CN108376758B - 集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种集电簧片(34)，其用于连接包括正极端子(22)的封口体(14)和安装在电极组(4)上的正极集电体(28)而隔在封口体(14)和正极集电体(28)之间，其具有位于封口体(14)一侧的顶壁部(36)、与顶壁部(36)相对且位于正极集电体(28)一侧的脚部(50、52)、和在顶壁部(36)的侧缘与脚部(50、52)的侧缘之间延伸且互为对向的一对侧壁部(42、44)，由顶壁部(36)与侧壁部(42、44)形成的第一拐角部(39)以及第二拐角部(41)、和由脚部(50、52)与侧壁部(42、44)形成的第三拐角部(47)以及第四拐角部(49)均为弯曲的圆角。

Description

集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法
技术领域
本发明涉及集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法。
背景技术
在能够充电的二次电池中，已开发了用途广泛、能够高效率(日文：高率)充放电的类型的电池。作为这样的电池，例如已知如下所示的圆筒形碱性二次电池。
该圆筒形碱性二次电池是通过将电极组与碱性电解液一起收纳于有底圆筒形状的外装罐中、外装罐的开口部被包括正极端子的封口体所密闭而形成的。
上述的电极组是以中间夹着隔膜的状态而叠合的正极以及负极以漩涡状卷绕而形成的，整体上大致构成圆柱形状。此处，正极以及负极在卷绕作业时，相互在沿着电极组的轴线方向上配置为稍微偏移的状态，同时这些正极以及负极之间在规定位置配置有规定尺寸的隔膜。于是在该状态下，正极、隔膜以及负极被卷绕。其结果是，正极的端缘部以漩涡状从电极组的一个端面侧突出，负极的端缘部以漩涡状从电极组的另一个端面侧突出。
突出的正极端缘部上熔接正极集电体，突出的负极端缘部上熔接负极集电体。藉此，正极集电体与正极在宽范围内电连接，负极集电体与负极在宽范围内电连接，因此可提高集电效率。其结果是，该电池能够高效率(日文：高率)充放电。
作为组装该圆筒形碱性二次电池的步骤，例如，首先在外装罐内插入电极组，将外装罐的底壁内表面与负极集电体熔接。藉此，兼做负极端子的外装罐与负极成为电连接的状态。接着，将由金属制薄板构成的正极条的一端熔接在正极集电体的规定位置上。再将正极条的另一端熔接在封口体的规定位置上。藉此，正极端子与正极成为电连接的状态。之后，将封口体以隔着绝缘垫圈的状态安装到外装罐的上端开口部上，通过对外装罐的上端开口部进行填缝加工，密闭该外装罐。藉此形成圆筒形碱性二次电池。
为了使上述的正极条对封口体的熔接容易进行，可使用较长的正极条。此外，在封口体被安装到外装罐的上端开口部上时，正极条在外装罐内以在封口体和电极组之间弯曲的方式被收纳。因此，正极条可使用易于弯曲的较薄的正极条。
但是近年来，希望碱性二次电池进一步高性能化，尤其希望进一步提高高效率(日文：高率)放电特性从而能够效率良好地输出大电流。
为了提高高效率(日文：高率)放电特性，必需尽可能降低电池的内部电阻。但是，在使用如上所述的又薄又长的带状正极条的情况下，该正极条的比电阻高，正极条成为升高电池内部电阻的原因。
于是，为了进一步降低电池的内部电阻，得到高效率(日文：高率)放电特性优异的电池，进行了各种与以往相比缩短通电路径的研究。作为这种缩短通电路径的对策而采用的电池，已知例如日本专利第3547931号公报(以下，称为专利文献1)中所示的电池。
在专利文献1所代表的电池采取了使用与以往正极条相比其厚度厚、长度短的集电簧片的对策。具体而言，在组装专利文献1的电池时，在正极集电体上熔接如专利文献1的图1等所示的规定形状的集电簧片。接着，将封口体隔着绝缘垫圈配置到外装罐的开口部上，在内侧对外装罐的开口端缘进行填缝来将电池封口，从而组装电池。在该封口时，集电簧片和封口体为接触的状态。之后，通过在电池的正极端子和负极端子之间通电，对正极的集电簧片与封口体进行电阻点焊。
由于专利文献1的电池能够在外装罐封口后进行集电簧片与封口体的熔接，因此不需要在外装罐封口前进行集电簧片与封口体的熔接。藉此，即使集电簧片短也能够容易地将封口体安装到外装罐的开口部上。这样，如果集电簧片变短，则可缩短通电路径，因而能够减少电池的内部电阻。此外，专利文献1的电池不需要使集电簧片在外装罐内弯曲，因此能够使用厚度比正极条厚的集电簧片。这样，如果使用厚度厚的集电簧片，则可使通电路径变粗，藉此也可减少电池的内部电阻。
如此，专利文献1的电池与以往的电池相比，电池的内部电阻低，因而高效率(日文：高率)放电特性优良。
但是，在对外装罐的上端开口边缘进行填缝加工而将封口体安装到外装罐上时，或在对集电体、集电簧片以及封口体进行电阻点焊时，电池中沿着其轴线的方向上会受到压缩荷重的作用。如果受到这样的压缩荷重作用，则集电体会变形而压迫电极组。那样的话，电池存在电极组的正极或负极的端部发生弯折等而引起内部短路之虞。
发明内容
本发明鉴于上述情况，其目的是提供一种可得到维持优异的高效率(日文：高率)放电特性、且内部短路的发生比以往少的二次电池的集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种集电簧片，其为用于连接包括端子的封口体和安装在电极组上的集电体而隔在上述封口体和上述集电体之间的二次电池用的集电簧片，其具有位于上述封口体一侧的顶壁、与上述顶壁相对且位于上述集电体一侧的底壁、和在上述顶壁的侧缘与上述底壁的侧缘之间延伸且互为对向的一对侧壁；由上述顶壁与上述侧壁形成的拐角部以及由上述底壁与上述侧壁形成的拐角部均为弯曲的圆角。
此外，在将组装二次电池时的上述封口体的下降量作为A、将构成上述集电簧片的材料的厚度作为B、将上述集电体的厚度作为C的情况下，上述圆角的曲率半径的最低限度所需值Dmin优选满足下式所示的关系。
Figure GDA0002772070910000031
其中，α、β、γ以及δ的各常数分别为α＝-13.128、β＝-4.8986、γ＝20.978、δ＝6.8538，B以及C满足B＞0.25mm，0.25mm＜C≤0.40mm的关系。
此外，在构成上述集电簧片的材料的厚度为0.30mm、组装二次电池时的上述封口体的下降量为0.6mm的情况下，上述圆角的曲率半径D优选满足0.7mm≤D≤1.2mm的关系。
此外，上述顶壁包括与上述封口体熔接时形成熔接部的顶壁熔接预定部，上述底壁包括与上述集电体熔接时形成熔接部的底壁熔接预定部，在假想了在上述顶壁、上述侧壁以及上述底壁延伸的假想线、即以最短距离连接上述顶壁熔接预定部和上述底壁熔接预定部之间的假想线的情况下，上述侧壁优选在避开上述假想线的位置上贯穿设置有侧壁通孔。
此外，根据本发明，提供了一种包括集电簧片的二次电池的制造方法，该制造方法具备：准备上述的集电簧片的集电簧片准备工序，准备正极以及负极隔着隔膜叠合而成的电极组的电极组准备工序，在外装罐内收纳上述电极组的电极组收纳工序，对上述电极组和载置于上述电极组之上的集电体之间、上述集电体和载置于上述集电体之上的上述集电簧片之间、以及上述集电簧片和载置于上述集电簧片之上的包括端子的封口体之间一边加压一边熔接的熔接工序，和将上述封口体在上述外装罐上进行填缝加工而安装、将上述外装罐封口的封口工序。
本发明的集电簧片的拐角部均是弯曲的圆角，因而容易变形。因此，在电池的制造过程中受到压缩荷重作用的情况下，集电簧片优先发生变形。藉此，抑制了集电体的变形，因而也抑制了电极组被压迫。此外，本发明的集电簧片具有能够容易地变形的结构，因此即使构成其的金属板的厚度较厚，也可使集电簧片容易地变形。所以，可使集电簧片的厚度较厚，从而可将电池的内部电阻抑制在低水平。藉此，根据本发明，能够提供一种可得到维持优异的高效率(日文：高率)放电特性、且内部短路的发生比以往少的二次电池的集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法。
附图说明
图1是示出本发明的圆筒形镍氢二次电池的第一实施方式的部分剖面图。
图2是示出第一实施方式的正极集电体的俯视图。
图3是示出第一实施方式的集电簧片的立体图。
图4是沿图3中的IV-IV线的剖面图。
图5是示出第一实施方式的集电簧片的中间制品的俯视图。
图6是示出下降量A与对电极组施加的总荷重σ之间关系的图线。
图7是示出第一关系式中的系数和曲率半径D之间关系的图线。
图8是示出集电体厚度C和正极集电体的压弯产生荷重之间关系的图线。
图9是示出第二关系式中的系数和簧片厚度B之间关系的图线。
图10是示出计算例1中的曲率半径D和集电体厚度C之间关系的图线。
图11是示出计算例1中的曲率半径D和部件总高(2D+C)之间关系的图线。
图12是示出计算例2中的曲率半径D和集电体厚度C之间关系的图线。
图13是示出计算例2中的曲率半径D和部件总高(2D+C)之间关系的图线。
图14是示出封口体、集电簧片、集电体以及电极组的形状变化的分析结果的分析图。
图15是示出本发明的圆筒形镍氢二次电池的第二实施方式的部分剖面图。
图16是示出第二实施方式的正极集电体的俯视图。
图17是示出底壁侧在上的状态下的第二实施方式的集电簧片的立体图。
图18是示出顶壁侧在上的状态下的第二实施方式的集电簧片的立体图。
图19是沿图17中的V-V线的剖面图。
图20是示出第二实施方式的集电簧片的中间制品的俯视图。
图21是示出实施例4的集电簧片的电流分布的分析结果的立体图。
图22是示出实施例4的集电簧片的电流分布的分析结果的侧视图。
图23是示出实施例5的集电簧片的电流分布的分析结果的立体图。
图24是示出实施例5的集电簧片的电流分布的分析结果的侧视图。
图25是示出实施例6的集电簧片的电流分布的分析结果的立体图。
图26是示出实施例6的集电簧片的电流分布的分析结果的侧视图。
图27是示出侧壁通孔的宽度比例和集电簧片的电阻值增加率之间关系的图线。
图28是示出侧壁通孔的宽度比例和集电簧片的压瘪量之间关系的图线。
图29是示出侧壁通孔的高度比例和集电簧片的电阻值增加率之间关系的图线。
图30是示出侧壁通孔的高度比例和集电簧片的压瘪量之间关系的图线。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照附图，对本发明第一实施方式的包括集电簧片的碱性二次电池进行说明。
作为本发明所适用的第一实施方式的二次电池，以图1所示的AA尺寸的圆筒形镍氢二次电池(以下，称为电池1)为例进行说明。
电池1具备上端开口的制成有底圆筒形状的外装罐2，外装罐2具有导电性，其底壁起到作为负极端子的作用。外装罐2中，收纳规定量的碱性电解液(未图示)以及电极组4。
如图1所示，外装罐2的开口3被封口体14所闭塞。封口体14包括具有导电性的圆板形状的盖板16、配置于该盖板16之上的阀体20以及正极端子22。在盖板16的外周部，以包围该盖板16的方式配置有环状的绝缘垫圈18，通过对外装罐2的开口边缘17进行填缝加工，将绝缘垫圈18以及盖板16固定在外装罐2的开口边缘17上。即，盖板16以及绝缘垫圈18相互协作而将外装罐2的开口3封口。此处，盖板16在中央具有中央通孔19，然后，盖板16的外表面上，以闭塞中央通孔19的方式配置橡胶制的阀体20。进而，带凸缘的圆筒形状的正极端子22以覆盖阀体20的方式电连接到盖板16的外表面上。该正极端子22向着盖板16按压着阀体20。此外，该正极端子22在侧面具有排气孔23。
通常情况下，中央通孔19通过阀体20被气密地关闭。而如果在外装罐2的内部产生气体，其气体的压力升高，则阀体20被气体的压力所压缩而中央通孔19会打开。其结果是，气体介由中央通孔19以及正极端子22的排气孔23从外装罐2内排出到外部。即，中央通孔19、阀体20以及正极端子22的排气孔23形成用于电池1的安全阀。
电极组4包括各自为带状的正极6、负极8以及隔膜10，它们以隔膜10夹持在正极6和负极8之间的状态被卷绕为漩涡状。即，正极6以及负极8隔着隔膜10相互叠合。这样的电极组4整体成为圆柱状。
在该电极组4中，正极6的端缘部以漩涡状从一个端面露出，负极8的端缘部以漩涡状从另一个端面露出。此处，露出的正极6的端缘部作为正极连接端缘部32，露出的负极8的端缘部作为负极连接端缘部(未图示)。后述的正极集电体28以及负极集电体(未图示)分别熔接到这些露出的正极连接端缘部32以及负极连接端缘部上。
负极8具有形成为带状的导电性负极芯体，在该负极芯体中保持有负极合剂。
负极芯体由在其厚度方向上大量分布有贯穿的通孔(未图示)的带状金属材料构成。作为这样的负极芯体，例如可使用冲孔金属片。
负极合剂不仅填充在负极芯体的通孔内，还以层状保持于负极芯体的两面上。
负极合剂包括储氢合金的粒子、导电材料、粘合剂等。此处，储氢合金是能够储藏以及释放作为负极活性物质的氢的合金，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的储氢合金。上述的粘合剂在使储氢合金的粒子以及导电材料相互粘接的同时，还起到将负极合剂粘合在负极芯体上的作用。此处，作为导电材料以及粘合剂，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的导电材料以及粘合剂。
负极8例如可如下进行制造。
首先，对由储氢合金粒子构成的储氢合金粉末、导电材料、粘合剂以及水进行混炼而制备负极合剂的糊料。将所得到的负极合剂的糊料涂布在负极芯体上，使其干燥。干燥后，对附着有含有储氢合金粒子等的负极合剂的负极芯体实施辊压以及切割，得到负极的中间制品。该负极的中间制品整体上成长方形。然后，对该负极的中间制品上要成为负极连接端缘部所规定的端缘部进行负极合剂的去除。藉此，所规定的端缘部成为从负极芯体露出的状态的负极连接端缘部上。由此，得到具有负极连接端缘部的负极8。此处，作为负极合剂的去除方法，没有特别限定，例如可合适地通过施加超声波振动来进行去除。另外，负极连接端缘部以外的区域为保持有负极合剂的状态。
接着，对正极6进行说明。
正极6包括形制成多孔质结构且具有多个空孔的导电性正极基材、和保持于上述的空孔内以及正极基材的表面的正极合剂。
作为正极基材，例如可使用发泡镍。
正极合剂包括作为正极活性物质粒子的氢氧化镍粒子、作为导电材料的钴化合物、粘合剂等。上述的粘合剂在使氢氧化镍粒子以及导电材料相互粘接的同时，还起到将正极合剂粘合在正极基材上的作用。此处，作为粘合剂，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的粘合剂。
正极6例如可如下进行制造。
首先，制备包含由正极活性物质粒子构成的正极活性物质粉末、导电材料、水以及粘合剂的正极合剂浆料。将所得到的正极合剂浆料填充在例如发泡镍中，使其干燥。干燥后，填充有氢氧化镍粒子等的发泡镍在被辊压后切割为规定形状，得到正极的中间制品。该正极的中间制品整体上成长方形。然后，对该正极的中间制品上要成为正极连接端缘部32所规定的端缘部进行正极合剂的去除，使正极基材成为露出的状态。接着，对去除了正极合剂的端缘部在正极的中间制品的厚度方向上进行压缩加工，制成正极连接端缘部32。通过这样进行压缩加工，正极基材成为稠密的状态，因而该正极连接端缘部32成为容易熔接的状态。由此，得到具有正极连接端缘部32的正极6。此处，作为正极合剂的去除方法，没有特别限定，例如可合适地通过施加超声波振动来进行去除。另外，正极连接端缘部32以外的区域为填充有正极合剂的状态。
接着，作为隔膜10，例如可使用对聚酰胺纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的产品、或对聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的产品。
如上制造的正极6以及负极8以隔着上述隔膜10的状态被卷绕为漩涡状，藉此形成电极组4。具体而言，卷绕时，正极6以及负极8相互在沿着电极组4的轴线方向的方向上配置为稍微偏移的状态，同时这些正极6以及负极8之间在规定位置配置有规定尺寸的隔膜10，在该状态下进行卷绕作业。其结果是，可得到圆柱状的电极组4。作为所得到的电极组4的式样，是在电极组4的一端侧为正极6的正极连接端缘部32比隔着隔膜10相邻的负极8突出的状态，而在电极组4的另一端侧为负极8的负极连接端缘部比隔着隔膜10相邻的正极6突出的状态。
另外，电极组4中，上述的正极6、负极8以及隔膜10通过具有规定的外径尺寸的卷芯而卷绕形成，卷绕作业后，该卷芯被抽出，因此在电极组4的中央形成通孔9。
在这样的电极组4中，在一端侧连接正极集电体28，在另一端侧连接负极集电体。
首先，对负极集电体没有特别限定，优选使用例如以往使用的圆板形状的金属板。准备好的负极集电体被熔接在电极组4的另一端侧的负极连接端缘部上。
接着，对正极集电体28进行说明。
正极集电体28是由导电性材料构成的板状体，对俯视形状没有特别限定，可采用圆板形状、多角形状等任意形状。此外，正极集电体28的大小设定为比电极组4的外径尺寸小、且可覆盖从电极组4的一端侧突出的正极6的正极连接端缘部32的大小。
本实施方式中，如图2所示，使用俯视形状为十边形的板材。具体而言，正极集电体28是整体为十边形的镀Ni钢制薄板，包括位于中央的圆形的中央通孔29、和以包围该中央通孔29的方式放射状延伸的6个狭缝30。狭缝30通过冲切加工形成，优选在狭缝30的边缘部分产生向下方(电极组4一侧)延伸的突起(毛边burr)。
电池1中，如图1所示，正极集电体28和封口体14之间隔着集电簧片34，该集电簧片34与连接到电极组4的正极6的正极集电体28、和具有正极端子22的封口体14电连接。
集电簧片34例如如图3所示，具有与封口体14连接的矩形状的顶壁部(顶壁)36，自顶壁部36的规定的侧缘38、40延伸出的、互为对向的一对侧壁部(侧壁)42、44，和自侧壁部42、44的与顶壁部36为相反侧的端缘46、48延伸出的、与顶壁部36相对的脚部(底壁)50、52。该脚部(底壁)50、52与正极集电体28连接。
顶壁部36在中央设有圆形的通孔54。在集电簧片34与封口体14连接时，该通孔54与盖板16的中央通孔19连通。此外，在通孔54的周围，设有4个成为熔接点的突起部56。
从示出集电簧片34的剖面的图4可知，集电簧片34具有由侧壁部42和顶壁部36形成的第一拐角部39、由顶壁部36和侧壁部44形成的第二拐角部41、由侧壁部44和脚部52形成的第三拐角部47、以及由脚部50和侧壁部42形成的第四拐角部49。这些第一～四拐角部39、41、47、49均是形成弯曲形状的圆角。
这样，如果第一～四拐角部39、41、47、49均是圆角，则集电簧片34在图4中的箭头T1以及箭头T2方向上受到荷重作用的情况下容易在被压缩的方向上变形。
脚部50、52如图3所示，具有在沿着侧壁部42、44的长边方向的方向上延伸的伸出部50a、50b、52a、52b。这些伸出部50a、50b、52a、52b比脚部(底壁)50、52上与顶壁部36相对的区域更向外侧伸出。因此，伸出部50a、50b、52a、52b在集电簧片34与正极集电体28连接时起到提高集电簧片34稳定性的作用。这些伸出部50a、50b、52a、52b上设有向着正极集电体28一侧突出的突起部58(参照图4)。该突起部58也成为熔接点。
此处，突起部56以及突起部58例如通过冲压加工形成。另外，图3中的参照符号60表示在脚部50、52上设置突起部58时在突起部58的背侧所产生的凹部。
该集电簧片34例如可如下制造。
首先，通过对金属制的薄板进行加工，准备如图5所示的由俯视形状为大致H形的薄板构成的集电簧片的中间制品62。另外，该薄板与以往的正极条相比非常厚。该中间制品62的位于两侧部的长条部分是成为脚部50、52的脚部预定区域70、72。与脚部预定区域70、72的内侧相连的区域是成为侧壁部42、44的侧壁部预定区域74、76。然后，夹在侧壁部预定区域74和侧壁部预定区域76之间的区域是成为顶壁部36的顶壁部预定区域78。
进而通过对该中间制品62进行冲切加工，在顶壁部预定区域78的中央贯穿设置通孔54。
接着，在通孔54周围的规定位置以及脚部预定区域70、72两端部的规定位置上通过冲压加工设置突起部56、58。
之后，通过对假想线80、82、84、86的部分进行弯折，形成如图3所示的集电簧片34。
另外，在本实施方式中，在脚部50和脚部52之间设有间隙，将底壁部一分为二，但本发明并不限于该实施方式，也可连接脚部50和脚部52、将这些脚部50以及脚部52一体化而成为一个底壁部。
接着，对电池1的组装步骤的一例进行说明。
准备如上所述的电极组4。然后，将负极集电体连接到电极组4的另一端侧，将该电极组4收纳在外装罐中。然后，在外装罐的底壁上对负极集电体进行电阻点焊。
接着，在电极组4的一端侧载置正极集电体28，再向正极集电体28的上部载置集电簧片34。此时，集电簧片34以配置在规定位置上的方式、以正极集电体28的狭缝30为基准对齐。然后，对电极组4、正极集电体28以及集电簧片34进行电阻点焊。藉此，正极6的正极连接端缘部32和正极集电体28熔接，正极集电体28和集电簧片34的脚部50、52熔接。
接着，在外装罐2内注入规定量的碱性电解液。被注入外装罐2内的碱性电解液保持在电极组4中，其大部分保持在隔膜10中。该碱性电解液使正极6和负极8之间充放电时的电化学反应(充放电反应)进行。作为该碱性电解液，优选使用含有KOH、NaOH以及LiOH中的至少一种作为溶质的碱性电解液。
之后，将封口体14以隔着绝缘垫圈18的方式4配置于外装罐2的上端开口部上。此时，集电簧片34和封口体14接触。
之后，在电池1的正极端子22和负极端子之间一边加压一边流过电流，进行电阻间接点焊(日文：抵抗インダイレクトスポット溶接)。藉此，集电簧片34的顶壁部36和封口体14的盖板16熔接。
之后，通过对外装罐2的开口边缘17进行填缝加工，将外装罐2的开口3封口。
此处，在集电簧片34的顶壁部36上以与封口体14的盖板16抵接的方式配置突起部56。于是，在进行电阻间接点焊时，熔接电流集中在突起部56的部分，突起部56的一部分熔融而将集电簧片34的顶壁部36和盖板16连接起来。
如上介由正极集电体28、集电簧片34以及盖板16来将正极6和正极端子22电连接，形成电池1。
在如上所述的电阻点焊时以及填缝加工时，电池1中沿着其轴线的方向上受到压缩荷重的作用。随之，压缩荷重也作用到电极组4、正极集电体28、集电簧片34等构成电池1的部件上。此处，集电簧片34由于如上所述第一～四拐角部39、41、47、49均成为圆角，因此压缩荷重作用于使顶壁部36和脚部50、52靠近的方向、即图4的箭头T1以及箭头T2所示的方向(以下，称为压缩方向)上时，容易发生侧壁部42、44的变形。即，集电簧片34成为容易发生变形的形状。如果这样容易地发生集电簧片34的变形，则集电簧片34优先变形，可抑制正极集电体28的变形，抑制正极集电体28压迫电极组4。其结果是，可抑制内部短路的发生。
在本发明中，为了使集电簧片34容易变形，如上所述，第一～四拐角部39、41、47、49均设为圆角。此处，认为集电簧片34的变形容易度大致取决于圆角的曲率半径。即，圆角的曲率半径越小，则侧壁部42、44的平坦面区域越多，因此即使荷重作用于压缩方向上，侧壁部42、44也不易弯曲；反之，圆角的曲率半径越大，则侧壁部42、44的平坦面区域越少，因此荷重作用于压缩方向上时侧壁部42、44容易弯曲。
本申请发明人为了求出优选的圆角的曲率半径，进行了如下的研究。
首先，将电阻点焊以及填缝加工的一系列作业前后封口体被压入外装罐2内的量、即封口体的下降量作为“下降量A”，将构成集电簧片34的金属制薄板的厚度作为“簧片厚度B”，将构成正极集电体28的金属制薄板的厚度作为“集电体厚度C”，将集电簧片34的圆角的曲率半径作为“曲率半径D”。
求出集电簧片的圆角的曲率半径为0.4mm～0.9mm中每变化0.1mm时的下降量A[mm]与对电极组施加的总荷重σ[kgf/cm2]之间的关系。其结果示于图6。通过该图6，可知下降量A与对电极组施加的总荷重σ成比例关系。
图7示出了对曲率半径D[mm]相对于下降量A[mm]与对电极组施加的总荷重σ[kgf/cm2]之间关系进行作图时所得到的荷重曲线用二次元方程近似后而得的斜率和截距的关系。此处，将A、D、σ的关系式作为第一关系式(I)，示于以下。
σ＝(-2.456D+3.9243)A-1.673D+2.3413…(I)
此处，第一关系式(I)中，-2.456D+3.9243的部分表示斜率的近似式，-1.673D+2.3413的部分表示截距的近似式。此外，图7中，纵轴表示第一关系式中的系数，横轴表示曲率半径D。
由该图7可知，曲率半径D变大则可抑制荷重负荷的增加。
集电体厚度C[mm]和正极集电体的压弯产生荷重[kgf/cm2]之间的关系如图8所示。由该图8可知，集电体厚度C增加则压弯产生荷重的极限提高。
图9表示对簧片厚度B[mm]相对于下降量A[mm]与对电极组施加的总荷重σ[kgf/cm2]之间的关系进行作图时所得到的荷重曲线根据截面二阶矩、用厚度的2.5次方近似后而得的斜率和截距之间的关系。此处，将在A、D、σ的关系式中加上B后的修正项(关系式)作为第二关系式(II)，示于以下。
σ＝(-49.82D+79.61)B2.5A+(-18.59D+26.01)B2.5…(II)
此处，第二关系式(II)中，(-49.82D+79.61)B2.5的部分表示斜率的近似式，(-18.59D+26.01)B2.5的部分表示截距的近似式。此外，图9中，纵轴表示第二关系式中的系数，横轴表示簧片厚度B。
由该图9可知，簧片厚度B增加则荷重负荷增加。
如果将上述的下降量A、簧片厚度B、集电体厚度C以及曲率半径D的各参数之间的关系用数学式表达，则可如以下的(III)式所示。
Figure GDA0002772070910000131
通过使用(III)式，例如可求出所需的最小曲率半径D。
此外，在由可得到电池内部电阻的良好的减少效果的极限厚度来设定簧片厚度B、由制造公差来设定极限的下降量A的情况下，可通过使用(III)式求出能够抑制正极集电体的变形(压弯)的曲率半径D以及集电体厚度C的组合。
另外，近年来，各种设备的小型化不断发展，对小型设备也要求以高效率(日文：高率)放电。随着这样的状况，对小型设备中所使用的称为AA形(相当于R6形，或相当于单3形(在日本的名称))或AAA形(相当于R03形，或单4形(在日本的名称))的小型电池也要求以更高效率(日文：高率)放电。
但是，这些小型电池与D形(相当于R20形，或相当于单1形(在日本的名称))或C形(相当于R14形，或相当于单2形(在日本的名称))的大型电池的情况相比，集电簧片必须小型化。随着集电簧片的小型化，集电簧片的柔性下降，因此在电池的轴线方向上施加压缩荷重时，不能使集电簧片充分变形，荷重会直接作用于集电体上。这样，正极集电体会发生变形，压迫电极组而更容易发生短路。此外，由于小型电池中电极组的卷绕数少，因此电极组本身的轴线方向上的强度也变低。所以，为了得到优异的高效率(日文：高率)放电特性而使用单纯小型化了的集电簧片的小型电池与大型电池相比，更容易发生随着正极集电体的变形而引起的短路。
对于这样的状况，本发明通过将集电簧片的拐角部设为圆角来使集电簧片优先变形，抑制了正极集电体的变形，藉此可回避对电极组的压迫，由此尤其对抑制高效率(日文：高率)放电特性优异的小型电池、具体而言是直径18mm以下的电池的短路发生是有效的。
由正极集电体28以及集电簧片34的组合形成的集电部件被配置在封口体14和电极组4之间的微小空间中。尤其是，如上所述的小型电池中的封口体14和电极组4之间的空间比大型电池小。因此，小型电池中，集电部件的部件总高优选尽可能小。此处，尤其在将上述的集电部件的部件总高设为(2D+C)的情况下，作为考虑到使(2D+C)的值更小的组合的计算式，可例举以下的(IV)式。通过该(IV)式，可求出曲率半径D的最低限度所需值Dmin。
Figure GDA0002772070910000141
此处，以下对得到(IV)式的步骤进行说明。首先，如下对(III)式进行变形，成为基本式(V)。
C0.5＝((-13.128A-4.8986)D+20.978A+6.8538)B2.5…(V)
在该基本式(V)中，以-13.128＝α、-4.8986＝β、20.978＝Y、6.8538＝δ进行代入。这样，则基本式(V)变为如下的(VI)式。
C0.5＝((αA+β)D+yA+δ)B2.5…(VI)
进而，如果αA+β＝nA1，YA+δ＝nA2，则(VI)式变为如下的(VII)式。
C0.5＝(nA1D+nA2)B2.5…(VII)
另外，nA1以及nA2与A成线形比例。
此处，在将集电簧片34的位于顶壁部36一侧的拐角部(第一拐角部39、第二拐角部41)的曲率半径D、和位于脚部50、52一侧的拐角部(第三拐角部47、第四拐角部49)的曲率半径D假定为最大的情况下，由正极集电体28以及集电簧片34的组合形成的集电部件的总高为2D+C。于是，将(VII)式代入该2D+C的式，则变为以下的(VIII)式。
Figure GDA0002772070910000142
接着，对(VIII)式如下进行整理，得到(IX)式。
Figure GDA0002772070910000151
然后，将(IX)式通过配方法或二次方程式的公式求出曲率半径D的最低限度所需值Dmin，得到如下的上述(IV)式。
Figure GDA0002772070910000152
此处，虽然解出Dmin则可消去C，但(IV)式是基于设定了C而成立的关系式，因此设定C是前提条件。本实施方式中，C优选设为0.25mm＜C≤0.40mm。
另外，基于可得到电池内部电阻的良好的减少效果的极限厚度的限制，设为B＞0.25mm。
此处，以下示出使用具体的数值的计算例。
(1)计算例1
在将簧片厚度B设为0.35mm、下降量A可承受至0.80mm的情况下，使用(III)式，由下降量A、簧片厚度B以及曲率半径D算出集电体厚度C。其结果的图线示于图10。该图10显示曲率半径D越大则负荷越减少，越可使集电体厚度C变薄。可知例如将集电体厚度C设为0.4mm时曲率半径D必须为0.95mm。如果极限下降量A本身下降，则可仅以该程度缩小曲率半径D，或使集电体厚度C变薄。例如，A＝0.6mm、B＝0.35mm、C＝0.4mm时D＝0.84mm。此外，A＝0.6mm、B＝0.35mm、D＝0.95mm时C＝0.28mm。
如图10的图线的例那样，对于极限的下降量A和簧片厚度B而言，集电体厚度C和曲率半径D的组合有无数种。但是，从将部件总高设为(2D+C)、使该(2D+C)的值最小的组合的观点出发来使用(IV)式计算的话，则可得到如图11所示的图线的结果。根据该图线，(2D+C)的值达到最小的情况下的曲率半径Dmin为Dmin＝0.73mm。该情况下的集电体厚度C为0.8mm。
(2)计算例2
在将簧片厚度B设为0.30mm、下降量A可承受至0.70mm的情况下，使用(III)式，由下降量A、簧片厚度B、曲率半径D算出集电体厚度C。其结果的图线示于图12。该图12显示曲率半径D越大则负荷越减少，越可使集电体厚度C变薄。可知例如将集电体厚度C设为0.3mm时，曲率半径D必须为0.74mm。由于极限的下降量A和簧片厚度B与计算例1的情况相比进一步减少，因此与计算例1的情况相比，可使曲率半径D变得更小、或使集电体厚度C变得更薄。
如果与计算例1的情况相同地使用(IV)式来计算Dmin，则可得到如图13所示的图线的结果。在该情况下，Dmin＝-0.54mm，为负值。即，结果显示了不具备最优值的条件下的情况。如图12的图线所示，曲率半径D越小则需要使集电体厚度C越厚，但即使这样，使曲率半径D尽可能小、集电体厚度C尽可能厚的组合也可得到部件总高(2D+C)整体小的计算结果。
另外，在本发明中，集电簧片的曲率半径定义为在从剖面观察集电簧片时拐角部外侧的弧的部分。
此外，在上述的电池1的组装步骤中是在将电极组4收纳在外装罐2中之后熔接正极集电体28，但并不限于该实施方式，也可预先将正极集电体28熔接在电极组4上。
(第二实施方式)
以下，参照附图，对本发明的第二实施方式的包括集电簧片的碱性二次电池进行说明。
作为本发明所适用的第二实施方式的二次电池，以图15所示的4/3FA尺寸的圆筒形镍氢二次电池(以下，称为电池101)为例进行说明。
电池101具备上端开口的制成有底圆筒形状的外装罐102，外装罐102具有导电性，其底壁起到作为负极端子的作用。外装罐102中，收纳规定量的碱性电解液(未图示)以及电极组104。
如图15所示，外装罐102的开口103被封口体114所闭塞。封口体114包括具有导电性的圆板形状的盖板116、配置于该盖板116的外表面之上的阀体120以及正极端子122。在盖板116的外周部，以包围该盖板116的方式配置有环状的绝缘垫圈118，通过对外装罐102的开口边缘117进行填缝加工，将绝缘垫圈118以及盖板116固定在外装罐102的开口边缘117上。即，盖板116以及绝缘垫圈118相互协作而将外装罐102的开口103封口。此处，盖板116在中央具有中央通孔119，然后，盖板116的外表面之上，以闭塞中央通孔119的方式配置橡胶制的阀体120。进而，带凸缘的圆筒形状的正极端子122以覆盖阀体120的方式电连接到盖板116的外表面上。该正极端子122向着盖板116按压着阀体120。此外，该正极端子122在侧面具有排气孔123。
通常情况下，中央通孔119通过阀体120被气密地关闭。而如果在外装罐102的内部产生气体，其气体的压力升高，则阀体120被气体的压力所压缩，中央通孔119会打开。其结果是，气体介由中央通孔119以及正极端子122的排气孔123从外装罐102内排出到外部。即，中央通孔119、阀体120以及正极端子122的排气孔123形成用于电池101的安全阀。
电极组104包括各自为带状的正极106、负极108以及隔膜110，它们以隔膜110夹持在正极106和负极108之间的状态被卷绕为漩涡状。即，正极106以及负极108隔着隔膜110相互叠合。这样的电极组104整体成为圆柱状。
在该电极组104中，正极106的端缘部以漩涡状从一个端面露出，负极108的端缘部以漩涡状从另一个端面露出。此处，露出的正极106的端缘部作为正极连接端缘部132，露出的负极108的端缘部作为负极连接端缘部(未图示)。后述的正极集电体128以及负极集电体(未图示)分别熔接到这些露出的正极连接端缘部132以及负极连接端缘部上。
负极108具有形成为带状的导电性负极芯体，在该负极芯体中保持有负极合剂。
负极芯体是带状金属材料，在其厚度方向上分布有贯穿的通孔(未图示)。作为这样的负极芯体，例如可使用冲孔金属片。
负极合剂不仅填充在负极芯体的通孔内，还以层状保持于负极芯体的两面上。
负极合剂包括储氢合金的粒子、导电材料、粘合剂等。此处，储氢合金是能够储藏以及释放作为负极活性物质的氢的合金，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的储氢合金。上述的粘合剂在使储氢合金的粒子以及导电材料相互粘接的同时，还起到将负极合剂粘合在负极芯体上的作用。此处，作为导电材料以及粘合剂，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的导电材料以及粘合剂。
负极108例如可如下进行制造。
首先，对作为储氢合金粒子的集合体的储氢合金粉末、导电材料、粘合剂以及水进行混炼而制备负极合剂的糊料。将所得到的负极合剂的糊料涂布在负极芯体上，使其干燥。之后，对附着有包括储氢合金粒子等的负极合剂的负极芯体施加辊压以及切割。藉此可得到负极108。
接着，对正极106进行说明。
正极106包括导电性的正极基材、和保持在该正极基材中的正极合剂。具体而言，正极基材形制成具有大量空孔的多孔质结构，正极合剂保持于上述的空孔内以及正极基材的表面上。
作为正极基材，例如可使用发泡镍。
正极合剂包含作为正极活性物质粒子的氢氧化镍粒子、作为导电材料的钴化合物、粘合剂等。上述的粘合剂在使氢氧化镍粒子以及导电材料相互粘接的同时，还起到使氢氧化镍粒子以及导电材料与正极基材粘合的作用。此处，作为粘合剂，可合适地使用通常用于镍氢二次电池的粘合剂。
正极106例如可如下进行制造。
首先，制备包含作为正极活性物质粒子(氢氧化镍粒子)的集合体的正极活性物质粉末、导电材料、水以及粘合剂的正极合剂浆料。将所得到的正极合剂浆料填充在例如发泡镍中，使其干燥。之后，对填充有氢氧化镍粒子等的发泡镍施加辊压以及切割。藉此，得到正极的中间制品。该正极的中间制品整体上成长方形。然后，对该正极的中间制品上要成为正极连接端缘部132所规定的端缘部进行正极合剂的去除，使正极基材成为露出的状态。接着，对去除了正极合剂的端缘部在正极的中间制品的厚度方向上进行压缩加工，制成正极连接端缘部132。通过这样进行压缩加工，正极基材成为稠密的状态，因而该正极连接端缘部132成为容易熔接的状态。此外，有时也通过电阻熔接将镀Ni钢薄板连接在正极连接端缘部132上，变得更易于熔接。由此，得到具有正极连接端缘部132的正极106。此处，作为正极合剂的去除方法，没有特别限定，例如可合适地使用通过施加超声波振动来进行去除的方法。另外，正极连接端缘部132以外的区域为填充有正极合剂的状态。
接着，作为隔膜110，例如可使用对聚酰胺纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的产品、或对聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃纤维制无纺布赋予亲水性官能团而得的产品。
如上制造的正极106以及负极108以隔着上述的隔膜110的状态被卷绕为漩涡状，藉此形成电极组104。具体而言，卷绕时，正极106以及负极108相互在沿着电极组104的轴线方向的方向上配置为稍微偏移的状态，同时这些正极106以及负极108之间在规定位置配置有规定尺寸的隔膜110，在该状态下进行卷绕作业。其结果是，可得到圆柱状的电极组104。作为所得到的电极组104的式样，是在电极组104的一端侧为正极106的正极连接端缘部132比隔着隔膜110相邻的负极108突出的状态，而在电极组104的另一端侧为负极108的负极连接端缘部比隔着隔膜110相邻的正极106突出的状态。
另外，电极组104中，上述的正极106、负极108以及隔膜110通过具有规定的外径尺寸的卷芯而卷绕形成，卷绕作业后，该卷芯被抽出，因此在电极组104的中央形成通孔109。
在这样的电极组104中，在一端侧连接正极集电体128，在另一端侧连接负极集电体。
首先，对负极集电体没有特别限定，优选使用例如以往使用的圆板形状的金属板。准备好的负极集电体被熔接在电极组104的另一端侧的负极连接端缘部上。
接着，对正极集电体128进行说明。
正极集电体128是用导电性材料形成的板状体，对俯视形状没有特别限定，可采用圆板形状、多角形状等任意形状。此外，正极集电体128的大小设定为比电极组104的外径尺寸小、且可覆盖从电极组104的一端侧突出的正极106的正极连接端缘部132的大小。
本实施方式中，如图16所示，使用俯视形状为十边形的板材。具体而言，正极集电体128是整体为十边形的镀Ni钢制薄板，包括位于中央的圆形的中央通孔129、和以包围该中央通孔129的方式放射状延伸的6个狭缝130。狭缝130通过冲切加工形成，优选在狭缝130的边缘部分产生向下方(电极组104一侧)延伸的突起(毛边)。进而，优选通过冲压加工，在中央通孔129周围的规定位置设置向与电极组104侧相反的一侧突出的集电体突起部131。该集电体突起部131的个数没有特别限定，例如优选设置如图16所示的4个。
电池101中，如图15所示，正极集电体128和封口体114之间隔着集电簧片134，该集电簧片134与连接到电极组104的正极106的正极集电体128、和具有正极端子122的封口体114电连接。
集电簧片134由图15可知，具有与封口体114的盖板116连接的顶壁150，与正极集电体128连接的底壁136，和分别存在于顶壁150两侧的端缘146、148以及底壁136两侧的端缘138、140之间的一对侧壁142、144。
参照图17、18对该集电簧片134进行详细说明。另外，还在图17中示出了底壁136在上侧、顶壁150在下侧的状态，在图18中示出了底壁136在下侧、顶壁150在上侧的状态。
由图17可知，底壁136成正方形，在中央设有圆形的底壁通孔151。该底壁通孔151是为了在将碱性电解液注入外装罐102内时，不阻碍碱性电解液向电极组104的供给而设的。此处，参考符号156所示的假想圆表示在进行电阻熔接的情况下成为熔接部的熔接预定部位。在本实施方式中，底壁136的熔接预定部位(底壁熔接预定部)156有4处，以包围底壁通孔151的方式分别位于底壁136的4个拐角部附近。
由图18可知，顶壁150位于与底壁136相对的位置，整体上成长方形。具体而言，顶壁150在其短边方向的中央处被沿着长边方向延伸的狭缝153所分割。即，顶壁150包括分割成的一个第一半体部152和分割成的另一个第二半体部154。
这些第一半体部152以及第二半体部154具体具有与底壁136相对的对向部152c、154c，和自该对向部152c、154c向顶壁150的长边方向延伸的伸出部152a、152b、154a、154b。
在第一半体部152的对向部152c的中央设有面向上述狭缝153的半圆形的第一半圆切口155。此外，在第二半体部154的对向部154c的中央设有面向上述狭缝153的半圆形的第二半圆切口157。这些第一半圆切口155以及第二半圆切口157位于互为对向的位置，整体上形成大致圆形的顶壁通孔159。在集电簧片134与封口体114连接时，该顶壁通孔159与盖板116的中央通孔119连通。
伸出部152a、152b、154a、154b设有向着封口体114一侧突出的簧片突起部158(参照图18)。该簧片突起部158在进行电阻熔接时作为使熔接电流集中的部分使用。即，电阻熔接中，对该簧片突起部158进行加压，在该状态下通过大电流集中流过簧片突起部158而产生的热来熔化簧片突起部158，进行部件之间的熔接。该簧片突起部158成为顶壁150上的熔接预定部位(顶壁熔接预定部)168。
该簧片突起部158例如通过冲压加工形成。另外，图17中的参考符号160表示在伸出部152a、152b、154a、154b上设置簧片突起部158时在簧片突起部158的背侧所产生的凹部。
这些伸出部152a、152b、154a、154b从与底壁136相对的对向部152c、154c向外侧延伸，避免与底壁136重合。因此，在将集电簧片134电阻熔接到封口体114时，可在与底壁136不干涉的条件下使电阻熔接机的电极棒与伸出部152a、152b、154a、154b抵接。此外，通过伸出部152a、152b、154a、154b从与底壁136相对的对向部152c、154c向外侧伸出，藉此在集电簧片134与封口体114连接时起到提高集电簧片134稳定性的作用。
如图17所示，侧壁142、144自底壁136两侧的端缘138、140向顶壁150两侧的端缘146、148延伸。作为侧壁142、144的俯视形状，没有特别的限定，例如可采用矩形、梯形等任意形状。
由表示集电簧片134的剖面的图19可知，集电簧片134具有由侧壁144和第一半体部152(顶壁150)形成的第一拐角部139、由第二半体部154(顶壁150)和侧壁142形成的第二拐角部141、由侧壁142和底壁136形成的第三拐角部147、以及由底壁136和侧壁144形成的第四拐角部149。这些第一～四拐角部139、141、147、149均是形成弯曲形状的圆角。
这样，如果第一～四拐角部139、141、147、149是圆角，则集电簧片134在图19中的箭头U1以及箭头U2方向上受到荷重作用的情况下容易在被压缩的方向上变形。
此外，为了在施加压缩荷重的情况下使集电簧片134的变形更容易发生，侧壁142、144的剖面形状如图19所示优选设为向外侧突出的弯曲形状。
此外，这些侧壁142、144上设有侧壁通孔166、164。
该侧壁通孔166、164为了降低侧壁142、144的变形阻力而设置。此处，变形阻力是指使其变形所需的荷重的大小程度。使其变形所需的荷重的大小越大，则变形阻力越高，使其变形所需的荷重的大小越小，则变形阻力越低。
如上所述，与没有侧壁通孔166、164的侧壁相比，贯穿设置有侧壁通孔166、164的侧壁142、144的变形阻力低。因此，与没有侧壁通孔166、164的侧壁相比，具有侧壁通孔166、164的侧壁142、144可在更低的荷重下变形。即，具有侧壁通孔166、164的侧壁142、144容易变形。
此处，集电簧片134是将集电体128和封口体114之间电连接的部件，其内部流过电流。在集电簧片134内，电流的流动方式并不一样，存在电流密度高的部分和低的部分。即，在侧壁142、144中也存在电流密度高的部分和低的部分。如果在该侧壁142、144的电流密度高的部分设有侧壁通孔166、164，则电流流过的部分的剖面积会减少，电阻值会变高，存在成为阻碍电池1的高效率(日文：高率)放电特性的原因之虞。于是，在本发明中，设置侧壁通孔166、164的位置如下特定。
即，假想了在顶壁150、侧壁142、144以及底壁136延伸的假想线、即以最短距离连接顶壁150的熔接预定部位(顶壁熔接预定部)168和底壁136的熔接预定部位(底壁熔接预定部)156之间的假想线(以下，称为电流通路假想线190)，在避开该电流通路假想线190的位置上设置侧壁通孔166、164。
此处，在某个导电部件中电流从某个部分(一个部分)向别的部分(其它部分)流动的情况下，在一个部分与其它部分之间，电流有通过导电部件内最短距离的倾向。因此，认为沿着以最短距离连接一个部分和其它部分之间的电流通路假想线190的部分的电流密度高，电流密度随着远离该电流通路假想线190而变低。如果在导电部件上设置通孔，则该导电部件的剖面积减少，电阻值变高。认为如果将这样的通孔设置在电流密度变高的部分，则电阻值的增加变得显著。反之认为如果将这样的通孔设置在电流密度低的部分，则电阻值的增加变少。从而，作为设置用于促进侧壁142、144的变形的侧壁通孔166、164的部位，选择对电阻值的增加影响更少的部分是有效的，因此将侧壁通孔166、164设置在避开被认为是电流密度高的部分(如上所述的电流通路假想线190的部分)的位置上。
此外，作为侧壁通孔166、164的形状，没有特别的限定，可采用圆形、楕圆形、圆角长方形、卵形等任意形状。
此外，侧壁通孔166、164可在1个侧壁上至少设置1个，也可在1个侧壁上设置2个以上。
上述集电簧片134例如可如下制造。
首先，通过对金属制的薄板进行加工，准备如图20所示的由俯视形状为大致H形的薄板形成的集电簧片134的中间制品162。另外，该薄板与以往的正极条相比非常厚。该中间制品162的位于两侧部的长条部分是成为第一半体部152的第一半体部预定区域170以及成为第二半体部154的第二半体部预定区域172。与第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的内侧连接的区域是成为侧壁142、144的侧壁预定区域174、176。然后，夹在侧壁预定区域174和侧壁预定区域176之间的区域是成为底壁136的底壁预定区域178。
该中间制品162通过冲压加工在第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的各自的两端部的规定位置上设置簧片突起部158。该簧片突起部158的部分通过电阻熔接进行熔融、成为熔接部。另外，簧片突起部158中，将第一半体部预定区域170的位于图20中上侧的簧片突起部作为簧片突起部158a，将第一半体部预定区域170的位于图20中下侧的簧片突起部作为簧片突起部158b，将第二半体部预定区域172的位于图20中下侧的簧片突起部作为簧片突起部158c，将第二半体部预定区域172的位于图20中上侧的簧片突起部作为簧片突起部158d。
此外，中间制品162通过冲切加工，在第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的侧缘的中央设置第一半圆切口155以及第二半圆切口157，在底壁预定区域178的中央贯穿设置底壁通孔151，在侧壁预定区域174、176的规定位置分别贯穿设置侧壁通孔166、164。
底壁预定区域178的底壁通孔151周围与正极集电体128的集电体突起部131抵接，通过电阻熔接而形成熔接部的预定的底壁熔接预定部156被假想为4处，该底壁熔接预定部156用假想圆表示。另外，底壁熔接预定部156如图20所示，设为以底壁通孔151为中心顺时针存在底壁熔接预定部156a、底壁熔接预定部156b、底壁熔接预定部156c、底壁熔接预定部156d。
本发明中，将侧壁预定区域174、176(侧壁)中沿着图20中的用箭头X表示的方向(从底壁预定区域178向第一半体部预定区域170的方向)的方向设为侧壁的高度方向，将沿着图20中的用箭头Y表示的方向(第一半体部预定区域170中成为第一半体部152的伸出部152a、152b的部分伸出的方向)的方向设为侧壁的宽度方向。于是，将侧壁的高度方向上的侧壁预定区域174、176的长度设为侧壁高度L1，将侧壁的高度方向上的侧壁通孔166、164的长度设为侧壁通孔高度L2，将侧壁的宽度方向上的侧壁预定区域174、176的最大长度设为侧壁最大宽度W1，将侧壁的宽度方向上的侧壁通孔166、164的长度设为侧壁通孔宽度W2。
以下对此处贯穿设置侧壁通孔166、164的规定位置进行说明。
在中间制品162上，假想了连接通过簧片突起部158(顶壁熔接预定部168)和底壁熔接预定部156之间的中间制品162内的最短距离的电流通路假想线190。本实施方式中，假想了连接簧片突起部158a和熔接部预定区域156a的电流通路假想线192、连接簧片突起部158b和熔接部预定区域156b的电流通路假想线194、连接簧片突起部158c和熔接部预定区域156c的电流通路假想线196、以及连接簧片突起部158d和熔接部预定区域156d的电流通路假想线198。
侧壁通孔166、164贯穿设置在避开这些电流通路假想线192、194、196、198的位置上。具体而言，侧壁通孔166、164至少与电流通路假想线192、194、196、198不交叉。而且，侧壁通孔166、164尽可能设在远离电流通路假想线192、194、196、198的位置上。本实施方式中，侧壁通孔166、164设在侧壁的高度方向上的中央部分。认为如果通孔存在于侧壁的高度方向上的中央部分，则与通孔存在于侧壁的高度方向上偏向一方的位置的情况相比更容易使侧壁变形。于是，在位于图20中左侧的侧壁预定区域174中以离电流通路假想线196以及电流通路假想线198等间隔的方式在这些假想线的中间部分贯穿设置左侧的侧壁通孔166，在位于图20中右侧的侧壁预定区域176中以离电流通路假想线192以及电流通路假想线194等间隔的方式在这些假想线的中间部分贯穿设置右侧的侧壁通孔164。
此外，侧壁通孔166、164的大小没有特别限定，侧壁通孔宽度W2的尺寸相对于侧壁最大宽度W1的尺寸优选设在9％以上、60％以下，更优选设在9％以上、40％以下。这是由于侧壁通孔宽度W2的尺寸相对于侧壁最大宽度W1的尺寸低于9％的情况下，集电簧片134不易变形。而在侧壁通孔宽度W2的尺寸相对于侧壁最大宽度W1的尺寸超过60％的情况下，集电簧片134的电阻值变高，如果在40％以下，则可将电阻值的增加率抑制在低水平。
另外，在1个侧壁上设置2个以上侧壁通孔的情况下，侧壁通孔的总宽度尺寸相对于侧壁的最大宽度尺寸优选设在9％以上、40％以下。
在通过实施上述冲压加工以及冲切加工而得的中间制品162上，通过对第一半体部预定区域170和侧壁预定区域176之间假想的弯折假想线180、侧壁预定区域176和底壁预定区域178之间假想的弯折假想线182、底壁预定区域178和侧壁预定区域174之间假想的弯折假想线184、侧壁预定区域174和第二半体部预定区域172之间假想的弯折假想线186的部分进行弯折，就形成如图17、18所示的集电簧片134。另外，优选将侧壁预定区域174、176加工为弯曲形状。
接着，对电池1的组装步骤的一例进行说明。
首先，准备如上所述的电极组104。然后，将负极集电体连接到电极组104的另一端侧后，将该电极组104收纳在外装罐中。然后，在外装罐的底壁上对负极集电体进行电阻熔接。
接着，将正极集电体128载置在电极组104的一端侧，将电极组104的正极连接端缘部132和正极集电体128电阻熔接。此时，电流集中在正极集电体128的狭缝130的毛边和正极连接端缘部132接触的部分而在此处形成熔接部，将正极106的正极连接端缘部132和正极集电体128熔接。
接着，在外装罐102内注入规定量的碱性电解液。被注入外装罐102内的碱性电解液保持在电极组104中，其大部分保持在隔膜110中。该碱性电解液使正极106和负极108之间充放电时的电化学反应(充放电反应)进行。作为该碱性电解液，优选使用含有KOH、NaOH以及LiOH中的至少一种作为溶质的碱性电解液。
另一方面，在其它工序中，将封口体114的盖板116的内表面和集电簧片134的顶壁150电阻熔接，形成封口体114与集电簧片134的复合体。具体而言，将电流集中在作为集电簧片134的顶壁150的第一半体部152以及第二半体部154上的突起部158与封口体114的盖板116的内表面接触的部分而在此处形成熔接部，藉此得到封口体114和集电簧片134熔接而成的复合体。
接着，将上述的复合体载置到正极集电体128的上部。此时，以使集电簧片134的底壁136上的熔接预定部位156与正极集电体128的集电体突起部131接触的方式，以正极集电体128的狭缝130为基准将复合体的位置对齐。此外，在封口体114的盖板116的外周缘上配置绝缘垫圈118，盖板116以隔着该绝缘垫圈118的方式安装到外装罐102的上端开口部上。
之后，在电池101的正极端子122和负极端子之间一边加压一边流过电流，进行电阻熔接(凸焊)。此时，将电流集中在正极集电体128的集电体突起部131与集电簧片134的底壁136上的熔接预定部位156接触的部分而在此处形成熔接部，将正极集电体128和集电簧片134的底壁136熔接。
完成如上所述的熔接后，通过对外装罐102的开口边缘117进行填缝加工，将外装罐102的开口103封口。如此，形成电池101。
在如上所述的电阻熔接时以及填缝加工时，电极组104、正极集电体128、集电簧片134等构成电池101的部件在沿着电池101的轴线的方向上被施加压缩荷重。此处，在使顶壁150和底壁136靠近的方向(图19的箭头U1方向以及箭头U2方向)上受到压缩荷重时，集电簧片134的侧壁142、144容易变形，因此从该侧壁142、144的部分开始变形，集电簧片134作为整体在使顶壁150和底壁136靠近的方向上压瘪。如果像这样使集电簧片134容易变形，则即使在集电簧片134以及正极集电体128上被施加压缩荷重，集电簧片134一方也优先变形，可抑制正极集电体128的变形，可抑制对电极组104的压迫。其结果是，可抑制电池的内部短路的发生。
在本发明中，为了使集电簧片134比正极集电体128更容易变形，因此在集电簧片134的侧壁142、144上设置侧壁通孔164、166，使集电簧片134的变形阻力比正极集电体128的变形阻力小。此处，侧壁通孔164、166设置在集电簧片134上避开电流通路假想线190的位置上，因此可抑制电池101的内部电阻的上升。所以，可维持优异的高效率(日文：高率)放电特性。
因而，根据本发明，可得到维持优异的高效率(日文：高率)放电特性、且内部短路的发生比以往少的二次电池。
另外，近年来，各种设备的小型化不断发展，对小型设备也要求以高效率(日文：高率)放电。随着这样的状况，对小型设备中所使用的称为4/3FA形、AA形(相当于R6形，或相当于单3形(在日本的名称))或AAA形(相当于R03形，或单4形(在日本的名称))的小型电池也要求以更高效率(日文：高率)放电。
但是，这些小型电池与D形(相当于R20形，或相当于单1形(在日本的名称))或C形(相当于R14形，或相当于单2形(在日本的名称))的大型电池的情况相比，集电簧片必须小型化。随着集电簧片的小型化，集电簧片的柔性下降，因此在电池的轴线方向上被施加压缩荷重时，不能使集电簧片充分变形，荷重会直接作用于集电体上。这样，正极集电体会发生变形，压迫电极组而更容易发生短路。此外，由于小型电池中电极组的卷绕数少，因此电极组本身的轴线方向上的强度也变低。因此，为了得到优异的高效率(日文：高率)放电特性而使用单纯小型化了的集电簧片的小型电池与大型电池相比，更容易发生随着正极集电体的变形而引起的短路。
对于这样的状况，本发明通过使集电簧片优先变形，抑制了正极集电体的变形，藉此可回避对电极组的压迫，由此尤其对抑制高效率(日文：高率)放电特性优异的小型电池、具体而言是直径18mm以下的电池的短路发生是有效的。
[实施例]
实施例1
准备通常的镍氢二次电池所使用的正极6、负极8以及隔膜10。这些正极6、负极8以及隔膜10分别制成带状。在准备好的正极6以及负极8之间隔着隔膜10的状态下，卷绕为漩涡状，形成AA尺寸用的电极组4。卷绕时，正极6以及负极8相互在沿着电极组4的轴线方向的方向上配置为稍微偏移的状态，同时在这些正极6以及负极8之间的规定位置上配置隔膜10，在该状态下进行卷绕作业，得到圆柱状的电极组4。所得到的电极组4在电极组4的一端侧为正极6的正极连接端缘部32比隔着隔膜10相邻的负极8突出的状态，在电极组4的另一端侧为负极8的负极连接端缘部比隔着隔膜10相邻的正极6突出的状态。
接着，准备制成圆板形状、由镀Ni钢薄板构成的AA尺寸用的负极集电体。将该负极集电体熔接在电极组4的负极连接端缘部上。
接着，准备如图2所示的、整体上制成十边形的AA尺寸用的正极集电体28，该正极集电体28包括位于中央的圆形的中央通孔29、和以包围该中央通孔29的方式放射状延伸的6个狭缝30。该正极集电体28由对碳含量为0.04质量％的钢薄板实施镀Ni而成的镀Ni钢板构成。该正极集电体28的厚度为0.40mm。将该厚度的值作为集电体的厚度，示于表1。
接着，准备对碳含量为0.04质量％的钢薄板实施镀Ni而成的镀Ni钢板。该镀Ni钢板的厚度为0.30mm。然后，通过对该镀Ni钢板进行冲切加工，制造如图5所示的大致为H形的集电簧片的中间制品62。在该中间制品62的中央贯穿设置通孔54，并在规定位置上通过冲压加工形成突起部56、58。然后，通过对假想线80、82、84、86的部分进行弯折，形成如图3所示的集电簧片34。此处，假想线80、82、84、86的部分被弯折成曲率半径达到0.90mm。藉此，集电簧片34的第一～四拐角部39、41、47、49均成为曲率半径为0.90mm的圆角。另外，将该集电簧片34的制造中所使用的镀Ni钢板的厚度值作为集电簧片34的厚度示于表1。
接着，将熔接了负极集电体的电极组4收纳在有底圆筒形状的外装罐2中。然后，将外装罐2的底壁的内表面和负极集电体熔接。
接着，在电极组4的上端部配置压力传感器，以使其可测定电极组4被施加的压缩荷重。另外，该压力传感器的信号线从预先贯穿设置于外装罐2的规定位置上的孔导出到外部，与压缩荷重的测定装置连接。然后，在压力传感器之上载置正极集电体28，再于正极集电体28之上载置集电簧片34，制造测定作用于电极组4的压缩荷重的荷重测定用电池的中间制品。然后，将该荷重测定用的电池的中间制品设置在电阻点焊机上，在不流通熔接电流的情况下，在电池的中间制品的轴线方向上施加与熔接时相同的压缩荷重25kgf荷重，进行第一模拟电阻点焊。接着，将封口体14隔着绝缘垫圈18配置于电池的中间制品的外装罐2的上端开口部上。此时，是封口体14与集电簧片34接触的状态。然后，将该状态的荷重测定用的电池的中间制品再次设置在电阻点焊机上，在不流通熔接电流的情况下，在电池的中间制品的轴线方向上施加与熔接时相同的压缩荷重25kgf荷重，进行第二模拟电阻点焊。之后，对外装罐2的开口边缘17进行填缝加工，将外装罐2的开口3封口，制造荷重测定用的电池。通过该第二模拟电阻点焊以及填缝加工，被配置在外装罐2的上端开口部上的封口体14向电极组4侧下降了0.60mm。
使用上述的荷重测定用的电池的中间制品，通过用电阻点焊机进行的加压作业以及填缝加工，测定电极组4被施加的压缩荷重。然后，将该测定值中的最大值作为对电极组所施加的最大荷重，示于表1。
实施例2
除了以使集电簧片34的第一～四拐角部39、41、47、49的曲率半径达到0.70mm的圆角的方式形成集电簧片34以外，以与实施例1相同的方式，制造荷重测定用的电池。
实施例3
除了以使集电簧片34的第一～四拐角部39、41、47、49的曲率半径达到0.40mm的圆角的方式形成集电簧片34以外，以与实施例1相同的方式，制造荷重测定用的电池。
比较例1
除了以使集电簧片34的第一～四拐角部39、41、47、49不为圆角、而是直角的方式形成集电簧片34以外，以与实施例1相同的方式，制造荷重测定用的电池。
此外，对于对实施例1～3的封口体14、集电簧片34、正极集电体28以及电极组4进行电阻点焊以及填缝加工前的状态(以下，称为变形前的状态)、以及封口体下降0.6mm后的状态即进行了电阻点焊以及填缝加工后的状态(以下，称为变形后的状态)的形状进行分析。该分析结果示于图14。14(a)表示曲率半径为0.90mm的实施例1的结果，图14(b)表示曲率半径为0.70mm的实施例2的结果，图14(c)表示曲率半径为0.40mm的实施例3的结果。然后，上段表示变形前的状态，下段表示变形后的状态。
Figure GDA0002772070910000301
实施例4
(1)集电簧片的制造
准备对相当于所谓的SPCC(冷轧钢板)的钢薄板实施厚度为2μm的镀Ni而成的镀Ni钢板。该镀Ni钢板的厚度为0.30mm。然后，通过对该镀Ni钢板进行冲切加工以及加压加工，制造如图20所示的大致为H形的集电簧片的中间制品162。该中间制品162中，在其中央贯穿设置有通孔151，在两侧的第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的规定位置上贯穿设置有第一半圆切口155以及第二半圆切口157，在侧壁预定区域174、176的规定位置上贯穿设置圆角长方形的侧壁通孔166、164。此外，在第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的规定位置上形成簧片突起部158。在实施例4中，侧壁通孔166、164以不与电流通路假想线192、194、196、198交叉的方式避开这些电流通路假想线192、194、196、198的位置而贯穿设置。
此处，中间制品162的各部分的尺寸记载如下。
侧壁最大宽度W1为8.18mm，侧壁通孔宽度W2为1.5mm，侧壁高度L1为3.46mm，侧壁通孔高度L2为0.6mm。然后，底壁预定区域178的用箭头X表示的方向上的长度L3为6.4mm，第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的用箭头X表示的方向上的长度L4为3.1mm，底壁预定区域178的用箭头Y表示的方向上的长度W3为7.5mm，第一半体部预定区域170以及第二半体部预定区域172的用箭头Y表示的方向上的长度W4为12.4mm。此外，底壁通孔151、第一半圆切口155以及第二半圆切口157的半径为1.5mm。
接着，通过对弯折假想线180、182、184、186的部分进行弯折，形成如图17、18所示的拐角部成为弯曲的圆角的集电簧片134。
对所得到的集电簧片134进行电流分布的分析，进行电流密度的可视化。所得到的电流分布的分析结果示于图21、22。在该图21、22中，通过灰色的深浅来表示电流密度的高低，灰色越深则电流密度越高，灰色越浅则电流密度越低。
此外，对所得到的集电簧片134测定顶壁部150和底壁部136之间的电阻值。其结果是，实施例1的集电簧片134的电阻值为0.35mΩ。
(2)电池的制造
准备通常的镍氢二次电池所使用的正极106、负极108以及隔膜110。这些正极106、负极108以及隔膜110分别制成带状。在准备好的正极106以及负极108之间隔着隔膜110的状态下，卷绕为漩涡状，形成4/3FA尺寸用的电极组104。卷绕时，正极106以及负极108相互在沿着电极组104的轴线方向的方向上配置为稍微偏移的状态，同时在这些正极106以及负极108之间的规定位置上配置隔膜110，在该状态下进行卷绕作业，得到圆柱状的电极组104。所得到的电极组104在电极组104的一端侧为正极106的正极连接端缘部132比隔着隔膜110相邻的负极108突出的状态，而在电极组104的另一端侧为负极108的负极连接端缘部比隔着隔膜110相邻的正极106突出的状态。
接着，准备制成圆板形状、由镀Ni钢薄板构成的4/3FA尺寸用的负极集电体。将该负极集电体熔接在电极组104的负极连接端缘部上。
接着，准备如图16所示的、整体上制成十边形的4/3FA尺寸用的正极集电体128，该正极集电体128包括位于中央的圆形的中央通孔129、和以包围该中央通孔129的方式放射状延伸的6个狭缝130。该正极集电体128由对相当于所谓的SPCC(冷轧钢板)的钢薄板实施镀Ni而成的镀Ni钢板形成。该正极集电体128的厚度为0.40mm。
接着，将熔接了负极集电体的电极组104收纳在有底圆筒形状的外装罐102中。然后，将外装罐102的底壁的内表面和负极集电体熔接。
接着，将正极集电体128载置在电极组104的上端部，将电极组104的正极连接端缘部132和正极集电体128电阻熔接。
接着，在外装罐102内注入规定量的含有KOH作为溶质的碱性电解液。
接着，将如上所述制造的集电簧片134与封口体114电阻熔接，形成封口体114与集电簧片134的复合体。具体而言，将电流集中在作为集电簧片134的顶壁150的第一半体部152以及第二半体部154上的突起部158与封口体114的盖板116的内表面接触的部分而在此处形成熔接部，藉此得到封口体114和集电簧片134熔接而成的复合体。
将所得到的复合体载置到正极集电体128的上部。此时，以使集电簧片134的底壁136上的熔接预定部位156与正极集电体128的集电体突起部131接触的方式，以正极集电体128的狭缝130为基准将复合体的位置对齐。此外，在封口体114的盖板116的外周缘上配置绝缘垫圈118。藉此，盖板116成为隔着该绝缘垫圈118被安装到外装罐102的上端开口部上的状态。
之后，在封口体114的正极端子122和负极端子之间一边加压一边流过电流，进行电阻熔接(凸焊)。此时，电流集中在正极集电体128的集电体突起部131与集电簧片134的底壁136上的熔接预定部位156接触的部分而在此处形成熔接部，将正极集电体128和集电簧片134的底壁136熔接。
完成如上所述的熔接后，通过对外装罐102的开口边缘117进行填缝加工，将外装罐102的开口103封口。如此，制造电池101。
对所得到的电池101进行X射线拍摄，观察内部的正极连接端缘部132的状态。观察的结果是，在正极连接端缘部132没有发现引发短路程度的压弯。
实施例5
除了不设置侧壁通孔以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。该集电簧片的电流分布的分析结果示于图23、24。此外，实施例5的集电簧片的电阻值为0.31mΩ。
接着，使用该实施例5的不具有侧壁通孔的集电簧片以与实施例4相同的方式制造电池。
对所得到的电池进行X射线拍摄，进行内部状态的观察的结果是，在电极组104的正极连接端缘部132的一部分发现压弯。
实施例6
除了将侧壁通孔宽度W2设为6.0mm、将侧壁通孔高度L2设为0.8mm、以与电流通路假想线190交叉的方式形成侧壁通孔以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。该集电簧片的电流分布的分析结果示于图25、26。此外，实施例6的集电簧片的电阻值为0.95mΩ。
接着，使用该实施例6的集电簧片以与实施例4相同的方式制造电池。
对所得到的电池进行X射线拍摄，进行内部状态的观察的结果是，在正极连接端缘部132没有发现引发短路程度的压弯。
实施例7
除了将侧壁通孔高度L2设为0.31mm、将侧壁通孔宽度W2设为1.54mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为9％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为19％。
对所得到的集电簧片测定顶壁部150和底壁部136之间的电阻值。由所得到的测定结果求出以实施例5的电阻值为基准时的电阻值增加率。实施例7的集电簧片的电阻值增加率为2.8％。
接着，以与实施例4相同的方式，准备熔接了负极集电体以及正极集电体的状态的电极组104。
在准备好的电极组104的正极集电体的上部载置实施例7的集电簧片。对该状态的电极组104以及集电簧片在沿着电极组104的轴线方向的方向上施加压缩加重，在电极组104的正极连接端缘部132压弯时停止施加压缩加重。然后，回收压瘪的集电簧片，从压瘪前的集电簧片的高度方向H(参照图19)的尺寸中减去压瘪后的集电簧片的高度方向H的尺寸，求出高度方向H的压瘪长度，将该压瘪长度作为集电簧片压瘪量。实施例7的集电簧片压瘪量为0.87mm。
实施例8
除了将侧壁通孔高度L2设为0.31mm、将侧壁通孔宽度W2设为3.03mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为9％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为37％。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例8中，集电簧片的电阻值增加率为5.6％，集电簧片压瘪量为1.09mm。
实施例9
除了将侧壁通孔高度L2设为0.31mm、将侧壁通孔宽度W2设为4.67mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为9％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为57％。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例9中，集电簧片的电阻值增加率为19.4％，集电簧片压瘪量为1.12mm。
实施例10
除了将侧壁通孔高度L2设为0.31mm、将侧壁通孔宽度W2设为6.14mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为9％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为75％。另外，在该实施例10中，侧壁通孔与电流通路假想线90交叉。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例10中，集电簧片的电阻值增加率为47.2％，集电簧片压瘪量为1.20mm。
实施例11
除了将侧壁通孔高度L2设为0.62mm、将侧壁通孔宽度W2设为3.03mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为18％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为37％。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例11中，集电簧片的电阻值增加率为6.5％，集电簧片压瘪量为1.05mm。
实施例12
除了将侧壁通孔高度L2设为0.93mm、将侧壁通孔宽度W2设为3.03mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为27％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为37％。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例12中，集电簧片的电阻值增加率为7.4％，集电簧片压瘪量为1.07mm。
实施例13
除了将侧壁通孔高度L2设为1.25mm、将侧壁通孔宽度W2设为3.03mm以外，以与实施例4相同的方式制造集电簧片。此处，此时的侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例为36％，侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为37％。
然后，以与实施例7相同的方式，求出集电簧片的电阻值增加率以及集电簧片压瘪量。在实施例13中，集电簧片的电阻值增加率为8.3％，集电簧片压瘪量为1.09mm。
根据上述的实施例5、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10的结果，将侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例固定为9％、使侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例变化的情况下的集电簧片的电阻值增加率的变化示于图27，使侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例变化的情况下的集电簧片压瘪量的变化示于图28。在图27中，将纵轴设为集电簧片的电阻值增加率[％]，将横轴设为侧壁通孔的宽度比例[％]。在图28中，将纵轴设为集电簧片的压瘪量[mm]，将横轴设为侧壁通孔的宽度比例[％]。
此外，根据上述的实施例5、实施例8、实施例11、实施例12、实施例13的结果，将侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例固定为37％、使侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例变化的情况下的集电簧片的电阻值增加率的变化示于图29，使侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例变化的情况下的集电簧片压瘪量的变化示于图30。另外，在图29中，将纵轴设为集电簧片的电阻值增加率[％]，将横轴设为侧壁通孔的高度比例[％]。此外，在图30中，将纵轴设为集电簧片的压瘪量[mm]，将横轴设为侧壁通孔的高度比例[％]。
其中，实施例5由于不包括侧壁通孔，因此侧壁通孔高度L2相对于侧壁高度L1的比例以及侧壁通孔宽度W2相对于侧壁最大宽度W1的比例为0％。此外，实施例5的集电簧片压瘪量为0.54mm。
[考察]
(1)与以往的正极条的厚度相比，实施例1～3以及比较例1的集电簧片的厚度非常厚。因此，认为与以往的电池相比，使用集电簧片的实施例1～3以及比较例1的电池的内部电阻值低，基本上在高效率(日文：高率)放电特性方面均优异。
(2)比较例1中对电极组所施加的最大荷重为90.0kgf，是比实施例1～3高的值。认为由于比较例1的集电簧片的拐角部是直角，因此在电阻点焊以及填缝加工时不易变形，对电池的轴线方向上所施加的压缩荷重几乎直接传递至电极组。
另一方面，实施例1～3中，对电极组所施加的最大荷重是比比较例1低的值。由于实施例1～3的集电簧片的拐角部为圆角，因此在电阻点焊以及填缝加工时优先变形。所以，认为对电池的轴线方向上所施加的压缩荷重被集电簧片的部分所缓和，对电极组所施加的最大荷重较低。
根据以上，认为将集电簧片的拐角部设为圆角可在施加压缩荷重的情况下使集电簧片优先变形、使电极组受到的荷重较小，因此对抑制内部短路的发生有贡献。
(3)此处，如果对电极组所施加的最大荷重超过50.0kgf，则正极集电体的变形增大，对电极组的压迫程度变高。认为其结果是正极或负极弯曲所导致的内部短路的发生变多。如果对电极组所施加的最大荷重在50.0kgf以下，则可使正极集电体的变形所导致的对电极组的压迫程度也在充分允许的范围内，正极或负极的弯曲所导致的内部短路的发生也可得到抑制。
因而，为了将可抑制内部短路发生的对电极组所施加的最大荷重设在50.0kgf以下，根据表1的结果，可以说将集电簧片的曲率半径设在0.70mm以上是优选的。
这样，集电簧片的曲率半径优选较大。但是，如果集电簧片的曲率半径变得过大，则难以形成规定形状的集电簧片。此外，如果集电簧片的曲率变得半径过大，则集电簧片过于容易变形，在电阻点焊时存在发生无法得到所需荷重这样的不良之虞。因此，优选对电极组施加电阻点焊所需的荷重25kgf以上的荷重。为了使对电极组所施加的最大荷重在25kgf以上，优选将集电簧片的曲率半径设在1.2mm以下。
(4)此外，根据示出对集电簧片34、正极集电体28以及电极组4进行电阻点焊以及填缝加工前后的形状的分析结果的图14，在集电簧片34的曲率半径为0.40mm的实施例3中，集电簧片34本身的变形量不大，但集电体28以及电极组4(正极连接端缘部32)上发现变形。
另一方面，与实施例3相比，在曲率半径为0.70mm的实施例2或曲率半径为0.90mm的实施例1中，集电簧片34本身的变形的变形量大。但是，几乎没有发现集电体28以及电极组4(正极连接端缘部32)的变形。
由此认为，集电簧片34的曲率半径越大则可抑制电极组4的变形，更优选将曲率半径设在0.70mm以上。
(5)如上所述，通过将集电簧片的拐角部设为圆角可得到实现维持优异的高效率(日文：高率)放电特性且抑制内部短路的发生的效果。然后，可以说通过对圆角的曲率半径的范围进行一定程度的限制能进一步提高该效果。
(6)关于实施例5
实施例5的集电簧片是没有在侧壁贯穿设置侧壁通孔的集电簧片，其电阻值为0.31mΩ。对示出该实施例5的集电簧片的电流分布的分析结果的图23、24进行确认发现，在侧壁142、144上呈现少量的色调变化，侧壁142、144的中央部分的灰色的色调浅，越远离侧壁142、144的中央部分则灰色的色调越深。因而可知，越是远离侧壁142、144的中央部分则流过的电流越大。此外，使用该实施例5的集电簧片制造的电池在电极组104的正极连接端缘部132的一部分发现压弯的部分，与没有发现引发短路程度的压弯的实施例4的电池相比，包括实施例5的集电簧片的电池有引发内部短路之虞。
(7)关于实施例6
实施例6的集电簧片在侧壁贯穿设置有侧壁通孔，因而容易变形。因此，包括实施例6的集电簧片的电池在制造过程中该集电簧片优先变形，因而可抑制电极组的正极连接端缘部的过度变形。这可通过在包括实施例6的集电簧片的电池的内部状态的观察结果中没有在正极连接端缘部32上发现引发短路程度的压弯的情况来明了。由此认为包括实施例6的集电簧片的电池与包括实施例5的集电簧片的电池相比，更不易发生内部短路。另一方面，参见示出实施例6的集电簧片的电流分布的分析结果的图25、26，则发现与侧壁通孔164、166邻接的侧壁142、144变细的部分的灰色色调极其深。实施例6的集电簧片的侧壁通孔164、166是以与电流通路假想线190的部分交叉的方式设置的，因此电流流动的范围狭窄，电流密度大为增加。其结果是，实施例6的集电簧片整体的电阻值增大。这可通过实施例6的集电簧片的电阻值为0.95mΩ、与实施例5的集电簧片的电阻值相比大幅增加的情况来明了。电阻值这样增大的话，则包括实施例6的集电簧片的电池比包括实施例5的集电簧片的电池的高效率(日文：高率)放电特性差。即，可以说实施例6的集电簧片在电池的内部短路的抑制上是有效的，但不太有助于电池的高效率(日文：高率)放电特性的提高。
(8)关于实施例4
实施例4的集电簧片的电阻值为0.35mΩ，与实施例5的集电簧片相比，电阻值仅稍微增加。因而认为包括实施例4的集电簧片的电池显示出与包括实施例5的集电簧片的电池同等的高效率(日文：高率)放电特性。此处，参见示出实施例4的集电簧片的电流分布的分析结果的图21、22，则实施例4的集电簧片的色调的变化与实施例5的集电簧片的色调的变化几乎相同，实施例4的集电簧片和实施例5的集电簧片的电流密度为相同程度。另一方面，与实施例6的集电簧片的电流分布相比，实施例4的集电簧片在避开电流通路假想线190的位置上设有侧壁通孔164、166，因此没有发现实施例6的集电簧片那样程度的电流密度的增加。此外，实施例4的集电簧片在侧壁142、144上贯穿设置侧壁通孔164、166，因此容易变形。所以，包括实施例4的集电簧片的电池在电极组104的正极连接端缘部132上没有发现引发短路程度的压弯。因而认为包括实施例4的集电簧片的电池与包括实施例5的集电簧片的电池相比，更不易发生内部短路。
根据以上，由于实施例4的集电簧片在侧壁上避开电流通路假想线的位置上设有侧壁通孔，因此在可抑制随着电流密度增加而产生的电阻值增加的同时还容易变形。所以，实施例4的集电簧片在维持与不具有侧壁通孔的集电簧片同等的电阻值的状态下，在电池的制造时优先变形，抑制电极组的正极连接端缘部的变形或压弯。其结果可以说实施例4的集电簧片对维持电池的优异的高效率(日文：高率)放电特性且抑制电池中的内部短路的发生是有效的。
(9)关于侧壁通孔的宽度比例
由示出侧壁通孔的宽度比例和集电簧片的电阻值增加率之间关系的图27可知，随着侧壁通孔的宽度变大，集电簧片的电阻值增加。由该图27可知，在侧壁通孔的宽度比例在60％以下的情况下，电阻值增加率为23％以下的较低水平，可减少对高效率(日文：高率)放电特性的影响；在侧壁通孔的宽度比例在40％以下的情况下，电阻值增加率为低于7％的非常低的水平，可极度减少对高效率(日文：高率)放电特性的影响。因而，可以说侧壁通孔的宽度比例优选设在60％以下，更优选设在40％以下。
如果集电簧片在电池的组装工序中压瘪、集电簧片的压瘪量变大，则由于位于集电簧片的下部的正极集电体被施加负荷，电极组的正极连接端缘部压弯而容易产生内部短路。集电簧片的侧壁通孔的尺寸越大则越容易压瘪。因此，在侧壁通孔的尺寸为第一尺寸的第一集电簧片、和侧壁通孔的尺寸比第一尺寸小的第二尺寸的第二集电簧片压瘪时的压瘪量相同的情况下，具有更大第一尺寸的侧壁通孔的第一集电簧片一方比第二集电簧片更容易压瘪(容易变形)，因而对正极集电体的负荷小。因此，与使用第二集电簧片的情况相比，使用第一集电簧片的情况更不易发生正极连接端缘部的压弯。图28示出了侧壁通孔的宽度比例和集电簧片的压瘪量之间的关系。将发生正极连接端缘部压弯的区域作为不良区域，在图28的图线中用网格线表示。在电池的制造过程中集电簧片压瘪，但集电簧片的压瘪量必须不落入发生正极连接端缘部压弯的不良区域。此外，通常，电池的外装罐内配置了集电簧片的正极集电体和封口体之间的空间在电池的组装时在电池的轴线方向上最大压缩0.7mm。因此，集电簧片即使压瘪0.7mm也必需避免落入不良区域。此处，见图28，在集电簧片的侧壁通孔的宽度比例为0％(没有侧壁通孔)的情况下，集电簧片的压瘪量为0.7mm则正极连接端缘部压弯而完全落入不良区域。但是可知，如果侧壁通孔的宽度比例在9％以上，则即使集电簧片压瘪0.7mm也能够避免落入不良区域。因而，可知将侧壁通孔的宽度比例设在9％以上对于抑制正极连接端缘部的压弯的发生是有效的。
根据以上，可以说侧壁通孔的宽度比例优选设在9％以上、60％以下，更优选设在9％以上、40％以下。
(10)关于侧壁通孔的高度比例
由示出侧壁通孔的高度比例和集电簧片的电阻值增加率之间关系的图29可知，即使侧壁通孔的高度尺寸变大，集电簧片的电阻值的增加率的变化也小。
图30示出了侧壁通孔的高度比例和集电簧片的压瘪量之间的关系。将发生正极连接端缘部压弯的区域作为不良区域，在图30的图线中用网格线表示。由该图30可知，如果集电簧片的侧壁通孔的高度比例在3％以上，则可避免落入不良区域。
从图30可知，侧壁通孔的高度比例比侧壁通孔的宽度比例对集电簧片的压瘪量的影响少。因此，可以说集电簧片的侧壁通孔的高度比例对维持电池的优异的高效率(日文：高率)放电特性且抑制电池中的内部短路发生的本发明效果的影响少。因而，可以说集电簧片的侧壁通孔高度只要考虑集电簧片的制造难易度即可。
另外，本发明不受上述的实施方式以及实施例所限定，能够进行各种变形，例如，电池的种类不限于镍氢二次电池，还可以是镍镉二次电池、锂离子二次电池等。此外，本发明中电池的形状没有特别限定，可以是圆筒形二次电池，也可以是方形二次电池。

Claims (4)

1.一种集电簧片(34)，其为用于连接包括端子的封口体(14)和安装在电极组(4)上的集电体(28)而隔在所述封口体(14)和所述集电体(28)之间的二次电池用的集电簧片(34)，
其特征在于，
具有位于所述封口体一侧的顶壁(36)、与所述顶壁(36)相对且位于所述集电体(28)一侧的底壁(50、52)、和在所述顶壁(36)的侧缘与所述底壁(50、52)的侧缘之间延伸且互为对向的一对侧壁(42、44)，
由所述顶壁(36)和所述侧壁(42、44)形成的拐角部(39，41)以及由所述底壁(50、52)和所述侧壁(42、44)形成的拐角部(47、49)均为弯曲的圆角，
在将组装二次电池时的所述封口体(14)的下降量作为A、将构成所述集电簧片(34)的材料的厚度作为B、将所述集电体(28)的厚度作为C的情况下，所述圆角的曲率半径的最低限度所需值Dmin满足下式所示的关系；
Figure FDA0002772070900000011
其中，α、β、γ以及δ的各常数分别为α＝-13.128、β＝-4.8986、γ＝20.978、δ＝6.8538，B以及C满足B＞0.25mm，0.25mm＜C≤0.40mm的关系。
2.如权利要求1所述的集电簧片，
其特征在于，
在构成所述集电簧片(34)的材料的厚度为0.30mm、组装二次电池时的所述封口体(14)的下降量为0.6mm的情况下，所述圆角的曲率半径D满足0.7mm≤D≤1.2mm的关系。
3.如权利要求1所述的集电簧片，
其特征在于，
所述顶壁包括与所述封口体熔接时形成熔接部的顶壁熔接预定部，
所述底壁包括与所述集电体熔接时形成熔接部的底壁熔接预定部，
在假想了在所述顶壁、所述侧壁以及所述底壁延伸的假想线、即以最短距离连接所述顶壁熔接预定部和所述底壁熔接预定部之间的假想线的情况下，所述侧壁具有贯穿设置在避开所述假想线的位置上的侧壁通孔。
4.包括集电簧片的二次电池的制造方法，其具备
准备集电簧片(34)的集电簧片准备工序，
准备正极(6)以及负极(8)隔着隔膜(10)叠合而成的电极组(4)的电极组准备工序，
在外装罐(2)内收纳所述电极组(4)的电极组收纳工序，
对所述电极组(4)和载置于所述电极组(4)之上的集电体(28)之间、所述集电体(28)和载置于所述集电体(28)之上的所述集电簧片(34)之间、以及所述集电簧片(34)和载置于所述集电簧片(34)之上的包括端子的封口体(14)之间一边加压一边熔接的熔接工序，和
将所述封口体(14)在所述外装罐(2)上进行填缝加工而安装、将所述外装罐(2)封口的封口工序，
其中，所述集电簧片准备工序准备权利要求1～3中任一项所述的集电簧片(34)。
CN201810084832.4A 2017-01-30 2018-01-29 集电簧片以及包括该集电簧片的二次电池的制造方法 Active CN108376758B (zh)

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