JP4876444B2 - 電池と電池製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、極板の端部が集電板に接続されている電極構造体を有する電池に関する。詳しくは、極板と集電板の接合部の信頼性が高い電池に関する。

極板の端辺を活物質無充填のリード部とし、このリード部の端部がその極板に略直交方向に伸びている集電板に接続されている電極構造体を有する電池が知られている。通常は、極板が相互に間隔を隔てた状態で積層されており、各々の極板のリード部の端部が各々の極板に略直交方向に伸びている共通の集電板に接続されている。
相互に直交する極板のリード部と集電板を接合するために、現状では両者をロウ付けする。例えば、特許文献１に、ニッケル（Ｎｉ）ロウ材を使用することによって、極板のリード部と集電板をロウ付けする技術が記載されている。詳しくは、集電板の接合面に沿ってＮｉロウ材を塗布し、極板のリード部を集電板に対して直交するように配置し、リード部の端部に接する面と反対側の面から集電板にエネルギービームを照射してＮｉロウ材を溶融させることによって、集電板と極板をロウ付けする方法が記載されている。

特開２００１−９３５０５号公報

特許文献１の方法によると、集電板の接合面に沿ってＮｉロウ材を塗布する際に、Ｎｉロウ材の塗布厚がばらつくことが避けられない。Ｎｉロウ材の塗布厚がばらつくと、集電板と極板の接合部の電気抵抗にばらつきが生じる。
さらに、ロウ材自体のコストやロウ材の塗布に伴う製造コストが高い。

そこで本発明では、相互に直交する極板と集電板を接続するにあたって、接合部の電気抵抗の安定性を確保しながらも、従来よりも低コスト化できる電極構造体を用いた電池及びその製造方法を提案する。

本発明によって実現された電池は、極板のリード部の端部が、その極板に略直交方向に伸びている集電板に接合されている電極構造体を有する。その電極構造体は、極板のリード部の端部に突起が形成されており、その突起の周りが、少なくとも集電板を形成する金属が溶融してから凝固したフィレットによって充填されていることを特徴とする。

上記の電極構造体は、集電板自身と極板の一部分であるリード部の突起が強固に接合し、極板と集電板が確実に接合される。このため、集電板と極板の接合部の電気的抵抗が低い。特に、電極構造体を量産するときに、集電板と極板の接合部の電気的抵抗が安定しており、ばらつきが少ないという優れた長所を有している。性能が高い電池を安定して量産することができる。しかも、従来のようにロウ材を必要としないため、ロウ材自体のコストやロウ材の塗布に伴う製造コストが掛からず、安価な電池とすることができる。

ここでいう「電極構造体」は、極板と集電板とが一体化された構成のものをいい、正極活物質が塗布された正極板を有するものは「正極構造体」であり、負極活物質が塗布された負極板を有するものは「負極構造体」となる。
本発明は、正極構造体と負極構造体のうちの少なくとも一方に適用することで技術的有用性を発揮し、正極構造体と負極構造体の双方に本発明を利用する必要は必ずしもない。もちろん、正極構造体と負極構造体の双方に本発明を利用することが好ましい。

本発明は、複数枚の極板が共通の集電板に接合される場合に特に有用である。この場合の電池は、活物質が塗布されている極板が相互に間隔を隔てた状態で積層されており、各々の極板のリード部の端部が各々の極板に略直交方向に伸びている共通の集電板に接合されている電極構造体を有する。
本発明の電極構造体の場合、各々の極板のリード部の端部に突起が形成されており、各々の突起は積層方向から見て同一位置に存在している。複数枚の極板の複数枚の突起が集電板に形成されている同一溝に入り込んでおり、各々の突起の周りが少なくとも集電板を形成する金属が溶融してから凝固したフィレットによって充填されていることを特徴とする。
複数枚の極板を有する電極構造体を利用すると、活物質層の表面積を広く確保することができ、高容量で高出力の電池を実現することができる。

複数枚の極板を有する電極構造体を利用する場合、各々の極板のリード部に、極板の積層方向から見て同一位置に貫通孔が形成されていると好ましい。
リード部に形成された貫通孔は、電池製造時に、極板群を整列するために利用することができる。貫通孔に整列棒を挿入すると、極板群の貫通孔が積層方向から見て同一位置に揃い、その結果、各々の極板のリード部の端部に形成されている突起もまた積層方向から見て同一位置に揃えられる。そのために、集電板に形成された共通溝に突起群が挿入され、各々の突起の周りにフィレットが均一に充填される。
上記の電極構造体を有する電池は、高容量で高出力である。集電板と極板の接合部の電気的抵抗が安定しており、ばらつきが少ないという優れた長所を有している。高容量で高出力で性能が高い電池を安定して量産することができる。

本発明は新たな電池製造方法をも提供する。本方法は、極板が相互に間隔を隔てた状態で積層されており、各々の極板のリード部の端部が各々の極板に略直交方向に伸びている共通の集電板に接合されている電極構造体を有する電池を製造する方法である。
本発明の製造方法は、端部に突起が形成された極板を複数枚用意する工程と、各々の極板を相互に間隔を隔てた状態で積層するとともに各々の突起が積層方向から見て同一の位置に存在するように整列する工程と、整列した複数枚の突起を挿入可能な溝が形成された集電板を用意する工程と、整列した複数枚の突起を集電板の溝に挿入する工程と、集電板の極板と接する面とは反対側の面にエネルギービームを照射し、溝を形成する部分の金属を溶融させ、各々の突起の周りを少なくとも集電板を形成する金属が溶融して凝固したフィレットで充填し、各々の極板と集電板とを接合する工程を備えている。
かかる方法によれば、共通の集電板に対して各々の極板の各々の突起が強固で確実に接合された電池を得ることができる。

また、本発明の製造方法では、整列用の貫通孔が同一位置に形成された極板群を採用することが好ましい。
この場合、複数枚のリード部の貫通孔に整列棒を差し込むことによって各々の極板を整列することができ、整列した極板群と集電板を接合した後に、貫通孔から整列棒を抜き取る工程を実施することによって電極構造体が製造される。
なお整列棒は、接合加工終了後に抜き取ることによって、再利用することができる。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）貫通孔は、活物資が塗布されていない領域（リード部）に形成されている。
（形態２）突起は略三角形状である。
（形態３）突起は半円状である。
（形態４）本発明は、極板がそれに略直交する集電板に接合されている電極構造体を有する電池に広く適用することができ、電池の種類に制限はない。例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、及びリチウム二次電池（リチウムイオン二次電池）等の二次電池や、マンガン電池、リチウム電池等の一次電池に適用することができる。例えば、ニッケル水素電池で使用されるような、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して交互に積層されてなる積層型電極体を有する電池は、本発明が適用できる電池の典型的例である。

以下、本発明の電池とその製造方法の実施例を説明するが、本発明を以下の説明及び関連する図面に示す形状に限定することを意図したものではない。
なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電池の種類、セパレータの構成等）は、当該分野における当業者の技術常識から把握することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて実施することができる。

先ず、図１に基づいて、本実施例に係る電池１０の概要について説明する。
図１は、電池１０の構成を示す分解斜視図であり、電池ケース１２から一点鎖線に沿って内部構造を引き出し、内部構造を負電極構造体４０と正電極構造体２０とセパレータ３０に分離した様子を示している。
図１に示すように、本実施例に係る電池１０は、複数枚の負極板４４を共通の負極集電板４２に接合した負極構造体４０と、複数枚の正極板２４を共通の正極集電板２２に接合した正極構造体２０と、各々の負極板４４と各々の正極板２４の間に介在するように配備されているセパレータ３０と、これらを内部に収容する電池ケース１２から構成されている。負極集電板４２は、電池ケース１２を閉じる密閉板（蓋材）としても利用される。

図２には、本実施例に係る負極板４４の形状とそれに対応する負極集電板４２の断面形状を示す。
負極板４４は、略長方形に成形されたニッケル製の平板材からなる。図１と図２に示すように、負極板４４の両面に水素吸蔵合金粉末を含む負極活物質層４８が形成されている。また、負極板４４は、負極集電板４２に接合される端部４７と、端部４７の付近の板材が露出したリード部４６が形成されている。なお、リード部４６の図２の上下方向の距離は、負極活物質層４８の上下方向の距離よりも短く構成されている。リード部４６には貫通孔４５ａ，４５ｂが設けられており、一方の孔４５ａは円形であり、他方の孔４５ｂは小判型に形成されている。なお、負極板としてニッケル製のパンチングメタルを用いることもできる。
負極集電板４２に接合する端部４７には、接合する負極集電板４２に向けて凸となる略三角形状の突起５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが形成されている。図１に示すように、負極集電板４２の上方側に外部負極端子５１が形成されており、外部負極端子５１に近い部分では、突起５０ａ，５０ｂ，５０ｃの形成間隔が狭められている。外部負極端子５１に近い部分に負極集電板４２と負極板４４の接点である突起群５０を集めると、電池１０の内部抵抗が低くなるので好ましい。

負極集電板４２は負極板４４に直交し、負極板４４の端部４７が負極集電板４２に面する位置関係に配置されている。負極集電板４２は、ニッケルメッキ鋼板製の板体で形成されている。負極集電板４２には、図２に示すように、突起５０ａに対応する位置に突起５０ａを収容する溝５２ａが形成されており、突起５０ｂに対応する位置に突起５０ｂを収容する溝５２ｂが形成されており、突起５０ｃに対応する位置に突起５０ｃを収容する溝５２ｃが形成されており、突起５０ｄに対応する位置に突起５０ｄを収容する溝５２ｄが形成されている。以下では、突起５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに共通する事象を説明する場合は突起５０と総称し、溝５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに共通する事象を説明する場合は溝５２と総称する。この規則は他の部材についても適用される。
図３に負極集電板４２の溝５２付近の形状を示す。溝５２の溝底部のコーナでは丸く曲線状に成形されている。溝５２を形成するために、矢印Ｘ、Ｙの位置に加圧ローラーをあてて転動させる。溝５２はプレス加工で形成された二本の突条５３，５４の谷間に形成されている。図１にも、溝５２を形成する二本の突条５３，５４が図示されている。

図６は、負極板４４が負極集電板４２に接合した状態を示しており、負極板４４の突起５０の周りに、負極集電板４２を形成する金属（ニッケルメッキ鋼板成分）、又は負極集電板を形成する金属とリード部を形成する金属との双方の金属が溶融して凝固したフィレット６２が充填している。フィレット６２が突起５０の周りを充填して突起５０に強固に接合していることによって、負極板４４と負極集電板４２の接合部での電気抵抗が低く、負極板４４と負極集電板４２の機械的接合強度は高い。

図１に示すように、正極板２４は、略長方形に成形されたニッケル製の平板材からなる。正極板２４の両面に水酸化ニッケルを含む正極活物質層２８が形成されている。また、正極板２４は、正極集電板２２に接合される端部２７と、端部２７の付近の板材が露出したリード部２６が形成されている。なお、リード部２６の図１の上下方向の距離は、正極活物質層２８の上下方向の距離よりも短く構成されている。リード部２６には貫通孔２５ａ，２５ｂが設けられており、一方の孔２５ａは円形であり、他方の孔２５ｂは小判型に形成されている。
なお、正極板として発泡ニッケル板の内部に活物質を充填した構成としてもよい。この場合、リード部は活物質未充填の発泡メタルを加圧圧縮するとともに、その一面にニッケルリード板を溶接したものを用いることができる。
正極集電板２２に接合する端部２７には、接合する正極集電板２２に向けて凸となる略三角形の突起（負極板４４の突起５０と同様であるので図示しない）が、所定の間隔をあけて４箇所に形成されている。この間隔は正極板２４と正極集電板２２との接合部が、電池ケース１２の二箇所に形成されている外部正極端子１４に対応しないように形成されている。

正極集電板２２は正極板２４に直交し、正極板２４の端部２７が正極集電板２２に面する位置関係に配置されている。正極集電板２２は、ニッケルメッキ鋼板製の板体で形成されている。正極集電板２２には、正極板２４の端部２７に形成されている突起に対応した位置に、その突起を収容する溝が形成されている。なお、溝の形状と、溝の形成法については、負極側と同様であるため重複する説明は省略する。
正極板２４の突起の周りに、正極集電板２２を形成する金属（ニッケルメッキ鋼板成分）、又は正極集電板２２を形成する金属とリード部を形成する金属の双方の金属が溶融して凝固したフィレットが充填している。正極集電板２２の一部であるフィレットが正極板２４の突起の周りを充填して突起に強固に接合していることによって、正極板２４と正極集電板２２の接合部での電気抵抗が低く、正極板２４と正極集電板２２の機械的接合強度は高い。その接合の様子は図６と同様である。

セパレータ３０は、一枚の長尺状の多孔質ポリプロピレンシートを襞状に折り返したものを使用している。そして各々の正極板２４，４４を、その襞の間に挟みこむようにして分離している。なお、セパレータ３０は、他のオレフィン系樹脂（例えばポリエチレン）からなる多孔質シートやポリアミド（例えばナイロン）からなる不織布を用いてもよい。また、セパレータ３０は各々の正極板を袋状に包んだ構成としてもよい。

本実施例の電池１０の電池ケース１２内には、所定枚数の負極板４４と正極板２４が、セパレータ３０を介して交互に積層した状態（積層体）で収容されている。積層体で収容されることで極板間には最適な間隔が形成される。例えば、隣り合う二枚の負極板４４，４４の間には、一枚の正極板２４と二枚のセパレータ３０が挟まれている。このため、各々の負極板４４，４４の間には、一枚の正極板２４と二枚のセパレータ３０の合計の厚さ分の間隔が形成されている。
負極板４４の負極活物質層４８と正極板２４の正極活物質層２８は、同寸同形状であり、セパレータ３０を介して向かい合う。負極板４４のリード部４６はその積層部から負極集電板４２側に延出し、正極板２４のリード部２６はその積層部から正極集電板２２側に延出している。負極板４４の貫通孔４５ａ，４５ｂと、正極板２４の貫通孔２５ａ，２５ｂは、積層部から外れたリード部の位置に存在している。

一面が開口した略直方体形状の電池ケース１２に、電池１０の構成要素（正極構造体２０と負極構造体４０とセパレータ３０）が収容されている。開口部を上にしたときの電池ケース１２の底面に、正極集電板２２と接合される外部正極端子部１４が形成されている。電池ケース１２の側面の一つには、内圧解放用の安全弁１６が備えられている。
負極集電板４２は、電池ケース１２の蓋材でもあり、電池ケース１２の開口を封止する。負極集電板４２の外面には外部負極端子５１が形成されている。負極集電板４２を電池ケース１２の開口に挿入し、負極集電板４２を収容している電池ケース１２の縁部をレーザー溶接等で接合することによって、電池１０は封止されている。なお、正極集電板２２と外部正極端子部１４は、絶縁ガスケットなどを用いて、電池ケース１２から絶縁されている。

電池ケース１２の内部には、水酸化カリウムを主な溶質とするアルカリ性電解液が注入されている。電解液は、セパレータ３０に含浸された状態で保持されている。なお、他のアルカリ成分（例えば水酸化ナトリウム）を主な溶質とするアルカリ性電解液を用いてもよい。

次に、負極構造体４０の製造方法を図２〜６を参照して説明する。図４には、負極集電板４２の溝５２に負極板４４の突起５０を挿入した状態を示す。図５には、接合時のエネルギービームの照射経路５８を示す。図６には、電子ビーム６０によって形成されたフィレット６２が突起５０の周りに充填している様子を示す。
なお、正極構造体２０は負極構造体４０と同様の要領で作製すればよいので、正極構造体２０の製造方法の詳細な説明は省略する。

最初に、所定枚数の負極板４４と正極板２４を、セパレータ３０を介して交互に積層した積層体を作製する。このとき、図示しない４本の整列棒を平行に配置し、各々の極板２４，４４の貫通孔２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂを整列棒に差し込むことによって、極板２４，４４を整列させる。整列棒に差し込むことで、貫通孔２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂが積層方向から見て同一位置に揃えられる。この結果、突起５０は積層方向から見て同一位置に揃えられる。貫通孔２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂは、リード部２６，４６に形成されているために、貫通孔２５ａ，２５ｂのための整列棒が負極板４４の積層を邪魔することがなく、貫通孔４５ａ，４５ｂのための整列棒が正極板２４の積層を邪魔することもない。貫通孔２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂを整列棒に差し込んでおけば、積層体は整列状態を維持する。
積層体を作製することで、極板間に最適な間隔が形成される。例えば、隣り合う二枚の負極板４４，４４の間には、一枚の正極板２４と二枚のセパレータ３０が挟まれる。このために、隣り合う負極板４４の間には、一枚の正極板２４と二枚のセパレータ３０の合計の厚さ分の間隔が形成される。同様に、隣り合う正極板２４の間には、一枚の負極板４４と二枚のセパレータ３０の合計の厚さ分の間隔が形成される。

次に、整列した負極板４４の突起５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄのそれぞれの列を、負極集電板４２のそれぞれの溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに挿入する。整列棒によって複数枚の負極板４４の積層状態が維持されているので、突起５０の列を溝５２に挿入する作業を容易に行うことができる。
本実施例に係る負極板４４の突起５０は略三角形に形成されており、負極集電板４２の溝５２は溝底部が曲線状に形成されている。負極板４４の突起５０を溝５２に挿入すると、溝５２と突起５０との間に空間５６が形成される（図４参照）。

そして、負極集電板４２の外面側から電子ビーム６０（図６参照）を照射する。これにより負極板４４の突起５０と負極集電板４２の溝５２が接合される。
負極集電板４２の外面側から電子ビーム６０を照射すると、負極集電板４２の金属（ニッケルメッキ鋼板成分）が溶融する。図５に示すように、電子ビーム６０は経路５８に沿って照射する。このような照射経路５８をとることにより、負極集電板４２を形成する金属は、溝５２を形成する部分において、帯状に溶融される。溶融した金属は、溝５２と突起５０の間隔に侵入し、凝固する。突起５０の周りは、溶融して凝固したフィレット６２（図６参照）によって充填される。接合処理後の負極集電板４２は、接合処理によって接合部近辺の金属が溶融して前記空間５６に流入するため、接合処理前よりも負極集電板４２の凹凸が均されている（図６参照）。上述のとおり、整列棒によって複数枚の負極板４４は安定しているため、突起５０と負極集電板４２を接合する作業を容易に行うことができる。
なお、図６に示すように、負極集電板４２に照射される電子ビーム６０は、照射経路とその周辺の負極集電板４２、又は負極集電板４２と突起５０の表面部を溶融する。

このようにして接合された負極板４４と負極集電板４２は、フィレット６２によって強固に接合されているため、接合部の信頼性が高く、従来のＮｉロウ材の使用時に問題となっていた接合強度のばらつきが抑制されている。また、このような負極構造体４０を用いる電池１０は、前記接合部の信頼性が高く、電気的抵抗や機械的強度が好ましいレベルで安定している。

負極集電板４２と負極板４４の接合処理が完了したら、次に正極集電板４２と正極板４４の接合処理を実施する。このときも、突起群は積層双方から見て同一位置に揃っており、正極集電板４２に形成されている溝に簡単に収容することができる。正極集電板２２の外側面から電子ビームを照射すると、正極板４４の突起の周りに正極集電板２２、又は正極集電板２２と突起の表面部が溶融して凝固したフィレットが充填され、正極集電板４２と正極板４４が接合される。接合処理自体は、負極集電板４０と同様に行われるため、重複した説明は省略する。

正極側の接合処理を先に実施し、その後に負極側の接合処理を実施してもよい。あるいは正極側の接合処理と負極側の接合処理を同時に実施してもよい。
正極側の接合処理と負極側の接合処理が完了したら、整列棒を抜き出す。以上によって、電極構造体が製造される。

本実施例に係る電池は、次のようにして作製する。
負極構造体４０と正極構造体２０とセパレータ３０を含む電極構造体を、正極集電板２２が外部正極端子１４に接するように電池ケース１２に収容する。その後に正極集電板２２と外部正極端子１４をレーザー溶接によって接合する。
負極集電板４２は電池ケース１２を封止する蓋材も兼ねているので、電池ケース１２の縁部と負極集電板４２の縁部とをレーザー溶接して接合する。
その後、電池ケース１２の側面にある電解液注入口（後に安全弁１６となる）から電解液を注入し、その注入口を閉塞するように安全弁１６を取り付ければ、本実施例に係るニッケル水素電池１０が完成する。

以上に説明した実施例は、種々の変更、修正、変形、及び／又は改良が可能である。本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができる。従って、本発明に係る装置及び方法は、全ての周知又は後に開発された変更、修正、変形、及び／又は改良を含むことを意図する。
例えば、電極構造体を構成する極板は、集電板と接合する端部の所定の位置に突起が形成されていればよく、他の要素は特に制限されない。
極板の構成材料は、採用される電池の種類において、従来から使用されている極板を選択すればよい。例えば、ニッケル水素電池の正極構造体ではニッケル製の極板が、また、リチウム二次電池の正極構造体ではアルミニウム製の極板が選択される。
集電板と接合する極板の端部に形成される突起の形状も、特に限定されない。典型的な形状として、例えば、略三角形、略半円形及び略台形が挙げられる。また、突起の表面には集電板のフィレットとの濡れ性を高める加工（例えば粗面加工）を施してもよい。

各々の極板に形成される突起の位置や数は、電池の形状や構成から適宜設定される。
例えば、略矩形の平板からなる極板を複数枚平積みにし、その端部を集電板に接合することで形成される電極構造体を有する筐体形状の電池に適用する場合には、各々の端部に形成される突起は、所定の間隔をあけて複数箇所に備えられる形態が好ましい。かかる形態では、電極表面（極板表面）における電極反応の反応むらを抑制することができ、電力を効率よく取り出すことができる。なお、この間隔は一定である必要はない。例えば、使用時の内部抵抗を下げるために、外部端子付近の突起の間隔を狭めてもよい。一枚の極板が複数の突起によって複数箇所で集電板と接合すると、極板と集電板との接合状態がよくなり、接合部の信頼性が高くなる。
更に、突起の形成位置や数が各々の極板で共通して設けられた形態が好ましい。この場合、極板の積層方向に沿って突起の列が形成されるので、接合処理に係るエネルギービームの照射が容易になる。また、個々の突起と集電板との接合にばらつきが阻止されるため、信頼性がさらに向上する。

なお、各々の極板は、整列用（位置決め用）の貫通孔があるものを用いるとよい。このような極板を用いると、積層した状態で貫通孔に整列棒を差し込むだけで、各々の極板の位置のばらつきを抑えて整列することができる（即ち、貫通孔を設けておくことによって、極板の位置決めが容易になる）。貫通孔と整列棒の組み合わせにより、接合加工時の処理が更に容易になる。
なお、貫通孔は二以上に設けられる形態が好ましい。二箇所に設ける場合、一方の孔を円形に、他方の孔は小判型に施すと、極板の寸法公差を吸収して安定的に整列することができる。

なお、本発明は、一又は二以上の極板を捲回してなる捲回構造の電極構造体を有する電池（例えば円筒型電池）にも適用することができる。かかる構成の電極構造体の場合も、極板のリード部の端部には、集電板と接合される突起が形成される。なお、突起の位置や個数は特に限定されないが、適当な間隔をあけて複数箇所に設けられる形態が好ましい。例えば、捲回中心から放射状に突起の列が形成されるように構成された極板が採用された場合には、極板を積層した上述の形態の電池と同様に本発明を好適に実施し得る。

電極構造体を構成する集電板は、エネルギービームによって溶融可能な金属から構成されればよく、特に限定されない。例えば、本発明をニッケル水素電池に適用する場合には、従来のニッケル水素電池において集電板として用いられている鉄系金属（例えばニッケルメッキ鋼板）が用いられる。鉄系金属からなる集電板は電子ビーム等で容易に溶融することができる。
集電板と極板（極板の突起）との接合は、エネルギービームで溶融した集電板の金属、又は集電板と突起の金属からなるフィレットを介してなされるため、集電板と極板とを強固に一体化することができる。また、集電板が金属で構成されることにより、電極反応によって生じる電力を確実に伝導させることができる。

集電板は、極板の突起を挿入し得る凹部を極板と接合する面側に有するものが好ましい。かかる凹部は、極板の一つ一つの突起が挿入されるように形成される。例えば、複数枚の極板を整列することで突起の列が形成される場合には、その突起の列をまとめて挿入できるような溝が設けられたものが好ましい。かかる溝の成形方法は、従来から金属加工技法を適宜選択すればよく、本発明を特徴付けるものではないので詳細な説明は省略する。典型的にはプレス加工やロールプレス加工によって成形される。
また、溝は、極板の突起を挿入したときに突起形状に密着する形状としてもよいが、より好ましくは、溝内に多少の空間が残されるように成形される。例えば、略三角形の突起を有する極板と接合する場合、集電板には底部に丸みを有する溝が形成された集電板が用いられる。
かかる空間は、エネルギービームによって溶融した集電板の金属が流入し、その溶融金属からなるフィレットが充填される。このようなフィレットが集電板と極板とを介すことで、両者の接合は強くなる。

本発明に係る集電板は、電池の容器の一部をかねることもできる。例えば、電極体（正極板、負極板及びセパレータとを含むコア部分）と電解質とを収容する容器本体とその本体を封止する密閉板（蓋材）とで容器を構成する場合、密閉板として一方の極性の集電板を用いることができる。また、容器状に成形された集電板を用いると、集電板自体を容器本体として用いることができる。一方の極性の集電板を容器本体に、また、他方の極性の集電板を密閉板に用いることもできる。また、両端部が開口した筒状の収容部を別部材として用いる場合には、その両端部の少なくともどちらか一方を集電板で封止することができる。
なお、電池の容器自体は、本発明を特徴付けるものではないので、詳細な説明は省略する。

なお、電極構造体を構築する際、極板と集電板との接合に要するエネルギービームは、照射対象である集電板の局部とその周辺を溶融し得る能力があればよく、集電板の材質や厚み等の条件に合わせて適宜選択することができる。このようなエネルギービームとしては、例えば、電子ビームの他、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザー、半導体レーザー、エキシマレーザーなどの各種レーザービームが挙げられる。

例えば、上記実施例ではニッケル水素電池を例示したが、本発明の形態はリチウム二次電池等の二次電池や種々の一次電池にも適用することができる。また、上記実施例では、負極板と負極集電板との接合によって形成される負極構造体、及び、正極板と正極集電板との接合によって形成される正極構造体のいずれにも本発明を適用しているが、一方の極性の電極構造体のみに本発明を適用してもよい。

本発明の一実施例に係る電池の分解斜視図である。 同実施例に係る負極板と負極集電板の断面の概要を示した模式図である。 同実施例に係る負極集電板の溝の形状と形成方法を示した説明図である。 同実施例に係る負極集電板の溝に極板の突起の列を挿入したときの部分詳細図である。 同実施例に係るエネルギービームの照射経路を示した図である。 同実施例に係る極板の突起と集電体のフィレットの様子を示す部分詳細図である。

符号の説明

１０ 電池
２０ 正極構造体
２２ 正極集電板
２４ 正極板
４０ 負極構造体
４２ 負極集電板
４４ 負極板
５０ 突起
５２ 溝

Claims (4)

1. 極板が相互に間隔を隔てた状態で積層されており、各々の極板のリード部の端部が各々の極板に略直交方向に伸びている共通の集電板に接合されている電極構造体を有する電池であり、
   各々の極板の前記端部に突起が形成されており、
   各々の突起は積層方向から見て同一位置に存在し、
   複数枚の極板の複数枚の前記突起が集電板に形成されている同一溝に入り込んでおり、
   各々の突起の周りが、少なくとも集電板を形成する金属が溶融してから凝固したフィレットによって充填されていることを特徴とする電池。
2. 各々の前記極板のリード部に貫通孔が形成されており、各々の貫通孔は積層方向から見て同一位置に存在することを特徴とする、請求項１に記載の電池。
3. 極板が相互に間隔を隔てた状態で積層されており、各々の極板のリード部の端部が各々の極板に略直交方向に伸びている共通の集電板に接合されている電極構造体を有する電池の製造方法であり、
   前記端部に突起が形成された極板を複数枚用意する工程と、
   各々の極板を相互に間隔を隔てた状態で積層するとともに各々の突起が積層方向から見て同一の位置に存在するように整列する工程と、
   整列した複数枚の突起を挿入可能な溝が形成されている集電板を用意する工程と、
   整列した複数枚の突起を集電板の溝に挿入する工程と、
   集電板のリード部と接する面と反対側の面にエネルギービームを照射し、少なくとも溝を形成する部分の金属を溶融させ、各々の突起の周りを溶融した金属が凝固したフィレットで充填し、各々の極板のリード部と集電板を接合する工程と、
   を備える電池の製造方法。
4. 前記極板群には、積層方向から見て同一位置に貫通孔が形成されており、
   前記整列工程では、複数枚のリード部の貫通孔に整列棒を差し込むことによって各々の極板を整列し、
   前記接合工程によって各々の極板のリード部と集電板を接合した後に、前記貫通孔から前記整列棒を抜き取る工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。

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