JP2004319315A

JP2004319315A - 電池用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004319315A
Application number: JP2003112693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inoue; 浩井上; Mitsugi Takagi; 貢高木
Original assignee: Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP4520105B2

Abstract

【課題】三次元金属多孔体の一側縁部にリード板を接合してリード部を構成した電池用電極において、リード板の側縁の境界部で三次元金属多孔体が折れたり、切れが発生するのを防止する。
【解決手段】三次元金属多孔体から成る支持体２のリード配設部を圧密してリード板５を接合することでリード部３を構成するに当たって、支持体２の圧密部４の一面にリード板５を接合するとともに、圧密部４の他面にリード板５に対向する位置まで延びる非圧密突出部６を間隔をあけて配設し、境界部８での曲げ剛性を高めた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池用電極及びその製造方法に関し、特にリード部におけるリード板側縁部での強度の向上を図った電池用電極とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角形電池においては、複数枚の方形の負極板と正極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を電解液とともに電槽内に挿入配置して構成されている。例えば、ニッケル水素電池における極板群は、三次元金属多孔体から成る支持体としてのＮｉの発泡メタルに正極材料を充填した正極板と、支持体としてのＮｉのパンチングメタルに負極材料を塗着した負極板とを、それらの間にセパレータを介装して積層して構成されている。
【０００３】
また、極板群として、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、正極板２２と負極板２３の一側縁部にそれぞれリード部２２ａ、２３ａを設け、そのリード部２２ａ、２３ａを互いに反対側部に突出させた状態で正極板２２と負極板２３をセパレータ２４を介して積層し、各正極板２２と負極板２３のリード部２２ａ、２３ａの端面に集電板２５、２６を圧接させて配置し、必要に応じてロウ材等を介した状態でレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて接合した極板群２１が知られている。
【０００４】
また、正極板２２のリード部２２ａは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、支持体としての三次元金属多孔体２７の一側部を加圧して圧密するとともにその一面にリード板２８を重ねて超音波溶接にて接合して構成したものが知られている。なお、上記負極板のリード部は支持板の一側部に負極材料を塗着しない部分を設けて構成されている。
【０００５】
上記正極板２２のリード部２２ａの製造方法としては、図８に示すように、三次元金属多孔体２７の一面にリード板２８を重ね合わせた状態で、回転可能な円板状の超音波ホーン３１と同じく回転可能な円板状のアンビル３２との間に挿通させ、超音波ホーン３１とアンビル３２の間でリード板２８と三次元金属多孔体２７を加圧して三次元金属多孔体２７を圧密するとともに超音波ホーン３１にその軸芯方向の超音波振動を負荷することで、圧密した三次元金属多孔体２７とリード板２８をその全面で超音波接合するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、渦巻状に巻回する電極において、図９に示すように、電極３３のリード部となる端部に、折り返して補強したメッシュ３４を取り付けてその端部が電極３３の三次元金属多孔体に封入されるようにし、かつ適当間隔おきに電気スポット溶接したものも知られている（特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９７７４７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−２２３１２８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１のように、三次元金属多孔体２７の一側縁部を圧密してその一面にリード板２８を接合した電極においては、リード板２８の側縁と三次元金属多孔体２７の境界部２９（図７（ｂ）参照）に応力が集中して折れ曲がりが発生し易く、極端な場合には切れが発生することもあるという問題があり、特に三次元金属多孔体２７として目付け（坪量）の小さいものを採用することで、正極板２２の重量を低減するとともに正極材料の充填量を増加することで、電池の重量当たりの容量の増大を図ろうとする際には重大な問題となる。
【００１０】
また、このような問題を解消するため、特許文献２のように、リード部に折り返し部を設けて補強することも考えられるが、その場合には加工工数及び材料費が大きくなって、コスト高になるという問題を生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、三次元金属多孔体の一側縁部を圧密してその一面にリード板を接合した電池用電極において、リード板の側縁で三次元金属多孔体が折れたり、切れが発生することのない電池用電極及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用電極は、三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合した電池用電極であって、支持体の圧密部の一面にリード板を接合するとともに、圧密部の他面にリード板に対向する位置まで延びる非圧密突出部を間隔をあけて配設したものであり、リード板側に延出している非圧密突出部にてリード板と三次元金属多孔体との境界部の曲げ剛性を大きくでき、境界部に応力が集中して三次元金属多孔体の折れや切れが発生するのを確実に防止でき、かつ非圧密突出部は間隔をあけて配設しているので、三次元金属多孔体の圧密部とリード板との接合面積を十分に確保でき、三次元金属多孔体の圧密部とリード板が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【００１３】
また、支持体とリード板の接合は抵抗シーム溶接や導電性接着材による接合等を適用することもできるが、支持体とリード板を超音波接合すると、非圧密突出部に対向する部分を除いてリード板のほぼ全面を支持体と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部を生産性良く構成できる。
【００１４】
また、本発明の電池用電極の製造方法は、三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合する電池用電極の製造方法であって、支持体のリード配設部にリード板を重ねて回転可能な円板状の加圧治具と回転可能でかつ外周支持面の側縁部に間隔をあけて凹部を形成した円板状のアンビルとの間に挿通し、加圧治具とアンビルの間で支持体とリード板を加圧つつ支持体とリード板を接合するものであり、加圧治具とアンビルの間で支持体のリード配設部を圧密するとともにアンビルの凹部にて非圧密突出部を形成しつつリード板を接合することで、生産効率良く、上記作用効果を奏する電池用電極を製造することができる。
【００１５】
また、加圧治具は超音波ホーンから成り、この超音波ホーンに軸芯方向に超音波振動を印加して支持体とリード板を超音波接合すると、支持体とリード板を重ねて送給しながらリード板のほぼ全面を支持体と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部を生産性良く構成できる。
【００１６】
また、外周支持面の両側縁部に千鳥状に凹部を形成しているアンビルを用いると、超音波接合部における接合面積が超音波ホーン及びアンビルの回転位置によってあまり変化せず均一にできるので、安定して信頼性の高い接合状態を得ることができる。なお、この場合にはリード板を接合した後、その中央部で切断して両側の電池用電極に分割される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池用電極とその製造方法の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
図１において、１はニッケル水素電池に用いられる正極板などの電池用電極であり、三次元金属多孔体であるＮｉの発泡メタルから成る支持体２の一側縁部にリード部３が設けられている。リード部３は、三次元金属多孔体を圧密して構成した圧密部４の一面にリード板５を超音波接合によって接合して構成されている。圧密部４の他面には、リード板５に対向する位置まで延びる非圧密突出部６が間隔をあけて配設されている。
【００１９】
この電池用電極１は、例えば、図２に示すように、８枚（４枚並列×２列）分の大きさを有する大板７の状態で製造され、一点鎖線で示す切断線１０で切断して各電池用電極１に分割される。その大板７には、中央部で切断されてリード板５を構成する２条のリード板５Ａが配設されている。
【００２０】
この電池用電極１用の大板７の製造に際しては、図３に示すように、支持体２のリード配設部にリード板５Ａを重ねて、回転可能な円板状の超音波ホーン１１と同じく回転可能でかつ外周支持面の両側縁部に間隔をあけて千鳥状に凹部１３を形成された円板状のアンビル１２との間に通し、回転駆動装置１４にて超音波ホーン１１を矢印ａの如く回転駆動するとともに、アンビル１２を設置された昇降台１６を押上装置１７にて矢印ｂの如く押上付勢することで、超音波ホーン１１とアンビル１２の間で支持体２とリード板５Ａを加圧しながら送給し、それと同時に超音波振動発生装置１５にて矢印ｃの如く超音波ホーン１１にその軸芯方向の超音波振動を負荷する。これにより、図４に示すように、支持体２のリード配設部に圧密部４が形成されるとともに、その一面にリード板５Ａが超音波接合され、かつ圧密部４の他面に、アンビル１２の外周支持面の両側縁部に千鳥状に形成された凹部１３にてリード板５に対向する位置まで延びる非圧密突出部６が形成される。
【００２１】
具体数値例を示すと、リード板５Ａの幅が６ｍｍ、超音波ホーン１１及びアンビル１２の幅が８ｍｍ、凹部１３は半径２ｍｍの半円形で、略９〜１０ｍｍ間隔で形成している。
【００２２】
以上の構成の電池用電極１によれば、リード板５側に延出している非圧密突出部６にてリード板５と三次元金属多孔体から成る支持体２の圧密部４との境界部８の曲げ剛性を大きくでき、境界部８に応力が集中してリード部３で三次元金属多孔体２の圧密部４の折れや切れが発生するのを確実に防止できる。また、非圧密突出部６を間隔をあけて配設しているので、三次元金属多孔体２の圧密部４とリード板５との接合面積を十分に確保することができ、三次元金属多孔体２の圧密部４とリード板５が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【００２３】
また、支持体２の圧密部４とリード板５を超音波接合しているので、非圧密突出部６に対向する部分を除いてリード板５のほぼ全面を圧密部４と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部３を生産性良く構成できる。
【００２４】
また、図３に示したリード板接合装置を用いると、超音波ホーン１１とアンビル１２の回転に伴って支持体２とリード板５を重ねて送給して圧密部４を形成しながら、超音波ホーン１１の軸芯方向の超音波振動によって圧密部４とリード板５を超音波接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部３を生産性良く構成でき、特に凹部１３を形成したアンビル１２を用いるだけで、従来のリード板接合装置をそのまま適用できるので、設備コストが殆どかからず、低コストにて上記効果を奏する電池用電極１を製造することができる。さらに、外周支持面の両側縁部に千鳥状に凹部１３を形成しているアンビル１２を用いているので、超音波接合部における接合面積が超音波ホーン１１及びアンビル１２の回転位置によってあまり変化せず均一にできるので、安定して信頼性の高い接合状態を得ることができる。
【００２５】
具体例を示すと、図５（ａ）に示すように、目付け（坪量）が４００ｇ／ｍ^２の三次元金属多孔体２を支持体２として用いた上記具体例の電池用電極１を他の極性の電極と積層し、リード部３の端縁に集電板９を押し付けた状態で各リード部３と集電板９を溶接接合したところ、リード部３に折れや切れが発生するのを確実に防止でき、リード部３を集電板９に適切に溶接接合できた。これに対して、従来例の正極板２２において、目付け（坪量）が６００ｇ／ｍ^２の三次元金属多孔体２７を用いていたのを、同様に目付け（坪量）が４００ｇ／ｍ^２のものに変えたところ、図５（ｂ）に示すように、折れや切れ２９が２０〜３０％程度生じた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の電池用電極によれば、リード板側に非圧密突出部を延出したことでリード板と三次元金属多孔体との境界部の曲げ剛性を大きくでき、境界部に応力が集中して三次元金属多孔体の折れや切れが発生するのを確実に防止でき、かつ非圧密突出部は間隔をあけて配設したことで、三次元金属多孔体の圧密部とリード板との接合面積を十分に確保でき、三次元金属多孔体の圧密部とリード板が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電池用電極を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分拡大背面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】同実施形態の電池用電極の分割前の大板の正面図である。
【図３】同実施形態におけるリード板接合装置の構成図である。
【図４】同実施形態におけるリード板接合状態を示す拡大断面図である。
【図５】同実施形態と従来例の電池用電極のリード部と集電板との接合状態を示す詳細断面図である。
【図６】極板群の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視拡大断面図である。
【図７】従来例の電池用電極の構成を示し、（ａ）は要部の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図８】従来例におけるリード板接合装置の構成図である。
【図９】他の従来例の電池用電極の構成を示し、（ａ）は要部の正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【符号の説明】
１電池用電極
２三次元金属多孔体からなる支持体
３リード部
４圧密部
５、５Ａリード板
６非圧密突出部
１１超音波ホーン
１２アンビル
１３凹部

Claims

三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合した電池用電極であって、支持体の圧密部の一面にリード板を接合するとともに、圧密部の他面にリード板に対向する位置まで延びる非圧密突出部を間隔をあけて配設したことを特徴とする電池用電極。
支持体とリード板を超音波接合したことを特徴とする請求項１記載の電池用電極。
三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合する電池用電極の製造方法であって、支持体のリード配設部にリード板を重ねて回転可能な円板状の加圧治具と回転可能でかつ外周支持面の側縁部に間隔をあけて凹部を形成した円板状のアンビルとの間に挿通し、加圧治具とアンビルの間で支持体とリード板を加圧つつ支持体とリード板を接合することを特徴とする電池用電極の製造方法。
加圧治具は超音波ホーンから成り、この超音波ホーンに軸芯方向に超音波振動を印加して支持体とリード板を超音波接合することを特徴とする請求項３記載の電池用電極の製造方法。
外周支持面の両側縁部に千鳥状に凹部を形成しているアンビルを用いることを特徴とする請求項３又は４記載の電池用電極の製造方法。
請求項１又は２いずれかに記載の電池用電極を用いたことを特徴とする電池。