JP2011134663A - 密閉型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】渦巻状電極群の端部の電極芯体との溶接が強固で、かつ外装缶底部の膨れも生じることなく、底部集電体と外装缶底部との接触が良好で、内部抵抗が低減した密閉型二次電池を提供する。
【解決手段】本発明の密閉型二次電池においては、底部集電体１１は四角形状の板状体により形成されており、四角形状の板状体の相対向する一組の端縁はＬ字状に折り曲げられていて、この板状体より突出する突起部１１ａが形成されているとともに、この突起部１１ａが電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に溶接されており、有底の外装缶３５の底面には外装缶の内部に向けて突出する凹部３５ａが形成されていて、この凹部３５ａと底部集電体１１とが直接電気接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池などのアルカリ二次電池あるいはリチウムイオン電池などに係わり、特に、正極と負極とセパレータとからなる渦巻状電極群が有底の一方極の端子を兼ねる外装缶内に収容され、この外装缶との開口部が絶縁体を介して配置された他方極の端子を兼ねる封口体により封止された密閉型二次電池に関する。

密閉型二次電池においては、一般的に、図１７（なお、図１７においては、理解を容易にするために、上・下を逆にして示している）、図１８に示すように、セパレータ３３を間にして負極３１と正極３２とが積層された電極群を渦巻状に巻回して形成された渦巻状電極群ｂ１が有底の外装缶３５内に収容されている。そして、この渦巻状電極群ｂ１の下端部に一方の電極（この場合は負極３１）の芯体３１ａが、上端部に他方の電極（この場合は正極３２）の芯体３２ａがそれぞれ突出して形成されていて、電池内部で発生した電気エネルギーを効率的に外部に取り出すため、通常、一方の電極（この場合は負極３１）の芯体３１ａに底部集電体２１が溶接され、他方の電極（この場合は正極３２）の芯体３２ａに上部集電体３４が溶接されている。

ここで、例えば、底部集電体２１は他方の外部端子（この場合は負極端子となる）を兼ねる外装缶３５の内底面に電気接続がなされ、上部集電体３４は一方の外部端子（この場合は正極端子となる）を兼ねる封口体３６の下端面に電気接続がなされて、集電経路が形成されるようになされている。この場合、底部集電体２１や上部集電体３４においては、渦巻状電極群ｂ１の下端部や上端部に突出する各芯体３１ａ，３２ａに良好に溶接できるようにするために、底部集電体２１を渦巻状電極群ｂ１の径と略同一な円形状に形成され、かつ、バーリング加工により内部に多数の開孔２１ａが形成されているとともに、こらの開孔２１ａの縁にフランジ（環状突起）２１ｂ（図７（ｂ）参照）が形成されている。同様に、上部集電体３４においてもバーリング加工により内部に多数の開孔が形成されているとともに、これらの開孔の縁にフランジが形成されている。

そして、底部集電体２１の中央部には本体部に連接された状態で舌状に切り出された舌状部２１ｃが形成されていて、この舌状部２１ｃの先端部が本体部より下方に突出して外装缶３５の内底面に接触して電気接続がなされることとなる。一方、上部集電体３４においては、この上部集電体３４より外方に延出して集電タブ３４ａが形成されていて、この集電タブ３４ａの先端部が折り曲げられて封口体３６の下端面に溶接されて電気接続がなされることとなる。なお、上述のようなバーリング加工により形成された多数の開孔が内部に配設された底部集電体２１や上部集電体３４を用いることは、例えば、特許文献１などにおいて開示されている。

特開２００８−８４６５０号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されるような底部集電体２１を金属板Ｘをプレス加工して円形状に打ち抜いて作製しようとすると、図１９に示すように、材料ロスとなる部分Ｙ部が生じる（例えば、図１９の場合の理論材料ロス率は１５．８％となる）こととなり、材料コストが高くなるという問題を生じた。この場合、コスト低減のために、単に集電体の面積や厚みを減少させた場合、電池内部抵抗が高くなって電池性能が低下するという新たな問題が生じるようになる。

また、バーリング加工により多数の開孔およびその縁のフランジを形成するためには、高精度のプレス金型が必要になるとともに、金型メンテナンスや消耗部品交換等の維持コストが必要になるため、この種の集電体のコストが高価になるという問題も生じた。さらに、バーリング加工された集電体と渦巻状電極群より突出した電極芯体とを溶接する場合、渦巻状電極群の形状や突出した電極芯体の配置間隔、あるいはバーリング加工された集電体の配置状態や製造バラツキなどが生じることとなる。これにより、電極芯体と集電体に形成された多数の開孔縁のフランジとの溶接点数や溶接面積などが不均一となって、溶接強度にバラツキが生じたり、溶接スパッタ（爆飛）に起因する電池内部短絡や集電体焼け切れ等が発生するという問題も生じるようになる。

一方、この種の密閉型二次電池の高容量化による電池内部の高密度化に伴い、電池作製後の充放電時や充放電サイクル時に電池内部圧力が増加して、外装缶の底部が膨れるという現象が生じるようになった。ここで、外装缶の底部が膨れると、底部集電体と外装缶の内底面との接触抵抗が増大して電池の内部抵抗が増大したり、最悪の場合は、底部集電体と外装缶との溶接部が外れて電池として機能しなくなったりするという問題も生じた。

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、材料ロスが生じないような集電体形状として材料コストを低減させるとともに、渦巻状電極群の端部の電極芯体との溶接が強固でしかも溶接品質に優れ、かつ外装缶底部の膨れも生じることがなく、底部集電体と外装缶底部との接触が良好で、内部抵抗が低減して、信頼性に優れかつ大電流放電が可能な密閉型二次電池を提供することを目的とするものである。

本発明の密閉型二次電池は、正極と負極とセパレータとからなる渦巻状電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に底部集電体が溶接され、他方極より延出した電極芯体の端部に上部集電体が溶接された電極体が一方極の端子を兼ねる金属製で有底の外装缶内に収容され、当該外装缶との開口部が絶縁体を介して配置された他方極の端子を兼ねる封口体により封止されている。そして、上記目的を達成するため、底部集電体は四角形状の板状体により形成されており、この四角形状の板状体の相対向する一組の端縁はＬ字状に折り曲げられていて、この板状体より突出する突起部が形成されているとともに、この突起部が電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に溶接されており、有底の外装缶の底面には外装缶の内部に向けて突出する凹部が形成されていて、該凹部と底部集電体とが直接電気接続されていることを特徴とする。

このように、四角形状の板状体の相対向する一組の端縁はＬ字状に折り曲げられていて、この板状体より突出する突起部が形成されているとともに、この突起部が電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に溶接されていると、集電ロスを伴うことなく、一方極より底部集電体に集電されることとなる。そして、有底の外装缶の底面には外装缶の内部に向けて突出する凹部が形成されていて、この凹部と底部集電体とが直接電気接続されていると、底部集電体に集電ロスを伴うことなく集電された電気が、集電ロスを伴うことなく、一方極の端子を兼ねる外装缶に集電されることとなる。これにより、内部抵抗が低減するとともに品質が向上し、かつ大電流放電が可能な密閉型二次電池を提供することができる。

この場合、凹部は外装缶底面の中央部に円形状に形成されているのが望ましい。また、凹部は外装缶底面の中央部に底部集電体の外形形状と略同一形状に形成されていると、さらに好ましい。また、底部集電体のＬ字状に折り曲げられて板状体より突出する突起部の少なくとも一方は渦巻状に巻回された電極群の一方極の最外周に溶接されているのが望ましい。さらに、底部集電体の四角形状の板状体の相対向する一組の端縁間の長さ（幅）をｌとし、渦巻状に巻回された電極群の一方極の最外周に形成された円の長径をＬとした場合、（１／４）Ｌ≦ｌ≦（１／２）Ｌの関係を有するのが望ましい。

本発明においては、集電ロスを伴うことなく、一方極より底部集電体に集電でき、かつ底部集電体より集電ロスを伴うことなく一方極の端子を兼ねる外装缶に集電することが可能であるので、内部抵抗が低下し、信頼性に優れかつ大電流放電が可能な密閉型二次電池を提供することが可能となる。

本発明をニッケル−カドミウム二次電池に適用して構成した密閉型二次電池を模式的に示す断面図である。 本発明の実施例１の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す実施例１の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の実施例２の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す実施例２の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の実施例３の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す実施例３の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の実施例４の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す実施例４の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の実施例５（実施例２）の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す実施例５（実施例２）の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例１（従来例）の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例１の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例２の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例２の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例３の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例３の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例４の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例４の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例５の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例５の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例６の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例６の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 比較例７（比較例１）の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す比較例７（比較例１）の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 底部集電体が溶接された渦巻状電極群を解体して負極板を板状に広げたときの底部集電体に形成された突起部と負極板の芯体端部との溶接点を模式的に示す図であり、（ａ）は比較例１及び比較例７の電池の溶接点を示す図であり、（ｂ）は比較例２の電池の溶接点を示す図であり、（ｃ）は実施例１及び比較例３の電池の溶接点を示す図であり、（ｄ）は実施例２、実施例５及び比較例４の電池の溶接点を示す図であり、（ｅ）は実施例３及び比較例５の電池の溶接点を示す図であり、（ｆ）は実施例４及び比較例６の電池の溶接点を示す図である。 本発明の変形例１の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す変形例１の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の変形例２の底部集電体を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'断面を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）（ｂ）に示す変形例２の底部集電体を外装缶の底部内に配置した状態を模式的に示す図であり、（ｄ）は外装缶の底部とこの底部内に配置された底部集電体との接続状態を模式的に示すＢ−Ｂ'断面図である。 渦巻状電極群に底部集電体及び上部集電体が溶接された状態を模式的に示す斜視図である。 従来例のニッケル−カドミウム二次電池を模式的に示す断面図である。 従来例の底部集電体を金属板より打ち抜く状態を模式的に示す平面図である。

以下に、本発明をニッケル−カドミウム二次電池に適用した場合の一実施の形態を説明するが、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。

１．底部集電体（負極集電体）
（１）実施例１〜４
実施例１〜４の底部集電体（負極集電体）１１，１２，１３，１４は、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が長方形状に形成されているとともに、一対（一組）の長辺側の端辺は折り曲げ加工により本体より突出する突起部１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成されている。この場合、長辺側の端辺の両端部は、後述する渦巻状電極群ａ１の最外周（図２（ｃ）、図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）参照）に位置するカドミウム負極板３１（図１参照）の端部に露出した芯体３１ａに交差するまでの長さとなされている。

ここで、渦巻状電極群ａ１の中心部を通って最外周に位置するカドミウム負極板３１間の長さ（直径）をＬとした場合、図２に示すように、短辺の長さが（２／３）Ｌである底部集電体（負極集電体）を実施例１の底部集電体１１とした。同様に、図３に示すように、短辺の長さが（１／２）Ｌである底部集電体（負極集電体）を実施例２の底部集電体１２とした。また、図４に示すように、短辺の長さが（１／４）Ｌである底部集電体（負極集電体）を実施例３の底部集電体１３とした。また、図５に示すように、短辺の長さが（１／６）Ｌである底部集電体（負極集電体）を実施例４の底部集電体１４とした。

（２）比較例１
一方、比較例１（従来例）の底部集電体（負極集電体）２１は、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図７（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が円形状に形成されているとともに内部に多数の開孔２１ａが形成され、かつ中心部に舌状部２１ｃが形成されている。なお、開孔２１ａの周縁にはバーリング加工により突起部２１ｂが形成されている。

（３）比較例２
また、比較例２の底部集電体（負極集電体）２２は、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図８（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が長方形状に形成されているとともに内部に多数の開孔２２ａが形成され、かつ中心部に舌状部２２ｃが形成されている。なお、開孔２２ａの周縁にはバーリング加工により突起部２２ｂが形成されている。

（４）比較例３〜６
比較例３〜６の底部集電体（負極集電体）２３，２４，２５，２６は、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図９（ａ）（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）、図１１（ａ）（ｂ）、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が長方形状に形成されているとともに、一対（一組）の長辺側の端辺は折り曲げ加工により本体より突出する突起部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが形成されている。この場合、長辺側の端辺の両端部は、後述する渦巻状電極群ｂ１の最外周（図９（ｃ）、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）、図１１２（ｃ）参照）に位置するカドミウム負極板３１（図１８参照）の端部に露出した芯体３１ａに交差するまでの長さとなされている。なお、底部集電体（負極集電体）２３，２４，２５，２６の中心部に舌状部２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ，２６ｃが形成されている。

ここで、渦巻状電極群ｂ１の中心部を通って最外周に位置するカドミウム負極板３１間の長さ（直径）をＬとした場合、図９に示すように、短辺の長さが（２／３）Ｌである底部集電体（負極集電体）を比較例３の底部集電体２３とした。同様に、図１０に示すように、短辺の長さが（１／２）Ｌである底部集電体（負極集電体）を比較例４の底部集電体２４とした。また、図１１に示すように、短辺の長さが（１／４）Ｌである底部集電体（負極集電体）を比較例５の底部集電体２５とした。また、図１２に示すように、短辺の長さが（１／６）Ｌである底部集電体（負極集電体）を比較例６の底部集電体２６とした。

２．ニッケル−カドミウム二次電池
（１）カドミウム負極板
カドミウム負極板３１は、パンチングメタルからなる極板芯体３１ａの両面に酸化カドミウムを主体とする負極活物質と導電剤と結着剤とからなる負極活物質スラリーが塗布され、乾燥後、所定の厚みになるまで圧延された後、所定の寸法になるように切断されて作製されている。なお、作製後のカドミウム負極板３１の下端部には極板芯体３１ａが露出していて、後に、この露出した極板芯体３１ａに底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６が溶接されることとなる。

（２）ニッケル正極板
ニッケル正極板３２は、極板芯体３２ａに水酸化ニッケルを主体とする正極活物質が充填され、所定の寸法になるように圧延や切断などがなされて作製されている。なお、作製後のニッケル正極板３２の上端部には極板芯体３２ａが露出していて、後に、この露出した極板芯体３２ａに上部集電体（正極集電体）３４が溶接されることとなる。

（３）渦巻状電極群
これらのカドミウム負極板３１とニッケル正極板３２との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ３３を介在させて重ね合わせ、渦巻状に巻回することにより渦巻状電極群ａ１，ｂ１となされている。この場合、図１、図１８に示すように、カドミウム負極板３１の露出した極板芯体３１ａがセパレータ３３の下端部より突出し、ニッケル正極板３２の露出した極板芯体３２ａがセパレータ３３の上端部より突出するように積層して配置した後、渦巻状に巻回するようになされている。なお、渦巻状電極群ａ１，ｂ１の中心部には、巻芯軸が除去されて形成された空間部を備えている。

（４）上部集電体（正極集電体）
上部集電体（正極集電体）３４は、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図１、図１８に示すように、平面形状が略円形状の本体部と、この本体部から延出して形成された平面形状が略長方形状の集電タブ部３４ａとを備えている。そして、本体部の中心部には中心開口が形成されている。

ついで、上述のような構成となる渦巻状電極群ａ１，ｂ１と、底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６と、上部集電体（正極集電体）３４とを用いて電極体ａ，ｂを作製する例について、以下に詳述する。この場合、渦巻状電極群ａ１，ｂ１のカドミウム負極板３３の露出した芯体３１ａの下端面に底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６を配置した。ついで、底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６に一対の溶接電極を当接させた後、一対の溶接電極間に溶接電源（６０Ｈｚの交流電源）から溶接電流（例えば、３．０ｋＡあるいは３．６ｋＡで１サイクル）を印加してカドミウム負極板３１の露出した芯体３１ａと底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６との接触部を抵抗溶接した。

一方、渦巻状電極群のニッケル正極板３２の露出した芯体３２ａの上端面に上部集電体（正極集電体）３４を配置した。この場合、渦巻状電極群ａ１，ｂ１の中心部に形成された空間部と、上部集電体（正極集電体）３４の中心部に形成された中心開口とが一致するように配置した。ついで、上部集電体（正極集電体）３４の上に一対の溶接電極を載置した後、一対の溶接電極間に溶接電源（６０Ｈｚの交流電源）から溶接電流（例えば、３．０ｋＡで２サイクル）を印加した。これにより、ニッケル正極３２の露出した芯体３２ａと上部集電体（正極集電体）３４とが抵抗溶接され、渦巻状電極群ａ１，ｂ１の上端面に上部集電体（正極集電体）３４が溶接されることとなる。これにより実施例の電極体ａ（実施例の底部集電体１１〜１４を用いたもの）と、比較例の電極体ｂ（比較例の底部集電体２１〜２６を用いたもの）とが作製される。

この後、上述のようにして作製された各電極体ａ，ｂにおいて、カドミウム負極板３１の露出した芯体３１ａと底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６との溶接部の溶接強度を求めたところ、表１に示すような結果が得られた。ここで、表１の溶接強度において、Ａｖｇは平均の溶接強度を表し、σはその標準偏差を表し、Ｃｐｋは工程能力指数を表し、いずれも比較例１の値を１００とし、他のものはそれとの比較で表している。
なお、工程能力指数であるＣｐｋは、製造バラツキを考慮して、規格値に対する余裕度を統計的に表す指標であり、Ｃｐｋが大きいほど生産性が良いということになる。

ついで、上述のようにして作製された各電極体ａ，ｂを用いてニッケル−カドミウム二次電池を作製する例を図１及び図１８に基づいて以下に説明する。まず、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製した円筒状外装缶３５を用意する。ついで、上述のようにして作製された各電極体ａ，ｂを外装缶３５内に挿入し、底部集電体（負極集電体）１１〜１４，２１〜２６と外装缶３５の内底面とを溶接した。ここで、電極体ｂの場合は、底部集電体（負極集電体）２１〜２６の中心部に形成された舌状部２１ｃ〜２６ｃを外装缶３５の底部に溶接した。この後、封口蓋３６ａと正極キャップ３６ｂとからなる封口体３６を用意し、上部集電体（正極集電体）３４から延出する集電タブ部３４ａを封口体３６に設けられた封口蓋３６ａの底部に溶接した。なお、封口蓋３６ａと正極キャップ３６ｂとからなる封口体３６内には、弁体３６ｃと、この弁体３６ｃを付勢するスプリング３６ｄとが配置されている。

ついで、電極体ａ，ｂの上部外周部にリング状のスペーサ３８を配置した後、外装缶３５の上部外周面に溝入れ加工を施して環状溝部３５ｂを形成した。この後、金属製外装缶３５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３６の外周部に装着された封口ガスケット３７を外装缶３５の環状溝部３５ｂの上に載置するとともに、外装缶３５の先端部３５ｃを封口体３６側にカシメて封口した。この後、外装缶３５の外周面全体を絞り加工して、ニッケル−カドミウム二次電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌをそれぞれ組み立てた。

この場合、電極体ａの場合は、外装缶３５の外周面全体を絞り加工する前に外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工した。これにより、凹部３５ａを底部集電体（負極集電体）１１〜１４および底部集電体（負極集電体）２１に密着させた。なお、底部集電体（負極集電体）１２を用いたものは２種類とし、１種類は底部集電体１２の外形形状と等しい凹部３５ｂ（図６（ｃ）（ｄ）参照）が形成されるように外装缶３５の底部を長方形状に押圧加工した。

ここで、底部集電体１１を用い、外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工したものを実施例１の電池Ａとした。同様に、底部集電体１２を用い、外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工したものを実施例２の電池Ｂとし、底部集電体１３を用い、外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工したものを実施例３の電池Ｃとし、底部集電体１４を用い、外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工したものを実施例４の電池Ｄとし、底部集電体１２を用い、外装缶３５の底部を長方形状に押圧加工したものを実施例５の電池Ｅとした。

一方、底部集電体２１を用い、舌状部２１ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例１の電池Ｆとした。同様に、底部集電体２２を用い、舌状部２２ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例２の電池Ｇとし、底部集電体２３を用い、舌状部２３ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例３の電池Ｈとし、底部集電体２４を用い、舌状部２４ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例４の電池Ｉとし、底部集電体２５を用い、舌状部２５ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例５の電池Ｊとし、底部集電体２６を用い、舌状部２６ｃを外装缶３５の底部に溶接して形成したものを比較例６の電池Ｋとした。さらに、底部集電体２１を用い、外装缶３５の底部中心部を円形状に押圧加工したものを比較例７の電池Ｌとした。
なお、これらの電池Ａ〜ＬはＳＣサイズで、電池容量は１．９Ａｈである。

３．試験
（１）活性化処理
この後、以下のような電池試験を行うと下記の表１に示すような結果となった。まず、各電池Ａ〜Ｌをそれぞれ２５℃の温度雰囲気下で、２．３Ａの充電電流で１．５時間充電し、その後、１時間放置し、２．３Ａの電流値で電池電圧が０．８Ｖになるまで放電を行い、活性化処理を行った。

（２）電池全高差
ついで、上述のように充放電（活性化処理）した後の電池Ａ〜Ｌの全高を測定し、電池作製直後（活性化処理前）に測定した電池Ａ〜Ｌの全高との差（全高差）を求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。

（３）電池内部抵抗
ついで、上述のように作製した電池Ａ〜Ｌを用いて、２５℃の温度雰囲気で、交流インピーダンス（内部抵抗）を測定すると、下記の表１に示すような結果が得られた。

（４）放電容量、放電時作動電圧
ついで、以下のようにして放電容量と放電時作動電圧の測定を行った。まず、２５℃の温度雰囲気下で、電池Ａ〜Ｌを１Ｉｔの充電々流で、電池電圧が最大値から１０ｍＶ低下する時点まで充電（いわゆる−ΔＶ充電）した。その後、１時間放置し、１０Ａの電流値で電池電圧が０．８Ｖになるまで放電を行った。このときの放電時間から放電容量を求めるとともに、放電が終了するまでの時間の半分の時点での放電電圧を放電作動電圧として求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。なお、表１においては、電池Ｆの放電容量および放電作動電圧を１００とし、他の電池Ａ〜Ｅ，Ｇ〜Ｌの放電容量、作動電圧をそれとの比（放電容量比、作動電圧比）で示している。

上記表１の結果から明らかなように、比較例２の電池Ｇのように底部集電体２２の形状を長方形状に変更して開孔２２ａの個数を減らすと、比較例１の電池Ｆに比較して、負極３１との集電性が低下するとともに、底部集電体２２自体の面積が小さいことも影響して、内部抵抗も高くなって電池性能が低下していることが分かる。一方、比較例３〜６の電池Ｈ〜Ｋのように底部集電体２３，２４，２５，２６の長辺側の両端辺に突起部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが形成されていると、溶接性が向上していることが分かる。これらの電池Ｈ〜Ｋのように溶接性が向上して、溶接強度バラツキが低減すると、溶接スパッタによる電池内部短絡や底部集電体２３，２４，２５，２６の焼け切れなどの不具合の発生割合が低減することとなる。

この場合、比較例４，５の電池Ｉ，Ｊにおいては、底部集電体２４，２５と負極３１との集電性が比較例１の電池Ｆとほぼ同等であるが、比較例３の電池Ｈにおいては、図１４（ｃ）に示すように、電極群の中心側には溶接点がないため、中心側での集電性が悪くなって電池性能が低下する。さらに、比較例６の電池Ｋにおいては、底部集電体２６の面積が小さいことに起因して電池性能が低下することとなる。なお、比較例１〜６の電池Ｆ〜Ｋの外装缶３５の底部においては、機械的強度が小さいことに起因して、電池作製後の充放電（活性化処理）によるガス発生に伴い、外装缶３５の底部に膨れを生じることとなる。

これらに対して、実施例１〜５の電池Ａ〜Ｅ及び比較例７の電池Ｌにおいては、外装缶３５の底部に凹部３５ａあるいは凹部３５ｂが設けられていて強度補強がなされているため、電池作製後の充放電によるガス発生が生じても、充放電後の全高は充放電前と比較してほぼ同等で、品質が向上していることが分かる。

また、実施例１〜５の電池Ａ〜Ｅは、比較例３〜６の電池Ｈ〜Ｋと比較して内部抵抗が低下していることが分かる。これは、実施例１〜５の電池Ａ〜Ｅにおいては、電池作製後の充放電（活性化処理）による外装缶３５の底部の膨れが小さく、底部集電体１１，１２，１３，１４は外装缶底面に形成された凹部３５ａあるいは凹部３５ｂと強く接触し、比較例３〜６の電池Ｈ〜Ｋの底部集電体と外装缶底面との接触面積よりも大きいためである。

ここで、実施例１〜４の電池Ａ〜Ｄの内で、実施例２，３の電池Ｂ，Ｃの内部抵抗が小さいことが分かる。これは、実施例１の電池Ａにおいては、図１４（ｃ）に示すように、電極群の中心側には溶接点がないため、中心側での集電性が悪くなっているためである。また、実施例４の電池Ｄにおいては、底部集電体１４の幅が小さくてその面積が小さいため、外装缶３５の底部に形成された凹部３５ａと底部集電体１４との接触面積が比較的小さいためである。これらのことを考慮すると、底部集電体の四角形状の板状体の相対向する一組の端縁間の長さ（幅）をｌとし、渦巻状電極群のカドミウム負極３１の最外周に形成された円の直径をＬとした場合、（１／４）Ｌ≦ｌ≦（１／２）Ｌの関係を有するのが望ましいということができる。

また、実施例１〜３の電池Ａ〜Ｃは、比較例７の電池Ｌよりも内部抵抗が小さいことが分かる。これは、比較例７の電池Ｌにおいては、開孔２１ａが形成されている底部集電体２１を用いているため、底部集電体２１と外装缶３５の底部に形成された凹部３５ａとの接触面積にロスが生じ、実施例１〜３の電池Ａ〜Ｃの底部集電体１１〜１３と外装缶３５の底部に形成された凹部３５ａとの接触面積よりも小さくなつているためである。

さらに、実施例５の電池Ｅは、実施例１〜３の電池Ａ〜Ｃよりも内部抵抗が小さいことが分かる。これは、実施例５の電池Ｅにおいては、外装缶３５の底部に形成された凹部３５ｂの形状が底部集電体１２とほぼ同一形状であるため、凹部３５ｂと底部集電体１２との接触面積が増大し、相対的に接触抵抗が低下したためである。

４．変形例
本発明は上述した各実施例に限らず、各種の変形が可能であるので、以下において、変形例について説明する。まず、図１５に示す第１変形例の底部集電体４１においては、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が台形状に形成されていて、平行な短辺側および長辺側の端辺は折り曲げ加工により本体より突出する突起部４１ａが形成されている。この場合、長辺側の端辺の端部は、渦巻状電極群ａ１の最外周に位置するカドミウム負極板３１（図１参照）の端部に露出した芯体３１ａに交差するまでの長さとなされている。

一方、図１６に示す第２変形例の底部集電体４２においては、ニッケル鍍金鋼板をプレス機での打ち抜き成型により作製されており、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、平面形状が長方形状に形成されていて、その幅方向の中心部にＶビード４２ｂが形成されているとともに、長辺側の両端辺は折り曲げ加工により本体より突出する突起部４２ａが形成されている。この場合、長辺側の端辺の両端部は、渦巻状電極群ａ１の最外周に位置するカドミウム負極板３１（図１参照）の端部に露出した芯体３１ａに交差するまでの長さとなされている。
これらの第１変形例の底部集電体４１および第２変形例の底部集電体４２においては、渦巻状電極群の中心部側での集電性が向上することとなる。

なお、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−カドミウム二次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−カドミウム二次電池以外にも、ニッケル−水素二次電池などのアルカリ二次電池やリチウムイオン電池などの芯体に集電体が溶接されるタイプの密閉型二次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。

１１，１２，１３，１４・底部集電体（負極集電体）、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ・突起部、３１・カドミウム負極、３１ａ・負極芯体、３２・ニッケル正極、３２ａ・正極芯体、３３・セパレータ、３４・上部集電体（正極集電体）、３４ａ・集電タブ部、３５・外装缶、３５ａ，３５ｂ・凹部、３５ｂ・環状溝部、３５ｃ・先端部、３６・封口体、３６ａ・正極蓋、３６ｂ・正極キャップ、３６ｃ・弁体、３６ｄ・スプリング、３７・封口ガスケット、３８・リング状のスペーサ

Claims (5)

1. 正極と負極とセパレータとからなる渦巻状電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に底部集電体が溶接され、他方極より延出した電極芯体の端部に上部集電体が溶接された電極体が一方極の端子を兼ねる金属製で有底の外装缶内に収容され、当該外装缶との開口部が絶縁体を介して配置された他方極の端子を兼ねる封口体により封止された密閉型二次電池であって、
   前記底部集電体は四角形状の板状体により形成されており、該四角形状の板状体の相対向する一組の端縁はＬ字状に折り曲げられていて、該板状体より突出する突起部が形成されているとともに、当該突起部が前記電極群の一方極より延出した電極芯体の端部に溶接されており、
   前記有底の外装缶の底面には外装缶の内部に向けて突出する凹部が形成されていて、該凹部と前記底部集電体とが直接電気接続されていることを特徴とする密閉型二次電池。
2. 前記凹部は外装缶底面の中央部に円形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型二次電池。
3. 前記凹部は外装缶底面の中央部に前記底部集電体の外形形状と略同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型二次電池。
4. 前記底部集電体のＬ字状に折り曲げられて板状体より突出する突起部の少なくとも一方は前記渦巻状に巻回された電極群の一方極の最外周の電極芯体に溶接されてい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密閉型二次電池。
5. 前記底部集電体の四角形状の板状体の相対向する一組の端縁間の長さ（幅）をｌとし、前記渦巻状に巻回された電極群の一方極の最外周に形成された円の長径をＬとした場合、（１／４）Ｌ≦ｌ≦（１／２）Ｌの関係を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の密閉型二次電池。

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