CN1841831B - 电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使将隔膜配置到将基板的活性物质未充填部沿着极板的宽度方向压缩而形成的引片部的端部，也不会发生短路和与集电体的焊接不良，从而提高了信赖性的电池的制造方法。本发明是将如下的电极组与电解液一同收容在外装罐内的电池的制造方法，所述电极组是将在由发泡镍构成的电极基板(11a)的端部形成有活性物质未充填部的正极板(11)和负极板(12)，夹隔隔膜(13)而相对配置形成的，该电池制造方法包括：电极组形成工序，在将隔膜(13)配置在正极板(11)与负极板(12)之间后，将它们卷绕成涡旋状来形成电极组；引片部形成工序，在电极组卷绕成涡旋状的状态下，压缩活性物质未充填部(11c)来形成引片部(11d)；电极体形成工序，将正极集电体焊接到引片部(11d)上来形成电极体。

Description

电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及镍-镉蓄电池和镍-氢蓄电池等的碱性蓄电池或者锂离子电池等的电池，特别涉及一种将如下的电极组与电解液一同收容在外装罐内的电池的制造方法。所述电极组是将在由发泡镍构成的基板的端部形成有活性物质未充填部的正极板和负极板，夹隔隔膜而相对配置形成的。
背景技术
作为电动汽车、电动摩托、助力自行车或者电动工具等所应用的大电流电池，使用了镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池等的碱性蓄电池。作为这种用途而使用的碱性蓄电池被要求具有高输出特性、高能量密度。为了实现高输出特性则需要集电部件的低电阻化等，因此，需要使集电体和电极板端部的电极基板紧密地接触。而且，由于因振动会有集电体脱落之虞，所以，需要增强集电体和电极基板的焊接强度。
这种碱性蓄电池通常是以下述方法制作的，即在夹隔隔膜将正极板和负极板以涡旋状进行卷绕而形成电极组之后，将该电极组的负极板的电极基板焊接在负极集电体上，同时将正极板的电极基板焊接在正极集电体上。然后，将该电极组插入到兼作负极端子的金属制外装罐中，并将负极集电体焊接在金属制外装罐的底部，同时将从正极集电体延伸突出的集电引线部焊接到兼作正极端子的封口体的底部，然后注入电解液，并通过绝缘垫圈将封口体安装到外装罐的开口部分，来进行密封。
为了进一步提高这些碱性蓄电池的生产率，使用了发泡镍来作为镍正极的电极基板。可是，在将使用发泡镍作为电极基板的镍正极焊接到正极集电体上时，由于发泡镍具有高多孔性且密度小的性质，所以，很难将其直接焊接到正极集电体上。因此，一般采用的方法是，在发泡镍的端部上焊接带状的引片，然后将正极集电体焊接在该引片上。
但是，由于将带状的引片焊接到发泡镍的端部十分繁杂、效率低下，所以，希望能够直接将集电体焊接到由发泡镍构成的电极基板上。因此，例如在专利文献1(特开昭62-136759号公报)等中公开了直接将集电体焊接到由发泡镍构成的电极基板上的技术。在该专利文献1所公开的方法中，是通过压缩(例如压缩至1/10)由发泡镍构成的电极基板的没有充填活性物质的部分，来形成由致密部分构成的引片部，然后将集电体焊接到该由致密部分构成的引片部上。
(专利文献1)特开昭62-136759号公报
可是，为了使电池实现高容量化、高输出化，需要有效地使用电池内的空间容积，因此希望加宽极板宽度(高度)、增大正极板和负极板的对置面积。为此，需要减少电极基板的未充填活性物质的部分，尽量增大正极板和负极板的相对面积。因此，如图5(a)所示，将由发泡镍构成的电极基板11a的未充填活性物质11b的部分(活性物质未充填部)向极板的宽度方向压缩，来形成由致密部分构成的引片部11k，从而形成正极板11。然后，在获得的正极板11的两面上叠加配置隔膜13直至引片部11k的端部，并在将负极板12叠加在其上，卷绕成涡旋状之后，将集电体15(参照图1)焊接到引片部11k上。
可是，如上所述，如果使隔膜13位于直至正极板11的引片部11k的端部位置的地方，则如图5(a)所示，由于卷绕错位，有时会发生隔膜13的一部分比引片部11k突出的情况，因此会形成突出部13c。该情况下，如果形成了比引片部11k突出的突出部13c，则在将集电体15(参照图1)配置在其上进行焊接之际，会使得突出部13c夹在引片部11k和集电体15之间，从而产生会发生焊接不良的问题。
因此，为了不发生隔膜13的一部分比引片部11k突出的情况，如图5(b)所示，以隔膜13的上端部的位置比引片部11k的端部短t4的方式来配置隔膜13。但是，如果以隔膜13的上端部的位置比引片部11k的端部短t4的方式来配置隔膜13，则正极板11的由隔膜13覆盖的面积会减少。因此，在使电池下落的时候，极板的一部分会由于下落冲击而弯折，或者产生活性物质的脱落，使得正极板11和负极板12接触，从而发生导致短路的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点的发明，其目的在于提供一种即使将隔膜配置到引片部的端部为止，也不会产生短路，并且不会发生与集电体的焊接不良，从而提高了可信性的电池的制造方法，其中，所述引片部是将由发泡镍构成的电极基板的活性物质未充填部向极板的宽度方向压缩而形成的。
本发明涉及一种将如下的电极组与电解液一同收容在外装罐内的电池的制造方法，所述电极组是将在由发泡镍构成的电极基板的端部形成有活性物质未充填部的正极板和负极板，夹隔隔膜而相对配置形成的，该电池的制造方法包括：电极组形成工序，在将隔膜配置在正极板与负极板之间后，将它们卷绕成涡旋状来形成电极组；引片部形成工序，在电极组卷绕成涡旋状的状态下，压缩活性物质未充填部来形成引片部；电极体形成工序，将正极集电体焊接到引片部，形成电极体。
这样，如果具有引片部形成工序，即在电极组卷绕成涡旋状的状态下，压缩活性物质未充填部来形成引片部的步骤，则即使在电极组的卷绕时发生卷绕错位，使得隔膜的一部分从活性物质填充部突出，延伸至未充填部的中途，也会在压缩活性物质未填充部来形成引片部之际，使该突出的部分从该极板向外侧弯折。由此，由于在将引片部焊接到集电体上时，隔膜突出的部分不会夹在引片部与集电体之间，所以，不会发生与集电体的焊接不良。
另外，如果在将隔膜配置于正极板和负极板之间时，以隔膜的上端部位于活性物质未充填部的下端部的方式来进行配置，则即使受到下落的冲撞使得极板的一部分弯折，或者发生活性物质的脱落，也可以防止正极板与负极板接触，因此，可以防止短路的发生。此时，优选在引片部形成工序中包括弯折工序，即在通过压缩活性物质未充填部来形成引片部之后，将位于该电极组的外周部的活性物质未填充部向该电极组的内部弯折的步骤。由此，还可以防止位于外周部的活性物质未充填部与外装罐的接触。这里，优选在弯折工序中，通过将电极组的卷绕中心作为旋转轴来使该电极组进行旋转的同时，使加压辊子倾斜按压到位于该电极组的外周部的活性物质未充填部上，使得该活性物质未充填部向该电极组的内部弯折。
附图说明
图1是模式化地表示本发明的镍-镉蓄电池的剖视图。
图2是放大并模式化地表示实施例1的极板组的主要部分的剖视图，图2(a)模式化地表示压缩活性物质未充填部的状态的剖视图，图2(b)是模式化地表示压缩后的状态的剖视图。
图3是放大并模式化地表示实施例2的极板组的主要部分的剖视图，图3(a)是模式化地表示使极板组的外周部向极板组的内部弯折的状态的剖视图，图3(b)是模式化地表示极板组的外周部向内部弯折了的状态的剖视图。
图4是放大并模式化地表示实施例3的极板组的主要部分的剖视图，图4(a)是模式化地表示活性物质未充填部被压缩，从而在极板组的外周部形成了膨胀部的状态的剖视图，图4(b)是模式化地表示图4(a)所示的膨胀部被向电极组的外部按压，从而形成后让部的状态的剖视图，图4(c)是模式化地表示通过滚筒加压使得极板组的外周部向内部弯折的状态的剖视图。
图5是放大并模式化地表示以往例(比较例1)的极板组的主要部分的剖视图，图5(a)是模式化地表示使隔膜位于到活性物质未充填部的前端部为止的极板组的剖视图，图5(b)是模式化地表示使隔膜位于比活性物质未充填部靠向下部的极板组的剖视图。
图中：11-镍正极板，11a-基板，11b-正极活性物质，11c-活性物质未充填部，11d-引片部(压缩部)，11e-引片部(弯折部)，11f-引片部(膨胀部)，11g-引片部(退让部)，11h-引片部(弯折部)，12-镉负极板，12a-基板，12b-负极活性物质，12c-活性物质未充填部，13-隔膜，13a-突出部，13b-弯折部，14-负极集电体，15-正极集电体，15a-导线部，16-外装罐，16a-环状槽部，16b-前端部，17-封口体，17a-正极盖，17b-正极帽，18-封口垫圈，20-加压工具，25-弯折工具，25a-突出部。
具体实施方式
下面，参照图1～图4，对本发明应用于镍-镉蓄电池的情况的一个实施方式进行说明，但是本发明部不限定于此，可以在不改变其要旨的范围内实施恰当的改变。另外，图1是模式化地表示本发明的镍-镉蓄电池的剖视图。图2是放大并模式化地表示实施例1的极板组的主要部分的剖视图，图2(a)模式化地表示压缩活性物质未充填部的状态的剖视图，图2(b)是模式化地表示压缩后的状态的剖视图，图3是放大并模式化地表示实施例2的极板组的主要部分的剖视图，图3(a)是模式化地表示使极板组的外周部向极板组的内部弯折的状态的剖视图，图3(b)是模式化地表示极板组的外周部向内部弯折了的状态的剖视图。图4是放大并模式化地表示实施例3的极板组的主要部分的剖视图，图4(a)是模式化地表示活性物质未充填部被压缩，从而在极板组的外周部形成了膨胀部的状态的剖视图，图4(b)是模式化地表示图4(a)所示的膨胀部被向电极组的外部按压，从而形成后让部的状态的剖视图，图4(c)是模式化地表示通过滚筒加压使得极板组的外周部向内部弯曲的状态的剖视图。
1.极板
(1)正极板
首先，在由发泡镍构成的电极基板11a上充填正极活性物质浆料11b，该正极活性物质浆料11b由将氢氧化镍作为主体的正极活性物质与粘结剂构成。接着，在进行干燥之后，将其压延至规定的厚度(例如0.5mm)，并以规定的尺寸(例如长200mm，宽33mm)进行切断，来获得如图1、图2所示的镍正极板11。该情况下，在该镍正极板11的电极基板11a的上端部上形成有没有充填活性物质的活性物质未充填部11c。
(2)负极板
而且，在由冲孔金属板构成的电极基板12a的两面上涂抹负极活性物浆料12b，该负极活性物浆料12b由将氧化镉作为主体的负极活性物质与粘结剂构成。接着，在进行干燥之后，将其压延至规定的厚度(例如0.6mm)，并以规定的尺寸(例如长240mm，宽33mm)进行切断，来获得如图1、图2所示的镉负极板12。该情况下，在该镉负极板12的基板12a的下端部形成有未涂抹活性物质的活性物质未涂抹部12c(宽为t1mm(该情况下，t1＝1.0mm)：参照图1)。
2.电极体
(1)实施例1
接着，准备尼龙制隔膜(例如长550mm，宽33mm)13，将该隔膜13配置在镉负极板12的两面的同时，在该隔膜13上配置正极板11，来形成带状层叠体。此时，当在隔膜13上配置镍正极板11之际，将镍正极板11的活性物质未充填部12c的下端部配置成位于隔膜13的上端部。另一方面，当将镉负极板12配置在隔膜13上之际，配置成隔膜13的上端从镉负极板12的上端部突出t2mm(此时，t2＝1.0mm)，同时，隔膜13的下端从镉负极板12的下端部突出规定的长度。
接着，将具有上述配置关系的带状层叠体卷绕成涡旋状来形成涡旋状电极组α。此时，在卷绕成涡旋状之际会产生卷绕错位，例如，如图2(a)所示，隔膜13的一部分向镍正极板11的活性物质未充填部11c侧突出，形成突出部13a。在如此获得的涡旋状电极组α的镍正极板11的活性物质未充填部11c上配置加压工具20之后，对加压工具20施加按压力，来压缩活性物质未充填部11c，从而形成了引片部11d。该情况下，通过压缩宽度为t1(t1＝1.0mm)的活性物质未充填部12c，来形成宽度为t3(t3＝0.1mm)的引片部11d。
接着，如图1所示，在涡旋状电极组α的活性物质未涂抹部12c的下面配置负极集电体14，并将该负极集电体14和活性物质未涂抹部12c电阻焊接。而且，在形成有引片部11d的涡旋状电极组α上配置正极集电体15，并将该正极集电体15与引片部11d电阻焊接，来形成实施例1的电极体a。另外，在正极集电体15上形成有从该正极集电体15延伸突出的导线部15a。
(2)实施例2
与上述实施例1相同，在形成涡旋状电极组α之后，压缩活性物质未充填部11c来形成引片部11d。此时，也是通过压缩宽度为t1(t1＝1.0mm)的活性物质未充填部11c，来形成宽度为t3(t3＝0.1mm)的引片部11d。接着，如图3(a)所示，准备在外周部具有截面形状为三角形的突起部25a的弯曲工具25。然后，将该弯曲工具25的突出部25a的内周面与配置在涡旋状电极组α的外周部的正极板11的引片部11d的外周端面对接。
由此，与弯曲工具25的突出部25a的内周面对接的镍正极板11的引片部11d如图3(b)所示，形成有向电极组的内部弯曲了规定角度(该情况下约为30°)的引片部11e。接着，与上述实施例1相同，在涡旋状电极组α的活性物质未涂抹部12c的下面配制负极集电体14，并将该负极集电体14与活性物质未涂抹部12c电阻焊接。而且，在形成有引片部11d、11e的涡旋状电极组上配置正极集电体15，并将该正极电极体15与引片部11d、11e电阻焊接，来形成实施例2的电极体b。
(3)实施例3
另外，被压缩的未充填部11d如图4(a)所示，有形成膨胀部11f的情况。此时，如果使用实施例2所示的弯折工具25，则相反地如图4(b)所示，膨胀部11f会被按压向涡旋状电极组α的外部(外装罐侧)，形成退让部11g，从而会有该退让部11g与外装罐16的侧壁接触，发生短路之虞。因此，如图4(c)所示，优选形成膨胀部11f被矫正了的引片部11h。由此，能够可靠地防止短路。
因此，在本实施例3中，使加压辊子26相对涡旋状电极组α倾斜，来推碰膨胀部11f的同时，一边对加压辊子26施加加压力，一边将涡旋状电极组以其卷绕中心为旋转轴来进行旋转。由此，与加压辊子26抵接的膨胀部11f会向电极组的内部弯曲规定的角度(该情况下为5°～85°)，来形成膨胀部11f被矫正了的引片部11h。接着，如上述实施例1相同，在涡旋状电极组α的活性物质未涂抹部12c的下面配置负极集电体14，并将该负极集电体14与活性物质未涂抹部12c电阻焊接。而且，在形成有引片部11d、11h的涡旋状电极组的上面配置正极集电体15，并将该正极集电体15和引片部11d、11h电阻焊接，来形成实施例3的电极体c。
(4)比较例1
与上述实施例1相同，镍正极板11形成有活性物质未被充填的活性物质未充填部11c，在电极基板11a的上端部形成镍正极板11之后，压缩活性物质未充填部11c来形成引片部11k。此时，也是通过压缩宽度为t1(t1＝1.0mm)的活性物质未充填部11c，来形成宽度为t3(t3＝0.1mm)的引片部11k。而且，与上述实施例1相同，在电极基板12a的下端部形成没有涂抹活性物质的活性物质未涂抹部12c，并准备镉负极板12。
接着，与上述实施例1相同，准备尼龙制隔膜(例如长550mm，宽33mm)13，并将该隔膜13配置在镉负极板12的两面上，同时在该隔膜13上配置镍正极板11，来形成带状层叠体。此时，当将镍正极板11配置到隔膜13上之际，如图5(b)所示，配置成隔膜13的上端部位于从镍正极板11的活性物质未充填部11c的下端部向下t4(此时，t4＝0.5mm)的位置。
另一方面，在将镉负极板12配置到隔膜13上之际，配置成隔膜13的上端从镉负极板12的上端部突出t5mm(此时，t5＝0.5mm)，同时，隔膜13的下端从镉负极板12的下端部突出规定的长度。
接着，将具有上述配置关系的带状层叠体卷绕成涡旋状来形成涡旋状电极组β。接着，与上述实施例1相同，在涡旋状电极组β的活性物质未涂抹部12c的下面配置负极集电体14，并将该负极集电体14和活性物质未涂抹部12c电阻焊接。而且，在形成有引片部11k的涡旋状电极组β上配置正极集电体15，并将该正极集电体15与引片部11k电阻焊接，来形成比较例1的电极体x。
3.镍-镉蓄电池
接着，将通过上述方法制作的电极体a、b、c、x分别插入到外装罐16内之后，将负极电极体14与外装罐16的底部电阻焊接。而且，准备由正极盖17a和正极帽17b构成的封口体17，来将从正极集电体15延伸突出的引线部15a焊接到设置在封口体17上的正极盖17a的底部。接着，对外装罐16的上部外周面实施开槽加工，来形成环状槽部16a。
之后，向金属制外装罐16内注入电解液(例如30质量％的氢氧化钾(KOH)水溶液)，并将安装在封口体17的外周部的封口垫圈18载置到外装罐16的环状槽部16a上的同时，将外装罐16的前端部铆接到封口体17侧来进行封口，从而分别组装完成镍-镉蓄电池A、B、C、X。这里，使用了电极体a的电池为电池A，使用了电极体c的电池为电池C，使用了电极体x的电池为电池X。
接着，分别使用100个通过上述方法制作的电池A、B、C、X，来进行下落试验，即让这些电池A、B、C、X从高2m的地方下落到混凝土上。然后，在下落试验后的各电池A、B、C、X中寻求发生了短路的个数，来获得如表1所示的结果。
表1
    电池种类     发生短路数量(个)
    A     2/100
    B     0/100
    C     0/100
    X     7/100
由上述表1的结果可知，相对于在电池X中发生短路的数量为7个(7％)，而在电池A中为2个(2％)，在电池B、C中为0个(0％)，所以，与电池X相比，在电池A、B、C中的短路发生率大幅减小。这是因为隔膜13配置成隔膜13的上端部的位置比引片部11k的端部短t4(此时，t4＝0.5mm)。因此，可以认为，正极板11的由隔膜13覆盖的面积减少，所以在使电池X下落的时候，会由于下落的冲撞使得正极板11或负极板12的一部分弯折，或者发生活性物质脱落，导致正极板11与负极板12接触，造成短路。
另一方面，由于在电池A中，是以镍正极板11的活性物质未充填部11c的下端部位于隔膜13的上端部的方式进行配置的，所以，正极板的由隔膜13覆盖的面积没有减少。由此，可以认为，在使电池A下落的时候，即使由于下落的冲撞使得正极板11或者负极板12的一部分弯折，或发生活性物质脱落，也会由于正极板11的未被活性物质充填的部分被隔膜13覆盖，抑制了正极板11与负极板12直接接触，从而防止短路的发生。
该情况下，在电池A中，是将带状层叠体卷绕成涡旋状来形成涡旋状电极组α之后，在镍正极板11的活性物质未填充部11c上配置加压工具20，并对加压工具20施加按压力，来压缩活性物质未充填部11c，从而形成引片部11d的。因此，例如，如图2所示，即使在卷绕成涡旋状之际发生了卷绕错位，使得隔膜的一部分向镍正极板11的活性物质未充填部11c侧突出，从而形成突出部14a，也会在对加压工具20进行加压之际，如图2(b)所示，该突出部13a变为向外侧弯折的弯折部13b。因此，在将正极集电体15焊接到引片部11d上之际，由于隔膜13的突出部13a不会覆盖引片部11d，所以，可以防止在与正极集电体15的焊接时发生焊接不良。
并且，在电池B、C中，是在压缩涡旋状电极组α的活性物质未充填部11c形成引片部11d之后，利用弯曲工具25或者加压辊子26，来形成使位于涡旋状电极组α的外周部的镍正极板11的引片部11d以规定的角度向内侧弯折的引片部11e、11h。因此，可以认为，即使在使电池B、C下落的情况下，会在外装罐16的一部分上形成凹部(朝向电池内部形成为凸部)，也会由于位于涡旋状电极组α的外周部的镍正极板11的引片部11e、11h向内侧弯折规定的角度，所以，可以抑制该引片部11e、11h与外装罐16直接接触，从而防止了短路的发生。
如上详述，在本发明中，在涡旋状电极组α被卷绕成涡旋状的状态下，压缩活性物质的未充填部11c来形成引片部11d。因此，即使在电极组的卷绕时发生了卷绕错位，也不会在将引片部11d焊接到正极集电体15上时，使得隔膜13的突出部分夹在引片部11与正极集电体15之间，从而不会发生与正极集电体15的焊接不良。而且，由于隔膜13覆盖至活性物质未充填部11c的下端部，所以，即使由于下落的冲撞使得正极板11或负极板12的一部分弯折，或者活性物质发生脱落，也可以抑制两正极板11、12直接接触，从而防止了短路的发生。
另外，虽然在上述的实施方式中，对将本发明应用于镍-镉蓄电池的例子进行了说明，但可以明确的是，除了镍-镉蓄电池之外，本发明也适用于镍-氢蓄电池等的碱性蓄电池，并可获得同样的效果。

Claims (2)

1.一种电池的制造方法，将如下的电极组与电解液一同收容在外装罐内的电池的制造方法，所述电极组是将在由发泡镍构成的电极基板的端部形成有活性物质未充填部的正极板和负极板，夹隔隔膜而相对配置形成的，该电池的制造方法，包括：
电极组形成工序，在将所述隔膜配置在所述正极板与所述负极板之间后，将它们卷绕成涡旋状来形成电极组；和
引片部形成工序，在所述电极组卷绕成涡旋状的状态下，压缩所述活性物质未充填部来形成引片部；和
电极体形成工序，将正极集电体焊接到所述引片部上来形成电极体；
在所述引片部形成工序中包括弯折工序，即在通过压缩所述活性物质未充填部来形成引片部之后，将所述电极组的卷绕中心作为旋转轴来使该电极组进行旋转的同时，使加压辊子倾斜按压到位于该电极组的外周部的所述活性物质未充填部上，使得位于该电极组的外周部的所述该活性物质未充填部向该电极组的内部弯折。
2.根据权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，在将所述隔膜配置于所述正极板和所述负极板之间时，以所述隔膜的上端部位于所述活性物质未充填部的下端部的方式来进行配置。
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