JP4242953B2

JP4242953B2 - 組電池の製造方法

Info

Publication number: JP4242953B2
Application number: JP26625498A
Authority: JP
Inventors: 幹朗田所; 章史山脇; 博福田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP2000100416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を一列に並べて直列に接続している組電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動工具や電気自動車のように、大電流で放電する用途に、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等のアルカリ電池が使用されている。これらの用途においては、高い出力が要求されるため、複数の単電池を直列に接続して、組電池の形態で使用されている。
【０００３】
組電池は、図１に示すように、リード板２を介して、複数の単電池１を直列に接続して製作される。リード板２は、図２に示すように、一端を電池の封口板５に正極端子として設けている正極キャップ４に、他端を外装缶６の底に溶着して、隣接する単電池１を接続する。この図は溶接点を●で示している。さらに、リード板２は、互いに接近して配設される一対の溶接用電極棒３が押圧され、溶接用電極棒３に大電流を流してスポット溶接させる。封口板５の正極キャップ４にリード板２を溶接する一対の溶接用電極棒３は、鎖線で示すように、リード板２と封口板５の正極キャップ４とに溶接電流を流して、リード板２を封口板５の正極キャップ４に溶接する。また、外装缶６の底にリード板２を溶接する溶接用電極棒３は、リード板２と外装缶６とに溶接電流を流して、リード板２を外装缶６に溶接する。この状態で溶接されたリード板２をＵ曲して、単電池１を一列に並べた組電池とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｕ曲されたリード板を介して直列に接続される組電池が放電されると、図３の矢印で示すように、リード板２に沿って流れる。この図において、リード板２の溶接点は○で示している。この図に示す組電池は、流れる電流が小さいときは、特に問題とはならないが、電動工具や電気自動車のように、大電流が流れる用途においては、リード板２の抵抗による電圧降下が生じ、組電池全体の放電時の作動電圧が低下するという問題点があった。
【０００５】
隣接する電池を押圧して、Ｕ曲したリード板２の対向面を、図３の矢印で示す方法に移動させて互いに接触させることは、リード板２に発生する電圧降下を少なくすることに効果がある。しかしながら、実際には、リード板２の対向面を、常に低抵抗な状態で接触させるのは非常に難しい。とくに、リード板２の表面が経時的に酸化して表面抵抗が大きくなり、あるいは異物を挟着する状態となると、理想的な状態で電気的に接触させることは、ほとんど不可能である。このため、リード板を介して複数の単電池を接続した組電池は、リード板による電圧降下を、理想的な状態で低下させるのが極めて難しい。
【０００６】
単電池の接続部分の抵抗は、たとえば、単電池の対向する電極を直接に半田付して少なくできる。しかしながら、半田付けは、電池から漏出する電解液等の影響で腐食しやすく、安定して長期間使用できない欠点がある。また、溶接に比較すると、連結する強度も低く、確実に接続するのが難しい欠点もある。
【０００７】
このような欠点は、図４に示すように、単電池１の正極端子と負極端子を直接に溶着して解消できる。この図に示す組電池は、２個の単電池１の中心位置をずらせて直列に接続している。上下の単電池１を溶着する溶接用電極棒３は、図において下方の単電池１の蓋と、上方の単電池は外装缶６に接触させる。ふたつの溶接用電極棒３に溶接電流を流すと、下方の単電池１の蓋と、上方の単電池１の底とが溶着される。
【０００８】
この構造の組電池は、単電池の接続部分の抵抗を小さくできる。しかしながら、この構造の組電池は、下方の単電池の蓋に溶接用電極棒を接触させるために、上下の単電池を直線状に連結できない欠点がある。さらに、多数の単電池を直列に接続するためには、何回も繰り返し溶接して、上下の単電池を連結する必要があって、接続手間がかかる欠点もある。
【０００９】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、単電池を理想的な状態で連結して、単電池の接続部分の電圧降下を極減できる組電池とその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、従来のこのような弊害を解消するために、種々の実験を繰り返した結果、単電池に溶接電流を流すという、これまでの技術から推測もできない方法で、複数の単電池を理想的な状態で接続することに成功した。しかも、この方法で溶着された組電池は、単電池の接続部分の抵抗を極減できることに加えて、電池性能をも向上させることに成功した。
【００１１】
したがって、本発明の請求項１の組電池の製造方法は、複数の単電池１を一列に直列に接続して組電池を製造している。組電池の製造方法は、複数の単電池１を、金属板９を介して、あるいは金属板９を介することなく一列に並べて互いに正極端子と負極端子の電極金属１１を直列に接続し、この状態で、組電池の両端に溶接用電極棒３を接触させて、単電池１に大電流パルス通電をして、正極端子と負極端子の電極金属１１を、金属板９を介して、あるいは金属板９を介することなく直接に溶着している。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
さらに、本発明の請求項２に記載される組電池の製造方法は、単電池１を充電状態として、単電池１を放電させる方向に大電流パルス通電している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。
【００２０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２１】
図５に示す組電池は、１０個の単電池１を一列に直列に接続している。この図の組電池は、１０個の単電池１を接続しているが、本発明の組電池は、連結する単電池の数を特定しない。また、本発明の組電池は、図６に示すように、複数の単電池１を一列に並べて直列に接続して、これ等を横に並列に並べて組電池とすることもできる。
【００２２】
単電池１は、大電流で放電できる、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等のアルカリ二次電池である。ただ、本発明の組電池は、単電池をアルカリ二次電池に特定しない。現在すでに開発され、あるいはこれから開発される電池であって、大電流で放電できる全ての電池を単電池として使用できる。
【００２３】
単電池１に適しているニッケル−水素電池は、以下の工程で製作する。
１正極には、公知の焼結式ニッケル正極を使用する。負極には、公知のパンチングメタルを集電体としたペースト式水素吸蔵合金を付着したものを使用する。
２正極と負極とを、厚みを約０．２ｍｍとする、ポリプロピレン製の不織布からなるセパレータを介して捲回して渦巻電極群とする。
３渦巻電極群の上下に、集電板を連結した後、渦巻電極群をＳＣサイズの電池缶に挿入する。
４外装缶に電解液（ＬｉＯＨ、ＮａＯＨを含有した８ＮのＫＯＨ水溶液）を注入し、封口体で外装缶の開口部を気密に密閉して、公称容量２．２Ａｈのニッケル水素蓄電池とする。
【００２４】
以上のようにして作製したニッケル−水素電池は、以下のようにして活性化する。
１ニッケル−水素電池を、室温で、０．１Ｃ（２２０ｍＡ）の電流値で、１６時間充電する。
２１時間の休止の後、０．２Ｃ（４４０ｍＡ）の電流値で電池電圧が、１．０Ｖに低下するまで室温で放電する。
この充放電サイクルを５サイクル繰り返して、単電池として使用するニッケル−水素電池を活性化する。
【００２５】
以上のようにして作成したニッケル−水素電池を単電池１に使用して、本発明の組電池がいかに優れた特性を示すかを比較するために、以下のようにして比較組電池を試作した。
【００２６】
［比較例の組電池］
前記のようにして活性化の終了した１０個の単電池１を使用して、これ等の単電池１を、図１に示すように、一列に並べて、Ｕ曲したリード板２を介して直列に接続した。リード板２には、厚みを０．１５ｍｍ、幅を７ｍｍ、長さ：３０ｍｍとするニッケル板を使用した。リード板２は、図２に示すように、一対の溶接用電極棒３を使用して、抵抗電気溶接によりスポット溶接した。両端を隣接する単電池１の正極キャップ４と外装缶６の底に溶接した後、図１に示すように、リード板２をＵ曲して、単電池１をー列に並べた形状とした。
【００２７】
本発明の組電池の特性を比較するために、以下のようにして実施例１〜４の組電池を作成した。ただし、以下の実施例の組電池は、単電池１を０．１Ｃ（２２０ｍＡ）で６時間充電して、充電状態とした後、大電流パルス通電をして、互いに正極端子と負極端子である電極金属１１を溶接した。
【００２８】
［実施例１］
比較例の組電池に使用したのと同じ単電池を、図７に示すように、正極端子と負極端子とが互いに接触するように、すなわち、単電池を直列に接続するように、保持筒７に入れて縦一列に保持する。この状態で、両端の単電池１を溶接用電極棒３で押圧する。溶接用電極棒３は、取出用のリード板８を挟着して両端の単電池１を押圧する。この状態で、組電池の正極と負極側との間に、組電池を放電させる方向に、一対の溶接用電極棒３で２４０Ｖの電圧を印加し、１ＫＡの電流を約１５ミリ秒間流す大電流パルス通電した。この大電流パルス通電において、単電池１の間のリード板２は、図８に示すように、Ｕ曲したリード板２の対向面が互いに溶接された。この図において溶接点を○で示している。
【００２９】
［実施例２］
図９に示すように、金属板９として、直径８ｍｍの円形ニッケル板（厚み：０．１５ｍｍ）を、各単電池１の間に挟着して、１０個の単電池１を保持筒７で縦一列に並べ、組電池の両端を、リード板８を介した一対の溶接用電極棒３で押圧しながら、実施例１と同一の大電流パルス通電処理を施して、単電池１間を接続した。図９において、溶接点を○で示している。
【００３０】
［実施例３］
実施例２に使用した円形ニッケル板に、ニッケル−リンメッキをした金属板を使用する以外、実施例２と同じようにして組電池を製作した。円形ニッケル板のニッケル−リンメッキは、メッキの厚さを１μｍとし、メッキ組成は、Ｎｉ８９ｗｔ％、Ｐ１１ｗｔ％とした。この実施例には、金属板９にニッケル−リンメッキした円形ニッケル板を使用したが、金属板９には、ニッケル−リン合金を使用することもできる。
【００３１】
［実施例４］
単電池１に、正極端子である封口板５の上部表面に、図１０に示すように円錐状の突起１０を設けたものを使用し、さらに、単電池１の間にリード板を挟着することなく、隣接する単電池１の正極端子と負極端子の電極金属１１を直接に接触させる状態で、保持筒７に入れる以外は、実施例１と同様にして、組電池を製作した。封口板５に設けた突起１０は、突出する高さを０．５ｍｍとし、底面の直径を１ｍｍとし、さらに、隣接する突起１０のピッチをｌｍｍとした。封口板５の表面は、ニッケル−リンメッキしている。図１０において溶接点を○で示している。
【００３２】
［実施例５］
単電池１に、実施例４に使用した単電池の正極端子に設けたのと同じ形状の円錐状の突起を負極端子に設け、正極端子を平面状とする以外は、実施例４と同様にして、組電池を製作した。
【００３３】
［実施例６］
実施例２において、金属板として使用した円形ニッケル板の表面に、円錐状の突起を設けたものを使用する以外、実施例２と同様にして、組電池を製作した。金属板に設けた突起は、突出する高さを０．５ｍｍとし、底面の直径を１ｍｍとし、さらに、隣接する突起のピッチをｌｍｍとした。
【００３４】
以上のようにして製作した組電池の高率放電特性を測定すると、以下のようになった。ただし、高率放電特性は以下の状態で測定した。
１完全に放電した後、０．１Ｃ（２２０ｍＡ）で、１６時間充電する。
２充電を完了した後、１時間放置する。
３その後、放電電流を３０Ａとして、組電池の電圧が８Ｖになると放電を停止する。
４放電時間の中間時点（１／２）における組電池の電圧を測定すると、以下のようになった。
【００３５】
比較例の組電池………１０．１Ｖ
実施例１の組電池……１０．４Ｖ
実施例２の組電池……１０．６Ｖ
実施例３の組電池……１０．７Ｖ
実施例４の組電池……１０．９Ｖ
実施例５の組電池……１０．９Ｖ
実施例６の組電池……１０．８Ｖ
【００３６】
この測定結果から、本発明の組電池は、リード板２をＵ曲して接続した比較例の組電池に比べて、大電流放電における出力電圧が高く、高率放電特性が極めて優れている。
【００３７】
さらに、実施例１〜６で試作した組電池は、大電流パルス通電によって極板が活性化されて、製造直後の実質的な容量が向上した。この特長は、単電池をニッケル−水素電池にした場合において、最大限に発揮された。これは、ニッケル−水素電池では、負極に水素吸蔵合金を使用しており、この水素吸蔵合金は、単電池製造直後の活性度が低いという欠点があり、本発明では、単電池間を接続するための溶接電流が水素吸蔵合金の活性度を高めたものと考えられる。さらに、以上の実施例は、充電した単電池を放電させる方向に大電流パルス通電して、単電池を直列に接続したが、単電池を充電する方向に大電流パルス通電して、単電池を直列に接続することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の組電池の製造方法は、極めて簡単な構造で、単電池を理想的な状態で連結して、単電池の接続部分の電圧降下を極減できる特長がある。それは、本発明の組電池の製造方法が、組電池の両端に溶接用電極棒を接触させて、隣接する単電池の正極端子と負極端子の電極金属を、金属板を介して、あるいは金属板を介することなく直接に溶着して、複数の単電池を一列に直列に接続しているからである。このように、隣接する単電池を直接に溶着する組電池の製造方法は、リード板の抵抗による電圧降下を極減し、組電池全体の放電時の作動電圧、とくに、大電流放電における出力電圧を高くして、高率放電特性を向上できる特長がある。
【００３９】
さらに、本発明の組電池の製造方法は、単電池をバイパスさせるのではなくて、単電池を充電し、又は放電する方向に溶接電流を流して、直列に接続するので、全ての単電池を直線状に揃えて接続できる。それは、複数の単電池を直線状に並べて、その両端に溶接用電極棒を接触させて溶着できるからである。さらに、この状態で直列に接続できるので、多数の単電池を１回の処理で確実に溶着できる特長もある。
【００４０】
さらにまた、本発明の組電池の製造方法は、極めて簡単な方法で単電池を直列に接続できることに加えて、単電池を接続する溶接電流で極板を活性化して、製造直後の実質的な容量を向上できるという、まさに理想的な特長を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の組電池を示す正面図
【図２】単電池にリード板を抵抗電気溶接する状態を示す拡大正面図
【図３】図１に示す組電池に電流が流れる状態を示す拡大正面図
【図４】単電池を溶着する従来例を示す一部断面正面図
【図５】本発明の実施例の組電池の正面図
【図６】本発明の他の実施例の組電池の正面図
【図７】図５に示す組電池の製造工程を示す断面図
【図８】本発明の実施例１の組電池のリード板が溶着される状態を示す一部拡大正面図
【図９】本発明の実施例２および３の組電池のリード板が溶着される状態を示す一部拡大正面図
【図１０】本発明の実施例４の組電池の単電池が溶着される状態を示す一部拡大正面図
【符号の説明】
１…単電池
２…リード板
３…溶接用電極棒
４…正極キャップ
５…封口板
６…外装缶
７…保持筒
８…リード板
９…金属板
１０…突起
１１…電極金属

Claims

複数の単電池(1)を一列に直列に接続してなる組電池の製造方法において、複数の単電池(1)を、金属板(9)を介して、あるいは金属板(9)を介することなく一列に並べて互いに正極端子と負極端子の電極金属(11)を直列に接続し、この状態で、組電池の両端に溶接用電極棒(3)を接触させて、単電池(1)に大電流パルス通電の溶接電流を流して、正極端子と負極端子の電極金属(11)を、金属板(9)を介して、あるいは金属板(9)を介することなく直接に溶着することを特徴とする組電池の製造方法。
単電池(1)を充電状態として、単電池(1)を放電させる方向に大電流パルス通電する請求項１に記載される組電池の製造方法。