JP2009252350A - 円筒形電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケースと集電端子板との接続抵抗が低く、大電流放電時の電圧が低下するのを抑制でき、過度な振動や衝撃が連続して加わる使用環境や電池内圧上昇時でも、電池ケースに接続した集電端子板の変形を抑制でき、集電端子板と安定した接続状態を確保できる円筒形電池を提供することを目的とする。
【解決手段】正極板２１および負極板２２を、セパレータ２６を介して芯材の露出部２３，２４が相対向する側に表出するように巻回または積層した電極群２５の一方端面に、電池ケース２７の内底面に本溶接する溶接部３４とその溶接部３４の外周辺に更に下方に突出して電池ケース２７の内底面に仮溶着する突出部３２とを備えた集電端子板３１で電池ケース２７と接続し、電極群２５の他方端面の集電端子板３０は電池ケース２７の開口部の封口体２９に接続して電解液とともに電池ケース２７に封入した構成をしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻回または積層してなる電極群を備えた円筒形電池に関し、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円筒形電池およびその円筒形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子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一次電池や二次電池の多様化が進んでいる。それらの電池の中で信頼性も高く、メンテナンスも容易であることから、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などが代表的であり、携帯電話やノートパソコン用の電源などの各種用途に幅広く使用されている。また、一方では、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、芝刈機、さらに電気自動車などの大きな負荷特性を必要とする駆動用電源としての用途が拡大しつつあり、耐振動性に優れ、一層の大電流放電に適した二次電池の開発が要望されている。

このような大電流放電に適した従来の円筒形電池は、図６に示すように正極板５１と負極板５２とをセパレータ５６を介在して渦巻状に巻回して電極群５５を構成し、この電極群５５を電池ケース５７に収納して構成されている。また、大電流放電に適した集電構造として、電極群５５の上端面に正極の集電端子板６０が複数個所で溶接され、正極の集電端子板６０と封口体５９とが接続リード５８で電気的に接続している。また、電極群５５の下端面に負極の集電端子板６１が複数個所で溶接され、図７（ａ）に示す集電端子板６１で電池ケース５７の内底面に溶接用プロジェクション６２を介して溶接している。

しかしながらこのような集電端子板６１と電池ケース５７の接続状態では、特に耐振動性と大電流放電特性が要求される電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電気自動車などの電源として用いられた場合、その過度な振動により集電端子板６１と電池ケース５７との溶接用プロジェクション６２が剥離し集電性が低下する懸念があった。

このような課題を解決する手段として、図７（ｂ）に示すように集電端子板６１の中央部とその周縁の複数個所に溶接用プロジェクション６４を配置し、電池ケース５７と複数個所で溶接を行うことで溶接用プロジェクション６２の剥離を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１００９４９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示される従来技術では、溶接用プロジェクション６４の全てが十分に圧潰するのが困難で、集電端子板６１と電池ケース５７との間に隙間が生じ、集電性が低下して円筒形電池の大電流放電特性が低下する課題があった。また、プロジェクション６４の全てを圧潰させるためには大きな溶接電流が必要となり、集電端子板６１を電池ケース５７の内底面に抵抗溶接するために電極群５５の中空部５５ａに溶接電極棒を挿入し、その溶接電極棒に大電流を流した場合、溶接電極棒の発熱により溶接電極棒と集電端子板６１との接触部が付着したり溶接チリが発生したり、さらにプロジェクション６４を圧潰させるためには電極群５５を集電端子板６０側より加圧する必要があり、電極群５５に加圧がかかった場合に正極板５１または負極板５２が折れ曲がり、異極板と接触し短絡不良を削減するのが困難であった。

本発明は上記従来の課題を鑑みて成されたもので、電池ケースと集電端子板の接続抵抗が低く、大電流放電時に電圧が低下するのを抑制でき、過度な振動や衝撃が連続して加わる使用環境や電池内圧上昇時においても、電池ケースに接続した集電端子板の変形を抑制できて集電端子板と安定した接続状態を確保できる円筒形電池とその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、帯状の芯材の表面の一辺に露出部を形成するように活物質層を形成した正極板および負極板を、セパレータを介して芯材の露出部が相対向する側に表出するように巻回または積層してなる電極群の両端面に集電端子板を接続し、この電極群を集電端子板により一方は電池ケースに、他方は電池ケースの開口部に封着される封口体に接続して電解液とともに電池ケースに封入した円筒形電池において、電池ケースに接続される集電端子板を電池ケースの内底面に本溶接する溶接部とこの溶接部の外周に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶着される突出部とを備えた構成としたことを特徴としている。

本発明によれば、電池ケースに接続される集電端子板を電池ケースの内底面に本溶接する溶接部とこの溶接部の外周に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶着される突出部とを備えた構成とした集電端子板を電池ケースの内底面に本溶接される溶接部とその外周に更に下方に突出した突出部とを備えたことにより、電池ケースと集電端子板との接続が強固で安定したことで電気自動車の電源用途など連続する過度な振動や衝撃に対しても集電端子板と電池ケースの内底部との接続状態の低下を抑制し、集電性が向上した大電流放電特性に優れた円筒形電池を供給することが可能となる。

本発明の第１の発明においては、帯状の芯材の表面の一辺に露出部を形成するように活物質層を形成した正極板および負極板を、セパレータを介して芯材の露出部が相対向する側に表出するように巻回または積層してなる電極群の両端面に集電端子板を接続し、この電極群を集電端子板により一方は電池ケースに、他方は電池ケースの開口部に封着される封口体に接続して電解液とともに電池ケースに封入した円筒形電池において、電池ケースに接続される集電端子板を電池ケースの内底面に本溶接する溶接部とこの溶接部の外周辺に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶着される突出部とを備えた構成としたことにより、溶接部が溶接される際に突出部が仮留めされているため、集電端子板が反ることがなく安定した強固の溶接が可能となり、電池ケースと集電端子板との接続抵抗が低く、大電流放電時に電圧が低下するのを抑制でき、過度な振動や衝撃が連続して加わる使用環境や電池内圧上昇時においても、電池ケースに接続した集電端子板の変形を抑制でき、集電端子板と安定した接続状態を確保できる。

本発明の第２の発明においては、電池ケースの内底面の中央に本溶接される溶接部が集電端子板の平面部より下方に突出し、溶接部の外周辺に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶接される突出部とを備えた構成としたことにより、集電端子板の剛性が向上し電気自動車の電源用途など連続する過度な振動や衝撃に対しても集電端子板と電池ケースの内底部との接続状態の低下を抑制することが可能となる。

本発明の第３の発明においては、電極群の中空部の直径より広い位置に集電端子板の突出部を設けたことにより、集電端子板がトルク方向に力が加わった場合においても容易に溶接部が破壊するのを防ぐことが可能となる。

本発明の第４の発明においては、突出部の形状をリング状の突出部としたことにより、溶接面積が大きくなり電池ケースと集電端子板の接続抵抗を小さくすることが可能となる。

本発明の第５の発明においては、突出部の形状を円弧状の突出部としたことにより、溶接面積が大きく、低い溶接能力でも強固な抵抗溶接が可能となり、生産性の向上が可能となる。

本発明の第６の発明においては、突出部の形状を点状の突出部としたことにより、電池ケースと集電端子板との接合時、低い溶接能力でも強固な抵抗溶接が可能となり、生産性の向上が可能となる。

本発明の第７の発明においては、突出部の形状を楕円形状の突出部としたことにより、電池ケース内への収納時に収納安定性がよく、溶接面積が確保できるので電池ケースと集電端子板の接続抵抗を小さくすることが可能となる。

本発明の第８の発明においては、突出部の形状を方形状の突出部としたことにより、突出部の成形性が向上し、生産性の向上が可能となる。

本発明の第９の発明においては、突出部が集電端子板の平面部を押出して一体成形で形成したことにより、集電端子板の剛性が向上する上、集電端子板の作製が容易となり生産性の向上が可能となる。

本発明の第１０の発明においては、突出部の頂点がＲ形状を有したことにより、溶接時に突出部の頂点と電池ケースの内底面との電気抵抗が増して溶融する能力が向上され、電池ケースの内底面との溶接強度が向上する。

本発明の第１１の発明においては、集電端子板の平面部に切り欠き部を備え、突出部の突出方向と反対向きの垂直方向に屈曲してなる切り欠き部に隣接したバーリング部を設けたことにより、電極群と集電端子板との溶接強度が向上する。

本発明の第１２の発明においては、集電端子板がニッケル、鉄、銅、鉄または銅にニッケルめっきを施したことにより、電池ケースと集電端子板との接続抵抗が低く、大電流放電時に電圧が低下するのを抑制できる。

本発明の第１３の発明においては、帯状の芯材の幅方向の一端面に活物質を担持しない芯材の露出部を成形した正極板と負極板との間にセパレータを介在させ、正極板と負極板の芯材の露出部を相対向する側に突出させた状態で巻回または積層した電極群の両端面に集電端子板を接続し、一方の集電端子板を電池ケースの内底部に、また他方の集電端子板を電池ケースの開口部を密閉する封口体に接続して、電極群と共に電解液を電池ケースに収納し、電池ケースの開口部を封口する円筒形電池の製造方法において、電池ケースの内底部に接続する集電端子板の溶接部の外周に設けた電池ケースの内底面方向に突出した突出部を電池ケースの内底面に溶着した後に、集電端子板の溶接部を電池ケースの内底面に溶接することにより、低い溶接能力でも強固な抵抗溶接が可能となり、電池ケースの内底面と集電端子板との溶接強度が向上して溶接はずれの発生を抑制し、生産性の向上が可能となる。

本発明の第１４の発明においては、電極群の中空部に溶接電極棒を挿入し、集電端子板に設けた突出部を電池ケースの内底面に仮溶接して突出部がなくなるまで溶解した後に集電端子板の溶接部と電池ケースの内底面とを溶接電極棒を用いて抵抗溶接することにより
、突出部で仮留めすることが可能となり、本溶接の際に発生する電池ケースの穴あきや集電端子板の反りのない抵抗溶接が可能となる。

本発明の第１５の発明においては、突出部の配置した位置より内側に溶接電極棒の先端部を接触させて、集電端子板の溶接部と電池ケースの内底面とを抵抗溶接することにより、溶接電極棒の直径に作用されずに溶接面積が大きくすることができ、低い溶接能力でも強固な抵抗溶接が可能となる。

以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の一実施の形態に関わる円筒形電池について詳細に説明する。円筒形電池にはリチウム一次電池やリチウムイオン二次電池等があるが、ここでは円筒形電池に代表される一つである円筒形アルカリ蓄電池（以下、アルカリ蓄電池と称する）について説明し、以下に示される一実施の形態については、本発明を詳細に説明するためにあげたアルカリ蓄電池を示すものであって、本発明を特定するものではない。図１は本発明の円筒形電池の構成を示した概略断面図、図２は本発明の一実施の形態を示した集電端子板の斜視図、図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の一実施の形態を示した集電端子板の平面図、図４は別の集電端子板の平面図である。

図１に示すようにアルカリ蓄電池は、正極芯材の露出部２３を幅方向の一端面に残すよう正極活物質層を成形した帯状の正極板２１と、同様に負極芯材の露出部２４を幅方向の一端面に残すよう負極活物質層を成形した帯状の負極板２２とを、正極芯材の露出部２３と負極芯材の露出部２４が相対向する方向となるようにセパレータ２６を介して渦巻状に巻回して中空部２５ａを有した電極群２５で構成している。

さらに、電極群２５の下端面から突出する負極芯材の露出部２４と負極の集電端子板３１の切欠き部３３ａの両脇に備わったバーリング部３３とが溶接で複数箇所接続され、集電端子板３１の突出部３２と溶接部３４が電池ケース２７の内底面に挟圧した状態で溶接されて、所定量のアルカリ電解液と共に電池ケース２７内に収納している。また、電極群２５の上端面から突出する正極芯材の露出部２３と複数箇所で溶接された中央に孔部３０ａが備わった正極の集電端子板３０は、接続リード２８を中継して封口体２９と電気的に接続され、集電端子板３０の上面の周縁部には電池ケース２７との内部ショートを防止するためのリング状の絶縁板３６を配置し、電池ケース２７の上端の開口部を内方にかしめ封口した構造となっている。

また、図２に示すように集電端子板３１の形状は方形形状をし、対角線状に電極群２５との溶接時に無効電流を抑制する切欠き部３３ａと、切欠き部３３ａの両脇に電極群２５に集中的に溶接時の電流を流すバーニング部３３を備えている。さらに、集電端子板３１の中央部には電池ケース２７の内底面と溶接する溶接部３４が備わり、この溶接部３４の外周辺に更に下方に突出したリング状の突出部３２を備えている。後で詳細に説明するが、電池ケース２７の内底面と集電端子板３１とを抵抗溶接する際に、この突出部３２が溶接部３４より先に電池ケース２７の内底面と接合され、溶接部３４の周りが固定された状態の後に溶接部３４が本溶接される。なお、集電端子板３１の形状は円形でも構わなく、本発明の一実施の形態である方形形状はコスト力向上の面から歩留まりが良好である。

また、突出部３２の他の実施の形態を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。図３（ａ）に示す溶接部３４の外周辺に円弧状の突出部３２ａを備えており、図３（ｂ）に示す溶接部３４の外周辺に点状をした突出部３２ｂを備え、また図３（ｃ）に示した突出部３２ｃの形状は楕円形状をしており、さらに図３（ｄ）に示す突出部３２（ｄ）は方形状として備わっている。なお、突出部３２は１つの円周上に配列された複数個の配置であるが、これに限定されない。

さらに、図４に示す集電端子板３１は電池ケース２７の内底面の中央に本溶接される溶接部３４が集電端子板３１の平面部３１ａより下方に突出し、溶接部３４の外周辺に更に下方に突出した電池ケース２７の内底面に仮溶接される突出部３２を備えている。

ここで本発明の製造方法を説明する。図１に示す正極芯材の露出部２３を幅方向の一端面に残して正極活物質層を設けた帯状の正極板２１を作製し、次に負極芯材の露出部２４を正極板２１と同様に幅方向の一端面に残して負極活物質層を設けて帯状の負極板２２を作製する。なお、正極板２１も負極板２２も芯材に活物質層を設けた後に、その活物質層を除去して芯材の露出部２３，２４を設けても構わない。

これらの正極板２１および負極板２２をセパレータ２６を介在させて渦巻状に巻回して電極群２５を作製する。その際に正極芯材の露出部２３と負極芯材の露出部２４が相対向する方向に巻回する。次に電極群２５の一方端に配置した正極芯材の露出部２３側に正極の集電端子板３０を抵抗溶接して接続し、集電端子板３０に接続された接続リード２８を封口体２９に抵抗溶接する。

また、電極群２５の他方端に配置した負極芯材の露出部２４側に集電端子板３１に備わったバーリング部３３を喰い込ませた状態で、集電端子板３１の切欠き部３３をまたぐように溶接電極を接触させて、無効電流を抑制した状態で効率よく集電端子板３１と電極群２５を抵抗溶接する。次に集電端子板３１と電極群２５とを電池ケース２７の開口部より挿入し、有底構造をした電池ケース２７に収納する。

また、正極の集電端子板３０の中央に備わった孔部３０ａ、および電池ケース２７内に収納した電極群２５の中央の中空部２５ａに溶接電極棒を挿入し、負極の集電端子板２１の溶接部２４と溶接電極棒を接触させて、溶接電極棒に溶接電流を流し集電端子板３１と電池ケース２７の内底面とを抵抗溶接し電気的に接続する。

さらに絶縁板３６を正極の集電端子板３０に積層した後に、電池ケース２７の開口部近傍に溝部が成形されて電極群２５が電池ケース２７内に保持され、所定量のアルカリ電解液（図示せず）を集電端子板３０の孔部３０ａより電池ケース２７内に注液し、接続リード２８を折り曲げて電池ケース２７の開口部近傍に設けた溝部に載置した後に、電池ケース２７の開口部を内方にかしめ封口してアルカリ蓄電池を作製した。なお、封口体２９は電解液を注液後に接続リード２８を介して集電端子板３０に接続しても構わない。

ここで、集電端子板３１の接続する際の製造方法を更に詳細に図を参照しながら説明する。図５（ａ）に図４で示した溶接部３４が集電端子板３１の平面部３１ａより下方に突出し、溶接部３４の外周辺に更に下方に突出した突出部３２を備えた集電端子板３１の溶接状態図を示す。集電端子板３１は、中央に電極群２５の中空部２５ａより直径の広い位置に配置した突出部３２を設けた構成であり、図１に示した正極の集電端子板３０の中央に設けられた孔部３０ａ、および電極群２５の中空部２５ａを通して溶接電極棒３７を挿入し、その先端を負極の集電端子板３１の中央の溶接部３４に圧接させる。また、電池ケース２７の外底面に溶接電極３８を接触配置する。この状態で、溶接電極棒３７と溶接電極３８の間に溶接電流を流すことで、突起部３２が溶融していく。

さらに、抵抗溶接が進むと図５（ｂ）に示すように突出部３２が圧潰し、突出部３２、および溶接部３４が電池ケース２７の内底面に順次抵抗溶接される。この溶接に関して、突出部３２の中央に突出部３２の配置した位置よりも直径の小さい溶接電極棒３７を挿入し、集電端子板３１の中央の溶接部３４と電池ケース２７の内低面との間には隙間が存在しているので、印加された加圧力が突出部３２の突起の頂点に、直接作用するとともに溶接電流が集中し易いので、溶接初期においては突出部３２の突起の頂点に先行して溶接電
流が流れることになり、この突出部３２が溶融してある程度溶接され、その結果、通電抵抗が小さくなるとともにその高さが低くなる。

その後、溶接部３４と電池ケース２７が接触した時点で、溶接電極棒３７からの電流が中央の溶接部３４に集中して流れることになる。なお、中央の溶接部３４のみに溶接電流が流れて突出部３２での溶接が不十分になるという恐れがなく、突出部３２と溶接部３４を広い面積で溶接することができる。さらにこのような作用が確実に得られるように、中央の溶接部３４は、その溶接電極棒３７が接触する部分が容易に高さが低くなるように、平面となる部分を広く形成しておくのが好ましい。また、図２に示すように集電端子板３１の突出部３２の配置する位置は集電端子板３１の切欠き部３３ａの近くに達する位置で設けることが好ましい。

このように、集電端子板３１の切欠き部３３ａの近くまで突出部３２を設ければ、溶接電極棒３７の直径の大きさに関係なく突出部３２と負極の集電端子板３１の中央の溶接部３４を強固に抵抗溶接できるため、溶接面積を広く確保しながらも正極の集電端子板３０の中央に形成した孔部３０ａ、および電極群２５の巻き始めの位置となる中空部２５ａの空間を小さくすることができ、電池ケース２７内により多くの活物質を収納することができるため電池容量の向上が可能となる。また、集電端子板３１の突出部３２、およびその中心の溶接部３４を介して電池ケース２７の内底面と抵抗溶接しているので、溶接面積が大きくなり溶接強度をより高める効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施例１について説明する。なお、ここで示す図は一実施例であって、本発明の請求項に表す構成を有していれば、同様の効果を得ることができる。図２および図３は本発明の一実施例を示した下部集電体３１の斜視図および平面図であり、下部集電体３１の中央部にリング状プロジェクション３２を設けている。リング状プロジェクション３２は金属製有底ケース２７と接触した際にリング状プロジェクション３２の中心に位置する中央の溶接点３４にすきまができるような高さで設けられている。下部集電体３１には所定幅の切り欠き部３３ａを複数個放射状に設け、この切り欠き部３３ａの両側の縁部には突出させたバーリング部３３を設けている。このバーリング部３３を電極群２５の下方に突出する負極板２２の負極芯材２４に喰い込ませた状態で溶接することで、負極板２２と下部集電体３１を低い抵抗値で接続することができる。

図１に示すように正極活物質層が焼結させたニッケルからなる厚みが１ｍｍの正極板２１の正極芯材の露出部２３を正極活物質層より２ｍｍ突出し、負極活物質層がペースト状のカドミウムからなる厚みが１ｍｍの負極板２２の負極芯材の露出部２４を負極活物質層より２ｍｍ突出させ、正極芯材の露出部２３と負極芯材の露出部２４とが相対向した方向でセパレータ２６を介して、渦巻状に巻回した高さ寸法が５０ｍｍの電極群２５を作製した。

板厚が０．５ｍｍ、外径が３０ｍｍの低炭素鋼からなる正極の集電端子板３０には、幅が１５ｍｍ、板厚が０．５ｍｍの低炭素鋼からなる接続リード２８を溶接した。さらに、接続リード２８を溶接した集電端子板３０を電極群２５の正極芯材の露出部２３の端面に溶接し、同様に負極芯材の露出部２４の端面に板厚が０．５ｍｍ、外径が３０ｍｍで中央に溶接部３４とこの溶接部３４の外周辺に更に下方に突出して仮溶着されるリング状の突出部３２を備えた図２に示した負極の集電端子板３１を溶接し、正極の集電端子板３０および負極の集電端子板３１が溶接された電極群２５を外形が３２ｍｍの電池ケース２７内に収納し、集電端子板３０の上面の周縁部に樹脂製で外形が３０ｍｍの絶縁板３６を載置し、電池ケース２７の開口部近傍の側面に溝部を形成して、電極群２５を電池ケース２７内に保持した。

次に集電端子板３０の孔部３０ａに溶接電極棒３７を通し、電池ケース２７の外底面に設置した溶接電極３８との間に３ＫＡの溶接電流を印加し、集電端子板３１の突出部３２、および溶接部３４を電池ケース２７の内底面に抵抗溶接した。

さらに、所定量のアルカリ電解液を電池ケース２７内に注入し、正極の集電端子板３０に溶接した接続リード２８の一方に外径が３１ｍｍの封口体２９を抵抗溶接したのちに、接続リード２８を折り曲げて電池ケース２７の溝部上に封口体２９を載置し、電池ケース２７の上端の開口部を内方にかしめ封口して円筒形アルカリ蓄電池を実施例１とした。なお、このアルカリ蓄電池は直径が３２ｍｍ、高さが６０ｍｍ、公称容量が５００９ｍＡｈであり、図２に示した集電端子板３１のリング状の突出部３２の外形寸法は５ｍｍで、高さが０．５ｍｍの突出部３２を備えた集電端子板３１を用いた。

図３（ａ）に示したように、溶接部３４の外周辺の備わった１つの円周上に配列された４個の円弧状の突出部３２ａを備えた集電端子板３１を用いたアルカリ蓄電池を実施例２とした。

図３（ｂ）に示したように、溶接部３４の外周辺に備わった１つの円周上に配列された６個の点状の突出部３２ｂを備えた集電端子板３１を用いたアルカリ蓄電池を実施例３とした。

（比較例１）
図７（ａ）に示したようなその中心部に直径１．２ｍｍの溶接用プロジェクション６２を１点設けた集電端子板６１を用いたアルカリ素蓄電池を比較例１とした。

本発明による実施例１〜３のアルカリ蓄電池と比較例１のアルカリ蓄電池の電池特性を比較するために集電端子板の強度試験および振動・落下衝撃後の大電流放電特性を評価した。

集電端子板の強度試験として、電池ケースの内底面に溶接した集電端子板の追従性を確認するため、実施例１〜３および比較例１において、アルカリ電解液を注入せず封口体で密閉したものを各３０個作製した。

溶接部の破断確認では、封口体の中央付近に直径３ｍｍの穴を開け、この穴に気圧を送るための金属パイプを接続し、金属パイプの接続は気圧が漏れないよう接続部をハンダ付けして気密性を確保した金属パイプを通じて電池ケース内に３ＭＰａの気圧を負荷させて電池ケースの底面を強制的に変形させ、電池ケースの底面と集電端子板の溶接部を観察し、溶接部の破断の有無を評価した。

また、接触抵抗の変動測定では強度試験前と試験後の接触抵抗の変動を測定した。強度試験前の接触抵抗は電池ケースに集電端子板を抵抗溶接後、電極群の中空部に片方の測定端子を挿入して集電端子板の上面に押し当て、もう片方の測定端子を電池ケースの底面から挟むように押し当てて溶接部の接触抵抗を測定した。強度試験後の接触抵抗の測定は、封口体を取り外してから同様の方法で行ったが、強度試験により溶接部が破断したため抵抗値が測定できないものはデータから省いた。この接触抵抗の測定には微小抵抗測定器（ミリオームメータ、ＨＰ社製）を用い、強度試験前後の各２０個の平均値を算出し、その変動率を比較評価した。

さらに、振動・落下衝撃試験として、過度な振動や衝撃が連続して加わる使用環境を想定したときの大電流放電特性を確認するため、実施例１〜３および比較例１のアルカリ蓄電池を各２００個作製し、各アルカリ蓄電池を満充電後、周波数１０〜１１０Ｈｚ、全振幅３．２ｍｍの振動試験をアルカリ蓄電池の上下方向について計９６時間連続して行い、続けてこれらのアルカリ蓄電池を１ｍの高さからアルカリ蓄電池の上下方向に各３０回、硬いコンクリートの表面に自然落下させた。

また、開路電圧の変動測定では振動・落下衝撃試験前後の各アルカリ蓄電池の開路電圧を測定し、振動・落下衝撃試験後の開路電圧の低下が２５ｍＶ以上の電池を電圧低下品として判定した。

また、大電流放電容量の変動測定では振動・落下衝撃試験前後の各アルカリ蓄電池の放電容量を各２００個測定し、振動・落下衝撃試験前と試験後の放電容量の平均値の変動を比較評価した。この大電流放電容量の変動測定は、満充電後のアルカリ蓄電池を放電電流１００Ａの定電流で放電終止電圧０．３Ｖまで連続放電したときの放電容量と、次いで同じように満充電した電池を振動・落下衝撃試験後に同じ条件で放電終止電圧まで連続放電したときの放電容量との変動を測定した。これらの充放電は常温雰囲気下２３℃で行った。以上の集電端子板の強度試験、および振動・落下衝撃試験の結果を（表１）に示す。

この（表１）に示すように、集電端子板３１の中心部から５ｍｍの同芯円状に突出部３２を設け、突出部３２および溶接部３４を電池ケース２７と溶接した実施例１〜３は、このような突出部３２を設けなかった比較例１と比較して明らかに集電端子板３１の強度試験結果および振動・落下衝撃試験結果が良好であることが確認できた。強度試験後の溶接部の破断は、実施例１〜３が皆無であったのに対し、比較例１は３０個中９個の破断が有った。これは比較例１の集電端子板６１は電池ケース５７の底部の変形に追従できないため溶接用プロジェクション６２が容易に破断したと考えられる。

また、強度試験前と試験後の接触抵抗の変動は、実施例１〜３の接触抵抗の上昇率が２〜５％であったのに対し、比較例１は２８％上昇した。このように比較例１の接触抵抗の上昇率が大きい理由は前記の溶接破断と同様と考えられる。また、実施例１の上昇率が突出部３２を複数に分割して設けなかった実施例２、実施例３と比べて小さい傾向があることがわかった。これはリング状の突出部３２を介して抵抗溶接した方がより広い面積で溶接されるため溶接強度が安定したためと考えられる。

さらに振動・落下衝撃試験前後の開路電圧変動は、実施例１〜３は２５ｍＶ以上の電圧変動が皆無であったのに対し、比較例１は２００個中１８個の電圧変動が確認できた。こ
の電圧低下品を分解したところ、比較例１の集電端子板６１と電池ケース５７との溶接部６２が僅かに破断しつつあり明らかに接続が不安定な状態であることが確認できた。したがって、集電端子板６１と電池ケース５７との接触抵抗が不安定となり電圧変動が発生したと考えられる。

また、振動・落下衝撃試験前後の大電流放電容量の変動は実施例１〜３が１０〜３０ｍＡｈの微小な変動であったのに対し、比較例１は２５２ｍＡｈと大きく低下した。実施例１〜３によれば、接触抵抗の変動が小さいため大電流放電容量の変動が小さくなったと考えられる。特に実施例１は集電端子板３１にリング状の突出部３２を設けているため、より大電流放電容量の変動が小さくなったと考えられる。

実施例１〜３によれば、集電端子板３１の中央にリング状または同芯円状の複数の円弧状および点状の突出部３２を設け、この各突出部３２と集電端子板３１の中央に溶接部３４を設けたため、過度な振動・落下試験後の大電流放電試験においても集電端子板３１と電池ケース２７との通電経路が分散し、集電端子板３１の部品抵抗値が部分的に集中して増加することはないと考えられる。

また、このように構成した円筒形電池は、これらを複数個収納した電池パックとして用いることにも適している。電池パック内では複数個の円筒形電池が直列または並列に接続され、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電気自動車などの電源として用いられる。この場合、特に直列に接続された円筒形電池同士は上下方向の振動に対して、より強い振動や衝撃が伝わる。このような条件下においても集電端子板３１と電池ケース２７が広い面積で溶接されているため、集電端子板３１と電池ケース２７の底部との溶接部３４および突出部３２とが剥離することなく、集電性の低下しない大電流放電特性に優れた電池パックが得られる。

本発明の円筒形電池は、電池ケースと集電端子板の接続抵抗が低く、大電流放電時に電圧が低下するのを抑制でき、過度な振動や衝撃が連続して加わる使用環境や電池内圧上昇時においても、電池ケースに接続した集電端子板の変形を抑制できて集電端子板と安定した接続状態を確保でき、優れた耐振動性と大電流放電特性が要求される電動工具をはじめ、電動アシスト自転車、電動バイクや電気自動車などの電源として有用である。

本発明の円筒形電池の構成を示す概略断面図 本発明の一実施の形態を示した集電端子板の斜視図 （ａ）本発明の一実施の形態に係わる円弧状の突出部を備えた集電端子板の平面図、（ｂ）同円周上に配列された点状をした突出部を備えた集電端子板の平面図、（ｃ）同楕円形状をした突出部を備えた集電端子板の平面図、（ｄ）同方形状をした突出部を備えた集電端子板の平面図 本発明の別の一実施の形態に係わる集電端子板の平面図 （ａ）本発明の実施例における電池ケースと集電端子板の抵抗溶接前の状態を表す縦断面模式図、（ｂ）同実施例における電池ケースと集電端子板の抵抗溶接時の状態を表す縦断面模式図 従来技術の円筒形二次電池を示した概略断面図 （ａ）従来技術の集電端子板の平面図、（ｂ）従来の別の集電端子板の平面図

符号の説明

２１ 正極板
２２ 負極板
２３ 露出部
２４ 露出部
２５ 電極群
２５ａ 中空部
２６ セパレータ
２７ 電池ケース
２８ 接続リード
２９ 封口体
３０ 集電端子板
３０ａ 孔部
３１ 集電端子板
３１ａ 平面部
３２ 突出部
３２ａ 突出部
３２ｂ 突出部
３２ｃ 突出部
３２ｄ 突出部
３３ バーリング部
３３ａ 切欠き部
３４ 溶接部
３６ 絶縁板
３７ 溶接電極棒
３８ 溶接電極

Claims (15)

1. 帯状の芯材の表面の一辺に露出部を形成するように活物質層を形成した正極板および負極板を、セパレータを介して前記芯材の露出部が相対向する側に表出するように巻回または積層してなる電極群の両端面に集電端子板を接続し、この電極群を前記集電端子板により一方は電池ケースに、他方は電池ケースの開口部に封着される封口体に接続して電解液とともに電池ケースに封入した円筒形電池において、前記電池ケースに接続される前記集電端子板を電池ケースの内底面に本溶接する溶接部とこの溶接部の外周辺に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶着される突出部とを備えた構成としたことを特徴とする円筒形電池。
2. 前記電池ケースの内底面の中央に本溶接される前記溶接部が前記集電端子板の平面部より下方に突出し、前記溶接部の外周辺に更に下方に突出して電池ケースの内底面に仮溶接される突出部とを備えた構成としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
3. 前記電極群の中空部の直径より広い位置に前記集電端子板の突出部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
4. 前記突出部の形状をリング状の突出部としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
5. 前記突出部の形状を円弧状の突出部としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
6. 前記突出部の形状を点状の突出部としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
7. 前記突出部の形状を楕円形状の突出部としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
8. 前記突出部の形状を方形状の突出部としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
9. 前記突出部が前記集電端子板の平面部を押出して一体成形で形成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
10. 前記突出部の頂点がＲ形状を有したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
11. 前記集電端子板の平面部に切り欠き部を備え、前記突出部の突出方向と反対向きの垂直方向に屈曲してなる前記切り欠き部に隣接したバーリング部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
12. 前記集電端子板がニッケル、鉄、銅、鉄または銅にニッケルめっきを施したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
13. 帯状の芯材の幅方向の一端面に活物質を担持しない芯材の露出部を成形した正極板と負極板との間にセパレータを介在させ、正極板と負極板の芯材の露出部を相対向する側に突出させた状態で巻回または積層した電極群の両端面に集電端子板を接続し、一方の集電端子板を電池ケースの内底部に、また他方の集電端子板を前記電池ケースの開口部を密閉する封口体に接続して、前記電極群と共に電解液を前記電池ケースに収納し、前記電池ケー
    スの開口部を封口する円筒形電池の製造方法において、前記電池ケースの内底部に接続する前記集電端子板の溶接部の外周に設けた前記電池ケースの内底面方向に突出した突出部を前記電池ケースの内底面に溶着した後に、前記集電端子板の溶接部を前記電池ケースの内底面に溶接することを特徴とする円筒形電池の製造方法。
14. 前記電極群の中空部に溶接電極棒を挿入し、前記集電端子板に設けた突出部を前記電池ケースの内底面に仮溶接して突出部がなくなるまで溶解した後に前記集電端子板の溶接部と前記電池ケースの内底面とを前記溶接電極棒を用いて抵抗溶接することを特徴とする請求項１３に記載の円筒形電池の製造方法。
15. 前記突出部の配置した位置より内側に前記溶接電極棒の先端部を接触させて、前記集電端子板の溶接部と電池ケースの内底面とを抵抗溶接することを特徴とする請求項１４に記載の円筒形電池の製造方法。

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