JPH09213299A

JPH09213299A - 蓄電池の集電構造

Info

Publication number: JPH09213299A
Application number: JP8014824A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Ikushima; 裕久生島
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄電池の容量を小さくすることなく電極板の
破損を防ぐ。【解決手段】蓄電池の容器である電槽１０５内に８枚
の電極板２ａ〜２ｈが設けられている。各電極板２ａ〜
２ｈは、それぞれ反応部１０１とリード部１０２とから
構成される。集電端子１は、その側部に４つの溶接面１
１〜１４が設けられている。各溶接面１１〜１４には、
それぞれ２枚の電極板のリード部１０２が溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池の集電構造
に係わり、特に、多数の電極板を有する蓄電池において
それら電極板を集電端子に接続させる構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電することによって繰り返し利用でき
る蓄電池（２次電池）は、様々な分野で広く使用されて
いる。最近では、携帯端末や音響機器などに使用される
小型の蓄電池だけでなく、たとえば、電気自動車用バッ
テリなどのような大型の蓄電池の需要も増加している。

【０００３】一般的な大型の蓄電池としては、複数の正
極用の電極板と複数の負極用の電極板とを交互に重ね合
わせて並列接続し、それらの電極板を電解液の中に浸す
構成が知られている。

【０００４】図６は、一般的な大型蓄電池の内部構成を
示す図である。各正極用電極板は、反応部１０１および
リード部１０２とから構成される。同様に、各負極用電
極板は、反応部１０３およびリード部１０４とから構成
される。反応部１０１とリード部１０２との間、反応部
１０３とリード部１０４との間は、それぞれ溶接するこ
とによって電気的に接続されている。電槽１０５は、蓄
電池の容器であり、その中に電解液が入っている。

【０００５】正極用電極板および負極用電極板は、反応
部１０１と反応部１０３とが交互に重なりあうように組
み合わされる。なお、図６では省略しているが、実際に
は反応部１０１と反応部１０３とが電気的に接触しない
ようにそれらの間にセパレータが設けられる。正極用電
極板および負極用電極板は、交互に重なり合うように組
み合わされた状態で電槽１０５の中に配置され、反応部
１０１および反応部１０３が電解液に浸される。

【０００６】反応部１０３が電解液と反応することによ
って生じる電子は、リード部１０４を介して負極集電端
子へ伝導され、そこから外部へ供給される。外部から流
れてくる電子は、正極集電端子、リード部１０２を介し
て反応部１０１へ伝導され、そこで電解液と反応して吸
収される。集電端子は、この蓄電池から電力を取り出す
ための電池端子である。

【０００７】図７は、電極板と集電端子との接続構造の
一例を示す図である。図７では、正極について示してい
るが、負極側の構成も同じである。図７に示す構成で
は、集電端子１０６は、各電極板のリード部１０２を収
容するためのスリットを有している。そして、蓄電池を
組み立てるときは、各電極板のリード部１０２の先端部
（突起部）を集電端子１０６のスリットにはめ込み、そ
の状態で各電極板のリード部１０２と集電端子１０６と
を溶接してそれらを電気的に接続する。

【０００８】上記作業において、リード部１０２をスリ
ットの内側に確実に接続するためには、多くの入力エネ
ルギーで溶接する必要がある。なぜなら、溶接は本来、
被溶接物どうしを確実に接触させた状態で熱エネルギー
を与えることで互いに溶け合うが、図７に示したスリッ
トにリード部１０２の先端部をはめ込んだだけでは、そ
れらの間に多くの空間（隙間）が存在するために十分な
接触が得られず、この状態で無理やり溶かすには多くの
熱エネルギーを必要とするからである。ところが、この
溶接時の熱はリード部１０２を介して反応部１０１に伝
導されるので、溶接箇所の温度を高くしすぎると、反応
部１０１の特性に悪影響を与えたり、あるいは反応部１
０１と反応部１０３との間に設けられるセパレータを損
傷してしまう恐れがある。溶接時に反応部１０１が高温
になるのを防ぐためには、各リード部１０２をスリット
の内側に点溶接する手法が考えられる。

【０００９】しかしながら、点溶接では電気的な接続が
十分でない場合がある。この結果、電極板ごとにリード
部１０２と集電端子１０６との間の接合面積が異なって
抵抗格差を生じ、特性のばらつきが大きくなるので、蓄
電池としての性能が安定しない恐れがある。電極板ごと
抵抗がばらつくと、充電時等に抵抗の少ない電極板に多
くの電荷が流れ、その電極板の使用頻度が高くなるの
で、特定の電極板の劣化が早まる。

【００１０】このように、図７に示す構成では、電極板
と集電端子とを確実に接続することが困難であった。図
８は、上述の問題を解決する構成の一例を示す図であ
る。図８に示す構成では、溶接を容易にするために集電
端子の側部に溶接面を設け、その溶接面に電極板のリー
ド部を接続する。すなわち、電極板１０７ａおよび１０
７ｂのリード部を集電端子１０８の溶接面１０９に溶接
し、電極板１０７ｃおよび１０７ｄのリード部を接続面
１０９の反対側に設けられている溶接面に溶接する。

【００１１】このような構成とすれば、電極板１０７ａ
〜１０７ｄと集電端子１０８との固定（位置決め）は簡
単であり、比較的少ない入力エネルギーで溶接できるの
で、さほど高温にすることなくそれらを確実に接続する
ことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図９は、図８に示した
構成の蓄電池を上面、側面、および正面から見た、電槽
のみをカットした断面図である。

【００１３】図９の蓄電池は、正極用および負極用の電
極板がそれぞれ８枚ずつ設けられた構成である。同図の
右側に示す側断面図では、正極用の電極板および集電端
子を示している。以下では、蓄電池の正極側の構成につ
いて説明するが、負極側の構成も同じである。

【００１４】集電端子１０８の側面に設けた２つの溶接
面１０９には、それぞれ４枚の電極板のリード部１０２
が束ねて溶接されている。このとき、各電極板を電槽１
０５内の所定の位置に配置させながらリード部１０２の
先端部を溶接面１０９に接続させるためには、リード部
１０２を反応部１０１に対して適当に曲げる必要があ
る。換言すれば、各電極板を電槽１０５内の所定の位置
に配置させながらリード部１０２の先端部を溶接面１０
９に接続させるようにリード部１０２を反応部１０１に
対して適当に曲げるようにしている。

【００１５】ところが、集電端子１０８の溶接面１０９
からＸ方向に遠い位置にある電極板においては、反応部
１０１に対するリード部１０２の曲げ角度が大きくな
る。即ち、図１０に示すように、電槽１０５の近傍に配
置される電極板は、反応部１０１に対するリード部１０
２の曲げ角度θがかなり大きくなってしまう。特に、電
気自動車などのニーズに伴う高容量タイプの電池は、積
層される電極板の枚数が多くなり曲げ角度はさらに大き
くなる。

【００１６】また、蓄電池としてニッケル水素系を想定
した場合、その電池を充放電するに従って、各電極板の
反応部１０１に付着してある活物質の微粒化が進行する
などして反応部１０１は膨張する。各電極板の反応部１
０１が膨張すると、各電極板どうしの間隔が広がる方向
に力が働くので、電槽１０５付近にある電極板は、さら
に溶接面１０９からのＸ方向の距離が大きくなり、これ
に伴って曲げ角度θがさらに大きくなるとともにリード
部１０２に張力が加わる。

【００１７】このように、曲げ角度θが大きくなるとと
もにリード部１０２に張力が加わると、反応部１０１と
リード部１０２との間の接合部に亀裂が生じてしまう。
上述のような接合部の破損を防ぐためには、各電極板の
リード部１０２の高さを大きくすればよい。すなわち、
リード部１０２の高さを大きくすれば、リード部１０２
を溶接面１０９に接続させたときのリード部１０２の曲
げ角度が緩やかになるので、反応部１０１とリード部１
０２との接合部にかかる負荷が小さくなり、その部分の
破損を防ぐことができる。

【００１８】しかしながら、通常、蓄電池の形状は規格
として定められているので、リード部１０２の高さを大
きくすれば、その分だけ反応部１０１の高さが小さくな
る。反応部１０１が小さくなれば、必然的に、充放電に
際しての化学反応が生じる面積が狭くなるので、蓄電池
の容量が小さくなってしまう。

【００１９】また、溶接面１０９から各電極板までのＸ
方向の距離は電極板ごとに異なるので、溶接面１０９か
らＸ方向の距離が遠くなるほどリード部１０２を長くす
る必要がある。このため、予め電極板ごとにリード部１
０２の長さを変えて加工しておく必要があった。あるい
は、各電極板のリード部１０２を互いに同じ形状とする
場合には、それらを溶接面１０９に接続すると、溶接面
１０９の近くにある電極板のリード部の先端は溶接面１
０９から遠く離れている電極板のリード部の先端に対し
て突出するので、溶接後にリード部の先端をカットする
工程が必要になる。

【００２０】このように、従来の蓄電池では、電極板の
破損を防ごうとすると、蓄電池の容量が小さくなってし
まうという問題があった。本発明の課題は、蓄電池の容
量を小さくすることなく電極板の破損を防ぐことであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄電池は、複数
の電極板の各リード部を集電端子に接続した構成を前提
とする。

【００２２】上記集電端子の側面に上記電極板のリード
部を接続するための接続面を少なくとも３つ設ける。そ
して、それら各接続面に少なくとも１つの電極板のリー
ド部を接続させる。

【００２３】他の態様では、上記複数の電極板を少なく
とも３つのグループに分ける。そして、各グループごと
に電極板のリード部を束ね、それら束ねたリード部をそ
れぞれ上記集電端子の側部に接続させる。

【００２４】上記のいずれの構成においても、複数の電
極板と集電端子との接続箇所が３つ以上になる。したが
って、多数の電極板を蓄電池の容器内の所定の位置にそ
れぞれ設ける場合、各電極板をその電極板に近接する位
置で集電端子に接続させることができる。このため、各
電極板のリード部を集電端子に接続させるためにリード
部を無理に曲げる必要はなく、電極板が破損することは
ない。

【００２５】各電極板のリード部を集電端子の側面に接
続するので、その接続工程が容易であり、各電極板と集
電端子とを確実に接続できる。上記少なくとも３つの接
続面を、上記複数の電極板が積層される方向において互
いに異なる位置に設けるようにしてもよい。このような
構成とすれば、各電極板の近傍に集電端子の接続面が位
置するので、各電極板のリード部を集電端子に接続させ
るときにリード部を無理に曲げる必要はない。

【００２６】上記少なくとも３つの接続面を、上記複数
の電極板が積層される方向と直交する方向において少な
くとも２カ所以上に設けるようにしてもよい。このよう
な構成とすれば、集電端子に多数の接続面を設けること
ができるので、多数の電極板を有する蓄電池であっても
各電極板の近傍に接続面を位置させることが可能とな
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の蓄電池
の内部構造を示す図であり、上面、側面および正面から
見た、電槽のみをカットした断面図である。また、図１
に示す蓄電池は、図９に示した構成と同様に、正極用お
よび負極用の電極板がそれぞれ８枚ずつ設けられた構成
である。さらに、同図の右側に示す側断面図では、正極
用の電極板及び集電端子を示している。以下では、蓄電
池の正極側の構成について説明するが、負極側の構成も
同じである。

【００２８】本実施形態の集電端子１は、電極板２のリ
ード部を溶接するための溶接面を４つ有する。すなわ
ち、集電端子１は、その側面に溶接面（請求項１〜５の
記載した接続面に対応する）１１〜１４を有する。そし
て、各溶接面にそれぞれ２枚ずつ電極板２が接続され
る。

【００２９】溶接面１１〜１４は、電極板２が積層され
る方向（Ｘ方向）に互いに異なる位置に設けられる。ま
た、電極板２が積層される方向と直交する方向（Ｙ方
向）においては、溶接面１１および１２と、溶接面１３
および１４とが互いに異なる位置に設けられている。

【００３０】図２は、集電端子１と電極板２との接続部
の構成を説明する斜示図である。集電端子１は、８枚の
電極板を接続する構成であるが、ここでは、図面を見や
すくするために４枚の電極板２ａ〜２ｄのみを示す。

【００３１】図２に示すように、溶接面１１には、電極
板２ａおよび２ｂが接続され、溶接面１３には、電極板
２ｃおよび２ｄが接続される。電極板２ａおよび２ｂを
集電端子１に接続するときには、電極板２ａおよび２ｂ
のリード部の突起部を束ねて溶接面１１に溶接する。電
極板２ｃおよび２ｄについても同様である。

【００３２】図３は、図１の右側に示した側断面図を拡
大した図である。同図に示すように８枚の電極板２ａ〜
２ｈは、２枚ずつ溶接面１１〜１４に接続されている。
このように、集電端子１に４つの溶接面１１〜１４を設
けたので、各電極板２ａ〜２ｈをその電極板に近接する
位置でいずれかの溶接面１１〜１４に接続させることが
できる。このことにより、各電極板とその電極板に対応
する溶接面との間のＸ方向の距離は小さくなる。

【００３３】このように、本実施形態の集電端子１は、
溶接面１１〜１４をＸ方向（電極板が積層される方向）
において互いに異なる位置に設けたので、各電極板２ａ
〜２ｈの近傍に集電端子の接続面が位置する。したがっ
て、各電極板２ａ〜２ｈのリード部１０２を集電端子に
接続させる際、リード部１０２を反応部１０１に対して
無理に曲げる必要はない。

【００３４】次に、本実施形態の構成と図９に示した従
来の構成とを比較する。従来の構成では、図１０に示す
ように、たとえば、電槽１０５の近傍に配置された電極
板から溶接面１０９までのＸ方向の距離は大きかった。
このため、その電極板のリード部を集電端子１０８に接
続する場合、反応部１０１とリード部１０２との接合部
の破損を防ぐために反応部１０１に対するリード部の曲
げ角度θをある一定の角度よりも小さくするという条件
を設ければ、リード部１０２の高さを大きくしなければ
ならない。

【００３５】これに対して、図１〜３に示した本実施形
態の構成においては、各電極板とその電極板に対応する
溶接面との間のＸ方向の距離は小さい。このため、各電
極板のリード部１０２の高さを小さくしても、各電極板
の反応部１０１に対するリード部１０２の曲げ角度θ
を、反応部１０１とリード部１０２との接合部を破損さ
せるような負荷が生じる角度よりも小さくできる。すな
わち、各電極板のリード部１０２の高さを小さくして
も、反応部１０１とリード部１０２との接合部に過度の
負荷が加わることはなく、その接合部が破損することは
ない。また、通常、蓄電池の形状は規格として定められ
ているので、リード部１０２の高さを小さくできれば、
その分だけ反応部１０１の高さが大きくなる。この結
果、充放電に際して化学反応を起こす面積が広くなるの
で、蓄電池の容量が大きくなる。

【００３６】上述の比較おける本実施形態の優位性は、
蓄電池としてニッケル水素系を想定した場合も同じであ
る。すなわち、ニッケル水素系の蓄電池の場合は、充放
電を繰り返すことによって（特に、充電時に）各電極板
の反応部１０１が膨張し、外側に配置された電極板（例
えば、電極板２ｄ）は、さらに電槽１０５に接近するよ
うに移動するが、そのように移動したとしても、電極板
２ｄと溶接面１３との間のＸ方向の距離はさほど大きく
はならない。したがって、反応部１０１に対するリード
部１０２の曲げ角度θもさほど大きくはならず、また、
リード部１０２に加わる張力も大きくはないので、反応
部１０１とリード部１０２との接合部を破損させるよう
な負荷が生じることもない。

【００３７】また、本実施形態では、電極板の枚数に対
する溶接面の数を増やすことによって、各電極板の近傍
に溶接面を設けることができるので、各電極板からその
電極板に対応する溶接面までのＸ方向の距離のばらつき
が小さい。このため、各電極板のリード部の長さを互い
に同じにしておいても、それらを溶接面に溶接したと
き、特定の電極板のリード部の先端が突出することはな
い。したがって、従来のように、予め電極板ごとにリー
ド部の長さを変えておいたり、あるいは、溶接後にリー
ド部の先端をカットするような工程は不要である。この
効果は、積層される電極板の数が増えるほど顕著にな
る。

【００３８】図１〜３に示した本実施形態の構成および
図９および図１０に示した従来の構成は、双方とも、正
極電極板および負極電極板をそれぞれ８枚ずつ設けた構
成である。従来の構成では、１つの溶接面ごとに４枚の
電極板のリード部を溶接するのに対し、本実施形態の構
成では、１つの溶接面ごとに２枚の電極板のリード部を
溶接する。このように、本実施形態では、１つの溶接面
に溶接する電極板の数が少ないので、１カ所当たりの溶
接に必要な入力エネルギーが少なくて済む。例えば、電
極板と集電端子とをレーザ溶接する場合には、本実施形
態の構成では、小さなレーザ発光パワーで良好な溶接を
することができる。

【００３９】上記実施形態では、集電端子が４つの溶接
面１１〜１４を有する構成を示したが、本発明は、この
構成に限定されるものではなく、集電端子が３つ以上の
溶接面を有する構成に適用される。図４は、集電端子が
６つの溶接面を有する構成を示す図である。図４では、
溶接面（請求項１〜５の記載した接続面に対応する）２
１〜２３が描かれているが、溶接面２１〜２３と対称位
置に溶接面２４〜２６が設けられている。この集電端子
を、例えば、正極電極板および負極電極板をそれぞれ１
２枚ずつ設けた構成の蓄電池に適用すれば、各溶接面２
１〜２６には、それぞれ２枚ずつの電極板が溶接される
ことになる。

【００４０】また、各溶接面に溶接される電極板の枚数
は全て同じである必要はなく、たとえば、ある溶接面に
対して３枚、他の溶接面には２枚としてもよい。さら
に、電極板の枚数は実施例に限定されることはなく、３
枚以上であれば他の枚数であってもよい。

【００４１】さらに、集電端子の形状は、実施例に限定
されず、他の形状であってもよい。たとえば、図５(a)
および図５(b) に示す形状等が考えられる。また、上記
実施形態では、各電極板と集電端子とを溶接する構成を
示したが、本発明はこの構成に限定されるものではな
く、各電極板と集電端子とを電気的に接続する構成であ
れば他の形態にも適用できる。たとえば、図３におい
て、２枚ずつ束ねられた電極板のリード部を各々まとめ
て集電端子にネジ止めする構成であってもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明の蓄電池においては、集電端子の
側面に各電極板との接続面を３つ以上設けたので、各電
極板とその電極板に対応する接続面との間の距離は小さ
い。このため、各電極板のリード部の高さを小さくして
も、各電極板の反応部に対するリード部の曲げ角度は小
さく、反応部とリード部との接合部に過度の負荷が加わ
ることはないので、その部分が破損することはない。ま
た、リード部の高さを小さくできれば、その分だけ反応
部の高さが大きくなり、このことによって充放電に際し
て化学反応が起こす面積が広くなるので、蓄電池の容量
が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の蓄電池の内部構造を示す図であ
り、上面、側面、および正面から見た断面図である。

【図２】集電端子と電極板との接続部の構成を説明する
の斜示図である。

【図３】図１の側断面図を拡大した図である。

【図４】６つの溶接面を有する集電端子の構成を示す図
である。

【図５】集電端子の他の形状の例を示す図である。

【図６】一般的な大型蓄電池の内部構成を示す図であ
る。

【図７】電極板と集電端子との接続構造の一例を示す図
である。

【図８】図７の構成の問題点を解決する構成例を示す図
である。

【図９】図８に示した構成の蓄電池を上面、側面および
正面から見た断面図である。

【図１０】図９の側断面図を拡大した図である。

【符号の説明】

１集電端子２（２ａ〜２ｈ）電極板１１〜１４溶接面２１〜２６溶接面１０５電槽１０１、１０３反応部１０２、１０４リード部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極板の各リード部を集電端子に
接続した構成の蓄電池において、上記集電端子は、その側面に上記電極板のリード部を接
続するための接続面を少なくとも３つ有し、それら各接
続面に上記電極板のリード部を少なくとも１つ接続させ
ることを特徴とする蓄電池の集電構造。
【請求項２】上記少なくとも３つの接続面を、上記複
数の電極板が積層される方向において互いに異なる位置
に設けることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の集
電構造。
【請求項３】上記少なくとも３つの接続面を、上記複
数の電極板が積層される方向と直交する方向において少
なくとも２カ所以上に設けることを特徴とする請求項１
に記載の蓄電池の集電構造。
【請求項４】上記複数の電極板の各リード部を上記少
なくとも３つの接続面のうち当該電極板に最も近い位置
にある接続面に接続させることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１つに記載の蓄電池の集電構造。
【請求項５】複数の電極板の各リード部を集電端子に
接続した構成の蓄電池において、上記複数の電極板を少なくとも３つのグループに分け、
各グループごとに電極板のリード部を束ねてそれぞれ上
記集電端子の側部に接続させることを特徴とする蓄電池
の集電構造。