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JP2001093507A - 電池の製造方法 - Google Patents

電池の製造方法

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JP2001093507A
JP2001093507A JP27430299A JP27430299A JP2001093507A JP 2001093507 A JP2001093507 A JP 2001093507A JP 27430299 A JP27430299 A JP 27430299A JP 27430299 A JP27430299 A JP 27430299A JP 2001093507 A JP2001093507 A JP 2001093507A
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plate
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昭司 唐沢
Hiromi Kajiya
弘海 加治屋
Yoshihiro Tokutome
義博 徳留
Masaru Masaki
勝 正木
Shinichi Hibino
伸一 日比野
Hiroshi Noguchi
洋 野口
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Toyota Motor Corp
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Mitsubishi Electric Corp
Toyota Motor Corp
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    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の体積効率を大きくできる極板群と集電
板の接合構造を採用しつつ適切かつ確実に接合できる電
池の製造方法を提供する。 【解決手段】 正極板１ａと負極板２ａとセパレータ３
とからなる極板群１、２を用い、正極板１ａ及び負極板
２ａはそれぞれの端面において集電板４と接合された電
池の製造方法であって、少なくとも集電板４の表面はニ
ッケルからなり、接合部にはニッケル系合金からなるロ
ウ材５を配し、電子ビーム６を用いてロウ材５を溶融さ
せ、正極板１ａ又は負極板２ａの端面と集電板４とを接
合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電池の製造方法に関
し、特に極板の端面と集電板とを接合する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】蓄電池の構造として、正極板、負極板及
びセパレータを積層した角型の構造が主に水溶液系の蓄
電池を中心として用いられている。この構造は、限られ
た空間の中でできるだけ電極面積を大きくとるための構
造であり、電極面積を大きくすることにより極板の反応
効率があがる他、大電流を取り出すことができるなど電
池の特性と大きな関係がある。
【０００３】複数枚の極板を積層した構造においては、
各極板からの電流を取りだす構造についてさまざまな提
案がなされている。その一つとして、１枚１枚の極板に
リード状の導体を取付け又は引き出して束ねた後、電槽
の外部に電流を引き出す極柱に接合した構造が知られて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な構造を用いて各極板から電流を取り出した場合、リー
ド状の導体部が大きな容積を占有することにより、電池
全体の小型化に大きな制約となっていた。
【０００５】そこで、図８に示すように、各極板１ａ、
２ａを積層するとともにその端面を直接集電体４に溶接
する方法が考えられている。すなわち、複数の正極板１
ａ及び負極板２ａから構成された極板群１及び２を、そ
れぞれ集電板４の表面に対して直立するような姿勢で突
き合わせて接合する方法であり、このとき集電体４と極
板群１および２はＴ型継手を構成する。
【０００６】その接合には特公昭６１−８５３９号公報
に開示されているアーク溶接法や、特許第２６１６１９
７号公報に開示された電子ビーム溶接法などを適用する
ことが考えられるが、図８のような電池の極板群と集電
体の接合に適用した場合、電池の小型化のためにそれら
の間の距離が非常に小さいため、各極板１ａ、２ａ間に
介装されているセパレータ３がその熱で溶けてしまい、
正極板１ａと負極板２ａの間の短絡を起こし易くなって
しまい、適切に接合することが困難であるという問題が
ある。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電池
の体積効率を大きくできる極板群と集電板の接合構造を
採用しつつ適切かつ確実に接合できる電池の製造方法を
提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電池の製造方法
は、正極板と負極板とセパレータとからなる極板群を用
い、正極板及び負極板はそれぞれの端面において集電板
と接合された電池の製造方法であって、少なくとも集電
板の表面はニッケルからなり、接合部にはニッケル系合
金からなるロウ材を配し、電子ビームを用いてロウ材を
溶融させ、正極板又は負極板の端面と集電板とを接合す
るものである。
【０００９】このような構成により、極板群と集電板の
接合部にこれらを構成する材料より低い融点を有するロ
ウ材を介在させ、これに電子ビームを照射することによ
りこのロウ材を溶融し、極板と集電板を接合することが
でき、接合部に与えるエネルギー量を抑えることがで
き、セパレータをはじめとする接合部以外の場所に熱影
響を与えることなく、極板と集電体を確実に接合するこ
とができる。
【００１０】上記ロウ材のニッケル系合金は、ニッケル
とリンの２元合金が好適である。
【００１１】また、同一の集電板上の複数の位置に電子
ビームを照射すると、より確実に接合できるとともに高
い集電効率を確保でき、かつ一部又は全部の照射位置に
おいて隣合わない照射位置を連続して照射することによ
り、電子ビームの照射部が十分に冷却した後それに隣合
う部分に対して電子ビームを照射するため、熱影響をよ
り確実に小さくすることができる。
【００１２】また、電子ビームの照射量を集電板の幅方
向に変化させることにより、特に両端では熱の放散が大
きいので、例えば集電板の幅方向に連続して電子ビーム
を照射し、その両端部には繰り返して電子ビームを照射
するなど、両端での照射量を多くすることにより、全体
的に均等な接合状態を得ることができる。
【００１３】また、電子ビームを予めビームコレクタに
照射し、出力が安定した後、極板と集電板との接合部に
照射し、その後ビームコレクタを経由した後、次の極板
と集電板との接合部に照射すると、安定的に信頼性の高
い接合状態を得ることができる。
【００１４】また、同一場所に複数回電子ビームの照射
を行うことにより、１回の照射エネルギーの小さいコン
パクトで安価な電子ビームを用いても十分な入熱量を確
保できるとともに、多数回照射により端から端まで万遍
なく電子ビームを照射して均一に入熱させて信頼性の高
い接合が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電池の製造方法の
一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１６】図１において、複数の正極板１ａ及び負極
板２ａから構成された極板群１及び２を、それぞれ集電
板４の表面に対して直立するような姿勢で突き合わせて
接合している。複数枚の正極板１ａ及び負極板２ａの端
面と集電板４の間に、これらよりも融点の低い材料から
なるロウ材５を挟み込んだ構造となっている。
【００１７】この集電板４に極板群１、２とは反対側か
ら電子ビーム６を照射して加熱することによって接合し
ている。電子ビーム６の照射は、複数箇所について極板
の長さ方向に対して垂直方向に振動させて行っており、
電子ビーム６を照射した集電体４の表面には溶融ビード
７が形成されている。なお、電子ビーム６をライン状に
照射する例を図示しているが、極板との突き合わせ位置
毎にスポット加熱してもよい。
【００１８】図２に、接合部の断面構造を示す。電子ビ
ーム６の照射により、集電体４の内部は一部溶融して溶
融ビード７が形成され、その熱によって溶融した低融点
材料からなるロウ材５が隅肉となって接合部が形成され
る。この場合、単純なＴ型継手に比べて接合部の面積が
著しく増大するだけでなく、溶接よりも小さな入熱量で
接合部が形成されるため、電子ビーム６の貫通などによ
り他部材を損傷させることなく、接合の安定性を向上す
ることができる。
【００１９】本実施形態におけるロウ材５を構成する低
融点材料については、特に電解液であるアルカリ性水溶
液に対する耐久性が要求される。電解液にＫＯＨを用い
るようなニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素
蓄電池については、ニッケル系合金が有用である。特
に、ニッケルに数％〜数１０％のリンを主として含んだ
２元系合金は、電解液との反応もなく、低融点材料とし
て使用できる。また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉという４元
からなる合金では、９５０℃、上記Ｎｉ−Ｐ系合金では
９００℃程度の融点を有していることから、少なくとも
集電板４や極板１ａ、２ａの表面に使用されるニッケル
より融点が低いため、電子ビーム６による入熱量が少な
くて済み、本実施形態において使用する低融点材料とし
て好適である。
【００２０】次に、図３を参照して電池の製造工程を説
明する。まず、図３（ａ）に示すように、正極板１ａ、
負極板２ａをセパレータ３を交互に積層して正極及び負
極の極板群１、２を形成する。この時、一方の面に一方
の極性の極板が突出し、他方の面に他方の極性の極板が
突出するように配置する。次に、図３（ｂ）に示すよう
に、低融点材料のロウ材５を一面に配した集電体４を、
そのロウ材５を配した面を何れか一方の極板の端面に密
着させる。その後、集電板４を上方から加圧して極板群
１又は２の端面と集電板４のロウ材５との密着を確保し
て、集電板４の上方から電子ビーム６を照射する。本実
施形態では、極板の端面に垂直な方向から極板の配列方
向に溶融ビード７が複数条形成されるように電子ビーム
６を照射した。これにより各極板１ａ又は２ａと集電板
４との接合点が複数形成されることとなる。この後、図
３（ｃ）に示すように、極板群の上下面を反転させて、
もう一方の極性の極板２ａ又は１ａと集電板４とを上記
と同様に接合する。これらの工程により、極板群１、２
と集電板４との接合が完了する。
【００２１】上記電子ビーム６の照射による集電板４と
極板群１又は２との接合に際しては、図４に示すよう
に、まずビームコレクタ８に電子ビーム６を照射して、
電子ビーム６を安定させた後、溶接対象ワークである集
電板４に電子ビーム６に移動させて溶接する。ビームコ
レクタ８から集電板４への移動は、約０．１ｍｓｅｃ程
度で移動する。このように電子ビームを安定させてから
集電板４に照射することにより、常に安定した電子ビー
ム６にて集電板４と極板群１又は２とを接合することが
できる。
【００２２】また、電子ビーム６は、集電板４に対して
１列当たり１００ｍｓｅｃ程度照射する。その際、電子
ビーム６は５ｋＨｚの速度で照射するため、１列を約５
００回連続して照射することになる。これにより、比較
的小さな出力のコンパクトで安価な電子ビーム照射装置
からの電子ビーム６にて接合できるとともに、多数回照
射により端から端まで万遍なく電子ビーム６を照射して
均一に入熱することができ、ロウ材５を均一に溶かして
集電板４と極板群１、２の端面を接合することができ
る。
【００２３】また、集電板４に対して間隔をあけて平行
に複数列の溶融ビード７を形成する際には、１列目を約
１００ｍｓｅｃ電子ビームを照射した後、０．１ｍｓｅ
ｃで次の列に移動して２列目を溶射する。次の列も同様
に０．１ｍｓｅｃで移動し、以下同様の動作を繰り返し
て複数条の溶射を行う。
【００２４】さらに、電子ビーム６の照射順序は、隣接
する照射列間の間隔が狭い場合には、連続させずに間を
おいて順不同で溶射することにより、電子ビーム６が局
部的に長時間照射されることにより他の構成部材に熱影
響を与えるのを防止している。例えば、図５の例では、
１列目を照射した後、間隔の狭い２列目をスキップして
３列目を２番目に照射し、その後列間に十分な間隔のあ
る４〜６列目は３〜５番目に連続して照射し、次に２列
目に戻って６番目に照射し、最後の７番目に６列目との
間の間隔の狭い７列目を照射している。
【００２５】また、電子ビーム６の各回毎の照射におい
て、図６、図７に示すように、その出力を照射幅方向に
対して変化させている。すなわち、接合部の端部は中央
部に比較して放熱性が高く、またロウ材５が集中するこ
ともあり、照射入熱量を多くしないと、接合できない恐
れがあるため、図７に示すように、両端部の照射入熱量
を中央部に比して多くしている。具体的には、図６に示
すように、端から中央部をへて端まで複数回連続して電
子ビーム６を照射して両端間にわたる溶融ビード７を形
成した後、その両端部にのみ更に複数回照射することに
より照射入熱量の多いスポットビーム痕９を形成してい
る。
【００２６】本実施形態によれば、以上のように極板群
１、２と集電板４の接合部にこれらを構成する材料より
低い融点を有するロウ材５を介在させ、これに電子ビー
ム６を照射することによりこのコウ材５を溶融し、極板
１ａ、２ａと集電板４を接合しているので、接合部に与
えるエネルギー量を抑えながら確実に接合することがで
き、セパレータ３をはじめとする接合部以外の場所に熱
影響を与えることなく、極板１ａ、２ａと集電体４を確
実に接合することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の電池の製造方法によれば、以上
の説明から明らかなように、極板と集電板とに用いられ
ている材料よりも低融点の材料を介在させ、これを電子
ビームを用いて溶融させることにより、極板と集電体と
を接合するため、直接極板と集電板を溶接する場合に比
べて、小さな入熱量で接合することができるため、セパ
レータをはじめとする他の部材への熱影響を少なく抑え
ることができるとともに、接合部の信頼性を向上させる
ことができる。よって、本発明によれば信頼性の高い蓄
電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の製造方法の一実施形態における
極板と集電板の接合時の状態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線部分拡大断面図である。
【図３】同実施形態における極板と集電板の接合工程を
示す斜視図である。
【図４】同実施形態における電子ビームの照射方法の説
明図である。
【図５】同実施形態における接合部の分布と接合順序の
説明図である。
【図６】同実施形態における接合部の状態を示す説明図
である。
【図７】同実施形態における接合部の位置と電子ビーム
の出力の関係を示すグラフである。
【図８】従来例における極板群と集電板の接合時の状態
を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 正極板群 １ａ 正極板 ２ 負極板群 ２ａ 負極板 ３ セパレータ ４ 集電板 ５ ロウ材 ６ 電子ビーム ８ ビームコレクタ
フロントページの続き (72)発明者 唐沢 昭司 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック ＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者 加治屋 弘海 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック ＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者 徳留 義博 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック ＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者 正木 勝 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 日比野 伸一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 野口 洋 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA04 BB13 BB17 CC12 CC16 CC22 EE03 EE05 5H028 BB05 BB10 CC05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正極板と負極板とセパレータとからなる
    極板群を用い、正極板及び負極板はそれぞれの端面にお
    いて集電板と接合された電池の製造方法であって、少な
    くとも集電板の表面はニッケルからなり、接合部にはニ
    ッケル系合金からなるロウ材を配し、電子ビームを用い
    てロウ材を溶融させ、正極板又は負極板の端面と集電板
    とを接合することを特徴とする電池の製造方法。
  2. 【請求項２】 ニッケル系合金は、ニッケルとリンの２
    元合金であることを特徴とする請求項１記載の電池の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 同一の集電板上の複数の位置に電子ビー
    ムを照射し、かつ一部又は全部の照射位置において隣合
    わない照射位置を連続して照射することを特徴とする請
    求項１記載の電池の製造方法。
  4. 【請求項４】 電子ビームの照射量を集電板の幅方向に
    変化させることを特徴とする請求項１記載の電池の製造
    方法。
  5. 【請求項５】 集電板の幅方向に連続して電子ビームを
    照射し、その両端部には繰り返して電子ビームを照射す
    ることを特徴とする請求項４記載の電池の製造方法。
  6. 【請求項６】 電子ビームを予めビームコレクタに照射
    し、出力が安定した後、極板と集電板との接合部に照射
    し、その後ビームコレクタを経由した後、次の極板と集
    電板との接合部に照射することを特徴とする請求項１記
    載の電池の製造方法。
  7. 【請求項７】 同一場所に複数回電子ビームの照射を行
    うことを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
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