JP4520105B2 - Battery electrode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池用電極及びその製造方法に関し、特にリード部におけるリード板側縁部での強度の向上を図った電池用電極とその製造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、複数枚の方形の負極板と正極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を電解液とともに電槽内に挿入配置して構成されている。例えば、ニッケル水素電池における極板群は、三次元金属多孔体から成る支持体としてのNiの発泡メタルに正極材料を充填した正極板と、支持体としてのNiのパンチングメタルに負極材料を塗着した負極板とを、それらの間にセパレータを介装して積層して構成されている。
【0003】
また、極板群として、図6(a)、(b)に示すように、正極板22と負極板23の一側縁部にそれぞれリード部22a、23aを設け、そのリード部22a、23aを互いに反対側部に突出させた状態で正極板22と負極板23をセパレータ24を介して積層し、各正極板22と負極板23のリード部22a、23aの端面に集電板25、26を圧接させて配置し、必要に応じてロウ材等を介した状態でレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて接合した極板群21が知られている。
【0004】
また、正極板22のリード部22aは、図7(a)、(b)に示すように、支持体としての三次元金属多孔体27の一側部を加圧して圧密するとともにその一面にリード板28を重ねて超音波溶接にて接合して構成したものが知られている。なお、上記負極板のリード部は支持板の一側部に負極材料を塗着しない部分を設けて構成されている。
【0005】
上記正極板22のリード部22aの製造方法としては、図8に示すように、三次元金属多孔体27の一面にリード板28を重ね合わせた状態で、回転可能な円板状の超音波ホーン31と同じく回転可能な円板状のアンビル32との間に挿通させ、超音波ホーン31とアンビル32の間でリード板28と三次元金属多孔体27を加圧して三次元金属多孔体27を圧密するとともに超音波ホーン31にその軸芯方向の超音波振動を負荷することで、圧密した三次元金属多孔体27とリード板28をその全面で超音波接合するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
また、渦巻状に巻回する電極において、図9に示すように、電極33のリード部となる端部に、折り返して補強したメッシュ34を取り付けてその端部が電極33の三次元金属多孔体に封入されるようにし、かつ適当間隔おきに電気スポット溶接したものも知られている(特許文献2参照。)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−297747号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2000−223128号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1のように、三次元金属多孔体27の一側縁部を圧密してその一面にリード板28を接合した電極においては、リード板28の側縁と三次元金属多孔体27の境界部29(図7(b)参照)に応力が集中して折れ曲がりが発生し易く、極端な場合には切れが発生することもあるという問題があり、特に三次元金属多孔体27として目付け(坪量)の小さいものを採用することで、正極板22の重量を低減するとともに正極材料の充填量を増加することで、電池の重量当たりの容量の増大を図ろうとする際には重大な問題となる。
【0010】
また、このような問題を解消するため、特許文献2のように、リード部に折り返し部を設けて補強することも考えられるが、その場合には加工工数及び材料費が大きくなって、コスト高になるという問題を生じることになる。
【0011】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、三次元金属多孔体の一側縁部を圧密してその一面にリード板を接合した電池用電極において、リード板の側縁で三次元金属多孔体が折れたり、切れが発生することのない電池用電極及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用電極は、三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合した電池用電極であって、支持体の圧密部の一面にリード板を接合するとともに、圧密部の他面にリード板に対向する位置まで延びる非圧密突出部を間隔をあけて配設したものであり、リード板側に延出している非圧密突出部にてリード板と三次元金属多孔体との境界部の曲げ剛性を大きくでき、境界部に応力が集中して三次元金属多孔体の折れや切れが発生するのを確実に防止でき、かつ非圧密突出部は間隔をあけて配設しているので、三次元金属多孔体の圧密部とリード板との接合面積を十分に確保でき、三次元金属多孔体の圧密部とリード板が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【0013】
また、支持体とリード板の接合は抵抗シーム溶接や導電性接着材による接合等を適用することもできるが、支持体とリード板を超音波接合すると、非圧密突出部に対向する部分を除いてリード板のほぼ全面を支持体と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部を生産性良く構成できる。
【0014】
また、本発明の電池用電極の製造方法は、三次元金属多孔体から成る支持体のリード配設部を圧密してリード板を接合する電池用電極の製造方法であって、支持体のリード配設部にリード板を重ねて回転可能な円板状の加圧治具と回転可能でかつ外周支持面の側縁部に間隔をあけて凹部を形成した円板状のアンビルとの間に挿通し、加圧治具とアンビルの間で支持体とリード板を加圧つつ支持体とリード板を接合するものであり、加圧治具とアンビルの間で支持体のリード配設部を圧密するとともにアンビルの凹部にて非圧密突出部を形成しつつリード板を接合することで、生産効率良く、上記作用効果を奏する電池用電極を製造することができる。
【0015】
また、加圧治具は超音波ホーンから成り、この超音波ホーンに軸芯方向に超音波振動を印加して支持体とリード板を超音波接合すると、支持体とリード板を重ねて送給しながらリード板のほぼ全面を支持体と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部を生産性良く構成できる。
【0016】
また、外周支持面の両側縁部に千鳥状に凹部を形成しているアンビルを用いると、超音波接合部における接合面積が超音波ホーン及びアンビルの回転位置によってあまり変化せず均一にできるので、安定して信頼性の高い接合状態を得ることができる。なお、この場合にはリード板を接合した後、その中央部で切断して両側の電池用電極に分割される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池用電極とその製造方法の一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
【0018】
図1において、1はニッケル水素電池に用いられる正極板などの電池用電極であり、三次元金属多孔体であるNiの発泡メタルから成る支持体2の一側縁部にリード部3が設けられている。リード部3は、三次元金属多孔体を圧密して構成した圧密部4の一面にリード板5を超音波接合によって接合して構成されている。圧密部4の他面には、リード板5に対向する位置まで延びる非圧密突出部6が間隔をあけて配設されている。
【0019】
この電池用電極1は、例えば、図2に示すように、8枚(4枚並列×2列)分の大きさを有する大板7の状態で製造され、一点鎖線で示す切断線10で切断して各電池用電極1に分割される。その大板7には、中央部で切断されてリード板5を構成する2条のリード板5Aが配設されている。
【0020】
この電池用電極1用の大板7の製造に際しては、図3に示すように、支持体2のリード配設部にリード板5Aを重ねて、回転可能な円板状の超音波ホーン11と同じく回転可能でかつ外周支持面の両側縁部に間隔をあけて千鳥状に凹部13を形成された円板状のアンビル12との間に通し、回転駆動装置14にて超音波ホーン11を矢印aの如く回転駆動するとともに、アンビル12を設置された昇降台16を押上装置17にて矢印bの如く押上付勢することで、超音波ホーン11とアンビル12の間で支持体2とリード板5Aを加圧しながら送給し、それと同時に超音波振動発生装置15にて矢印cの如く超音波ホーン11にその軸芯方向の超音波振動を負荷する。これにより、図4に示すように、支持体2のリード配設部に圧密部4が形成されるとともに、その一面にリード板5Aが超音波接合され、かつ圧密部4の他面に、アンビル12の外周支持面の両側縁部に千鳥状に形成された凹部13にてリード板5に対向する位置まで延びる非圧密突出部6が形成される。
【0021】
具体数値例を示すと、リード板5Aの幅が6mm、超音波ホーン11及びアンビル12の幅が8mm、凹部13は半径2mmの半円形で、略9〜10mm間隔で形成している。
【0022】
以上の構成の電池用電極1によれば、リード板5側に延出している非圧密突出部6にてリード板5と三次元金属多孔体から成る支持体2の圧密部4との境界部8の曲げ剛性を大きくでき、境界部8に応力が集中してリード部3で三次元金属多孔体2の圧密部4の折れや切れが発生するのを確実に防止できる。また、非圧密突出部6を間隔をあけて配設しているので、三次元金属多孔体2の圧密部4とリード板5との接合面積を十分に確保することができ、三次元金属多孔体2の圧密部4とリード板5が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【0023】
また、支持体2の圧密部4とリード板5を超音波接合しているので、非圧密突出部6に対向する部分を除いてリード板5のほぼ全面を圧密部4と確実にかつ効率的に接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部3を生産性良く構成できる。
【0024】
また、図3に示したリード板接合装置を用いると、超音波ホーン11とアンビル12の回転に伴って支持体2とリード板5を重ねて送給して圧密部4を形成しながら、超音波ホーン11の軸芯方向の超音波振動によって圧密部4とリード板5を超音波接合することができ、機械的及び電気的特性の良好なリード部3を生産性良く構成でき、特に凹部13を形成したアンビル12を用いるだけで、従来のリード板接合装置をそのまま適用できるので、設備コストが殆どかからず、低コストにて上記効果を奏する電池用電極1を製造することができる。さらに、外周支持面の両側縁部に千鳥状に凹部13を形成しているアンビル12を用いているので、超音波接合部における接合面積が超音波ホーン11及びアンビル12の回転位置によってあまり変化せず均一にできるので、安定して信頼性の高い接合状態を得ることができる。
【0025】
具体例を示すと、図5(a)に示すように、目付け(坪量)が400g/m2 の三次元金属多孔体2を支持体2として用いた上記具体例の電池用電極1を他の極性の電極と積層し、リード部3の端縁に集電板9を押し付けた状態で各リード部3と集電板9を溶接接合したところ、リード部3に折れや切れが発生するのを確実に防止でき、リード部3を集電板9に適切に溶接接合できた。これに対して、従来例の正極板22において、目付け(坪量)が600g/m2 の三次元金属多孔体27を用いていたのを、同様に目付け(坪量)が400g/m2 のものに変えたところ、図5(b)に示すように、折れや切れ29が20〜30%程度生じた。
【0026】
【発明の効果】
本発明の電池用電極によれば、リード板側に非圧密突出部を延出したことでリード板と三次元金属多孔体との境界部の曲げ剛性を大きくでき、境界部に応力が集中して三次元金属多孔体の折れや切れが発生するのを確実に防止でき、かつ非圧密突出部は間隔をあけて配設したことで、三次元金属多孔体の圧密部とリード板との接合面積を十分に確保でき、三次元金属多孔体の圧密部とリード板が確実に一体化されて機械的及び電気的特性の良好なリード部を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の電池用電極を示し、(a)は正面図、(b)は部分拡大背面図、(c)は(b)のA−A矢視断面図である。
【図2】同実施形態の電池用電極の分割前の大板の正面図である。
【図3】同実施形態におけるリード板接合装置の構成図である。
【図4】同実施形態におけるリード板接合状態を示す拡大断面図である。
【図5】同実施形態と従来例の電池用電極のリード部と集電板との接合状態を示す詳細断面図である。
【図6】極板群の構成を示し、(a)は斜視図、(b)は(a)のB−B矢視拡大断面図である。
【図7】従来例の電池用電極の構成を示し、(a)は要部の正面図、(b)は(a)のC−C矢視断面図である。
【図8】従来例におけるリード板接合装置の構成図である。
【図9】他の従来例の電池用電極の構成を示し、(a)は要部の正面図、(b)は(a)のD−D矢視断面図である。
【符号の説明】
1 電池用電極
2 三次元金属多孔体からなる支持体
3 リード部
4 圧密部
5、5A リード板
6 非圧密突出部
11 超音波ホーン
12 アンビル
13 凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery electrode and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a battery electrode and a method for manufacturing the same for improving the strength at the lead plate side edge portion in the lead portion.
[0002]
[Prior art]
The prismatic battery is configured by inserting and arranging an electrode plate group in which a plurality of rectangular negative electrode plates and positive electrode plates are alternately stacked via a separator together with an electrolytic solution. For example, the electrode plate group in a nickel metal hydride battery is composed of a positive electrode plate in which Ni foam metal as a support made of a three-dimensional metal porous body is filled with a positive electrode material, and a negative electrode material applied to Ni punching metal as a support. The negative electrode plate is laminated with a separator interposed therebetween.
[0003]
6A and 6B,
[0004]
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
[0005]
As a manufacturing method of the
[0006]
Further, in the electrode wound in a spiral shape, as shown in FIG. 9, a
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-297747 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-223128
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as in
[0010]
Moreover, in order to solve such a problem, it is conceivable to reinforce the lead portion by providing a folded portion as in
[0011]
In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a battery electrode in which one side edge of a three-dimensional metal porous body is compacted and a lead plate is joined to one surface of the three-dimensional metal porous body at the side edge of the lead plate. An object of the present invention is to provide a battery electrode that does not break or break, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The battery electrode of the present invention is a battery electrode in which a lead plate of a support made of a three-dimensional metal porous body is consolidated to join a lead plate, and the lead plate is joined to one surface of the compacted portion of the support. In addition, a non-consolidated protrusion that extends to a position facing the lead plate is disposed on the other surface of the consolidated portion with a space therebetween, and the lead plate and the non-consolidated protrusion extending to the lead plate side The bending rigidity of the boundary with the three-dimensional metal porous body can be increased, the stress can be reliably prevented from occurring at the boundary, and the three-dimensional metal porous body can be prevented from being bent or broken, and the non-consolidated protrusions are spaced apart. Since it is arranged with a gap, it is possible to secure a sufficient bonding area between the compacted portion of the three-dimensional metallic porous body and the lead plate, and the compacted portion of the three-dimensional metallic porous body and the lead plate are reliably integrated into the machine. It is possible to configure a lead portion with good electrical and electrical characteristics.
[0013]
In addition, the joint between the support and the lead plate can be applied by resistance seam welding or joining with a conductive adhesive, but when the support and the lead plate are ultrasonically joined, the portion facing the non-consolidated protrusion is excluded. Thus, almost the entire surface of the lead plate can be reliably and efficiently joined to the support, and a lead portion having good mechanical and electrical characteristics can be constructed with high productivity.
[0014]
The battery electrode manufacturing method of the present invention is a battery electrode manufacturing method in which a lead plate of a support made of a three-dimensional metal porous body is compacted to join a lead plate. Between a disk-shaped pressurizing jig that can be rotated by overlapping a lead plate on the arrangement part and a disk-shaped anvil that is rotatable and has a recess formed in the side edge of the outer peripheral support surface. The support and the lead plate are joined while pressing the support and the lead plate between the pressurizing jig and the anvil, and the lead arrangement part of the support is inserted between the pressurizing jig and the anvil. By joining the lead plates while forming the non-consolidated protrusions at the recesses of the anvil while being consolidated, a battery electrode that exhibits the above-described effects can be manufactured with high production efficiency.
[0015]
The pressurizing jig is composed of an ultrasonic horn. When ultrasonic vibration is applied to the ultrasonic horn in the axial direction to ultrasonically bond the support and the lead plate, the support and the lead plate are superposed and fed. In addition, almost the entire surface of the lead plate can be reliably and efficiently joined to the support, and a lead portion having good mechanical and electrical characteristics can be constructed with high productivity.
[0016]
In addition, when using an anvil that has concave portions formed in a staggered pattern on both side edges of the outer peripheral support surface, the bonding area at the ultrasonic bonding portion can be made uniform without changing much depending on the rotation position of the ultrasonic horn and the anvil. A stable and highly reliable bonding state can be obtained. In this case, after joining the lead plate, the lead plate is cut at the center thereof and divided into battery electrodes on both sides.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a battery electrode and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0018]
In FIG. 1,
[0019]
For example, as shown in FIG. 2, the
[0020]
When manufacturing the
[0021]
As a specific numerical example, the width of the
[0022]
According to the
[0023]
Further, since the
[0024]
In addition, when the lead plate joining apparatus shown in FIG. 3 is used, the
[0025]
Other When a specific example, as shown in FIG. 5 (a), the
[0026]
【The invention's effect】
According to the battery electrode of the present invention, the bending rigidity at the boundary between the lead plate and the three-dimensional metal porous body can be increased by extending the non-consolidated protrusion on the lead plate side, and stress concentrates on the boundary. Therefore, it is possible to reliably prevent the three-dimensional metal porous body from being broken or broken, and the non-consolidated protrusions are arranged at intervals, so that the three-dimensional metal porous body is bonded to the lead plate. A sufficient area can be secured, and the compacted portion of the three-dimensional metal porous body and the lead plate can be reliably integrated to constitute a lead portion having good mechanical and electrical characteristics.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a battery electrode according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a partially enlarged rear view, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. .
FIG. 2 is a front view of the large plate before division of the battery electrode according to the embodiment;
FIG. 3 is a configuration diagram of a lead plate bonding apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a lead plate joined state in the same embodiment;
FIG. 5 is a detailed cross-sectional view showing a joined state between the lead portion of the battery electrode and the current collector plate of the embodiment and the conventional example.
6A and 6B show a configuration of an electrode plate group, in which FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view taken along line BB in FIG.
7A and 7B show a configuration of a conventional battery electrode, in which FIG. 7A is a front view of a main part, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a lead plate joining apparatus in a conventional example.
9A and 9B show the configuration of another conventional battery electrode, where FIG. 9A is a front view of the main part, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.
[Explanation of symbols]
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