(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接する単電池の正極側と負極側の集電板の間に貫通穴が形成された隔壁が配され、かつ前記集電板と前記隔壁の間にシール材が配され、前記貫通穴を用いて前記集電板の接続突部同士を溶接する電池の製造方法であって、
溶接電流より単位時間当たりの熱量が低い、電流値が２．０ＫＡ〜４．０ＫＡで、通電時間が２０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの電流を前記接続突部に通電する第１通電工程と、
前記第１通電後に、溶接電流を通電して前記接続突部同士を溶接する第２通電工程と、
を備えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の電池の製造方法において、
前記第２通電工程は、
一定電流の前記溶接電流を所定時間だけ通電する工程と、
通電電流を順次減少させる工程と、
を備えることを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池の製造方法及び溶接方法に関し、特に隣接する単電池を電気的に接続する集電板の溶接技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるニッケル水素電池等の二次電池は、直方体状の電槽の短側面を隔壁として用いて相互に連接して構成されるものもある。各電槽内は、正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群とその両側に接合された集電板及び電解液を備える。隣接する電槽間の隔壁には貫通穴が形成され、この貫通穴に集電板の接続突部を嵌入し、接続突部同士を溶接して隣接する単電池同士を電気的に接続する。
【０００３】
溶接としては、例えば抵抗溶接が用いられ、集電板の接続突部を互いに当接させた状態で溶接電極を両端支持した状態で押圧し、溶接電極に所定の溶接電流を流すことで溶接する。
【０００４】
抵抗溶接（プロジェクション抵抗溶接等）は公知であり、例えば下記の特許文献１には、１打点毎の溶接過程を検出する検出部と、検出部からの信号を打点数としてカウントする第１の記憶部と、所定の打点数に応じた予備溶接条件が記憶された第２の記憶部と、第１の記憶部から出力される打点数に応じて第２の記憶部の予備溶接条件を出力する条件変更部と、条件変更部から出力される予備溶接条件で溶接を制御する制御部を具備した抵抗溶接の予備通電制御装置が開示されている。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、金属被覆層を表面に設けた金属母材同士を、前記金属母材に形成した突起部で溶接する抵抗溶接方法であって、前記金属被覆層が、前記金属母材より小さい電気抵抗値を有するとともに、前記金属母材より低い融点を有し、前記金属母材に形成した複数の突起部で同時に溶接する際に、通電の中期から終期に到る期間の溶接電流を減少させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２３８５７４号公報
【特許文献２】特開２００４−９００３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、隣接する単電池同士を電気的に接続する際には、隔壁に貫通穴を形成し、この貫通穴に集電板の接続突部を嵌入して溶接するので、貫通穴を密封するためにＯリング等のシール材が必要となり、集電板の溶接時には、溶接を確実に行うとともに、シール材を締め付けて確実に貫通穴を密封することが必要となる。
【０００８】
溶接前に集電板に熱を印加してアニールすると、集電板の接続突部が熱変形するため溶接時においてシール材を効果的に締め付けることが可能であるが、溶接前に加熱機で別途アニールする必要があるので処理が煩雑となる。そのため、集電板を熱アニールすることなく確実に溶接できるとともにシール材を締め付けることができる方法が望まれている。
【０００９】
本発明の目的は、熱を印加してアニールすることなく、又はアニールが不十分な場合でも、被溶接部材（電池の集電板）同士を溶接できると同時に、シール材を十分に締め付けることができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、互いに隣接する単電池の正極側と負極側の集電板の間に貫通穴が形成された隔壁が配され、かつ前記集電板と前記隔壁の間にシール材が配され、前記貫通穴を用いて前記集電板の接続突部同士を溶接する電池の製造方法であって、溶接電流より単位時間当たりの熱量が低い、電流値が２．０ＫＡ〜４．０ＫＡで、通電時間が２０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの電流を前記接続突部に通電する第１通電工程と、前記第１通電後に、溶接電流を通電して前記接続突部同士を溶接する第２通電工程とを備えることを特徴とする。本発明の１つの実施形態では、前記第２通電工程は、一定電流の前記溶接電流を所定時間だけ通電する工程と、通電電流を順次減少させる工程とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶接を行う第２通電に先立って実行される第１通電により、実質的に熱アニールと同様の熱変形を集電板の接続突部に生じさせることで、別途、熱印加によるアニール処理を施すことなく、又はアニール処理が不十分であっても、集電板の接続突部同士を溶接し、シール材の締め付け量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における二次電池の構成図である。
【図２】図１におけるＡ部拡大図である。
【図３】実施形態の通電プロファイルを示すグラフである。
【図４】従来技術の通電プロファイルを示すグラフである。
【図５】第１通電を変化させたときの締め込み量変化を示すグラフである。
【図６】他の実施形態の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、車両に搭載する二次電池を例にとり説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１に、本実施形態における二次電池の構成を示す。二次電池１０は、幅の狭い短側面と幅の広い長側面を有する直方体状の電槽１２をその短側面を隔壁１６として共用して相互に連接してなる。図においては、６個の電槽１２が示されているが、その数は任意である。各電槽１２の上面開口は一体の蓋体１３で一体的に閉鎖される。
【００１６】
各電槽１２内には、正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群１４とその両側に接合された集電板２０ａ、２０ｂからなる発電要素が電解液とともに収容され、単電池を構成する。極板群１４の正極板と負極板は互いに反対の側部に突出してそれぞれ集電板２０ａ、２０ｂに接合される。
【００１７】
隣接する電槽１２、１２間の隔壁１６の上部には接続用の貫通穴が形成される。また、集電板２０ａ、２０ｂの上部にはそれぞれ隔壁１６の貫通穴に嵌入する接続突部が形成され、隣接する電槽１２，１２間で集電板２０ａの接続突部と集電板２０ｂの接続突部同士が抵抗溶接（好ましくはプロジェクション溶接）により溶接される。抵抗溶接の方法については、さらに後述する。
【００１８】
両端の電槽１２の外側の短側面にも貫通穴が形成され、それぞれ正極端子２２及び負極端子２４が装着される。正極端子２２には、正極端子２２に隣接する電槽１２の集電板２０ａが接続される。負極端子２４には、負極端子２４に隣接する電槽１２の集電板２０ｂが接続される。
【００１９】
以上のようにして、複数の単電池が互いに直列接続され、両端の正極端子２２、負極端子２４間に所定の直流電圧を出力する。
【００２０】
図２に、図１におけるＡ部、すなわち隔壁１６に形成された貫通穴における集電板２０ａ、２０ｂの溶接部位を示す。
【００２１】
隔壁１６の一部に貫通穴３０が形成され、集電板２０ａの接続突部２１ａと、集電板２０ｂの接続突部２１ｂがともにこの貫通穴３０に嵌入されて当接する。貫通穴３０と接続突部２１ａ、２１ｂとの間には、シール材としてのＯリング３２が装着される。Ｏリング３２が装着された状態において、一対の溶接電極を集電板２０ａ、２０ｂの接続突部２１ａ、２１ｂを挟むように配置し、接続突部２１ａ、２１ｂを両側から押圧して所定の荷重を印加した状態で溶接電流を流すことにより接続突部２１ａ、２１ｂを抵抗溶接する。
【００２２】
このような構成において、従来においては集電板２０ａ、２０ｂはともに熱印加によるアニール処理が施された後に抵抗溶接しており、集電板２０ａ、２０ｂの接続突部２１ａ、２１ｂがアニールにより熱変形するため抵抗溶接時においてシール材としてのＯリング３２を効果的に締め付けることが可能であるが、溶接前に加熱機で別途アニールする必要があるので処理が煩雑となる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、集電板２０ａ、２０ｂに熱印加によるアニール処理が施されていない状態で抵抗溶接を行う。具体的には、集電板２０ａ、２０ｂの接続突部２１ａ、２１ｂに溶接電流を流す前に、これに先立って第１通電を行い、第１通電により接続突部２１ａ、２１ｂを加熱して実質的に熱印加によるアニール処理と同様の熱変形を生じさせる。第１通電の目的は接続突部２１ａ、２１ｂ同士の溶接ではないので、接続突部２１ａ、２１ｂを溶接するために必要な所定の溶接電流よりもその電流値は小さくし、単位時間当たりの熱量を第２通電より小さくしている。
【００２４】
すなわち、本実施形態では、以下の２つの工程により集電板２０、２０ｂの接続突部２１ａ、２１ｂ同士を溶接する。
（１）溶接電流よりも小さい電流値を通電する（第１通電）。
（２）その後に、溶接電流を通電して溶接する（第２通電）。
【００２５】
図３に、本実施形態における通電プロファイルを示す。図において、横軸は時間を示し、縦軸は通電電流値を示す。
【００２６】
まず、ある時刻ｔ１において第１通電１００を開始する。この第１通電１００では溶接電流よりも小さい一定の電流を接続突部２１ａ、２１ｂに流す。そして、時刻ｔ２において第１通電を終了するとともに、次に、第２通電１０２を開始する。この第２通電１０２では、接続突部２１ａ、２１ｂ同士を溶接するために必要な溶接電流を流す。第２通電１０２は、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで一定値であり、その後、時刻ｔ３から時刻ｔ４までは順次減少して時刻ｔ４でゼロとなる。
【００２７】
図４に、本実施形態の通電プロファイルとの比較のため、従来の通電プロファイルを示す。従来においては、集電板２０ａ、２０ｂは事前に熱印加によるアニール処理が施されており、時刻ｔ１から時刻ｔ５まで溶接電流を流し、その後、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで溶接電流よりも低い電流を流す。
【００２８】
図３と図４とを比較すると、本実施形態においては、溶接前に第１通電１００が存在すること、第２通電１０２の時刻ｔ３〜ｔ４において順次減少するプロファイルが存在すること、の２点において従来技術と相違する。第１通電１００によって接続突部２１ａ、２１ｂを抵抗加熱して熱印加によるアニール処理と同様の熱変形効果を得ることができ、Ｏリング３２の締め付け量を適切な量に調整することができる。そのため、熱印加によるアニール処理を不要とする（アニールレス）。また、第２通電１０２の時刻ｔ３〜ｔ４における減少により、溶接に必要な熱量を確保するとともに、隔壁１６あるいはＯリング３２へのダメージを最小限に抑制することができる。
【００２９】
図５に、第１通電１００の通電量を変化させた場合の、Ｏリング３２の締め付け量の変化を示す。第１通電１００を時刻ｔ１〜ｔ２において流し、第２通電１０２を時刻ｔ２〜ｔ４において流す場合に、第２通電１０２を一定として第１通電１００の通電量を変化させた場合である。
【００３０】
図において、実線１００ｂは基準通電量であり、これよりも相対的に小さい通電量を一点鎖線１００ａで示し、基準通電量よりも相対的に大きい通電量を二点鎖線１００ｃで示す。
【００３１】
また、通電量１００ａ、１００ｂ、１００ｃを流したときのＯリング３２の締め付け量（あるいは据え込み量）をそれぞれ図中２００ａ、２００ｂ、２００ｃで示す。通電量１００ａ、１００ｂ、１００ｃにそれぞれ対応する締め付け量は、締め付け量２００ａ、２００ｂ、２００ｃである。Ｏリング３２の締め付け量は、例えば０．５ｍｍ以上あれば十分なレベルとみなすことができる。
【００３２】
第１通電１００の通電量が増大すると、これに伴ってＯリング３２の締め付け量も増大していく。基準通電量１００ｂのときの締め付け量２００ｂは約０．６ｍｍであり、十分なレベルが確保される。
【００３３】
相対的に大きな通電量２００ｃのときの締め付け量２００ｃは０．７ｍｍと十分であるが、隔壁１６の一部に焼損が生じてしまう。
【００３４】
相対的に小さな通電量２００ａのときの締め付け量２００ａは０．５ｍｍ未満であり、Ｏリング３２の締め付けが不十分となる。
【００３５】
第１通電１００は、Ｏリング３２の締め付け量を十分に確保できる程度であり、かつ、隔壁１６の焼損や接続突部２１ａ、２１ｂの溶解（溶接）を生じない程度とすることが望ましく、その範囲を例示すると以下の通りである。
電流値：２．０ＫＡ〜４．０ＫＡ
通電時間：２０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ
電流値が２．０ＫＡより小さい場合や通電時間が２０ｍｓｅｃより短い場合は、Ｏリング３２の締め付け量を十分に確保できず、電流値が４．０ＫＡより大きい場合や通電時間が１００ｍｓｅｃより長い場合は、Ｏリング３２や隔壁１６に損傷が生じるため好ましくないからである。
【００３６】
因みに、本願出願人は、相対的に小さな通電量２００ａの場合に接続突部２１ａ、２１ｂの抵抗値に変化はなく、基準通電量２００ｂの場合に接続突部２１ａ、２１ｂの抵抗値は穏やかに上昇し、相対的に大きな通電量２００ｃの場合に接続突部２１ａ、２１ｂの抵抗値は溶接電流１０２を流したときよりも急峻であることを確認している。接続突部２１ａ、２１ｂはともに導体であり、導体の抵抗値は温度とともに上昇することを考慮すると、相対的に小さな通電量２００ａの場合にはほとんど発熱しておらず、基準通電量２００ｂの場合には発熱が生じ、相対的に大きな通電量２００ｃの場合には溶接時と同様の発熱が生じているということができる。基準通電量２００ｂにおいては、抵抗値は穏やかに上昇し、上昇開始から第２通電開始まで５０〜１００μΩ程度の上昇を示す。
【００３７】
そして、第２通電１０２の開始時には急激な立ち上がりを示し、ここで初めて溶接に至る発熱が生じる。
【００３８】
なお、本願出願人は、第１通電１００を行うことなく第２通電１０２のみで接続突部２１ａ、２１ｂ同士を溶接した場合、Ｏリング３２の締め付け量は０．５ｍｍ未満で不足であることを確認している。
【００３９】
第１通電１００の適正な範囲は、通電電流と通電時間により決定されるが、ある一定以上の電流値に設定すると溶接に至り、また、電流値が低すぎると必要以上に通電時間を増大させなければならず非効率となるため、通電電流と通電時間のバランスを抵抗値上昇量を監視しながら決定するのが望ましい。
【００４０】
また、第２通電１０２の通電電流及び通電時間も一定の範囲で増減調整してもよい。その範囲を例示すると以下の通りである。
電流値：５ＫＡ〜１０ＫＡであり、好適には７ＫＡ〜８ＫＡ
通電時間：１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃであり、好適には１５ｍｓｅｃ〜２５ｍｓｅｃ
溶接電流１０２の減少プロファイルの全体に対する比率は、例えば時間ｔ３〜ｔ５の３０％〜５０％とすることができる。
【００４１】
本実施形態では、第１通電１００と第２通電１０２の組み合わせにより集電板２０ａ、２０ｂの接続突部２１ａ、２１ｂ同士を溶接しており、第１通電１００を実行することによって第２通電１０２の実効時間、すなわち溶接電流の通電時間を短くすることができる効果がある。
【００４２】
さらに、第１通電１００により接続突部２１ａ、２１ｂをある程度熱変形させているため、第２通電１０２における溶接電流の変動許容範囲も従来以上に拡大され、ロバスト性確保の観点からも効果がある。すなわち、第１通電１００が存在するため、溶接電流の下限値は従来より下方側にシフトし得るとともに、時刻ｔ３〜ｔ４における減少スロープ（ダウンスロープ）により過剰熱量による隔壁１６の焼損が防止されるので溶接電流の上限値も従来より上方側にシフトし得る。このようなロバスト性の確保は、二次電池１０の量産時において特に大きな意義を有する。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、本実施形態では、第１通電１００と第２通電１０２とを連続して実行しているが、第１通電１００と第２通電１０２との間に所定時間だけ間隔を設定してもよい。但し、第１通電１００と第２通電１０２とを連続して実行することで、スループットが向上するとともに、第１通電１００により生じた熱変形を第２通電１０２でより確実に利用できる利点がある。
【００４５】
なお、上記実施形態では、正・負極側両方の集電板に接続突部を設け、貫通穴に嵌入しているが、正・負極のいずれか一方のみの集電板に接続突部を設け、他方の集電板の接続部は平坦又は凹部等、突出していない形状としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、アニールを行っていない集電板を用いたが、アニールが不十分であり、シール材を十分に締め付けることができない場合も有効である。
【００４７】
また、上記実施形態では、集電板の溶接について説明したが、本発明は、他の被溶接部材でも、２つの被溶接部材間にシール材を配した状態で溶接する場合であれば利用可能である。例えば、図６に示すように、電池４０（図では電池４０が１０個直列に接続された電池パックを記載）の製造にも利用可能である。具体的には電池４０の蓋から突出している＋端子６０、−端子６２は、電解液がケース外に漏れないように、蓋等の部材と、間にシール材を配して溶接を行っているが、その場合の溶接を第１通電、第２通電で行ってもよい。なお、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は右側面図であり、符号６４は接続導体、符号６６は単電池を一体的に固定するバンドを示す。
【符号の説明】
【００４８】
１０  二次電池、１２  電槽、１４  極板群、１６  隔壁、２０ａ，２０ｂ  集電板、２１ａ，２１ｂ  接続突部、３０  貫通穴、３２  Ｏリング。
【図１】
0005559732.tif 000002
【図２】
0005559732.tif 000003
【図３】
0005559732.tif 000004
【図４】
0005559732.tif 000005
【図５】
0005559732.tif 000006
【図６】
0005559732.tif 000007