JP2005100927A - 電池およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高出力化、コストダウンおよび高容量化を図った電池とこの電池を生産性良く好適に製造することのできる製造方法を提供する。
【解決手段】電池ケース１の開口端側に拡口部１ａが形成されて、その拡口部１ａの内方側に環状の支持棚部１ｂが設けられ、支持棚部１ｂ上に環状の絶縁ガスケット１２が載置して支持され、極板群２から突出した一方極の極板３の端部３ａが接合された一方極の集電体１１を有し、集電体１１の周縁部を立ち上げ部１３を介し段付き状の形状とした環状のフランジ状鍔部１４が絶縁ガスケット１２の底面上に載置され、集電体１１上に、フィルタ部２１とキャップ状端子部２２とが一体化されてなる封口体８が接合され、内方にかしめ加工された拡口部１ａにより、絶縁ガスケット１２を介在して集電体１１のフランジ状鍔部１４および封口体８の周縁部が重合状態に固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高出力化、高容量化およびコストダウンを図ることができる新規な集電構造を備えた電池およびその電池を好適に製造することができる製造方法に関するものである。
近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電気機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されており、これらの電子機器の駆動用電源としては、従来においてニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などの水溶液系電池が主に用いられてきたが、近年においては、急速充電が可能で体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に高いリチウム二次電池に代表される非水電解液電池が主流になりつつある。一方、上述のニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池は、大きな負荷特性を必要とするコードレスパワーツールや電気自動車などの駆動用電源としての用途に特化しつつあり、一層の大電流放電特性が求められている。
従来、大電流放電用の用途に用いられる電池としては、図１５に示すような構造を備えたものが一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）この電池（以下、第１の従来技術の電池と称する）は、帯状の長い正，負極板５１，５２をこれらの間にセパレータ５３を介在させて渦巻状に巻回してなる極板群５０が、有底筒状の金属製電池ケース５４内に収納された構造になっている。大電流放電に適した正，負極板５１，５２からの集電構造としては、正極板５１の長手方向に沿った一方の端部５１ａが極板群５０の上方へ突出し、且つ負極板５２の長手方向に沿った一方の端部５２ａが極板群５０の下方に突出するように極板群５０を構成して、それぞれの端部５１ａ，５２ａにほぼ円板状の集電体５５，５６を複数箇所で溶接し、正極集電体５５に正極リード５７の一端部を抵抗溶接し、その正極リード５７の他端部を封口体５８のフィルタ部５９に抵抗溶接し、負極集電体５６の切り起こしにより形成された舌片５６ａを電池ケース５４の内底面に抵抗溶接した構成になっている。
上記封口体５８は、フィルタ部５９とキャップ状正極端子部６０との間に安全弁体６１を挟持した配置で一体化した構成になっている。この封口体５８は、電池ケース５４の外周面に設けられた環状溝５４ａによって電池ケース５４の内面側に突出形成された環状支持部５４ｂ上に絶縁ガスケット６２を介して載置した状態で支持され、且つ電池ケース５４における内方にかしめ加工された開口部分によってフィルタ部５９の周縁部が絶縁ガスケット６２を介し上下方向から挟持固定されている。また、極板群５０は、これの上端周縁部が絶縁部材６３を介在して環状支持部５４ｂの下面部が当接されていることにより、電池ケース５４内において動かないように固定されている。
また、従来では、正極リード５７を除外することにより、電池内部抵抗を低減して大電流放電用の用途に用いるように図った種々の電池が提案されている。それらのうちの第２の従来技術の電池は、正極リードを介さずに、封口体のフィルタ部を正極集電体に直接溶接して接続し、封口体におけるフィルタ部をキャップ状正極端子よりも導電性の高い材料で形成することにより、キャップ状正極端子をフィルタ部に抵抗溶接する際に、キャップ状正極端子に流れる無効電流を低減して多量の溶接電流をフィルタ部とキャップ状正極端子との溶接棚部に流し、溶接強度の向上を図って溶接棚部での電気抵抗、つまり電池の内部抵抗を低減するように図ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、第３の従来技術の電池として、極板群の上方に突出した正極板の端部に封口体のフィルタ部の下面を直接接合した構造を有するものが存在する（例えば、特許文献３参照）。この電池は、正極リードおよび正極集電体を共に除外することにより、大電流放電特性、耐振動性および耐衝撃性の向上を図ったものである。
また、第４の従来技術の電池としては、正極集電体と封口体とを、中空部を備えた筒状体からなる正極リード部品に溶接する構造を備えたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。この電池は、筒状体の正極リード部品を、帯状の一般的な正極リードに比較して厚みが厚く、且つ電流経路が短くなる形状としながらも、この正極リード部品に正極集電体と封口体とを確実に溶接できるようにして、高率放電性能の向上を図ったものである。
また、第５の従来技術の電池としては、正極集電体と正極リードとを一体化した形状の集電リード部材を用いて正極板と封口体とを接続したものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。上記集電リード部材は、ほぼ円板状の中央部に相対向して形成された脚部となる切り起こし部を具備し、この切り起こし部の頂面が溶接点となり得る領域を有する平坦面に形成され、切り起こし部に曲げ案内部が設けられた形状になっており、溶接時の加圧時に曲げ案内部が局所的な曲げ変形を促進することにより、可撓性が高められて溶接点との接触性が向上し、確実な溶接を行えるように図ったものである。これにより、この電池は、溶接点に作用する力が均一となるようにして、溶接外れの発生を防止して信頼性の高い溶接を行うことを目的としている。
さらに、第６の従来技術の電池としては、正極集電が、集電作用を行う本体部とこの本体部の一部を折り曲げることによって形成されたバネ部とを有し、電池の外方向に付勢されたバネ部が、通常時において先端で絶縁パッキンを押圧した状態で封口体と接触しており、異常時にバネ部の先端部が現地ケースと接触して導通する構成となったものが存在する（例えば、特許文献６参照）。
特開２０００−２４３４３３号公報（図５） 特開２００１−２５６９３５号公報 特開２０００−２４３４３３号公報（図１） 特開２００１−１４３６８４号公報 特開２００２−２３１２１６号公報 特開平１０−１０６５３２号公報
しかしながら、第１の従来技術の電池は、図１５における極板群５０の押さえと封口体５８の支持との機能を有する環状支持部５４ｂが電池ケース５４に設けられて、この環状支持部５４ｂの存在によって極板群５０の上端と封口体５８とが大きな間隔に離間された配置となるので、極板群５０の正極板５１と封口体５８とを接続するための正極リード５７は、或る程度長く形成せざるを得えないとともに、折り曲げる必要があることから、薄く形成せざるを得ないので、この正極リード５７によって電池としての内部抵抗が高くなってしまい、これが大電流放電特性を阻害する要因になっている。また、薄くて長い正極リード５７と封口体５８との溶接部は、電池が強い振動や衝撃を受けて極板群５０が動いたときに外れるおそれがあり、これが電池としての耐振動性や耐衝撃性を低下させる一因になっている。
さらに、上記電池は、正極リード５７の他に、電池ケース５４の環状支持部５４ｂと極板群５０の正極板５１との短絡を防止するための絶縁部材６３を必要として部品点数が多くなるとともに、正極リード５７と正極板５１および封口体５８との溶接工程や電池ケース５４への環状溝５４ａの形成工程などの煩雑な工程が存在することにより、コストの低減を図ることができない。また、上記電池では、環状支持部５４ｂが存在する分だけ極板群５０と封口体５８との間に無駄な空間が生じ、電池ケース５４内に収納可能な極板群５０の体積が減少して、電池としての高容量化を図ることが困難となる。
また、第２ないし第６の従来技術の各電池は、何れも正極リードを除外したり、他の部品に置換するなどして電池内部抵抗の低減を図っているが、何れも以下に説明する種々の問題がある。すなわち、第２の従来技術の電池は、封口体のフィルタ部を集電体上に溶接したのちに、このフィルタ部の周縁部に絶縁ガスケットを嵌着し、この状態で電池ケースに環状溝を形成しなければならない。したがって、電池ケースに環状溝を形成する際には、封口体のフィルタ部に歪みが生じ易い。
また、第３の従来技術の電池は、電池ケースに環状溝を形成したのち、周縁部に絶縁ガスケットを嵌着した状態で封口体の溶接を行うので、この溶接作業は絶縁ガスケットを圧縮した状態を保持しながら行う必要があり、不安定な溶接作業を強いられることから、溶接の信頼性が低い。特に、この電池では、上記溶接作業が極めて困難であることから、ニッケルロウを用いる接合手段を採用することが提案されている。しかし、このニッケルロウによる接合では８００℃程度の温度になるため、特に、絶縁ガスケットが熱による悪影響を受けるので、封口の信頼性が低下する問題があり、実用化が困難である。
また、第４の従来技術の電池は、既存の正極リードに代えて、中空部を有する特殊な形状の筒状体からなる正極リード部材を用いているが、この正極リード部材は封口体の中心に設けられた弁口や極板群の中心の中空部を塞ぐ位置に具備されるので、安全機構の作動や極板群への電解液の含浸などに支障をきたすおそれがある。
また、正極リード部材と封口体とを溶接するに際しては、正極リード部材の筒状の本体部の上に封口体を接触させる状態で溶接を行う必要があることから、電解液を電池ケースに注入したのちに、一方の溶接電極を封口体に、且つ他方の溶接電極を電池ケースの底面にそれぞれ接触させて、電解液を通じて溶接電流を流す通電溶接を実施しなければならず、この通電溶接以外の接合手段を採用することができない。
また、第５の従来技術の電池においても上記第４の従来技術の電池とほぼ同様の欠点がある。すなわち、この電池は、既存の正極リードに代えて、切り起こし部、溶接用平坦面および曲げ案内部とを一体的に設けた特殊な形状の集電リード部材を用いるので、コストをさほど低減できず、この集電リード部材を設けるスペース分だけ正極集電体と封口体との間に無駄な空間が生じるとともに、電池ケースに、封口体を支持するための環状支持部を形成する必要があるので、高容量化を図ることが困難となる。集電リード部材と封口体とを溶接するに際しては、集電リード部材の溶接面に封口体を接触させた状態で溶接を行う必要があることから、電解液を電池ケースに注入したのちに、一方の溶接電極を封口体に、且つ他方の溶接電極を電池ケースの底面にそれぞれ接触させて、電解液を通じて溶接電流を流す通電溶接を実施しなければならず、この通電溶接以外の接合手段を採用することができない。
さらに、第６の従来技術の電池では、正極集電体が、円板の一部を切り起こしてバネ部材を形成するか、別途形成したバネ部材を円板体の上面に接合した形状になっているので、この正極集電体を極板群に溶接すると、負極集電体と電池ケースの底面との溶接を行えないので、負極集電体を電池ケースの底面に溶接したのちに、電池ケース内に収納している極板群に正極集電体を溶接する困難な作業が伴い、さらに、正極集電体と封口体との溶接作業も困難である。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、リードなどの部品を除外することに伴う高出力化、部品点数の削減および工程の簡略化によるコストダウンおよび電池ケース内における極板群の収容スペースの増大による高容量化を図るようにしながらも、容易に製作できる構成を備えた電池およびこの電池を生産性良く好適に製造することのできる製造方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の電池は、帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が有底筒状の金属製電池ケース内に収納され、前記電池ケースの上端開口部が、絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなるものにおいて、前記電池ケースの開口端側における前記極板群の上端よりも上方側箇所に拡口部が形成されて、その拡口部の内方側に環状の支持棚部が設けられ、立ち上げ部を介した段付き形状のフランジ状鍔部が周縁部に形成された一方極の集電体を有し、この集電体における前記フランジ状鍔部より内方側の下面が、前記極板群から突出した一方極の極板の端部に接合され、フィルタ部とキャップ状端子部とが一体化されてなる前記封口体の周縁部が、前記フランジ状鍔部の上面に接合され、前記集電体の前記フランジ状鍔部が、前記支持棚部上に支持された絶縁ガスケットの支持底面上に載置され、開口端が内方にかしめ加工され、且つ縮径された前記拡口部によって前記封口体の周縁部が前記絶縁ガスケットを介し固定されていることを特徴としている。なお、この発明における接合とは、溶接手段などによる相互固着の他に、単なる接触による電気的接続手段とを含む。
請求項２に係る発明の電池は、請求項１の電池において、集電体が、封口体の外形とほぼ同径の外形を有し、前記封口体の周縁部は、集電体のフランジ状鍔部上に重ね合わされた状態で絶縁ガスケットの支持底面上に載置されている。
請求項３に係る発明の電池は、請求項１または２の電池において、フランジ状鍔部の内方側底面に開口部が形成されているとともに、前記開口部から下向き方向に屈曲してなるバーリング突起片が形成され、前記フランジ状鍔部の複数箇所からそれぞれ前記鍔部と同一平面を保って内方に張り出された溶接棚部が形成され、この各溶接棚部が封口体の周縁部の下面に溶接されている。
請求項４に係る発明の電池は、請求項１ないし３の何れの電池において、極板群から突出した他方極の極板の端部に他方極の集電体が接合され、前記他方極の集電体と電池ケースの底面との間に、弾性を有するリング状の間座が介挿され、前記間座の中央部の空間を介して前記他方極の集電体の舌片が前記電池ケースの底面に接合されている。
請求項５の発明に係る電池は、請求項４の電池の間座として、リング状の発泡金属が用いられている。
請求項６の発明に係る電池は、請求項１ないし３の何れかの電池において、極板群から突出した他方極の極板の端部に他方極の集電体が接合され、前記他方極の集電体は、中央部分から下方に膨出した弾性接続部を有する皿ばね形態に形成されて、前記弾性接続部が電池ケースの底面に接合されている。
請求項７の発明に係る電池は、請求項１ないし６の何れかの電池において、絶縁ガスケットが、下端から内方に突出した環状形状であって、封口体の周縁部および／または一方極の集電体を支持する支持底面と、この支持底面の端面を下方に向け拡開可能な形状としたテーパー面と、前記支持底面の上方において封口体の外径より僅かに小さい径に形成された係止突出部とを一体に有する形状に樹脂により形成されている。
請求項８に係る発明の電池は、請求項３ないし７の何れかの電池において、集電体における複数の溶接棚部にそれぞれプロジェクションが設けられ、前記溶接棚部に封口体が前記プロジェクションおよび電解液を介して通電溶接により接合されている。
請求項９の発明に係る電池は、請求項３ないし７の何れかの電池において、集電体における複数の溶接棚部に封口体の周縁部がレーザ溶接により接合されている。
請求項１０に係る発明の電池は、極板群の一端面から突出した一方極の極板の端部に一方極の集電体が接合されているとともに、前記極板群の他端面が、両極板の端面が同一平面を形成するよう備えられ、且つ前記平面からセパレータが突出された形状に形成され、前記極板群の他端面と電池ケースの底面との間に絶縁板が介在され、極板群の最外周に位置する前記他方極の極板の外周面が前記電池ケースの内周面に接触して電気的接続されている。
請求項１１に係る発明の電池は、帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が有底筒状の金属製電池ケース内に収納され、前記電池ケースの上端開口部が、絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなるものにおいて、前記電池ケースの開口端側における前記極板群の上端よりも上方側箇所に拡口部が形成されて、その拡口部の内方側に環状の支持棚部が設けられ、立ち上げ部を介した段付き形状の溶接棚部が周縁部に形成された一方極の集電体を有し、この集電体の溶接棚部より内方側の下面が、前記極板群から突出した一方極の極板の端部に接合され、フィルタ部とキャップ状端子部とが一体化されてなる前記封口体の周縁部が、前記支持棚部上に支持された絶縁ガスケットの支持底面上に載置され、且つ前記封口体の周縁部の内方側箇所に前記一方極の集電体の溶接棚部が接合され、開口端が内方にかしめ加工され、且つ縮径された前記拡口部によって前記封口体の周縁部が前記絶縁ガスケットを介し固定されていることを特徴としている。
請求項１２に係る発明の電池の製造方法は、立ち上げ部を介した段付き状のフランジ状鍔部が周縁部に形成された正極集電体における前記フランジ状鍔部より内方側の底面を、極板群の正極板の端部に接合するとともに、極板群の負極板の端部に負極集電体を接合する工程と、前記正極集電体に、正極板の端部への接合前または接合後に絶縁ガスケットを係着する工程と、前記極板群を電池ケース内に挿入して、電池ケースにおける前記極板群の上端よりも上方に形成された拡口部の内方側に設けられている環状の支持棚部上に前記絶縁ガスケットを支持させる工程と、前記負極集電体を前記電池ケースの底面に溶接により接合する工程と、前記正極集電体の開口部を通じて電解液を前記電池ケースに注入する工程と、封口体の周縁部を前記正極集電体の前記フランジ状鍔部の上面に積層して接合する工程と、前記電池ケースの開口端を内方にかしめ加工し、且つ前記拡口部を縮径することにより、前記封口体の周縁部および／または前記正極集電体のフランジ状鍔部を前記絶縁ガスケットを介して固定する工程とを備えていることを特徴としている。
請求項１３に係る発明の電池の製造方法は、フランジ状鍔部が周縁部に形成された正極集電体の前記フランジ状鍔部より内方側の底面を、極板群の正極板の端部に接合するとともに、極板群の負極板の端部に負極集電体を接合する工程と、前記正極集電体のフランジ状鍔部の上面に封口体のフィルタ部の周縁部を積層して溶接により接合する工程と、前記正極集電体および前記フィルタ部の各々の周縁部に絶縁ガスケットを上方より係着する工程と、前記極板群を電池ケース内に挿入して、電池ケースにおける前記極板群の上端よりも上方に形成された拡口部の内方側に設けられている環状の支持棚部上に前記絶縁ガスケットを支持させる工程と、前記負極集電体を前記電池ケースの底面に溶接により接合する工程と、前記フィルタ部の弁口および正極集電体の開口部を通じて電解液を前記電池ケース内に注入する工程と、前記フィルタ部に安全弁体を挟んでキャップ状正極端子を積層した状態で前記フィルタ部と前記正極端子とを溶接により接合して前記封口体を組み立てる工程と、前記電池ケースの開口端を内方にかしめ加工し、且つ前記拡口部を縮径することにより、前記フィルタ部の周縁部および／または前記正極集電体のフランジ状鍔部を前記絶縁ガスケットを介して固定する工程と、を備えていることを特徴としている。
請求項１の電池では、集電体に段付き状に張り出す状態に設けたフランジ状鍔部を封口体の周縁部に直接接合構成としたことにより、従来の電池に設けられている正極リードを除外しているので、電池内部抵抗を格段に低減して高出力化を得ることができる。また、正極リードを除外したことに加えて、電池ケースに拡口部を設け、且つこの拡口部によって形成される支持棚部上に載置して支持される形状の絶縁ガスケットを設けたことによって従来の電池に形成されている環状溝を不要としたことにより、従来の電池において正極リードおよび環状溝の存在により電池ケース内に生じていた空間分だけ極板群の体積を増大することができ、極板群の体積の増大分だけ高容量化することができる。
さらに、この電池は、正極リードを除外できるのに加えて、環状溝が形成されないことによって従来の電池に設けていた上部絶縁部材が不要となって部品点数が低減し、これら不要となった部品の取付工程および環状溝の製作工程が無くなるので、大幅なコストダウンを図ることができる。しかも、封口体および／または一方極の集電体は、電池ケースにおける縮径された拡口部によって絶縁ガスケットを介して横締めされるので、電池としての耐振動性や耐衝撃性が格段に向上する。
請求項２の電池では、集電体と封口体とを強固に一体化できる利点がある。また、集電体と封口体とは電池ケースの拡口部の縮径によって横締めされるから、絶縁ガスケットは、上記横締めする際に集電体のフランジ状鍔部と封口体の周縁部とを電池ケースの缶軸方向つまり上下方向に動かないように係止できることが望ましい。
請求項３の電池では、バーリング突起片が極板の端部に対しほぼ直交して相対向し、開口部をはさんだ位置の平板部分に一対の溶接電極を当接させて加圧しながら溶接を行うことにより、開口部により一対の溶接電極間における集電体の表面を流れる無効電流が減り、且つバーリング突起片と極板の端部との交差部分に流れる溶接電流が増して、各バーリング突起片が極板の端部に食い込んだ状態で溶融されるので、強く溶着される。これにより、極板の端部と集電体との溶接部での接触抵抗が低減し、ひいては電池内部抵抗を低減できる。また、集電体は封口体の外形とほぼ同じ外形を有しているが、集電体におけるフランジ状鍔部の複数箇所からそれぞれ内方に張り出された溶接棚部と封口体の周縁部とを溶接するので、この溶接を、絶縁ガスケットが邪魔になることなく円滑に行うことができる。
請求項４の電池では、電池ケースの拡口部をかしめ加工するときに、弾性を有する間座を塑性変形させて極板群の極板の端部の突出長さのばらつきを吸収して、極板群を圧縮状態に保持できるので、耐振動性や耐衝撃性が格段に向上する。
請求項５の電池では、集電体に加えて、間座を介して極板の端部と電池ケースとを電気的接続できるので、集電効率が高まる。
請求項６の電池では、皿ばね形態の他方極の集電体を用いたことにより、タブ状の舌片を形成した集電体のように電流が特定箇所に集中的に流れることがないから、特に、一方極の集電体と封口体とを電解液を介して通電溶接する場合に好適である。
請求項７の電池では、封口体を集電体に溶接する際に、一方極の集電体と封口体の周縁部とが積層状態で絶縁ガスケットに安定に保持されるので、溶接作業を容易、且つ確実に行うことができる。また、絶縁ガスケットは、樹脂の一体成形品であって、支持底面の端面を下方に向け拡開する形状としたテーパー面を有しているので、集電体を極板群に溶接したのちであっても、この集電体に絶縁ガスケットを上方から被せるようにして拡径状態に弾性変形させながら取り付けることができる。
請求項８電池では、封口体の周縁部を集電体の支持棚部上に載置した安定状態で通電溶接を行えるので、溶接作業を容易に行えるとともに、集電体の支持棚部に設けられたプロジェクションに溶接電流が集中し、その部分で封口体と集電体とを直接的に溶接することが可能であり、ナゲットが正確に形成されて、電池内部抵抗を一層低減することができる。
請求項９の電池では、集電体の支持棚部上に封口体の周縁部を重合した安定状態でレーザ溶接を容易に行える。
請求項１０の電池では、極板群と電池ケースの底面との間に比較的薄い絶縁板を介在させるだけであって、他方極の集電体や弾性導電体などを削減できることから、小型電池に適用した場合に、容積が小さい電池ケースの内部空間を極板群の収納用として有効に利用することができので、極板群の体積を増大して高容量化を図った小型電池を得ることができる。さらに、この電池では、特に他方極の集電体を削減したことにより、煩雑な集電体と電池ケースの底面との溶接工程が不要となり、製造工程を簡素化して製造が容易となる利点がある。
請求項１１の電池では、一方極の集電体が、封口体のフィルタ部の外径よりも小さな外径を有するとともに、周縁部に、立ち上げ部を介した段付き形状の溶接棚部が形成された形状を有しているので、一方極の集電体に、フランジ状鍔部を削除しながらも、接合箇所を可及的に多く設けることができる。また、この電池では、封口体のフィルタ部の周縁部のみを絶縁ガスケットを介し電池ケースの支持棚部上に保持するので、絶縁ガスケットとして既存のものをそのまま利用しながらも、正極リードを除外して電池内部抵抗を格段に低減して高出力化を得ることができ、環状溝の削減により極板群の体積を増大して高容量化を図ることができ、部品点数の低減と部品の取付工程および環状溝の製作工程の削減に伴い大幅なコストダウンを図ることができ、さらに、封口体のフィルタ部の周縁部が電池ケースにおける縮径された拡口部によって絶縁ガスケットを介し横締めされるので、電池としての耐振動性や耐衝撃性が格段に向上するといった種々の効果を得ることができる。
請求項１２の電池の製造方法では、積層した集電体のフランジ状鍔部と封口体の周縁部とを、絶縁ガスケットを介して電池ケースの支持棚部上に支持した安定状態で溶接することができるとともに、電解液を注入したのちに、予め一体化した封口体を、電解液を通じて溶接電流を流しながら正極集電体に溶接できるので、電池を高い生産性で製造することができる。
請求項１３の電池の製造方法では、極板群に溶接した正極集電体のフランジ状鍔部と封口体におけるフィルタ部の周縁部とを、絶縁ガスケットを係着しない状態で容易に溶接できるとともに、電解液を介さずに直接的に抵抗溶接することから、溶接を正確に行って高い溶接品質で強固に接合できる。この溶接により互いに固着した正極集電体のフランジ状鍔部と封口体におけるフィルタ部の周縁部とに絶縁ガスケットを上方から係着し、電池ケースの開口端をかしめ加工し、且つ拡口部を縮径してフィルタ部の周縁部および／または正極集電体のフランジ状鍔部を絶縁ガスケットを介し強固に固定した状態において、フィルタ部の弁口および正極集電体の開口部を通じて電解液を注液したのちに、フィルタ部に安全弁体とキャップ状正極端子を組み付けて封口体を組み立てるので、各組立工程の作業性が何れも向上して能率的に行うことができ、生産性の向上を図ることができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電池を示す縦断面図である。この電池は、有底円筒状の金属製電池ケース１と、帯状の正極板３と負極板４とがこれらの間にセパレータ７を介在させて渦巻状に巻回されてなる極板群２と、電池ケース１の開口部を絶縁ガスケット１２を介して密閉する封口体８とを備えている。極板群２は、電池ケース１内に収納されて、電解液（図示せず）と共に発電要素を構成する。なお、この実施の形態では、ＳＣサイズの電池を製作し、種々の特性を後述のように測定した。
上記極板群２は、上記正極板３の帯状の長手方向に沿った一方の端部３ａが極板群２から上方へ突出し、上記負極板４の帯状の長手方向に沿った一方の端部４ａが極板群２から下方へ突出するように構成されている。負極板４の端部４ａには、円板状の負極集電体９が溶接により接合されており、この負極集電体９と電池ケース１の底面との間には、発泡金属製のリング体からなる弾性導電体１０が介挿されている。また、負極集電体９の中央部には切り込みが形成されて、この切り込みを介し下方に切り起こして形成された舌片状の負極集電片９ａが電池ケース１の底面に抵抗溶接により接合されている。一方、正極板３の端部３ａには、正極集電体１１が抵抗溶接により接合されている。
上記の正極集電体１１の周縁部（後述するフランジ状鍔部１４）は、絶縁ガスケット１２を介して電池ケース１の拡口部１ａの支持棚部１ｂに載置した配置で支持されており、この構成について、以下に詳述する。図２（ａ）は上記正極集電体１１の平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この正極集電体１１は、電池ケース１の拡口部１ａの内径よりも僅かに小さく、且つ封口体８の後述するフィルタ部２１の外径とほぼ等しい外径を有する円板状の外形を有し、その周縁部には、立ち上げ部１３を介した段付き形状のフランジ状鍔部１４が設けられている。このフランジ状鍔部１４には、９０度の等間隔の４箇所からそれぞれ同一平面を保って内方に張り出した溶接棚部１７が連設されている。また、この実施の形態では、各溶接棚部１７にプロジェクション１８が上方にそれぞれ突設されている。
さらに、上記正極集電体１１には、フランジ状鍔部１４の内方側の凹所に、平面視十字形状の開口部１９が各溶接棚部１７の間に各々の先端部が延びる配置で穿設されているとともに、この開口部１９から下向き方向に直角に屈曲されてなるバーリング突起片２０が一体形成されている。この正極集電体１１は、計８つのバーリング突起片２０をそれぞれ正極板３の端部３ａに対し交差した配置で、その一部分を端部３ａの先端部分に食い込ませた状態で抵抗溶接されて、正極板３に接合されている。
電池ケース１の上記拡口部１ａは、極板群２が収納される本体部分に対し僅かに大きな径に拡径された形状になっており、本体部分との間に支持棚部１ｂが形成されている。この拡口部１ａは、電池ケース１における本体部分に収納された極板群２の上端よりも僅かに上方の位置に形成されている。
上記絶縁ガスケット１２は、上記電池ケース１の拡口部１ａの内径にほぼ等しい外径を有する合成樹脂の成形品であって、これの一部の断面拡大図である図３に示すように、上端開口近傍箇所に、内方に膨出して後述する封口体８のフィルタ部２１の外径よりも僅かに小さい内径に設定された係止突出部１２ａが形成されている。また、絶縁ガスケット１２には、下端から内方に突出した環状形状であって、正極集電体１１のフランジ状鍔部１４を載置させて支持する支持底面１２ｂと、この支持底面１２ｂの端面を下方に向け拡開する形状としたテーパー面１２ｃとが設けられている。したがって、絶縁ガスケット１２は、ほぼＬ字状の断面形状を有している。
上記封口体８は、電池内部に発生したガスを排出するための弁口２１ａを有するフィルタ部２１と、このフイルタ部２１上に重ね合わせた状態で固定されたキャップ状正極端子２２と、フィルタ部２１とキャップ状正極端子２２との間に挟持固定されて弁口２１ａを閉塞するゴム製の安全弁体２３とを備えて構成されている。上記フィルタ部２１は、正極集電体１１の外径とほぼ同じ外径を有しており、このフィルタ部２１の周縁部が正極集電体１１のフランジ状鍔部１４上に積層された配置で、正極集電体１１の４箇所の溶接棚部１７にそれぞれ対応する４箇所が溶接により接合されている。フィルタ部２１の周縁部と正極集電体１１のフランジ状鍔部１４との重合部分は、電池ケース１における内方にかしめ加工され、且つ縮径された拡口部１ａによって絶縁ガスケット１２を介し横締め状態で強固に固定されている。
上記電池は、正極集電体１１に上方への段付き状に張り出す形状に設けたフランジ状鍔部１４と封口体８のフィルタ部２１の周縁部とを重合して電気的接続状態を図った状態で正極集電体１１の溶接棚部１７とフィルタ部２１とをプロジェクション１８を介して通電溶接した構成としたことにより、従来の電池に設けられている正極リード（例えば、図１５の正極リード５７）を除外している。これにより、この電池は、正極リードによる電圧降下が無くなり、且つ正極リードを除外した分だけ経由する集電接合点が少なくなるとともに集電距離が短縮されるので、電池内部抵抗を格段に低減して高出力を得ることができる。
また、上記電池は、上述したように正極リードを除外したことに加えて、電池ケース１に拡口部１ａを設け、且つこの拡口部１ａの下端内部に形成される支持棚部１ｂ上に載置して支持される形状の絶縁ガスケット１２を設けたことによって従来の電池に形成されている環状溝（例えば、図１５の環状溝５４ａ）を不要としたことにより、従来の電池において環状溝および正極リードの存在により電池ケース内に生じていた無駄な空間分だけ極板群２の高さを高くして体積の増大を図ることができ、極板群２の体積の増大に伴い高容量化することができる。
さらに、上記電池は、上述したように正極リードを除外できるのに加えて、環状溝が形成されないことによって従来の電池に設けていた絶縁部材（例えば、図１５の絶縁部材６３）が不要となって部品点数が低減し、これら不要となった部品の取付工程および環状溝の製作工程が無くなるので、大幅なコストダウンを達成することができる。
また、環状溝を有する従来電池では、電池ケースの開口部を内方にかしめ加工して環状溝を図１５に示すような形状に変形させることにより、電池ケースの缶軸方向に向け上方から加圧することしかできないので、絶縁部材６３によって極板群５０を動かないように固定しているのに対し、上記本発明による電池では、電池ケース１に設けた拡口部１ａを縮径することにより、絶縁ガスケット１２を介し正極集電体１１および封口体８を横締めして正極集電体１１および封口体８を強固に固定し、この強固に固定した封口体８および正極集電体１１により極板群２を動かないように固定できるので、従来電池の絶縁部材を除外しながらも、耐振動性や耐衝撃性が格段に向上する。
つぎに、上記電池の製造工程について、図４および図５を参照しながら説明する。図４（ａ）は、組立手順に対応する各部材の相対配置を示したものである。封口体８は、フィルタ部２１、キャップ状正極端子２２および安全弁体２３を予め所定の配置で一体化して組み立てられる。先ず、最初の工程では、図４（ａ）に矢印で示すように、負極集電体９を極板群２における図１で示した負極板４の端部４ａに突き合わせて抵抗溶接するとともに、正極集電体１１を、極板群２における図１で示した正極板３の端部３ａに突き合わせて抵抗溶接する。
上記負極集電体９および正極集電体１１の抵抗溶接は何れも専用の溶接治具（図示せず）を用いて行う。正極集電体１１を正極板３の端部３ａに溶接するに際しては、正極集電体１１の計８つのバーリング突起片２０が十字状の配置で形成されていることから、これら各バーリング突起片２０が正極板３の端部３ａに対しほぼ直交した相対配置で相対向し、開口部１９を挟んだ各２箇所位置の平板部分に一対の溶接電極を当接させて加圧しながら抵抗溶接を行うことにより、開口部１９の存在により一対の溶接電極間における正極集電体１１の表面を流れる無効電流が減り、且つバーリング突起片２０と正極板３の端部３ａとの交差部分に流れる溶接電流が増して、各バーリング突起片２０が正極板３の端部３ａに食い込んだ状態で溶融されるので、強く溶着される。これにより、バーリング突起片２０と正極板３の端部３ａとの溶接部分での接触抵抗が低減し、ひいては電池としたときの内部抵抗を低減できる。また、この抵抗溶接は、正極集電体１１を絶縁ガスケット１２に装着しない状態で行うので、溶接作業を容易に行うことができる。
続いて、正極板３に溶接された正極集電体１１のフランジ状鍔部１４には絶縁ガスケット１２を装着する。この装着作業は、絶縁ガスケット１２を正極集電体１１に対し上方から押し付けることにより、絶縁ガスケット１２のテーパー面１２ｃに正極集電体１１のフランジ状鍔部１４の周端面が摺接しながら絶縁ガスケット１２が拡径状態に弾性変形されて、絶縁ガスケット１２の内部空間内に正極集電体１１のフランジ状鍔部１４が挿入されていき、図４（ｂ）に示すように、絶縁ガスケット１２の下面が極板群２の上端面に当接した時点では、図３に２点鎖線で示すように、絶縁ガスケット１２の斜面となった支持底面１２ｂの上端に正極集電体１１のフランジ状鍔部１４が係止した状態となる。このようにして、図４（ｂ）に示すように、極板群２には、電池ケース１への挿入に先立って、負極集電体９、正極集電体１１および絶縁ガスケット１２が予め取り付けられる。
つぎに、図４（ｂ）に矢印で示すように、弾性導電体１０を電池ケース１の底部に挿入したのちに、負極集電体９、絶縁ガスケット１２および正極集電体１１を上述のように予め取り付けた極板群２を電池ケース１内に挿入して、図５（ｃ）の状態とする。つぎに、極板群２における中心部の空隙に細長い溶接電極を上方から差し入れて負極集電体９の負極集電片９ａを舌片状に下方に変形させながら電池ケース１の底面に加圧した状態で抵抗溶接して、上記負極集電片９ａを電池ケース１の底面に接合する。そののち、正極集電体１１の十字状の開口部１９から所定量の電解液を電池ケース１内に注入する。
さらに、予め組み立てられた封口体８を、図５（ｃ）に矢印で示すように電池ケース１の拡口部１ａ内に挿入して、図５（ｄ）に示すように、絶縁ガスケット１２に嵌合した状態でフィルタ部２１の周縁部を正極集電体１１のフランジ状鍔部１４上に重ね合わせる。このとき、図３に２点鎖線で示すように、封口体８のフィルタ部２１は、絶縁ガスケット１２の係止突出部１２ａを矢印で示すように外方に押し拡げる状態に変形させながら絶縁ガスケット１２内部に挿入されて、絶縁ガスケット１２の支持底面１２ｂの上端に係止されている正極集電体１１のフランジ状鍔部１４上に重ね合わされる。フィルタ部２１が絶縁ガスケット１２内に完全に嵌まり込んだときには、絶縁ガスケット１２の係止突出部１２ａが自体の復元力によりフィルタ部２１の周縁部を抜け止め状態に保持するので、封口体８が正極集電体１１上に重ね合わされた状態に、つまり正極集電体１１の４つの溶接棚部１７にそれぞれ形成されたプロジェクション１８上にフィルタ部２１の周縁部が確実に接触した状態に保持される。
上記状態において、封口体８のフィルタ部２１における集電体１１のプロジェクション１８に対応する箇所と電池ケース１とに一対の溶接電極（図示せず）を当接させて、電池ケース１内部の電解液を通じて溶接電流を流す通電溶接を行うことにより、フィルタ部２１を正極集電体１１に接合する。この溶接に際しては、正極集電体１１のフランジ状鍔部１４が絶縁ガスケット１２を介して電池ケース１の支持棚部１ｂに確実に支持され、且つ封口体８のフィルタ部２１が正極集電体１１に重ね合わされた状態に絶縁ガスケット１２により確実に保持されているので、極めて安定した状態で容易に通電溶接を行える。また、正極集電体１１は封口体８の外形とほぼ同じ外形を有しているが、正極集電体１１におけるフランジ状鍔部１４の複数箇所からそれぞれ内方に張り出された溶接棚部１７と封口体８のフィルタ部２１の周縁部とを溶接するので、上記通電溶接を、絶縁ガスケット１２が邪魔になることなく円滑に行うことができる。
上述のようにプロジェクション１８を介した通電溶接により正極集電体１１と封口体８のフィルタ部２１とを接合した場合には、単に接触させた場合のＳＣサイズの電池の抵抗値が１０ｍΩ程度であるのに対し、接合部での抵抗値が３．５ｍΩ程度に低減して、一層の高出力化を図ることができる。この接合部での抵抗値の低減は、プロジェクション１８を介しての通電溶接により比較的大きな面積のナゲットが正確に形成される結果によるものである。
最後に、図５（ｅ）に示すように、電池ケース１の開口端部が内方にかしめ加工されたのち、電池ケース１の拡口部１ａの外径よりも僅かに小さな内径を有する縮径加工用筒体２４内に、電池ケース１をこれの底部側から圧入して挿通させることにより、電池ケース１の拡口部１ａを縮径加工する。電池ケース１をかしめ加工した際には、かしめ加工された電池ケース１の開口端部が封口体８および正極集電体１１を介し極板群２が下方に向け僅かに押し下げるので、これにより、極板群２は、電池ケース１内において缶軸方向に動かないように固定される。このとき、図３に示した絶縁ガスケット１２は、かしめ加工される電池ケース１の開口端部により上方から加圧力を受けて変形し、支持底面１２ｂが正極集電体１１のフランジ状鍔部１４の底面に押し付けられる。一方、弾性導電体１０は、極板群２からの押圧力を受けて塑性変形することにより、極板群２における正極板３および負極板４の各々の端部３ａ，４ａの高さのばらつきを吸収する。
なお、この弾性導電体１０に代えて、弾性復元力を有する図９に示すような形状の負極集電体２７を用いても良い。図９は、負極集電体２７を上下反転させた状態での斜視図であり、この負極集電体２７は、極板群２の外径よりも小さい外径を有する円板状であって、その中央部分から下方へ膨出した弾性接続部２７ａを有する皿ばね形態になっている。弾性接続部２７ａは９０°の等間隔で形成された４つの膨出脚部２７ｂによって弾力的に支持されている。
また、電池ケース１の拡口部１ａが縮径加工されることにより、封口体８のフィルタ部２１および集電体１１が絶縁ガスケット１２を介して横締めされて、封口体８は極めて強固な保持構造によって確実に固定される。また、極板群２は、電池ケース１の缶軸方向に僅かに、例えば０．２ｍｍ程度圧縮された状態で固定されるので、電池としての耐落下特性が格段に向上する。さらに、極板群２の負極板４の端部４ａは負極集電体９を介して電池ケース１の底面に接続されるのに加えて、リング状の発泡金属からなる弾性導電体１０が圧縮変形されて負極集電体９を介し負極板４の端部４ａと電池ケース１の底部とを確実に電気的接続するので、集電効率が一層高まる。
なお、上記実施の形態では、正極集電体１１の溶接棚部１７にプロジェクション１８を設け、正極集電体１１と封口体８のフィルタ部２１とをプロジェクション通電溶接を行うことにより相互に接合する場合について説明したが、この電池では、絶縁ガスケット１２および電池ケース１の支持棚部１ｂによって正極集電体１１の溶接棚部１７と封口体８のフィルタ部２１の周縁部とを確実な重合状態に保持できるので、レーザ溶接によって正極集電体１１の溶接棚部１７とフィルタ部２１の周縁部とを接合してもよい。このレーザ溶接を行った場合には、電池としての内部抵抗値が４ｍΩ程度となり、上述のプロジェクション１８を介しての通電溶接の場合とほぼ同等の良好な結果を得ることができる。さらには、溶接工程を省略しても、正極集電体１１のフランジ状鍔部１４とフィルタ部２１の周縁部とが電気的接続状態に確実に保持されるので、支障がない。但し、この場合には、内部抵抗が１０ｍΩ程度に大きくなる。
つぎに、本発明の第２の実施の形態に係る電池について説明する。この実施の形態の電池が第１の実施形態の電池とは略同一の構成であるが、その製造方法がかなり相違する。以下、この電池の製造方法について、その製造工程を順に示した図６ないし図８に基づき説明する。なお、図６ないし図８において、図４および図５と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図６（ａ）は組立手順に対応する各部材の相対配置を示したものである。封口体８は、第１の実施の形態の電池とは異なり、フィルタ部２１、キャップ状正極端子２２および安全弁体２３が電池を製造する過程において組み立てられる。先ず、最初の工程では、図６（ａ）に矢印で示すように、負極集電体２７における弾性接続部２７ａおよび４つの膨出脚部２７ｂを除く箇所を極板群２における図１で示した負極板４の端部４ａに突き合わせて抵抗溶接するとともに、正極集電体１１を、極板群２における図１で示した正極板３の端部３ａに突き合わせて抵抗溶接する。一方、正極集電体１１は極板群２における図１で示した正極板３の端部３ａに突き合わせて抵抗溶接する。
つぎに、図６（ｂ）に矢印で示すように、封口体８のフィルタ部２１の周縁部を正極集電体１１のフランジ状鍔部１４に重ね合わせて、図７（ｃ）の状態とし、一対の溶接電極２８，２９を用いて正極集電体１１のフランジ状鍔部１４とフィルタ部２１の周縁部とを抵抗溶接する。このように、この実施の形態では、極板群２に溶接した正極集電体１１のフランジ状鍔部１４と封口体８におけるフィルタ部２１の周縁部とを、絶縁ガスケット１２を係着しない状態で容易に溶接できるとともに、電解液を介さずに直接的に抵抗溶接することから、溶接を正確に行って高い溶接品質で強固に接合できる。なお、この実施の形態では、正極集電体１１のフランジ状鍔部１４と封口体８におけるフィルタ部２１の周縁部とを直接的に抵抗溶接することから、正極集電体１１にプロジェクションを設けなくてもよい。但し、この実施の形態においても、正極集電体１１にプロジェクションを設けてプロジェクション溶接することもできるのは勿論である。
続いて、図７（ｃ）に矢印で示すように、互いに接合された正極集電体１１のフランジ状鍔部１４とフィルタ部２１の周縁部には絶縁ガスケット１２を装着する。この装着作業は、絶縁ガスケット１２をフィルタ部２１の周縁部に対し上方から押し付けることにより、絶縁ガスケット１２のテーパー面１２ｃにフィルタ部２１の周端面が摺接しながら絶縁ガスケット１２が拡径状態に変形されて、絶縁ガスケット１２の内部空間内にフィルタ部２１および正極集電体１１が挿入されていき、図７（ｄ）に示すように、正極集電体１１のフランジ状鍔部１４が絶縁ガスケット１２の斜面となった支持底面１２ｂの上端に対向した時点で絶縁ガスケット１２の挿入動作を停止する。
これにより、絶縁ガスケット１２は、封口体８のフィルタ部２１により自体の係止突出部１２ａを外方に押し拡げる状態に変形されて、その変形された係止突出部１２ａの復元力によりフィルタ部２１の周縁部に圧着する。このようにして、図７（ｄ）に示すように、極板群２には、電池ケース１への挿入に先立って、負極集電体９、正極集電体１１、フィルタ部２１および絶縁ガスケット１２が予め取り付けられる。
つぎに、負極集電体９、正極集電体１１、フィルタ部２１および正極集電体１１を上述のように予め取り付けた極板群２を電池ケース１内に挿入して、図７（ｅ）の状態とする。このとき、絶縁ガスケット１２の下面が電池ケース１の支持棚部１ｂ上に載置されて、正極集電体１１およびフィルタ部２１は絶縁ガスケット１２を介し支持棚部１ｂに保持されるとともに、負極集電体２７の弾性接続部２７ａが電池ケース１の底面に弾力的に接触する。この状態において、極板群２における中心部の空隙に細長い溶接電極３０を、上方から差し入れて負極集電体２７の弾性接続部２７ａに接触させた状態で抵抗溶接することにより、負極集電体２７を電池ケース１の底面に接合する。したがって、この電池では、皿ばね形態の負極集電体２７を用いたことにより、タブ状の舌片を形成した負極集電体のように電流が特定箇所に集中的に流れることがない利点がある。
続いて、図８（ｆ）に示すように、電池ケース１の開口端部が内方にかしめ加工されたのち、電池ケース１の拡口部１ａの外径よりも僅かに小さな内径を有する縮径加工用筒体２４内に、電池ケース１をこれの底部側から圧入して挿通させることにより、電池ケース１の拡口部１ａを縮径加工する。上述の電池ケース１をかしめ加工した際には、かしめ加工された電池ケース１の開口端部がフィルタ部２１および正極集電体１１を介し極板群２を下方に向け僅かに押し下げられる。これにより、極板群２は、電池ケース１内において缶軸方向に動かないように固定される。このとき、絶縁ガスケット１２は、かしめ加工される電池ケース１の開口端部により上方から加圧力を受けて変形し、支持底面１２ｂは正極集電体１１のフランジ状鍔部１４の底面に押し付けられる。一方、負極集電体２７は、押し下げられる極板群２からの押圧力を受けて弾性接続部２７ａが変形し、これにより、極板群２の各端部３ａ，４ａの高さのばらつきが吸収される。
また、電池ケース１の拡口部１ａが縮径加工されることにより、封口体８のフィルタ部２１および正極集電体１１が絶縁ガスケット１２を介し横締めして、封口体８は極めて強固な保持構造によって確実に固定され、また、極板群２は電池ケース１の缶軸方向に僅かに、例えば０．２ｍｍ程度圧縮された状態で固定されるので、電池としての耐振動性および耐衝撃性が格段に向上する。
そののち、電池ケース１内には、フィルタ部２１の弁口２１ａおよび正極集電体１１の十字状の開口部１９の中心を通じて注液ノズル３１から所定量の電解液を電池ケース１内に注入する。
最後に、図８（ｆ）に矢印で示すように、封口体８のキャップ状正極端子２２が、フィルタ部２１との間に安全弁体２３を間に挟み込む配置でフィルタ部２１上に載置され、フィルタ部２１とキャップ状正極端子２２とが溶接により接合されることにより、封口体８が組み立てられる。この製造方法では、溶接により互いに固着した正極集電体１１のフランジ状鍔部１４と封口体８におけるフィルタ部２１の周縁部とに絶縁ガスケット１２を上方から押し付けて係着し、電池ケース１の開口端をかしめ加工し、且つ拡口部１ａを縮径加工してフィルタ部２１の周縁部および正極集電体１１のフランジ状鍔部１４を絶縁ガスケット１２を介し電池ケース１で強固に固定した状態において、フィルタ部２１の弁口２１ａおよび正極集電体１１の開口部１９を通じて電解液を注液したのちに、フィルタ部２１に安全弁体２３とキャップ状正極端子２２を組み付けて封口体８を組み立てるので、各組立工程の作業性が何れも向上して能率的に行うことができ、生産性の向上を図ることができる。
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る電池を示す縦断面図であり、同図において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この実施の形態では、ＡＡサイズのような小型電池に適用した場合を例示している。この実施の形態の電池が第１の実施の形態の電池と相違するのは、極板群２における正極板３が、これの他方（図の下方）の端部３ｂが負極板４の一方の端部４ａと同一平面となる長さに形成され、この極板群２の正，負極板３，４の下端平面からセパレータ７が突出されているとともに、極板群２の下端と電池ケース１の底面との間に比較的薄い絶縁板４２が介挿されて極板群２と電池ケース１との間が絶縁されており、この構成に伴って負極板４における極板群２の最外周の１周を形成する周面が電池ケース１の内周面に接触されて、負極板４と電池ケース１との接続が図られている構成のみである。
この電池では、極板群２と電池ケース１の底面との間に比較的薄い絶縁板４２を介在させるだけであって、第１の実施の形態で用いた負極集電体９および弾性導電体１０を削減できることから、容積が小さい小型電池用電池ケース１の内部空間を極板群２の収納用として有効に利用することができので、極板群２の体積を増大して高容量化を図った小型電池を得ることができる。さらに、この電池では、特に負極集電体９を削減したことにより、煩雑な負極集電体９と電池ケース１の底面との溶接工程が不要となり、製造工程を簡素化して製造が容易となる利点がある。
また、上記電池は、上記効果に加えて、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記電池では、正極リードを除外して電池内部抵抗を格段に低減して高出力化を得ることができ、環状溝の削減により極板群２の体積を増大して一層の高容量化を図ることができ、部品点数の低減と部品の取付工程および環状溝の製作工程の削減に伴い大幅なコストダウンを図ることができ、さらに、封口体８のフィルタ部２１の周縁部が電池ケース１における縮径された拡口部１ａによって絶縁ガスケット１２を介し横締めされるので、電池としての耐振動性や耐衝撃性が格段に向上するといった効果を得ることができる。
つぎに、上記電池の製造工程について、図１１および図１２を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、極板群２を示し、この極板群２は、上述のように、正極板３が、これの他方の端部３ｂが負極板４の一方の端部４ａと同一平面となる長さに形成され、この極板群２の正，負極板３，４の下端平面からセパレータ７が突出された形状になっている。この極板群２は、図１１（ｂ）に示すように、絶縁板４２を電池ケース１内に挿入して底面上に載置したのちに、電池ケース１内に挿入される。これにより、極板群２の下端平面と電池ケース１の底面との間は、セパレータ７の突出部分と絶縁板４２とにより確実な絶縁状態とされる。
つぎに、図１１（ｃ）に示すように、極板群２における正極板３の一方の端部３ａには、周縁部に絶縁ガスケット１２が係着された正極集電体１１を突き合わせて一対の溶接電極４３，４４により溶接する。さらに、図１１（ｄ）に示すように、電池ケース１内には、正極集電体１１の十字状の開口部１９の中心を通じて注液ノズル３１から所定量の電解液を電池ケース１内に注入する。この注液工程では、封口体８が取り付けられていない状態で行うので、注液作業を容易に行える。
続いて、図１２（ｅ）に示すように、予め組み立てられた封口体８を、電池ケース１の拡口部１ａ内に挿入して絶縁ガスケット１２に嵌合し、フィルタ部２１の周縁部を正極集電体１１のフランジ状鍔部１４上に重ね合わせる。この状態において、互いに重合された封口体８のフィルタ部２１の周縁部と正極集電体１１とを、レーザー溶接機４７を用いてレーザー溶接する。
つぎに、図１２（ｆ）に示すように、電池ケース１の開口端部を内方にかしめ加工して予備封口を行ったのち、最後に、図１２（ｇ）に示すように、電池ケース１の拡口部１ａの外径よりも僅かに小さな内径を有する縮径加工用筒体（図示せず）内に、電池ケース１をこれの底部側から圧入して挿通させることにより、電池ケース１の拡口部１ａを縮径加工して本封口する。
図１３は本発明の第４の実施の形態に係る電池を示す縦断面図であり、同図において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この実施の形態の電池が第１の実施の形態の電池と相違するのは、正極集電体３２および絶縁ガスケット４１の形状のみである。
すなわち、正極集電体３２は図１４に示すような形状になっており、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。この正極集電体３２は、封口体８のフィルタ部２１の外径よりも小さな外径を有する円板状であって、その中心部に、極板群２の中央の空隙部に対応する円形の注液孔３３が形成され、注液孔３３の近傍箇所から周端における９０°の等間隔の４か所に向けそれぞれ延びる細長い４つの開口部３４が形成されており、この開口部３４から下向き方向に直角に屈曲されてなるバーリング突起片３７が一体形成されている。また、正極集電体３２には、周縁部における開口部３４の各間の４か所に、立ち上げ部１３を介した段付き形状の溶接棚部３９が形成されているとともに、各溶接棚部３９にプロジェクション４０が上方に突設されている。なお、絶縁ガスケット４１としては、従来の電池に一般的に用いられている既存のものが用いられている。
この電池では、正極集電体３２が、封口体８のフィルタ部２１の外径よりも小さな外径を有するとともに、第１および第２の実施の形態で設けたフランジ状鍔部１４を削除して、周縁部に、立ち上げ部３８を介した段付き形状の溶接棚部３９が形成されているので、各溶接棚部３９がプロジェクション４０を介して封口体８のフィルタ部２１の周縁近傍部下面に接合する構成となる。すなわち、この電池では、フランジ状鍔部１４を削除しながらも、接合箇所を可及的に多くするように図っている。
したがって、この電池では、封口体８のフィルタ部２１の周縁部のみを絶縁ガスケット４１を介し電池ケース１の拡口部１ａで保持するので、絶縁ガスケット４１として既存のものをそのまま利用しながら、第１および第２の実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。すなわち、この電池では、正極リードを除外して電池内部抵抗を格段に低減して高出力化を得ることができ、環状溝の削減により極板群２の体積を増大して高容量化を図ることができ、部品点数の低減と部品の取付工程および環状溝の製作工程の削減に伴い大幅なコストダウンを図ることができ、さらに、封口体８のフィルタ部２１の周縁部が電池ケース１における縮径された拡口部１ａによって絶縁ガスケット４１を介し横締めされるので、電池としての耐振動性や耐衝撃性が格段に向上するといった効果を得ることができる。
本発明に係る電池は、正極リードを除外したことにより、電池内部抵抗を格段に低減して高出力化を得ることができ、正極リードおよび環状溝の存在により電池ケース内に生じていた空間分だけ極板群の体積を増大して、高容量化することができるので、大きな負荷特性を必要とするコードレスパワーツールや電気自動車などの駆動用電源としての用途に好適に適用することができる。また、本発明に係る電池の製造方法は、上記電池を高い生産性で製造することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る電池を示す縦断面図。 （ａ）は同上の電池における正極集電体を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 同上の電池における絶縁ガスケットを示す一部の断面拡大図。 （ａ），（ｂ）は同上の電池の前半製造工程を順に示す断面図。 （ｃ）〜（ｅ）は同上の電池の後半製造工程を順に示す断面図。 （ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る電池における前半製造工程を示す断面図。 （ｃ）〜（ｅ）は同上の電池における中間製造工程を示す断面図。 （ｆ），（ｇ）は同上の電池における後半製造工程を示す断面図。 同上の電池における負極集電体を示す上下反転させた状態の斜視図。 本発明の第３の実施の形態に係る電池を示す縦断面図。 （ａ）〜（ｄ）は同上の電池の前半製造工程を順に示す断面図。 （ｅ）〜（ｇ）は同上の電池の後半製造工程を順に示す断面図。 本発明の第４の実施の形態に係る電池を示す縦断面図。 （ａ）は同上の電池における正極集電体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。 従来の電池を示す縦断面図。
符号の説明
１ 電池ケース
１ａ 拡口部
１ｂ 支持棚部
２ 極板群
３ 正極板
３ａ 端部
４ 負極板
４ａ 端部
７ セパレータ
８ 封口体
９ 負極集電体
９ａ 負極集電片（舌片）
１０ 弾性導電体（間座）
１１ 正極集電体
１２ 絶縁ガスケット
１２ａ 係止突出部
１２ｂ 支持底面
１２ｃ テーパー面
１３ 立ち上げ部
１４ フランジ状鍔部
１７ 溶接棚部
１９ 開口部
２０ バーリング突起片
２１ フィルタ部
２２ キャップ状正極端子
２３ 安全弁体
２７ 負極集電体
２７ａ 弾性接続部
３２ 正極集電体
３４ 開口部
３７ バーリング突起片
３８ 立ち上げ部
３９ 溶接棚部
４１ 絶縁ガスケット
４２ 絶縁板

Claims (13)

  1. 帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が有底筒状の金属製電池ケース内に収納され、前記電池ケースの上端開口部が、絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなる電池において、
    前記電池ケースの開口端側における前記極板群の上端よりも上方側箇所に拡口部が形成されて、その拡口部の内方側に環状の支持棚部が設けられ、
    立ち上げ部を介した段付き形状のフランジ状鍔部が周縁部に形成された一方極の集電体を有し、この集電体における前記フランジ状鍔部より内方側の下面が、前記極板群から突出した一方極の極板の端部に接合され、
    フィルタ部とキャップ状端子部とが一体化されてなる前記封口体の周縁部が、前記フランジ状鍔部の上面に接合され、
    前記集電体の前記フランジ状鍔部が、前記支持棚部上に支持された絶縁ガスケットの支持底面上に載置され、
    開口端が内方にかしめ加工され、且つ縮径された前記拡口部によって前記封口体の周縁部が前記絶縁ガスケットを介し固定されていることを特徴とする電池。
  2. 集電体は、封口体の外形とほぼ同径の外形を有し、前記封口体の周縁部は、集電体のフランジ状鍔部上に重ね合わされた状態で絶縁ガスケットの支持底面上に載置されている請求項１に記載の電池。
  3. フランジ状鍔部の内方側底面に開口部が形成されているとともに、前記開口部から下向き方向に屈曲してなるバーリング突起片が形成され、前記フランジ状鍔部の複数箇所からそれぞれ前記鍔部と同一平面を保って内方に張り出された溶接棚部が形成され、この各溶接棚部が封口体の周縁部の下面に溶接されている請求項１または２に記載の電池。
  4. 極板群から突出した他方極の極板の端部に他方極の集電体が接合され、
    前記他方極の集電体と電池ケースの底面との間に、弾性を有するリング状の間座が介挿され、
    前記間座の中央部の空間を介して前記他方極の集電体の舌片が前記電池ケースの底面に接合されている請求項１ないし３の何れかに記載の電池。
  5. 間座として、リング状の発泡金属が用いられている請求項４に記載の電池。
  6. 極板群から突出した他方極の極板の端部に他方極の集電体が接合され、
    前記他方極の集電体は、中央部分から下方に膨出した弾性接続部を有する皿ばね形態に形成されて、前記弾性接続部が電池ケースの底面に接合されている請求項１ないし３の何れかに記載の電池。
  7. 絶縁ガスケットは、下端から内方に突出した環状形状であって、封口体の周縁部および／または一方極の集電体を支持する支持底面と、この支持底面の端面を下方に向け拡開可能な形状としたテーパー面と、前記支持底面の上方において封口体の外径より僅かに小さい径に形成された係止突出部とを一体に有する形状に樹脂により形成されている請求項１ないし６の何れかに記載の電池。
  8. 集電体における複数の溶接棚部にそれぞれプロジェクションが設けられ、前記溶接棚部に封口体が前記プロジェクションおよび電解液を介した通電溶接により接合されている請求項３ないし７の何れかに記載の電池。
  9. 集電体における複数の溶接棚部に封口体の周縁部がレーザ溶接により接合されている請求項３ないし７の何れかに記載の電池。
  10. 極板群の一端面から突出した一方極の極板の端部に一方極の集電体が接合されているとともに、前記極板群の他端面が、両極板の端面が同一平面を形成するよう備えられ、且つ前記平面からセパレータが突出された形状に形成され、前記極板群の他端面と電池ケースの底面との間に絶縁板が介在され、極板群の最外周に位置する前記他方極の極板の外周面が前記電池ケースの内周面に接触して電気的接続されている請求項１ないし３および請求項７ないし９の何れかに記載の電池。
  11. 帯状の正極板および負極板をこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群が有底筒状の金属製電池ケース内に収納され、前記電池ケースの上端開口部が、絶縁ガスケットを介して封口体により密閉されてなる電池において、
    前記電池ケースの開口端側における前記極板群の上端よりも上方側箇所に拡口部が形成されて、その拡口部の内方側に環状の支持棚部が設けられ、
    立ち上げ部を介した段付き形状の溶接棚部が周縁部に形成された一方極の集電体を有し、この集電体の溶接棚部より内方側の下面が、前記極板群から突出した一方極の極板の端部に接合され、
    フィルタ部とキャップ状端子部とが一体化されてなる前記封口体の周縁部が、前記支持棚部上に支持された絶縁ガスケットの支持底面上に載置され、且つ前記封口体の周縁部の内方側箇所に前記一方極の集電体の溶接棚部が接合され、
    開口端が内方にかしめ加工され、且つ縮径された前記拡口部によって前記封口体の周縁部が前記絶縁ガスケットを介し固定されていることを特徴とする電池。
  12. フランジ状鍔部が周縁部に形成された正極集電体における前記フランジ状鍔部より内方側の底面を、極板群の正極板の端部に接合するとともに、極板群の負極板の端部に負極集電体を接合する工程と、
    前記正極集電体に、正極板の端部への接合前または接合後に絶縁ガスケットを係着する工程と、
    前記極板群を電池ケース内に挿入して、電池ケースにおける前記極板群の上端よりも上方に形成された拡口部の内方側に設けられている環状の支持棚部上に前記絶縁ガスケットを支持させる工程と、
    前記負極集電体を前記電池ケースの底面に溶接により接合する工程と、
    前記正極集電体の開口部を通じて電解液を前記電池ケースに注入する工程と、
    封口体の周縁部を前記正極集電体の前記フランジ状鍔部の上面に積層して接合する工程と、
    前記電池ケースの開口端を内方にかしめ加工し、且つ前記拡口部を縮径することにより、前記封口体の周縁部および／または前記正極集電体のフランジ状鍔部を前記絶縁ガスケットを介して固定する工程とを備えていることを特徴とする電池の製造方法。
  13. フランジ状鍔部が周縁部に形成された正極集電体の前記フランジ状鍔部より内方側の底面を、極板群の正極板の端部に接合するとともに、極板群の負極板の端部に負極集電体を接合する工程と、
    前記正極集電体のフランジ状鍔部の上面に封口体のフィルタ部の周縁部を積層して溶接により接合する工程と、
    前記正極集電体および前記フィルタ部の各々の周縁部に絶縁ガスケットを上方より係着する工程と、
    前記極板群を電池ケース内に挿入して、電池ケースにおける前記極板群の上端よりも上方に形成された拡口部の内方側に設けられている環状の支持棚部上に前記絶縁ガスケットを支持させる工程と、
    前記負極集電体を前記電池ケースの底面に溶接により接合する工程と、
    前記フィルタ部の弁口および正極集電体の開口部を通じて電解液を前記電池ケース内に注入する工程と、
    前記フィルタ部に安全弁体を挟んでキャップ状正極端子を積層した状態で前記フィルタ部と前記正極端子とを溶接により接合して前記封口体を組み立てる工程と
    前記電池ケースの開口端を内方にかしめ加工し、且つ前記拡口部を縮径することにより、前記フィルタ部の周縁部および／または前記正極集電体のフランジ状鍔部を前記絶縁ガスケットを介して固定する工程と、
    を備えていることを特徴とする電池の製造方法。
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