(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交互に積層した極板群を用い、正極板及び負極板はそれぞれの端面において集電板と接合された電池の製造方法であって、
少なくとも集電板の表面はニッケルからなり、接合部にはニッケル系合金からなるロウ材を配し、
同一場所に複数回電子ビームの照射を行ってロウ材を溶融させ、
正極板又は負極板の端面と集電板とを接合することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
ニッケル系合金は、ニッケルとリンの２元合金であることを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項３】
同一の集電板上の複数の位置に電子ビームを照射し、かつ一部又は全部の照射位置において隣合わない照射位置を連続して照射することを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項４】
電子ビームの照射量を集電板の幅方向に変化させることを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項５】
集電板の幅方向に連続して電子ビームを照射し、その両端部には繰り返して電子ビームを照射することを特徴とする請求項４記載の電池の製造方法。
【請求項６】
電子ビームを予めビームコレクタに照射し、出力が安定した後、極板と集電板との接合部に照射し、その後ビームコレクタを経由した後、次の極板と集電板との接合部に照射することを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の製造方法に関し、特に極板の端面と集電板とを接合する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蓄電池の構造として、正極板、負極板及びセパレータを積層した角型の構造が主に水溶液系の蓄電池を中心として用いられている。この構造は、限られた空間の中でできるだけ電極面積を大きくとるための構造であり、電極面積を大きくすることにより極板の反応効率があがる他、大電流を取り出すことができるなど電池の特性と大きな関係がある。
【０００３】
複数枚の極板を積層した構造においては、各極板からの電流を取りだす構造についてさまざまな提案がなされている。その一つとして、１枚１枚の極板にリード状の導体を取付け又は引き出して束ねた後、電槽の外部に電流を引き出す極柱に接合した構造が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような構造を用いて各極板から電流を取り出した場合、リード状の導体部が大きな容積を占有することにより、電池全体の小型化に大きな制約となっていた。
【０００５】
そこで、図８に示すように、各極板１ａ、２ａを積層するとともにその端面を直接集電体４に溶接する方法が考えられている。すなわち、複数の正極板１ａ及び負極板２ａから構成された極板群１及び２を、それぞれ集電板４の表面に対して直立するような姿勢で突き合わせて接合する方法であり、このとき集電体４と極板群１および２はＴ型継手を構成する。
【０００６】
その接合には特公昭６１−８５３９号公報に開示されているアーク溶接法や、特許第２６１６１９７号公報に開示された電子ビーム溶接法などを適用することが考えられるが、図８のような電池の極板群と集電体の接合に適用した場合、電池の小型化のためにそれらの間の距離が非常に小さいため、各極板１ａ、２ａ間に介装されているセパレータ３がその熱で溶けてしまい、正極板１ａと負極板２ａの間の短絡を起こし易くなってしまい、適切に接合することが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電池の体積効率を大きくできる極板群と集電板の接合構造を採用しつつ適切かつ確実に接合できる電池の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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交互に積層した極板群を用い、正極板及び負極板はそれぞれの端面において集電板と接合された電池の製造方法であって、少なくとも集電板の表面はニッケルからなり、接合部にはニッケル系合金からなるロウ材を配し、同一場所に複数回電子ビームの照射を行ってロウ材を溶融させ、正極板又は負極板の端面と集電板とを接合するものである。
【０００９】
このような構成により、極板群と集電板の接合部にこれらを構成する材料より低い融点を有するロウ材を介在させ、これに電子ビームを照射することによりこのロウ材を溶融し、極板と集電板を接合することができ、接合部に与えるエネルギー量を抑えることができ、セパレータをはじめとする接合部以外の場所に熱影響を与えることなく、極板と集電体を確実に接合することができる。また、同一場所に複数回電子ビームの照射を行うことにより、１回の照射エネルギーの小さいコンパクトで安価な電子ビームを用いても十分な入熱量を確保できるとともに、多数回照射により端から端まで万遍なく電子ビームを照射して均一に入熱させて信頼性の高い接合が得られる。
【００１０】
上記ロウ材のニッケル系合金は、ニッケルとリンの２元合金が好適である。
【００１１】
また、同一の集電板上の複数の位置に電子ビームを照射すると、より確実に接合できるとともに高い集電効率を確保でき、かつ一部又は全部の照射位置において隣合わない照射位置を連続して照射することにより、電子ビームの照射部が十分に冷却した後それに隣合う部分に対して電子ビームを照射するため、熱影響をより確実に小さくすることができる。
【００１２】
また、電子ビームの照射量を集電板の幅方向に変化させることにより、特に両端では熱の放散が大きいので、例えば集電板の幅方向に連続して電子ビームを照射し、その両端部には繰り返して電子ビームを照射するなど、両端での照射量を多くすることにより、全体的に均等な接合状態を得ることができる。
【００１３】
また、電子ビームを予めビームコレクタに照射し、出力が安定した後、極板と集電板との接合部に照射し、その後ビームコレクタを経由した後、次の極板と集電板との接合部に照射すると、安定的に信頼性の高い接合状態を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池の製造方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１６】
図１において、複数の正極板１ａ及び負極板２ａから構成された極板群１及び２を、それぞれ集電板４の表面に対して直立するような姿勢で突き合わせて接合している。複数枚の正極板１ａ及び負極板２ａの端面と集電板４の間に、これらよりも融点の低い材料からなるロウ材５を挟み込んだ構造となっている。
【００１７】
この集電板４に極板群１、２とは反対側から電子ビーム６を照射して加熱することによって接合している。電子ビーム６の照射は、複数箇所について極板の長さ方向に対して垂直方向に振動させて行っており、電子ビーム６を照射した集電体４の表面には溶融ビード７が形成されている。なお、電子ビーム６をライン状に照射する例を図示しているが、極板との突き合わせ位置毎にスポット加熱してもよい。
【００１８】
図２に、接合部の断面構造を示す。電子ビーム６の照射により、集電体４の内部は一部溶融して溶融ビード７が形成され、その熱によって溶融した低融点材料からなるロウ材５が隅肉となって接合部が形成される。この場合、単純なＴ型継手に比べて接合部の面積が著しく増大するだけでなく、溶接よりも小さな入熱量で接合部が形成されるため、電子ビーム６の貫通などにより他部材を損傷させることなく、接合の安定性を向上することができる。
【００１９】
本実施形態におけるロウ材５を構成する低融点材料については、特に電解液であるアルカリ性水溶液に対する耐久性が要求される。電解液にＫＯＨを用いるようなニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池については、ニッケル系合金が有用である。特に、ニッケルに数％〜数１０％のリンを主として含んだ２元系合金は、電解液との反応もなく、低融点材料として使用できる。また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉという４元からなる合金では、９５０℃、上記Ｎｉ−Ｐ系合金では９００℃程度の融点を有していることから、少なくとも集電板４や極板１ａ、２ａの表面に使用されるニッケルより融点が低いため、電子ビーム６による入熱量が少なくて済み、本実施形態において使用する低融点材料として好適である。
【００２０】
次に、図３を参照して電池の製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、正極板１ａ、負極板２ａをセパレータ３を交互に積層して正極及び負極の極板群１、２を形成する。この時、一方の面に一方の極性の極板が突出し、他方の面に他方の極性の極板が突出するように配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、低融点材料のロウ材５を一面に配した集電体４を、そのロウ材５を配した面を何れか一方の極板の端面に密着させる。その後、集電板４を上方から加圧して極板群１又は２の端面と集電板４のロウ材５との密着を確保して、集電板４の上方から電子ビーム６を照射する。本実施形態では、極板の端面に垂直な方向から極板の配列方向に溶融ビード７が複数条形成されるように電子ビーム６を照射した。これにより各極板１ａ又は２ａと集電板４との接合点が複数形成されることとなる。この後、図３（ｃ）に示すように、極板群の上下面を反転させて、もう一方の極性の極板２ａ又は１ａと集電板４とを上記と同様に接合する。これらの工程により、極板群１、２と集電板４との接合が完了する。
【００２１】
上記電子ビーム６の照射による集電板４と極板群１又は２との接合に際しては、図４に示すように、まずビームコレクタ８に電子ビーム６を照射して、電子ビーム６を安定させた後、溶接対象ワークである集電板４に電子ビーム６に移動させて溶接する。ビームコレクタ８から集電板４への移動は、約０．１ｍｓｅｃ程度で移動する。このように電子ビームを安定させてから集電板４に照射することにより、常に安定した電子ビーム６にて集電板４と極板群１又は２とを接合することができる。
【００２２】
また、電子ビーム６は、集電板４に対して１列当たり１００ｍｓｅｃ程度照射する。その際、電子ビーム６は５ｋＨｚの速度で照射するため、１列を約５００回連続して照射することになる。これにより、比較的小さな出力のコンパクトで安価な電子ビーム照射装置からの電子ビーム６にて接合できるとともに、多数回照射により端から端まで万遍なく電子ビーム６を照射して均一に入熱することができ、ロウ材５を均一に溶かして集電板４と極板群１、２の端面を接合することができる。
【００２３】
また、集電板４に対して間隔をあけて平行に複数列の溶融ビード７を形成する際には、１列目を約１００ｍｓｅｃ電子ビームを照射した後、０．１ｍｓｅｃで次の列に移動して２列目を溶射する。次の列も同様に０．１ｍｓｅｃで移動し、以下同様の動作を繰り返して複数条の溶射を行う。
【００２４】
さらに、電子ビーム６の照射順序は、隣接する照射列間の間隔が狭い場合には、連続させずに間をおいて順不同で溶射することにより、電子ビーム６が局部的に長時間照射されることにより他の構成部材に熱影響を与えるのを防止している。例えば、図５の例では、１列目を照射した後、間隔の狭い２列目をスキップして３列目を２番目に照射し、その後列間に十分な間隔のある４〜６列目は３〜５番目に連続して照射し、次に２列目に戻って６番目に照射し、最後の７番目に６列目との間の間隔の狭い７列目を照射している。
【００２５】
また、電子ビーム６の各回毎の照射において、図６、図７に示すように、その出力を照射幅方向に対して変化させている。すなわち、接合部の端部は中央部に比較して放熱性が高く、またロウ材５が集中することもあり、照射入熱量を多くしないと、接合できない恐れがあるため、図７に示すように、両端部の照射入熱量を中央部に比して多くしている。具体的には、図６に示すように、端から中央部をへて端まで複数回連続して電子ビーム６を照射して両端間にわたる溶融ビード７を形成した後、その両端部にのみ更に複数回照射することにより照射入熱量の多いスポットビーム痕９を形成している。
【００２６】
本実施形態によれば、以上のように極板群１、２と集電板４の接合部にこれらを構成する材料より低い融点を有するロウ材５を介在させ、これに電子ビーム６を照射することによりこのコウ材５を溶融し、極板１ａ、２ａと集電板４を接合しているので、接合部に与えるエネルギー量を抑えながら確実に接合することができ、セパレータ３をはじめとする接合部以外の場所に熱影響を与えることなく、極板１ａ、２ａと集電体４を確実に接合することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の電池の製造方法によれば、以上の説明から明らかなように、極板と集電板とに用いられている材料よりも低融点の材料を介在させ、これを電子ビームを用いて溶融させることにより、極板と集電体とを接合するため、直接極板と集電板を溶接する場合に比べて、小さな入熱量で接合することができるため、セパレータをはじめとする他の部材への熱影響を少なく抑えることができるとともに、接合部の信頼性を向上させることができる。よって、本発明によれば信頼性の高い蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の製造方法の一実施形態における極板と集電板の接合時の状態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線部分拡大断面図である。
【図３】同実施形態における極板と集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図４】同実施形態における電子ビームの照射方法の説明図である。
【図５】同実施形態における接合部の分布と接合順序の説明図である。
【図６】同実施形態における接合部の状態を示す説明図である。
【図７】同実施形態における接合部の位置と電子ビームの出力の関係を示すグラフである。
【図８】従来例における極板群と集電板の接合時の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  正極板群
１ａ  正極板
２  負極板群
２ａ  負極板
３  セパレータ
４  集電板
５  ロウ材
６  電子ビーム
８  ビームコレクタ
【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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