JP3913384B2

JP3913384B2 - アルカリ蓄電池

Info

Publication number: JP3913384B2
Application number: JP37126398A
Authority: JP
Inventors: 尚垣内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000195496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた金属製外装缶と、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら外装缶および封口体よりなる電池容器内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極体とを備え、この電極体の両端部に集電体が配設されたアルカリ蓄電池に係り、特に、集電体の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極板および負極板の間にセパレータを介在させて、これらを渦巻状に巻回して渦巻状電極体を形成し、この渦巻状電極体の上下端部の少なくとも一方に集電体の本体部を接続する。ついで、この渦巻状電極体を金属製外装缶に収納して、一方の集電体の本体部から延出する集電リード部を封口体の下面に溶接した後、外装缶の開口に絶縁ガスケットを介在させて封口体を装着することにより密閉して構成するようにしている。
【０００３】
この種のアルカリ蓄電池が電動工具、電動自転車などの大負荷用の電源として使用される場合、大電流での充・放電特性が良好であることが要求されるが、電池を大電流で放電させると内部抵抗に起因した電圧降下が生じ、作動電圧が低下するという問題が生じるため、極力内部抵抗を低減する必要がある。そのため、集電体を幅広に形成するとともに板厚を厚く形成して、この集電体に大電流が流れても電圧降下をほとんど生じさせないようにしている。
【０００４】
ここで、図７は上述した集電体の例を示す図であり、この集電体１は、略円形状の本体部２と、この本体部２より延出して封口体（図示せず）の下面あるいは外装缶の内面に溶接される集電リード部３とからなる。本体部２には、その中心部に注液用開口４が配設されているとともに、この注液用開口４の周囲には多数の開口５が配設されている。そして、開口５の周縁には本体部２より下方に突出する突縁５ａが設けられており、この突縁５ａが渦巻状電極体（図示せず）の一方の電極の端部の導電端縁に溶接されることにより、封口体下面と一方の電極とが電気的に接続されることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した集電体１はその本体部２の突縁５ａが渦巻状電極体の一方の電極の端部の導電端縁に溶接した後、集電リード部３の先端部を封口体下面に溶接するが、溶接作業を容易にするために、集電リード部３の根元部６（図７参照）を予め直角に折り曲げて用いるようにしている。そして、集電リード部３の先端部が溶接された封口体を外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介して挿入する際には、集電リード部３を電池内の空間に収納する必要があるため、再度、集電リード部３の根元部６を折り曲げる必要が生じる。
【０００６】
このように、集電リード部３の根元部６は電池の製造過程で様々の外力が加わるため、集電リード部３の根元部６側に配設された突縁５ａの溶接部が渦巻状電極体の一方の電極の端部の導電端縁より剥がれて、電池内部抵抗が増大するという問題を生じた。また、電動工具等の振動を伴う用途に用いられる電池にあっては、集電リード部３の根元部６が起点となって電池内の電極体が振動するため、集電リード部３の根元部６側に配設された突縁５ａの溶接部が渦巻状電極体の一方の電極の端部の導電端縁より剥がれて、電池内部抵抗がさらに増大するという問題も生じた。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、集電リード部の根元部側に配設された突縁の溶接部が電極体の一方の電極より延出する端部より剥がれにくい構造とすることにより、溶接信頼性を向上させて、放電特性の優れた電池を得られるようにすることを目的する。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池は、電極体の一方の端部に接続された本体部と同本体部から延出して封口体の下面に溶接される集電リード部とを有する集電体を備え、本体部の下面に電極体の一方の端部に接続された突縁を備えるとともに、集電リード部側に配設された突縁の高さを集電リード部側以外に配設された突縁の高さより高くしている。
【０００９】
このように、集電リード部側に配設された突縁の高さを集電リード部側以外に配設された突縁の高さより高くすることにより、集電リード部の根元部側に配設された突縁が電極体の一方の端部の導電端縁に十分に食い込んだ状態で溶接できるようになるので、この溶接部の溶接強度が向上する。このため、集電リード部の根元部に過大な外力が加わっても、集電リード部の根元部側に配設された突縁の溶接部が電極体の端部の導電端縁より剥がれることが防止できようになり、電池内部抵抗が増大するようなことがなくなるので、放電特性が優れた電池が得られるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した場合の一実施形態を図を参照して説明する。なお、図１は本発明の正極集電体を示す図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。図２は電極体に正極集電体および負極集電体を溶接した状態を示す図である。また、図３は図２の電極体を外装缶に収納した状態を示す図であり、図３（ａ）は封口体を外装缶の開口部に装着する前の状態を示し、図３（ｂ）は封口体を外装缶の開口部に装着した状態を示す図である。
【００１１】
１．正極集電体の作製
正極集電体１０は、図１に示すように、略円形状（例えば、直径が１６ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）の本体部１１と、本体部１１と一体的に形成されて本体部１１より長方形状（例えば、幅が７ｍｍで、長さが１５ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）に延出する集電リード部１２とから構成される。本体部１１にはその中心部に注液用の開口１３と、この注液用の開口１３の周囲に多数の開口１４，１４・・・が形成されており、各開口１４の周縁から下方に突出する突縁１４ａ，１４ｂが形成されている。
【００１２】
ここで、突縁１４ａは集電リード部１２側のＡ部に形成されており、その高さが０．６ｍｍになるように形成されている。一方、突縁１４ｂは集電リード部１２側以外のＢ部に形成されており、その高さが０．４ｍｍになるように形成されている。即ち、集電リード部１２側のＡ部に形成された突縁１４ａの高さは、集電リード部１２側以外のＢ部に形成された突縁１４ｂの高さより０．２ｍｍだけ高くなるように形成されている。
【００１３】
２．ニッケル−カドミウム蓄電池の作製
パンチングメタル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正極活物質を焼結多孔体内に充填して焼結式ニッケル正極を作製する。また、酸化カドミウム粉末を主体とするペースト状の負極活物質を芯体にコーティングして非焼結式カドミウム負極を作製する。ついで、図２に示すように、これらのニッケル正極とカドミウム負極とを、これらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極体２０を形成する。
【００１４】
この渦巻状電極体２０の上端はニッケル正極の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出して正極用導電端縁２１が形成されており、一方、渦巻状電極体２０の下端はカドミウム負極の極板芯体の端部が露出して負極用導電端縁２２が形成されている。なお、渦巻状電極体２０の直径は２０ｍｍであり、高さは３５ｍｍとなるように形成されている。
【００１５】
そして、渦巻状電極体２０の上部に正極集電体１０の本体部１１を載置するとともに、各開口１４の周縁から下方に突出する突縁１４ａ，１４ｂを正極用導電端縁２１に圧入しなが抵抗溶接する。一方、渦巻状電極体２０の下部に負極集電体１５を配置し、負極集電体１５の突縁１５ａを負極用導電端縁２２に圧入しなが抵抗溶接する。なお、負極集電体１５は鋼鈑を円形状に形成するとともに、円形の内部に正極集電体１０の本体部１１と同様な多数の開口が設けられており、この開口の周縁より突出して突縁１５ａが形成されている。
【００１６】
ついで、鉄にニッケルメッキを施した有底円筒形の金属外装缶３０を用意し、図３（ａ）に示すように、正極集電体１０の集電リード部１２の根元部（本体部１１と集電リード部１２との境界部分）を直角に折り曲げた後、渦巻状電極体２０を金属外装缶３０内に挿入し、正極集電体１０の注液用開口１３より一方の溶接電極を挿入して負極集電体１５に当接させるとともに金属外装缶３０の底部に他方の溶接電極を当接して、負極集電体１５と金属外装缶３０の底部をスポット溶接する。なお、この金属外装缶３０の直径（外形寸法）は２２ｍｍ（内径寸法は２１ｍｍ）で、高さは４３ｍｍである。
【００１７】
ついで、渦巻状電極体２０の上部にスペーサ３３を載置した後、周縁部にリング状の絶縁ガスケット３２を装着した封口体３１を用意し、正極集電体１０の集電リード部１２の先端部１２ａを封口体３１の底部に接触させて、封口体３１の底部と先端部１２ａとを抵抗溶接して接続する。この後、金属外装缶３０内に電解液（水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有した８Ｎの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注入する。ついで、外装缶３０の上部に環状に形成された内方突出部３０ａ上にガスケット３２を装着した封口体３１を載置する。ついで、金属外装缶３０の開口端縁３０ｂを内方にカシメつけることによって金属外装缶３０の開口部を封口して、公称容量１．３Ａｈのニッケル−カドミウム蓄電池を組み立てた。
【００１８】
３．試験結果
（１）溶接不良の発生数
上述のように本発明の正極集電体を用いて作製したニッケル−カドミウム蓄電池を１００００個と、従来例の集電体（図７に示す集電体１）を用いて作製したニッケル−カドミウム蓄電池を１００００個との溶接不良個数、即ち、本体部１１の集電リード部１２側に形成された突縁１４ａの溶接不良の発生数と、本体部２の集電リード部３側に形成された突縁５ａの溶接不良の発生数とを比較すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００１９】
【表１】

【００２０】
上記表１より明らかなように、本発明の正極集電体を用いた電池は本体部１１の集電リード部１２側に形成された突縁１４ａの溶接不良が生じないことが分かる。これは、集電リード部１２側に配設された突縁１４ａの高さを集電リード部１２側以外に配設された突縁１４ｂの高さより高くすることにより、集電リード部１２の根元部側に配設された突縁１４ａが渦巻状電極体２０の正極用導電端縁２１に十分に食い込んだ状態で溶接できるようになるので、この溶接部の溶接強度が向上する。このため、集電リード部１２の根元部に過大な外力が加わっても、突縁１４ａと正極用導電端縁２１との溶接部が剥がれることが防止できようになり、電池内部抵抗が増大するようなことがなくなるので、放電特性が優れた電池が得られるようになる。
【００２１】
４．変形例
上述した正極集電体は種々の変形が可能であるので、以下に、図４〜図６に基づいて各種の変形例の正極集電体を説明する。なお、図４は第１変形例の正極集電体を示す図であり、図５は第２変形例の正極集電体を示す図であり、図６は第３変形例の正極集電体を示す図である。
【００２２】
（１）第１変形例
本第１変形例の正極集電体４０は、図４に示すように、略円形状（例えば、直径が１６ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）の本体部４１と、本体部４１と一体的に形成されて本体部４１より長方形状（例えば、幅が７ｍｍで、長さが１５ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）に延出する集電リード部４２とから構成される。本体部４１にはその中心部に注液用の開口４３と、この注液用の開口４３の周囲に多数の方形状の開口４４，４４・・・と開口４４より若干大きい方形状の開口４５が形成されている。各開口４４の周縁から下方に突出する突縁４４ａ，４４ａ・・・が形成されており、開口４５の周縁から下方に突出する突縁４５ａが形成されている。
【００２３】
ここで、突縁４４ａおよび４５ａは各開口４４および４５の切起片から形成されており、突縁４５ａは集電リード部４２側に形成されており、その高さが０．６ｍｍになるように形成されている。一方、突縁４４ａは集電リード部４２側以外に形成されており、その高さが０．４ｍｍになるように形成されている。即ち、突縁４５ａの高さは、突縁４４ａの高さより０．２ｍｍだけ高くなるように形成されている。
【００２４】
このように、各突縁４４ａおよび４５ａ形成することにより、突縁４５ａが渦巻状電極体の正極用導電端縁に十分に食い込んだ状態で溶接できるようになるので、この溶接部の溶接強度が向上する。このため、集電リード部４２の根元部に過大な外力が加わっても、突縁４５ａと正極用導電端縁との溶接部が剥がれることが防止できようになり、電池内部抵抗が増大するようなことがなくなるので、放電特性が優れた電池が得られるようになる。
【００２５】
（２）第２変形例
本第２変形例の正極集電体５０は、図５に示すように、略円形状（例えば、直径が１６ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）の本体部５１と、本体部５１と一体的に形成されて本体部５１より長方形状（例えば、幅が７ｍｍで、長さが１５ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ）に延出する集電リード部５２とから構成される。本体部５１にはその中心部に注液用の開口５３と、この注液用の開口５３を横断する長切欠部５４Ａと、注液用の開口５３に対して相対向するとともに長切欠部５４Ａに対して直角になる一対の短切欠部５６，５６とが形成されている。
【００２６】
ここで、長切欠部５４Ａは幅広部５４と幅狭部５５とからなり、これらの幅広部５４と幅狭部５５の周縁から下方に突出する突縁５４ａおよび５５ａが形成されている。なお、各突縁５４ａおよび５５ａは切起片から形成されている。一方、一対の短切欠部５６，５６の周縁から下方に突出する突縁５６ａ，５６ａが形成されている。これらの突縁５６ａ，５６ａも切起片から形成されている。そして、突縁５５ａは集電リード部５２側に形成されており、その高さが０．６ｍｍになるように形成されている。一方、突縁５５ａおよび突縁５６ａ，５６ａは集電リード部５２側以外に形成されており、その高さが０．４ｍｍになるように形成されている。
【００２７】
即ち、突縁５４ａの高さは、突縁５５ａおよび突縁５６ａ，５６ａの高さより０．２ｍｍだけ高くなるように形成されている。なお、長切欠部５４Ａの奥部にはスリット５７が形成されており、短切欠部５６，５６の奥部にはスリット５８，５８が形成されている。これにより、抵抗溶接時に溶接電流の回り込みが行われるようになるので、正極集電体５０の温度上昇を防止できるようになるとともに、熱応力による亀裂の発生を防止できるようになる。
【００２８】
このように、突縁５４ａを形成しても、突縁５４ａが渦巻状電極体の正極用導電端縁に十分に食い込んだ状態で溶接できるようになるので、この溶接部の溶接強度が向上する。このため、集電リード部の根元部に過大な外力が加わっても、突縁５４ａと正極用導電端縁との溶接部が剥がれることが防止できようになり、電池内部抵抗が増大するようなことがなくなるので、放電特性が優れた電池が得られるようになる。
【００２９】
（３）第３変形例
本第３変形例の正極集電体６０は、図６に示すように、本体部６１と、この本体部６１の長手方向の中央部を長方形状に切り欠き、立ち上げて形成された切欠部６２と、この切欠部６２を形成する際に立ち上げて形成された集電リード部６３とから構成される。本体部６１の周縁部には周縁から下方に直角に折曲されて形成されて下方に突出する突縁６４が設けられており、この突縁６４は本体部６１の長手方向の先端から集電リード部６３に向けて高さが高くなるように形成されている。
【００３０】
そして、突縁６４は集電リード部６３の下端部での高さが０．６ｍｍになるように形成されており、また、本体部６１の長手方向の先端の突縁６４の高さが０．４ｍｍになるように形成されおり、集電リード部６３の下端部での突縁６４の高さは、本体部６１の長手方向の先端の突縁６４の高さより０．２ｍｍだけ高くなるように形成されている。このように、突縁６４を形成しても、集電リード部６３の下端部の突縁６４が渦巻状電極体の正極用導電端縁に十分に食い込んだ状態で溶接できるようになるので、この溶接部の溶接強度が向上し、放電特性が優れた電池が得られるようになる。
【００３１】
なお、上述した実施形態および各変形例においては、封口体を正極端子としたために、正極集電体に集電リード部を設ける例について説明したが、封口体を負極端子とした場合には、負極集電体に集電用リード部を設けるようにすればよい。また、上述した実施形態においては、正極に焼結式電極を用いた例について説明したが、正極にペースト式などの非焼結式電極を用いてもほぼ同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の正極集電体を示す図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【図２】渦巻状電極体に正極集電体および負極集電体を溶接した状態を示す図である。
【図３】図２の電極体を外装缶に収納した状態を示す図であり、図３（ａ）は封口体を外装缶の開口部に装着する前の状態を示し、図３（ｂ）は封口体を外装缶の開口部に装着した状態を示す図である。
【図４】第１変形例の正極集電体を示す図であり、図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。
【図５】第２変形例の正極集電体を示す図であり、図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。
【図６】第３変形例の正極集電体を示す図であり、図６（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）はその側面図であり、図６（ｃ）はその正面図である。
【図７】従来例の正極集電体を示す図であり、図７（ａ）は上面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
１０…正極集電体、１１…本体部、１２…集電リード部、１３…注液用開口、１４…開口、１４ａ…突縁、１４ｂ…突縁、１５…負極集電体、１５ａ…突縁、２０…渦巻状電極体、２１…正極用導電端縁、２２…負極用導電端縁、３０…外装缶、３１…封口体、３２…絶縁ガスケット、３３…スペーサ、４０…正極集電体、４１…本体部、４２…集電リード部、４３…注液用開口、４４…開口、４５…開口、４４ａ…突縁、４５ａ…突縁、５０…正極集電体、５１…本体部、５２…集電リード部、５３…注液用開口、５４Ａ…長切欠部、５４…幅広部、５５…幅狭部、５４ａ…突縁、５５ａ…突縁、５６…短切欠部、５７，５８…スリット、６０…正極集電体、６１…本体部、６２…切欠部、６３…集電リード部、６４…突縁

Claims

一方極の端子を兼ねる開口部を備えた金属製外装缶と、前記開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体と、これら外装缶および封口体よりなる電池容器内に組み込まれる少なくとも正・負極からなる電極体とを備えたアルカリ蓄電池であって、
前記電極体の一方の端部に接続された本体部と同本体部から延出して前記封口体の下面に溶接された集電リード部とを有する集電体を備え、
前記本体部の下面に前記電極体の一方の端部に接続された突縁を備えるとともに、前記集電リード部側に配設された前記突縁の高さを前記集電リード部側以外に配設された前記突縁の高さより高くしたことを特徴とするアルカリ蓄電池。
前記突縁は、前記本体部に配設された開口の周縁から前記電極体の一方の端部に向けて突出して配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
前記突縁は、前記本体部の周縁から前記電極体の一方の端部に向けて突出して配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。