JP2000268850A - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接棒を用いて集電体と外装缶との溶接が不
可能であっても、集電体と外装缶との溶接が可能な溶接
方法を提供して、高容量で高出力が可能なアルカリ蓄電
池が得られるようにする。 【解決手段】 本発明のアルカリ蓄電池の製造方法は、
電極群の中心部に巻芯跡空間が存在しないかあるいは存
在しても僅かであるようにセパレータ１３を介して正極
１１と負極１２を渦巻状に巻回する巻回工程と、この電
極群の下端部に負極集電体１４を溶接する工程と、電極
群を外装缶１５内に挿入して負極集電体１４を外装缶１
５の内底面に接触させ、正極集電体を封口体下面に電気
的に接続した後、外装缶１５の開口部を封口体で密閉す
る密閉工程と、外装缶１５と封口体との間に電流を流す
ことにより、負極集電体１４と外装缶１５の内底面とを
溶接して溶接部を形成する溶接工程とを備えるようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一方極の端子を兼
ねる開口部を備えた外装缶と、この開口部を密封する他
方極の端子を兼ねる封口体と、正・負極からなる電極群
とを備え、前記正・負極の一方に接続された集電体を前
記外装缶内底面に溶接して集電するアルカリ蓄電池およ
びその製造方法に関するものである．

【０００２】

【従来の技術】一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、
ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正
極板及び負極板の間にセパレータを介在させ、これらを
渦巻状に巻回して電極群を形成し、この電極群を金属製
外装缶に収納して正極あるいは負極から延出する集電リ
ード板を封口体下面に溶接した後、封口体を金属製外装
缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着すること
により密閉して構成されている。

【０００３】ところで、上述したような電極群を形成す
るに際しては、正極板及び負極板の間にセパレータを介
在させ、これらの先端部を巻芯のスリットに挿入して渦
巻状に巻回するが、近年の高容量化の要望に対応するた
め、巻芯の径を細くして巻芯跡空間を極力少なくする
か、あるいは巻芯を用いないで巻芯跡空間が生じないよ
うに形成し、外装缶内の空間体積を極力少なくして、よ
り多くの活物質が充填できるような設計が採用されるよ
うになった。

【０００４】一方、近年の高出力化の要望に対応するた
めに、電極群の上下端部に正極用集電体および負極用集
電体を溶接し、これらの各集電体の一方は封口体の下面
に溶接し、他方は外装缶の底部に溶接して、極力内部抵
抗を低減させるような設計が採用されるようになった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、蓄電池を高
容量化するために巻芯跡空間が生じない構成とした場
合、電極群の下端部に溶接された集電体と外装缶とを溶
接するための溶接棒を挿入するための空間が確保でき
ず、集電体と外装缶との間の電気接続が接触により行わ
ざるを得なくなるため、集電体と外装缶との間で電圧降
下が生じて、高出力化ができないという問題を生じた。
一方、巻芯跡空間が少ないと、巻芯径に合わせて小径の
溶接棒を用いる必要があるが、小径の溶接棒を用いた場
合、溶接点の面積が小さくなるため、充分な溶接強度を
得ることができず、また、溶接棒が溶接時に激しく消耗
するため、量産には適さないという問題も生じた。

【０００６】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、溶接棒を用いて集電体と外装缶との溶
接が不可能であっても、集電体と外装缶との溶接が可能
な溶接方法を提供して、高容量で高出力が可能なアルカ
リ蓄電池が得られるようにすることを目的としてなされ
たものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】こ
のため、本発明のアルカリ蓄電池はの電極群は、その中
心部に巻芯跡空間が存在しないかあるいは存在しても僅
かであり、電極群の下端部の一方極に溶接された集電体
を備えるとともに、一方極に溶接された集電体と外装缶
の内底面とが抵抗溶接された溶接部を備えるようにして
いる。

【０００８】このように、電極群の中心部に巻芯跡空間
が存在しないかあるいは存在しても僅かであると、通常
の巻芯跡空間が存在する極板群に比べて、正・負極板の
体積が大きくなるため、高容量のアルカリ蓄電池が得ら
れるようになる。そして、巻芯跡空間が存在しないかあ
るいは存在しても僅かであっても、外装缶の内底面に接
続される集電体と外装缶の内底面との間に溶接部を備え
るようにすると、集電体と外装缶との間の抵抗が減少す
るため、この部分での電圧降下が抑制でき、作動電圧が
向上して高出力のアルカリ蓄電池が得られるとともに、
高率放電特性の優れたアルカリ蓄電池が得られるように
なる。

【０００９】そして、電極群の中心部に巻芯跡空間が存
在しないかあるいは存在しても僅かであると、溶接棒を
用いて集電体と外装缶とを溶接することが困難になる
が、本発明のように、一方極に溶接された集電体と外装
缶の内底面とが接触状態にあると、電池構成後に外装缶
と封口体との間（電池の正・負極外部端子間）に電流を
流すことにより、一方極に溶接された集電体と外装缶の
内底面との接触部にジュール熱が発生する。このジュー
ル熱により集電体と外装缶の内底面とが抵抗溶接されて
溶接部が形成されることとなる。

【００１０】このような溶接部を形成するに際して重要
な点は、集電体と外装缶の内底面とを確実に接触させ、
接触部の通電時の電流密度を増加させて、接触部のジュ
ール熱の発生を大きくして赤熱し易い状態にする必要が
ある。そこで、本発明においては、集電体の外装缶内底
面との接触部あるいは外装缶内底面の集電体との接触部
のいずれか一方または両方に突出部を形成し、外装缶と
封口体との間に電流を流すことにより、接触部に流れる
電流密度を大きくして溶接部を形成するようにしてい
る。このように、接触部に流れる電流密度を大きくして
溶接部を形成するようにすると、より効率良い溶接点の
形成が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
に基づいて説明する。なお、図１は本発明の製造方法を
適用して製造した本実施形態のニッケル−カドミウム蓄
電池の要部を示す断面図であり、負極集電体と外装缶内
底面との溶接状態を示す図である。図２は図１のニッケ
ル−カドミウム蓄電池の突出部を備えた負極集電体と外
装缶内底面とが溶接される前の状態を示す断面図であ
る。図３は図１のニッケル−カドミウム蓄電池の負極集
電体と突出部を備えた外装缶内底面とが溶接される前の
状態を示す断面図である。

【００１２】本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池
は、パンチングメタルからなる極板芯体１１ａの表面に
ニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水
酸化ニッケルを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔
体内に充填して製造した焼結式ニッケル正極板１１と、
パンチングメタルからなる極板芯体１２ａの表面にニッ
ケル焼結多孔体を形成した後、同様に化学含浸法により
水酸化カドミウムを主体とする活物質を同ニッケル焼結
多孔体内に充填して製造した焼結式カドミウム負極板１
２とを備えている。

【００１３】これらのニッケル正極板１１とカドミウム
負極板１２は、これらのニッケル正極板１１とカドミウ
ム負極板１２との間にセパレータ１３を介在させて渦巻
状に巻回して電極群を形成し、こうして得た電極群の上
面部には、ニッケル正極板１１の極板芯体１１ａである
パンチングメタルの端部が露出し、また、電極群の下面
にはカドミウム負極板１２の極板芯体１２ａであるパン
チングメタルの端部が露出している。そして、この電極
群の上面に露出する正極芯体１１ａには多数の開口を有
する円板状の正極集電体（図示せず）が溶接されてお
り、電極群の下面に露出する負極芯体１２ａには円板状
の負極集電体１４が溶接されている。

【００１４】このニッケル−カドミウム蓄電池を組み立
てるに際しては、まず、上述の渦巻状電極群を鉄にニッ
ケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負
極外部端子となる）１５内に挿入して収納する。なお、
この時点においては、負極集電体１４は外装缶１５の底
部内面に接触した状態になっている。ついで、図示しな
い正極集電体から延出する正極集電リード板を封口体
（図示せず）の底面にスポット溶接し、外装缶１５の開
口部に絶縁ガスケットを介して載置し、外装缶１５の開
口端縁を内方にカシメつけることによって電池を密封
し、公称容量２．０ＡｈのＳＣサイズのニッケルーカド
ミウム蓄電池１０を組み立てた。なお、封口体は、底面
に下方突出部を形成してなる蓋体と、正極キャップ（正
極外部端子）と、これら蓋体と正極キャップ間に介在さ
れた圧力弁装置とから構成されている。

【００１５】上記のようにして組み立てたニッケルーカ
ドミウム蓄電池１０の正極キャップ（正極外部端子）と
外装缶１５の外底面（負極外部端子）の間に、この蓄電
池１０の放電方向に２４Ｖの電圧を印加し、１ＫＡの電
流を５．０〜１５．０ｍｓｅｃの範囲で通電時間を変化
させて通電処理を施した。この通電処理によって、図１
の符号Ａで示した部分の負極集電体１４と外装缶１５の
内底部との接触部分が、通電時間に応じて溶接され、溶
接部１６が形成される。

【００１６】このように溶接部１６を形成するに際して
重要な点は、外装缶１５の底部内面と負極集電体１４と
を確実に接触させ、接触部の通電時の電流密度を増加さ
せて、接触部のジュール熱の発生を大きくして赤熱し易
い状態にする必要がある。そこで、本実施形態の実施例
１のニッケルーカドミウム蓄電池１０においては、図２
に示すように、負極集電体１４の外装缶１５の内底面と
の対向部に突出部（プロジェクション部）１４ａが形成
されており、実施例２のニッケルーカドミウム蓄電池１
０においては、図３に示すように、外装缶１５の内底面
に突出部（プロジェクション部）１５ａが形成されてい
る。

【００１７】また、実施例３のニッケルーカドミウム蓄
電池１０においては、負極集電体１４の外装缶１５の内
底面との対向部に、図２に示すような、突出部（プロジ
ェクション部）１４ａが形成されており、かつ外装缶１
５の内底面には、図３に示すような突出部（プロジェク
ション部）１５ａが形成されている。一方、突出部（プ
ロジェクション部）１４ａあるいは１５ａのいずれもが
形成されていないものを実施例４のニッケルーカドミウ
ム蓄電池１０とした。なお、突出部（プロジェクション
部）１４ａあるいは１５ａの個数や接触面積が多ければ
多いほど内部抵抗が減少するが、突出部（プロジェクシ
ョン部）１４ａあるいは１５ａの製造性や溶接性等を考
慮して適宜の個数、適宜の接触面積とすればよい。

【００１８】上述のようにして通電処理された各実施例
のニッケル−カドミウム蓄電池１０の通電処理における
通電時間を５．０ｍｓｅｃ、７．５ｍｓｅｃ、１０．０
ｍｓｅｃ、１２．５ｍｓｅｃおよび１５．０ｍｓｅｃに
変化させて、各溶接部１６（なお、この溶接部１６は通
電時間あるいは集電体１４と外装缶１５の内表面との接
触構造によっては形成されない場合がある）を形成した
各蓄電池１０をそれぞれ１００個づつ用意し、これらの
各実施例のニッケル−カドミウム蓄電池１０の溶接確率
を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
なお、表１において、溶接確率とは１００個中での溶接
部が形成された電池の個数を表している。

【００１９】

【表１】

【００２０】上記表１より明らかなように、負極集電体
１４に突出部（プロジェクション部）１４ａを形成した
実施例１のニッケル−カドミウム蓄電池１０、外装缶１
５の内表面に突出部（プロジェクション部）１５ａを形
成した実施例２のニッケル−カドミウム蓄電池１０、お
よび負極集電体１４に突出部（プロジェクション部）１
４ａを形成するとともに外装缶１５の内表面に突出部
（プロジェクション部）１５ａを形成した実施例３のニ
ッケル−カドミウム蓄電池１０は、実施例４のニッケル
−カドミウム蓄電池１０のように突出部（プロジェクシ
ョン部）１４ａあるいは１５ａのいずれもが形成されて
いないものよりも小さな電気量で溶接部１６が形成さ
れ、溶接確率も向上していることがわかる。

【００２１】これは、実施例１〜３の各ニッケル−カド
ミウム蓄電池１０は、実施例４のニッケル−カドミウム
蓄電池１０よりも、負極集電体１４と外装缶１５の内底
面との接触部での接触面積が小さくなっているため、接
触部での接触圧力が強くなり、かつ、正負極端子間に電
流を流した際のこの部分での発熱量も大きくなるため、
溶接部１６を小さな電気量で形成できるようになったた
めである。

【００２２】なお、溶接部１６での溶接確率は、上述し
たように溶接時間で変化するのみならず、印加する電流
値によっても変化する。印加する電流値及び時間につい
ては、電池のサイズには関係なく、それぞれ、最低でも
３００Ａ以上で、かつ０．２５ｍｓ以上は必要である。
ただし、極端に過大な電流あるいは極端に長い時間に亘
って電流を印加した場合には、正極集電体または負極集
電体に溶断が生じるため、印加する電流値と電流印加時
間の積は正・負極集電体が溶断しない範囲に設定しなけ
ればならない。また、流れる電流値が同じであれば、電
池に印加する電流の方向と溶接強度には相関性はなく、
電池に対して充電方向及び放電方向のどちらに印加して
も同様の効果が得られた。

【００２３】上述したように、本発明においては、電池
構成時においては、負極集電体１４と外装缶１５の内面
とが溶接されずに単に接触しているだけであっても、電
池構成後に、負極端子を兼ねる外装缶１５と正極端子を
兼ねる封口体との間に電流を流すことにより、負極集電
体１４と外装缶１５との接触部に溶接部が形成される。
このため、放電容量を増大させるために、中心部に巻芯
跡空間が存在しないかあるいは存在しても僅かである電
極群を用いた蓄電池でっあても、さらには正極集電体が
封口体に接続されていれば、電池を封口した後であって
も外装缶に接続される集電体と外装缶の内底面との溶接
が可能になる。

【００２４】なお、上述した実施形態においては、突出
部（プロジェクション部）１４ａあるいは１５ａの形状
については具体的には説明しなかったが、突出部（プロ
ジェクション部）１４ａあるいは１５ａの形状は、円錐
形、角錐状、円筒状、円錐台状等の各種の形状を採用で
きる。また、上述した実施形態においては、正極及び負
極の何れもが焼結式電極を用いた例について説明した
が、ペースト式などの非焼結式電極を用いた電池で実験
した場合も同様な結果が得られた。さらに、上述した実
施形態においては、本発明をニッケル−カドミウム蓄電
池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル
−水素蓄電池等の各種のアルカリ蓄電池に適用できるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態のニッケル−カドミウム
蓄電池の要部を示す断面図であり、負極集電体と外装缶
内底面との溶接状態を示す図ある。

【図２】 図１のニッケル−カドミウム蓄電池の突出部
を備えた負極集電体と外装缶内底面とが溶接される前の
状態を示す断面図である。

【図３】 図１のニッケル−カドミウム蓄電池の負極集
電体と突出部を備えた外装缶内底面とが溶接される前の
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ニッケル−カドミウム蓄電池、１１…正極、１１
ａ…正極芯体、１２…負極、１２ａ…負極芯体、１３…
セパレータ、１４…負極集電体、１４ａ…突出部、１５
…外装缶（負極外部端子）、１６…負極集電体と外装缶
との溶接部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方極の端子を兼ねる開口部を備えた外
   装缶と、この外装缶内に配設された正・負極をセパレー
   タを介して渦巻状に巻回された電極群と、前記外装缶の
   開口部に配設された他方極の端子を兼ねる封口体とを備
   えたアルカリ蓄電池であって、 前記電極群はその中心部に巻芯跡空間が存在しないかあ
   るいは存在しても僅かであり、 前記電極群の下端部の前記一方極に溶接された集電体を
   備えるとともに、 前記一方極に溶接された集電体と前記外装缶の内底面と
   が抵抗溶接されていることを特徴とするアルカリ蓄電
   池。
2. 【請求項２】 前記溶接部の前記一方極に溶接された集
   電体あるいは前記外装缶の内底面のいずれか一方または
   両方に突出部を備えるようにしたことを特徴とする請求
   項１に記載のアルカリ蓄電池。
3. 【請求項３】 一方極の端子を兼ねる開口部を備えた外
   装缶内にセパレータを介して正・負極を渦巻状に巻回し
   て形成した電極群を挿入した後、前記開口部を他方極の
   端子を兼ねる封口体により密封して形成するアルカリ蓄
   電池の製造方法であって、 前記電極群の中心部に巻芯跡空間が存在しないかあるい
   は存在しても僅かであるようにセパレータを介して正・
   負極を渦巻状に巻回する巻回工程と、 前記電極群の下端部に前記一方極に溶接された集電体を
   溶接する工程と、 前記電極群を前記外装缶内に挿入して前記集電体を前記
   外装缶の内底面に接触させ、前記他方極に溶接された集
   電体を前記封口体下面に電気的に接続した後、前記外装
   缶の開口部を前記封口体で密閉する密閉工程と、 前記外装缶と前記封口体との間に電流を流すことによ
   り、前記一方極に溶接された集電体と前記外装缶の内底
   面とを溶接して溶接部を形成する溶接工程とを備えたこ
   とを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
4. 【請求項４】 前記溶接部の前記一方極に溶接された集
   電体あるいは前記外装缶の内底面のいずれか一方または
   両方に突出部を形成し、前記外装缶と前記封口体との間
   に電流を流すことにより、前記溶接部に流れる電流密度
   を大きくするようにしたことを特徴とする請求項３に記
   載のアルカリ蓄電池の製造方法。