JP3540591B2 - 蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池缶と、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら電池缶および封口体よりなる電池容器内に収納される正・負極と電解液からなる発電要素とを備えた蓄電池およびその製造方法に関するものであり、特に、正・負極の一方から導出した集電リード板を封口体の下面に溶接する集電構造および溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池あるいはリチウムイオン蓄電池等の蓄電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回あるいは積層して電極体を形成し、この電極体を円筒状あるいは角形の金属製電池缶に収納して正極あるいは負極より延出する集電リード板を封口体下面の一個所で溶接し、電解液を注入した後、電池缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて封口体を装着することにより密閉して構成されている。
【０００３】
近年、この種のアルカリ蓄電池あるいはリチウムイオン蓄電池等の蓄電池は各種の携帯用電子・通信機器あるいは電動工具、電気自転車、電動バイク等の電源として使用されるようになり、大電流で放電可能であることが要求されるようになった。ところで、この種の蓄電池を大電流で放電可能とするためには、極力電池内部抵抗を低減させる必要がある。しかしながら、上述したような集電リード板を封口体下面の一個所で溶接するようにすると、電池内部抵抗も十分に満足できる程度には低くならなく、内部抵抗に基づく電圧降下が生じて作動電圧が低下し、大電流放電に対する要求を充分に満足させることができなかった。
【０００４】
そこで、本発明者等は、集電リード板を封口体下面の一個所で溶接して構成した蓄電池の正・負極端子間に電圧を印加して、正・負極間に電流を流し、集電リード板と封口体下面との接触部に第２の溶着部を形成して電池の内部抵抗を低減させることを特願平９−４１１７７号において提案した。
【０００５】
この特願平９−４１１７７号において提案した蓄電池は、図３に示すように、ニッケル正極１とカドミウム負極２との間にセパレータ３を介在させて巻回して渦巻状電極体とし、この渦巻状電極体を有底筒状の電池缶５内に収納し、カドミウム負極２に溶接された負極集電体（図示せず）をこの電池ケース５の内底面にスポット溶接する。次いで、ニッケル正極１に溶接された正極集電体４から延出する正極集電リード板６の先端部を封口体７の底面にスポット溶接し、正極集電体４と封口体７との間に第１の溶着部Ａを形成する。
【０００６】
こうして、第１の溶着部Ａにおいて正極集電リード板６と封口体７とを溶接した後、封口体７を電池缶５の開口部に絶縁ガスケット１３を介して配置し、電池缶５の開口端縁を内方にかしめることによって電池を封口して、ニッケル−カドミウム電池を組み立てる。この封口時点では、正極集電リード板６は、封口体７の下方突出部の周縁のエッジ部分近傍Ｂに接触した状態になっている。ついで、封口体７の正極キャップ（正極外部端子）９と電池ケース５の底面（負極外部端子）の間に電圧を印加し、ニッケル正極１とカドミウム負極２との間に大電流を短時間流すことにより、正極集電リード板６と封口体７の接触部分Ｂが溶接され、第２の溶着部Ｂが形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特願平９−４１１７７号にて提案した発明においては、蓄電池の正・負極端子間に電圧を印加して電池内に大電流を短時間流して、集電リード板と封口体下面との接触部に第２の溶着部を形成するため、集電リード板と封口体下面とを確実に接触させて、正・負極端子間に電圧を印加した際に、これの間に電流が充分に流れ得る状態にすることが重要である。
【０００８】
しかしながら、特願平９−４１１７７号にて提案した発明にあっては、集電リード板と封口体下面との間には空間部が存在するだけであるので、電池缶５の開口部を封口体７で封口して集電リード板と封口体下面とを安定して接触させることが困難となる。このため、集電リード板と封口体下面とが接触しない状態になることが生じて、蓄電池の正・負極端子間に電圧を印加しても集電リード板と封口体下面との間に電流が流れない事態となることも生じて、第２の溶着部の溶接歩留まりが低くなるという問題を生じた。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、集電リード板と封口体下面とを確実に接触させて第２の溶着部を確実に形成できるようにし、電池内部抵抗が低くて放電時の作動電圧が向上した蓄電池を歩留まり良く得られるようにすることにある。
【００１０】
このため、本発明の蓄電池は、正・負極のいずれか一方に接続される集電体と、この集電体から延出して封口体下面の少なくとも１個所で溶着された第１溶着部を有する集電リード板と、集電体と集電リード板との間に介在するスペーサと、集電リード板の第１溶着部以外の封口体下面の一部に溶着された第２溶着部とを備えるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、集電体と集電リード板との間にスペーサを備えるようにすると、電池缶の開口部に封口体を載置した際に、集電リード板を封口体の下面に安定して接触させることが可能となる。このため、電池を構成した後、この電池の正・負極端子間に電圧を印加して正・負極に大電流を短時間流すことにより、安定して形成された接触部がジュール熱により溶着して溶着部を形成することが可能になり、簡単、容易に内部抵抗が低くて放電時の作動電圧が向上した蓄電池が得られるようになる。
【００１２】
そして、このスペーサとして導電体を用いると、正・負極端子間に電圧を印加して正・負極間に大電流を短時間流した際に、スペーサを経て集電体に流れる電流が発生するため、集電リード板と封口体との接触部に流れる電流が減少することとなる。このため、スペーサの材質は耐電解液性で機械的強度を有する絶縁体とすることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の蓄電池の製造方法は、まず、収納工程により発電要素を電池缶内に収納した後、第１溶接工程により集電体から延出する集電リード板を封口体下面の少なくとも１個所に溶接し、集電体と集電リード板との間にスペーサを配置した状態で封口工程により電池缶の開口部に封口体を載置して集電リード板と封口体下面とを接触させて密閉するようにしている。このように、集電体と集電リード板との間にスペーサを配置した状態で封口体を密閉すると、スペーサは集電リード板を封口体下面に押圧させるように作用するため、集電リード板の溶接箇所以外でも集電リード板は封口体下面に確実に接触して確実に接触部を形成するようになる。
【００１４】
そして、この後、第２溶接工程により封口体（一方の外部端子）と電池缶（他方の外部端子）との間に電圧を印加して正・負極間に大電流を短時間流すと、集電リード板は封口体下面に確実に接触しているため、集電リード板の封口体下面との接触部に接触抵抗に基づくジュール熱が発生する。これにより、集電リード板の封口体下面との接触部は抵抗溶接されて溶着し、確実に第２の溶着部が形成されるようになる。この結果、簡単、容易に内部抵抗が低くて放電時の作動電圧が向上した蓄電池が製造歩留まり良く得られるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、図１は本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した本実施形態のアルカリ蓄電池の要部を示す断面図であり、図２は本実施形態のアルカリ蓄電池の封口前の要部を示す断面図である。
【００１６】
本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池は、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填して製造した焼結式ニッケル正極２１と、同様に化学含浸法により水酸化カドミウムを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填して製造した焼結式カドミウム負極２２とを備えている。
【００１７】
これらのニッケル正極２１とカドミウム負極２２は、これらのニッケル正極２１とカドミウム負極２２との間にセパレータ２３を介在させて巻回して渦巻状電極体２０を形成する。この渦巻状電極体２０の上面部には、ニッケル正極２１の極板芯体であるパンチングメタルの端部２１ａが露出し、また、渦巻状電極体２０の下面部にはカドミウム負極２の極板芯体であるパンチングメタルの端部（図示せず）が露出している。そして、この渦巻状電極体２０の上面に露出する正極芯体の端部２１ａには多数の開口を有する板状の正極集電体３０が溶接されており、渦巻状電極体２０の下面に露出する負極芯体の端部（図示せず）には多数の開口を有する板状の負極集電体（図示せず）が溶接されている。
【００１８】
このニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てるに際しては、図２に示すように、まず、上述のように、渦巻状電極体２０の上下面に正極集電体３０および負極集電体（図示せず）を溶接した後、鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の電池缶４０内に収納し、カドミウム負極２２に溶接された負極集電体（図示せず）をこの電池缶４０の内底面にスポット溶接する。次いで、ニッケル正極２１に溶接された正極集電体３０から延出する正極集電リード板３１の先端部を封口体５０の蓋体５１の底面にスポット溶接し、正極集電リード板３１と封口体５０の蓋体５１の底面との間に第１の溶着部Ａを形成する。
【００１９】
ここにおいて、封口体５０は、底面に円形状の下方突出部を形成してなる蓋体５１と、正極キャップ（正極外部端子）５２、これら蓋体５１および正極キャップ５２間に介在されるスプリング５３ａと弁板５３ｂからなる弁体５３とから構成されており、蓋体５１の中央にはガス抜孔５１ａが形成されている。また、正極集電リード板３１は、封口体５０のガス抜孔５１ａと対向する部分に透孔３２が形成されており、この透孔３２の存在により、電池内部ガス圧が上昇した場合においても、集電リード板３１がガス抜孔５１ａを塞ぐことはなく、電池内部のガスを集電リード板３１の透孔３２を通して封口体５０のガス抜孔５１ａからスムーズに電池外部に放出することができる。
【００２０】
こうして、第１の溶着部Ａにおいて正極集電リード板３１と封口体５０の蓋体５１の下面とを溶接した後、正極集電体３０の上面にスペーサ３３を配置し、封口体５０を電池缶４０の開口部４１に絶縁ガスケット４２を介して載置し、電池缶４０の開口部４１の端部を内方にかしめることによって電池を封口して、公称容量１．３ＡｈのＳＣサイズのニッケル−カドミウム電池を組み立てる。この封口工程において、スペーサ３３は封口圧力により正極集電リード板３１を封口体５０の蓋体５１の下面に押圧するように作用する。このため、正極集電リード板３１の一部は蓋体５１の下方突出部の周縁のエッジ部分Ｂに接触した状態になる。
【００２１】
ここで、スペーサ３３は、電解液に対して耐食性があるとともに機械的強度を有する材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン等の合成樹脂材料を用いる。そして、正極集電体３０と集電リード板３１との間の空間部より若干薄くなるような所定の厚みで、円形、角形あるいは楕円形等の適宜の形状の板状体に成型したものを用いている。なお、スペーサ３３の中央部の前記ガス抜孔５１ａに対向する位置に所定の開孔を設けるようにすると、電池内部で発生したガスをこの開口を通して、集電リード板３１の透孔３２および封口体５０のガス抜孔５１ａからスムーズに電池外部に放出することができるようになるが、開口を設けなくてもガスを排出することが可能であるので、開口は必要に応じて設けるようにすればよい。
【００２２】
ついで、上記のようにして組み立てた電池の正極キャップ（正極外部端子）５２と電池缶４０の底面（負極外部端子）（図示せず）の間に、電池の放電方向に２４Ｖの電圧を印加し、２ＫＡの電流を約１０ｍｓｅｃの時間流した。この通電処理によって、図１に示すように、正極集電リード板３１と封口体５０の蓋体５１の下面との接触部分Ｂが溶接され、第２の溶着部Ｂが形成される。
【００２３】
一方、比較例の蓄電池として、正極集電リード板と正極集電体との間に本発明のスペーサを配置しない従来例のニッケル−カドミウム蓄電池を図３に示すように作製した。
このようにして作製した本発明と比較例のニッケル−カドミウム蓄電池を各々１００００個ずつ用意し、正極集電リード板３１と封口体５０の蓋体５１の下面との接触部分Ｂにおける溶接歩留まりを測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００２４】
【表１】

【００２５】
上記表１より明らかなように、正極集電体３０と正極集電リード板３１との間にスペーサ３３を配置した状態で封口体５０により封口した本発明のニッケル−カドミウム蓄電池は、スペーサ３３を配置しない比較例のニッケル−カドミウム蓄電池より接触部分Ｂにおける溶接不良が格段に減少すること、即ち、接触部分Ｂにおける溶接歩留まりが格段に向上することが分かる。
【００２６】
これは、正極集電体３０と正極集電リード板３１との間にスペーサ３３を配置することで、封口体５０の封口時にスペーサ３３が正極集電リード板３１を蓋体５１の下面に押圧するように作用する。このため、正極集電リード板３１が蓋体５１の下面との接触部分Ｂにおいて確実に接触するようになり、封口後に正極キャップ（正極外部端子）５２と電池缶４０の底面（負極外部端子）との間に電圧を印加して、正極板２１と負極板２２との間に大電流を短時間流すことにより、接触部分Ｂの接触抵抗に基づくジュール熱が発生し、接触部分Ｂが溶着して第２の溶着部が確実に形成されたためと考えることができる。
【００２７】
このように、本発明の蓄電池は、正極集電リード板３１と蓋体５１の下面との接触部分Ｂが確実に形成された後、電池の正極端子５２と負極端子４０との間に電圧を印加して短時間の間だけ大電流を流すことにより、接触部分Ｂが抵抗溶接されるようになるので、第２の溶着部が確実に形成されるようになり、溶接歩留まりが格段に向上する。
【００２８】
また、集電リード板３１と封口体５０とを２個所以上で溶接しているので、電池の内部抵抗が低下して放電時の作動電圧も向上する。そして、集電リード板３１と封口体５０との第２の溶着部Ｂを電池の封口後に行うので、集電リード板３１の長さを短くすることが可能となり、電池内部抵抗をさらに低減することが可能になるとともに、放電時の作動電圧がさらに向上した蓄電池が製造歩留まり良く得られるようになる。
【００２９】
なお、本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池に印加する電流の方向には相関性はなく、電池に対して充電方向及び放電方向のどちらに印加しても同様の結果が得られた。また、印加する電流値については、電池のサイズには関係なく、３００Ａ以上で同様の効果が得られる。但し、極端に過大な電流を印加した場合には、短時間の印加であっても、正極集電リード板３１が溶断し、この溶断する電流値は正極集電リード板３１の材質および形状により上限値は変化するので、電流値は、３００Ａ以上で正極集電リード板６が溶断しない値とする必要がある。更に、印加時間については、０．２５ｍｓｅｃ以上であれば同様の効果が得られるが、１秒もの長い時間に渡って印加すれば、正極集電リード板３１が溶断するため好ましくない。
【００３０】
なお、封口体５０の蓋体５１の底部下面に円錐状の突起部を設けたり、あるいは正極集電リード板３１の封口体５０に対向する面に円錐状の突起部を設けて、封口体５０の蓋体５１の底面と正極集電リード板３１とを確実に接触させ、接触部Ｂの通電時の電流密度を増加させて、接触部Ｂのジュール熱の発生を大きくして赤熱し易い状態にすると、より強固に第２Ｋ溶着部が形成されるようになる。
【００３１】
なお、上述した実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池は、正極及び負極の何れも焼結式電極を用いたが、ペースト式などの非焼結式電極を用いた電池で実験した場合も同様な結果が得られた。
【００３２】
また、上述した実施形態においては、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した例について説明したが、これに限らず、ニッケル−水素化物蓄電池等のアルカリ蓄電池、あるいはリチウムイオン蓄電池等の各種の蓄電池に本発明を適用できることはいうまでもない。
【００３３】
さらに、上述した実施形態においては、本発明を円筒型の蓄電池に適用した例について説明したが、これに限らず、角形等の各種の形状の蓄電池に本発明を適用できることもいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のアルカリ蓄電池の要部を示す断面図である。
【図２】図１のアルカリ蓄電池の封口前の要部を示す断面図である。
【図３】従来例のアルカリ蓄電池の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
２０…電極体、２１…正極板、２２…負極板、２３…セパレータ、３０…集電体、３１…集電リード板、３２…透孔、４０…電池缶（負極外部端子）、４１…開口部、５０…封口体、５１…蓋体、５１ａ…ガス抜孔、５２…正極キャップ（正極外部端子）、５３……弁体、Ａ…第１の溶着部、Ｂ…第２の溶着部

Claims (4)

1. 一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池缶と、前記開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら電池缶および封口体よりなる電池容器内に収納される正・負極と電解液からなる発電要素とを備えた蓄電池であって、
   前記正・負極のいずれか一方に接続される集電体と、
   前記集電体から延出して前記封口体下面の少なくとも１個所で溶着された第１溶着部を有する集電リード板と、
   前記集電体と前記集電リード板との間に介在するスペーサと、
   前記集電リード板の前記第１溶着部以外の前記封口体下面に溶着された第２溶着部とを備えるようにしたことを特徴とする蓄電池。
2. 前記スペーサは耐電解液性で機械的強度を有する絶縁物により構成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
3. 一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池缶内に正・負極と電解液からなる発電要素を収納した後、前記開口部を他方極の端子を兼ねる封口体により密封して製造する蓄電池の製造方法であって、
   前記正・負極のいずれか一方に集電体を接続した後、前記電池缶内に前記発電要素を収納する収納工程と、
   前記集電体から延出する集電リード板を前記封口体下面の少なくとも１個所に溶接して溶着部を形成する第１溶接工程と、
   前記集電体と前記集電リード板との間にスペーサを配置した後、前記開口部を前記封口体により密閉して前記溶着部以外の前記集電リード板の一部を前記封口体下面に接触させる封口工程と、
   封口後の前記電池缶と前記封口体との間に電圧を印加して前記正・負極間に電流を流すことにより、前記集電リード板と封口体下面との接触部分を溶接する第２溶接工程とを備えたことを特徴とする蓄電池の製造方法。
4. 前記スペーサは耐電解液性で機械的強度を有する絶縁物により構成したことを特徴とする請求項３に記載の蓄電池の製造方法。

Images