JP2001023605A

JP2001023605A - 電池の製造方法

Info

Publication number: JP2001023605A
Application number: JP11195125A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Kojima; 哲三小島
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電気抵抗の小さい集電体を用いて、該集電体と
電極群とが高い溶接強度を有する電池を製造する電池の
製造方法を提供する。【解決手段】電極群と集電体との間に、前記集電体の電
気抵抗より高い抵抗値の金属を主体とする高抵抗部材を
介在させ、抵抗溶接にて前記電極群に集電体を取り付け
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、極板の端部に集電
体を溶接する電池の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル／カドミウム蓄電池またはニッ
ケル／水素蓄電池等のアルカリ蓄電池や、リチウム電
池、リチウムイオン電池等は、各種機器の電源として広
く使用されてきた。特にアルカリ蓄電池やリチウムイオ
ン電池は、比較的経済的でしかも優れた高出力性能のた
めに小型の携帯機器を中心に多くの需要が続いている。
しかし近年は使用する機器の小型化、高出力化の方向が
目覚ましくそれにともなってアルカリ蓄電池やリチウム
イオン電池も一層の高性能化の要求が強くなっている。

【０００３】アルカリ蓄電池やリチウムイオン電池の高
率放電性能は、電極群はもちろん、電極群につながる集
電体の抵抗を小さくする事で向上する。これらの蓄電池
では、平板状極板を積層した電極群または長い帯状の極
板を巻回した電極群の端面に集電体を取り付けるなどに
より集電する。

【０００４】アルカリ蓄電池の極板には、ニッケルメッ
キをした薄い穿孔鋼板に活物質と導電助材、結着材の混
合物を塗布した方式、三次元多孔構造の発泡ニッケル基
板中に活物質を充填した方式あるいはニッケルメッキを
した穿孔鋼板の両面にニッケル粉末で多孔性の焼結体を
形成し、そこにニッケルやカドミウム等の活物質を含浸
した方式の物が使われている。また、リチウムイオン電
池においては、極板の基体にはアルミニウムや銅のシー
トが使用されている。

【０００５】集電体には、ニッケルあるいはニッケルメ
ッキ鋼板から成形加工した物等が使用されているが、高
率放電性能を向上させるためには、集電体の抵抗を小さ
くすればよく、そのために集電体はできる限り厚みの大
きい材料が用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよ
うな抵抗の小さい集電体を用いると、溶接部に電流が流
れても、薄い穿孔鋼板や金属シートあるいは微細な構造
のニッケル発泡体でできた基板の方は非常に温度の上昇
が速くて溶融し易いが、集電体の方は相対的に肉厚で低
抵抗のために、発熱し難く、溶融し難いという食い違い
が発生する。そのため、極板側の基板部分の方が一方的
に溶融するが、集電体側は十分に溶融しないということ
に陥り、その結果、半田付けでのいわゆる芋半田の状態
となり、接続部で互いの金属が溶け合って溶接部が形成
するという良好状況が得られないために、強度の低い不
十分な溶接となるという問題があった。

【０００７】三次元多孔構造の発泡ニッケル基板が多く
用いられる傾向にあるが、発泡ニッケル自体は高多孔体
であるがゆえに機械的強度に劣り、集電体の取り付けに
於いては溶接部に補強と溶接性を確保するために、帯状
のニッケル材を取り付けたり、あるいは溶接部の発泡ニ
ッケルを電極の幅方向に圧縮して発泡ニッケルの密な層
を形成して集電体の溶接強度の向上を図る方法がとられ
てきた。しかしこれらの対策では極板の加工工数や、追
加の部材が増えることなどでコスト的に不利なものとな
り、好ましい方法ではなかった。

【０００８】そこで、本発明の課題は、電気抵抗の小さ
い集電体を用いて、該集電体と電極群とが高い溶接強度
を有する電池を製造する電池の製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電池の製造方法
は、活物質合剤層の無い無地部が設けられた電極の該無
地部において集電体が溶接された構造を有する電池の製
造方法であって、集電体と無地部との間に集電体より電
気抵抗の高い高抵抗部材を介在させ、これらを溶接する
ことを特徴とする。

【００１０】介在させた高抵抗部材において集中的に生
じる発熱によって集電体、電極ともに均一的に溶融し、
強度の高い溶接が可能となる。

【００１１】好ましくは、少なくとも一端部に活物質合
剤層の無い無地部が設けられた正極板および負極板と隔
離体と集電体とを備え、前記無地部を正極板または負極
板ごとに各々一方向に揃え、かつ正極板と負極板が接触
することのないように電極群を構成し、該電極群の合材
層の無い部分に集電体を取り付けることにより電池を製
作する電池の製造方法であって、前記電極群と集電体と
の間に、前記集電体の電気抵抗より高い抵抗値の金属を
主体とする高抵抗部材を介在させ、抵抗溶接にて前記電
極群に集電体を取り付けることを特徴とする、電池の製
造方法である。

【００１２】集電体と電極とが多数の接点を得られ、し
かも作業工数を増加させることなく強度の高い接続とな
るからである。

【００１３】前記集電体には少なくとも二箇所の突出部
を設け、該突出部と極板の活物質合剤層の無い部分とを
接続することが好ましい。

【００１４】溶接接続する場合に、２つの溶接用電極を
前記突出部の付け根二箇所に当て、両電極間に電圧を印
可することにより電流を流し、効率よく溶接することが
できるからである。

【００１５】好ましい前記高抵抗部材は鉄、ニッケル、
およびクロムの中の２種以上の金属を主体とする合金で
ある。高抵抗率の金属であり、溶接時に温度の上昇が速
く、溶融しやすいからである。

【００１６】また好ましい前記集電体は、鋼板、ニッケ
ルメッキ鋼板、またはニッケルを主体とする素材であ
る。抵抗値が低く、電池の容量向上に適しているからで
ある。

【００１７】さらに好ましくは、高抵抗部材が鉄、ニッ
ケル、およびクロムの中の２種以上の金属を主体とする
合金であり、集電体が、鋼板、ニッケルメッキ鋼板、ま
たはニッケルを主体とする素材を用いることである。電
池の内部抵抗を増加させること無く、効率的に溶接する
ことが可能だからである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明にかかる電池は、特に限定
されるわけではなく、ニッケルカドミウム電池やニッケ
ル水素電池などのアルカリ電池、リチウム電池、リチウ
ムイオン電池などである。

【００１９】これらの電池の電極は、特に限定されるも
のではなく電池の種類に応じて適宜選択することができ
るが、一部活物質合剤層の無い無地部を有したものであ
り、電極基板としては、ニッケルメッキ鋼板、三次元構
造の連続気泡を有する発泡ニッケル基板、アルミニウム
や銅のシートなどが使用可能である。

【００２０】集電体は、電池の種類に応じて適宜選択す
ればよく特に限定されるわけではないが、電池の内部抵
抗低減から低電気抵抗率のものが好ましい。単一の材質
に限定されるわけではなく、複合材料であっても良い。
溶接性と耐アルカリ性電解質、あるいは耐非水電解質の
点から、鋼板、ニッケルメッキ鋼板、またはニッケルを
主体とするものが好ましい。

【００２１】平板状極板を使用する場合には、正極板お
よび負極板には少なくとも一端部に活物質合剤層の無い
無地部を存在させ、その電極合剤の無い部分を互いに重
ならないように突出させて正極板および負極板を隔離体
を介して積層させて電極群を構成させ、前記正極板およ
び負極板の無地部に各々集電体を溶接して取り付けると
いう方法が好ましい。

【００２２】また、帯状極板を使用する場合には、正極
板および負極板の長尺方向の少なくとも一端部に活物質
合剤層の無地部を存在させ、帯状の隔離体を介して正極
板および負極板をそれぞれ幅方向にずらし、正極板およ
び負極板の長尺方向の電極合剤の無い部分が互いに重な
らず、反対方向に突出するように積層し、巻回して電極
群を製作し、前記正極板および負極板の無地部に各々集
電体を溶接して取り付けるという方法が好ましい。

【００２３】これによって集電体と極板は多数の接点で
接続出来るために、接点毎の電流が小さくなって電圧降
下を小さく出来るからである。また巻回した電極群の場
合には、長い帯状極板の長さ方向に対しても多数の接点
が得られるために高率放電に好都合な結果を得る事が可
能だからである。さらに、集電体を抵抗溶接するため
に、集電体には少なくとも２か所の突起部を備えている
ものが好ましい。溶接接続する場合、集電体の突出部と
電極群の電極合剤の無い無地部との間に高抵抗部材を介
して接触させ、２つの溶接用電極を集電体の例えばＶ字
形状の前記突出部の付け根二か所に当て、両電極間に電
圧を印加して電流を流して発熱させるためである。溶接
用電極が三つ以上ある場合には、そのうちの少なくとも
ひとつの溶接用電極と他の溶接用電極の極性を変えてお
けばよい。なお、集電体のＶ字形状の突出部は、図３に
示したように、集電体に平行に取り付けているが、これ
に限定されるわけではなく、集電体に二つの突出部が離
れて取り付けられてさえあればよい。

【００２４】本発明の高抵抗部材には、前記集電体の電
気抵抗より高い抵抗値の材料を用いる。これにより、接
続が良好なものとなる。好ましくは、金属を主体とした
ものである。容易に溶接が可能だからである。金属を主
体としたものとは、金属元素からなる単体もしくは合金
や、金属元素以外の例えば炭素などを含有させた鋼など
である。適切に抵抗溶接できるからである。好ましく
は、集電体および無地部の電気抵抗値よりも高い抵抗値
の高抵抗部材を介在させる。より均一で適切な接続が可
能となるからである。溶接部の好ましい抵抗値として
は、電気抵抗率で３０μΩｃｍ以上である。良好な溶接
が行えるからである。好ましい材料としては、金属材料
であり、より好ましくは、鉄、ニッケル、クロムの中の
２種以上の金属を主体とする合金である。

【００２５】上記電極で構成される電池の電極群の形態
は特に限定されるものではなく、帯状極板を巻回した渦
巻型や、平板状電極を積層した形状などの電極群を使用
することが可能である。その場合、平板状正極板および
平板状負極板を、正極板および負極板をセパレーターを
介して、正極板および負極板の電極合剤の無い部分が互
いに重ならないように突出させて積層するとよい。な
お、正極板および負極板の無地部を突出させる方向は、
異なっていてもよいし、互いに重ならなければ同じ方向
でもよい。

【００２６】上述した、集電体と電極の無地部との間に
高抵抗部材を介在させて、抵抗溶接を行う。

【００２７】本発明の実施の形態を、巻回型電極群を備
えたアルカリ蓄電池を例にとり、図面を参照してさらに
具体的に説明する。

【００２８】アルカリ蓄電池の巻回型電極群は、例えば
以下に説明する様に、周知の方法で製造することができ
る。正極は、焼結式基板の場合には穿孔した厚さ８０μ
ｍの帯状のニッケルメッキ鋼板に、一端部が無地部、す
なわち活物質合材層のない部分となるように表面に多孔
質のニッケル層を焼結によって形成し、更にニッケル、
コバルト等の活物質を含浸して製造したものを用いるこ
とができる。別の方法で作製した正極としては、三次元
構造の連続気泡を有する発泡ニッケル基板に水酸化ニッ
ケル、酸化コバルト、導電助材、結着材等の混合物を充
填し、一端部には活物質合材層の無い部分を有するペー
スト式極板を用いることができる。

【００２９】負極には、焼結式基板の場合には正極同様
の多孔質のニッケル層にカドミウムを含浸して製造し、
又、ニッケル水素電池では、厚さ８０μｍ程度の帯状の
ニッケルメッキ鋼板に、水素吸蔵合金と導電助材、結着
材等の混合物を塗布して、一端部には活物質合材層の無
い部分を設けたペースト式極板を用いることができる。

【００３０】上述の方法で製造した正負極板を、帯状の
セパレーターを介して図２に示したように、正極板およ
び負極板をそれぞれ幅方向にずらし、正極板の長尺方向
の電極合剤のない部分と負極板の長尺方向の電極合剤の
ない部分が互いに重ならず、反対方向に突出するように
積層し、巻回して電極群を製作することができる。図２
において、１は正極板、２は負極板、３は正極板の電極
活物質合剤層の無い無地部、４は負極板の電極活物質合
剤層の無い無地部、５はセパレータである。

【００３１】次に上記電極群に集電体を取り付ける。集
電体の平面図と断面図を図３に示す。図３−Ａは平面
図、図３−Ｂは断面図である。図３において、７は先端
部円弧状のＶ字形状の突出部、８は集電体、６はスリッ
トである。極板と接続する溶接部である先端部円弧状の
Ｖ字形状の突出部７を平行に形成したものである。図１
に示すように、集電体８と電極群１０の活物質合材の無
い部分との間に高抵抗部材９を介在させて、抵抗溶接を
行う。

【００３２】図４は、集電体と極板群とを溶接接続する
様子を、正極板の場合を例に示したものである。図４に
おいて、１は正極板、３は正極板の無地部、８は集電
体、１１は溶接用電極、そして９が高抵抗部材である。
集電体８には、少なくとも２箇所の突出部を設け、次の
ように接続するのが好ましい。溶接接続は図４に示すよ
うに、集電体８の突出部７、高抵抗部材９、電極群の電
極合剤の無い無地部３を当接し、溶接用電極１１を集電
体のＶ字形状の突出部付け根二か所に平行に当て、両電
極間に電圧を印加して抵抗溶接する。その結果、図５に
示すように、集電体８の突出部７が正極板１の無地部３
に溶接接続される。

【００３３】このようにして、図６に示すような、集電
体を接続した電極群を作製することができる。なお、図
６において、２は負極板、４は負極板の活物質合剤層の
ない部分、５はセパレータ、８は集電体、１０が電極群
である。

【００３４】前記電極群を電池容器に収納し、電解液を
注入して図７に示すような電池を製作する。図７におい
て、２０は封口板、３０はパッキング、４０は円筒型電
池容器である。

【００３５】集電体と電極の接続部との間に高抵抗率の
材料を介在させることによって、溶接に際して電圧を印
可して電流を流すと、高抵抗率の材料部分で集中して発
熱し温度上昇が生じる。厚手の金属からできた集電体と
薄手の金属でできた電極側の接続部のように、互いに発
熱や温度上昇のバランスが悪い場合であっても、前述の
介在させた高抵抗率の高抵抗部材において集中的に発熱
が生じることによって集電体、電極ともにバランスよく
昇温から溶融の条件を確立することができ、互いに均等
に溶け合って安定した強度の高い溶接が可能となり、信
頼性に優れた電池を製造することができる。

【００３６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を、比較例とあわせ
て、説明する。

【００３７】［実施例１］巻回型電極群を備えたニッケ
ル水素電池を製作した。断面構造は図７に示したのと同
様である。

【００３８】正極板は、目付け重量が５００ｇ／ｍ²の
発泡ニッケルに、コバルトを含有した水酸化ニッケルと
酸化コバルトとフッ素樹脂粉末とをＣＭＣ水溶液で混練
したペーストを含浸、乾燥、プレスの工程を経て製作し
た。寸法は幅３４ｍｍ、長さ２１０ｍｍ厚さ０．６ｍｍ
とした。負極板は、片側４ミクロンのニッケルメッキを
施した厚さ０．０８ｍｍで開口率４５％の穿孔鋼板に、
水素吸蔵合金、カーボン粉末、有機結着材をＣＭＣ水溶
液で混練したペーストを塗布し、乾燥、プレスして製作
した。寸法は幅３４ｍｍ、長さ２６０ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍとした。

【００３９】正極板および負極板には、長尺方向（長さ
方向）にそって設けた幅１．５ｍｍの活物質合剤層の無
い無地部を設け、正極板および負極板を、ポリプロピレ
ンを主体とする繊維の不織布で厚さ０．１８ｍｍ、幅３
５ｍｍのセパレータを介して、図２に示したように、正
極板の無地部３と負極板の無地部４を互いに反対方向に
突出させて巻回し、電極群を製作した。

【００４０】次に、図３に示したような、厚さ０．４ｍ
ｍのニッケルメッキ鋼板を無効電流を小さくするために
中央部にスリット６を設け、電極との接続効率を高める
ために、側部に平行に極板と接続する溶接部が先端部円
弧状のＶ字形状の突出部７を設けた集電体８を形成し
た。

【００４１】集電体と極板の接続は、図1および図４に
示したように、集電体の突出部７と電極の接続部集電体
を、電極群の端面すなわち正極板および負極板の各電極
の無地部（図４では、極板１の無地部３）に当接し、溶
接用電極１１を集電体のＶ字形状の突出部付け根二か所
に平行に当て、両溶接用電極間に電圧を印加して抵抗溶
接で接続する。

【００４２】このようにして、図５に示したように、集
電体と極板の合剤の無い部分が溶接接続される。そし
て、図６に示した集電体８を接続した電極群１０が完成
する。

【００４３】次に、図７に断面構造を示したように、電
極群１０を円筒型の電池容器４０に収納し、水酸化カリ
ウム水溶液を主体とする電解液を注入し、ガス放出用の
安全弁を組み込んだ正極端子兼用の封口板２０をナイロ
ン樹脂性の絶縁性パッキング３０を介して電池容器開口
部に挿入し、カシメによって固定した。作製した電池は
ＳＣサイズの円筒型ニッケル水素電池であり、寸法は直
径が２２．２ｍｍ、高さ４２ｍｍとした。

【００４４】［比較例１］集電体と電極の間の接続部
に、高電気抵抗率の高抵抗部材を介在させていない点を
除いては、前記の実施例と同じ方法で円筒型ニッケル水
素電池を製作した。

【００４５】［比較例２］集電体として、厚みが０．２
mmのニッケルメッキ鋼板を素材に使用し、図８に示すよ
うな側部に突起２３を、中央部にスリット６を設けたも
のを集電体２２とし、集電体と電極の間の接続部には高
抵抗率の高抵抗部材を介在させないこと以外は実施例と
同じ方法で円筒型ニッケル水素電池を製作した。

【００４６】つぎに、本発明の実施例１によって製作し
た電池１０個と、比較例１および比較例２によって製作
した電池各１０個について、集電体の溶接工程での品質
と電池の内部抵抗を測定した。その結果を表１に示す。
なお、表１における「電池の内部抵抗」は１０個のセル
の最大値と最小値を示した。

【００４７】表１の結果から明らかなように、本発明に
よる実施例の電池では、集電体と電極の接続部には、集
電体８と電極の間に高抵抗率の鉄／ニッケル合金の高抵
抗部材９を介在させているので、溶接においては接続部
分で発熱が集中し、これによって電極群への集電体の溶
接は良好になされる。また、集電体の大部分が低電気抵
抗のニッケルであるために、電池の内部抵抗も低い。

【００４８】

【表１】

【００４９】一方、比較例１の電池では、集電体が厚さ
は０．４ｍｍと実施例１と同じであるにもかかわらず、
集電体と電極の間に高抵抗率の高抵抗部材を介在させな
い従来の方法であったため、電極側との接続部分を含め
た電気抵抗が全体に小さいために、溶接に際しては通電
で相対的に電気抵抗が大きい電極の基板側が多く発熱し
て、この部分のみが溶融し、接続部における集電体側は
発熱不足で、双方の温度差が過大になって互いに溶け合
うまでに至らず、接触しているだけであったり、いわゆ
る片方だけが溶けていも付けの状態などで、良好な溶接
がなされなかった。このため内部抵抗の値は高く、ばら
つきが大きくなった。

【００５０】比較例２の電池では、集電体８に厚さ０．
２ｍｍのニッケルメッキ鋼板を使用した。この条件では
集電体の厚さが薄いために、接続部における電極側との
抵抗値の差が小さくなって溶接に際しての発熱も比較的
均等になって、良好な溶接がなされた。しかし集電体自
体は実施例に比べて高抵抗であり、電池全体の内部抵抗
が大きくなってしまった。

【００５１】上述のように、集電体と電極の間に高抵抗
率の高抵抗部材を介在させることで本発明の目的が達成
できるが、該高抵抗率の金属層は集電体と電極の間の接
続部に有ればよく、その形態は図９に示す様な接続部分
のみでもよいし、取り扱い易くするために図１０に示す
ように必要部分を一体化してもよいし、あるいは図１１
のように一体化したものに、接続部分を絶縁テープ５０
等で接合した方式のものなども本発明の目的は達成でき
る。図９から図１１中の鎖線部分は集電体と電極の接続
箇所を示す。また、集電体の形状は実施例で示した電
極群と接続する接続部が突起部で接する形状を持つこと
で、溶接面積が大きくなる為に溶接強度が大きくなる。
このことは鋼板等に比べ強度の低いニッケル発泡体等を
基板に使った極板に於いては、溶接強度が大きくなって
好ましいが、比較例で示した図８（Ａは平面図、Ｂは断
面図）のような従来の形状の集電体であっても、形は異
なるが電極との間に高抵抗率の高抵抗部材を介在させる
ことにより、良好な接続を行うことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電池の製
造方法により、電気抵抗の小さい集電体を用いて、該集
電体と電極群との接続強度を高めることができる。ま
た、製造そのものも容易でなおかつ作業効率の向上を図
ることができる。

【００５３】本発明の効果を説明するに当たって、正極
基体にはニッケル発泡体、負極にはペースト式極板を実
施例に用いたが、穿孔鋼板の表面にニッケルの焼結体を
形成し活物質を含浸してなる焼結式極板を使ったアルカ
リ蓄電池でも同じ効果を得ることができるし、また、負
極活物質にカドミウムを使ったニッケルカドミウム蓄電
池に適用しても本発明の効果を得ることができる。

【００５４】さらに本発明は、リチウムイオン電池に使
用されるような、アルミニウムや銅のシートの両面に電
極合剤を塗布したような極板を使用した非水電解質電池
においても有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を示す図であって、電池の
製造過程を示す図。

【図２】本発明の１実施形態を示す図であって、極板と
セパレータの位置関係を示す図。

【図３】本発明の１実施形態を示す図であって、集電体
の平面図および断面図。

【図４】本発明の１実施形態を示す図であって、集電体
と極板の溶接方法を示す図。

【図５】本発明の１実施形態を示す図であって、集電体
と極板の溶接状態を示す図。

【図６】本発明の１実施形態を示す図であって、電池の
電極群の外観を示す図。

【図７】本発明の１実施形態を示す図であって、電池の
外観および内部を示す図。

【図８】従来の集電体の平面図および断面図。

【図９】本発明の１実施形態を示す図であって、電極群
と集電体との間に介在させる高抵抗部材を示す図。

【図１０】本発明の別の実施形態を示す図であって、電
極群と集電体との間に介在させる高抵抗部材を示す図。

【図１１】本発明の別の実施形態を示す図であって、電
極群と集電体との間に介在させる高抵抗部材を示す図。

【符号の説明】

１正極板２負極板３正極板の無地部４負極板の無地部５セパレータ６スリット７集電体の突出部８集電体９高抵抗部材１０電極群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活物質合剤層の無い無地部が設けられた電
極の該無地部において集電体が溶接された構造を有する
電池の製造方法であって、集電体と無地部との間に集電
体より電気抵抗の高い高抵抗部材を介在させ、これらを
溶接することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】前記高抵抗部材が鉄、ニッケル、およびク
ロムの中の２種以上の金属を主体とする合金であること
を特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】前記集電体が、鋼板、ニッケルメッキ鋼
板、またはニッケルのいずれかを主体とする素材である
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の
電池の製造方法。