(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池ケースと、前記開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら電池ケースおよび封口体よりなる電池容器内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極体とを備えた蓄電池の製造方法であって、
前記電極体を前記電池ケースに収納した後、前記正・負極のいずれか一方から導出した集電リード板の一部を前記封口体下面に接触させた状態で前記電池ケースの開口部を前記封口体で密閉する工程と、
封口後、前記電池ケースと前記封口体との間に電流を流すことにより、前記集電リード板と封口体との接触部分を溶接して溶接部を形成する工程とを備えた蓄電池の製造方法であって、
前記封口体下面の前記集電リード板との接触部あるいは前記集電リード板の前記封口体下面との接触部のいずれか一方または両方に複数の突起部を形成し、前記電池ケースと前記封口体との間に電流を流すことにより、前記接触部に流れる電流密度を大きくして前記溶接部を形成するようにしたことを特徴とする蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池ケースと、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら電池ケースおよび封口体よりなる電池容器内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極体とを備えた蓄電池の製造方法に関するものであり、特に、正・負極の一方から導出した集電リード板を封口体の下面に溶接する溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板及び負極板の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回して電極体を形成し、この電極体を金属製電池ケースに収納して正極あるいは負極から延出する集電リード板を封口体下面に溶接した後、封口体を電池ケース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。
【０００３】
一般的に、厚みが厚くて短い集電リード板を用いた方が、その比抵抗が小さくなって電池内部抵抗が低下するが、上記したように、集電リード板を封口体下面に溶接した後、封口体を電池ケースの開口部に装着するためには、長めに形成された集電リード板を用い、封口時に、正極あるいは負極と封口体下面との間で屈曲させるようにして封口体を電池ケースの開口部に装着する必要がある。ところで、集電リード板を屈曲させるようにするためには、薄くて長い集電リード板を用いなくてはならず、その比抵抗が大きくなって電池内部抵抗が大きくなるという問題を生じた。
【０００４】
そこで、集電経路を短縮し、電池内部抵抗を低減させる接続方法が、例えば、特開昭５２−１６６４０号公報において提案された。このものは、図３に示すように、正極板１と負極板２とをセパレータ３を間にして卷回して渦巻状電極体とし、この渦巻状電極体の正極板１の端部より突出する芯体の端縁１‘で構成される端面に無数の穿孔、凸部４’を備えた集電体４を溶接している。一方、封口体５は内底面に断面略コ字状の導出体７を溶接し、組立時において、電極体を挿入した外装缶９の開口折曲縁により絶縁パッキングを介して封口体５を封着する際の封口圧により、集電体４と導出体７とを圧接状態で電気的に接続するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５２−１６６４０号公報に記載されるように、集電体４と導出体７とを接触のみにより電気的に接続すると、集電体４や導出体７に用いられる金属は鉄やニッケルであるため、正極の電位がこれらの鉄やニッケルの酸化を促進する電位であるため、電池を長期間使用していると、集電体４と導出体７との接触部の表面が酸化されて、これらの表面に酸化膜が生成され、この接触部の抵抗が増大して電池内部抵抗が増大するという問題を生じた。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、封口体と電極との間の抵抗を小さくして電池内部抵抗を低減して高率放電性能が優れた蓄電池を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池ケースと、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら電池ケースおよび封口体よりなる電池容器内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極体とを備えた蓄電池の製造方法であって、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明においては、電極体を電池ケースに収納した後、正・負極のいずれか一方から導出した集電リード板の一部を封口体下面に接触させた状態で電池ケースの開口部を封口体で密閉する工程と、封口後、電池ケースと封口体との間に電流を流すことにより、集電リード板と封口体との接触部分を溶接して溶接部を形成する工程とを備えるようにしている。
【０００７】
このように、電池構成時点で集電リード板の溶接部分を封口体に接触させておき、電池ケースと封口体との間（電池の正・負極外部端子間）に電流を流すことで接触部分を溶接させることにより、電池構成後に集電リード板と封口体との溶接を行うことが可能となる。このため、電池封口前に集電リード板と封口体とを溶接する必要がなくなる。
【０００８】
これによって、集電リード板が短くても容易に電池ケースの開口部に封口体を装着することが可能となり、集電距離を短縮して電池内部抵抗を低減することが可能である。また、封口時に集電リード板を折曲する必要がないので、厚みの厚い集電リード板を用いることが可能になって、電池内部抵抗を低減することが可能になる。さらに、接触部分が溶接されることとなるので、この電池を長期間使用しても、この部分の抵抗が増加することがなくなり、電池内部抵抗が低くて高率放電特性の優れた電池を得ることができる。
【０００９】
このような溶接部を形成するに際して重要な点は、封口体の底面と正極集電リード板とを確実に接触させ、接触部の通電時の電流密度を増加させて、接触部のジュール熱の発生を大きくして赤熱し易い状態にする必要がある。そこで、封口体下面の集電リード板との接触部あるいは集電リード板の封口体下面との接触部のいずれか一方または両方に複数の突起部を形成し、電池ケースと封口体との間に電流を流すことにより、接触部に流れる電流密度を大きくして溶接部を形成するようにしている。このように、接触部に流れる電流密度を大きくして溶接部を形成するようにすると、より効率良い溶接点形成が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、図１は本発明の製造方法を適用して製造した本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池の要部を示す断面図である。
本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池は、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、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内に充填して製造した焼結式ニッケル正極板１１と、同様に化学含浸法により水酸化カドミウムを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填して製造した焼結式カドミウム負極板１２とを備えている。
【００１１】
これらのニッケル正極板１１とカドミウム負極板１２は、これらのニッケル正極板１１とカドミウム負極板１２との間にセパレータ１３を介在させて巻回されており、こうして巻回して得た電極体１０の上面部には、ニッケル正極板１１の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出し、また、電極体１０の下面にはカドミウム負極板１２の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出している。そして、この電極体１０の上下面に夫々露出する正極芯体と負極芯体には、夫々多数の開口を有する板状の正極集電体１４と負極集電体（図示せず）が溶接されている。
【００１２】
このニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てるに際しては、まず、上述の電極体１０を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の電池ケース（底面の外面は負極外部端子となる）２０内に収納し、カドミウム負極板１２に溶接された負極集電体（図示せず）をこの電池ケース２０の内底面にスポット溶接する。一方、ニッケル正極板１１に溶接された正極集電体１４上に、断面略コ字状でその角部が若干斜め上方に突出して形成した正極集電リード板３０を載置し、正極集電リード板３０の下端部を正極集電体１４にスポット溶接する。なお、正極集電リード板３０の上面の中央部には、透孔３１を形成するとともに、この透孔３１と角部の間には複数の円錐状の突起部３２，３３を形成している。
【００１３】
ここにおいて、封口体４０は、底面に円形状の下方突出部を形成してなる蓋体４１と、正極キャップ（正極外部端子）４２と、これら蓋体４１および正極キャップ４２間に介在されるスプリング４３ａと弁板４３ｂからなる弁体４３とから構成されており、蓋体４１の中央にはガス抜き孔４１ａが形成されている。また、正極集電リード板３０は、封口体４０のガス抜き孔４１ａと対向する部分に透孔３１が形成されており、この透孔３１の存在により、電池内部ガス圧が上昇した場合においても、集電リード板３０がガス抜き孔４１ａを塞ぐことはなく、電池内部のガスを集電リード板３０の透孔３１を通して封口体４０のガス抜き孔４１ａからスムーズに電池外部に放出することができる。
【００１４】
こうして、正極集電体１４と正極集電リード板３０とを溶接した後、封口体４０を電池ケース２０の開口部に絶縁ガスケット５０を介して配置し、電池ケース２０の開口端縁を内方にカシメることによって電池を封口して、公称容量１．３ＡｈのＳＣサイズの円筒形ニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てる。この封口時点では、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３は、封口体４０の下方突出部の底面に接触した状態になっている。
【００１５】
上記のようにして組み立てた電池の正極キャップ（正極外部端子）４２と電池ケース２０の底面（負極外部端子）の間に、電池の放電方向に２４Ｖの電圧を印加し、２ＫＡの電流を約１５ｍｓｅｃの時間流す通電処理を施した。この通電処理によって、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３と封口体４０の接触部分が溶接されて、溶接部が形成される。
【００１６】
このような溶接部を形成するに際して重要な点は、封口体４０の底面と正極集電リード板３０とを確実に接触させ、接触部の通電時の電流密度を増加させて、接触部のジュール熱の発生を大きくして赤熱し易い状態にする必要がある。そこで、本実施形態においては、正極集電リード板３０の上面に複数の円錐状の突起部３２，３３を形成している。なお、この突起部３２，３３の個数が多ければ多いほど内部抵抗が減少するが、突起部３２，３３の製造性等を考慮して適宜の個数とすればよい。
【００１７】
一方、比較例の蓄電池として、電池組立て後の溶接部を形成する通電処理を施さず、単に、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３と封口体４０の下方突出部の底面とを接触した状態で封口し、その他は上記実施形態と同一の方法でニッケル−カドミウム蓄電池を作製した。
【００１８】
上記のようにして作製した本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池と比較例のニッケル−カドミウム蓄電池を用い、２Ｃの電流で１時間充電（周囲温度２５℃）した後、１５Ｃの電流で電池電圧が０．８Ｖになるまで放電（周囲温度２５℃）させるサイクルを繰り返して充・放電サイクル試験を行った。この充・放電サイクル試験において、１サイクル後および１００サイクル後のそれぞれの電池の電池容量と、そのときの内部抵抗とを測定すると、以下の表１に示すような結果となった。なお、表１において、容量および内部抵抗は、本発明に基づいて作製した電池の１サイクル後の容量および内部抵抗をそれぞれ１００とした場合の値（容量比および抵抗比）を表している。
【００１９】
【表１】
0003547931.tif 000002
【００２０】
上記表１より、本発明のニッケル−カドミウム蓄電池は、比較例のニッケル−カドミウム蓄電池と比較して、１００サイクル後であっも、安定した電池容量と内部抵抗を有していることが分かる。これは、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３と封口体４０の下方突出部の底面とが完全に溶接されていることに起因している。
【００２１】
即ち、比較例のニッケル−カドミウム蓄電池においては、１サイクル後と１００サイクル後の内部抵抗を比較すると、１００サイクル後の内部抵抗は１サイクル後の内部抵抗の約３倍も上昇している。このことから、電池組立て後の溶接部を形成する通電処理を施さないと、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３と封口体４０の下方突出部の底面との接触面が酸化されて、この接触面に酸化膜が形成されて接触抵抗が上昇し、電池内部抵抗が上昇したものと推測できる。この電池内部抵抗の上昇に起因して、電池容量も９９（１サイクル後）から６２（１００サイクル後）に減少したものと推測できる。
【００２２】
一方、本発明のニッケル−カドミウム蓄電池においては、正極集電リード板３０の上面に形成された複数の突起部３２，３３と封口体４０の下方突出部の底面とが完全に溶接されているため、充放電を繰り返しても内部抵抗が上昇することはなく、逆に、極板内の導電ネットワークが拡大するために内部抵抗はやや低下している。そして、この内部抵抗の低下に起因してその容量も１００から１０５に増大したものと推測できる。
【００２３】
なお、本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池に印加する電流の方向には相関性はなく、電池に対して充電方向及び放電方向のどちらに印加しても同様の結果が得られた。また、印加する電流値については、電池のサイズには関係なく、３００Ａ以上で同様の効果が得られる。但し、極端に過大な電流を印加した場合には、短時間の印加であっても、正極集電リード板３０が溶断し、この溶断する電流値は正極集電リード板３０の材質および形状により上限値は変化するので、電流値は、３００Ａ以上で正極集電リード板３０が溶断しない値とする必要がある。さらに、印加時間については、０．２５ｍｓｅｃ以上であれば同様の効果が得られるが、１秒もの長い時間に渡って印加すれば、正極集電リード板３０が溶断するため好ましくない。
【００２４】
変形例
上述の実施形態においては、正極集電リード板３０の上面に複数の突起部３２，３３を形成した例について説明したが、このような突起部は封口体４０の下方突出部の底面に形成するようにしてもよい。本変形例においては、封口体４０の下方突出部の底面に突起部を形成することにある。図２は本変形例のニッケル−カドミウム蓄電池の要部を示す断面図である。なお、図１と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。本変形例においては、封口体４０の蓋体４１の底部下面に円錐状の突起部４０ａ，４０ｂを設けたことに特徴がある。
【００２５】
この蓋体４１の底部下面に円錐状の突起部４０ａ，４０ｂを設けた封口体４０を用いて上述の実施形態と同様にして変形例のニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てる。この変形例のニッケル−カドミウム蓄電池の正極キャップ（正極外部端子）４２と電池ケース２０の底面（負極外部端子）の間に、電池の放電方向に２４Ｖの電圧を印加し、２ＫＡの電流を約１５ｍｓｅｃの時間流した。この通電処理によって、正極集電リード板３０の上面と蓋体４１の底部下面に形成された突起部４０ａ，４０ｂとの接触部分が溶接され、溶接部が形成される。このように、蓋体４１の底部下面に形成された突起部４０ａ，４０ｂを形成するようにすると、上述の実施形態の正極集電リード板３０の上面に突起部３２，３３を形成した場合と同様に電池内部抵抗が低下するとともに、電池容量も増加する。
【００２６】
このように、本実施形態およびその変形例のニッケル−カドミウム蓄電池は、電池構成後に集電リード板３０と封口体４０との溶接を行うことが可能となるため、電池封口前に集電リード板３０と封口体４０とを溶接する必要がなくなる。これにより、集電リード板３０が短くても容易に電池ケース２０の開口部に封口体４０を装着することが可能となり、集電距離を短縮して電池内部抵抗を低減することが可能である。また、封口時に集電リード板３０を折曲する必要がないので、厚みの厚い集電リード板３０を用いることが可能になって、電池内部抵抗を低減することが可能になる。さらに、接触部分が溶接されることとなるので、この電池を長期間使用しても、この部分の抵抗が増加することがなくなり、電池内部抵抗が低くて高率放電特性の優れた電池を得ることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態における突起部３２，３３および変形例における突起部４０ａ，４０ｂの形状を円錐形状とした例について説明したが、各突起部の形状は角錐状、円筒状、円錐台状等の各種の形状を採用できる。また、上記上記実施形態における突起部３２，３３および変形例における突起部４０ａ，４０ｂは、正極集電リード板３０あるいは蓋体４１の一方のみに設ける例について説明したが、これらの突起部を正極集電リード板３０および蓋体４１の両方に設けるようにしても良い。
【００２８】
なお、上記実施形態および変形例のニッケル−カドミウム蓄電池は、正極及び負極の何れも焼結式電極を用いたが、ペースト式などの非焼結式電極を用いた電池で実験した場合も同様な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池の要部を示す断面図である。
【図２】変形例のニッケル−カドミウム蓄電池の要部を示す断面図である。
【図３】従来のアルカリ蓄電池の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…電極体、１１…正極板、１２…負極板、１３…セパレータ、１４…正極集電体、２０…電池ケース（負極外部端子）、３０…集電リード板、３１…透孔、３２，３３…突起部、４０…封口体、４１…蓋体、４０ａ，４０ｂ…突起部、４１ａ…ガス抜き孔、４２…正極キャップ（正極外部端子）、４３…弁体
【図１】
0003547931.tif 000003
【図２】
0003547931.tif 000004
【図３】
0003547931.tif 000005