(57)【要約】【課題】優れた高率放電特性を有する電池の提供。【解決手段】一端が開口し、他端が閉塞した電池缶２と、前記電池缶２の開口内に絶縁部材８を介して配置され、前記開口を封口する封口板１０と、前記封口板１０と離隔して前記電池缶２内に収容され、セパレータ２２を介して積層された第１の電極及び第２の電極を含む電極群２０と、前記封口板１０と対向して前記電極群２０の一端側に設けられ、前記第１の電極に溶接された集電体３２と、前記集電体３２及び前記封口板１０に両端が溶接された第１の集電部材３８と、前記集電体と前記封口板１０との間に介装された第２の集電部材４０とを具備したことを特徴とする電池。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口し、他端が閉塞した電池缶と、
前記電池缶の開口内に絶縁部材を介して配置され、前記開口を封口する封口板と、
前記封口板と離隔して前記電池缶内に収容され、セパレータを介して積層された第１の電極及び第２の電極を含む電極群と、
前記封口板と対向して前記電極群の一端側に設けられ、前記第１の電極に溶接された集電体と、
前記集電体及び前記封口板に両端が溶接された第１の集電部材と、
前記集電体と前記封口板との間に介装された第２の集電部材とを具備したことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記第２の集電部材はリング状をなして前記第１の集電部材を囲み、かつ、前記集電体に面接触している一の接続部及び前記封口板に面接触している他の接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に関し、とりわけ、優れた高率放電特性を有するアルカリ二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動工具や電気自動車などの電源として用いられる電池、例えば、ニッカド二次電池、ニッケル水素二次電池等のアルカリ二次電池には、これら製品が大電流を必要とすることから、優れた高率放電特性が要求される。
この種の電池は、例えば特許文献１に開示されている。この従来技術の電池は円筒型の電池缶を備え、電池缶内には渦巻電極体が収容され、電極体の一端に溶接された集電体と、封口蓋との間には電流導出体が配置されている。この電流導出体は封口蓋に溶接されるとともに集電体に圧接しており、電流導出体を介して、電極体に含まれた極板と封口蓋とが電気的に接続されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５２−１０３６４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大電流用の電池には更なる高率放電特性の向上が求められており、従来技術の電池においてその向上を実現するためには、集電体と電流導出体との間を溶接し、それらの間における内部抵抗を低減することが有効である。
しかしながら、電流導出体を集電体に溶接した場合においても、内部抵抗の低減効果は限られている。またこの場合、電池缶の内径が有限であるために、電流導出体における溶接部を増やして内部抵抗を低減することにも限界がある。そのため、従来技術の電池にあっては、その内部抵抗の低減を十分に図ることができず、更なる高率放電特性の向上を実現することが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記した問題点を解決し、優れた高率放電特性を有する電池の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、一端が開口し、他端が閉塞した電池缶と、前記電池缶の開口内に絶縁部材を介して配置され、前記開口を封口する封口板と、前記封口板と離隔して前記電池缶内に収容され、セパレータを介して積層された第１の電極及び第２の電極を含む電極群と、前記封口板と対向して前記電極群の一端側に設けられ、前記第１の電極に溶接された集電体と、前記集電体及び前記封口板に両端が溶接された第１の集電部材と、前記集電体と前記封口板との間に介装された第２の集電部材とを具備したことを特徴とする電池が提供される（請求項１）。
【０００７】
具体的な態様として、前記第２の集電部材はリング状の形状を有して前記第１の集電部材を囲み、かつ、前記集電体に面接触している一の接続部及び前記封口板に面接触している他の接続部を有する（請求項２）。
前記第２の集電部材は、鉄を含有する基材と、この基材を被覆するニッケルめっきとから成ることが好ましい。
【０００８】
また、前記第２の集電部材は、前記集電体及び前記封口板により弾性的に狭持されていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態として、図１に示した円筒型ニッケル水素二次電池（以下、電池Ａという）について説明する。
電池Ａは、負極端子を兼ねる金属製の電池缶２を備え、電池缶２は一端が開口し、他端が閉塞した有底円筒状をなしている。電池缶２の開口近傍には、電池缶２の周方向に沿って段部４が形成され、この段部４はその径方向内方に突出している。また、電池缶２の開口縁６も電池缶２の径方向内方にかしめられており、段部４と開口縁６との間には、環状の絶縁部材８を介して円形の封口板１０の周縁部が挟まれている。つまり、電池缶２の開口内には、絶縁部材８を介して導電性の封口板１０が配置され、これら封口板１０及び絶縁部材８は、気密状態を保持して電池缶２の開口を閉塞している。
【００１０】
封口板１０はその中央に貫通孔１２を有し、封口板１０の外面上には、この貫通孔１２の開口を覆うようにしてゴム製の弁体１４が配置されている。更に、封口板１０の外面上には、この弁体１４を覆うようにして帽子状の正極端子１６が配置され、正極端子１６は弁体１４を封口板１０に押圧している。つまり、貫通孔１２及び弁体１４は、電池缶２内の圧力が異常に上昇した場合にその圧力を外部に導出可能な安全弁を構成している。なお、正極端子１６にあっては、その鍔部１８が封口板１０に溶接されており、かしめられた電池缶２の開口縁６は絶縁部材８を介して鍔部１８の周縁部を覆っている。
【００１１】
電池缶２内には、略円柱状の電極群２０（渦巻状電極群）が電池缶２と同心状にして収容され、且つ、公知のアルカリ電解液が注液されている。
この電極群２０は、セパレータ２２を介して巻回されたそれぞれ帯状の正極板２４及び負極板２６を含み、正極板２４および負極板２６はそれらの幅方向を電極群２０の軸線方向に一致させて巻回されている。従って、この電極群２０においては、セパレータを介して、正極板２４及び負極板２６が電極群２０の径方向に積層されている。
【００１２】
ここで、正極板２４及び負極板２６は、幅方向にわずかにずらして巻回されており、電極群２０の両端においては、正極板２４若しくは負極板２６の一側縁部２８，３０が電極群２０の軸線方向に突出している。従って、電極群２０の両端において、一の極板との間には絶縁性を確保しながら、他の極板に後述する集電体３２，３４を溶接可能となっている。また一方、電極群２０の外周には負極板２６が位置付けられており、電極群２０の外周にて露出した負極板２６は電池缶２に内接している。なお、正極板２４、負極板２６及びセパレータ２２としてはいずれも公知のものを使用することができる。
【００１３】
電極群２０の両端には、それぞれ円板状の集電体３２，３４が設けられ、各集電体３２，３４は、正極板２４若しくは負極板２６の突出した一側縁部２８，３０に溶接されている。電極群２０は、負極板２６に溶接された負極集電体３４が電池缶２の底面に接するようにして電池缶２内に収容され、負極集電体３４は電池缶２の底面に溶接されている。したがって、負極板２６は、電池缶２の内周面及び底面に電気的に接続されている。
【００１４】
一方、正極板２４に溶接された正極集電体３２は、その軸線方向に封口板１０から離間し、正極集電体３２と封口板１０との間には略円柱状の中空部３６が存在している。
この中空部３６内には、帯状の集電リード３８（第１の集電部材）が２回折り曲げられて配置され、この折曲された集電リード３８における一端部は、正極集電体３２の中央部に面接触した状態にて溶接されている。また、集電リード３８における他端部は、封口板１０の中央部に面接触した状態にて溶接されている。
【００１５】
そして更に、正極集電体３２と封口板１０との間の中空部３６内には、集電リード３８を取り囲んだ状態で環状の集電リング４０（第２の集電部材）が中空部３６と同心状にして配置され、集電リング４０は集電リード３８を囲んでいる。図２及び図３に上記した集電リング４０の一例を示す。集電リング４０は断面略Ｓ字状の周壁４２と、周壁４２の両端にそれぞれ一体にして形成された端壁４４，４４とからなり、周壁４２は、集電リング４０がその軸線方向両側から圧縮されたときに弾性変形可能である。また、両端壁４４，４４は正極集電体３２及び封口板１０に面接触可能となるように平面状をなしており、開口縁６がかしめられることによって、正極板２４及び封口板１０はこれら端壁４４，４４を押圧し、集電リング４０を弾性的に狭持している。つまり、集電リング４０は、正極集電体３２及び封口板１０には溶接されていないけれども、その両端壁４４，４４が接続部として正極集電体３２または封口板１０に弾性的に面接触している。
【００１６】
従って、上述した電池Ａにおいては、正極集電体３２と封口板１０との間が、集電リード３８に加えて、集電リング４０を介して電気的に接続されていることから、正極集電体３２と封口板１０との間における電気抵抗が低く、その結果として高率放電特性の向上が図られている。
ここにおいて、集電リング４０の材料としては、鉄を主成分として含有する鋼板を基材として、この基材の表面がニッケルめっきされたものであることが好ましい。その理由は、大電流放電用途として必要な導電性が得られ、且つ低コストで部品作製が可能であるからである。
【００１７】
そして、集電リング４０における基材の厚みは０．１５ｍｍ〜０．５０ｍｍであることが好ましい。なぜならば、基材の厚みが０．１５ｍｍ未満であると、基材自体の抵抗が高く、十分に電池Ａの内部抵抗を低減することができないからである。また、基材の厚みが０．５０ｍｍを超えると、周壁４２を断面Ｓ字状に加工することが困難となるばかりか、周壁４２の弾性が乏しくなって、電池缶２の開口縁６をかしめることが不可能となったり、たとえかしめられたとしても、電極群２０が押し潰されるおそれがあるからである。そして、より好ましい集電リング４０における基材の厚みは、０．２５〜０．３０ｍｍである。
【００１８】
なお、正極板２４と電池缶２との間における絶縁性を確保するために、上述した集電リング４０、正極集電体３２及び正極板２４の一側縁部２８を囲む絶縁リング４６が電池缶２内に配置されている。
以下、上述した電池Ａの製造方法について説明する。
まず、セパレータ２２を介して正極板２４及び負極板２６を巻回して、上述した電極群２０を作製する。得られた電極群２０の両端に正極集電体３２及び負極集電体３４をそれぞれ溶接した後、Ｌ字状に折曲された集電リード３８の一端部を正極集電体３２に溶接する（図４参照）。そして、この電極群２０を電池缶２内に挿入して負極集電体３４を電池缶２の底面に溶接した後、電池缶２に段部４を形成する。それから、電池缶２内に絶縁リング４６及び集電リング４０を配置した後、集電リード３８の他端部に、正極端子１６等が取り付けられた封口板１０を溶接する（図５参照）。そして、封口板１０が溶接された集電リード３８を折り曲げ、絶縁部材８を介して封口板１０を電池缶２の開口内に配置する。この後、電池缶２の開口縁６をかしめて、封口板１０及び正極集電体３２によって集電リング４０を狭持させるとともに、封口板１０及び絶縁部材８によって電池缶２の開口を密封して電池Ａが製造される（図６参照）。
【００１９】
このように、集電リング４０は、かしめ加工により封口板１０あるいは正極集電体３２に対して弾性的に密着する。従って、電池Ａの製造に際しては、集電リング４０を新たに設けたことによる溶接工程の増加がなく、集電リング４０を正極集電体３２上に載置する工程を追加するのみでよい。そのゆえ、電池Ａは良好な生産性の下で製造可能である。
【００２０】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく種々変形が可能であって、本発明の電池は、ニッケル水素二次電池の外に、例えば、ニッカド二次電池や、あるいは一次電池にも適用可能である。
また、上述した一実施形態においては、円筒型のニッケル水素二次電池について説明したが、本発明の電池は角型電池にも適用可能である。
【００２１】
【実施例】
実施例１〜８，比較例１〜４
１．電池の製造
ニッケルメッキされたパンチングメタルに、正極活物質として水酸化ニッケルを担持して正極板２４を作製する一方、同じくニッケルメッキされたパンチングメタルに負極活物質である水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金を担持して負極板２６を作製した。そして、これら極板２４，２６をナイロン不織布のセパレータ２２を介して渦巻状に巻回して、電極反応面積１２０ｃｍ２の電極群２０を作成し、電極群２０の両端に、ニッケルメッキ鋼板から成る正極集電体３２及び負極集電体３４を溶接した。この後、ニッケルめっき鋼板からなる集電リード３８と、基材が表１に示した厚みを有する鋼板からなり、この基材に厚み３μｍのニッケルめっきを施した集電リング４０と、外径が１７ｍｍである電池缶２と、アルカリ電解液とを用意して、電池Ａと同じ構成を有する公称容量３．２Ａｈのニッケル水素二次電池を組み立てた。なお、このニッケル水素二次電池の軸線方向の長さ（高さ）は６７ｍｍであった。
【００２２】
２．電池の評価
２−１．内部抵抗の評価
得られた実施例及び比較例の電池について内部抵抗をＡＣ１ＫＨｚにて測定した。その結果を表１に示す。
２−２．高率放電特性の評価
得られた実施例及び比較例の電池について、活性化処理を施した後、３Ａで１ｈ充電してから、４０Ａ又は５０Ａの放電電流にて放電させたときの電池温度及び電池ＣＶの測定を行った。結果をあわせて表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかなように、集電リング４０における基材の厚みが０．１０ｍｍある実施例１の電池は、集電リング４０を具備しない電池と同じ内部抵抗、電池温度及び電池ＣＶを示している。
これに対して、集電リング４０における基材の厚みが０．１５〜０．５０ｍｍである実施例２〜８の電池においては、内部抵抗が比較例１の電池に比べて小さく、そのゆえ高率放電時における電池温度は低く且つ電池ＣＶ値が大きい。
【００２５】
なお、集電リング４０における基材の厚みが０．６〜０．８ｍｍである比較例２〜４の電池においては、集電リング４０が弾性変形しないことから電池缶２の開口縁６をかしめることが不可能であったため、電池Ａを作製することができなかった。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、集電リングを配置したことにより電池の内部抵抗の低減が図られ、高率放電特性が向上している。より具体的には、本発明の電池は放電電流４０Ａにおいても使用可能であって大電流用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電池を、その電極群を除いて断面にて示した部分断面図である。
【図２】図１の電池に用いられる集電リングの上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図１の電池の製造工程の説明図である。
【図５】図１の電池の製造工程の説明図である。
【図６】図１の電池の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
２      電池缶
１０    封口板
２０    電極群（渦巻状電極群）
２２    セパレータ
２４    正極板（第１の電極）
２６    負極板（第２の電極）
３２    正極集電体
３４    負極集電体
３８    集電リード（第１の集電部材）
４０    集電リング（第２の集電部材）
４４    端壁（接続部）
【図１】
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【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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