JP2001266837A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極体の溶接端面に集電板を溶接する工程を通
して作製される電池の製造方法において、電池の内部短
絡が発生しにくいような方法を提供する。 【解決手段】 正極集電体６０の溶接時には、渦巻電極
体１のタブ部１２が露出する溶接端面を水平方向又は下
方向に向けた状態で、この溶接端面上に正極集電体６０
を配し、その上から溶接電極で押圧する。そして、押圧
した状態で溶接電極からタブ部１２に電流を流して発熱
させることによってタブ部１２と正極集電体６０との間
を溶接する。正極集電体７０の溶接時にも、同様に溶接
端面を水平方向又は下方向に向けた状態で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の製造方法に
関し、特に、電極体の端面に集電体を配して電極芯材の
露出部分と溶接する工程を通して作製する電池の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル
水素蓄電池といったアルカリ蓄電池をはじめとして、ポ
ータブル機器には種々の電池が用いられている。これら
の電池の形状としては、円筒形電池、角形電池、ボタン
型電池などが知られているが、中でも、円筒状の外装缶
内に円柱状の電極体が収納されてなる円筒形電池は最も
一般的である。

【０００３】円筒形電池として代表的な円筒形アルカリ
蓄電池について見ると、電極体は、長尺状の電極板（正
極板及び負極板）がセパレータを介して巻回された渦巻
状電極体によって形成され、この渦巻電極体にはアルカ
リ電解液が含浸されている。この長尺状電極板として
は、芯材となる長尺状ニッケル焼結基板に化学的含浸法
によって電極活物質を充填した焼結式電極板の他に、非
焼結式電極板として、芯材となる長尺状基板に電極活物
質のペーストを塗着したものや、ニッケル発泡体などか
らなる多孔性基板に活物質粉末を充填したものも用いら
れている。

【０００４】また円筒形電池において、このような渦巻
電極体から電気を取リ出すために外部端子と接続する方
式として、各長尺状の芯材に帯状の集電タブを接続して
おいて、この集電タブを外部端子と接続するいわゆるタ
ブ方式も多くとられているが、長尺状芯材の基板縁端部
を露出させておいて、当該芯材縁端部が露出している渦
巻電極体の端面に円板状の集電板を押し当てて溶接で接
合し、集電板と外部端子とを接続する方式も用いられて
おり、後者の方式は、集電体と電極板との接合点を多く
とることができ、低抵抗化できるという特長を持ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な電極体における集電体が溶接される端面（以下、溶接
端面と記載する。）に集電板を配して溶接することによ
って作製される電池の中で、製造直後或は製造後に時間
が経過してから内部短絡が発生するものがある程度の頻
度で発生している。

【０００６】このように内部短絡が発生する電池は不良
品として扱われるが、このような不良品の発生率はでき
るだけ低く抑えることが望まれる。本発明は、このよう
な課題に鑑み、電極体の溶接端面に集電板を溶接する工
程を通して作製する電池の製造方法において、電池の内
部短絡が発生しにくいものを提供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】本発明は、上記目的を達
成するために、電極体における一方の電極板の縁端部が
露出している溶接端面上に集電体を配し、当該集電体と
縁端部とを溶接によって接合する工程を通して電池を作
製する上で、溶接時に、溶接端面が水平方向もしくは下
方向を向くように電極体を保持した状態で、集電体と縁
端部との溶接を行うようにした。

【０００８】本発明者は、このタイプの電池において、
電池の内部短絡が発生する原因を調べたところ、爆飛チ
リが電極体内に侵入し、これによって内部短絡が引き起
こされていることがわかった。即ち、従来から、このよ
うな電池を製造する上で、電極体と集電体とを溶接する
際に、溶接時には「爆飛チリ」が発生すると共に、溶接
時の熱でセパレータが収縮する。

【０００９】ところで、電極体の溶接端面を上に向けた
状態で、集電体と縁端部と溶接するのが通常である。と
ころが、「爆飛チリ」が溶接箇所の周辺に飛び交った爆
飛チリは下方に落下するので、溶接端面が上方向に向い
た状態であると、爆飛チリが溶接端面から電極体内に侵
入し、これによって内部短絡が引き起こされる可能性が
あることがわかった。

【００１０】これに対して、本発明では、上記のように
溶接端面が水平方向もしくは下方向を向いた状態で溶接
を行うので、溶接時に発生する「爆飛チリ」が電極体内
に侵入するのが抑えられる。よって、内部短絡の発生が
低減されることになる。なお、「水平方向もしくは下方
向」というのも「真上方向から８０°以上傾いている方
向」のことを指すものであって、本発明の効果を奏する
ためには、溶接端面が真水平方向を向く（きっちりと水
平方向を向く）ように若しくは真下方向を向くように保
持しなくてもよく、溶接端面の向きが真上方向から８０
°以上傾いた状態で保持すればよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳述する。図１は、本発明の一実施形態にかかる円筒形
蓄電池の構成を示す図である。この円筒形蓄電池は、長
尺状の正極板１０と長尺状の負極板２０とがセパレータ
３０を介して渦巻状に巻回されてなる渦巻電極体１にア
ルカリ電解液が含浸されてなる発電素体と、これらを収
容する有底円筒形の外装缶２と、この外装缶２の開口部
を封口する円板状の封口蓋３とから構成されている。

【００１２】外装缶２の開口縁と封口蓋３の外周縁との
間は、かしめによって封止されているが、両者の間には
ガスケット４１が介挿されて互いに絶縁されている。封
口蓋３の中央部には正極端子５０が装着されており、こ
の正極端子５０の内部にはガス放出弁が形成されてい
る。このガス放出弁は、封口蓋３の中央部に開口された
孔を塞ぐ弁板５１と押え板５２とこれを押圧するスプリ
ング５３とから構成され、電池内圧が上昇したときに内
部ガスが大気中に放出されるようになっている。

【００１３】正極板１０と正極端子５０とは、渦巻電極
体１の上面に配された円板状の正極集電体６０を介して
電気的に接続されている。即ち、正極集電体６０は正極
板１０と溶接され、正極集電体６０のリード突起６１が
正極端子５０に溶接されている。また、負極端子を兼ね
る外装缶２と負極板２０とは、渦巻電極体１の下面に配
された円板状の負極集電体７０を介して電気的に接続さ
れている。集電体６０，７０は導電性材料の板（銅板）
で形成されている。このような電池の製法としては、先
ず渦巻電極体１を作製し、これに正極集電体６０及び負
極集電体７０を溶接し、外装缶２に挿入する。そして、
封口蓋３に取り付けられた正極端子５０にリード突起６
１を溶接すると共に、負極集電体７０を外装缶２の底面
に溶接する。そして、アルカリ電解液を注入し、封口蓋
３で外装缶２を封口することによって電池が作製され
る。

【００１４】（渦巻電極体の詳細並びに集電体との溶接
についての説明）ここでは、円筒形蓄電池がニッケル−
カドミウム蓄電池であるものとして説明する。正極板１
０は、ニッケルメッキした有孔薄鋼板からなる長尺状芯
材１１にニッケル活物質が付着したものであって、具体
的には、長尺状芯材１１にニッケル粉末を塗着して焼結
させることによって製造されるニッケル多孔質焼結基板
に、化学含浸法によって水酸化ニッケルが充填された焼
結式ニッケル電極である。

【００１５】長尺状芯材１１の正極集電体６０に面する
側の縁端部（図１における上方縁端部）は、一定の幅
（例えば５００μｍ）正極活物質が付着しておらず芯材
が露出してタブ部１２が形成されている。負極板２０
は、焼結式またはペースト式のカドミウム電極である。
焼結式の場合は、長尺状芯材１１と同様の長尺状芯材２
１の両面に、ニッケル粉末を塗着して焼結させることに
よって製造されるニッケル多孔質焼結基板に、化学含浸
法によって水酸化カドミウムが充填されており、ペース
ト式の場合は、長尺状芯材２１の両面に、負極活物質
（水酸化カドミウム粉末あるいは水素吸蔵合金粉末）と
結着材とが混合されてなる負極ペーストが塗着されてい
る。

【００１６】長尺状芯材２１の負極集電体７０に面する
縁端部は、露出してタブ部２２が形成されている。図１
に示すように、渦巻電極体１において、正極板１０の長
尺状芯材１１の両面には正極活物質層が形成され、負極
板２０の長尺状芯材２１の両面には負極活物質層が形成
され、セパレータ３０を介して巻回された構成になって
いる。

【００１７】正極板１０は、以下のように作製すること
ができる。ニッケルメッキした有孔薄鋼板（板の厚みは
通常０．５〜１．０ｍｍ）における所定の領域（正極板
１０の活物質層が形成される長尺状の領域）に、カルボ
ニルニッケル粉末及び有機増粘剤を含むスラリを塗着し
て、乾燥した後、高温で焼結することによってニッケル
多孔質焼結基板（多孔度約８０％）を作製する。

【００１８】そして、作製したニッケル多孔質焼結基板
を、硝酸ニッケル溶液に浸漬することによって硝酸ニッ
ケル溶液を充填するニッケル塩浸漬処理、及びアルカリ
処理を繰り返すことによって、ニッケル多孔質焼結基板
に水酸化ニッケルを充填することによって正極活物質層
を形成する。このように正極活物質層が形成されたニッ
ケル多孔質焼結基板を、所定のサイズに切断することに
よって正極板１０が作製される。

【００１９】負極板２０は、焼結式の場合は、正極板１
０と同様の方法（但し、硝酸ニッケル溶液の代わりに硝
酸カドミウムを充填する）で作製し、ペースト電極の場
合は、ニッケルメッキした有孔薄鋼板における所定の領
域（負極板２０の活物質層が形成される長尺状の領域）
に、水酸化カドミウム粉末と結着材を含むスラリを塗着
し乾燥することによって負極活物質層を形成し、これを
所定サイズに切断することによって作製する。

【００２０】セパレータ３０としてはナイロン不織布を
用いる。このように作製した正極板１０と負極板２０と
を、セパレータ３０を介して巻回することによって渦巻
電極体１を作製する。このとき、一方の端面にはタブ部
１２が露出し、他方の端面にはタブ部２２が露出するよ
うに巻回する。 （電極体の溶接端面への集電体の溶接についての説明）
次に、渦巻電極体１に、正極集電体６０及び負極集電体
７０を溶接する工程について説明する。

【００２１】正極集電体６０の溶接時には、渦巻電極体
１のタブ部１２が露出する溶接端面を水平方向又は下方
向に向けた状態で、この溶接端面上に正極集電体６０を
配し、その上から溶接電極で押圧する。そして、押圧し
た状態で溶接電極からタブ部１２に電流を流して発熱さ
せることによってタブ部１２と正極集電体６０との間を
溶接する。

【００２２】一方、負極集電体７０の溶接時には、渦巻
電極体１のタブ部２２が露出する溶接端面を、水平方向
又は下方向に向けた状態で、この溶接端面上に負極集電
体７０を配し、その上から溶接電極で押圧する。そし
て、押圧した状態で溶接電極からタブ部２２に電流を流
して発熱させることによってタブ部２２と負極集電体７
０との間を溶接する。

【００２３】正極集電体６０の溶接方法と、負極集電体
７０の溶接方向とは同様なので、以下に、正極集電体６
０の溶接方法だけについて、更に詳しく説明する。図２
及び図３は、渦巻電極体１の溶接端面１ａに正極集電体
６０を配して抵抗溶接する様子を示す図である。なお、
図２では溶接端面１ａが真水平方向を向いており、図３
では溶接端面１ａが真下方向を向いているが、後述する
ように溶接端面１ａが向く方向が、真上方向から８０°
以上傾いていればよい。

【００２４】図３，４いずれの場合も、抵抗溶接におい
て、渦巻電極体１を把持するチャック部１１１を先端に
備えるアーム１１０、正極集電体６０を把持するチャッ
ク部１２１を備えるアーム１２０、抵抗溶接用の溶接電
極１３０を用いて、以下のように溶接する。アーム１１
０によって、溶接端面１ａを水平方向（図２の場合）も
しくは下方向（図３の場合）に向けた状態で渦巻電極体
１を保持する。

【００２５】一方、正極集電体６０を保持したアーム１
２０（図２，３では、正極集電体６０のリード突起６１
がチャック部１２１で把持されている。）を移動して、
正極集電体６０を溶接端面１ａ上に配する。そして、溶
接電極１３０を移動させて、正極集電体６０を溶接端面
１ａ上に押さえつけ、溶接電極１３０から正極集電体６
０に電流を流す。これによって、タブ部１２と正極集電
体６０との間が溶接される。

【００２６】（本実施形態の溶接方法による効果につい
ての説明）タブ部１２と正極集電体６０との間を溶接す
る時には、溶接される部分が溶融するのに伴って発生す
る「爆飛チリ」が溶接箇所の周辺に飛び交う。この爆飛
チリの中には、芯材１１や正極集電体６０の材料（鉄，
ニッケル，銅など）が融解して酸化した粒子形状のもの
や繊維形状のものも含まれる。

【００２７】ところで、飛散した爆飛チリは重力に従っ
て主として下方に落下するので、溶接端面１ａが上方向
に向いた状態で正極集電体６０の溶接を行ったとする
と、爆飛チリが溶接端面１ａから渦巻電極体１に侵入し
やすい。そのため、侵入した爆飛チリが、セパレータ３
０の端部を越えて隣合う正極と負極との間を架橋し、そ
れによって内部短絡が引き起こされる可能性がある。

【００２８】これに対して、溶接端面１ａが水平方向も
しくは下方向に向いた状態で正極集電体６０の溶接を行
うと、爆飛チリが溶接端面１ａから渦巻電極体１に侵入
しにくいので、爆飛チリにより内部短絡が発生する可能
性は低くなる。 （溶接端面１ａの向きについての説明）溶接端面１ａの
向きについて図４を参照しながら更に説明する。

【００２９】上記説明では溶接端面１ａの向きが「水平
方向もしくは下方向」という表現を用いたが、これを溶
接端面１ａの向きが真上方向からどの程度傾いているか
を示す傾き角度（渦巻電極体１の軸が鉛直方向から傾い
ている角度）を用いて表現すると、この傾き角度が８０
°以上と言い換えることができる。また、溶接端面１ａ
が向いている方向が真上方向から傾いている角度は、図
４に示す溶接端面１ａと水平面との傾き角αと同じであ
るので、８０°≦αということもできる。即ち、溶接時
において、溶接端面１ａの向く方向が真上方向から傾い
ている角度（溶接端面１ａと水平面とのなす角度）α
が、８０°≦αの範囲にあれば効果を奏するのである。

【００３０】例えば、図２のように溶接端面１ａが真水
平方向を向いた状態は、図４（ａ）に示すように、α＝
９０°の状態であり、図３のように溶接端面１ａが真下
を向いた状態は、α＝１８０°の状態である。そして、
本発明の効果を奏するためには、溶接時に溶接端面１ａ
が真水平方向に向いた状態や真下方向を向いた状態であ
る必要はなく、真水平方向からわずかに上方を向いてい
る状態（８０°＜α＜９０°）でも良いし、図４（ｂ）
に示すように溶接端面１ａが斜め下方に向いている状態
（９０°＜α≦１８０°）でも良い。

【００３１】

【実施例】（実施例）上記実施の形態に基づき、以下の
仕様で実施例の電池Ａ，Ｂを作製した。 電池タイプ：焼結式ニッケル−カドミウム電池 電池サイズ：ＫＲ２３／４３サイズ（ＩＣＥ規格）、公
称容量１．３Ａｈ 電池Ａは、正極集電体６０の溶接時において、溶接端面
１ａを真水平方向（α＝９０°）を向けた状態で溶接を
行い、負極集電体７０の溶接時においても、溶接端面を
真水平方向を向けた状態で溶接を行った。

【００３２】電池ｂは、正極集電体６０の溶接時におい
て、溶接端面１ａを真下方向（α＝１８０°）を向けた
状態で溶接を行い、負極集電体７０の溶接時において
も、溶接端面を真下方向を向けた状態で溶接を行った。 （比較例）渦巻電極体に正極集電体及び負極集電体を溶
接するときに、渦巻電極体の溶接端面を真上方向に向け
て行う以外は、上記実施例と同様にして比較例の電池Ｃ
を作製した。

【００３３】（実験）ショート率テスト 実施例の電池Ａ，Ｂ及び比較例の電池Ｃを、各々５００
０個作製し、組立後に電池の電圧を測定した。そして、
電池電圧測定値が０．１Ｖ以下のものは内部ショートが
発生しているものとし、その個数を数えることによっ
て、ショート率を測定した。

【００３４】実験の結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】 また、ショートが発生した電池を分解して、溶接端面を
観察したところ、端面に爆飛チリと見られる粒子形状や
繊維形状のものが観察された。表１から、実施例の電池
は比較例の電池と比べてショート率が低いことが明らか
である。

【００３６】これは、溶接時において電極体の溶接端面
の向く方向を水平方向あるいはした方向とすることによ
って、溶接時に発生する爆飛チリが電極体に侵入する度
合が低減され、内部ショートの発生が低減されることを
示している。 （変形例など）なお、上記実施の形態では、渦巻電極体
１に正極集電体６０及び負極集電体７０を溶接してから
外装缶２に収納する順序で説明したが、渦巻電極体１と
正極集電体６０及び負極集電体７０を外装缶２に収納し
てからこれらを溶接することも可能であって、この場合
も、溶接端面を水平方向もしくは下方向を向けて溶接す
ることよって同様の効果を奏する。

【００３７】上記実施の形態では、正極集電体と負極集
電体の両方について、渦巻電極体に溶接する際に、溶接
端面を水平方向もしくは下方向に向けて溶接する例を示
したが、どちらか一方の集電体を溶接する際にだけ溶接
端面を水平方向もしくは下方向に向けて溶接した場合に
は、溶接時に発生する爆飛チリが当該溶接端面から侵入
するのを抑えることができるので、その分ショート率を
低減することができる。

【００３８】電極体の端面に集電体を溶接する方式は、
上記実施の形態で説明したような渦巻電極体を備えた円
筒形電池に多く用いられるが、本発明は、電極体の端面
に集電体を配して溶接する工程を通して作製する電池で
あれば、各形電池でも適用することが可能である。ま
た、電池のタイプについてもアルカリ蓄電池に限られる
こともななく、また二次電池に限られることもない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電極体
における一方の電極板の芯材縁端部が露出している溶接
端面上に集電体を配し、当該集電体と芯材縁端部とを溶
接によって接合する工程を通して電池を作製する上で、
溶接時に、溶接端面が水平方向もしくは下方向を向くよ
うに電極体を保持した状態で、集電体と芯材縁端部との
溶接を行うことによって、溶接時に発生する「爆飛チ
リ」が電極体内に侵入するのが抑え、内部短絡の発生を
低減することができる。

【００４０】このような集電体を電極体の溶接端面に配
して溶接する方式は、渦巻電極体を備えた円筒形電池に
多く用いられるので、本発明は、特に渦巻電極体を備え
た円筒形電池を歩留まりよく作製させるのに有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる円筒形蓄電池の構
成を示す図である。

【図２】溶接端面を水平方向に向けて集電体を溶接する
様子を示す図である。

【図３】溶接端面を下方向に向けて集電体を溶接する様
子を示す図である。

【図４】溶接時における溶接端面の向きについて説明す
る図である。

【符号の説明】

１ 渦巻電極体 １ａ 溶接端面 ２ 外装缶 ３ 封口蓋 １０ 正極板 １１ 長尺状芯材 １２ タブ部 ２０ 負極板 ２１ 長尺状芯材 ２２ タブ部 ３０ セパレータ ５０ 正極端子 ６０ 正極集電体 ７０ 負極集電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇都宮 功 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 河本 健 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 細田 正弘 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA04 AA18 BB11 BB25 CC12 CC19 CC24 EE01 EE03 5H028 AA01 AA05 BB05 BB07 CC05 CC08 CC12 EE01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１極性電極板及び第２極性電極板がセ
   パレータを介して積層されて構成され、前記第１極性電
   極板の縁端部が露出する端面が形成されている電極体を
   作製する電極体作製ステップと、 前記電極体における前記端面上に集電体を配し、当該集
   電体と縁端部とを溶接によって接合する集電体接合ステ
   ップと、 前記電極体及び集電体を外装缶に収納する電極体収納ス
   テップとを備える電池の製造方法において、 前記集電体接合ステップでは、 前記端面が水平方向もしくは下方向を向くように前記電
   極体を保持した状態で、前記集電体と縁端部との溶接を
   行うことを特徴とする電池の製造方法。
2. 【請求項２】 前記電極体作製ステップでは、 長尺状の第１極性電極板及び長尺状の第２極性電極板が
   セパレータを介して巻回された渦巻状電極体を作製する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。