JPWO2006035980A1 - 密閉形電池、密閉形電池用リード、及び密閉形電池の複数個で構成した組電池 - Google Patents
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Abstract
Description
このような電池では、図51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。
特に、このようなアルカリ電池が、電動工具や電気自動車などの高率で充放電を行う用途に使用される場合、電池構成の中でも特に、発電要素と封口体の間を接続する集電体の電気抵抗が電池特性に大きな影響を与える。これらの用途ではしばしば大電流での充放電が要求されるので、極力内部抵抗を低減する必要がある。
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)
特許文献1:特開2004−63272号公報(図1〜4、10、11、段落[0022]〜[0038])
特許文献1に記載の内部抵抗を低減させた電池をニッケル−カドミウム電池に適用した場合について説明する。
図52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53(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。
この集電体は、ほぼ円板状をなすように形成され、突起部3を具備し、前記突起部の頂面が溶接領域となり得る肉薄領域4を構成したことを特徴とする。
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41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54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。
かかる構成によれば、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、容易に確実な溶接領域を形成することが可能となり、確実で信頼性の高い接続が可能となる。
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53(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。
この電池は、リードの長さを短くすることができるが、上記溶接領域が、正極キャップ13の下部に位置するもので、リードを厚肉な蓋に溶接する必要があり溶接時の熱が蓋に逃げるために、溶接箇所の確実性が低下し溶接のばらつきが大きいという問題や、同じ理由から1点の溶接に必要な電流を大きくする必要があるため、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。
また、その他、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2、3参照)
特許文献2:特開2001−345088号公報(図2、本願添付図面の図55)
特許文献3:特開2001−155710号公報(図3、4、本願添付図面の図56、図57)
特許文献2に記載の内部抵抗を低減させた電池は、組電池であり、図55に示すように、一方の単電池Bの封口板7と他方の単電池Aの外装缶底部6との間に、封口板7に設けられたキャップ8に対応する位置に開口部を有する環状の接続部材10を備えている。この環状の接続部材10は、外径が外装缶6の開口部の内径よりも小径に形成された環状の基板部11と、この環状の基板部11より上方向あるいは下方向に交互に突出する有底の凸部12と、この凸部12の底部より突出する突起部13とを備えている。これにより、電池Aと電池Bとの接続部での集電経路は、両突起部13間の長さ、即ち、電池Bの封口板7と電池Aの外装缶6の底部との間の長さとなるため、接続部での抵抗電圧降下が減少して作動電圧が高い組電池が得られるようになるというものである。
上記特許文献2に記載の電池において、環状の接続部材10の突起部13の溶接位置は、キャップ8の端部の外側にあるが、環状の接続部材10は、一方の電池の封口板と他方の電池の外装缶の底部とを接続するものであるから、電池内における封口板とリードとの溶接位置、集電板とリードとの溶接位置、集電板と電槽の底面との溶接位置を示唆するものではない。
特許文献3に記載の内部抵抗を低減させた電池は、図56、図57に示すように、一方極の端子を兼ねる開口部を備えた電池ケース16と、この開口部を密封する他方極の端子を兼ねる封口体17(蓋体17a、正極キャップ17b、スプリング17c、弁体17d)と、電池ケース16内に収容される正極板11、負極板12の少なくとも一方の端部に集電体14が接続された電極体10とを備え、封口体17と集電体14とは長さ方向の中央部が凹んだ鼓状筒体20から構成されるリード部により固着接続されている。鼓状筒体20の上下端部に幅広部22a,23aと幅狭部22b,23bとが交互に形成された鍔部22,23を備えている。幅広部22aと幅狭部23bは空間を隔てて互に重なり合い、幅狭部22bと幅広部23aは空間を隔てて互に重なり合うように配置されている。
上記の鼓状筒体20から構成されるリード部を有するニッケルー水素蓄電池は、以下のように溶接されて作製される。
ニッケル−水素蓄電池を組み立てるに際しては、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[0025])
上述のように封口体17を配置した後、正極キャップ(正極外部端子)17aの上面に一方の溶接電極W1を配置するとともに、電池ケース16の底面(負極外部端子)の下面に他方の溶接電極W2を配置した。この後、これらの一対の溶接電極W1,W2間に2×106N/m2の圧力を加えながら、これらの溶接電極W1,W2間に電池の放電方向に24Vの電圧を印加し、3KAの電流を約15msecの時間流す通電処理を施した。この通電処理により、封口体17の底面と鼓状筒体20の上端鍔部22の幅広部22aに形成された小突起22cとの接触部に電流が集中して、この小突起22cと封口体17の底面とが溶接されて、溶接部が形成された。これと同時に負極集電体15の下面と電池ケース16の底面(負極外部端子)の上面との接触部が溶接されて溶接部が形成された。(段落[0027])
ついで、封口体17の周縁に絶縁ガスケット19を嵌着させ、プレス機を用いて封口体17に加圧力を加えて、絶縁ガスケット19の下端が凹部16aの位置になるまで封口体17を電池ケース16内に押し込んだ。この後、電池ケース16の開口端縁を内方にかしめて電池を封口して、公称容量6.5Ahの円筒形ニッケル−水素蓄電池を作製した。なお、この封口時の加圧力により、鼓状筒体20の本体部21は凹んだ中央部を中心にして押しつぶされた。(段落[0028])
また、封口前と封口後に溶接して、公称容量6.5Ahの円筒形ニッケル−水素蓄電池を作製する方法として、以下の方法が示されている。
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])
ついで、封口体17の周縁に絶縁ガスケット19を嵌着させ、プレス機を用いて封口体17に加圧力を加えて、絶縁ガスケット19の下端が凹部16aの位置になるまで封口体17を電池ケース16内に押し込んだ。この後、電池ケース16の開口端縁を内方にかしめて電池を封口した。なお、この封口時の加圧力により、鼓状筒体20の本体部21は凹んだ中央部を中心にして押しつぶされた。ついで、正極キャップ(正極外部端子)17aの上面に一方の溶接電極W1を配置するとともに、電池ケース16の底面(負極外部端子)の下面に他方の溶接電極W2を配置した。(段落[0031])
この後、これらの一対の溶接電極W1,W2間に2×106N/m2の圧力を加えながら、これらの溶接電極W1,W2間に電池の放電方向に24Vの電圧を印加し、3KAの電流を約15msecの時間流す通電処理を施した。この通電処理により、封口体17の底面と鼓状筒体20の上端鍔部22の幅広部22aに形成された小突起22cとの接触部に電流が集中して、この小突起22cと封口体17の底面とが溶接されて、溶接部が形成された。これと同時に負極集電体15の下面と電池ケース16の底面(負極外部端子)の上面との接触部が溶接されて溶接部が形成された。(段落[0032])
以上のように作製される特許文献3に記載の電池は、封口体17の底面と鼓状筒体20の上端鍔部22の幅広部22aに形成された小突起22cとの溶接位置は、正極キャップ17aの外側にあり、封口体の抵抗は小さくなっているといえる。
しかしながら、この電池は、封口時の加圧力により、鼓状筒体20の本体部21は凹んだ中央部を中心にして押しつぶされるものであり、また、封口体17の底面と鼓状筒体20の上端鍔部22の幅広部22aに形成された小突起22cとの溶接点に対して、下端鍔部の幅広部23aと集電体14との溶接点は、真下からかなりずれ、封口体(蓋)の内面における鼓状筒体20(リード)の溶接点から、該溶接点に最も近い集電体の上面におけるリードの溶接点までのリードの長さは長いから、内部抵抗低減の効果は十分とはいえない。
また、負極集電体15の下面と電池ケース16の底面(負極外部端子)の上面との溶接部は、通常中央にあり、正極キャップ17aの下部に位置するものであるから、内部抵抗低減の効果は十分とはいえない。
すなわち、電池外部への電流の取り出し接点をキャップに配置した場合、キャップと蓋の溶接接点での抵抗の増大と、高抵抗な薄肉で構成された高抵抗体であるキャップを電流が通る必要があるからである。また、電流の取り出し接点を、蓋の上面におけるキャップの端部より外側に配置した場合、上記のように、蓋とリードの溶接位置がキャップの下部に位置していると、蓋を電流が通る必要があり、電流の流通経路が長くなり抵抗が大きくなるという問題があった。
また、封口体(蓋)とリードの溶接位置がキャップの下部に位置していない密閉形電池もあるが、溶接後に蓋を閉めるために、リードの長さが長くなり、抵抗が大きくなるという問題があった。
本発明の課題は、集電体(上部集電板)と封口体(蓋)とをリードを介して接続するに際して、蓋と上部集電板とに溶接するリードの溶接点を特定の位置にすると共に、リードの長さを短くすること、下部集電板と電槽の底面との溶接点を特定の位置にすることによって、低抵抗で出力特性に優れた密閉形電池を提供するとともに、その密閉形電池に用いるリードを提供することにあり、また、その密閉形電池の複数個で構成した組電池を提供することにある。
本発明は、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)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記蓋の内面における前記リードの溶接点から、該溶接点に最も近い前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点までの前記リードの長さ(以下、「L1」という。)が、前記蓋の内面における前記リードの溶接点から前記上部集電板の上面に至る最短距離(以下、「X1」という。)の1〜2.1倍であることを特徴とする密閉形電池。
(2)前記上部集電板の上面と前記リードの溶接が交流パルスを通電して行われたものであることを特徴とする前記(1)の密閉形電池。
(3)前記リードが、リング状リードであり、前記蓋の内面には、前記リング状リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記リング状リードの他方の面が溶接されていることを特徴とする前記(1)又は(2)の密閉形電池。
(4)前記リードが、リング状の主リード及び補助リードからなり、前記蓋の内面には、前記主リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記主リードの他方の面が前記補助リードを介して溶接されていることを特徴とする前記(3)の密閉形電池。
(5)前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方に向けて延びた二重構造の側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの二重構造の側壁部の端部が溶接されていることを特徴とする前記(1)又は(2)の密閉形電池。
(6)前記リードが、前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の二重構造の側壁部の端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記主リード部の枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記補助リード部が溶接されていることを特徴とする前記(5)の密閉形電池。
(7)前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から下方に向けて延びた側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、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前記(1)又は(2)の密閉形電池。
(8)前記リードが、前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の側壁部の下端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記主リード部の枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記補助リード部が溶接されていることを特徴とする前記(7)の密閉形電池。
(9)前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から上方に向けて延びた二重構造の側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの二重構造の側壁部の上端部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの枠状部が溶接されていることを特徴とする前記(1)又は(2)の密閉形電池。
(10)前記リードが、前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の二重構造の側壁部の上端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記補助リード部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記主リード部の枠状部が溶接されていることを特徴とする前記(9)の密閉形電池。
(11)前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から上方に向けて延びた側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの側壁部の上端部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの枠状部が溶接されていることを特徴とする前記(1)又は(2)の密閉形電池。
(12)前記リードが、前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の側壁部の上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記補助リード部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記主リード部の枠状部が溶接されていることを特徴とする前記(11)の密閉形電池。
(13)前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、前記キャップの端部の真下に対応する前記上部集電板の位置より外側の範囲にあることを特徴とする前記(1)〜(12)のいずれか一項の密閉形電池。
(14)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、前記上部集電板の中心から外周までの長さに対して中心から41%離間した同心円と中心から69%離間した同心円で囲まれた範囲内にあることを特徴とする密閉形電池。
(15)前記リードが、リング状リードであり、前記蓋の内面には、前記リング状リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記リング状リードの他方の面が溶接されていることを特徴とする前記(14)の密閉形電池。
(16)前記リードが、リング状の主リード及び補助リードからなり、前記蓋の内面には、前記主リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記主リードの他方の面が前記補助リードを介して溶接されていることを特徴とする前記(15)の密閉形電池。
(17)前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、4〜16点であることを特徴とする前記(1)〜(16)のいずれか一項の密閉形電池。
(18)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続され、かつ、下部集電板の下面と電槽底の内面が溶接された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記下部集電板の下面と前記電槽底の内面との溶接箇所が、少なくとも、前記下部集電板における前記キャップの端部の真下に対応する位置より外側の範囲にあることを特徴とする密閉形電池。
(19)前記下部集電板の下面と前記電槽底の内面との溶接箇所が、中心部一箇所と、前記下部集電板における前記キャップの端部の真下に対応する位置より外側の範囲に4〜16点あることを特徴とする前記(18)の密閉形電池。
(20)電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする前記(1)〜(19)のいずれか一項の密閉形電池。
(21)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、リング状の側壁部を有し、前記側壁部の上端部に一方の溶接面を有し、前記側壁部の下端部に他方の溶接面を有するリング状リードであることを特徴とする密閉形電池用リード。
(22)リング状の側壁部を有する主リード及び補助リードからなり、主リードの前記側壁部の下端部又は上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リードが形成され、前記補助リードに溶接面を有することを特徴とする前記(21)の密閉形電池用リード。
(23)リングの形状が円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする前記(21)又は(22)の密閉形電池用リード。
(24)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、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方又は上方に向けて延びた二重構造の側壁部を有し、前記枠状部に一方の溶接面を有し、前記二重構造の側壁部の下端部又は上端部に他方の溶接面を有することを特徴とする密閉形電池用リード。
(25)前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有するリードが、前記枠状部をV字の折り部分とする断面が逆V字状若しくは前記枠状部をU字の2つの折り部分及び底辺とする断面が逆U字状又は前記枠状部をV字の折り部分とするV字状若しくは前記枠状部をU字の2つの折り部分及び底辺とするU字状のものであることを特徴とする前記(24)の密閉形電池用リード。
(26)前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記二重構造の側壁部の下端部又は上端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成され、前記補助リード部に他方の溶接面を有することを特徴とする前記(24)又は(25)の密閉形電池用リード。
(27)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、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から下方又は上方に向けて延びた側壁部を有し、前記枠状部に一方の溶接面を有し、前記側壁部の下端部又は上端部に他方の溶接面を有することを特徴とする密閉形電池用リード。
(28)前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記側壁部の下端部又は上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成され、前記補助リード部に他方の溶接面を有することを特徴とする前記(27)の密閉形電池用リード。
(29)前記枠状部の内周及び外周が円形であることを特徴とする前記(24)〜(28)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(30)前記側壁部が蛇腹様に加工されていることを特徴とする前記(24)〜(29)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(31)前記枠状部及び側壁部が、周方向に間隔をおいて分割されて複数のパーツとされていることを特徴とする前記(24)〜(30)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(32)前記側壁部が、周方向に間隔をおいて下端又は上端から縦方向にスリット加工され少なくとも一部又は全部が分断されていることを特徴とする前記(24)〜(30)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(33)前記リードの溶接面には、それぞれ突起が形成されていることを特徴とする前記(21)〜(32)のいずれか一項の密閉形電池用リード。
(34)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池の複数個で構成され、一方の密閉形電池の蓋の上面と他方の密閉形電池の電槽底の外面が電池間接続部品を介して接続された組電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記電池間接続部品と前記蓋の上面との溶接点が、前記キャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする組電池。
(35)前記電池間接続部品と前記電槽底の外面との溶接点が、前記電槽底における前記キャップの端部の真上に対応する位置より外側の範囲にあることを特徴とする前記(34)の組電池。
ここで、リードの「一方の面(溶接面)」、「他方の面(溶接面)」とは、リードの溶接可能な幅を有する部分を意味するが、補助リードを介して、溶接可能な幅を有する部分が設けられていてもよい。
また、「蓋の内面」、「上部集電板の上面」には、蓋及び上部集電板の平坦面のみではなく、蓋が、蓋の内面における平坦部から下方若しくは上方に湾曲又は屈曲した部分を有する場合、上部集電板が、上部集電板の上面における平坦部から上方若しくは下方に湾曲又は屈曲した部分を有する場合、その湾曲又は屈曲した部分の面も含まれる。
なお、「リング状の主リード」とは、リング状リードであって、蓋と上部集電板とを補助リードを介して電気的に接続する機能を有するものである。「補助リード」とは、リング状リードの端部に複数の突片状又は連続した平板状に形成されたものであって、上部集電板の上下方向の位置のバラツキを吸収するバネ機能(スプリング機能)を有し、主リードと上部集電板又は蓋とを電気的に接続するものであり、リング状リードと別に作製したものをその端部に溶接したもの、リング状リードと一体成形したものを含む。
また、「主リード部」とは、枠状部と前記枠状部の内周及び外周(又は内周若しくは外周)から下方又は上方に向けて二重構造の側壁部(又は一つの側壁部)を有するように形成されたリードの主要部であって、蓋と上部集電板とを補助リード部を介して電気的に接続する機能を有するものである。「補助リード部」とは、リードの二重構造の側壁部(又は一つの側壁部)の端部に複数の突片状又は連続した平板状に形成されたものであって、上部集電板の上下方向の位置のバラツキを吸収するバネ機能(スプリング機能)を有し、主リード部と上部集電板又は蓋とを電気的に接続するものである。
ここで、「枠状部」とは、内周及び外周を画する2本の輪郭線によって囲まれた溶接可能な幅を有する部分であり、その内周及び外周から下方又は上方に向けて二重構造の側壁部が延びるところの根元の部分である。
また、リードの抵抗を最小限にするためには、リードはできる限り短い構成であることが望ましいが、L1/X1が1〜2.1であり、溶接位置が、上記の範囲内であれば、従来、特殊な構造で高価な角形のニッケル水素電池でしか達成し得なかった1400W/kg以上の極めて優れた出力密度を、円筒形電池で達成できる。
さらに、密閉形電池用リードとして、リング状リード、枠状部及び二重構造の側壁部(又は一つの側壁部)を有するリードを採用することにより、L1/X1を1〜2.1として、リードの抵抗を小さくすることができ、また、蓋と上部集電板とに溶接するリードの溶接点を特定の位置にすることができる。
組電池についても、蓋の内面におけるリードの溶接点、電池間接続部品と蓋の上面との溶接点を特定の位置で一致させることにより、抵抗を小さくすることができる。
図2は、リング状の主リード及び補助リード(溶接点内側)からなるリードを溶接した実施例(実施例2、3等)の密閉形電池を示す図である。
図3は、リング状の主リード及び補助リード(溶接点外側)からなるリードを溶接した実施例(実施例7、8等)の密閉形電池の他の例を示す図である。
図4は、リング状の主リード及び補助リード(溶接点内側)からなるリードを溶接した実施例(実施例9、10等)の蓋がへこんでいる密閉形電池を示す図である。
図5は、リング状の主リード及び補助リード(溶接点外側)からなるリードを溶接した蓋がへこんでいる密閉形電池(比較例5等)を示す図である。
図6は、リボン状リードを溶接した比較例1の密閉形電池を示す図である。
図7は、断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部を溶接した密閉形電池の例(実施例12)を示す図である。
図8は、断面がU字状の二重構造の主リード部及び補助リード部を溶接した密閉形電池の例(実施例17)を示す図である。
図9は、断面が逆V字状の二重構造の主リード部及び補助リード部を溶接した密閉形電池の例(実施例13)を示す図である。
図10は、断面がV字状の二重構造の主リード部及び補助リード部を溶接した密閉形電池の例を示す図である。
図11は、本発明で用いるリング状リード(主リード)の例(実施例1〜11)を示す図である。
図12は、本発明で用いるリング状リードの例(実施例1)を示す斜視図である。
図13は、本発明で用いるリング状の主リード及び補助リードからなるリードの例(実施例2〜11)を示す平面図及び側面図である。
図14は、蓋に溶接されたリング状の主リード及び補助リードからなるリードを集電板に溶接する状態を示す図である。
図15は、本発明で用いる断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部の一例(実施例12、17)を示す斜視図(表側)である。
図16は、本発明で用いる断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部の一例(実施例12、17)を示す斜視図(裏側)である。
図17は、本発明で用いる断面が逆V字状の二重構造の主リード部及び補助リード部の一例(実施例13)を示す斜視図(表側)である。
図18は、本発明で用いる断面が逆V字状の二重構造の主リード部及び補助リード部の一例(実施例13)を示す斜視図(裏側)である。
図19は、本発明で用いる断面が逆U字状の二重構造のリードを分割して8個のパーツからなるリードとした例(実施例20)を示す図(表側)である。
図20は、本発明で用いる断面が逆U字状の二重構造のリードを分割して8個のパーツからなるリードとした例(実施例20)を示す図(裏側)である。
図21は、図19及び図20に示す8個のパーツからなるリードを蓋に溶接した状態を示す斜視図(表側)である。
図22は、図19及び図20に示す8個のパーツからなるリードを蓋に溶接した状態を示す斜視図(裏側)である。
図23は、断面が逆U字状の二重構造のリードの二重構造の側壁部のみを周方向に間隔をおいて8個に分断してリードとした例(実施例18)を示す斜視図(表側)である。
図24は、断面が逆U字状の二重構造のリードの二重構造の側壁部のみを周方向に間隔をおいて8個に分断してリードとした例(実施例18)を示す斜視図(裏側)である。
図25は、図23及び図24に示す二重構造の側壁部のみを周方向に間隔をおいて8個に分断したリードを蓋に溶接した状態を示す斜視図(裏側)である。
図26は、断面が逆U字状の二重構造のリードの二重構造の側壁部に周方向に間隔をおいてスリットを形成してリードとした例(実施例19)を示す斜視図である。
図27は、断面が逆U字状の二重構造のリードの補助リード部のみに周方向に間隔をおいてスリットを形成してリードとした例を示す斜視図である。
図28は、断面が逆U字状の二重構造のリードに蛇腹様加工を施してリードとした例(実施例16)を示す斜視図(表側)である。
図29は、断面が逆U字状の二重構造のリードに蛇腹様加工を施してリードとした例(実施例16)を示す斜視図(裏側)である。
図30は、蓋に溶接された断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部からなるリードを上部集電板に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれ(極群の高さが標準的な場合)を補助リード部の突片で吸収する例を示す図である。
図31は、蓋に溶接された断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部からなるリードを上部集電板に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれ(極群の高さが低い場合)を補助リード部の突片で吸収する例を示す図である。
図32は、蓋に溶接された断面が逆U字状の二重構造の主リード部及び補助リード部からなるリードを上部集電板に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれ(極群の高さが高い場合)を補助リード部の突片で吸収する例を示す図である。
図33は、蓋に溶接された断面が逆U字状の二重構造の主リード部(図23のもの)及び補助リード部からなるリードを上部集電板に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれを主リード部の開きと補助リード部の湾曲で吸収する例を示す図である。
図34は、断面が逆U字状の二重構造の側壁部から外側の側壁部を取り除いて内側のひとつの側壁部からなるリードとした例(実施例14)を示す斜視図である。
図35は、断面が逆U字状の二重構造の側壁部から内側の側壁部を取り除いて外側のひとつの側壁部からなるリードとした例(実施例15)を示す斜視図である。
図36は、従来の上部集電板及びリボン状リード板を示す概略図である。
図37は、補助リードを介してリング状の主リードを溶接した密閉形電池の組立て図である。
図38は、蓋に溶接された断面が逆U字状の二重構造の主リード及び補助リードからなるリードを上部集電板に溶接した密閉形電池の例(実施例12)を示す図である。
図39は、本発明で用いる集電板の一例(実施例1等)を示す図である。
図40は本発明で用いる集電板の他の例(実施例12等)を示す図である。
図41は、上部集電板(正極集電板)における補助リードの溶接点(4点)の例(実施例2等)を示す図である。
図42は、上部集電板(正極集電板)における補助リードの溶接点(8点)の例(実施例9)を示す図である。
図43は、上部集電板(正極集電板)における補助リードの溶接点(16点)の例(実施例10)を示す図である。
図44は、上部集電板(正極集電板)における補助リードの溶接点(2点)の例(比較例10)を示す図である。
図45は、上部集電板(正極集電板)における補助リードの溶接点(16点)の例(実施例12等)を示す図である。
図46は、内部抵抗と出力密度の関係を示す図である。
図47は、密閉形電池の蓋の外面に電池間接続部品(リング状リード)を接合する方法を示す図である。
図48は、本発明に係る電池間接続部品(リング状リード)を用いた組電池の製造方法を説明する図である。
図49は、本発明に係る電池間接続部品(断面がV字状の二重構造のリード)を用いた組電池の概略図である。
図50は、集電体と集電リードを同一厚みで伸長させ一体成形した従来の集電構造の一例を示す斜視図である。
図51は、図50の集電リードが封口体に溶接されて完成した従来の密閉形電池を示す断面図である。
図52は、従来の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である。
図53は、従来の打ち抜き加工により一体形成された集電体を示す平面図及び断面図である。
図54は、電極体を電池ケースに挿入して図53の集電体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。
図55は、従来の円筒状のリードを正極集電体に溶接したときの状態を示す断面図である。
図56は、従来の鼓状筒体から構成されるリード部を示す平面図、側面図及び断面図である。
図57は、電極体を電池ケースに収納して図56のリード部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。
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)
12 リボン状リード板
13 リボン状リード板と蓋との溶接接点
20 リング状リード(主リード)
20a,20b リング状リードにおける突起
30 リング状リード20の補助リード
30−1 リング状リード20の補助リードにおける突起
30−2 リング状リード20の補助リードにおける突片
40 断面が逆V字状(V字状)又は逆U字状(U字状)の二重構造のリード
41 二重構造のリード40の枠状部
41−1 二重構造のリードの枠状部41の内周
41−2 二重構造のリードの枠状部41の外周
41a 二重構造のリード枠状部41における突起
42,43 二重構造のリード40の二重構造の側壁部
42−1,43−1 二重構造のリード40の二重構造の側壁部に形成されたスリット
44 二重構造のリード40の補助リード部
44a 二重構造のリードの補助リード部44における突起
45 断面が逆U字状の二重構造のリードを分割した8個のパーツ
46 二重構造のリードを分割した8個のパーツ45の枠状部
46a 二重構造のリードを分割した8個のパーツの枠状部46における突起
47,48 二重構造のリードを分割した8個のパーツ45の二重構造の側壁部
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
80 キャップ
90 弁体
100 下部集電板(負極集電板)
100−1 下部集電板の下面と電槽底内面との溶接点
100−2 下部集電板中心部溶接箇所(一箇所)
110 電池間接続部品(リング状リードと同じもの)
111 電池間接続部品と1個目の電池の蓋の外面との溶接接点
112 電池間接続部品と2個目の電池の電槽底との溶接接点
110’ 電池間接続部品(断面がV字状の二重構造のリードと同じもの)
本発明においては、図1〜図4、図7〜10に示すように、蓋(50)の内面におけるリード(主リード(20)、主リード部(40)、補助リード部(44))の溶接点から、該溶接点に最も近い上部集電板(2)の上面におけるリード(補助リード(30)、補助リード部(44)、主リード部(40))の溶接点までのリードの長さ(L1)が、蓋(50)の内面におけるリード(20)、(40)(44)の溶接点から上部集電板(2)の上面に至る最短距離(X1)の1〜2.1倍とする。このL1/X1比を小さくすることによって、内部抵抗を小さく、出力密度を大きくすることができる。L1/X1比が1.7以下であることがより好ましい。
図11〜14に示すようなリング状リード(20)、図15〜33に示すような枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方若しくは上方に向けて延びた二重構造の側壁部を有する二重構造のリード(40)、それを分割した二重構造のリード(45)、又は、図34及び図35に示すような枠状部と前記枠状部の内周又は外周から下方若しくは上方に向けて延びた一つの側壁部を有するリード(40)を用いることによって、L1/X1比を1〜2.1倍とすることができる。
また、本発明においては、図1〜図4、図7〜10、図37及び図38に示すように、蓋(50)の内面におけるリード(主リード(20)、主リード部(40)、補助リード部(44))の溶接点が、蓋(50)の内面におけるキャップ(80)の端部に対応する位置(51)より外側の範囲にあるようにする。そうすると、電池外部への電流取り出し接点が、図4に示すように、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にある場合に、電流の流通経路が短くなるため、内部抵抗が低くなり、出力密度も大きくなる。
図1、図11及び図12に示すようなリング状のリード(20)を用いることによって、リード(20)と蓋(50)の溶接点及びリード(20)と上部集電板(2)の溶接点間の距離を上記のように短くすること及び蓋(50)とリード(20)の溶接位置を、蓋(50)の内面におけるキャップ(80)の端部に対応する位置(51)より外側の範囲にすることができ、リードを低抵抗化できるばかりでなく、リードと蓋及びリードと上部集電板の溶接点数を多点にすることができ、蓋と上部集電板との溶接抵抗を低減でき、電池の高率放電特性を向上させることができる。
また、図2、図13及び図14に示すように、補助リード(30)を用いることによって、極めて安定した接続の再現性が得られることを見いだした。すなわち、前記リードとしてリング状の主リード(20)及び補助リード(30)からなるものを用い、蓋(50)の内面に主リード(20)の一方の面を溶接した後、上部集電板(2)の上面に主リード(20)の他方の面を補助リード(30)を介して溶接することによって、蓋と上部集電板との高さばらつきを補助リードで吸収して確実な溶接を実現できる。
補助リード(30)と主リード(20)は、別々に作製したものを溶接して一体としたものであっても、一体成形により構成されたものであってもよい。
さらに、図15〜18に示すような枠状部(41)と枠状部の内周(41−1)及び外周(41−2)から下方に向けて二重構造の側壁部(42)及び(43)を有する二重構造のリード(40)、又は、図34及び図35に示すような枠状部(41)と枠状部(41)の内周(41−1)又は外周(41−2)から下方若しくは上方に向けて延びた一つの側壁部(42)又は(43)を有するリード(40)を用いることによって、1枚の板からの成形で安価なリードを得ることができ、リード(40)と蓋(50)の溶接点及びリード(40)(補助リード部(44))と上部集電板(2)の溶接点間の距離を上記のように短くすることができるとともに、図7〜10、図38に示すように、蓋(50)とリード(40)又は補助リード部(44)の溶接位置をキャップ(80)の端部に対応する蓋(50)の内面の位置(51)より外側の範囲にすることができ、低抵抗な電池を得ることができる。
二重構造のリードは、図15及び図16に示すように、枠状部(41)がU字の2つの折り部分及び底辺に対応する断面が逆U字状であるか、又は、図17及び図18に示すように、枠状部(41)がV字の折り部分に対応する断面が逆V字状であることが好ましい。
なお、断面が逆V字状又はV字状の二重構造のリードも、枠状部(41)であるV字の折り部分は溶接可能な幅を有するものであるが、図17及び図18と図15及び図16とを比較すると明らかなように、断面が逆U字状又はU字状の二重構造のリードと比べて枠状部(41)の幅が狭く、また、二重構造の側壁部(42)及び(43)が、枠状部の内周(41−1)及び外周(41−2)から斜めに下方又は上方に向けて延びている点で、垂直に下方又は上方に向けて延びている断面が逆U字状又はU字状の二重構造のリードと異なる。
また、図15〜18、図34及び図35に示すように、リードとして主リード部の二重構造の側壁部(42)及び(43)の端部、主リード部の一つの側壁部(42)又は(43)の端部には、それぞれ、複数の突片状の補助リード部(44)が形成されているものを用い、上部集電板(2)の上面に主リード部の二重構造の側壁部(42)及び(43)の端部、一つの側壁部(42)又は(43)の端部を補助リード部(44)を介して溶接することによって、蓋と上部集電板の高さばらつきを吸収し、低抵抗で確実な溶接を実現できる。複数の突片状の補助リード部(44)の代わりに、連続した平板状(リング状)の補助リード部を用いることもできる。
リードの枠状部(41)の形状は、内周(41−1)及び外周(41−2)を円形、楕円形、多角形とすることができるが、成形の容易さ、溶接点を多数設置することの容易さ等の面からみて、内周(41−1)及び外周(41−2)は図15〜18、図34及び図35に示すようなほぼ円形が好ましい。
図19〜22に示すように、二重構造のリードの枠状部(41)及び二重構造の側壁部(42)、(43)を周方向に間隔をおいて複数、例えば8個のパーツ(45)に分割して、分割された枠状部(46)及び分割された二重構造の側壁部(47)、(48)とすることにより、シリーズでの溶接による無効電流を低減でき、分割された枠状部(46)の溶接を確実で低抵抗なものとすることができる。分割していくつのパーツにするかは、限定されるものではないが、4〜10に分割することができる。
図23〜25に示すように、リードの抵抗をより小さくするために、リードの枠状部(41)を分割せずに、二重構造の側壁部(42)、(43)のみを、周方向に間隔をおいて下端から縦方向にスリット加工を施すことにより分断(図示の例では8個)して(47)、(48)としてもよい。
図26のように、リード(40)の二重構造の側壁部(42)、(43)に、周方向に間隔をおいて下端から縦方向にスリット(42−1)、(43−1)を入れておくか、又は、図26及び図27に示すように、連続した平板状(リング状)の補助リード部(44)に、周方向に間隔をおいてスリット(44−1)を入れておくと、極群高さがばらついて蓋内面と上部集電板上面との高さがばらついた場合でも、図30〜33のように高さのばらつきを吸収することができ、溶接を確実なものとすることができる。なお、スリット(42−1)、(43−1)を下端から上端まで設けて、二重構造の側壁部(42)、(43)の全部を完全に分断する代わりに、スリット(42−1)、(43−1)を中途まで設けて、二重構造の側壁部(42)、(43)の一部を分断するようにしてもよい。
また、高さのばらつきを吸収する方法として、図28及び図29のように、主リード部の二重構造の側壁部(42)、(43)を蛇腹様形状(断面が波形)とし高さのばらつきを吸収することが可能である。
これらの場合、補助リード部(44)の強度が主リード部(蛇腹様形状を含む)の強度を下回ると突片(44)が湾曲して突起(44a)以外の部分が上部集電板(2)と接触してしまうので、これを防ぐため、図23〜25に示すように、リードの二重構造の側壁部(42)、(43)を周方向に分断して(47)、(48)とするか、図26に示すように、リードの二重構造の側壁部(42)、(43)にスリット(42−1)、(43−1)を入れることが好ましい。
図15〜20、図34及び図35に示すように、リードの溶接面である枠状部(41)には、複数の突起(41a)を形成し、また、複数の突片状の補助リード部(44)及び分割された枠状部(46)には、それぞれ1つ若しくは複数の突起(44a)及び(46a)を形成することにより、リードの溶接をプロジェクション溶接とすることができ、確実で低抵抗なものとすることができる。
本発明で使用するリードの一例であるリング状リード(主リード)について図11を用いて説明する。
図11において、(a)は、リング状リード(20)であって、厚さ0.4〜1.0mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ鋼板)(c)をリング状に曲げ加工したものである。(図の例では、厚さ0.7mmのニッケル板を打ち抜き又はワイヤカットで加工後に、リング状に曲げ加工されており、その直径は約19mm、高さは約2.7mmである)
(b)は、側面図であり、(d)は図(c)の2点鎖線部分の拡大図である。
(a)では、ほぼ円形のリング状に曲げ加工されているが、リングの形状は必ずしも円形である必要はなく、例えば、楕円形、多角形など他の形状でも良い。
また、図11では、円形のリングに切れ目a−1が存在しているが、この切れ目は、板状の素材を円形に加工したためであって、切れ目は必ずしも存在しなくても良い。
図12は、図11のリング状リードの斜視図である。
また、図11及び図12に記載のリング状リードは、リング状の側壁部の上端部に一方の溶接面を有し、側壁部の下端部に他方の溶接面を有するものであり、上端部及び下端部には、それぞれ複数の溶接点となる突起(20a,20b)が形成されている。
また、複数の突起(20a,20b)はリング状リードの上端部と下端部とでは異なった形状又は同じ形状に形成されている。(図11,12の例では、長い突起は約2.0mm、短い突起は約0.5mm)
上部の突起の長さは、0.5mm以上が好ましく、下部の突起の長さは1.5mm〜2.5mmが好ましい。
しかし、補助リードを用いる場合では、後述の補助リードで高さのバラツキを吸収するので、上部と下部の突起の長さを必ずしも異ならせる必要はない。
また、図11,12のリング状リードに形成されている突起の数は、上部と下部で異なった数になっている。(図の例では、上部に4個、下部に8個の突起が形成されている。)
上部の突起の数は、8個以上が好ましく、下部の突起の数は上部の突起の数より少なくする方が好ましい。
なお、図11,12のリング状リードに形成されている突起の数は、上部と下部で異なった数になっているが、上部と下部の突起数を同数として、突起面の面積を異ならせても良い。
リング状リードに形成されている突起の数(または突起の総面積)は、上部と下部で異なった数にする理由は、リング状リードを蓋部と集電板とに溶接するに際して、本発明では先ず蓋部にリング状リードの突起の数の多い面を溶接するためである。
このように、リング状リードの突起の数の多い面を溶接することによって、リング状リードが強固に溶接でき、リング状リードの他方の面(突起の数の少ない面)を集電板に溶接するために電流を流した際に、先に溶接された部分に溶接電流が流れることによって破断することがなくなる。
なお、先に溶接した部分の破断電流とは、先に溶接された部品同士を介して、後で電流を通電する条件(時間と電流値)にて電流を流し、時間は同じとして電流値を上げていき、溶接された部分の試験通電前後の抵抗が10%以上増加する場合の電流値を指す。
次に、本発明で使用するリング状リード(主リード)の第2の要素である補助リードについて図13を用いて説明する。
図13は、本発明で使用する補助リードであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
補助リード(30)は、厚さ0.2〜0.4mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ鋼板)をドーナツ状に打ち抜き加工したもので突片となる部分以外の内部は中空である。(図13の例では、厚さ0.3mmのニッケル板で、外径は約21mm、内径は約18mm)主リード(20)の一方の面が接続可能な幅を有するリング形状で、主リード(20)の内周より内部(図13で破線で囲われた部分)では下端部に突片(30−2)が形成されて弾力性(バネ作用)を有すると共に、該突片の先端面にはそれぞれ突起(30−1)が形成されている。(図13の2点鎖線で囲まれた部分の断面拡大図を図14に示す)
本発明で使用するリードの別の例として、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方に向けて延びた二重構造の側壁部を有する断面が逆V字状又は逆U字状の二重構造のリング状リードについて図15及び図16−逆U、図17及び図18−逆Vを用いて説明する。
図15及び図16−逆U、図17及び図18−逆Vにおいて、(41)、(42)及び(43)は、主リード部であって、厚さ0.2〜0.4mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ綱板)をリング状に打ち抜き、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加工後に、リング状の枠状部(41)を残して枠状部(41)の内周(41−1)及び外周(41−2)から下方に向けて絞り加工又はプレス曲げ加工し、二重構造の側壁部(42)及び(43)が形成されており、その中心の直径は約19mm、高さは約2.7mmである。)
ここでいう枠状部(41)とは、断面が逆V字状の2本の主リード部(42)及び(43)に囲まれたV字の折り部分、又は、断面が逆U字状の2本の主リード部(42)及び(43)に囲まれたU字の2つの折り部分及び底辺のことである。
図では、内周(41−1)及び外周(41−2)が、ほぼ円形の二重構造のリング状にプレス加工されているが、必ずしも円形である必要はなく、例えば、楕円形、多角形など他の形状でも良い。
また、図15〜図18では、リング状の二重構造の側壁部(42)及び(43)にスリットはないが、溶接の無効電流を低減するため、(42)及び(43)に、図26に示すようにスリット(42−1)、(43−1)をいれて、周方向に分断しても良い。
次に、本発明で使用する断面が逆V字状又は逆U字状の二重構造のリング状リードの補助リード部について図15〜18を用いて説明する。
補助リード部(44)を形成するには、上記のように、リング状に打ち抜いた厚さ0.2〜0.4mmのNiまたはFeNi(ニッケルメッキ鋼板)からプレス加工により主リード部(41)、(42)及び(43)を形成する際に、リング状の枠状部(41)とともに複数の突片状の補助リード部(44)となる部分を除いてプレス加工すればよい。
図15〜18の主リード部(二重構造のリング状リード)の枠状部(41)の溶接面には、複数の突起(41a)が形成されている。
突起(41a)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8点以上が溶接部抵抗が小さくなるため好ましい。
また、補助リード部(44)の溶接面には、前述の補助リード部で高さのバラツキを吸収するのみならず、枠状部(41)の突起(41a)と同様に、直径0.5〜1.0mm、高さが0.5mm以上の突起(44a)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8点以上が溶接部抵抗が小さくなるため好ましい。
図15〜18においては、主リード部の枠状部(41)の溶接面に形成されている突起(41a)の数と補助リード部(44)の溶接面に形成されている突起(44a)の数は、異なった数(枠状部に8個、補助リード部に16個)になっている。
主リード部の枠状部(41)の突起(41a)の数は、4個以上が強度を確実なものとするために好ましく、溶接部の抵抗を低減するためには8個以上がより好ましく、枠状部(41)から延びた二重構造の側壁部(42)、(43)の端部に形成されている補助リード部(44)の突起(44a)の数は、その2倍となる。
なお、このように突起の数は、枠状部(41)と補助リード部(44)で異なった数になっているが、点数の少ない枠状部(41)を先付けする場合には、枠状部(41)の突起(41a)の溶接部は、補助リード部(44)の突起(44a)の溶接部より溶接面積を大きくして、枠状部の破断電流を補助リード部の突起の溶接電流より大きくしておくと、補助リード部の突起の溶接時に枠状部の溶接部の破断を防ぐことができるためより好ましい。
突起の溶接部の総面積を、主リード部の枠状部と補助リード部で異なった数にする理由は、リードを蓋と上部集電板とに溶接するに際して、本発明では先ず枠状部を溶接することが好ましく、この場合、枠状部の突起の溶接面が大きい面を溶接することによって、枠状部が強固に溶接でき、次に補助リード部の面を上部集電板に溶接するために電流を流した際に、先に溶接された部分に溶接電流が流れることによって破断することがなくなるからである。
本発明における主リード部及び補助リード部を用いた上部集電板と蓋との溶接の手順を以下に詳細に説明する。
本発明は、上部集電板と蓋との溶接に主リード部及び補助リード部を使用すると共に、その溶接の手順と構成に特徴を有している。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好ましい。
(i)密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋の内面側に主リード部の一方の面(主リード部の枠状部)を予め溶接する。(第1の溶接工程)
(ii)次に、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、該極群上に、補助リード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、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、上部集電板の上面に、蓋に溶接済みのリードの補助リード部を溶接する。(第2の溶接工程)
第2の溶接工程では、密閉化された後、密閉形電池の正負極両端子間に溶接のための電流を通電することによって、溶接が実行されるが、極群の高さ寸法にばらつきがあっても、補助リード部に形成されている突片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、集電板と主リード部及び補助リード部との溶接が容易で確実なものとなる。
また、リードがリング状の主リード及び補助リードからなるものである場合は、蓋の内面に主リードの一方の面を溶接する第1の溶接工程の後、主リードの他方の面に補助リードを溶接し、上部集電板の上面に、蓋に溶接された主リードに溶接済みの補助リードを溶接する第2の溶接工程を行うことが好ましい。
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。
次に、主リードが予め溶接された蓋を載せて、主リードと補助リードを集電体に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれを吸収する実例を図14を用いて説明する。
図14では、集電板(2)と蓋(50)とをリング状の主リード(20)及び補助リード(30)を介して溶接した部分を拡大して示している。
図14における(a),(b),(c)は、極群の高さが高い場合(a)、極群の高さが標準的な場合(b)、極群の高さが低い場合(c)であり、集電板2の高さがずれていることを示している。
図示の如く、集電板(2)と蓋部(50)との高さ方向の位置ずれは、補助リード(30)に形成された突片(30−2)のバネ弾力により、吸収されていることが理解できる。
なお、主リード(20)及び補助リード(30)を蓋部(50)と集電板(2)とに溶接するに際して先ず蓋部(50)に主リード(20)の突起の数を多くして溶接することが好ましい。
これは密閉形電池構成上蓋は密閉形電池密閉を維持するために厚い部品を使うことが一般的であるので、リードとの溶接時には発熱量を大きくしないと溶接熱が周囲に逃げて溶接しにくい為大きな電流が必要であり、溶接後の破断強度が小さくなりやすいためである。
集電板は蓋よりも薄い部品を使うことが一般的であり、主リード部との溶接時には発熱量が小さくても溶接熱が周囲に逃げにくく、溶接が容易であるため、通電電流量を小さく、通電時間を短くできるため、補助リードを集電板へ溶接をする際に第1回目の溶接部分は強固に溶接されているので、破断を防止することができる。
さらに、図30〜32を用いて、断面が逆U字状の二重構造の主リード部(40)が予め溶接された蓋(50)を載せて、主リード部(40)と補助リード部(44)を上部集電板(2)に溶接するに際して、高さ方向の位置ずれを吸収する実例を説明する。
図30〜32は、極群の高さが高い場合(図32)、極群の高さが標準的な場合(図30)、極群の高さが低い場合(図31)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。
この図から、補助リード部の突片(44)のバネ弾力により、極群の高さのずれを吸収し、溶接を確実なものとすることができるのが分かる。なお、第1の溶接工程において、二重構造の主リード部(40)の枠状部(41)を蓋(50)の内面に溶接する工程で、枠状部(41)に設けた突起(41a)に押圧が加わり、突起が消失するので、図には、枠状部(41)の突起が記載されていない。
図33では、図23のスリットが形成された逆U字状の主リード部(40)を用いて、高さのばらつきが主リード部(40)の開きと補助リード部(44)の湾曲で吸収した場合を示している。
図示の如く、上部集電板(2)と蓋(50)との高さ方向の大きな位置ずれは、主リード部(40)のスリットと補助リード部の突片(44)で吸収されていることが理解できる。
また、前記の本発明の一実施形態によれば、2回の溶接工程を要するが、第1回目の溶接では蓋とリードを予め溶接しておき、注液して密閉化した後、密閉形電池を介して溶接電流を流すのは第2回目の溶接時のみであると共に、図13〜35に示す如き構成の主リード部及び補助リード部を使用することが可能になるので、極めて低い抵抗の集電構造を備えた密閉形電池を実現することができるので好ましい。
なお、密閉形電池内部の集電板と主リード部との溶接接点は、酸化被膜などに覆われると溶接しにくくなるため、酸化し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。
図37に本発明の1実施例である補助リードを介してリング状の主リードを溶接した密閉形電池の組立て図を示す。
図37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。
(b)は、蓋部(50)にリング端子(主リード)(20)が予め溶接された状態を示している。
また、(c)は、(b)の蓋部(50)にリング端子(20)に補助リード(30)が予め溶接された状態を示している。
さらに、(d)は、(c)の蓋部(50)に溶接済みのリング端子(20)を補助リード(30)を介して上部集電板(2)に溶接した状態を示している。
次に、図38に本発明の1実施例である補助リード部を介して断面が逆U字状の二重構造の主リード部を溶接した密閉形電池の組立て図を示す。
図38において、(a)は、図37と同じである。
(b)は、蓋(50)に逆U字状二重構造のリード(40)が予め溶接された状態を示している。
また、(c)は、(b)の補助リード部(44)が極群高さを吸収するため、バネ角度を有している状態を示している。
さらに、(d)は、(c)の蓋(50)に溶接済みの逆U字状二重構造のリード(40)を補助リード部(44)を介して上部集電板(2)に溶接した状態を示している。
このとき、本発明においては、蓋(50)の内面におけるリング端子(主リード)(20)、逆U字状二重構造のリード(40)の溶接点が、蓋(50)の内面におけるキャップ(80)の端部に対応する位置(51)より外側の範囲にあることが重要である。
また、上部集電板(2)の上面における補助リード(30)、補助リード部(40)の溶接点が、上部集電板(2)の中心から外周までの長さに対して中心から41%離間した同心円と中心から69%離間した同心円で囲まれた範囲内にあることが重要であり、上部集電板(2)におけるキャップ(80)の端部の真下に対応する位置より外側の範囲にあることが好ましい。
さらに、下部集電板(100)の下面と電槽(60)底の内面との溶接箇所が、中心部一箇所(100−2)だけではなく、溶接点(100−1)のように、下部集電板(100)におけるキャップ(80)の端部の真下に対応する位置より外側の範囲にあることが重要である。
そうすると、電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にある場合に、電流の流通経路が短くなるため、内部抵抗が低くなり、出力密度も大きくなる。
本発明においては、集電板とリードを溶接する際に、正負極間に極短時間ではあるが交流パルスであって、大きな電流を通電することが好ましい。該通電された電気は正極板および負極板の電気二重層に貯えられるために電解液が電気分解によって分解されるのを防止することができる。電気二重層容量の大きさが大きいと、電池に損傷を与えることなく通電可能な電流の大きさおよび電気量が大きくできる。正極板と負極板の電気二重層容量は、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、集電板とリードを溶接して良好に接合するものである。
従来提案されていた充電側又は放電側への一方向へのパルス充電又は放電による溶接方法では、通電時に電池内からのガスが発生し電解液を含んだガスが安全弁を開弁させ、安全弁を電解液が腐食させてしまうため、安全弁の開弁圧安定性が低下してしまう問題が発生する。このため、このような溶接方法を実施するためには、蓋を密閉させずに開放状態で通電し溶接するか、ガス発生を抑制するため通電電流を出来るだけ小さく設定する必要があった。
蓋を密閉化させずに開放状態とすると、リードの接続距離はどうしても長くなってしまう欠点を有しており、短いリードを用いると溶接接点が正極集電板と接触できず溶接できないという問題を有していた。また、電池内のガス発生を抑制するため、通電電気量を小さくするか、通電時間を短くするため、溶接点の強度が低くなり、抵抗も増大してしまう。
このため、電池からのガス発生を抑制すべく、通電のパルス電流について検討したが、その通電パルス電流を特定のものとすることによって、驚くべきガス発生抑制効果が得られることが判った。即ち、通電電流を充電と放電を1セットとした交流パルスとせしめることによって、大きな電流や長い通電時間でもガス発生を抑制でき、密閉化状態で電池内接点溶接を可能にするに至った。
具体的には、通電電気量が0.4kA/Ah以上の場合、優れた低抵抗溶接が可能となるものの、0.8kA/Ahより通電電気量が大きくなると、溶接接点がはじけ飛び逆に抵抗が増大するため、通電電気量は0.4〜0.8kA/Ahが好ましい。
また、充電パルスの通電時間及び放電パルスの通電時間は3msec以上の場合、優れた低抵抗溶接が可能となるものの、7msecより通電時間が大きくなると、溶接接点がはじけ飛んだり、接点が加熱されて酸化被膜が形成されるためか、逆に抵抗が増大するため、通電時間は3〜7msecが好ましい。
単発のパルスで長い時間の通電を行い接触点の抵抗を低減するには、できるだけ大きな電流と長い時間を必要とするが、前記問題を有しており好ましくない。
通電電流のパルスを、充放電を1回のパルスとして、充電と放電を1セットとした交流パルスの通電を複数回で行うことによって、1つのパルスの通電電流と通電時間を短く出来るため好ましく、6回の通電を超えると、電池内での分極が充電側、放電側に蓄積されてしまうためか、ガス発生が大きくなり密閉状態を維持できなくなるため、2回〜6回実施することが好ましい。
また、密閉形電池の複数個で組電池とする場合にも、組電池を構成する少なくとも1つの密閉形電池内に、外部電源により交流パルスを通電して、該電池と該電池と隣り合う電池の端子同士を直にまたは電池間接続部品を介して溶接することができる。
電池間接続部品(接続リード)としては、図48及び図49に示すように、蓋と上部集電板を接続するリードと同じリング状リード110、二重構造のリード110’を用いることができるが、異なる接続リードであってもよい。
組電池を製造する場合の交流パルスの通電においても、通電電気量は0.4〜0.8kA/Ahが好ましく、通電時間は3〜7msecが好ましく、充電と放電を1セットとした交流パルスの通電を2回〜6回実施することが好ましい。
なお、電池の正極と負極の放電容量は、必ずしも等しくなく、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム電池等のアルカリ蓄電池においては、負極に比べて正極の放電容量が小さい。このような場合には、放電容量の小さい正極の放電容量を基準にして単位放電容量当たりの通電電流の大きさを設定する。また、通電電流の大きさは時間に対して一定であるとは限らない。ここでいう、通電電流の大きさは、通電電流値の通電時間に対する平均値をいう。
前記のように、本発明においては電気二重層の容量が大きければ、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ると、負極を構成する水素吸蔵合金粉末の比表面積が小さいためか、正極板に比べて負極板の電気二重層容量が小さい傾向がある。このような点から、電池に組み込む前に水素吸蔵合金粉末を高温のNaOH水溶液や酢酸−酢酸ナトリウム水溶液などの弱酸性の水溶液に浸漬処理を施して負極板の電気二重層容量を大きくすることが好ましい。
なお、ここでいう電気二重層容量とは、電池が電解液を分解しガスを発生させ、電池内部の圧力が電池の開弁圧を超えない範囲で充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いわゆる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。
また、本発明に係る密閉形蓄電池は電池内部の抵抗が小さく、急速充電に対する適応性も高めることができるものである。従って、正極および負極も充電受け入れ特性が高い構成となるように配慮することが好ましい。
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挙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。
まず、実施例1〜11では、リング状リードを用いた密閉形電池の例について、比較例と対比して説明する。
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。
前記高密度水酸化ニッケル粒子を、苛性ソーダでpH10〜13に制御したアルカリ水溶液に投入した。該溶液を撹拌しながら、所定濃度の硫酸コバルト、アンモニアを含む水溶液を滴下した。この間、苛性ソーダ水溶液を適宜滴下して反応浴のpHを11〜12の範囲に維持した。約1時間pHを11〜12の範囲に保持し、水酸化ニッケル粒子表面にCoを含む混合水酸化物から成る表面層を形成させた。該混合水酸化物の表面層の比率は芯層母粒子(以下単に芯層と記述する)に対して、4.0wt%であった。
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。
前記活物質粒子にカルボキシメチルセルローズ(CMC)水溶液を添加して前記活物質粒子:CMC溶質=99.5:0.5のペースト状とし、該ペーストを450g/m2のニッケル多孔体(住友電工(株)社製ニッケルセルメット#8)に充填した。その後80℃で乾燥した後、所定の厚みにプレスし、表面にポリテトラフロロエチレンコーテイングを行い幅47.5mm(内、無塗工部1mm)長さ1150mmの容量6500mAh(6.5Ah)のニッケル正極板とした。
(負極板の作製)
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。
(密閉形ニッケル水素蓄電池の作製)
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39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)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。
厚さ0.6mmのニッケル板であって、幅2.5mm、長さ66mm、長辺の一方に高さ0.5mmの突起を10個備え、他方の長辺に高さ2mmの突起を8個備える板を内径20mmのリング状に丸めたリードを用意した。ニッケルメッキを施した鋼板からなり中央に直径0.8mmの円形の透孔を設けた円板状の蓋体を用意し、該蓋体の内面側に前記リードの高さ0.5mmの10個の突起を当接させ、抵抗溶接によりリング状リードを蓋体の内面に接合した。蓋体の外面には、ゴム弁(排気弁)およびキャップ状の端子を取り付けた。蓋体の周縁をつつみ込むように蓋体にリング状のガスケットを装着した。
該蓋体を、蓋体に取り付けたリードの高さ2mmの8個の突起が正極集電板に当接するように極板群の上に載置し、電槽缶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、突起と集電板の当接面1個当たり200gfの押圧力が加わる高さになるように、リードに設けた高さ2mmの突起の外側への張り出し角度を調整した。
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。
キャップ(80)(正極端子)、電槽缶(60)の底面(負極端子)に抵抗溶接機の溶接用出力端子を当接させ、充電方向および放電方向に同じ電流値で同じ通電時間となるように通電条件を設定した。具体的には、電流値を正極板の容量(6.5Ah)1Ah当たり0.6kA/Ah(3.9kA)、通電時間を充電方向に4.5msec、放電方向に4.5msecに設定し、該交流パルス通電を1サイクルとして2サイクル通電ができるようにセットし、矩形波からなる交流パルスを通電した。このとき開弁圧を超えてガス発生していないことを確認した。このようにして蓋(50)と正極集電板(2)がリング状リード(20)で接続された図1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。
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176gであった。
(化成、内部抵抗および出力密度の測定)
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。
出力密度の測定方法は、電池1個用いて25℃雰囲気下において、放電末より650mA(0.1ItA)で5時間充電後、60Aで12秒間流した時の10秒目電圧を60A放電時10秒目電圧とし、放電分の電気容量を6Aで充電した後、90Aで12秒流した時の10秒目電圧を90A放電時10秒目電圧とし、放電分の電気容量を6Aで充電した後、120Aで12秒流した時の10秒目電圧を120A放電時10秒目電圧とし、放電分の電気容量を6Aで充電した後、150Aで12秒流した時の10秒目電圧を150A放電時10秒目電圧とし、放電分の電気容量を6Aで充電した後、180Aで12秒流した時の10秒目電圧を180A放電時10秒目電圧とした。
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。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で9mm)
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を2mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で8mm)
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を3mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で7mm)
(比較例1)
図6に示すようなリボン状リードを適用した構造の密閉形電池を作製した。なお、図36に示すように正極集電板および正極集電板と蓋体を接続するリードを一体形とし、正極集電板およびリードを厚さ0.4mmのニッケル板製とし、リードの幅を7mm、長さを25mmとし、蓋体とリードを抵抗溶接にて2点溶接した。正極集電板およびリードの構成以外は実施例1と同じ構成の密閉形蓄電池とした。このとき開弁圧を超えてガス発生していないことを確認した。
(比較例2)
図41に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)4点を有する補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は実施例1と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を4mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で6mm)
(比較例3)
実施例1の上部集電板とリング状リードに代えて、図53に示すようなリード部を形成した上部集電板の構造を用いたこと以外は実施例1と同様にして図54に示すような密閉形電池を得た。
(表1に、L1/X1比率関係は記載)
実施例2〜4、比較例1〜3で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を、実施例1の測定結果とともに表1に示す。
特に、L1/X1比が1〜2.1の範囲で小さくなるにしたがって、内部抵抗が低く、出力密度が高くなる傾向が見られた。
比較例2のように、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置が本発明の範囲を満たしても、L1/X1比が2.1を超えると、内部抵抗がやや大きくなり、出力密度も1400W/kg未満となるので、好ましくない。
比較例1は、従来のリボン状リードを適用した密閉形蓄電池であり、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置は本発明の範囲を満たすが、L1/X1比が極めて大きいため、内部抵抗も大きく、出力密度も低い。
比較例3は、従来の集電板打ち抜き加工形リードであり、L1/X1比は本発明の範囲を満たすが、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置がキャップの端部より内側にあるため、内部抵抗も大きく、出力密度も低い。
(比較例4)
実施例1のリング状リードの半径を5mmとしたこと以外は実施例1と同様にして密閉形電池を得た。
(比較例5)
図41に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)4点を外側に形成し、図5に示されるような形状となる補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は比較例4と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は5mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を2mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で7mm)
比較例4及び5で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を、実施例2の測定結果とともに表2に示す。
表2に示される比較例4及び比較例5のように、L1/X1比が本発明の範囲を満たしても、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置がキャップの端部より内側にある場合には、図5に示されるように、電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあると、蓋を電流が通る必要があり、電流の流通経路が長くなるため、内部抵抗がやや大きくなり、出力密度も1400W/kg未満となるので、好ましくない。
1400W/kg以上の出力を保持することは、ハイブリッド形電気自動車(HEV)でのアシスト時に200A(30ItAのレートに相当)の放電を行っても、常温において1V/セルを切ることがない性能を保持することを意味している。このため、1400W/kg以上の出力密度を有するニッケル水素電池は、過放電防止のための電圧制御の下限値として1V/セルを設定でき、このため放電レートの上限を30ItAとしたときの、いかなる放電パターンにおいても過放電を防止することができるので好ましい。
(比較例6)
図41に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)4点を形成した補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は比較例4と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は5mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で4mm)
(比較例7)
実施例2のリング状リードの内面の半径を6mmにして、図41に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)4点を形成した補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は実施例2と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は6mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で5mm)
なお、主リード内面の半径は7mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で6mm)
なお、主リード内面の半径は8mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で7mm)
なお、主リード内面の半径は8mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で9mm)
なお、主リード内面の半径は9mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で10mm)
(比較例8)
実施例2のリング状リード板の内面の半径を10mmにして、図41に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)4点を外側に形成し、図3に示されるような形状となる補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は実施例2と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接部(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で11mm)
比較例6〜8、実施例5〜8で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を、実施例2の測定結果とともに表3に示す。
特に、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置とともに、上部集電板におけるリードの溶接点の位置が、キャップの端部の真下に対応する上部集電板の位置より外側の範囲にある実施例2、6〜8の密閉形電池は、出力密度が1450W/kgと極めて高出力のものであった。
しかし、比較例8のように、あまり外側になりすぎると、溶接点から下駄集電までの距離が遠く、内部抵抗が高くなり、出力密度も小さくなるので、好ましくない。
比較例6及び7のように、上部集電板の中心から外周までの長さに対して中心からの離間距離が41%未満の場合には、上部集電板の上面におけるリードの溶接点の位置がキャップの端部の真下より内側になるとともに、蓋の内面におけるリードの溶接点の位置がキャップの端部より内側になるため、内部抵抗がやや大きくなり、出力密度も1400W/kg未満となるので、好ましくない。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起8点に囲われた内径は半径で9mm)
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起16点に囲われた内径は半径で9mm)
(比較例9)
実施例2のリング状リードの内面の半径を10mmにして、上部集電板との溶接点となる図13に示されるような突起(30−1)を20点とした図4に示されるような形状となる補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は実施例2と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起20点に囲われた内径は半径で9mm)
(比較例10)
実施例2のリング状リードの内面の半径を10mmにして、図44に示すような上部集電板(2)との溶接点(2−1)となる図13に示されるような突起(30−1)を2点とした図4に示されるような形状となる補助リードを介してリング状の主リードを溶接したこと以外は実施例2と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起2点に囲われた内径は半径で9mm)
実施例9及び10、比較例9及び10で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を、実施例2の測定結果とともに表4に示す。
特に、実施例2、9、10の密閉形電池を比較すると、上部集電板におけるリードの溶接点が4〜16の範囲内で増えるにしたがって、内部抵抗が低く、出力密度が高くなることが分かった。
上部集電板におけるリードの溶接点が20というように極端に多い比較例9の密閉形電池や、溶接点が2というように極端に少ない比較例10の密閉形電池の場合は、内部抵抗が高く、出力密度が低くなるので好ましくない。
これは、溶接点の溶接電流は一定の電流が必要なため、溶接点が18点を超えると電池内に流れる電流を多くする必要があり、このため極群の静電容量を超えて電解液の分解によるガス発生を発生し、通電時に漏液などの問題を発生してしまう恐れがあるからである。このため、通電の最大電流と通電時間を抑制すると、各溶接点の溶接に必要な十分な電流が得られず、電流不足による溶接不良が発生して高抵抗体の溶接点になるためである。また、2点の場合、溶接点の溶接は確実にできるものの、溶接点は比較的高抵抗の部位であるため、接点数が十分でないと全体として高抵抗になるためであると考えられる。
その後、下部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、実施例2と同様に主リード及び補助リード付きの蓋を上部集電板(正極集電板)に当接するように極板群の上に載置し、電槽缶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後、実施例2と同様な溶接電流を通電して、上部集電板と補助リードの溶接点を溶接したこと以外は実施例2と同様にして密閉形電池を得た。
なお、主リード内面の半径は10mmであり、補助リードの上部集電板との溶接点(突起)と主リードの内面までの距離を1mmに設定してある。
(即ち、突起4点に囲われた内径は半径で9mm)
実施例11で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を、実施例2の測定結果とともに表5に示す。
中心部一箇所の溶接箇所は、電池内に電流を流さず、溶接棒を極群の中心に挿入して抵抗溶接することができるため、極めて低抵抗で強固な溶接をすることができるものの、組電池としたときは、図47、図48に示すように、一方の電池の蓋(50)に取り付けられたキャップ(80)の端部より外側に電池間接続部品(110)を溶接し、その電池間接続部品を介して他方の電池の電槽(60)底の外面に溶接し、電槽(60)底の外面での溶接点は最短距離がキャップ(80)の端部の真下に対応する下部集電板(100)の位置より外側になるため、電流の流通路は、電池間接続部品と電槽底の外面との溶接点→電槽底の内面と下部集電板との溶接箇所(中心部一箇所)→下部集電板と負極板との溶接点となり電流の流通路が長くなって抵抗が大きくなってしまう。
このため、下部集電板の下面と電槽底の内面との溶接点が、キャップの端部の真下の対応する下部集電板の位置より外側の範囲にあると、電流の流通経路が短くでき、抵抗が低減できたものと考えられる。
なお、電槽底の中心部一箇所の溶接点は、電池内に電流を流さず、溶接棒を極群の中心に挿入して抵抗溶接することができるため、併用して形成することがより好ましい。
下部集電板でのキャップの端部の真下に対応する下部集電板の位置より外側の位置にある溶接点の数としては、上部集電板と同様な理由から、4〜16点が好ましく、上部集電板の効果と同様な効果が得られた。
以上の実施例1〜11と比較例1〜10で得られた電池の内部抵抗と出力密度の関係を表6に示す。
また、出力密度を縦軸に内部抵抗を横軸にプロットした結果を図46に示す。
次に、実施例12〜20では、枠状部及び二重構造の側壁部を有するリード、枠状部及びひとつの側壁部を有するリードを用いた密閉形電池の例、実施例21では、リング状リードの主リードと補助リードの厚さを変えた例について説明する。
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40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16カ所(8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)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、正極集電板が電槽の開放端側、負極集電板が電槽の底に当接するように電槽内に収容し、負極集電板の中央部分を電槽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。
厚さ0.3mmのニッケル板を図15の逆U字状の形状にプレス加工し、枠状部(41)の幅が1.8mm、枠状部(41)の中心の直径が19mm、枠状部(41)の突起(41a)の先端から、図16に示す補助リード部(44)の突起(44a)の先端までの高さが4mm、枠状部(41)の突起(41a)の8個備え、補助リード部(44)の突起(44a)を16個備えたリード(40)を用意した。
その後、図38(b)のように、主リード部の枠状部(41)の突起(41a)を当接して蓋(50)の内面にスポット溶接して取り付けた。
蓋(50)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。蓋体の周縁をつつみ込むように蓋体にリング状のガスケットを装着した。
蓋(50)を、蓋(50)に取り付けた補助リード部(44)の突片の突起(44a)が正極集電板(2)に当接するように極板群の上に載置し、電槽(60)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、図38(c)のように、電池の総高さ調整後の蓋と正極端子間の高さが、補助リード部(44)の突片の突起(44a)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、突片の角度を調整した。ここで、補助リード部(44)の突片の突起(44a)は、図45に示すような正極集電板(2)との溶接点(2−1)となるものである。
キャップ(80)(正極端子)、電槽(60)の底面(負極端子)に抵抗溶接機の溶接用出力端子を当接させ、充電方向および放電方向に同じ電流値で同じ通電時間となるように通電条件を設定した。具体的には、電流値を正極板の容量(6.5Ah)1Ah当たり0.6kA/Ah(3.9kA)、通電時間を充電方向に4.5msec、放電方向に4.5msecに設定し、該交流パルス通電を1サイクルとして2サイクル通電ができるようにセットし、矩形波からなる交流パルスを通電し、正極集電板(2)の上面に補助リード部(44)を溶接する溶接を実施した。このとき開弁圧を超えてガス発生していないことを確認した。このようにして蓋(50)と正極集電板(2)がリードで接続された図38(d)、図7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。
蓋(50)の半径は14.5mmキャップ(80)の半径は6.5mmガスケットのカシメ半径は12.5mmであり、組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.3倍であった。枠状部(41)の中心径は19mm、枠状部(41)の幅は1mmであった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の2.1倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における補助リード部(44)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における主リード部(40)の溶接点までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における補助リード部(44)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(40)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(40)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード部(45)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード部(44)の溶接点(2−1)までのリード(45)、(44)の長さは、蓋(50)の内面における主リード部(45)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
組み立て後の蓋(50)の内面における主リード(20)の溶接点から、該溶接点に最も近い正極集電板(2)の上面における補助リード(30)の溶接点(2−1)までのリード(20)、(30)の長さは、蓋(50)の内面における主リード(20)の溶接点から正極集電板(2)の上面に至る最短距離の1.4倍であった。
実施例12〜21で得た密閉形電池を、上述した実施例1と同じ条件で化成し、内部抵抗および出力密度の測定を行った。内部抵抗、出力密度の測定結果を表7に示す。
また、実施例21のように、リング状リード(シングルリード)でも、主リードを補助リードより厚くした場合、極めて優れた低抵抗と高い出力を得ることができるものの、実施例12、13のように、上部集電板との溶接点数(補助リード部の溶接点数)が多い逆U字状、逆V字状リードを用いた場合の方が、実施例21の厚みの厚いシングルの主リードと補助リードを用いたものより低い抵抗が得られることが分かる。
実施例17のように、逆U字状リードを逆にとり付け、U字状とした場合、逆U字状リードと同様な低抵抗が得られるものの、厚い蓋への熱の拡散により補助リード部の突起の溶接が確実なものとならず、1400W/Kgを下回る抵抗の高いものが30%発生した。
より大きな電流の通電などにより不良率は改善できるものの、溶接機が高価となるため、逆U字状リードの二重構造の側壁部の端部が上部集電板の上面に溶接され、逆U字状リードの枠状部が蓋の内面に溶接されていることが好ましい。
前記リードは上部集電板からの電流を均等に取り出すために、枠状部がリング状であることが好ましく、その円周上の間隔は均等である方がより好ましい。
実施例18〜20のように、主リード部の枠状部を除く主リード部や補助リード部が、周方向に間隔をおいてスリット加工されて分断されたり、リードそのものがパーツに分割されると、第1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て、大きな抵抗低減とはならない。より大きな極群高さ変動を吸収して、溶接ばらつきを低減するためには、逆U字状又は逆V字状リードの側壁部が、周方向に間隔をおいて分断されていることが好ましく、パーツの取り扱いや加工のしやすさからは、周方向に間隔をおいてスリットが形成されて分断されていることが好ましい。
前記リードの溶接面には、それぞれ突起が形成されていないと、上部集電板と補助リード部の接触抵抗が不均一となってしまい、それぞれの補助リード部に不均一な電流が流れてしまう。このため、突起が形成されていた場合、個々の溶接が均一で確実とすることができ好ましい。
枠状部への溶接は1点であると溶接点抵抗が高すぎ、複数であることが好ましく、1400W/Kgを超えるためには4点以上、1500W/Kgを超えるには8点以上とする(パーツに分割されている場合には、合計の数)ことが好ましい。
同様に、上部集電板のへの溶接も1点であると溶接点抵抗が高すぎ、複数で有ることが好ましく、1400W/Kgを超えるためには8点以上、1500W/Kgを超えるには16点以上とする(パーツに分割されている場合には、合計の数)ことが好ましい。
実施例12、13、16、及び比較例1を比較すると、前記蓋の内面における前記リードの溶接点から前記上部集電板の上面に至る最短距離の1.3〜2.1倍であると極めて優れた抵抗を得ることができるのが分かる。
これらの方法で作製した密閉形電池は、内部抵抗が0.9mΩ以下と低く、出力密度も1500W/kg以上の高出力のものであることが分かった。
1400W/kg以上の出力を保持することは、ハイブリッド形電気自動車(HEV)でのアシスト時に200A(30ItAのレートに相当)の放電を行っても、常温において1V/セルを切ることがない性能を保持することを意味している。このため、1400W/kg以上の出力密度を有するニッケル水素電池は、過放電防止のための電圧制御の下限値として1V/セルを設定でき、このため放電レートの上限を30ItAとしたときの、いかなる放電パターンにおいても過放電を防止することができるので好ましい。
実施例12、13と実施例14、15と実施例21を比較して、主リード部は単リング構造、二重リング構造のいずれでも主リード部が十分な厚みを有する場合は優れた性能が得られるのが分かる。このため、単リング構造であれば、0.4〜0.8mmの厚みが好ましい。
二重リングの場合は、単リング構造に比較して、構成する複数個分の1の厚みで、同じ抵抗が得られるため、二重リング構造では2分の1の厚みの0.2〜0.4mmで良く、厚みが0.3mm以下の場合、プレス成形で二重リング構造のリードを得ることができるため、安価となりより好ましい。
また、補助リード部の厚みは、0.4mmより厚い場合、溶接熱が不足し溶接不良を発生し易いが、0.4mm以下では確実な溶接が可能となるため0.4mm以下が好ましい。0.2mmより薄くなった場合、バネ部としての強度が低下し、確実で均一な溶接ができなくなる。このため、0.2mm以上0.4mm以下が好ましい。
二重リング構造の場合、主リード部の厚みと補助リード部の厚みが同一にできるため、1枚の板から主リード部と補助リード部がプレス成形で形成でき、安価となりより好ましい。
また、本発明の密閉形電池は、一方の電池の蓋(50)に取り付けられたキャップ(80)の端部より外側に電池間接続部品(110)を溶接し、その電池間接続部品(110)を介して他方の電池の電槽(60)底の外面に溶接することにより、図49に示すような組電池とすることができる。
なお、本発明の実施例は密閉形の円筒形ニッケル水素2次電池を用いたが、本発明はニッケル水素電池に限定されるものではなく、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池(ゲルも含む)、制御弁式鉛電池などの2次電池や、アルカリ1次電池、リチウムコイン電池など密閉形の1次及び2次電池に適用できる。
また、構成要素のリードは、実施例に示した逆U字状、逆V字状、U字状、蛇腹様形状に限定されるものではなく、他の二重構造のものであってもよい。
さらに、本発明に適用する正極板、正極集電板、セパレータ、負極板、負極集電板の形状、材質は、実施例に記載のものに限定されることはない。
Claims (42)
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記蓋の内面における前記リードの溶接点から、該溶接点に最も近い前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点までの前記リードの長さが、前記蓋の内面における前記リードの溶接点から前記上部集電板の上面に至る最短距離の1〜2.1倍であることを特徴とする密閉形電池。
- 前記上部集電板の上面と前記リードの溶接が交流パルスを通電して行われたものであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、リング状リードであり、前記蓋の内面には、前記リング状リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記リング状リードの他方の面が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、リング状の主リード及び補助リードからなり、前記蓋の内面には、前記主リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記主リードの他方の面が前記補助リードを介して溶接されていることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方に向けて延びた二重構造の側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの二重構造の側壁部の下端部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の二重構造の側壁部の下端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記主リード部の枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記補助リード部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から下方に向けて延びた側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、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請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の側壁部の下端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記主リード部の枠状部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記補助リード部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から上方に向けて延びた二重構造の側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの二重構造の側壁部の上端部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの枠状部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の二重構造の側壁部の上端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記補助リード部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記主リード部の枠状部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から上方に向けて延びた側壁部を有するものであり、前記蓋の内面には、前記リードの側壁部の上端部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記リードの枠状部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記主リード部の側壁部の上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成されているものであり、前記蓋の内面には、前記補助リード部が溶接され、前記上部集電板の上面には、前記主リード部の枠状部が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第11項に記載の密閉形電池。
- 前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、前記上部集電板における前記キャップの端部の真下に対応する位置より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第1項〜第12項のいずれか一項に記載の密閉形電池。
- 前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、4〜16点であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第12項のいずれか一項に記載の密閉形電池。
- 前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、4〜16点であることを特徴とする請求の範囲第13項に記載の密閉形電池。
- 電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第1項〜第12項のいずれか一項に記載の密閉形電池。
- 電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第13項に記載の密閉形電池。
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、前記上部集電板の中心から外周までの長さに対して中心から41%離間した同心円と中心から69%離間した同心円で囲まれた範囲内にあることを特徴とする密閉形電池。
- 前記リードが、リング状リードであり、前記蓋の内面には、前記リング状リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記リング状リードの他方の面が溶接されていることを特徴とする請求の範囲第18項に記載の密閉形電池。
- 前記リードが、リング状の主リード及び補助リードからなり、前記蓋の内面には、前記主リードの一方の面が溶接され、前記上部集電板には、前記主リードの他方の面が前記補助リードを介して溶接されていることを特徴とする請求の範囲第19項に記載の密閉形電池。
- 前記上部集電板の上面における前記リードの溶接点が、4〜16点であることを特徴とする請求の範囲第18項〜第20項のいずれか一項に記載の密閉形電池。
- 電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第18項〜第20項のいずれか一項に記載の密閉形電池。
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続され、かつ、下部集電板の下面と電槽底の内面が溶接された密閉形電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記下部集電板の下面と前記電槽底の内面との溶接箇所が、少なくとも、前記下部集電板における前記キャップの端部の真下に対応する位置より外側の範囲にあることを特徴とする密閉形電池。
- 前記下部集電板の下面と前記電槽底の内面との溶接箇所が、中心部一箇所と、前記下部集電板における前記キャップの端部の真下に対応する位置より外側の範囲に4〜16点あることを特徴とする請求の範囲第23項に記載の密閉形電池。
- 電池外部への電流取り出し接点が、蓋の上面におけるキャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第23項又は第24項に記載の密閉形電池。
- 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、リング状の側壁部を有し、前記側壁部の上端部に一方の溶接面を有し、前記側壁部の下端部に他方の溶接面を有するリング状リードであることを特徴とする密閉形電池用リード。
- リング状の側壁部を有する主リード及び補助リードからなり、主リードの前記側壁部の下端部又は上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リードが形成され、前記補助リードに溶接面を有することを特徴とする請求の範囲第26項に記載の密閉形電池用リード。
- リングの形状が円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする請求の範囲第26項又は第27項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記リードの溶接面には、それぞれ突起が形成されていることを特徴とする請求の範囲第26項又は第27項に記載の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、枠状部と前記枠状部の内周及び外周から下方又は上方に向けて延びた二重構造の側壁部を有し、前記枠状部に一方の溶接面を有し、前記二重構造の側壁部の下端部又は上端部に他方の溶接面を有することを特徴とする密閉形電池用リード。
- 前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有するリードが、前記枠状部をV字の折り部分とする断面が逆V字状若しくは前記枠状部をU字の2つの折り部分及び底辺とする断面が逆U字状又は前記枠状部をV字の折り部分とするV字状若しくは前記枠状部をU字の2つの折り部分及び底辺とするU字状のものであることを特徴とする請求の範囲第30項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記枠状部及び前記二重構造の側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記二重構造の側壁部の下端部又は上端部には、それぞれ、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成され、前記補助リード部に他方の溶接面を有することを特徴とする請求の範囲第30項に記載の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、枠状部と前記枠状部の内周又は外周から下方又は上方に向けて延びた側壁部を有し、前記枠状部に一方の溶接面を有し、前記側壁部の下端部又は上端部に他方の溶接面を有することを特徴とする密閉形電池用リード。
- 前記枠状部及び前記側壁部を有する主リード部並びに補助リード部からなり、前記側壁部の下端部又は上端部には、複数の突片状又は連続した平板状の補助リード部が形成され、前記補助リード部に他方の溶接面を有することを特徴とする請求の範囲第33項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記枠状部の内周及び外周が円形であることを特徴とする請求の範囲第30項〜第34項のいずれか一項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記側壁部が蛇腹様に加工されていることを特徴とする請求の範囲第30項〜第34項のいずれか一項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記枠状部及び側壁部が、周方向に間隔をおいて分割されて複数のパーツとされていることを特徴とする請求の範囲第30項〜第34項のいずれか一項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記側壁部が、周方向に間隔をおいて下端又は上端から縦方向にスリット加工され少なくとも一部又は全部が分断されていることを特徴とする請求の範囲第30項〜第34項のいずれか一項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記リードの溶接面には、それぞれ突起が形成されていることを特徴とする請求の範囲第30項〜第34項のいずれか一項に記載の密閉形電池用リード。
- 前記リードの溶接面には、それぞれ突起が形成されていることを特徴とする請求の範囲第37項に記載の密閉形電池用リード。
- 密閉形電池の電槽を閉鎖する蓋が素蓋の中央上部に弁体を介してキャップを被せて安全弁を形成したものであり、前記蓋の内面と上部集電板との上面とがリードを介して接続された密閉形電池の複数個で構成され、一方の密閉形電池の蓋の上面と他方の密閉形電池の電槽底の外面が電池間接続部品を介して接続された組電池において、前記蓋の内面における前記リードの溶接点が、前記蓋の内面における前記キャップの端部に対応する位置より外側の範囲にあり、かつ、前記電池間接続部品と前記蓋の上面との溶接点が、前記キャップの端部より外側の範囲にあることを特徴とする組電池。
- 前記電池間接続部品と前記電槽底の外面との溶接点が、前記電槽底における前記キャップの端部の真上に対応する位置より外側の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第41項に記載の組電池。
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