JP4107468B2

JP4107468B2 - 電池

Info

Publication number: JP4107468B2
Application number: JP2000370993A
Authority: JP
Inventors: 亜矢小林; 知徳岸本; 伊藤　　隆
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002175792A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タブレス方式の極板群に板状の集電端子を溶接して成る電池に関するもので、低価格で容積効率および電気的特性の信頼性に優れた電池を提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に優しいハイブリッド電気自動車や電気自動車用の実用化が進行している。更なる普及のための重要課題として、動力源である電池に関して価格低減、走行距離を伸ばすためのエネルギー密度の向上等が採り挙げられている。また、これらの用途には複数の単電池を集合した組電池が用いられるため、単電池の性能について信頼性の向上が求められている。
【０００３】
電池のコストおよび容積、重量の低減および電気的性能の信頼性向上に関して、電池の構造および部品、とりわけ集電に関係する構造および部品の改良は重要である。同改良に関して既に幾つかの提案が成されている。主な事項を挙げると、第１は極板の基板端部を極板群の一面に突出させ、該基板端部と板状集電端子を抵抗溶接したタブレス方式の集電構造の採用である。本構造は極板群に複数の集電用のタブやリードを必要としないので、極板群と端子間の距離が縮まり、両者の間に生ずる無駄な空間が占める容積を低減できる。また極板群に集電体を溶接する工程の能率向上にも有効である。
【０００４】
第２は集電端子の改良である。板状集電端子の溶接箇所の間に切り欠き部（スリット）を備えたこと、およびスリット縁部を集電端子の平面に対して垂直になるように折り曲げ、該折り曲げ部（以下櫛歯と記述する）の端部を極板の基板端部に当接して溶接する。前記スリットを設けたことによって溶接時の無効電流を抑制でき、溶接の信頼性が高めることができる。また、前記櫛歯も基板端部と集電端子の溶接の信頼性を高めるのに有効である。
【０００５】
しかし、従来のように板状集電端子を部分的に折り曲げて櫛歯を形成する構造では、加工が煩雑で集電端子が高価になる欠点があった。
【０００６】
また、櫛歯形成工程において集電端子に変形を生じる虞があり、櫛歯と極板の基板端部との間に当接の不十分が生じるために溶接不良を引き起こす場合があった。さらに、集電端子に変形を生じていない場合においても、集電端子と極板との溶接不良を確実に無くすことができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来電池の欠点に鑑み、集電端子の構造を改良することによって電池の価格低減を図り、電気的性能面での信頼性を向上するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、曲げ加工により櫛歯を設けた櫛歯部品を集電端子本体に溶接する工程と、正極板、セパレータおよび負極板を積層した極板群の一面から突出した少なくとも一方の極板の基板端部に、前記集電端子本体に溶接された前記櫛歯部品の前記櫛歯を溶接する工程とを含むことを特徴とする電池の製造方法である。
【０００９】
また、本発明は板状集電端子の外部端子との接合箇所に抵抗溶接用のプロジェクションを設けることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図３および図４は本発明に係る電池の正極集電端子１の１形態を示す図である（負極集電端子は、形状、材質共に正極集電端子と同じものを適用できるので、記述を省略する）。図３は集電端子の側面図、図４は櫛歯を溶接によって取り付けた面の正面図である。図３に示す如く、集電端子は板状の集電端子本体１と櫛歯部品３の２つの部品で構成される。櫛歯部品３は対向する２辺を垂直に折り曲げ、平面部を集電端子本体１の面に溶接している。
【００１１】
従来の集電端子の場合、櫛歯を設けるために集電端子本体に先ずスリットを設け、そのエッジ部分を折り曲げなければならず、製造工程が煩雑であった。また、スリットのエッジ部分の折り曲げ工程で、集電端子本体に変形が生じるか虞があった。本発明に係る電池の集電端子は、予め両辺を折り曲げることにより櫛歯を形成した櫛歯部品３を板状集電端子２に溶接するだけの簡単な工程で済み、その分安価にできる。
【００１２】
本発明に係る集電端子の櫛歯は、肉厚が０．０５〜０．１ｍｍ、高さが０．３〜０．７ｍｍで、集電端子本体の肉厚は０．３〜０．８ｍｍであることが望ましい。
【００１３】
前記櫛歯の肉厚は機械的強度およびそこを流れる電流の大きさに見合うように設定される。櫛歯の肉厚が小さくなると極板の基板端部との溶接箇所の接合面積が小さくなるため、該箇所の電気抵抗が大きくなる。櫛歯の肉厚が０．０５ｍｍを下回ると、前記溶接箇所の電気抵抗が大きくなることにより電池の高率放電性能の低下を招く。
【００１４】
また、櫛歯の肉厚が大きいと、該櫛歯と基板端部とを抵抗溶接によって溶接することが困難になる。櫛歯の肉厚が０．１ｍｍを超えると、確実に溶接することができず、一部の極板の基板端部との溶接不良を招く。該溶接不良は、所定の放電性能が得られない等の電気的性能面での信頼性の低下に繋がる。従って、櫛歯の肉厚は前記の範囲内で、櫛歯の数および流れる電流の大きさを考慮して設定されることが望ましい。
【００１５】
櫛歯の高さは、櫛歯の肉厚同様櫛歯と基板端部との溶接箇所の接合面積に影響する。すなわち、高さが低いと接合面積が小さくなる。櫛歯の高さが０．３ｍｍを下回ると接合面積が小さく、溶接箇所の電気抵抗が高くなるため、電池の高率放電性能の低下を招く。また櫛歯の高さが高いと、溶接の過程で溶融しない櫛歯が残る。このため、基板端部と集電端子本体の間に隙間が生じ、その分無駄な空間となるため、電池の容積効率の低下を招く。従って櫛歯の高さは前記の如く０．３〜０．７ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【００１６】
集電端子本体２の肉厚は０．３〜０．８ｍｍ、更には０．４〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００１７】
電池内を流れる全ての電流が集電端子本体２を流れる。また集電端子本体２は極板群を構成する全ての正極板または負極板を束ねる役目を担っている。集電端子本体の肉厚が薄いと、電気抵抗がたかくなり、また機械的強度が低下する。集電端子本体の肉厚が０．３ｍｍを下回ると電気抵抗が高いため、電池の高率放電性能の低下を招く。また、集電端子の機械的強度の不足により、全極板を束ねることが困難であり、さらに抵抗溶接過程で加わる荷重に耐えられず、変形する虞も生じる。従って、集電端子の肉厚は０．３ｍｍ以上、更には０．４ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１８】
集電端子本体の肉厚が大きくなると、集電端子と極板基板端部を溶接する時の無効電流が増すため溶接が困難になり、溶接の信頼性が低下する。また集電端子の重量が大きくなるため、電池の重量効率の低下を招く。集電端子本体の肉厚は、流れる電流の大きさ、極板の枚数、集電端子の通電経路の長さ等を考慮した上で０．８ｍｍ以下、更には０．６ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１９】
本発明によれば集電端子の加工を容易にできるので、価格の低減を図ることができる。さらに、本発名によれば集電端子本体と櫛歯を別部品としたことによって、それぞれの肉厚を個別に最適な値に設定できる。このことは、集電端子本体の一部を折り曲げて櫛歯を形成していた従来の集電端子では成し得なかったことである。また集電端子本体と別部品である櫛歯部品に予め曲げ加工を施すので、集電端子本体に変形を生じる虞が無い。
【００２０】
図３および図４に示した如く、本発明に係る集電端子本体１の外部端子との接合箇所に抵抗溶接用プロジェクション６を設ける。集電端子本体および外部端子側の接合部品共に肉厚が大きいため抵抗溶接によって接合することが困難であるが、該プロジェクションの配置によって集電端子と外部端子の接合が確実になるため、電池の電気的性能の信頼性向上に繋がる。
【００２１】
本発明が適用される電池の種類は特に限定されるものではない。例えばニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等のアルカリ蓄電池、リチウム二次電池等に適用できる。また、電池および極板群の形状も特に限定されるものでは無い。角形および円筒形電池、積層式極板群を備える電池、捲回式極板群を備える電池いずれにも適用できる。
【００２２】
（実施例）
以下に積層式極板群を備えた角形のニッケル水素電池を例に採って本発明の詳細を説明する。図１は本実施例電池に係る集電端子を取り付けた極板群の斜視図である。図２はどう極板群を極板側から見た図である。
【００２３】
幅が３０ｍｍ、高さが１２０ｍｍ、容量密度５００ｍＡｈ／ｃｃのペースト式ニッケル正極板（図２では隠れて見えない）１２枚と、幅が３０ｍｍ、高さが１２０ｍｍで厚さが０．３ｍｍの鋼板式水素吸蔵合金負極板４ａを１３枚、厚さ０．１５ｍｍのポリプロピレン不織布製のセパレータ４ｂを積層して極板群４とした。
【００２４】
正極板は厚さ０．５ｍｍのニッケル製多孔質基板に水酸化ニッケル粉末を主成分とする合剤を充填したものであり、長辺の１辺に幅２ｍｍの帯状の未充填部分を設けた。該未充填部分に厚さ０．３ｍｍのニッケル板を溶接した。
【００２５】
負極板は厚さ０．０６ｍｍの鋼板製基板上に水素吸蔵合金を主成分とする合剤を塗布したもので、長辺の１辺に幅２ｍｍの帯状の未塗工部分を設けた。正極板と負極板は幅方向に２．５ｍｍずらして積層し、極板群の１方の側面に正極板の未充填部分にニッケル板を溶接した基板端部を、対向する他方の側面に負極板の未塗工部分から成る基板端部を突出させた。
【００２６】
前記極板群を固定し、極板群の側面に突出させた正極板基板端部、負極板基板端部それぞれに、正極集電端子１および負極集電端子２の櫛歯３を当接し、抵抗溶接により溶接した。使用した集電端子は、厚さ０．４ｍｍのニッケル製集電端子本体２に厚さ０．０７ｍｍ、歯の高さが０．５ｍｍ、歯間距離が１４ｍｍの櫛歯部品３を溶接したものである。尚、溶接時の無効電流を低減し、溶接の信頼性を高めるため、集電端子本体２および櫛歯部品３の櫛歯と櫛歯の間に直径６ｍｍφの透孔５を設けた。
【００２７】
尚、図２では櫛歯３の存在を明示するために、やむを得ず極板の基板端部と正極集電端子１および負極集電端子２との間に隙間を開けて描いている。しかし実際には溶接によって櫛歯３が溶融するので、基板端部と集電端子本体の間には殆ど隙間を生じない。
【００２８】
該極板群を電槽に挿入し、集電端子１および２に設けたプロジェクション６および７（正極集電端子１に設けたプロジェクション６は、陰になって見えない）と外部端子のリードを溶接し、接合した。ＫＯＨの水溶液を主成分とする電解液を所定量注液し、常法により気密に密閉して電池とした。作製した電池は、高さが１３０ｍｍ、幅が３６ｍｍ、厚さが２０ｍｍで公称容量が１０Ａｈである。
【００２９】
（比較例）
前記櫛歯、プロジェクション、および透孔を設けない、厚さ０．４ｍｍのニッケル製集電端子を適用した以外は実施例と同一の条件で電池を作製した。
【００３０】
（放電性能評価）
作製した実施例電池と比較例電池を活性化した後、電流５Ａで２．５時間充電した。その後電流１５０Ａ（放電率１５Ｃ）、終止電圧０．８Ｖの試験条件で放電試験に供した。
その結果を図５に示す。
【００３１】
図５に示したように、本発明の実施例電池は、比較例電池と比べ放電電圧、放電容量共に高い性能を示した。
【００３２】
図６は実施例電池と比較例電池の極板群を構成する１２枚の全正極板と正極集電端子の間の電気抵抗を測定した結果を示す図である。特に比較例電池のＮｏ.１、Ｎｏ.８、Ｎｏ.１２の極板の抵抗値が高く、溶接不良が起きていることを示唆している。
【００３３】
図６に示したように、比較例電池では正極板と集電端子の間の抵抗値が２０ｍΩ〜４０ｍΩの間にありバラツキが大である。これに対して実施例電池では１５ｍΩ〜１６ｍΩと抵抗値の絶対値が小さいし、バラツキも小さい。
【００３４】
図５に示した実施例電池と比較例電池の放電性能の差は、主として極板と集電端子の、接合の良否の差に起因しているものと考えられる。すなわち、比較例電池と比べて、実施例電池が高い放電電圧値を示すのは、実施例電池の方が極板と集電端子間の電気抵抗の絶対値が小さいからである。また、比較例電池の放電容量が低いのは、前記のＮｏ.１、Ｎｏ.８、Ｎｏ.１２のように、一部の極板に集電不良が存在するために、活物質の利用率が低くなったためである。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によれば集電端子の価格低減を図ることができる。本発明によれば、集電端子と極板の基板端部を確実に溶接することができるので電池の高率放電性能および電気的性能の信頼性が向上する。本発明によれば、集電端子と外部端子の接合の信頼性を向上することができる。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電池の極板群の斜視図である。
【図２】本発明に係る電池の極板群を側面から見た図である。
【図３】本発明に係る電池の集電端子を側面から見た図である。
【図４】本発明に係る電池の集電端子を正面から見た図である。
【図５】実施例電池と比較例電池の放電曲線を示すグラフである。
【図６】正極板と正極集電端子の間の電気抵抗を示すグラフである。
【符号の説明】
１正極集電端子
２負極集電端子
３櫛歯
６、７プロジェクション

Claims

曲げ加工により櫛歯を設けた櫛歯部品を集電端子本体に溶接する工程と、正極板、セパレータおよび負極板を積層した極板群の一面から突出した少なくとも一方の極板の基板端部に、前記集電端子本体に溶接された前記櫛歯部品の前記櫛歯を溶接する工程とを含むことを特徴とする電池の製造方法。