JP5051410B2 - 密閉形電池用リード、そのリードを用いた密閉形電池及びその電池の製造方法 - Google Patents
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Description
このような電池では、図32に示すように、正極板8および負極板9の間にセパレータ10を介在させ、これらを渦巻状に巻回して形成された発電要素を外装容器6としての金属製電池ケースに収納して集電リード板103を封口体に1箇所溶接した後、封口体11を電池ケース6の開口部に絶縁ガスケットを介在させて装着することにより密閉して構成されている。
上述の内部抵抗を低減させた電池としては以下のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
図33は、打ち抜き加工により一体形成された集電体を装着したニッケル−カドミウム電池の要部を示す斜視図、図34(a)および(b)は、この集電体1の平面図および断面図である。この集電体は、ニッケルめっきのなされた厚み0.3mmの鉄板からなり、平坦部2と、打ち抜き加工により高さ2.0mm程度に突出せしめられた突起部3とで構成されている。
また、この平坦部には孔5が形成されている。そしてこの孔の周縁に裏面側に突出するようにばり5Bが形成され、このばりが正極板との溶接点を形成している。図35は電極体を外装容器としての電池ケース6に挿入して前記集電体1を介して封口体と溶接するときの状態を示す断面図である。
このニッケル−カドミウム電池は、図35に示すように、鉄にニッケルめっきを施した有底筒状体の電池ケース6内に、ニッケル正極板8とカドミウム負極板9がセパレータ10を介して巻回された電池要素が収容され、この上に上述の集電体1が載置され、封口体11がこの集電体1の突起部3と直接溶接法によって溶接接続せしめられてなるものである。
この封口体11は底面に円形の下方突出部を形成した蓋体12と、正極キャップ13と、これら蓋体12と正極キャップ13との間に介在せしめられるスプリング15と弁板14とからなる弁体とで構成されており、この蓋体の中央にはガス抜き孔16が形成されている。
ここでニッケル正極板と集電体1との間は、封口体との溶接に先立ち、平坦部2に形成された孔5の周縁に裏面側に突出するようにばり5Bが形成され、このばりが正極板8との溶接点を形成している。一方電池ケース6の底部には円板状の負極集電体7が配設され、負極板9と溶接接続されている。またこの電池ケース6の開口部17はかしめ加工によって封止がなされている。
また、平坦部2が電極と接続される集電体本体部、突起部3が封口体である正極側端子と接続される集電リードの役割を果たすことができ、一体形成が可能であるため、接続抵抗の低減を図ることが可能となる。
また、図34(b)に示すように、突起部3の頂面4が肉薄となっているため、溶接電流を集中させることができ、さらに弾性をもち溶接領域に圧力が確実にかかるため、より確実な接続が可能となる。
しかしながら、この電池は、リードの長さを短くすることができるが、1枚の円形金属板を打ち抜き加工により形成するのみであるため、リードの厚みを厚くすることが出来ず、リード部そのものを低抵抗にすることが出来ず内部抵抗低減の効果は十分とはいえない。
また、製造上、蓋と上部集電板との距離の吸収がしにくく、製造不良が出来やすい欠点があった。
さらに、肉厚な蓋との溶接を電池内通電によって行うため、溶接が確実なものとならず、溶接不良が発生しやすいと言う問題もあった。
また、肉厚な蓋に溶接する必要があるため溶接時の電流を大きくする必要があり、厚みが薄いと熱によってリードが軟化し、溶接箇所の密着性を維持しにくく、溶接の確実性が低下し溶接のばらつきが大きいと言う問題があるため、多数の溶接点を形成することができず、内部抵抗低減の効果は十分とはいえない。
さらに、丸状の集電板ではリード距離が長くなり、内部抵抗低減の効果は十分とはいえない。
まず、上述した鼓状筒体20を正極集電体14の上に載置した後、上端鍔部22の幅狭部22bの外周部に溶接電極(図示せず)を配置して、下端鍔部23の幅広部23aと集電体14とをスポット溶接した。この後、鼓状筒体20を正極集電体14に溶接した電極体10を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の電池ケース(底面の外面は負極外部端子となる)16内に収納した。(段落[0029])
しかしながら、これらの集電リードは、加圧によって変形せしめられて前記内部空間内で短縮された導電路を形成するものの、短縮する導通路となる接点への溶接時にそれ以外の経路を通る無効電流が流れやすく溶接が確実なものとならず、抵抗のばらつきが大きいという欠点があった。
また、正極の電位にさらされているため、使用条件によっては、短縮された流通路に酸化によってされた被膜が形成し、仕様に際して徐々に抵抗が増大する恐れもある。
そして、特許文献5に記載の電池では、短縮された流通路は外装容器16の開口端縁16bを内方にかしめて電池を封口する前に溶接するため、形成される導通経路は十分に短い距離とはならず抵抗は高くなるという欠点を有する。
また、リードの長さの短い電池もあったが、集電板打ち抜き加工形のリードであるため、厚みを集電板より厚く出来ないために、抵抗が大きくなるという問題があった。
さらに、リードを丸状にすると溶接点間の距離が長くなり抵抗が大きくなるという問題があった。
また、密閉後に通電溶接をして、同通路を短くする電池もあったが、電池内通電によって肉厚な蓋とリードを溶接しようとするものであったり、溶接電流の流通経路が溶接使用しようとする接点以外にも存在して無効電流が流れるために、溶接しにくく抵抗ばらつきを生じやすいという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用するものである。
(1)密閉形電池の蓋の内面と上部集電板の上面に溶接して使用される密閉形電池用リードにおいて、前記リードが、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされていることを特徴とする密閉形電池用リード。
(1−1)前記側壁部の下端の外周に鍔部を有し、前記側壁部及び前記鍔部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されていることを特徴とする前記(1)の密閉形電池用リード。
(1−2)前記蓋と前記上部集電板との加圧時に、前記側壁部又は前記側壁部及び前記鍔部のスリットとスリットに挟まれたリード部が外側に広がるように屈曲する構造のものであることを特徴とする前記(1)又は(1−1)の密閉形電池用リード。
(1−3)前記頭頂部に、2個以上の溶接用突起を有することを特徴とする前記(1)〜(1−2)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(1−4)前記スリットが、周方向に等間隔に2個以上形成され、前記側壁部の下端部又は前記鍔部のスリットとスリットに挟まれた部分に、それぞれ、溶接用突起を有することを特徴とする前記(1)〜(1−3)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(2)密閉形電池の蓋の内面と上部集電板の上面に溶接して使用される密閉形電池用リードにおいて、前記リードが、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされていることを特徴とする密閉形電池用リード。
(2−1)前記側壁部の下端の内周から突き出た底部を有し、前記側壁部及び前記底部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されていることを特徴とする前記(2)の密閉形電池用リード。
(2−2)前記蓋と前記上部集電板との加圧時に、前記側壁部又は前記側壁部及び前記底部のスリットとスリットに挟まれたリード部が内側に狭まるように屈曲する構造のものであることを特徴とする前記(2)又は(2−1)の密閉形電池用リード。
(2−3)前記枠状部に、2個以上の溶接用突起を有することを特徴とする前記(2)〜(2−2)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(2−4)前記スリットが、周方向に等間隔に2個以上形成され、前記側壁部の下端部又は前記底部のスリットとスリットに挟まれた部分に、それぞれ、溶接用突起を有することを特徴とする前記(2)〜(2−3)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(3)電槽内に正極板および負極板を備えた極群を収容し、前記極群上に上部集電板を配置して、前記極群の一方の極と電気的に接続された前記上部集電板の上面と蓋の内面をリードを介して溶接した密閉形電池において、前記リードが、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものであり、第1の溶接工程で前記蓋の内面に前記リードの頭頂部が溶接され、次に第2の溶接工程で前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部が溶接されていることを特徴とする密閉形電池。
(3−1)前記リードが、前記側壁部の下端の外周に鍔部を有し、前記側壁部及び前記鍔部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されているものであり、前記上部集電板の上面に前記リードの鍔部が溶接されていることを特徴とする前記(3)の密閉形電池。
(3−2)前記側壁部又は前記側壁部及び前記鍔部のスリットとスリットに挟まれたリード部が外側に広がるように屈曲していることを特徴とする前記(3)又は(3−1)の密閉形電池。
(3−3)前記蓋の内面と前記リードの頭頂部との溶接点が2点以上であることを特徴とする前記(3)〜(3−2)のいずれか一項の密閉形電池。
(3−4)前記リードのスリットが、周方向に等間隔に2個以上形成され、前記リードの側壁部の下端部又は鍔部のスリットとスリットに挟まれた部分に、それぞれ、前記上部集電板の上面との溶接点があることを特徴とする前記(3)〜(3−3)のいずれか一項の密閉形電池。
(4)電槽内に正極板および負極板を備えた極群を収容し、前記極群上に上部集電板を配置して、前記極群の一方の極と電気的に接続された前記上部集電板の上面と蓋の内面をリードを介して溶接した密閉形電池において、前記リードが、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものであり、第1の溶接工程で前記蓋の内面に前記リードの枠状部が溶接され、次に第2の溶接工程で前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部が溶接されていることを特徴とする密閉形電池。
(4−1)前記リードが、前記側壁部の下端の内周から突き出た底部を有し、前記側壁部及び前記底部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されているものであり、前記上部集電板の上面に前記リードの底部が溶接されていることを特徴とする前記(4)の密閉形電池。
(4−2)前記側壁部又は前記側壁部及び前記底部のスリットとスリットに挟まれたリード部が内側に狭まるように屈曲していることを特徴とする前記(4)又は(4−1)の密閉形電池。
(4−3)前記蓋の内面と前記リードの枠状部との溶接点が2点以上であることを特徴とする前記(4)〜(4−2)のいずれか一項の密閉形電池。
(4−4)前記リードのスリットが、周方向に等間隔に2個以上形成され、前記リードの側壁部の下端部又は底部のスリットとスリットに挟まれた部分に、それぞれ、前記上部集電板の上面との溶接点があることを特徴とする前記(4)〜(4−3)のいずれか一項の密閉形電池。
(5)前記(3)〜(3−4)のいずれか一項又は(4)〜(4−4)のいずれか一項の密閉形電池を用い、複数個で構成したことを特徴とする組電池。
(6)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面と上部集電板の上面とをリードを介して接続する密閉形電池の製造方法において、前記リードとして、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものを用い、前記蓋の内面に前記リードの頭頂部を溶接する第1の溶接工程を行い、次に、前記上部集電板が前記電槽の開放端側に位置するように、前記上部集電板を接合した極群を前記電槽内に収容し、電解液を注液し、前記リードの側壁部の下端部が前記上部集電板の上面に当接するように前記蓋を載置し、前記電槽を密閉して、加圧した後、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を電池を介して通電することにより前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部を溶接する第2の溶接工程を行うことを特徴とする密閉形電池の製造方法。
(6−1)前記リードとして、前記側壁部の下端の外周に鍔部を有し、前記側壁部及び前記鍔部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されているものを用い、前記上部集電板の上面に前記リードの鍔部を溶接することを特徴とする前記(6)の密閉形電池の製造方法。
(6−2)前記蓋と前記上部集電板との加圧時に、前記側壁部又は前記側壁部及び前記鍔部のスリットとスリットに挟まれたリード部を外側に広がるように屈曲させて変形を吸収させることを特徴とする前記(6)又は(6−1)の密閉形電池の製造方法。
(7)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面と上部集電板の上面とをリードを介して接続する密閉形電池の製造方法において、前記リードとして、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものを用い、前記蓋の内面に前記リードの枠状部を溶接する第1の溶接工程を行い、次に、前記上部集電板が前記電槽の開放端側に位置するように、前記上部集電板を接合した極群を前記電槽内に収容し、電解液を注液し、前記リードの側壁部の下端部が前記上部集電板の上面に当接するように前記蓋を載置し、前記電槽を密閉して、加圧した後、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を電池を介して通電することにより前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部を溶接する第2の溶接工程を行うことを特徴とする密閉形電池の製造方法。
(7−1)前記リードとして、前記側壁部の下端の内周から突き出た底部を有し、前記側壁部及び前記底部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されているものを用い、前記上部集電板の上面に前記リードの底部を溶接することを特徴とする前記(7)の密閉形電池の製造方法。
(7−2)前記蓋と前記上部集電板との加圧時に、前記側壁部又は前記側壁部及び前記底部のスリットとスリットに挟まれたリード部を内側に狭まるように屈曲させて変形を吸収させることを特徴とする前記(7)又は(7−1)の密閉形電池の製造方法。
なお、本発明でいうスリットとは、側壁部、鍔部、底部を分割するものであって、形状は限定されない。
先ず、本発明の密閉形電池において使用する「板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されている」リードについて図1〜12(図2は、図1を逆さにした図である。)を用いて説明する。
図1〜12において、リード(20)は、厚さ0.2〜0.4mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ鋼板)をプレス加工したものである。図の例では、厚さ0.3mmのニッケル板を打ち抜き又はワイヤカットでスリット(20−4)及び穴(20−5)を設けた板状体に加工後に、プレス加工されており、リード(20)の最大の直径はsubC形は約17mm、D形は約24mm、その最大高さはsubC形は約2〜3mm、D形は約3mmである。
図1〜12において、リードの頭頂部(20−1)は、ほぼ円板状にプレス加工されているが、頭頂部の外周は必ずしも円形である必要はなく、例えば多角形など他の形状でも良い。
図12に示すように、鍔部を設けずに、側壁部(20−2)にスリット(20−4)を設けてもよい。
スリット(20−4)は、周方向に等間隔に2個以上形成するのが好ましい。
これにより、蓋と上部集電板との加圧時に、側壁部(20−2)又は、鍔部がある場合には、側壁部(20−2)及び鍔部(30)のスリット(20−4)とスリット(20−4)に挟まれたリード部が外側に広がるように屈曲することによって高さを吸収しつつ、適度な接点圧力(接触点の圧力)を保持することができる。
リードと上部集電板の接点を溶接するには、溶接電流に応じた適度な接点圧力が必要である。電流値が大きい場合は、高い接点圧力がないと接触抵抗が高いため通電時に発熱が大きくなり溶接接点ははじけ飛ぶ。しかしながら、接点圧力が高すぎる場合、元々の接点抵抗が小さすぎるため、大きな電流の通電によっても発生する熱が不足し、強固な溶接状態が得られない。
電流値が小さすぎる場合、接点圧力を小さくして接触抵抗を大きくしないと発熱が小さく接点が溶接されない。このため、電流値が小さいと制御が難しく、溶接時のばらつきが大きくなってしまう。
したがって、接点圧力を一定の範囲に保持して、溶接接点の抵抗を一定の範囲とし、さらに一定の範囲の電流値を通電することは溶接にとって極めて重要である。
頭頂部(20−1)の突起(20−3)は、直径0.5〜1.0mm、高さが0.5mm以上であると、プロジェクション溶接が良好となるために好ましく、その数は2点以上が溶接部抵抗が小さくなるため好ましい。
また、側壁部(20−2)の下端部又は鍔部(30)の突起(20−7)又は(30−1)は、直径0.5〜1.0mm、高さが0.5mm以上のような突起をプレス加工によって形成すると溶接部が側壁部より薄肉となり、プロジェクション溶接が良好となるために好ましく、その数は図1〜12に示すように、2点以上であれば溶接が確実なものとなるため好ましく、4点以上では溶接部抵抗が小さくできるために好ましい。実施例に用いたDサイス゛電池では、図1〜4、11、12に示すように、8個〜16個の溶接点が形成できる面積を有する。subC形の電池を用いた場合、電池直径の制約から、リードの最大径が小さいため、溶接点となる突起を4点程度形成できるが、溶接点は多いほど総溶接点抵抗が小さいくなるため好ましい。
以下に記載の手順と構成によれば、確実に溶接ができ、且つ、電気抵抗を低減できるのでより好ましい。
・密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面側にリードの頭頂部(20−1)を予め溶接する(第1の溶接工程)。
・次に、上部集電板が電槽の開放端側に位置するように、上部集電板を接合した極群を電槽内に収容し、電解液を注液後、該極群の上部集電板上に、リードの側壁部(20−2)の下端部が上部集電板に当接するように蓋を載置し、電槽を気密に密閉した後、一定の圧力をリードの下端部(突起)と上部集電板とに加えて高さを調整し、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を通電することにより蓋に溶接済みのリードと上部集電板を溶接する(第2の溶接工程)。
図23〜25は、極群の高さが高い場合が図23、極群の高さが標準的な場合が図24、極群の高さが低い場合が図25であり、上部集電板(2)の高さがずれていることを示している。
これらの図から明らかなように、極群の高さ寸法にばらつきがあっても、側壁部(20−2)及び鍔部(30)のスリット(20−4)とスリット(20−4)に挟まれたリード部が外側に広がるように屈曲する側壁部(20−2)及び鍔部(30)の可撓性によるバネ作用で、弾力性が高められ、高さ方向の位置ずれも吸収し得ることになり、適度な加圧力によって上部集電板(2)とリード(20)との溶接が容易で確実なものとなる。
なお、従来の解放状態(圧縮による高さ調整前)での溶接では、圧縮の余裕を有する長さや幅のリードが必要となることから、好ましくない。
図13〜22において、リード(21)は、厚さ0.2〜0.4mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ鋼板)をプレス加工したものである。図の例では、厚さ0.3mmのニッケル板を打ち抜き又はワイヤカットでスリット(21−4)を設けた板状体に加工後に、プレス加工されており、その最大の直径はsubC形は約17mm、D形は約24mm、リード部の最大高さはsubC形は約2〜3mm、D形は約3mmである。
図13〜22において、枠状部(21−1)は、ほぼ円形のリング状にプレス加工されているが、枠状部の内周及び外周の形状は必ずしも円形である必要はなく、例えば多角形など他の形状でも良い。
リードの枠状部(21−1)は、第一の工程によってあらかじめ蓋と抵抗溶接で溶接を行う。抵抗溶接の溶接方法としては、シリーズ方式、ダイレクト方式のいずれれでも良いが、シリーズ溶接の場合は、無効電流を小さくして溶接を確実なものとするため、図21のごとく枠状部(21−1)にスリット(21−5)を入れるのが好ましい。
しかし、本方式のリードは最大直径が小さくできやすいことから、A形等の直径の小さい電池に好適に用いることができ、この場合、シリーズ溶接を行う際の溶接ヘッドを接触させる面積も小さくなるために、シリーズ溶接は行いにくく、ダイレクト方式の溶接を用いる必要がある。この場合には、図13〜20、22に示すように、枠状部(21−1)にスリットが形成されていないことすることが好ましい。
図22に示すように、底部(31)を設けずに、側壁部(21−2)にスリット(21−4)を設けてもよい。
スリット(21−4)は、周方向に等間隔に2個以上形成するのが好ましい。
これにより、蓋と上部集電板との加圧時に、側壁部(21−2)又は、底部がある場合には、側壁部(21−2)及び底部(31)のスリット(21−4)とスリット(21−4)に挟まれたリード部が内側に狭まるように屈曲することによって高さを吸収しつつ、適度な接点圧力(接触点の圧力)を保持することができる。
リードと上部集電板との溶接点の溶接用突起としては、図13〜21のように、底部(31)のスリット(21−4)とスリット(21−4)に挟まれた部分に突起(31−1)を有していてもよく、また、図22のように、底部がない場合には、側壁部(21−2)のスリット(21−4)とスリット(21−4)に挟まれた部分に突起(21−5)を設けても良い。
枠状部(21−1)の突起(21−3)は、直径0.5〜1.0mm、高さが0.5mm以上であると、プロジェクション溶接が良好となるために好ましく、その数は2点以上が溶接部抵抗が小さくなるため好ましい。
また、側壁部(21−2)又は底部(31)の突起(21−5)又は(31−1)は直径0.5〜1.0mm以上、高さが0.5mm以上な突起を形成すると、プロジェクション溶接が良好となるために好ましく、その数は、図13〜22に示すように、2点以上であれば溶接が確実なものとなるため好ましく、4点以上では溶接部抵抗が小さくできるために好ましい。実施例に用いたDサイス゛電池では、図15及び16に示すように8個〜16個の溶接点が形成できる面積を有する。subC形の電池を用いた場合、電池直径の制約から、リードの最大径が小さいため、溶接点となる突起を4点程度形成できるが、溶接点は多いほど総溶接点抵抗が小さいくなるため好ましい。
図26において、(a)は蓋(50)の構造の1例を示す断面図であって、素蓋の中央上部には安全弁ゴム(弁体)(90)を介してキャップ(80)が被せられている。
また、(b)は、蓋(50)にリード(21)が予め溶接された状態を示している。
さらに、(c)は、(b)の蓋(50)に予め溶接されたリード(21)を密閉形電池の集電板(2)に溶接した状態を示している。
しかしながら、D形電池よりも小さい直径の電池、たとえばAやAA形電池においては十分なリードの長さが取れないため、図28及び29のように、リード(21)又は(20)の溶接点をキャップ(80)の端部に対応する蓋の内面の位置(51)より内側にする必要がある場合がある。
このような場合でも、本発明のリードは蓋の内面における溶接点と上部集電板の溶接点との電流経路が短く、低抵抗に溶接できるため極めて優れた低抵抗で高出力な電池を提供できる。
以下に記載の手順と構成によれば、確実に溶接ができ、且つ、電気抵抗を低減できるのでより好ましい。
・密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋(50)の内面側にリード(21)の枠状部(21−1)を予め溶接する(第1の溶接工程)。
・次に、上部集電板(2)が電槽の開放端側に位置するように、上部集電板(2)を接合した極群(70)を電槽(60)内に収容し、電解液を注液後、該極群(70)の上部集電板(2)上に、リード(21)の側壁部(21−2)の下端部が集電板に当接するように蓋を載置し、電槽(60)を気密に密閉した後、一定の圧力をリード(21)の下端部(突起)と上部集電板(2)とに加えて高さを調整し、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を通電することにより蓋(50)に溶接済みのリード(21)と上部集電板(2)を溶接する(第2の溶接工程)。
図13〜21に示すリード(21)の場合には、図1〜12に示すリード(20)の場合とは逆に、極群の高さ寸法にばらつきがあると、側壁部(21−2)及び底部(31)のスリット(21−4)とスリット(21−4)に挟まれたリード部が内側に狭まるように屈曲する側壁部(21−2)及び底部(31)の可撓性によるバネ作用で、弾力性が高められ、高さ方向の位置ずれも吸収し得ることになり、適度な加圧力によって上部集電板(2)とリード(21)との溶接が容易で確実なものとなる。
なお、従来の解放状態(圧縮による高さ調整前)での溶接では、圧縮の余裕を有する長さや幅のリードが必要となることから、好ましくない。
なお、密閉形電池内部の上部集電板(正極集電板)とリードとの溶接接点は、酸化被膜などに覆われると溶接しにくくなるため、酸化されにくい金属そのものやこれらの金属のメッキなどによる被膜を形成することが好ましい。ニッケルはアルカリ電解液中で腐食しにくく、優れた溶接性を有しているため、電流経路の各部品接点は金属ニッケルであることが好ましい。
また、注液後の充電や放電を行うと、その充放電の条件によっては、正極電位によって正極集電板やリードの表面が酸化される場合があり溶接が安定しないため、注液後でかつ正極の電位変動を伴う初充電前であることが好ましい。
なお、ここでいう静電容量とは、電池が電解液を分解しガスを発生し、電池内部の圧力が電池の開弁圧を超えない範囲で受電可能な電気容量を指し、厳密には正極板および負極板の電気二重層容量以外に電池の充放電反応に伴う電気容量とガス発生反応による電気容量を含んでいる。
正極板と負極板の静電容量は、極板の放電容量と密接な関係があると考えられるので、通電する電流値の大きさや1回の通電で一方向に流す通電量(電流値が一定とすると通電時間に置き換えることができる)は極板の容量との関係で適切な値に設定することが好ましいと考えられる。本発明では、単位放電容量当たりに対して通電する電流の範囲を定め、その上で通電時間の範囲を定めることによって、正負極間で通電しても電池を損傷させることなく、正極集電板とリードを溶接して良好に接合するものである。
前記のように、本発明においては静電容量が大きければ、正負極間に大きな電流を通電しても電気分解が生ぜず良好な溶接が可能となる。
ニッケル水素蓄電池を例に採れば、正極のニッケル電極には、水酸化ニッケルに水酸化亜鉛、水酸化コバルトを混合したものが用いられるが、水酸化ニッケルと水酸化亜鉛、水酸化コバルトを共沈させて得られる水酸化ニッケルを主成分とする複合水酸化物が好ましく、さらに、ニッケル電極中にY、Er、Yb等の希土類元素の単体またはその化合物を添加することによりニッケル電極の酸素過電圧を高めて急速充電を行ったときにニッケル電極で酸素が発生するのを抑制する構成とするのが好ましい。
以下に、円筒形ニッケル水素電池を例の採り上げて本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明の実施の形態は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。
硫酸ニッケルと硫酸亜鉛および硫酸コバルトを所定比で溶解した水溶液に硫酸アンモニウムと苛性ソーダ水溶液を添加してアンミン錯体を生成させた。反応系を激しく撹拌しながら更に苛性ソーダを滴下し、反応系のpHを11〜12に制御して芯層母材となる球状高密度水酸化ニッケル粒子を水酸化ニッケル:水酸化亜鉛:水酸化コバルト=88.45:5.12:1.1の比となるように合成した。
前記混合水酸化物から成る表面層を有する水酸化ニッケル粒子50gを、温度110℃の30wt%(10N)の苛性ソーダ水溶液に投入し、充分に攪拌した。続いて表面層に含まれるコバルトの水酸化物の当量に対して過剰のK2S2O8を添加し、粒子表面から酸素ガスが発生するのを確認した。活物質粒子をろ過し、水洗、乾燥した。
粒径30μmのAB5型希土類系のMmNi3.6Co0.6Al0.3Mn0.35の組成を有する水素吸蔵合金を水素吸蔵処理後の水素吸蔵合金粉末を20℃の比重で48重量%のNaOH水溶液に浸漬し、100℃の水溶液に浸漬し4時間の処理を行った。
その後、加圧濾過して処理液と合金を分離した後、純水を合金重量と同重量添加して28KHzの超音波を10分間かけた。その後、緩やかに攪拌しつつ純水を攪拌層下部より注入し、排水をフローさせて合金より遊離する希土類水酸化物を除去した。その後、PH10以下になるまで水洗した後、加圧濾過した。この後、80℃温水に暴露して水素脱離を行った。温水を加圧濾過して、再度の水洗を行い合金を25℃に冷却し、攪拌下4%過酸化水素を合金重量と同量加え、水素脱離を行って、電極用水素吸蔵合金を得た。
得られた合金とスチレンブタジエン共重合体とを99.35:0.65の固形分重量比で混合し、水で分散してペースト状にし、ブレードコーターを用いて、鉄にニッケルメッキを施したパンチング鋼板に塗布した後、80℃で乾燥した後、所定の厚みにプレスして幅47.5mm長さ1175mmの容量11000mAh(11.0Ah)の水素吸蔵合金負極板とした。
前記負極板とスルフォン化処理を施した厚み120μmのポリプロピレンの不織布状セパレータと前記正極板とを組み合わせてロール状に巻回して極板群とした。該極板群の一方の捲回端面に突出させた正極基板の端面に、図44に示すようなニッケルメッキを施した鋼板からなる厚さ0.4mm、中央に円形の透孔と8カ所(4スリット(2−2))の0.5mmの下駄(電極へのかみ込み部)(2−3)を設けた半径14.5mmの円板状の上部集電板(正極集電板)(2)を抵抗溶接により接合した。捲回式極板群の他方の捲回端面に突出させた負極基板の端面にニッケルメッキを施した鋼板からなる厚さ0.4mmの円板状の下部集電板(負極集電板)を抵抗溶接により接合した。ニッケルメッキを施した鋼板からなる有底円筒状の電槽缶を用意し、前記集電板を取り付けた極板群を、正極集電板が電槽缶の開放端側、負極集電板が電槽缶の底に当接するように電槽缶内に収容し、負極集電板の中央部分を電槽缶の壁面に抵抗溶接により接合した。次いで6.8NのKOHと0.8NのLiOHを含む水溶液からなる電解液を所定量注液した。
その後、リードの頭頂部(20−1)の突起(20−3)を当接して蓋の内面にダイレクト方式でスポット溶接して取り付けた。
蓋の外面には、ゴム弁(排気弁)およびキャップ状の端子を取り付けた。蓋の周縁をつつみ込むように蓋にリング状のガスケットを装着した。
該蓋を、蓋に取り付けたリードの鍔部(30)の突起(30−1)が正極集電板に当接するように極群の上に載置し、電槽の開放端をかしめて気密に密閉した後、圧縮して電池の総高さを調整した。なお、電池の総高さ調整後の蓋と正極端子間の高さが、鍔部(30)の突起(30−1)と正極集電板(2)の当接面1個当たり200gfの押圧力が加わる高さになるように、鍔部(30)の角度を調整した。
なお、蓋の半径は14.5mm、キャップの半径は6.5mm、ガスケットのカシメ半径は12.5mmである。
なお、この発明の実施例および比較例に用いた電池の重量はすべて約176gであった。
前記密閉形蓄電池を周囲温度25℃において12時間の放置後、130mA(0.02ItA)にて1200mAh充電し、引き続き650mA(0.1ItA)で10時間充電した後、1300mA(0.2ItA)でカット電圧1Vまで放電した。さらに、650mA(0.1ItA)で16時間充電後、1300mA(0.2ItA)でカット電圧1.0Vまで放電し、該充放電を1サイクルとして4サイクル充放電を行った。4サイクル目の放電終了後、1kHzの交流を用いて内部抵抗を測定した。
この各10秒目電圧を電流値と電圧値を最小自乗法で直線近似し、電流値0Aの時の電圧値をE0とし、傾きをRDCとした。その後、
出力密度(W/kg)=(E0−0.8)÷RDC×0.8÷電池重量(kg)
の計算式に当てはめ、0.8Vカット時の25℃電池における出力密度とした。
実施例1の蓋(50)の内面と上部集電板(2)の上面を溶接するリードを、図30に示されるような従来のリボン状リードとし、あらかじめリードを蓋と上部集電板に溶接して組み立てた以外は実施例1と同様にして密閉形ニッケル水素蓄電池を得た。
実施例1の蓋(50)の内面と上部集電板(2)の上面を溶接するリードを、頭頂部(20−1)の突起(20−3)を1個備え、鍔部(30)の突起(30−1)を1個備えたものとしたこと及び溶接電流を0.7KAとしたこと以外は実施例1と同様にして、図29に示されるような密閉形ニッケル水素蓄電池を作製した。
実施例6の蓋(50)の内面と上部集電板(2)の上面を溶接するリードを、枠状部(21−1)の突起(21−3)を1個備え、底部(31)の突起(31−1)を1個備えたものとしたこと及び溶接電流を0.7KAとしたこと以外は実施例6と同様にして、図28に示されるような密閉形ニッケル水素蓄電池を作製した。
これは、比較例1の従来のリボン状リードに比較して、溶接点間距離が短いこと、及び、流通路の断面積が大きく、リード抵抗が小さいためであると考えられる。
また、リード(20)と蓋(50)の溶接点数は2点以上である場合、優れた出力を実現でき、多いほど抵抗は小さく、出力密度も大きくなる。、。
同じく、リード(20)と上部集電板(2)の溶接点数は2点以上である場合、優れた出力を実現でき、多いほど抵抗は小さく、出力密度も大きくなる。
溶接点数が1点である場合、比較例2のように抵抗が大きくなるので好ましくない。
これは、電流の流通路が1点となったため、極板反応が不均一となったため、高抵抗になったものと考えられる。
したがって、側壁部(20−2)及び鍔部(30)のスリット(20−4)が、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されていることが好ましく、側壁部(20−2)及び鍔部(30)のスリット(20−4)とスリット(20−4)に挟まれたリード部が外側に広がるように屈曲する構造のものであることが好ましい。
これは、比較例1の従来のリボン状リードに比較して、溶接点間距離が短いこと、及び、流通路の断面積が大きく、リード抵抗が小さいためであると考えられる。
また、リード(21)と蓋(50)の溶接点数は2点以上である場合、優れた出力を実現でき、多いほど抵抗は小さく、出力密度も大きくなる。
同じく、リード(21)と上部集電板(2)の溶接点数は2点以上である場合、優れた出力を実現でき、多いほど抵抗は小さく、出力密度も大きくなる。
溶接点数が1点である場合、比較例3のように抵抗が大きくなるので好ましくない。
これは電流の流通路が1点となったため、極板反応が不均一となったため、高抵抗になったものと考えられる。
したがって、側壁部(21−2)及び底部(31)には、スリット(21−4)が、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成されていることが好ましく、側壁部(21−2)及び底部(31)のスリット(21−4)とスリット(21−4)に挟まれたリード部が内側に狭まるように屈曲する構造のものであることが好ましい。
リード(20)又は(21)が、側壁部(20−2)又は(21−2)の下端から縦方向にスリット加工されて周方向に完全に分断されたり、リードそのものがパーツ状に分断されると、第1の溶接工程の溶接時の無効電流が少なくなり溶接がより強固になり低抵抗化するが、分断による抵抗の増加により相殺されるため、全体としては大きな抵抗低減とはならない。また、パーツの取り扱いや加工がし難いため、周方向に間隔をおいて形成されるスリットは完全に分断されていないことが好ましい。
そして、リード(20)又は(21)の溶接面には、それぞれ突起(20−3)、(20−7)、(30−1)又は(21−3)、(21−6)、(31−1)が形成されていないと、リードの接触抵抗が不均一となってしまい、それぞれのリードに不均一な電流が流れてしまう。突起が形成されていた場合、個々の溶接が均一で確実となるので好ましい。
これは、圧力を吸収するスリット(20−4)が固定されてしまっているために、極群(70)高さが高い場合や低い場合の高さ変動を均一な接点圧力で吸収できずリードが変形したためと考えられる。
また、電池サイズや形によらず、AA形A形subC形の電池でにも好適に利用できる。
20−1 頭頂部
20−2 20のリードの側壁部
20−3 頭頂部の溶接用突起
20−4 側壁部及び鍔部のスリット
20−5 頭頂部の穴
20−6 頭頂部のスリット
20−7 20のリードの側壁部の溶接用突起
30 鍔部
30−1 鍔部の溶接用突起
21 枠状部とスリットが形成されている側壁部を有するリード
21−1 枠状部
21−2 21のリードの側壁部
21−3 枠状部の溶接用突起
21−4 側壁部及び底部のスリット
21−5 枠状部のスリット
21−6 21のリードの側壁部の溶接用突起
31 底部
31−1 底部の溶接用突起
2 上部集電板(正極集電板)
2−1 上部集電板におけるリードの溶接点
2−2 上部集電板におけるスリット
2−3 上部集電板における下駄(電極へのかみ込み部)
50 蓋
51 キャップ端部に対応する蓋の内面の位置
60 電槽
70 極群
90 弁体
80 キャップ
100 下部集電板(負極集電板)
Claims (7)
- 密閉形電池の蓋の内面と上部集電板の上面に溶接して使用される密閉形電池用リードにおいて、前記リードが、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされていることを特徴とする密閉形電池用リード。
- 密閉形電池の蓋の内面と上部集電板の上面に溶接して使用される密閉形電池用リードにおいて、前記リードが、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされていることを特徴とする密閉形電池用リード。
- 電槽内に正極板および負極板を備えた極群を収容し、前記極群上に上部集電板を配置して、前記極群の一方の極と電気的に接続された前記上部集電板の上面と蓋の内面をリードを介して溶接した密閉形電池において、前記リードが、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものであり、第1の溶接工程で前記蓋の内面に前記リードの頭頂部が溶接され、次に第2の溶接工程で前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部が溶接されていることを特徴とする密閉形電池。
- 電槽内に正極板および負極板を備えた極群を収容し、前記極群上に上部集電板を配置して、前記極群の一方の極と電気的に接続された前記上部集電板の上面と蓋の内面をリードを介して溶接した密閉形電池において、前記リードが、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものであり、第1の溶接工程で前記蓋の内面に前記リードの枠状部が溶接され、次に第2の溶接工程で前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部が溶接されていることを特徴とする密閉形電池。
- 請求項3又は4に記載の密閉形電池を用い、複数個で構成したことを特徴とする組電池。
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面と上部集電板の上面とをリードを介して接続する密閉形電池の製造方法において、前記リードとして、板状の頭頂部と、前記頭頂部の外周から斜め下方に広がるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものを用い、前記蓋の内面に前記リードの頭頂部を溶接する第1の溶接工程を行い、次に、前記上部集電板が前記電槽の開放端側に位置するように、前記上部集電板を接合した極群を前記電槽内に収容し、電解液を注液し、前記リードの側壁部の下端部が前記上部集電板の上面に当接するように前記蓋を載置し、前記電槽を密閉して、加圧した後、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を電池を介して通電することにより前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部を溶接する第2の溶接工程を行うことを特徴とする密閉形電池の製造方法。
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面と上部集電板の上面とをリードを介して接続する密閉形電池の製造方法において、前記リードとして、板状の枠状部と、前記枠状部の内周から斜め下方に狭まるように延びた側壁部を有し、前記側壁部には、スリットが、周方向に間隔をおいて下端から縦方向に形成され、屈曲する構造とされているものを用い、前記蓋の内面に前記リードの枠状部を溶接する第1の溶接工程を行い、次に、前記上部集電板が前記電槽の開放端側に位置するように、前記上部集電板を接合した極群を前記電槽内に収容し、電解液を注液し、前記リードの側壁部の下端部が前記上部集電板の上面に当接するように前記蓋を載置し、前記電槽を密閉して、加圧した後、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を電池を介して通電することにより前記上部集電板の上面に前記リードの側壁部の下端部を溶接する第2の溶接工程を行うことを特徴とする密閉形電池の製造方法。
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