JP5383154B2 - 円筒型二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの二次電池に係り、特に、セパレータを間にして正極板と負極板とが渦巻状に巻回された渦巻状電極群の上部より延出する一方極の芯体に一方極の集電体が溶接されているとともに、当該集電体が円筒状の金属製外装缶の開口部を封止する封口体に内部空間が形成された集電リードを介して溶接された円筒型二次電池に関する。

一般に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの円筒型二次電池は、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した後、正極および負極の端部に集電体を接続して電極体を形成し、この電極体を金属製外装缶に収納して正極集電体から延伸するリード部を封口体に溶接した後、封口体を外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。このような円筒型二次電池がＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）やＰＥＶ（Ｐｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの電気自動車の用途に用いられる場合、高出力が要求されるため、電池内部の抵抗を低減する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１（特開２００４−２３５０３６号公報）にて、電池内部の抵抗を低減するための手法が提案されるようになった。この特許文献１で提案された内部抵抗低減化の手法においては、正極集電体と封口体との間を筒状の集電リードで溶接して接続するようになされている。このような筒状の集電リードを用いることにより、正極集電体と封口体との間の集電経路が短くなるため、内部抵抗を低減させることが可能となる。

ところで、上述した特許文献１にて提案された筒状の集電リード３０においては、図６に示されるように、正極集電体４５と溶接される底部３２と、封口体４８（図１０参照）と溶接される頂部３１とが形成されている。そして、頂部３１で連続し、底部３２の中央部で突き合わされ、かつ底部３２は頂部３１よりも突出するように予め所定形状に形成された金属板を折り曲げ成型することにより形成されている。ここで、底部３２の中央部に対して対称の位置に正極集電体４５との溶接点となる突起部（プロジェクション突起）３２ｂが形成されていて、正極集電体４５に集電リード３０が溶接されることとなる。

この場合、溶接点となる各突起部（プロジェクション突起）３２ｂは底部３２の中央部の中間点を中心とする同心円上に位置するように形成されることとなる。なお、頂部３１の中心部には中心開口３１ａが形成されているとともに、この中心開口３１ａの周囲に中心開口３１ａの中心部を中心とする同心円上に位置するように封口体（図示せず）との溶接点となる突起部（プロジェクション突起）３１ｂが形成されていて、封口体４８（図１０参照）に集電リード３０が溶接されることとなる。
特開２００４−２３５０３６号公報

ところが、正極集電体４５との溶接点となる各突起部（プロジェクション突起）３２ｂが底部３２の限られた平面上に形成されているため、突起部（プロジェクション突起）３２ｂの配置個数には限界があった。このため、渦巻状電極群の複数箇所から均等に集電できないこととなり、集電性に不均一性が生じるという問題を生じた。そして、この集電性の不均一性に起因して、内部抵抗が増大し、結果的に抵抗発熱が増大して出力ロスが発生するという問題を生じた。

この場合、集電リードのサイズを大きくすることで、電極群の複数箇所からの集電が可能となる。ところが、集電リードのサイズを大きくすると、集電リードの強度が大きくなりすぎることとなる。このため、封口体の集電リードとの溶接時および封口時に集電リードが潰れ難くなるという問題が生じるようになり、電池全高のバラツキが発生するようになって、本来の集電リードの機能が維持できなくなってしまうという新たな問題を生じるようになった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、筒状（内部空間が形成されたもの）の集電リードを用いても電極群の内外周部から均等に集電できるようにして内部抵抗が低減した円筒型二次電池を提供できるようにすることを目的とするものである。

本発明の円筒型二次電池は、セパレータを間にして正極板と負極板とが渦巻状に巻回された渦巻状電極群の上部より延出する一方極の芯体に一方極の集電体が溶接されているとともに、当該集電体が円筒状の金属製外装缶の開口部を封止する封口体に内部空間が形成された集電リードを介して溶接されている。そして、上記目的を達成するため、内部空間が形成された集電リードは１枚の金属板の折曲加工により形成されていて、集電体に溶接された底部と封口体に溶接された頂部とを備えており、底部は頂部を間にして互いに相対向するように位置した２つの同一形状の半円形状部からなるとともに当該２つの半円形状部により形成される外形形状は集電体の外形形状と略同一になるようになされており、頂部は底部より連続して立設するとともに内部空間が形成されるように折曲して形成されている。さらに、底部の２つの半円形状部にはそれぞれ当該底部より前記集電体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されていて当該複数のプロジェクション突起が集電体との溶接点となされているとともに、頂部の中心部には中心開口が形成されていて当該中心開口の周囲に当該頂部より封口体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されて当該複数のプロジェクション突起が封口体との溶接点となされていることを特徴とする。

ここで、底部は２つの同一形状の半円形状部からなり、これらの２つの半円形状部により形成される外形形状が集電体の外形形状と略同一になるようになされていると、極板の各部から均等に集電することが可能となり、電極群の内外周から効率良く集電リードに電流が流れるようになる。また、頂部は底部より連続して立設するとともに内部空間が形成されるように折曲して形成されていると、集電リードから封口体に効率良く電流が流れるようになる。この結果、電池の内部抵抗が低減できるようになって、高出力な円筒型二次電池を提供することが可能となる。
そして、底部の２つの半円形状部にはそれぞれ当該底部より集電体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されていて当該複数のプロジェクション突起が集電体との溶接点となされているとともに、頂部の中心部には中心開口が形成されていて当該中心開口の周囲に当該頂部より封口体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されて当該複数のプロジェクション突起が封口体との溶接点となされていると、極板の各部から抵抗損失を伴うことなく、均等に集電することが可能となる。これにより、電極群の内外周から抵抗損失を伴うことなく、効率良く集電リードに電流が流れるようになる。

この場合、底部は中央部と略半円形状の第１半円形状部と略半円形状の第２半円形状部とからなるとともに、これらの第１半円形状部と第２半円形状部とが中央部を間にして互いに相対向して位置していて、これらの第１半円形状部と第２半円形状部とにより形成さ
れた外形形状は集電体の外形形状と略同一になるようになされており、頂部は略長方形状の第１長方形状部と略長方形状の第２長方形状部とからなるとともに、これらの第１長方形状部と第２長方形状部は底部の中央部より連続して立設するとともに内部空間が形成されるように折曲されて互いに相対向するように形成されているようにすればよい。
さらに、集電リードと集電体とを強固に溶接するためには、複数のプロジェクション突起は集電体に形成された開口に一致しない位置に形成する必要がある。なお、第１半円形状部および第２半円形状部の少なくとも一方には集電体に形成された開口に一致する位置決め用の開口が形成されていると、この集電リードを集電体に配置する際の位置決めが容易になって好ましい。

または、底部は頂部を間にして互いに相対向するように配置された略半円形状の第１半円形状部と略半円形状の第２半円形状部とからなるとともに、これらの第１半円形状部と第２半円形状部とにより形成された外形形状は集電体の外形形状と略同一になるようになされており、頂部は第１半円形状部との境界部および第２半円形状部との境界部を折曲加工ならび押圧加工することにより形成されていて、これらの第１半円形状部および第２半円形状部に連続して立設するとともに内部空間が形成されるように折曲されて形成されているようにしてもよい。

本発明においては、電極群の内外周から効率良く集電リードに電流が流れるようになるため、電池の内部抵抗を低減することが可能となって、高出力な円筒型二次電池を提供することが可能となる。

以下に、本発明の円筒型二次電池の一実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。この場合、円筒型二次電池としてニッケル−水素蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１は実施例１の正極集電リードを示す図であり、図１（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ矢視の側面図である。

図２は実施例１の正極集電リードを示す図であり、図２（ａ）は、図１に示す実施例１の正極集電リードの折り曲げ成型される前の状態を模式的に示す正面図であり、図２（ｂ）は、実施例１の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す正面図である。図３は実施例２の正極集電リードを示す図であり、図３（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ矢視の側面図である。

図４は実施例２の正極集電リードを示す図であり、図４（ａ）は、図３に示す実施例２の正極集電リードの折り曲げ成型される前の状態を模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、実施例２の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す正面図である。図５は変形例の正極集電リードを模式的に示す正面図である。図６は比較例（従来例）の正極集電リードを示す図であり、図６（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す斜視図であり、図６（ｂ）は比較例（従来例）の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す図である。

図７は渦巻状電極群を模式的に示す斜視図である。図８は、図７に示す渦巻状電極群の両端部に溶接される集電体を示す図であり、図８（ａ）は負極集電体を模式的に示す正面図であり、図８（ｂ）は正極集電体を模式的に示す正面図である。図９は外装缶内に収納された渦巻状電極群の一方の端部に接続された正極集電体の上に、本発明の正極集電リードと、封口体を配置した後、これらを溶接する状態を模式的に示す断面図である。図１０は本発明のニッケル−水素蓄電池を模式的に示す断面図である。

１．正極集電リード
（１）実施例１
本実施例１の正極集電リード１０はニッケルめっきが施された鋼板（この場合は、厚さが０．４ｍｍのものとした）が所定の筒状形状になるように、打ち抜き加工および折曲加工することにより形成されたものである。そして、図１（ａ）に示すように、中心開口１２ａを備えて後述する正極集電体４５に溶接された底部１１と、中心開口１８を備えて後述する封口体４８（図１０参照のこと）の底面に溶接される頂部１５とを備えている。

ここで、底部１１は中心部に中心開口１２ａを有する中央部（図２（ａ）参照）１２を間にして互いに相対向するように配置された略半円形状の第１半円形状部１３と第２半円形状部１４からなるものである。そして、これらの２つの第１半円形状部１３と第２半円形状部１４とにより形成される外形形状は正極集電体４５の外形形状と略同一になる（図２（ｂ）参照）ようになされている。この場合、これらの２つの第１半円形状部１３および第２半円形状部１４の複数箇所（この場合は、それぞれ６箇所とした）には、正極集電体４５の上面に溶接された際の溶接点となるために正極集電体４５に向けて（図１（ａ）、図２（ａ）においては紙面の表面から裏面に向けて）突出するプロジェクション突起１３ａ，１４ａがそれぞれ形成されている。これにより、正極集電体４５から正極集電リード１０に均等に集電されるようになる。

一方、頂部１５は略長方形状の第１長方形状部１６と第２長方形状１７とから構成されるとともに、これらの第１長方形状部１６と第２長方形状１７とが底部１１の中央部１２より連続して立設され（切り起こされ）、互いに相対向するように折曲加工されて形成されている。この場合、第１長方形状部１６と第２長方形状１７との先端部には半円形状に湾曲した湾曲部１６ａ，１７ａがそれぞれ形成されていて、これらの湾曲部１６ａ，１７ａが互いに相対向するように突き合わされることにより、溶接電極挿入用の円形状の中心開口１８が形成されている。

この場合、この中心開口１８の周囲の複数箇所（この場合は、４箇所とした）には封口体４８の底面に溶接された際の溶接点となるために封口体４８に向けて（図１（ａ）においては紙面の裏面から表面に向けて、図２（ａ）においては紙面の表面から裏面に向けて）突出するプロジェクション突起１６ｂ，１７ｂがそれぞれ形成されている。これにより、正極集電リード１０から封口体４８に均等に集電されるようになる。

上述の構成となる正極集電リード１０は以下のようにして作製される。まず、ニッケルめっきが施された鋼板（この場合は、厚さが０．４ｍｍのものとした）１０Ａを用意し、これを図２（ａ）に示すような形状になるように切断（打ち抜き成型）する。
即ち、中心部の中心開口１２ａと、中央部（後に折り曲げ成型されて底部の中央部となる）１２と、中央部１２の上側に延出する略半円形状の第１半円形状部（後に折り曲げ成型されて底部の一部となる）１３と、中央部１２の下側に延出する略半円形状の第２半円形状部（後に折り曲げ成型されて底部の一部となる）１４と、中央部１２の左側に延出する略長方形状の第１長方形状部１６と、中央部１２の右側に延出する略長方形状の第２長方形状部１７と、第１長方形状部１６の端部の湾曲部１６ａと、第２長方形状部１７の端部の湾曲部１７ａとが形成されるように平板状の鋼板１０Ａを打ち抜き成型する。

これにより、平板状の鋼板１０Ａが略円形状で中央部が帯状に突出した外形形状で、その中心部に中心開口１２ａが形成されるとともに、第１半円形状部１３と第１長方形状部１６および第２長方形状部１７との間および第２半円形状部１４と第１長方形状部１６および第２長方形状部１７との間にそれぞれ切欠部ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されることとなる。また、第１長方形状部１６の端部に半円形状に湾曲する湾曲部１６ａが形成され、第２長方形状部１７の端部に半円形状に湾曲する湾曲部１７ａが形成されることとなる。

ここで、中央部１２と第１半円形状部１３と第２半円形状部１４とで、後に折り曲げ成型された際に正極集電リード１０の底部１１が形成され、第１長方形状部１６と第２長方形状部１７とで、後に折り曲げ成型された際に正極集電リード１０の頂部１５が形成されることとなる。この場合は、第１長方形状部１６および第２長方形状部１７は、第１半円形状部１３および第２半円形状部１４よりも若干突出するように形成しているが、これらの第１長方形状部１６および第２長方形状部１７の長さを適宜調整することにより、正極集電リード１０の高さを調整することが可能となる。

なお、この打ち抜き成型と同時、あるいは打ち抜き成型後に、第１半円形状部１３および第２半円形状部１４のそれぞれ所定の６箇所に、図２（ａ）の表面から裏面に向けて突出するようにプロジェクション突起１３ａ，１４ａをそれぞれ形成する。また、これと同時に、半円形の切欠部１６ａ，１７ａの周囲のそれぞれ２箇所に、図２（ａ）の表面から裏面に向けて突出するようにプロジェクション突起１６ｂ，１７ｂを形成する。なお、これらの各プロジェクション突起１３ａ，１４ａは正極集電体４５と溶接された際の溶接点となるものであり、各プロジェクション突起１６ｂ，１７ｂは封口体と溶接された際の溶接点となるものである。

ついで、上述のように打ち抜き成型された鋼板１０Ａを、第１長方形状部１６と中央部１２との境界および中央部１２と第２長方形状部１７との境界から立設（切り起こし）させるとともに、互いに相対向するように折曲加工を行う。これにより、第１長方形状部１６と第２長方形状部１７とが略突き合わされて、第１長方形状部１６の端部に形成された半円形状の湾曲部１６ａと、第２長方形状部１７の端部に形成された半円形状の湾曲部１７ａとにより円形状の開口１８が形成されることとなる。これにより、図１（ａ）（ｂ）に示すように、中心開口１２ａを備えた中央部１２と第１半円形状部１３と第２半円形状部１４とからなる底部１１と、底部１１の中央部１２から連続して立設するように折曲された第１長方形状部１６と第２長方形状部１７とからなり、中心開口１８を備え、内部空間を有する実施例１の集電リード１０が作製されることとなる。

（３）実施例２
本実施例２の正極集電リード２０はニッケルめっきが施された鋼板（この場合は、厚さが０．４ｍｍのものとした）が所定の筒状形状になるように、打ち抜き加工および折曲加工することにより形成されたものである。そして、図３（ａ）に示すように、後述する正極集電体４５に溶接された底部２１と、中心開口２４ａを備えて後述する封口体４８（図１０参照のこと）の底面に溶接される頂部２４とを備えている。

ここで、底部２１は頂部２４を間にして互いに相対向するように配置された略半円形状の第１半円形状部２２と第２半円形状部２３からなるものである。そして、これらの２つの第１半円形状部２２と第２半円形状部２３とにより形成される外形形状は正極集電体４５の外形形状と略同一になる（図４（ｂ）参照）ようになされている。この場合、これらの２つの第１半円形状部２２および第２半円形状部２３の複数箇所（この場合は、それぞれ６箇所とした）には、正極集電体４５の上面に溶接された際の溶接点となるために正極集電体４５に向けて（図３（ａ）においては紙面の表面から裏面に向けて）突出するプロジェクション突起２２ａ，２３ａがそれぞれ形成されている。これにより、正極集電体４５から正極集電リード２０に均等に集電されるようになる。

一方、頂部２４は第１半円形状部２２との境界部（図４（ａ）のＸ−Ｘ線参照）および第２半円形状部２３との境界部（図４（ａ）のＹ−Ｙ線参照）を押し込むように折曲加工し、さらに押し込まれた部分を押圧加工することにより形成されていて、これらの第１半円形状部２２および第２半円形状部２３に連続して形成されている。そして、頂部２４の中心部には円形状の中心開口２４ａが形成されている。この場合、この中心開口２４ａの周囲の複数箇所（この場合は、４箇所とした）には封口体４８の底面に溶接された際の溶接点となるために封口体４８に向けて（図３（ａ）においては紙面の裏面から表面に向けて）突出するプロジェクション突起２４ｂが形成されている。これにより、正極集電リード２０から封口体４８に均等に集電されるようになる。

上述の構成となる正極集電リード２０は以下のようにして作製される。まず、ニッケルめっきが施された鋼板（この場合は、厚さが０．４ｍｍのものとした）２０Ａを用意し、これを図４（ａ）に示すような形状になるように切断（打ち抜き成型）する。
即ち、中心部の中心開口２４ａと、中央部（後に折り曲げ成型されて頂部の中央部となる）２４と、中央部２４の左側に延出する略半円形状の第１半円形状部（後に折り曲げ成型されて底部の一部となる）２２と、中央部２４の右側に延出する略半円形状の第２半円形状部（後に折り曲げ成型されて底部の一部となる）２３とが形成されるように平板状の鋼板１０Ａを打ち抜き成型する。

これにより、平板状の鋼板２０Ａが両端部が略扇形形状で、この略扇形形状から中心に向けて狭まるように傾斜した外形形状で、その中心部に中心開口２４ａが形成されることとなる。ここで、第１半円形状部２２と第２半円形状部とで、後に折り曲げ成型された際に正極集電リード１０の底部２１が形成され、中央部２４が後に折り曲げ成型された際に正極集電リード１０の頂部２４が形成されることとなる。

なお、この打ち抜き成型と同時、あるいは打ち抜き成型後に、第１半円形状部２２および第２半円形状部２３のそれぞれ所定の６箇所に、図４（ａ）の表面から裏面に向けて突出するようにプロジェクション突起２２ａ，２３ａをそれぞれ形成する。また、これと同時に、中心開口２４ａの周囲の４箇所に、図４（ａ）の裏面から表面に向けて突出するようにプロジェクション突起２４ｂを形成する。なお、これらの各プロジェクション突起２２ａ，２３ａは正極集電体４５と溶接された際の溶接点となるものであり、各プロジェクション突起２４ａは封口体と溶接された際の溶接点となるものである。

ついで、上述のように打ち抜き成型された鋼板２０Ａを、第１半円形状部２２との境界部（図４（ａ）のＸ−Ｘ線参照）および第２半円形状部２３との境界部（図４（ａ）のＹ−Ｙ線参照）を押し込むように折曲加工した後、この押し込まれた部分に押圧加工を施すことにより、第１半円形状部２２および第２半円形状部２３からなる底部２１に連続する頂部２４が形成されることとなる。これにより、図３（ａ）（ｂ）に示すように、第１半円形状部２２および第２半円形状部２３からなる底部２１と、これらの底部２１に連続する中心開口２４ａを備えた頂部２４とからなり、内部空間を有する実施例２の集電リード２０が作製されることとなる。この場合、第１半円形状部２２との境界部（図４（ａ）のＸ−Ｘ線参照）および第２半円形状部２３との境界部（図４（ａ）のＹ−Ｙ線参照）の押し込み長さを適宜調整することにより、正極集電リード２０の高さを調整することが可能となる。

なお、図５に示す変形例の集電リード１０ａのように、第１半円形状部１３の中央部の端部および第２半円形状部１４の中央部の端部において、正極集電体４５に形成された１つのバーリング孔４５ｂに一致する位置にそれぞれ位置決め用の開口１９，１９を設けるようにすると、この集電リード１０ａを正極集電体４５に溶接する際の位置決めが容易になるので好ましい。

（４）比較例（従来例）
一方、比較例（従来例）の正極集電リード３０はニッケルめっきが施された鋼板（この場合は、厚さが０．４ｍｍのものとした）が筒状となるように折り曲げ成型することにより形成されたものであり、図６（ａ）に示すように、後述する封口体４８（図１０参照のこと）の底面に溶接される頂部３１と、正極集電体４５に溶接される底部３２とを備えている。そして、頂部３１で連続し、底部３２の中央部で互いに突き合わされているとともに、底部３２の一対の側部は頂部３１よりも突出するよう形成されている。

ここで、頂部３１の中心部には中心開口３１ａが設けられているとともに、この中心開口３１ａの周囲には封口体の底面に溶接された際の溶接点となるために封口体に向けて（図６（ａ）においては紙面の裏面から表面に向けて）突出するプロジェクション突起３１ｂが４箇所に形成されている。
一方、底部３２の中心部には互いに突き合わされることにより円形状に形成された溶接電極挿入用の中心開口（図示していないが、この中心開口は頂部３１に形成された中心開口３１ａと一致する位置に形成されることとなる）が設けられているとともに、互いに突き合わされた各端部側に正極集電体の上面に溶接された際の溶接点となるために正極集電体４５に向けて（図６（ａ）においては紙面の表面から裏面に向けて）突出するプロジェクション突起３２ｂが４箇所に形成されている。

２．円筒型二次電池
（１）渦巻状電極群
まず、パンチングメタルからなる極板芯体４１ａの表面にニッケル焼結多孔体４１ｂ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４１ｂの多孔内に含浸する。ついで、これを乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断してニッケル正極板４１を作製する。ここで、ニッケル正極板４１の幅方向の一方の端部（図７において上部）には極板芯体４１ａが露出した芯体露出部４１ｃが形成されている。

また、パンチングメタルからなる極板芯体４２ａの表面に水素吸蔵合金を主体とするペースト状負極活物質４２ｂを塗布し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定の寸法になるように切断して水素吸蔵合金負極板４２を作製する。 ここで、水素吸蔵合金負極板４２の幅方向の一方の端部（図７において下部）には極板芯体４２ａが露出した芯体露出部４２ｃが形成されている。ついで、図７に示すように、これらのニッケル正極板４１と水素吸蔵合金負極板４２との間にセパレータ４３を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群４０ａを作製する。なお、この渦巻状電極群４０ａの高さ方向の一方の端部（図７において上部）には芯体露出部４１ｃが突出しているとともに、他方の端部（図７において下部）には芯体露出部４２ｃが突出している。

（２）負極集電体
本実施例の負極集電体４４は、図８（ａ）に示すように、略円形（最大で直径が３０ｍｍ）に形成されていて、中心部の周囲から端部に向けて多数のバーリング孔（例えば、直径が２ｍｍで、バーリング高さが０．４ｍｍで、バーリング厚みが０．１ｍｍのもの）４４ａが形成されている。また、負極集電体４４の外周部には、無効な溶接電流を減少させ、有効な溶接電流を増大させるために、端縁に向けて開口する一対のスリット４４ｂが形成されている。

（３）正極集電体
正極集電体４５は、図８（ｂ）に示すように、略円形（最大で直径が３０ｍｍ）に形成されていて、中心部に溶接電極挿入用の中心開口４５ａが形成されているとともに、この中心開口４５ａの周囲から端部に向けて多数のバーリング孔（例えば、直径が２ｍｍで、バーリング高さが０．４ｍｍで、バーリング厚みが０．１ｍｍのもの）４５ｂが形成されている。また、正極集電体４５の外周部には、無効な溶接電流を減少させ、有効な溶接電流を増大させるために、端縁に向けて開口する一対のスリット４５ｃが形成されている。

（４）ニッケル−水素蓄電池
ついで、上述のような構成となる渦巻状電極群４０ａと、負極集電体４４と、正極集電体４５と、上述した正極集電リード１０（２０，３０）とを用いて、円筒型二次電池となるニッケル−水素蓄電池を作製する例について、図９および図１０に基づいて以下に説明する。
まず、渦巻状電極群４０ａの下端面に露出する水素吸蔵合金負極板４２の芯体露出部４２ｃに負極集電体４４を溶接する。また、渦巻状電極群４０ａの上端面に露出するニッケル正極板４１の芯体露出部４１ｃに正極集電体４５を溶接して電極体とする。

この後、渦巻状電極群４０ａの上端部に溶接された正極集電体４５の上に正極集電リード１０（２０，３０）を配置した後、プロジェクション突起１６ｂ，１７ｂ（２４ｂ，３１ｂ）の上面部に溶接電極を押し当てて、正極集電体４５に正極集電リード１０（２０，３０）をスポット溶接する。これにより、正極集電リード１０（２０，３０）の底部１１（２１，３２）に形成されたプロジェクション突起１３ａ，１４ａ（２２ａ，２３ａ，３２ｂ）が溶接点となって、正極集電リード１０（２０，３０）が正極集電体４５に溶接されることとなる。

この場合、実施例１の正極集電リード１０を用いると、図２（ｂ）に示すように正極集電リード１０が正極集電体４５に溶接されることとなる。また、実施例２の正極集電リード２０を用いると、図４（ｂ）に示すように正極集電リード２０が正極集電体４５に溶接されることとなる。一方、比較例（従来例）の正極集電リード３０を用いると、図６（ｂ）に示すように正極集電リード３０が正極集電体４５に溶接されることとなる。

この後、正極集電体４５に正極集電リード１０（２０，３０）が溶接された渦巻状電極群４０ａを鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）４７内に収納する。そして、渦巻状電極群４０ａの中心部に形成された空間部に溶接電極を挿入し、水素吸蔵合金負極板４２に溶接された負極集電体４４を外装缶４７の内底面にスポット溶接する。これにより、負極集電体４４が外装缶４７の内底面に溶接されることとなる。

ついで、外装缶４７の上部内周側に防振リング４９ｂを挿入し、外装缶４７の上部外周側に溝入れ加工を施して防振リング４９ｂの上端部に環状凹部４７ａを形成する。この後、外装缶４７内に７Ｎの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるアルカリ電解液を注入する。この後、この正極集電リード１０（２０，３０）の上に封口体４８を配置する。ここで、封口体４８は、図１０に示すように、封口板４８ａと正極キャップ（正極外部端子）４８ｂとからなり、この正極キャップ４８ｂ内には弁板４８ｃとスプリング４８ｄからなる弁体を備えているので、封口板４８ａの中心部は下方に突出して形成されている。また、封口体４８の中央にはガス抜き孔が形成されているとともに、その周縁には、予め絶縁ガスケット４９ａが嵌着されている。

ついで、図９に示すように、封口体４８の上部と外装缶４７の下部に一対の溶接電極Ｗ１，Ｗ２を配置した後、これらの一対の溶接電極Ｗ１，Ｗ２間に２×１０⁶Ｎ／ｍ²の圧力を負荷しながら２４Ｖの電圧を印加し、３ｋＡの溶接電流を１５ｍｓｅｃの時間だけ流す通電処理を施した。これにより、正極集電リード１０（２０，３０）の頂部１５（２４，３１）に形成された４箇所のプロジェクション突起１６ｂ，１７ｂ（２４ｂ，３１ｂ）が溶接点となって、封口体４８が正極集電リード１０（２０，３０）に溶接されることとなる。この後、外装缶４７の開口端縁４７ｂを内方にかしめて封口することにより、図１０に示すような６．０Ａｈのニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃが得られる。この場合、正極集電リード１０を用いたものを電池Ａとし、正極集電リード２０を用いたものを電池Ｂとし、正極集電リード３０を用いたものを電池Ｃとした。

（５）評価試験
上述のように作製した各電池Ａ，Ｂ，Ｃについて、２５℃の温度雰囲で、１Ｉｔの充電電流でＳＯＣの１２０％まで充電し、１時間休止後に２５℃の温度雰囲で、１Ｉｔの放電電流で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させる充放電サイクルを１０回繰り返して、電池の活性化を行なった。この後、各電池Ａ，Ｂ，Ｃを２０セルづつ使用し、２５℃の温度雰囲気で、１Ｉｔの充電々流で電池容量に対して５０％まで充電を行った後、開路状態で１時間放置した後、最大２００Ａまで、各ステップ間に３０分の休止を入れながら１０秒間の充放電を繰り返し、各１０秒放電時電圧と各放電電流値から最小二乗法により求まる直線が０．９Ｖに達する時の電流値（放電出力）を求める放電性評価試験を、各電池Ａ，Ｂ，Ｃに行った。得られた１０秒目の放電出力において、電池Ｃの１０秒目の放電出力を１００とし、電池Ａ，Ｂの１０秒目の放電出力をそれとの比率（１０秒目放電出力比）として求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。

上記表１の結果から明らかなように、電池Ｃの１０秒目放電出力比は１００であるのに対して、電池Ａの１０秒目放電出力比は１０６で、電池Ｂの１０秒目放電出力は１０７で、いずれの電池Ａ，Ｂも電池Ｃよりも１０秒目放電出力比が向上していることが分かる。
これは、従来例（比較例）の電池Ｃにおいては、底部３２に形成された各プロジェクション突起３２ｂは同一の同心円上に位置するように形成された正極集電リード３０を用いているため、外周側からの集電効率が低下して電池電圧低下を抑制できなかったためと考えられる。

これに対して、電池Ａにおいては、図２（ｂ）に示されるように、２つの第１半円形状部１３と第２半円形状部１４とにより形成される外形形状は正極集電体４５の外形形状と略同一になるようになされている。そして、これらの第１半円形状部１３と第２半円形状部１４には、それぞれ６箇所のプロジェクション突起１３ａ，１４ａが形成された底部１１を備えた正極集電リード１０を用いている。このため、渦巻状電極群４０ａのあらゆる位置に正極集電体４５からの集電点が均等に分布することとなって、渦巻状電極群５０ａの内外周から効率良く集電リード１０に電流が流れ、電池電圧の低下を抑制することが可能になったと考えられる。

また、電池Ｂにおいては、図５（ｂ）に示されるように、２つの第１半円形状部２２と第２半円形状部２３とにより形成される外形形状は正極集電体４５の外形形状と略同一になるようになされている。そして、これらの第１半円形状部２２と第２半円形状部２３には、それぞれ６箇所のプロジェクション突起２２ａ，２３ａが形成された底部２１を備えた正極集電リード２０を用いている。このため、渦巻状電極群５０ａのあらゆる位置に正極集電体４５からの集電点が均等に分布することとなって、渦巻状電極群４０ａの内外周から効率良く集電リード２０に電流が流れ、電池電圧の低下を抑制することが可能になったと考えられる。

なお、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池に限られることなく、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池あるいはリチウムイオン電池などにも適用できるのは勿論である。

実施例１の正極集電リードを示す図であり、図１（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ矢視の側面図である。 実施例１の正極集電リードを示す図であり、図２（ａ）は、図１に示す実施例１の正極集電リードの折り曲げ成型される前の状態を模式的に示す正面図であり、図２（ｂ）は、実施例１の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す正面図である。 実施例２の正極集電リードを示す図であり、図３（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ矢視の側面図である。 実施例２の正極集電リードを示す図であり、図４（ａ）は、図３に示す実施例２の正極集電リードの折り曲げ成型される前の状態を模式的に示す正面図であり、図４（ｂ）は、実施例２の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す正面図である。 変形例の正極集電リードの模式的に示す正面図である。 比較例（従来例）の正極集電リードを示す図であり、図６（ａ）は折り曲げ成型により形成された正極集電リードを模式的に示す斜視図であり、図６（ｂ）は比較例（従来例）の正極集電リードを渦巻状電極群の正極板の端部に溶接された正極集電体に溶接された状態を模式的に示す図である。 渦巻状電極群を模式的に示す斜視図である。 図７に示す渦巻状電極群の両端部に溶接される集電体を示す図であり、図８（ａ）は負極集電体を模式的に示す正面図であり、図８（ｂ）は正極集電体を模式的に示す正面図である。 外装缶内に収納された渦巻状電極群の一方の端部に接続された正極集電体の上に、本発明の正極集電リードと、封口体を配置した後、これらを溶接する状態を模式的に示す断面図である。 本発明のニッケル−水素蓄電池を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ…ニッケルメッキ鋼板、１０…実施例１の正極集電リード、１０ａ…変形例の集電リード、１１…底部、１２…中央部、１２ａ…中心開口、１３…第１半円形状部、１３ａ…プロジェクション突起、１４…第２半円形状部、１５…頂部、１６…第１長方形状部、１６ａ…湾曲部、１６ｂ…プロジェクション突起、１７…第２長方形状部、１７ａ…湾曲部、１８…中心開口、２０Ａ…ニッケルメッキ鋼板、２０…実施例２の正極集電リード、２１…底部、２２…第１半円形状部、２２ａ…プロジェクション突起、２３…第２半円形状部、２４…中央部、２４…頂部、２４ａ…中心開口、２４ｂ…プロジェクション突起、４０ａ…渦巻状電極群、４１…ニッケル正極板、４１ａ…極板芯体、４１ｂ…ニッケル焼結多孔体、４１ｃ…芯体露出部、４２…水素吸蔵合金負極板、４２ａ…極板芯体、４２ｂ…ペースト状負極活物質、４２ｃ…芯体露出部、４３…セパレータ、４４…負極集電体、４４ｂ…スリット、４５…正極集電体、４５ａ…中心開口、４５ｂ…バーリング孔、４５ｃ…スリット、４７…外装缶、４７ａ…環状凹部、４７ｂ…開口端縁、４８…封口体、４８ａ…封口板、４８ｂ…正極キャップ、４８ｃ…弁板、４８ｄ…スプリング、４９ａ…絶縁ガスケット、４９ｂ…防振リング

Claims (3)

1. セパレータを間にして正極板と負極板が渦巻状に巻回された渦巻状電極群の上部より延出する一方極の芯体に一方極の集電体が溶接されているとともに、当該集電体が円筒状の金属製外装缶の開口部を封止する封口体に内部空間が形成された集電リードを介して溶接された円筒型二次電池であって、
   前記内部空間が形成された集電リードは１枚の金属板の折曲加工により形成されていて、前記集電体に溶接された底部と前記封口体に溶接された頂部とを備えており、
   前記底部は前記頂部を間にして互いに相対向するように位置した２つの同一形状の半円形状部からなるとともに当該２つの半円形状部により形成される外形形状は前記集電体の外形形状と略同一になるようになされており、
   前記頂部は前記底部より連続して立設するとともに内部空間が形成されるように折曲して形成されており、
   前記底部の前記２つの半円形状部にはそれぞれ当該底部より前記集電体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されていて当該複数のプロジェクション突起が前記集電体との溶接点となされているとともに、
   前記頂部の中心部には中心開口が形成されていて当該中心開口の周囲に当該頂部より前記封口体に向けて突出する複数のプロジェクション突起が形成されて当該複数のプロジェクション突起が前記封口体との溶接点となされていることを特徴とする円筒型二次電池。
2. 前記複数のプロジェクション突起は前記集電体に形成された開口に一致しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒型二次電池。
3. 前記底部は中央部と略半円形状の第１半円形状部と略半円形状の第２半円形状部とからなるとともに、前記第１半円形状部および前記第２半円形状部の少なくとも一方には前記集電体に形成された開口に一致する位置決め用の開口が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の円筒型二次電池。
   

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