CN101048893A - 密封式电池、密封式电池用引线以及由多个密封式电池构成的电池组 - Google Patents

密封式电池、密封式电池用引线以及由多个密封式电池构成的电池组 Download PDF

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Abstract

本发明是一种密封式电池,封闭电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,其特征在于,上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,从上述盖子的内面的上述引线的焊点到与该焊点最近的上述上部集电板的上面的上述引线的焊点的上述引线的长度,是从上述盖子的内面的上述引线的焊点到上述上部集电板的上面的最短距离的1~2.1倍。作为上述引线更适合使用环状引线或具有特定的双重构造的侧壁部的构造的引线。本发明通过满足该特征,提供一种适合于电池组的低电阻且输出特性优良的密封式电池、用于该电池的引线。

Description

密封式电池、密封式电池用引线以及由多个密封式电池构成的电池组
技术领域
本发明涉及密封式电池、密封式电池用引线以及由多个密封式电池构成的电池组,特别涉及连接密封式电池的集电板和盖子的构造、连接密封式电池之间的构造的改进。
背景技术
一般,镍氢化物电池、镍镉电池等碱性电池的结构为,将发电元件容纳在电池壳体内,将电池壳体作为一个极的端子。例如图50所示的一例,作为集电体,提出了将集电体101和集电引线板103以同样厚度延长并一体成形的方案。
这种电池的结构如图51所示,在正极板8及负极板9之间插入隔离片10,将它们卷绕成螺旋状而形成的发电元件容纳在作为外装容器6的金属制电池壳体内,并将集电引线板103焊接在封口体的一处后,将封口体11通过绝缘垫安装在电池壳体6的开口部上进行密封而成。
特别是,这种碱性电池在用于电动工具或电动汽车等的进行高速充放电的用途的场合,电池结构中特别是连接发电元件和封口体之间的集电体的电阻对电池特性带来较大影响。在这些用途中经常要求以大电流进行充放电,所以需要尽量降低内部电阻。
作为上述降低内部电阻的电池,已知有以下电池(例如参照专利文献1:日本特开2004-63272号公报,图1~4、10、11,[0022]~[0038]段)。
以下说明将专利文献1所记载的降低内部电阻的电池应用于镍镉电池的情况。
图52是表示安装有通过冲裁加工一体形成的集电体的镍镉电池的主要部分的立体图,图53(a)及图53(b)是该集电体1的俯视图及剖视图。该集电体由进行了镀镍的厚度0.3mm的铁板构成,包括平坦部2和通过冲裁加工突出高度为2.0mm左右的突起部3。
该集电体特征在于,大致做成圆板状,具备突起部3,构成了可使上述突起部的顶面成为焊接区域的薄壁区域4。
另外,在该平坦部上形成有孔5。而且,在该孔的周边形成有向背面侧突出的飞边5B,该飞边形成与正极板的焊点。图54是表示将电极体插入到作为外装容器的电池壳体6内并通过上述集电体1与封口体进行焊接时的状态的剖视图。
如图54所示,该镍镉电池是在铁上进行了镀镍的有底筒状体的电池壳体6内,容纳了通过隔离片10卷绕镍正极板8和镉负极板9的电池元件,在其上面放置上述集电体1,再利用直接焊接法将封口体11与该集电体1的突起部3焊接连接而成。
该封口体11由在底面形成了圆形的下方突出部的盖体12;正极帽13;以及由介于这些盖体12和正极帽13之间的弹簧15和阀片14构成的阀体构成,在该盖体的中央形成有通气孔16。
在这里,镍正极板和集电体1之间在与封口体焊接之前,在形成于平坦部2上的孔5的周边形成向背面侧突出的飞边5B,该飞边形成与正极板8的焊点。另一方面,在电池壳体6的底部配设有圆板状的负极集电体7,并与负极板9焊接连接。另外,该电池壳体6的开口部17通过敛缝加工进行封闭。
根据这种结构,仅仅通过冲裁加工形成一块圆形金属板,就能很容易地形成可靠的焊接区域,一定能实现可靠性高的连接。
另外,平坦部2能够起到与电极连接的集电体主体部的作用,突起部3能够起到与作为封口体的正极侧端子连接的集电引线的作用,由于能一体形成,所以能实现连接电阻的降低。
另外,如图53(b)所示,由于突起部3的顶面4做成薄壁,因此可以集中焊接电流,再有由于对具有弹性的焊接区域确实地施加压力,因此可以进行更可靠的连接。
该电池虽然可以缩短引线的长度,但由于上述焊接区域位于正极帽13的下部,需要将引线焊接在厚壁的盖子上而使焊接时的热散发到盖子上,因此焊接处的可靠性下降而产生焊接波动大的问题,或由于同样的理由需要加大在1点的焊接所需的电流,因此不能形成多个焊点,不能说内部电阻降低的效果很充分。
除此而外,作为降低内部电阻的电池,公知的还有例如,专利文献2-日本特开2001-345088号公报,图2,即本申请的附图的图55,及专利文献3-日本特开2001-155710号公报,图3、4,即本申请的附图的图56、图57中所述的电池。
专利文献2所记载的降低内部电阻的电池是电池组,如图55所示,在一方的单个电池B的封口板7和另一方的单个单体电池A的外装罐底部6之间,具备在与设置于封口板7上的帽8对应的位置上具有开口部的环状的连接构件10。该环状的连接构件10具备:外径作得比外装罐6的开口部的内径还小的环状的基板部11;从该环状的基板部11向上或向下交替突出的有底的凸部12;以及从该凸部12的底部突出的突起部13。由此,电池A和电池B的连接部的集电路径由于成为两突起部13之间的长度,即电池B的封口板7和电池A的外装罐6的底部之间的长度,所以连接部的电阻电压降减少,从而可以得到工作电压高的电池组。
在上述专利文献2所记载的电池中,环状的连接构件10的突起部13的焊接位置位于帽8的端部的外侧,但环状的连接构件10由于是连接一方的电池的封口板和另一方的电池的外装罐的底部的部件,因而对电池内的封口板和引线的焊接位置、集电板和引线的焊接位置、集电板和电池槽的底面的焊接位置并没有任何启示。
如图56、图57所示,专利文献3所记载的降低内部电阻的电池具备:兼作一个极的端子的具有开口部的电池壳体16;密封该开口部的兼作另一个极的端子的封口体17(盖体17a、正极帽17b、弹簧17c、阀体17d);以及将集电体14连接在容纳于电池壳体16内的正极板11、负极板12的至少一个端部上的电极体10;封口体17和集电体14利用由长度方向的中央部凹下的鼓状简体20构成的引线部固定连接。在鼓状简体20的上下端部具备交替形成宽幅部22a、23a和窄幅部22b、23b的凸缘部22、23。宽幅部22a和窄幅部23b隔有空间地相互重叠配置,窄幅部22b和宽幅部23a隔有空间地相互重叠配置。
具有由上述鼓状筒体20构成的引线部的镍氢蓄电池如下焊接制作。
当装配镍氢蓄电池时,首先将上述鼓状筒体20放置在正极集电体14上之后,在上端凸缘部的窄幅部22b的外周部配置焊接电极(未图示),点焊下端凸缘部的宽幅部23a和集电体14。然后,将在正极集电体14上焊接了鼓状筒体20的电极体10收放在对铁进行了镀镍的有底筒状的电池壳体(底面的外面成为负极外部端子)16内。([0025]段)
如上所述在配置了封口体17后,在正极帽(正极外部端子)17a的上面配置一方的焊接电极W1,并且在电池壳体16的底面(负极外部端子)的下面配置另一方的焊接电极W2。然后,在这些一对焊接电极W1、W2之间施加2×106N/m2的压力,同时在这些焊接电极W1、W2之间在电池的放电方向施加24V的电压,对其进行了使3KA的电流流过大约15msec时间的通电处理。通过该通电处理,电流集中在封口体17的底面和形成于鼓状筒体20的上端凸缘部22的宽幅部22a上的小突起22c之间的接触部上,该小突起22c和封口体17的底面被焊接,形成了焊接部。与此同时,负极集电体15的下面和电池壳体16的底面(负极外部端子)的上面的接触部被焊接而形成了焊接部。([0027]段)
接着,在封口体17的周边嵌合安装绝缘垫19,使用压力机对封口体17施加压力,将封口体17压入到电池壳体16内直到绝缘垫19的下端到达凹部16a的位置。然后,将电池壳体16的开口端边缘向内方敛缝对电池进行封口,制作了标称容量为6.5Ah的圆筒形镍氢蓄电池。而由于该封口时的加压,鼓状筒体20的主体部21以凹下的中央部为中心被压碎。([0028]段)
另外,作为在封口前和封口后进行焊接而制作标称容量为6.5Ah的圆筒形镍氢蓄电池的方法,公开有以下方法。
首先,将上述的鼓状筒体20放置在正极集电体14上之后,在上端凸缘部22的窄幅部22b的外周部配置焊接电极(未图示),点焊下端凸缘部23的宽幅部23a和集电体14。然后,将在正极集电体14上焊接了鼓状筒体20的电极体10收放在对铁进行了镀镍的有底筒状的电池壳体(底面的外面成为负极外部端子)16内。([0029]段)
接着,在封口体17的周边嵌合安装绝缘垫19,使用压力机对封口体17施加压力,将封口体17压入到电池壳体16内直到绝缘垫19的下端到达凹部16a的位置。然后,将电池壳体16的开口端边缘向内方敛缝对电池进行了封口。而由于该封口时的加压,鼓状筒体20的主体部21以凹下的中央部为中心被压碎。接着,在正极帽(正极外部端子)17a的上面配置一方的焊接电极W1,并且在电池壳体16的底面(负极外部端子)的下面配置了另一方的焊接电极W2。([0031]段)
然后,在这一对焊接电极W1、W2之间施加2×106N/m2的压力,同时在这些焊接电极W1、W2之间在电池的放电方向施加24V的电压,对其进行了使3KA的电流流过大约15msec时间的通电处理。通过该通电处理,电流集中在封口体17的底面和形成于鼓状筒体20的上端凸缘部22的宽幅部22a上的小突起22c之间的接触部上,该小突起22c和封口体17的底面被焊接,形成了焊接部。与此同时负极集电体15的下面和电池壳体16的底面(负极外部端子)的上面的接触部被焊接而形成了焊接部。([0032]段)
在如上制作的专利文献3所记载的电池中,封口体17的底面和形成于鼓状筒体20的上端凸缘部22的宽幅部22a上的小突起22c的焊接位置位于正极帽17a的外侧,可以说封口体的电阻变小。
然而,该电池由于封口时的加压,鼓状筒体20的主体部21以凹下的中央部为中心被压碎,而且,相对封口体17的底面和形成于鼓状筒体20的上端凸缘部22的宽幅部22a上的小突起22c的焊点,下端凸缘部的宽幅部23a和集电体14的焊点由于与正下方的偏离相当大,从封口体(盖子)的内面的鼓状筒体20(引线)的焊点到与该焊点最近的集电体的上面的引线的焊点的引线长度较长,因此不能说内部电阻降低的效果很充分。
而且,负极集电体15的下面和电池壳体16的底面(负极外部端子)的上面之间的焊接部通常位于中央,并位于正极帽17a的下部,因此不能说内部电阻降低的效果很充分。
如上所述,现有的密封式电池由于封口体(盖子)和引线的焊接位置位于帽的下部,因此存在电池的内部电阻变大的问题。
即,这是因为在将向电池外部输出电流的接点配置在帽上的场合,在帽和盖子的焊接接点的电阻增大,并必须使电流通过由高电阻的薄壁构成的为高电阻体的帽。而且,还存在如下问题:在将电流的输出接点配置在比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的场合,如上所述,若盖子和引线的焊接位置位于帽的下部,则电流必须通过盖子,电流的流通路径增长而电阻增大。
另外,虽然也有封口体(盖子)和引线的焊接位置不位于帽的下部的密封式电池,但存在为了在焊接后封闭盖子而引线的长度增长,电阻增大的问题。
发明内容
本发明的任务在于,在通过引线连接集电体(上述集电板)和封口体(盖子)时,通过使焊接在盖子和上述集电板上的引线的焊点位于特定的位置,并缩短引线的长度,且使下部集电板和电池槽的底面的焊点位于特定的位置,从而提供一种低电阻且输出特性优良的密封式电池,并且提供一种用于这种密封式电池的引线,而且提供一种由多个该密封式电池构成的电池组。
本发明者们专心研究的结果发现,通过特定引线和盖子的焊点的位置关系,并特定引线的长度,就能解决上述课题,可以将电压损失限制在最低限度,从而完成了本发明。
为了解决上述问题,本发明采用以下方案。
(1)一种密封式电池,,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,其特征是,上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,从上述盖子的内面的上述引线的焊点到与该焊点最近的上述上部集电板的上面的上述引线的焊点的上述引线的长度(以下称为“L1”),是从上述盖子的内面的上述引线的焊点到上述上部集电板的上面的最短距离(以下称为“X1”)的1~2.1倍。
(2)根据上述方案(1)的密封式电池,其特征是,通过交流脉冲电进行上述上部集电板的上面和上述引线的焊接。
(3)根据上述方案(1)或(2)的密封式电池,其特征是,上述引线是环状引线,在上述盖子的内面焊接上述环状引线的一方的面,在上述上部集电板上焊接上述环状引线的另一方的面。
(4)根据上述方案(3)的密封式电池,其特征是,上述引线由环状的主引线及辅助引线构成,在上述盖子的内面焊接上述主引线的一方的面,在上述上部集电板上通过上述辅助引线焊接上述主引线的另一方的面。
(5)根据上述方案(1)或(2)的密封式电池,其特征是,上述引线具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方延伸的双重构造的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的双重构造的侧壁部的下端部。
(6)根据上述方案(5)的密封式电池,其特征是,上述引线由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的双重构造的侧壁部的下端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述主引线部的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述辅助引线部。
(7)根据上述方案(1)或(2)的密封式电池,其特征是,上述引线具有框状部和从上述框状部的内周或外周向下方延伸的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的侧壁部的下端部。
(8)根据上述方案(7)的密封式电池,其特征是,上述引线由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的侧壁部的下端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述主引线部的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述辅助引线部。
(9)根据上述方案(1)或(2)的密封式电池,其特征是,上述引线具有框状部和从上述框状部的内周及外周向上方延伸的双重构造的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的双重构造的侧壁部的上端部,,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的框状部。
(10)根据上述方案(9)的密封式电池,其特征是,上述引线由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的双重构造的侧壁部的上端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述辅助引线部,在上述上部集电板的上面焊接上述主引线部的框状部。
(11)根据上述方案(1)或(2)的密封式电池,其特征是,上述引线具有框状部和从上述框状部的内周或外周向上方延伸的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的侧壁部的上端部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的框状部。
(12)根据上述方案(11)的密封式电池,其特征是,上述引线由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部以及辅助引线部构成,在上述主引线部的侧壁部的上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述辅助引线部,在上述上部集电板的上面焊接上述主引线部的框状部。
(13)根据上述方案(1)~(12)中任何一项的密封式电池,其特征是,上述上部集电板的上面的上述引线的焊点位于比与上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内。
(14)一种密封式电池,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,其特征在是,上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述上部集电板的上面的上述引线的焊点位于,相对于从上述上部集电板的中心到外周的长度由距中心的距离为41%的同心圆和距中心的距离为69%的同心圆包围的范围内。
(15)根据上述方案(14)的密封式电池,其特征是,上述引线是环状引线,在上述盖子的内面焊接上述环状引线的一方的面,在上述上部集电板上焊接上述环状引线的另一方的面。
(16)根据上述方案(15)的密封式电池,其特征是,上述引线由环状的主引线及辅助引线构成,在上述盖子的内面焊接上述主引线的一方的面,在上述上部集电板上通过上述辅助引线焊接上述主引线的另一方的面。
(17)根据上述方案(1)~(16)中任何一项的密封式电池,其特征是,上述上部集电板的上面的上述引线的焊点为4~16点。
(18)一种密封式电池,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,且焊接下部集电板的下面和电池槽底的内面,其特征是,上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述下部集电板的下面和上述电池槽底的内面的焊接处至少位于比与上述下部集电板的上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内。
(19)根据上述方案(18)的密封式电池,其特征是,上述下部集电板的下面和上述电池槽底的内面的焊接处在中心部有一处,在比与上述下部集电板的上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内有4~16点。
(20)根据上述方案(1)~(19)中任何一项的密封式电池,其特征是,向电池外部输出电流的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内。
(21)一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征是,是环状引线,具有环状的侧壁部,在上述侧壁部的上端部具有一方的焊接面,在上述侧壁部的下端部具有另一方的焊接面。
(22)根据上述方案(21)的密封式电池用引线,其特征是,由具有环状的侧壁部的主引线及辅助引线构成,在主引线的上述侧壁部的下端部或上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线,在上述辅助引线上具有焊接面。
(23)根据上述方案(21)或(22)的密封式电池用引线,其特征是,环的形状是圆形、椭圆形或多边形。
(24)一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征是,具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方或上方延伸的双重构造的侧壁部,在上述框状部具有一方的焊接面,在上述双重构造的侧壁部的下端部或上端部具有另一方的焊接面。
(25)根据上述方案(24)的密封式电池用引线,其特征是,具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的引线是将上述框状部做成V字的折弯部分的剖面为倒V字状的引线,或者是将上述框状部做成U字的两个折弯部分及底边的剖面为倒U字状的引线,或者是将上述框状部做成V字的折弯部分的V字状的引线,或者是将上述框状部做成U字的两个折弯部分及底边的U字状的引线。
(26)根据上述方案(24)或(25)的密封式电池用引线,其特征是,由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述双重构造的侧壁部的下端部或上端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述辅助引线部具有另一方的焊接面。
(27)一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征是,具有框状部和从上述框状部的内周或外周向下方或上方延伸的侧壁部,在上述框状部具有一方的焊接面,在上述侧壁部的下端部或上端部具有另一方的焊接面。
(28)根据上述方案(27)的密封式电池用引线,其特征是,由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述侧壁部的下端部或上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述辅助引线部具有另一方的焊接面。
(29)根据上述方案(24)~(28)中任何一项的密封式电池用引线,其特征是,上述框状部的内周及外周是圆形。
(30)根据上述方案(24)~(29)中任何一项的密封式电池用引线,其特征是,上述侧壁部加工成波纹状。
(31)根据上述方案(24)~(30)中任何一项的密封式电池用引线,其特征是,上述框状部及侧壁部沿周向留出间隔分割而成为多个零件。
(32)根据上述方案(24)~(30)中任何一项的密封式电池用引线,其特征是,上述侧壁部沿周向留出间隔从下端或上端加工纵向切口而至少截断一部分或全部截断。
(33)根据上述方案(21)~(32)中任何一项的密封式电池用引线,其特征是,在上述引线的焊接面上分别形成有突起。
(34)一种电池组,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,由多个通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面的密封式电池构成,通过电池间连接零件连接一方的密封式电池的盖子的上面和另一方的密封式电池的电池槽底的外面,其特征是,上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述电池间连接零件和上述盖子的上面的焊点位于比上述帽的端部更靠外侧的范围内。
(35)根据上述方案(34)的电池组,其特征是,上述电池间连接零件和上述电池槽底的外面的焊点位于比与上述电池槽底的上述帽的端部的正上方对应的位置更靠外侧的范围内。
在这里,所谓引线的“一方的面(焊接面)”、“另一方的面(焊接面)”虽然是指引线的具有可焊接的宽度的部分,但也可以通过辅助引线设置具有可焊接的宽度的部分。
另外,“盖子的内面”、“上部集电板的上面”不只是盖子及上部集电板的平坦面,在盖子具有从盖子内面的平坦部向下方或上方弯曲或折弯的部分的场合,在上部集电板具有从上部集电板的上面的平坦部向上方或下方弯曲或折弯的部分的场合,还包括该弯曲或折弯的部分的面。
另外,所谓“环状的主引线”是具有通过辅助引线将盖子和上部集电板进行电连接的功能的环状引线。所谓“辅助引线”是在环状引线的端部做成多个突片状或连续的平板状的引线,是具有补偿上部集电板的上下方向的位置的偏差的弹簧功能(spring功能),将主引线和上部集电板或盖子电连接的引线,它包括与环状引线分开制作而焊接在其端部上的引线和与环状引线做成一体的引线。
另外,所谓“主引线部”是做成具有框状部和从上述框状部的内周及外周(或者内周或外周)向下方或上方延伸的双重构造的侧壁部(或一个侧壁部)的引线的主要部分,是具有通过辅助引线部将盖子和上部集电板电连接的功能的部分。所谓“辅助引线部”是在引线的双重构造的侧壁部(或一个侧壁部)的端部做成多个突片状或连续的平板状的部分,是具有补偿上部集电板的上下方向的位置的偏差的弹簧功能(spring功能),将主引线部和上部集电板或盖子电连接的部分。
在这里,所谓“框状部”是由划分内周及外周的2条轮廓线包围的具有可焊接的宽度的部分,是双重构造的侧壁部从该内周及外周向下方或上方延伸的位置的根部的部分。
本发明具有以下效果。
在本发明中,通过使焊接在盖子和上部集电板上的引线的焊点、下部集电板和电池槽的底面的焊点位于特定的位置,从而能提供一种在向电池外部输出电流的接点位于比在盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内的场合要求高输出的电池。
另外,为了将引线的电阻减小到最小,虽然希望能将引线做得尽量短,但如果L1/X1为1~2.1,且焊接位置在上述范围内,就可以用圆筒形电池来实现以往只能用特殊构造且昂贵的方形镍氢电池实现的1400W/kg以上的极其优良的输出密度。
再有,通过采用环状引线、具有框状部及双重构造的侧壁部(或一个侧壁部)的引线作为密封式电池用引线,使L1/X1为1~2.1,就能减小引线的电阻,而且,可以使焊接在盖子和上部集电板上的引线的焊点位于特定的位置。
即使对于电池组,也可以通过使盖子的内面的引线的焊点、电池间的连接零件和盖子的上面的焊点在特定的位置一致而减小电阻。
附图说明
图1是表示焊接有环状引线的实施例(实施例1)的密封式电池的的图。
图2是表示焊接有由环状的主引线及辅助引线(焊点内侧)构成的引线的实施例(实施例2、3等)的密封式电池的图。
图3是表示焊接有由环状的主引线及辅助引线(焊点外侧)构成的引线的实施例(实施例7、8等)的密封式电池的其它例子的图。
图4是表示焊接有由环状的主引线及辅助引线(焊点内侧)构成的引线的实施例(实施例9、10等)的盖子凹下的密封式电池的图。
图5是表示焊接有由环状的主引线及辅助引线(焊点外侧)构成的引线的盖子凹下的密封式电池(比较例5等)的图。
图6是表示焊接有带状引线的比较例1的密封式电池的图。
图7是表示焊接有剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的密封式电池的例子(实施例12)的图。
图8是表示焊接有剖面为U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的密封式电池的例子(实施例17)的图。
图9是表示焊接有剖面为倒V字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的密封式电池的例子(实施例13)的图。
图10是表示焊接有剖面为V字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的密封式电池的例子的图。
图11是表示本发明所使用的环状引线(主引线)的例子(实施例1~11)的图。
图12是表示本发明所使用的环状引线的例子(实施例1)的立体图。
图13是表示本发明所使用的由环状的主引线及辅助引线构成的引线的例子(实施例2~11)的俯视图及侧视图。
图14是表示将焊接于盖子上的由环状的主引线及辅助引线构成的引线焊接在集电板上的状态的图。
图15是表示本发明所使用的剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的一例(实施例12、17)的立体图(正面侧)。
图16是表示本发明所使用的剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的一例(实施例12、17)的立体图(背面侧)。
图17是表示本发明所使用的剖面为倒V字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的一例(实施例13)的立体图(正面侧)。
图18是表示本发明所使用的剖面为倒V字状的双重构造的主引线部及辅助引线部的一例(实施例13)的立体图(背面侧)。
图19是表示将本发明所使用的剖面为倒U字状的双重构造的引线分割而形成由8个零件构成的引线的例子(实施例20)的图(正面侧)。
图20是表示将本发明所使用的剖面为倒U字状的双重构造的引线分割而形成由8个零件构成的引线的例子(实施例20)的图(背面侧)。
图21是表示在盖子上焊接了图19及图20所示的由8个零件构成的引线的状态的立体图(正面侧)。
图22是表示在盖子上焊接了图19及图20所示的由8个零件构成的引线的状态的立体图(背面侧)。
图23是表示仅将剖面为倒U字状的双重构造的引线的双重构造的侧壁部沿周向留出间隔截断为8个作为引线的例子(实施例18)的立体图(正面侧)。
图24是表示仅将剖面为倒U字状的双重构造的引线的双重构造的侧壁部沿周向留出间隔截断为8个作为引线的例子(实施例18)的立体图(背面侧)。
图25是表示在盖子上焊接了仅将图23及图24所示的双重构造的侧壁部沿周向留出间隔截断为8个的引线的状态的立体图(背面侧)。
图26是表示在剖面为倒U字状的双重构造的引线的双重构造的侧壁部沿周向留出间隔而形成切口并作为引线的例子(实施例19)的立体图。
图27是表示仅在剖面为倒U字状的双重构造的引线的辅助引线部沿周向留出间隔而形成切口并作为引线的例子的立体图。
图28是表示对剖面为倒U字状的双重构造的引线进行波纹状加工并作为引线的例子(实施例16)的立体图(正面侧)。
图29是表示对剖面为倒U字状的双重构造的引线进行波纹状加工并作为引线的例子(实施例16)的立体图(背面侧)。
图30是表示在将焊接于盖子上的由剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部构成的引线焊接在上部集电板上时,用辅助引线部的突片补偿高度方向的位置偏移(极板组的高度为标准的场合)的例子的图。
图31是表示在将焊接于盖子上的由剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部构成的引线焊接在上部集电板上时,用辅助引线部的突片补偿高度方向的位置偏移(极板组的高度为低的场合)的例子的图。
图32是表示在将焊接于盖子上的由剖面为倒U字状的双重构造的主引线部及辅助引线部构成的引线焊接在上部集电板上时,用辅助引线部的突片补偿高度方向的位置偏移(极板组的高度为高的场合)的例子的图。
图33是表示在将焊接于盖子上的由剖面为倒U字状的双重构造的主引线部(图23的主引线部)及辅助引线部构成的引线焊接在上部集电板上时,由主引线部的打开和辅助引线部的弯曲来补偿高度方向的位置偏移的例子的图。
图34是表示从剖面为倒U字状的双重构造的侧壁部除去外侧的侧壁部而作为由内侧的一个侧壁部构成的引线的例子(实施例14)的立体图。
图35是表示从剖面为倒U字状的双重构造的侧壁部除去内侧的侧壁部而作为由外侧的一个侧壁部构成的引线的例子(实施例15)的立体图。
图36是表示现有的上部集电板及带状引线板的概略图。
图37是通过辅助引线焊接了环状的主引线的密封式电池的装配图。
图38是表示将焊接于盖子上的由剖面为倒U字状的双重构造的主引线及辅助引线构成的引线焊接在上部集电板上的密封式电池的例子(实施例12)的图。
图39是表示本发明所使用的集电板的一例(实施例1等)的图。
图40是表示本发明所使用的集电板的其它例子(实施例12等)的图。
图41是表示上部集电板(正极集电板)的辅助引线的焊点(4点)的例子(实施例2等)的图。
图42是表示上部集电板(正极集电板)的辅助引线的焊点(8点)的例子(实施例9)的图。
图43是表示上部集电板(正极集电板)的辅助引线的焊点(16点)的例子(实施例10)的图。
图44是表示上部集电板(正极集电板)的辅助引线的焊点(2点)的例子(比较例10)的图。
图45是表示上部集电板(正极集电板)上的辅助引线的焊点(16点)的例子(实施例12等)的图。
图46是表示内部电阻和输出密度的关系的图。
图47是表示在密封式电池的盖子的外面接合电池间连接零件(环状引线)的方法的图。
图48是说明使用了本发明的电池间连接零件(环状引线)的电池组的制造方法的图。
图49是使用了本发明的电池间连接零件(剖面为V字状的双重构造的引线)的电池组的概略图。
图50是表示以同一厚度使集电体和集电引线伸长而一体成形的现有的集电构造的一例的立体图。
图51是表示将图50的集电引线焊接在封口体上而完成了现有的密封式电池的剖视图。
图52是表示现有的安装有通过冲裁加工一体形成的集电体的现有的镍镉电池的主要部分的立体图。
图53是表示现有的通过冲裁加工一体形成的集电体的俯视图及剖视图。
图54是表示将电极体插入到电池壳体内并通过图53的集电体与封口体焊接时的状态的剖视图。
图55是表示将现有的圆筒状的引线焊接在正极集电体上时的状态的剖视图。
图56是表示由现有的鼓状筒体构成的引线部的俯视图、侧视图及剖视图。
图57是表示将电极体收放在电池壳体内并通过图56的引线部与封口体焊接时的状态的剖视图。
图中:
2-上部集电板(正极集电板);2-1-上部集电板的引线的焊点;2-2-上部集电板的切口;2-3-上部集电板的垫部(向电极的咬入部);12-带状引线板;13-带状引线板和盖子的焊接接点;20-环状引线(主引线);20a、20b-环状引线的突起;30-环状引线20的辅助引线;30-1-环状引线20的辅助引线的突起;30-2-环状引线20的辅助引线的突片;40-剖面为倒V字状(V字状)或倒U字状(U字状)的双重构造的引线;41-双重构造的引线40的框状部;41-1-双重构造的引线的框状部41的内周;41-2-双重构造的引线的框状部41的外周;41a-双重构造的引线框状部41的突起;42、43-双重构造的引线40的双重构造的侧壁部;42-1、43-1-在双重构造的引线40的双重构造的侧壁部形成的切口;44-双重构造的引线40的辅助引线部;44a-双重构造的引线的辅助引线部44的突起;45-分割了剖面为倒U字状的双重构造的引线的8个零件;46-分割了双重构造的引线的8个零件45的框状部;46a-分割了双重构造的引线的8个零件的框状部46的突起;47、48-分割了双重构造的引线的8个零件45的双重构造的侧壁部;50-盖子;51-与帽端部相对应的盖子内面的位置;60-电池槽;70-极板组;80-帽;90-阀体;100-下部集电板(负极集电板);100-1-下部集电板的下面和电池槽底内面的焊点;100-2-下部集电板中心部焊接处(一处);110-电池间连接零件(与环状引线相同的零件);111-电池间连接零件和第一个电池的盖子的外面的焊接接点;112-电池间连接零件和第二个电池的电池槽底的焊接接点;110′-电池间连接零件(与剖面为V字状的双重构造的引线相同的零件)。
具体实施方式
本发明者们通过进行密封式电池的电阻成分分析,确认了引线的电阻占密封式电池内部的电阻的大部分。因此,本发明者们研讨了为降低引线电阻的焊点电阻,应当缩短连接盖子和正极集电板的引线的距离的结果发现,通过使引线的L1/X1为1~2.1,优选为1~1.7,更好是设为1~1.4,就能降低连接上部集电板和盖子的引线的电阻,能够提高电池的高速放电特性,而且,通过使盖子和引线的焊接位置位于比与帽的端部对应的盖子的内面的位置的更靠外侧的范围内,就能降低盖子和引线之间的电阻。
在本发明中,如图1~图4、图7~10所示,从盖子50的内面的引线(主引线20、主引线部40、辅助引线部44)的焊点到离该焊点最近的上部集电板2的上面的引线(辅助引线30、辅助引线部44、主引线部40)的焊点的引线的长度L1,是从盖子50的内面的引线20、40、44的焊点到上部集电板2的上面的最短距离X1的1~2.1倍。通过减小该L1/X1比,就能够减小内部电阻,并加大输出密度。L1/X1比优选1.7以下。
通过使用如图11~14所示的环状引线20、如图15~33所示的具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方或上方延伸的双重构造的侧壁部的双重构造的引线40,并将其分割了的双重构造的引线45、或者如图34及图35所示的具有框状部和从上述框状部的内周或外周向下方或上方延伸的一个侧壁部的引线40,就可以使L1/X1比为1~2.1。
另外,在本发明中,如图1~图4、图7~10、图37及图38所示,使盖子50的内面的引线(主引线20、主引线部40、辅助引线部44)的焊点位于比与盖子50的内面的帽80的端部对应的位置51更靠外侧的范围内。若这样做,则如图4所示,电流向电池外部输出的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内的场合,由于电流的流通路径变短,所以内部电阻下降,输出密度也增大。
通过使用如图1、图11及图12所示的环状引线20,可以如上所述缩短引线20和盖子50的焊点及引线20和上部集电板2的焊点之间的距离,并且可以使盖子50和引线20的焊接位置位于比与盖子50的内面的帽80的端部对应的位置51更靠外侧的范围,从而不仅能够降低引线的电阻,还可以将引线和盖子以及引线和上部集电板的焊点数量做成多点,并且能够降低盖子和上部集电板的焊接电阻,可以提高电池的高速放电特性。
另外还发现,如图2、图13及图14所示,通过使用辅助引线30,可以得到极其稳定的连接的再现性。即,作为上述引线使用由环状的主引线20及辅助引线30构成的引线,通过在盖子50的内面焊接了主引线20的一方的面后,通过辅助引线30在上部集电板2的上面焊接主引线20的另一方的面,从而可以用辅助引线补偿盖子和上部集电板的高度偏差而实现可靠的焊接。
辅助引线30和主引线20既可以是分开制作后焊接成一体的引线,也可以是通过一体成形构成的引线。
再有,通过使用如图15~18所示的具有框状部41和从框状部的内周41-1及外周41-2向下方延伸的双重构造的侧壁部42及43的双重构造的引线40,或者如图34及图35所示的具有框状部41和从框状部41的内周41-1或外周4102向下方或上方延伸的一个侧壁部42或43的引线40,可以用1张板成形而得到廉价的引线,从而可以如上所述缩短引线40和盖子50的焊点以及引线40(辅助引线部44)和上部集电板2的焊点之间的距离,并且如图7~10、图38所示,可以使盖子50和引线40或辅助引线部44的焊接位置位于比与帽80的端部对应的盖子50的内面的位置51更靠外侧的范围,可以得到低电阻的电池。
双重构造的引线最好如图15及图16所示,框状部41是与U字的两个折弯部分及底边对应的剖面为倒U字状,或者如图17及图18所示,框状部41是与V字的折弯部分对应的剖面为倒V字状。
另外,剖面为倒V字状或V字状的双重构造的引线,虽然也是作为框状部41的V字的折弯部分具有可焊接的宽度的引线,但将图17及图18和图15及图16予以比较可知,与剖面为倒U字状或U字状的双重构造的引线相比,框状部41的宽度窄,而且,在双重构造的侧壁部42及43从框状部的内周41-1及外周41-2倾斜向下方或上方延伸的方面,与垂直地向下方或上方延伸的剖面为倒U字状或U字状的双重构造的引线不同。
另外,如图15~18、图34及图35所示,作为引线使用在主引线部的双重构造的侧壁部42及43的端部,主引线部的一个侧壁部42或43的端部,分别形成有多个突片状的辅助引线部44的引线,通过辅助引线部44在上部集电板2的上面焊接主引线部的双重构造的侧壁部42及43的端部,一个侧壁部42或43的端部,从而可以补偿盖子和上部集电板的高度偏差而以低电阻实现可靠的焊接。也可以使用连续的平板状(环状)的辅助引线部来代替多个突片状的辅助引线部44。
引线的框状部41的形状虽然可以将内周41-1及外周41-2做成圆形、椭圆形、多边形,但从成形的容易度、设置多个焊点的容易度等方面考虑,内周41-1及外周41-2最好是如图15~18、图34及图35所示的大致圆形。
如图19~22所示,通过将双重构造的引线的框状部41及双重构造的侧壁部42、43沿周向留出间隔分割成多个例如8个零件45,做成被分割的框状部46及被分割的双重构造的侧壁部47、48,从而能够降低由一系列焊接引起的无效电流,可以可靠地进行被分割的框状部46的焊接并得到低电阻的引线。究竟分割成几个零件虽不限定,但可以分割为4~10个。
如图23~25所示,为了进一步减小引线的电阻,也可以不分割引线的框状部41,而是通过沿周向留出间隔从下端在纵向施加切口加工,仅截断(在图示的例子中为8个)双重构造的侧壁部42、43而成为侧壁部47、48。
若如图26所示,在引线40的双重构造的侧壁部42、43上沿周向留出间隔从下端在纵向设置切口42-1、43-1,或者如图26及27所示,在连续的平板状(环状)的辅助引线部44上沿周向留出间隔设置切口44-1,即使在极板组高度偏差而使盖子内面和上部集电板上面的高度偏差的场合,如图30~33所示也可以补偿高度偏差,可以进行可靠的焊接。另外,代替从下端到上端设置切口42-1、43-1而完全截断双重构造的侧壁部42、43的全部,也可以将切口42-1、43-1设置到中途而截断双重构造的侧壁部42、43的一部分。
另外,作为补偿高度偏差的方法,如图28及29所示,可以将主引线部的双重构造的侧壁部42、43做成波纹形状(剖面为波形)而补偿高度偏差。
在这种场合,若辅助引线部44的强度低于主引线部(包括波纹形状)的强度,由于突片44弯曲而突起44a以外的部分便与上部集电板2接触,所以为了防止该情况,最好如图23~25所示,将引线的双重构造的侧壁部42、43周向截断而成为侧壁部47、48,或者如图26所示,在引线的双重构造的侧壁部42、43上设置切口42-1、43-1。
如图15~图20、图34及图35所示,通过在作为引线的焊接面的框状部41上形成多个突起41a,而且,在多个突片状的辅助引线部44及被分割的框状部46上分别形成一个或多个突起44a及46a,就可以将引线的焊接做成凸焊,可以可靠地实现低电阻的电池。
使用图11说明作为本发明所使用的引线的一例的环状引线(主引线)。
在图11中,图11(a)是环状引线20,是将厚度0.4~1.0mm的Ni或FeNi(镀镍钢板)(图11(c))弯曲加工成环状的引线。(在图例子中,在用冲裁或线切割加工厚度0.7mm的镍板后,弯曲加工成环状,其直径约为19mm,高度约为2.7mm)
图11(b)是侧视图,图11(d)是图11(c)的双点划线部分的放大图。
在图11(a)中,虽然弯曲加工成大致圆形的环状,但环的形状不必一定是圆形,也可以是例如椭圆形、多边形等其它形状。
另外,在图11中,虽然在圆形的环上存在缝隙a-1,但该缝隙是用于将板状的原材料加工成圆形,缝隙也可以不一定存在。
图12是图11的环状引线的立体图。
另外,图11及图12所记载的环状引线,在环状的侧壁部的上端部具有一方的焊接面,在侧壁部的下端部具有另一方的焊接面,在上端部及下端部分别形成有多个作为焊点的突起20a、20b。
而且,多个突起20a、20b做成在环状引线的上端部和下端部不同的形状或相同的形状。(在图11、12的例子中,长突起约为2.0mm,短突起约为0.5mm)
上部突起的长度最好是0.5mm以上,下部突起的长度最好是1.5mm~2.5mm。
但是,在使用辅助引线部的场合,由于用后述的辅助引线部补偿高度偏差,所以不必一定使上部和下部的突起的长度不同。
另外,形成于图11、12的环状引线上的突起的数量在上部和下部为不同的数。(在图的例子中,在上部形成4个突起,在下部形成8个突起。)
上部突起的数量最好是8个以上,下部突起的数量最好比上部突起的数量少。
另外,虽然形成于图11、12的环状引线上的突起的数量在上部和下部为不同的数,但也可以使上部和下部的突起数量为相同数量,而使突起面的面积不同。
形成于环状引线上的突起的数量(或突起的总面积)做成在上部和下部为不同数量的理由是,当将环状引线与盖部、集电板焊接时,本发明首先在盖部焊接环状引线的突起数量多的一面。
这样,通过焊接环状引线的突起数量多的一面,能够牢固地焊接环状引线,不存在为了将环状引线的另一方的面(突起数量少的一面)焊接在集电板上而流过电流时,由于焊接电流流过先焊接的部分而产生断裂。
另外,所谓先焊接的部分的断裂电流是指,通过先焊接的零件彼此,在后述通电电流的条件(时间和电流值)下流过电流,时间设为相同并提高电流值,被焊接的部分的试验在通电前后的电阻增加10%以上的情况下的电流值。
接着,使用图13说明作为本发明所使用的环状引线(主引线)的第二元件的辅助引线。
图13是本发明所使用的辅助引线,图13(a)是俯视图,图13(b)是侧视图。
辅助引线30是将厚度0.2~0.4mm的Ni或FeNi(镀镍钢板)冲裁加工成环状的零件,成为突片的部分以外的内部为空心。(在图13的例子中,是厚度0.3mm的镍板,外径约为21mm、内径约为18mm)主引线20的一方的面是具有可连接的宽度的环形,在比主引线20的内周更靠内部(图13中用虚线包围的部分)在下端部形成突片30-2而具有弹性(弹簧作用)的同时,在该突片的前端面上分别形成有突起30-1。(图13的用双点划线包围的部分的剖面放大图用图14表示)
作为本发明所使用的引线的另一个例子,使用图15及图16-倒U、图17及图18-倒V,说明具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方延伸的双重构造的侧壁部的剖面为倒V字状或倒U字状的双重构造的环状引线。
在图15及图16-倒U、图17及图18-倒V中,标记41、42以及43是主引线部,是将厚度0.2~0.4mm的Ni或FeNi(镀镍钢板)冲裁成环状、冲压加工成的零件。(在图的例子中,在用冲裁或线切割加工厚度0.3mm的镍板后,留下环状的框状部41并从框状部41的内周41-1及外周41-2向下方进行拉深加工或冲压弯曲加工,形成双重构造的侧壁部42及43,其中心的直径约为19mm,高度约为2.7mm。)
在这里所说的框状部41是指,被剖面为倒V字状的2条主引线部42及43包围的V字的折弯部分,或者被剖面为倒U字状的2条主引线部42及43包围的U字的两个折弯部分及底边。
在图中,内周41-1及外周41-2虽被冲压加工成大致圆形的双重构造的环状,但不必一定是圆形,也可以是例如椭圆形、多边形等其它形状。
另外,在图15~图18中,在环状的双重构造的侧壁部42及43上虽没有切口,但为了降低焊接的无效电流,也可以如图26所示在侧壁部42及43上设置切口42-1、43-1而在周向截断。
接着,使用图15~18说明本发明所使用的剖面为倒V字状或倒U字状的双重构造的环状引线的辅助引线部。
为了形成辅助引线部44,如上所述,在用冲裁成环状的厚度0.2~0.4mm的Ni或FeNi(镀镍钢板)通过冲压加工形成主引线部41、42以及43时,只要对除了环状的框状部41及成为多个突片状的辅助引线部44的部分以外进行冲压加工即可。
在图15~图18的主引线部(双重构造的环状引线)的框状部41的焊接面上形成有多个突起41a。
突起41a若其直径为0.5~1.0mm、高度为0.5mm以上,因其凸焊变得良好而最佳,其数量在8点以上因其焊接部电阻变小而最佳。
另外,在辅助引线部44的焊接面上,不仅用上述辅助引线部补偿高度偏差,而且与框状部41的突起41a同样,若形成直径为0.5~1.0mm、高度为0.5mm以上的突起44a,因其凸焊变得良好而最佳,其数量在8点以上因焊接部电阻变小而最佳。
在图15~18中,形成于主引线部的框状部41的焊接面上的突起41a的数量和形成于辅助引线部44的焊接面上的突起44a的数量做成不同的数量(框状部上8个,辅助引线部上16个)。
主引线部的框状部41的突起41a的数量优选4个以上,以便保证其足够的强度,更优选8个以上,以便降低焊接部的电阻,形成于从框状部41延伸的双重构造的侧壁部42、43的端部上的辅助引线部44的突起44a的数量为其2倍。
另外,这样虽然将突起的数量做成在框状部41和辅助引线部44上不同,但是在先安装点数少的框状部41的场合,若框状部41的突起41a的焊接部做成比辅助引线部44的突起44a的焊接部的焊接面积更大,并使框状部的断裂电流比辅助引线部的突起的焊接电流更大,则在焊接辅助引线部的突起时,可以防止框状部的焊接部的断裂,所以更好。
只所以将突起的焊接部的总面积设定为在主引线部的框状部和辅助引线部的数量不同是因为,当将引线与盖子、上部集电板焊接时,本发明优选首先焊接框状部,在这种场合,通过焊接框状部的突起的焊接面为大的一面,可以牢固地焊接框状部,接着为了将辅助引线部的一面焊接在上部集电板上而流过电流时,不会出现由于焊接电流流过先焊接的部分而断裂的情况。
下面详细说明使用了本发明的主引线部及辅助引线部的上部集电板和盖子的焊接步骤。
本发明在上部集电板和盖子的焊接中使用主引线部及辅助引线部,并且在其焊接步骤和构成上具有特征。采用以下记载的步骤和构成,由于能进行可靠的焊接并能降低电阻而最佳。
(i)预先在封闭密封式电池的电池槽的盖子的内面一侧焊接主引线部的一方的面(主引线部的框状部)。(第一焊接工序)
(ii)接着,将接合了上部集电板的极板组容纳在电池槽内,使得集电板位于电池槽的开放端一侧,在注入电解液后,在该极板组上放置盖子使辅助引线部与上部集电板接触,在将电池槽进行气密式密封后,通过在密封式电池的正负极两个端子之间通过用于焊接的电流,从而在上部集电板的上面焊接已与盖子焊接的引线的辅助引线部。(第二焊接工序)
在第二焊接工序中,在进行密封后,通过在密封式电池的正负极两端子之间通过用于焊接的电流而进行焊接,即使在极板组的高度尺寸上有偏差,也可以通过由形成于辅助引线部上的突片的挠性所产生的弹簧作用而提高弹性,还可以补偿高度方向的位置偏移,从而集电板和主引线部及辅助引线部的焊接变得容易而可靠。
另外,在引线由环状的主引线及辅助引线构成的场合,最好在盖子的内面焊接主引线的一方的面的第一焊接工序后,在主引线的另一方的面上焊接辅助引线,然后进行在上部集电板的上面焊接已与焊接于盖子上的主引线焊接了的辅助引线的第二焊接工序。
另外,在现有的未压缩的放松状态(通过压缩调整高度之前)下的焊接中,由于需要具有压缩余裕的长度和宽度的引线,所以不理想。
接着,使用图14说明放置预先焊接了主引线的盖子,并将主引线和辅助引线焊接在集电体上时,补偿高度方向的位置偏移的实例。
图14放大表示通过环状的主引线20及辅助引线30焊接了集电板2和盖子50的部分。
图14的图14(a)、图14(b)、图14(c)分别表示的是极板组的高度高的场合(图14(a))、极板组的高度为标准的场合(图14(b))、极板组的高度低的场合(图14(c)),表示了集电板2的高度偏移的情况。
如图所示可知,利用形成于辅助引线30上的突片30-2的弹簧弹力,可以补偿集电板2和盖子50的高度方向的位置偏移。
另外,当在盖子50和集电板2上焊接主引线20及辅助引线30时,最好首先在盖子50上焊接突起的数量多的主引线20。
这是因为,为了维持密封式电池的密封,在密封式电池的结构上盖子一般使用厚的零件,所以,若在与引线焊接时不加大发热量,则因焊接热散失到周围而难以焊接而需要大电流,焊接后的断裂强度容易变小。
集电板一般使用比盖子还薄的零件,在与主引线部焊接时,即使发热量小焊接热也难以散失到周围而容易进行焊接,因此可以减小通电电流量,由于能缩短通电时间,从而当向集电板焊接辅助引线时第一次的焊接部分已被牢固地焊接,所以可以防止断裂。
再有,使用图30~32说明放置预先焊接了剖面为倒U字状的双重构造的主引线部40的盖子50,并在上部集电板2上焊接主引线部40和辅助引线部44时,补偿高度方向的位置偏移的实例。
图30~图32是分别变色极板组的高度高的场合(图32)、极板组的高度标准的场合(图30)、极板组的高度低的场合(图31),表示了集电板2的高度偏移的情况。
从该图中可知,利用辅助引线部的突片44的弹簧弹力,可以补偿极板组的高度偏移,可以得到焊接可靠的电池。另外,在第一焊接工序中,在盖子50的内面焊接双重构造的主引线部40的框状部41的工序中,由于对设在框状部41上的突起41a进行推压而使突起消失,所以图中未记载框状部41的突起。
图33表示利用图23的形成有切口的倒U字状的主引线部40,利用主引线部40的打开和辅助引线部44的弯曲来补偿高度偏差的情况。
如图所示可知,上部集电板2和盖子50的高度方向的较大的位置偏移可利用主引线部40的切口和辅助引线部的突片44进行补偿。
另外,根据上述本发明的一个实施方式,虽然需要二次焊接工序,但是由于在第一次的焊接中预先焊接盖子和引线,在注入电解液并进行密封后,而仅仅在第二次焊接时借助于密封式电池使焊接电流流过,同时可以使用如图13~35所示的结构的主引线部及辅助引线部,从而可以实现具备极低电阻的集电构造的密封式电池而较佳。
另外,密封式电池内部的集电板和主引线部的焊接接点若被氧化膜等覆盖则难以焊接,因此最好形成由难以氧化的金属自身或这些金属的镀层等构成的保护模。由于镍在碱性电解液中难以腐蚀,具有优良的焊接性,因而形成电流路径的各接点零件最好是金属镍。
另外,若在注入电解液后进行充电或放电,根据其充放电的条件,由于有由于正极电位使正极集电板或引线的表面氧化的情况而使焊接不稳定,因此焊接最好是在注入电解液后且伴随正极的电位变动的初充电前。
图37是表示作为本发明的一个实施例的通过辅助引线焊接了环状的主引线的密封式电池的装配图。
在图37中,图37(a)是表示盖子50的构造的一例的剖视图,在盖子本身的中央上部通过橡胶安全阀(阀体)90而盖上帽80。
图37(b)表示预先在盖子50上焊接了环状端子(主引线)20的状态。
另外,图37(c)表示预先在图37(b)的盖子50的环状端子20上焊接了辅助引线30的状态。
再有,图37(d)表示通过辅助引线30在上部集电板2上焊接了图37(c)的已焊接在盖子50上的环状端子20的状态。
接着,图38表示作为本发明的一个实施例的通过辅助引线部焊接了剖面为倒U子状的双重构造的主引线部的密封式电池的装配图。
在图38中,图38(a)与图37相同。
图38(b)表示预先在盖子50上焊接倒U字状的双重构造的引线40的状态。
另外,图38(c)表示图38(b)的辅助引线部44为了补偿极板组高度而具有弹簧角度的状态。
再有,图38(d)表示通过辅助引线部44在上部集电板2上焊接图38(c)的已焊接在盖子50上的倒U子状构造的引线40的状态。
这时,在本发明中,使盖子50的内面的环状端子(主引线)20、倒U字状双重构造的引线40的焊点位于比与盖子50的内面的帽80的端部对应的位置51更靠外侧的范围是重要的。
另外,使上部集电板2的上面的辅助引线30、辅助引线部40的焊点相对从上部集电板2的中心到外周的长度,位于由距中心的距离为41%的同心圆和距中心的距离为69%的同心圆所包围的范围内是重要的,最好位于比与上部集电板2的帽80的端部的正下方相对应的位置更靠外侧的范围内。
再有,下部集电板100的下面和电池槽60底的内面的焊接处不仅位于中心部一处100-2,而且像焊点100-1那样,位于比与下部集电板100的帽80的端部的正下方相对应的位置更靠外侧的范围内是重要的。
这样一来,向电池外部输出电流的接点在位于比盖子上面的帽的端部更靠外侧的范围的场合,由于电流的流通路径变短,因而内部电阻下降,输出密度也增大。
在本发明中,当焊接集电板和引线时,最好在正负极之间通过极短时间的交流脉冲的大电流。由于该通入的电被储存在正极板及负极板的双电荷层中,因此可以防止电解液由于电解而被分解。若双电荷层容量的大小大,则能对电池不造成损伤地增大可通电的电流的大小及电量。由于正极板和负极板的双电荷层容量可以认为与极板的放电容量有密切关系,所以可以认为最好将通电的电流值的大小和在一次通电中在一个方向流过的通电量(若电流值一定时,则可以替换为通电时间)在与极板的容量的关系方面设定为适当值。在本发明中,对每单位放电容量设定通电的电流的范围,加之通过设定通电时间的范围,从而即使在正负极之间通电也不会损伤电池,集电板和引线的而焊接具有良好的接合。
按照以往提出的向充电侧或放电侧的一个方向的脉冲充电或放电的焊接方法中,由于通电时从电池内产生气体且包含电解液的气体冲开安全阀,电解液腐蚀安全阀,所以产生安全阀的开阀压力稳定性下降的问题。因此,为了实施这种焊接方法,需要在不密闭盖子而敞开的状态下通电焊接,或者为抑制气体的产生而将通电电流设定得尽可能小。
若采用不密闭盖子而敞开的状态,则具有引线的连接距离无论如何都变长的缺点,若使用短的引线,则具有焊接接点不能与正极集电板接触而不能焊接的问题。而且,为了抑制电池内的气体产生,由于要减小通电电量或缩短通电时间,因而焊点的强度下降,电阻也增大。
因此,为了抑制从电池产生气体,对通电的脉冲电流进行了研究,从而明白通过将该通电的脉冲电流设定为特定值,可以得到意想不到的抑制气体产生的效果。即,通过将通电电流设定为以充电和放电作为一组的交流脉冲,从而达到了即使以大电流及长时间通电也能够抑制气体产生,在密闭状态下也能进行电池内接点焊接。
具体地说,在通电电量为0.4kA/Ah以上的场合,虽可以进行优良的低电阻焊接,但若通电电量比0.8kA/Ah大,由于焊接接点飞溅,电阻反而增大,因此通电电量最好是0.4~0.8kA/Ah。
另外,在充电脉冲的通电时间及放电脉冲的通电时间为3msec以上的场合,虽可以进行优良的低电阻焊接,但若通电时间比7msec大,由于焊接接点飞溅,或者接点被加热而形成氧化膜,电阻反而增大,因此通电时间最好是3~7msce。
为了用单脉冲进行长时间的通电而降低接触点的电阻,需要尽量大的电流和长的时间,但因具有上述问题而不适合使用。
对于通电电流的脉冲,将充放电作为一次脉冲,通过进行多次将充电和放电作为一组的交流脉冲的通电,由于可以缩短一个脉冲的通电电流和通电时间而被优选,但若超过6次通电,由于电池内的极化被蓄积在充电侧、放电侧,或者由于气体产生增多而不能维持密封状态,因此优选进行2次~6次。
另外,在用多个密封式电池组成电池组的场合,也可以在构成电池组的至少一个密封式电池内,利用外部电源通过交流脉冲电,将该电池和与该电池相邻的电池的端子彼此直接焊接或通过电池间连接零件进行焊接。
作为电池间连接零件(连接引线),如图48及图49所示,虽然可以使用与连接盖子和上部集电板的引线相同的环状引线110、双重构造的引线110′,但也可以使用不同的连接引线。
在制造电池组时的交流脉冲的通电中,通电电量也最好为0.4~0.8kA/Ah,通电时间做好为3~7msec,将充电和放电作为一组的交流脉冲的通电最好进行2次~6次。
另外,电池的正极和负极的放电容量不必相等,在镍氢蓄电池或镍镉电池等碱性蓄电池中,正极比负极的放电容量小。在这种场合,以放电容量小的正极的放电容量为基准来设定每单位放电容量的通电电流的大小。另外,通电电流的大小相对时间不限定为一定。在这里所说的通电电流的大小是指通电电流值对通电时间的平均值。
如上所述,在本发明中若双电荷层的容量大,即使在正负极之间流通大电流也不产生电分解而能进行良好的焊接。若以镍氢蓄电池为例,可能是由于构成负极的储氢合金粉末的比表面积小,存在负极板比正极板的双电荷层容量小的倾向。从这方面考虑,最好在装入电池之前,将储氢合金粉末在高温NaOH水溶液或醋酸-醋酸钠水溶液等弱酸性的水溶液中进行浸渍处理而加大负极板的双电荷层容量。
在这里所说的双电荷层容量是指,电池分解电解液产生气体而在电池内部的压力不超过电池的开阀压力的范围内可充电的电容,严格地说,除了正极板及负极板的所谓双层容量以外还包括伴随电池的充放电反应的电容和气体产生反应形成的电容。
另外,本发明的密封式电池是电池内部的电阻小,且还能提高对快速充电的适应性的电池。从而,最好考虑将正极及负极也做成充电接受性能高的结构。
若以镍氢蓄电池为例,正极的镍电极虽使用了在氢氧化镍中混合了氢氧化锌、氢氧化钴的物质,但最好使用共同沉淀氢氧化镍和氢氧化锌、氢氧化钴而得到的以氢氧化镍为主要成分的复合氢氧化物,再有,最好使用通过在镍电极中添加Y、Er、Yb等稀土类元素的单质或其化合物而提高镍电极的氧致过电压,从而在进行快速充电时能抑制在镍电极上产生氧气的结构。
以下,以圆筒形镍氢电池为例详细说明本发明的实施方式,但本发明的实施方式并不局限于以下所举的实施例。
首先,在实施例1~11中,与比较例进行对比而说明使用了环状引线的密封式电池的例子。
实施例1
正极板的制作
在以规定比溶解了硫酸镍、硫酸锌及硫酸钴的水溶液中添加硫酸铵和苛性钠水溶液生成了氨络合物。在激烈搅拌反应系的同时再滴入苛性钠,将反应系的pH值控制在11~12而合成了作为芯层母材的氢氧化镍∶氢氧化锌∶氢氧化钴=88.45∶5.12∶1.1的球状高密度氢氧化镍粒子。
将上述高密度氢氧化镍粒子投入到用苛性钠控制为pH10~13的碱性水溶液中。在搅拌该溶液的同时,滴入包含规定浓度的硫酸钴、氨的水溶液。这期间,适当滴入苛性钠水溶液将反应浴的pH维持在11~12的范围内。将pH保持在11~12的范围内大约1小时,在氢氧化镍粒子表面上形成了由包含Co的混合氢氧化物构成的表面层。该混合氢氧化物的表面层的比率相对芯层母粒子(以下简称为芯层)为4.0wt%。
在温度110℃的30wt%(10N)的苛性钠水溶液中投入具有由上述混合氢氧化物构成的表面层的氢氧化镍粒子50g,充分搅拌。接着,添加相对包含于表面层中的钴的氢氧化物的当量过剩的K2S2O8,确认到从粒子表面产生氧气。过滤活性物质粒子,进行了水洗、干燥。
在上述活性物质粒子中添加羧甲基纤维素(CMC)水溶液做成上述活性物质粒子∶CMC溶质=99.5∶0.5的糊状,将该糊料填充在450g/m2的镍多孔体(住友电工(株)公司制ニツケルセルメツト#8)中。之后在80℃进行干燥,然后压制成规定的厚度,在表面上进行聚四氟乙烯涂敷,做成宽度47.5mm(其中,未涂敷部分为1mm)、长度1150mm的容量6500mAh(6.5Ah)的镍正极板。
负极板的制作
将具有粒径30μm的AB5型稀土类系的MmNi3.6Co0.6Al0.3Mn0.35的组成的储氢合金进行了吸附氢处理后的储氢合金粉末浸渍在以20℃的比重为48重量%的NaOH水溶液中,再浸渍在100℃的水溶液中进行了4小时的处理。
然后,在进行加压过滤而将处理液和合金分离后,添加与合金重量相同重量的纯水,用28KHz的超声波处理10分钟。然后,在缓慢搅拌的同时从搅拌层下部注入纯水,使排水流出并从合金除去了游离的稀土类氢氧化物。然后,进行水洗直到达到PH10以下之后,进行了加压过滤。之后,暴露在80℃温水中进行了脱氢处理。加压过滤温水,再次进行水洗将合金冷却到25℃,在搅拌下追加与合金重量相同重量的4%过氧化氢,进行脱氢处理,得到了电极用储氢合金。
将得到的合金和苯乙烯丁二烯共聚物按99.35∶0.65的固体成分重量比混合,用水分散做成糊状,使用刮刀涂敷机涂敷在对铁进行了镀镍的冲孔钢板上之后,在80℃进行干燥后,冲压成规定的厚度,做成宽度47.5mm、长度1175mm的容量为11000mAh(11.0Ah)的储氢合金负极板。
密封式镍氢蓄电池的制作
组装上述负极板和进行了磺化处理的厚度120μm的聚丙稀的无纺布状的隔离片及上述正极板,并卷绕成卷筒状而做成极板组。在突出于该极板组的一方的卷绕端面的正极基板的端面上,通过电阻焊接合了如图39所示的厚度0.4mm、半径14.5mm的圆板状的上部集电板(正极集电板),该上部集电板由进行了镀镍的钢板构成且在中央设置了圆形的透孔和8处(4个切口2-2)0.5mm的垫部(向电极的咬入部)2-3。在突出于卷绕式极板组的另一方的卷绕端面的负极基板的端面上,通过电阻焊接合了由进行了镀镍的钢板构成的厚度0.4mm的圆板状的下部集电板(负极集电板)。准备由进行了镀镍的钢板构成的有底圆筒状的电池槽罐,将安装了上述集电板的极板组收放在电池槽罐内,使得正极集电板与电池槽罐的开放端侧、负极集电板与电池槽罐的底部接触,通过电阻焊将负极集电板的中央部分接合在电池槽罐的壁面上。接着,注入了规定量的由包含6.8N的KOH和0.8N的LiOH的水溶液构成的电解液。
准备了将镍板圈成内径20mm的环状的引线,上述镍板的厚度为0.6mm、宽度为2.5mm、长度为66mm,其长边的一方具备10个高度0.5mm的突起,其另一方的长边上具备8个高度2mm的突起。准备由进行了镀镍的钢板构成的在中央设有直径0.8mm的圆形的透孔的圆板状的盖体,在该盖体的内面侧与上述引线的高度为0.5mm的10个突起接触,通过电阻焊将环状引线接合在盖体的内面上。在盖体的外面安装了橡胶阀(排气阀)及帽状的端子。在盖体上安装环状的垫片而将盖体的周边包围在里面。
将该盖体放置在极板组上,使得安装在盖体上的引线的高度为2mm的8个突起与正极集电板接触,在对电池槽罐的开放端进行敛缝使其气密地密封后,进行压缩而调整电池的总高度。另外,调整了设在引线上的高度为2mm的突片的向外侧伸出的角度,使得调整了电池的总高度后的盖子和正极端子之间的高度成为对突起和集电板的每个接触面施加200gf的推压力的高度。
另外,盖子的半径为14.5mm,帽的半径为6.5mm,垫片的敛缝半径为12.5mm。
使电阻焊机的焊接用输出端子与帽80(正极端子)、电池槽罐60的底面(负极端子)接触,将通电条件设定为在充电方向及放电方向具有相同的电流值和相同的通电时间。具体地说,电流值设定为每1Ah正极板的容量(6.5Ah)为0.6kA/Ah(3.9kA),通电时间设定为在充电方向为4.5msec、在放电方向为4.5msec,以该交流脉冲通电为一个周期设定为可通电两个周期,进行了由矩形波构成的交流脉冲通电。确认了这时没有超过开阀压力的气体产生。这样一来,制作了用环状引线20连接盖子50和正极集电板2的如图1所示的密封式镍氢蓄电池。
另外,本发明的实施例及比较例中所使用的电池的重量全部是176g。
化学生成、内部电阻及输出密度的测定
将上述密封式蓄电池在25℃的环境温度下放置12小时后,用130mA(0.02ItA)充电1200mAh,接着用650mA(0.1ItA)充电10小时后,再用1300mA(0.2ItA)放电直到截止电压为1V。再用650mA(0.1ItA)充电16小时后,用1300mA(0.2ItA)放电直到截止电压为1.0V,以该充放电为一个周期进行了4周期充放电。在第四周期的放电结束后,使用1kHz的交流电测量了内部电阻。
输出密度测定方法是,使用一个电池在25℃环境下,在从放电末起以650mA(0.1ItA)充电5小时后,将用60A流过12秒钟时的第10秒电压作为60A放电时第10秒电压,在用6A对放电部分的电容充电后,将用90A流过12秒钟时的第10秒电压作为90A放电时第10秒电压,在用6A对放电部分的电容充电后,将用120A流过12秒钟时的第10秒电压作为120A放电时第10秒电压,在用6A对放电部分的电容充电后,将用150A流过12秒钟时的第10秒电压作为150A放电时第10秒电压,在用6A对放电部分的电容充电后,将用180A流过12秒钟时的第10秒电压作为180A放电时第10秒电压。
将该各第10秒电压用最小平方法直线逼近电流值和电压值,将电流值为0A时的电压值设为E0,将斜率设为RDC。之后,套用计算式:
输出密度(W/kg)=(E0-0.8)÷RDC×0.8÷电池重量(kg),作为在0.8V截止时的25℃电池的输出密度。
实施例2
除了通过具有作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线来焊接环状的主引线之外,其余与实施例1同样制作,得到了如图2所示的密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为9mm。)
实施例3
除了通过具有成为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线来焊接环状的主引线之外,其余与实施例1同样制作,得到了如图2所示的密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为2mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为8mm。)
实施例4
除了通过具有成为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线来焊接环状的主引线之外,其余与实施例1同样制作,得到了如图2所示的密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为3mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为7mm。)
比较例1
制作了使用如图6所示的带状引线的构造的密封式电池。另外,如图36所示将正极集电板及连接正极集电板和盖体的引线做成一体,将正极集电板及引线用厚度0.4mm的镍板制作,引线的宽度为7mm,长度为25mm,将盖子和引线用电阻焊焊接了2点。除了正极集电板及引线的结构以外,制作了与实施例1相同结构的密封式电池。确认了这时没有超过开阀压力的气体产生。
比较例2
除了通过具有成为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线来焊接环状的主引线之外,其余与实施例1同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为4mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为6mm。)
比较例3
除了使用如图53所示的形成引线部的上部集电板的构造来代替实施例1的上部集电板和环状引线外,其余与实施例1同样制作,得到了如图54所示的密封式电池。
(表1中记载了L1/X1的比率关系。)
在与上述实施例1相同条件下对由实施例2~4、比较例1~3得到的密封式电池进行化学生成,内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果与实施例1的测定结果一起表示在表1中。
表1
  分类   引线形状   L1(mm)   X1(mm)   L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg   环   焊点的位置
  直径   半径   从中心   集电板上的焊点   盖内面的焊点
实施例1 环状引线 2.8 2.8 1.0 0.95 1480 20 10 10   帽端部的外侧   帽端部的外侧
实施例2   环状引线+辅助引线 3.8 2.8 1.4 0.97 1450 20 10 9   帽端部的外侧   帽端部的外侧
实施例3   环状引线+辅助引线 4.8 2.8 1.7 0.99 1440 20 10 8   帽端部的外侧   帽端部的外侧
实施例4   环状引线+辅助引线 5.8 2.8 2.1 1.02 1410 20 10 7   帽端部的外侧   帽端部的外侧
比较例1 带状引线 20.0 2.8 7.1 1.50 1000   帽端部的外侧   帽端部的外侧
比较例2   环状引线+辅助引线 6.8 2.8 2.4 1.10 1350 20 10 6   帽端部的内侧   帽端部的外侧
比较例3   集电板冲裁加工型引线 3.8 2.8 1.4 1.35 1150   帽端部的内侧
L1:从盖子的内面的引线的焊点到与该焊点最近的上部集电板的上面的引线的焊点的引线的长度;
X1:从盖子的内面的引线的焊点到上部集电板的上面的最短距离。
如表1所示可知,盖子的内面的引线的焊点的位置、L1/X1比满足本发明的范围的实施例1~4的密封式电池,其内部电阻低到1mΩ左右,输出密度也为1400W/kg以上的高输出。
特别是发现了下述倾向,即:随着L1/X1比为1~2.1的较小的范围,内部电阻变低,而输出密度增高。
像比较例2那样,即使盖子的内面的引线的焊点的位置满足本发明的范围,若L1/X1比超过2.1,则由于内部电阻稍微变大,输出密度也不到1400W/kg,所以也不好。
比较例1是使用了现有的带状引线的密封式蓄电池,虽然盖子的内面的引线的焊点的位置满足本发明的范围,但由于L1/X1比非常大,因此内部电阻也大,输出密度也低。
比较例3是现有的集电板冲裁加工型引线,虽然L1/X1比满足本发明的范围,但由于盖子的内面的引线的焊点位于比帽的端部更靠内侧,因此内部电阻也大,输出密度也低。
比较例4
除了实施例1的环状引线的半径为5mm外,其余与实施例1同样制作,得到了密封式电池。
比较例5
除了通过在外侧形成作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图5所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与比较例4同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为5mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为2mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为7mm。)
在与上述实施例1相同条件下化学生成由比较例4及5得到的密封式电池,进行了内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果与实施例2的测定结果一起表示在表2中。
表2
  分类   引线形状   焊点的位置盖子内面的焊点   L1(mm)   X1(mm)   L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg   环   位置
  直径   半径   从中心
实施例2   环状引线+辅助引线 帽端部的外侧 3.8 2.8 1.36 0.97 1450 20 10 9
  比较例4   环状引线   帽端部的内侧   3.8   2.8   1.4   1.10   1350   10   5   5
比较例5   环状引线+辅助引线 帽端部的内侧 3.8 2.8 1.4 1.15 1280 10 5 7
-   环状引线+辅助引线 垫片端部外侧 没有焊接处 -
另外,在各实施例、比较例的电池的辅助引线30和上部集电板2的焊点2-1的位置,随主引线20的直径、辅助引线的突起30-1与到主引线20的内面的距离而变动。
像表2所示的比较例4及比较例5那样,即使L1/X1比满足本发明的范围,盖子的内面的引线的焊点的位置位于比帽的端部更靠内侧的场合,如图5所示,若向电池外部的电流输出接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围时,由于需要使电流通过盖子,电流的流通路径变长,因此内部电阻稍微变大,输出密度也不到1400W/kg,所以不好。
保持1400W/kg以上的输出意味着,即使在混合型电动汽车(HEV)的加速时进行200A(相当于30ItA的速率)的放电,在常温下也能保持不会切断1V/电池的性能。因此,具有1400W/kg以上的输出密度的镍氢电池,作为用于防止过放电的电压控制的下限值可设定为1V/电池,因此在将放电速率的上限设定为30ItA时的任何放电类型的情况下也能防止过放电,所以比较好。
比较例6
除了通过形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与比较例4同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为5mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为4mm。)
比较例7
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成6mm,通过形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为6mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为5mm。)
实施例5
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成7mm,通过形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图2所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为7mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为6mm。)
实施例6
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成8mm,通过形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图2所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为8mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径2其半径为7mm。)
实施例7
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成8mm,通过在外侧形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图3所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为8mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为9mm。)
实施例8
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成9mm,通过在外侧形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图3所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为9mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为10mm。)
比较例8
除了将实施例2的环状引线板的内面的半径做成10mm,通过在外侧形成了作为如图41所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的4点突起30-1,并形成如图3所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为11mm。)
在与上述实施例1相同条件下,对用比较例6~8、实施例5~8得到的密封式电池进行了化学生成,内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果与实施例2的测定结果一起表示在表3中。
如表3所示可知,盖子的内面的引线的焊点的位置满足本发明的范围,并且上部集电板的引线的焊点位于相对从上部集电板的中心到外周的长度由距中心的距离为41%的同心圆和距离为69%的同心圆所包围的范围内的实施例2、5~8的密封式电池,其内部电阻低到不足1mΩ,输出密度也高达1400W/kg以上的高输出。
表3
  分类   引线形状   环直径   位置   位置   L1(mm)   X1(mm)   L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg
  从中心   半径比   集电板上的焊点   盖内面的焊点
  实施例2   环状引线+辅助引线   20   9   62%   帽端部的外侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 0.97 1450
  比较例6   环状引线+辅助引线 10 4 28%   帽端部的内侧   帽端部的内侧 3.8 2.8 1.4 1.10 1350
  比较例7   环状引线+辅助引线 12 5 34%   帽端部的内侧   帽端部的内侧 3.8 2.8 1.4 1.20 1150
  实施例5   环状引线+辅助引线 14 6 41%   帽端部的内侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 0.95 1400
  实施例6   环状引线+辅助引线 16 7 48%   帽端部的外侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 0.97 1450
  实施例7   环状引线+辅助引线 16 9 62%   帽端部的外侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 0.97 1450
  实施例8   环状引线+辅助引线 18 10 69%   帽端部的外侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 0.97 1450
  比较例8   环状引线+辅助引线 20 11 76%   帽端部的外侧   帽端部的外侧 3.8 2.8 1.4 1.12 1250
盖子半径14.5mm,帽半径6.5mm,集电板半径14.5mm。
特别是,上部集电板的引线的焊点的位置与盖子的内面的引线的焊点的位置一起位于比与帽的端部的正下方对应的上部集电板的位置更靠外侧的范围内的实施例2、6~8的密封式电池,其输出密度为高达1450W/kg的极高输出。
但是,像比较例8那样,若过于靠外侧,则从焊点到垫部集电体的距离较远,内部电阻变高,输出密度也变小,所以不好。
像比较例6及7那样,在相对从上部集电板的中心到外周的长度距中心的距离不到41%的场合,上部集电板的上面的引线的焊点的位置处于比帽的端部的正下方的内侧,并且盖子的内面的引线的焊点位置处于比帽的端部更靠内侧,因此内部电阻稍微变大,输出密度也不到1400W/kg,所以不好。
实施例9
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成10mm,通过将作为如图42所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的突起30-1做成8点的如图4所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被8点突起包围的内径其半径为9mm。)
实施例10
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成10mm,通过将作为如图43所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的突起30-1做成16点的如图4所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被16点突起包围的内径其半径为9mm。)
比较例9
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成10mm,通过将作为与上部集电板2的焊点的如图13所示的突起30-1做成20点的如图4所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被20点突起包围的内径其半径为9mm。)
比较例10
除了将实施例2的环状引线的内面的半径做成10mm,通过将作为如图44所示的与上部集电板2的焊点2-1的如图13所示的突起30-1做成2点的如图4所示的形状的辅助引线,焊接环状的主引线之外,其余与实施例2同样制作,得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被2点突起包围的内径其半径为9mm。)
在与上述实施例1相同条件下,对用实施例9及10、比较例9及10得到的密封式电池进行了化学生成、内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果与实施例2的测定结果一起表示在表4中。
表4
  分类   引线形状 集电板上的焊点点数 L1(mm)   X1(mm)   L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg
  实施例2   环状引线+辅助引线 4   3.8   2.8   1.4   0.97   1450
  实施例9   环状引线+辅助引线 8   3.8   2.8   1.4   0.95   1480
  实施例10   环状引线+辅助引线 16   3.8   2.8   1.4   0.92   1520
  比较例9   环状引线+辅助引线 20   3.8   2.8   1.4   1.35   1100
  比较例10   环状引线+辅助引线 2   3.8   2.8   1.4   1.35   1100
如表4所示,在盖子的内面的引线的焊点位于比与帽的端部对应的盖子的内面的位置更靠外侧的范围内的场合,如图4所示,若向电池外部的电流输出接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围时,由于电流的流通路径变短,因此内部电阻变低,输出密度也增大到1400W/kg以上。
特别是,比较实施例2、9、10的密封式电池可知,随着上部集电板的引线的焊点在4~16的范围内增加,内部电阻变低,输出密度增高。
在上部集电板的引线的焊点数多达20那样极端多的比较例9的密封式电池,或焊点数少到2那样极端少的比较例10的密封式电池的场合,内部电阻高,输出密度变低,所以不好。
这是因为,焊点的焊接电流需要一定的电流,所以若焊点超过18点则需要增大流过电池内的电流,因此超过极板组的静电电容并由于电解液的分解而产生气体,在通电时有可能产生漏液等问题。因此,若抑制通电的最大电流和通电时间,则得不到各焊点的焊接所需的充分的电流,由于电流不足产生焊接不良而成为高电阻体的焊点。另外可以认为,2点的场合,虽然能可靠地焊接焊点,但由于焊点处于电阻较高的部位,因此若焊点数不充分,则作为整体将成为高电阻。
实施例11
使用实施例2的下部集电板(负极集电板),在比与帽的端部的正下方对应的上述下部集电板的位置更靠外侧的范围内形成4处突起,在注入电解液后,使电阻焊机的焊接用输出端子与上述下部集电板和电池槽罐的底面(负极端子)接触,并将通电条件设定为,在充电方向及放电方向其电流值相同且通电时间相同。具体地说,电流值设定为每1Ah正极板的容量(6.5Ah)为0.6kA/Ah(3.9kA),通电时间设定为在充电方向为4.5msec、在放电方向为4.5msec,将该交流脉冲通电作为一个周期设定为可进行一个周期通电,流通了由矩形波构成的交流脉冲。
然后,通过电阻焊将下部集电板的中央部分接合在电池槽罐的壁面上,与实施例2同样将带有主引线及辅助引线的盖子放置在极板组上以使其与上部集电板(正极集电板)接触,在对电池槽罐的开放端敛缝而气密地进行密封后,进行压缩而调整电池的总高度之后,与实施例2同样通以焊接电流,焊接上部集电板和辅助引线的焊点,除此之外与实施例2同样制作而得到了密封式电池。
另外,主引线内面的半径为10mm,将辅助引线的与上部集电板的焊点(突起)与到主引线的内面的距离设定为1mm。
(即,被4点突起包围的内径其半径为9mm。)
在与上述实施例1相同条件下,对由实施例11得到的密封式电池进行了化学生成、内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果与实施例2的测定结果一起表示在表5中。
表5
分类 引线形状   罐底的焊接位置、点数   L1(mm)   X1(mm) L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg
  实施例2  环状引线+辅助引线   中心部一处   3.8   2.8   1.4   0.97   1450
实施例11 环状引线+辅助引线   中心部一处+帽端部的外侧4点 3.8 2.8 1.4 0.88 1560
如表5所示可知,下部集电板的下面和电池槽底的内面的焊接处在中心部有一处,并在比与帽端部的正下方对应的下部集电板的位置更靠外侧的范围内有4点的实施例11的密封式电池,与在电池槽底的内面的中心部一处进行焊接的实施例2的密封式电池比较,内部电阻进一步降低,输出密度提高。
中心部一处的焊接处由于可以使电流不流过电池内而将焊条插入到极板组的中心进行电阻焊,因此能以进行极低的电阻实现牢固的焊接,但在做成电池组时,如图47、图48所示,在比安装在一方的电池的盖子50上的帽80的端部更靠外侧的位置焊接电池间连接零件110,通过该电池间连接零件焊接在另一方的电池的电池槽60底的外面,在电池槽60底的外面的焊点其最短距离位于比与帽80的端部的正下方对应的下部集电板100的位置更靠外侧的位置上,因此电流的流通路径成为电池间连接零件和电池槽底的外面的焊点→电池槽底的内面和下部集电板的焊接处(中心部一处)→下部集电板和负极板的焊点,电流的流通路径加长而使电阻增大。
因此可以认为,若下部集电板的下面和电池槽底的内面的焊点位于比与帽的端部的正下方对应的下部集电板的位置靠外侧的范围内,则能缩短电流的流通路径,能降低电阻。
另外,电池槽底的中心部一处的焊点可以使电流不流过电池内而将焊条插入到极板组的中心进行电阻焊,因此可两者并用形成而更好。
作为位于在下部集电板的比与帽端部的正下方对应的下部集电板的位置更靠外侧的位置的焊点的数量,根据与上部集电板同样的理由,最好是4~16点,可得到与上部集电板同样的效果。
将由以上实施例1~11和比较例1~10得到的电池的内部电阻和输出密度的关系表示在表6中。
从表6及图46看,在内部电阻的降低和输出密度的提高方面具有良好的相关关系,可以认为,本发明的密封式电池和使用了本发明的密封式电池的电池组具有极低的电阻和高输出功率,很适用于HEV用电池。
接着,在实施例12~20中,说明使用了具有框状部及双重构造的侧壁部的引线、具有框状部及一个侧壁部的引线的密封式电池的例子,在实施例21中说明改变环状引线的主引线和辅助引线的厚度的例子。
表6
内部电阻   输出密度实施例   输出密度比较例
  实施例1   0.95   1480
  实施例2   0.97   1450
  实施例3   0.99   1440
  实施例4   1.02   1410
  比较例1   1.5   1000
  比较例2   1.1   1350
  比较例3   1.35   1150
  比较例4   1.1   1350
  比较例5   1.15   1280
  比较例6   1.1   1350
  比较例7   1.2   1150
  比较例8   1.12   1250
  比较例9   1.35   1100
  比较例10   1.35   1100
  实施例5   0.95   1400
  实施例6   0.97   1450
  实施例7   0.97   1450
  实施例8   0.97   1450
  实施例9   0.95   1480
  实施例10   0.92   1520
  实施例11   0.88   1560
实施例12
与实施例1同样制作正极板和负极板,接着,如下制作了使用具有倒U字状的双重构造的侧壁部的引线的密封式镍氢蓄电池。
组装上述负极板和进行了磺化处理的厚度120μm的聚丙稀的无纺布状隔离片及上述正极板并卷绕成卷筒状而做成极板组。在突出于该极板组的一方的卷绕端面的正极基板的端面上,通过电阻焊接合了如图40所示的厚度0.4mm、半径14.5mm的圆板状的上部集电板(正极集电板),该上部集电板由进行了镀镍的钢板构成且在中央设有圆形的透孔和16处(8个切口2-2)0.5mm的垫部(向电极的咬入部)2-3。在突出于卷绕式极板组的另一方的卷绕端面的负极基板的端面上,通过电阻焊接合了由进行了镀镍的钢板构成的厚度0.4mm的圆板状的下部集电板(负极集电板)。准备由进行了镀镍的钢板构成的有底圆筒状的电池槽,将安装了上述集电板的极板组收放在电池槽内,使得正极集电板与电池槽的开放端侧、负极集电板与电池槽的底部接触,通过电阻焊将负极集电板的中央部分接合在电池槽的壁面上。接着,注入了规定量的由包含6.8N的KOH和0.8N的LiOH的水溶液构成的电解液。
准备了将厚度0.3mm的镍板冲压加工成图15的倒U字状的形状的引线40,该引线40其框状部41的宽度为1.8mm,框状部41的中心的直径为19mm,从框状部41的突起41a的前端到图16所示的辅助引线部44的突起44a的前端的高度为4mm,具备8个框状部41的突起41a,具备16个辅助引线部44的突起44a。
然后,如图38(b)所示,使主引线部的框状部41的突起41a与盖子50的内面接触并通过点焊安装在其上。
在盖子50的外面安装了橡胶阀(排气阀)及帽状的端子。在盖体上安装了环状的垫片而将盖体的周边包围在里面。
将盖子50放置在极板组上,使得安装在盖子50上的辅助引线部44的突片的突起44a与正极集电板2接触,在对电池槽60的开放端进行敛缝而气密地密封后,进行压缩而调整了电池的总高度。而且,如图38(c)所示,调整了突片的角度,使得调整电池的总高度后的盖子和正极端子之间的高度成为对辅助引线部44的突片的突起44a和正极集电板2的每个接触面施加200gf的推压力的高度。在这里,辅助引线部44的突片的突起44a成为如图45所示的与正极集电板2的焊点2-1。
使电阻焊机的焊接用输出端子与帽80(正极端子)、电池槽60的底面(负极端子)接触,将通电条件设定为,在充电方向及放电方向其电流值相同且通电时间相同。具体地说,电流值设定为每1Ah正极板的容量(6.5Ah)为0.6kA/Ah(3.9kA),通电时间设定为在充电方向为4.5msec、在放电方向为4.5msec,将该交流脉冲通电作为一个周期设定为可进行2周期通电,用由矩形波构成的交流脉冲通电,实施了在正极集电板2的上面焊接辅助引线部44的焊接。确认了这时没有超过开阀压力的气体产生。这样一来,制作了用引线连接盖子50和正极集电板2的如图38(d)、图7所示的密封式镍氢蓄电池。
盖子50的半径为14.5mm,帽80的半径为6.5mm,垫片的敛缝半径为12.5mm,从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例13
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成图17的倒V字状引线40之外,其余与实施例12同样制作,得到了如图9所示的密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.3倍。框状部41的中心直径为19mm,框状部41的宽度为1mm。
实施例14
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图34所示,从倒U字状引线的从框状部41的内周41-1及外周41-2延伸的侧壁部42及43除去外侧的侧壁部43而只有内侧的侧壁部42的引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例15
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图35所示,由从倒U字状引线的框状部41的内周41-1及外周41-2延伸的侧壁部42及43除去内侧的侧壁部42而只有外侧的侧壁部43的引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例16
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图28所示对倒U字状引线进行了波纹状加工的引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的2.1倍。
实施例17
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线如图16所示做成U字状引线40并颠倒安装。作为第一工序,实施了使U字状引线的辅助引线部44的突起44a与盖子50的内面接触并通过点焊安装在其上的工序;作为第二工序,实施了将盖子50放置在极板组上,使得安装在盖子50上的U字状引线(主引线部)的框状部41的突起41a与正极集电板2接触,并在对电池槽60的开放端进行敛缝而气密地密封后,在正极集电板2的上面焊接框状部41的工序之外,其余与实施例12同样制作,得到了如图8所示的密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的辅助引线部44的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的主引线部40的焊点的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的辅助引线部44的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例18
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图23~25所示在倒U字状引线40上加工宽度为1mm的切口而沿周向留出间隔将侧壁部截断为8个作为侧壁部47、48的引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例19
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图26所示在倒U字状引线40的侧壁部42、43上形成宽度为0.25mm的切口42-1、43-1而截断为8个引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部40的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线40、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部40的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例20
除了将焊接盖子50的内面和正极集电板2的上面的引线做成如图19~22所示将倒U字状引线做成8个零件45的引线之外,其余与实施例12同样制作,得到了密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线部45的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线部44的焊点2-1的引线45、44的长度,是从盖子50的内面的主引线部45的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
实施例21
除了使用如图12所示的由厚度0.6mm的镍板构成的环状的主引线20和如图13所示的由厚度0.3mm的镍板构成的辅助引线30(但是,将辅助引线30的突片30-2及突起30-1的数量做成8个。),如图37(c)所示焊接形成将盖子50的内面和正极集电板2的上面焊接而成的引线之外,其余与实施例1同样制作,得到了如图37(d)所示的密封式电池。
从装配后的盖子50的内面的主引线20的焊点到与该焊点最近的正极集电板2的上面的辅助引线30的焊点2-1的引线20、30的长度,是从盖子50的内面的主引线20的焊点到正极集电板2的上面的最短距离的1.4倍。
在与上述实施例1相同条件下,对由实施例12~21得到的密封式电池进行了化学生成、内部电阻及输出密度的测定。将内部电阻、输出密度的测定结果表示在表7中。
表7
  分类   引线形状   焊点的数量   L1(mm)   X1(mm)   L1/X1   内部电阻(mΩ)   输出密度W/kg
  主引线部   辅助引线部
  实施例12   倒U字状引线   8   16   3.8   2.8   1.4   0.88   1560
  实施例13   倒V字状引线   8   16   3.7   2.8   1.3   0.85   1600
  实施例14   倒U字只有外侧(一条)   8   8   3.8   2.8   1.4   0.97   1450
  实施例15   倒U字只有内侧(一条)   8   8   3.8   2.8   1.4   0.97   1450
  实施例16   倒U字状波纹状引线   8   16   5.8   2.8   2.1   1.02   1410
  实施例17   U字状引线(颠倒安装)   8   16   3.8   2.8   1.4   0.88   1560
  实施例18   倒U字状引线切口大(1mm)   8   16   3.8   2.8   1.4   0.89   1530
  实施例19   倒U字状引线切口小(0.25mm)   8   16   3.8   2.8   1.4   0.88   1540
  实施例20   倒U字状引线分割成零件   8   16   3.8   2.8   1.4   0.89   1530
  实施例21   环状引线+辅助引线   8   8   3.8   2.8   1.4   0.92   1520
比较表7的实施例12、13和表1~4的实施例1~10可知,在由相同的板用冲压加工成形主引线部和辅助引线部的场合,为了容易进行电阻焊需要将薄壁的辅助引线部和主引线部的厚度做成相同程度,对于单环状引线(主引线为一个环状),虽达到了充分的低电阻但仍有限制,使用具有从框状部的内周及外周向下方延伸的双重构造的侧壁部的引线的实施例12、13,则可以得到极其优良的低电阻和高输出功率。
另外可知,像实施例21那样,即使是环状引线(单引线),在主引线比辅助引线厚的场合,虽能得到极其优良的低电阻和高输出功率,但如实施例12、13那样,使用与上部集电板的焊点数(辅助引线部的焊点数)多的倒U字状、倒V字状引线的场合,可以得到比使用实施例21的厚度厚的单主引线和辅助引线的场合更低的电阻。
像实施例17那样,颠倒安装倒U字状引线,设做成U字状的场合,虽能得到与倒U字状引线同样的低电阻,但由于热向厚盖子的扩散而不能达到辅助引线部的突起的可靠焊接,产生了30%输出密度低于1400W/kg的电阻高的电池。
虽然通过更大的电流的通电等可以改善不良率,但由于焊接机价格增高,因此最好将倒U字状引线的双重构造的侧壁部的端部焊接在上部集电板的上面,而将倒U字状引线的框状部焊接在盖子的内面上。
为了从上部集电板均匀地输出电流,上述引线其框状部最好是环状,其圆周上的间隔均等则更好。
像实施例18~20那样,若将除了主引线部的框状部的主引线部及辅助引线部沿周向留出间隔加工切口并截断,或者将引线自身分割为零件,虽然第一工序的焊接时的无效电流变少而使焊接变得更牢固并实现低电阻,但被截断引起的电阻的增加所抵消,不能较大地降低电阻。为了补偿更大的极板组高度的变动而减少焊接波动,最好将倒U字状或倒V字状引线的侧壁部沿周向留出间隔进行截断,从零件的使用或加工的容易度考虑,最好沿周向留出间隔形成切口并截断。
若未在上述引线的焊接面上分别形成突起,则上部集电板和辅助引线部的接触电阻变得不均匀,在各辅助引线部流通不均匀的电流。因此,在形成有突起的场合,可以使各个焊点均匀可靠而更好。
若对框状部的焊点为1点,则焊点电阻过高,所以最好是多个;为了使使输出密度过1400W/kg最好是4点以上,为了超过1500W/kg最好是8点以上(在分割为零件的场合是合计数量)。
同样,若对上部集电板的焊点也是1点,则焊点电阻过高,所以最好是多个,为了使输出密度超过1400W/kg最好是8点以上,为了超过1500W/kg最好是16点以上(在分割为零件的场合是合计数量)。
比较实施例12、13、16及比较例1可知,若是从上述盖子的内面的上述引线的焊点到上述上部集电板的上面的最短距离的1.3~2.1倍,则可以得到极其优良的电阻。
另外可知,用这些方法制作的密封式电池,其内部电阻低达0.9mΩ以下,输出密度也为1500W/kg以上的高输出。
保持1400W/kg以上的输出意味着,即使在混合型电动汽车(HEV)的加速时进行200A(相当于30ItA的速率)的放电,在常温下也能保持不会切断1V/电池的性能。因此,具有1400W/kg以上的输出密度的镍氢电池,由于能将作为用于防止过放电的电压控制的下限值设定为1V/电池,因此在将放电速率的上限设定为30ItA时的任何放电类型的情况下也能防止过放电,所以比较好。
比较实施例12、13和实施例14、15及实施例21可知,主引线部无论是单环构造、双环构造中的任一种,在主引线部具有足够的厚度的场合,能够得到优良的性能。因此,若是单环构造,则其厚度最好是0.4~0.8mm。
在双环构造的场合,与单环构造比较,由于可以用构成的多个部分的单个厚度得到相同电阻,因此对于双环构造,其两部分的单个厚度可以是0.2~0.4mm,在厚度为0.3mm以下的场合,由于可以用冲压成形得到双环构造的引线,所以变得廉价而更好。
另外,在辅助引线部的厚度比0.4mm大的场合,因焊接热不足而容易发生焊接不良,由于在0.4mm以下能进行可靠的焊接,因此最好是0.4mm以下。在比0.2mm更薄的场合,作为弹簧部的强度下降,不能实现可靠而均匀的焊接。因此,其厚度最好是0.2mm以上0.4mm以下。
在双环构造的场合,由于可以将主引线部的厚度和辅助引线部的厚度做成相同,因此可以由一张板通过冲压成形形成主引线部和辅助引线部,从而变得廉价而更好。
另外,本发明的密封式电池,通过将电池间连接零件110焊接在比安装于一方的电池的盖子50上的帽80的端部更靠外侧的位置,并通过该电池间连接零件110焊接在另一方的电池的电池槽60底部的外面,从而可以做成如图49所示的电池组。
另外,本发明的实施例虽然使用了密封式的圆筒形镍氢二次电池,但本发明并不局限于镍氢电池,可适用于镍镉电池、锂离子电池、锂聚合物电池(也包括凝胶)、控制阀式铅电池等二次电池或者碱性一次电池、硬币式锂电池等密封式的一次及二次电池。
另外,结构要素的引线并不局限于实施例所示的倒U字状、倒V字状、U字状、波纹形状,也可以是其它双重构造的引线。
再有,适用于本发明的正极板、正极集电板、隔离片、负极板、负极集电板的形状、材质并不局限于实施例所记载的内容。
由于本发明的密封式电池及由多个该密封式电池构成的电池组具有低电阻和高输出功率,因此作为电动汽车或电动工具等的电池是有用的。

Claims (42)

1.一种密封式电池,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,其特征在于,
上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,从上述盖子的内面的上述引线的焊点到与该焊点最近的上述上部集电板的上面的上述引线的焊点的上述引线的长度,是从上述盖子的内面的上述引线的焊点到上述上部集电板的上面的最短距离的1~2.1倍。
2.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
通过交流脉冲电进行上述上部集电板的上面和上述引线的焊接。
3.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线是环状引线,在上述盖子的内面焊接上述环状引线的一方的面,在上述上部集电板上焊接上述环状引线的另一方的面。
4.根据权利要求3所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由环状的主引线及辅助引线构成,在上述盖子的内面焊接上述主引线的一方的面,在上述上部集电板上通过上述辅助引线焊接上述主引线的另一方的面。
5.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方延伸的双重构造的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的双重构造的侧壁部的下端部。
6.根据权利要求5所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的双重构造的侧壁部的下端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述主引线部的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述辅助引线部。
7.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线具有框状部和从上述框状部的内周或外周向下方延伸的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的侧壁部的下端部。
8.根据权利要求7所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的侧壁部的下端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述主引线部的框状部,在上述上部集电板的上面焊接上述辅助引线部。
9.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线具有框状部和从上述框状部的内周及外周向上方延伸的双重构造的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的双重构造的侧壁部的上端部,,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的框状部。
10.根据权利要求9所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述主引线部的双重构造的侧壁部的上端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述辅助引线部,在上述上部集电板的上面焊接上述主引线部的框状部。
11.根据权利要求1所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线具有框状部和从上述框状部的内周或外周向上方延伸的侧壁部,在上述盖子的内面焊接上述引线的侧壁部的上端部,在上述上部集电板的上面焊接上述引线的框状部。
12.根据权利要求11所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部以及辅助引线部构成,在上述主引线部的侧壁部的上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述盖子的内面焊接上述辅助引线部,在上述上部集电板的上面焊接上述主引线部的框状部。
13.根据权利要求1~12中任何一项所述的密封式电池,其特征在于,
上述上部集电板的上面的上述引线的焊点位于比与上述上部集电板的上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内。
14.根据权利要求1~12中任何一项所述的密封式电池,其特征在于,
上述上部集电板的上面的上述引线的焊点为4~16点。
15.根据权利要求13所述的密封式电池,其特征在于,
上述上部集电板的上面的上述引线的焊点为4~16点。
16.根据权利要求1~12中任何一项所述的密封式电池,其特征在于,
向电池外部输出电流的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内。
17.根据权利要求13所述的密封式电池,其特征在于,
向电池外部输出电流的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内。
18.一种密封式电池,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,其特征在于,
上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述上部集电板的上面的上述引线的焊点位于,相对于从上述上部集电板的中心到外周的长度由距中心的距离为41%的同心圆和距中心的距离为69%的同心圆包围的范围内。
19.根据权利要求18所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线是环状引线,在上述盖子的内面焊接上述环状引线的一方的面,在上述上部集电板上焊接上述环状引线的另一方的面。
20.根据权利要求19所述的密封式电池,其特征在于,
上述引线由环状的主引线及辅助引线构成,在上述盖子的内面焊接上述主引线的一方的面,在上述上部集电板上通过上述辅助引线焊接上述主引线的另一方的面。
21.根据权利要求18~20中任何一项所述的密封式电池,其特征在于,
上述上部集电板的上面的上述引线的焊点为4~16点。
22.根据权利要求18~20中任何一项所述的密封式电池,其特征在于,
向电池外部输出电流的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内。
23.一种密封式电池,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面,且焊接下部集电板的下面和电池槽底的内面,其特征在于,
上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述下部集电板的下面和上述电池槽底的内面的焊接处至少位于比与上述下部集电板的上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内。
24.根据权利要求23所述的密封式电池,其特征在于,
上述下部集电板的下面和上述电池槽底的内面的焊接处在中心部有一处,在比与上述下部集电板的上述帽的端部的正下方对应的位置更靠外侧的范围内有4~16点。
25.根据权利要求23或24所述的密封式电池,其特征在于,
向电池外部输出电流的接点位于比盖子的上面的帽的端部更靠外侧的范围内。
26.一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征在于,
是环状引线,具有环状的侧壁部,在上述侧壁部的上端部具有一方的焊接面,在上述侧壁部的下端部具有另一方的焊接面。
27.根据权利要求26所述的密封式电池用引线,其特征在于,
由具有环状的侧壁部的主引线及辅助引线构成,在主引线的上述侧壁部的下端部或上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线,在上述辅助引线上具有焊接面。
28.根据权利要求26或27所述的密封式电池用引线,其特征在于,
环的形状是圆形、椭圆形或多边形。
29.根据权利要求26或27所述的密封式电池用引线,其特征在于,
在上述引线的焊接面上分别形成有突起。
30.一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征在于,
具有框状部和从上述框状部的内周及外周向下方或上方延伸的双重构造的侧壁部,在上述框状部具有一方的焊接面,在上述双重构造的侧壁部的下端部或上端部具有另一方的焊接面。
31.根据权利要求30所述的密封式电池用引线,其特征在于,
具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的引线是将上述框状部做成V字的折弯部分的剖面为倒V字状的引线,或者是将上述框状部做成U字的两个折弯部分及底边的剖面为倒U字状的引线,或者是将上述框状部做成V字的折弯部分的V字状的引线,或者是将上述框状部做成U字的两个折弯部分及底边的U字状的引线。
32.根据权利要求30所述的密封式电池用引线,其特征在于,
由具有上述框状部及上述双重构造的侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述双重构造的侧壁部的下端部或上端部分别形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述辅助引线部具有另一方的焊接面。
33.一种密封式电池用引线,焊接在密封式电池的盖子的内面和上部集电板的上面使用,其特征在于,
具有框状部和从上述框状部的内周或外周向下方或上方延伸的侧壁部,在上述框状部具有一方的焊接面,在上述侧壁部的下端部或上端部具有另一方的焊接面。
34.根据权利要求33所述的密封式电池用引线,其特征在于,
由具有上述框状部及上述侧壁部的主引线部及辅助引线部构成,在上述侧壁部的下端部或上端部形成有多个突片状或连续的平板状的辅助引线部,在上述辅助引线部具有另一方的焊接面。
35.根据权利要求30~34中任何一项所述的密封式电池用引线,其特征在于,
上述框状部的内周及外周是圆形。
36.根据权利要求30~34中任何一项所述的密封式电池用引线,其特征在于,
上述侧壁部加工成波纹状。
37.根据权利要求30~34中任何一项所述的密封式电池用引线,其特征在于,
上述框状部及侧壁部沿周向留出间隔分割而成为多个零件。
38.根据权利要求30~34中任何一项所述的密封式电池用引线,其特征在于,
上述侧壁部沿周向留出间隔从下端或上端加工纵向切口而至少截断一部分或全部截断。
39.根据权利要求30~34中任何一项所述的密封式电池用引线,其特征在于,
在上述引线的焊接面上分别形成有突起。
40.根据权利要求37所述的密封式电池用引线,其特征在于,
在上述引线的焊接面上分别形成有突起。
41.一种电池组,封闭密封式电池的电池槽的盖子在盖子本身的中央上部通过阀体盖上帽而形成安全阀,由多个通过引线连接上述盖子的内面和上部集电板的上面的密封式电池构成,通过电池间连接零件连接一方的密封式电池的盖子的上面和另一方的密封式电池的电池槽底的外面,其特征在于,
上述盖子的内面的上述引线的焊点位于比与上述盖子的内面的上述帽的端部对应的位置更靠外侧的范围内,而且,上述电池间连接零件和上述盖子的上面的焊点位于比上述帽的端部更靠外侧的范围内。
42.根据权利要求41所述的电池组,其特征在于,
上述电池间连接零件和上述电池槽底的外面的焊点位于比与上述电池槽底的上述帽的端部的正上方对应的位置更靠外侧的范围内。
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