JP2007073471A - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 集電体と極板端部との接触部で溶接電流の電流密度が大きくなるような集電体構造として、溶接強度が向上し、かつ溶接品質が安定して信頼性が向上したアルカリ蓄電池を提供する。
【解決手段】 本発明は、セパレータを介して正極と負極が対向するように渦巻状に巻回された電極群の一方の電極２１より延出した電極基板２１ａの高密度部２１ｃに板状集電体１０が溶接接続されたアルカリ蓄電池である。そして、板状集電体１０は複数の断面形状が略Ｖ字状のＶ字溝１５と、複数のＶ字溝１５の間を区画する縁部に一対の突縁１４ａを有する複数のスリット１４とが形成されていて、電極群の一方の極板より延出した電極基板２１ａの高密度部２１ｃと集電体１０のＶ字溝１５の先端部１５ａおよびスリット１４の突縁１４ａとが溶接接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池に係り、特に、セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回された電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部に板状集電体が溶接接続されて形成された電極体を外槽缶内に備えたアルカリ蓄電池およびその製造方法に関する。

電気自動車、電動バイク、アシスト自転車あるいは電動工具等の大電流用途向けの電池として、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池が用いられるようになった。この種の用途に用いられるアルカリ蓄電池は、高出力特性、高エネルギー密度が要求される。高出力特性を達成するためには集電部品の低抵抗化等が必要であり、集電体と極板より延出した電極基板との接触を密にする必要がある。また、振動などにより集電体が外れる恐れがあるため、集電体と電極基板との溶接強度を強くする必要がある。

この種のアルカリ蓄電池は、通常、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して電極群とした後、この電極群の負極板より延出した電極基板を負極集電体に溶接するとともに、正極板より延出した電極基板を正極集電体に溶接する。ついで、この電極群を負極端子を兼ねる金属製外装缶に挿入し、負極集電体を金属製外装缶の底部に溶接するとともに、正極集電体より延出する集電リード部を正極端子を兼ねる封口体の底部に溶接した後、電解液を注液し、外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介して封口体を装着して密閉することにより作製されている。

近年、これらのアルカリ蓄電池のエネルギー密度をさらに向上させるために、ニッケル正極板の電極基板として発泡ニッケルが用いられるようになった。ところが、発泡ニッケルを電極基板として用いたニッケル正極板を正極集電体に溶接する場合、発泡ニッケルは高多孔性で密度が小さいために、これを直接、正極集電体に溶接することが困難であった。このため、図５（ｃ）に示すように、正極活物質４１ｂが充填された発泡ニッケル４１ａの端部に活物質の未塗着部を形成し、この活物質の未塗着部にリボン状タブ４１ｃを溶接し、このリボン状タブ４１ｃを図５（ａ）に示すような正極集電体３０に溶接することが、特許文献１（特開平１１−１４９９１４号公報）にて提案されるようになった。

しかしながら、特許文献１に示されるように、発泡ニッケル４１ａの端部にリボン状タブ４１ｃを溶接するには、発泡ニッケル４１ａとは別にリボン状タブ４１ｃが必要となるため部品点数が増え、さらに溶接工程を要することから、この種のニッケル正極板４１が高価になるという問題を生じた。そこで、本発明者等は、電極基板に集電体を直接溶接する公知の溶接方法を、例えば特許文献２（実開昭５５−４０９７０号公報）および特許文献３（特公平２−８４１７号公報）に基づいて検討を行った。

ここで、特許文献２（実開昭５５−４０９７０号公報）にて開示された正極集電体５０においては、図６（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が略円形状の本体部５１と、この本体部５１から延出して形成された平面形状が略長方形状のリード部５２とからなる。そして、本体部５１に中心開口５３と、その周囲に多数の円孔５４とを備え、円孔５４の周囲にはバーリング加工された突縁５４ａを備えるようにしている。この場合、図６（ｃ）に示すように、発泡ニッケルからなる電極基板６１ａに正極活物質６１ｂが充填されて形成された正極板６１の活物質の未塗着部６１ｃに、円孔５４の周囲に形成された突縁５４ａが溶接されることにより、正極板６１に正極集電体５０が接続されるようになされている。

一方、特許文献３（特公平２−８４１７号公報）にて開示された正極集電体７０においては、図７（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が略円形状の本体部７１と、この本体部５１から延出して形成された平面形状が略長方形状のリード部７２とからなる。そして、本体部７１に中心開口７３を備え、その中心開口７３から外周部に向けて放射状に線状のプロジェクション（略Ｖ字状の溝）７４を備えている。この場合、図７（ｃ）に示すように、パンチングメタルからなる心材８１ａに正極活物質８１ｂが充填されて形成された正極板８１の捲回端面に活物質の未塗着部８１ｃが露出しており、この未塗着部８１ｃがプロジェクション（略Ｖ字状の溝）７４の先端部７４ａと複数点で溶接されている。
特開平１１−１４９９１４号公報 実開昭５５−４０９７０号公報 特公平２−８４１７号公報

ところが、上述した特許文献２にて開示された溶接方法においては、正極集電体５０に形成された円孔５４の周囲突縁５４ａに正極板６１の活物質の未塗着部６１ｃが溶接されるようになされている。このため、正極板６１と正極集電体５０との溶接部位が円孔５４の周囲突縁５４ａのみとなって、正極板６１の一部しか溶接されないこととなり、必要な溶接強度を得ることが困難であるという問題を生じた。この場合、溶接電流を大電流にする方法が考えられるが、溶接電流を大電流にすると、表面無効電流が増大（大部分の溶接電流が正極集電体５０の表面に流れるようになって、一部の溶接電流のみが溶接部に流れるようになることを意味する）するようになる。

このため、正極集電体５０が異常に加熱されるようになって、場合によっては、正極集電体５０に破断が生じて、溶接品質が低下するという新たな問題が生じるようになる。また、上述した特許文献３にて開示された溶接方法においては、正極集電体７０に形成されたプロジェクション（略Ｖ字状の溝）７４の先端部７４ａの複数点で正極板８１の捲回端面の未塗着部８１ｃが溶接されているだけであるので、溶接強度が安定しないという問題が生じた。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、集電体と極板端部との接触部で溶接電流の電流密度が大きくなるような集電体構造として、溶接強度が向上し、かつ溶接品質が安定して信頼性が向上したアルカリ蓄電池を提供できるようにすることを目的とするものである。

本発明は、セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回された電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部に板状集電体が溶接接続されたアルカリ蓄電池であって、上記課題を解決するため、板状集電体は断面形状が略Ｖ字状の複数のＶ字溝と、当該複数のＶ字溝の間を区画する縁部に一対の突縁を有する複数のスリットとが形成されていて、電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部と集電体のＶ字溝の先端部およびスリットの突縁とが溶接接続されていることを特徴とする。

このように、断面形状が略Ｖ字状の複数のＶ字溝と、このＶ字溝の間を区画する縁部に一対の突縁を有する複数のスリットとが形成されていると、極板より延出した電極基板の高密度部とＶ字溝の先端部との接触部およびスリットの突縁との接触部を飛躍的に増大させることが可能となるとともに、これらの接触部の抵抗値も増大することとなる。これにより、これらの接触部に溶接電流に基づく発熱量が増大して、これらの接触部が溶融するようになる。この結果、極板より延出した電極基板の高密度部と集電体のＶ字溝の先端部およびスリットの突縁とが強固に溶接接続されることとなる。

この場合、Ｖ字溝およびスリットが集電体の略中心部より周縁部に向かって放射状に形成されているとともに、これらのＶ字溝とスリットが交互に配置されていると、集電体を電極基板の高密度部へ溶接する際に、柔らかい電極基板の高密度部に向けて沈み込みやすくなる。このため、溶接時に集電体に発生する歪みを低減させることが可能となって、溶接品質を向上させることが可能となる。また、Ｖ字溝とスリットが交互に配置されているので、Ｖ字溝の先端部の溶接時に、この溶接点から反対側へ流れる表面無効電流をスリットで遮断させることが可能となる。

また、スリットの縁部に形成された一対の突縁は先端部に向かうに伴って肉薄になるように形成されていると、突縁の先端部に向かうに伴って抵抗値が高くなる。このため、突縁の先端部での溶接電流に起因する発熱量が増大することとなる。また、一対の突縁は互にテーパー状に狭まるように形成されていると、極板より延出した電極基板の高密度部との溶接部位に発熱量を集中させることが可能となる。この結果、電極基板の高密度部との溶接部位が溶着し易くなり、溶接品質を安定させることが可能となる。

そして、上述のような構成となるアルカリ蓄電池を製造するためには、セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回して電極群を形成する電極群形成工程と、電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部の上に断面形状が略Ｖ字状の複数のＶ字溝と、当該複数のＶ字溝の間を区画する縁部に一対の突縁を有する複数のスリットとが形成された板状集電体を配置する集電体配置工程と、板状集電体の上にＶ字溝を間にして一対の溶接電極を配置し、当該一対の溶接電極に溶接電圧を印加して、電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部とＶ字溝の先端部とを溶接するＶ字溝溶接工程と、電極基板の高密度部とＶ字溝の先端部とが溶接された集電体の上に一対の突縁を有するスリットを間にして一対の溶接電極を配置し、当該一対の溶接電極に溶接電圧を印加して、電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部とスリットの突縁とを溶接する突縁溶接工程とを備えるようにすればよい。

以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１は本発明の正極集電体および正極板を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す拡大断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す拡大断面図であり、図１（ｄ）は図１（ａ）の正極集電体が溶接される溶接部が形成された正極板を模式的に示す平面図である。図２は一対の溶接電極を模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示す一対の溶接電極を用いて電極群の一方の極板（この場合は正極板）に集電体（この場合は正極集電体）を溶接する状態を示す平面図であり、図３（ａ）は第１溶接工程を示す平面図であり、図３（ｂ）は第２溶接工程を示す平面図であり、図３（ｃ）は第３溶接工程を示す平面図であり、図３（ｄ）は第４溶接工程を示す平面図である。図４は本発明のニッケル−水素蓄電池を模式的に示す断面図である。

１．正極集電体
（１）実施例１
この実施例１の正極集電体１０は、図１（ａ）の平面図に示すように、厚みが０．２５ｍｍのニッケルメッキ鋼板からなり、平面形状が略円形状（例えば、最大で直径が１７．５ｍｍ）の本体部１１と、この本体部１１から延出して形成された平面形状が略長方形状のリード部１２とから構成されている。そして、本体部１１の中心部には中心開口（例えば、直径は５．３ｍｍ）１３が形成されているとともに、中心開口１３に対して対向する位置に一対のスリット１４，１４と、一対のＶ字状の溝（以下では、Ｖ字溝という）１５，１５とが交互に形成されている。なお、中心開口１３は、後述する電極群の負極側端部に溶接された負極集電体と外装缶の底部を溶接するための溶接電極を挿入するために設けられている。

ここで、一対のスリット１４の一方は、中心開口１３の周縁からリード部１２に向けて形成されていて、中心開口１３の周縁とリード部１２の付け根部までの略中間部の位置まで形成されている。一方、一対のスリット１４の他方は、中心開口１３の周縁からリード部１２とは反対側の本体部１１の周縁に向けて形成されている。そして、図１（ｂ）の拡大断面図で示すように、スリット１４の両縁部には、先端部に向かうに伴って肉薄になるように形成された一対の突縁１４ａ，１４ａが設けられているとともに、これらの一対の突縁１４ａ，１４ａは互にテーパー状に狭まるように形成されている。

また、Ｖ字溝１５，１５はリード部１２が設けられた方向に対して垂直な方向に、それぞれ中心開口１３の周縁から本体部１１の周縁に向けて形成されている。これにより、本体部１１には９０度毎にスリット１４とＶ字溝１５とが交互に配置されていることとなる。この場合、Ｖ字溝１５，１５は、本体部１１の表面から裏面に向けてＶ字状に突出するように形成されており、Ｖ字溝１５は深さが０．４５ｍｍで、幅が２ｍｍになるように形成されている。そして、この正極集電体１０を裏面から見るとＶ字溝１５の先端部は線状凸部１５ａとなり、この線状凸部１５ａは、後に電極群のニッケル正極から突出する基板の上端部に溶接されることとなる。なお、Ｖ字溝１５の高さｈは、Ｖ字溝１５の深さと等しく０．４５ｍｍとなるように形成されている。また、スリット１４の高さｈもＶ字溝１５の高さｈと等しくなるように形成されていてｈ＝０．４５ｍｍとなるようになされている。

このような正極集電体１０を作製する場合、厚みが０．２５ｍｍのニッケルメッキ鋼板を打抜型で打ち抜いて、図１（ａ）に示すように、本体部１１およびリード部１２を一体的に形成するとともに、本体部１１の中心部に円形孔を打ち抜いて中心開口１３を形成する。また、中心開口１３の周縁からリード部１２に向けて、中心開口１３の周縁とリード部１２の付け根部までの略中間部の位置までと、中心開口１３の周縁からリード部１２とは反対側の本体部１１の周縁に向けて打ち抜いてスリット１４を形成する。ついで、スリット１４の両縁部に、図１（ｂ）に示すように、先端部に向かうに伴って肉薄になるとともに互にテーパー状に狭まるように加圧成形して一対の突縁１４ａ，１４ａを形成する。さらに、中心開口１３の周縁から本体部１１の周縁に向けてリード部１２が設けられた方向に対して垂直な方向に、図１（ｃ）に示すように、Ｖ字溝１５を折り曲げ成形により形成する。これにより、実施例１の正極集電体１０が得られる。

（２）比較例１
比較例１の正極集電体３０は、図５（ａ）（ｂ）に示すうに、厚みが０．２５ｍｍのニッケルメッキ鋼板からなり、平面形状が略円形状（例えば、最大で直径が１７．５ｍｍ）の本体部３１と、この本体部３１から延出して形成された平面形状が略長方形状のリード部３２とから構成されている。そして、本体部３１の中心部には中心開口（例えば、直径は５．３ｍｍ）３３が形成されているとともに、この中心開口３３の周囲に多数の円孔３４とを備えている。そして、図５（ｂ）に示すうに、円孔３４の周囲にはバーリング加工された突縁３４ａを備えるようにしている。また、これらの多数の円孔３４を２つに区画する一対のスリット３５，３５が設けられている。ここで、一対のスリット３５の一方は、中心開口３３の周縁からリード部３２に向けてリード部３２の付け根部まで延出して形成されている。一方、一対のスリット３５の他方は、中心開口３３の周縁からリード部３２とは反対側の本体部３１の周縁に向けて形成されている。

（３）比較例２
比較例２の正極集電体７０は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、厚みが０．２５ｍｍのニッケルメッキ鋼板からなり、平面形状が略円形状（例えば、最大で直径が１７．５ｍｍ）の本体部７１と、この本体部７１から延出して形成された平面形状が略長方形状のリード部７２とから構成されている。そして、本体部７１の中心部には中心開口（例えば、直径は５．３ｍｍ）７３が形成されているとともに、中心開口７３の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝７４が等間隔（９０度毎の位置）に形成されている。なお、比較例２のＶ字溝７４は、実施例１のＶ字溝１５とほぼ等しく、深さが０．４５ｍｍで、幅が２ｍｍになるように形成されている。そして、この正極集電体７０を裏面から見るとＶ字溝７４の先端部は線状凸部７４ａとなり、この線状凸部７４ａは、後に電極群のニッケル正極から突出する基板の上端部に溶接されることとなる。なお、Ｖ字溝７４の高さｈは深さと等しく０．４５ｍｍとなるように形成されている。

２．ニッケル−水素蓄電池
（１）ニッケル正極板
まず、図１（ｄ）に示すように、発泡ニッケルからなる電極基板２１ａに水酸化ニッケルを主体とする正極活物質と結着剤とからなる正極活物質スラリー２１ｂを充填した。この際、後に正極集電体１０（７０）に溶接される部分には活物質は充填することなく活物質未充填部２１ｄが形成されるようにした。ついで、乾燥後、所定の厚み（例えば、０．５ｍｍ）になるまで圧延し、所定の寸法（例えば、長さが２００ｍｍで、幅が３３ｍｍ）になるように切断した後、活物質未充填部２１ｄを厚み方向へのはみ出しを防止しながら幅（高さ）方向に加圧して発泡ニッケルの高密度部２１ｃを形成して正極集電体１０（７０）への溶接部を形成し、ニッケル正極板２１とした。

一方、図５（ｃ）に示すように、発泡ニッケルからなる電極基板４１ａに水酸化ニッケルを主体とする正極活物質と結着剤とからなる正極活物質スラリー４１ｂを充填した。ついで、活物質未充填部を厚み方向に加圧して発泡ニッケルからなる電極基板４１ａの高密度部を形成し、この高密度部に金属リボン４１ｃを溶着して正極集電体３０への溶接部を形成し、ニッケル正極板４１とした。

（２）水素吸蔵合金負極板
また、パンチングメタルからなる極板芯体２２ａの両面に水素吸蔵合金を主体とする負極活物質と結着剤とからなる負極活物質ペースト２２ｂを塗着した。ついで、乾燥後、所定の厚み（例えば、０．６ｍｍ）になるまで圧延し、所定の寸法（例えば、長さが２４０ｍｍで、幅が３３ｍｍ）になるように切断して、水素吸蔵合金負極板２２とした。なお、後に負極集電体２４に溶接される部分には、負極活物質が塗着されない活物質未塗着部２２ｃが形成されるようにした。

（３）実施例１のニッケル−水素蓄電池
ついで、上述のようにして作製されたニッケル正極板２１と水素吸蔵合金負極板２２とを用いて、これらのニッケル正極板２１と水素吸蔵合金負極板２２との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ（例えば、幅が３４ｍｍのもの）２３を介在させて渦巻状に巻回して、渦巻状電極群を作製した。なお、図４に示すように、このようにして作製された渦巻状電極群の上部は、ニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃが露出しているとともに、その下部には水素吸蔵合金負極板２２の活物質未塗着部２２ｃが露出している。この後、得られた渦巻状電極群のニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃの上端面に、上述のように作製された実施例１の正極集電体１０を載置した。

ついで、これらの正極集電体１０の上に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ載置した。このとき、図３（ａ）に示すように、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２が１つ目のＶ字溝１５を間にしてそれぞれが対向するように配置し、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電源Ｖから１回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体１０の１つ目のＶ字溝１５の下面に形成された線状凸部１５ａとニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。この後、図３（ｂ）に示すように、２つ目のＶ字溝１５を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、２回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体１０の２つ目のＶ字溝１５の下面に形成された線状凸部１５ａとニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。

ついで、図３（ｃ）に示すように、１つ目のスリット１４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、３回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体１０の１つ目のスリット１４に形成された一対の突縁１４ａ，１４ａ（先端部に向かうに伴って肉薄になるとともに互にテーパー状に狭まるように形成されている）の先端部とニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。さらに、図３（ｄ）に示すように、２つ目のスリット１４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、４回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体１０の２つ目のスリット１４に形成された一対の突縁１４ａ，１４ａの先端部とニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。

この場合、溶接条件としては、いずれの場合も６０Ｈｚの交流電源で、１．５ｋＡの電流を３サイクル印加するようにして行った。これにより、渦巻状電極群のニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃと正極集電体１０のＶ字溝１５の下面に形成された線状凸部１５ａとが強固に溶接されるとともに、渦巻状電極群のニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃと正極集電体１０のスリット１４に形成された一対の突縁１４ａ，１４ａ（先端部に向かうに伴って肉薄になるとともに互にテーパー状に狭まるように形成されている）の先端部とが強固に溶接されることとなる。

一方、渦巻状電極群の下部に円板状の負極集電体２４を載置して、同様に一対の溶接電極（図示せず）を当接させて水素吸蔵合金負極板２２の極板芯体２２ａの活物質未塗着部２２ｃと負極集電体２４との接触部を抵抗溶接して電極体ａを作製した。なお、この場合も、溶接条件としては、いずれの場合も６０Ｈｚの交流電源で、１．５ｋＡの電流を３サイクル印加するようにして行った。

ついで、上述のようにして作製された電極体ａを外装缶２５内に挿入した後、負極集電体２４と外装缶２５の底部とを溶接した。また、正極蓋２６ａと正極キャップ２６ｂとからなる封口体２６を用意し、正極集電体１０から延出するリード部１２を封口体２６に設けられた正極蓋２６ａの底部に溶接した。この後、外装缶２５の上部外周面に溝入れ加工を施して環状溝部２５ａを形成した。この後、金属製外装缶２５内に電解液（例えば、３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注液し、封口体２６の外周部に装着された封口ガスケット２７を外装缶２５の環状溝部２５ａの上に載置するとともに、外装缶２５の先端部２５ｂを封口体２６側にカシメて封口して、ＳＣサイズのニッケル−水素蓄電池を組み立て、実施例１のニッケル−水素蓄電池Ａとした。

（４）比較例１のニッケル−水素蓄電池Ｘ
また、上述のように作製されたニッケル正極板４１（図５（ｃ）参照）と水素吸蔵合金負極板２２とを用い、これらのニッケル正極板４１と水素吸蔵合金負極板２２との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ（例えば、幅が３４ｍｍのもの）２３を介在させて渦巻状に巻回して、渦巻状電極群を作製した。なお、このようにして作製された渦巻状電極群の上部は、発泡ニッケルからなる電極基板４１ａの高密度部に溶接された金属リボン４１ｃ（図５（ｃ）参照）が露出しているとともに、その下部には水素吸蔵合金負極板２２の活物質未塗着部２２ｃ（図４参照）が露出している。

ついで、得られた渦巻状電極群のニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃの上端面に、上述のように作製された比較例１の正極集電体３０を載置した。ついで、これらの正極集電体３０の上に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２（図２参照）をそれぞれ載置した。このとき、図５（ａ）に示すように、正極集電体３０の本体部３１に形成されたスリット３５，３５の上部（図５（ａ）の上部）に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を配置し、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電源Ｖから１回目の溶接電流を流した。これにより、スリット３５，３５の上部に存在する円孔３４の周囲に形成された突縁３４ａが、スリット３５，３５の上部に存在するニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃに抵抗溶接されることとなる。

この後、正極集電体３０の本体部３１に形成されたスリット３５，３５の下部（図５（ａ）の下部）に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を配置し、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電源Ｖから２回目の溶接電流を流した。これにより、スリット３５，３５の下部に存在する円孔３４の周囲に形成された突縁３４ａが、スリット３５，３５の下部に存在するニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃに抵抗溶接されることとなる。この場合、溶接条件としては、いずれの場合も６０Ｈｚの交流電源で、１．５ｋＡの電流を３サイクル印加するようにして行った。

一方、渦巻状電極群の下部に、上述と同様に、負極集電体２４を抵抗溶接して電極体ｘを作製し、これを外装缶２５内に挿入した後、上述と同様に、ＳＣサイズのニッケル−水素蓄電池を組み立て、比較例１のニッケル−水素蓄電池Ｘ（図示せず）とした。

（５）ニッケル−水素蓄電池Ｙ
また、上述のように作製されたニッケル正極板２１と水素吸蔵合金負極板２２とを用い、これらのニッケル正極板２１と水素吸蔵合金負極板２２との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ（例えば、幅が３４ｍｍのもの）２３を介在させて渦巻状に巻回して、渦巻状電極群を作製した。なお、図４に示すように、このようにして作製された渦巻状電極群の上部は、ニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃが露出しているとともに、その下部には水素吸蔵合金負極板２２の活物質未塗着部２２ｃが露出している。

ついで、得られた渦巻状電極群のニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃの上端面に、上述のように作製された比較例２の正極集電体７０(図７（ａ）（ｂ）参照)を載置した。ついで、これらの正極集電体７０の上に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２（図２参照）をそれぞれ載置した。このとき、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２が１つ目のＶ字溝７４を間にしてそれぞれが対向するように配置し、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電源Ｖから１回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体７０の１つ目のＶ字溝７４の下面に形成された線状凸部７４ａとニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。

この後、２つ目のＶ字溝７４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、２回目の溶接電流を流した後、３つ目のＶ字溝７４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、３回目の溶接電流を流し、さらに、４つ目のＶ字溝７４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、４回目の溶接電流を流した。これにより、正極集電体７０の２つ目、３つ目および４つ目のＶ字溝７４の下面に形成された線状凸部７４ａとニッケル正極２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃとが抵抗溶接されることとなる。この場合、溶接条件としては、いずれの場合も６０Ｈｚの交流電源で、１．５ｋＡの電流を３サイクル印加するようにして行った。

一方、渦巻状電極群の下部に、上述と同様に、負極集電体２４を抵抗溶接して電極体ｙを作製し、これを外装缶２５内に挿入した後、上述と同様に、ＳＣサイズのニッケル−水素蓄電池を組み立て、比較例２のニッケル−水素蓄電池Ｙとした。

３．溶接強度の測定
ついで、上述のようにしてニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｘ，Ｙをそれぞれ作製する際に、溶接後の正極集電体１０（３０，７０）の溶接強度を測定し、電極体ａの値を１０とした相対強度を算出すると下記の表１に示すような結果が得られた。この場合、溶接強度を測定するに際しては、各渦巻状電極体の正極集電体１０（３０，７０）のリード部１２（３２，７２）を本体部に対して垂直に立ち上げ、電極体を固定してリード部１２（３２，７２）を垂直方向に引っ張り、各集電体１０（３０，７０）が外れるまでの荷重を測定して行った。

上記表１の結果から明らかなように、実施例１の正極集電体１０を用いた電極体ａは、比較例２の正極集電体７０（中心開口７３の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝７４が等間隔に形成されたもの）を用いた電極体ｙよりも３０％程度溶接強度が向上していることが分かる。また、実施例１の正極集電体１０を用いた電極体ａは、比較例１の正極集電体３０を用いてニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃに抵抗溶接された電極体ｘとほぼ同程度の溶接強度を有することが分かる。

これは、電極体ａにおいては、ニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃと正極集電体１０のＶ字溝１５の下面に形成された線状凸部１５ａとが強固に溶接されているとともに、ニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃと正極集電体１０のスリット１４に形成された一対の突縁１４ａ，１４ａ（先端部に向かうに伴って肉薄になるとともに互にテーパー状に狭まるように形成されている）の先端部とが強固に溶接されているためである。

４．大電流放電試験
ついで、上述のようにして作製した各ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｘ，Ｙを用いて、周囲温度が２５℃（室温）の雰囲気中で、０．１Ｉｔ（なお、Ｉｔ（ｍＡ）は定格容量（ｍＡｈ）／１ｈ（時間）で表される数値である）の充電々流で１６時間充電し、１時間休止した。この後、０．２Ｉｔの放電々流で電池電圧が１．０Ｖになるまで放電させた後、１時間休止する。このような充放電を３回繰り返して、各ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｘ，Ｙをそれぞれ活性化した。

ついで、上述のようにして活性化した各電池Ａ，Ｘ，Ｙを室温（約２５℃）で、それぞれ１Ｉｔの充電々流で充電し、満充電に達した後、電池電圧が１０ｍＶ低下（−ΔＶ＝１０ｍＶ）した時点で充電を１時間休止させる。ついで、５０Ａの放電電流で終止電圧が０．８Ｖになるまで放電させるという高率放電を行い、このときの中間作動電圧（終止電圧が０．８Ｖになるまで放電させたときの放電持続時間の半分経過時の電圧）を求めると下記の表２に示すような結果が得られた。この場合、電池Ａの中間作動電圧を１００とし、電池Ｘ，Ｙの中間作動電圧はそれとの相対値で示している。

上記表２の結果から明らかなように、実施例１の正極集電体１０を用いた電池Ａは、比較例１の正極集電体３０を用いてニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃに抵抗溶接された電池Ｘ、および比較例２の正極集電体７０（中心開口７３の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝７４が等間隔に形成されたもの）を用いた電池Ｙよりも中間作動電圧が向上していることが分かる。これは、電池Ｘにおいては、正極集電体３０はニッケル正極板４１の金属リボン４１ｃに溶接されているため、導電経路が長くなって抵抗電圧降下が上昇して中間作動電圧が低下したと考えられる。

また、電池Ｙにおいては、正極集電体７０に形成されたＶ字溝７４の線状凸部７４ａがニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃに直接溶接されているが、線状凸部７４ａと高密度部２１ｃとの溶接強度が弱い（表１参照）ために、線状凸部７４ａと高密度部２１ｃとの間の抵抗値が大きくなって、抵抗電圧降下が上昇し、中間作動電圧が低下したと考えられる。

一方、電池Ａにおいては、正極集電体１０のＶ字溝１５の下面に形成された線状凸部１５ａおよびスリット１４に形成された一対の突縁１４ａ，１４ａの先端部がニッケル正極板２１の電極基板２１ａの高密度部２１ｃに直接溶接されているため、導電経路が短縮されて抵抗電圧降下が低下して中間作動電圧が向上したと考えられる。

なお、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池以外にも、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池に適用しても同様の効果が得られることは明らかである。

本発明の正極集電体および正極板を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す拡大断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す拡大断面図であり、図１（ｄ）は図１（ａ）の正極集電体が溶接される溶接部が形成された正極板を模式的に示す平面図である。 一対の溶接電極を模式的に示す斜視図である。 図２に示す一対の溶接電極を用いて電極群の一方の極板に集電体を溶接する状態を示す平面図であり、図３（ａ）は第１溶接工程を示す平面図であり、図３（ｂ）は第２溶接工程を示す平面図であり、図３（ｃ）は第３溶接工程を示す平面図であり、図３（ｄ）は第４溶接工程を示す平面図である。 本発明のニッケル−水素蓄電池を模式的に示す断面図である。 従来例（比較例１）の正極集電体および正極板を示す図であり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面を示す拡大断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）の正極集電体が溶接される溶接部が形成された正極板を模式的に示す平面図である。 他の従来例の正極集電体および正極板を示す図であり、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面を示す拡大断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）の正極集電体が溶接される溶接部が形成された正極板を模式的に示す平面図である。 従来例（比較例２）の正極集電体および正極板を示す図であり、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す拡大断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の正極集電体が溶接される溶接部が形成された正極板を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１０…正極集電体、１１…本体部、１２…リード部、１３…中心開口、１４…スリット、１４ａ…突縁、１５…Ｖ字溝、１５ａ…線状凸部、２１…ニッケル正極板、 ２１ａ…電極基板（発泡ニッケル）、２１ｂ…正極活物質（正極活物質スラリー）、２１ｃ…高密度部、２１ｄ…活物質未充填部、２２…水素吸蔵合金負極板、２２ａ…極板芯体、２２ｂ…負極活物質層（負極活物質スラリー）、２２ｃ…活物質未塗着部、２４…負極集電体、２５…外装缶、２５ａ…環状溝部、２５ｂ…先端部、２６…封口体、２６ａ…正極蓋、２６ｂ…正極キャップ、２７…封口ガスケット

Claims (5)

1. セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回された電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部に板状集電体が溶接接続されて形成された電極体を外槽缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、
   前記板状集電体は断面形状が略Ｖ字状の複数のＶ字溝と、当該複数のＶ字溝の間を区画する縁部に一対の突縁を有する複数のスリットとが形成されていて、
   前記電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部と前記集電体の前記Ｖ字溝の先端部および前記スリットの突縁とが溶接接続されていることを特徴とするアルカリ蓄電池。
2. 前記Ｖ字溝および前記スリットは前記集電体の略中心部より周縁部に向かって放射状に形成されているとともに、当該Ｖ字溝と当該スリットは交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
3. 前記スリットの縁部に形成された一対の突縁は、先端部に向かうに伴って肉薄になるように形成されているとともに、互にテーパー状に狭まるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルカリ蓄電池。
4. 前記電極基板はスポンジ状ニッケルであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアルカリ蓄電池。
5. セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回された電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部の上に板状集電体を配置し、当該板状集電体と前記電極基板の高密度部とが溶接された電極体を外槽缶内に備えたアルカリ蓄電池の製造方法であって、
   セパレータを介して正極板と負極板が対向するように渦巻状に巻回して電極群を形成する電極群形成工程と、
   前記電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部の上に断面形状が略Ｖ字状の複数のＶ字溝と、当該複数のＶ字溝の間を区画する縁部に一対の突縁を有する複数のスリットとが形成された板状集電体を配置する集電体配置工程と、
   前記集電体の上に前記Ｖ字溝を間にして一対の溶接電極を配置し、当該一対の溶接電極に溶接電圧を印加して、前記電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部と前記Ｖ字溝の先端部とを溶接するＶ字溝溶接工程と、
   前記電極基板の高密度部と前記Ｖ字溝の先端部とが溶接された集電体の上に前記一対の突縁を有するスリットを間にして一対の溶接電極を配置し、当該一対の溶接電極に溶接電圧を印加して、前記電極群の一方の極板より延出した電極基板の高密度部と前記スリットの突縁とを溶接する突縁溶接工程とを備えたことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。
   

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