JP2003017033A

JP2003017033A - アルカリ蓄電池およびその製造方法

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Publication number: JP2003017033A
Application number: JP2001194009A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Kishimoto; 知徳岸本; Hitoshi Okanishi; 仁史岡西; Toshiyuki Mineji; 利行峯地; Takashi Ito; 伊藤　　隆
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】集電体の構造および接合方法の改良によって集
電機能を高め、電池の高率放電特性の向上を図る。さら
に、集電体のコスト低減を図る。【解決手段】正極板、セパレータおよび負極板から成る
極板群であって、該極板群の端面に正極板と負極板の中
少なくとも一方の極板の基板端部を突出させたフープ部
を備え、前記端面に板状の集電端子を取り付けた極板群
を備えたアルカリ蓄電池において、前記フープ部端面
に、極板群との接合面に複数の歯を設けた板状有歯部材
の歯を接合し、前記有歯部材の極板群との接合面と反対
側の面に前記集電端子をレーザー溶接によって接合す
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、ニッケル水素電池
やニッケルカドミウム電池等のアルカリ蓄電池に関する
ものである。さらには、高率放電特性に優れ、安価な集
電部材を備えたアルカリ蓄電池とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境に優しいハイブリッド型電気
自動車や電気自動車の実用化が、進行している。更なる
普及のために、動力源である電池に関して価格低減、走
行距離を伸ばすためのエネルギー密度の向上等が、重要
な課題として採り挙げられている。また、これらの用途
には複数の単電池を集合した組電池が用いられるため、
単電池の性能について信頼性の向上が求められている。

【０００３】電池の容積高率、高率放電性能の向上を図
るためには、電池の集電に関係する構造および部品の改
良が、重要である。同改良に関して、既に幾つかの提案
が、成されている。既に提案された改良の主な事項を挙
げると、第１は、極板群と集電端子の接続構造の改良に
関するもので、タブレス方式の採用である。

【０００４】前記タブレス方式は、極板の基板端部に合
剤層の未塗工部を設け、該基板端部を極板群の一端面に
突出させ、該基板の端面に板状集電端子を溶接によって
接合した集電体を採用している。該集電体の構造は、極
板群に複数の集電用タブを必要としないので、極板群と
端子間の距離が縮めることができる。そのために、両者
の間に生じる無駄な空間を低減できる。また、極板群に
集電体を接合する工程の能率向上にも有効である。

【０００５】第２は、タブレス方式において前記極板群
の端面に突出させた基板端部と集電端子の接合を高める
ための集電端子の改良である。具体的には、板状集電端
子の溶接箇所の間に切り欠き部（スリット）を備えたこ
と、およびスリット縁部を集電端子の平面に対して垂直
になるように折り曲げ、該折り曲げ部（以下歯と記述す
る）の端部を前記基板の端面に当接して溶接する方式の
採用である。

【０００６】通常、前記基板端部と集電端子を抵抗溶接
によって接合する。集電の機能を高めるために、集電端
子の肉厚を大きくして電気抵抗を極力小さくしている。
しかし、このことは集電端子を基板端部に溶接する際に
無効電流を大きくすることに繋がる。前記スリット部を
設けたことによって溶接時の無効電流を抑制できる。ま
た、前記基板端部と歯を当接させて溶接する方式は、基
板端部と板状集電端子の平面部分を当接して溶接する方
式に比べ、接合をし易くする。また、極板の基板端部が
局部的に曲がったり、凹みがあっても、有歯部材の歯と
基板端部が溶融して互いに食い込むので、曲がりや凹み
による基板端部と集電端子の接触の不足を補い、良好な
接合が得られる。このことによって、前記基板端部と集
電端子の接合を、従来方式よりも確実にすると同時に、
接合部分の電気抵抗を低減するのに有効である。

【０００７】第３は、角型の極板群における集電端子取
り付け位置の改良である。即ち、極板の長辺端部を基板
端部とし、該基板端部端面に集電端子を取り付ける構造
とした。このことにより、極板の短辺端部を基板端部と
するのに比べ、集電の経路を短くできた分、集電効率を
高めることができた。

【０００８】しかし、前記のように集電端子の肉厚を大
きくした場合、折り曲げや打ち抜きの加工が難しい。そ
のため、従来のように板状集電端子を部分的に折り曲げ
て歯を形成したり、打ち抜き加工によってスリットを形
成する方式は、加工が煩雑で集電端子が高価になる欠点
があった。また、前記加工の際に集電端子に局部的な変
形を生じたり、平面部分に湾曲等の変形を生じる虞があ
る。前記のように、極板の長辺側に設けた基板端部に集
電端子を取り付ける構造の場合、集電端子の長さは長く
なる。このため、集電端子全体に及ぶ湾曲が生じ易くな
る。

【０００９】前記変形は、両者を当接させる工程で、部
分的に歯と極板の基板端部との間に隙間を生じさせる。
両者の間の当接が不十分な部分では、溶接不良を引き起
こす虞があった。このため、電気抵抗を低減するのに有
効であるものの、その効果は小さく、改良の余地を残し
ていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の欠点に鑑み、集電部材の構造および接合方法を改良
することによって、極板の基板端部と集電端子を確実に
接合する。また、両者の接合部分の電気抵抗を低減させ
ることによって電池の高率放電特性の向上を図ろうとす
るものである。さらに、前記改良によって、集電端子の
コスト低減を図ろうとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記タブレス
方式の集電構造を採用した極板群を備えたアルカリ蓄電
池において、極板群の端面に突出させた極板の基板端部
と集電端子との間に板状の有歯部材を介在させ、該有歯
部材の歯を前記基板端部に接合し、有歯部材の極板群と
の接合面の反対側の面に集電端子を接合させた集電構造
とすることによって前記課題を解決するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面によって、本発明の実施
の形態を説明する。図４は、本発明に係る正極板の基板
端部に接合する板状有歯部材５の１例を示す図である。
（負極板の基板端部に接合する有歯部材は、形状、材質
共に正極集電部と同じものを適用できるので、記述を省
略する）。該有歯部材５は、歯５ａおよび平面部５ｂと
から成る。歯５ａの形成方法には、例えば別部品の歯を
平面部に溶接する、あるいは平面部の中間を褶曲させる
等種々の方法考えられるが、図４に示したように、板材
の両端を折り曲げて歯５ａを形成するのが最も簡便で、
コストも低く抑えることができる。

【００１３】前記有歯部材５は、極板の基板端部および
集電端子との接合性に優れるものでなければならない。
ニッケル、ニッケルメッキを施した鉄またはニッケルメ
ッキを施した銅製の板材から成る。前記有歯部材の肉厚
が小さいと、その機械的強度および基板の基板端部との
接合面積が小さくなり、接合箇所の電気抵抗が大きくな
る。有歯部材の肉厚は、機械的強度およびそこを流れる
電流の大きさに見合う接合面積が得られるように設定さ
れる。有歯部材の肉厚が０．１ｍｍを下回ると、前記溶
接箇所の電気抵抗が大きくなり電池の高率放電性能の低
下を招く。

【００１４】また、有歯部材の肉厚が大きいと、該有歯
部材と極板の基板端部とを抵抗溶接によって溶接するこ
とが困難となる。有歯部材の肉厚が０．３ｍｍを越える
と、確実に溶接することができず、一部の極板の基板端
部との溶接不良を招く。該溶接不良は、所定の放電性能
が得られない等の電気的性能面での信頼性の低下に繋が
る。従って、有歯部材の肉厚は前記の範囲内で、有歯部
材の数及び流れる電流の大きさを考慮して設定されるこ
とが望ましい。該板材の肉厚は、０．１〜０．３ｍｍ、
さらには０．１５〜０．２ｍｍが望ましい。該有歯部材
４は、集電端子に比べて肉厚が小さく、歯５ａを形成す
るに際して加工が容易である。また、極板の基板端部と
の溶接に際して、無効電流を抑制できる効果がある。

【００１５】有歯部材５の歯５ａの高さは、有歯部材の
肉厚同様、有歯部材と極板の基板端部との溶接箇所の接
合面積に影響する。すなわち、高さが低いと接合面積が
小さくなる。また、極板の基板端部が局部的変形によ
る、凹みを吸収出来なくなり該当局部において接合不良
を起こす虞がある。有歯部材の歯の高さが０．１ｍｍを
下回ると接合面積が小さく、接合箇所の電気抵抗が高く
なるため、電池の高率放電性能の低下を招く。

【００１６】有歯部材の歯の高さが高くなると、極板の
基板端部と有歯部材の接合面積が大きくなる利点があ
る。また、極板の基板端部が局部的に曲がり、凹みがあ
っても、有歯部材の歯と基板端部が溶融して互いに食い
込むので良好な接合が得られる。しかし、歯の高さが高
過ぎると、溶接の過程で溶融しない歯が残る。このた
め、極板の基板端部と有歯部材の間に隙間が生じ、その
分無駄な空間となるため、電池の容積高率の低下を招
き、また、集電端子とのレーザー溶接において、各溶接
箇所にギャップを生じるため、溶接不良を招く。以上の
理由から、有歯部材の歯の高さは、前記の如く０．１〜
０．５ｍｍ、更には０．２〜０．３ｍｍの範囲にあるこ
とが望ましい。

【００１７】有歯部材の歯と歯の間隔の大小は、後行程
における有歯部材と集電端子のレーザー溶接の作業性
と、通電経路の距離の差によって生じる集電体の電気抵
抗の増減に影響する。有歯部材の平面部分と集電端子を
接合する。従って、歯と歯の間隔が大きければ、レーザ
ー溶接の際に高い位置精度を必要とせず、作業性は高
い。しかし、有歯部材の歯と歯の間隔が大きいと、有歯
部材と極板の基板端部の接合部から有歯部材と集電端子
の接合部間の距離が長くなり抵抗増加を招く。また、歯
と歯の間隔を小さくすると、前記接合部間の距離は短く
なり電気抵抗を低減できるが、レーザー溶接によって集
電端子を接合する際に、高い位置精度が要求されるため
作業性が悪くなる。以上の理由により、有歯部材の歯と
歯の間隔は、５〜１０ｍｍ、更には６〜７ｍｍであるこ
とが望ましい。

【００１８】図１は、複数枚の正極板２、セパレータ４
（図では省いた）および負極板３を積層した角形の極板
群１の端面に突出させた正極板２の基板端部２ｂ（図で
は上面）および負極板３の基板端部３ｂ（図では下面に
なり隠れて見えない）の端面に前記有歯部材５の歯５ａ
を接合させた状態を示す図である。基板端部の端面と有
歯部材の５ａとを当接させ、抵抗溶接することによっ
て、両者を接合する。

【００１９】有歯部材の肉厚は、前記の如く小さくして
いる。該有歯部材の平面部５ｂにスリットや開口部を設
けなくとも、抵抗溶接に際して無効電流は抑制されるの
で、良好な接合が得られる。スリットや開口部を設ける
と機械的強度が低下し、溶接工程に支障が生じるので、
返って好ましくない。

【００２０】図２は、図１に示した極板の基板端部に接
合した有歯部材に集電端子を取り付けた極板群の形態を
示す斜視図である。また、図３は同極板群を側面から見
た図である。図２または図３において、極板群を構成す
る正極板２の基板端部２ｂおよび負極板３の基板端部３
ｂに有歯部材５をの抵抗溶接によって接合する。４はセ
パレータである。次いで、正極集電端子６および負極集
電端子７を有歯部材５の平面部５ｂに、レーザー溶接に
よって接合する。図２の１０は、溶接位置の一例を示し
たもので、図２に示した例では、線状に溶接する。

【００２１】図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、
本発明に係る電池の正極集電端子６および負極集電端子
７（負極集電端子７は、形状、材質共に正極集電端子６
と同じものを適用できるので、記述を省略する）の１形
態を示す図である。集電効率を高めるためには、集電端
子の電気抵抗を小さくする必要があり、集電端子の材料
は、固有抵抗が小さく、また、その肉厚を十分に大きく
する必要がある。具体的には、集電端子は、前記有歯部
材と同様ニッケル、ニッケルメッキを施した鉄またはニ
ッケルメッキを施した銅製の板材から成る。

【００２２】電池内を流れる全ての電流が、集電端子６
および７を通る。また、集電端子６および７は、極板群
を構成する全ての正極板または負極板を束ねる役目を担
っている。集電端子の肉厚が薄いと、電気抵抗が高くな
り、また機械的強度が低下する。集電端子の肉厚が０．
５ｍｍを下回ると電気抵抗が高いため、電池の高率放電
性能の低下を招く。また、集電端子の機械的強度が不足
するために、全極板を束ねることが困難である。更に、
変形し易い欠点が生じる。従って、集電端子の肉厚は
０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００２３】集電端子の肉厚が大き過ぎると、有歯部材
と集電端子のレーザー溶接が困難となり、溶接の信頼性
が低下する。また集電端子の重量が大きくなるため、電
池の重量効率の低下を招く。集電端子の肉厚は、流れる
電流の大きさ、極板の枚数、集電端子の通電経路の距離
等を考慮した上で１．０ｍｍ以下とすることが望まし
い。以上の理由から、集電端子の肉厚は、０．５〜１．
０ｍｍさらには０．５〜０．８ｍｍであることが望まし
い。

【００２４】前記集電端子は、図５（ａ）に示すように
板状を基本とし、有歯部材との接合面に図５（ｂ）に示
すようなプロジェクション８や図５（ｃ）に示すような
線状突起９を設けることもできる。該プロジェクション
８や線状突起９は、両者の接合に際して集電端子と有歯
部材の接触をより確実にするのに有効である。

【００２５】本発明に係る電池の集電体の形成は、まず
有歯部材を極板群と溶接し、その後に有歯部材に集電端
子を溶接する。有歯部材の肉厚を小さくして、抵抗溶接
を行う際の無効電流を低く抑えるようにしているので、
有歯部材の歯と歯の間にスリットや開口を設けなくても
良好な接合が達成出来る。また、集電端子を有歯部材に
取り付ける接合は、レーザー溶接によるので、抵抗溶接
の時のように集電端子にスリットや開口を設けなくて
も、良好な接合が達成出来る。

【００２６】前記のように、有歯部材、集電端子共にス
リットや開口を設ける必要がない為、コストの低減が可
能となる。さらに、有歯部材と集電端子を別部品とした
ことによって、それぞれの肉厚を個別に最適な値に設定
できる。このことは、従来のように集電端子の一部を折
り曲げて歯を形成していた従来の集電端子では、成し得
なかったことである。また、集電端子と別部品である有
歯部材に予め曲げ加工を施すため、集電端子に変形を生
じる虞が無い。

【００２７】本発明が適用される電池および極板群の形
状は、特に限定されるものでは無い。角形および円筒形
電池、積層式極板群を備える電池、捲回式極板群を備え
る電池いずれにも適用できる。以下、１実施例に基づき
本発明の詳細な説明をする。

【実施例】図１は、本発明電池に係る有歯部材を取り付
けた積層式極板群の斜視図である。図２は、図１に示し
た極板群の有歯部材に集電板を取り付けた極板群の斜視
図である。幅が３０ｍｍ、高さが１２０ｍｍ、容量密度
５００ｍＡｈ／ｃｃのペースト式ニッケル正極板２（図
では隠れて見えない）を１３枚と、幅が３０ｍｍ、高さ
が１２０ｍｍで厚さが０．３ｍｍの鋼板式水素吸蔵合金
負極３を１４枚、厚さ０．１５ｍｍのポリプロピレン不
織布製のセパレータ４を積層して極板群１とした。

【００２８】正極板２は、厚さ０．５ｍｍのニッケル製
多孔質基板に水酸化ニッケル粉末を主成分とする合剤を
充填し、長辺の１辺に幅２ｍｍの帯状の未充填部分を設
けた。該未充填部分に厚さ０．１ｍｍのフープ状ニッケ
ル板を溶接した。

【００２９】負極板３は、厚さ０．０６ｍｍの鋼板製基
板上に水素吸蔵合金を主成分とする合剤を塗布したもの
で、長辺の１辺に幅２ｍｍの帯状の未塗工部分を設け
た。正極板と負極板は幅方向に２．５ｍｍずらして積層
し、極板群の１方の側面に正極板の未充填部分にフープ
状ニッケル板を溶接した基板端部を、対向する他方の側
面に負極板の未塗工部分から成る基板端部を突出させ
た。

【００３０】前記極板群を固定し、極板群の側面に突出
させた正極板の基板端部、負極板の基板端部それぞれ
に、有歯部材を当接し、抵抗溶接により溶接した。その
後に正極側、負極側それぞれに集電端子を当接し、レー
ザー溶接により溶接した。適用した有歯部材は、肉厚が
０．２ｍｍのニッケル板製であり、歯の高さを０．３ｍ
ｍ、歯と歯の間隔を６ｍｍとした。適用した集電端子
は、肉厚が０．５ｍｍのニッケル板製で、形状は、前記
図５（ａ）に示した単純な板状である。

【００３１】該極板群を電槽に挿入し、集電板端部と外
部端子のリードを溶接によって接合した。ＫＯＨの水溶
液を主成分とする電解液を所定量注液し、常法により気
密に密閉して電池とした。作製した電池は、高さが１３
０ｍｍ、幅が３６ｍｍ、厚さが２０ｍｍで公称容量が１
０Ａｈである。

【００３２】

【比較例】図６は、比較例電池に係る集電端子を取り付
けた極板群の斜視図である。前記有歯部材を用いず、肉
厚０．５ｍｍのニッケル製板状の正極集電端子１１およ
び負極集電端子１２を用い、溶接箇所の間に切り欠き部
（スリット）１３を設け、スリット縁部を集電端子の平
面に対して垂直になるように折り曲げ、歯１４を形成し
た。実施例同様歯の高さを０．３ｍｍ、歯と歯の間隔を
６ｍｍとした。該集電端子を極板群に当接し、抵抗溶接
にて溶接した以外は、実施例と同一の条件で電池を作製
した。

【００３３】

【放電性能評価】作製した実施例電池と比較例電池を活
性化した後、電流５Ａで２．５時間充電した。その後電
流１５０Ａ｛放電率１５Ｉｔ（Ａ）｝、終止電圧０．８
Ｖの試験条件で放電試験に供した。その結果を図７に示
す。

【００３４】図７に示した様に、本発明の実施例電池
は、比較例電池と比べ放電電圧、放電容量共に高い性能
を示した。

【００３５】図８は、実施例電池と比較例電池の極板群
を構成する１３枚の全正極板と正極集電端子間の電気抵
抗を測定した結果を示す図である。特に比較例電池のＮ
ｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３の極板の抵
抗値が高く、溶接不良が起こっていることを示唆してい
る。また、図８に示した様に、比較例電池では、正極板
と集電板間の電気抵抗値が２０〜４０ｍΩとなってお
り、バラツキが大きい。これに対して、実施例電池では
１７〜１９ｍΩと、抵抗値の絶対値が小さくて、かつバ
ラツキも少ない。

【００３６】図７に示した実施例電池と比較例電池の放
電性能の差は、主として極板と有歯部材および集電端子
との接合の良否の差に起因しているものと考えられる。
すなわち、比較例電池と比べて、実施例電池が高い放電
電圧値を示すのは、図８に示したように実施例電池の方
が極板と集電端子間の電気抵抗の絶対値が小さいからで
ある。また、比較例電池の放電容量が低いのは、前記の
Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３のよう
に、一部の極板に集電不良が存在するために、活物質の
利用率が低くなったためである。

【００３７】

【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、極板群の集電効率を高めることができ、それに
よって高率放電特性の優れたアルカリ蓄電池を提供する
ことができる。また、集電端子など集電体を構成する部
品のコストを低減することができる。請求項２〜３によ
れば、有歯部材と極板の基板端部をさらに確実に接合す
ることができる。請求項４によれば、スリットや開口を
設けること無く、肉厚の大きい集電端子を接合すること
が可能であり、電池の高率放電性能を高めることができ
る。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアルカリ蓄電池の１実施形態を示
す極板群の斜視図である。

【図２】本発明に係るアルカリ蓄電池の集電端子接合後
の極板群の斜視図である。

【図３】本発明に係るアルカリ蓄電池の極板群を側面か
ら見た図である。

【図４】本発明に係るアルカリ蓄電池の有歯部材の斜視
図である。

【図５】本発明に係るアルカリ蓄電池の集電端子の１例
を示す斜視図であって、（５ａ）は単純な板状の集電端
子、（５ｂ）はプロジェクション付の集電端子、（５
ｃ）は線状突起付集電端子を示す。

【図６】比較例電池の集電端子溶接後の極板群を示す斜
視図である。

【図７】本発明電池と比較例電池の放電曲線を示すグラ
フである。

【図８】本発明電池と比較例電池の正極板と正極集電端
子間の電気抵抗を示すグラフである。

【符号の説明】

１極板群２ｂ正極板基板端部３ｂ負極板基板端部５有歯部材６正極集電端子７負極集電端子１０レーザー溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤隆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 CC16 CC22 EE01 5H028 AA01 AA05 BB05 CC05 CC11 EE01 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板、セパレータおよび負極板から成る
極板群であって、該極板群の端面に正極板と負極板の中
少なくとも一方の極板の基板端部を突出させ、該基板端
部を突出させた極板群の端面に板状の集電端子を取り付
けた極板群を備えたアルカリ蓄電池において、前記突出
させた基板の端面に、極板群との接合面に板状有歯部材
の歯を接合し、前記有歯部材の極板群との接合面と反対
側の面に前記集電端子を接合したことを特徴とするアル
カリ蓄電池。
【請求項２】前記有歯部材が、肉厚０.１〜０．３ｍｍ
の耐アルカリ性金属板製であり、前記極板群との接合面
に設けた歯の高さが０．１〜０．５ｍｍ、歯と歯の間隔
が５〜１０ｍｍ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。
【請求項３】前記板状集電端子が、肉厚０．５〜１．０
ｍｍの耐アルカリ性金属板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。
【請求項４】極板群の端面に突出させた極板の基板端部
に集電端子を取り付けたアルカリ蓄電池の製造方法であ
って、該基板端部と前記有歯部材の歯を抵抗溶接によっ
て接合した後、該有歯部材の、極板群との接合面と反対
側の面に前記集電端子をレーザー溶接によって接合する
ことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。