、金属基材１９に活物質層２０を塗着して正極板３を形成する過程、または正極板３を形成した後のタイミングで形成される。なお、負極側帯状集電部２４にも同様の切欠きが形成される。
【００４５】
この正，負極板３，４を用いて極板群２を構成した蓄電池においても、一実施の形態で説明したと同様の効果を得ることができるのに加えて、切欠き２９を極板群２の構成前に形成するので、一実施の形態のように極板群２を巻回形成した後に切り込み２７を形成する場合と異なり、切欠き２９の形成時に発生する切り粕や切り屑が極板群２の内部に落下するおそれがない。また、切欠き２９は、極板群２を巻回形成前に形成されるが、幅の無い切り込み２７とは異なり、開口部に一定の幅を有しているので、形成位置の誤差を吸収することができる。なお、切欠き２９の形状は、Ｖ字状に限らず、例えばＵ字形状であってもよい。
【００４６】
つぎに、本発明の蓄電池を試作した実施例について説明する。正極板３は、厚さ３５μｍのニッケル箔にエンボス加工を施した金属基材１９に、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質ペースを、正極側帯状集電部２１となる箇所を除いて塗着し、上記ペーストを乾燥させたのち、厚さが０．４ｍｍになるまで圧延し、巻回方向幅が３５ｍｍ（帯状集電部２１の幅１ｍｍを含む）で、長さが３７０ｍｍの寸法に切断して作製した。
【００４７】
負極板４は、厚さが３５μｍのパンチングメタルからなる金属基材２２に、水素吸蔵合金を主成分とする負極活物質ペーストを、負極側帯状集電部２４となる箇所を除いて塗着し、上記ペーストを乾燥させたのち、厚さが０．３ｍｍになるまで圧延し、巻回方向幅が３５ｍｍ（帯状集電部２４の幅１ｍｍを含む）で、長さが４３０ｍｍの寸法に切断して作製した。
【００４８】
上述のように作製した正極板３と負極板４を、これらの間にポリプロピレン製不織布からなるセパレータ７を介在させて、渦巻状に巻回して、高さが３６．５〜３７．０ｍｍで、直径が２０．５〜２１．５ｍｍの極板群２を作製した。極板群２の一端面から突出した正極側帯状集電部２１に、巻回軸心から放射状の配置で、且つ１〜５ｍｍの間隔で切り込み２７を形成し、その切り込み２７によって帯状集電部２１を分割して形成された各接続片２１ａを巻回軸心に向け直角に折り曲げた。極板群２の他端面から突出した負極側帯状集電部２４に、巻回軸心から放射状の配置で、且つ１〜５ｍｍの間隔で切り込み２７を形成し、その切り込み２７によって帯状集電部２４を分割して形成された各接続片２４ａを巻回軸心に向け直角に折り曲げた。
【００４９】
直角に折り曲げられて平坦面となった正極側帯状集電部２１の各接続片２１ａに正極集電体９を抵抗溶接より接合し、直角に折り曲げられて平坦面となった負極側帯状集電部２４の各接続片２４ａに負極集電体１０を抵抗溶接より接合した。この正，負極集電体９，１０を接合した極板群２を電池ケース１内に収納し、比重１．３ｇ／ｃｃのＫＯＨを主成分とする電解液を４ｃｃ注液した。そののち、電池ケース１の開口部を封口体８で密閉して、Ｆ−ＳＣサイズ（標準容量３０００ｍＡｈ）の本発明の蓄電池を作製した。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明の蓄電池によれば、極板の金属基材として厚さが極めて薄いものを用いても、帯状集電部が多数の接続片に分割されて、これらの接続片が、各々の両側辺部を隣接する接続片に折り重ねて互いに補強し合った状態に保持されるから、帯状集電部に十分な強度を確保できるとともに、帯状集電部と集電体との接触面積が大きくなり、各接続片が平坦面を形成するので、溶接時にスパークが発生することがなく、これらにより、帯状集電部と集電体との間に十分な溶接強度を得ることができる。そのため、この蓄電池では、溶接箇所の外れなどによる内部抵抗の上昇や、落下衝撃試験時または蓄電池として使用中に衝撃を受けた場合に帯状集電部の座屈や破断の発生を極力抑制することができ、内部抵抗の上昇およびリーク不良の発生を格段に低減することができる。
【００５１】
また、厚みの薄い金属基材を支障無く用いることができることから、厚さが薄くなった分だけ長尺化して、より多くの活物質を担持できることと、帯状集電部に形成した接続片を折り曲げる分だけ極板群の高さを低く抑えて活物質層の幅を大きく設定できることとにより、格段の高容量化を図ることができる。さらに、切り込みまたは切欠きによって形成した接続片を内方に折り曲げるので、隣接する各２個の接続片の間に僅かな隙間が存在し、極板群の内部で発生したガスを外部に円滑に排出させて電池内圧の上昇を効果的に抑制できる。また、極板の全体から集電できるタブレス方式の集電構造を有しているので、高率放電特性の優れたものとなり、高出力化を図ることができる。さらに、極板は厚みの薄い金属箔などを金属基材として支障無く使用できるので、低コスト化を達成することができる。
【００５２】
また、本発明の蓄電池の製造方法によれば、正，負極板をこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回して極板群としたのちに、集電部に、巻回軸心から放射状の配置で切り込みを形成するので、例えば、十字状カッターなどを用いて切り込みを迅速、且つ高精度に形成することができ、本発明に係る蓄電池を確実、且つ高い生産性で製造することができる。また、切り込みに代えて切欠きを形成する場合には、この切欠きを極板群の構成前に形成するので、切欠きの形成時に発生する切り粕や切り屑が極板群の内部に落下するといったことが生じるおそれが全くなくなる。また、切欠きは、開口部に一定の幅を有した形状となるので、幅の無い切り込みとは異なり、極板群を巻回形成前に形成しても、形成位置の誤差を吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る蓄電池を示す半部切断した縦断面図。
【図２】（Ａ）は同上の蓄電池における極板群の帯状集電部を折り曲げる前の状態の一部の断面図、（Ｂ）は帯状集電部を折り曲げた状態の極板群の断面図、（Ｃ）は比較のために示した極板群の帯状集電部を折り曲げる前の状態の一部の断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の帯状集電部を折り曲げた状態の極板群の断面図。
【図３】同上の蓄電池における極板群の平面図。
【図４】同上の蓄電池における正極板の展開図。
【図５】（ａ）は同上の蓄電池の落下試験の結果を示す落下サイクル数と蓄電池内部抵抗との相対関係を示すグラフ、（ｂ）は比較のために示した従来蓄電池の落下試験の結果を示す落下サイクル数と蓄電池内部抵抗との相対関係のグラフ。
【図６】本発明の他の実施の形態の蓄電池おける正極板の展開図。
【図７】従来の蓄電池における極板群の製作過程を示す斜視図。
【符号の説明】
１　電池ケース
２　極板群
３　正極板
４　負極板
７　セパレータ
８　封口体
１９，２２　金属基材
２０，２３　活物質層
２１　正極側帯状集電部
２１ａ，２４ａ　接続片
２４　負極側帯状集電部
２７　切り込み
２９　切欠き

Claims

金属基材に活物質層が塗着形成された正極板と負極板とがこれらの間にセパレータを介在して巻回されてなる極板群および電解液が電池ケース内に収納されてなる蓄電池であって、
前記極板群の巻回幅方向に突出した正極側帯状集電部および／または負極側帯状集電部が、巻回軸心から放射状の配置で形成された切り込みまたは切欠きによって複数の接続片に分割されているとともに、前記各接続片が巻回軸心に向け直角に折り曲げられており、
前記各接続片に集電体が接合されていることを特徴とする蓄電池。
正極板および／または負極板の巻き始めの１〜２周分の箇所は帯状集電部が削除されている請求項１に記載の蓄電池。
正極板および／または負極板とセパレータとは、活物質と前記セパレータの各々の端部がほぼ面一に配置されて帯状集電部のほぼ全体がセパレータの端部から突出する相対位置に設定されている請求項１または２に記載の蓄電池。
切り込みまたは切欠きが１〜５ｍｍの間隔で形成されている請求項１ないし３の何れかに記載の蓄電池。
正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在した配置で渦巻状に巻回して極板群を作製する工程と、
前記極板群の両端面から突出した正極側帯状集電部および負極側帯状集電部の少なくとも一方に、巻回軸心から放射状の配置で切り込みを形成して、前記集電部を前記切り込みによって分割した複数個の接続片を設ける工程と、
前記各接続片をそれぞれ巻回軸心に向け直角に折り曲げる工程と、
折り曲げられて平坦面となった前記各接続片に集電体を接合する工程と、
前記集電体を接合した前記極板群を電池ケース内に収納し、電解液を注入する工程と、
前記集電体を封口体および／または電池ケースに接続する工程と、
前記電池ケースを前記封口体で封口する工程とを備えていることを特徴とする蓄電池の製造方法。
正極板および／または負極板の帯状集電部における極板群を構成したときに巻回軸心から放射状の配置となる各箇所に切欠きを形成して、前記集電部を前記切欠きによって複数個の接続片に分割する工程と、
前記正極板と前記負極板とをこれらの間にセパレータを介在した配置で渦巻状に巻回して極板群を作製する工程と、
前記各接続片をそれぞれ巻回軸心に向け直角に折り曲げる工程と、
折り曲げられて平坦面となった前記各接続片に集電体を接合する工程と、
前記集電体を接合した前記極板群を電池ケース内に収納し、電解液を注入する工程と、
前記集電体を封口体および／または電池ケースに接続する工程と、
前記電池ケースを前記封口体で封口する工程とを備えていることを特徴とする蓄電池の製造方法。