JP2001325938A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】生産性に優れ、大電流での充放電に適した角形
アルカリ蓄電池を提供する。 【構成】極群の一方の側面に正極集電体が、他方の側面
に負極集電体が取り付けられたアルカリ蓄電池におい
て、前記正極および負極の集電体は複数の集電端子とこ
れら集電端子を連結するリード端子とから成り、前記集
電端子は中央に開口部を有し、該折り曲げ端部の端面が
極板の側面に溶接されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角形アルカリ蓄電
池に関し、電動自転車や、ハイブリッド車用途の大電流
での充放電を可能にするために、正負極集電体の形状を
改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金を主材とした負極を用いた
密閉形アルカリ蓄電池は、優れた充放電特性と、取り扱
いの簡便さから最近用途が拡大しつつある。中でも、電
動自転車やハイブリッド電気自動車用電池等の大電流充
放電用電源としての需要が見込まれている。

【０００３】従来電池においては、芯体の一部をその側
面または反対側の側面で露出させることにより集電用タ
ブを形成した矩形の正極板と負極板を、一方の極板のタ
ブが側面へ突出し、他方の極板のタブが反対側の側面へ
突出するように、セパレータを介して積層された極群を
有し、該極群の両側のタブに集電端子兼リード端子（以
下集電体という）を抵抗溶接によって溶接する方式が用
いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、例えば図５およ
び図６に示す集電体７および１５が一般的に用いられて
いる。該集電体と極板の側面を確実に溶接するために
は、極群１個当たり数十回の溶接回数が必要であった。

【０００５】前記従来電池においては、集電体の厚さを
０．５〜１．０ｍｍと大きくすることにより電気抵抗を
小さくしてある。そのため、極板側面に溶接しようとす
る際に無効電流のみが大きく、溶接電流が小さくなり、
溶接不良の発生が認められた。例えば図５の集電体７を
極板１０に溶接する場合、突起部８を極板１０の側辺に
設けられたタブ１１の側面１１ａに当接させ開口部９を
挟んで溶接機の２本の端子１２を集電体に当接して通電
する。このようにして溶接しても、主に開口部の短面方
向（集電体の両サイド）に流れる無効電流１３のみが大
きくなり、集電体の突起部８とタブ１０の側面１１との
接触部分を流れる溶接電流１４は小さくなる。

【０００６】そのため図５に示した従来の集電体を適用
した場合、溶接回数が少ないと、極板と集電体の溶接が
不充分となり、中には溶接されない極板、すなわち動作
しない極板が生じる。その結果、電池容量が小さくなっ
たり、電池の内部抵抗が大きくなるため放電電圧の低下
を来したりした。特に本発明で重要視している高率での
放電特性に重大な悪影響を及ぼす結果となっていた。

【０００７】また図6に示した平板状集電体１５の場
合、無効電流を抑制するスリットが無い、従って図５に
示した集電体７よりも更に無効電流が大きく、溶接電流
が小さくなる。さらに溶接をし易くするための突起部が
無いため、溶接されない極板が生じる可能性が高い。図
５、図６に示した集電体を抵抗溶接によって取り付ける
には、前記の如く極群１個当たりの溶接回数を多くする
以外になかった。

【０００８】また前記無効電流を抑制するため、集電体
を厚みの小さい集電端子とリード端子に分ける方法が考
えられる。先ず、形状が図５に示した集電体と同じもの
で、厚さのみを０．５ｍｍ以下にした１個の集電端子を
積層した極板のタブの側面に溶接し、次いで集電端子の
上に帯状のリード端子を溶接して所望の電導度を得んと
する方法である。本方法では集電端子に設けた複数の突
起部８を例えば上から順に溶接する。しかし集電端子の
溶接工程で下側の突起部を溶接した時に、先に付けた上
側の突起部の溶接がはずれる不具合が生じた。また突起
部を順次溶接していく過程で極板の側面が変形して、例
えば極板の側面が湾曲する等の不具合が生じた。上側の
突起部の溶接がはずれたのは、下側突起部の溶接時に極
板のタブ部に変形しようとする力が加わっているところ
へ上側突起部に漏れ電流が流れたためであろう。

【０００９】本発明は前記問題点を解決するために成さ
れたものであって、集電体と極板のタブとの溶接部に適
切な電流が流れるように集電体の形状を改良し、全極板
が確実に溶接され、正常な容量を有し、高率での充放電
においても優れた特性を有するアルカリ蓄電池を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルカリ蓄
電池の極群は、前記従来電池と同様、板状正極板と負極
板がセパレータを介して積層されたものであり、それぞ
れの極板は側面にタブと称する芯体の一部が活物質充填
部分から露出した部分を有するものである。一方の極板
のタブが側面へ突出し、他方の極板のタブが反対側の側
面へ突出するように積層されている。

【００１１】本発明電池に於いては、前記課題を解決す
るために集電体の構造に改良が加えられている。本発明
電池の集電体は複数の集電端子とそれを連結するリード
端子とから成り、正極板および負極板のタブ側面に複数
個の集電端子が取り付けられている。集電端子の上端と
下端は折り曲げられており、該折り曲げ部の端面が極板
のタブの側面に溶接されている。

【００１２】集電端子は中央部に開口部（スリット）を
有している。該開口部を設けることによって溶接時の無
効電流を抑え、溶接電流比率を高めることが出来る。集
電端子は厚さ０．０５〜０．５ｍｍのニッケルまたはニ
ッケルメッキを施した鉄製であって、１個の集電端子の
上端と下端の両折り曲げ部の端面間の距離は１０〜３０
ｍｍであることが好ましい。該距離を本範囲に規定する
ことによって集電効果を高めることができる。

【００１３】複数個の集電端子の開口部を含む平面部の
面積は極群側面の面積の３０％以上に設定されている
（以下本比率を集電端子面積比率と称す）。本規定は前
記折り曲げ部の端面間距離の規定値と合わせて集電端子
設置密度を規定するもので、３０％以上とすることによ
り集電効果を高めることができる。複数の集電端子はリ
ード端子によって連結されている。リード端子は集電端
子を連結すると同時に集電端子の電導度不足を補う役目
も担っている。以上の改良により少ない溶接回数でも集
電端子と全ての極板を確実に溶接することができる。ま
た集電端子とリード端子を含めた集電体の電気抵抗を低
く抑えることができ高率放電に耐えるアルカリ蓄電池を
提供可能となった。

【００１４】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、極板芯
体の一部がその一方の側面部または反対側の側面部で露
出したタブを有する正極板と負極板がセパレータを介し
て積層された極群を有し、この極群のタブに集電端子を
溶接したアルカリ蓄電池であって、前記正極板および負
極板には複数個の集電端子が取り付けられており、該集
電端子は中央部に開口部を有し、上端部および下端部が
折り曲げられており、その折り曲げられた端面が極群に
溶接されており、前記集電端子にリード端子が溶接され
ているものである。

【００１５】折り曲げ部は図５に示した集電体７の突起
部８に相当し、極板側面との溶接を容易にする。折り曲
げ部の長さは０．１〜２ｍｍが適当である。０．１ｍｍ
未満では溶接を容易にする効果が無く、２ｍｍを超える
と溶接電流が低下し溶接不良発生の虞がある。本発明に
係る集電端子は、折り曲げという簡単な加工によって従
来集電体の突起部に相当する箇所を形成することができ
る。１個の集電端子は１回の溶接で取り付けられる。す
なわち上端部と下端部の折り曲げ部の端面は１回に溶接
で同時に溶接される。集電端子は複数に分割されている
ので、前記１個の集電端子を溶接する時のように溶接済
みの箇所に漏れ電流が流れることが無い。従って、溶接
済みの箇所がははずれることが無い。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面によって説明
する。なお、本発明の形状等は以下に示した例に限定さ
れるものでは無い。

【００１７】（実施例１）図１は本発明に係る集電端子
１を示す斜視図である。図２は極群２に複数個の集電端
子１を溶接した斜視図である。図3は極群２に集電端子
１を溶接後、電流取出し用のリード端子３を溶接した斜
視図である。

【００１８】図１の１aは集電端子１の上下両端部が略
直角に折り曲げられて形成された折り曲げ部である。本
折り曲げ部１ａは前記図５に示した突起部８に相当し溶
接し易くする効果がある。折り曲げという簡単な加工に
よって前記突起部相当箇所を形成できる利点がある。1b
は集電端子１の平面中央に形成された開口部である。厚
さ０．１ｍｍ、幅約１．５ｍｍのタブを有する厚さ０．
６ｍｍの幅３０ｍｍ×高さ９０ｍｍの焼結式ニッケル正
極板と、厚さ０．０６ｍｍ、幅約１．５ｍｍのタブを有
する厚さ０．４ｍｍの幅３２．５ｍｍ×高さ９２ｍｍの
ペースト式水素吸蔵合金負極板を、それぞれのタブが両
サイドに配置するように厚さ１５０μｍのセパレータで
タブを除く部分を包み込んだ正極板を１２枚および負極
板を１３枚積層して厚さ約１６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ
９２ｍｍの極群２を作製した。

【００１９】この極群２の正極板のタブ側面に、ニッケ
ル製の縦（折り曲げ部の端面間距離に相当）１８ｍｍ×
横１６．５ｍｍおよび厚さ０．１ｍｍの集電端子１を、
上下均等に３個配置し、溶接用電極を開口部１ｂの上下
に当接し、集電体１の折り曲げ部の端面と正極板側面の
タブを溶接した。溶接用端子を順次移行させ、３個の集
電端子それぞれにつき１回づつ溶接した。負極板も正極
板に用いたものと同一の集電端子１を用いて同様の溶接
を行い、図２に示す正負極板に集電端子を溶接した極群
を作製した。

【００２０】集電端子と極板タブは抵抗溶接によって強
固に溶接される必要がある。前記溶接時の無効電流を抑
制するためには集電端子平面部の電導度を低く抑える必
要がある。そのためには銀や銅のように極めて電導度の
高い材質は好ましくないし、厚さが小さくなければなら
ない。集電端子は多数枚の極板を束ねる役割も担ってい
るので機械的強度が要求される。また電解液に浸漬して
も腐食しないことが求められる。

【００２１】以上集電端子に求められる条件を考慮する
と、材質は極板の芯体と同じであって、厚さの小さいも
のが適している。具体的には電池の大きさ、容量に関係
無く、厚さが０．０５〜０．５ｍｍのニッケルまたはニ
ッケルメッキを施した鉄が好適である。厚さが０．０５
ｍｍ未満では機械的強度が小さすぎるため、集電端子の
折り曲げ部を極板タブ側面に当接して抵抗溶接するのが
困難であるし、多数枚の極板を束ねることも出来ない。
また電導度が小さすぎるため高率放電時の電圧降下が大
きい。厚さが０．５ｍｍを超えると溶接時の無効電流が
大きくなり、極板側面への溶接が難しくなる。さらに質
量が不必要に大きくなり、電池の質量効率を低下させ
る。

【００２２】集電端子１に開口部を設けたことにより集
電端子の平面部を通って２個の溶接電極間に流れる無効
電流が抑制され、集電端子と極板タブ間に流れる溶接電
流の比率が高められるので良好な溶接が可能となった。

【００２３】集電端子を複数個としたことによって、後
の集電端子を溶接する過程においても先に付けた集電端
子の溶接がはずれることも、極板の側面が湾曲すること
も無くなった。また複数個の集電端子を極群側面に均等
な間隔で配置することによって、大きな極板に対しても
均一な集電が可能となった。

【００２４】図２に示したように、極群２の両側面に正
極および負極用の集電端子１をそれぞれ３個取り付けた
後、図３に示したようにニッケル製の厚さ０．５ｍｍ、
幅１０ｍｍの電流取出し用リード端子３を正負両極集電
端子１上に溶接して集電体付きの極群を得た。リード端
子３の厚さ、幅は必要とする電池の大きさ、電池の容量
に基づいて設計される事項である。電池が大きい場合に
はリード端子３を複数とすることも可能である。

【００２５】次いで図４に示したように極群６個を、同
数のセル室を持つ樹脂製ケース５に直列に並ぶように挿
入し、隣り合う極群の負極リード端子３１と正極リード
端子３２を接続端子６を用いて抵抗溶接した。外部端子
４を取り付けた後、規定量の水酸化カリウムを主成分と
するアルカリ電解液を各セル室に注入し、図では省略し
たが蓋を取り付けて密封し、電池容量６．５Ａｈ、平均
電圧７．２Vを有するモノブロック形の本発明電池Ａを
得た。

【００２６】（実施例２）また実施例２として、前記極
群２の両側面にそれぞれ寸法が縦４０ｍｍ×横１６．５
ｍｍおよび厚さ０．１ｍｍの集電端子１を２個取り付け
た以外は上記実施例１と同様の電池を作製し、電池容量
６．５Ａｈの実施例電池Bを得た。

【００２７】（比較例１）また実施例１と比較のため
に、前記の集電端子１およびリード端子３に代えて、図
５に示す集電体を極群２の両側面に正極側および負極側
共に４回溶接して取り付けた以外は、上記実施例１と同
様の電池を作製し、電池容量６．５Ａｈの比較例電池C
を得た。

【００２８】（比較例２）さらに実施例１と比較のため
に、前記の集電体１およびリード端子３に代えて図６に
示す集電体を極群２の両側に正極側および負極側ともに
２０回溶接して取り付けた以外は、上記実施例１と同様
の電池を作製し、電池容量６．５Ａｈの比較例電池Dを
得た。

【００２９】これらの電池をそれぞれ２５℃の温度で
０．５It(Ａ)(注：It(A)=C₅(Ah)/1h、C₅＝５時間率で放
電した時の放電容量を表す)の電流で充放電を５サイク
ル繰り返し、放電深度０％の状態で１It(Ａ)、５It
(Ａ)、１５It(Ａ) の電流で終止電圧０．６Vまで放電
を行いその時の容量を測定した。

【００３０】また試験終了後の電池を解体し、正極集電
体と極群の引張り強度を測定した。その結果を表１に示
す。また実施例１および比較例１における15It(A)放電
時の放電特性を図７に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】これらの結果から、本発明の集電体を使用
することにより、高率放電時の電池容量が大きくなった
ことが判る。この理由は、図７の放電特性から明らかな
ように、電池の内部抵抗が小さくなり、大電流充放電時
のＩＲドロップが小さくなったためと考えられる。

【００３３】また、表１に示した結果より本発明の集電
体を使用したものの引張り強度は従来の集電体を使用し
たものの引張り強度と比べ２５〜５０％強くなることが
分かった。これは引張り試験後の集電体を観察すること
により、原因を推察できる。すなわち電池Ａの集電体を
引張り試験後に観察すると、集電体と正極板の溶接跡で
あるナゲットと呼ばれる溶接点数が全ての極板から認め
られた。同様に比較例の電池Cは各折り返し部で溶接さ
れていない極板が認められた。また比較例の電池Dは溶
接電極が当接以外の箇所は溶接されていないことが分か
った。

【００３４】また、集電端子の上下両折り曲げ部の端面
間距離と出力（W/kg）の関係を図8に示す。図8より電池
の出力特性は、集電端子の折り曲げ部の端面間距離が１
０〜３０ｍｍの範囲では端面間距離に影響されず高い値
を示す。３０〜４０ｍｍの範囲で端面間距離が大きくな
るに従い出力特性が徐徐に低下し、４０ｍｍを超える
と、顕著に低下することが分かった。折り曲げ部の端面
間距離が３０ｍｍより小さくても電池の出力特性に影響
しない。該距離が小さければ小さい程、必要とする集電
端子の数が多くなり溶接点数が増える。また開口部を設
けるための面積確保ができなくなり溶接が難しくなる
他、開口部を確保できたとしても無効電流が大きくなる
ため、電力の無駄が大きくなると同時に溶接不良が生じ
る可能性も高くなる。従って極めて作業性が悪くなる他
に溶接の信頼性が低下するという弊害を生じる。前記距
離が１０ｍｍ以下では弊害が大きくなるので、端面間距
離としては１０〜４０ｍｍ、更には１０〜３０ｍｍが望
ましい。

【００３５】また、前記集電端子面積比率と電池出力の
関係を図9に示す。図9に示したように集電端子面積比率
が３０％以下になると出力特性が急激に低下することが
分かった。従って集電端子面積比率は是非とも３０％以
上が必要である。出力特性は集電端子面積比率が３０〜
４０％でほぼ飽和に達し、それ以上面積比率を大きくし
ても効果が無い。７０％を超えると集電端子を無駄に消
費し電池重量が重くなる弊害を生じる。従って集電端子
面積比率は３０％以上、７０％以下が好ましい。さらに
好ましくは４０％以上６０％以下である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の請求項１に
よれば集電端子を極群に取り付ける工程において溶接回
数を減らすことが可能となり、作業性が飛躍的に向上し
た。また集電端子とリード端子を併用することで集電体
全体の電気抵抗を低く抑えることができ電池の出力特性
を向上させることができた。本発明の請求項２によれば
溶接時の溶接電流比率を向上させることによって集電端
子と極板タブ側面との溶接不良を無くなり、電池特性の
信頼性が向上した。請求項３により集電効果を高めるこ
とができ、請求項１および請求項２と相まって電池の出
力特性を向上させることができた。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る集電端子の斜視図である。

【図２】本発明に係る集電端子を溶接した極群の斜視図
である。

【図３】本発明に係るリード端子を溶接した極群の斜視
図である。

【図４】６セルを直列接続した本発明電池の説明図であ
る。

【図５】従来の集電体を極群の側面に溶接する方法を示
す説明図である。

【図６】従来の集電体の他の実施形態を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明電池Ａと比較電池Ｂの放電カーブ特性を
示すグラフである。

【図８】集電端子折り曲げ端部端面間の距離と電池出力
特性の関係を示すグラフである。

【図９】集電端子面積比率と電池出力特性の関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 集電端子 1a 集電端子上端および下端の折り曲げ部 1b 集電端子中央の開口部 ２ 極群 ３ リード端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 亜矢 大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号 株 式会社ユアサコーポレーション内 Ｆターム(参考） 5H022 AA04 BB11 CC08 CC12 CC13 CC19 5H028 AA05 BB04 BB05 CC01 CC05 HH00 HH05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極群の一方の側面に正極集電体が、他方
   の側面に負極集電体が取り付けられたアルカリ蓄電池に
   おいて、前記正極および負極の集電体は複数個の集電端
   子とこれら集電端子を連結するリード端子とから成り、
   前記集電端子は中央に開口部を有し上端と下端が折り曲
   げられ、該折り曲げ部の端面が極板側辺に設けられたタ
   ブの側面に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】 前記集電端子は厚さが０．０５〜０．５
   ｍｍで、開口部を含む集電端子平面部の面積が極群側面
   面積の３０％以上としたニッケルまたはニッケルメッキ
   を施した鉄製であることを特徴とする請求項１記載のア
   ルカリ蓄電池。
3. 【請求項３】 前記集電端子の上下折り曲げ部の端面間
   の距離が１０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項
   １または請求項２記載のアルカリ蓄電池。