JP4418585B2 - 角形電池用極板群形成方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形電池用極板群形成方法に関し、特に重量ばらつきの少ない極板群を低コストで生産性良く形成できる角形電池用極板群形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角形電池においては、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して極板群を構成し、この極板群を電解液とともに直方体状の電槽内に収納配置し、電槽の上端開口を安全弁を設けた蓋体にて密閉して構成されている。
【０００３】
上記正極板や負極板の極板は通常単電池毎に複数枚づつ用いられるため、極板は大量に量産する必要があり、各極板を単板として１枚づつ製造していると生産効率が極めて悪くなる。そのため、一般に単板を複数枚採取できる大板を製造し、その大板を一括して切断し、複数枚の単板を形成している。
【０００４】
ところが、極板を大板で製造すると、活物質の重量分布が部位によってばらつかないようにするのは極めて困難である。そのため、大板を複数の単板に一括して切断し、各単板の配置状態をそのまま維持しながら順次集積して行くと、各単板を集積した単板群は、大板のどの部位の単板かによって重量が異なってしまう。そのため、この単板群を用いて極性の異なる単板を交互に積層して極板群を組んだ場合、大板のどの部位の単板群を用いたかによって極板群の正極又は負極の重量が大きくばらついてしまう。たとえば、重量の製造公差が最大の正極と最小の負極とセパレータとを組み合わせた極板群を作製すると、正負極の容量バランスがくずれ、充電時にガス吸収が悪くなり、内圧が上昇し漏液を生じる恐れがある。または、開弁が頻繁に起こり、電解液の減少等によるサイクル寿命の低下を来すなどの問題を生じることになる。
【０００５】
このような問題を解消するため、容量を均等にする極板群の形成方法として、例えば特開平１１−１５４５３１号公報に開示されているように、単板の重量を測定して重量選別を行い、極板群を構成する単板の総重量が所定範囲に納まるように単板を組み合わせる方法が知られている。
【０００６】
また、電池にした後に電池容量を選別し、同じような容量の電池にグループ分けし、使用目的に応じて適正なグループの電池を出荷する方法も考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように単板を重量選別するには、単板の重量を測定してその測定結果に応じて単板を選別する単板重量選別機を単板の製造ラインに設置する必要があり、設備コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
また、電池にした後容量に応じて選別する場合にも容量選別機が必要となり、設備コストが高くなるとともに容量測定に時間がかかり、生産性を低下させるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、重量ばらつきの少ない極板群を低コストで生産性良く形成できる角形電池用極板群形成方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形電池用極板群形成方法は、極板群を形成する極板の単板を複数枚採取できる大板を製造する工程と、大板から単板を切断する工程と、各単板を大板における配置場所の異なるものを組み合わせながら集積する工程と、集積された単板を順次取り出して他の極性の極板の単板と交互に積層して極板群を形成する工程とを有するものであり、切断した各単板を集積する際に大板における配置場所の異なるものを組み合わせるようにしているので、単板を集積した各群で大板の部位による重量ばらつきが無く、集積した単板を順次取り出して極板群を形成しても極板群の重量を一定範囲内に納めることができ、かつ単板の集積時に単に配置場所の異なるものを組み合わせるようにするだけで、重量選別機などを設置する必要がなく、設備コストや生産性を低下することなく、高出力で寿命の長い角形電池を低コストで生産性良く製造することができる。
【００１１】
また、大板から切断した複数枚の単板に対してそれぞれ複数枚の単板からなる群を複数種類設定し、各群を構成する単板を保持して群の中心回りに旋回させて単板の配置場所を入れ替える動作を、大板毎に旋回させる群の組み合わせと順序を順次変えて行うことにより、単板の配置場所を入れ替えて集積すると、切断した単板に対して複数種類の群を設定して適当な群をその中心回りに旋回させることで単板の配置場所を入れ替えることができ、単板を保持して旋回する簡単な機構により低コストの構成にて大板における配置場所の異なるものを組み合わせて集積することができる。
【００１２】
また、全数の単板からなる１群を旋回するか否かの第１動作と、半数づつの単板から成る２群の内の何れの群を旋回するかの第２動作との組み合わせによる４パターンの動作を順次繰り返し、単板の配置場所を入れ替えて集積すると、２つの動作工程だけで配置場所の異なるものを組み合わせることができる。
【００１３】
さらに、上記の単板の集積によって形成されて単板の配置場所の組み合わせが互いに異なっている単板集積の２つの群から交互に単板を取り出して極板群を形成すると、一層重量ばらつきの無い極板群を形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をニッケル水素二次電池から成る角形電池用の極板群の形成方法に適用した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１５】
まず、図６を参照して、角形電池の一例として、複数の単電池２を内蔵している集合型角形電池１の構成を説明する。３は、その角形電槽で、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の単電池２の電槽４をその短側面を隔壁５として共用して相互に一体連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽４の上面開口は一体の蓋体６にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽４の外側の短側面と各電槽４、４間の隔壁５の上部に接続穴７が形成されている。各電槽４内には、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群８が電解液とともに収容され、単電池２が構成されている。極板群８の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部９ａ、９ｂとされ、それらのリード部９ａ、９ｂの側端縁にはそれぞれ集電板１０ａ、１０ｂが溶接等にて接続されている。
【００１６】
集電板１０ａ、１０ｂの上部には、接続穴７内に嵌入する接続突部１１が突設され、隣接する電槽４、４間で正極と負極の集電板１０ａ、１０ｂの接続突部１１が互いに溶接にて接続されている。また、両端の電槽４の外側の短側面の接続穴７に正極又は負極の接続端子１２が装着され、その接続突部１３と集電板１０ａ又は１０ｂとが互いに溶接にて接続されている。かくして角形電槽３内に内蔵された複数の単電池２が直列に接続されて両端の接続端子１２、１２間に出力される。
【００１７】
また、蓋体６には、各電槽４の内圧を均等にする連通路１４や、各電槽４の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安全弁（図示せず）や、適当な単電池２の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴１５などが設けられている。
【００１８】
上記各単電池２を構成している極板群８は、発泡ニッケルに水酸化ニッケルを主成分とする正極材料を充填してなる正極板とパンチングメタルに水素吸蔵合金を主成分とする負極材料を塗着してなる負極板とをポリプロピレン製の不織布などからなるセパレータを介して積層して構成され、一般には正極板に袋状セパレータを被せて正極板と負極板を交互に重ね合わせて形成される。
【００１９】
この極板群８を形成する工程を、図１を参照して説明すると、正極板や負極板はその生産性を確保するため、極板群を構成する形状と大きさの極板（以下、単板と称する）を複数枚、例えば図２に示すように８枚採取できるような大板の形態で製造される。この大板は１枚単位で製造される場合と多数枚が連続したフープ材として製造された後所定長さに切断されて製造される場合がある。
【００２０】
次に、この大板２１は切断工程に送られて一括して切断され、図２に示すように、８枚の単板２２が分離形成される。図２において、各単板２２には後の説明のために大板２１における部位に応じて(1) 〜(8) の符号を付してある。
【００２１】
次に、分離形成された８枚の単板２２はその位置関係を維持したまま、単板の場所入れ替え工程に送られて単板２２の場所の入れ替えが行われた後、各場所に対応して配設された単板収納マガジンに順次集積される。
【００２２】
場所入れ替え工程では、図３に示すように、８枚の単板２２を１群として一括保持してその中心に位置する回転軸Ｘ回りに必要に応じて１８０°回転させる第１工程と、４枚づつの単板２２の２つの群に分けて何れかの群の単板２２を保持して各々の中心に位置する回転軸Ｙ、Ｚ回りに１８０°回転させる第２工程とを備えている。
【００２３】
これら第１工程と第２工程での回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚの動作の組み合わせによって、図４に示すように、場所入れ替えに４つのパターンがあり、それぞれのパターン毎に単板２２（(1) 〜(8) ）の場所が入れ替わることになる。例えば、パターン１は、第１工程で回転軸Ｘを１８０°回転させ、第２工程で回転軸Ｙを回転して回転軸Ｚは固定しており、この場合単板２２は、図２の(1) 〜(8) の場所に、(3),(4),(6),(5),(7),(8),(2),(1）が配列され、パターン２〜４では図示のような単板配列となる。
【００２４】
単板の場所入れ替え工程では、これらのパターン１からパターン４による単板２２の場所入れ替え動作を順次繰り返し行って、各場所に対応して配設された単板収納マガジンに順次集積する。これによって、図５に示すように、図２の(1) の場所に対応する単板収納マガジンには(3),(6),(8),(1) の単板２２がこの順で順次繰り返し集積され、図２の(2) の場所に対応する単板収納ラックには(4),(5),(7),(2) の単板２２がこの順で順次繰り返し集積される。ここで、図２の(1),(3),(6),(8) の場所には、(1),(3),(6),(8) の単板２２がその配列順序を変えて集積され、図２の(1),(3),(6),(8) の場所には、(2),(4),(5),(7) の単板２２がその配列順序を変えて集積されており、それぞれで集積される単板２２が限定されているのでＡ群とＢ群とする。
【００２５】
次に、正極板の単板についてはセパレータを被覆して正極収納マガジンに集積するが、その際にＡ群の単板収納ラックとＢ群の単板収納マガジンから交互に単板２２を取り出してセパレータを被覆し、正極収納マガジンに集積する。また、負極板の場合もＡ群の単板収納マガジンとＢ群の単板収納マガジンから交互に単板２２を取り出して負極収納マガジンに集積する。
【００２６】
次に、正極収納マガジンと負極収納マガジンから交互に単板２２を取り出して所定枚数づつ積層することによっ極板群が構成される。
【００２７】
以上の極板群形成方法によって形成された極板群を用いた角形電池と、Ａ群とＢ群の交互集積を行わずに形成した極板群を用いた角形電池と、単板の場所入れ替え集積を行わずに形成した極板群を用いた比較例としての角形電池と、単板の重量選別を行って形成した極板群を用いた従来例の角形電池とを構成し、それぞれの容量ばらつきを測定した。その結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
Figure 0004418585
単板の場所入れ替えを行わずに極板群を形成した比較例では、±７％の容量ばらつきがあったものが、本実施形態では±２．１％の容量ばらつきに納まり、低コストで生産性の良い処理操作だけで、重量選別を行って形成した従来例と同等の容量ばらつきに抑えることができた。なお、Ａ群とＢ群の交互集積を行わなかった場合にはやはり容量ばらつきが多少大きくなっている。
【００２９】
なお、上記実施形態では、単板の配置場所を入れ替える方法として、全数の単板からなる１群を旋回するか否かの第１動作と、半数づつの単板から成る２群の内の何れの群を旋回するかの第２動作との組み合わせによる４パターンの動作を順次繰り返す例を示したが、これに限定されるものではなく、より一般的に大板から切断した複数枚の単板に対してそれぞれ複数枚の単板からなる群を複数種類設定し、各群を構成する単板を保持して群の中心回りに旋回させて単板の配置場所を入れ替える動作を、大板毎に旋回させる群の組み合わせと順序を順次変えて行えば良く、さらに大板における配置場所を乱数表などに基づいて指定するようにし、それぞれの場所の単板を順次取り出して集積するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の角形電池用極板群形成方法によれば、以上の説明から明らかなように、大板から切断した各単板を集積する際に、大板における配置場所の異なるものを組み合わせるようにしているので、単板を集積した各群で大板の部位による重量ばらつきが無く、集積した単板を順次取り出して極板群を形成しても極板群の重量を一定範囲内に納めることができ、かつ単板の集積時に単に配置場所の異なるものを組み合わせるようにするだけで、重量選別機などを設置する必要がなく、設備コストや生産性を低下することなく、高出力で寿命の長い角形電池を低コストで生産性良く製造することができる。
【００３１】
また、大板から切断した複数枚の単板に対してそれぞれ複数枚の単板からなる群を複数種類設定し、各群を構成する単板を保持して群の中心回りに旋回させて単板の配置場所を入れ替える動作を、大板毎に旋回させる群の組み合わせと順序を順次変えて行うことにより、単板の配置場所を入れ替えて集積すると、切断した単板に対して複数種類の群を設定して適当な群をその中心回りに旋回させることで単板の配置場所を入れ替えることができ、単板を保持して旋回する簡単な機構により低コストの構成にて大板における配置場所の異なるものを組み合わせて集積することができる。
【００３２】
また、全数の単板からなる１群を旋回するか否かの第１動作と、半数づつの単板から成る２群の内の何れの群を旋回するかの第２動作との組み合わせによる４パターンの動作を順次繰り返し、単板の配置場所を入れ替えて集積すると、２つの動作工程だけで配置場所の異なるものを組み合わせることができる。
【００３３】
さらに、上記の単板の集積によって形成されて単板の配置場所の組み合わせが互いに異なっている単板集積の２つの群から交互に単板を取り出して極板群を形成すると、一層重量ばらつきの無い極板群を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における極板群の形成工程図である。
【図２】同実施形態における大板とそれから採取する単板を示す平面図である。
【図３】同実施形態における単板の場所入れ替え工程における動作説明図である。
【図４】同実施形態における場所入れ替え工程による単板の場所入れ替え状態の説明図である。
【図５】同実施形態における単板の集積状態の説明図である。
【図６】集合型角形電池の部分縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 集合型角形電池
８ 極板群
２１ 大板
２２ 単板

Claims (4)

  1. 極板群を形成する極板の単板を複数枚採取できる大板を製造する工程と、大板から単板を切断する工程と、各単板を大板における配置場所の異なるものを組み合わせながら集積する工程と、集積された単板を順次取り出して他の極性の極板の単板と交互に積層して極板群を形成する工程とを有することを特徴とする角形電池用極板群形成方法。
  2. 大板から切断した複数枚の単板に対してそれぞれ複数枚の単板からなる群を複数種類設定し、各群を構成する単板を保持して群の中心回りに旋回させて単板の配置場所を入れ替える動作を、大板毎に旋回させる群の組み合わせと順序を順次変えて行うことにより、単板の配置場所を入れ替えて集積することを特徴とする請求項１記載の角形電池用極板群形成方法。
  3. 全数の単板からなる１群を旋回するか否かの第１動作と、半数づつの単板から成る２群の内の何れの群を旋回するかの第２動作との組み合わせによる４パターンの動作を順次繰り返し、単板の配置場所を入れ替えて集積することを特徴とする請求項２記載の角形電池用極板群形成方法。
  4. 請求項３に記載の角形電池用極板群形成方法による単板の集積によって形成されて単板の配置場所の組み合わせが互いに異なっている単板集積の２つの群から交互に単板を取り出して極板群を形成することを特徴とする角形電池用極板群形成方法。
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