(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装容器と、前記外装容器内に配置せしめられた正および負の電極と、これらの間に配置せしめられた電解質とを具備し、前記外装容器が、前記正または負の電極の一方に電気的に接続されて一方の電極端子を構成するとともに、他の一方が前記外装容器と電気的に絶縁された他の電極端子に接続され、前記正または負の電極の少なくとも一方と前記電極端子との間が金属からなる集電体を介して接続されている電池において、前記集電体は、板状の本体部と、前記本体部の端部からほぼ垂直な方向に伸長する接続片とを具備し、前記本体部または前記接続片に、前記接続片が前記本体部に接近する方向に対して折り曲げられた曲げ案内部を配設したことを特徴とする電池。
【請求項２】
外装容器と、前記外装容器内に配置せしめられた正および負の電極と、これらの間に配置せしめられた電解質とを具備し、前記外装容器が、前記正または負の電極の一方に電気的に接続されて一方の電極端子を構成するとともに、他の一方が前記外装容器と電気的に絶縁された他の電極端子に接続され、前記正または負の電極の少なくとも一方と前記電極端子との間が金属からなる集電体を介して接続されている電池において、前記集電体は、板状の本体部と、前記本体部の端部から前記本体部に沿う方向に折り返された接続片とから構成されていることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池にかかり、特に、正・負極板の少なくとも一方に接続された集電体と封口体とを接続する集電体の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−水素化物蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回もしくは積層した後、正極あるいは負極の端部に集電リードを接続して電極体を形成し、この電極体を外装容器としての金属製電池ケースに収納して集電体を封口体に溶接した後、封口体を電池ケースの開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。
【０００３】
例えば図５および６に角型のニッケル‐水素化物蓄電池を示すように、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回して形成した電極体１０１の上部に正極用導電タブ１０２を突出せしめ、この複数の正極用導電タブ１０２を集束し、正極集電リード１０３の一端にスポット溶接すると共に他端をL字状の正極集電体１０８にスポット溶接し、正極端子を構成する正極キャップ１０６を外装缶１０９の開口部を蓋体１０５およびガスケット１０７を介して密封し、封口体１０４を形成することによって形成されている。
この構造では、正極集電体１０８はL字状をなし、開口部に沿って装着された本体部１０８ａと、この一端から垂直に伸長する接続片１０８ｂとで構成され、この接続片１０８ｂは、前記集電リード１０３の他端をスポット溶接する際に、溶接電極を当て易いように本体部１０８ａから垂直に伸長して形成されることにより、組み立て性を向上させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池の封口キャップ１０６の下方には電極体１０１との間に空間があり、封口体溶接部の部品が下方に延びた状態でも構成が成り立っていたが、高容量化を進めていく上で、電極体１０１の占有面積は最大限に大きくする必要がある。しかしながら、そのためには、電極体１０１上部の空間が狭くなってくることから、従来の構成では高容量化には限界があった。
また従来の構成では、正極集電体１０８の接続片１０８ｂが垂直に伸長しているため、図５に示すように、接続片１０８ｂの先端と電極体１０１の上端との空間が狭く、正極集電リード１０３が電極体１０１と接触してショート不良が発生してしまうという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、信頼性が高くかつ大容量化の可能な電池を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、溶接部の下方に延びている部品を折り曲げ（折り返して本体部に沿うように）収納することで空間を有効に利用するものである。
【０００６】
すなわち、本発明では、外装容器と、前記外装容器内に配置せしめられた正および負の電極と、これらの間に配置せしめられた電解質とを具備し、前記外装容器が、前記正または負の電極の一方に電気的に接続されて一方の電極端子を構成するとともに、他の一方が前記外装容器と電気的に絶縁された他の電極端子に接続され、前記正または負の電極の少なくとも一方と前記電極端子との間が金属からなる集電体を介して接続されている電池において、前記集電体は、板状の本体部と、前記本体部の端部からほぼ垂直な方向に伸長する接続片とを具備し、前記本体部または前記接続片に、前記接続片が前記本体部に接近する方向に対して折り曲げられた曲げ案内部を配設したことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、集電体を、前記本体部と接続片との境界部近傍で折り曲げ可能なように構成し、局所的な曲げ変形を促進する曲げ案内部を配設しているため、集電体は良好に折り返され、空間を有効利用することができるとともに、電池の電極端子と電極体との間での通電距離が低減され内部抵抗の低減を図ることが可能となり、大容量で信頼性の高い電池を形成することが可能となる。
【００１０】
また本発明の第２では、外装容器と、前記外装容器内に配置せしめられた正および負の電極と、これらの間に配置せしめられた電解質とを具備し、前記外装容器が、前記正または負の電極の一方に電気的に接続されて一方の電極端子を構成するとともに、他の一方が前記外装容器と電気的に絶縁された他の電極端子に接続され、前記正または負の電極の少なくとも一方と前記電極端子との間が金属からなる集電体を介して接続されている電池において、前記集電体は、板状の本体部と、前記本体部の端部から前記本体部に沿う方向に折り返された接続片とから構成されていることを特徴とする。かかる構成によれば、接続片が本体部の端部から前記本体部に沿う方向に折り返されているため、集電体は良好に折り返され、空間を有効利用することができるとともに、電池の電極端子と電極体との間での通電距離が低減され内部抵抗の低減を図ることが可能となり、大容量で信頼性の高い電池を提供することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図１は本発明の集電体を装着したニッケル−水素蓄電池の要部を示す断面図、図２はこの集電体を示す断面図であり、ニッケルめっきのなされた鉄板からなり、中央に穴を有する長方形状をなすように形成された本体部８ａと、この本体部の周縁に装着され、ニッケルめっきのなされた鉄板からなる、Ｌ字状の接続片８ｂとからなり、これら本体部８ａと接続片８ｂとの間は溶接により接続されている。
【００１２】
またこのニッケル−水素蓄電池においては、集電体８は、本体部８ａよりも接続片８ｂの板厚が小さくなるように形成し、この境界部近傍で折り曲げ可能なように構成し、前記境界部に、局所的な曲げ変形を促進する曲げ案内部８ｃを配設しており、組み立て時においてこの曲げ案内部で、集電体の折り返しを容易にし、空間を有効利用するとともに、電池の電極端子と電極体との間での通電距離が低減され内部抵抗の低減を図るようにしたものである。この折り返し角度は３０度以下、望ましくは１５度以下であり、本体部８ａに面接触して沿うように接続片８ｂを折り返すようにするのが望ましい。
【００１３】
次にこの集電体を用いて形成されるニッケル−水素蓄電池について説明する。
【００１４】
１．電極体の作製
本実施形態のニッケル−水素蓄電池は図１に示すように、３枚のニッケル正極板と４枚の水素吸蔵合金負極板とをセパレータを介して積層し電極体１を形成するものである。ニッケル正極板は、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質をニッケル焼結多孔体内に含浸させて作製されている。一方、水素吸蔵合金負極板は、同様にして形成したニッケル焼結多孔体の表面に水素吸蔵合金からなる負極活物質を化学含浸法により含浸させて作製されている。
【００１５】
これらのニッケル正極板をポリプロピレン製不織布からなる袋状のセパレータにいれることにより、水素吸蔵合金負極板との間にセパレータを介在させて積層し、積層体を作製した。この積層体の上端面には、ニッケル正極板の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出し、また、下端面には水素吸蔵合金負極板の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出している。そして、この積層体の上端面に露出する正極芯体に正極用タブ２を溶接するとともに、側周面に負極芯体を露出せしめた、電極体１を作製した。ここでは最外層の負極活物質を除去することによって外装容器との接続用に負極芯体を露出せしめている。
【００１６】
２．ニッケル−水素蓄電池の作製
（１）実施例１
ついで、図２に示すように、板厚０．５ｍｍのニッケルめっきのなされた鉄板からなり、中心に挿通穴を有する長方形の板状体からなる本体部８ａと、この本体部の周縁に装着され、板厚０．３ｍｍのニッケルめっきのなされた鉄板からなる、Ｌ字状の接続片８ｂとからなり、これら本体部８ａと接続片８ｂとの間を溶接により接続したものである。
【００１７】
このように板厚の小さい接続片８ｂを設けることにより、この境界部で、集電体の可撓性、弾力性は高められ、良好に電気的接続が達成されるとともに、空間の微細化をはかることができる。またわずかな位置ずれも吸収し得ることになり、集電タブと集電体あるいは、封口体と集電体との溶接も容易で確実なものとなる。
また、封口体を外装容器の開口部にかしめて封口する作業も容易になり、押し込み圧着工程でも溶接点近傍を良好な結合状態を維持できるように、圧力により曲げ案内部８ｃで、曲げ変形を生じ、溶接面が集電体に対して平行状態となるように維持され、溶接部を良好に保持することが可能となる。従って、蓄電池の製造が容易となる。
【００１８】
そして、この集電体８を用いた、ニッケル−水素蓄電池の組み立てに際しては、まず、上述の電極体１を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装容器（底面の外面は負極外部端子となる）９内に収納し、水素吸蔵合金負極板の最外周に露呈する負極芯体を外装容器の内壁に接触せしめることにより、負極側の電気的接続を達成する。この後、上述した集電体８の接続片８ｂを、他端が電極タブ２に接続された集電タブ３の一端に溶接し、本体部８ａが電極体１上にくるように接続片８ｂとの境界部で折り返す。
【００１９】
このようにして、集電体８と電極体の正極板とを接続した後、図２に示すように、外装容器９の上部内周側に防振リング（図示せず）を挿入し、ついで、外装容器９内に３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなる電解液を注入した後、この外装容器９の開口部の上部に、封口体４を配置した。この場合、封口体４の底面が集電体８と接触するように配置した。なお、封口体４は、底面に円形状の下方突出部を形成してなる蓋体５と、周縁に絶縁ガスケット７を嵌着させた正極キャップ（正極外部端子）６とを備えており、蓋体５の中央にはガス抜き孔が形成されている。
【００２０】
これにより、図１に示した、公称容量７００ｍＡｈの角形ニッケル−水素蓄電池が作製される。
【００２１】
（２）実施例２
図３は実施例２の集電体を用いた電池を示す図、図４はこの集電体の断面図である。なお、実施例２に用いられる電極体１は実施例１と同様であり、実施例２においては、一体的に形成されており、本体部１８ａと接続片１８ｂとの境界部近傍で肉薄となるようにプレス成型され、曲げ案内部１８ｃを構成してなるニッケルめっき鉄板からなるもので、形状についても実施例１と同様に形成されたＬ字状体である。
【００２２】
このように板厚の小さい接続片１８ｂを一体形成することにより、溶接などによる集電体１８自体の接合が不要である。また、前記実施例１と同様に、この境界部で、集電体の可撓性、弾力性は高められ、強度も弱くなっており、良好に電気的接続が達成されるとともに、集電体の曲げ成型が容易となり、空間の微細化をはかることができる。またわずかな位置ずれも吸収し得ることになり、集電タブと集電体あるいは、封口体と集電体との溶接も容易で確実なものとなる。
【００２３】
（３）比較例
比較例として、図６に示したような、Ｌ字状の集電体１０８を用い、後は前記実施例とまったく同様に形成した電池（図５）を形成した。比較例１としては正極サイズおよび負極サイズを若干小さくしその分、極板群の上部空間を従来どおり大きくとったものと、比較例２として、実施例1および実施例2と同様に極板群の上部空間を小さくし、従来の集電体を用いたものを製造した。
【００２４】
３．電池特性試験
上述のようにして作製した各実施例および従来例の電池を用いて、測定したショート不良率を次表に示す。
【表１】
0003926147.tif 000002
【００２５】
この結果から明らかなように、本発明によれば集電体を折り曲げ成型して収納することにより、高容量化をはかることができ、不良率も従来と同等レベルにすることができる。一方本発明実施例の極板群上部空間と同程度に小さくしたとき、不良率が６０％と大きくなり、従来例の集電体を用いた場合、同じ外装缶のサイズで容量を増大することは困難であることがわかった。
【００２６】
これらの比較からあきらかなように、本発明によれば、同一の外装缶サイズで容量の増大をはかることができ、歩留まりも容量が小さい場合と同程度以上とすることが可能となる。
また前記実施例２の集電体の境界部近傍の肉薄部の厚みを元の厚みである０．３ｍｍから４０，５０，６０，７０，８０％までつぶしたときのショート不良率を測定した。その結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0003926147.tif 000003
この結果４０％から７０％程度の肉厚となるようにつぶすことにより折り曲げ収納し、不良率を低減することが可能となる。
【００２８】
また折り曲げ部の強度を調整するには、曲げ変形部に対して、アニール処理、あるいはレーザ照射、エッチング処理などを施すことによって実現することが可能である。
また接続片をニッケルなど硬度の小さい材料で形成するなど、材質を変更することも可能である。
あるいは曲げ案内部として、接続片にスリットを形成し曲げ変形を促進するようにしてもよい。
【００２９】
このように境界部で曲げ案内部をもつ集電体を用いることにより、圧着時に容易に均一に圧力を受けて変形し、図１に圧着後の断面図を示すように、封口体と集電体（電極）との距離が小さくなるため、低抵抗化を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態および変形例においては、封口体を正極端子とし、外装容器を負極端子とした例について説明したが、封口体を負極端子とし、外装容器を正極端子としてもよい。この場合、正極集電体は電池外装容器の内底面に溶接され、封口体の底面は集電体を介して負極集電体に溶接されることとなる。
【００３１】
さらにまた、前記実施形態においては、電極体を外装容器に装着し集電リードを溶接した後電解液を注入したが、固体電解質を用いる蓄電池の場合は、正極と負極との間に電解質を挟んだ状態で外装容器に装着し、集電体を溶接し、封着そして圧着という手順をとることになる。
【００３２】
さらにまた、上述した実施の形態および変形例においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池等の他の蓄電池にも適用できることは明らかである。
望ましくは、前記接続片は、前記本体部よりも肉薄の材料で構成されていることを特徴とする。
望ましくは、前記接続片は、前記本体部の板厚の７０％以下となるように構成されていることを特徴とする。
望ましくは、前記接続片は、前記本体部に溶接によって接合せしめられていることを特徴とする。
上記各構成によれば、接続片での折り曲げが容易となる。
【００３３】
本発明の方法では、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた外装容器内に、正および負の電極を配置する工程と、前記電極の一方に、板状の本体部と、前記本体部の端部からほぼ垂直な方向に伸長する接続片とを具備し、前記本体部と前記接続片との境界部近傍で折り曲げ可能なように、局所的な曲げ変形を促進する曲げ案内部を配設した集電体の一端を溶接するとともに、前記集電体の他端を他方極の端子を兼ねる封口体に溶接する溶接工程と、前記外装容器の前記開口部に前記封口体を配置し、前記外装容器をかしめて封口するとともに、前記集電体が前記曲げ案内部で折り返され、接続片が本体部に沿うように圧着する圧着工程とを含むようにしてもよい。
【００３４】
かかる方法によれば、容易に曲げ案内部で集電体が折り曲げられ、電極体と電極端子との接続距離を低減するとともに低抵抗化をはかることができ、容易に大容量で信頼性の高い電池を形成することが可能となる。
【００３５】
また、本発明においては、あらかじめ集電体に曲げ案内部を形成しているため、集電体を介して確実に接触性よく、電極体と封口体とが接触した状態となるように外装容器の開口部に封口体を配置することができる。また、外装容器と封口体との間に溶接電流を流し、電解質を介して両電極間に通電することにより溶接を行ういわゆる直接溶接法を用いる場合にも、溶接時に接触部を加圧することが可能となる。これにより、「溶接ちり」の発生を伴うことなく、集電体は封口体あるいは（集電体リードを介して）電極体のいずれか一方あるいは両方に良好に溶接されるようになる。このため、集電リードは封口体と集電体とを接触させるだけの長さがあれば封口体あるいは集電体に溶接されるようになる。そして、外装容器をかしめて封口する場合においても、より正しい水平状態を維持でき、確実な溶接が可能となる上、かしめに際しても、溶接点に斜め方向の不均一な応力がかかることも無く、溶接点のはずれをなくし、歩留まりの向上をはかることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、集電体は良好に折り返され、空間を有効利用することができるとともに、電池の電極端子と電極体との間での通電距離が低減され内部抵抗の低減を図ることが可能となり、大容量で信頼性の高い電池を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例の電池の要部断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施例の電池で用いられる集電体の断面図である。
【図３】  本発明の第２の実施例の電池の要部断面図である。
【図４】  本発明の第２の実施例の電池で用いられる集電体の断面図である。
【図５】  従来例の電池の要部断面図である。
【図６】  従来例の電池で用いられる集電体の断面図である。
【符号の説明】
１  電極体、
２  正極用タブ
３  正極集電タブ
４  封口体
５  封口板
６  正極キャップ
７  ガスケット
８  集電体
８ａ  本体部
８ｂ  接続片
８ｃ  曲げ案内部
９  外装容器
【図１】
0003926147.tif 000004
【図２】
0003926147.tif 000005
【図３】
0003926147.tif 000006
【図４】
0003926147.tif 000007
【図５】
0003926147.tif 000008
【図６】
0003926147.tif 000009