(57)【要約】【課題】二次電池内に収納されている集電体の溶接用プロジェクションの接触面積を簡単な形状変更を行なうのみの安価な構成としながらも増大し、電池ケースと集電体の溶接強度の向上を図り、耐振動、耐衝撃に強く、電気抵抗の低減を得ることができる円筒形二次電池を提供する。【解決手段】帯状の正極板１および負極板２をこれらの間にセパレータ６を介在させて渦巻状に巻回してなる極板群５が集電体８を介在して有底筒状の金属製の電池ケース９内に収納され、電池ケース９内の底部と接合する集電体８に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクション１４を設けている。【選択図】図１
2008159357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が集電体を介在して有底筒状の金属製の電池ケース内に収納され、前記電池ケースの上端開口部が絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなる円筒形二次電池であって、前記電池ケース内の底部と接合する前記集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられていることを特徴とする円筒形二次電池。
【請求項２】
前記集電体の平面部に開口部を備え、その開口部に隣接した垂直方向に屈曲してなるバーリング突起片が成形され、前記バーリング突起片を成形した向きと反対方向に凸部を成形した線状溶接用プロジェクションが前記集電体の中央部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の円筒形二次電池。
【請求項３】
前記集電体の中央部に設けられた線状溶接用プロジェクションの凸部の頂点がＲ形状を有したことを特徴とする請求項２に記載の円筒形二次電池。
【請求項４】
前記集電体が純ニッケルまたはニッケルめっきを施した鉄を板状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形二次電池。
【請求項５】
前記集電体の外周部に少なくとも１箇所以上の直線部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形二次電池。
【請求項６】
有底筒状の電池ケース内の底部に溶接する際に使用する溶接用電極棒の外径より長辺方向の長さが長く、且つ前記溶接用電極棒の外径より短辺方向の長さが狭い直線状の線状溶接用プロジェクションを集電体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形二次電池。
【請求項７】
前記集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの長辺方向が放射状方向に向いた形状に構成されたことを特徴とする請求項５に記載の円筒形二次電池。
【請求項８】
前記集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの形状が十文字の形状に構成されたことを特徴とする請求項７に記載の円筒形二次電池。
【請求項９】
前記集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの形状が三方の放射状形状に構成されたことを特徴とする請求項７に記載の円筒形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として円筒形蓄電池における渦巻状に巻回してなる電極板群の下端に接合された集電体と電池ケースの内面とを電気的接続するための接続構造として好適な集電体を用いた円筒形二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円筒形二次電池に代表されるニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池などのアルカリ蓄電池は信頼性が高く、そのメンテナンスが容易であることから、携帯電話機やノートパソコンなどの携帯型電子機器の電源として幅広く使用されている。さらに、近年では電動工具や電気自動車などの電源として大電流放電に適したアルカリ蓄電池の要望が高まっている。
【０００３】
上述の大電流放電用途に用いられるアルカリ蓄電池としては、図６に示すように帯状の正極板８１と負極板８２をセパレータ８３を間に介して、それぞれの上端部あるいは下端部が渦巻状の極板群８４の上下からそれぞれ突出するように巻回し、電解液（図示せず）と共に金属製の電池ケース８９に収納し、電池ケース８９の開口部を封口体８５で封口する構成となっている。
【０００４】
極板群８４ではその上下から突出した正極板８１と負極板８２の先端部分に集電体８６，８７を複数箇所で溶接することにより、極板群８５からの集電性を高め、集電体８６，８７を介して電池ケース８９へ電気的に接続され、溶接強度を安定させるための凸部８８を設け溶接用プロジェクション８８ａを突出させている方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図７に示すように強度向上、低抵抗化を図るために集電体９６の中央部に設けた溶接用プロジェクション９７のみに留まらず、その中央部の溶接用プロジェクション９７の外周に配置された溶接用プロジェクション９８が突出され多点溶接化されたものが電池ケース９５に溶接された方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１０６１６５号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述した特許文献１の従来技術では、図６に示す点形状の溶接用プロジェクョン８８ａを介し抵抗溶接して電池ケース８９に接合するが、電池組立上ひねりによる回転方向への力（ひねり力）、振動、衝撃などが加わったときの耐久性が不十分で、特に回転方向への強度が確保できないため、溶接外れが発生し易く、接続部による電気抵抗が増大するために大電流の出入力が困難となり、大電流を流したときに発熱したり、電気抵抗が増大するといった不具合が生じる。
【０００７】
また、特許文献２の従来技術では図７に示すプロジェクション９７，９８を多数点溶接することにより強度が向上するが、プロジェクション９８に充分な加圧力が加わらない課題から接続部による電気抵抗の削減には貢献できず、溶接強度が不安定になることや溶接時に電池ケース９５へ穴明きが発生する。
【０００８】
本発明では上記従来の課題に鑑みてなされたもので、電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用
プロジョクションが設けられていることで、簡単な形状変更を行なうのみの安価な構成としながらも一つのプロジェクションで大きな接触面積が確保でき、電池ケースと集電体の溶接強度の向上、特に極板群の回転方向の溶接強度向上と接続による電気抵抗の低減を確実に得ることができる円筒形二次電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するために本発明は、帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が集電体を介在して有底筒状の金属製の電池ケース内に収納され、電池ケースの上端開口部が絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなる円筒形二次電池であって、電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられていることにより、従来技術の点形状の溶接用プロジェクションと比較して接触および溶接面積が大きくできることから、高い溶接強度を得ることができ、大きな振動、衝撃またはひねりなどの力が加わった場合の耐久性を十分に確保することができる。
【００１１】
さらに、線状溶接用プロジェクションの長さが長くなっていることから集電体のズレ、溶接用電極棒の位置決めミス等による溶接用電極棒の位置ズレが発生した場合においても、確実に溶接用プロジェクションと電池ケース内の底部と接触でき溶接が行なえる。また、溶接面積が増加することで電気抵抗の削減が可能となり電池特性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の発明においては、帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が集電体を介在して有底筒状の金属製の電池ケース内に収納され、電池ケースの上端開口部が絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなる円筒形二次電池であって、電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられていることにより、接触および溶接面積が大きく、高い溶接強度を得られ、ひねりなどの回転力や大きな振動、衝撃などの力が加わった場合の耐久性を十分に確保することができる。また、接触面積が増加することで電気抵抗の削減が可能となり電池特性の向上が図れる。
【００１３】
本発明の第２の発明においては、集電体の平面部に開口部を備え、その開口部に隣接した垂直方向に屈曲してなるバーリング突起片が成形され、バーリング突起片を成形した向きと反対方向に凸部を成形した線状溶接用プロジェクションが集電体の中央部に設けられていることにより、集電体のズレ、溶接用電極棒の位置決めミス等による溶接用電極棒の位置ズレが発生した場合においても確実に溶接用プロジェクションと電池ケース内の底部と接触でき溶接が可能となる。
【００１４】
本発明の第３の発明においては、集電体の中央部に設けられた線状溶接用プロジェクションの凸部の頂点がＲ形状を有したことにより、集電体を電池ケースに押える加圧力に多少のバラツキを発生したにも関わらず高い溶接強度を得られ、極板群にひねりなどの回転力などの力が加わった場合でも耐久性を十分に確保することができる。
【００１５】
本発明の第４の発明は、集電体が純ニッケルまたはニッケルめっきを施した鉄を板状に形成したことにより、集電体が電解液によって腐食する抑制が可能となる。
【００１６】
本発明の第５の発明は、集電体の外周部に少なくとも１箇所以上の直線部を設けたことにより、集電体を極板群に溶接する際の集電体の位置決めを確実に行なえ、集電体の中心と極板群の中心が合致して接合が可能となる。
【００１７】
本発明の第６の発明においては、有底筒状の電池ケース内の底部に溶接する際に使用する溶接用電極棒の外径より長辺方向の長さが長く、且つ溶接用電極棒の外径より短辺方向の長さが狭い線状溶接用プロジェクションを集電体に設けたことにより、極板群の中央孔に溶接用電極棒を挿入し抵抗溶接する際、溶接用電極棒の位置決めのズレによる不具合を緩和して確実な抵抗溶接が可能となる。
【００１８】
本発明の第７の発明においては、集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの長辺方向が放射状方向に向いた形状に構成されたことにより、電池ケースと集電体との接触面積を増大させ、安定した抵抗溶接が可能となる。また、線状溶接用プロジェクションの形状を加工することを簡素化できる。
【００１９】
本発明の第８の発明においては、集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの形状が十文字の形状に構成されたことにより、線状溶接用プロジェクションの形状を加工成形することが簡素化でき、電池ケースと集電体とが安定して配置でき、確実な抵抗溶接が可能となる。
【００２０】
本発明の第９の発明においては、集電体に備わる線状溶接用プロジェクションの形状が三方の放射状形状に構成されたことにより、傾くことなく集電体を電池ケース内に配置が可能で、電池ケースとの接触面積を増大させて接続による電気抵抗の削減が可能となる。
【００２１】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る円筒形二次電池に代表されるアルカリ蓄電池を示す縦断面図であり、この実施の形態では、帯状の正極板１および負極板２を一枚づつ隔離用のセパレータ６を間に介在させて渦巻状に巻回した極板群５が金属製の電池ケース９に収納されている。
【００２２】
さらに、大電流に適した極板群５からの出入力集電構造としては極板群５の上下端面から正極芯材の先端部３を上方に突出させ、負極芯材の先端部４を下方へ突出させて、その先端部分に矩形状の正極集電体７および負極集電体８を複数個所で溶接し、電池ケース９と負極集電体８は負極集電体８の中央部に直線状をした線状溶接用プロジェクション１４が設けられ、電池ケース９内の底部の中央部と抵抗溶接が施されている。そして正極集電体７と安全弁１３を内蔵した正極端子を兼ねたキャップ１２を持つ周縁部に絶縁ガスケット１５を有した封口体１１とを正極リード１０で接続し、封口体１１を介して電池ケース９の開口部をかしめ封口して密閉する。
【００２３】
図２に示すように負極集電体８と電池ケースとを電気的接続するための凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状を有する線状溶接用プロジェクション１４が形成された負極集電体８として用いるものを例示してある。負極集電体８の平面部には開口部１６が設けられ、開口部１６の隣に垂直方向に曲げたバーリング突起片１７が備わっている。バーリング突起片１７は極板群の負極芯材の先端部と抵抗溶接され、バーリング突起片１７の向きと反対方向に凸部を形成した線状溶接用プロジェクション１４が負極集電体８の中央部に設けられている。
【００２４】
負極集電体８は、純ニッケルまたはニッケルめっきを施した鉄により、０．４ｍｍの厚さを有する板状で、平面視で見た全体形状がほぼ正方形に形成されており、負極集電体８
を極板群５に溶接する際に負極集電体８の外周部に設けた直線部１８で位置決めを行い、極板群５の中心と負極集電体８の中心を合致させて抵抗溶接を行っている。また、負極集電体８の厚みは、０．２〜０．５ｍｍの範囲内に設定するのが好ましく、抵抗溶接を行なう時の線状溶接用プロジェクション１４は線状型であることから完全に溶融しなくても、溶接部分での電気抵抗が増大することがなく、十分な接合状態を得ることができる。
【００２５】
また、図４（ａ）には線状溶接用プロジェクション１４の長辺方向が放射状方向に向いた十文字の形状に形成された線状溶接プロジェクション１４有した負極集電体８で、電池ケースとの接触面積をさらに増大させ、安定した抵抗溶接が可能となる。さらに、図４（ｂ）に示すように線状溶接用プロジェクション１４の長辺方向が三方の放射状形状に形成された線状溶接プロジェクション１４で、電池ケースと負極集電体８とが安定して配置でき、確実な抵抗溶接が可能となる。また、図４（ｃ）に示した負極集電体８は中央部の線状溶接用プロジェクション１４が曲線状の形状に形成されており、外形の小さな溶接用プロジェクションにも関わらず接触面積が大きく確保できる形状になっている。
【００２６】
上記実施の形態の負極集電体８は、上述した所定厚みの板材に絞り加工を施して線状溶接用プロジェクション１４を形成したのち、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような開口部１６やバーリング突起片１７を成形するのと同時に平面形状に打ち抜き加工する工程を経て容易に製造することができる。さらに集電体単体の製作に関しては、点形状の溶接用プロジェクションを限られた面積内に多数点形成するのは困難であるが、線状を有する溶接用プロジェクションは所要の金型を用いた絞り加工により容易に形成することができ、従来の点形状の溶接用プロジョクションを多数点設ける集電体に比較して、金型の管理が容易となり、且つ金型の寿命を長く確保できる。溶接装置に関しては従来の装置と溶接回数で集電体を電池ケース内の底部に接合できる利点がある。
【実施例１】
【００２７】
図１に示すように帯状の正極板１および負極板２を一枚づつ隔離用のセパレータ６を間に介在させて極板群５の上端面から正極芯材の先端部３を突出させ、極板群５の下端面から負極芯材の先端部４を突出させるように、渦巻状に巻回した極板群５を構成する。次に図２に示す厚み０．４ｍｍの負極集電体８の周縁部にある直線部１８を位置決めし、極板群５の中心と負極集電体８の中心とを合致させて、バーリング突起片１７を負極芯材の先端部４と抵抗溶接する。
【００２８】
さらに、負極集電体８が抵抗溶接された極板群５を電池ケース９に収納する。その後、図３に示すように極板群５を収納した電池ケース９を抵抗溶接用台座２１に載置し、電池ケース９の開口部より極板群５の中心孔１９に抵抗溶接用電極棒２０を挿入して、線状プロジェクション１４と電池ケース９内の底面と抵抗溶接を行なった電池ケース９を実施例１とした。
【００２９】
（比較例１）
実施例１と同様の極板群および電池ケースを用い、図６に示す負極集電体８７を極板群８４に抵抗溶接後、電池ケース８９に収納して、負極集電体８７の中央部に設けられた凸部８８の先端の溶接用プロジェクション８８ａを介して電池ケース８９内の底面に負極集電体８７を抵抗溶接し、極板群８４を収納した電池ケース８９を比較例１とした。
【００３０】
上記の実施例１と比較例１を比較するために、各２０個用意した実施例１および比較例１の電池ケース内の極板群を回転させ、ひねり強度として負極集電体と電池ケースの接合部の強度を測定した平均値と、電池ケース内の極板群を引張り、負極集電体と電池ケースの接合部の引張り強度を測定した平均値の結果を（表１）に示す。
【００３１】
【表１】
2008159357.tif 000003
（表１）に示されるようにひねり強度および引張り強度に対して大きな違いが明確になった。実施例１の方が比較例１に比べひねり強度および引張り強度とも上回っており、溶接用プロジェクションを点より線状にすることで電池ケース内の底面と集電体の溶接用プロジェクションの溶接面積を増大させることで安定した抵抗溶接ができる上、位置決めできる集電体を極板群の中心に配置して集電体と極板群を溶接することで、抵抗溶接の際に極板群の中心孔に挿入した電極棒で集電体の中心と電池ケースの中心が溶接でき、極板群にひねりの力を加えた場合においても溶接部が中心のため中心から離れた溶接部より回転トルクとしての大きな力が加わることがなく溶接部の強度が大きいと考えられる。
【００３２】
さらに、線状溶接用プロジェクションにより電池ケース内の底部との接触面積が増大したことにより、多少の位置ズレも緩和でき、たとえば集電体と極板群の中心のズレや抵抗溶接用電極棒の位置決めの不具合による溶接部の位置ズレをも緩和できたと考えられ、安定した抵抗溶接が可能になったため引張り強度も大きく、高い溶接強度が得られた。
【実施例２】
【００３３】
実施例１と同様の極板群５に負極集電体８に成形した線状溶接用プロジェクション１４の長さの違った負極集電体８を用意し、その長さ違いの線状溶接用プロジェクション１４を備えた負極集電体８を抵抗溶接した極板群５を電池ケース９に収納し、負極集電体８と電池ケース９内の底面を抵抗溶接した電池ケース８を実施例２とした。
【００３４】
（比較例２）
比較例１と同様の極板群８４に負極集電体８７に成形した溶接用プロジェクション８８ａの個数の違った負極集電体８７を用意し、その個数違いの溶接用プロジェクション８８を備えた負極集電体８７を抵抗溶接した極板群８４を電池ケース８９に収納し、負極集電体８７と電池ケース８９内の底面を抵抗溶接した電池ケース８９を比較例２とした。
【００３５】
上記の実施例２と比較例２を比較するために、各５個用意した実施例２および比較例２の電気抵抗値を測定した結果を図５に示す。図５に示されように溶接強度を大きくするために比較例２のように点形状の溶接用プロジェクションの個数を増やすが、接続による電気抵抗値にほとんど変化は見られなかった。実施例２の場合、溶接強度を増やすために線状溶接用プロジェクションの長さを長くすることで、電池ケースとの接触面積が増大し、電気抵抗値は低減された。
【００３６】
比較例２においては、点での電池ケース内の接触であるため電気抵抗値を低減させるまでは至らず、点での接点では不十分で、また全ての点が安定して接触できないことが考えられる。さらに点形状の溶接用プロジェクションを限られた面積内に多数点形成するのは困難で、全ての点を均等に電池ケース内の底部に押し付けることは困難であった。
【００３７】
以上の結果から本発明の電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられている円筒形二次電池により、高い溶接強度を得られ、ひねりなどの回転力や大きな振動、衝撃などの力が加わった場合の耐久性を十分に確保することができる。また、接触面積が増加することで電気抵抗の削減が可能となり電池特性の向上が図れる。
【００３８】
さらに、集電体のズレや抵抗溶接時の抵抗溶接用電極棒の位置ズレが発生した場合にお
いても、緩和して確実な抵抗溶接が可能となる。また、集電体単品の製作に関しては限られた面積内に多数の点溶接部を形成する困難さがなく、線状溶接用プロジェクションは所要の金型を用いた絞り加工により容易に形成することができ、金型の管理が容易となり、且つ金型の寿命を長く確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、電池ケース内の底部と接合する集電体に凸部形状をした外表面が面で形成され直線形状または曲線形状を有する線状溶接用プロジョクションが設けられている集電体を収納した円筒形二次電池により、電池として機能したときの内部抵抗を低減でき、大電流が流れた場合にも接合箇所での電圧降下も僅かであって二次電池としての作動電圧を大きく保つことができるので、大電流の出入力が可能となる。また、電池特性のバラツキやまた、上記集電体は純ニッケルまたはニッケルめっきを施した鉄を素材として形成されているので、電解液によって腐食することもない。また、従来の点形状の溶接用プロジェクションを限られた面積内に多数の点溶接部を形成するのは困難であるが、本発明の集電体は溶接用プロジェクションが線形状であるから、所要の金型を用いた絞り加工により容易に形成することができるため、金型の管理が容易となり、且つ金型の寿命を長く確保できる利点がある。また、この集電体は、従来の溶接回数で集電体と電池ケースに接合できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る円筒形のアルカリ蓄電池の縦断面模式図
【図２】本発明の一実施の形態に係る集電体を示す斜視図
【図３】本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接時の模式図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態に係る集電体の斜視図、（ｂ）本発明の一実施の形態に係る集電体の平面図、（ｃ）本発明における別の実施の形態に係る集電体の平面図
【図５】本発明の一実施の形態に係る電気抵抗値を示す特性図
【図６】従来例における円筒形二次電池の断面模式図
【図７】別の従来例における円筒形二次電池の断面模式図
【符号の説明】
【００４１】
１  正極板
２  負極板
３  正極芯材の先端部
４  負極芯材の先端部
５  極板群
６  セパレータ
７  正極集電体
８  負極集電体
９  電池ケース
１０  正極リード
１１  封口体
１２  キャップ
１３  安全弁
１４  線状溶接用プロジェクション
１５  絶縁ガスケット
１６  開口部
１７  バーリング突起片
１８  直線部
１９  中心孔
２０  抵抗溶接用電極棒
２１  抵抗溶接用台座
【図１】
2008159357.tif 000004
【図２】
2008159357.tif 000005
【図３】
2008159357.tif 000006
【図４】
2008159357.tif 000007
【図５】
2008159357.tif 000008
【図６】
2008159357.tif 000009
【図７】
2008159357.tif 000010