JP2005166571A

JP2005166571A - 角形電池とその製造方法

Info

Publication number: JP2005166571A
Application number: JP2003406878A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Hashimoto; 達也橋本; Masatomo Hase; 昌朋長谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】扁平な角形でかつ高さ寸法の大きい任意の容量のものでも生産性良く製造することができる角形電池とその製造方法を提供する。
【解決手段】角形の電池筐体１Ａ内に極板群３と電解液を収容して成る角形電池であって、電池筐体１Ａを、円筒管を冷間引抜きにて成形加工した角筒状のケース２の両端開口を正極集電体兼用の下部蓋体７と上部蓋体１３にて密封して構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、横断面形状が長方形や隅丸長方形ないし長円形を呈する角形電池とその製造方法に関するものである。

従来は、角形電池においても円筒形電池と同様に、その電池筐体には有底ケースが用いられ、その有底ケース内に極板群を収容した後有底ケースの一端開口に蓋体を溶接したり、蓋体をガスケットを介して装着することによって密封した電池筐体を構成するのが一般的であった。

その角形電池の有底ケースの製造方法として、電池筐体に鋼板を使用した角形電池の場合に、片面にニッケルメッキを施した鋼板を、ニッケルメッキをケースの内側にして深絞りプレス加工する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、浅い有底円筒ケースをプレス成形した後、複数段階の絞り工程を経て深い有底の角形ケースを成形する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、ペレットのインパクト成形によって横断面形状が略楕円形の中間カップ体を成形した後、この中間カップ体を、絞り加工としごき加工を連続的に一挙に行うＤＩ加工を行うことにより、深い有底の角形ケースを成形する方法も知られている（例えば、特許文献３参照。）。

なお、円筒形外装ケースに円筒状に巻回した極板群を収容した後、外装ケースを角形などの所定の形状に加圧成形し、その後外装ケースの両端開口を所定の形状の蓋体にて封口する非円筒形電池の製造方法も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平５−１０９３９３号公報特開平９−２３７６１３号公報特開２００３−２０８８７６号公報特開昭６０−５６３７６号公報

ところで、角形電池において、電池容量が大きくかつ高い冷却性能を得られるように、断面形状が扁平で高さ寸法の大きいものが要求される場合があるが、上記特許文献１〜３に開示されているような深絞り加工では、高さ寸法の大きい有底ケースを成形するには限界があり、所定の生産性を維持しながらこのような要求に応えることは困難であるという問題がある。また、特許文献４に開示された技術では、断面形状が扁平な角形電池を製造することは不可能である。

また、深絞り加工にて成形した有底ケースを用いる場合、多種類の高さ寸法のものを製造するのは製造設備や段取り替え工数などのコスト面から困難であり、電池容量の設計自由度が低いという問題もある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、扁平な角形でかつ高さ寸法の大きい任意の容量のものでも生産性良く製造することができる角形電池とその製造方法を提供することを課題とする。

本発明の角形電池は、角形の電池筐体内に極板群と電解液を収容して成る角形電池であって、電池筐体を、円筒管を成形加工した角筒状のケースの両端開口を蓋体にて密封して構成したものである。

この構成によると、角筒状のケースを、円筒管を成形加工して製造しているので、生産性良くかつ扁平な角形であっても容易に成形でき、また任意の長さのものを極めて容易に形成でき、そのケース両端を蓋体で密封して電池筐体を構成しているので、角形ケースを個々に深絞りする場合に比して格段に生産性良く製造できる。従って、冷却性能の高い扁平な角形でかつ任意の長さすなわち容量の角形電池を容易かつ生産性良く製造することができる。また、ケースの長さを任意に設定できるので、極板群の長さを任意に選択できるようにするたけで、他の構成部品は共用して各種の容量の角形電池を低コストにて生産性良く製造することができる。

また、ケースが、円筒管を冷間引抜き成形して角筒状に成形したものであると、冷間引抜きによる加工硬化によりケースの強度を高めることができる。

また、極板群の少なくとも一端に集電体を兼ねた蓋体を接合し、この蓋体をケースの一端開口に嵌合させて密封溶接すると、極板群の一端の集電体と蓋体を兼用しているので、部品点数及び組み付け工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに、接続箇所を低減できて接続抵抗の低減を図ることができる。

本発明の角形電池の製造方法は、極板群を構成する工程と、極板群の少なくとも一端に集電体を接合する工程と、両端開口の角形のケースの一端開口に、電極端子が絶縁部材を介して配設される蓋体を密封溶接する工程と、一端開口に蓋体を溶接されたケース内にその他端側から少なくとも一端に集電体が接合された極板群を収容する工程と、ケースの他端開口に極板群の他端に接続される蓋体を密封溶接する工程とを有するものである。

この構成によると、両端開口の角形のケースを用いて、一端にケースとは異なる極性の電極端子を有する角形電池を生産性良く製造することができる。なお、電極端子の極板群の一端の集電体との接続及び蓋体への配置並びに極板群の他端と蓋板との接続は適当な時点で行うことができる。

また、極板群をケース内に収容する工程の前に極板群の他端に集電体を兼用した蓋体を接合すると、極板群の他端の集電体と蓋体が兼用されるのでコスト低下を図れるとともに、極板群をケース内に収容することでケースの他端にその蓋体を配置することができ、製造工数を低減できて生産性を向上できる。

また、ケースの一端開口を密封する蓋体に電極端子を構成する電極柱を貫通させる保持筒部を形成する工程と、電極柱を設けた集電体を極板群の一端に接合する工程と、極板群をケース内に収容する工程の前に電極柱に絶縁ガスケットを装着する工程と、極板群をケース内に収容する工程の後に保持筒部を縮径加工する工程とを有すると、ケース一端の蓋体に配設した電極柱とケースを互いに異なる電極端子とする角形電池を生産性良く製造することができる。

本発明の角形電池とその製造方法によれば、円筒管を成形加工した角筒状のケースを用いてその両端を蓋体で密封して電池筐体を構成しているので、扁平な角形でかつ任意の長さの角形電池を容易かつ生産性良く製造することができ、またケースの長さを任意に設定できるので、極板群を除いて他の構成部品を共用して任意の容量の角形電池を低コストにて生産性良く製造することができる。

以下、本発明の角形電池とその製造方法の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１、図２において、１はリチウムイオン電池から成る角形電池で、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状に成形された両端開口のケース２の両端開口に後述の下部蓋体兼用の正極集電体７と上部蓋体１３を密封溶接して電池筐体１Ａが構成され、この電池筐体１Ａ内に発電要素としての極板群３を電解液とともに収容して構成されている。

角筒状のケース２は、図３に示すように、円筒管４１（図３（ｂ）参照）を冷間引抜き装置４３に通すことによって、中間の長円形断面の管４４（図３（ｃ）参照）を経て所定の扁平な角筒管４２（図３（ｄ）参照）を製造し、この角筒管４２を所定長さに切断することによって製造されている。冷間引抜き装置４３としては、図３（ａ）に示すように、引抜き管材を複数段のダイス４５ａ、４５ｂに通すことによって所定の断面形状の管材を得るように構成され、かつ浮きプラグ４６ａ、４６ｂを用いて内面形状を規制して成形するように構成されたものが好適である。なお、図３では２段階で引き抜く例を示したが、１段階で扁平な角筒管４２を引き抜くようにしても良いことは言うまでもない。

極板群３は、帯状の正極板４とセパレータ６と負極板５とセパレータ６を順次重ねた状態で薄板状の巻芯材の外周に巻回し、巻回終了後に巻芯材を引き抜いて扁平に圧縮することで構成されており、図４に示すように、正極板４と負極板５がそれらの間にセパレータ６を介装した状態で積層された構成となっている。正極板４はアルミ箔から成る芯材４ａに正極合剤を塗着・乾燥して構成され、負極板５は銅箔から成る芯材５ａに負極合剤を塗着・乾燥して構成され、セパレータ６は多孔性ポリプロピレンフィルムなどにて構成されている。また、この極板群３の外周は短絡防止の必要に応じて外周セパレータ（図示せず）にて覆われ、若しくはケース２の内周に絶縁樹脂層（図示せず）が形成されている。

極板群３において、正極板４のアルミ箔から成る芯材４ａと負極板５の銅箔から成る芯材５ａは互いに反対側に突出されており、突出した正極の芯材４ａに正極集電体７がレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて接合され、突出した負極の芯材５ａに負極集電体８がレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて接合されている。

正極集電体７は、図１に示すように、ケース２の下端開口を閉鎖する下部蓋体を兼用しており、図６に示すように、平面形状がケース２の下端部内周に嵌合する長円形で、その外周縁の全周に環状立ち上げ部９が外側（極板群３とは反対側）に向けて立ち上げ形成され、この正極集電体７をケース２の下端部に嵌合させ、ケース２の下端縁と環状立ち上げ部９の端縁をレーザビーム溶接などで溶接し、その溶接部１０にて密封状態で一体接合されている。また、長辺方向の両端の半円部では周方向の略中央部に、内側（極板群３側）に向けて突出する半径方向の接合突部１１が突出形成され、両端部間では長辺方向に適当間隔置きに複数のほぼ全幅にわたる接合突部１２が突出形成され、これら接合突部１１、１２を極板群３から突出している正極の芯材４ａに圧接させた状態で、これらの接合突部１１、１２の部分でレーザビーム溶接や電子ビーム溶接を行って正極の芯材４ａと接合されている。

負極集電体８は、図１に示すように、ケース２の上端開口を閉鎖する上部蓋体１３と極板群３の上端との間の空間に配設されており、図７に示すように、平面形状がケース２内に収容配置される平面形状がほぼ長円形の平板にて構成され、長辺方向の両端の半円部では周方向の略中央部に、内側（極板群３側）に向けて突出する半径方向の接合突部１４が突出形成され、両端部間では長辺方向に適当間隔置きに複数のほぼ全幅にわたる接合突部１５が突出形成され、これら接合突部１４、１５を極板群２から突出している負極の芯材５ａに圧接させた状態で、これらの接合突部１４、１５の部分でレーザビーム溶接や電子ビーム溶接を行って負極の芯材５ａに接合されている。

また、負極集電体８には、その長辺方向の一端近傍部に、上面が平坦な略Ω字状ないしパンタグラフ形状の緩衝部１６が一体的に屈曲成形されている。なお、この緩衝部１６は別途に成形したものを平板状の負極集電体８に一体接合しても良い。また、この緩衝部１６の上面中央部には、図５及び図７に詳細に示すように、バーリング加工による筒状突部１７が形成され、この筒状突部１７に負極端子としての電極柱１８の下端面に形成した嵌合穴１９が嵌合され、電極柱１８が精度良く位置決めされた状態で抵抗溶接等にて緩衝部１６に一体接合されている。かくして、電極柱１８は緩衝部１６を介して水平方向及び垂直方向の変位及び水平方向の揺動を許容する状態で負極集電体８に接続されている。

電極柱１８の上部には、接続用平面２０ａを形成するＤカット部２０が形成され、その下方に適当距離の位置に断面円弧状の浅い密封用の環状凹部２１が形成されている。この環状凹部２１は、場合によっては形成しなくても良く、あるいは非常に浅い多条の環状溝を所定範囲にわたって形成しても良い。

上部蓋体１３は、平面形状がケース２の上端部内周に嵌合する長円形で、その外周縁の全周に環状立ち上げ部２２が外側（極板群３とは反対側）に向けて立ち上げ形成されており、この上部蓋体１３がケース２の上端部に嵌合され、ケース２の上端縁と環状立ち上げ部２２の端縁がレーザビーム溶接などで溶接され、その溶接部２３にて密封状態で一体接合されている。

上部蓋体１３には、電極柱１８が貫通する保持筒部２４が一体的に立ち上げ形成されており、保持筒部２４の内周と電極柱１８の外周との間に絶縁ガスケット２５を介装した状態で、保持筒部２４の環状凹部２１に対応する部分を縮径加工して縮径変形部２６を形成し、絶縁ガスケット２５を圧縮させることで、電極柱１８と保持筒部２４の間が密封されている。また、上部蓋体１３には、電池筐体１Ａ内の内圧が一定以上になると破断して大気に開放する安全弁２７、及び電池筐体１Ａ内に電解液を注液する注液口２８とその封止栓２９が設けられている。

また、緩衝部１６がケース２と接触して短絡するのを防止するため、緩衝部１６を覆う緩衝部カバー３０が絶縁ガスケット２５と一体形成されて設けられている。なお、絶縁ガスケット２５と緩衝部カバー３０は別々に構成しても良い。また、極板群３の上端部に露出している負極板５の芯材５ａ及び負極集電体８の外周部がケース２と接触して短絡するのを防止するため、負極集電体８及び負極板５の芯材５ａの露出部の少なくとも外周部を覆う絶縁枠３１が設けられている。

次に、以上の角形電池１の製造工程について、図８を参照して説明する。まず、正極板４と負極板５とセパレータ６にて上述のように極板群３を構成し、群プレスして所定形状に成形した後、治具に挿入して保持させる。次に治具に保持された極板群３の他端に正極集電体７をレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等にて溶接接合する。一方、負極集電体８に電極柱１８を抵抗溶接等にて溶接接合した後、この負極集電体８を極板群３の一端にレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等にて溶接接合する。次に、負極集電体８及び極板群３の一端部の負極芯材５ａ露出部の外周部を覆うように絶縁枠３１を挿入した後、緩衝部カバー３０を一体的に成形した絶縁ガスケット２５を挿入し、緩衝部１６を緩衝部カバー３０にて覆うとともに電極柱１８の外周に絶縁ガスケット２５を嵌合配置する。また、ケース２の一端開口部に対して上部蓋体１３を組み付けて上記のように溶接した溶接部２３にて一体接合しておき、このケース２に上記負極集電体８及び正極集電体７を接合された極板群３を挿入した後、正極集電体７とケース２を上記のように溶接し、溶接部１０にて一体接合する。その後、ケース２内に収容された極板群３を熱風乾燥した後、真空乾燥を行い、次いで保持筒部２４を縮径加工して縮径変形部２６を形成することで電極柱１８の貫通部を密封する。その後気密検査を行った後、注液を行って封止栓２９にて封止することで角形電池１が完成する。

以上の本実施形態の角形電池１によれば、電池筐体１Ａを角筒状のケース２の両端開口に下部蓋体７と上部蓋体１３を密封溶接して構成し、かつその角筒状のケース２は円筒管４１を冷間引抜き成形して製造しているので、扁平でかつ深さの大きい角形の電池筐体１Ａであっても容易にかつ生産性良く製造できる。また、ケース２は円筒管４１を冷間引抜き成形して角筒状に成形しているので、冷間引抜きによる加工硬化により強度が向上し、耐圧強度の大きな電池筐体１Ａを得ることができる。また、ケース２の長さを変えるだけで任意の長さの電池筐体１Ａを極めて容易に形成できるので、ケース２の長さに対応する長さの極板群３を構成するだけで、他の構成部品は共用して各種の容量の角形電池を低コストにて生産性良く製造することができる。従って、冷却性能の高い扁平な角形でかつ任意の容量の角形電池１を生産性良く安価に製造することができる。

また、下部蓋体７を正極集電体と兼用として極板群３の一端に接合し、この下部蓋体７をケース２の開口に嵌合させて溶接部１０にて密封溶接しているので、部品点数及び組み付け工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに、接続箇所を低減できて接続抵抗の低減を図ることができる。

また、この角形電池１の製造に際して、極板群３を構成し、その極板群３の両端に下部蓋体兼用の正極集電体７と電極柱１８を装着した負極集電体８を接合し、両端開口の角形のケース２の一端開口に、電極柱１８を貫通させる保持筒部２４を形成した上部蓋体１３を密封溶接し、電極柱１８に絶縁ガスケット２５を装着した後、一端開口に上部蓋体１３を溶接されたケース２内にその他端側から極板群３を収容し、保持筒部２４を縮径加工するとともに、ケース２の他端開口に極板群３の他端に接合されている下部蓋体７を溶接部１０にて密封溶接することで、角形電池１が完成するので、両端開口の角形のケース２を用いながら、電池筐体１Ａとその一端に配設された電極柱１８が互いに異なる極性の電極端子を構成する角形電池１を生産性良く製造することができる。

本発明の角形電池は、円筒管を成形加工した角筒状のケースを用いてその両端を蓋体で密封して電池筐体を構成しているので、扁平な角形でかつ任意の長さの角形電池を容易かつ生産性良く製造することができ、またケースと極板群を除いて他の構成部品を共用して任意の容量の角形電池を低コストで製造することができ、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの各種角形電池に有用である。

本発明の一実施形態の角形電池の全体構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。同実施形態の角形電池の分解斜視図である。同実施形態の角形電池の角筒状ケースの製造工程を示し、（ａ）は製造工程の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。同実施形態の角形電池の極板群の構成を示す模式図である。同実施形態の角形電池の電極柱配設部の詳細断面図である。同実施形態の角形電池の正極集電体を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。同実施形態の角形電池の負極集電体と電極柱を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面正面図である。同実施形態の角形電池の製造工程図である。

符号の説明

１角形電池
１Ａ電池筐体
２ケース
３極板群
７正極集電体（下部蓋体）
８負極集電体
１０溶接部
１３上部蓋体
１８電極柱（電極端子）
２３溶接部
２５絶縁ガスケット
４１円筒管
４２角筒管
４３冷間引抜き装置

Claims

角形の電池筐体内に極板群と電解液を収容して成る角形電池であって、電池筐体を、円筒管を成形加工した角筒状のケースの両端開口を蓋体にて密封して構成したことを特徴とする角形電池。
ケースは円筒管を冷間引抜き成形して角筒状に成形したものであることを特徴とする請求項１記載の角形電池。
極板群の少なくとも一端に集電体を兼ねた蓋体を接合し、この蓋体をケースの一端開口に嵌合させて密封溶接したことを特徴とする請求項１記載の角形電池。
極板群を構成する工程と、極板群の少なくとも一端に集電体を接合する工程と、両端開口の角形のケースの一端開口に、電極端子が絶縁部材を介して配設される蓋体を密封溶接する工程と、一端開口に蓋体を溶接されたケース内にその他端側から少なくとも一端に集電体が接合された極板群を収容する工程と、ケースの他端開口に極板群の他端に接続される蓋体を密封溶接する工程とを有することを特徴とする角形電池の製造方法。
極板群をケース内に収容する工程の前に極板群の他端に集電体を兼用した蓋体を接合することを特徴とする請求項４記載の角形電池の製造方法。
ケースの一端開口を密封する蓋体に電極端子を構成する電極柱を貫通させる保持筒部を形成する工程と、極板群の一端に接合される集電体に電極柱を接合する工程と、極板群をケース内に収容する工程の前に電極柱に絶縁ガスケットを装着する工程と、極板群をケース内に収容する工程の後に保持筒部を縮径加工する工程とを有することを特徴とする請求項４又は５記載の角形電池の製造方法。