JP3723433B2 - 組電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極と負極がセパレータを介して積層された電極群と電解液とを一方極の端子を兼ねる金属製外装缶内に密封して収容された単電池の複数個が溶接接続された組電池および組電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−水素化物蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回した後、正極あるいは負極の端部に集電体を接続して電極体を形成し、この電極体を金属製電池ケースに収納して集電体から延伸するリード部を封口体に溶接した後、封口体を電池ケースの開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。このようなアルカリ蓄電池が電動工具や電気自動車などの用途に用いられる場合、高出力が要求されるため、複数の単電池を直列に接続して組電池にして使用されるのが一般的である。
【０００３】
このような組電池は、図１２に示すように、単電池８０ｂの封口板８１に正極端子として設けている正極キャップ８２にリード板８５の一端を溶接するとともに、単電池８０ａの金属製外装缶８３の底部８４にリード板８５の他端を溶接した後、リード板８５の中央部をＵ字状に折り曲げることにより、複数の単電池８０ａ，８０ｂを直列に接続して作製される。
【０００４】
ところで、Ｕ字状に折り曲げられたリード板８５を介して接続された複数の単電池８０ａ，８０ｂを放電させると、リード板８５を通して放電電流が流れるため、リード板８５が長くなるほど、またリード板８５が薄くなるほど抵抗電圧降下が大きくなる。この抵抗電圧降下は放電電流が小さいときはそれほど問題にはならないが、電動工具や電気自動車などの大電流が流れる用途に用いられる場合には、抵抗電圧降下により作動電圧が低下するという問題を生じた。
【０００５】
このため、リード板を用いることなく、直接、単電池の相対向する端子間を半田付けして単電間を接続する方法が考えられたが、半田付けは溶接と比較して、半田付け部の強度が弱くて確実に接続することが難しいという問題があった。また、単電池の相対向する電極間を半田付けするのは面倒で作業効率が悪いという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、種々の実験を重ねた結果、電池の充電方向または放電方向に溶接電流を流して、単電池の相隣接する端子間を直接溶接するという画期的な方法を開発した。この方法は、図１３に示すように、複数の単電池９０ａ，９０ｂを図示しない保持筒に入れて一列に整列させた後、これらの上端の単電池の正極キャップ９２の上に一方の溶接電極９６を配置し、下端の単電池の金属製外装缶９３の底部９４に他方の溶接電極９７を配置する。
【０００７】
この後、両溶接電極９６，９７間に加圧力を加えながら電圧を印加して、大電流パルスを通電する。これにより、単電池９０ａの金属製外装缶９３の底部９４と単電池９０ｂの正極キャップ９２の接触部が溶融して溶接されるというものである。
これにより、単電池の相隣接する端子間が直接溶接されるため、この溶接部分での抵抗電圧降下が減少して組電池の作動電圧が向上するようになる。
【０００８】
しかしながら、上述のように、複数の単電池を一列に整列させた後、これらの両端部に一対の溶接電極を配置して、両溶接電極間に加圧力を加えながら電圧を印加して大電流パルスを通電して、一方の単電池の金属製外装缶の底部と他方の単電池の正極キャップとの接触部を溶接すると、両溶接電極間に加圧力を加えた際に、直接、正極キャップに過大な加圧力が付与されることとなる。正極キャップに過大な加圧力が付与されると、正極キャップは圧縮されたり、変形を生じるという問題を生じた。
【０００９】
また、正極キャップ内には圧力弁が配置されているため、正極キャップが圧縮されたり、変形を生じると、この圧力弁が正常に動作しなくなる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、多数の単電池を溶接しても、圧力弁を内蔵するキャップ部に損傷を与えることなく、かつ溶接不良が発生しない構造の組電池を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するため、本発明の組電池は、一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との間にキャップに対応する位置にこのキャップより大径の開口部を有する接続部材を備え、溶接前のキャップ上面と外装缶底部との距離が、溶接前の接続部材外装缶底部側表面と外装缶底部との距離よりも長く、この接続部材と一方の単電池の封口体との接触部、およびこの接続部材と他方の単電池の外装缶底部との接触部がそれぞれ溶接接続されている。
【００１１】
このように、接続部材と一方の単電池の封口体との接触部および接続部材と他方の単電池の外装缶底部との接触部とがそれぞれ溶接接続された構造となっていると、接続部材を介して一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部とが電気的に接続され、一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との接続部の集電経路が接続部材の高さ、即ち、一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との間の長さとなるため、接続部での抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになる。
【００１２】
また、封口体に設けられたキャップに対応する位置にキャップより大径の開口部を有する接続部材を介して一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部とが電気的に接続されていると、封口体に設けられたキャップは溶接されることがないため、キャップが圧縮されて変形を生じたり、損傷することがなくなる。これにより、キャップ内に配設された安全弁の作動圧に影響を与えることがない組電池となる。
【００１３】
そして、接続部材が導電性を有する材料により構成されて、その外径が外装缶の開口部の内径よりも小径の環状の基板部とこの基板部より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部とこの凸部の底部より突出する突起部とを備える構成にすると、基板部より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部により環状の接続部材は、一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との間に弾性を付与することができるようになる。
【００１４】
このため、下方向（あるいは上方向）に突出する突起部と一方の単電池の封口体との溶接部、および上方向（あるいは下方向）に突出する突起部と他方の単電池の外装缶底部との溶接部の溶接強度が向上し、溶接部での抵抗電圧降下がさらに減少して、作動電圧がより高い組電池が得られるようになる。この場合、環状の基板部の外径が外装缶の開口部の内径よりも小径であるので、一方の単電池の外装缶の上端部と他方の単電池の外装缶底部とが接触することが防止でき、溶接不良を生じない組電池が得られるようになる。
【００１５】
また、環状の基板部の一部に、前記キャップの直径よりも幅の大きい切り欠き部を有するようにすると、各単電池を一列に整列配置した後に、各単電池間に接続部材を挿入することが可能となるので、各単電池の整列配置作業が容易になる。また、基板部の形状は環状に限らず、多角形状としてもよい。また、接続部材を外装缶の開口部の外周に沿って弧状あるいは屈折状に屈曲した第１基板部と、外装缶の開口部の外周に沿って弧状あるいは屈折状に屈曲した第２基板部とから構成し、これらの第１基板部と第２基板部とをキャップを間にして互いに離間して配置されることによって、その中心部が開口部を形成しているようにすると、各単電池間への接続部材の挿入作業がさらに容易になる。
【００１６】
そして、このような接続部材を用いて構成した組電池が何らかの事故により溶接部が破断した場合、突起部の厚みが外装缶の底部の厚みより厚いと、外装缶の底部の溶接部分が破れて電解液が漏洩するという恐れが生じる。このため、突起部の厚みおよび凸部の底部の厚みは外装缶の底部の厚みよりも薄く形成することが好ましい。また、基板部の厚みを外装缶の底部の厚みよりも薄くすると、接続部材の抵抗値が上昇して、組電池の出力特性が低下するという問題を生じるため、基板部の厚みは外装缶の底部の厚みよりも厚く形成することが好ましい。
【００１７】
また、環状の接続部材はその外径が外装缶の開口部の内径よりも小径の環状の絶縁性基板と導電性リングとが一体的に形成されて、導電性リングは基板の基板の内部でこの基板より上下方向に突出して形成されていると、導電性リングを介して一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部とが接続されることとなるので、集電経路は導電性リングの高さとなるため、接続部の抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになる。
この場合、環状の絶縁性基板の外径が外装缶の開口部の内径よりも小径であり、この内方に導電性リングが形成されているので、一方の単電池の外装缶の上端部と他方の単電池の外装缶底部とが接触することを確実に防止できるようになって、さらに溶接不良を生じない組電池が得られるようになる。
【００１８】
また、環状の接続部材は導電性を有する材料により構成されて、円筒部とこの円筒部の底部に一体的に形成された環状のフランジ部とを備えるとともに、円筒部の外周部に絶縁性リングが配置されて、フランジ部が一方の単電池の封口体に溶接され、円筒部の上端部が他方の単電池の外装缶底部に溶接されていると、集電経路は円筒部の高さとなるため、接続部の抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになる。
この場合、円筒部の外周部に絶縁性リングが配置されているので、一方の単電池の外装缶の上端部と他方の単電池の外装缶底部とが接触することを確実に防止できるようになって、さらに溶接不良を生じない組電池が得られるようになる。
【００１９】
さらに、環状の接続部材は封口体と一体的に形成されて、封口体より突出するキャップに同心的に形成された円筒体を備えるとともに、円筒体の外周部に絶縁性リングが配置されて、円筒体の下端部が一方の単電池の封口体に溶接され、円筒体の上端部が他方の単電池の外装缶底部に溶接されていると、集電経路は円筒体の高さとなるため、接続部の抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになる。
この場合も、円筒体の外周部に絶縁性リングが配置されているので、一方の単電池の外装缶の上端部と他方の単電池の外装缶底部とが接触することを確実に防止できるようになって、さらに溶接不良を生じない組電池が得られるようになる。
【００２０】
そして、本発明の組電池の製造方法は、キャップに対応する位置にキャップより大径の開口部を有する接続部材を一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との間に配置して、溶接前のキャップ上面と外装缶底部との距離が、溶接前の接続部材外装缶底部側表面と外装缶底部との距離よりも長くして、単電池の複数個を一列に整列させた後、一列に整列された複数個の単電池の両端部を所定の圧力で加圧するとともに、任意の２個の単電池の金属製外装缶に接触して配置された一対の溶接電極間に溶接電流を流して、の接続部材と一方の単電池の封口体および接続部材と他方の単電池の外装缶底部とをそれぞれ溶接するようにしている。
【００２１】
このように、キャップに対応する位置にキャップより大径の開口部を有する接続部材を間に配置て単電池の複数個を一列に整列させた後、これらの両端部を所定の圧力で加圧するとともに、任意の２個の単電池の金属製外装缶に接触して配置された一対の溶接電極間に溶接電流を流すと、溶接電流は一対の溶接電極の一方から、一方の単電池の外装缶底部、接続部材、他方の単電池のキャップおよび他方の単電池内を通して、一対の溶接電極の他方へ、あるいはその逆方向へと流れるようになる。
【００２２】
これにより、一方の単電池の外装缶の底部と接続部材との接触部、および他方の単電池のキャップと接続部材との接触部にジュール熱が発生して、これらの接触部が溶融して、これらの接触部が溶接される。この結果、溶接用の正極用リード板を用いなくても、一方の単電池の外装缶の底部と他方の単電池のキャップとが接続部材を介して溶接接続されるので、接触部での抵抗電圧降下が減少して、多数の単電池を直列に接続された内部抵抗の低い組電池が得られるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。なお、図１は実施例１の接続部材を示す図であり、図１（ａ）はその斜視図であり、図１（ｂ）はその上面図であり、図１（ｃ）はその正面図である。図２は実施例１の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。なお、図２の接続部材は図１（ｂ）のｘ−ｘ断面を示している。また、図３は実施例２の接続部材を示す図であり、図３（ａ）はその斜視図であり、図３（ｂ）はその上面図であり、図３（ｃ）はその正面図である。
【００２４】
図４は実施例３の接続部材を示す図であり、図４（ａ）はその斜視図であり、図４（ｂ）はその上面図であり、図４（ｃ）はその正面図である。図５は実施例４の接続部材を示す図であり、図５（ａ）はその斜視図であり、図５（ｂ）はその上面図であり、図５（ｃ）はその正面図である。また、図６は本発明の溶接装置の一例を模式的に示す斜視図であり、図７は図６の装置を用いて組電池の単電池間を溶接する状態を示す上面図である。さらに、図８は本発明の接続部材の厚みと単電池の外装缶の厚みとの関係を示すために、接続部材と単電池の外装缶との溶接部分の要部を拡大して示す断面図である。
【００２５】
１．単電池の作製
まず、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質を同ニッケル焼結多孔体内に充填してニッケル正極板１を作製するとともに、パンチングメタルからなる極板芯体の表面に水素吸蔵合金からなるペースト状負極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延して水素吸蔵合金負極板２を作製する。
【００２６】
これらのニッケル正極板１と水素吸蔵合金負極板２との間にセパレータ３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後、この渦巻状電極群の上端面に露出する極板芯体に正極集電体４を溶接するとともに、下端面に露出する極板芯体に負極集電体（図示せず）を溶接した。ついで、正極集電体４の上部に中央部が円筒状になるように折り曲げ加工された正極用リード５を溶接した後、これらを鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）６内に収納し、水素吸蔵合金負極板２に溶接された負極集電体を外装缶６の内底面に溶接する。
【００２７】
ついで、外装缶６の上部内周側に防振リング（図示せず）を挿入し、外装缶６の上部外周側に溝入れ加工を施して防振リングの上端部に凹部を形成した後、外装缶６内に３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなる電解液を注入する。ついで、この外装缶６の開口部の上部に、封口板７の底面が正極用リード５の円筒部分に接触するように配置する。
ここで、封口板７の上部には正極キャップ（正極外部端子）８が設けられており、この正極キャップ８内には弁板７ａとスプリング７ｂからなる弁体を備えており、封口体７の中央にはガス抜き孔が形成されており、封口板７と正極キャップ８とで封口体が形成される。
【００２８】
ついで、封口体７の周縁に絶縁ガスケット９を嵌着させ、プレス機を用いて封口体７に加圧力を加えて、絶縁ガスケット９の下端が外装缶６の上部外周に設けられた凹部の位置になるまで封口体７を外装缶６内に押し込む。この後、外装缶６の開口端縁を内方にかしめて電池を封口することによりニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃが得られる。
【００２９】
２．単電池間の接続部材
（１）実施例１
実施例１の単電池間の接続部材１０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されており、図１、図２に示すように、中心部に正極キャップ８の外径よりも大径で円形の開孔１４を有するとともに外径が外装缶６の開口部の内径よりも小径に形成された環状の基板部１１と、この環状の基板部１１より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部１２，１２・・・と、この凸部１２の底部より突出する突起部１３とを備えている。なお、基板部１１より上方向に突出する凸部１２の突起部１３の先端から基板部１１より下方向に突出する凸部１２の突起部１３の先端までの長さは、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００３０】
（２）実施例２
実施例２の単電池間の接続部材２０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されており、図３に示すように、中心部に正極キャップ８の外径よりも大径で円形の開孔２４を有するとともに、外径が外装缶６の開口部の内径よりも小径で、かつその一部に切り欠き部２５が形成された環状の基板部２１と、この環状の基板部２１より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部２２，２２・・・と、この凸部２２の底部より突出する突起部２３とを備えている。
【００３１】
なお、基板部２１に形成された切り欠き部２５の幅は正極キャップ８の直径よりも若干大きく形成されている。このため、後述するように、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃを整列配置した後に、単電池ＡとＢとの間および単電池ＢとＣとの間に接続部材２０を挿入することが可能となるので、各単電池の整列配置作業が容易になる。また、基板部２１より上方向に突出する凸部２２の突起部２３の先端から基板部２１より下方向に突出する凸部２２の突起部２３の先端までの長さは、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００３２】
（３）実施例３
実施例３の単電池間の接続部材３０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されており、図４に示すように、中心部に正極キャップ８の外径よりも大径で多角形状の開孔３４を有するとともに外径が外装缶６の開口部の内径よりも小径に形成された多角形状の基板部３１と、この環状の基板部３１より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部３２，３２・・・と、この凸部３２の底部より突出する突起部３３とを備えている。
【００３３】
なお、基板部３１に形成された切り欠き部３５の幅は正極キャップ８の直径よりも若干大きく形成されている。このため、後述するように、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃを整列配置した後に、単電池ＡとＢとの間および単電池ＢとＣとの間に接続部材３０を挿入することが可能となるので、各単電池の整列配置作業が容易になる。また、基板部３１より上方向に突出する凸部３２の突起部３３の先端から基板部３１より下方向に突出する凸部３２の突起部３３の先端までの長さは、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００３４】
（４）実施例４
実施例４の単電池間の接続部材４０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板のプレス成形により形成されており、図５に示すように、外装缶の開口部の外周に沿って屈折状に屈曲した第１基板部４１と、外装缶の開口部の外周に沿って屈折状に屈曲した第２基板部４４とからなる。これらの第１基板部４１と第２基板部４４は、これらが外装缶６の開口部内に配置できるとともに、その中心部に正極キャップ８が配置できるように、正極キャップ８を間にして互いに離間して配置される。
第１基板部４１には第１基板部４１より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部４２，４２・・・と、この凸部４２の底部より突出する突起部４３とを備えており、第２基板部４４には第２基板部４４より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部４５，４５・・・と、この凸部４５の底部より突出する突起部４６とを備えている。
【００３５】
なお、接続部材を外装缶の開口部の外周に沿って屈折状に屈曲した第１基板部４１と、外装缶の開口部の外周に沿って屈折状に屈曲した第２基板部４４とから構成し、これらの第１基板部４１と第２基板部４４とを正極キャップ８を間にして互いに離間して配置されることによって、その中心部が開口部を形成しているようにすると、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃ間への第１基板部４１および第２基板部４４の挿入作業がさらに容易になる。
また、第１基板部４１（第２基板部４４）より上方向に突出する凸部４２（４５）の突起部４３（４６）の先端から第１基板部４１（第２基板部４４）より下方向に突出する凸部４２（４５）の突起部４３（４６）の先端までの長さは、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
さらに、第１基板部４１および第２基板部４４を外装缶の開口部の外周に沿って屈折状に屈曲させることに代えて、外装缶６の開口部の外周に沿って弧状に滑らかに屈曲させるようにしてもよい。
【００３６】
３．溶接装置
本発明の組電池を製造するための溶接装置は、図６、図７に示すように、溶接用上電極１０１と溶接用下電極１０２からなる一方の極性の溶接用上下電極と、溶接用上電極１０３と溶接用下電極１０４からなる他方の極性の溶接用上下電極とからなる一対の溶接電極と、各溶接用下電極１０２，１０４間に配置される絶縁体からなる絶縁載置台１０５と、溶接用下電極１０４の外側に配置される絶縁体からなる絶縁載置台１０６と、直列接続となるように一列に配列されて組電池となる各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの両端部を加圧する一対の加圧部材１０７，１０８と、溶接用上電極１０１，１０３または溶接用下電極１０２，１０４に溶接電流を供給する溶接用電源１１０（図７参照）とから構成される。
【００３７】
溶接用下電極１０２，１０４は、銅などの導電性が良好な金属材料を角柱状に形成することにより構成され、その中央部には各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの下半分の外形形状に一致する溝部１０２ａ，１０４ａがそれぞれ単電池の配列方向に沿って形成されている。また、溶接用上電極１０１，１０３は、溶接用下電極１０２，１０４と同様に、銅などの導電性が良好な金属材料を角柱状に形成することにより構成され、その中央部には各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの上半分の外形形状に一致する溝部１０１ａ，１０３ａが単電池の配列方向に沿ってそれぞれ形成されている。
【００３８】
そして、各溶接用下電極１０２，１０４の上に各溶接用上電極を１０１，１０３を載置することにより、溝部１０２ａと１０１ａとで形成される空間部、および溝部１０４ａと１０３ａとで形成される空間部は、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの外形形状に一致することとなる。これにより、溶接用下電極１０２の溝部１０２ａ上に単電池Ａ（Ｂ，Ｃ）を配置し、この上に溶接用上電極１０１を載置することにより単電池Ａ（Ｂ，Ｃ）は固定され、溶接用下電極１０４の溝部１０４ａ上に単電池Ｂ（Ａ，Ｃ）を配置し、この上に溶接用上電極１０３を載置することにより単電池Ｂ（Ａ，Ｃ）は固定されることとなる。
【００３９】
絶縁載置台１０５，１０６は、合成樹脂、セラミック等の絶縁材料を角柱状に形成することにより構成され、その中央部には各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの下半分の外形形状に一致する溝部１０５ａ，１０６ａが単電池の配列方向に沿ってそれぞれ形成されている。なお、図６、図７においては、単電池として単電池Ａ，Ｂ，Ｃの３つを用いて組電池とし、これらを絶縁載置台１０５，１０６に載置する例を示しているが、接続される単電池の個数が多い組電池とする場合には、絶縁載置台１０５，１０６以外に他の絶縁載置台を用いるようにすればよい。
【００４０】
加圧部材１０７，１０８は所定の強度を有する金属、合成樹脂、セラミック等により構成され、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃを各溶接用下電極１０２，１０４上および各絶縁載置台１０５，１０６に一列に整列配置した後、加圧部材１０７を単電池Ａの正極キャップ８上に押し当てるとともに、加圧部材１０８を単電池Ｃの外装缶６底部に押し当てることにより、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃを押圧する。なお、加圧部材１０７，１０８の少なくとも一方は、コイルスプリング、エアシリンダなどの加圧手段により加圧されている。
溶接用電源１１０は、組電池に所定の電圧値の直流電圧を印加して一対の溶接電極間（この場合は、溶接用上電極１０１と溶接用上電極１０３の間）に３ＫＡの直流パルス電流を約１５ｍｓｅｃの間だけ流す直流電源である。
【００４１】
ついで、上述のような溶接装置を用いて組電池を製造する溶接例を説明する。まず、溶接用下電極１０２、絶縁載置台１０５、溶接用下電極１０４および絶縁載置台１０６の順に一列に整列配置する。この後、溶接用下電極１０２の溝部１０２ａの上に単電池Ａを載置し、絶縁載置台１０５の溝部１０５ａおよび溶接用下電極１０４の溝部１０４ａ上に単電池Ｂを載置し、絶縁載置台１０６の溝部１０６ａの上に単電池Ｃを載置する。なおこのとき、単電池ＡとＢの間、単電池ＢとＣの間には、上述した各接続部材１０，２０，３０，４０のいずれかを配置する。
【００４２】
ついで、溶接用上電極１０１の溝部１０１ａを単電池Ａの外形形状に合わせて、溶接用上電極１０１を溶接用下電極１０２上に載置するとともに、溶接用上電極１０３の溝部１０３ａを単電池Ｂの外形形状に合わせて、溶接用上電極１０３を溶接用下電極１０４上に載置して、単電池Ａおよび単電池Ｂを固定する。
ついで、加圧部材１０７を単電池Ａの封口板７に押し当てるとともに、加圧部材１０８を単電池Ｃの外装缶６底部に押し当てる。これにより、加圧部材１０７，１０８の少なくとも一方は、コイルスプリング、エアシリンダなどの加圧手段により加圧されて、各単電池Ａ，Ｂ，Ｃを所定の圧力（例えば、１×１０⁵Ｎ／ｍ²〜５×１０⁵Ｎ／ｍ²の圧力）で押圧する。なお、溶接用電源１１０から延出する接続コードの一方の端子は溶接用上電極１０１に接続され、他方の端子は溶接用上電極１０３に接続されている。
【００４３】
ついで、溶接用電源１１０を駆動させと、溶接用上電極１０１と溶接用上電極１０３との間に所定の電圧値の直流電圧が印加されて、溶接用上電極１０１→単電池Ａの外装缶６→単電池Ａの底部と接続部材１０（２０，３０，４０）との接触部→接続部材１０（２０，３０，４０）と単電池Ｂの封口板７との接触部→単電池Ｂ内→単電池Ｂの外装缶６→溶接用上電極１０３の方向（あるいはその逆方向）に３ＫＡの直流パルス電流が約１５ｍｓｅｃの間だけ流れるようになる。
これにより、単電池Ａの底部と接続部材１０（２０，３０，４０）との接触部、および接続部材１０（２０，３０，４０）と単電池Ｂの封口板７との接触部にジュール熱が発生して溶融するため、各接触部が溶接されるようになる。
【００４４】
ついで、絶縁載置台１０６、溶接用下電極１０２、絶縁載置台１０５および溶接用下電極１０４の順に一列に整列配置し直し、絶縁載置台１０６の溝部１０６ａおよび溶接用下電極１０２の溝部１０２ａ上に溶接された単電池Ａと単電池Ｂを載置するとともに、溶接用下電極１０４の溝部１０４ａおよび絶縁載置台１０５の溝部１０５ａ上に単電池Ｃを載置する。この後、上述と同様に、溶接用上電極１０１，１０３をそれぞれ溶接用下電極１０２，１０４上に載置するとともに、加圧部材１０７および加圧部材１０８を押し当て、溶接用電源１１０を駆動する。これにより、単電池Ｂの底部と接続部材１０（２０，３０，４０）との接触部および接続部材１０（２０，３０，４０）と単電池Ｃの封口板７との接触部がそれぞれ溶接され、３個の単電池が直列に溶接された組電池となる。
【００４５】
なお、単電池Ａ（あるいはＢ）の底部と接続部材１０，２０，３０，４０と単電池Ｂ（あるいはＣ）の封口板７との接触部がそれぞれ溶接される場合、接続部材１０においては、上方向に突出する凸部１２の突起部１３と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、下方向に突出する凸部１２の突起部１３と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。また、接続部材２０においては、上方向に突出する凸部２２の突起部２３と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、下方向に突出する凸部２２の突起部２３と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。
【００４６】
また、接続部材３０においては、上方向に突出する凸部３２の突起部３３と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、下方向に突出する凸部３２の突起部３３と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。また、接続部材４０においては、上方向に突出する凸部４２（４５）の突起部４３（４６）と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、下方向に突出する凸部４２（４５）の突起部４３（４６）と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。
【００４７】
４．接続部材の厚みの検討
上述のような各実施例の接続部材１０，２０，３０，４０を用いて組電池を構成して、この組電池を使用しているときに、何らかの事故により溶接部が破断した場合、各突起部１３，２３，３３，４３（４６）の厚みが単電池Ａ，Ｂ，Ｃの外装缶６の底部の厚みより厚いと、外装缶６の底部の溶接部分が破れて電解液が漏洩するという恐れが生じる。また、各基板部１１，２１，３１，４１（４５）の厚みを外装缶６の底部の厚みよりも薄くすると、各接続部材１０，２０，３０，４０の抵抗値が上昇して、組電池の出力特性が低下するという問題を生じる。
【００４８】
そこで、本発明においては、図８（なお、図８においては接続部材１０のみを示しているが、接続部材２０，３０，４０においても同様である）に示すように、接続部材１０の凸部１２に形成される突起部１３の厚みｔ１は凸部１２の底部の厚みｔ２よりも薄く（ｔ１≦ｔ２）、かつ突起部１３の厚みｔ１および凸部１２の底部の厚みｔ２は外装缶６の底部の厚みｔ３よりも薄く（ｔ１≦ｔ２≦ｔ３）なるように形成している。また、基板部１１の厚みｔ４が外装缶６の底部の厚みｔ３よりも厚く（ｔ４≧ｔ３）なるように、即ち、ｔ１≦ｔ２≦ｔ３≦ｔ４の関係を有するように形成している。これにより、接続部材１０（２０，３０，４０）の抵抗値を低く抑えることが可能になるとともに、単電池が損傷しない組電池が得られるようになる。
【００４９】
５．接続部材の変形例
本発明の単電池間の接続部材は上述した実施例に限らず、種々の変形が可能である。以下においては、図９〜図１１に基づいて、本発明の変形例の接続部材について説明する。なお、図９は変形例１の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図であり、図１０は変形例２の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図であり、図１１は変形例３の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。
【００５０】
（１）変形例１
変形例１の単電池間の接続部材５０は、図９に示すように、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属からなる導電性リング５１と、合成樹脂、セラミック等の絶縁材料からなり、中心部に正極キャップ８の外径よりも大径の開孔５３を有する環状の絶縁性基板５２とを備えている。導電性リング５１は環状の絶縁性基板５２より上下に一部が突出するとともに、残りが絶縁性基板５２内に埋設されるように一体成型により形成されている。なお、環状の絶縁性基板５２の外径は外装缶６の開口部の内径よりも小径に形成されており、導電性リング５１の高さは正極キャップ８の高さよりも高くて、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００５１】
（２）変形例２
変形例２の単電池間の接続部材６０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板をプレス成形することにより、図１０に示すように、フランジ部６２を備えた円筒体６１になるとともに、円筒体６１の内径が正極キャップ８の外径よりも大径になるように形成されている。そして、この円筒体６１の外周部に絶縁性リング６３を備えている。なお、円筒体６１の高さは正極キャップ８の高さよりも高くて、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００５２】
（３）変形例３
変形例３の単電池間の接続部材７０は、鉄、銅、ニッケルやそれらの合金などの導電性が良好な金属板をプレス成形により正極キャップ８と一体的に形成されており、図１１に示すように、正極キャップ８の底部をフランジ部７２とし、正極キャップ８に同心的に形成された円筒体７１から構成される。そして、この円筒体７１の外周部に絶縁性リング７３を備えている。なお、円筒体７１の高さは正極キャップ８の高さよりも高くて、電池Ａの外装缶の底面と電池Ｂの封口体７の上面との間の長さよりも若干長くなるように形成されている。
【００５３】
これらの変形例の各接続部材５０，６０，７０を各単電池間に介在させて、上述と同様な溶接装置を用いて溶接すると、接続部材５０においては、導電性リング５１の上端部と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、導電性リング５１の下端部と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。また、接続部材６０においては、円筒体６１の上端部と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接され、フランジ部６２と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部が溶接される。
さらに、接続部材７０においては、円筒体７１の上端部と単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部との接触部が溶接される。なお、接続部材７０のフランジ部７２は正極キャップ８と一体的に形成されているため、このフランジ部７２は各単電池Ａ，Ｂ，Ｃの封口板７に予め接続されている。
【００５４】
上述したように、本発明においては、各単電池間が接続部材１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０のいずれかを介して溶接接続されることとなるので、各単電池間の接続部の集電経路がこれらの接続部材１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０の高さだけの距離となるため、接続部での抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになる。
また、一列に配置された複数の単電池の相隣接する単電池、例えば単電池Ａと単電池Ｂの金属製外装缶６，６にそれぞれ一対の溶接用上下電極１０１，１０２あるいは１０３，１０４を接触するように配置した後、一列の単電池Ａ，Ｂ，Ｃの両端部を加圧部材１０７，１０８で所定の圧力で加圧しながら、一対の溶接用上電極１０１，１０３間に溶接電流を流すので、溶接電流は溶接用上電極１０１から、単電池Ａ（Ｂ）の外装缶６の底部と接続部材１０（２０，３０，４０，５０，６０，７０）との接触部、接続部材１０（２０，３０，４０，５０，６０，７０）と単電池Ｂ（Ｃ）の封口板７との接触部および単電池Ｂ（Ｃ）内を通して、溶接用上電極１０３へ、あるいはその逆方向へ流れるようになる。
【００５５】
これにより、単電池Ａ（あるいはＢ）の底部と接続部材１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０と単電池Ｂ（あるいはＣ）の封口板７との接触部にジュール熱が発生し、この接触部が溶融して溶接されることとなる。これにより、溶接用のリード板を用いなくても、溶接部での抵抗電圧降下が減少して、多数の単電池を直列に接続された内部抵抗の低い組電池が得られるようになる。
【００５６】
なお、上述した例においては、単電池を３個だけ用いて組電池にする例を説明したが、本発明を適用すれば何個の単電池を接続しても組電池を製造できることは明らかである。この場合、接続される単電池の個数が多い組電池とする場合には、絶縁載置台１０５，１０６以外に他の絶縁載置台を用いるようにすればよく、要は、相隣接する単電池間を溶接する一対の溶接電極間が絶縁できる構成とすればよい。
【００５７】
また、上述した例においては、３ＫＡの電流を約１５ｍｓｅｃ間だけ流して溶接する例を説明したが、印加する電流値については、電池のサイズには関係なく、１ＫＡ以上で同様の効果が得られた。また、印加時間については、５ｍｓｅｃ以上であれば同様の結果が得られるが、長い時間（例えば１秒以上）に渡って電流を流すと各単電池に悪影響を及ぼすため、好ましくない。さらに、溶接電流の電源としては、直流に限らず、交流電源を使用することができる。
【００５８】
さらに、封口体を正極端子とし、外装缶を負極端子とした例について説明したが、封口体を負極端子とし、外装缶を正極端子としてもよい。
また、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−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池等の他の蓄電池にも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の接続部材を示す図であり、図１（ａ）はその斜視図であり、図１（ｂ）はその上面図であり、図１（ｃ）はその正面図である。
【図２】 実施例１の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。
【図３】 実施例２の接続部材を示す図であり、図３（ａ）はその斜視図であり、図３（ｂ）はその上面図であり、図３（ｃ）はその正面図である。
【図４】 実施例３の接続部材を示す図であり、図４（ａ）はその斜視図であり、図４（ｂ）はその上面図であり、図４（ｃ）はその正面図である。
【図５】 実施例４の接続部材を示す図であり、図５（ａ）はその斜視図であり、図５（ｂ）はその上面図であり、図５（ｃ）はその正面図である。
【図６】 本発明の溶接装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図７】 図６の装置を用いて組電池の単電間を溶接する状態を示す上面図である。
【図８】 本発明の接続部材の厚みと単電池の外装缶の厚みとの関係を示すために、接続部材と単電池の外装缶との溶接部分の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】 変形例１の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。
【図１０】 変形例２の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。
【図１１】 変形例３の接続部材を用いて単電池間を接続した状態を示す断面図である。
【図１２】 従来例の組電池の一例を示す正面図である。
【図１３】 従来例の組電池の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ…単電池、１…正極板、２…負極板、３…セパレータ、４…正極集電体、５…正極用リード、６…外装缶（負極外部端子）、７…封口体、８…正極キャップ（正極外部端子）、９…絶縁ガスケット、１０…環状の接続部材、１１…環状の基板部、１２…有底の凸部、１３…突起部、１４…開孔、２０…環状の接続部材、２１…環状の基板部、２２…有底の凸部、２３…突起部、２４…開孔、２５…切り欠き部、３０…多角形状の接続部材、３１…多角形状の基板部、３２…有底の凸部、３３…突起部、３４…開孔、３５…切り欠き部、４０…接続部材、４１…第１基板部、４２…有底の凸部、４３…突起部、４４…第２基板部、４５…有底の凸部、４６…突起部、５０…環状の接続部材、５１…導電性リング、５２…環状の絶縁性基板、５３…開孔、６０…環状の接続部材、６１…円筒体、６２…フランジ部、６３…絶縁性リング、７０…環状の接続部材、７１…円筒体、７２…フランジ部、７３…絶縁性リング、１０１，１０３…溶接用上電極、１０１ａ，１０３ａ…溝部、１０２，１０４…溶接用下電極、１０２ａ，１０４ａ…溝部、１０５，１０６…絶縁載置台、１０７，１０８…加圧部材、１１０…溶接用電源

Claims (10)

1. 発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねるキャップを有する封口体を備えた単電池の複数個が直列接続された組電池であって、
   一方の単電池の前記封口体と他方の単電池の前記外装缶底部との間に前記キャップに対応する位置に同キャップより大径の開口部を有する接続部材を備え、
   溶接前のキャップ上面と外装缶底部との距離が、溶接前の接続部材外装缶底部側表面と外装缶底部との距離よりも長く、
   前記接続部材と前記一方の単電池の封口体との接触部、および前記接続部材と前記他方の単電池の外装缶底部との接触部がそれぞれ溶接接続されていることを特徴とする組電池。
2. 前記接続部材は導電性を有する材料により構成されて、その外径が前記外装缶の開口部の内径よりも小径の環状の基板部と、この基板部より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部と、この凸部の底部より突出する突起部とを備えるとともに、
   一方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記一方の単電池の封口体との接触部が溶接接続され、他方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記他方の単電池の外装缶底部との接触部が溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記接続部材は導電性を有する材料により構成されて、その外径が前記外装缶の開口部の内径よりも小径で、その一部に、前記キャップの直径よりも幅の大きい切り欠き部が形成された環状の基板部と、この基板部より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部と、この凸部の底部より突出する突起部とを備えるとともに、
   一方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記一方の単電池の封口体との接触部が溶接接続され、他方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記他方の単電池の外装缶底部との接触部が溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
4. 前記接続部材は導電性を有する材料により構成されて、その外径が前記外装缶の開口部の内径よりも小径で、その一部に、前記キャップの直径よりも幅の大きい切り欠き部が形成された多角形状の基板部と、この基板部より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部と、この凸部の底部より突出する突起部とを備えるとともに、
   一方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記一方の単電池の封口体との接触部が溶接接続され、他方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記他方の単電池の外装缶底部との接触部が溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
5. 前記接続部材は導電性を有する材料により構成されて、前記外装缶の開口部の外周に沿って弧状あるいは屈折状に屈曲した第１基板部と、前記外装缶の開口部の外周に沿って弧状あるいは屈折状に屈曲した第２基板部とからなり、これらの第１基板部と第２基板部は前記キャップを間にして互いに離間して配置されることによって、その中心部が開口部を形成しているとともに、これらの第１基板部と第２基板部は上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部と、この凸部の底部より突出する突起部とをそれぞれ備え、
   一方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記一方の単電池の封口体との接触部が溶接接続され、他方の方向に突出した前記凸部の突起部と前記他方の単電池の外装缶底部との接触部が溶接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
6. 前記突起部の厚みおよび前記凸部の底部の厚みは前記外装缶底部の厚みよりも薄く形成されているとともに、前記基板部の厚みは前記外装缶底部の厚みよりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の組電池。
7. 前記接続部材はその外径が前記外装缶の開口部の内径よりも小径の環状の絶縁性基板と、導電性リングとが一体的に形成されており、
   前記導電性リングは前記絶縁性基板の内部で同絶縁性基板より上下方向に突出して形成されているとともに、
   前記導電性リングの下端部が前記一方の単電池の封口体に溶接され、同導電性リングの上端部が前記他方の単電池の外装缶底部に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
8. 前記接続部材は導電性を有するフランジ部を備えた円筒体から構成されるとともに、
   前記円筒体の外周部に絶縁性リングが配置されて、前記フランジ部が前記一方の単電池の封口体に溶接され、前記円筒体の上端部が前記他方の単電池の外装缶底部に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
9. 前記接続部材は前記キャップと一体的に形成されて、同キャップの底部をフランジ部として同キャップに同心的に形成された円筒体を備えるとともに、
   前記円筒体の外周部に絶縁性リングが配置されて、前記円筒体の下端部が前記一方の単電池の封口体に溶接され、同円筒体の上端部が前記他方の単電池の外装缶底部に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
10. 発電要素を収容した一方極の端子を兼ねる金属製外装缶の開口部に絶縁体を介して他方極の端子を兼ねるキャップを有する封口体を備えた単電池の複数個を直列接続して形成する組電池の製造方法であって、
    前記キャップに対応する位置に同キャップより大径の開口部を有する接続部材を一方の単電池の封口体と他方の単電池の外装缶底部との間に配置して、溶接前のキャップ上面と外装缶底部との距離が、溶接前の接続部材外装缶底部側表面と外装缶底部との距離よりも長くして、前記単電池の複数個を一列に整列させた後、
    前記一列に整列された複数個の単電池の両端部を所定の圧力で加圧するとともに、任意の２個の単電池の金属製外装缶に接触して配置された一対の溶接電極間に溶接電流を流して、
    前記接続部材と前記一方の単電池の封口体および前記接続部材と前記他方の単電池の外装缶底部とをそれぞれ溶接するようにしたことを特徴とする組電池の製造方法。

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