JP7084267B2 - 二次電池及びこの二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池及びこの二次電池の製造方法に関する。
充電が可能な二次電池においては、用途が拡大し、高率で充放電が行えるタイプの電池が開発されている。このような電池としては、例えば、以下に示すような円筒形アルカリ二次電池が知られている。
当該円筒形アルカリ二次電池は、電極群が有底円筒形状の外装缶にアルカリ電解液とともに収容され、外装缶の開口部が正極端子を含む封口体により密閉されることにより形成される。
上記した電極群は、セパレータを間に挟んだ状態で重ね合わされた正極及び負極が渦巻き状に巻回されて形成され、全体としてほぼ円柱形状をなしている。ここで、正極及び負極は、巻回作業に際し、互いに、電極群の軸線に沿う方向に僅かにずれた状態となるように配置されるとともに、これら正極及び負極の間には、所定サイズのセパレータが所定位置に配置される。そして、この状態で、正極、セパレータ及び負極は巻回される。その結果、電極群の一端面側から正極の端縁部が渦巻き状に突出し、電極群の他端面側から負極の端縁部が渦巻き状に突出する。
突出した正極端縁部には、金属製の板材で形成された正極集電体が溶接され、突出した負極端縁部には、金属製の板材で形成された負極集電体が溶接される。これにより、正極は正極集電体と広い範囲で電気的に接続され、負極は負極集電体と広い範囲で電気的に接続されるので、集電効率が高められる。その結果、当該電池においては高率での充放電が可能となる。
この円筒形アルカリ二次電池の組み立ての手順としては、例えば、まず、外装缶内に電極群を挿入し、外装缶の底壁内面と負極集電体とが溶接される。これにより、負極端子を兼ねる外装缶と負極とが電気的に接続された状態となる。次いで、正極集電体の所定位置に、金属製の薄板で形成されている正極リボンの一端が溶接される。更に、正極リボンの他端が封口体の所定位置に溶接される。これにより、正極端子と正極とが電気的に接続された状態となる。その後、封口体が外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介在させた状態で装着され、外装缶の上端開口部がかしめ加工されることにより、当該外装缶が密閉される。これにより円筒形アルカリ二次電池が形成される。
上記したような正極リボンは、封口体への溶接をし易くするために、比較的長めのものが用いられる。また、封口体が外装缶の上端開口部に装着されたとき、正極リボンは、外装缶内で封口体と電極群との間に屈曲するようにして収容される。このため、正極リボンは、屈曲し易いように比較的薄いものが用いられる。
ところで、近年、アルカリ二次電池には、より高性能化が望まれている。例えば、大電流を効率良く出力できる性能や急速充電をすることができる性能を具備することが望まれている。つまり、高率充放電特性をより向上させることが望まれている。
高率充放電特性を向上させるためには、電池の内部抵抗をなるべく低くする必要がある。しかしながら、上記したような薄くて長い帯状の正極リボンを用いた場合、この正極リボンの比抵抗が高く、正極リボンが電池の内部抵抗を高める原因となっている。
そこで、電池の内部抵抗をより低くし、高率充放電特性に優れる電池を得るために、従来よりも通電経路を短縮することができる集電リードを採用することが行われている。このような集電リードを含む電池としては、例えば、特許文献１に示すような電池が一般的に知られている。
集電リードは、例えば、特許文献１の図１に示されるように、筒状の本体部と、この本体部から延びる羽部とを備えている。集電リードは、本体部が、集電体の上に横倒しされた状態で載置され、羽部が、集電体と溶接される。つまり、羽部が集電体との溶接部となる。このようにして、集電リードは、電極群に溶接された集電体の上に溶接されている。
その後、集電リードに封口体が溶接される。詳しくは、集電リードの上に封口体が載置され、この状態で、封口体は、集電体の側に向かって押し付けられる。この押し付けの過程で、溶接電流が流され、封口体と、集電リードの本体部における周壁とが抵抗溶接される。これにより、集電リードは、押し潰されて変形した状態で集電体と封口体との間に介在し、集電体と封口体とを電気的に接続する。
このような集電リードは、従来の正極リボンに比べ、厚さが厚く、しかも、集電体と封口体との間を短い距離で繋ぐことができる。このため、電池内における通電経路を太く、且つ、短くできる。その結果、電池の内部抵抗を低減することができる。
このように、集電リードを採用した電池は従来の電池に比べて電池の内部抵抗は低くなるので高率充放電特性に優れている。
ところで、上記した集電体においては、電極群の端部から渦巻き状に突出した正極又は負極の端縁部との間に良好な接続部を形成できるように、バリ状の突起が設けられる。このバリ状の突起は、通常、集電体に打ち抜き加工を施してスリットを設け、このスリットの端縁部に形成されるバリを利用する。
特開２００１－１４３６８４号公報
上記したような電池の製造過程においては、集電体に集電リードを溶接する際、集電リードの溶接部、即ち羽部が集電体のスリット上に位置付けられると溶接不良が起こり電池の歩留まりが低下する。このため、集電リードの羽部が集電体のスリットと重なることを避けるため、集電リードを所定位置に位置合わせする作業が必要となる。しかしながら、このような位置合わせ作業を行うと、電池の生産効率が低下するため、集電リードの位置合わせの作業は省略することが望まれている。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも生産効率の高い二次電池及びこの二次電池の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、開口を有している外装缶と、前記外装缶の開口を封止している封口体であって、前記開口に配設された蓋板及び前記蓋板に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体と、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群であって、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群と、前記電極群の前記一方極に接合されている集電体と、前記集電体と前記封口体とを電気的に接続するために、前記封口体と前記集電体との間に介在し、前記封口体及び前記集電体に接合されている集電リードと、を備えており、前記集電リードは、前記封口体の側に位置する頂壁と、前記頂壁に対向し、前記集電体の側に位置する底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを有しており、前記頂壁は、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部であって、前記蓋板と接合されている延出部と、を含んでいる、二次電池が提供される。
また、前記蓋板は、前記集電リードと接する面が平坦面である構成とすることが好ましい。
また、前記延出部は、前記封口体の側に突出したリード突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している構成とすることが好ましい。
また、前記集電体は、前記集電リードの側に突出した集電体突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している構成とすることが好ましい。
また、前記集電体は、スリットを有しており、前記集電体突起は、前記スリットを避けた位置に位置付けられている構成とすることが好ましい。
また、本発明によれば、蓋板及び前記蓋板の外面に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体に、頂壁と、前記頂壁に対向している底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを含んでおり、前記頂壁が、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部とを有している集電リードを接合して形成された、前記封口体と前記集電リードとの複合体を準備する複合体準備工程であって、前記蓋板の内面と前記集電リードの前記延出部とを接合する複合体準備工程と、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群に集電体を接合し、前記集電体が接合された電極群を準備する電極群準備工程と、前記電極群準備工程で準備された前記電極群を、開口を有する外装缶に収容する電極群収容工程と、前記複合体準備工程で準備された前記複合体を前記外装缶の前記開口の部分に配置するとともに、前記外装缶の中に収容された前記電極群の前記集電体と前記複合体における前記集電リードの前記底壁との間を接合する接合工程と、前記封口体を前記外装缶に取り付け、前記外装缶の前記開口を封止する封口工程と、を備えている、二次電池の製造方法が提供される。
本発明に係る二次電池は、開口を有している外装缶と、前記外装缶の開口を封止している封口体であって、前記開口に配設された蓋板及び前記蓋板に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体と、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群であって、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群と、前記電極群の前記一方極に接合されている集電体と、前記集電体と前記封口体とを電気的に接続するために、前記封口体と前記集電体との間に介在し、前記封口体及び前記集電体に接合されている集電リードと、を備えており、前記集電リードは、前記封口体の側に位置する頂壁と、前記頂壁に対向し、前記集電体の側に位置する底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを有しており、前記頂壁は、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部であって、前記蓋板と接合されている延出部と、を含んでいる。つまり、本発明に係る二次電池は、集電リードの延出部が蓋板に接合されているので、集電リードと集電体との接合に際し、集電リードの延出部を電極群の側の集電体との間で位置合わせをする必要がない。このため、電池の製造過程において、集電リードと集電体との位置合わせの作業を省略することができるので、従来よりも生産効率の高い二次電池を提供することができる。
本発明に係る円筒形のニッケル水素二次電池を示した断面図である。 正極集電体を示した平面図である。 頂壁側を上にした状態の集電リードを示した斜視図である。 底壁側を上にした状態の集電リードを示した斜視図である。 集電リードの中間製品を示した平面図である。 外装缶の中に収容された電極群を示した断面図である。 封口体と集電リードとの複合体を示した斜視図である。 電極群が収容された外装缶と、この外装缶に組み合わされる複合体とを示した断面図である。
本発明に係る集電リードを備えている二次電池として、４／３ＦＡサイズの円筒形のニッケル水素二次電池（以下、電池という）１を例に、図面を参照して、以下に説明する。
電池１は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶２を備え、外装缶２は導電性を有し、その底壁は負極端子として機能する。外装缶２の中には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）とともに電極群４が収容されている。
図１に示すように、外装缶２の開口３は封口体１４によって閉塞されている。封口体１４は、導電性を有する円板形状の蓋板１６、蓋板１６上に配設された弁体２０及び同じく蓋板１６上に配設された正極端子２２を含んでいる。
蓋板１６の外周部には、この蓋板１６を囲むようにリング形状の絶縁ガスケット１８が配置され、絶縁ガスケット１８及び蓋板１６は外装缶２の開口縁部１７をかしめ加工することにより外装缶２の開口縁部１７に固定されている。即ち、蓋板１６及び絶縁ガスケット１８は互いに協働して外装缶２の開口３を封止している。
ここで、蓋板１６は、中央に排気孔１９を有し、そして、蓋板１６の外面１６ａの上には、排気孔１９を閉塞するようにゴム製の弁体２０が配置されている。
更に、蓋板１６の外面１６ａの上には弁体２０を覆うように正極端子２２が電気的に接続されている。
この正極端子２２は、円筒状の周壁２４と、この周壁２４の一方端に位置付けられた開口２５と、この開口２５の周縁に設けられたフランジ２６と、開口２５の反対側の他方端に位置付けられた端壁２７と、を有している。この正極端子２２は弁体２０を蓋板１６に向けて押圧している。また、この正極端子２２は、周壁２４にガス抜き孔２３を有している。
通常時、排気孔１９は弁体２０によって気密に閉じられている。一方、外装缶２の内部にガスが発生し、ガスの圧力が高まれば、弁体２０はガスの圧力によって圧縮され、排気孔１９が開かれる。その結果、外装缶２内から排気孔１９及び正極端子２２のガス抜き孔２３を介して外部にガスが放出される。つまり、排気孔１９、弁体２０及び正極端子２２のガス抜き孔２３は電池１のための安全弁を形成している。
電極群４は、それぞれ帯状の正極６、負極８及びセパレータ１０を含み、これらは正極６と負極８との間にセパレータ１０が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ１０を介して正極６及び負極８が互いに重ね合わされている。このような電極群４は、全体としては円柱形状をなしている。
この電極群４においては、一方の端面から正極６の端縁部が渦巻状に露出しており、他方の端面から負極８の端縁部が渦巻状に露出している。ここで、露出している正極６の端縁部を正極接続端縁部３２とし、露出している負極８の端縁部を負極接続端縁部（図示せず）とする。これら露出している正極接続端縁部３２及び負極接続端縁部には、後述する正極集電体２８及び負極集電体（図示せず）がそれぞれ溶接される。
負極８は、帯状をなす導電性の負極芯体を有し、この負極芯体に負極合剤が保持されている。
負極芯体は、帯状の金属材であり、その厚さ方向に貫通する貫通孔(図示せず)が多数設けられている。このような負極芯体としては、例えば、パンチングメタルシートを用いることができる。
負極合剤は、負極芯体の貫通孔内に充填されるばかりでなく、負極芯体の両面上にも層状にして保持されている。
負極合剤は、水素吸蔵合金の粒子、導電材、結着剤等を含む。ここで、水素吸蔵合金は、負極活物質である水素を吸蔵及び放出することが可能な合金であり、ニッケル水素二次電池に一般的に用いられている水素吸蔵合金が好適に用いられる。上記した結着剤は水素吸蔵合金の粒子及び導電材を互いに結着させるとともに負極合剤を負極芯体に結着させる働きをする。ここで、導電材としては、ニッケル水素二次電池に一般的に用いられているものが好適に用いられる。また、結着剤としては、ニッケル水素二次電池の負極に一般的に用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂系材料が用いられ、具体的には、親水性若しくは疎水性のポリマー、カルボキシメチルセルロースなどの樹脂系材料を用いることができる。
負極８は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤のペーストを調製する。得られた負極合剤のペーストは負極芯体に塗着され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等を含む負極合剤が付着した負極芯体にはロール圧延及び裁断が施される。これにより、負極の中間製品が得られる。この負極の中間製品は、全体として長方形状をなしている。そして、この負極の中間製品における負極接続端縁部となるべき所定の端縁部については、負極合剤の除去が行われる。これにより、所定の端縁部は、負極芯体がむき出しの状態とされた負極接続端縁部となる。このようにして、負極接続端縁部を有する負極８が得られる。ここで、負極合剤の除去方法としては、特に限定はされないが、例えば、超音波振動を与えることにより除去することが好適に行われる。なお、負極接続端縁部以外の領域には、負極合剤が保持されたままの状態である。
次に、正極６について説明する。
正極６は、導電性の正極基材と、この正極基材に保持された正極合剤とを含む。詳しくは、正極基材は、多数の空孔を有する多孔質構造をなしており、正極合剤は、上記した空孔内及び正極基材の表面に保持されている。
正極基材としては、例えば、発泡ニッケルを用いることができる。
正極合剤は、正極活物質粒子としての水酸化ニッケル粒子、導電材としてのコバルト化合物、結着剤等を含んでいる。上記した結着剤は、水酸化ニッケル粒子及び導電材を互いに結着させるとともに水酸化ニッケル粒子及び導電材を正極基材に結着させる働きをする。ここで、結着剤としては、ニッケル水素二次電池の正極に一般的に用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂系の材料を用いることができ、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョン、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）ディスパージョンなどの樹脂系材料を用いることができる。
正極６は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、正極活物質粒子（水酸化ニッケル粒子）の集合体である正極活物質粉末、導電材、水及び結着剤を含む正極合剤スラリーを調製する。得られた正極合剤スラリーは、例えば、発泡ニッケルに充填され、乾燥させられる。その後、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケルには、ロール圧延及び裁断が施される。これにより、正極の中間製品が得られる。この正極の中間製品は、全体として長方形状をなしている。そして、この正極の中間製品における正極接続端縁部３２となるべき所定の端縁部については、正極合剤の除去が行われ、正極基材がむき出しの状態とされる。次いで、正極合剤が除去された端縁部は、正極の中間製品の厚さ方向に圧縮加工され正極接続端縁部３２となる。このように圧縮加工されることにより、正極基材は、稠密な状態となるので、この正極接続端縁部３２は溶接がし易い状態となる。また、正極接続端縁部３２にＮｉめっき鋼の薄板を接合することにより、正極接続端縁部３２を更に溶接し易くする場合もある。このようにして、正極接続端縁部３２を有する正極６が得られる。ここで、正極合剤の除去方法としては、特に限定はされないが、例えば、超音波振動を与えることにより除去する方法が好適に用いられる。なお、正極接続端縁部３２以外の領域には、正極合剤が充填されたままの状態である。
次に、セパレータ１０としては、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、あるいは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを用いることができる。
以上のようにして製造された正極６及び負極８は、上記したセパレータ１０を介在させた状態で、渦巻き状に巻回され、これにより電極群４が形成される。詳しくは、巻回の際、正極６及び負極８は、互いに、電極群４の軸線方向に沿う方向に僅かにずれた状態となるように配置されるとともに、これら正極６及び負極８の間には、所定サイズのセパレータ１０が所定位置に配置され、この状態で巻回作業が行われる。その結果、円柱形状の電極群４が得られる。得られた電極群４の態様としては、電極群４の一端側においては、正極６の正極接続端縁部３２が、セパレータ１０を介して隣り合っている負極８よりも突出した状態となっており、電極群４の他端側においては、負極８の負極接続端縁部が、セパレータ１０を介して隣り合っている正極６よりも突出した状態となっている。
なお、電極群４は、上記した正極６、負極８及びセパレータ１０が、所定の外径寸法を有する巻芯により巻回されて形成され、巻回作業後は、この巻芯が抜き取られるので、電極群４の中央部には、この中央部を貫く中心貫通孔９が形成されている。
上記のように電極群４は、全体として中心貫通孔９を有する円柱形状をなしている。ここで、電極群４の各部の寸法は、適宜な値に設定することができるが、その一例としては、外径が１７．０ｍｍ、高さが６１．５ｍｍ、中心貫通孔の内径が３．０ｍｍを例示することができる。
上記した電極群４においては、当該電極群４の円柱形状における一方の端部を形成する正極接続端縁部３２に正極集電体２８が接続され、当該電極群４の円柱形状における他方の端部を形成する負極接続端縁部に負極集電体が接続される。
上記した負極集電体については、特に限定されるものではなく、例えば、従来から用いられている円板形状の金属板を用いることが好ましい。準備した負極集電体は、電極群４の他端側の負極接続端縁部に溶接される。ここで、負極集電体の材料としては、特に限定されるものではないが、いわゆるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）に相当する鋼の薄板に厚さが２μｍのＮｉめっきが施されたＮｉめっき鋼板を好適な材料として例示することができる。また、負極集電体の各部の寸法は、適宜な値に設定することができるが、その一例としては、直径は１６．０ｍｍ、厚さは０．４ｍｍを例示することができる。
次に、正極集電体２８について説明する。
正極集電体２８は、導電性材料で形成された板状体であり、平面視形状は特に限定されるものではなく、円板形状、多角形状等任意の形状のものを採用することができる。また、正極集電体２８の大きさは、電極群４の外径寸法よりも小さく、且つ、電極群４の一端側から突出している正極６の正極接続端縁部３２をカバーできる大きさに設定される。
本実施形態においては、図２に示すように、平面視形状が十角形状の板材が用いられる。詳しくは、正極集電体２８は、全体として十角形状の薄板であり、中央に円形の集電体中央貫通孔２９と、この集電体中央貫通孔２９を囲むように放射状に延びる６個のスリット３０とを含んでいる。スリット３０は、打ち抜き加工で形成し、スリット３０のエッジの部分に下方（電極群４側）へ延びる突起（バリ）を生じさせることが好ましい。更に、集電体中央貫通孔２９の周囲の所定位置には、パンチプレス加工により、電極群４とは反対側に突出する集電体突起３１を設けることが好ましい。この集電体突起３１は、集電体中央貫通孔２９及びスリット３０を避けた位置に形成することが好ましい。また、集電体突起３１の個数は特に限定されないが、例えば、図２に示すように４個設けることが好ましい。
ここで、正極集電体２８の材料としては、特に限定されるものではないが、いわゆるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）に相当する鋼の薄板に厚さが２μｍのＮｉめっきが施されたＮｉめっき鋼板を好適な材料として例示することができる。また、正極集電体２８の各部の寸法は、適宜な値に設定することができるが、その一例として、正極集電体２８の厚さは０．４０ｍｍ、正極集電体の外接円の直径は１５．０ｍｍ、集電体中央貫通孔２９の直径は３ｍｍを例示することができる。
電池１においては、図１に示すように、正極集電体２８と封口体１４との間に集電リード３４が介在し、この集電リード３４が、電極群４の正極６に接続されている正極集電体２８と、正極端子２２を有する封口体１４とを電気的に接続する。
集電リード３４は、図１から明らかなように、封口体１４の蓋板１６に接続されている頂壁５０と、正極集電体２８に接続されている底壁３６と、頂壁５０の両側の端縁４６、４８及び底壁３６の両側の端縁３８、４０の間にそれぞれ存在する一対の側壁４２、４４とを有している。
ここで、集電リード３４の材料としては、特に限定されるものではないが、いわゆるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）に相当する鋼の薄板に厚さが２μｍのＮｉめっきが施されたＮｉめっき鋼板を好適な材料として例示することができる。
この集電リード３４について、図３、４を参照して詳しく説明する。なお、図３においては、頂壁５０が上側に、底壁３６が下側になる状態で示しており、図４においては、底壁３６が上側に、頂壁５０が下側になる状態で示している。
頂壁５０は、図３から明らかなように、底壁３６と対向する位置に位置付けられており、全体として長方形状をなしている。詳しくは、頂壁５０は、その短辺方向の中央において長辺方向に沿って延びる頂壁スリット５３により分割されている。つまり、頂壁５０は、分割された一方の第１半体部５２と、分割された他方の第２半体部５４とを含んでいる。
これら第１半体部５２及び第２半体部５４は、詳しくは、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃと、この対向部５２ｃ、５４ｃから頂壁５０の長手方向に延びる延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂとを有している。
第１半体部５２の対向部５２ｃにおける中央には、上記した頂壁スリット５３に臨む半円形の第１半円切欠５５が設けられている。また、第２半体部５４の対向部５４ｃにおける中央には、上記した頂壁スリット５３に臨む半円形の第２半円切欠５７が設けられている。これら第１半円切欠５５及び第２半円切欠５７は、互いに対向する位置に位置付けられており、全体として、ほぼ円形の頂壁貫通孔５９を形成している。この頂壁貫通孔５９は、集電リード３４が封口体１４に接合された際に、蓋板１６の排気孔１９と重なる。
延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂには、封口体１４の側に向かって突出したリード突起５８が設けられている。このリード突起５８は、抵抗溶接を行う際に、溶接電流を集中させる部分として利用される。つまり、抵抗溶接では、集電リード３４を封口体１４に向けて加圧し、リード突起５８が蓋板１６に押し付けられた状態で電流を流す。この場合、リード突起５８と、蓋板１６における当接箇所との間で大電流が集中して流れることにより、この部分が発熱し、溶融して変形する。これにより、溶接部が形成され、集電リード３４と封口体１４との溶接が行われる。
このリード突起５８は、例えば、パンチプレス加工により形成される。なお、図４における参照符号６０は、延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂにリード突起５８を設ける際にリード突起５８の裏側に生じた凹部を示す。
これら延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃから外側に延びており、底壁３６と重なることを避けている。このため、集電リード３４を封口体１４に抵抗溶接する際に、底壁３６と干渉することなく抵抗溶接機の電極棒を延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂに当接させることができる。また、延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂが、底壁３６と対向する対向部５２ｃ、５４ｃから外側に延びていることで、集電リード３４が封口体１４に接合された際に集電リード３４の安定性を高める働きをする。
側壁４２、４４は、図３、４に示すように、頂壁５０の両側の端縁４６、４８から底壁３６の両側の端縁３８、４０へ延びている。側壁４２、４４の平面視形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、矩形状、台形状等任意の形状を採用することができる。
また、圧縮荷重が加えられた場合に集電リード３４の変形を促すために、側壁４２、４４の形状は、外側に突出する湾曲形状とすることが好ましい。
底壁３６は、図４に示すように、平面視形状が全体として正方形状をなしている。そして、底壁３６の中央部分には、円形の底壁貫通孔５１が設けられている。この底壁貫通孔５１は、アルカリ電解液を外装缶２内へ注入する際に、電極群４へのアルカリ電解液の供給を阻害しないために設けられている。ここで、上記した正極集電体２８と、集電リード３４とが組み合わされた場合、集電体中央貫通孔２９と、底壁貫通孔５１とが合致する。
上記した集電リード３４は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、金属製の薄板を加工することにより、図５に示すような、平面視形状がほぼＨ形の薄板で形成された集電リード３４の中間製品６２を準備する。この中間製品６２において、両側部に位置付けられた長尺部分が、第１半体部５２となる第１半体部予定領域７０及び第２半体部５４となる第２半体部予定領域７２である。第１半体部予定領域７０及び第２半体部予定領域７２の内側に連なる領域は、側壁４２、４４となる側壁予定領域７４、７６である。そして、側壁予定領域７４と側壁予定領域７６との間に挟まれた領域が、底壁３６となる底壁予定領域７８である。
この中間製品６２においては、パンチプレス加工により、第１半体部予定領域７０及び第２半体部予定領域７２のそれぞれの両端部における所定位置にリード突起５８が設けられている。このリード突起５８の部分は、抵抗溶接により溶融し、溶接部となる。
また、中間製品６２においては、打ち抜き加工により、第１半体部予定領域７０及び第２半体部予定領域７２の側縁の中央に第１半円切欠５５及び第２半円切欠５７が設けられており、底壁予定領域７８の中央に底壁貫通孔５１が穿設されている。
上記したようなプレス加工及び打ち抜き加工を施すことによって得られた中間製品６２においては、第１半体部予定領域７０と側壁予定領域７６との間に想定される折曲げ仮想線８０、側壁予定領域７６と底壁予定領域７８との間に想定される折曲げ仮想線８２、底壁予定領域７８と側壁予定領域７４との間に想定される折曲げ仮想線８４、及び、側壁予定領域７４と第２半体部予定領域７２との間に想定される折曲げ仮想線８６の部分を折り曲げることにより、図３、４に示すような集電リード３４を形成する。なお、側壁予定領域７４、７６については、湾曲形状に加工することが好ましい。
ここで、中間製品６２の各部の寸法は、適宜な値に設定することができるが、その一例を以下に示す。
まず、中間製品６２の厚さは０．３０ｍｍである。また、図５に示される各部の寸法については、側壁最大幅Ｗ１は８．１８ｍｍであり、側壁高さＬ１は３．４６ｍｍである。そして、底壁予定領域７８の矢印Ｘで示す方向の長さＬ２が６．４ｍｍであり、第１半体部予定領域７０及び第２半体部予定領域７２における矢印Ｘで示す方向の長さＬ３が３．１ｍｍであり、底壁予定領域７８の矢印Ｙで示す方向の長さＷ２が７．５ｍｍであり、第１半体部予定領域７０及び第２半体部予定領域７２における矢印Ｙで示す方向の長さＷ３が１２．４ｍｍである。また、底壁貫通孔５１、第１半円切欠５５及び第２半円切欠５７の半径は、１．５ｍｍである。
なお、集電リード３４を形成するにあたり、頂壁スリット５３は、必ずしも形成する必要はなく、第１半体部５２と、第２半体部５４とを連結した形状としても構わない。
次に、電池１の製造方法について説明する。
まず、上記したような電極群４を準備する。そして、電極群４の他方端側に負極集電体を接合する。
次いで、電極群４の一方端側に正極集電体２８を載置し、電極群４における正極接続端縁部３２と正極集電体２８とを抵抗溶接する。このとき、正極集電体２８のスリット３０のバリと正極接続端縁部３２とが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、正極６の正極接続端縁部３２と正極集電体２８とが溶接される。このとき、正極集電体２８においては、集電体突起３１は、電極群４とは反対側に突出した状態となっている。
その後、図６に示すように、負極集電体及び正極集電体２８を含む電極群４を外装缶２の中に収容し、引き続き、外装缶２の底壁に負極集電体を抵抗溶接する。
次いで、外装缶２内にアルカリ電解液を所定量注入する。外装缶２内に注入されたアルカリ電解液は、電極群４に保持され、その大部分はセパレータ１０に保持される。このアルカリ電解液は、正極６と負極８との間での充放電の際の電気化学反応（充放電反応）を進行させる。このアルカリ電解液としては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ及びＬｉＯＨのうちの少なくとも一種を溶質として含む水溶液を用いることが好ましい。
一方、別工程において、封口体１４の蓋板１６の内面１６ｂと集電リード３４の頂壁５０とを抵抗溶接し、封口体１４と集電リード３４との複合体３５を形成しておく。詳しくは、図７に示すように、封口体１４を蓋板１６の内面１６ｂが上側になるように配置し、その内面１６ｂに集電リード３４を載置する。そして、集電リード３４の頂壁５０としての第１半体部５２及び第２半体部５４における延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを蓋板１６の内面１６ｂに押し付け、溶接電流を流す。このとき、集電リード３４における延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂのリード突起５８と封口体１４の蓋板１６の内面１６ｂとが接触する部分に電流が集中して溶接部が形成され、これにより封口体１４と集電リード３４とが溶接され、封口体１４と集電リード３４の複合体３５が得られる。
ここで、複合体３５における蓋板１６の周縁には、リング形状の絶縁ガスケット１８が嵌め合わされる。
上記のようにして準備した複合体３５を、図８中の矢印Ａで示すように、外装缶２の中に挿入する。そして、複合体３５を正極集電体２８の上に配置する。その後、複合体３５の正極端子２２と外装缶２の底部（負極端子）とが互いに近付く方向に加圧しながら正極端子２２と負極端子との間に電流を流し、抵抗溶接（プロジェクション溶接）を行う。このとき、正極集電体２８の集電体突起３１と集電リード３４の底壁３６とが接触し、当該接触部分に電流が集中して溶接部が形成される。その結果、正極集電体２８と集電リード３４の底壁３６とが溶接される。このとき、集電リード３４は、側壁４２、４４の部分が優先的に変形し、僅かに押し潰される。これにより、電極群４や正極集電体２８に過大な力が加わることを抑制する。
上記のような溶接が完了した後、封口体１４の蓋板１６は、絶縁ガスケット１８を介して、外装缶２の上端開口部に位置付けられた状態となる。その後、外装缶２の周壁３９における開口３から所定範囲の開口縁部１７をかしめ加工する。これにより、封口体１４が外装缶２の開口３の部分に固定され、外装缶２の開口３は封止される。このようにして、図１に示すような電池１が得られる。
本発明においては、集電リード３４の延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを封口体１４に予め溶接している。つまり、方向性がある延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、封口体１４の側に存在している。このため、正極集電体２８に対しては方向をそろえなければならなかった集電リード３４の延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを正極集電体２８に溶接する必要がなく、従来のように、正極集電体２８との関係において、溶接部となる集電リード３４の延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを所定位置に位置合わせする作業を省略することができる。つまり、集電リード３４と封口体１４との複合体３５を、電極群４を収容した外装缶２に嵌め合わせる際に、集電リード３４の延出部の向きを位置合わせする必要がない。このため、電池１の生産効率の向上を図ることができる。また、本発明に係る電池１は、上記のように位置合わせの必要がないので、電池１の自動生産化に有効である。
なお、封口体１４の蓋板１６の内面１６ｂについては、平坦面とすることが好ましい。このように蓋板１６の内面１６ｂが平坦面であると、集電リード３４の延出部５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂのリード突起５８は蓋板１６の内面１６ｂのどの部分に接触しても溶接部を形成できる。
ここで、電池の内圧が比較的高くなる大型の電池、例えば、外径が１９ｍｍを超えるような電池においては、封口体１４の蓋板１６の強度を上げるために蓋板１６の所定箇所に曲げ部（段差部）を設けることが行われる。このため大型の電池で蓋板１６の内面１６ｂを平坦面にするには、より強度の強い材料により蓋板１６を作製するか、蓋板１６の外面１６ａ側に曲げ部（段差部）を作ることが好ましい。一方、外径が１９ｍｍ以下の小型電池においては、大型電池ほどは電池の内圧が上昇しないので、補強のための曲げ部（段差部）がない場合でも強度を保持することができる。よって、外径が１９ｍｍ以下の小型電池においては、蓋板１６の内面を平坦面とすることが比較的容易であるので、本発明は、外径が１９ｍｍ以下の小型電池により好適に採用することができる。
また、本発明においては、正極集電体２８に集電体突起３１を設けることが好ましい。この場合、集電体突起３１が集電リード３４の底壁３６と当接した箇所が溶接部となるので、集電リード３４を位置合わせする必要がなく、作業を簡素化できる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、外装缶に接続される側の極を負極とし、封口体に接続される側の極を正極としたが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、外装缶に接続される側の極を正極とし、封口体に接続される側の極を負極としてもよい。
また、本発明において、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル－カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよい。
更に、本発明において、電池のサイズは、特に限定されず、ＦＡサイズやＡＡサイズであってもよく、これら以外のサイズであってもよい。
＜本発明の態様＞
本発明の第１の態様は、開口を有している外装缶と、前記外装缶の開口を封止している封口体であって、前記開口に配設された蓋板及び前記蓋板に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体と、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群であって、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群と、前記電極群の前記一方極に接合されている集電体と、前記集電体と前記封口体とを電気的に接続するために、前記封口体と前記集電体との間に介在し、前記封口体及び前記集電体に接合されている集電リードと、を備えており、前記集電リードは、前記封口体の側に位置する頂壁と、前記頂壁に対向し、前記集電体の側に位置する底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを有しており、前記頂壁は、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部であって、前記蓋板と接合されている延出部と、を含んでいる、二次電池である。
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記蓋板は、前記集電リードと接する面が平坦面である、二次電池である。
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記延出部は、前記封口体の側に突出したリード突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している、二次電池である。
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１の態様～第３の態様の何れかにおいて、前記集電体は、前記集電リードの側に突出した集電体突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している、二次電池である。
本発明の第５の態様は、上記した本発明の第４の態様において、前記集電体は、スリットを有しており、前記集電体突起は、前記スリットを避けた位置に位置付けられている、二次電池である。
本発明の第６の態様は、蓋板及び前記蓋板の外面に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体に、頂壁と、前記頂壁に対向している底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを含んでおり、前記頂壁が、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部とを有している集電リードを接合して形成された、前記封口体と前記集電リードとの複合体を準備する複合体準備工程であって、前記蓋板の内面と前記集電リードの前記延出部とを接合する複合体準備工程と、一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群に集電体を接合し、前記集電体が接合された電極群を準備する電極群準備工程と、前記電極群準備工程で準備された前記電極群を、開口を有する外装缶に収容する電極群収容工程と、前記複合体準備工程で準備された前記複合体を前記外装缶の前記開口の部分に配置するとともに、前記外装缶の中に収容された前記電極群の前記集電体と前記複合体における前記集電リードの前記底壁との間を接合する接合工程と、前記封口体を前記外装缶に取り付け、前記外装缶の前記開口を封止する封口工程と、を備えている、二次電池の製造方法である。
１ 電池（ニッケル水素二次電池）
２ 外装缶
４ 電極群
６ 正極
８ 負極
１０ セパレータ
１４ 封口体
１８ 絶縁ガスケット
２２ 正極端子
２８ 正極集電体
３２ 正極接続端縁部
３４ 集電リード
３６ 底壁
５０ 頂壁
５２ａ 延出部
５２ｂ 延出部
５４ａ 延出部
５４ｂ 延出部

Claims (6)

  1. 開口を有している外装缶と、
    前記外装缶の開口を封止している封口体であって、前記開口に配設された蓋板及び前記蓋板に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体と、
    一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群であって、前記外装缶の内部に電解液とともに収容されている電極群と、
    前記電極群の前記一方極に接合されている集電体と、
    前記集電体と前記封口体とを電気的に接続するために、前記封口体と前記集電体との間に介在し、前記封口体及び前記集電体に接合されている集電リードと、を備えており、
    前記集電リードは、前記封口体の側に位置する頂壁と、前記頂壁に対向し、前記集電体の側に位置する底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを有しており、
    前記頂壁は、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部であって、前記蓋板と接合されている延出部と、を含んでいる、二次電池。
  2. 前記蓋板は、前記集電リードと接する面が平坦面である、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記延出部は、前記封口体の側に突出したリード突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している、請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 前記集電体は、前記集電リードの側に突出した集電体突起が熱により変形した部分を含む溶接部を有している、請求項１～３の何れかに記載の二次電池。
  5. 前記集電体は、スリットを有しており、前記集電体突起は、前記スリットを避けた位置に位置付けられている、請求項４に記載の二次電池。
  6. 蓋板及び前記蓋板の外面に取り付けられている一方極の端子を含んでいる封口体に、頂壁と、前記頂壁に対向している底壁と、前記頂壁の側縁と前記底壁の側縁との間に延びており、互いに対向している一対の側壁とを含んでおり、前記頂壁が、前記底壁と相対する対向部と、前記対向部よりも外側へ延びている延出部とを有している集電リードを接合して形成された、前記封口体と前記集電リードとの複合体を準備する複合体準備工程であって、前記蓋板の内面と前記集電リードの前記延出部とを接合する複合体準備工程と、
    一方極及び他方極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群に集電体を接合し、前記集電体が接合された電極群を準備する電極群準備工程と、
    前記電極群準備工程で準備された前記電極群を、開口を有する外装缶に収容する電極群収容工程と、
    前記複合体準備工程で準備された前記複合体を前記外装缶の前記開口の部分に配置するとともに、前記外装缶の中に収容された前記電極群の前記集電体と前記複合体における前記集電リードの前記底壁との間を接合する接合工程と、
    前記封口体を前記外装缶に取り付け、前記外装缶の前記開口を封止する封口工程と、
    を備えている、二次電池の製造方法。
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