JP5087218B2

JP5087218B2 - 二次電池とその製造方法

Info

Publication number: JP5087218B2
Application number: JP2005313728A
Authority: JP
Inventors: 聖林; 英樹笠原
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP2007123059A; CN1956240A; CN100499211C; US7842413B2; US20070099075A1

Description

本発明は二次電池とその製造方法に関し、特に隔壁を介して連接した各電槽に発電要素を収容して相互に接続した二次電池における内部抵抗の低減化を図ったものに関する。

上記二次電池の従来の構成例を、図４を参照して説明する。二次電池１は、幅の狭い短側面と幅の広い長側面を有する直方体状の電槽４をその短側面を隔壁５として共用して相互に連接してなる扁平な角形電槽３を備え、各電槽４の上面開口は一体の蓋体６にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽４の外側の短側面と各電槽４、４間の隔壁５の上部に接続用の貫通穴７が形成されている。各電槽４内には、正極板と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８とその両側に接合された集電板１０ａ、１０ｂとから成る発電要素１１が電解液とともに収容され、単電池２が構成されている。なお、極板群８の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部９ａ、９ｂとされ、リード部９ａ、９ｂの側端縁にそれぞれに集電板１０ａ、１０ｂが接合されている。

集電板１０ａ、１０ｂの上部には貫通穴７に嵌入する接続突部１２が突設され、隣接する電槽４、４間で集電板１０ａと１０ｂの接続突部１２同士がスポット溶接にて接続されている。そのスポット溶接は電槽４の上面開口から行われる。また、両端の電槽４の外側の短側面の貫通穴７には正極又は負極の接続端子１３が装着され、その接続端子１３と集電板１０ａ、１０ｂの接続突部１２がスポット溶接にて接続されている。かくして、角形電槽３に内蔵された複数の単電池２が直列接続され、両端の接続端子１３間に出力される（例えば、特許文献１参照）。なお、図４において、２４は各電槽４、４間の内圧を均等にする連通路、２５は温度センサの装着穴であり、その他に各電槽４の内圧が一定以上になったときに圧力を開放する安全弁（図示せず）などが装着されている。

ところが、図４に示す構成では、正極板及び負極板からそれぞれのリード部９ａ、９ｂ及び集電板１０ａ、１０ｂまでの通電経路は短いが、図５に矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂ同士はその上端部の接続突部１２の先端間の１箇所で接続されているので、接続経路が迂回して通電経路が長くなり、また接続箇所が１箇所だけであるため、内部抵抗が高くなるという問題がある。また、接続経路の迂回に伴って、白抜矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂの接続部に近い部分と遠い部分で電流分布が不均一になり、極板群８全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。

このような問題を解決するための構成として、図６、図７に示すように、隔壁５の上部に設けた貫通穴７を通して集電板１０ａ、１０ｂの上部を接続するだけでなく、角形電槽３の少なくとも一方の側壁１４の下部に、隔壁５の両側でそれぞれ電槽４内に臨むように開口３１を設け、接続突部３４と接続片部３５を有する一対の導電性接続板３３を設け、隔壁５の下部に形成した貫通穴３２を通して接続突部３４を溶接３６にて互いに接続するとともに接続片部３５を開口３１に臨ませ、各電槽４内に発電要素１１を収容した状態で集電板１０ａ、１０ｂが接続片部３５の内面に当接するように構成し、隔壁５の両側の接続片部３５にそれぞれ溶接電極４０を当ててそれらの間に溶接電流を流すことで集電板１０ａ、１０ｂと接続片部３５を溶接３７にて接続し、その後開口３１を各電槽４を隔離した状態で封止板３８で封止した構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。なお、３９は貫通穴３２と接続突部３４との間に介在させたシール材である。また、１０ｃは集電板１０ａ、１０ｂにおけるリード部９ａ、９ｂとの接合部である。
特開２００１−９３５０３号公報特開２００３−２８２０４３号公報

ところが、図６、図７に示した構成では、集電板１０ａ、１０ｂを上部だけでなく、下部でも接続しているので、内部抵抗の低減及び極板群を流れる電流分布の均一化を、ある程度図ることができるが、上部の接続部では集電板１０ａ、１０ｂ同士を直接溶接にて接続しているが、下部の接続部では、一対の導電性接続板３３を介して接続しているので、溶接３７による集電板１０ａ、１０ｂと接続片部３５の接続抵抗、導電性接続板３３の通電抵抗、及び溶接３６による接続突部３４、３４間の接続抵抗が加算された抵抗が発生するので、下部での接続抵抗が比較的大きく、内部抵抗の低減及び極板群を流れる電流分布の均一化に十分な効果が発揮されないという問題がある。

具体的な数値例で説明すると、接続突部１２同士を溶接した上部の接続部の各単電池２当たりの抵抗は０．０３ｍΩであるのに対して、下部の接続部における集電板１０ａ、１０ｂと接続片部３５の接続抵抗が０．０５ｍΩ、導電性接続板３３の通電抵抗が０．０５ｍΩ、接続突部３４同士を溶接した溶接３６の各単電池２当たりの抵抗が０．０３ｍΩで、計０．１３ｍΩとなり、上部の接続部に対して下部の接続部の抵抗が非常に大きいものとなる。また、導電性接続板３３の幅を大きくして接続突部３４を複数（２個）設けた場合でも抵抗は０．０８ｍΩ、さらに接続片部３５を集電板１０ａ、１０ｂの両側で溶接するようにしても抵抗は０．６８ｍΩとなり、やはり上部の接続部に対して下部の接続部の抵抗は大きいものになってしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決し、内部抵抗の低減化及び極板群を流れる電流分布の均一化を図ることができる二次電池とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の二次電池は、複数の電槽が隔壁を介して連接され、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群とその両側に接合された正負の集電板からなる発電要素が各電槽に収容され、隣接する電槽の隔壁両側の集電板同士が接続された二次電池において、隔壁の複数箇所に貫通穴を設け、集電板に各貫通穴に嵌入して先端同士が当接する複数の接続突部を突出形成し、極板群の両側に突出された各極板のリード部における、集電板の接続突部に対応する部位に溶接作業用の切欠部を設け、電槽両側壁の隔壁隣接部におけるリード部の切欠部に対応する部位に溶接作業用の開口を設け、前記開口と前記切欠部とを、前記開口と前記切欠部とを通して溶接電極が前記電槽を貫通できるように設け、接続突部同士を溶接したものである。

この構成によると、集電板に設けた複数の接続突部を、電槽間の隔壁に形成した複数の貫通穴に嵌入させ、接続突部の先端同士を溶接しているので、極板群の両側に接合された集電板同士が複数箇所で直接溶接にて接続された構成となり、また各接続経路が迂回しないため短くかつその接続経路上での接続箇所が少ないので、内部抵抗を大幅に低減することができ、さらに集電板同士が複数の接続経路で接続されているので、極板群を流れる電流分布の均一化を図ることができ、極板群全体が均一に発電能力を発揮することで、高出力・高性能の二次電池を実現することができる。

また、極板群の両側に突出された各極板のリード部における、集電板の接続突部に対応する部位に溶接作業用の切欠部を設け、電槽両側壁の隔壁隣接部におけるリード部の切欠部に対応する部位に溶接作業用の開口を設けているので、極板群における各極板のリード部に対向する部分で隔壁両側の集電板同士を容易かつ確実に溶接することができる。

また、集電板における各極板のリード部に対向する部分に複数の接続突部を配設すると、上記作用効果が一層発揮されるとともに、集電板を極板群の上方に延出して接続突部を設けなくてもよいので、電槽の高さ寸法を小さくし、二次電池の配置スペースの省スペースを図ることができる。

また、本発明の二次電池の製造方法は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を作成する工程と、複数の接続突部を突出成形された集電板を極板群の両側に接合して発電要素を作製する工程と、複数箇所に貫通穴が形成されている隔壁を介して連接されている複数の電槽に発電要素を収容して集電板に突出形成されている接続突部を貫通穴に嵌入させる工程と、接続突部の先端同士を溶接する工程とを有するものであり、上記二次電池を生産性良く製造することができる。

また、溶接工程は、レーザービーム溶接等を適用することもできるが、溶接電極を、電槽両側壁の隔壁隣接部に形成された開口と極板群両側の各極板のリード部に形成された切欠部を通して電槽を貫通させ、溶接電極を両端支持した状態で押圧して行うと、溶接電極を確実に支持した状態でスポット溶接にて効率的に溶接できて好適である。

本発明の二次電池及びその製造方法によれば、集電板に設けた複数の接続突部を、電槽間の隔壁に形成した複数の貫通穴に嵌入させ、接続突部の先端同士を溶接しているので、極板群の両側に接合された集電板同士が複数箇所で直接溶接にて接続された構成となり、かつ各接続経路が迂回しないため短くかつその接続経路上での接続箇所が少ないので、内部抵抗を低減することができ、さらに集電板が複数の接続経路で接続されているので、極板群を流れる電流分布の均一化を図ることができ、極板群全体が均一に発電能力を発揮することで、高出力・高性能の二次電池を実現することができる。

以下、本発明の二次電池の一実施形態について、図１、図２を参照しながら説明する。なお、本実施形態における二次電池の全体構成は、図４を参照して説明した従来例と基本的に同じであり、同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。

図１、図２において、８は、正極板と負極板をセパレータを介して積層したニッケル水素二次電池における極板群で、正極板は水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質をニッケルの発泡メタルに充填して構成され、負極板は水素吸蔵合金を主成分とする負極活物質をニッケルのパンチングメタルに塗着して構成されている。この極板群８の両側には正極板と負極板のリード部９ａ、９ｂが突出して配置されており、これらのリード部９ａ、９ｂにそれぞれ正負の集電板１０ａ、１０ｂが接合されて発電要素１１が構成され、この発電要素１１が角形電槽３の各電槽４内に挿入されて収容されている。なお、集電板１０ａ、１０ｂはニッケルメッキ鋼板などの金属板にて構成され、その長手方向に適当間隔あけた複数適所にリード部９ａ、９ｂとの接合部１０ｃが設けられている。

角形電槽３の両側壁１４の下部には、隔壁５の両側でそれぞれ電槽４内に臨むように開口１５が形成されている。また、隔壁５における開口１５の上下方向略中央に対応する位置に、上部の貫通穴７と同様の貫通穴１６が形成されている。そして、極板群８の両側に接合されている集電板１０ａ、１０ｂには、隔壁５上部の貫通穴７に嵌入する接続突部１２と同様に、貫通穴１６に嵌入する接続突部１７が突出形成されている。また、この接続突部１７は、接続突部１２と同様に隔壁５の両側から嵌入させた状態で先端同士が互いに当接するように構成されている。

極板群８の両側のリード部９ａ、９ｂには、集電板１０ａ、１０ｂの接続突部１７に対応する部位に、溶接作業を行う空間を接続突部１７の背部にあけるための切欠部１８が形成されている。なお、集電板１０ａ、１０ｂのリード部９ａ、９ｂに対する接合部１０ｃは、この切欠部１８の上下両側に適当な間隔をあけて配設されている。また、接続突部１７の基部外周と隔壁５の貫通穴１６外周部との間にはシール材１９が配設され、電槽４、４間が密閉隔離されている。

接続突部１７の先端間は溶接２０にて接続されている。この溶接２０は、図２に仮想線で示すように、接続突部１７の先端内面に当接する突部２１ａが中間に突設された溶接電極２１を、両側壁１４の開口１５及びリード部９ａ、９ｂの切欠部１８を通して角形電槽３を貫通させ、溶接電極２１を両端支持した状態で押圧し、その状態で溶接電極２１に所定の溶接電流を流すことで、接続突部１７の先端部がスポット溶接されて形成されている。また、溶接後、開口１５は各電槽４を隔離した状態で封止板２２で封止される。

以上の構成の二次電池１の製造方法においては、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群８を作成する。その際、正極板と負極板のリード部９ａ、９ｂには、所要箇所に切欠部１８を予め形成しておく。次に、複数の接続突部１２、１７が突出成形された集電板１０ａ、１０ｂを極板群８の両側に接合して発電要素１１を作成する。集電板１０ａ、１０ｂとしては、接続突部１７形成部位の上下に容易に弾性屈曲できる部分を設けた構成にしたものが好適である。次に、角形電槽３の各電槽４に発電要素１１をその上面開口から挿入して収容する。各電槽４、４間の隔壁５の上部と下部には複数の貫通穴７、１６が形成されており、発電要素１１を挿入すると、貫通穴７に接続突部１２が、貫通穴１６に接続突部１７がそれぞれ集電板１０ａ、１０ｂの弾性変形によって弾性的に嵌入し、その先端同士が当接する。次いで、隔壁５上部の貫通穴７に嵌入した接続突部１２、１２の先端同士を、電槽４の上部開口からスポット溶接して接続するとともに、隔壁５下部の貫通穴１６に嵌入した接続突部１７、１７の先端同士を、上記のような溶接電極２１を用いてスポット溶接して接続する。その後、角形電槽３の両側壁１４の開口１５を封止板２２にて封止し、各電槽４に所定量の電解液を注入した後蓋体６にて上面開口を閉鎖し、付属器具を装着することで二次電池１が完成する。

以上の構成によれば、集電板１０ａ、１０ｂに設けた複数の接続突部１２、１７を、電槽４、４間の隔壁５に形成した複数の貫通穴７、１６に嵌入させ、接続突部１２、１７の先端同士を溶接しているので、極板群８の両側に接合された集電板１０ａ、１０ｂ同士が複数箇所で直接溶接にて接続された構成となるとともに、各接続経路が迂回せず、接続経路が短く、かつ各接続経路での接続（溶接）箇所が１箇所だけであるので、内部抵抗を大幅に低減することができ、かつ集電板１０ａ、１０ｂが複数箇所で接続されているので、極板群８を流れる電流分布の均一化を図ることができ、極板群８全体が均一に発電能力を発揮することで、高出力・高性能の二次電池を実現することができる。

上記実施形態の説明では、集電板１０ａ、１０ｂの上端部を極板群８の上端より上方に延出させ、その上端部に設けた接続突部１２を隔壁５の上部に形成した貫通穴７に嵌入させてその先端同士を溶接接続するとともに、隔壁５の下部に形成した貫通穴１６に、集電板１０ａ、１０ｂの下部に設けた接続突部１７を嵌入させてその先端同士を溶接接続した構成を示したが、隔壁５の貫通穴１６及び集電板１０ａ、１０ｂの接続突部１７はそれぞれ隔壁５と集電板１０ａ、１０ｂの任意の位置に形成できるので、集電板１０ａ、１０ｂ間の接続のために、集電板１０ａ、１０ｂの上部を極板群８の上端より上方に延出させる必要はなく、図３に示すように、集電板１０ａ、１０ｂを極板群８の高さ寸法に対応した長さに設定し、その上部と下部に接続突部１７を設け、それに対応して隔壁５に貫通穴１６を形成しても良い。

このような構成によれば、上部の接続突部１２までの接続経路に比べて上部の接続経路が短くなるとともに、接続突部１７から集電板１０ａ、１０ｂとリード部９ａ、９ｂとの各接合部１０ｃまでの距離を一層均等化することができるので、より一層上記作用効果を奏することができるとともに、さらに各電槽４における極板群８上の空間を、ガス放出に必要なスペースを残して可及的に小さくすることができるので、各電槽４及び角形電槽３の高さ寸法を低くすることができ、二次電池１の設置スペースの省スペース化を図ることができる。

本発明の二次電池によれば、集電板に設けた複数の接続突部を、電槽間の隔壁に形成した複数の貫通穴に嵌入させ、接続突部の先端同士を溶接しているので、極板群の両側に接合された集電板同士が複数箇所で直接溶接にて接続された構成となるとともに、各接続経路が短くかつその接続経路上での接続箇所が少ないので、内部抵抗を大幅に低減することができ、さらに集電板が複数箇所で接続されているので、極板群を流れる電流分布の均一化を図って極板群全体に均一に発電能力を発揮させることができ、各種二次電池、特に高出力・高性能を要請される駆動電源用の二次電池に有効に利用できる。

本発明の二次電池の一実施形態における要部構成を示す縦断面図。図１のＡ−Ａ矢視拡大断面図。同実施形態の変形構成例の要部構成を示す縦断面図。従来例の二次電池の部分縦断面図。同従来例における通電経路の説明図。他の従来例の要部構成を示す縦断面図。図６のＢ−Ｂ矢視拡大断面図。

符号の説明

１二次電池
４電槽
５隔壁
７、１６貫通穴
９ａ、９ｂリード部
１０ａ、１０ｂ集電板
１１発電要素
１２、１７接続突部
１４側壁
１５開口
１８切欠部
２０溶接
２１溶接電極

Claims

複数の電槽が隔壁を介して連接され、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群とその両側に接合された正負の集電板からなる発電要素が各電槽に収容され、隣接する電槽の隔壁両側の集電板同士が接続された二次電池において、隔壁の複数箇所に貫通穴を設け、集電板に各貫通穴に嵌入して先端同士が当接する複数の接続突部を突出形成し、極板群の両側に突出された各極板のリード部における、集電板の接続突部に対応する部位に溶接作業用の切欠部を設け、電槽両側壁の隔壁隣接部におけるリード部の切欠部に対応する部位に溶接作業用の開口を設け、前記開口と前記切欠部とを、前記開口と前記切欠部とを通して溶接電極が前記電槽を貫通できるように設け、接続突部同士を溶接したことを特徴とする二次電池。
集電板における各極板のリード部に対向する部分に複数の接続突部を配設したことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を作成する工程と、複数の接続突部を突出成形された集電板を極板群の両側に接合して発電要素を作成する工程と、複数箇所に貫通穴が形成されている隔壁を介して連接されている複数の電槽に発電要素を収容して集電板に突出形成されている接続突部を貫通穴に嵌入させる工程と、接続突部の先端同士を溶接する溶接工程とを有することを特徴とする二次電池の製造方法であって、
前記溶接工程は、溶接電極を、電槽両側壁の隔壁隣接部に形成された開口と極板群両側の各極板のリード部に形成された切欠部を通して電槽を貫通させ、前記溶接電極を両端支持した状態で押圧して行うことを特徴とする二次電池の製造方法。