JP2004349174A

JP2004349174A - 電池およびその製造方法

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Publication number: JP2004349174A
Application number: JP2003146726A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Umeyama; 浩哉梅山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】寸法あるいは重量を増加させることなく、高出力の電池を製造する。
【解決手段】電池の製造方法は、蓋部材と電極群とを接合するステップ（Ｓ３０２）と、電極群をケースに挿入するステップ（Ｓ３０４）と、電極群に歪みがある場合には（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、歪みを修正するステップ（Ｓ３０８）と、電極板のリード部と集電板兼ケース底板とを溶接するステップ（Ｓ３１０）と、集電板兼ケース底板とケースの溶接部とを溶接するステップ（Ｓ３２０）とを含む。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池およびその電池を製造する技術に関し、特に、高出力電池およびその電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車両、電気自動車等に駆動力を供給するための電源として、高出力の二次電池が必要とされている。このような二次電池は、高出力に加えて、小型化や軽量化も望まれている。
【０００３】
図４を参照して、従来の製造方法により製造された二次電池における電極板とケースとの位置関係について説明する。図４（Ａ）は、電極板４３０に平行な断面により切断された二次電池４００の概略図である。図４（Ｂ）は、電極板４３０に垂直な断面により切断された二次電池４００の概略図である。
【０００４】
図４（Ａ）に示すように、ケース４１０と電極板４３０との間に公差が少ない場合には、電極板４３０が適切に挿入されず、電極板４３０の端部がケース４１０から離れることがある。この状態で電極板４３０をケース４１０に挿入すると、電極板４３０は、ケース４１０に対して一部しか接触することができない。
【０００５】
図４（Ｂ）に示すように、電極板をケース４１０に挿入したとき、挿入後の電極板は、たとえば電極板４３２，４３４のように、ケース４１０の底と接触していない状態になる場合（図４における接触不良部４４０）、あるいは、電極板４３８が折れ曲がることにより電極板４３６と４３８とが接触状態になる場合がある（図４における接触部４５０）。そのため、従来の製造方法により製造された電池は、所定の性能が得られない場合があった。
【０００６】
また、このように電極板をケースに挿入することにより電極板とケースとを接触状態にする電池の場合、その電池が強い振動や衝撃を受けたとき、その接触部分が非接触の状態になる場合もあり、結果として、内部抵抗が増加し、出力が低下することもあった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するために、たとえば特開２０００−２４３４３３号公報（特許文献１）は、大電流放電特性に優れ、かつ対振動性や耐衝撃性に優れた円筒型アルカリ蓄電池の製造方法を開示する。この製造方法は、極板群を金属ケースの内部へ収納するステップと、負極板の突出部分を金属ケースの底部に電気的に接続するステップと、金属封口板を正極板の突出部分に電気的に接続する接続ステップと、金属ケースの上部開口部を金属封口板およびこれと金属ケースとの間に介在するガスケットにより密閉するステップとを含む。接続ステップは、金属封口板を金属ケース内の正極板の突出部分に直接またはニッケルロウを介して接触させ、封口板の上方から封口板にレーザを照射することにより、正極板の突出部分を封口板の下面に接続するステップを含む。
【０００８】
特許文献１に開示された円筒型アルカリ蓄電池の製造方法によると、金属封口板と正極板の突出部分とはレーザ溶接により接合されるため、極板群が金属ケースの内部で移動しない。また、レーザ溶接による接合力は抵抗溶接などによる接合力を上回るため、耐振動性や耐衝撃性が向上する。さらに、正極板の突出部と封口板の下部、負極板の突出部と金属ケースの底部が直接接合されるため、リード板などの接続部品が不要となる。このようにして、円筒型アルカリ蓄電池の製造方法によると、大電流放電特性に優れ、かつ対振動性や耐衝撃性に優れた円筒型アルカリ蓄電池を製造することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２４３４３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された電池の製造方法によると、極板群を金属ケースの内部へ収納するときに、金属ケースと極板群との位置関係が適切でない場合には、極板群が所定の状態を維持したまま金属ケースの内部に収納されない場合があった。この場合、金属ケースの底部と極板との接合状態を接合後に確認することができないため、各極板と金属ケースとの間の接合が不十分な電池、あるいは一部の極板と金属ケースとが接合されていない電池が製造される場合もあった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、寸法あるいは重量を増加させることなく、極板とケースとの接合を確実にすることにより出力が増加する電池およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電池は、両端に開口部を有するケースと、ケースに収容される電極群と、第１の蓋部材と第２の蓋部材とを含む。第１の蓋部材および第２の蓋部材は、ケースと別体である。電極群は、第１の蓋部材および第２の蓋部材にそれぞれ接合される。
【００１３】
第１の発明によると、第１の蓋部材および第２の蓋部材はそれぞれ、ケースと別体であるため、電極群と各蓋部材とを確実に接合した上で、各蓋部材とケースとを接合することができる。ここで、別体とは、電池の各構成要素が別個であることをいう。このようにすると、確実に接合したことにより電池の内部抵抗が低減されるため、電池の出力を高めることができる。これにより、高出力な電池を提供することができる。
【００１４】
第２の発明に係る電池は、第１の発明の構成に加えて、第１の蓋部材および第２の蓋部材の少なくとも一方は、溶接によりケースに接合される。
【００１５】
第２の発明によると、少なくとも一方の蓋部材は、溶接によりケースに接合されるため、構成前に別体である蓋部材とケースとの接合を確実にすることができる。
【００１６】
第３の発明に係る電池は、第１の発明の構成に加えて、第１の蓋部材および第２の蓋部材と電極群とは、溶接により接合される。
【００１７】
第３の発明によると、電池の内部に収容される電極群は、各蓋部材と確実に接合されるため、接触の不良などによる内部抵抗の増加を抑制することができる。
【００１８】
第４の発明に係る電池は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、各蓋部材は集電板である。
【００１９】
第４の発明によると、電極群に接合される蓋部材は集電板の機能も有するため、専用の集電板を使用する場合に比べて、電池の内部抵抗を小さくすることができる。その結果、電池の出力を高めることができる。
【００２０】
第５の発明に係る電池の製造方法は、両端に開口部を有するケースに、電極群を挿入する挿入ステップと、挿入された電極群と第１の蓋部材とを接合する第１の接合ステップと、第１の蓋部材とケースの開口部とを接合する第２の接合ステップとを含む。
【００２１】
第５の発明によると、挿入ステップにて、電極群が両端に開口部を有するケースに挿入されると、第１の接合ステップにて、その電極群と電池の第１の蓋部材とが接合される。これにより、ケースに挿入された電極板と蓋部材とは、確実に接合される。第２の接合ステップにて、第１の蓋部材とケースの開口部とが接合されると、電極板とケースとの間の導通が確保される。このようにすると、電極板と蓋部材とケースとの間の接合を確実にすることができるため、電池の内部抵抗が低減される。これにより、寸法あるいは重量を増加させることなく、極板とケースとの接合を確実にすることにより、高出力な電池の製造方法を提供することができる。
【００２２】
第６の発明に係る電池の製造方法は、第５の発明の構成に加えて、挿入された電極群の歪みを矯正する矯正ステップをさらに含む。
【００２３】
第６の発明によると、ケースに格納される電極群には、歪みがなくなるため、電極群を所定の状態にしてケースに格納することができる。このようにすると、内部抵抗が低減されるため、電池を高出力化することができる。
【００２４】
第７の発明に係る電池の製造方法は、第６の発明の構成に加えて、矯正ステップは、第１の蓋部材とケースの開口部との接合前に、挿入された電極群の歪みを矯正するステップを含む。
【００２５】
第７の発明によると、挿入された電極群の歪みは、第１の蓋部材とケースの開口部との接合前に矯正されるため、歪みがない電極群を有する電池を確実にケースに格納することができる。
【００２６】
第８の発明に係る電池の製造方法は、第５〜７のいずれかの発明の構成に加えて、第２の蓋部材と電極群とを予め接合するステップをさらに含む。挿入ステップは、ケースに、第２の蓋部材が接合された電極群を挿入するステップを含む。
【００２７】
第８の発明によると、電極板は、ケースに挿入される前に、第２の蓋部材（たとえば正極板を兼用した蓋部材）と接合されるため、接合状態を予め確認することができる。したがって、電極板と蓋部材との接合状態が良好な電池を製造することができる。
【００２８】
第９の発明に係る電池の製造方法は、第５〜８のいずれかの発明の構成に加えて、第１の接合ステップは、挿入された電極群と第１の蓋部材とを、溶接により接合するステップを含む。
【００２９】
第９の発明によると、ケースに挿入された電極群と第１の蓋部材とを、より確実に接合することができるため、電池の耐振動性あるいは耐衝撃性を高めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３１】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る製造方法により製造された二次電池１００の構造について説明する。この二次電池１００は、たとえばハイブリッド車両あるいは電気自動車などに搭載され、モータジェネレータ（図示しない）に所定の電力を供給するとともに、回生時には、モータジェネレータから供給される電力により充電される。なお、本実施の形態に係る製造方法により製造される電池は、車両に搭載される電池に限られず、他の民生用の電池であってもよい。
【００３２】
この二次電池１００は、ケース１１０と、複数の正極板１２０と、複数の負極板１３０と、複数のセパレータ１４０と、蓋部材１５０とを含む。正極板１２０と負極板１３０とは、セパレータ１４０により互いに接触しないように配置される。正極板１２０は、ケース１１０に片当りしたり、負極板１３０に接触することなく配置される。負極板１３０は、ケース１１０に片当りしたり、正極板１２０に接触することなく配置される。
【００３３】
正極板１２０および負極板１３０の大きさあるいは枚数は特に限られず、たとえば二次電池１００に求められる容量あるいは寸法等に基づいて定められる。また、ケース１１０の断面形状は、たとえば方形であるが、これに限られず、円筒形その他の断面形状を有する電池であってもよい。
【００３４】
図２を参照して、本実施の形態に係る製造方法により製造された二次電池１００の構造について、さらに説明する。図２は、二次電池１００の構成要素を展開した図である。
【００３５】
この二次電池１００は、ケース１１０と、電極群２２０と、蓋部材１５０と、集電板兼ケース底板１８０とを含む。図２に示すように、二次電池１００を製造する前には、蓋部材１５０および集電板兼ケース底板１８０は、ケース１１０とは一体ではなく別体（すなわち別個）の状態である。電極群２２０は、正極板１２０、負極板１３０およびセパレータ１４０を積層することにより構成される。
【００３６】
ケース１１０の開口部には、溶接部１７０が設けられる。この溶接部１７０は、後述するように、集電板兼ケース底板１８０と溶接される部分である。この溶接部１７０においてケース１１０と集電板兼ケース底板１８０とを溶接することにより、別体であったケース１１０と集電板兼ケース底板１８０とは一体になる。
【００３７】
電極群２２０の両端部には、リード部２２２，２２４が設けられる。リード部２２２の溶接部２６０は、後述するように、蓋部材１５０の所定の位置にて溶接される部分である。リード部２２４は、同様に、集電板兼ケース底板１８０の所定の位置にて溶接される。
【００３８】
このような構成を含む二次電池１００では、たとえば、蓋部材１５０が正極であり、ケース１１０の底部（すなわち、集電板兼ケース底板１８０）が負極である。
【００３９】
図３を参照して、本実施の形態に係る電池の製造方法について説明する。なお、この方法により製造される電池の大きさ等は、特に限られない。
【００４０】
ステップ（以下、ステップをＳと表わす。）３０２にて、蓋部材１５０と電極群２２０のリード部２２２とは、溶接により接合される。この溶接は、ケース１１０に挿入する前に行なわれるため、リード部２２２を蓋部材１５０に密着させることができる。なお、このときの溶接方法は、特に限られない。
【００４１】
Ｓ３０４にて、蓋部材１５０と接合された電極群２２０が、ケース１１０の開口部から挿入される。このとき、電極群２２０は、ケース１１０の内部に押し込まれるようにして挿入される。なお、この挿入の方法は、これに限られず、電極群２２０を損傷することなくケース１１０の内部に挿入することができる方法であればよい。
【００４２】
Ｓ３０６にて、電極群２２０に歪みがあるか否かが検査される。この検査方法は、特に限られず、たとえば目視による検査、あるいは赤外線の照射による検査等を行なってもよい。歪みがある場合には（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、処理はＳ３０８に移される。そうでない場合には（Ｓ３０６にてＮＯ）、処理はＳ３１０に移される。
【００４３】
Ｓ３０８にて、電極群２２０の歪みが修正される。電極群２２０の歪みの修正方法は特に限られず、たとえば、挿入方向に電極群２２０を引っ張ることにより、修正してもよい。これにより、電極群２２０をケース１１０に挿入したときに発生した歪みが修正される。
【００４４】
Ｓ３１０にて、リード部２２４と集電板兼ケース底板１８０とが溶接される。このときの溶接方法は、特に限られない。
【００４５】
Ｓ３２０にて、集電板兼ケース底板１８０とケース１１０の溶接部１７０とが溶接により接合される。これにより、二次電池に注入される電解液（図示しない）は、集電板兼ケース底板１８０の周辺部から漏出しなくなる。
【００４６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の製造方法によると、電極群２２０をケース１１０に挿入した（Ｓ３０４）後に、電極群２２０と集電板兼ケース底板１８０との溶接（Ｓ３１０）、および集電板兼ケース底板１８０と溶接部１７０との溶接（Ｓ３２０）が、それぞれ行なわれる。このようにすると、電極群２２０の歪みを防止しつつ、専用の集電板を使用することなく電極群２２０と集電板兼ケース底板１８０とを確実に接合することができる。これにより、二次電池１００の内部抵抗が小さくなるため、専用の集電板と電極群とをケースの外部から溶接した従来の電池に比べて、出力の高い電池を製造することができる。
【００４７】
また、この電極群２２０と集電板兼ケース底板１８０とは溶接により確実に接合されるため、電池に加速度が作用しても接合部は、容易に接触不良にならない。したがって、耐振動性あるいは耐衝撃性が向上した電池を提供することができる。
【００４８】
また、電極群２２０をケース１１０に挿入した時に、あるいは電極群２２０と溶接部とを溶接した時に、歪みが電極群２２０に生じた場合には、その歪みを修正することができるため（Ｓ３０８）、歪みのない電極群２２０をケース１１０に格納することできる。
【００４９】
また、電極群２２０をケース１１０に直接に接続し、ケース１１０の内部の最大寸法を集電部分の領域とすることにより、電池の内部抵抗値を引き下げることができる。これにより、電極板１２０の枚数を増やすことなく、あるいは電極板１２０を大きくすることなく、高出力の電池を製造することができる。
【００５０】
さらにまた、集電板兼ケース底板１８０を集電部材としても使用することにより、専用の集電部材が不要となるため、その集電部材に係る部品コストあるいは集電部材の組立コストが低減される。これにより、軽量化および小型化された電池を製造することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態に係る電池の製造方法において、リード部２２４と集電板兼ケース底板１８０との溶接（Ｓ３１０）と、集電板兼ケース底板１８０とケース１１０との溶接（Ｓ３２０）との間に、電極群２２０と蓋部材１５０との溶接状態の検査あるいは電極群２２０の歪みの検査を行なってもよい。このようにすると、溶接状態が基準を満足しない電池、あるいは、電極群の歪みが生じた電池を検出する精度をさらに向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の実施の形態に係る電池の製造方法においては、電極板の挿入方向は特に限られないが、たとえば、ケースの開口部が垂直方向を向くようにケースを配置して、電極板を開口部の上方から内部に挿入するようにしてもよい。このようにすると、電極板の自重により、引っ張り力が下方向に発生するため、挿入時における歪みの発生を抑制することができる。したがって、歪みを修正するための工数を削減することができるため、電池の製造コストをさらに低減することができる。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る二次電池の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る二次電池の構成要素を表わす図である。
【図３】図２に示す電池の製造方法を表わすフローチャートである。
【図４】従来の電池の構成を表わす概略図である。
【符号の説明】
１００，４００二次電池、１１０，４１０ケース、１２０正極板、１３０負極板、１４０セパレータ、１５０蓋部材、２６０，１７０溶接部、１８０集電板兼ケース底板、２２０電極群、２２２，２２４リード部、４３０，４３２，４３４，４３６，４３８電極板、４４０接触不良部、４５０接触部。

Claims

両端に開口部を有するケースと、
前記ケースに収容される電極群と、
第１の蓋部材と第２の蓋部材とを含み、
前記第１の蓋部材および前記第２の蓋部材は、前記ケースと別体であり、
前記電極群は、前記第１の蓋部材および前記第２の蓋部材にそれぞれ接合される、電池。
前記第１の蓋部材および前記第２の蓋部材の少なくとも一方は、溶接により前記ケースに接合される、請求項１に記載の電池。
前記第１の蓋部材および前記第２の蓋部材と前記電極群とは、溶接により接合される、請求項１に記載の電池。
各前記蓋部材は集電板である、請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
両端に開口部を有するケースに、電極群を挿入する挿入ステップと、
前記挿入された電極群と第１の蓋部材とを接合する第１の接合ステップと、
前記第１の蓋部材と前記ケースの開口部とを接合する第２の接合ステップとを含む、電池の製造方法。
前記製造方法は、前記挿入された電極群の歪みを矯正する矯正ステップをさらに含む、請求項５に記載の電池の製造方法。
前記矯正ステップは、前記第１の蓋部材と前記ケースの開口部との接合前に、前記挿入された電極群の歪みを矯正するステップを含む、請求項６に記載の電池の製造方法。
前記製造方法は、第２の蓋部材と前記電極群とを予め接合するステップをさらに含み、
前記挿入ステップは、前記ケースに、前記第２の蓋部材が接合された電極群を挿入するステップを含む、請求項５〜７のいずれかに記載の電池の製造方法。
前記第１の接合ステップは、前記挿入された電極群と前記第１の蓋部材とを、溶接により接合するステップを含む、請求項５〜８のいずれかに記載の電池の製造方法。