专利名称：二次电池及其制造方法以及用于二次电池的集电板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池的技术改进，特别是涉及到在二次电池的极板群上各极板的集电部和集电板的接合的低成本化得以实现的二次电池及其制造方法、以及用于二次电池的集电板。
背景技术：
现有技术中，例如在日本专利“特开2001-93505号”公报以及“特开2003-36833号”公报中，揭示了将极板群的极板集电部和集电板相接合的方法，该极板群是通过隔着隔离片(separator)将正负极板层叠而形成的。这些公报中提到，在与集电板的极板集电部的接合部上涂抹钎焊料，在接合时通过加热熔化钎焊料来进行接合。
关于上述特开2001-93505号公报中记载的极板群的构造以及极板集电部和集电板的接合方法，参照图1、图2给予说明。如图1A、B所示，极板群1包括多枚正极板2和负极板3，这些正负极板被交错配置。各正极板2被袋状的隔离片4包覆。如此，正极板2和负极板3隔着其间的隔离片4被层叠。图1(a)的斜线部分表示隔着隔离片4相向排列的正极板2和负极板3能够发挥发电作用的区域。在正极板2的一侧上形成有正的极板集电部(簧片(reed)部)5，在负极板3的一侧上形成有负的极板集电部(簧片部)6。在极板群1上，两极板的集电部5、6在彼此相反侧的侧边缘处被突出设置，集电板21、22分别接合在极板集电部5、6的侧端边缘上。极板集电部5、6上开有定位孔7。极板群1上接合有外周隔离片8。
在各集电板21、22上，如图2A所示，沿较长方向每空开一个适当的间隔形成有凹凸部23。在凹凸部23的与极板集电部5、6相向的部位上，如图2B所示，添置有钎焊料24。集电板21、22分别被组合在极板群1的极板集电部5、6上，并在指向极板群1的中空箭头25的方向上被加压。然后，从集电板21、22的背面沿着凹凸部23，激光束26或者电子束沿箭头27方向照射。这样，钎焊料24被加热熔化，极板集电部5、6和集电板21、22即被分别接合在一起。
图3A是一表示其他现有技术中的集电板31的立体图。在集电板31上形成有多个交错布置的切口32、33。接合突片34是通过形成切口32、33而被形成的。如图3B所示，接合突片34的前端边缘部上，形成有和每个极板集电部5、6的侧边缘部扣合的多个锯齿状突出部35。因此，相对于极板集电部5、6即使对接合突片34施加较大的压力，也不用担心接合突片34和极板集电部5、6的侧边缘部的扣合状态松脱。所以，在施加适当的压力的状态下，集电板31和极板集电部5、6被电阻焊焊接在一起。例如，在特开2001-148239号公报中，即揭示了图3A、图3B所示的方法。
然而，在特开2001-93505号公报或是特开2003-36833号公报所记载的方法(图1、图2)中，必须预先在集电板21、22上涂抹钎焊料24，存在有成本高、费工夫的问题。
在特开2001-148239号公报所记载的方法(图3)中，由于对集电板31采用电阻焊焊接，所以集电板31本身的制作并不太花费用和功夫。但是，为了形成用于电阻焊焊接的接合突片34，必须在集电板31上形成切口32、33。所以就产生了由于该切口32、33的存在使得集电板31本身的导电电阻变大的问题。这样一来，就存在用于诸如混合动力汽车或电动汽车等的驱动电源的蓄电池所要求的高功率、高性能无法得到满足的问题。
发明内容
本发明力图解决现有技术中二次电池的集电板制作费工夫、成本高的技术问题，以及集电板本身由于导电电阻较高，导致无法满足用于诸如混合动力汽车或电动汽车中的电源驱动的蓄电池所需要的高功率、高性能的技术问题。
本发明的内容之一为提供一种二次电池。该二次电池包括拥有第一侧边缘及第二侧边缘的极板群，所述极板群包括在所述极板群的第一侧边缘上形成的拥有正的极板集电部的正的极板，和在所述极板群的第二侧边缘上形成的拥有负的极板集电部的负的极板；和接合于所述正的极板集电部上的第一集电板；和接合于所述负的极板集电部上的第二集电板；以及所述各个第一及第二集电板包含有在该各个集电板的所定之处弯折形成为断面呈山形状的接合部，所述接合部陷入相对应的所述极板集电部中并以此状态与其接合。
本发明的内容之二为提供一种制造二次电池的方法。包括以下步骤准备一个具有第一侧边缘和第二侧边缘的极板群，所述极板群包括，在该极板群的第一侧边缘上形成的具有正的极板集电部的正极板、和在第二侧边缘上形成的具有负的极板集电部的负极板；再准备分别由金属板构成的，同所述正的极板集电部和所述负的极板集电部分别接合的第一集电板和第二集电板；将各个所述第一及第二集电板的所定之处弯折形成断面呈山形状的接合部；将所述第一及第二集电板分别按压到所述正的极板集电部和负的极板集电部上，使得各个所述第一及第二集电板的接合部陷入到对应的所述极板集电部内；将所述第一及第二集电板上各自的接合部与对应的所述极板集电部的接触部及其附近熔化，使之相互接合。
本发明的内容之三为提供一种用于二次电池的集电板。所述二次电池与具有第一侧边缘及第二侧边缘的极板群被同时提供，所述极板群包括在所述极板群的第一侧边缘上形成的拥有正的极板集电部的正的极板、和在所述极板群的第二侧边缘上形成的拥有负的极板集电部的负的极板，该集电板包括含有若干所定之处的金属板；由所述金属板的所定之处形成的断面呈山形状的接合部，该接合部可接合于所述正的极板集电部或者所述负的极板集电部。
本发明的有益效果为1.在集电板的制造工艺上，无需增设在集电板上另外附加接合金属等部件的这一工序。
2.在集电板的制作上少花费费用和功夫，得以实现低成本化。
3.集电板自身以及接合部的电阻变小，从而满足蓄电池高功率、高性能的要求。
图1A为表示现有技术中二次电池的极板群和集电板的概略主视图。
图1B为表示沿图1A中箭头A-A方向上的概略剖视图。
图2A为表示图1A中极板群和集电板的接合工序的概略立体图。
图2B为表示图2A中凹凸部的概略剖视图。
图3A为表示其他现有技术中二次电池的集电板的概略立体图。
图3B为表示图3A中B部分的放大图。
图4为表示本发明第一实施例中二次电池的极板群和集电板的接合状态的概略主视图。
图5A为表示图4中极板集电部和集电板接合前状态的概略主视图。
图5B为表示图5A中极板集电部和集电板接合后状态的概略主视图。
图5C为表示图5A中接合部的立体图。
图5D为表示图5B中熔化部分的立体图。
图6A为表示另一个第一实施例中集电板和极板集电部的接合前状态的概略主视图。
图6B为表示图6A中集电板和极板集电部接合后状态的概略主视图。
图6C为表示图6A中接合部的立体图。
图6D为表示图6B中熔化部分的立体图。
图7A为表示本发明第二实施例中二次电池的集电板和极板集电部接合前状态的概略主视图。
图7B为表示另一个第二实施例中集电板和极板集电部接合前状态的概略主视图。
图7C为表示图7A中接合部的立体图。
图7D为表示图7B中接合部的立体图。
图8A为表示另一个第二实施例中极板集电部的概略主视图。
图8B为表示另一个第二实施例中极板集电部的概略主视图。
图9A为表示本发明第三实施例中二次电池的极板集电部和集电板接合前状态的概略主视图。
图9B为表示图9A中极板集电部和集电板接合后状态的概略主视图。
最佳实施例以下就本发明的第一实施例的二次电池，参照图4～图6给予说明。而且，第一实施例中的二次电池的整体构造援用日本专利“特开2001-93505”号公报中记载的内容。此外，第一实施例的二次电池中的极板群1的概略性的整体构造，援用图1的记载，对于同样的构成要素标记了同样的参照符号，并省略其说明。
如图4所示，极板群1是通过正极板2和负极板3隔着隔离片4交错层叠而形成的。举例而言，第一实施例的极板群1被内藏于镍氢二次电池当中。正极板2通过在镍的发泡金属中填充以氢氧化镍为主要成分的正极活性物质形成。负极板3通过在镍的穿孔金属板上涂抹以氢吸藏合金为主要成分的负极活性物质形成。极板群1的一侧(第一侧边缘)上突出设置有形成在正极板2上的正的极板集电部(簧片部)5，另一侧(第二侧边缘)上突出设置有形成在负极板3上的负的极板集电部(簧片部)6。在极板集电部5、6上分别接合有正的集电板11(第一集电板)和正的集电板12(第二集电板)。集电板11、12由金属板，具体而言由0.5～1.0mm左右厚的镀镍钢板形成。
如图4、图5C所示，各集电板11、12具有断面呈山形状的接合部13，接合板13是沿各集电板11、12的长度方向每空开一个适当的间隔，通过将各集电板11、12弯折成U字状而形成的。第一实施例的接合部13是将形成集电板11、12的金属板弯折而成的，在弯折时，保持金属板的板厚相同，且使得断面呈山形状的翘起部分的内侧两边相接触。接合部13的突出高度，以极板集电部5、6的宽度尺寸的约一半～2/3左右为宜，具体来说，如果极板集电部5、6的宽度尺寸为2.0～5.0mm，则接合部13的高度为1.0～3.0mm。
另一方面，在与极板群1的极板集电部5、6中的接合部13接合的部位上，在接合前预先形成有和接合部13前端扣合的凹部14。具体来说，凹部14被形成为以集电板11、12的板厚为半径的半圆形。
下面就极板群1的极板集电部5、6上接合集电板11、12的顺序，给予说明。首先，如图5A所示，将集电板11、12的接合部13，以和极板集电部5、6的端侧边缘部形成的凹部14相向的状态，沿箭头16的方向按压集电板11、12，使接合部13陷入集电部5、6的端侧边缘部。然后，在压住集电板11、12的状态下，将焊接电极(图中未显示)按压贴在集电板11、12的相邻或者互相不同的接合部13的背面上，接通焊接电流进行电阻焊焊接。于是，如图5B所示，将接合部13和极板集电部5、6相互接触的部分及其附近熔化。这样一来，如图5D所示，通过熔化部15极板集电部5、6和集电板11、12被接合在一起。
根据以上的结构，通过将集电板11、12弯曲成形，形成相对于极板集电部5、6的接合部13，因此不需要增设在集电板11、12上另外添加接合金属等部件的工序。从而，可以在集电板11、12的制作上少花费用和功夫实现低成本化。另外，由于在集电板11、12上不设有切口，所以可以减小集电板11、12自身的导电电阻。此外，使集电板11、12的接合部13陷入极板集电部5、6，通过将这些接触部及其附近熔化形成熔化部15，且通过该熔化部15使得极板集电部5、6和集电板11、12接合。因此，能切实地将集电板11、12的接合部13和极板集电部5、6接合的同时，还可以减小其接合电阻。
此外，接合部13是断面呈山形状的翘起部分的内面互相接触所形成的。因此，接合部13陷入到极板集电部5、6中的宽度不变且较小。这样，接合部13可以容易且更深地陷入到极板集电部5、6内。而且在陷入的时候也能够确保接合部13的强度和刚性。另外，在与极板集电部5、6中的接合部13接合的部位上，形成有和接合部13的前端扣合的凹部14。这样，用力压住集电板11、12使得接合部13陷入极板集电部5、6的时候，几乎不用担心各个极板集电部5、6滑出、脱离。所以，接合部13得以切实地陷入极板集电群5、6内，提高了接合的可靠性。
另外，由于采用了电阻焊焊接，所以可以得到简单且可靠性高的接合状态。这样一来，可以实现集电板11、12的低成本化，且集电板11、12自身以及接合部的电阻能够降低。
此外，接合部13的前端部的形状不仅限于通过弯折加工形成的圆弧状(图4、图5)。例如图6A、图6B、图6C、图6D所示，也可以通过冲压成形或者磨削加工将接合部13的前端部变尖，使之成为尖头部17。在图6中，极板集电部5、6的凹部14例举表示为半圆形，凹部14的形状也可以做成对应于尖头部17的三角形。这样，接合部13由于拥有尖头部17，可以使得接合部13容易且更深地陷入极板集电部5、6内。从而可以简单且切实地得到拥有较小接合电阻的接合状态。
接下来，就第二实施例，参照图7、图8给予说明。但在第二实施例的说明中，对于和上述第一实施例共通的构成要素，标记了相同的参照符号，并省略其说明，仅就主要的不同点给予说明。
在第二实施例中，如图7A、图7C所示，在各个集电板11、12上，通过对于形成接合部13的部位，至少是对于形成其前端部的部位进行压延形成有薄壁部18。于是，通过弯折该薄壁部18，形成接合部13。薄壁部18的板厚最好为原来板厚的1/2～1/3左右。此外，极板集电部5、6上形成的凹部14，其大小与薄壁部18形成的接合部13相对应。即凹部14形成为以薄壁部18的板厚为半径的半圆形。
根据第二实施例，由于接合部13特别是其前端部的板厚降低，使得接合部13容易弯曲成形，且成形后的接合部13容易陷入极板集电部5、6内。此外，由于接合部13的板厚至少确保为集电板的板厚的1/3以上，所以可以防止由接合部13引起的导电电阻变大的情况发生。
另外，在第二实施例中，如图7B、图7D所示，也可以通过在接合部13的前端部形成尖头部17，使得接合部13容易陷入极板集电部5、6内。在第二实施例中，由于容易将接合部13陷入极板集电部5、6内，所以如图8A所示，也可以不在极板集电部5、6上形成凹部14。进一步，如图8B所示，在接合部13的前端部形成尖头部17的情况下，即使不形成凹部14也可以使得接合部13容易陷入。
接下来，就第三实施例，参照图9给予说明。
在第三实施例中，通过将集电板11、12的接合部13按照V字形弯折成形，形成V字弯折部19。该V字弯折部19的前端形成有尖头部17。极板集电部5、6的凹部14对应于尖头部17形成为三角形状。于是，如图9所示，在将集电板11、12的接合部13与形成于极板集电部5、6端侧边缘部上的凹部14相对向的状态下，沿箭头16的方向按压集电板11、12，使接合部13陷入极板集电部5、6的端侧边缘部内。然后，在压住集电板11、12的状态下，从接合部13的背面一侧通过激光束20或电子束等照射(扫描)热能。于是，如图9B所示，使得接合部13和极板集电部5、6的相互接触部及其附近熔化。这样一来，在熔化部15处极板集电部5、6和集电板11、12被接合在一起。在第三实施例中，也可以得到和上述第一及第二实施例相同的作用效果。
接下来，作为实施例，就试验例给予说明。
正极板采用如下方式做成。在含有固溶状态的钴及锌的氢氧化镍粉末中，加入一定量的钴化合物和水，将其充分混合后做成膏体。然后，在多孔度为95％、面密度为450g/m2的发泡状镍多孔体中填充上述膏体。该发泡状镍多孔体拥有通过用缝焊将镍板贴付在其长边的一侧而形成的极板集电部。于是，在将该镍多孔体干燥加压后，按照规定的尺寸(厚度0.4mm，宽度35mm，长度85mm)切断，制作成拥有理论容量为700mAh的正极板。此外，把在正极板上磺化(sulfone)的聚丙烯隔离片，通过除去极板集电部以包覆成袋状，来制成带隔离片的正极板。
负极板采用如下方式做成。在氢吸藏合金(MmNi3.6Co0.7Mn0.4Al0.3、Mm稀土金属合金)中加入一定量的增稠剂、导电剂，将其充分混合后制成膏体。然后，和正极板相同，在拥有极板集电部、厚度为0.08mm的穿孔金属板上涂抹上述膏体。于是，将该穿孔金属板干燥加压后，按照规定的尺寸(厚度0.4mm，宽度35mm，长度85mm)切断，做成拥有理论容量为750mAh的负极板。
将上述正极板5片和负极板6片，以极板集电部在彼此相反侧突出的状态交错重叠，以此制成极板群。在该极板群两侧的极板集电部上，接合如下所述实施例一～四和对照例一、二的集电板。
实施例一如图5A所示构造，接合部的板厚t＝0.7mm，接合部高度s＝2.0mm实施例二如图7A所示构造，接合部的板厚t＝0.35mm实施例三如图7A所示构造，接合部的板厚t＝0.2mm实施例四如图9A所示构造对照例一如图2A所示构造对照例二如图3A所示构造另外，在实施例二～对照例二中，没有特别描述的构造即和实施例一相同。
将接合有以上集电板的各个极板群，分别插入用聚丙烯制成的方形树脂电槽中，将集电板的上部和外部电源装置的端子部连接。于是，在树脂电槽内注入10ml以氢氧化钠水溶液为主体的电解液后，通过融化树脂制成的盖子从而将树脂电槽内部密闭。这样一来，就做成了理论容量为3500mAh的试验用的镍氢类蓄电池。在以下的说明中，将采用上述实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、对照例一以及对照例二中所示集电板的电池，分别记述为电池A、电池B、电池C、电池D、电池E、电池F。
对于实施例一～四和对照例一、二中涉及到的各个实验用的电池A～F，在规定的活性条件下进行充放电以后，测定出在25℃及-30℃时的电池的内部电阻。具体来说，在25℃的环境下，对电池恒流充电使得SOC(State Of Charge，充电剩余容量)达到60％。然后，在各个温度下，对电池反复施加放电脉冲和充电脉冲。接下来，测定施加各放电脉冲后的第10秒时的电压，将该测得的电压对应于电流值绘制出关系图。然后，在各关系图上利用最小二乘法，从近似直线的倾斜度算出电池的内部电阻。该测定结果如下表1所示。
表1
从表1可知，采用了实施例一～四的集电板的电池A～D的内部电阻，和现有技术中采用了钎焊料的对照例一(电池E)相比较，其值相等或更小，比起对照例二(电池F)来则更具优势。此外，虽然从接合部的板厚为原来的1/3以下的实施例三(电池C)得到的试验结果和对照例一(电池E)相等同，但这以外的实施例(电池A、B、D)则得到了比对照例一(电池E)更为优异的结果。
在上述各实施例中，对本发明仅以适用于镍氢类蓄电池为例进行了说明，经确认，本发明对于镍镉电池、锂离子电池等方形电池也能够得到同样的结果。
如上所述，依照本发明所述的二次电池，通过将集电板弯折成形形成相对于极板集电部的接合部。从而使得集电板的导电电阻降低，并且降低了接合成本。另外，在将该接合部陷入极板集电部的状态下进行熔化接合。其结果是集电板和极板集电部之间的接合电阻得以降低。因此，可提供价格低廉的、拥有较小内部电阻的二次电池，可提供各种二次电池，特别是需要高功率高输出的用于驱动电源的二次电池。
权利要求
1.一种二次电池，其特征在于包括拥有第一侧边缘及第二侧边缘的极板群(1)，所述极板群包括在所述极板群的第一侧边缘上形成的拥有正的极板集电部(5)的正的极板(2)，和在所述极板群的第二侧边缘上形成的拥有负的极板集电部(6)的负的极板(3)；接合于所述正的极板集电部上的第一集电板(11)；接合于所述负的极板集电部上的第二集电板(12)；所述各个第一及第二集电板包含有在该各个集电板的所定之处弯折成形为断面呈山形状的接合部，所述接合部陷入相对应的所述极板集电部中并以此状态与其接合。
2.根据权利要求1记载的二次电池，其特征在于，所述各个第一及第二集电板由金属板构成。
3.根据权利要求1或2记载的二次电池，其特征在于，所述各个正的极板集电部以及各个负的极板集电部，包含有凹部(14)，该凹部用于承接所述对应的接合部的前端。
4.根据权利要求2记载的二次电池，其特征在于，所述接合部具有厚度，所述金属板具有板厚，所述接合部的厚度至少为所述金属板板厚的1/3。
5.根据权利要求1或2记载的二次电池，其特征在于，所述接合部具有由尖头部(17)形成的前端。
6.根据权利要求1或2记载的二次电池，其特征在于，所述接合部包含有互相接触的内面。
7.根据权利要求1或2记载的二次电池，其特征在于还包括，采用焊接形成的、用于将所述接合部与对应的所述极板集电部相接合的熔化部(15)。
8.一种制造二次电池的方法，其特征在于包括以下步骤准备具有第一侧边缘和第二侧边缘的极板群，所述极板群包括，在该极板群的第一侧边缘上形成的具有正的极板集电部的正极板、和在第二侧边缘上形成的具有负的极板集电部的负极板；再准备分别由金属板构成的，同所述正的极板集电部和所述负的极板集电部分别接合的第一集电板和第二集电板；将各个所述第一及第二集电板的所定之处弯折形成断面呈山形状的接合部；将所述第一及第二集电板分别按压到所述正的极板集电部和负的极板集电部上，使得各个所述第一及第二集电板的接合部陷入到对应的所述极板集电部内；将所述第一及第二集电板上各自的接合部与对应的所述极板集电部的接触部及其附近熔化，使之相互接合。
9.根据权利要求8记载的方法，其特征在于还包括，在各个所述正的极板集电部及所述负的极板集电部上，形成凹部的步骤，该凹部用于承接所述对应的接合部的前端。
10.根据权利要求8或9记载的方法，其特征在于还包括，在所述接合部的前端形成尖头部的步骤。
11.根据权利要求8或9记载的方法，其特征在于，形成所述接合部的方法包括将各集电板弯折成所述断面呈山形状，使得该接合部拥有互相接触的内面的步骤。
12.根据权利要求8或9记载的方法，其特征在于，所述各个第一及第二集电板包含有多个所述接合部；所述接合方法包括将焊接电极按压到形成于所述各集电板的两个不同的接合部的背面上进行焊接，使得在这两个不同的接合部之间有焊接电流流动，并且所述各集电板的接合部和所述对应的极板集电部的接触部及其附近熔化的步骤。
13.根据权利要求8或9记载的方法，其特征在于，所述接合方法包括在所述第一及第二集电板的接合部的背面照射激光束或者电子束，使得所述接合部的前端和所述对应的极板集电部加热熔化的步骤。
14.一种用于二次电池的集电板，其特征在于，所述二次电池与具有第一侧边缘及第二侧边缘的极板群被同时提供，所述极板群包括在所述极板群的第一侧边缘上形成的拥有正的极板集电部的正的极板、和在所述极板群的第二侧边缘上形成的拥有负的极板集电部的负的极板，该集电板包括含有若干所定之处的金属板；由所述金属板的所定之处形成的断面呈山形状的接合部，该接合部可接合于所述正的极板集电部或者所述负的极板集电部。
15.根据权利要求14记载的集电板，其特征在于，所述接合部具有厚度，所述金属板具有板厚，所述接合部的厚度至少为所述金属板板厚的1/3。
16.根据权利要求14或15记载的集电板，其特征在于，所述接合部具有在尖头部(17)形成的前端。
17.根据权利要求14或15记载的集电板，其特征在于，所述接合部包含有互相接触的内面。
全文摘要
本发明提供一种二次电池及其制造方法、以及用于二次电池的集电板。该二次电池包括通过将拥有正的极板集电部(5)的正的极板和拥有负的极板集电部(6)的负的极板，隔着隔离片交错层叠形成的极板群(1)；和采用各金属板形成的、分别接合于正的及负的极板集电部上的集电板(11、12)。各集电板(11、12)含有在金属板的所定之处弯折形成的断面呈山形状的接合部(13)。各集电板的接合部(13)，在陷入对应的极板集电部的端侧边缘部的状态下，通过电阻焊焊接接合到相对应的极板集电部上。由此得到的二次电池，无需增设在集电板上另加接合金属等部件的工序，在集电板的制作上可少花费用和功夫实现低成本化，且降低了集电板自身及接合部的电阻。
文档编号H01M4/64GK1953242SQ200610142518
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月21日
发明者林圣 , 笠原英树 申请人:松下电动车辆能源股份有限公司