JP4923986B2

JP4923986B2 - 電池

Info

Publication number: JP4923986B2
Application number: JP2006323397A
Authority: JP
Inventors: 正彦加藤; 伸二中島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008140581A

Description

本発明は、積層または渦巻状に巻回してなる極板群を備えた電池において、極板群と封口体とを接続する接続リードの改良に関するものである。

ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池に代表される円筒形アルカリ蓄電池は、信頼性が高く、そのメンテナンスが容易であることから、携帯電話機やノートパソコンなどの携帯型電子機器の電源として幅広く使用されている。さらに、近年では、電動工具や電気自動車などの電源として大電流放電に適した円筒形アルカリ蓄電池の要望が高まっている。

上述の大電流放電用途に用いられる円筒形アルカリ蓄電池としては、正極板と負極板をそれぞれの上端部あるいは下端部が渦巻状の極板群の上下からそれぞれ突出するように巻回し、その上下から突出した正極板と負極板の先端部分に図５に示すような正極集電体６０を複数箇所で溶接することにより、極板群からの集電性を高め、上記正極集電体６０を接続リード６１を介して封口体６２に電気的に接続したものが知られている。

上記円筒形アルカリ蓄電池は、正極集電体６０に十字状に配設された四つの切欠き６３の両側からそれぞれ下向き方向に直角に屈曲して一体形成されてなるバーリング突起片６４の各一部分を正極板（図示せず）の端部に交差した状態で溶接し、接続リード６１の下端部を、これの円弧状の切欠き６５を正極集電体６０の中央の透孔６６の孔縁に合致させた位置決め状態で正極集電体６０上に重合して、接続リード６１の下端部と正極集電体６０とを、接続リード６１に突設された４個の点状の溶接用プロジェクション６７を介し抵抗溶接して相互に接合している。この溶接時には、円弧状の切欠き６５が無効電流を低減するよう機能する。また、接続リード６１の上端部と封口体６２とは、封口体６２の突出部６８を接続リード６１の嵌合孔６９に嵌入した状態で、接続リード６１に突設された４個の点状の溶接用プロジェクション７０を介し抵抗溶接して相互に接合し、前記封口体６２で有底ケースを密閉する。このとき、より大電流放電に適した構造とするためには接続リード６１の肉厚を厚くしたり幅を広くする必要がある。

しかし、接続リード６１の板厚を厚くすると接続リード６１の折り曲げ強度が強くなってしまい、前記接続リード６１に接続された封口体６２を有底ケースの開口部に挿入する際に必要とする力や挿入後の接続リード６１による反発力が増加してしまう。それにより、接続リード６１と封口体６２との接合部や正極集電体６０と接続リード６１との接合部のはがれによる電池の内部抵抗上昇、封口体６２の変形や有底ケースの変形による円筒形アルカリ蓄電池の寸法不良、極板群の圧縮による短絡不良などの発生が問題となってくる。

そこで上述の課題の解消を図るために、前記有底ケースを密閉している前記封口体の内面と前記正極集電体とを接続する接続リードが複数枚の金属箔を積層した接続リードを用いることによって接続リードの厚みを厚くし電気抵抗を低減しながらもその折り曲げ強度は小さく封口板を有底ケースの開口部に容易に挿入できる構成が開示されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００５−２４３３３７号公報

しかしながら上記従来の構成では、複数枚の金属箔を積層した接続リードの両端を接合する難易度が高く、製作コストが非常に高くなる問題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、接続リードの電気抵抗を低減しながらも接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設けた構成により有底ケースの開口部に接続リードを接続した封口体を容易に挿入できる製作コストを低減した電池を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の電池は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて積層または渦巻状に巻回してなる極板群と電解液とを内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体と、この封口体と前記極板群の一方の極板とを電気的に接続する接続リードとを備えた電池であって、前記接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、金属板からなる接続リードの板厚を厚くして電気抵抗を低減しながらも、接続リードの折り曲げ部分の折り曲げ強度を小さくすることが可能であり、有底ケースの開口部に接続リードを接続した封口体を容易に挿入できる製作コストを低減した電池を提供できる。

本発明によれば、有底ケースの開口部に接続リードを接続した封口体を挿入する際の接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設けた構成により、有底ケースの開口部に接続リードを接続した封口体を容易に挿入できる製作コストを低減した電池を提供できる。また、接続リードと封口体との溶接部や正極集電体と接続リードとの溶接部のはがれによる接触抵抗の上昇や封口体の変形あるいは有底ケースの変形による電池寸法の不良、さらには極板群の圧縮による微小短絡などの不良を抑制できるため製作コストを低減できる効果が得られる。

本発明の形態においては、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて積層または渦巻状に巻回してなる極板群と電解液とを内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体と、この封口体と前記極板群の一方の極板とを電気的に接続する接続リードとを備えた電池であって、前記接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設けた。

この構成によれば、接続リードの折り曲げ部分の折り曲げ強度を小さくすることが可能であり、有底ケースの開口部に接続リードを接続した封口体を容易に挿入でき、接続リードと封口体との溶接部や正極集電体と接続リードとの溶接部のはがれによる接触抵抗の上昇や封口体の変形あるいは有底ケースの変形による電池寸法の不良、さらには極板群の圧縮による微小短絡などの不良を抑制できるため製作コストを低減した電池が得られる。

また、前記焼鈍部をレーザ照射または抵抗発熱により形成しても良い。

この構成によれば、有底ケースの開口部に封口体を挿入する際に接続リードの折り曲げ部分に精度高く焼鈍部を設けることができるため、この折り曲げ部分のみを柔らかくする事が可能となり、接続リードと封口体および接続リードと正極集電体を接合するためのプロジェクションが柔らかくなることはなく安定した溶接強度を確保することができる。また接続リード全体を焼鈍する場合に比べて製作コストを低減できる効果も得られる。

また、前記接続リードを純ニッケルまたは鉄ニッケルメッキされたもので構成しても良い。

この構成によれば、接続リードが電解液によって腐食することがない。

また、前記接続リードの板厚を０．４〜１．０ｍｍとしても良い。

この構成によれば、接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設ける際の発熱時間が比較的短くなる効果と、接続リードの厚みが確保されているためこの電気抵抗も低減できる双方の効果が得られる。

以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

図１に本発明の構成例を示した円筒形アルカリ蓄電池の縦断面図を示す。

極板群５は正極板１と負極板２とセパレータ６により構成され、正極板１はその先端部分の芯材３を上方に突出させ、負極板２はその先端部分の芯材４を下方へ突出させて渦巻状に巻回する。この極板群５は上方へ突出した正極板１の芯材３に正極集電体７を溶接し、下方へ突出した負極板２の芯材４に負極集電体８を溶接し、これらを負極の入出力端子を兼ねた有底ケース９に収納する。接続リード１０の両端部は、正極集電体７と、安全弁１３を内蔵した正極端子を兼ねたキャップ１４を持つ封口体１１とにそれぞれ接続され、接続リード１０の折り曲げ部分には焼鈍部１２を設ける。この接続リード１０の焼鈍部１２を折り曲げて封口体１１を有底ケース９の開口部に挿入し、有底ケース９の開口部を内方にかしめ封口して円筒形アルカリ蓄電池を構成する。

図３（ａ）は本発明のレーザ照射により焼鈍部１２を設けた接続リード１０を示す平面図、図３（ｂ）はそのレーザー照射の形態例を示す側面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示したように、レーザー溶接機の出射光学部２３からのレーザ照射２１により接続リード１０に焼鈍部１２を設けることができる。

図４（ａ）は本発明の抵抗溶接により焼鈍部１２を設けた接続リード１０を示す平面図、図４（ｂ）はその抵抗溶接の形態例を示す側面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示したように、抵抗溶接の一対の電極棒２４を接続リード１０に平行に配置し、その間に電流を流して母材の抵抗発熱により焼鈍部１２を設けることもできる。

このような図３および図４に示した接続リード１０は、純ニッケルまたは鉄ニッケルめっきにより、０．６ｍｍの厚さを有する板状で、平面視で見た全体形状がほぼ長方形に形成されており、その長方形の長手方向の片端部に第１の接続部１５、他端部に第２の接続部１６をそれぞれ設ける。第１の接続部１５には、正極集電体７の円形の透孔に対応したほぼ半円形状の分流防止用の切欠き１７を端部中央に形成し、この分流防止用の切欠き１７の両側に、長手方向に対し直交方向に延びる直線形状の一対の第１の溶接用プロジェクション１９を下面に向け突設する。一方、他端部の第２の接続部１６には、封口体１１の突出部の周囲に沿わせた弧状の切欠き１８を端部中央に形成し、その弧状の切欠き１８の縁部に対応した曲線形状の一対の第２の溶接用プロジェクション２０を、弧状の切欠き１８の両側位置の縁部に沿った配置で下面に向け突設する。

上記実施の形態の接続リード１０は、所定厚みの板材に絞り加工を施し図３（ａ）およ
び図４（ａ）に示すような平面形状に打ち抜き加工する工程を経て製造され、その後レーザー溶接機の出射光学部２３からのレーザ照射２１や、抵抗溶接機により印加された電流による抵抗発熱により母材が部分的に発熱し、これにより発熱した箇所を容易にやわらかくすることができる。また、上記接続リード１０の厚みは上記実施の形態において、０．６ｍｍに設定したが、０．４〜１．０ｍｍの範囲内に設定するのが好ましい。

図２は本発明の焼鈍部１２を設けた接続リード１０を用いて極板群５と封口体１１とを電気的に接続した極板群５の構成を示す斜視図である。

正極集電体７を接合した接続リード１０の他端部には第２の溶接用プロジェクション２０を介して封口体１１を接合する。

すなわち、接続リード１０の切欠き１８を封口体１１の下面の突出部２２の周端部に沿わせた配置で第２の接続部１６を封口体１１の下面に重ね合わせ、一対の溶接電極を封口体１１の上面と接続リード１０の第２の接続部１６とに当接させて加圧することにより、第２の接続部１６と封口体１１とを抵抗溶接する。これにより、一対の第２の溶接用プロジェクション２０が溶融し、第２の接続部１６が封口体１１に接合される。

なお、接続リード１０を正極集電体７に予め接合したのちに、この接続リード１０に焼鈍部１２を設けてもよい。

（実施例１）
純ニッケルにより幅が１５ｍｍで、厚みが０．６ｍｍの形状に作った接続リード１０をレーザー溶接機の出射光学部２３を接続リード１０に対し直角方向に移動しながら断続的にレーザー照射２１し、焼鈍部１２を設けて構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例１とした。

（実施例２）
抵抗溶接機により接続リード１０に焼鈍部１２を設けた以外は実施例１と同様に構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例２とした。

（比較例１）
接続リードに焼鈍部を設けなかった以外は実施例１と同様に構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例１とした。

実施例１、実施例２および比較例１で構成した円筒形アルカリ蓄電池の封口部を分解して接続リードの曲げ荷重と断面組織の結晶粒を測定した。その結果を（表１）に示す。

（表１）に示すように実施例１および実施例２の円筒形アルカリ蓄電池の接続リード１
０は、比較例の接続リードと比較して曲げ荷重が小さい。

これは、接続リード１０の折り曲げる部分を過熱して焼鈍部１２を設けたことでニッケルの内部組織が均質化し結晶粒が肥大化していることによるものであり、打ち抜き時の加工硬化や内部応力を取り除くことにより接続リード１０の厚みが厚くなっても封口体１１を挿入する際の接続リード１０の折り曲げに必要な曲げ荷重が小さいことがわかる。また、同程度の曲げ荷重なら接続リード１０の総厚みを厚くできることがわかった。

さらに、実施例１、２の接続リード１０は折り曲げに必要な曲げ荷重が小さくなったことにより封口体１１の有底ケース９の開口部への挿入性が向上し、接続リード１０に接続された封口体１１を有底ケース９の開口部に挿入する際に必要とする力や挿入後の接続リード１０による反発力が減少し、接続リード１０と封口体１１との接合部や正極集電体７と接続リード１０との接合部のはがれによる円筒形アルカリ蓄電池の内部抵抗の上昇による不良や、封口体１１の変形や有底ケース９の変形による寸法不良、正極リード１０の反発力によって極板群５の上部を圧縮して起こる短絡不良を抑制することが可能である。

したがって、上記接続リード１０を用いて構成した円筒形アルカリ蓄電池は、正極集電体７と封口体１１とを接合する接続リード１０を厚くすることができ、電池特性のばらつきや溶接外れといった不具合が発生するおそれがない。また、上記接続リード１０は、純ニッケルまたは鉄ニッケルめっきを素材として形成されているので、電解液によって腐食することもない。

本発明に係る円筒形アルカリ蓄電池は、正極集電体７と封口体１１とを電気的に接続する接続リード１０の折れ曲がり部分に焼鈍部１２を設けることで、従来の電池組立工法で製作することができ、作業能率に優れ、生産性を向上してコストの低減を図ることが可能な電池組立性に優れた信頼性の高い円筒形アルカリ蓄電池を提供できる。

本発明による円筒形アルカリ蓄電池は大きな負荷特性を必要とする電動補助付自転車、芝刈機、さらに電気自動車などの駆動用電源として、大電流の充放電用途に好適に適用できる。

また、本発明の構成は円筒形アルカリ蓄電池に限定されず、渦巻き状の極板群を有底ケース内に収納した他の電池系でも応用可能で、しかも円筒形に限定されず、角筒状に巻回された極板群を角筒状の有底ケースに収納した場合にも適用できる。

本発明の電池は大電流放電が必要となる電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として有用である。

本発明の構成例を示した円筒形蓄電池の縦断面図本発明の構成例を示した円筒形アルカリ蓄電池の極板群の斜視図（ａ）本発明のレーザ照射により焼鈍部を設けた接続リードを示す平面図、（ｂ）本発明のレーザー照射の形態例を示す側面図（ａ）本発明の抵抗溶接により焼鈍部を設けた接続リードを示す平面図、（ｂ）本発明の抵抗溶接の形態例を示す側面図従来の接続リードを用いて正極集電体と封口体とを電気的に接続するときの位置関係を示す分解斜視図

符号の説明

１正極板
２負極板
３芯材
４芯材
５極板群
６セパレータ
７正極集電体
８負極集電体
９有底ケース
１０接続リード
１１封口体
１２焼鈍部
１３安全弁
１４キャップ
１５第１の接続部
１６第２の接続部
１７切り欠き
１８切り欠き
１９第１の溶接用プロジェクション
２０第２の溶接用プロジェクション
２１レーザ照射
２２突出部
２３出射光学部
２４電極棒

Claims

帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて積層または渦巻状に巻回してなる極板群と電解液とを内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体と、この封口体と前記極板群の一方の極板とを電気的に接続する接続リードとを備えた電池であって、
前記接続リードの折り曲げ部分に焼鈍部を設けた電池。
前記焼鈍部をレーザ照射または抵抗発熱により形成した請求項１に記載の電池。
前記接続リードを純ニッケルまたは鉄ニッケルメッキされたもので構成した請求項１に記載の電池。
前記接続リードの板厚を０．４〜１．０ｍｍとした請求項１に記載の電池。