(57)【要約】【課題】リード端子と集電体の接触抵抗が増大するという問題点を解決し、接触抵抗の小さい大電流放電特性に優れた蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と前記集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた蓄電池であって、前記集電体は、突起部を１点以上有し、この突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを電気的に接続した蓄電池とする。【選択図】図２
2006324180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と前記集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた蓄電池であって、
前記集電体は、突起部を１点以上有し、この突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを電気的に接続した蓄電池。
【請求項２】
前記突起部の形状を半円弧状とした請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記突起部を押出し加工により作製した請求項１または請求項２に記載の蓄電池。
【請求項４】
前記集電体の縁部にリブ状突起片を設けた請求項１に記載の蓄電池。
【請求項５】
前記リブ状突起片と前記突起部とを近接して設けた請求項１に記載の蓄電池。
【請求項６】
前記リード端子に前記集電体の突起部に嵌まり合う凹部を設けた請求項１に記載の蓄電池。
【請求項７】
帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群と、集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と前記集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた蓄電池の製造法であって、
前記集電体に突起部を設ける工程と、
前記突起部の上面に前記リード端子を配置し、前記突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを溶接により接続するとともに、前記リード端子の片方と前記封口板とを接続する工程と、
前記金属製有底ケースと前記極板群とを接続するとともに、前記集電体と前記極板群とを接続する工程と、
前記金属製有底ケースに前記電解液を挿入し、前記封口板で前記金属製有底ケースの上部を密閉する工程とを有する蓄電池の製造法。
【請求項８】
前記集電体の突起部の下面に溶接電極を設置し、前記リード端子と前記突起部を介して前記集電体とを接続する請求項７に記載の蓄電池の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻状極板群を備えた蓄電池およびその製造法に関し、特に車両の駆動電源として用いるアルカリ蓄電池およびその製造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル‐カドミウム蓄電池やニッケル‐水素蓄電池に代表される円筒型アルカリ蓄電池は、信頼性が高くそのメンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン等の各種用途に幅広く用いられている。さらに近年においては電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として大電流放電に適した円筒型アルカリ蓄電池の開発が要望されている。
【０００３】
円筒型アルカリ蓄電池は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介して渦巻状に巻回して極板群を形成し、電解液と共に金属製の有底ケースに収納し、封口することにより形成される。
【０００４】
さらに大電流放電用途に用いられるアルカリ蓄電池では、正極板と負極板を、それぞれの上端部あるいは下端部が極板群の上下から突出するように巻回し、上下から突出した正極板と負極板の先端部分に略円状あるいは矩形の集電体を複数箇所で接続することによって極板からの集電性を高めているが、特に封口体と集電体を接続するリード端子において接触抵抗が増大し、電池電圧が低くなるといった問題があった。
【０００５】
そこでこのような接触抵抗の増大による電池電圧の低下を防ぐ方法として特許文献１には、Ｌ字状のリード端子の一方に封口体と溶接するための突起部、もう一方には集電体と溶接するための突起部をそれぞれ設け、溶接する方法が記載されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１５５７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成では、リード端子に突起部を設けるため、リード端子の板厚が所定以上必要となり、一方、突起部を有しない集電体の板厚は所定以上に厚くできないため、溶接時の加圧により集電体が湾曲する等により溶接強度のばらつきが生じ、その結果、リード端子と集電体の接触抵抗が増大するという問題点が有った。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、接触抵抗の小さい大電流放電特性に優れた蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の蓄電池は、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と前記集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた蓄電池であって、前記集電体は、突起部を１点以上有し、この突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを電気的に接続したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、リード端子と集電体の接触抵抗が小さくなり、大電流放電特性に優れ
た蓄電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の形態においては、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と前記集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた蓄電池であって、前記集電体は、突起部を１点以上有し、この突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを電気的に接続した。
【００１１】
この構成によればリード端子に突起部を設ける必要はなく、リード端子の板厚を薄くでき、一方、突起部を設けた集電体の板厚を厚くし剛性を増すこともできる。その結果、リード端子と集電体の溶接性を向上でき、溶接部の接触抵抗を小さくできる。
【００１２】
また、この集電体の突起部の形状は半円弧状が望ましい。
【００１３】
このようにすると、集電体とリード端子の溶接部が点接触に近付くため、金属間の接触抵抗と電流によって起こる発熱、溶解を利用した抵抗溶接等では溶接性を向上できる。
【００１４】
また、集電体の突起部は押し出し加工により作製したものが望ましい。
【００１５】
このようにすると、短時間で溶接可能となる効果、溶接電流を低減できる効果、溶接電極の加圧力を低減できる効果等の生産性に係わる効果が得られる。加圧力を低減できることにより集電体の湾曲を改善し、溶接強度のばらつきを低減できる効果も得られる。更に、集電体に突起部を容易に設けることができる。
【００１６】
また、集電体の縁部にリブ状突起片を設けることが望ましい。
【００１７】
このようにすると、集電体の剛性が増すため、溶接時の集電体の湾曲を抑制でき、集電体とリード端子との溶接強度のばらつきを低減できる。更に、リブ状突起片があるため、溶接時に集電体が回転することなく安定して保持できる効果も得られる。
【００１８】
また、集電体の突起部とリブ状突起片とを近接して設けることが望ましい。
【００１９】
このようにすると、極板を溶接したリブ状突起片とリード端子を溶接した集電体突起部が近接していることにより、リード端子と極板の電気伝導を向上できる。
【００２０】
また、リード端子に集電体の突起部に嵌まり合う凹部を設けても良い。
【００２１】
このようにすると、集電体とリード端子の溶接部の位置決めを容易にでき、リード端子の位置ずれを防止できる。
【００２２】
製造工程としては、集電体に突起部を設ける工程と、前記突起部の上面にリード端子を配置し、前記突起部を介して前記集電体と前記リード端子とを溶接により接続するとともに、前記リード端子の片方と封口板とを接続する工程と、金属製有底ケースと極板群とを接続するとともに、前記集電体と前記極板群とを接続する工程と、前記金属製有底ケースに電解液を挿入し、前記封口板で前記金属製有底ケースの上部を密閉する工程とを設けた。
【００２３】
また、突起部の下面に溶接用の下電極を設置し、リード端子と前記突起部とを溶接することが望ましい。
【００２４】
このようにすると、集電体の突起部の下面に溶接用の下電極を当てるため、溶接部がずれることなく接続できる。
【実施例】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について図を用いて説明する。
【００２６】
尚、ここで示す図は一例であって、本発明の請求項に表す構成を有していれば、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図１は本発明の蓄電池の一実施例を示す概略断面図、図２は本発明の蓄電池の構成を示す分解斜視図である。
【００２８】
正極板１の先端部分を上方へ突出し露出正極芯材部３を設け、負極板２の先端部分を下方へ突出して露出負極芯材部４を設ける。これら正負極板にセパレータ６を介して、渦巻状に巻回した極板群５を形成する。
【００２９】
露出正極芯材部３にリブ状突起片１４を介して上部の集電体７を溶接し、同様に露出負極芯材部４に下部の集電体８を溶接する。
【００３０】
リード端子９の一方に突起部１３を介して上部の集電体７を溶接し、もう一方に安全弁１２を備えた封口板１１を溶接する。
【００３１】
これらの極板群５を電池ケース１０に挿入した後、下部の集電体８と電池ケース１０を溶接する。
【００３２】
次いで、所定量のアルカリ電解液を上部の集電体７の中央孔を利用して電池ケース１０内に挿入する。
【００３３】
リード端子９をＵ字状に折り曲げ、封口板１１で電池ケース１０の開口部を密閉し蓄電池を構成する。
【００３４】
次に、以上のように構成された実施例の蓄電池の製造法について詳細を説明する。
【００３５】
図６（ａ）〜（ｉ）に、本発明の蓄電池の製造方法の一実施例における各工程の説明図を示した。
【００３６】
まず、図６（ａ）に示したような低炭素鋼からなる円状の平板に、図６（ｂ）に示したようなリブ状突起片１４を設け、上部の集電体７を作製した。
【００３７】
次に、図６（ｃ）に示した押出し加工等により、上部の集電体７に突起部１３を設けた。
【００３８】
次に、図６（ｄ）に示したように、突起部１３の下面に溶接用の下電極１６を配置し、突起部１３の上面にリード端子９を配置し、この上面より溶接用の上電極１５を押し当てて突起部１３を介して上部の集電体７とリード端子９を溶接するとともに、リード端子９の片方に封口板１１を溶接した。
【００３９】
尚、図６（ｄ）に代わって、図７に示したような溶接用の下電極１６を用いても良い。
【００４０】
次に、図６（ｅ）に示したように、上部の集電体７と極板群５の一方を溶接し、もう一方と下部の集電体８を溶接した。
【００４１】
次に、図６（ｆ）に示したように、電池ケース１０に極板群５を挿入し、下部の集電体８と電池ケース１０を溶接した後、図６（ｇ）に示したように、電池ケース１０の開口部に溝を入れた。
【００４２】
次に、図６（ｈ）に示したように、電池ケース１０にアルカリ電解液を挿入後、封口板１１を電池ケース１０の開口部の溝上部に配置し、電池ケース１０の開口部をかしめて、図６（ｉ）のように密閉した。
【００４３】
尚、封口板１１とリード端子９の溶接は、アルカリ電解液を挿入後の工程であっても良い。
【００４４】
（実施例１）
厚さ１．０ｍｍの焼結式ニッケルからなる正極板１の先端部分を上方へ１．５ｍｍ突出し、厚さ０．７ｍｍのペースト式カドミウムからなる負極板２の先端部分を下方へ１．５ｍｍ突出してセパレータ６を介して、渦巻状に巻回した極板群５を形成した。
【００４５】
前記正極板１の先端部分に突起部１３を設けた板厚０．４０ｍｍの上部の集電体７を溶接し、同様に負極板２の先端部分に板厚０．１８ｍｍの下部の集電体８を溶接した。
【００４６】
前記上部の集電体７とリード端子９の一方とを突起部１３を用いて溶接により接続し、もう一方と封口板１１とを溶接により接続した後、これらの極板群５を電池ケース１０に挿入し、前記電池ケース１０と前記下部の集電体８を溶接により接続した。
【００４７】
次いで、所定量のアルカリ電解液を上部の集電体７の中央孔を利用して電池ケース１０内に挿入し、リード端子９をＵ字状に折り曲げ、封口板１１で電池ケース１０の開口部を密閉して円筒形アルカリ蓄電池を構成した。
【００４８】
この円筒形アルカリ蓄電池は、直径３３ｍｍ、高さ６１．５ｍｍ、公称容量５０００ｍＡｈである。
【００４９】
以下、この円筒形アルカリ蓄電池の上部の集電体７およびリード端子９について詳細を説明する。
【００５０】
このとき上部の集電体７には図３（ａ）に示したように、円状の平板に突起部１３を１点設けた集電体を使用した。
【００５１】
この突起部１３の断面形状は図４（ａ）に示したようなボタン形状であり、上部の集電体７の板厚は０．４０ｍｍ、材質は低炭素鋼である。
【００５２】
この上部の集電体７に低炭素鋼で作られた板厚０．２５ｍｍのリード端子９を溶接により接続した。これを実施例１のアルカリ蓄電池とした。
【００５３】
尚、実施例１中における円板状の上部の集電体７は、これ以外に、矩形状の平板を使っても良い。
【００５４】
また、上部の集電体７の材質にニッケル材を用いても良く、リード端子９の材質には、ニッケル材の他、アルミ材を用いても良い。
【００５５】
これら材質に、ニッケル材やアルミ材を用いれば、バリが発生しにくい等の加工性に優れた効果が得られる。リード端子９に関しては、Ｕ字状に折り曲げる時の柔軟性にも優れた効果が得られる。
【００５６】
（実施例２）
突起部１３の断面形状を図４（ｂ）に示したような半円弧状とした以外は、実施例１と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例２とした。
【００５７】
（実施例３）
突起部１３を押出し加工により設け、この断面形状を図４（ｃ）とした以外は、実施例１と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例３とした。
【００５８】
（実施例４）
突起部１３を押出し加工により設け、この断面形状を図４（ｄ）とした以外は、実施例２と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例４とした。
【００５９】
（実施例５）
図３（ｂ）に示したように、上部の集電体７の縁部にリブ状突起片１４を設けた以外は、実施例４と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例５とした。
【００６０】
（実施例６）
図３（ｃ）に示したように、突起部１３を２点設けた以外は、実施例５と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例６とした。
【００６１】
尚、突起部１３を更に複数設けても良い。
【００６２】
一般的には、二つの部材の接触面積が大きいほど抵抗降下につながり、大電流放電に適しているといわれる。上部の集電体７とリード端子９を複数箇所で接触させることにより、更に低抵抗化を実現できる。
【００６３】
（実施例７）
リブ状突起片１４と突起部１３を近接して設けた以外は、実施例６と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例７とした。
【００６４】
（実施例８）
図５に示したように、リード端子９に上部の集電体７の突起部１３に嵌まり合う凹部１７を設けた以外は、実施例７と同じように構成したアルカリ蓄電池を実施例８とした。
【００６５】
（比較例１）
リード端子の板厚を０．４０ｍｍとして突起部を設け、突起部のない集電体を用いた以外は、実施例１と同じように構成したアルカリ蓄電池を比較例１とした。
【００６６】
以上のように構成したアルカリ蓄電池について、以下、その特性等を説明する。
【００６７】
本実施例と比較例におけるアルカリ蓄電池の上部の集電体とリード端子の接続性を接触抵抗値により比較した結果を（表１）に示す。
【００６８】
ここで、接触抵抗値は電池封口時と同様にリード端子をＵ字状に折り曲げた状態で測定した。
【００６９】
また、接触抵抗値は電池サイズ等により抵抗値が変わるため、比較例を１とした場合の比率で示した。
【００７０】
【表１】
2006324180.tif 000003
この（表１）に示すように、上部の集電体７に突起部１３を設けた実施例１〜８は、リード端子に突起部を設けた比較例１と比べて、接触抵抗値が小さくなることが確認された。
【００７１】
実施例１によれば、リード端子９に突起部１３を設ける必要がないため、リード端子９の板厚を薄くでき、一方、突起部１３を設けた上部の集電体７の板厚を厚くできる。その結果、突起部１３を設けた上部の集電体７の剛性が増し、溶接時に上部の集電体７が湾曲する等の問題が改善されるため溶接性が向上し、溶接部の接触抵抗値を小さくできたと推測できる。
【００７２】
実施例２によれば、突起部１３の断面形状を半円弧状とすることで、上部の集電体７の突起部１３とリード端子９の接続部が点接触に近付くため、抵抗溶接等の金属間の発熱、溶解を利用した方法では、ボタン形状等以上に溶接性を向上でき、溶接部の接触抵抗値を小さくできたと推測できる。
【００７３】
実施例３によれば、突起部１３を押出し加工により形成することで、突起部１３の下面に溶接用の下電極１６を当てることが可能となり、溶接時の効率が向上し、短時間で溶接可能となる効果や溶接電流を低減できる効果、および溶接用の上電極１５の加圧力を低減できる効果等の生産性に係わる効果を奏する。加圧力を低減できることにより上部の集電体７の湾曲を改善し、溶接強度のばらつきを低減できる効果が得られ、接触抵抗値が小さくなったと推測できる。
【００７４】
実施例４によれば、押出し加工により半円弧状の突起部１３を得るため、上部の集電体７の突起部１３とリード端子９の溶接部が点接触に近付くことによる溶接性向上と押出し加工による生産性向上の双方の効果を奏する。
【００７５】
実施例５によれば、上部の集電体７の縁部にリブ状突起片１４を設けることにより、上部の集電体７の剛性が増すため、溶接用の上電極１５を押え込み溶接する時に上部の集電体７の湾曲を抑制できる。その結果、上部の集電体７とリード端子９との溶接強度のばらつきを低減できるため、更に溶接部の接触抵抗値を小さくできたと推測できる。
【００７６】
また、リブ状突起片１４があるため、溶接時に上部の集電体７が回転することなく安定して保持できる効果も奏する。また、リブ状突起片１４が極板群５側に食い込む形態となるため、集電体７と露出正極芯材部３との溶接性が向上し電気伝導性が向上できる効果も奏すると推測できる。
【００７７】
実施例６によれば、突起部１３を２点設けることにより、更に接続性が向上できた。
【００７８】
例えば長期使用時の振動等に対しても接触抵抗値が増大することのない信頼性の高いアルカリ蓄電池が得られると推測できる。
【００７９】
実施例７によれば、実施例６の効果に加えて、露出正極芯材部３を溶接した上部の集電体７のリブ状突起片１４とリード端子９を溶接した上部の集電体７の突起部１３が近接していることにより、リード端子９と極板群５の電気伝導性を向上できる効果も奏すると推測できる。
【００８０】
実施例８によれば、リード端子９に上部の集電体７の突起部１３に嵌まり合う凹部１７を設けることにより、上部の集電体７とリード端子９の溶接部の位置決めを容易にでき、溶接時のリード端子９のズレを防止できる効果も奏する。
【００８１】
一方、比較例１の接触抵抗値が各実施例と比べて大きくなる理由は、上部の集電体の剛性が突起部を設けたリード端子の剛性より小さいことに起因する。一般的に、片方の部材に突起部を設け、突起部を有しない部材と溶接する場合は、突起部を設けた部材の剛性が突起部を有しない部材の剛性より大きい方が溶接性は良いとされる。比較例１では、上部の集電体の剛性がリード端子の剛性より小さいため接触抵抗値が各実施例より大きくなったと推測できる。
【００８２】
尚、上部の集電体７およびリード端子９の板厚は電池サイズ等により変動する。
【００８３】
上記実施例１〜８においては、上部の集電体７の板厚０．４０ｍｍ、リード端子９の板厚０．２５ｍｍのものについて説明したが、上部の集電体７の板厚を０．２５ｍｍとしても、リブ状突起片１４を有していれば剛性が増すため同様の効果が得られた。
【００８４】
上記比較例１においては、上部の集電体およびリード端子の板厚が０．４０ｍｍのものについて説明したが、リード端子の板厚を０．２５ｍｍとすれば、リード端子の剛性が小さくなり更に接触抵抗値は大きくなった。
【００８５】
次に、実施例１、実施例６、比較例１の円筒形アルカリ蓄電池を用い、大電流放電特性の比較を行った。
【００８６】
大電流放電特性の評価は、２０℃雰囲気下において、充電電流５００ｍＡで１５時間充電した後、放電終止電圧１．０Ｖまで放電電流５Ａで放電し、次いで、前記条件で充電後
、前記放電終止電圧まで放電電流２７Ａで放電し、２７Ａ放電時の放電容量を５Ａ放電時の放電容量で除した放電容量比で評価した。
【００８７】
大電流放電特性の評価結果は、実施例１が８７．３％、実施例６が８８．０％、比較例１が８４．７％であった。
【００８８】
実施例１および実施例６は、上部の集電体７とリード端子９の溶接性を改善し接触抵抗値が小さくなったため、比較例１と比較して大電流放電特性が向上していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
大電流放電が必要となる電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の蓄電池の一実施例を示す概略断面図
【図２】本発明の蓄電池の構成を示す分解斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施例である突起部を１点設けた集電体の斜視図、（ｂ）本発明の一実施例である突起部を１点設け、リブ状突起片を有した集電体の斜視図、（ｃ）本発明の一実施例である突起部を２点設け、リブ状突起片を有した集電体の斜視図
【図４】（ａ）本発明の一実施例であるボタン形状突起部の断面図、（ｂ）本発明の一実施例である半円弧状突起部の断面図、（ｃ）本発明の一実施例である押出し加工により設けたボタン形状突起部の断面図、（ｄ）本発明の一実施例である押出し加工により設けた半円弧状突起部の断面図
【図５】本発明の一実施例であるリード端子の凹部に集電体の突起部を嵌め合わせた断面図
【図６】（ａ）〜（ｉ）本発明の蓄電池の製造法の一実施例における各工程の構成を示す説明図
【図７】本発明における集電体とリード端子の他の接続の方法を示す概略図
【符号の説明】
【００９１】
１      正極板
２      負極板
３      露出正極芯材部
４      露出負極芯材部
５      極板群
６      セパレータ
７      上部の集電体
８      下部の集電体
９      リード端子
１０    電池ケース
１１    封口板
１２    安全弁
１３    突起部
１４    リブ状突起片
１５    溶接用の上電極
１６    溶接用の下電極
１７    リード端子の凹部
【図１】
2006324180.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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