(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体に接続されてその一方の極板と前記ケースとを接続するための集電体とを備えてなる筒形電池において、
前記集電体は、前記電極体の端面の略全域にわたって宛がわれる集電本体部と、その外周縁から延出して前記ケースの底部に接続されるリード片とを備えるとともに、前記集電本体部には放射方向に延びるスリットが設けられ、前記スリットの放射方向に沿った辺は前記電極体側に折り曲げられて前記電極体と接続されるかえり部とされていることを特徴とする筒形電池。
【請求項２】
前記集電体は複数本の前記リード片を備えることを特徴とする請求項１記載の筒形電池。
【請求項３】
正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で空芯状に巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体の端面に宛がわれてその一方の極板に接続されるとともに、前記ケースの底部に溶接された集電体とを備えた筒形電池を製造する方法であって、
前記電極体に形成された空芯部には、前記集電体と前記ケースとを溶接するためのスポット溶接電極が挿入可能とされており、このスポット溶接電極の先端には、その電極本体の軸心から偏心した位置に溶接部が形成され、この溶接部と前記ケースの底部との間に前記集電体を挟んで第一次溶接を行った後、前記スポット溶接電極を回転させて、前記溶接部と前記ケースとの間に前記集電体を挟んで第二次溶接を行うことを特徴とする筒形電池の製造方法。
【請求項４】
前記第一次溶接よりも前記第二次溶接における溶接電力を高くすることを特徴とする請求項３記載の筒形電池の製造方法。
【請求項５】
正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で空芯状に巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体の端面に宛がわれてその一方の極板に接続されるとともに、前記ケースの底部に溶接されてなる筒形電池において、前記集電体を前記ケースの底部にスポット溶接するためのスポット溶接電極であって、
前記電極体の空芯部に挿入される軸型の電極本体と、その先端に形成された溶接部とからなり、この溶接部が前記電極本体の軸心から偏心した位置に設けられていることを特徴とする電池用集電体のスポット溶接電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒形電池及びその製造方法並びに電池用集電体のスポット溶接電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、筒形電池として、実公昭６０−３３５７２に記載されているものが知られている。この筒形電池は、図８に示すように、有底円筒形のケース１内に電極体２が密閉されている。この電極体は、正極板２ａと負極板２ｂとがセパレータ２ｃを挟んだ状態で巻回されることで空芯の円筒状に形成されており、ケース１内において、正極板２ａが上方の正極集電体３と、負極板２ｂが下方の負極集電体４とそれぞれ接続されている。このうち負極集電体４の中心部分には、Ｕ字形のケース接続片４ａが下方に切り出して形成されており、このケース接続片４ａがケース１に溶接されることで、負極板２ｂとケース１とが負極集電体４を介して接続されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の電極体２は電極板を巻回して形成されているため、電極面積は電極体２の外周側ほど大きくなる。ところが、上記したケース接続片４ａは、負極集電体４の中心付近から切り出されているため、電極密度の高い外周側からは直接に集電できず、集電効率が良くないという問題があった。
【０００４】
また、上記のような構造を有する筒形電池において、負極集電体４のケース接続片４ａをケース１に接続するには、次のようにしてスポット溶接を行っていた。
このスポット溶接には、図９に示すようなスポット溶接電極５が用いられている。スポット溶接電極５は、丸棒状の本体部５ａの先端部分がテーパ状に形成されつつ、その先端が本体部５ａの軸心位置とされ、ここが溶接部５ｂとされている。
スポット溶接を行うには、まず、ケース１をスポット溶接用の電極台６の上に載せた後、負極集電体４が設けられた電極体２をケース１内に挿入し、ケース１の底部１ａに負極集電体４のケース接続片４ａを接触させる。続いて、スポット溶接電極５を電極体２の空芯部７内に挿入し、溶接部５ｂとケース１の底部１ａとの間にケース接続片４ａを挟んだ状態とする。そして、スポット溶接電極５と電極台６間に溶接電流を流すことで、ケース接続片４ａとケース１の底部１ａとを溶接することができる。
【０００５】
従来では、上記のような溶接を一度だけ行っていた。ところが、近年において用途によっては、大出力が必要とされることがある。ケースと集電体の接続部分に大電流が流れると、集電体とケースとの溶接箇所が１箇所だけでは、溶接箇所に電流集中が起きて抵抗損が発生することがあり、また接触信頼性も十分ではないといった問題が生じていた。
このような事情に対処するには、複数箇所で溶接を行うことが考えられるが、電極体２の空芯部７には、スポット溶接電極５を挿入した状態で、そのスポット溶接電極５を横方向にずらし得る程の余裕がないため、空芯部７内でスポット溶接電極５の位置を変えて複数箇所で溶接することは困難であった。
【０００６】
本発明は上記のような問題を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体に接続されてその一方の極板と前記ケースとを接続するための集電体とを備えてなる筒形電池において、
前記集電体は、前記電極体の端面の略全域にわたって宛がわれる集電本体部と、その外周縁から延出して前記ケースの底部に接続されるリード片とを備えるとともに、前記集電本体部には放射方向に延びるスリットが設けられ、前記スリットの放射方向に沿った辺は前記電極体側に折り曲げられて前記電極体と接続されるかえり部とされている構成としたところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、集電体は複数本の前記リード片を備える構成としたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で空芯状に巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体の端面に宛がわれてその一方の極板に接続されるとともに、前記ケースの底部に溶接された集電体とを備えた筒形電池を製造する方法であって、前記電極体に形成された空芯部には、前記集電体と前記ケースとを溶接するためのスポット溶接電極が挿入可能とされており、このスポット溶接電極の先端には、その電極本体の軸心から偏心した位置に溶接部が形成され、この溶接部と前記ケースの底部との間に前記集電体を挟んで第一次溶接を行った後、前記スポット溶接電極を回転させて、前記溶接部と前記ケースとの間に前記集電体を挟んで第二次溶接を行う構成としたところに特徴を有する。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第一次溶接よりも前記第二次溶接における溶接電力を高くする構成としたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、正極板と負極板とが両極板間にセパレータを挟んだ状態で空芯状に巻回された電極体と、この電極体を収容可能な有底筒形のケースと、前記電極体の端面に宛がわれてその一方の極板に接続されるとともに、前記ケースの底部に溶接されてなる筒形電池において、前記集電体を前記ケースの底部にスポット溶接するためのスポット溶接電極であって、前記電極体の空芯部に挿入される軸型の電極本体と、その先端に形成された溶接部とからなり、この溶接部が前記電極本体の軸心から偏心した位置に設けられている構成としたところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
集電本体部は、電極体の端面の略全域に宛がわれた状態で接続されており、集電本体部の外周縁から延出されたリード片がケースの底部に接続される。ここで、電極体は電極板を巻回して形成されているから、電極面積は外周へ行くほど大きくなっており、リード片は、その外周部分から直接に集電することができる。これにより、筒形電池の集電効率を向上させることができる。
＜請求項２の発明＞
リード片が複数本形成されることで、集電本体部とケースとを並列回路を介して接続することができるから、電流集中や抵抗損の発生を極力抑えることができる。
【００１１】
＜請求項３及び請求項５の発明＞
集電体とケースとを溶接するには、電極体の端面に集電体を接続した後、その電極体をケース内に収容し、集電体とケースの底部を接触させつつ、電極体に形成された空芯部内にスポット溶接電極を挿入する。スポット溶接電極の溶接部とケースの底部との間に集電体を挟んだ状態で第一次溶接が行われる。この後、スポット溶接電極を回転させる。このスポット溶接電極の溶接部は、電極本体の軸心から偏心した位置に形成されているから、第一次溶接後、スポット溶接電極をその溶接箇所から所定角度回転させることで溶接部の位置を変えて第二次溶接を行うことができる。これにより、溶接を２箇所で行うことができるから、集電体とケースとの接触信頼性を高めることができる。さらに、溶接が１箇所のみの場合と比べて、電流集中を防ぎ、抵抗損の発生を抑えることができる。
【００１２】
＜請求項４の発明＞
第一次溶接によって集電体とケースとが良好に溶接された後に第二次溶接を行うと、電流のいくらかがその溶接すべき箇所を通らずに第一次溶接による溶接箇所を通る。このため、第二次溶接による溶接状態が不良となることがあるが、この第二次溶接時の溶接電力を高めることによって第二次溶接の溶接状態を良好なものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１ないし図６によって説明する。この実施形態では、本発明を電気自動車に使用される円筒形ニッケル・水素二次電池に適用した場合を示す。
この円筒形電池１０は、図１に示すように、ケース１１内に電極体１５が収容されており、この電極体１５をなす正極板１６と負極板１７とが正極集電体２０と負極集電体３０とを介してそれぞれ正電極２８と負電極１２とに接続されることで構成されている。
【００１４】
ケース１１は、ニッケルめっきを施した鉄からなることで負電極１２を兼ねており、底部１３を備えた円筒形に形成されている。ケース１１の上端付近には外周側から絞ることにより、内側に突出する環状突部１４が設けられているとともに上面は開放されている。電極体１５は、正極板１６を上方に負極板１７を下方にずらしつつ、両極板１６，１７間にセパレータ１８を挟んだ状態で巻回して形成されており、中心には空芯部１９が形成されている。正極板１６には、ニッケルめっきした帯状の穿孔鋼板にニッケル粉末を焼結させたものに水酸化ニッケルを含浸したものが用いられ、負極板１７には、ニッケルめっきした帯状の穿孔鋼板に水素吸蔵合金粉末ペーストを塗布し、乾燥させたものが用いられている。セパレータ１８には、ポリオレフィン製の不織布が用いられている。この電極体１５には、水酸化カリウムを主成分とする所定の電解液（図示せず）が浸透されている。
【００１５】
電極体１５の上端面には、正極集電体２０が溶接により取り付けられている。正極集電体２０は、例えば純ニッケル板をプレス加工により、円板状に切り出したものにアニール処理が施されており、中心部分に中心孔２１が設けられるとともに、外周縁部分からは、複数の接続片２２が上方へ延出して設けられている。
【００１６】
ケース１１の上端部分と環状突部１４との間には、外周部分を絶縁パッキン２４により覆われた封口板２３が挟持されている。この封口板２３は、例えば鉄板からプレス加工によって円板状にされ、これにニッケルめっきが施されて形成されており、裏面には接続体２５が設けられ、この接続体２５には下方の正極集電体２０の接続片２２と接続可能な接続突片２６が延設されている。また、封口板２３の上面において中心部分には、正電極２８をなすキャップ２７が設けられている。
【００１７】
電極体１５の下端面には、負極集電体３０が溶接により取り付けられている。この負極集電体３０は、図２に示すように、例えば純ニッケル板をプレス加工によって切り出したものにアニール処理が施されており、円板状の集電本体部３１が形成されている。この集電本体部３１の中心部分には、中心孔３２が貫通して設けられているとともに、外周縁の略等角度間隔の４箇所には開口スリット３３が外側へ開口して設けられている。
【００１８】
これらの開口スリット３３のうち、所定の隣り合う開口スリット３３間における集電本体部３１の外周縁からは、リード片３４が外側に延出して設けられており、根元部分から中心側へ折り返し可能とされている。この根元部分には、リード片３４の両側に位置して比較的短い切り込みスリット３５が設けられていることで折り返し作業が容易にされている。リード片３４の長さは、折り返された状態で中心孔３２を覆うことが十分可能な長さとされ、この中心孔３２を覆う部分が接触部３６とされている。この接触部３６は、図１に示すように、ケース１１内においてケース１１の底部１３と接触されるようになっており、詳しくは後記するスポット溶接電極４０によってケース１１の底部１３と溶接されるようになっている。
【００１９】
また、開口スリット３３から約４５度ずれた位置において、略等角度間隔の４箇所に長方形のスリット３７が設けられている。これらの開口スリット３３及びスリット３７の放射方向に沿った辺は、上記したリード片３４が折り返される側の反対の面側に折られることで、かえり部３８が突出して設けられている。このかえり部３８は、電極体１５の下端面において負極板１７と接続されるようになっている。
【００２０】
上記したスポット溶接電極４０は、図４に示すように、丸棒状の電極本体４１と、その先端の溶接部４２とから構成されている。詳しくは、電極本体４１の先端部分は、テーパ状に形成されており、その先端が電極本体４１の軸心から偏心した位置とされ、ここが溶接部４２とされている。この電極本体４１の上部は、図示しない溶接装置と接続されており、スポット溶接用の電極台４３に対して電極本体４１の先端の溶接部４２が近接された状態で溶接電流を流すことが可能とされている。また、電極本体４１の径は、電極体１５の空芯部１９の径よりも若干小さい大きさとされている。
【００２１】
本実施形態は以上のような構造であり、続いてその組付手順について説明する。
まず、ケース１１を電極台４３の上に載せた後、図３に示すように、電極体１５の上下の両端面に、正極集電体２０と負極集電体３０とをそれぞれ溶接したものをケース１１の開放部分から下方へ挿入する。このとき、負極集電体３０のリード片３４は、根元部分から下側に折り曲げられつつ中心側へ折り返されており、接触部３６が中心孔３２を覆うように配されている。電極体１５がケース１１内に挿入されたとき、接触部３６はケース１１の底部１３と接触された状態とされる。
【００２２】
続いて、図４に示すように、スポット溶接電極４０を上方から電極体１５の空芯部１９内に挿入する。空芯部１９内を通過したスポット溶接電極４０は、負極集電体３０の中心孔３２を通り、先端をなす溶接部４２がリード片３４の接触部３６に突き当たり、これによりスポット溶接電極４０の挿入が停止される。これにより、リード片３４の接触部３６は、スポット溶接電極４０の溶接部４２とケース１１の底部１３との間に挟まれた状態とされる。
【００２３】
そして、スポット溶接電極４０と電極台４３との間に溶接電流を流すことにより、図５に示すように、リード片３４の接触部３６とケース１１の底部１３とが溶接される。これが第一次溶接とされ、これにより溶接された部分が第一次溶接箇所５０とされる。この第一次溶接により、負極集電体３０と負電極１２をなすケース１１とが接続されることになる。このときの溶接電力の値は、第一次溶接が良好に行われるような値に制御されている。
【００２４】
第一次溶接の後、スポット溶接電極４０を図５の矢印Ａに示す方向に所定角度回転させる。これにより、電極本体４１の軸心から偏心した位置に設けられている溶接部４２は、図６に示すように、リード片３４の接触部３６において第一次溶接箇所５０とは別の位置に配され、再び接触部３６はケース１１の底部１３との間に挟まれた状態とされる。
【００２５】
この状態で溶接電流を流すことで、第二次溶接がなされ、その溶接部分が第二次溶接箇所５１とされる。この第二次溶接を行う際の溶接電力は、既に行われた第一次溶接の際の溶接電力に比べて大きいものとされている。このときの溶接電圧の大きさは、第一次溶接が良好に行われた場合に、第二次溶接時に流される溶接電流のうち幾分かが第一次溶接箇所５０を通って電極台４３へ流れることがあっても、第二次溶接を良好に行うのに必要な電流を十分得ることができる大きさとされている。
【００２６】
このように、溶接が２箇所で行われるから、第一次溶接が良好に行われなかった場合でも、第二次溶接により第一次溶接をカバーすることができ、溶接不良を極力防ぐことができる。さらに、溶接が２度とも良好に行われれば、電池の組み付け後、大電流が流れる場合でも、溶接箇所に対する電流の集中が極力抑えられ、抵抗損の発生を抑えることができる。
【００２７】
また、負極集電体３０のリード片３４は、集電本体部３１の外周縁から延出して設けられていることで、電極面積の大きな電極体１５の外周側より直接に集電することができるから、円筒形電池１０の集電効率を高めることができる。
【００２８】
負極集電体３０とケース１１とが接続された後、図１に示すように、環状突部１４が形成されて、電極体１５が固定される。そして、この段階で電解液が注入され、続いて、封口板２３の裏面に設けられた接続体２５の接続突片２６と正極集電体２０の接続片２２とが溶接され、封口板２３は下方へ押し付けられるとともに、ケース１１の上端部分を封口板２３の絶縁パッキン２４に加締め付けることで円筒形電池１０の組み付けが完了される。
【００２９】
以上説明したように本実施形態によれば、負極集電体３０のリード片３４は、集電本体部３１の外周縁から延出して設けられ、電極体１５の外周側から直接に集電できるから、円筒形電池１０の集電効率を向上させることができる。
【００３０】
また、スポット溶接電極４０の電極本体４１の軸心から偏心した位置に溶接部４２を設けることにより、スポット溶接電極４０を回転させることで溶接部４２のリード片３４の接触部３６に対する接触位置を変えることができ、これにより、スポット溶接を２箇所で行うことができる。溶接を２箇所で行うことができるから、負極集電体３０とケース１１との接触信頼性を高めることができ、さらには、溶接箇所への電流集中を防ぎ、抵抗損の発生を極力防ぐことができる。また、第一次溶接よりも第二次溶接のときの溶接電力の方を大きな値とすることで、第二次溶接を極力良好に行うことができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を図７に基づいて説明する。この実施形態は、負極集電体３０のリード片３４を２箇所に設けるようにしたものである。
すなわち、図７に示すように、集電本体部３１の外周縁において、一方のリード片３４Ｂから１８０度の位置にもう一方のリード片３４Ｂが設けられており、これらのリード片３４Ｂの長さは、折り返された状態において中心孔３２を覆う長さとされている。その他の構造、作用及び効果は上記した第一実施形態と同一であるため省略する。
【００３２】
集電本体部３１の外周縁において、リード片３４Ｂが対向する位置の２箇所から設けられているから、電極体の外周側からより均一に集電を行うことができ、さらに集電効率を向上させることができる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記した実施形態では円筒形のニッケル・水素二次電池について適用した場合を示したが、要は、電池の形状が筒形であり、電極体の電極面積が外側に多いものであれば、例えば、アルカリ電池、リチウムイオン電池等のように、電池の種類は問わず適用できる。
（２）上記した実施形態では、本発明を負極集電体に適用した場合について示したが、ケースの底部と接続されるものであれば、正極集電体に適用してもよい。
（３）上記した実施形態では、リード片の数が１つと２つのものを示したが、３つでも４つでも勿論よく、また、複数のリード片を設ける場合には、それらが等角度間隔に配されていなくてもよい。
（４）上記した実施形態では、溶接が２箇所で行われる場合を示したが、３箇所若しくはそれ以上ノ箇所で行われる場合も、本発明に含まれる。
（５）さらに、溶接が３箇所以上で行われる場合には、溶接回数が増加するのに従って溶接電力を高めるようにした場合も本発明に含まれる。
（６）上記した実施形態では、スポット溶接電極の形状は丸棒状とされているが、要は軸型をなしていればよく、例えば、電極本体が角棒状とされたものも本発明に含まれる。
（７）本発明は、集電本体部の外周縁から延出されたリード片を用いた電池であれば、スポット溶接を１回だけ行う場合にも適用され、また、スポット溶接以外の接続方法を用いた場合にも適用できる。
（８）本発明は、スポット溶接を２回以上行うものであれば、集電体の形状は問わず適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る円筒形電池の断面図
【図２】負極集電体の平面図
【図３】電極体をケース内に挿入する動作を示す断面図
【図４】スポット溶接電極を空芯部内に挿入する動作を示す断面図
【図５】第一次溶接後の状態を示す拡大断面図
【図６】第二次溶接後の状態を示す拡大断面図
【図７】本発明の第２実施形態に係る負極集電体の平面図
【図８】従来例の円筒形電池を示す断面図
【図９】溶接動作を示す拡大断面図
【符号の説明】
１０…円筒形電池（筒形電池）
１１…ケース
１３…底部
１５…電極体
１６…正極板
１７…負極板
１８…セパレータ
１９…空芯部
３０…負極集電体（集電体）
３１…集電本体部
３２…中心孔
３４…リード片
３６…接触部
４０…スポット溶接電極
４１…電極本体
４２…溶接部
５０…第一次溶接箇所
５１…第二次溶接箇所
【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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