JPH11185725A - 円筒型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極板と中間集電体との溶接品質の低下を回避し
つつ、電池抵抗の低減や極板各部の電位ばらつきの低減
を実現し、低損失で大電流を取り出せる円筒型電池の製
造方法を提供すること。 【解決手段】板状の中間集電体（この中間集電体と同一
機能をもつ外部引き出し電極端子の基部を含む）２１
は、その主面が円筒状の電極アセンブリ１の端面に対向
するように配置され、この主面に電極アセンブリ１の正
極板１３の側端部１３１が溶接される。この溶接は、中
間集電体２１の反電極アセンブリ面側からの電子ビーム
の照射によりそれが実施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型電池の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セパレータを挟んで正極板および負極板
を渦巻状に巻装してなる電極アセンブリを電解液ととも
に円筒缶状のケ−ス（筒形電槽）に密閉してなる従来の
円筒密閉型電池には、有底缶とそれを密閉する一枚の蓋
とからなる一枚蓋ケ−スと、両端開口筒とそれを密閉す
る二枚の蓋からなる二枚蓋ケ−スとが知られている。

【０００３】これら一枚蓋ケ−ス構造又は二枚蓋形ケ−
スにおける電極アセンブリの極板（負極板、正極板）か
らの電流取り出しは、渦巻状の極板の側端部（以下、リ
ード部ともいう）の端縁である側端縁を中間集電体の主
面乃至側端面に抵抗溶接し、この中間集電体を缶底部や
外部引き出し電極端子に抵抗溶接する方式が採用されて
いる。

【０００４】なお、上記リード部は通常は極板内の集電
体（以下、内部集電体ともいう）を活物質層から突出さ
せて構成するが、この内部集電体に導電材を接続して構
成してもよい。中間集電体と外部引き出し電極端子との
接続は、中間集電体と極板とを溶接した後、中間集電体
を外部引き出し電極端子に溶接する方式の他、最初から
両者を一体に形成しておく方式も知られている。すなわ
ち、この一体方式では、中間集電体は外部引き出し電極
端子の内端部を兼ねることになる。

【０００５】以下、この明細書では、リード部を中間集
電体の側端面に抵抗溶接する方式を側端面溶接方式と呼
称し、リード部を中間集電体の主面に抵抗溶接する方式
を主面溶接方式と呼称する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の極板（負極板、正極板）のリード部と中間集電体との
溶接形式には側端面溶接方式と主面溶接方式とがある
が、どちらも以下に説明するような問題を抱えていた。
まず、側端面溶接方式では、渦巻状の電極アセンブリの
径方向中心部のリード部を中間集電体の側端面まで長く
延設されねばならないので、その配設スペース及び抵抗
損失が増大してしまう。更に、リード部から中間集電体
の側端面に流れ込んだ電流は再び中間集電体の径方向中
心部へ戻るという電流経路の迂回により抵抗損失が一層
増大してしまうという問題があり、多数のリード部を曲
げ、中間集電体の側端面に重ねるので、作業が容易でな
いという問題もあった。

【０００７】次に、主面溶接方式では、極板の幅すなわ
ち軸方向寸法ばらつきに合わせて中間集電体が撓んで極
板の側端縁になじむ必要があり、中間集電体を厚くでき
なかった。つまり、中間集電体を厚くすると、抵抗溶接
における溶接品質が著しく低下した。更に具体的に説明
すると、抵抗溶接では、中間集電体とリード部とが完全
に離れてしまえば溶接不可能となってしまう。また、一
度に大面積の溶接を行うには大電流が必要となって電極
アセンブリのセパレータを劣化させるので、小面積ごと
に時間順次に多数溶接することが好ましいが、今までの
溶接箇所が次の溶接時の電流を吸収してしまうので、必
要な溶接電流が段々と増大してしまうという不具合もあ
った。また、中間集電体が厚いと抵抗溶接時の電流がこ
の中間集電体を迂回して流れて、中間集電体からリード
部へ入る電流が減るため、電流を増大する必要があっ
た。しかし、電流の増大は中間集電体での発熱増大を招
き、その熱により電極アセンブリのセパレ−タが劣化す
るという問題が新たに生じた。

【０００８】また更に、上述したように、中間集電体を
厚くできないことは、充放電時におけるこの部位の抵抗
損失が増大してしまうという電池性能上重大な問題を生
じることになる。結局、主面溶接方式では、電池の大径
化による充放電電流の増大や電池抵抗の低減や極板電位
ばらつきの低減を図るために中間集電体の厚さを増大す
るという手段を採用することが困難であるという問題を
有していた。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、極板と中間集電体との溶接品質の低下を回避しつ
つ、電池抵抗の低減や極板各部の電位ばらつきの低減を
実現し、低損失で大電流を取り出せる円筒型電池の製造
方法を提供することをその解決すべき課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１記載の円筒型電池の製造方法によれば、板状
の中間集電体（この中間集電体と同一機能をもつ外部引
き出し電極端子の基部を含む）は、その主面が円筒状の
電極アセンブリの端面に対向するように配置され、この
主面に電極アセンブリの正極板又は負極板の側端縁が溶
接される。

【００１１】本構成の製造方法において特に重要な点
は、この溶接が中間集電体の反電極アセンブリ側の主面
側からの電子ビーム又はレーザービームの照射によりそ
れが実施されることである。この反電極アセンブリ側か
らのビーム照射による極板と中間集電体との溶接方法を
採用すれば、極板と中間集電体との溶接品質の低下を回
避しつつ、電池抵抗の低減や極板各部の電位ばらつきの
低減を実現し、低損失で大電流を取り出せる円筒型電池
の製造方法を提供することができる。本構成の溶接方式
をビーム式主面溶接方式と呼び、従来の抵抗溶接による
主面溶接方式を抵抗式主面溶接方式と呼んで両者を区別
し、以下に両者の作用効果の差を比較する。

【００１２】まず、本構成では、従来の抵抗式主面溶接
方式と同様に、側端面溶接方式に比べてリード部を短く
でき、その変形加工も不要であり、電池内のスペ−スも
縮小でき、電流経路短縮により抵抗損失も低減すること
ができる。これらの利点は電池の大径化による大容量化
を図る点で最も重要である。次に、抵抗式主面溶接方式
では、極板の幅すなわち軸方向寸法ばらつきに合わせて
中間集電体が撓んで極板の側端縁になじむ必要があり、
中間集電体を厚くできなかった。つまり、中間集電体を
厚くすると、抵抗溶接における溶接品質が著しく低下し
た。このため、中間集電体の抵抗損失が大きかった。

【００１３】これに対し、本構成のビーム式主面溶接方
式では、この問題はまったく存在せず、ビ−ム照射時に
形成される溶融部がリード部に達する範囲で自由に厚く
することができ、その結果、中間集電体の抵抗損失を低
減することができる。更に、この中間集電体を厚くする
ことは、その熱容量を増大させることになるので、ビー
ム照射により形成された溶融部の熱はビ−ム照射中止に
より周囲の中間集電体の低温領域に吸収されることがで
き、この溶融部の熱的影響がセパレータへ到達すること
を抑止することができるという効果が生じる。

【００１４】次に、抵抗式主面溶接方式では、溶接点を
溶融するための電流は中間集電体や内部集電体内の長い
経路を通って中間集電体の反電極アセンブリ側の主面に
接する一対の溶接用電極端子間を流れるので、溶融すべ
き領域以外でも大きな発熱が生じ、これがセパレ−タに
悪影響を与えてしまう。更に、抵抗式主面溶接方式で
は、溶接電流の一部は一対の棒状溶接用電極を中間集電
体中をバイパスして流れるため同様に無用な発熱が生じ
てセパレ−タの劣化を招く。また更に、抵抗式主面溶接
方式では、一度に大面積の溶接を行うには大電流が必要
となって電極アセンブリのセパレータを劣化させるので
小面積ごとに時間順次に多数点が溶接されるが、この順
次溶接では今までの溶接箇所が次の溶接時の電流を吸収
してしまうので、必要な溶接電流が増大して無用な発熱
を生じ、セパレータを劣化させる。

【００１５】結局、従来の抵抗式主面溶接方式では、セ
パレータに近接し、セパレータに隣接する内部集電体ま
でも溶接電流が流れるので、本質的にセパレータの熱劣
化を招き易いという問題を内包している。これに対し、
本構成のビーム式主面溶接方式では、上述した各問題は
まったく存在せず、溶融すべき溶接点以外への熱の供給
は存在しないと考えることができ、セパレータの熱的劣
化防止の点で大きな効果がある。

【００１６】請求項２記載の製造方法によれば請求項１
記載の方法において更に、円筒缶形状のケ−スから外部
に突出する電極端子と中間集電体とを一体に形成する。
このようにすれば、製造工程を簡素化し、信頼性を向上
することができる。更に説明すると、ビーム式主面溶接
方式では、抵抗溶接式のように中間集電体を厚さ０．２
ｍｍ以下と薄くして極板の幅のばらつきを中間集電体の
変形で吸収する必要がないので、中間集電体を外部引き
出し電極端子と一体に打ち抜き、プレスなどにより一挙
に成形することができ、中間集電体と外部引き出し電極
端子との接合工程を省略することができる。

【００１７】請求項３記載の製造方法によれば請求項１
記載の方法において更に、極板のリード部は、リード部
を厚肉化する導電板を介して中間集電体に溶接される。
このようにすれば、中間集電体とリード部との間の電気
抵抗を一層低減することができる。なお、この構成にお
いて、極板のリード部と導電板とは予め溶接する必要は
なく、上記ビーム溶接により、中間集電体、導電板及び
リード部を一挙に溶接することができるので、工程及び
費用を従来より低減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】円筒型電池としては、たとえばニ
ッケル水素電池が採用できる。ニッケル水素電池の正の
極板（正極板）としては、発泡ニッケルなどを素材とす
る金属多孔体やパンチングメタル、エキスパンドメタル
などに水酸化ニッケル粉末を含むペーストを充填したも
のが採用できる。

【００１９】ニッケル水素電池の負の極板（負極板）と
しては、発泡ニッケルなどを素材とする金属多孔体やパ
ンチングメタル、エキスパンドメタルなどに水素吸蔵合
金粉末を含むペーストを充填したものが採用できる。電
極端子や中間集電体や導電板としてはニッケルやニッケ
ルめっき鋼板を素材としたものが好適である。

【００２０】以下、本発明の円筒型電池の製造方法を適
用したニッケル水素電池を図面を参照して以下に説明す
る。

【００２１】

【実施例１】先述した二枚蓋形ケ−スを用いた電池の正
極側の外部引き出し電極端子すなわち正極タ−ミナル近
傍を拡大図示する軸方向部分断面図を図１に示す。１は
電極アセンブリ、２は正極タ−ミナル（外部引き出し電
極端子）、３は円盤状の蓋板である。

【００２２】電極アセンブリ１は、図１では図示しない
セパレ−タを介して正極板及び負極板を重ねて渦巻状に
巻装して円筒状に形成されている。１１は正極板の一方
の端縁部からなるリード部であり、１２は電極アセンブ
リの径方向中心部に形成される空芯部である。正極タ−
ミナル２は、ニッケルからなり、主面がリード部１１の
上端に接して径方向へ延設される円盤部（中間集電体に
相当する）２１と、中間集電体部２１の径方向中心位置
から蓋板３を貫いて軸方向外側に突出する円柱状の端子
部２２とからなる。

【００２３】蓋板３は、二枚蓋形ケ−スの蓋板を構成し
ており、蓋板３の中心穴を貫通する正極タ−ミナル２の
端子部２２は蓋板３と溶接されている。３１はガス空間
であって、図示しない正極タ−ミナル２の円盤部２１に
開口された貫通孔を通じて電極アセンブリ１から漏出す
るガスが蓄積される。４は、電子ビ−ム溶接により溶融
されて形成された溶接領域であって、円盤部（中間集電
体）２１の反電極アセンブリ側の主面２１ａからの電子
ビ−ム照射により円盤部（中間集電体）２１を貫通し、
リード部１１に達している。

【００２４】円盤部（中間集電体）２１近傍の拡大断面
図を図２に示す。電極アセンブリ１は、正極板１３と負
極板１４とセパレータ１５とからなる。セパレータ１５
は約数十μｍの厚さの多孔性樹脂フィルムからなる。正
極板１３は、発泡ニッケルからなる内部集電体１３１
と、その内部に被着された水酸化ニッケル粉末含有の活
物質１３２とからなる。負極板１４は、ニッケルのパン
チングメタルからなる内部集電体１４１と、その両側に
被着された水素吸蔵合金粉末含有の活物質１４２とから
なる。

【００２５】正極側の内部集電体１３１の上端部はセパ
レータ１５を越えて突出して、活物質１３２をもたない
側端部１３１ａを構成し、側端部１３１ａには、抵抗シ
−ム溶接によりニッケル板からなる導電板５が接合さ
れ、これら内部集電体１３１の側端縁１３１ａと導電板
５とはリード部１１を構成している。溶接領域４は、電
子ビ−ム溶接により円盤部（中間集電体）２１と内部集
電体１３１の側端部１３１ａと導電板５とを溶融して形
成され、これにより正極タ−ミナル２は正極側の内部集
電体１３１に溶接される。

【００２６】製造手順を以下に説明する。ここでは、円
盤部（中間集電体）２１の厚さは約１ｍｍ、内部集電体
１３１の厚さは約０．１ｍｍ、導電板の厚さは約０．２
ｍｍとされている。電子ビ−ムのスポット径は約１ｍ
ｍ、照射エネルギ−はたとえば約１７Ｊとされ、パルス
照射により順次複数箇所に照射がなされる。

【００２７】

【実施例２】他の実施例を図３を参照して説明する。こ
の実施例は、実施例１に対して、正極側の内部集電体１
３１の側端部１３１ａを内側に折り曲げた点と、ニッケ
ル板からなる円盤状の独立中間集電体６を追設した点が
構造的に実施例１と異なる。円盤状の独立中間集電体６
の厚さは約０．５ｍｍ、円盤部（中間集電体）２１の厚
さは約２ｍｍとされている。

【００２８】製造手順を以下に説明する。この実施例で
は、まず実施例１と同様に電子ビ−ムのパルス照射によ
り独立中間集電体６を正極側の内部集電体１３１の側端
部１３１ａに一次溶接し、その後、次の電子ビ−ムのパ
ルス照射により独立中間集電体６に円盤部（中間集電
体）２１を二次溶接する。４１は一次溶接による溶接領
域であり、４２は一次溶接による溶接領域である。

【００２９】このようにすれば、実施例１に示す導電板
５を用いなくても良好な溶接を行うことができる。

【００３０】

【実施例３】他の実施例を図４、図５を参照して説明す
る。この実施例は、実施例２に対して、正極側の内部集
電体１３１の側端部１３１ａを独立中間集電体６に沿っ
て約直角に折り曲げた点だけが異なっている。更に詳し
く説明すると、内部集電体１３１は負極板１４、正極板
１３、セパレータ１５を渦巻き状に巻装する際、外周側
へ約直角に折り曲げられる。この折り曲げを容易化する
ために、図５に示すように内部集電体１３１の側端部１
３１ａは約数ｍｍごとに切れ目１３１ｂを設けられてお
り、内部集電体１３１の渦巻き形状の変形を容易として
いる。

【００３１】このようにすれば、電子ビ−ム溶接におけ
るビ−ムスポット位置合わせが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二枚蓋形ケ−スを用いた電池の正極側の外部引
き出し電極端子（正極タ−ミナル）近傍を拡大図示する
軸方向部分断面図である。

【図２】図１における円盤部（中間集電体）２１近傍の
拡大断面図である。

【図３】実施例２における円盤部（中間集電体）２１近
傍の拡大断面図である。

【図４】実施例３における円盤部（中間集電体）２１近
傍の拡大断面図である。

【図５】実施例３における内部集電体１３１の模式部分
正面図である。

【符号の説明】

１は電極アセンブリ、２は外部引き出し電極端子（正極
タ−ミナル）、３は蓋板、１１はリード部、１３は正極
板、１４は負極板、１５はセパレータ、２１は正極タ−
ミナル２の円盤部（中間集電体）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正負一対の極板がセパレータを挟んで渦巻
   状に形成されて円筒状のケ−スに収容される電極アセン
   ブリと、前記電極アセンブリの端面に沿って径方向へ延
   設される中間集電体とを備え、 前記極板は、活物質が内部集電板に被着される有効極板
   部と、前記活物質が被着されず前記内部集電板を含んで
   前記有効極板部の両側に延設されるリ−ド部とをもつ円
   筒形電池の製造方法において、 前記リード部の側端縁を前記中間集電体の端面に接触さ
   せ、前記中間集電体の反極板側の端面側から溶接用ビ−
   ムを照射して前記リード部の側端縁を前記中間集電体の
   主面に溶接することを特徴とする円筒型電池の製造方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の円筒電池の製造方法におい
   て、 前記中間集電体は、外部引き出し電極端子と一体に形成
   されることを特徴とする円筒型電池の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の円筒型電池の製造方法にお
   いて、 前記極板のリード部は、前記リード部を厚肉化する導電
   板を介して前記中間集電体に溶接されることを特徴とす
   る円筒型電池の製造方法。