(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置し、溶射金属にて極板と集電板を一体接合したことを特徴とする電池。
【請求項２】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、集電体を接続し、極板の端縁に、隣接する極板の端縁部に近接又は当接する折曲部を設けたことを特徴とする電池。
【請求項３】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、極板群の側面に多孔部材を当接配置し、多孔部材上に溶射金属部を設け、集電体を接続したことを特徴とする電池。
【請求項４】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、集電体を接続し、極板群の側面に、少なくとも一部に多孔部を形成した集電体を当接配置し、多孔部に溶射金属部を設けたことを特徴とする電池。
【請求項５】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれにおいて、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置して金属溶射を行い、溶射金属にて極板と集電板を一体接合することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項６】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の側面に、少なくとも一部に多孔部を形成した集電体を当接配置し、多孔部に金属溶射を行って極板と集電板を一体接合することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項７】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の側面に、多孔部材を当接配置し、多孔部材上に金属溶射を行って極板と集電板を一体接合することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項８】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板の端縁を溶射金属にて一体接合し、集電体を接続することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項９】
正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに金属溶射を行って極板と集電板を一体接合する電池の製造方法であって、
金属溶射に先立って、極板の端縁に隣接する極板の端縁部に近接又は当接する折曲部を形成することを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池には一次電池と二次電池があり、それぞれ種々の構成のものがあるが、例えば図１２に示すような密閉型アルカリ二次電池４１は、正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素である極板群４７を電解液と共に電槽４２内に収容し、各電槽４２の開口部を安全弁４５を設けた蓋４６で閉じ、極板群４７を構成する各正極板の一側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に正極端子４３を接続し、また同様に各負極板の他側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に負極端子４４を接続し、これら正極端子４３及び負極端子４４を蓋４６に取付けて構成されている。
【０００３】
上記極板群４７は、図１３に示すように、各極板からリード部４９を引き出して溶接５０にて一体接続されているが、その溶接に際しては、例えば特開平７−２２０７１５号公報に開示されているように、抵抗溶接では溶接箇所の酸化被膜や異物によってスパークが発生して溶接不良を生じたりして均一な溶接が保証できないという問題があるため、レーザー溶接が好適に用いられ、特にレーザービームを貫通させてリード部に貫通孔を形成し、この貫通孔が溶融金属により塞がりながら再凝固することにより溶接一体化する方法が好適に適用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電池４１の構成では、極板の上端一側部にリード４９を引き出して溶接し、極端子４３、４４を接続しているので、極板の全面からリード４９の集電部までの平均距離が長いために電池内抵抗が大きくなり、また電極活物質利用率も低いために出力も低くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、極板群の両側面に対向して接するように集電板を配置し、各極板の側端縁と集電板を一体的に溶接して成る電池が考えられるが、集電板と各極板の側端縁とを一体接続するのに単純なシーム溶接を適用した場合には確実な接続を得るのが困難で、不十分な接合状態しか得られず、電池出力が不足したり、溶接強度が不足するという問題がある。また、レーザー溶接でも極板に悪影響を与えることなく確実に接合するのは極めて困難であるという問題があり、極板群の側端と集電板を適正に接合する方法の確立が要請されている。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、極板群の一側面と集電板を確実に接合した電池及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置し、溶射金属にて極板と集電板を一体接合したものであり、溶射金属部における溶射された金属にて各極板がその側縁で溶着不良を生じる恐れなく確実に接続されるとともに集電部が構成され、この溶射金属部と集電体を溶射金属自体又は別途溶接によって接続することによって、極板の全面から集電体までの平均距離が短く、内部抵抗が小さく、活物質の利用率も高くなって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。さらに、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置し、溶射金属にて極板と集電板を一体接合すると、極板間の隙間が大きく、あるいは逆極性の極板の側縁までの距離が短い場合でも、極板間に挿入された集電体の櫛歯部にて、極板間内部のセパレータや逆極性の極板まで溶射金属が侵入するのを確実に防止でき、溶射金属自体や熱によるセパレータ損傷による短絡を確実に防止できるとともに、溶射金属によって集電体の接続も同時に行うことができ、工数も少なくできる。
【０００９】
また、極板の端縁に、隣接する極板の端縁部に近接又は当接する折曲部を設けると、折曲部にて極板間内部の絶縁材や逆極性の極板まで溶射金属が侵入するのを確実に防止して短絡を確実に防止できる。
【００１０】
また、極板群の側面に多孔部材を当接配置し、多孔部材上に溶射金属部を設け、集電体を接続すると、極板群の側面に配置した多孔部材と溶射金属にて強度の高い集電部が極板群の側面に形成され、これに集電体を接続することによって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。
【００１１】
また、極板群の側面に、少なくとも一部に多孔部を形成した集電体を当接配置し、多孔部に溶射金属部を設けると、多孔部に侵入した溶射金属により極板同士を一体接合できるとともに集電体との接続も同時に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の電池の製造方法は、正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれにおいて、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置して金属溶射を行い、溶射金属にて極板と集電板を一体接合するものであり、上記のように各極板をその側縁で溶射金属にて溶着不良を生じる恐れなく確実に接続することができ、上記作用効果を奏する。
【００１３】
好適には、極板群の側面に、少なくとも一部に多孔部を形成した集電体を当接配置し、多孔部に金属溶射を行うことにより、あるいは極板群の側面に、多孔部材を当接配置し、多孔部材上に金属溶射を行うことにより、あるいは極板の端縁を溶射金属にて一体接合し、集電体を接続することにより、また金属溶射に先立って、極板の端縁に隣接する極板の端縁部に近接又は当接する折曲部を形成することにより、それぞれ上記した作用効果を奏する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した二次電池の第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１５】
まず、本実施形態の二次電池はニッケル・水素二次電池であり、図１、図２に示すような極板群１を、図１２に示した従来例と同様に、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の電槽（図示せず）内に電解液とともに収納し、電槽の上面開口を蓋体（図示せず）にて一体的に閉鎖して構成されている。
【００１６】
極板群１は、電槽の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層し、その長側面に沿う方向両端の両側面の略全面にそれぞれ正極と負極の集電体５、６を接合して構成されている。
【００１７】
詳しく説明すると、多数枚の正極板２と多数枚の負極板３とを交互に配置するとともに、各正極板２に横方向に開口部を有する袋状のセパレータ４を被せることにより正極板２と負極板３の間にセパレータ４を介装した状態で積層して極板群１が構成されている。図１で、斜線で示した領域は正極板２と負極板３がセパレータ４を介して対向して発電作用を発揮する領域を示している。これら正極板２群と負極板３群は互いに反対側の側縁部が外側に突出され、その突出側縁部にリード部２ａ、３ａが設けられている。正極板２はＮｉの発泡メタルから成るとともに、そのリード部２ａは発泡メタルを加圧して圧縮しかつその一面にリード板を超音波溶接でシーム溶接して構成されている。また、負極板３は、Ｎｉのパンチングメタルにリード部３ａを除いて活物質を塗着して構成されている。７は、極板群１の集電体５、６間の外面に配設された外周セパレータである。
【００１８】
集電体５、６は、ニッケル板又はニッケルメッキ鋼板製で、図３に示すように、正極板２群の各リード部２ａ間及び負極板３群の各リード部３ａ間にそれぞれ挿入される櫛歯部５ａ、６ａを形成された櫛歯状の板材にて構成されている。そして、これらリード部２ａと櫛歯部５ａ、及びリード部３ａと櫛歯部６ａに向けて外側からニッケルの金属溶射を行って、図４に詳細を示すように、溶射金属部８が形成され、この溶射金属部８にてこれらが一体接合されている。
【００１９】
金属溶射法としては、アーク溶射を好適に適用できる。アーク溶射は、図５に示すように、ハ字状に配置された一対の送給ガイド２１にそれぞれ溶射材料であるニッケル線材２０を挿通し、直流電源２２にて送給ガイド２１を介して線材２０に直流電圧を印加することにより、互いに接近する線材２０、２０の先端間にアークを発生させて線材２０を溶融し、エアノズル２３から噴射されたエア流にて溶融金属を溶射粒子２４にしてリード部２ａと櫛歯部５ａ、及びリード部３ａと櫛歯部６ａに向けて吹き付けることによって溶射金属部８を形成している。
【００２０】
具体例を示すと、線材２０は直径０．８〜３ｍｍのものを用い、アーク電流を１００〜４００Ａとし、アーク電圧を２５〜５０Ｖ、アーク間隔を３００〜９００μｍ、溶射距離を１００〜２００ｍｍとして溶射を行うのが好適である。
【００２１】
なお、溶射方法としては、このアーク溶射以外に、フレーム溶射、プラズマ溶射、レーザー溶射、インダクションプラズマ溶射などの各種溶射法を適用してもよいことは言うまでもない。
【００２２】
本実施形態によれば、溶射金属部８における溶射された金属にて各極板２、３の側縁のリード部２ａ、３ａがそれぞれ溶着不良を生じる恐れなく確実に接続されるとともに集電部が構成され、各極板２、３の全面から集電部までの平均距離が短く、内部抵抗が小さく、活物質の利用率も高くなって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。
【００２３】
また、極板２、３のリード部２ａ、２ａ間、３ａ、３ａ間に集電体５、６の櫛歯部５ａ、６ａを挿入配置し、溶射金属部８で一体接合しているので、正極板２、２間や負極板３、３間の間の隙間が大きく、あるいはリード部２ａ、３ａの側端から逆極性の極板３、２の側縁までの距離が短い場合でも、リード部２ａ、２ａ間、３ａ、３ａ間に挿入された集電体５、６の櫛歯部５ａ、６ａにて、リード部２ａ、２ａ間、３ａ、３ａ間の内部のセパレータ４や逆極性の極板３、２まで溶射金属が侵入するのを確実に防止でき、溶射金属自体や熱による絶縁材損傷による短絡を確実に防止できる。また、溶射金属によって集電体５、６の接続も同時に行うことができ、工数も少なくできる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態を、図６、図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、上記第１の実施形態と同一の構成要素について同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２５】
上記実施形態では、櫛歯状の板材からなる集電体５、６を用いた例を示したが、本実施形態では、図６に示すように、極板群１の両側面全面にわたる集電体は設けず、正極板２や負極板３のリード部２ａ、３ａに、隣接するリード部２ａ、３ａに近接又は当接する折曲部９を形成し、その外面に直接に金属溶射を行うことによって溶射金属部８を形成し、この溶射金属部８にて各極板２、３を相互に一体接合するとともに集電部を構成している。そして、この溶射金属部８から成る集電部の上部に、図７に示すように、極柱に接続するための板状の集電体１０を溶接している。
【００２６】
本実施形態によれば、折曲部９にて極板２、３のリード部２ａ、２ａ間や３ａ、３ａ間の内部のセパレータ４や逆極性の極板３、２まで溶射金属が侵入するのを確実に防止でき、櫛歯状の板材からなる集電体５、６を用いずに短絡を防止できる。その他は上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施形態を、図８、図９を参照して説明する。
【００２８】
本実施形態では、櫛歯状板材からなる集電体５、６を用いる代わりに、極板群１の両側面に多孔部材１１を当接配置し、その外面に金属溶射にて溶射金属部８を形成することによって、溶射金属部８と多孔部材１１とが一体となった集電部を構成するとともに、各極板２、３のリード部２ａ、３ａをそれぞれ相互に一体接合している。なお、第２の実施形態と同様にこの集電部の上部に図７に示すように集電体１０が溶接される。また、多孔部材１１の具体例としては、図９（ａ）に示すような格子状の網部材１１ａや、図９（ｂ）に示すような斜格子状の網部材１１ｂや、図９（ｃ）に示すようなパンチングメタルなどの多孔板１１ｃを好適に用いることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、多孔部材１１にて十分な機械的強度を持った集電部を構成することができ、これに集電体１０を接続することによって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態においても、リード部２ａ、３ａの側縁部に折曲部９を形成してもよく、その場合は溶射金属自体や熱が極板間に侵入して短絡する恐れを一層防止できるとともに、集電部の強度を高くできる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施形態を、図１０、図１１を参照して説明する。
【００３２】
本実施形態では、図１０に示すように、極板群１の側面に、少なくとも一部に多孔部１３を形成した図１１に示すような集電体１２を当接配置し、多孔部１３に金属溶射部８を設けている。また、極板群１の各極板２、３のリード部２ａ、３ａには折曲部９が設けられ、溶射金属自体や熱が極板間に侵入して短絡する恐れを防止している。集電体１２の多孔部１３は、集電体１２の長手方向に適当間隔置きに帯状に複数形成されている。この多孔部１３は、プレス加工にて形成してもよいが、集電体１２に切り目を形成して引っ張る、エキスパンド方式で形成することもできる。なお、本実施形態においては、上記折曲部９は必ずしも設けなくてもよい。また、多孔部１３を極板群１の両側面のほぼ全面にわたって形成してもよい。
【００３３】
本実施形態によると、溶射金属部８の溶射金属が集電体１２の多孔部１３に侵入することにより、極板２、３のリード部２ａ、３ａがそれぞれ、適当間隔おきに複数箇所で帯状に一体接合されるとともに、同時に集電体１２との接合が行われる。これにより、集電体１２にて集電部の強度を確保できるとともに、各極板２、３の全面から溶射金属部８にて一体接合されている多孔部１３までの平均距離が短く、高い電池性能を確保でき、また集電体１２の接続を同時に行えるので工数も少なくできる。
【００３４】
本実施の形態においては角形電池について説明したが、円筒型電池（正極板と負極板をセパレータを介して対向させ、巻回することにより極板群を構成）においても同様に実現することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電池及びその製造方法によれば、以上のように正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を形成し、この極板群の両側面に互いに逆極性の極板の端面をそれぞれ突出させ、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けるとともに、集電板を接続したので、溶射金属部における溶射された金属にて各極板がその側縁で溶着不良を生じる恐れなく確実に接続されるとともに集電部が構成され、極板の全面から集電部までの平均距離が短く、内部抵抗が小さく、活物質の利用率も高くなって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。
【００３６】
また、極板間に櫛歯状集電体を挿入配置し、溶射金属にて極板と集電板を一体接合すると、極板間の隙間が大きく、あるいは逆極性の極板の側縁までの距離が短い場合でも、極板間に挿入された集電体の櫛歯部にて、極板間内部の絶縁材や逆極性の極板まで溶射金属が侵入するのを確実に防止でき、溶射金属自体や熱によるセパレータ損傷による短絡を確実に防止できるとともに、溶射金属によって集電体の接続も同時に行うことができ、工数も少なくできる。
【００３７】
また、極板の端縁に、隣接する極板の端縁部に近接又は当接する折曲部を設けると、折曲部にて極板間内部の絶縁材や逆極性の極板まで溶射金属が侵入するのを確実に防止して短絡を確実に防止できる。
【００３８】
また、極板群の側面に多孔部材を当接配置し、多孔部材上に金属溶射部を設け、集電体を接続すると、極板群の側面に配置した多孔部材と溶射金属にて強度の高い集電部が極板群の側面に形成され、これに集電体を接続することによって電池出力が大きく、かつ接続が確実で信頼性の高い電池を得ることができる。
【００３９】
また、極板群の側面に、少なくとも一部に多孔部を形成した集電体を当接配置し、多孔部に金属溶射部を設けると、多孔部に侵入した溶射金属により極板同士を一体接合できるとともに集電体との接続も同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における極板群の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】同実施形態の集電体の正面図である。
【図４】同実施形態の極板群の要部の拡大横断平面図である。
【図５】同実施形態における溶射金属部の形成工程の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における極板群の要部の拡大横断平面図である。
【図７】同実施形態における極板群の斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における極板群の要部の拡大横断平面図である。
【図９】同実施形態における多孔部材の具体例を示す正面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における極板群の要部の拡大横断平面図である。
【図１１】同実施形態における集電体の正面図である。
【図１２】従来例の二次電池の部分破断斜視図である。
【図１３】同従来例における電極群のリード部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  極板群
２  正極板
３  負極板
４  セパレータ
５  集電体
５ａ  櫛歯部
６  集電体
６ａ  櫛歯部
８  溶射金属部
９  折曲部
１０  集電体
１１  多孔部材
１２  集電体
１３  多孔部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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