JP2003036833A - 二次電池用集電板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう接時に熱が蓄積されにくい二次電池用集
電板を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明の二次電池用集電板３１は、極板
と一体にろう接されるろう接部３２を表面に持つ二次電
池用集電板３１であって、ろう接部３２は、ろう接時の
熱を極板に解放するために表面３５から突出し極板と接
触しやすい凸部３５１上に配置されていることを特徴と
する。ろう接部３２を凸部３５１上に配置すると伝熱面
積が大きくなる。このため、ろう接時に二次電池用集電
板３１に加えられる熱が、ろう接部３２を介して極板に
解放されやすくなる。したがって、熱が二次電池用集電
板３１に蓄積し不具合が発生するのを抑制することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の極板と
一体に接合される二次電池用集電板（以下、適宜「集電
板」と称す。）に関する。 【０００２】 【従来の技術】二次電池は、携帯機器やハイブリッド自
動車などの電源用として広く利用されている。この二次
電池は、例えば、正極板と正極集電板と負極板と負極集
電板とを備えて構成されている。これらの部材のうち正
極板と負極板とは、セパレータを介して複数枚交互に積
層されている。そして、各々の正極板と正極集電板、あ
るいは各々の負極板と負極集電板は、それぞれ一体にろ
う接されている。 【０００３】ここで、極板（正極板、負極板）と集電板
（正極集電板、負極集電板）とのろう接は、例えば以下
に示す手順で行う。まず、ペースト状のろう材を集電板
の表面に塗布することにより、表面にろう接部を配置す
る。次に、この集電板の背面側からろう接部を加熱し、
ろう接部を形成するろう材を溶融させる。それから、加
熱を止めろう接部を冷却し、ろう材を固化される。この
ようにして、極板と集電板とは、両部材の間にろう接部
が架橋的に介在した状態で、一体に接合される。 【０００４】ここで、ろう接部の配置場所が予め決めら
れた所定位置からずれると、所望のろう接強度が得られ
ないおそれがある。また、電池内部に短絡回路が形成さ
れるおそれもある。 【０００５】そこで従来は、ろう接部の配置場所の位置
決めを容易にするため、図６に示すように、ろう接部１
００（図中、網掛けで示す。）を、集電板１０１の表面
１０２のうち、堤状の凸部１０４に挟まれた溝状の凹部
１０５に配置していた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すように、ろう接時においては集電板１０１の表面１
０２全面が極板１０６と接触する訳ではない。表面１０
２のうち実際に接触するのは、より極板１０６に近い凸
部１０４のみである。このことは、ろう接時における集
電板１０１と極板１０６との接触面積、言い換えると伝
熱面積が小さいことを意味する。伝熱面積が小さいと、
ろう接時に集電板１０１の背面１０３から加えられる熱
（図中、矢印で示す。）は、極板１０６には移動しにく
く、集電板１０１に蓄積されやすい。このため、集電板
１０１に熱による不具合が発生するおそれがある。 【０００７】本発明の二次電池用集電板は上記課題に鑑
みて完成されたものである。したがって本発明は、ろう
接時に熱が蓄積されにくい二次電池用集電板を提供する
ことを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の二次電池用集電板は、極板と一体にろう接
されるろう接部を表面に持つ二次電池用集電板であっ
て、ろう接部は、ろう接時の熱を極板に解放するために
表面から突出し極板と接触しやすい凸部上に配置されて
いることを特徴とする。 【０００９】つまり、本発明の二次電池用集電板は、ろ
う接部を集電板表面の凸部の上に配置するものである。
本発明の集電板を加熱すると、凸部上のろう接部を形成
するろう材が溶融し液化する。この液化したろう材は、
集電板と極板との間で良好に濡れ広がる。ろう材が濡れ
広がると、集電板と極板との接触面積、つまり伝熱面積
が大きくなる。このため、ろう接時に集電板に加えられ
る熱が極板に解放されやすくなる。したがって、熱が集
電板に蓄積し、不具合、具体的には集電板基材を溶融
し、最悪孔明きが集電板に発生するのを抑制することが
できる。 【００１０】また、従来の集電板１０１ではろう接部１
００が凹部１０５内に配置されていた。そして加熱前の
段階ではろう接部１００は極板１０６と接触していなか
った。このためろう接時においては、ろう材が液状とな
って流動し、極板１０６と接触するまで加熱し続ける必
要があった。したがって加熱時間が長かった。そしてこ
の長い加熱時間も、集電板に熱が蓄積し不具合が生ずる
一因となっていた。 【００１１】この点においても、本発明の集電板は凸部
上にろう接部を配置している。このため加熱前の段階か
らろう接部は極板と接触している。したがって本発明の
集電板によると、加熱時間を短くすることができる。こ
のため、集電板に熱による不具合が発生するのを、より
確実に抑制することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の二次電池用集電板
の実施の形態について説明する。 【００１３】（１）まず、本発明の集電板を正極集電板
および負極集電板として組み込んだニッケル水素二次電
池の構成について説明する。 【００１４】図１にニッケル水素二次電池の分解図を示
す。図に示すように、ニッケル水素二次電池１は、正極
部材２と負極部材３とセパレータ４とを備えている。 【００１５】このうち、負極部材３は、負極板３０と負
極集電板３１と負極ろう接部３２とを備えている。また
正極部材２も同様に、正極板２０と正極集電板（図略）
と正極ろう接部（図略）とを備えている。 【００１６】負極板３０と正極板２０とは、長方形板状
を呈している。負極板３０は、鉄製であって、表面に水
素吸蔵合金からなる負極活物質層を有している。この負
極活物質層には、水素が金属水素化物として吸収され
る。また正極板２０は、ニッケル製であって、表面にＮ
ｉＯＯＨからなる正極活物質層を有している。この正極
板２０は袋状のセパレータ４の中に収納されている。な
お、セパレータ４は、イオン伝導性が良好な多孔質樹脂
シートからなる。そして、セパレータ４に収納された正
極板２０と、負極板３０とは、交互に複数枚積み重ねら
れ積層体を形成している。すなわち積層方向に、正極板
２０→セパレータ４→負極板３０→セパレータ４→再び
正極板２０の順に、各々の層が配列されている。ここで
正極板２０と負極板３０とは、所定幅だけずれた状態で
積層されている。このため、積層体の一面は、負極板３
０の端面が没落し、正極板２０の端面が突出した凹凸状
となっている。反対に、この一面の背面は、正極板２０
の端面が没落し、負極板３０の端面が突出した凹凸状と
なっている。 【００１７】積層体のこれら両面のうち、負極板３０の
端面が突出する面側には、負極集電板３１が配置されて
いる。図２に負極集電板３１の斜視図を示す。図に示す
ように、負極集電板３１は長辺方向一端の幅が狭い長方
形板状を呈している。この幅の狭い長辺方向一端には、
電池外部の負荷回路や他の電池と接続される端子部３３
が配置されている。また、短辺方向両端は、負極板３０
方向に屈曲されており、ガイド部３４を形成している。
すなわち、負極集電板３１の短辺方向断面は、コ字状を
呈している。負極集電板３１の負極板３０側の表面３５
は、凹部３５０と凸部３５１とを有する。凹部３５０
は、溝状を呈しており、表面３５上を短辺方向に延びて
配置されている。また、凹部３５０は、所定間隔毎に計
四列配置されている。また凸部３５１は、堤状を呈して
おり、凹部３５０の両側に配置されている。このため、
凹部３５０一列に対して、凸部３５１は二列配置されて
いる。したがって凸部３５１は計八列配置されている。 【００１８】この凸部３５１の頂面には、Ｎｉ−Ｐ合金
ろう材により形成された負極ろう接部３２（図中、網掛
けで示す。）が配置されている。この負極ろう接部３２
を介して、負極板３０の端面は、負極集電板３１の凸部
３５１とろう接されている。このとき、最外層の負極部
３０は、ガイド部３４間に納まるようにろう接される。
なお、図示しないが正極集電板も図３の負極集電板３１
と同様の構成である。そして、この正極集電板の凸部
は、正極ろう接部を介して、正極板２０の端面とろう接
されている。 【００１９】以上説明した正極部材２と負極部材３とセ
パレータ４とは、密閉容器（図略）に収納されている。
そして、この密閉容器の内部には、ＫＯＨ水溶液からな
る液体電解質（図略）が充填されている。 【００２０】（２）次に、このニッケル水素二次電池の
放電時における各部の働きについて説明する。放電時に
おいては、まず複数枚の負極板３０で酸化反応が起こり
電子が放出される。そして次に電子は、負極板３０から
負極ろう接部３２を介して負極集電板３１に集められ
る。それから電子は、負極端子を介して電池外部の負荷
機器などに供給される。その後電子は、負荷機器から再
び正極端子を介して電池内に戻り正極集電板に到達す
る。最後に電子は、正極ろう接部を介して複数枚の正極
板２０に分配され受容される。すなわち正極板２０では
還元反応が起こる。放電時においては、このようにして
各部が機能する。なお、充電時においては、逆向きに電
子が流れる。 【００２１】（３）次に、このニッケル水素二次電池の
製造方法について説明する。 【００２２】正極板２０とセパレータ４と負極板３０と
の積層体は、以下のようにして作製する。まず正極板２
０は、ニッケル多孔板の表面に、ＮｉＯＯＨからなる正
極活物質層を積層させることにより作製する。また、作
製後の正極板２０を袋状のセパレータ４に収納する。次
に負極板３０は、鉄多孔板の表面に、水素吸蔵合金粉か
らなる負極活物質層を積層させることにより作製する。
このようにして作製したセパレータ４付きの正極板２０
と負極板３０とを、所定幅だけずらして交互に積層させ
る。こうして正極板２０とセパレータ４と負極板３０と
の積層体を作製する。 【００２３】負極集電板３１は、以下のようにして作製
する。まず、ＳＰＣＥ板を長辺方向一端の幅が狭い長方
形板状に裁断する。そして端子部３３を形成する。次
に、短辺方向両端を屈曲させガイド部３４を形成する。
こうして負極集電板３１を作製する。なお、正極集電板
も同様に作製する。 【００２４】負極ろう接部３２は、以下のように噴流め
っき法を用いて、負極集電板３１の表面３５の凸部３５
１上に形成される。まず負極集電板３１の表面をアルカ
リ脱脂し、酸活性させる。次に負極集電板３１の表面
に、Ｎｉストライクめっきを施す。それから、負極集電
板３１の表面のうち、負極ろう接部３２を配置しない部
位をマスキングする。その後、噴流めっき装置により、
負極ろう接部３２を形成する。 【００２５】図３に負極ろう接部３２の形成に用いる噴
流めっき装置の概要を示す。噴流めっき装置５は、めっ
き槽（図略）とポンプ（図略）とノズルケース５０とノ
ズル５１とワーク５２とを備えてなる。めっき槽には、
めっき処理により負極ろう接部３２となるめっき液が張
り込まれている。また、ワーク５２には負極集電板３１
が装着されている。この負極集電板３１の表面３５のう
ち、凸部３５１以外の部分は、めっき液が付着しないよ
うにマスキング部材５３により覆われている。 【００２６】めっき液は、めっき槽からポンプによりノ
ズルケース５０へ圧送される。そしてノズル５１からワ
ーク５２に装着された負極集電板３１に噴射される。こ
こで、ノズル５１は正に負極集電板３１は負に、それぞ
れ帯電している。このため負極集電板３１の表面にめっ
き被膜が形成される。このめっき被膜が負極ろう接部３
２となる。こうして負極ろう接部３２を負極集電板３１
の表面に形成する。なお、正極ろう接部も同様に正極集
電板の表面に形成する。 【００２７】負極板３０と負極ろう接部３２とは、以下
のように電子ビームを用いてろう接される。図４にろう
接に用いる電子ビーム装置の概要を示す。なお、この図
は電子ビーム装置を上方から見ている。電子ビーム装置
６は、電子銃６１とアノード６２と集束コイル６３と偏
向コイル６４とを備える。なお、この電子ビーム装置６
は真空雰囲気の真空ケース（図略）中に配置されてい
る。 【００２８】照射対象である負極ろう接部３２が形成さ
れた負極集電板３１と負極板３０とは、この電子ビーム
装置６から所定距離だけ離間して、真空ケース内に固定
配置されている。なお、負極ろう接部３２と負極板３０
とは、予め当接されている。 【００２９】電子ビーム６５は、電子銃６１から照射さ
れる。照射された電子ビーム６５は、集束コイル６３と
偏向コイル６４とにより焦点が調節される。そして電子
ビーム６５は、負極集電板３１の負極ろう接部３２が配
置されている部分の背面側に、スポット照射される。こ
の照射により印加された電子ビーム６５の運動エネルギ
は、負極集電板３１の表面で熱エネルギに変換される。
そして、この熱エネルギが負極ろう接部３２に伝達され
ることにより負極ろう接部３２が加熱溶融される。こう
して、負極ろう接部３２の一部と負極板３０の一部とが
点接合される。 【００３０】次に、偏向コイル６４を調整することによ
り、電子ビーム６５のスポット照射位置を、ちょうど走
査するように負極ろう接部３２の形成部分に対応させて
移動させる。このようにして、負極ろう接部３２の全体
と負極板３０の全体とを接合する。なお、正極板２０と
正極ろう接部とのろう接も同様にして行う。 【００３１】ここで、負極ろう接部３２は凸部３５１の
上に配置されている。したがって、図５に示すように、
電子ビームを照射すると負極ろう接部３２を形成するろ
う材は溶融し、凸部３５１と負極板３０との間で濡れ広
がる。負極ろう接部３２が濡れ広がると、凸部３５１と
負極板３０との接触面積、すなわち伝熱面積が大きくな
る。このため、電子ビーム照射による熱は、図中矢印で
示すように、負極集電板３１から負極ろう接部３２を経
由して負極板３０に解放される。これにより、負極集電
板３１への熱の蓄積を抑制することができる。そして、
負極集電板３１に熱による不具合が発生するのを抑制す
ることができる。 【００３２】最後に組み付けられた上記部材を密閉容器
に収納し、密閉容器内部を液体電解質で満たす。このよ
うにしてニッケル水素二次電池１を製造する。 【００３３】（４）以上、本発明の二次電池用集電板の
実施形態について説明した。しかしながら実施形態は上
記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いう
る種々の変形的、改良的形態で実施することも可能であ
る。 【００３４】例えば、本実施形態においては凸部を堤状
としたが、凸部の形状は特に限定するものではない。例
えば円柱状、円錐状など種々の形状とすることができ
る。また凸部の個数も限定するものではない。 【００３５】また本実施形態においては、ろう接部を凸
部上の全面に配置したが、所望のろう接強度が得られる
のであれば、凸部上の一部のみにろう接部を配置しても
よい。 【００３６】また本実施形態においては、ろう接部を集
電板の凸部上に配置する方法として、噴流めっき法を用
いた。その理由は、噴流めっき法には、凹部よりも電流
密度の高い凸部に、めっき被膜が形成されやすいという
本質的特徴があるからである。噴流めっき法のこの特徴
を利用すると、凸部に選択的にろう接部を形成すること
が容易である。すなわち、ろう接部を配置するのに噴流
めっき法は好適である。ただし配置方法は特に限定する
ものではない。例えば、ペースト状のろう材を凸部上に
塗布する方法などにより配置してもよい。 【００３７】また本実施形態においては、ろう接部の加
熱に電子ビームを用いた。その理由は、電子ビームを用
いるとビーム照射径、すなわちスポット径を絞ることが
容易だからである。そして、集電板のろう接部以外の部
分が不必要に加熱されることを極力抑制することができ
るからである。ただし、例えばレーザビームなどを用い
てろう接部を加熱してもよい。 【００３８】 【発明の効果】本発明によると、ろう接時における熱が
蓄積しにくく、熱による不具合が生じにくい二次電池用
集電板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 ニッケル水素二次電池の分解図である。 【図２】 負極集電板の斜視図である。 【図３】 噴流めっき装置の概略図である。 【図４】 電子ビーム装置の概略図である。 【図５】 負極集電板のろう接部の拡大図である。 【図６】 従来の集電板の斜視図である。 【図７】 従来の集電板のろう接部の拡大図である。 【符号の説明】 １：ニッケル水素二次電池、２：正極部材、２０：正極
板、３：負極部材、３０：負極板、３１：負極集電板、
３２：負極ろう接部、３３：端子部、３４：ガイド部、
３５：表面、３５０：凹部、３５１：凸部、４：セパレ
ータ、５：噴流めっき装置、５０：ノズルケース、５
１：ノズル、５２：ワーク、５３：マスキング部材、
６：電子ビーム装置、６１：電子銃、６２：アノード、
６３：集束コイル、６４：偏向コイル、６５：電子ビー
ム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H022 AA18 BB13 CC12 CC13 CC16 CC19 5H028 AA05 BB05 CC07 CC08

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 極板と一体にろう接されるろう接部を表
   面に持つ二次電池用集電板であって、 該ろう接部は、ろう接時の熱を該極板に解放するために
   該表面から突出し該極板と接触しやすい凸部上に配置さ
   れていることを特徴とする二次電池用集電板。