JP3825622B2

JP3825622B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP3825622B2
Application number: JP2000352053A
Authority: JP
Inventors: 忠佳田中; 育幸原田; 克彦新山; 義典松浦; 礼造前田; 俊之能間; 育郎米津
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002157992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に収容された電極体が発生する電力を、集電板を介して外部に取り出すことができる二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二次電池は、例えば図９に示す如く、封口板(11)と負極缶(15)からなる電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。封口板(11)には、安全弁(14)を内蔵した正極端子(18)が取り付けられており、正極端子部(13)を構成している。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(21)、セパレータ(22)及び負極(23)から構成されており、正極(21)及び負極(23)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ正極(21)の端縁が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ負極(23)の端縁が突出している。巻き取り電極体(２)の両端部には集電板(９)(16)が設置され、正極(21)或いは負極(23)の端縁と接合されている。
【０００４】
正極(21)の端縁と接合されている集電板(９)は、図１０に示す如く、平面部(93)及びリード部(91)から構成され、平面部(93)には中央孔(92)が開設されている(特開昭５６−１０９４５６号参照)。平面部(93)は巻き取り電極体(２)の外径と略同じ直径を有する円形状に形成されている。又、リード部(91)は舌片状に形成されて、平面部(93)の外周縁から外側に向けて突出しており、図９に示す如く、集電板(９)の内側に向けて折り返され、その先端部が封口板(11)と接合されている。
一方、負極(23)の端縁と接合されている集電板(16)は、負極缶(15)の底面に接合され、負極缶(15)の底部によって負極端子部(17)を構成している。
上記の構成によって、巻き取り電極体(２)が発生する電力を、正極端子部(13)と負極端子部(17)から外部へ取り出すことが出来る。
【０００５】
ところで、この種の二次電池の出力を向上させるには、内部抵抗を小さくすることが有効である。内部抵抗は、巻き取り電極体(２)が発生する電力が外部に取り出されるまでの電流経路における電気抵抗であり、図９に示す様に正極側の経路には、集電板(９)の平面部(93)、リード部(91)、封口板(11)及び正極端子部(13)が存在している。
【０００６】
ところが、図１０に示す従来の集電板(９)においては、リード部(91)が集電板(９)の外周縁に突設されているため、平面部(93)の全面によって集電された電流がリード部(91)に流れ込むまでの平均距離が長い。又、リード部(91)が平面部(93)の外周縁から伸びているため、電流がリード部(91)を経て正極端子部(13)に至るまでの距離が長い。更に、リード部(91)の幅が狭いために、その断面積が小さい。これらが原因となって、該集電板(９)を用いた二次電池の内部抵抗が大きなものとなっていた。
【０００７】
そこで、図１１に示す形状の集電板(95)を具えた二次電池が提案されている(特開平１１−２９７３０１号)。該集電板(95)には、平面部(97)の外周縁に４本の舌片状のリード部(96)(96)(96)(96)が外側に向かって突設されており、各リード部(96)は、集電板(95)の内側に向けて折り返され、その先端部が電極端子機構(図示省略)と接合される。
該集電板(95)には４本のリード部(96)(96)(96)(96)が設けられているので、平面部(93)の全面によって集電された電流が各リード部(96)に流れ込むまでの平均距離が短く、電気抵抗が小さくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１１に示す集電板(95)においても、各リード部(96)は、集電板(95)の外周縁から伸びて正極端子部に接合されるので、電流が各リード部(96)を経て正極端子部に至るまでの距離が大きく、抵抗を小さくすることが出来なかった。又、各リード部(96)の幅が小さいために、抵抗を小さくすることが出来なかった。
この結果、該集電板(95)を用いた二次電池においても、内部抵抗を小さくすることは出来なかった。
【０００９】
本発明の目的は、集電板による集電構造を有する二次電池において、従来よりも内部抵抗の小さい二次電池を提供することである。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
本発明の二次電池において、集電板には、集電板の一部を断面袋状に屈曲させてなる突起部が形成され、該突起部は、電極体の接合面から離れる方向へ突出すると共に、基端側から先端側へ向かって前記断面における幅が一旦拡大した後に縮小し、その先端が電極端子部と連結されている。
【００１１】
上記本発明の二次電池においては、集電板の中心位置を通過する部位若しくは中心位置から僅かにずれた位置を通過する部位に突起部が設けられることになるので、集電板の電極体との接合面にて集電された電流が突起部に流れ込むまでの平均距離が短く、更に、電流が突起部を流れて電極端子部に達するまでの長さが短い。従って、該集電板を用いることにより、二次電池の内部抵抗が小さくなる。
【００１２】
本発明の具体的構成において、集電板の突起部は、互いに平行に伸びる複数本の折り曲げ線に沿って集電板の一部を折り曲げることにより、一文字状或いは二文字状に形成されている。
又、他の具体的構成において、該突起部は、互いに平行に伸びる複数の折り曲げ線と該折り曲げ線に交差して互いに平行に伸びる複数の折り曲げ線とに沿って集電板の一部を折り曲げることにより、十文字状に形成されている。
【００１３】
上記集電板においては、集電板の中心位置を通過する部位若しくは中心位置からずれた位置を通過する部位に一文字状、二文字状或いは十文字状の突起部が形成されているので、集電板の各位置に集電された電流が突起部に流れこむまでの長さが短い。更に、突起部の幅は、集電板と略同じ幅に形成されており、大きなものとなる。従って、該集電板を用いることにより、二次電池の内部抵抗が小さくなる。
【００１４】
更に、本発明に係る集電板の突起部は、断面袋状に形成されているので、巻き取り電極体の巻き軸方向に弾性を有している。
従って、巻き取り電極体の巻き軸方向の長さにばらつきがあったとしても、そのばらつきが前記突起部の弾性変形範囲内であれば、弾性変形によってばらつきを吸収することが出来る。従って、巻き取り電極体の作製工程において、厳密な寸法管理が不要となり、作製が容易になる。
又、巻き取り電極体の正極側及び負極側の両方の端縁に前記集電板を設置した場合においては、電池缶内にて巻き取り電極体が振動しても、前記突起部の弾性変形によってその振動は減衰するので、集電板と巻き取り電極体の端縁との接合部分や、集電板の突起部と電極端子部との接合部分に過大な応力がかかる虞はない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも内部抵抗の小さい二次電池を提供することが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をニッケル・水素二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
【００１７】
第１実施例
本実施例のニッケル・水素二次電池は、図１に示す如く、電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。電池缶(１)は、負極缶(15)の開口部に絶縁部材(12)を介して封口板(11)を固定したものであって、封口板(11)には、安全弁(14)を内蔵した正極端子(18)が取り付けられており、正極端子部(13)を構成している。
【００１８】
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(21)、セパレータ(22)及び負極(23)から構成されており、正極(21)及び負極(23)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ正極(21)の端縁が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ負極(23)の端縁が突出している。巻き取り電極体(２)の両端部には、正負一対の集電板(３)(16)が設置され、正極(21)及び負極(23)の端縁と接合されている。
【００１９】
正極側の集電板(３)は封口板(11)の裏面に接合され、負極側の集電板(16)は、負極缶(15)の底面に接合されている。これによって、巻き取り電極体(２)が発生する電力を正極端子部(13)と負極端子部(17)から外部へ取り出すことが出来る。
【００２０】
正極側の集電板(３)は、図２(ａ)に示す如く、平面部(33)と突起部(31)からなり、平面部(33)は巻き取り電極体の外径と略同じ直径を有する円形状に形成され、突起部(31)は、集電板(３)の中心位置からずれた位置を通過する部位に、袋状の断面を有する一文字状に形成され、弾性を有している。又、突起部(31)は、図２(ｂ)に示す如く、その両端が集電板(３)の外周縁から外側へ突出しない形状に形成されている。
尚、平面部(33)には中央孔(32)が形成されており、電池の組立工程において該中央孔(32)から負極缶(15)内に電解液が注入される。又、該中央孔(32)から電極棒が挿入されて、負極側の集電板(16)が負極缶(15)の底面に溶接される。
【００２１】
次に、上記第１実施例のニッケル・水素二次電池の製造方法について説明する。
正極側の集電板(３)は、図２(ｃ)に示す形状を有するニッケル製の平板(30)を、折り曲げ線(34)(34)で折り曲げて、図２(ａ)の如き断面袋状の突起部(31)を有する形状に成形する。
負極側の集電板(16)は、ニッケル製の平板を巻き取り電極体の外径と略同じ直径の円板状に成形する。
【００２２】
又、それぞれ帯状の焼結式ニッケルの正極(21)と水素吸蔵合金からなる負極(23)の間に、耐アルカリ性の材質からなるセパレータ(22)を挟むと共に、正極(21)と負極(23)とを幅方向へずらして重ね合わせ、これらを渦巻状に巻き取って、巻き取り電極体(２)を作製する。
次に、巻き取り電極体(２)の正極側の端縁に正極側の集電板(３)をレーザー溶接すると共に、負極側の集電板(16)をレーザー溶接し、該巻き取り電極体(２)を負極缶(15)に収容する。続いて、正極側の集電板(３)の中央孔(32)から巻き取り電極体(２)の中心孔に溶接棒を挿入し、負極側の集電板(16)を負極缶(15)の底面にスポット溶接する。次に、封口板(11)と正極側の集電板(３)との間に通電して集電板(３)の突起部(31)の先端部を封口板(11)の裏面に抵抗溶接する。
その後、負極缶(15)内に３０重量％水酸化カリウム水溶液からなる電解液を注入し、該負極缶(15)の開口部に、絶縁部材(12)を介して封口板(11)をかしめ固定し、本実施例のニッケル・水素二次電池を完成する。
【００２３】
第２実施例
本実施例のニッケル・水素二次電池は、図３に示す如く、第１実施例と基本的に同じ構成を有しているが、正極側の集電板(５)の形状を異にしている。即ち、集電板(５)は、図４(ａ)に示す如く平面部(53)と突起部(51)からなり、平面部(53)は巻き取り電極体の外径と略同じ直径を有する円形状に形成され、突起部(51)は、集電板(５)の中心位置を通過する部位に、多角形の袋状断面を有する一文字状に形成され、弾性を有している。又、突起部(51)は、図４(ｂ)に示す如く、その両端が集電板(５)の外周縁から外側へ突出しない形状に形成されている。突起部(51)には中央孔(52)が形成されている。
上記集電板(５)は、図４(ｃ)に示す形状を有するニッケル製の平板(50)を各折り曲げ線(54)で折り曲げて、図４(ａ)の如き断面袋状の突起部(51)を有する形状に成形する。そして、第１実施例と同様にして本実施例のニッケル・水素二次電池を完成する。
【００２４】
第３実施例
本実施例のニッケル・水素二次電池は、図５に示す如く、第１実施例と基本的に同じ構成を有しているが、正極側の集電板(６)の形状を異にしている。即ち、集電板(６)は、図６(ａ)に示す如く平面部(63)と突起部(61)(61)からなり、平面部(63)は巻き取り電極体の外径と略同じ直径を有する円形状に形成され、突起部(61)(61)は、集電板(６)の中心位置を通過する部位に、袋状断面を有する一文字状に形成され、弾性を有している。又、突起部(61)は、図６(ｂ)に示す如く、その両端が集電板(６)の外周縁から外側へ突出しない形状に形成されている。平面部(63)には中央孔(62)が形成されている。
上記集電板(６)は、図示省略するニッケル製の平板を折り曲げて、図６(ａ)の如き断面袋状の突起部(61)(61)を有する形状に成形する。そして、第１実施例と同様にして本実施例のニッケル・水素二次電池を完成する。
【００２５】
第４実施例
本実施例のニッケル・水素二次電池は、第１実施例と基本的に同じ構成を有しているが、正極側の集電板の形状を異にしている。即ち、集電板(７)は、図７(ａ)に示す如く平面部(73)と突起部(71)(71)からなり、平面部(73)は巻き取り電極体の外径と略同じ直径を有する円形状に形成され、突起部(71)(71)は、集電板(７)の中心位置からずれた位置を通過する部位であって、集電板(７)の中心を軸として回転対称な位置に、袋状断面を有する二文字状に形成され、弾性を有している。又、突起部(71)(71)は、図７(ｂ)に示す如く、その両端が集電板(７)の外周縁から外側へ突出しない形状に形成されている。平面部(73)には中央孔(72)が形成されている。
上記集電板(７)は、図示省略するニッケル製の平板を折り曲げて、図７(ａ)の如き断面袋状の突起部(71)(71)を有する形状に成形する。そして、第１実施例と同様にして本実施例のニッケル・水素二次電池を完成する。
【００２６】
第５実施例
本実施例のニッケル・水素二次電池は、第１実施例と基本的に同じ構成を有しているが、正極側の集電板の形状を異にしている。即ち、集電板(８)は、図８(ａ)に示す如く平面部(83)と突起部(81)(81)(81)(81)からなり、平面部(83)は巻き取り電極体の外径と略同じ直径を有する円形状に形成され、各突起部(81)は、集電板(８)の中心位置を通過する部位であって、集電板(８)の中心を軸として回転対称な位置に、袋状断面を有する十文字状に形成され、弾性を有している。又、各突起部(81)は、図８(ｂ)に示す如く、その両端が集電板(８)の外周縁から外側へ突出しない形状に形成されている。平面部(83)には中央孔(82)が形成されている。
上記集電板(８)は、図８(ｃ)に示す形状を有するニッケル製の平板(80)を各折り曲げ線(84)で折り曲げて、図８(ａ)の如き断面袋状の各突起部(81)を有する形状に成形する。そして、第１実施例と同様にして本実施例のニッケル・水素二次電池を完成する。
【００２７】
上記の第１実施例乃至第５実施例のニッケル・水素二次電池においては、集電板の平面部に集電された電流が突起部に流れ込むまでの平均距離が短く、然も、電流が突起部を流れて正極端子部に達するまでの長さが短い。更に、突起部の幅は、集電板と略同じ幅に形成されており、大きなものとなる。従って、該集電板を用いることにより、二次電池の内部抵抗が小さくなる。
【００２８】
特に、上記第４実施例及び第５実施例のニッケル・水素二次電池においては、複数の突起部が集電板の中心位置を通過する部位若しくは中心位置からずれた位置を通過する部位に二文字状或いは十文字状に形成されており、集電板の平面部に集電された電流が突起部に流れ込むまでの平均距離が短い。従って、該集電板を用いることにより、二次電池の内部抵抗が更に小さくなる。
【００２９】
尚、本発明に係る集電板の材質は上記実施例に限定されるものではなく、公知の他の材質を用いることが出来る。
又、本発明に係る二次電池の正極端子部或いは負極端子部の構造は上記実施例に限定されるものではなく、公知の他の構造を用いることが出来る。
【００３０】
以下、上記第１実施例〜第５実施例のニッケル・水素二次電池(発明電池１〜発明電池５)と、図１０に示す従来の集電板(９)を用いた図９の比較例電池１と、図１１に示す従来の集電板(10)を用いた同様の比較例電池２とを作製し、各電池について内部抵抗を測定した。
尚、各電池の容量は約１Ａｈであり、サイズはＡＡサイズである。
【００３１】
［内部抵抗の測定］
各電池の内部抵抗を次の手順により測定した。先ず、室温下において、電池容量の５０％まで充電を行ない、次に、０.５Ａ、１Ａ、２Ａ、３Ａの各電流値で１分間の充電及び放電を行ない、１０秒後の電池電圧を測定した。この測定結果を一次回帰処理して、電流−電圧直線の傾きを算出し、その結果を内部抵抗とした。
【００３２】
［測定結果］
各電池の内部抵抗の測定結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１の結果から明らかな様に、発明電池１乃至発明電池５の何れも比較例電池１及び比較例電池２と比較して内部抵抗が小さくなっている。
【００３５】
この理由は、発明電池１乃至発明電池５に用いた各集電板の突起部が集電板の中心位置を通過する部位若しくは中心位置からずれた位置を通過する部位に形成されているために、比較例電池１及び比較例電池２に用いた従来の集電板と比較して、集電板の平面部に集電された電流が突起部に流れ込むまでの平均距離が短く、然も、電流が突起部を流れて正極端子部に達するまでの長さが短く、更に、突起部の幅は、集電板と略同じ幅に形成されており、大きなものとなっているためである。
【００３６】
又、発明電池４及び発明電池５は、特に内部抵抗が小さい。
この理由は、発明電池４及び発明電池５に用いた各集電板の形状が二文字状或いは十文字状であり、発明電池１乃至発明電池３に用いた一文字状の突起部を有する集電板と比較して、集電板の平面部に集電された電流が突起部に流れ込むまでの平均距離がより短くなっているためである。
【００３７】
尚、本発明に係る集電板は、平面部と突起部が連続的に形成されているので、平面部とリード部が溶接等により接合された従来の集電板に比べて、電気抵抗が更に小さくなっている。
【００３８】
本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、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。又、本発明は、例えばアルカリ電池やリチウムイオン電池等、電池の種類を問わず広く実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池の断面図である。
【図２】本発明に係る集電板の斜視図、平面図及び展開図である。
【図３】本発明の他の二次電池の部分断面図である。
【図４】本発明に係る集電板の斜視図、平面図及び展開図である
【図５】本発明の更に他の二次電池の部分断面図である。
【図６】本発明に係る集電板の斜視図及び平面図である。
【図７】本発明に係る集電板の斜視図及び平面図である。
【図８】本発明に係る集電板の斜視図、平面図及び展開図である。
【図９】従来の二次電池の断面図である。
【図１０】従来の集電板の展開図である。
【図１１】従来の他の集電板の展開図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(11) 封口板
(13) 正極端子部
(15) 負極缶
(２) 巻き取り電極体
(21) 正極
(３) 集電板
(31) 突起部
(33) 平面部
(34) 折り曲げ線
(９) 集電板
(91) リード部
(92) 中央孔
(93) 平面部

Claims

電池缶の内部に、正極と負極の間に電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層した電極体が収納され、該電極体が発生する電力を一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る二次電池において、電極体の少なくとも何れか一方の端部には、正極或いは負極を構成する芯体の端縁が突出し、該端縁には集電板が接合され、該集電板には、集電板の一部を断面袋状に屈曲させてなる突起部が形成され、該突起部は、電極体の接合面から離れる方向へ突出すると共に、基端側から先端側へ向かって前記断面における幅が一旦拡大した後に縮小し、その先端が電極端子部と連結されていることを特徴とする二次電池。
突起部は、集電板の中心位置を通過する部位に形成されている請求項１に記載の二次電池。
突起部は、中心位置からずれた位置を通過する部位に形成されている請求項１に記載の二次電池。
突起部は、互いに平行に伸びる複数本の折り曲げ線に沿って集電板を折り曲げることにより、一文字状或いは二文字状に形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池。
突起部は、互いに平行に伸びる複数の折り曲げ線と該折り曲げ線に交差して互いに平行に伸びる複数の折り曲げ線とに沿って集電板を折り曲げることにより、十文字状に形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池。