JP4817871B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などアルカリ蓄電池あるいはリチウムイオン電池などの電池に係り、特に、渦巻状に巻回された電極群の一方の電極の端部に溶接により接続された板状の集電体を有する電池に関する。

電気自動車、電動バイク、アシスト自転車あるいは電動工具等の大電流用途向けの電池として、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池が用いられるようになった。この種の用途に用いられるアルカリ蓄電池は、高出力特性、高エネルギー密度が要求される。高出力特性を達成するためには集電部品の低抵抗化等が必要であり、集電体と電極板端部の電極基板との接触を密にする必要がある。また、振動などにより集電体が外れる恐れがあるため、集電体と電極基板との溶接強度を強くする必要がある。

この種のアルカリ蓄電池は、通常、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して電極群とした後、この電極群の負極板の電極基板を負極集電体に溶接するとともに、正極板の電極基板を正極集電体に溶接する。ついで、この電極群を負極端子を兼ねる金属製外装缶に挿入し、負極集電体を金属製外装缶の底部に溶接するとともに、正極集電体より延出する集電リード部を正極端子を兼ねる封口体の底部に溶接した後、電解液を注液し、外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介して封口体を装着して密閉することにより作製されている。

近年、これらのアルカリ蓄電池のエネルギー密度をさらに向上させるために、ニッケル正極の電極基板として発泡ニッケルが用いられるようになった。ところが、発泡ニッケルを電極基板として用いたニッケル正極を正極集電体に溶接する場合、発泡ニッケルは高多孔性で密度が小さいために、これを直接、正極集電体に溶接することが困難であった。このため、発泡ニッケルの端部にリボン状のタブを溶接し、このタブを正極集電体に溶接することが、特許文献１（特開平１１−１４９９１４号公報）にて提案されるようになった。

しかしながら、発泡ニッケルの端部にリボン状のタブを溶接するには発泡ニッケルとは別にリボン状タブが必要となるため部品点数が増え、さらに溶接工程を要することから、この種のニッケル正極が高価になるという問題を生じた。そこで、発泡ニッケルからなる電極基板に直接集電体を溶接するため、本発明者らは種々の検討を行った。その結果、例えば、特許文献２（特開昭６０−７２１６０号公報）にて提案されるような略Ｖ字状の溝を設けた集電体を用いて、例えば、特許文献３（特開昭５６−６７１６６号公報）にて提案されている溶接方法を適用すれば、発泡ニッケルからなる電極基板に直接集電体を溶接することが可能であるというという知見を得た。

この場合、特許文献２にて提案された集電体５０においては、図５に示すように、渦巻状に形成された電極群の一方の電極の端部に溶接される本体部分５１に凸部（略Ｖ字状の溝）５４を形成するようにしている。そして、このような集電体５０を用いて、特許文献３にて提案されている溶接方法を適用するために、凸部（略Ｖ字状の溝）５４を挟むようにして、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を配置する。そして、これらの一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電圧Ｖを印加して、これらの一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に溶接電流を流して、集電体５０自体の電気抵抗により凸部（略Ｖ字状の溝）５４の先端部（線状凸部）５４ａを発熱、溶融させる。これにより、凸部（略Ｖ字状の溝）５４の先端部（線状凸部）５４ａの下部に配置された電極基板の端部に溶接されることとなる。
特開平１１−１４９９１４号公報 特開昭６０−７２１６０号公報 特開昭５６−６７１６６号公報

ところが、上述した溶接方法においては、溶接電極Ｒ１とＲ２の間に電流を流すことにより凸部（略Ｖ字状の溝）５４の先端部である線状凸部５４ａを電気抵抗により発熱させるものであるが、その方式上、発熱は線状凸部５４ａだけに限らず、電流が流れる別の部分でも発生する。そして、その発熱量は溶接電流の経路上での電流密度に応じて大きくなる。このため、図５に点線で示すＸ部のように、溶接電流の経路上の電流方向を横断する部分で最も短い部分では電流密度が線状凸部５４ａを含む他の部分よりも高くなる。このため、線状凸部５４ａではなくＸ部が最も赤熱し、最悪の場合は、Ｘ部で焼き切れが生じるという問題が生じた。また図５に点線で示すＹ部（略Ｖ字状の溝の縁部）のように線状凸部５４ａと同程度の長さであっても、線状凸部５４ａと同程度の発熱量となるため、Ｘ部と同様に焼き切れが生じる場合があった。

集電体５０との接触部以外で焼き切れが生じると、集電効率が低下し、放電時の作動電圧が低下するという問題を生じた。また、焼き切れが生じると、その爆火が飛び散って電極群内に入り込み、短絡発生の原因となるという新たな問題も生じた。この場合、小さな溶接電流を流すようにすれば、焼き切れが生じるという問題は生じにくくなるが、逆に、凸部（略Ｖ字状の溝）５４の先端部５４ａと電極の端部（電極基板の端部）との溶接が不十分になるとともに、必要とする溶接強度も得られないという問題も生じた。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、集電体と電極との接触部で溶接電流の電流密度が大きくなるような集電体構造として、集電体と電極との接触部以外での焼き切れが生じる前に溶接が終了できるようにして、電極群でのショートの発生が防止でき、信頼性が向上したアルカリ蓄電池を提供できるようにすることを目的とするものである。

本発明のアルカリ蓄電池は、渦巻状に巻回された電極群の少なくとも一方の電極の端部に溶接により接続された板状集電体を有する電池であって、上記課題を解決するため、板状集電体は、集電体の表面から裏面に向けて突出する溝が形成されており、集電体と電極群は溝の先端部で接続されているとともに、この溝の先端部には部分的にスリットが形成されており、集電体と電極群との接続は、溝の先端部を電気抵抗により発熱させる抵抗溶接によりなされていることを特徴とする。

このように、溝の先端部に部分的にスリットが形成されていると、スリット部分には電流が流れないため、必然的に溝の先端部のスリット以外の部分での電流密度が高くなる。これにより、溝の先端部に充分な溶接熱が発生して、溝の先端部に接触する電極の端部に強固な溶接部が形成されることとなる。特に、溝の先端部が電流経路上で最も短い部分とすると、この先端部で最も発熱することになるので好ましい。この場合、板状集電体の中心部に開口が形成されており、溝はこの開口の周縁部より板状集電体の周縁部に向かって放射状に形成されていると、電極群の一方の電極から均等に集電することが可能となり、集電効率が向上するとともに、高出力を得ることが可能となる。

また、板状集電体の中心部に開口が形成されており、この開口の周囲は平坦部となっているとともに、溝は該平坦部の周縁部より当該板状集電体の周縁部に向かって放射状に形成されていると、集電体の上に溶接電極を載置しても、この開口と溝との境界での溶接電極の荷重に起因する微小な歪みが生じることが防止できるようになる。この結果、溶接強度のばらつきをより小さくすることが可能になるので好ましい。

なお、製造性を考慮すると、溝の形状は断面形状が略Ｖ字状や略Ｕ字状略や略半円形状であるのが好ましい。また、スリットにバーリング加工がなされていると、このスリット部も電極の端部に接触するようにでき、溝の先端部の発熱による熱伝導によりスリットのバーリング部も充分熱せられるため、この部分でも溶接されるようになる。これにより、さらに溶接強度が向上するとともに、このスリット部からも集電することが可能となって、さらに集電効率が向上するので望ましい。

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の形態を図１〜図４に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１は実施例１およびその変形例のの正極集電体を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は実施例１の正極集電体を示し、図１（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図であり、図１（ｃ）は実施例１の変形例の正極集電体を示し、図１（ｂ）と同様に図１（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図である。図２は実施例２の正極集電体を示す平面図であり、図３は実施例３の正極集電体を示す平面図であり、図４は実施例４の正極集電体を示す平面図である。図５は比較例の正極集電体を示す図であり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図である。図６は本発明の各実施例および比較例のニッケル−カドミウム蓄電池を模式的に示す断面図である。

１．正極集電体
（１）実施例１
この実施例１の正極集電体１０は、図１に示すように、平面形状が略円形状（例えば、最大で直径が１７．５ｍｍ）の本体部１１の中心部に中心開口（例えば、直径は５．３ｍｍ）１２が形成されている。この中心開口１２は、負極側端部に接続された後述する負極集電体と外装缶の底部を溶接するための溶接電極を挿入するために開けられている。そして、本体部１１から延出して平面形状が略長方形状のリード部１３が形成されているとともに、本体部１１には表面から裏面に向けて突出する断面形状がＶ字状の溝（以下では、Ｖ字溝という）１４が形成されている。なお、Ｖ字溝１４は深さが０．４５ｍｍで、幅が２ｍｍになるように形成されている。

このＶ字溝１４は中心開口１２の周縁から本体部１１の周縁に向けて形成されているとともに、中心開口１２の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝１４が等間隔に形成されている。そして、この正極集電体１０を裏面から見るとＶ字溝１４の先端部は線状凸部１４ａとなり、この線状凸部１４ａは、後に電極群のニッケル正極から突出する基板の上端部に溶接されることとなる。この場合、線状凸部１４ａの本体部１１の周縁部側には所定の長さ（例えば、２ｍｍ）のスリット１５が形成されている。

このような正極集電体１０を作製する場合、厚みが０．２５ｍｍのニッケルメッキ鋼板を打抜型で打ち抜いて、図１に示すように、本体部１１およびリード部１３を一体的に形成する。また、本体部１１の中心部に円形孔を打ち抜いて中心開口１２を形成する。また、中心開口１２の周縁から本体部１１の周縁に向けて、中心開口１２の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝１４を等間隔に折り曲げ成形により形成する。このとき、Ｖ字溝１４の深さが０．４５ｍｍになるように曲げ成形するとともに、このＶ字溝１４の先端部（線状凸部）１４ａの本体部１１の周縁部側に、長さが２ｍｍのスリット１５を打ち抜き加工により形成する。これにより、実施例１の正極集電体１０が得られる。

（２）実施例１の変形例
上述した実施例１の正極集電体１０においては、スリット１５は打ち抜き加工により形成するようにしたが、本実施例１の変形例の正極集電体１０ａにおいては、スリット１６をバーリング加工により形成し、図１（ｃ）に示すように、スリット１６の先端部にバーリング加工により長さが０．４５ｍｍになる突出部１６ａが形成されている点で実施例１の正極集電体１０とは異なる。このように、本実施例１の変形例の正極集電体１０ａ（なお、実施例１の正極集電体１０と同一符号は同一名称である）においては、スリット１６の先端部にバーリング加工により深さが０．４５ｍｍになる突出部１６ａが形成されている。このため、突出部１６ａも電極群のニッケル正極から突出する基板の上端部に溶接されることとなるので、実施例１よりもさらに溶接強度が向上し、集電効率も向上することとなる。

（３）実施例２
実施例２の正極集電体２０を図２に示す。この図２に示す実施例２の正極集電体２０は、実施例１の正極集電体１０においてスリット１５が周縁部に形成されていたものを、図２に示すように、中心開口２２と周縁の中間部分に形成した点で正極集電体１０とは異なるものである。したがって、正極集電体２０においても、Ｖ字溝２４は深さが０．４５ｍｍであり、スリット２５の長さは２ｍｍである。また、正極集電体２０はスリット２５を変更した以外は、実施例１の正極集電体１０と同様の方法で作製した。

（４）実施例２の変形例
上述した実施例２の正極集電体２０においては、スリット２５は実施例１の正極集電体１０と同様に打ち抜き加工により形成するようにしたが、本実施例２の変形例の正極集電体２０ａにおいては、スリット２６を、正極集電体１０ａと同様、バーリング加工により形成した点で実施例２の正極集電体２０とは異なる。このように、本実施例２の変形例の正極集電体２０ａにおいては、スリット２６の先端部にバーリング加工により深さが０．４５ｍｍになる突出部（図示しないが、図１（ｃ）の１６ａと同様である）が形成されている。

（５）実施例３
実施例３の正極集電体３０を図３に示す。この図３に示す実施例３の正極集電体３０は、実施例１の正極集電体１０においてスリット１５が周縁部に形成されていたものを、図３に示すように、中心開口３２の近傍に形成した点で正極集電体１０とは異なるものである。したがって、正極集電体３０においても、Ｖ字溝３４は深さが０．４５ｍｍであり、スリット３５の長さは２ｍｍである。また、正極集電体３０はスリット３５を変更した以外は、実施例１の正極集電体１０と同様の方法で作製した。

（６）実施例３の変形例
上述した実施例３の正極集電体３０においては、スリット３５は実施例１の正極集電体１０と同様に打ち抜き加工により形成するようにしたが、本実施例３の変形例の正極集電体３０ａにおいては、スリット３６を正極集電体１０aと同様、バーリング加工により形成した点で実施例３の正極集電体３０とは異なる。このように、本実施例３の変形例の正極集電体３０ａにおいては、スリット３６の先端部にバーリング加工により長さが０．４５ｍｍになる突出部（図示しないが、図１（ｃ）の１６ａと同様である）が形成されている。

（７）実施例４
上述した実施例１〜３およびそれらの各変形例においては、中心開口１２（２２，３２）の端部（周縁部）から連続してＶ字溝１４（２４，３４）を形成するようにした例について説明したが、Ｖ字溝は中心開口の端部（周縁部）から連続することなく、Ｖ字溝と中心開口との間に間隔を設けその端部（周縁部）からＶ字溝を設けるようにしてもよい。この場合、図４に示すように、平面形状が略円形状（例えば、最大で直径が１７．５ｍｍ）の本体部４１の中心部に中心開口（実施例１と同様に、例えば、直径は５．３ｍｍ）４２が形成されている。また、本体部４１から延出して平面形状が略長方形状のリード部４３が形成されている。

そして、中心開口４２の周囲は本体部が連続する平坦部（この場合は、中心開口４２端部から１．０ｍｍの部分：図４のＰ部）となっており、この平坦部Ｐの端部（周縁部）から延出して表面から裏面に向けて突出するＶ字溝４４が形成されている。なお、Ｖ字溝４４は、実施例１と同様に、深さが０．４５ｍｍで、幅が２ｍｍになるように形成されているとともに、中心開口４２の中心点を出発点として放射状に４本のＶ字溝４４が等間隔に形成されている。そして、この正極集電体４０は、実施例１と同様に、Ｖ字溝４４の先端部は線状凸部（図示せず）となり、この線状凸部は電極群のニッケル正極から突出する基板の上端部に溶接されることとなる。また、線状凸部の本体部４１の周縁部側には所定の長さ（例えば、２ｍｍ）のスリット４５が形成されている。なお、実施例４の正極集電体４０はＶ字溝４４の形成位置を変更した以外は、実施例１の正極集電体１０と同様の方法で作製した。

（８）比較例
比較例の正極集電体５０を図５に示す。この図５に示す比較例の正極集電体５０は、実施例１の正極集電体１０においてスリット１５が配されていたものを、スリットを配さない点で正極集電体１０とは異なるものである。したがって、正極集電体５０においても、Ｖ字溝５４は深さが０．４５ｍｍである。また、正極集電体５０はスリット形成を行わない以外は、正極集電体１０と同様の方法で作製した。

２．ニッケル−カドミウム蓄電池
まず、発砲ニッケルからなる正極芯体６１ａに水酸化ニッケルを主体とする正極活物質と結着剤とからなる正極活物質スラリー６１ｂを充填した。この際、後に正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０に溶接される部分には活物質は充填することなく活物質未充填部６１ｃが形成されるようにした。ついで、乾燥後、所定の厚み（例えば、０．５ｍｍ）になるまで圧延し、所定の寸法（例えば、長さが２００ｍｍで、幅が３３ｍｍ）になるように切断して、図６に示すようなニッケル正極板６１とした。

また、パンチングメタルからなる極板芯体６２ａの両面に酸化カドミウムを主体とする負極活物質と結着剤とからなる負極活物質スラリー６２ｂを塗着した。ついで、乾燥後、所定の厚み（例えば、０．６ｍｍ）になるまで圧延し、所定の寸法（例えば、長さが２４０ｍｍで、幅が３３ｍｍ）になるように切断して、図６に示すようなカドミウム負極板６２とした。なお、後に負極集電体６４に溶接される部分には活物質は塗着されことなく活物質未塗着部６２ｃが形成されるようにした。

これらのニッケル正極板６１とカドミウム負極板６２との間に、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ（例えば、幅が３４ｍｍのもの）６３を介在させて渦巻状に巻回して、渦巻状電極群を作製した。なお、図６に示すように、このようにして作製された渦巻状電極群の上部は、ニッケル正極板６１の活物質未充填部６１ｃが露出しているとともに、その下部にはカドミウム負極板６２の活物質未塗着部６２ｃが露出している。

ついで、得られた渦巻状電極群の活物質未充填部６１ｃの上端面に、上述のように作製された正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０をそれぞれ載置し、これらの正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０の上に一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２（図５参照）をそれぞれ載置した。このとき、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２が１つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４を間にしてそれぞれが対向するように配置し、一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２間に電源Ｖから１回目の溶接電流を流した。

これにより、正極集電体１０（２０，３０，４０），５０においては、１つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず），５４ａとニッケル正極６１の活物質未充填部６１ｃとが抵抗溶接されることとなる。また、正極集電体１０ａ（２０ａ，３０ａ）においては、１つ目のＶ字溝１４（２４，３４）の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ：図示せず）およびバーリング加工による突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）とニッケル正極６１の活物質未充填部６１ｃとが抵抗溶接されることとなる。

この後、２つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、２回目の溶接電流を流した。また、３つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、３回目の溶接電流を流した。さらに、４つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４を間にして一対の溶接電極Ｒ１，Ｒ２を対向させて、４回目の溶接電流を流した。

これにより、正極集電体１０（２０，３０，４０），５０においては、２つ目、３つ目および４つ目のＶ字溝１４（２４，３４，４４），５４の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず），５４ａとニッケル正極６１の活物質未充填部６１ｃとが抵抗溶接されることとなる。また、正極集電体１０ａ（２０ａ，３０ａ）においては、２つ目、３つ目および４つ目のＶ字溝１４（２４，３４）の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ：図示せず）およびバーリング加工による突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）とニッケル正極６１の活物質未充填部６１ｃとが抵抗溶接されることとなる。

これにより、ニッケル正極６１の活物質未充填部６１ｃと各Ｖ字溝１４（２４，３４，４４），５４の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず），５４ａあるいはバーリング加工による突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）との接触部は強固に溶接され、渦巻状電極群の上端面に正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０が溶接されることとなる。一方、渦巻状電極群の下部に円板状の負極集電体６４を載置して、一対の溶接電極を当接させてカドミウム負極板６２の極板芯体６２ａの活物質未塗着部６２ｃと負極集電体６４との接触部を抵抗溶接して渦巻状電極体ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ，ｘをそれぞれ作製した。なお、正極集電体の溶接はいずれの場合も同じ条件（６０Ｈｚの交流電源で、１．５ｋＡの電流を３サイクル印加する）で行った。

ここで、実施例１の正極集電体１０を用いた渦巻状電極体を電極体ａ１とし、実施例１の変形例の正極集電体１０ａを用いた渦巻状電極体を電極体ａ２とし、実施例２の正極集電体２０を用いた渦巻状電極体を電極体ｂ１とし、実施例２の変形例の正極集電体２０ａを用いた渦巻状電極体を電極体ｂ２とし、実施例３の正極集電体３０を用いた渦巻状電極体を電極体ｃ１とし、実施例３の変形例の正極集電体３０ａを用いた渦巻状電極体を電極体ｃ２とし、実施例４の正極集電体４０を用いた渦巻状電極体を電極体ｄとし、比較例の正極集電体５０を用いた渦巻状電極体を電極体ｘとした。

ついで、上述のようにして作製された電極体ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ，ｘを用いてニッケル−カドミウム蓄電池を作製する例を図６に基づいて以下に説明する。まず、上述のようにして作製された電極体ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ，ｘを外装缶６５内に挿入した後、負極集電体６４と外装缶６５の底部とを溶接した。また、正極蓋６６ａと正極キャップ６６ｂとからなる封口体６６を用意し、正極集電体１０から延出するリード部１３を封口体６６に設けられた正極蓋６６ａの底部に溶接した。

ついで、外装缶６５の上部外周面に溝入れ加工を施して環状溝部６５ａを形成した。この後、金属製外装缶６５内に電解液（例えば、３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注液し、封口体６６の外周部に装着された封口ガスケット６７を外装缶６５の環状溝部６５ａの上に載置するとともに、外装缶６５の先端部６５ｂを封口体６６側にカシメて封口して、ニッケル−カドミウム蓄電池Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ，Ｘをそれぞれ組み立てた。ここで、電極体ａ１を用いたものを電池Ａ１とし、電極体ａ２を用いたものを電池Ａ２とし、電極体ｂ１を用いたものを電池Ｂ１し、電極体ｂ２を用いたものを電池Ｂ２とし、電極体ｃ１を用いたものを電池Ｃ１し、電極体ｃ２を用いたものを電池Ｃ２とし、電極体ｄを用いたものを電池Ｄとし、電極体ｘを用いたものを電池Ｘした。

３．溶接強度の測定
ついで、上述のようにしてニッケル−カドミウム蓄電池Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ，Ｘをそれぞれ作製する際に、各電極体ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ，ｘをそれぞれ１０個ずつ作製した後、溶接時に正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０に焼き切れが生じた電極体の個数を求めると下記の表１に示すような結果が得られた。

また、溶接後の正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０の溶接強度を測定し、電極体ｘの値を１００とした相対強度を算出すると下記の表１に示すような結果が得られた。この場合、溶接強度を測定するに際しては、各渦巻状電極体の正極集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０のリード部１３（２３，３３，３４，４４），５４を本体部に対して垂直に立ち上げ、電極体を固定してリード部１３（２３，３３，３４，４４），５４を垂直方向に引っ張り、各集電体１０（１０ａ，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０），５０が外れるまでの荷重を測定して行った。

上記表１の結果から明らかなように、電極体ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄは電極体ｘと比較して溶接強度が６５％〜８０％も向上しているとともに、焼き切れの発生もないことが分かる。これは、電極体ｘにおいては、線状突部５４ａにスリットが形成されていないために、その他の実施例に比べて線状凸部５４ａでの発熱量が小さかったため、溶接強度も低いものと考えられる。また電極体ｘでは、図５に点線で示すＸ部やＹ部等で焼き切れが発生した。

一方、電極体ａ１，ｂ１，ｃ１においては、各Ｖ字溝１４（２４，３４）の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）にスリット１５（２５，３５）が形成されているため、線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）に溶接電流密度が比較例の場合に比べ高くなることにより発熱量が増し、その結果これらの線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）とニッケル正極６１の未充填部６１ｃとが強固に溶接されるようになって、溶接強度が向上したと考えられる。また、スリット１５（２５，３５，４５）を配したこれら実施例では、焼き切れは発生しなかった。

さらに、電極体ａ２，ｂ２，ｃ２においては、各Ｖ字溝１４（２４，３４）の下面に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ：図示せず）にスリット１６（２６，３６）が形成されているとともに、スリット１６（２６，３６）にバーリング加工による突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）が形成されている。このため、線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ：図示せず）で発生した熱により突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）も熱せられてニッケル正極の未充填部５１ｃと溶接され、さらに溶接強度が向上したと考えられる。

４．溶接強度の標準偏差
ついで、上述のようにしてニッケル−カドミウム蓄電池Ａ１，Ｄをそれぞれ作製する際に、各電極体ａ１，ｄをそれぞれ１０個ずつ作製した後、上述と同様に溶接時に正極集電体１０（４０）の溶接強度を測定し、電極体ａ１の溶接強度の値を１００（平均値）とした相対強度を算出すると下記の表２に示すような結果が得られた。また、これらの溶接強度の変動係数（標準偏差の強度平均値に対する割合）を求めると下記の表２に示すような結果が得られた。

上記表２の結果から明らかなように、溶接強度の平均値は電極体ａ１であっても、あるいは電極体ｄであってもほぼ同等であったが、溶接強度のばらつきの指標である標準偏差（平均値）については、電極体ｄの方が電極体ａ１より小さくなっていることが分かった。これは、電極体ａ１に用いられた実施例１の集電体１０においては、中心開口１２から本体部１１の外縁部にかけて全体にＶ字溝１４が形成されているため、溶接電極Ｒ１，Ｒ２を集電体１０に載置した圧力で、中心開口１２とＶ字溝１４との境で微小な折れ（歪み）が生じ、それに起因して溶接強度に若干のばらつきが生じたためと考えられる。

一方、電極体ａ１に用いられた実施例４の集電体４０においては、中心開口４２の周囲部Ｐを平坦にしている。このため、集電体４０に溶接電極Ｒ１，Ｒ２を載置しても、中心開口４２とＶ字溝４４との境界での溶接電極Ｒ１，Ｒ２の荷重に起因する微小な歪みが生じることが防止できるようになる。この結果、溶接強度のばらつきをより小さくすることが可能になったためと考えられる。

以上に詳述したように、本発明の集電体においては、Ｖ字溝１４（２４，３４，４４）にスリット１５（２５，３５，４５）あるいは１６（２６，３６）が形成されているため、Ｖ字溝１４（２４，３４，４４）の下端部に形成された線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）あるいはバーリング加工による突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）に溶接電流が集中するようになる。

これにより、これらの線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）あるいは突出部１６ａ（２６ａ，３６ａ：図示せず）とニッケル正極６１の加圧部６１ｃとが強固に溶接されるとともに、Ｖ字溝１４（２４，３４，４４）の先端の線状凸部１４ａ（２４ａ，３４ａ，４４ａ：図示せず）とニッケル正極６１の加圧部６１ｃとの接触部以外での集電体の焼き切れの発生を抑制することが可能となる。この結果、焼き切れに起因する電極群でのショートの発生を防止することができるようになって、信頼性が向上する。また、極板から均等に集電できるようになるため、高電圧で高エネルギー密度の蓄電池が得られるようになる。

なお、上述した実施の形態においては、断面形状が略Ｖ字状の溝（Ｖ字溝）を形成する例について説明したが、断面形状は略Ｖ字状に限らず、略Ｕ字状や略半円形状などの種々の形状を採用することが可能である。また、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−カドミウム蓄電池以外にも、ニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池あるいはリチウムイオン電池などの電池に適用しても同様の効果が得られることは明らかである。

実施例１およびその変形例の正極集電体を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は実施例１の正極集電体を示し、図１（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図であり、図１（ｃ）は実施例１の変形例の正極集電体を示し、図１（ｂ）と同様に図１（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図である。 実施例２の正極集電体を示す平面図である。 実施例３の正極集電体を示す平面図である。 実施例４の正極集電体を示す平面図である。 比較例（従来例）の正極集電体を示す図であり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を矢印のＡ方向から見た側面図である。 本発明の実施例および比較例のニッケル−カドミウム蓄電池を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０，１０ａ…正極集電体、１１…本体部、１２…中心開口、１３…リード部、１４…Ｖ字溝、１４ａ…線状凸部、１５…スリット、１６ａ…バーリング加工による突出部、２０， ２０ａ…正極集電体、２１…本体部、２２…中心開口、２３…リード部、２４…Ｖ字溝、２５…スリット、３０，３０ａ…正極集電体、３１…本体部、３２…中心開口、３３…リード部、３４…Ｖ字溝、３５…スリット、４０…正極集電体、４１…本体部、４２…中心開口、４３…リード部、４４…Ｖ字溝、４５…スリット、６１…ニッケル正極板、６１ａ…極板芯体（正極芯体）、６１ｂ…正極活物質層（正極活物質スラリー）、６１ｃ…活物質未充填部、６２…カドミウム負極板、６２ａ…極板芯体、６２ｂ…負極活物質層（負極活物質スラリー）、６２ｃ…活物質未塗着部、６４…負極集電体、６５…外装缶、６５ａ…環状溝部、６５ｂ…先端部、６６…封口体、６６ａ…正極蓋、６６ｂ…正極キャップ、６７…封口ガスケット

Claims (4)

1. 渦巻状に巻回された電極群の少なくとも一方の電極の端部に溶接により接続された板状集電体を有する電池であって、
   前記板状集電体は、集電体の表面から裏面に向けて突出する溝が形成されていて、当該集電体と前記電極群は前記溝の先端部で接続されているとともに、前記溝の先端部には部分的にスリットが形成されており、
   前記集電体と前記電極群との接続は、前記溝の先端部を電気抵抗により発熱させる抵抗溶接によりなされていることを特徴とする電池。
2. 前記板状集電体の中心部に開口が形成されており、前記溝は該開口の周縁部より当該板状集電体の周縁部に向かって放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記板状集電体の中心部に開口が形成されており、該開口の周囲は平坦部となっているとともに、前記溝は該平坦部の周縁部より当該板状集電体の周縁部に向かって放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
4. 前記スリットはバーリング加工されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電池。

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