JP2005235696A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池蓋２の仮端子３を用いて絶縁検査を行い、その後に仮端子３を取り外して保護回路基板５を実装することにより、この絶縁検査によって保護回路基板５の回路素子が破壊されるというおそれをなくした電池の製造方法を提供する。
【解決手段】電池容器１内に発電要素４を収納し、絶縁封止されて表裏面に貫通すると共に、裏面側端部が発電要素４の正極に接続され、表面側端部に仮端子３が接続された正極端子リードピン２４を備えた電池蓋２をこの電池容器１の開口部に取り付け、この電池蓋２の仮端子３を用いて電池の絶縁検査を行い、この電池蓋２の仮端子３を取り外して、正極端子リードピン２４の表面側端部に保護回路基板５と正極端子６とを接続する構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、容器（コンテナー）と、蓋（カバー）と、正極板（ポジティブ プレート）とセパレータと負極板（ネガティブ プレート）とを組み合わせた発電要素（エレメンツ）と、保護装置（プロテクティブ デバイス）とを備えた電池の製造方法に関するものである。

非水電解質二次電池は、ＬｉＣｏＯ_２やＬｉＭｎ_２Ｏ_４等を活物質（アクティブ マテリアル）とする正極板と、炭素材料等を活物質とする負極板と、有機電解質やポリマー電解質等とで構成され、高電圧、高エネルギー密度等を特徴とする。非水電解質二次電池は、安全性向上のために、過電流や過熱等を防止するための保護回路やＰＴＣ（正温度特性素子）等の保護素子からなる保護装置と共に用いられるのが一般的である。保護装置は蓋に装着されることが多い。例えば、金属製容器を負極端子とし、正極端子が蓋表面に配された非水電解質二次電池の場合、予め端子リード部材と保護装置と正極端子とを有する金属製の蓋を準備しておき、正極板とセパレータと負極板とを組み合わせた発電要素を容器に収納する工程と、蓋裏面側において正極板と端子リード部材とを接続し、ついで容器の開口部を前記蓋で封じる工程とを経た後、絶縁検査、電解液注入等の必要な工程を経て製造される。なお、端子リード部材は、容器内部の電極と端子（ターミナル）とを接続するために、蓋に配された接続体のことである。端子リード部材としてはピン型やリベット型等のものがあり、蓋に設けた孔に絶縁性を有する封止材を介して蓋を貫通するよう固定される。そして端子リード部材の蓋表面側は保護装置を介して正極端子に接続される。

絶縁検査は、正極端子と負極端子との間が十分に絶縁されているかどうかを検査するために行なわれる。正極板と負極板とをセパレータを介して巻回して発電要素とする際のセパレータの損傷や、発電要素を容器に収納する際の不具合等により、容器内部で正極板と負極板とが短絡したり絶縁性が低下したりすると、電池性能を十分に発揮させることができないからである。

絶縁検査は、正極端子と負極端子との間に極めて高い電圧を印加して行なわれる。ところが、従来の製造方法の場合、正極端子にはすでに保護装置が接続されているので、印加された高電圧によって保護装置が破壊される場合があるという問題がある。仮に保護装置が破壊されてしまった場合、保護装置のみならず、容器と蓋とはすでにレーザー溶接等により接合されてしまっているので、容器、正負極板、セパレータ、蓋といった部品の全てが無駄になってしまう。

保護装置が接続された正極端子と負極端子との間で行なう絶縁検査に替えて、蓋の表面に露出する端子リード部材と負極端子との間で絶縁検査を行うことも考えられる。しかし、蓋に絶縁性の封止材で固定された端子リード部材に絶縁検査電極を強い力で押し当てると、封止材が破損したり変形したりして気密性が損なわれたり電解液の漏れが生じたりするおそれがある。例えば、封止材がガラスハーメチックシールの場合には、ガラスハーメチックシールにクラックが発生するおそれがあり、封止材が樹脂製のパッキン材の場合には、蓋が撓んで変形し、蓋とパッキン材との間に隙間が発生するおそれがある。さらに、端子リード部材がアルミニウム等の剛性の小さい金属からなる場合には、検査電極を強い力で押し当てることにより端子リード部材が変形するおそれもある。

本発明は、まず発電要素を容器に収納し、ついで容器の開口部を蓋で封じた後、絶縁検査、電解液注入等の必要な工程を経て製造する、保護装置とを備えた電池の製造方法に関わるものであり、絶縁検査によって保護装置が損傷を受けたり、蓋と端子リード部材との間の絶縁封止機能が低下したりするおそれがあるという問題を解決しようとするものである。

請求項１の電池の製造方法は、下記の４つの工程を備えることを特徴とする。
容器に発電要素を収納する第１の工程。
端子リード部材を備えた蓋を容器に取り付ける第２の工程。 ただし、端子リード部材は、蓋に設けられた孔に、絶縁性を有する封止材で、蓋を貫通して固定されるとともに、蓋裏面側で正極板または負極板に接続され、蓋表面側で仮端子に接続される。
端子リード部材に接続された仮端子を用いて電池の電気的検査を行なう第３の工程。
仮端子の少なくとも一部を取り外し、蓋表面側で、端子リード部材に、保護装置を介して、端子を接続する第４の工程。

請求項２の電池の製造方法は、蓋が下蓋（ボトム カバー）と絶縁材よるなる中蓋（ミドル カバー）とを備え、下蓋の中央部には安全弁が設けられると共に、仮端子と端子がこの安全弁を覆うように配置されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、蓋に保護装置が装着される前に電池の電気的検査が行なわれるので、この検査によって保護装置が損傷を受けるおそれをなくすことができる。しかも、この検査は、蓋に設けた仮端子（テンポラリー ターミナル）を用いて行なわれるので、端子リード部材の損傷や封止機能の低下のおそれもなくなる。

なお、仮端子とは、絶縁検査等のために一時的に使用される端子のことであり、目的達成後には不要になる。そのため、仮端子を残したまま保護装置や端子を装着するのでは仮端子を配置するための無駄なスペースが必要になる。このため、検査後には、仮端子を取り外し、これによって空いたスペースに保護装置を装着すると共に端子を取り付けるようにしている。従って、仮端子と端子は、蓋上の同じ位置に配置されるのが通常である。

請求項２の発明によれば、仮端子と端子が安全弁を覆うように配置されるので、電池の検査時や使用時に安全弁が損傷を受けるのを防ぐことができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。

本実施形態は、図５に示すように、円筒型の非水電解質二次電池の製造方法について説明する。この非水電解質二次電池は、円筒状の容器１内に、図示しないセパレータを介して正極板と負極板とを円筒状に巻回した発電要素４が収納され、容器１の上端開口部は円盤状の蓋２で溶接により封止されている。容器１は、導電性のステンレス鋼を深絞り加工等により成形されたものである。

蓋２は、図１に示すように、金属製の下蓋２１と絶縁材よりなる中蓋２２とを主要な構成部材としている。下蓋２１は、導電性のステンレス鋼が円形カップ状に形成されたものである。下蓋２１の中央部には、容器内部で発生したガス等を外部に放出するための開口孔が形成されている、さらに開口孔を塞ぐように安全弁２３が溶接により封止固定されている。安全弁２３は、円形の金属箔からなり、その中央部には×字状の溝が形成されている。容器の内圧が所定値以上になると、溝が破断してガス等が容器外部に放出される。また、下蓋２１には縁部を折り返した貫通孔が形成されていて、この貫通孔に、導電性のアルミニウム合金等からなる正極端子リードピン２４が、下蓋２１を貫通する形で、ガラスハーメチックシール２５によって固定されている。さらに、下蓋２１の上面には、一端部を上方に向けて折り曲げた固定金具２６の他端部が溶接により固定されている。

上記中蓋２２は、下蓋２１の凹部に嵌まり込む円盤状の絶縁性を有する樹脂成形品からなり、中央部に開口孔２２ａが形成されると共に、開口孔２２ａの周囲の図示右手前側半分に扇状凹部２２ｂが形成されている。また、中蓋２２には、下蓋２１の上方に突出する正極端子リードピン２４のための貫通孔２２ｃが形成されると共に、固定金具２６のための係止孔２２ｄや金属下蓋２１の上面の一部を露出させるためのリード孔２２ｅが形成されている。

上記中蓋２２は、下蓋２１の凹部に嵌め込まれる。この際、安全弁２３は、開口孔２２ａを通して上方に露出し、正極端子リードピン２４は、貫通孔２２ｃを通して中蓋２２の上面に達する。また、固定金具２６の一端部は係止孔２２ｄを通して上方に突出するので、図２に示すように、この突出部を折り曲げることにより中蓋２２が下蓋２１に固定される。さらに、図１及び図２に示すように、リード孔２２ｅに導電性の負極リード板２７が嵌め込まれて、ここに露出する下蓋２１の上面と溶接により接続される。

中蓋２２が下蓋２１に固定されると、蓋２に仮端子３が取り付けられる。仮端子３は、導電性のニッケル合金板等をプレス加工したものであり、中蓋２２の開口孔２２ａの上方を覆う仮端子本体３ａと、貫通孔２２ｃの上方に配置される接続部３ｂと、仮端子本体３ａと接続部３ｂとを繋ぐリード部３ｃとからなる。リード部３ｃは扇状凹部２２ｂの上方に配置される。仮端子３は、接続部３ｂを正極端子リードピン２４の上端に溶接により接続することにより、蓋２に取り付けられる。

次に、図２に示すように、下蓋２１の裏面側で正極端子リードピン２４の下端部と正極板とが接続される。正極端子リードピン２４を正極板に接続する手段は特に限定しないが、例えば極板群４の正極板から導出された正極板リード片と正極端子リードピン２４の下端部とを溶接等により接続することができる。そして、発電要素４が容器１に挿入された後、容器１の上端開口部に下蓋２１が嵌め込むまれる。その後、下蓋２１の外周面と容器１の上端開口部の内周面との間を溶接により封止する。なお、このときには、負極板も、容器１に接続しておく。負極板と容器１との接続手段は特に限定しないが、例えば負極板から導出された負極リード片を容器１の内面に溶接等により接続することができる。ただし、このためには、例えば蓋２を取り付ける前に発電要素４だけを容器１に収納するか、安全弁２３と仮端子３が取り付けられていない蓋２に発電要素４を取り付け、次いで発電要素４を容器１に収納するとともに蓋２を容器１の上端開口部に嵌め込み、蓋２と器１とを溶接し、その後、中蓋２２の開口孔２２ａを通して負極板リード片を容器１の内面に溶接し、さらにその後に安全弁２３と仮端子３の取り付けを行うようにする必要がある。

容器１に蓋２が取り付けられたのち、正極板に繋がる仮端子３と負極端子を構成する容器１との間に高電圧を印加することにより絶縁検査が行なわれる。この際、正極側の検査電極は、仮端子３の仮端子本体３ａに上方から接触されることになるので、正極端子リードピン２４にはほとんど力が加わることがなく、正極端子リードピン２４が押圧力により変形したり、ガラスハーメチックシール２５にクラックが生じたりするようなおそれがなくなる。また、仮端子３の仮端子本体３ａが中蓋２２の開口孔２２ａの上方を覆うように配置されているので、安全弁２３が検査電極等によって突き破られるような心配もなくなる。さらに、蓋２には、後に説明する保護回路基板５も取り付けられていないので、保護装置が高電圧により破壊されるおそれも生じない。

上記絶縁検査が完了すると、図３に示すように、仮端子３の仮端子本体３ａとリード部３ｃが接続部３ｂから切り離され、その後に中蓋２２の扇状凹部２２ｂに保護回路基板５が装着される。仮端子本体３ａとリード部３ｃは、工具等によって切断されてもよいが、接続部３ｂとの間に曲げ部や溝等を形成しておいて、手等で簡単に切り離せるようにしておけば作業性が向上する。保護回路基板５は、扇状凹部２２ｂに嵌まり込む扇状のプリント基板上に過電流保護回路と過充電保護回路と過放電保護回路とが装着されたものであり、この扇状の両端部に、正極板と負極板とに繋げるためのパッド５ａ，５ｂが形成されると共に、中央部に、後に説明する正極端子６の接続部６ｂを接続するためのパッド５ｃが形成されている。また、正極板に接続されるパッド５ａと正極端子６を取り出すパッド５ｃとの間には、充放電電流を導通／遮断制御するためのＦＥＴ素子５ｄが接続されている。そして、この保護回路基板５の各パッド５ａ〜５ｃには、それぞれ導電性のリード板５１〜５３の一端部が溶接により接続されている。

上記保護回路基板５が中蓋２２の扇状凹部２２ｂに嵌め込まれると、図４に示すように、パッド５ａに接続されたリード板５１の他端部が、仮端子３を取り外した後に残った接続部３ｂに、溶接により接続される。さらに、パッド５ｂに接続されたリード板５２の他端部が、負極リード板２７に溶接により接続される。従って、この保護回路基板５のパッド５ａは、リード板５１と接続部３ｂと正極端子リードピン２４を介して正極板に接続され、パッド５ｂは、負極リード板２７と容器１を介して負極板に接続される。

蓋２に保護回路基板５が取り付けられると、中蓋２２の扇状凹部２２ｂに蓋カバー（トップ カバー）２８が嵌め込まれる。蓋カバー２８は、絶縁性の扇状の樹脂成形品からなり、扇状凹部２２ｂに嵌め込まれた保護回路基板５を保護するためのものである。また、蓋カバー２８には、中央部付近にスリット２８ａが形成されている。スリット２８ａを、保護回路基板５のパッド５ｃに接続されたリード板５３の他端部が上方に折れ曲がって貫通する。そして、蓋カバー２８が扇状凹部２２ｂに嵌め込まれた後、スリット２８ａから突出するリード板５３の他端部をさらに折り曲げることにより、蓋カバー２８が固定される。

蓋カバー２８が固定された後、正極端子６が取り付けられる。正極端子６は、導電性のニッケル合金板等をプレス加工したものであり、周縁部以外を少し上方に突出させた円板状の端子本体６ａと、端子本体６ａから引き出された接続部６ｂとを備える。そして、図５に示すように、端子本体６ａを中蓋２２の開口孔２２ａの上方に配置すると共に、接続部６ｂと蓋カバー２８のスリット２８ａから突出するリード板５３の他端部とを溶接により接続することにより、正極端子６が蓋２に取り付けられる。従って、正極端子６は、保護回路基板５上でリード板５３とパッド５ｃとＦＥＴ素子５ｄとパッド５ａを介して、正極板に接続されたリード板５１に接続される。そして、保護回路基板５上の他の回路素子がＦＥＴ素子５ｄのゲート電圧を制御することにより、正極端子６を流れる充放電電流の導通／遮断を制御することができる。

本実施形態の非水電解質二次電池においては、容器１の底面に開口された図示しない注液口から電解液が容器内部に注入され、予備充電等が行われた後に、注液口が封口される。電解液の注液工程は、上記絶縁検査を行った後であれば、どの工程で実施してもよい。また、電解液の注入後（予備充電後）には、容量検査を行うこともできる。この検査は保護回路基板５の取り付け後であってもよい。さらに、この電解液の注入後には、２週間程度放置してエージングを行い、正極端子リードピン２４のガラスハーメチックシール２５等からの液漏れがないかどうかを検査するようにしてもよい。

上記構成の非水電解質二次電池の製造方法によれば、蓋２に保護回路基板５を取り付ける前に、仮端子３を用いて絶縁検査を行うことができるので、絶縁検査の際の高電圧により保護装置が破壊されることがない。また、仮端子３を用いているので、検査電極が正極端子リードピン２４に直接強い力で押し当てられることがなく、アルミニウム合金等からなる正極端子リードピン２４が変形したりガラスハーメチックシール２５にクラックが生じたりするの回避することもできる。しかも、仮端子３の、仮端子本体３ａが中蓋２２の開口孔２２ａに露出する安全弁２３を覆うので、検査電極等が安全弁２３を破損するのを防止することもできる。

なお、上記実施形態では、非水電解質二次電池の絶縁検査を行う場合を示したが、保護回路基板５が取り付けられていては検査を行うことができないような他の電気的検査であれば、どのような検査にも本発明を同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、正極端子リードピン２４がガラスハーメチックシール２５により蓋２に固定される場合を示したが、ガラスハーメチックシール２５には限定されず、例えばセラミックハーメチックシールを用いたり、樹脂やゴム等のパッキン材を用いて絶縁封止することもできる。さらに、端子リード部材は蓋２を貫通すればいいので、ピン状のものに限らず、板状等の任意の形状のものを用いることができる。

また、仮端子３は、仮端子本体３ａが主要部分となるため、上記実施形態では、この仮端子本体３ａとリード部３ｃだけを取り外す場合を示したが、接続部３ｂを含めて全てを取り外すようにすることもできる。この場合、接続部３ｂは、溶接のような接続固定手段ではなく、取り外し自在な接続手段を用いることが好ましい。さらに、この仮端子３は、上記実施形態のものに限定されず、任意の形状のものを用いることができる。

また、上記実施形態では、蓋２の中央部に安全弁２３を設ける場合を示したが、この安全弁２３は、他の場所に設けてもよいし、安全弁２３を設けないようにすることもできる。そして、これらの場合には、仮端子３や正極端子６は、安全弁とは無関係に配置することができる。

また、上記実施形態では、過電流保護回路と過充電保護回路と過放電保護回路を備えた保護回路基板５について説明したが、保護装置の種類は限定されない。さらに、これらの保護装置は、プリント基板上に実装されたものに限らず、例えば１個のＩＣ（集積回路）としてパッケージングされた保護装置を用いることもでき、ＰＴＣ等のような集積回路以外の回路素子からなる保護装置を用いることもできる。即ち、ここでいう保護装置には、正極板と正極端子６との間を流れる充放電電流を制御する機能を有する保護回路や単独の回路素子の全てを含む。

また、上記実施形態では、容器１が負極端子を構成する場合について説明したが、独立した負極端子を設けることもできる。さらに、上記実施形態では、正極板と正極端子６との間に保護装置を挿入する例を示したが、保護装置を負極板と負極端子との間に挿入するものや、正負極板と正負極端子との間に挿入することもできる。

また、上記実施形態では、円筒型の非水電解質二次電池について説明したが、角型や長円筒型等の任意のものであってもよい。さらに、発電要素４も、帯状の正極板とセパレータと負極板とを巻回したものに限らず、平板状の正極板とセパレータと負極板とを積み重ねたものであってもよい。さらに、電池の種類も、非水電解質二次電池に限らず、任意の二次電池や一次電池の製造方法に適用することが可能である。

本発明の一実施形態を示すものであって、蓋の構成を示す組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、蓋を電池容器の上端開口部に取り付ける工程を示す非水電解質二次電池の部分拡大斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、蓋から仮正極端子を取り外して保護回路基板を取り付ける工程を示す非水電解質二次電池の部分拡大斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、蓋に蓋カバーと正極端子を取り付ける工程を示す非水電解質二次電池の部分拡大斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の全体を示す斜視図である。

符号の説明

１ 容器
２ 蓋
２１ 下蓋
２２ 中蓋
２３ 安全弁
２４ 正極端子リードピン
３ 仮正極端子
４ 発電要素
５ 保護回路基板
６ 正極端子

Claims (2)

1. 容器と、蓋と、正極板とセパレータと負極板とを組み合わせた発電要素と、保護装置とを備えた電池の製造方法において、下記の４つの工程を備えることを特徴とする。
   容器に発電要素を収納する第１の工程。
   端子リード部材を備えた蓋を容器に取り付ける第２の工程。 ただし、端子リード部材は、蓋に設けられた孔に、絶縁性を有する封止材で、蓋を貫通して固定されるとともに、蓋裏面側で正極板または負極板に接続され、蓋表面側で仮端子に接続される。
   端子リード部材に接続された仮端子を用いて電池の電気的検査を行なう第３の工程。
   仮端子の少なくとも一部を取り外し、蓋表面側で、端子リード部材に、保護装置を介して、端子を接続する第４の工程。
2. 蓋が下蓋と絶縁材よりなる中蓋とを備え、下蓋の中央部には安全弁が設けられると共に、仮端子と端子が安全弁を覆うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。

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