JP4559571B2 - 電池の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の製造方法に関し、特に極板の端面と集電板とを接合する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蓄電池の構造として、正極板、負極板及びセパレータを積層した角型の構造が主に水溶液系の蓄電池を中心として用いられている。この構造は、限られた空間の中でできるだけ電極面積を大きくとるための構造であり、電極面積を大きくすることにより極板の反応効率があがる他、大電流を取り外すことができるなど電池の特性と大きな関係がある。
【０００３】
複数枚の極板を積層した蓄電池において、各極板から電流を取りだす構造として、１枚１枚の極板にリード状の導体を取付け又は引き出して束ねた後、電槽の外部に電流を引き出す極柱に接合した構造が知られている。しかし、このような構造を用いて各極板から電流を取り出した場合、リード状の導体部が大きな容積を占有することにより、電池全体の小型化に大きな制約となっていた。
【０００４】
そこで、積層した各極板の端面を直接集電板に溶接する方法が考えられている。すなわち、各極板をそれぞれ集電板の表面に対して直立するような姿勢で突き合わせて接合する方法であり、このとき集電板と極板はＴ型継手を構成する。その接合法として、特許第２６１６１９７号公報に開示された電子ビーム溶接法などを適用することが考えられる。
【０００５】
電子ビームによる接合方法としては、図５（ａ）に示すように、極板群２１に対して集電板２２を当接配置し、集電板２２の外面側に対して極板の積層方向に沿う幅方向に電子ビーム２３を繰り返し走査して照射し、集電板２２の電子ビーム照射部２４を加熱溶融して各極板の端縁に接合する方法がある。電子ビーム２３の走査波形は、走査速度を一定にして走査方向に均一に加熱するために、三角波が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子ビーム２３を集電板２２の幅方向に走査して照射し、極板群２１と接合する場合、集電板２２の両側縁部では、その外側で電子ビーム２３による入熱がなくかつ放熱し易いために中間部に比して加熱量が少なく、集電板２２が溶融せずに未接合状態になるという問題がある。これに対して電子ビーム２３の出力又は照射時間を増加して全体の入熱量を増大させることが考えられるが、その場合には逆に集電板２２の幅方向の中央部分での加熱量が過大となって、極板群２１の極板間に介装されているセパレータが熱により損傷して極板間で短絡を生じるなどの問題が発生する。
【０００７】
そこで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、集電板２２の幅方向に全幅にわたる走査２５の他に、両側縁部に対してそれぞれ１又は複数回、点状ないし狭い幅の走査２６、２７を行うことによって、両側縁部に対して別途に入熱し、両側縁部を含めて全幅で確実に溶融する方法が考えられる。
【０００８】
しかし、この方法では、例えば図５（ｂ）に示すように、集電板２２の全幅にわたる走査２５を９０ｍｓ行うとともに、両側縁部での走査２６、２７をそれぞれ３０ｍｓと２５ｍｓの２回づつ行う必要があるため、１ライン接合するために要する走査時間が２１０ｍｓとなり、集電板２２と極板群２１を５ラインで接合すると、１０５０ｍｓ要することになり、接合工程に大きな時間を要して生産性が低いという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、集電板と極板群の電子ビーム照射による接合において集電板の全幅にわたって確実にしかも短時間で接合することができる電池の製造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】
本発明の電池の製造方法は、正極板と負極板とセパレータとからなる極板群を用い、正極板及び負極板の端面にそれぞれ集電板を接合してなる電池の製造方法であって、集電板に対して電子ビームを極板の積層方向に沿う幅方向に繰り返し走査して照射し、集電板の電子ビーム照射部を加熱溶融して極板の端面に接合する際、電子ビームの走査を、三角波と正弦波を複合した走査波形を用いて行うものであり、両端部での電子ビームの照射時間が中間部に比して長くなることにより、両端部での入熱量が適当に増加して集電板の全幅にわたって均一に接合でき、しかも両端部で別途に照射を行うことなく一度の照射工程で接合できるので、短時間で接合でき、高い生産性を確保することができる。
【００１１】
また、走査波形の三角波と正弦波の複合比を１〜４：１とすることにより両端部と中間部の加熱バランスを最適にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池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。
【００１３】
図１において、複数の正極板及び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１の両側に、正極板と負極板の互いに反対側の側縁部をリード部２としてそれぞれ突出させ、その突出したリード部２に対して直立姿勢で突き合わせた状態に集電板３を配置し、集電板３と各極板のリード部２を接合している。なお、集電板３のリード部２の端面と対向する面にはこれらよりも融点の低い材料からなるロウ材が配されている。
【００１４】
集電板３と極板群１の接合に際しては、集電板３に対して極板群１とは反対側から電子ビーム４を照射し、集電板３の電子ビーム照射部５の一部及びロウ材を加熱溶融させることによって接合される。電子ビーム４の照射は、集電板３の長手方向に適当間隔置きの複数箇所において、極板群１の積層方向、即ち集電板３の幅方向に複数回繰り返し走査して行っている。また、電子ビーム照射部５においては、集電板３の内部が一部溶融して溶融ビードが形成され、その熱によって溶融した低融点材料からなるロウ材がリード部２の各板面に対して隅肉となって接合部が形成される。この場合、単純なＴ型継手に比べて接合部の面積が著しく増大するだけでなく、溶接よりも小さな入熱量で接合部が形成されるため、電子ビーム４の貫通などにより他部材を損傷させることなく、接合の安定性を向上することができる。
【００１５】
電子ビーム照射装置の概略構成を図２を参照して説明すると、１１は電子銃、１２はシャッタ、１３は収束コイル、１４は偏向コイルであり、電子銃１１から放射され、シャッタ１２を通過した電子ビーム４を、収束コイル１３にて収束し、偏向コイル１４にて偏向させて照射面１５上の任意位置に照射するように構成されている。
【００１６】
本実施形態では、図３に示すように、極板群１の端面が内面に密着配置された集電板３の外面が、その幅方向中央位置を偏向コイル１４の軸芯上に位置させた状態で照射面１５上に配置される。そして、偏向コイル１４に任意波形走査波出力装置１６からの走査電圧が印加されて、電子ビーム４が集電板３の幅方向にライン状に繰り返し走査される。任意波形走査波出力装置１６は、走査速度が一定になる三角波と両端部で走査速度が遅くなる正弦波を任意に設定された比で複合した走査波を出力できるように構成されている。なお、任意波形走査波出力装置１６における三角波と正弦波の複合は、三角波と正弦波を時系列的に順次切り替えることによって行っている。
【００１７】
次に、集電板３と極板群１を電子ビーム４の照射により接合する工程を説明すると、図１、図３に示すように、集電板３の外面に対して電子ビーム４を極板群１の積層方向に沿う幅方向に繰り返し走査して照射することにより、集電板３の電子ビーム照射部５が加熱溶融されて極板群１の各極板の端面に接合される。
【００１８】
上記電子ビーム４の走査波形は、三角波と正弦波を適当な比率で複合した波形を用いることにより、両端部での電子ビームの照射時間が中間部に比して長くでき、等速走査となる三角波の走査波形では入熱量が少なくなる走査両端部での入熱量を適当に増加することができる。
【００１９】
上記三角波と正弦波の適当な複合比について、図４を参照して説明すると、走査波が三角波の場合の入熱量は集電板３の幅方向に一定であり、その入熱量を１００％とすると、三角波が４に対して正弦波を１複合した場合、中央部での入熱量が１００％になるように出力を設定すると両端部では１２５％程度となる。同様に三角波が１に対して正弦波を１複合した場合には両端部で１５５％程度となる。かくして、両端部での入熱量が適度に増大して両端部での接合が適正に行われる。一方、正弦波が３に対して三角波を１複合した場合や、正弦波の場合には、両端部の入熱量が中央部に比べて２〜３倍以上となり、中央部が適正に接合される状態で両端では過大な入熱量によって溶損したり、熱による障害が発生することになる。従って、三角波と正弦波の複合比を１〜４：１とするのが適当である。
【００２０】
このように走査波形として三角波と正弦波を適当な比率で複合した波形を用いたことにより、集電板３の全幅にわたって均一に接合できる。しかも両端部で別途に照射を行うことなく一度の照射工程で接合できるので、短時間で接合でき、高い生産性を確保することができる。
【００２１】
具体例を示すと、電子ビーム４を４ＫＨｚで繰り返し走査し、走査波形としては三角波が３に対して正弦波が１となる比で複合させた波形を用い、１ラインで９０ｍｓ、即ち３６０回走査することによって適正な接合状態が得られた。このように、本実施形態によれば１ライン９０ｍｓで適正な接合が完了し、上記従来例では両端部でそれぞれ２回づつ余分に照射するために１ライン２１０ｍｓ必要としていたのに対して大幅に生産性が向上する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の電池の製造方法によれば、以上の説明から明らかなように、集電板に対して電子ビームを極板の積層方向に沿う幅方向に繰り返し走査して照射し、集電板の電子ビーム照射部を加熱溶融して極板の端面に接合する際、電子ビームの走査を、三角波と正弦波を複合した走査波形を用いて行うので、両端部での電子ビームの照射時間が中間部に比して長くなることにより、両端部での入熱量が適当に増加して集電板の全幅にわたって均一に接合でき、しかも両端部で別途に照射を行うことなく一度の照射工程で接合できるので、短時間で接合でき、高い生産性を確保することができる。
【００２３】
また、走査波形の三角波と正弦波の複合比を１〜４：１とすることにより両端部と中間部の加熱バランスを最適にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の製造方法の一実施形態における極板群と集電板の接合方法を示し、（ａ）は電子ビームの照射状態を示す斜視図、（ｂ）は電子ビームの照射工程の説明図である。
【図２】同実施形態における電子ビーム照射装置の概略構成図である。
【図３】同実施形態における電子ビーム照射装置の要部の構成図である。
【図４】走査波形と集電体の幅方向の入熱量の関係を示すグラフである。
【図５】従来例における極板群と集電板の接合方法を示し、（ａ）は電子ビームの照射状態を示す斜視図、（ｂ）は電子ビームの照射工程の説明図である。
【符号の説明】
１ 極板群
３ 集電板
４ 電子ビーム
５ 電子ビーム照射部
１６ 任意波形走査波出力装置

Claims (2)

1. 正極板と負極板とセパレータとからなる極板群を用い、正極板及び負極板の端面にそれぞれ集電板を接合してなる電池の製造方法であって、集電板に対して電子ビームを極板の積層方向に沿う幅方向に繰り返し走査して照射し、集電板の電子ビーム照射部を加熱溶融して極板の端面に接合する際、電子ビームの走査を、三角波と正弦波を複合した走査波形を用いて行うことを特徴とする電池の製造方法。
2. 走査波形の三角波と正弦波の複合比を１〜４：１とすることを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。

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