JP3789715B2

JP3789715B2 - 密閉型アルカリ蓄電池の製造方法

Info

Publication number: JP3789715B2
Application number: JP2000066148A
Authority: JP
Inventors: 博之井上; 尚垣内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2001256935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型アルカリ蓄電池の封口体の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素化物蓄電池等の密閉型のアルカリ蓄電池は、電解液としてアルカリ水溶液を用いた二次電池である。
アルカリ蓄電池(10)は、図１に示すように、有底筒状の金属製電池外装缶(30)に、負極集電体(22)、電極体(12)及び正極集電体(20)を電解液Ｌと共に収容し、外装缶(30)の開口(32)を封口体(80)によって密閉したものである。
電極体(12)は、図１に示すように、正極板(14)と負極板(16)との間にガス透過性のセパレータ(18)を介在させ、渦巻き状に巻回して構成される。正極板(14)及び負極板(16)は、夫々活物質であるニッケル酸化物、カドミウム化合物を導電性の極板に充填して形成される。
封口体(80)は、中央にガス抜き孔(42)が開設され、正極集電体(20)側に位置する封口板(40)と、ガス抜き孔(42)を閉じる安全弁装置(60)と、安全弁装置(60)を圧縮した状態で封口板(40)との間に収容する正極キャップ(70)とを具える。封口板(40)は、絶縁ガスケット(76)を介して外装缶(30)の開口(32)端にカシメ止めされ、外装缶(30)を密閉している。
負極集電体(22)と負極板(16)は電気的に接続されており、正極板(14)、正極集電体(20)、封口板(40)及び正極キャップ(70)も電気的に接続されている。
【０００３】
従来、封口体(80)は、正極集電体(20)への接続前に予め組み立てられたものが使用されていた。封口体(80)の作製方法の一例として、図６に示すように、封口板(40)と正極キャップ(70)との間に安全弁装置(60)を圧縮状態で収容した後、封口板(40)と正極キャップ(70)の両側に電極棒(50)(50)を配置し、電極棒(50)(50)に電流を流して、封口板(40)と正極キャップ(70)とを抵抗溶接し、電気的に接続する方法がある。
【０００４】
封口体(80)を組み立てた後、図７に示すように、正極集電体(20)に形成されたリードタブ(82)を封口板(40)に溶接して、正極集電体(20)と封口板(40)とを電気的に接続した後、リードタブ(82)を折り曲げるようにして封口体(80)を外装缶(30)に装着していた。
【０００５】
近年、電動工具や電気自動車等の用途で、アルカリ蓄電池には高率充放電性能が要求されている。高率充放電性能を高めるには、電池の内部抵抗を低減する必要があり、特に、高率充電時における電池内部での電流の律速となる正極側の電気接合部分における電気抵抗を小さくすることが有効である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記リードタブ(82)は、折り曲げる必要があるために薄く形成せざるを得ず、また、封口板(40)との溶接時の作業性を高めるために、ある程度の長く形成せざるを得ず、その分、電気抵抗が大きくなってしまう問題があった。
このため、リードタブ(82)を用いることなく、封口板(40)と正極集電体(20)とを電気的に接続することが、電池の内部抵抗を小さくする上で重要である。
【０００７】
そこで、発明者らは、封口体(80)を予め組み立てて外装缶(30)に取り付けるのではなく、図２に示すように、先に、外装缶(30)に収容された電極体(12)に封口板(40)のみを載せて、正極集電体(20)と封口板(40)とを溶接し、安全弁装置(60)を前記ガス抜き孔(42)が塞がるように封口板(40)に取り付けた後(図３参照)、正極キャップ(70)を安全弁装置(60)が間に挟まるように封口板(40)に載せて、図４に示すように、正極キャップ(70)の側に一対の電極棒(50)(50)を配置し、電極棒(50)(50)間に電流を流して抵抗溶接を行ない、封口板(40)と正極キャップ(70)とを電気的に接続する密閉型アルカリ蓄電池(10)の製造方法を提案している。
【０００８】
しかしながら、正極キャップ(70)の側から抵抗溶接を行なった場合、正極キャップ(70)に多量の無効電流が流れて、十分に溶接を行なうことができない虞れがある。正極キャップ(70)と封口板(40)との溶接状態が良くないと、その部分での電気抵抗が大きくなり、電池の内部抵抗の増大を招く。
【０００９】
本発明の目的は、正極キャップと封口板とをより確実に溶着させることにより、電池の内部抵抗をさらに小さくして、高率充放電特性にすぐれた密閉型アルカリ蓄電池を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、有底筒状の電池外装缶(30)の内部に収容され、正極板(14)と負極板(16)との間にセパレータ(18)を介在させてなる電極体(12)に電気的に接続される封口板(40)と、該封口板(40)に開設されたガス抜き孔(42)を閉じる安全弁装置(60)と、封口板(40)との間に安全弁装置(60)を圧縮状態で収容する正極キャップ(70)からなる封口体(80)を具える密閉型アルカリ蓄電池において、封口板(40)を、正極キャップ(70)よりも導電性の高い材料で形成するようにしたものである。
【００１１】
上記密閉型アルカリ蓄電池(10)は、外装缶(30)に収容された電極体(12)に封口板(40)を載せて、正極集電体(20)と封口板(40)とを溶接し、安全弁装置(60)を前記ガス抜き孔(42)が塞がるように封口板(40)に取り付けた後、正極キャップ(70)を、安全弁装置(60)が封口板 (40) と正極キャップ (70) との間に挟まるように封口板(40)に載せて、正極キャップ(70)の側に一対の電極棒(50)(50)を配置し、電極棒(50)(50)間に電流を流して抵抗溶接を行ない、封口板(40)と正極キャップ(70)とを電気的に接続することによって作製することができる。
【００１２】
【作用及び効果】
本発明の密閉型アルカリ蓄電池(10)によれば、封口板(40)の導電性を正極キャップ(70)の導電性よりも高くしている。このため、正極キャップ(70)の側に電極棒(50)(50)を配置して、抵抗溶接を行なったときに、溶接電流は、抵抗の大きい正極キャップ(70)ではなく、抵抗の小さい封口板(40)に多く流れる。従って、正極キャップ(70)を流れる無効電流を小さくでき、正極キャップ(70)と封口板(40)との接合部に多量の溶接電流が流れて、溶接が確実に行なわれ、溶接強度の向上を達成できる。
【００１３】
正極キャップ(70)と封口板(40)との溶接強度の向上により、正極キャップ(70)と封口板(40)との間の電気抵抗は小さくなる。また、本発明の密閉型アルカリ蓄電池(10)は、従来、電池の内部抵抗増大の原因となっていたリードタブも不要であるから、これらの相乗効果により、電池の内部抵抗のさらなる低減を達成でき、電池の高率充放電特性等の電池性能の向上を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素化物蓄電池等の密閉型アルカリ蓄電池に好適に適用することができる。
【００１５】
図１は、実施形態１の方法により作製された蓄電池(10)の縦断面図、図２乃至図５は、実施形態１の電池の作製方法を示す説明図である。
電極体(12)は、パンチングメタル等の導電性極板の芯体に正極活物質、負極活物質を夫々充填した正極板(14)と負極板(16)をガス透過性のセパレータ(18)を介在させて渦巻き状に巻回して作製される(図１参照)。電極体(12)の上端からは正極板(14)の極板の一部(14a)が露出しており、電極体(12)の下端からは負極板(16)の極板(14b)の一部が露出している。
【００１６】
電極体(12)の上端面には、正極集電体(20)が配備され、溶接等により正極板(14)の極板露出部(14a)と電気的に接続される。また、電極体(12)の下端面には、負極集電体(22)が配備され、同様に溶接等により負極板(16)の極板露出部(14b)と電気的に接続される。
【００１７】
集電体(20)(22)を接続した電極体(12)は、負極集電体(22)が底面(34)側、正極集電体(20)が開口(32)側となるように、有底筒状の電池外装缶(30)に収容される。電極体(12)を外装缶(30)に収容した後、外装缶(30)の底面(34)に溶接電極を配置し、電極体(12)の中心部に細長い溶接電極棒を差し込んで負極集電体(22)と接触させ、加圧しながら両溶接電極の間に電流を流して、外装缶(30)の底面(34)と負極集電体(22)とを溶接し、電気的に接続する。
【００１８】
次に、正極集電体(20)の上に封口板(40)を載置して、これらを電気的に接続する。
封口板(40)は、後述する正極キャップ(70)よりも導電性の高い材料から構成され、図２に示すように、中央にガス抜き孔(42)が開設された凹部(44)を有しており、該凹部(44)の外周には、正極キャップ(70)が嵌まる段部(46)と、該段部(46)の外周には、外装缶(30)にカシメ止めされる縁部(48)が形成されている。なお、封口板(40)を構成する望ましい材料については、実施形態の最後に詳述する。
封口板(40)を正極集電体(20)の上に載置し、封口板(40)の凹部(44)と正極集電体(20)とを接触させ、図２に示すように、一対の電極棒(50)(50)を封口板(40)の凹部(44)上側に配置して、電極棒(50)(50)に電流を流すことによって、封口板(40)の凹部(44)と正極集電体(20)が抵抗溶接され、電気的に接続される。溶接は、複数箇所に実施する。
【００１９】
封口板(40)と正極集電体(20)とを溶接した後、封口板(40)のガス抜き孔(42)から、外装缶(30)の内部に電解液Ｌを注入する。電解液として、水酸化カリウム(ＫＯＨ)水溶液を例示することができる。
【００２０】
外装缶(30)に電解液Ｌを注入した後、封口板(40)の凹部(44)に安全弁装置(60)を取り付ける。安全弁装置(60)は、封口板(40)と後述する正極キャップ(70)との間に圧縮状態で配備され、ガス抜き孔(42)を閉じる弁装置であって、図３に示すようなゴム製弁板(62)や、弁板とスプリングからなるものを例示することができる。
【００２１】
安全弁装置(60)を封口板(40)の凹部(44)に収容した後、正極キャップ(70)を被せて、封口板(40)と正極キャップ(70)とを溶接する。正極キャップ(70)は、封口板(40)よりも導電性の低い材料から構成され、図４に示すように、中央が上向きに突出しており、該凸部(72)の外周に、封口板(40)の段部(46)に嵌まる縁部(74)が形成されている。なお、正極キャップ(70)を構成する望ましい材料については、実施形態の最後に詳述する。
正極キャップ(70)の凸部(72)の内側面で安全弁装置(60)を圧縮させつつ、縁部(74)を封口板(40)の段部(46)に嵌めて、図４及び図５に示すように、縁部(74)の上側に、一対の電極棒(50)(50)を配置し、電極棒(50)(50)間に電流を流すことによって抵抗溶接を施す。溶接電流は、一方の電極棒(50)から正極キャップ(70)を貫通して、封口板(40)に達し、封口板(40)を通って、再度正極キャップ(70)を貫通して他方の電極棒(50)に流れる。この溶接電流により、正極キャップ(70)と封口板(40)は溶接されて電気的に接続される。
なお、電極棒(50)(50)は、接近して配置するのではなく、両電極棒(50)(50)の距離ができるだけ離れるように配置することが望ましい。最も望ましくは、図５に示すように、電極棒(50)(50)を正極キャップ(70)の直径上に配置する。電極棒(50)(50)を離して配置することによって、溶接電流が電気抵抗の高い正極キャップ(70)ではなく、封口板(40)側により多く流れるため、無効電流の発生を抑制できるからである。
また、抵抗溶接は、正極キャップ(70)の縁部(74)の複数箇所に実施することが望ましい。接合箇所を増やすことにより、溶接強度が高まるだけでなく、正極キャップ(70)と封口板(40)との導電性を高めることができ、電気抵抗を小さくできる。
【００２２】
正極キャップ(70)を封口板(40)に取り付けた後、封口板(40)の外周に絶縁ガスケット(76)を装着し、外装缶(30)の開口(32)端を折り曲げて封口板(40)をカシメ止めすることによって、図１に示す密閉型アルカリ蓄電池(10)が作製される。
【００２３】
なお、上記実施形態では、電極体(12)を外装缶(30)に収容した後に封口板(40)の溶接を行なったが、予め電極体(12)の正極集電体(20)に封口板(40)を溶接した後、外装缶(30)に収容するようにしてもよい。外装缶(30)に収容する前に溶接を行なうことにより、正極集電体(20)と封口板(40)との溶接状態を目視により容易に確認することができる。
【００２４】
また、上記実施形態では、電極体(12)と封口体(80)との間に正極集電体(20)を介在させているが、正極板(14)と封口体(80)とを直接接続することもできる。この場合、正極集電体(20)の形成は省略することができる。
【００２５】
《望ましい材料》
封口板(40)と正極キャップ(70)は、封口板(40)の導電性が、正極キャップ(70)の導電性よりも高くなるように材料を選択する。従来は、例えば、封口板(40)及び正極キャップ(70)を共にＮｉメッキされたＦｅから作製していたが、この場合、正極キャップ(70)の材料はそのままで、封口板(40)の材料をＮｉ又はＮｉ含有Ｆｅとすることにより、封口板(40)の導電性を高めることができる。
その他、封口板(40)の導電性が、正極キャップ(70)の導電性よりも高くなるような組合せであれば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎや、これらの合金などから材料を選択することができる。
【００２６】
【実施例】
封口板(40)を正極キャップ(70)よりも導電性の高い材料(表１参照)で構成したニッケル−カドミウム蓄電池(発明例)と、封口板(40)と正極キャップ(70)を同じ材料から構成したニッケル−カドミウム蓄電池(比較例)を夫々２０個ずつ作製し、溶接強度を比較した。
なお、封口板(40)と正極キャップ(70)との溶接は、何れも電極棒間又は溶接電極間に電圧を印加し、８ｋＡの電流を２０msec間流す通電処理により行なった。
【００２７】
溶接強度は、引張り試験機によって測定し、比較例を１００％とする比率で示している。封口板(40)と正極キャップ(70)の測定結果を使用した材料と共に表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１を参照すると、発明例は比較例に比べて溶接強度が高いことがわかる。
これは、発明例が、封口板(40)の導電性を、正極キャップ(70)の導電性よりも高くしたことによって、抵抗溶接の際に正極キャップ(70)を流れる無効電流を小さくでき、溶接電流を増加させて、良好な溶接接続状態を得られたためである。一方、比較例は、封口板(40)と正極キャップ(70)が同じ材料で構成されているから、正極キャップ(70)の方に多量の無効電流が流れ、封口板(40)と正極キャップ(70)との接合部に十分な溶接電流が流れない結果、十分な溶接強度を得ることができなかったことがわかる。
発明例は、比較例に比べて、正極キャップ(70)と封口板(40)との溶接強度を高めて、良好な溶接状態を確保できるから、正極キャップ(70)と封口板(40)との電気抵抗を小さくでき、結果として、電池の内部抵抗のさらなる低減を達成できる。
【００３０】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型アルカリ蓄電池の縦断面図である。
【図２】本発明の電池の作製方法を示す説明図である。
【図３】本発明の電池の作製方法を示す説明図である。
【図４】本発明の電池の作製方法を示す説明図である。
【図５】正極キャップと封口板との抵抗溶接の際の電極棒の配置を示す説明図である。
【図６】従来の封口体の作製方法を示す説明図である。
【図７】リードタブを用いて正極集電体と封口体とを接続した従来の密閉型アルカリ蓄電池の断面図である。
【符号の説明】
(10) 密閉型アルカリ蓄電池
(20) 正極集電体
(40) 封口板
(50) 電極棒
(60) 安全弁装置
(70) 正極キャップ
(80) 封口体

Claims

有底筒状の電池外装缶(30)の内部に収容され、正極板(14)と負極板(16)との間にセパレータ(18)を介在させてなる電極体(12)に電気的に接続される封口板(40)と、該封口板(40)に開設されたガス抜き孔(42)を閉じる安全弁装置(60)と、封口板(40)との間に安全弁装置(60)を圧縮状態で収容する正極キャップ(70)からなる封口体(80)を具える密閉型アルカリ蓄電池の製造方法において、
封口板(40)を正極板(14)に電気的に接続した後、安全弁装置(60)を封口板(40)上に配置し、封口板(40)よりも導電性の低い材料で形成される正極キャップ(70)を、安全弁装置(60)が封口板 (40) と正極キャップ (70) との間に挟まるように封口板(40)に取り付けて、正極キャップ(70)側から抵抗溶接を施して正極キャップ(70)と封口板(40)を電気的に接続することを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池の製造方法。
封口板(40)と正極板(14)との間には、正極集電体(20)が配備され、封口板(40)は、正極集電体(20)を介して正極板(14)と電気的に接続される請求項１に記載の密閉型アルカリ蓄電池の製造方法。