(57)【要約】【課題】極板群の上方へ突出した一方の極板の集電部の先端部分と溶接した上部集電体を改良して、タブ端子と通電距離が遠い極板群の外周側の集電を高め、内部抵抗の小さい大電流放電に適した蓄電池を提供する。【解決手段】上部集電体２１は、その平板の中央部２４近くから外周縁部２３にまたがった略長方形状の切り欠き部２５を複数個相互間に等間隔において放射状に設け、略長方形状の切り欠き部２５の間の平坦部に外周縁部２３から内方に略三角形状の切り欠き部３１を設け、略長方形状および略三角形状の切り欠き部２５，３１の縁部に一体に成型して設けた下向きのリブ状突起片２６，３２のそれぞれは極板の集電部３０の先端部分と交叉して、その一部分が集電部３０の先端部分に食い込んで溶接する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなり、一方の極板の集電部の先端部分が上方へ突出し、他方の極板の集電部の先端部分が下方へ突出して渦巻き状に巻回された極板群と、
前記各極板群の上方および下方から突出したそれぞれの極板の集電部の先端部分に溶接された矩形或いは略円状の平板からなる上部集電体および下部集電体と、電解液とを内部に収納した有底ケースと、
前記有底ケースの開口部を密閉する封口板と、
前記封口板と上部集電体とを電気的に接続するタブ端子とを備えた蓄電池であって、
前記上部集電体は、その平板の中央部近くから外周縁部にまたがった略長方形状の切り欠き部を複数個相互間に等間隔において放射状に設け、
前記略長方形状の切り欠き部の間の平坦部に外周縁部から内方に略三角形状の切り欠き部を設け、
前記略長方形状および略三角形状の切り欠き部の縁部に一体に成型して設けた下向きのリブ状突起片のそれぞれは極板の集電部の先端部分と交叉して、その一部分が集電部の先端部分に食い込んで溶接されていることを特徴とする蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻き状に巻回された極板群を備えた蓄電池に関し、特に車両の駆動電源として用いる蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル‐カドミウム蓄電池やニッケル‐水素蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池は、信頼性が高くそのメンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン等の各種用途に幅広く用いられている。さらに近年においては電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として大電流放電に適したアルカリ蓄電池の開発が要望されている。
【０００３】
アルカリ蓄電池は、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなり、正極板の集電部の先端部分が上方へ突出し、負極板の集電部の先端部分が下方へ突出して渦巻き状に巻回された極板群と、この極板群の上方へ突出した正極板の集電部の先端部分に溶接された上部集電体と、極板群の下方へ突出した負極板の集電部の先端部分と溶接された下部集電体と、電解液とを内部に収納した金属製の有底ケースと、前記金属製の有底ケースの開口部を封口板によって密閉することにより構成される。
【０００４】
このようなアルカリ蓄電池は、大電流放電が必要な用途で使用されることがあるため、その内部抵抗を小さくすることが必要とされている。
【０００５】
そのため、大電流放電が必要なアルカリ蓄電池では内部抵抗を小さくするために、セパレータを介して正極板と負極板とを渦巻き状に巻回された極板群の上方へ突出した正極板の集電部に矩形あるいは略円状の平板からなる上部集電体を複数箇所で溶接することによって極板群からの集電性を高めている。このように、渦巻き状に巻回された極板群では、巻き始め側（内周側）と巻き終わり側（外周側）とで極板群の径が異なるため、溶接点の間隔が内周側では小さく、外周側では大きくなって不均一な集電形態になるといった問題があった。
【０００６】
そこで、極板群の内周側と外周側との不均一な集電形態を低減する方法として特許文献１には、上部集電体の中央部近くから外周縁部にまたがった３個の略長方形状の切り欠き部、および上部集電体の中央部から外周縁部の方向にかけて１個の略長方形状の切り欠き部を設け、これらの切り欠き部の縁部に下向きに設けたリブ状突起片を極板群の上方へ突出した正極板の集電部に溶接する方法が記載されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−６０４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の方法は、帯状の正極板の長手方向に対して比較的均等に分散した多数点から集電することが可能であるが、極板群の外周側からの集電が不充分であった。
【０００８】
上部集電体の中央部近くには封口板と上部集電体とを電気的に接続するタブ端子が溶接されているため、均一な集電形態にするためには、タブ端子と通電距離が遠い極板群の外周側の集電を高めてタブ端子と通電距離が近い極板群の内周側の溶接点の間隔に比べ、外周側の溶接点の間隔を小さくする必要があった。
【０００９】
本発明は、渦巻き状に巻回された極板群を備えた蓄電池に関し、その極板群の上方へ突出した一方の極板の集電部の先端部分と溶接した上部集電体を改良して、上部集電体の中央部近くに電気的に接続したタブ端子と通電距離が遠い極板群の外周側の集電を高め、内部抵抗の小さい大電流放電に適した蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明の蓄電池は、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなり、一方の極板の集電部の先端部分が上方へ突出し、他方の極板の集電部の先端部分が下方へ突出して渦巻き状に巻回された極板群と、前記各極板群の上方および下方から突出したそれぞれの極板の集電部の先端部分に溶接された矩形或いは略円状の平板からなる上部集電体および下部集電体と、電解液とを内部に収納した有底ケースと、前記有底ケースの開口部を密閉する封口板と、前記封口板と上部集電体とを電気的に接続するタブ端子とを備えた蓄電池であって、前記上部集電体は、その平板の中央部近くから外周縁部にまたがった略長方形状の切り欠き部を複数個相互間に等間隔において放射状に設け、前記略長方形状の切り欠き部の間の平坦部に外周縁部から内方に略三角形状の切り欠き部を設け、前記略長方形状および略三角形状の切り欠き部の縁部に一体に成型して設けた下向きのリブ状突起片のそれぞれは極板の集電部の先端部分と交叉して、その一部分が集電部の先端部分に食い込んで溶接されている。
【００１１】
この構成により極板群の外周側の集電を高め、蓄電池の内部抵抗を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、上部集電体の中央部近くに溶接され、この上部集電体と封口板とを電気的に接続するタブ端子と通電距離が遠い極板群の外周側の集電を高め、内部抵抗の小さい大電流放電に適した蓄電池を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなり、一方の極板の集電部の先端部分が上方へ突出し、他方の極板の集電部の先端部分が下方へ突出して渦巻き状に巻回された極板群と、前記各極板群の上方および下方から突出したそれぞれの極板の集電部の先端部分に溶接された矩形或いは略円状の平板からなる上部集電体および下部集電体と、電解液とを内部に収納した有底ケースと、前記有底ケースの開口部を密閉する封口板と、前記封口板と上部集電体とを電気的に接続するタブ端子とを備えた蓄電池であって、前記上部集電体は、その平板の中央部近くから外周縁部にまたがった略長方形状の切り欠き部を複数個相互間に等間隔において放射状に設け、前記略長方形状の切り欠き部の間の平坦部に外周縁部から内方に略三角形状の切り欠き部を設け、前記略長方形状および略三角形状の切り欠き部の縁部に一体に成型して設けた下向きのリブ状突起片のそれぞれは極板の集電部の先端部分と交叉して、その一部分が集電部の先端部分に食い込んで溶接されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、上部集電体と極板群の内周側の溶接点の間隔に比べ、極板群の外周側の溶接点の間隔を小さくすることができるため、封口板と上部集電体とを電気的に接続するタブ端子と通電距離が遠い極板群の外周側の集電を高め、内部抵抗の小さい大電流放電に適した蓄電池を提供することができる。
【００１５】
次に、従来の集電体を用いた場合の問題点について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）は従来の上部集電体の一例を示す平面図、図１（ｂ）はその斜視図、図１（ｃ）はその上部集電体に極板群とタブ端子を接続した状態を示す斜視図である。極板群９
の集電部１０、およびタブ端子２と電気的に接続されている上部集電体１に、その中央部４から外周縁部３にまたがった３個の略長方形状の切り欠き部５、および中央部４から外周縁部３の方向にかけて１個の略長方形状の切り欠き部７を打ち抜いて孔状に設け、これらの切り欠き部５，７の縁部に下向きに設けたリブ状突起片６，８を極板群９の上方へ突出した正極板の集電部１０に溶接している。しかしながら、このような従来の上部集電体１では、極板群９の外周側において集電が取れるものの極板長さに対して外周側付近の１／４〜１／３は溶接点の間隔が大きいことから、蓄電池の特性にはほとんど寄与せず、完全な解決策には到らない。
【００１７】
図２（ａ）は従来の上部集電体の他の例を示す平面図、図２（ｂ）はその斜視図、図２（ｃ）はその上部集電体に極板群とタブ端子を接続した状態を示す斜視図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、極板群９の集電部１０、およびタブ端子２と電気的に接続する上部集電体１に、その中央部４から外周縁部３にまたがった４個の略長方形状の切り欠き部５を等間隔に設け、さらにこの４個の切り欠き部５の間の平坦部に外周縁部３から内方に同様の形状の切り欠き部１１を４個設けて、これらの切り欠き部５，１１の縁部に下向きに設けたリブ状突起片６，１２を極板群９の上方へ突出した正極板の集電部１０に溶接している。切り欠き部１１の切れ込み寸法は、極板群９の半径の１／３程度である。このように略長方形状の切り欠き部５，１１を多数設けることにより、極板長さに対して外周側付近の溶接点の間隔は小さくなるが、上部集電体１の切り欠き面積が大きいことと切り欠き形状に起因して、上部集電体１自体の通電性が低下し、その結果、極板群９からの通電性を低下させる。
【００１８】
以上より、極板群の内周側と外周側との均一な集電形態が必要とされる大電流放電用の極板群を用いる場合は、上部集電体自体の通電性を低下させることなく、極板群の外周側の溶接点の間隔を小さくする必要がある。
【００１９】
上記の問題を解決すべく検討を重ねた結果、図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、本発明の上部集電体２１は、その平板の中央部２４近くから外周縁部２３にまたがった略長方形状の切り欠き部２５を４個相互間に等間隔において放射状に設け、略長方形状の切り欠き部２５の間の平坦部に外周縁部２３から内方に略三角形状の切り欠き部３１を計４個設ける形状である。略三角形状の切り欠き部３１の切り込み寸法は、極板群２９の半径の１／３程度である。略長方形状の切り欠き部２５、および略三角形状の切り欠き部３１の縁部に一体に成型して設けた下向きのリブ状突起片２６、３２のそれぞれは極板の集電部３０の先端部分と交叉して、その一部分が集電部の先端部分に食い込んで溶接する。上部集電体２１に設けた略三角形状の切り欠き部３１の切り込み寸法は、極板群２９の半径の１／３程度とすることで、上部集電体２１自体の通電経路を減少させることがなく、かつ、極板群２９の極板の長さ方向に対して内周側より外周側の溶接点の間隔を小さくすることができる。
【００２０】
極板群２９の内周側においては、極板群２９の径が小さいため、上部集電体２１の中央部２４近くから外周縁部２３にまたがった略長方形状の切り欠き部２５を４個相互間に等間隔において放射状に設けるのみで極板との溶接点を適切に設けることができる。
【００２１】
上部集電体２１に設けた略三角形状の切り欠き部３１は、主として極板群２９の外周側の極板と溶接し、この外周側の溶接点の間隔を内周側の溶接点の間隔以下にすることを目的とする。したがって、略三角形状の切り欠き部３１が１個では外周側における溶接点は１周当り１箇所にしか形成できず、径の大きい極板群２９では効果は少ない。略三角形状の切り欠き部３１を２個設ければ、極板群２９の外周側において、少なくとも極板群２９の半周に１箇所は溶接点を形成することが可能になり、極板群２９の外周側の溶接点の間隔を内周側の溶接点の間隔とほぼ同じか、或いはより間隔を小さくすることができる。
【００２２】
以上より、略三角形状の切り欠き部３１は２個以上設けることが好ましく、より好ましくは、略長方形状の切り欠き部２５の全ての間に略三角形状の切り欠き部３１を設ける条件が最も好ましい。すなわち、略長方形状の切り欠き部２５を４個設けた場合、これら全ての間に略三角形状の切り欠き部３１を設けて、略長方形状の切り欠き部２５と略三角形状の切り欠き部３１を各４個とする条件が最も好ましい。
【００２３】
なお、本発明における極板群２９の集電部３０には、金属箔、金属多孔体などからなるものが用いられるが、この集電部３０と上部集電体２１との溶接時の短絡を防止するため、正極板と負極板を幅方向において、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲でずらした状態で巻回することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の上部集電体２１を適用する蓄電池としては、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回された極板群２９を用いる円筒形の蓄電池などが挙げられ、円筒形の蓄電池のなかでも、１０Ａ以上の大電流放電が必要とされる用途に用いる円筒形の蓄電池に特に有効である。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
長さ８５０ｍｍで厚さ０．３０ｍｍのペースト式ニッケル電極（集電部としての基板：発泡ニッケル）からなる正極板と、長さ９００ｍｍで厚さ０．２０ｍｍのペースト式水素吸蔵合金電極（集電部としての基板：穿孔した鉄ニッケルメッキ鋼板）からなる負極板を厚さ０．１６ｍｍのセパレータを介して巻回し、内寸３１ｍｍの電池缶に最大量に収容できるように巻回体の極板群２９を作製した。この極板群２９の正極板の集電部３０に、図３に示したように、直径２９ｍｍの金属板からなる略円状の上部集電体２１に、その中央部２４近くから外周縁部２３にまたがった、長さ８ｍｍで幅３ｍｍの略長方形状の切り欠き部２５を４個相互間に等間隔において放射状に設け、この略長方形状の切り欠き部２５の縁部に、長さ８ｍｍで幅０．５ｍｍのリブ状突起片２６を下向きに一体に成型して設けた。さらに、４個の略長方形状の切り欠き部２５の間の平坦部に外周縁部２３から内方に略三角形状の切り欠き部３１を設け、この略三角形状の切り欠き部３１の縁部に、長さ５ｍｍで幅０．５ｍｍのリブ状突起片２６を下向きに一体に成型して設けた。この略三角形状の切り欠き部３１は一辺の長さを５ｍｍとし、計４個設けた。上部集電体２１の中央部２４にはタブ端子２２の一端を抵抗溶接により接続した。
【００２６】
上部集電体２１と極板群２９との電気的な接続は、上部集電体２１の略長方形状の切り欠き部２５の縁部に一体に成型して設けたリブ状突起片２６、および略三角形状の切り欠き部３１の縁部に一体に成型して設けたリブ状突起片３２のそれぞれが極板の集電部の先端部分と交叉して、その一部分が集電部の先端部分に食い込むように溶接して行った。極板群２９の下方には下部集電体を上部集電体２１と同様にして接続した。
【００２７】
次に、上部集電体２１と下部集電体を接続した極板群２９を金属製の有底ケースに挿入し、上部集電体２１の上面に絶縁リングを有底ケースの開口部より挿入した。そして、有底ケースの上方を溝入れして極板群２９を保持するとともに、有底ケースの内底面と下部集電体とを溶接し、所定量のアルカリ電解液を上部集電体２１の中央孔を利用して有底ケース内に注入した。上部集電体２１の中央部２４にはタブ端子２２の一端が溶接されており、タブ端子２２の他端には蓄電池の外部端子を構成する封口板を溶接した。この封口板を有底ケースの溝部に載置し、かしめ封口して円筒形アルカリ蓄電池を構成した。このように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例１の電池Ａとした。
【００２８】
（実施例２）
略三角形の切り欠き部３１を上部集電体２１の対向する位置に２個設けた以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例２の電池Ｂとした。
【００２９】
（比較例１）
実施例１の上部集電体２１に代えて、図１に示したように、直径２９ｍｍの金属板に長さ８ｍｍで幅０．５ｍｍのリブ状突起片６を有する、外周縁部３から中央部４に向かう長さ８ｍｍで幅３ｍｍの切り欠き部５を３個設け、長さ１０ｍｍで幅０．５ｍｍのリブ状突起片８を有する、中央部４から外周縁部３に向かう長さ１０ｍｍで幅３ｍｍの切り欠き部７を１個設けた上部集電体１を用いた以外は、実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例１とした。
【００３０】
（評価）
実施例１と比較例１の円筒形アルカリ蓄電池を構成する際に、上部集電体と極板群の集電部との溶接点とその分布を測定した。この測定は、溶接した上部集電体を集電部から剥がし、極板群を巻き解し、極板群の内周側の端部から各溶接点までの長さを測定する方法で行った。
【００３１】
図４（ａ）に実施例１の上部集電体と集電部との溶接の状態を、図４（ｂ）に比較例１の上部集電体と集電部との溶接の状態を、極板の巻き始め側（内周側）の端部から巻き終わり側（外周側）の端部までの溶接点の分布で示した。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）に示した結果から明らかなように、比較例１は実施例１と比べて、極板の中央付近から外周側にかけて溶接点の間隔が大きくなることが確認できた。
【００３３】
実施例１は極板の外周側においても溶接が充分に行われており、しかも、実施例１は比較例１に比べて極板の長さ方向において、中央付近の溶接点の間隔より外周側の溶接点の間隔が小さく、均一に分散した状態になっていることがわかった。
【００３４】
次に、実施例１の電池Ａ、および比較例１の電池Ｃを用いて、以下の通り内部抵抗を比較した。
【００３５】
実施例１の電池Ａ、および比較例１の電池Ｃを用い、室温（２５℃）で２Ａの電流値で電池電圧が０．９Ｖになるまで放電させた後、６．５Ａの電流値で３０分間充電した。次いで１時間休止させた後、２０Ａの電流値で２０秒間放電させ、１０秒後の電池電圧を測定した。次いで放電させた容量を充電した後、同様に、４０Ａ，６０Ａ，８０Ａ，１００Ａの電流値で２０秒間放電させ、１０秒後の電池電圧をそれぞれ測定した。このようにして得られた１０秒後の電池電圧を縦軸とし、各電流値を横軸としてＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性における直線の傾きを求め、その結果を図５に示した。
【００３６】
図５から明らかなように、比較例１の電池Ｃは実施例１の電池Ａと比べて、直線の傾き（内部抵抗）が大きいことがわかった。
【００３７】
電池Ａ，Ｂ，Ｃの内部抵抗を各５０個測定した平均値は、それぞれ２．００ｍΩ，２．０５ｍΩ，２．１５ｍΩとなり、比較例１の電池Ｃに比べて実施例１の電池Ａの内部抵抗は０．１５ｍΩ小さく、電池Ｂの内部抵抗は０．１０ｍΩ小さくなることがわかった。これは上部集電体と極板群の集電部との溶接面積が増えたことと、極板の外周側においても溶接が充分に行われたことによって通電距離が短くなり、内部抵抗が低減したと考えられる。これにより大電流放電が可能になったと考えられる。
【００３８】
なお、本実施例では略円状の平板からなる上部集電体を用いたが、矩形の平板からなる
上部集電体を用いても同様の効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかる蓄電池は、大電流放電が必要となる電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）従来の上部集電体の一例を示す平面図、（ｂ）従来の上部集電体の一例を示す斜視図、（ｃ）従来の一例を示す上部集電体に極板群とタブ端子を接続した状態を示す斜視図
【図２】（ａ）従来の上部集電体の他の例を示す平面図、（ｂ）従来の上部集電体の他の例を示す斜視図、（ｃ）従来の他の例を示す上部集電体に極板群とタブ端子を接続した状態を示す斜視図
【図３】（ａ）本発明の上部集電体を示す平面図、（ｂ）本発明の上部集電体を示す斜視図、（ｃ）本発明の上部集電体に極板群とタブ端子を接続した状態を示す斜視図
【図４】（ａ）実施例１の上部集電体と極板との溶接の状態を、極板の巻き始め側の端部から捲き終わり側の端部までの溶接点の分布により示した図、（ｂ）比較例１の上部集電体と極板との溶接の状態を、極板の巻き始め側の端部から捲き終わり側の端部までの溶接点の分布により示した図
【図５】Ｉ（電流）−Ｖ（電圧）特性を示す図
【符号の説明】
【００４１】
２１  上部集電体
２２  タブ端子  
２３  外周縁部
２４  中央部
２５  切り欠き部
２６  リブ状突起片
２９  極板群
３０  集電部
３１  切り欠き部
３２  リブ状突起片
【図１】
2009087835.tif 000003
【図２】
2009087835.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009087835.tif 000006
【図５】
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