JP2007242317A - 電池、及び電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 最外第１電極板が、自身の接合端部よりも集電部材から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも集電部材から離れて位置する遠位部に比べて、屈曲部から接合端部までの近位部が、積層方向内側に位置する形態とされた電池であって、ロウ材等の接合部材を用いることなく、最外第１電極板を含めた第１電極板が集電接合部に接合された安価な電池、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の電池１００は、負極集電接合部１３１が、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒと、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合してなると共に、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒとも、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合している。
【選択図】 図５
【解決手段】 本発明の電池１００は、負極集電接合部１３１が、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒと、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合してなると共に、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒとも、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合している。
【選択図】 図５
Description
本発明は、複数の互いに同形の第１電極板と、第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体を有する電池、及びその製造方法に関する。
これまでに、複数の互いに同形の第１電極板と、第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体を有する電池が、多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−９３５０５号公報
特許文献１の電池は、極板群（電極体）をなす複数の正極板が集電板に接合されると共に、複数の負極板が集電板に接合されている。これにより、正極板から正の電荷を集電板で集電できると共に、負極板から負の電荷を集電板で集電することができる。
ところで、特許文献１の電池では、負極板（第１電極板）のうち、極板群（電極体）の積層方向の最も外側にそれぞれ位置する２つの最外第１電極板が、屈曲した形状をなしている。具体的には、最外第１電極板が、自身のリード部（接合端部）よりも集電板から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも集電板から離れて位置する遠位部に比べて、屈曲部から接合端部までの近位部が、積層方向内側に位置する形態とされている。
ところが、最外第１電極板を含め電極体を構成する第１電極板は、互いに同形とされていることから、上記形態の最外第１電極板は、屈曲している分、他の第１電極板に比べて、集電板に届き難くなる。このため、最外第１電極板を、集電板に接合し難くなっていた。また、特許文献１では、ロウ材を用いて、第１電極板の接合端部と集電板とを接合しているため、ロウ材の費用及び集電板にロウ材をリフローする手間がかかるため、製造コストがかかり過ぎるという課題があった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、最外第１電極板が、自身の接合端部よりも集電部材から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも集電部材から離れて位置する遠位部に比べて、屈曲部から接合端部までの近位部が、積層方向内側に位置する形態とされた電池であって、ロウ材等の接合部材を用いることなく、最外第１電極板を含めた第１電極板が集電接合部に接合された安価な電池、及びその製造方法を提供することを目的とする。
その解決手段は、複数の互いに同形の第１電極板と、上記第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体、及び、各々の上記第１電極板に接合してなり、上記第１電極板から電荷を集電する集電部材であって、上記第１電極板の接合端部と接合してなる集電接合部を含む集電部材、を備える電池であって、複数の上記第１電極板は、上記電極体の積層方向の最も外側にそれぞれ位置する２つの最外第１電極板と、２つの上記最外第１電極板の間に位置する少なくとも１つの内側第１電極板とを含み、上記最外第１電極板は、自身の上記接合端部よりも上記集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも上記集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、上記屈曲部から上記接合端部までの近位部が、上記積層方向内側に位置する形態とされてなり、上記集電接合部は、上記内側第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなると共に、上記最外第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなる電池である。
本発明の電池では、最外第１電極板が、自身の接合端部よりも集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、屈曲部から接合端部までの近位部が、積層方向内側に位置する形態とされている。このような形態とすることで、集電接合部の積層方向寸法を、電極体の積層方向寸法よりも小さくすることが可能となる。従って、集電部材の積層方向寸法を、電極体の積層方向寸法と同程度にまで小さくすることが可能となるので、電池の小型化を図ることが可能となる。
しかも、本発明の電池では、集電接合部が、内側第１電極板の接合端部と、集電接合部自身を溶融させて接合すると共に、最外第１電極板の接合端部とも、集電接合部自身を溶融させて接合している。すなわち、本発明の電池では、ロウ材等の接合部材を用いることなく、集電接合部自身を溶融させた金属により、内側第１電極板と共に最外第１電極板を、集電接合部に接合している。このように、ロウ材等の接合部材を用いることなく、第１電極板と集電部材とを接合しているので、ロウ材等の接合部材を削減できると共に、ロウ材等をリフローする手間も省くことができるため、安価となる。
なお、第１電極板は、正極板または負極板である。また、正極板及び負極板のうち少なくとも一方の電極板（第１電極板）が、上述のように集電部材と接合していれば良い。すなわち、本発明の電池は、負極板のみが上述のように集電部材と接合している電池、正極板のみが上述のように集電部材と接合している電池、または正極板及び負極板がそれぞれ、上述のように集電部材と接合している電池のいずれをも含む。
さらに、上記の電池であって、前記集電接合部は、前記内側第１電極板の前記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させた金属によりフィレットをなして接合してなると共に、前記最外第１電極板の前記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させた金属によりフィレットをなして接合してなる電池とすると良い。
本発明の電池では、各々の第１電極板（内側第１電極板及び最外第１電極板）の接合端部と集電接合部とは、フィレットをなして接合している。このため、各々の第１電極板と集電部材との接合が強固となり、第１電極板と集電部材との接続信頼性の高い電池となる。
さらに、上記いずれかの電池であって、前記集電部材は、前記最外第１電極板の前記遠位部に向かって延びる延在部であって、上記最外第１電極板の前記積層方向外側を向く外側面のうち前記近位部に含まれる部位に当接して、上記最外第１電極板を、上記近位部が上記遠位部に比べて上記積層方向内側に位置する形態に保持する延在部を含む電池とすると良い。
本発明の電池では、集電部材は、最外第１電極板の遠位部に向かって延びる延在部を有している。この延在部を、最外第１電極板の外側面のうち近位部に含まれる部位に当接させることで、適切に、最外第１電極板を、その近位部が遠位部に比べて積層方向内側に位置する形態に保持することができる。しかも、最外第１電極板の近位部が屈曲部の復元力により積層方向外側に移動しようとする力を延在部で受け止めるので、最外第１電極板の接合端部と集電接合部との接合部に力がかかり難くなり、良好な接続を維持することができる。
他の解決手段は、複数の互いに同形の第１電極板と、上記第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体、及び、各々の上記第１電極板に接合してなり、上記第１電極板から電荷を集電する集電部材であって、上記第１電極板の接合端部と接合してなる集電接合部を含む集電部材、を備え、複数の上記第１電極板は、上記電極体の積層方向の最も外側にそれぞれ位置する２つの最外第１電極板と、２つの上記最外第１電極の間に位置する少なくとも１つの内側第１電極板とを含み、上記最外第１電極板は、自身の上記接合端部よりも上記集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも上記集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、上記屈曲部から上記接合端部までの近位部が、上記積層方向内側に位置する形態とされてなり、上記集電接合部は、上記内側第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなると共に、上記最外第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなる電池の製造方法であって、接合前の上記集電部材は、上記内側第１電極板の接合端部を突き当てる内側部と、上記内側部の上記積層方向外側に位置し、上記内側部よりも上記最外第１電極板の上記遠位部側に突出し、この最外第１電極板の接続端部を突き当てる最外部と、を含み、上記集電部材と上記第１電極板とを溶接する溶接工程であって、上記集電部材の上記内側部に上記内側第１電極板の接合端部を突き当てると共に、上記集電部材の上記最外部に上記最外第１電極板の接合端部を突き当てた状態で、上記集電部材の上記内側部及び上記最外部に、上記第１電極板の位置する側とは反対側から、エネルギービームを照射して、上記内側部及び上記最外部を溶融させ、上記内側第１電極板の上記接合端部と接合してなると共に、上記最外第１電極板の上記接合端部とも接合してなる上記集電接合部を形成する溶接工程を備える電池の製造方法である。
本発明の製造方法では、最外第１電極板が、自身の接合端部よりも集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、この屈曲部よりも集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、屈曲部から接合端部までの近位部が、積層方向内側に位置する形態とされた電池を製造する。このような形態とすることで、集電接合部の積層方向寸法を、電極体の積層方向寸法よりも小さくすることが可能となる。従って、集電部材の積層方向寸法を、電極体の積層方向寸法と同程度にまで小さくすることが可能となるので、電池の小型化を図ることが可能となる。
ところが、電極体を構成する複数の第１電極板（内側第１電極板と最外第１電極板）は、互いに同形とされていることから、上記形態の最外第１電極板は、屈曲している分、内側第１電極板に比べて、集電接合部に届き難く（接合し難く）なる。特許文献１では、ロウ材等の接合部材を用いて、第１電極板の接合端部と集電部材とを接合していたため、上記形態の最外第１電極板であっても、ロウ材等を介して集電部材と接合することが可能となっていた。
これに対し、本発明の製造方法では、集電部材として、接合前において、内側第１電極板の接合端部を突き当てる内側部と、この内側部の積層方向外側に位置し、内側部よりも最外第１電極板の遠位部側に突出し、最外第１電極板の接続端部を突き当てる最外部とを含む集電部材を用いている。このように、内側部よりも最外第１電極板の遠位部側に突出した形態の最外部を含む集電部材を用いることで、屈曲している最外第１電極板を、内側第１電極板と共に、適切に集電部材に突き当てることができる。
さらに、本発明の製造方法では、集電部材の内側部に内側第１電極板の接合端部を突き当てると共に、集電部材の最外部に最外第１電極板の接合端部を突き当てた状態で、集電部材の内側部及び最外部に、第１電極板の位置する側とは反対側から、エネルギービームを照射して、内側部及び上記最外部を溶融させる。これにより、内側第１電極板の接合端部と接合すると共に最外第１電極板の接合端部とも接合する集電接合部を形成することができる。
このように、本発明の製造方法では、従来の製造方法と異なり、ロウ材等の接合部材を用いることなく第１電極板と集電部材とを接合できるため、ロウ材等の接合部材を削減できると共に、ロウ材等をリフローする手間も省くことができるため、製造コストを低減できる。
なお、第１電極板は、正極板または負極板である。また、本発明の製造方法は、正極板及び負極板のうち少なくとも一方の電極板（第１電極板）について適用すれば良い。すなわち、本発明の製造方法は、負極板のみを上述のように集電部材と接合する製造方法、正極板のみを上述のように集電部材と接合する製造方法、または正極板及び負極板がそれぞれ、上述のように集電部材と接合する製造方法のいずれをも含む。
また、照射するエネルギービームとしては、電子ビームやレーザなどを例示することができるが、電子ビームを照射するのが好ましい。
また、照射するエネルギービームとしては、電子ビームやレーザなどを例示することができるが、電子ビームを照射するのが好ましい。
さらに、上記の電池の製造方法であって、前記溶接工程において、前記内側第１電極板の前記接合端部とフィレットをなして接合してなると共に、前記最外第１電極板の前記接合端部ともフィレットをなして接合してなる前記集電接合部を形成する電池の製造方法とすると良い。
本発明の製造方法では、内側第１電極板の接合端部とフィレットをなして接合すると共に、最外第１電極板の接合端部ともフィレットをなして接合する集電接合部を形成する。このように、いずれの第１電極板についても、集電部材とフィレットをなして接合することで、第１電極板と集電部材との接合が強固となる。従って、本発明の製造方法によれば、第１電極板と集電部材との接続信頼性の高い電池を製造できる。
さらに、上記いずれかの電池の製造方法であって、前記集電部材として、前記最外第１電極板の前記遠位部に向かって延びる延在部を含む集電部材を用い、前記溶接工程において、上記最外第１電極板の前記積層方向外側を向く外側面のうち前記近位部に含まれる部位を、上記延在部に当接させて、上記最外第１電極板を、上記近位部が遠位部に比べて上記積層方向内側に位置する形態に保持した状態で、上記集電部材の前記内側部及び前記最外部に、前記第１電極板の位置する側とは反対側から前記エネルギービームを照射する電池の製造方法とすると良い。
本発明の製造方法では、集電部材として、最外第１電極板の遠位部に向かって延びる延在部を有する集電部材を用いている。そして、最外第１電極板の近位部の外側面を延在部に当接させて、最外第１電極板を、近位部が遠位部に比べて積層方向内側に位置する形態に保持した状態で、集電部材の所定位置にエネルギービームを照射する。このため、容易且つ適切に、最外第１電極板の近位部が遠位部に比べて積層方向内側に位置する形態で、最外第１電極板と集電部材とを接合（溶接）することができる。
しかも、接合した後は、最外第１電極板の近位部が屈曲部の復元力により積層方向外側に移動しようとする力を延在部で受け止めるので、最外第１電極板の接合端部と集電接合部との接合部に力がかかり難くなり、良好な接続を維持することができる。
しかも、接合した後は、最外第１電極板の近位部が屈曲部の復元力により積層方向外側に移動しようとする力を延在部で受け止めるので、最外第１電極板の接合端部と集電接合部との接合部に力がかかり難くなり、良好な接続を維持することができる。
さらに、上記いずれかの電池の製造方法であって、接合前の前記集電部材のうち前記内側部は、前記電極体側から見て窪んでなる内側凹部と、この内側凹部を挟んで並び上記電極体側に突出してなる第１内側凸部及び第２内側凸部と、を含んでなり、前記最外部は、上記電極体側から見て窪んでなる最外凹部と、この最外凹部を挟んで並び上記電極体側に突出してなる第１最外凸部及び第２最外凸部と、を含んでなり、前記溶接工程において、前記内側第１電極板の上記接合端部を上記第１内側凸部及び第２内側凸部に突き当てると共に、前記最外第１電極板の上記接合端部を第１最外凸部及び第２最外凸部に突き当てた状態で、上記内側部及び上記外側部に、前記第１電極板の位置する側とは反対側から前記エネルギービームを照射する電池の製造方法とすると良い。
本発明の製造方法では、接合前の集電部材のうち内側部は、電極体側から見て窪んでなる内側凹部と、この内側凹部を挟んで並び電極体側に突出してなる第１内側凸部及び第２内側凸部とを含んでいる。さらに、最外部が、電極体側から見て窪んでなる最外凹部と、この最外凹部を挟んで並び電極体側に突出してなる第１最外凸部及び第２最外凸部とを含んでいる。これにより、内側第１電極板の接合端部を第１内側凸部及び第２内側凸部に突き当てると共に、最外第１電極板の接合端部を第１最外凸部及び第２最外凸部に突き当てることができる。
すなわち、内側第１電極板はいずれも、内側凹部を挟んだ２点（第１内側凸部と第２内側凸部）で内側部に突き当てることができると共に、最外第１電極板はいずれも最外凹部を挟んだ２点（第１最外凸部と第２最外凸部）で最外部に突き当てることができる。この状態で、内側部と最外部とに、第１電極板の位置する側とは反対側からエネルギービームを照射することで、適切に、内側部と最外部を溶融させて、内側第１電極板及び最外第１電極板の接合端部と接合することができる。
（実施形態）
図１は、本実施形態にかかる電池１００の正面図、図２はその側面図、図３はその断面図（図２のＡ−Ａ断面図に相当する）である。
本実施形態にかかる電池１００は、金属製（具体的には、ニッケルめっき鋼板）の電池ケース１１０と、安全弁１１３と、電池ケース１１０内に配置された、電極体１５０（図３参照）及び電解液（図示しない）とを備える角形密閉式ニッケル水素蓄電池である。このうち、電解液としては、例えば、ＫＯＨを主成分とする比重１．２〜１．４のアルカリ水溶液を用いることができる。
図１は、本実施形態にかかる電池１００の正面図、図２はその側面図、図３はその断面図（図２のＡ−Ａ断面図に相当する）である。
本実施形態にかかる電池１００は、金属製（具体的には、ニッケルめっき鋼板）の電池ケース１１０と、安全弁１１３と、電池ケース１１０内に配置された、電極体１５０（図３参照）及び電解液（図示しない）とを備える角形密閉式ニッケル水素蓄電池である。このうち、電解液としては、例えば、ＫＯＨを主成分とする比重１．２〜１．４のアルカリ水溶液を用いることができる。
電池ケース１１０は、金属（具体的には、ニッケルめっき鋼板）からなり、図３に示すように、矩形箱状をなし、第１側壁部１１１ｃ〜第３側壁部１１１ｅを有する電槽１１１と、金属（具体的には、ニッケルめっき鋼板）からなり、矩形板状をなす封口部材１１５とを有している。このうち、電槽１１１の第３側壁部１１１ｅ（図３において右側に位置する壁部）には、２つの貫通孔１１１ｈが形成されている。この２つの貫通孔１１１ｈには、電気絶縁性のシール部材１４５を介在させて、第１正極端子１４０ｂあるいは第２正極端子１４０ｃが挿設されている。また、封口部材１１５は、電槽１１１の開口端１１１ｆ（図３参照）に当接した状態で全周溶接され、電槽１１１の開口部１１１ｇを封止している。これにより、封口部材１１５と電槽１１１とが一体化された電池ケース１１０となっている。
電極体１５０は、図４に示すように、複数の互いに同形の正極板１６０と、複数の互いに同形の負極板１７０とが、セパレータ１８０を介して交互に積層されてなる。
このうち、正極板１６０は、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填された正極充填部１６０ｓと、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填されていない正極接合端部１６０ｒとを有している。この正極板１６０は、いずれも、正極接合端部１６０ｒが所定方向（図４において右側）に延出するように配置されている。なお、本実施形態では、正極基板１６０ｋとして、発泡ニッケル基板を用いている。また、正極活物質として、水酸化ニッケルを含む活物質を用いている。
このうち、正極板１６０は、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填された正極充填部１６０ｓと、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填されていない正極接合端部１６０ｒとを有している。この正極板１６０は、いずれも、正極接合端部１６０ｒが所定方向（図４において右側）に延出するように配置されている。なお、本実施形態では、正極基板１６０ｋとして、発泡ニッケル基板を用いている。また、正極活物質として、水酸化ニッケルを含む活物質を用いている。
負極板１７０は、負極基板１７０ｋ（パンチングメタルなど）に負極活物質が充填された負極充填部１７０ｓと、負極基板１７０ｋに負極活物質が充填されていない負極接合端部１７０ｒとを有している。この負極板１７０は、いずれも、負極接合端部１７０ｒが正極接合端部１６０ｒとは反対方向（図４において左側）に延出するように配置されている。なお、負極活物質として、水素吸蔵合金等を含む活物質を用いている。
セパレータ１８０としては、例えば、親水化処理された合成繊維からなる不織布を用いることができる。
セパレータ１８０としては、例えば、親水化処理された合成繊維からなる不織布を用いることができる。
正極板１６０の正極接合端部１６０ｒは、図４に示すように、いずれも、矩形板状をなす正極集電部材１２０のうち、電極体１５０の積層方向（図４において上下方向、以下単に積層方向ともいう）に延びる帯状の正極集電接合部１２１に、電子ビーム溶接等により接合されている。本実施形態では、図３に示すように、正極集電接合部１２１は、正極板１６０の長手方向（図３において上下方向）の５カ所に設けられている。すなわち、各々の正極板１６０は、長手方向の５カ所で、正極集電部材１２０に溶接されている。さらに、正極集電部材１２０は、レーザ溶接等により、第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃに接合されている。これにより、第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃと正極板１６０とが、電気的に接続される。
また、負極板１７０の負極接合端部１７０ｒは、いずれも、矩形板状をなす負極集電部材１３０のうち、電極体１５０の積層方向（図４において上下方向）に延びる帯状の負極集電接合部１３１に、電子ビーム溶接等により接合されている。本実施形態では、図３に示すように、負極集電接合部１３１は、負極板１７０の長手方向（図３において上下方向）の５カ所に設けられている。すなわち、各々の負極板１７０は、長手方向の５カ所で、負極集電部材１３０に溶接されている。さらに、負極集電部材１３０は、封口部材１１５に、電子ビーム溶接等により接合されている。これにより、本実施形態の電池１００では、封口部材１１５を含めた電池ケース１１０全体が負極となる。
ところで、本実施形態の電池１００では、電極体１５０のうち、積層方向（図４において上下方向）の最も外側（図４において最も上側と下側）に位置する電極板を、いずれも負極板１７０（この負極板１７０を最外負極板１７１とする）としている。従って、仮に、２つの最外負極板１７１を、これらの間に位置する他の負極板（内側負極板１７２とする）と同様に、真っ直ぐ延びる平板形状とした場合には、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒが、最外正極板１６１の正極接合端部１６１ｒよりも積層方向外側に位置することとなる。この場合には、負極集電接合部１３１の積層方向寸法を、正極集電接合部１２１の積層方向寸法よりも大きくしなければならなくなるので、負極集電部材１３０の積層方向寸法が正極集電部材１２０の積層方向寸法よりも大きくなってしまう。
これに対し、本実施形態では、２つの最外負極板１７１を、自身の負極接合端部１７１ｒよりも負極集電接合部１３１から離れた屈曲部１７１ｂで屈曲させ、この屈曲部１７１ｂよりも負極集電接合部１３１から離れて位置する遠位部１７１ｃに比べて、屈曲部１７１ｂから負極接合端部１７０ｒまでの近位部１７１ｄが、積層方向内側（図４において上下方向中央側）に位置する形態としている。これにより、最外負極板１７１を真っ直ぐ延びる平板形状とした場合に比べて、負極集電接合部１３１の積層方向寸法（図４において上下方向の寸法）を小さくすることができる。なお、本実施形態では、負極集電部材１３０の積層方向寸法を、正極集電部材１２０の積層方向と同程度にしている。しかも、正極集電部材１２０及び負極集電部材１３０の積層方向寸法を、電極体１５０の積層方向寸法と同程度にまで小さくしているので、電池の小型化を図ることができる。
ところが、電極体１５０を構成する負極板１７０（内側負極板１７２と最外負極板１７１）は、互いに同形とされていることから、上述の形態の最外負極板１７１は、屈曲している分、内側負極板１７２に比べて、負極集電接合部１３１に届き難く（接合し難く）なる。特許文献１では、ロウ材等の接合部材を用いて、第１電極板（本実施形態の負極板１７０）の接合端部と集電部材とを接合していたため、同様な形態の最外第１電極板であっても、ロウ材等を介して集電部材と接合することが可能となっていた。
これに対し、本実施形態の電池１００では、図５に拡大して示すように、負極集電接合部１３１が、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒと、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合すると共に、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒと、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属によりフィレット１３１ｂをなして接合している。すなわち、本実施形態の電池１００では、ロウ材等の接合部材を用いることなく、負極集電接合部１３１自身を溶融させた金属により、内側負極板１７２と共に最外負極板１７１を、負極集電接合部１３１に接合している。このように、ロウ材等の接合部材を用いることなく、負極板１７０と負極集電部材１３０とを接合しているので、ロウ材等の接合部材を削減できると共に、ロウ材等をリフローする手間も省くことができるため、安価となる。
なお、各々の負極板１７０の負極接合端部１７０ｒと負極集電接合部１３１とが、フィレット１３１ｂをなして接合していると、負極板１７０と負極集電部材１３０との接合がより一層強固となり、負極板１７０と負極集電部材１３０との接続信頼性が高くなる。
さらに、電極体１５０を構成する正極板１６０も、負極板１７０と同様に、正極集電接合部１２１が、正極板１６０の正極接合端部１６０ｒと、正極集電接合部１２１自身を溶融させた金属によりフィレット１２１ｂをなして接合している（図４参照）。このため、正極側についても、ロウ材等の接合部材を削減できると共に、ロウ材等をリフローする手間を省くことができるため、より一層安価となる。しかも、各々の正極板１６０の正極接合端部１６０ｒと正極集電接合部１２１とは、フィレット１２１ｂをなして接合しているので、正極板１６０と正極集電部材１２０との接合が強固となり、正極板１６０と正極集電部材１２０との接続信頼性も高くなる。
また、負極集電部材１３０は、図５に示すように、最外負極板１７１の遠位部１７１ｃに向かって（図５において右方向に）延びる延在部１３２を有している。この延在部１３２を、最外負極板１７１の外側面１７１ｆのうち近位部１７１ｄに含まれる近位外側面１７１ｇに当接させているので、適切に、最外負極板１７１を、その近位部１７１ｄが遠位部１７１ｃに比べて積層方向内側（図５において下方）に位置する形態に保持することができる。しかも、最外負極板１７１の近位部１７１ｄが屈曲部１７１ｂの復元力により積層方向外側（図５において上方）に移動しようとする力を延在部１３２で受け止めるので、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒと負極集電接合部１３１との接合部（フィレット１３１ｂなど）に力がかかり難くなり、良好な接続を維持することができる。なお、図５では、２つの最外負極板１７１のうち一方の最外負極板１７１のみを示しているが、他方の最外負極板１７１についても同様にしている。
このような本実施形態の電池１００は、以下のようにして製造する。
まず、発泡ニッケルからなる正極基板１６０ｋを用意し、所定の部位に水酸化ニッケルを含む正極活物質を充填する。これを成形することで、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填された正極充填部１６０ｓと、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填されていない正極接合端部１６０ｒとを有する正極板１６０を作製する。また、パンチングメタルからなる負極基板１７０ｋを用意し、所定の部位に水素吸蔵合金等を含む負極活物質を充填する。これを成形することで、負極基板１７０ｋに負極活物質が充填された負極充填部１７０ｓと、負極基板１７０ｋに負極活物質が充填されていない負極接合端部１７０ｒとを有する負極板１６０を作製する。
まず、発泡ニッケルからなる正極基板１６０ｋを用意し、所定の部位に水酸化ニッケルを含む正極活物質を充填する。これを成形することで、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填された正極充填部１６０ｓと、正極基板１６０ｋに正極活物質が充填されていない正極接合端部１６０ｒとを有する正極板１６０を作製する。また、パンチングメタルからなる負極基板１７０ｋを用意し、所定の部位に水素吸蔵合金等を含む負極活物質を充填する。これを成形することで、負極基板１７０ｋに負極活物質が充填された負極充填部１７０ｓと、負極基板１７０ｋに負極活物質が充填されていない負極接合端部１７０ｒとを有する負極板１６０を作製する。
次いで、正極板１６０と負極板１７０とを、セパレータ１８０を介して交互に積層し、これを押圧成形して電極体１５０を作製する。このとき、図８に示すように、負極板１７０のうち最も積層方向外側に位置する最外負極板１７１を、予め屈曲部１７１ｂにおいて屈曲させ、近位部１７１ｄが遠位部１７１ｃに比べて積層方向内側（図８において下側）に位置する形態に成形する。
また、矩形平板状のニッケルめっき鋼板を用意し、プレス成形により、図６、図７に示すように、平板状の本体部１３３と、この本体部１３３の短手方向（図７において左右方向）の両端部から屈曲して延びる延在部１３２とを有する負極集電部材１３０を作製する。但し、本体部１３３には、図７に示すように、その短手方向（図７において左右方向）に並ぶ２つの延在部１３２の間に、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒを突き当てる内側部１３６と、最外負極板１７１の負極接続端部１７１ｒを突き当てる２つの最外部１３５とを成形する。
詳細には、図８（負極集電部材１３０に負極板１７０を突き当てた状態での図６のＥ−Ｅ断面図に相当する）に示すように、最外部１３５を、内側部１３６に比べて、最外負極板１７１の遠位部１７１ｃ側（図８において右側）に突出する形態に成形する。
なお、本実施形態では、内側部１３６及び最外部１３５を、負極集電部材１３０の長手方向（図６、図７において上下方向）の５カ所（図３において集電接合部１３１に相当する位置）に等間隔で成形している。
なお、本実施形態では、内側部１３６及び最外部１３５を、負極集電部材１３０の長手方向（図６、図７において上下方向）の５カ所（図３において集電接合部１３１に相当する位置）に等間隔で成形している。
さらに詳細には、図９（負極集電部材１３０に負極板１７０を突き当てた状態での図７のＦ−Ｆ断面図に相当する）に示すように、内側部１３６を、負極板１７０が配置される側（図９において右側）から見て窪んでなる内側凹部１３６ｄと、この内側凹部１３６ｄを挟んで並び、負極板１７０が配置される側（図９において右側）に突出してなる第１内側凸部１３６ｂ及び第２内側凸部１３６ｃとを有する形態に成形する。内側部１３６の両側に位置する最外部１３５も同様に、負極板１７０が配置される側（図９において右側）から見て窪んでなる最外凹部１３５ｄと、この最外凹部１３５ｄを挟んで並び、負極板１７０が配置される側（図９において右側）に突出してなる第１最外凸部１３５ｂ及び第２最外凸部１３５ｃとを有する形態に成形する。
なお、本実施形態では、図７に示すように、内側凹部１３６ｄと、その両側に位置する最外凹部１３５ｄとを、負極集電部材１３０の短手方向、すなわち電極体１５０の積層方向（図７において左右方向）に帯状に連なる形態としている。同様に、第１内側凸部１３６ｂと、その両側に位置する第１最外凸部１３５ｂとを、負極集電部材１３０の短手方向、すなわち電極体１５０の積層方向（図７において左右方向）に帯状に連なる形態としている。同様に、第２内側凸部１３６ｃと、その両側に位置する第２最外凸部１３５ｃとを、負極集電部材１３０の短手方向、すなわち電極体１５０の積層方向（図７において左右方向）に帯状に連なる形態としている。
また、矩形平板状のニッケルめっき鋼板を用意し、プレス成形により、平板状の本体部１２３と、この本体部１２３の短手方向（図４において上下方向）の両端部から屈曲して延びる延在部１２２とを有する正極集電部材１２０を作製する。なお、正極集電部材１２０についても、図１０に示すように、正極板１６０が配置される側（図１０において左側）から見て窪んでなる凹部１２０ｄと、この凹部１２０ｄを挟んで並び、正極板１６０が配置される側（図１０において左側）に突出してなる第１凸部１２０ｂ及び第２凸部１２０ｃとを有する形態に成形する。また、凹部１２０ｄ、第１凸部１２０ｂ、及び第２凸部１２０ｃは、いずれも、２つの延在部１２２の間で積層方向（図１０において紙面に直交する方向）に延びる帯状としている。
（溶接工程）
次いで、溶接工程に進み、電極体１５０の正極板１６０と正極集電部材１２０とを溶接すると共に、負極板１７０と負極集電部材１３０とを溶接する。
具体的には、図８、図９に示すように、負極集電部材１３０の内側部１３６の第１内側凸部１３６ｂ及び第２内側凸部１３６ｃに、電極体１５０に含まれる内側正極板１７２の負極接合端部１７２ｒを突き当てると共に、最外部１３５の第１最外凸部１３５ｂ及び第２最外凸部１３５ｃに最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒを突き当てる。このとき、図８に示すように、最外負極板１７１の近位部１７１ｄに含まれる外側面部１７１ｇを、負極集電部材１３０の延在部１３２に当接させる。これにより、適切に、最外負極板１７１を、その近位部１７１ｄが遠位部１７１ｃに比べて積層方向内側（図８において下側）に位置する形態に保持することができる。
次いで、溶接工程に進み、電極体１５０の正極板１６０と正極集電部材１２０とを溶接すると共に、負極板１７０と負極集電部材１３０とを溶接する。
具体的には、図８、図９に示すように、負極集電部材１３０の内側部１３６の第１内側凸部１３６ｂ及び第２内側凸部１３６ｃに、電極体１５０に含まれる内側正極板１７２の負極接合端部１７２ｒを突き当てると共に、最外部１３５の第１最外凸部１３５ｂ及び第２最外凸部１３５ｃに最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒを突き当てる。このとき、図８に示すように、最外負極板１７１の近位部１７１ｄに含まれる外側面部１７１ｇを、負極集電部材１３０の延在部１３２に当接させる。これにより、適切に、最外負極板１７１を、その近位部１７１ｄが遠位部１７１ｃに比べて積層方向内側（図８において下側）に位置する形態に保持することができる。
ところで、電極体１５０を構成する負極板１７０（内側負極板１７２と最外負極板１７１）は、互いに同形とされていることから、上述のように屈曲した形態の最外負極板１７１は、屈曲している分、内側負極板１７２に比べて、負極集電部材１３０に届き難くなる。これに対し、本実施形態では、前述のように、負極集電部材１３０のうち、最外負極板１７１の負極接続端部１７１ｒを突き当てる最外部１３５を、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒを突き当てる内側部１３６に比べて、最外負極板１７１の遠位部１７１ｃ側（図８において右側）に突出するように成形している。これにより、屈曲している最外負極板１７１を、内側負極板１７２と共に、適切に負極集電部材１３０に突き当てることができる。
次いで、この状態で、負極集電部材１３０の内側部１３６及び最外部１３５に、負極板１７０の位置する側とは反対側（図８、図９において左側）から、電子ビームＥＢを照射して、内側部１３６（内側凹部１３６ｄ、第１内側凸部１３６ｂ、及び第２内側凸部１３６ｃ）及び最外部１３５（最外凹部１３５ｄ、第１最外凸部１３５ｂ、及び第２最外凸部１３５ｃ）を溶融させる。これにより、図５に示すように、内側負極板１７２の負極接合端部１７２ｒとフィレット１３１ｂをなして接合すると共に、最外負極板１７１の負極接合端部１７１ｒともフィレット１３１ｂをなして接合する負極集電接合部１３１が形成される。
このように、いずれの負極板１７０についても、負極集電部材１３０とフィレット１３１ｂをなして接合しているので、負極板１７０と負極集電部材１３０とが強固に接合する。しかも、従来のようにロウ材等の接合部材を用いることなく、負極板１７０と負極集電部材１３０とを接合できるため、ロウ材等の接合部材が不要となると共に、予めロウ材等を負極集電部材１３０にリフローしておく手間も省くことができるため、製造コストを低減できる。
また、図１０に示すように、正極集電部材１２０の第１凸部１２０ｂ及び第２凸部１２０ｃに、電極体１５０に含まれる正極板１６０の正極接合端部１６０ｒを突き当てる。この状態で、正極集電部材１２０に、正極板１６０の位置する側とは反対側（図１０において右側）から、電子ビームＥＢを照射して、凹部１２０ｄ、第１凸部１２０ｂ、及び第２凸部１２０ｃを溶融させる。これにより、図４に示すように、正極板１６０の正極接合端部１６０ｒとフィレット１２１ｂをなして接合する正極集電接合部１２１が形成される。
このように、いずれの正極板１６０についても、正極集電部材１２０とフィレット１２１ｂをなして接合できるので、正極板１６０と正極集電部材１２０との接合が強固となる。しかも、従来のようにロウ材等の接合部材を用いることなく、正極板１６０と正極集電部材１２０とを接合できるため、ロウ材等の接合部材を削減できると共に、ロウ材等をリフローする手間も省くことができるため、製造コストを低減できる。
また、これとは別に、図３に示すように、電槽１１１に第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃを固着する。具体的には、電槽１１１の貫通穴１１１ｈにシール部材１４５を装着すると共に、第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃの極柱部１４１を外側から挿入する。次いで、極柱部１４１の筒内に流体圧をかけて、極柱部１４１の一端側を径方向外側に膨出させ、更に軸方向に圧縮変形させて、圧縮変形部１４１ｈを形成する。これにより、第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃが、電槽１１１と電気的に絶縁しつつ、電槽１１１に固着される。
次に、電極体１５０の負極板１７０に接合された負極集電部材１３０を、封口部材１１５の内側面１１５ｂ側に、電子ビーム溶接により接合する。次いで、この接合体を正極集電部材１２０側から開口部１１１ｇを通じて電槽１１１内に挿入する。このとき、封口部材１１５で電槽１１１に蓋をすることができる。その後、外部からレーザを照射して、封口部材１１５と電槽１１１とを接合し、電槽１１１を封口する。次いで、第１正極端子１４０ｂ及び第２正極端子１４０ｃの外側からその極柱部１４１の凹みに向けてレーザを照射し、極柱部１４１の圧縮変形部１４１ｈと正極集電部材１２０とを接合する。次いで、電槽１１１の天井部１１１ａに位置する注入口１１１ｋから電解液を注入し、注入口１１１ｋを閉鎖するように安全弁１１３を取り付ける。その後、初期充電等の所定の工程を施すことにより、電池１００が完成する。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、電池１００としてニッケル水素蓄電池を製造したが、本発明の製造方法は、ニッケル水素蓄電池に限らず、複数の電極板が積層された電極体を集電部材に溶接してなる電池であれば、いずれの種類の電池にも適用することができる。
また、実施形態では、金属製の電池ケース１１０を備える電池（電池１００）の製造方法について説明したが、本発明の製造方法は、金属製の電池ケースを備える電池に限らず、他の部材（例えば、樹脂製）の電池ケースを備える電池についても、適用することができる。
また、実施形態では、金属製の電池ケース１１０を備える電池（電池１００）の製造方法について説明したが、本発明の製造方法は、金属製の電池ケースを備える電池に限らず、他の部材（例えば、樹脂製）の電池ケースを備える電池についても、適用することができる。
１００ 電池
１２０ 正極集電部材
１２１ｂ，１３１ｂ フィレット
１３０ 負極集電部材
１３１ 負極集電接合部
１３２ 延在部
１３５ 最外部
１３５ｂ 第１最外凸部
１３５ｃ 第２最外凸部
１３５ｄ 最外凹部
１３６ 内側部
１３６ｂ 第１内側凸部
１３６ｃ 第２内側凸部
１３６ｄ 内側凹部
１５０ 電極体
１６０ 正極板（第２電極板）
１７０ 負極板（第１電極板）
１７０ｒ 負極接合端部（第１電極板の接合端部）
１７１ 最外負極板（最外第１電極板）
１７１ｂ 屈曲部
１７１ｃ 遠位部
１７１ｄ 近位部
１７１ｆ 最外負極板の外側面
１７１ｇ 近位外側面（最外負極板の外側面のうち近位部に含まれる部位）
１７１ｒ 最外負極板の負極接合端部（最外第１電極板の接合端部）
１７２ 内側負極板（内側第１電極板）
１７２ｒ 内側負極板の負極接合端部（内側第１電極板の接合端部）
１８０ セパレータ
ＥＢ 電子ビーム（エネルギービーム）
１２０ 正極集電部材
１２１ｂ，１３１ｂ フィレット
１３０ 負極集電部材
１３１ 負極集電接合部
１３２ 延在部
１３５ 最外部
１３５ｂ 第１最外凸部
１３５ｃ 第２最外凸部
１３５ｄ 最外凹部
１３６ 内側部
１３６ｂ 第１内側凸部
１３６ｃ 第２内側凸部
１３６ｄ 内側凹部
１５０ 電極体
１６０ 正極板（第２電極板）
１７０ 負極板（第１電極板）
１７０ｒ 負極接合端部（第１電極板の接合端部）
１７１ 最外負極板（最外第１電極板）
１７１ｂ 屈曲部
１７１ｃ 遠位部
１７１ｄ 近位部
１７１ｆ 最外負極板の外側面
１７１ｇ 近位外側面（最外負極板の外側面のうち近位部に含まれる部位）
１７１ｒ 最外負極板の負極接合端部（最外第１電極板の接合端部）
１７２ 内側負極板（内側第１電極板）
１７２ｒ 内側負極板の負極接合端部（内側第１電極板の接合端部）
１８０ セパレータ
ＥＢ 電子ビーム（エネルギービーム）
Claims (7)
- 複数の互いに同形の第１電極板と、上記第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体、及び、
各々の上記第１電極板に接合してなり、上記第１電極板から電荷を集電する集電部材であって、
上記第１電極板の接合端部と接合してなる集電接合部を含む
集電部材、を備える
電池であって、
複数の上記第１電極板は、
上記電極体の積層方向の最も外側にそれぞれ位置する２つの最外第１電極板と、
２つの上記最外第１電極板の間に位置する少なくとも１つの内側第１電極板とを含み、
上記最外第１電極板は、
自身の上記接合端部よりも上記集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、
この屈曲部よりも上記集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、上記屈曲部から上記接合端部までの近位部が、上記積層方向内側に位置する形態とされてなり、
上記集電接合部は、
上記内側第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなると共に、
上記最外第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなる
電池。 - 請求項１に記載の電池であって、
前記集電接合部は、
前記内側第１電極板の前記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させた金属によりフィレットをなして接合してなると共に、
前記最外第１電極板の前記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させた金属によりフィレットをなして接合してなる
電池。 - 請求項１または請求項２に記載の電池であって、
前記集電部材は、
前記最外第１電極板の前記遠位部に向かって延びる延在部であって、上記最外第１電極板の前記積層方向外側を向く外側面のうち前記近位部に含まれる部位に当接して、上記最外第１電極板を、上記近位部が上記遠位部に比べて上記積層方向内側に位置する形態に保持する延在部を含む
電池。 - 複数の互いに同形の第１電極板と、上記第１電極板とは異なる電位とされる複数の第２電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる電極体、及び、
各々の上記第１電極板に接合してなり、上記第１電極板から電荷を集電する集電部材であって、
上記第１電極板の接合端部と接合してなる集電接合部を含む
集電部材、を備え、
複数の上記第１電極板は、
上記電極体の積層方向の最も外側にそれぞれ位置する２つの最外第１電極板と、
２つの上記最外第１電極の間に位置する少なくとも１つの内側第１電極板とを含み、
上記最外第１電極板は、
自身の上記接合端部よりも上記集電接合部から離れた屈曲部で屈曲し、
この屈曲部よりも上記集電接合部から離れて位置する遠位部に比べて、上記屈曲部から上記接合端部までの近位部が、上記積層方向内側に位置する形態とされてなり、
上記集電接合部は、
上記内側第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなると共に、
上記最外第１電極板の上記接合端部と、上記集電接合部自身を溶融させて接合してなる
電池の製造方法であって、
接合前の上記集電部材は、
上記内側第１電極板の接合端部を突き当てる内側部と、
上記内側部の上記積層方向外側に位置し、上記内側部よりも上記最外第１電極板の上記遠位部側に突出し、この最外第１電極板の接続端部を突き当てる最外部と、を含み、
上記集電部材と上記第１電極板とを溶接する溶接工程であって、
上記集電部材の上記内側部に上記内側第１電極板の接合端部を突き当てると共に、上記集電部材の上記最外部に上記最外第１電極板の接合端部を突き当てた状態で、
上記集電部材の上記内側部及び上記最外部に、上記第１電極板の位置する側とは反対側から、エネルギービームを照射して、上記内側部及び上記最外部を溶融させ、
上記内側第１電極板の上記接合端部と接合してなると共に、上記最外第１電極板の上記接合端部とも接合してなる上記集電接合部を形成する
溶接工程を備える
電池の製造方法。 - 請求項４に記載の電池の製造方法であって、
前記溶接工程において、
前記内側第１電極板の前記接合端部とフィレットをなして接合してなると共に、前記最外第１電極板の前記接合端部ともフィレットをなして接合してなる前記集電接合部を形成する
電池の製造方法。 - 請求項４または請求項５に記載の電池の製造方法であって、
前記集電部材として、前記最外第１電極板の前記遠位部に向かって延びる延在部を含む集電部材を用い、
前記溶接工程において、
上記最外第１電極板の前記積層方向外側を向く外側面のうち前記近位部に含まれる部位を、上記延在部に当接させて、上記最外第１電極板を、上記近位部が遠位部に比べて上記積層方向内側に位置する形態に保持した状態で、上記集電部材の前記内側部及び前記最外部に、前記第１電極板の位置する側とは反対側から前記エネルギービームを照射する
電池の製造方法。 - 請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
接合前の前記集電部材のうち
前記内側部は、前記電極体側から見て窪んでなる内側凹部と、この内側凹部を挟んで並び上記電極体側に突出してなる第１内側凸部及び第２内側凸部と、を含んでなり、
前記最外部は、上記電極体側から見て窪んでなる最外凹部と、この最外凹部を挟んで並び上記電極体側に突出してなる第１最外凸部及び第２最外凸部と、を含んでなり、
前記溶接工程において、
前記内側第１電極板の上記接合端部を上記第１内側凸部及び第２内側凸部に突き当てると共に、前記最外第１電極板の上記接合端部を第１最外凸部及び第２最外凸部に突き当てた状態で、上記内側部及び上記外側部に、前記第１電極板の位置する側とは反対側から前記エネルギービームを照射する
電池の製造方法。
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| PCT/JP2007/054382 WO2007102527A1 (ja) | 2006-03-07 | 2007-02-28 | 電池、及び電池の製造方法 |
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-
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- 2006-03-07 JP JP2006060688A patent/JP5135695B2/ja active Active
-
2007
- 2007-02-28 CN CN2007800082438A patent/CN101401248B/zh active Active
- 2007-02-28 WO PCT/JP2007/054382 patent/WO2007102527A1/ja active Search and Examination
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