(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方極の端子を兼ねる開口部を備えた金属製外装缶と、前記開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、前記外装缶内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極群とを備えたアルカリ蓄電池であって、
前記電極群の一方の電極端部に溶着された集電体部と、同集電体部から延出して前記封口体の下面に溶着される集電リード部と、同集電リード部の前記封口体の下面に溶接される部分に設けられた平板状の切起部とを有する集電体を備えるとともに、
前記平板状の切起部が前記封口体の下面と平行に近い状態で該封口体の下面に該溶着されていることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記集電体部に多数の開口を備えるとともに、該開口の周縁から前記電極体の一方の電極端部に向けて突出する突縁を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
一方極の端子を兼ねる開口部を備えた金属製外装缶内に少なくとも正・負極からなる電極群を挿入した後、前記開口部を他方極の端子を兼ねる封口体で密封して製造するアルカリ蓄電池の製造方法であって、
集電体部と同集電体部から延出する集電リード部と同集電リード部に設けられた平板状の切起部とを有する集電体の前記集電体部を前記電極群の一方の電極端部に溶接する第１溶接工程と、
前記集電リード部の前記平板状の切起部を前記封口体の下面と平行に近い状態にして該封口体の下面に溶接する第２溶接工程と、
前記集電リード部が溶接された前記封口体を前記金属製外装缶の前記開口部に装着して該開口部を密封する密封工程とを備えたことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
【請求項４】
前記集電体部に多数の開口を備えるとともに、該開口の周縁から前記電極体の一方の端部に向けて突出する突縁を備えたことを特徴とする請求項３に記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた金属製外装缶と、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、外装缶内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極群とを備え、この電極群の少なくとも一方の電極端部に集電体が溶着されたアルカリ蓄電池に係り、特に、集電体の接続構造および接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板および負極板の間にセパレータを介在させて、これらを渦巻状に巻回して渦巻状電極群を形成し、この渦巻状電極群の上下端部の少なくとも一方に集電体を接続して渦巻状電極体を形成する。ついで、この渦巻状電極体を金属製外装缶に収納して、一方の集電体から延出する集電リード部を封口体の下面に溶接した後、外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて封口体を装着することにより密閉して構成するようにしている。
【０００３】
ここで、図３は上述した集電体の例を模式的に示す図であり、図４はこの集電体を封口体の下面に溶接する状態を模式的に示す図である。この集電体３０は、略円形状の集電体部３１と、この集電体部３１より延出して封口体４０の下面に溶接される集電リード部３４とからなる。集電体部３１には、その中心部に注液用開口３３が配設されているとともに、この注液用開口３３の周囲には多数の開口３２が配設されている。そして、注液用開口３３および開口３２の周縁には集電体部３１より下方に突出する突縁３３ａおよび３２ａが設けられている。また、封口体４０は正極キャップ４１と、本体部４２とからなり、本体部４２には下方に膨出する底部４３が設けられている。なお、正極キャップ４１は正極端子となり、この正極キャップ４１と本体部４２との内部には安全弁が配置されている。
【０００４】
そして、この集電体３０の集電体部３１の開口３２の周縁に設けられた突縁３２ａを渦巻状電極群（図示せず）より突出する一方の電極の端部の導電端縁に溶接して渦巻状電極体とした後、この渦巻状電極体を金属製外装缶（なお、この金属製外装缶の底面は負極端子となる）内に挿入する。ついで、図４に示すように、集電リード部３４の集電体部３１との境界部を略垂直方向に折り曲げて、集電リード部３４を封口体４０の本体部４２の底部４３の下面に接触させた後、溶接棒４５を集電リード部３４に押し当て、溶接電流を流して抵抗溶接することにより溶接部３５が形成され、封口体４０と一方の電極とが電気的に接続されることとなる。
【０００５】
この後、外装缶内にアルカリ電解液を注入し、外装缶の開口に絶縁ガスケットを介在させて封口体４０を装着した後、開口の端部をかしめることにより密閉してアルカリ蓄電池が形成される。このように、集電リード部３４を封口体４０の本体部４２の底部４３の下面に接触させた後、溶接棒４５を集電リード部３４に押し当て、溶接電流を流して抵抗溶接するようにすると、アーク溶接などに比べて簡単にかつ確実に溶接できるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集電リード部３４を封口体４０の下面に接触させた状態で溶接棒４５を集電リード部３４に押し当てるようにすると、集電リード部３４と封口体４０の下面とが密着していないため、溶接棒４５からの加圧力が変動しやすいとともに溶接電流も変動しやすくなり、溶接ナゲットの径が変動して溶接強度にばらつきが生じるという問題を生じた。
また、溶接棒４５を加圧するタイミングより溶接棒４５に溶接電流を流すタイミングが早すぎたり、あるいは溶接電流が大きすぎると、抵抗発熱した部分から溶接ちりが発生するという問題も生じた。
そして、溶接ちりが発生すると、溶接ちりの中には糸状に繋がったものもあり、これが電池内部に落下して、正極と負極とのサイドショートを発生させ、最悪の場合は電池としての機能を果たさなくなるという問題も生じた。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、集電体の集電リード部と封口体の下面との密着を容易にして、集電リード部と封口体の下面との溶接部の溶接強度を一様にするとともに、内部短絡が生じないアルカリ蓄電池を提供するとともに、その製造方法を提供することを目的するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池は、電極群の一方の電極端部に溶着された集電体部と、同集電体部から延出して前記封口体の下面に溶着される集電リード部と、同集電リード部の前記封口体の下面に溶接される部分に設けられた平板状の切起部とを有する集電体を備えるとともに、平板状の切起部が封口体の下面と平行に近い状態で該封口体の下面に該溶着されている。
【０００９】
このように、集電体の集電リード部の封口体の下面に溶着される部分に平板状の切起部を有すると、この切起部は弾力性を有するとともに封口体の底部とより平行に近い状態にできるため、封口体の下面に容易に密着することとなって、溶接棒の加圧力が一定になるとともに、溶接電流もばらつかなくなって、切起部と封口体の下面との溶接部の溶接強度が向上する。このため、内部抵抗が低く、かつ高率放電に優れるとともに、内部短絡が生じないアルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池の製造方法は、集電体部と同集電体部から延出する集電リード部と同集電リード部に設けられた平板状の切起部とを有する集電体の集電体部を電極群の一方の電極端部に溶接する第１溶接工程と、集電リード部の平板状の切起部を封口体の下面と平行に近い状態にして該封口体の下面に溶接する第２溶接工程と、集電リード部が溶接された封口体を金属製外装缶の開口部に装着して該開口部を密封する密封工程とを備えるようにしている。
【００１１】
このように、第１溶接工程により集電体の集電体部を電極群の一方の電極端部に溶接した後、第２溶接工程により集電リード部の平板状の切起部を封口体の下面に溶接すると、切起部は弾力性を有するとともに封口体の底部とより平行に近い状態にできるため、封口体の下面に容易に密着することとなり、溶接棒の加圧力が一定になるとともに、溶接電流もばらつかなくなって、切起部と封口体の下面との溶接部の溶接強度が向上する。このため、少ない溶接電流でも切起部と封口体の下面との間に溶接強度の優れた溶接部を形成することが可能となる。また、切起部は封口体の下面に密着しているため、溶接ちりの発生を抑制できるようになって、内部短絡が生じないアルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００１２】
そして、集電体部に多数の開口を備えるとともに、この開口の周縁から電極体の一方の電極端部に向けて突出する突縁を備えると、この突縁は電極群の一方の電極端部に食い込んで溶接されるため、集電体部と一方の電極端部との溶接強度が向上するとともに内部抵抗も低下して、高率放電に優れたアルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した場合の一実施形態を図を参照して説明する。なお、図１は本発明の正極集電体を模式的に示す平面図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。図２は正極集電体を封口体に溶接する状態を模式的に示す図である。
【００１４】
１．正極集電体の作製
正極集電体１０は、略円形状（例えば、直径が１６ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）の集電体部１１と、この集電体部１１と一体的に形成されて集電体部１１より長方形状（例えば、幅が７ｍｍで、長さが１５ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）に延出する集電リード部１４とから構成される。この正極集電体１０は鋼鈑を打ち抜き加工することにより作製されている。
【００１５】
そして、集電体部１１にはその中心部に注液用の開口１３と、この注液用の開口１３の周囲に多数の開口１２，１２・・・が形成されており、各開口１２の周縁から下方に突出する突縁１２ａ，１２ａ・・・が形成されており、注液用の開口１３の周縁から下方に突出する突縁１３ａが形成されている。
また、集電リード部１４には集電リード部１４より斜め下方に突出する切起部１５が設けられており、この切起部１５が後述する封口体の底部の下面に溶接されることとなる。
【００１６】
２．ニッケル−カドミウム蓄電池の作製
パンチングメタル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正極活物質をニッケル焼結多孔体内に充填して焼結式ニッケル正極を作製した。また、酸化カドミウム粉末を主体とするペースト状の負極活物質を芯体に塗着して非焼結式カドミウム負極を作製した。これらのニッケル正極とカドミウム負極とを、これらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を形成した。
【００１７】
この渦巻状電極群の上端はニッケル正極の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出して正極用導電端縁が形成されており、一方、渦巻状電極群の下端はカドミウム負極の極板芯体の端部が露出して負極用導電端縁が形成されている。なお、渦巻状電極群の直径は２０ｍｍであり、高さは３５ｍｍとなるように形成されている。
【００１８】
ついで、渦巻状電極群の上部に正極集電体１０の集電体部１１を載置するとともに、各開口１２の周縁から下方に突出する突縁１２ａ，１２ａを正極用導電端縁に圧入しなが抵抗溶接する。一方、渦巻状電極群の下部に負極集電体を配置し、負極集電体の突縁を負極用導電端縁に圧入しなが抵抗溶接する。なお、負極集電体は鋼鈑を円形状に形成するとともに、円形の内部に正極集電体１０の集電体部１１と同様な多数の開口が設けられており、この開口の周縁より突出して突縁が形成されている。渦巻状電極群の上、下端部にそれぞれ正極集電体１０および負極集電体が溶接されることにより渦巻状電極体となる。
【００１９】
ついで、鉄にニッケルメッキを施した有底円筒形の金属外装缶を用意し、図２（ａ）に示すように、正極集電体１０の集電リード部１４の根元部（集電体部１１と集電リード部１４との境界部分）を略直角に折り曲げた後、渦巻状電極体を金属外装缶内に挿入し、正極集電体１０の注液用開口１３より一方の溶接電極を挿入して負極集電体に当接させるとともに金属外装缶の底部下面に他方の溶接電極を当接して、負極集電体と金属外装缶の底部をスポット溶接する。なお、この金属外装缶の直径（外形寸法）は２２ｍｍ（内径寸法は２１ｍｍ）で、高さは４３ｍｍである。
【００２０】
ついで、渦巻状電極体の上部にスペーサを載置した後、周縁部にリング状の絶縁ガスケットを装着した封口体２０を用意し、正極集電体１０の集電リード部１４に設けられた切起部１５を封口体２０の底部２３に接触させた後、溶接棒２５を切起部１５に押し当て、溶接棒２５に所定の電流（例えば１ＫＡ）を流して、封口体２０の底部２３と切起部１５とを抵抗溶接した。これにより、封口体２０の底部２３と切起部１５と間に溶接部１５ａが形成される。
【００２１】
この後、金属外装缶内に電解液（水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有した８Ｎの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注入した。ついで、外装缶の上部に環状に形成された内方突出部上にガスケットを装着した封口体２０を載置した。ついで、金属外装缶の開口端縁を内方にカシメつけることによって金属外装缶の開口部を封口して、公称容量１．３Ａｈのニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てた。
【００２２】
ここで、溶接棒２５に所定の電流（例えば１ＫＡ）を流して、封口体２０の底部２３の下面と切起部１５とを抵抗溶接して作製したニッケル−カドミウム蓄電池を実施例１の電池Ａとし、溶接棒２５に所定の電流（例えば１ＫＡ）の半分（０．５ＫＡ）を流して、封口体２０の底部２３の下面と切起部１５とを抵抗溶接して作製したニッケル−カドミウム蓄電池を実施例２の電池Ｂとした。
【００２３】
また、図３に示す従来例の正極集電体３０を用い、溶接棒４５に所定の電流（例えば１ＫＡ）を流して、封口体４０の底部４３の下面と集電リード部３４とを抵抗溶接して作製したニッケル−カドミウム蓄電池を比較例１の電池Ｘとし、溶接棒４５に所定の電流（例えば１ＫＡ）の半分（０．５ＫＡ）を流して、封口体４０の底部４３の下面と集電リード部３４とを抵抗溶接して作製したニッケル−カドミウム蓄電池を比較例２の電池Ｙとした。
【００２４】
３．試験結果
（１）溶接強度の測定
上述のようにして作製する各電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙの正極集電体１０（３０）と封口体２０（４０）とを溶接後のものをそれぞれ１００００個ずつ用意した後、引張試験機を用いて、正極集電体１０（３０）と封口体２０（４０）との溶接強度をそれぞれ測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００２５】
（２）短絡発生率の測定
ついで、上述のようにして作製した各電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙをそれぞれ１００００個ずつ用意した後、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙの短絡発生率を測定（なお、この短絡発生率は電池電圧を測定し、０Ｖになっているものを短絡電池として判定した）すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００２６】
【表１】
0003906001.tif 000002
【００２７】
上記表１より明らかなように、比較例１の電池Ｘにおいては、溶接強度は１．７２ＭＰａと大きいが、短絡発生率も１５６７ｐｐｍと非常に大きかった。これは、溶接時の電流値が大きいため、集電リード部３４と封口体４０の底部４３の下面との密着も良好でないため、溶接ちりの飛散が多くてこのちりが電池内部に落下して内部短絡が大量に発生したためであると考えられる。
また、比較例２の電池Ｙにおいては、溶接強度は０．９１ＭＰａと小さく、かつ短絡発生率も３５７ｐｐｍと大きかった。これは、溶接時の電流値が比較例１の電池Ｘの半分で小さいため溶接強度が小さくなり、かつ集電リード部３４と封口体４０の底部４３の下面との密着も良好でないため、溶接ちりの飛散が発生して、これが電池内部に落下して内部短絡が発生したためであると考えられる。
【００２８】
一方、実施例１の電池Ａにおいては、溶接強度は２．０８ＭＰａと大きく、かつ短絡発生率も３２ｐｐｍと小さかった。これは、集電リード部１４の切起部１５は弾力性を有するとともに封口体２０の底部２３とより平行に近い状態にできるため、封口体２０の底部２３の下面との密着が良好となる。このため、溶接時の電流値が大きくても、溶接ちりの発生が少なかったためであると考えられる。また、実施例２の電池Ｂにおいては、溶接強度は１．６５ＭＰａと大きく、かつ短絡発生率も０ｐｐｍと小さかった。これは、溶接時の電流値が実施例１の電池Ａの半分で小さくても、集電リード部１４の切起部１５と封口体２０の底部２３の下面との密着が良好なため、溶接強度が大きくなり、かつ溶接ちりが発生しなかったためであると考えられる。
【００２９】
上述したように、本発明においては、集電体１０の集電リード部１４の封口体２０の底部２３の下面に溶接される部分に切起部１５を有するため、この切起部１５は弾力性を有するとともに封口体２０の底部２３とより平行に近い状態にできるため、封口体２０の底部２３の下面に容易に密着することとなる。このため、溶接棒２５の加圧力が一定になるとともに、溶接電流もばらつかないため、切起部１５と封口体２０の底部２３の下面との溶接部の溶接強度が向上する。この結果、内部抵抗が低く、かつ高率放電に優れるとともに、内部短絡が生じないアルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００３０】
なお、上述した実施形態においては、封口体２０の正極キャップ２１を正極端子としたために、正極集電体１０に集電リード部１４を設ける例について説明したが、封口体を負極端子とした場合には、負極集電体に集電用リード部を設けるようにすればよい。また、上述した実施形態においては、正極に焼結式電極を用いた例について説明したが、正極にペースト式などの非焼結式電極を用いてもほぼ同様の結果が得られた。また、上述した実施形態においては、本発明をニッケル−カドミウム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−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池にも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の正極集電体を示す図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【図２】  本発明の正極集電体を封口体に溶接する状態を示す図である。
【図３】  従来例（比較例）の正極集電体を示す図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。
【図４】  従来例（比較例）の正極集電体を封口体に溶接する状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…正極集電体、１１…集電体部、１２…開口、１２ａ…突縁、１３…注液用開口、１３ａ…突縁、１４…集電リード部、１５…切起部、２０…封口体、２１…正極キャップ、２２…本体部、２３…底部
【図１】
0003906001.tif 000003
【図２】
0003906001.tif 000004
【図３】
0003906001.tif 000005
【図４】
0003906001.tif 000006