JP2012022868A - 電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の生産工程の環境と効率を改善するとともに、電池の耐破壊性をも向上させる。
【解決手段】極板群を挿入するための樹脂製の電槽と、この極板群の正極極柱に接続させた正極端子と負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池であって、電槽と蓋とを接合させる第１の接合部と、蓋と正極端子および負極端子とを接合させる第２の接合部とを、それぞれ電槽および蓋と同種の樹脂を用いた第１のアウトサート射出成型部および第２のアウトサート射出成型部で封口したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池など樹脂製の電槽を用いる電池に関するものである。

樹脂製の電槽と樹脂製の蓋（上蓋と中蓋に分かれる場合の中蓋に該当）とを組み合わせて構成される鉛蓄電池などの電池は、電槽と蓋の接合部、正極端子および負極端子の周辺、あるいは複数の極板群を１つの電槽の内部で接続する場合はセル間接続部において、各部品を接合して封口する必要がある。この封口の方法は、部品や部位、そこで用いられる材質によって異なるが、熱板溶着、超音波溶着、振動溶着および接着剤により封口する方法などが採られる。

特に密閉性が求められる制御弁式鉛蓄電池の場合、電槽や蓋などにアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）を選択することが多い。また電解液の液面を確認するための透過性が求められる液式鉛蓄電池の場合、ＡＢＳに代えてポリプロピレン樹脂（ＰＰ）を選択することが多い。電槽と蓋の封口やセル間接続部の封口に関して、ＡＢＳは熱板溶着、超音波溶着および振動溶着などの溶着条件が限られるので接着剤を用いるが、ＰＰはＡＢＳに比べて広範な条件で溶着できるので電槽と蓋の封口には熱板溶着を用い、セル間接続部は電槽の中仕切りを貫通させた接続部品を抵抗溶接して封口する。しかしいずれの場合も、接合させる部位の形状や材質が多岐に亘るため、端子の周辺は特許文献１のように接着剤で封口する方法が採用されている。

特開平０４−０９５３４４号公報

しかしながら端子の周辺を封口するために用いた接着剤を十分に硬化させるためには、比較的短時間で完了させるために高温環境下に晒すか、高温環境を嫌って常温下に１日以上放置する必要があり、工程上のロス（高温環境を整えるためのエネルギーまたは常温下での放置時間）を容認する必要が生じる。

また人体や環境への影響を回避するために、接着剤を硬化させる際に揮発する溶剤を適切に処理する必要も生じる。

さらには上述したように細心の注意を払ったとしても、電槽と蓋との間に接着剤という異種材料が介入されるため、万一電池に落下などの衝撃が加わった際の耐破壊性が不十分である。

本発明は上述した課題を解決するためのものであって、電池の生産工程の環境と効率を改善するとともに、電池の耐破壊性をも向上させることを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、極板群を挿入するための樹脂製の電槽と、この極板群の正極極柱に接続させた正極端子と負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池であって、電槽と蓋とを接合させる第１の接合部と、蓋と正極端子および負極端子とを接合させる第２の接合部とを、それぞれ電槽および蓋と同種の樹脂を用いた第１のアウトサート射出成型部および第２のアウトサート射出成型部で封口したことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、一体化した第１のアウトサート射出成型部と第２のアウトサート射出成型部で、電槽の側壁の上端を覆ったことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る発明は、極板群を挿入するための複数のセル室を有する樹脂製の電槽と、複数の極板群を接続するためのセル間接続部と、複数のセル室のうち一端の極板群の正極極柱に接続させた正極端子と、複数のセル室のうち他端の極板群の負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池であって、
電槽と蓋とを接合させる第１の接合部と、蓋と正極端子および負極端子とを接合させる第２の接合部と、蓋とセル間接続部とを接合させる第３の接合部とを、それぞれ電槽および蓋と同種の樹脂を用いた第１のアウトサート射出成型部、第２のアウトサート射出成型部および第３のアウトサート射出成型部で封口したことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項３の発明において、一体化した第１のアウトサート射出成型部と第２のアウトサート射出成型部で、電槽の側壁の上端を覆ったことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る発明は、極板群を挿入するための樹脂製の電槽と、この極板群の正極極柱に接続させた正極端子と負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池の製造方法であって、電槽と蓋とを接合させる第１の接合部と、蓋と正極端子および負極端子とを接合させる第２の接合部とを、一度のアウトサート射出成型で封口する工程を含むことを特徴とする。

本発明の請求項６に係る発明は、極板群を挿入するための複数のセル室を有する樹脂製の電槽と、複数の極板群を接続するためのセル間接続部と、複数のセル室のうち一端の極板群の正極極柱に接続させた正極端子と、複数のセル室のうち他端の極板群の負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池の製造方法であって、電槽と蓋とを接合させる第１の接合部と、蓋と正極端子および負極端子とを接合させる第２の接合部と、蓋とセル間接続部とを接合させる第３の接合部とを、一度のアウトサート射出成型で封口する工程を含むことを特徴とする。

従来はこれらの部位を別工程で封口していたが、アウトサート射出成型という１つの工程で封口することにより、飛躍的な効率化が図れる。また接着剤を用いることなく封口できるため、工程上のロス（高温環境を整えるためのエネルギーまたは常温下での放置時間）を排除できる上に、溶剤を揮発させるための処理に掛かる設備や配慮も排除できる。さらには電槽や蓋と同種の樹脂を射出するので、成型後は一体成型品に近づき、耐破壊性が向上する。

ところで射出するのが電槽や蓋と同種の樹脂であっても、電槽や蓋との境界には、成型後も耐破壊性に劣る境界部が残留する。さらに正極端子および負極端子は比重が１１ｇ／ｍｌを超える鉛（あるいは鉛合金）で構成されるので、落下などによってこの端子の周辺に応力が掛かった場合、電槽と蓋との境界部を基点とした破壊が起こる可能性がある。これを踏まえ、一体化した第１のアウトサート射出成型部と第２のアウトサート射出成型部で電槽の側壁の上端を覆うことで、落下による衝撃を受けやすい部位は境界部ではなくなり、電池の破壊性はさらに向上することになる。

本発明によれば、接着剤を用いないことで電池の工程環境および効率を改善するとともに、電池の耐破壊性をも向上させることができるようになる。

本発明の第１の実施形態における電池の正面断面図 本発明の第１の実施形態における電池の側面断面図 （ａ）本発明の第１の実施形態における電池をアウトサート樹脂成形する直前の正面断面図、（ｂ）同直後の正面断面図 本発明の第２の実施形態における電池の正面断面図 従来の電池の正面断面図

以下に、図を用いて本発明を実施するための形態について詳述する。

（第１の実施形態）
ここでは１つの電槽の内部に１つの極板群を挿入している鉛蓄電池について示す。図１はこの態様における正面断面図であり、図２は側面断面図であり、図３（ａ）（ｂ）はこの態様の電池をアウトサート樹脂成形する直前と直後の正面断面図である。

セパレータ３を介して正極板１と負極板２とを対峙させて極板群を構成する。正極極板群棚４と正極極柱６とが一体化した鋳型Ａに鉛合金の溶湯を注ぎ、負極極板群棚５と負極極柱７とが一体化した鋳型Ｂに鉛合金の溶湯を注ぎ、鋳型Ａに正極板１の耳部１１の集合体を、鋳型Ｂに負極板２の耳部２１の集合体をそれぞれ差し込む。それぞれの溶湯が冷えて固まることで、正極板１が正極極板群棚４を介して正極極柱６と電気的に接続され、負極板２が負極極板群棚５を介して負極極柱７と電気的に接続される。次いで極板群を樹脂製の電槽８に挿入し、穴部１０ａおよび１０ｂを設けた中蓋９で電槽８の開口部を塞ぐ。このとき正極極柱６は穴部１０ａを貫通させるとともに正極極板群棚４の上面に当接させ、負極極柱７は穴部１０ｂを貫通させるとともに負極極板群棚５の上面に当接させる。さらに正極極柱６に正極端子１２を接続し、負極極柱７に負極端子２２を接続し、仕掛品を構成する。

この仕掛品を射出成形機の可動側金型１３の所定位置に装着し、射出成形機を始動させると、可動側金型１３と固定側金型１４が型締めされ、シリンダー１５の先端のノズル１６から樹脂が射出され、固定側金型１４と仕掛品の上部に設けた隙間に射出された樹脂が充填される。本発明では、固定側金型１４の形状を適正化することにより、電槽８と中蓋９とを接合させる第１の接合部と、中蓋９と正極端子１２および負極端子２２とを接合させる第２の接合部（ここでは一体化してアウトサート射出成型部１８ａ）とを、一度のアウトサート射出成型で封口する。これによって図１〜２に示すように、第１および第２のアウトサート射出成型部が一体化したアウトサート射出成型部１８ａが第１および第２の接合部を封口するとともに電槽８の側壁の上端を覆うことになる。

正極端子１２および負極端子２２は比重が１１ｇ／ｍｌを超える鉛（あるいは鉛合金）で構成されるので、落下などによってこれらの周辺に応力が掛かった場合、電槽８と中蓋９との境界部を基点とした破壊が起こる可能性がある。これを踏まえ、一体化したアウトサート射出成型部１８ａで電槽８の側壁の上端を覆うことで、落下による衝撃を受けやすい部位は１つの部品であって境界部ではなくなるので、電池の破壊性はさらに向上することになる。

（第２の実施形態）
ここでは１つの電槽の内部に複数の極板群を挿入している鉛蓄電池について示す。図４はこの態様における正面断面図である。なおこの態様の電池をアウトサート樹脂成形する直前と直後については、一部の差異を除いて図３を参酌して説明できる。

セパレータ３を介して正極板１と負極板２とを対峙させて３つの極板群を構成する。正極極板群棚４と正極極柱６とが一体化した鋳型Ａに鉛合金の溶湯を注ぎ、負極極板群棚５と負極極柱７とが一体化した鋳型Ｂに鉛合金の溶湯を注ぎ、鋳型Ａに正極板１の耳部１１の集合体を、鋳型Ｂに負極板２の耳部２１の集合体をそれぞれ差し込む。それぞれの溶湯が冷えて固まることで、正極板１が正極極板群棚４を介して正極極柱６と電気的に接続され、負極板２が負極極板群棚５を介して負極極柱７と電気的に接続される。次いで３つの極板群を樹脂製の電槽８におけるそれぞれのセル室に挿入し、穴部１０ａおよび１０ｂを設けた中蓋９で電槽８の開口部を塞ぐ。このとき正極極柱６は穴部１０ａを貫通させるとともに正極極板群棚４の上面に当接させ、負極極柱７は穴部１０ｂを貫通させるとともに負極極板群棚５の上面に当接させる。さらに隣り合った正極極柱６と負極極柱７とをセル間接続部１７で接続し、一端の極板群の正極極柱６に正極端子１２を接続し、他端の極板群の負極極柱７に負極端子２２を接続し、仕掛品を構成する。

この仕掛品を射出成形機の可動側金型１３の所定位置に装着し、射出成形機を始動させると、可動側金型１３と固定側金型１４が型締めされ、シリンダー１５の先端のノズル１６から樹脂が射出され、固定側金型１４と仕掛品の上部に設けた隙間に射出された樹脂が充填される。本発明では、固定側金型１４の形状を適正化することにより、電槽８と中蓋９とを接合させる第１の接合部と、中蓋９と正極端子１２および負極端子２２とを接合させる第２の接合部と、中蓋９とセル間接続部１７とを接合させる第３の接合部とを一度のアウトサート射出成型で封口する。なお図４では第１および第２のアウトサート射出成型部が一体化してアウトサート射出成型部１８ａを構成し、第３のアウトサート射出成型部はアウトサート射出成型部１８ｂで示される。これによって図４に示すように、第１および第２のアウトサート射出成型部が一体化したアウトサート射出成型部１８が第１および第２の接合部を封口するとともに電槽８の側壁の上端を覆い、第３のアウトサート射出成型部であるアウトサート射出成型部１８ｂが第３の接合部を封口することになる。

正極端子１２および負極端子２２は比重が１１ｇ／ｍｌを超える鉛（あるいは鉛合金）で構成されるので、落下などによってこれらの周辺に応力が掛かった場合、電槽８と中蓋９との境界部を基点とした破壊が起こる可能性がある。これを踏まえ、一体化したアウトサート射出成型部１８ａで電槽８の側壁の上端を覆うことで、落下による衝撃を受けやすい部位は１つの部品であって境界部ではなくなるので、電池の破壊性はさらに向上することになる。

上述した第１および第２の実施形態を採ることで、アウトサート射出成型という１つの工程で封口できるようになり、例えば図５に示した従来の電池のように、接着剤１９を用いて別工程にて各々の部位を封口する煩雑さから解放されるため、飛躍的な効率化が図れる。またこれらの実施形態は接着剤１９を用いないので、工程上のロス（高温環境を整えるためのエネルギーまたは常温下での放置時間）を排除できる上に、溶剤を揮発させるための処理に掛かる設備や配慮も排除できる。なお図１、２および４に示したように第１および第２のアウトサート射出成型部を一体化してアウトサート射出成型部１８ａにしない形態であっても、電槽８や中蓋９と同種の樹脂を射出して第１〜３のアウトサート射出成型部を構成することで全体的に一体成型品に近い構造物となるので、耐破壊性は十分に向上することになる。

なおここまでは、樹脂製の電槽８を用いる電池として鉛蓄電池を用いて詳述したが、同様の構成を採る電池、例えば角型のニッケル水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池や非水電解液二次電池などであっても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

前記したように本発明によれば、接着剤を用いないことで電池の工程環境および効率を改善するとともに、電池の耐破壊性をも向上させることができるようになるので、その工業的価値は高い。

１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 正極極板群棚
５ 負極極板群棚
６ 正極極柱
７ 負極極柱
８ 電槽
９ 中蓋
１０ａ、１０ｂ 穴部
１１、２１ 耳部
１２ 正極端子
１３ 可動側金型
１４ 固定側金型
１５ シリンダー
１６ ノズル
１７ セル間接続部
１８、１８ａ、１８ｂ アウトサート射出成型部
１９ 接着剤
２２ 負極端子

Claims (6)

1. 極板群を挿入するための樹脂製の電槽と、この極板群の正極極柱に接続させた正極端子と負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池であって、
   前記電槽と前記蓋とを接合させる第１の接合部と、前記蓋と前記正極端子および前記負極端子とを接合させる第２の接合部とを、それぞれ前記電槽および前記蓋と同種の樹脂を用いた第１のアウトサート射出成型部および第２のアウトサート射出成型部で封口したことを特徴とする電池。
2. 一体化した前記第１のアウトサート射出成型部と前記第２のアウトサート射出成型部で、前記電槽の側壁の上端を覆ったことを特徴とする、請求項１記載の電池。
3. 極板群を挿入するための複数のセル室を有する樹脂製の電槽と、複数の極板群を接続するためのセル間接続部と、複数のセル室のうち一端の極板群の正極極柱に接続させた正極端子と、複数のセル室のうち他端の極板群の負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池であって、
   前記電槽と前記蓋とを接合させる第１の接合部と、前記蓋と前記正極端子および前記負極端子とを接合させる第２の接合部と、前記蓋と前記セル間接続部とを接合させる第３の接合部とを、それぞれ前記電槽および前記蓋と同種の樹脂を用いた第１のアウトサート射出成型部、第２のアウトサート射出成型部および第３のアウトサート射出成型部で封口したことを特徴とする電池。
4. 一体化した前記第１のアウトサート射出成型部と前記第２のアウトサート射出成型部で、前記電槽の側壁の上端を覆ったことを特徴とする、請求項３記載の電池。
5. 極板群を挿入するための樹脂製の電槽と、この極板群の正極極柱に接続させた正極端子と負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池の製造方法であって、
   前記電槽と前記蓋とを接合させる第１の接合部と、前記蓋と前記正極端子および前記負極端子とを接合させる第２の接合部とを、一度のアウトサート射出成型で封口する工程を含むことを特徴とする電池の製造方法。
6. 極板群を挿入するための複数のセル室を有する樹脂製の電槽と、複数の極板群を接続するためのセル間接続部と、複数のセル室のうち一端の極板群の正極極柱に接続させた正極端子と、複数のセル室のうち他端の極板群の負極極柱に接続させた負極端子と、電槽の開口部と組み合わせる樹脂製の蓋とからなる電池の製造方法であって、
   前記電槽と前記蓋とを接合させる第１の接合部と、前記蓋と前記正極端子および前記負極端子とを接合させる第２の接合部と、前記蓋と前記セル間接続部とを接合させる第３の接合部とを、一度のアウトサート射出成型で封口する工程を含むことを特徴とする電池の製造方法。

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