专利名称：密闭型电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及镍-镉(Ni-Cd)蓄电池等的密闭型电池及其制造方法。
背景技术：
以镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)蓄电池等碱性二次电池、锂电池等非水系二次电池或一次电池为代表的密闭型电池被作为电动工具、电动汽车、电动自行车等的驱动用电源广泛使用。在这些用途中，由于有时要求大电流下的良好的充放电特性，因此作为所述电池需要尽可能降低内部电阻，形成稳定的电流路径。
但是，密闭型电池的一般的制造方法如专利文献1或2中记载所示，对于圆筒形电池的情况，首先将带状的正极板及负极板夹隔隔膜卷绕，形成圆筒形的发电要素(电极体)。按照覆盖该电极体的上下端面的方式，使在各极性的电极上具有圆盘状的主体部的集电体分别相面对，并且将其收纳在圆筒形的金属制外包装罐中。正负各集电体被分别与封口体的端子(正极端子)、外包装罐底部(负极端子)连接。此外，在向外包装罐中注入了电解液后，从电池的上下方向推压电阻焊接用电极，瞬间地流过大电流，将电极体的正极板、从正极集电体中导出的长方形的接头和设于封口体上的端子以及电极体的负极板、外包装罐一起电阻焊接(以下将该电阻焊接法称为「直接焊接法」。)。其后，将封口体安装在外包装罐的开口部，通过用挤缝加工等将其封堵，即完成密闭型电池。
在所述电阻焊接中，如专利文献3中所公布的那样，为了在将封口体放置在外包装罐的开口部上的状态下有效地进行所述焊接，缩短接头的长度，降低电流路径的电阻值，采用了改良了正极集电体的形状的技术。
这里，在外包装罐内部，在电极体上部，图6的正视图中所示的被称为绝缘圈的绝缘性构件被按照将正极集电体收缩于该圈内部的方式配设。绝缘圈是为了进行外包装罐内部的电极体的定位、防止外包装罐侧和正极集电体的短路或者防止电解液的泄漏等而设置的。
特开2002-93455号公报[专利文献2]特开平10-79243号公报[专利文献3]特开2002-231216号公报但是，具备所述构成的以往的密闭型电池中，有如下的问题。
以往的正极集电体中，通过将接头在主体部中折曲，而收缩于绝缘圈的内径部分中，但是会有该被折曲了的接头的头端与集电体的主体部接触的情况。
此种接触部分的存在，使得在制造时的在进行所述直接焊接法之际，加在电阻焊接上的负载电流值不能保持一定(产生所谓的「漏电流」)，从而导致有可能无法可靠地进行电阻焊接。
此外，当无法良好地进行电阻焊接时，在每个电池中焊接强度就会产生偏差，从而也成为电池性能不能保持一定的原因。
根据以上的理由，在正极集电体中，电阻焊接时的接头和主体部的不必要的接触就成为应当防止的问题。
而且，此种问题在配置在封口体上的端子为负的情况下，在与之连接的负极集电体中也可能同样地产生。
发明内容
本发明是鉴于以上的问题而完成的，其目的在于，通过在密闭型电池中将封口体的端子和配置在该端子正下方的集电体良好地电阻焊接，提供可以发挥优良的电池性能的密闭型电池及其制造方法。
为了解决所述问题，本发明是将正负极板夹隔隔膜重叠而成的电极体被收纳在外包装罐中、所述正负极板的任意一方借助集电体与封口体的端子电连接、外包装罐被所述封口体封口而成的密闭型电池，集电体由一体化地具备主体部、从该主体部中延伸出来的接头的板状构件构成，该接头被插穿于环状的绝缘圈中，并且在所述被插穿的接头的头端和主体部之间夹隔有所述绝缘圈的一部分，主体部被与电极体电阻焊接，并且接头在主体部中被折曲而与所述端子电阻焊接。
另外，也可以采用以下的构成，即，所述外包装罐为圆筒形，所述集电体由圆板状主体部和长方形接头构成，绝缘圈是将板状构件掏成中空而形成，具有第一圈部和从该圈部中心到内周的距离小于所述第一圈部的第二圈部，在长方形接头被插穿绝缘圈而折曲后，该接头头端被放置在所述第二圈部上。
更具体地说，也可以采用如下的构成，即，绝缘圈的开口部为扇形，在相当于该扇形开口部的弧的区域上形成所述第一圈部，并且在相当于该扇形开口部的宽腰的区域上形成有所述第二圈部。
这里，所述主体部最好其外周制成多角形。
另外，本发明是将正负极板夹隔隔膜重叠而成的电极体收纳在外包装罐中并且将该正负极板的任意一方夹隔集电体而与配置在封口体上的端子电连接的密闭型电池的制造方法，具有使用由一体化地具备主体部、从该主体部中延伸出来的接头的板状构件构成的集电体，将所述接头插穿绝缘圈的插穿步骤、将所述电极体和所述主体部电阻焊接的电极体焊接步骤、在将所述接头向所述主体部折曲的状态下将这两者用绝缘圈绝缘的同时，将所述接头电阻焊接在所述端子上的接头焊接步骤。
另外，也可以是所述外包装罐为圆筒形，所述集电体具备圆盘状主体部和长方形接头，并且所述绝缘圈由板状体制成，沿着其主面的周围设有第一周缘部、比该第一圈部更宽的第二圈部，在长方形接头被插穿绝缘圈而折曲后，将该接头头端放置在所述第二圈部上，通过使焊接电极分别与该外包装罐的底部和封口体的上部接触，来进行所述接头焊接步骤或除此以外进行所述电极体焊接步骤。
本发明的密闭型电池中，由于绝缘圈的一部分夹隔在接头和主体部之间，因此而绝缘圈就可以发挥防止集电体和外包装罐的接触的作用，并且被放置在绝缘圈上具有较宽宽度的部分的第二圈部上。由此，集电体就会避免接头的头端与主体部接触的情况。
这样，本发明中，在电阻焊接时，就可以可靠地避免由集电体的接头头端和主体部的接触引起的不稳定的电流路径的形成，通过进行良好的电阻焊接而制作电池，并且可以抑制由所述电流路径引起的内部电阻的上升，从而可以实现能够发挥稳定的电池性能的密闭型电池。
另外，本发明中，在适用于圆筒形电池的情况下，可以在绝缘圈上分别设置相对较宽和较窄的圈部，通过在其中较宽的圈部(第二圈部)上放置接头头端，而实现所述构成。
另外，此时如果将绝缘圈的开口部制成扇形，在相当于该扇的宽腰的区域上形成所述第二圈部，则即使接头被略为倾斜地插穿绝缘圈，也可以确保一定程度的旋转自由度，从而可以避免接头和主体部的不必要的接触。由此，就能够在电池组装时发挥较高的操作效率，从而良好地制造密闭型电池。
而且，本发明的绝缘圈由于可以由板状构件形成，因此可以利用比较简单的冲裁加工来获得，与注射成形等形成方法相比能够以较低成本制作。
图1是实施方式1的圆筒形碱性蓄电池的剖面立体图。
图2是表示绝缘圈(正极垫圈)的构成的图。
图3是正极集电体和绝缘圈的组图。
图4是表示制造时的焊接工序及挤缝工序的样子的图。
图5是表示正极集电体附近的构成的局部的放大剖面图。
图6是表示以往的绝缘圈的形状的图。
其中，1正极板，2负极板，3隔膜，4电极体，5负极集电体，6外包装罐，7正极集电体，8绝缘圈(防振圈或正极垫圈)，12封口体，62外包装罐底部，63缩颈部，70主体部，71接头，81第二圈部，82第一圈部，83扇形开口部。
具体实施例方式1-1.碱性蓄电池的构成图1是作为本发明的密闭型电池的一个适用例的圆筒形镍镉电池(Ni-Cd蓄电池)的剖面立体图。
该蓄电池为具有SC尺寸的圆筒形外包装罐6的蓄电池，具有在其中收纳了电极体4、电解液等的构成。公称容量作为一个例子可以设为2400mAh。在电解液中虽然可以使用各种碱性溶液，但是这里作为一个例子使用了以氢氧化钾为主体的水溶液。
圆筒形外包装罐6虽然是将由镀Ni了的Fe制成的材料加工为有底筒状的类型，但是除此以外，也可以考虑电池的种类或特性，使用不锈钢、铝等适当选出的金属材料。在外包装罐6的圆筒侧面61上，覆盖有用于外部绝缘的涂层或树脂薄膜等。外包装罐6上方的开口部60在嵌合了绝缘·密闭用衬垫11及封口体12后，被利用挤缝加工无间隙地封口。63为利用该挤缝加工形成的缩颈部。
电极体4是将正极板1和负极板2夹隔隔膜3卷绕成螺旋状而成的。
正极板1是在冲孔金属的表面形成了镍烧结多孔体后，利用化学浸渍法将以氢氧化镍为主体的活性物质填充在所述烧结多孔体内而制造的烧结式镍正极板。该正极板1被电阻焊接在具有被冲孔加工了的圆盘状的主体部70和长方形的接头71的正极集电体7上，夹隔所述封口体12，与正极端子13电连接。
负极板2是同样地利用化学浸渍法将以氢氧化镉为主体的活性物质填充在所述烧结多孔体内而制造的烧结式镉负极板，利用由镀Ni的Fe制成的多孔性圆盘状的负极集电体5，与兼作负极端子的圆筒形外包装罐6的底部62的凹部621连接。
隔膜3是将例如尼龙或聚丙烯制的绝缘性优良的微孔性薄膜加工而成的材料，是为了将电解液良好地含浸并且将正极板1及负极板2电绝缘而使用的。
所述正极集电体7、负极集电体5由导电性优良的构件例如镀镍的金属板制成。其中的正极集电体7被设定为长方形接头71的长度比主体部70的直径更短。其目的在于，除了可以缩短接头71的电流路径，还可以在制造时在将封口体12放置在该接头71上的状态下有效地进行电阻焊接(所谓的直接焊接法)。
而且，正极集电体7被插穿绝缘圈8。此外，该绝缘圈8被按照覆盖电极体4的上方端部的方式配置。
配设在外包装罐6上端的开口部的封口体12中，其周围由绝缘衬垫11包围。在封口体12中，在中央设有开口部(气体排出孔)14，按照将其覆盖的方式安装有盘状的正极端子13。
在封口体12和正极端子13的内部空间中，从下向上地依次放置阀板9、螺旋弹簧10。其中，阀板9通过被螺旋弹簧10的弹力向所述中央开口部14的周围推压，就会作为安全阀发挥作用。而且，也可以取代阀板9、螺旋弹簧10，使用橡胶等弹性体。
这里，本实施方式1的密闭型电池的特征在于插穿正极集电体7的绝缘圈8的构成。即，在该绝缘圈8中，由于被设计为夹隔于在正极集电体7中被折曲了的接头71的头端和主体部8之间的形状，因此就可以防止该接头71的头端与主体部8接触。
下面将对该绝缘圈8的构成和效果进行详细说明。
1-2.绝缘圈的构成和效果图2是表示绝缘圈8的构成的正视图。该绝缘圈8是也被称为「正极垫圈」或「防振圈」的构件，是为了防止外包装罐6内部的电极体4的振动或错位或者防止外包装罐6和电极体4的短路等而配设的绝缘构件，是将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙等耐碱性及绝缘性的板状树脂构件冲裁加工而成。具体来说，将该构件制成中空的近似圆盘状，并且将外周部分制成多角形。在其周围设置多角形的理由是为了在该绝缘圈8被收纳在外包装罐6中时，可以确保绝缘圈8和外包装罐6的间隙，从而顺利地进行电解液注入或排气。
另一方面，在绝缘圈8的内部，利用穿孔加工设有扇形开口部83。此时，将扇形开口部83的从宽腰部84到外周部的宽度d2调整为比扇形开口部83的弧的部分85到外周部的宽度d1更宽。这样，就可以分别形成具有较窄宽度d1的第一圈部82、从圈中心O到内周的距离小于所述第一圈部82并且具有宽度d2的第二圈部81。
这里，扇形开口部83的弧的部分85的范围(角度θ)最好要考虑在插穿该开口部83中的接头71的插穿角度中具有一定程度的自由度、以及按照可以将所述被插穿的接头71的头端可靠地放置在该绝缘圈8上的方式确保第二圈部81，这两方面来设计。
即，当使绝缘圈8的扇形开口部83过大时，则在材料削减、重量降低、内部空间的确保、电解液的注入性方面有优点，但是另一方面，接头71就会与主体部70接触。另外，相反地，当使扇形开口部83过小时，则虽然可以防止接头71和主体部70的接触，但是就无法获得所述的各优点。由于接头71的宽度越宽则电阻越小，可以降低电池的内部电阻，因此这样更理想。考虑到这些背景因素，兼顾接头71的宽度，来决定绝缘圈8的d2和弧的部分85的角度θ。
更具体来说，本实施方式的构成例中，接头71的宽度被设定为10mm，绝缘圈8的最大外径L被设定为21mm，d2被设定为5mm。此外，当在图2中在扇形开口部83的左右两侧假想连接线时，这些连接线的交点位于绝缘圈8的纸面最上部。按照使该交点上的连接线的角度处于60±10°的范围的方式，设计开口部83的形状。
此种构成的绝缘圈8在制造时首先要使接头71的根部(正极集电体7的折曲部分)接近第一圈部82附近。此外，如图3的(a)所示，将正极集电体7的接头71相对于主体部70竖起，使之从该绝缘圈8的第一圈部82附近插穿。其后，将接头71向主体部70侧折曲。
通过如此操作，由于接头71的头端在绝缘圈8上放置于具有较宽部分d2的第二圈部81上，因此在进行直接电阻焊接时就可以避免该接头71的头端与主体部70接触。即，设置了图6所示的圆形的开口部等的以往的绝缘圈8中，由于被折曲的接头71与主体部70直接面对，因此在进行直接电阻焊接时会有两者形成不稳定的接触部分的情况(参照图5(b))，而本实施方式中，此种接头71和主体部70的接触被绝缘圈8的夹设避免(参照图5(b))，因此在接头71被放置在绝缘圈8上的区域A上的状态下进行电阻焊接。其结果是，可以起到如下的效果，即，可靠地避免由接头71头端和主体部70的接触引起的不稳定的电流路径的形成(泄漏电流的产生)，可以形成可靠的电阻焊接部分。通过像这样形成良好的电阻焊接部分，在使用时就能够获得稳定的电池的输出，从而可以期待良好的电池特性。
另外，本实施方式1的绝缘圈8中，由于在扇形开口部83中确保了跨越较宽的角度范围的弧的部分85，因此在向绝缘圈8中插穿的接头71的进入角度上就设置了一定程度的自由度。即，绝缘圈8中如图5(c)所示，由于即使接头71被略为倾斜地插穿绝缘圈8，也可以确保旋转自由度，因此所述区域A就被良好地形成，避免了接头71和主体部70的不必要的接触。由此，根据本实施方式，在电池组装时，就不需要接头71和绝缘圈8的严格的对齐，从而可以确保高操作效率，可以良好地制造密闭型电池。
这里，绝缘圈8可以通过对板状构件进行比较简单的冲裁加工而获得，与注射成形等形成方法相比，有能够以低成本制作的优点。即，以往的绝缘圈中，例如存在有在圆盘状的主体部周缘设置立体的凸缘部的形状的绝缘圈(具体参照特开平8-264173号公报)，为了形成它就需要注射装置等。与之相反，本发明中有如下的优点，即使不构筑特别的装置或制造系统，也可以比较容易地实现本发明。而且，在此种成本的问题不是很大的情况下，当然也可以用注射法制作本实施方式的绝缘圈8。
另外，作为绝缘圈8的开口部，虽然在这里表示了设置扇形开口部83的例子，但是当然接头71的折曲部分也可以位于比绝缘圈8的内周更靠内侧的位置，只要是绝缘圈8的一部分被夹隔在集电体7的接头71和主体部70之间的形状，也可以设置此种类型以外的形状的开口部。此时，在相对于绝缘圈8的中心点O偏心的位置上，设置具有能够充分插穿接头71的大小，并且具有可以放置接头71的头端的较宽区域的形状的开口部。作为扇形以外的形状，从绝缘圈8的主面方向看，可以列举出横向较长的矩形、椭圆形等。
另外，本发明的绝缘圈8当正极集电体7具有长方形的接头71时，最好为放置该接头71头端的整体的构成，但是即使采用仅放置长方形的接头71的至少一端的构成，也可以期望此种效果。但是，为了可靠地防止接头71头端和主体部70的不必要的接触，最好像本实施方式那样，利用区域A使接头71头端的整体和主体部70分离。
另外，虽然绝缘圈8的开口部也可以具备局部与外部连通的区域，但是为了确保一定程度的构件强度，最好尽可能具有没有切口的环状的开口部。
1-3.密闭型电池的制造方法这里，对使用了所述绝缘圈8的电池的制造工序的整体的流程进行说明。
将制成了特定的尺寸的所述构成的正极板1、负极板2夹隔隔膜3卷绕，制作电极体4。
将该电极体4、负极集电体5收纳在外包装罐6中，向该外包装罐6中注入特定的电解液。另一方面，在正极集电体7中插穿绝缘圈8，将其按照放置在电极体4上的方式收纳。此时，接头71的头端如图3(b)的A所示，被放置在作为绝缘圈8的较宽部分的第二圈部81上。
然后，将封口体12与外包装罐6的开口部嵌合。
其后，从电池的上下方向按照使焊接电极W1、W2推压在封口体12和外包装罐底部62上的方式配置(参照图4(a))，进行直接电阻焊接。这样，一体化地将负极集电体5焊接在电极体4的负极板和外包装罐62上，并且将正极集电体7焊接在电极体4的正极板和封口体12的正极端子13上。其中，电极体4和各集电体7、8也可以在进行所述直接电阻焊接前，预先用点焊接等方法进行电阻焊接。
其后，对封口体12周围进行挤缝封口，将电池内部封堵(图4(b))。该封堵工序也可以利用挤缝以外的方法，例如激光封口等进行。这样，就完成了密闭型电池。
2.实施例这里，基于所述密闭型电池的制造方法，制作实施例电池，并且对其性能进行了测定。这些电池是作为容量2500mAh的SC尺寸制作的。
另一方面，作为比较例电池，还同时制作了除了使用图6所示的以往类型的绝缘圈以外，与实施例电池具有相同的构成的电池。
分别制作多个这些实施例或比较例电池，研究了封口体12的焊接强度的偏差程度。具体来说，对进行了电阻焊接的封口体12进行了拉伸实验，测定了断裂强度。在利用该实验所得的数值中，偏差越多，则在电阻焊接的强度中就会有越多的偏差，显示作为密闭型电池的性能不够优良。
在以下的表中表示有实验结果。而且，表中的「平均值」是表示了实施例电池或比较例电池的测定平均值的值。
如所述表1所示，实验的结果中很清楚实施例电池的实测值与比较例电池的实测值相比更为集中，可以确认强度偏差被抑制。此种测定结果虽然表示实施例电池中的焊接强度被提高，但更具体来说，推测在实施例电池中，由于绝缘圈的存在，在直接电阻焊接时正极电极体4的主体和接头71的不必要的接触被避免，因而显示出形成了稳定的电阻焊接。
3.其他的事项所述实施方式中，虽然对使用将正负极板夹隔隔膜卷绕而成的电极体4的构成进行了说明，但是也可以使用电极体4以外的构成，例如也可以使用长方形的正负极板、隔膜而构成。
另外，虽然在所述实施方式中对圆筒形电池进行了说明，但是本发明也可以适用于具有方形外包装罐的密闭型电池。但是，集电体及绝缘圈的形状虽然当然要与这些方形外包装罐的形状吻合，例如当然不用说需要制成如长方形。
本发明可以适用于镍氢化合物蓄电池等具备金属制外包装罐的碱性蓄电池。
权利要求
1.一种密闭型电池，是将正负极板夹隔隔膜重叠而成的电极体被收纳在外包装罐中、所述正负极板的任意一方借助集电体与封口体的端子电连接、外包装罐被所述封口体封口而成的密闭型电池，其特征是，集电体由一体化具备主体部以及从该主体部中延伸出来的接头的板状构件构成，该接头被插穿于环状的绝缘圈中，并且在所述被插穿的接头的头端和主体部之间夹隔有所述绝缘圈的一部分，主体部被与电极体电阻焊接，并且，接头在主体部中被折曲而与所述端子电阻焊接。
2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征是，所述外包装罐为圆筒形，所述集电体由圆板状主体部和长方形接头构成，绝缘圈是将板状构件掏成中空而形成，具有第一圈部、和从该圈部中心到内周的距离小于所述第一圈部的第二圈部，在长方形接头被插穿绝缘圈而折曲后，该接头头端被放置在所述第二圈部上。
3.根据权利要求1或2所述的密闭型电池，其特征是，绝缘圈的开口部为扇形，在相当于该扇形开口部的弧的区域上形成所述第一圈部，并且在相当于该扇形开口部的宽腰的区域上形成有所述第二圈部。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的密闭型电池，其特征是，所述主体部的外周被制成多角形。
5.一种密闭型电池的制造方法，是把将正负极板夹隔隔膜重叠而成的电极体收纳在外包装罐中并且将该正负极板的任意一方夹隔集电体而与配置在封口体上的端子电连接的密闭型电池的制造方法，其特征是，具有使用由一体化具备主体部和从该主体部中延伸出来的接头的板状构件构成的集电体，将所述接头插穿绝缘圈的插穿步骤、将所述电极体和所述主体部电阻焊接的电极体焊接步骤、在将所述接头向所述主体部折曲的状态下，将这两者用绝缘圈进行绝缘的同时，将所述接头电阻焊接在所述端子上的接头焊接步骤。
6.根据权利要求5所述的密闭型电池的制造方法，其特征是，所述外包装罐为圆筒形，所述集电体具备圆盘状主体部和长方形接头，并且，所述绝缘圈由板状体制成，沿着其主面的周围设有第一周缘部以及比该第一圈部更宽的第二圈部，在长方形接头被插穿绝缘圈而折曲后，将该接头头端放置在所述第二圈部上，通过使焊接电极分别与该外包装罐的底部和封口体的上部接触，来进行所述接头焊接步骤或除此以外的所述电极体焊接步骤。
全文摘要
本发明提供密闭型电池及其制造方法。在密闭型电池中，插穿正极集电体(7)的绝缘圈(8)采用夹隔在被正极集电体(7)折曲了的接头(71)的头端和主体部(8)之间的形状。作为一个例子，这里在绝缘圈(8)上设置扇形开口部(83)，在该扇形开口部(83)中插穿接头(71)。这样就可以防止该接头(71)与主体部(8)接触的情况发生。通过在密闭型电池中将封口体的端子、与配置在该端子的正下方的集电体良好地电阻焊接，可以提供能发挥优良的电池性能的密闭型电池及其制造方法。
文档编号H01M10/30GK1725526SQ20051007541
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月1日 优先权日2004年7月21日
发明者森和照, 井上博之, 下园和树, 富本和生 申请人:三洋电机株式会社