JP2005340156A - 筒形電池用電池蓋、および筒形電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒形電池の製造を容易化して、製造コスト低減を達成し得る筒形電池用電池蓋、および該電池蓋を用いてなる筒形電池、並びに該筒形電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 電池内部に電解液を注入するための電解液注入口、および電解液注入装置の注入ノズルと該電解液注入口との位置を合わせるための凹部を有する筒形電池用電池蓋と、該電池蓋を用いてなる筒形電池およびその製法により、上記課題を解決する。この筒形電池製造に当たり、電解液注入口から電解液を電池内に注入するには、位置合わせ部材を備えた注入ノズルを有する装置や、位置合わせ部材を有する器具を用い、該位置合わせ部材を電池蓋の上記凹部に嵌めて、機械的に位置合わせを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒形電池用の電池蓋、および該電池蓋を用いてなる筒形電池に関するものである。

カメラ用途に用いられるリチウム一次電池などの筒形電池では、例えば下記の製法が採用されている。まず、開口部を有する有底筒状の電池缶内に、正極、負極、セパレータなどを装填し、該電池缶の開口部に電池蓋を嵌合し、レーザー溶接などで溶接封止する。この電池蓋には電解液注入口が設けられており、該注入口から電解液を電池缶内に注入した後、該注入口に封止部材を挿入し、レーザー溶接などで溶接封止して、製品（筒形電池）とする。

ところで、上記の如き筒形電池の電池蓋には、電池外側となる面の中央部に端子体が取り付けられることが一般的であるため、電解液注入口は端子体設置部位以外の箇所に設けられている。よって、多数の電池缶に連続的に電解液を注入可能な装置を用いて電解液を注入する場合、個々の電池缶毎に、装置上での電解液注入口の位置がずれるため、電解液注入装置の注入ノズルの位置を電解液注入口の位置に合わせる作業が必要となる。従来は、例えば、カメラで電解液注入口の位置をモニターして、該注入口と注入ノズルとの位置合わせを行っていたため、作業が煩雑であり、また、電解液注入装置も高価なものとなっており、筒形電池の製造コスト低減の阻害要因となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、筒形電池の製造を容易化して、製造コスト低減を達成し得る筒形電池用電池蓋、および該電池蓋を用いてなる筒形電池、並びに該筒形電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、筒形電池の外装を構成するための筒形電池用電池蓋（以下、単に「電池蓋」という場合がある）に、該電池内部に電解液を注入するための電解液注入口を設けることに加えて、電解液注入装置の注入ノズルと該電解液注入口との位置を合わせるための凹部を設けることによって、上記課題を解決したものである。

本発明の電池蓋を用いて筒形電池を製造するには、上方開口部を有する有底筒形の電池缶内に、少なくとも正極、負極およびセパレータを装填し、電池缶内に電解液を注入するための電解液注入口と、電解液注入装置の注入ノズルと該電解液注入口との位置を合わせるための凹部とを有する電池蓋を、上記電池缶の開口部に嵌合し、該電池缶の開口端部と該電池蓋の周縁部とを溶接封止して筒形電池前駆体とする工程と、該筒形電池前駆体の該電池蓋の電解液注入口から電解液を注入する工程と、該電解液注入口に封止部材を挿入し、溶接封止する工程を有する筒形電池の製造方法であって、電解液注入工程に先立って、上記電解液注入口と、電解液注入装置の注入ノズルとの位置を合わせるために、上記筒形電池前駆体の上記電池蓋の凹部に、位置合わせ部材を挿入することにより、該筒形電池前駆体の位置決めを行う製造方法が採用できる。

このように、本発明によれば、電解液注入装置の注入ノズルの位置を、電解液注入口の位置に合わせるために、位置合わせ部材を電池蓋の凹部に嵌めるだけで、機械的に注入ノズルの位置決めができる。なお、筒形電池前駆体の位置決めは、例えば、電解液注入装置の注入ノズルに上記位置合わせ部材を持たせ、電解液の注入の直前に行ってもよく、また、筒形電池前駆体を保持用治具に保持した状態で、上記位置合わせ部材を有する器具によって筒形電池前駆体の位置決めを行って、保持用治具に位置固定する手法によってもよい。なお、後者の場合には、筒形電池前駆体を保持用治具に保持（位置固定）したままの状態で、電解液注入工程および電解液注入口の溶接封止工程に供することができる。

なお、上記電池蓋では、上記凹部を２以上有していることが好ましい。凹部が複数の場合には、注入ノズルの位置決めの際のずれなどが生じにくく、電解液注入口と注入ノズルとの位置合わせをより安定的に行うことができる。

また、本発明には、上記本発明の電池蓋を用いて得られる上記の筒形電池も包含される。

本発明によれば、電池缶内に電解液を注入する際の電池蓋の電解液注入口と注入ノズルとの位置合わせ作業、更には、電解液注入口の溶接封止の際の位置決めが極めて容易となり、生産速度を高め得ると共に、電解液注入装置もより簡素なものとすることができる。よって、筒形電池の製造コストを低減することが可能である。

以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の筒形電池用電池蓋の一例を示す平面概略図、図２は本発明の筒形電池用電池蓋の他の例を示す平面概略図、図３は図２に示す電池蓋を用いた本発明の筒形電池の例を示す断面概略図であり、図３の示す断面は、図２のＩ−Ｉ線断面に対応している。図１の電池蓋１０は電解液注入口１１と、１つの凹部１２を有しており、図２および図３の電池蓋１０は電解液注入口１１と、２つの凹部１２、１２を有している。図１〜図３の１３は端子体であり、電池蓋１０の中央部に開設された開口に、ポリプロピレンなどの樹脂製の絶縁パッキング（図３中、１５）を介して装着されている（図３）。

＜電池蓋＞
電池蓋は、電池缶の開口部を封口するための部材であるが、図１や図２に示すように、電池蓋の中央部には端子体が設置されるため、電解液注入口は、電池蓋の中央部には設けることができない。このため、多数の電池缶に連続的に電解液を注入可能な装置を用いて電解液を注入する場合、個々の電池缶毎に、装置上での電解液注入口の位置がずれることから、電解液注入装置の注入ノズルの位置を電解液注入口の位置に合わせる作業が必要となる。本発明では、電池蓋１０に凹部１２を設け、電解液注入装置の注入ノズルや位置合わせ用器具に、例えば棒状の位置合わせ部材を設けておき、該位置合わせ部材を該凹部１２に嵌め込むことで、筒形電池前駆体（電池缶内に発電要素を装填し、電池缶開口端に電池蓋を溶接したもの）の位置決めを単純且つ機械的に行えるようにし、該注入ノズルと電解液注入口１１との位置合わせを極めて容易とした点に最大の特徴を有している。

なお、電池蓋１０の凹部１２の形状は特に限定されず、位置合わせ部材の底面形状や水平断面形状に合わせて、この位置合わせ部材が確実に嵌り且つずれ難い形状とすればよい。例えば、水平断面の形状が円形（真円形、楕円形など）；三角形（正三角形、二等辺三角形など）、四角形（正方形、長方形など）などの多角形；などの凹部が挙げられる。なお、上記位置合わせ部材の嵌め込みを容易とする観点からは、水平断面の形状が円形（特に真円形）の凹部が好適である。

凹部１２のサイズも特に制限はなく、位置合わせ部材が確実に嵌り且つずれ難いサイズ（開口部面積および深さ）とすればよい。凹部の好適サイズは電池蓋やこの電池蓋を用いて得られる筒形電池の大きさにもよるが、例えば、開口部面積で３ｍｍ^２以上、より好ましくは６ｍｍ^２以上とすることが望ましく、このような開口部面積とすることで、筒形電池前駆体の位置決めを、より確実に達成することができる。また、凹部の開口部面積の上限は、一般的な筒形電池の大きさから実際に設置可能であることを考慮すると、３０ｍｍ^２とすることが好ましい。例えば開口部の形状が円形（真円形）の凹部の場合、上記の開口部面積を達成するために、その半径を１ｍｍ以上（より好ましくは１．５ｍｍ以上）であって、３ｍｍ以下とすることが望ましい。

また、凹部１２の深さは、０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上とすることが望ましく、このような深さとすることで、位置合わせ部材を凹部にしっかりと嵌め込むことが可能となるため、筒形電池前駆体の位置決めを、より確実に達成することができる。また、凹部の深さの上限は、一般的な筒形電池で実際に設置可能であることを考慮すると、例えば３ｍｍとすることが好ましい。

凹部の形成位置には特に制限はないが、電解液注入口から、ある程度の距離をもたせることが好ましい。凹部と電解液注入口との距離が近すぎると、例えば、注入ノズルに位置合わせ部材を設けた電解液注入装置を用いる場合、位置合わせ部材を注入ノズルに設置することが困難となるからである。例えば、電池蓋１０の中心部を基準点としたときに、電解液注入口１１の中心および基準点を通る線分と、凹部１２の中心および基準点を通る線分とのなす内角が、３０°以上、より好ましくは６０°以上、さらに好ましくは７５°以上であって、１８０°以下、より好ましくは１２０°以下、さらに好ましくは９０°以下とすることが推奨される。

なお、凹部１２の数は、図１に示すように１つでもよいし、図２に示すように２つでもよく、さらに３つ以上（例えば、３つ、４つ、５つなど）でも構わない。ただし、電解液注入口と注入ノズルとの位置合わせの際の安定性を高める観点からは、凹部の数を２以上とすることが好ましい。凹部の数が２以上の場合には、位置合わせの際に、位置合わせ部材を有する器具や注入ノズルとの接点を増やすことができるため、筒形電池前駆体の位置決めの際の位置ずれなどがより生じにくくなり、凹部が１つのときに比べて、より安定的に位置決めを行うことができるようになる。他方、凹部の数をあまり多くしすぎると、電池蓋の加工や、電解液注入装置の注入ノズルが位置合わせ部材を有するときには該注入ノズルの設計が困難となることから、３つ以下とすることが現実的である。

例えば、図２に示すように電池蓋が凹部を２つ有する場合には、電解液注入口の中心および基準点を通る線分と、各凹部の中心および基準点を通る線分とのなす内角は、それぞれ同じ角度であってもよく、異なる角度であっても構わないが、位置決めの際の安定性を高める観点からは、同じ角度とすることが好ましい。

電解液注入口１１のサイズ・形状には特に制限はなく、従来公知の筒形電池で採用されていたのと同様のサイズ・形状とすればよい。例えば、円形とし、その直径を０．５〜３ｍｍとすることが一般的である。

電池蓋１０の素材としては、例えば、鉄やステンレス鋼が一般的である。鉄の場合には、表面にＮｉなどのメッキを施したものが好ましい。電池蓋１０の大きさは、これを用いる筒形電池の大きさに依存するが、例えば、円筒形の筒形電池の場合には、電池蓋１０の直径を９〜３５ｍｍとすることが一般的である。なお、本発明の電池蓋が適用される本発明の筒形電池としては、円筒形状の他、角筒形状のものも含まれる。また、電池蓋１０を形成する金属板の厚みは、通常０．１〜１ｍｍである。

また、図１や図２に示すように、電池蓋１０には、内圧が急激に上昇したときの対策として、薄肉のベント１４を設けることもできる。例えば、図１や図２に示すような円形の電池蓋１０の場合、ベント１４は、電池蓋１０の外周に沿って、両端間の内角が９０〜１５０°程度となるように設けることが一般的である。なお、ベント１４を有する電池蓋１０では、このベント１４の形成箇所以外の箇所で、電解液注入口１１および凹部１２を形成する。

＜筒形電池＞
図３を用いて本発明の筒形電池を説明する。なお、図３では、代表的な形状である円筒形の筒形電池を示しており、下記の説明も主に円筒形との前提で行うが、上記の通り、本発明の筒形電池は円筒形に限定されるものではなく、例えば角筒形のものも含まれる。また、図３に示した筒形電池は、あくまで本発明の筒形電池の一例を示すものであり、本発明の筒形電池の内部構造は、図３の構造に限定される訳ではない。なお、本発明は、円筒形のように電池缶の側壁に位置合わせの基準となり得る平坦部を有しないような場合には、電解液注入の際の位置決めをするに当たり特に有効である。

図３の筒形電池２０は、外装が、電池蓋１０と、上方開口部を有する有底筒状の電池缶２１で構成されている。そして、電池缶２１の内底面には、樹脂製（ポリプロピレン製など）の絶縁板２９が挿入されている。また、電池蓋１０の下部には樹脂製（ポリプロピレン製など）の絶縁板２５が設置されている。絶縁板２５は、円盤状のベース部２６の周縁に環状の側壁２７を立設した上向きに開口する丸皿形状に形成されており、ベース部２６の中央にはガス通口２８が開設されている。電池蓋１０は、側壁２７の上端部に受け止められた状態で、その周縁部が電池缶２１の開口端部と、例えばレーザー溶接により溶接封止されている。

絶縁体２５と絶縁体２９との間には、正極、負極およびセパレータで構成される電極体２２が装填されている。この電極体２２は、少なくとも正極、負極およびセパレータを有しており（図示しない）、正極と端子体１３の下面とで、正極リード体２３によって接続されている。また、電極体２２の負極と電池缶２１の内面とは、負極リード体２４によって接続されている。そして、筒形電池２０の内部には、電解液が注入されている。

なお、筒形電池２０では、電池蓋１０に設けられていた電解液注入口（図示しない）は、封止部材を挿入した上で、例えばレーザー溶接により溶接封止されている。

電極体２２としては、例えば、シート形状の正極とシート状の負極の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回した渦巻状電極体などの巻回電極体が挙げられる。

正極の正極活物質としては、例えば、二酸化マンガン、フッ化カーボン、リチウムコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物などを用いることができる。

正極の導電助剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどから選択される一種または二種以上の導電性物質を用いることができる。正極のバインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（ディスパージョンタイプのものでもよく、粉末状のものでも構わない）、ゴム系バインダーなどを用いることができるが、ＰＴＦＥのディスパージョンタイプのものが特に好適である。

また、正極が、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シートと、これらの正極シートの間に介在された集電体を含む積層体であることも好ましい。巻回電極体製造の際には、これら正極シートと集電体は、巻回始端部のみを圧着して固定しておくことが好ましい。具体的には、上記集電体が、２枚の正極シートよりも数ｍｍ内側に来るように三者を重ね合わせた上で、巻回始端部となる長手方向の端部から３〜１０ｍｍをプレスしておくことが好ましい。

正極に用いる集電体としては、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４などのステンレス鋼からなる平織り金網、エキスバンドメタル、ラス網、パンチングメタル、金属箔などを用いることができる。なお、集電体の表面には、後述するようにペースト状の導電材を塗布しておくことが好ましい。

集電体として立体構造を有する網状のものを用いた場合でも、導電材を塗布しておくことにより、金属箔やパンチングメタルなどの本質的に平板からなる材料を用いた場合と同様に、集電効果の著しい改善が認められる。これは、網状の集電体の金属部分が正極シートと直接的に接触する経路のみならず、網目状に充填された導電材を介しての経路が有効に利用されることによるものと推定される。

導電材の具体例としては、例えば、銀ペースト、カーボンペーストなどを用いることができる。特にカーボンペーストは、銀ペーストに比べて材料費が安く済み、しかも銀ペーストと略同等の接触効果が得られるため、筒形電池の製造コストの低減化を図る上で好適である。導電材のバインダーには、水ガラスやイミド系のバインダーなどの耐熱性材料を用いることが好ましい。正極の製造工程において、正極シート中の水分を除去するために２００℃を超える高温で乾燥処理することがあるからである。

負極としては、例えば、金属リチウム箔、箔状のリチウム合金（例えば、リチウム−アルミニウム合金など）などで構成されるものが挙げられる。

また、負極が、短尺の金属リチウム箔と長尺の金属リチウム箔、およびこれらの金属リチウム箔の間に介在させた集電体を含む積層体であることも好ましい。この場合には、集電体と長尺の金属リチウム箔とを重ね合わせて、巻き始め側の端部から１０ｍｍ程度圧着させておき、さらに、短尺の金属リチウム箔は、超尺の金属リチウム箔と集電体との圧着部の終端（集電体の内側の終端）より内側で集電体に重ねて、短尺の金属リチウム箔の端部から１０ｍｍ程度圧着させておくことが好ましい。なお、２枚の金属リチウム箔と集電体を含む負極の場合にも、金属リチウム箔に代えて、箔状のリチウム合金（リチウム−アルミニウム合金など）を用いてもよい。

負極に用いる集電体は、金属箔で構成される。金属箔の素材としては、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼などが例示できる。なお、金属箔の厚み分だけ電池缶２１の内部体積が減少するため、金属箔の厚み寸法は可及的に小さいことが好ましく、例えば、０．００５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることが推奨される。金属箔の厚みが大きすぎると、電池缶２１の内部体積減少を抑制するためには、金属リチウム箔などの厚みを減少させざるを得ず、電池容量に低下を招く虞がある。金属箔の幅は、短尺および長尺の金属リチウム箔と同じかそれ以上であることが好ましい。また、金属箔の面積は、その両面に配される金属リチウム箔の面積の和の７０〜１３０％であることが好ましい。金属箔の面積を上記のようにすることで、金属箔の幅が両面に配される金属リチウム箔の幅と同じかまたは広く、長さが長くなるので、筒形電池の使用中の消費により金属リチウム箔が切れるなどする現象が生じても、負極内での電気的接続を維持することができる。

セパレータとしては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど）、ポリフェニレンスルフィドなどで構成される不織布、微孔性フィルムなどを用いることができる。

電解液は、使用する正極および負極の構成によって好適なものを選択すればよいが、例えば、上記の巻回電極体の場合では、有機溶媒などの非水系溶媒に電解質を溶解させて調製したものが好ましい。具体的には、溶媒としては、環状エステル（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど）に、鎖状エーテル（ジメトキシエタンなど）および／または鎖状エステル（ジメチルカーボネートなど）を混合したものが好ましく、電解質としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３などが好適であり、電解液中の電解質の濃度としては、０．３〜１．５ｍｏｌ／ｌとすることが推奨される。

電極体２２を上記の巻回電極体とする場合には、すべての正極−負極間にセパレータが介在するように、且つ負極が最外周に配置されるように巻回する。また、負極に上記の積層体を用いる場合には、負極の集電体（金属箔）が最外周に配置されるように、金属リチウム箔と金属箔の長さを調節しておく。巻回数には特に制限はなく、電池缶２１の容積との関係から適宜設定すればよい。

なお、電極体２２を上記巻回電極体とする場合、負極容量と正極容量との比（負極容量／正極容量）を０．９３以上１．０３以下とすることが好ましい。負極容量／正極容量の値が小さすぎると放電途中で電圧が急激に低下することがあり、大きすぎると高容量化を阻害することがあるからである。すなわち、負極容量／正極容量の値が０．９３より小さい場合には、正極が負極に比べて過剰に充填されているため、正極の容量が残っている間に負極が完全に消費されてしまい、放電途中で電圧が急激に低下する。このように放電途中に電圧が急激に低下すると電池寿命の予測が困難になる。他方、負極容量／正極容量の値が１．０３より大きい場合には、負極が過剰に充填されることになるため、高容量化の妨げとなる。

＜筒形電池の製造方法＞
次に、本発明の筒形電池の製造方法を図３に基づいて説明する。内底面に絶縁板２９を有する電池缶２１に電極体２２を装填し、電極体２２中の負極と電池缶２１の内面とを負極リード体２４で接続する。その後、絶縁板２５を装着する。電池蓋１０の端子板１３下面と電極体２２の正極とを正極リード体２３で接続した後に、該電池蓋１０電池缶２１の開口部に嵌合し、該電池缶２１の開口端部と電池蓋１０の周縁部とをレーザー溶接などにより溶接封止し、筒形電池前駆体とする。

次に、電池蓋１０の電解液注入口（図示しない）から、電池内部に電解液を注入するが、この電解液注入工程に先立って、電解液注入口と注入ノズルとの位置を合わるために、筒形電池前駆体の位置決めを行う。筒形電池前駆体の位置決めは、例えば、下記の２方法で行うことができる。

第１の方法としては、位置合わせ部材を備えた注入ノズルを有する電解液注入装置を用い、該位置合わせ部材を電池蓋１０の凹部（図示しない）に嵌めて、注入ノズルと電解液注入口の位置が合うように、筒形電池前駆体の位置決めを行う。なお、位置合わせ部材としては、例えば、棒状など、凹部に嵌めて位置決めできるものであれば、特に制限されない。

第２の方法では、図４に示すように筒形電池前駆体２０ａを保持用治具３０で保持して行う。保持用治具３０は、筒形電池前駆体２０ａの側壁（電池缶の側壁）を保持する機構と、筒形電池前駆体２０ａの位置決め後に、位置を固定する機構を有している。よって、位置合わせ部材を有する器具を用い、筒形電池前駆体２０ａの電池蓋の凹部１２に該器具の位置合わせ部材を嵌めて筒形電池前駆体２０ａの位置決めをし、保持用治具３０で位置固定する。保持用治具３０で位置固定された筒形電池前駆体２０ａを、該保持用治具３０に保持したままの状態で電解液注入工程に供する。電解液注入装置には、保持用治具３０を固定するための固定治具を備えたものを用い、該固定治具に保持用治具３０を固定すれば、電解液注入装置の注入ノズルと、筒形電池前駆体２０ａの電解液注入口１１との位置が合うように設定しておくことで、電解液注入口１１と注入ノズルとの位置合わせを、極めて容易に行うことができる。第２の方法で使用する位置合わせ部材を有する器具に係る位置合わせ部材についても、例えば、棒状など、凹部に嵌めて位置決めできるものであれば、特に制限されない。なお、図４では図示していないが、保持用治具３０は、その側壁や底面などに、電解液注入装置などに固定するための各種手段（穴や切り込みなど）が設けられていてもよい。

なお、上記（１）の方法、（２）の方法のいずれにおいても、位置決めの際の筒形電池前駆体および位置合わせ部材の動作などについては、特に制限はないが、例えば、円筒形の筒形電池の場合には、筒形電池前駆体の側壁（電池缶の側壁）を保持する機構を有する治具によって筒形電池前駆体を保持し、位置合わせ部材を筒形電池前駆体の電池蓋の凹部に嵌めるに当たり、筒形電池前駆体の長手方向の中心を通る軸（電池蓋の中心と、電池缶底面の中心とを取る軸）を回転軸とする回転動作により位相変化させて、位置決めを行うことが好ましい。上記（１）の方法の場合では、電解液注入装置が電解液注入の際に筒形電池前駆体を保持する治具を、上記の筒形電池前駆体の側壁を保持する機構を有する治具とすればよい。また、上記（２）の方法の場合には、上記保持用治具が上記の筒形電池前駆体の側壁を保持する機構を有する治具に該当する。

電解液注入後の筒形電池前駆体を、電解液注入口の溶接封止工程に供し、電解液注入口に封止部材を挿入し、レーザー溶接などで溶接封止して製品（筒形電池）とする。なお上記（２）の位置決め方法を採用した場合には、溶接装置にも、上記保持用治具を固定するための固定治具を有し、該固定治具に保持用治具を固定すれば、溶接装置の溶接手段と筒形電池前駆体の電解液注入口との位置が合うように設定しておくことが好ましい。この場合には、筒形電池前駆体を保持用治具に保持したままの状態で溶接封止工程に供すれば、溶接手段と筒形電池前駆体の溶接予定位置（電解液注入口）との位置合わせが極めて容易となるため、筒形電池の生産性を更に向上させることができる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。なお、本実施例で用いる「％」は、特に断らない限り質量基準である。

実施例１
図１に示す構造の電池蓋を用いて筒形電池を作製した。電池蓋および電池缶の素材は、Ｎｉメッキを施した鉄とした。電池蓋および電池缶に用いた金属板の厚みは、それぞれ０．６ｍｍ、０．２５ｍｍである。

また電池蓋は、直径が１６．１ｍｍの円形で、電解液注入口は、電池蓋の中心から５．９５ｍｍの点を中心とする直径１ｍｍの円形とした。また、凹部は、電解液注入口の中心から７５°で、電池蓋の中心から５．３５ｍｍの箇所を中心とする直径２ｍｍの円形とし、その深さを１ｍｍとした。ベントは、電池蓋の中心と電解液注入口の中心を通る線分を、電池蓋円周方向の中央部として両側にそれぞれ６０°の角度位置までで、且つ中心を電池蓋の中心とし電解液注入口の中心を通る円が、ベント底面の中央部（電池蓋の直径方向の中央部）を通るように設けた。また、ベントの底面の幅（電池蓋直径方向の幅）は１．２ｍｍとした。さらに、電池蓋には、図３に示すものと同様に、ポリプロピレン製の絶縁パッキングを介して端子体を設置してある。

電池缶の内底面に厚みが０．２ｍｍのポリプロピレン製の絶縁板を挿入し、正極リード体および負極リード体を取り付けた巻回電極体を、正極リード体が上側を向く姿勢で挿入した。続いて、負極リード体を電池缶の内面に抵抗溶接し、正極リード体は、絶縁板（図３に示すものと同様のもの）を挿入した後、電池蓋の端子体下面に抵抗溶接した。この時点で絶縁抵抗を測定し、短絡がないことを確認した。その後、電池蓋を電池缶の開口端に嵌合し、電池蓋の外周部と電池缶の開口端部の内周面とをレーザー溶接により溶接封止した。

なお、上記巻回電極体は、以下のものを用いた。
［正極］
カーボンブラック：３％と、二酸化マンガン（東ソー社製）：９２％とを、プラネタリーミキサーを用いて乾式で５分混合した後、水を質量比で固形分の２０％となるように添加して、さらに５分混合した。得られた混合物にＰＴＦＥディスパージョン（ダイキン工業社製「Ｄ−１」）を固形分として５％を、残りの水に希釈した状態で添加し、５分混合して配合剤を調製した。最終的な配合剤中の水分は、質量比で、固形分１００に対して３０とした。

上記の配合剤を、直径：２５０ｍｍの２本ロールを用い、ロール温度を１３０±５℃に調整し、プレス圧：７トン／ｃｍ、ロール間隔：０．４ｍｍ、回転速度：１０ｒｐｍの条件でロールによる圧延、シート化を行った。ロールを通過した配合剤（予備シート）を１０５℃±５℃で残水分が２％以下になるまで乾燥した。次いで乾燥後の予備シートを粉砕器を用いて粉砕した。ここでは、プレスされた予備シートが、元の見かけ体積の２倍以上になるまで粉砕した。粉砕された粒子径は、大部分が１ｍｍ以下であり、バインダーとして添加したＰＴＦＥの繊維も１ｍｍ以下の長さに切断されていた。

粉砕された材料に対して、再度ロールによるシート化を行った。ロールの間隔は０．６±０．０５ｍｍに調整し、ロール温度は１２０±１０℃、プレス圧：７トン／ｃｍ、回転速度：１０ｒｐｍの条件でシート化を行い、正極シートを得て、所定の寸法に切断した。この正極シートは、厚みが１．０ｍｍで、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３であった。

以上のようにして、内周用と外周用の２枚の正極シートを作製した。内周用の正極シートは幅：３７ｍｍ、長さ：５１ｍｍであり、外周用の正極シートは幅：３７ｍｍ、長さ：６２ｍｍであった。

ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製のエキスパンドメタルを正極用の集電体として用いた。このエキスパンドメタルを幅：３４ｍｍ、長さ：５６ｍｍに切断し、その長さ方向の中央部に、厚さ：０．１ｍｍ、幅：３ｍｍのステンレス鋼製のリボンを正極リード体として抵抗溶接により取り付けた。集電体にカーボンペースト（日本黒鉛社製）を網の目につぶさない程度に塗布したのち、１０５±５℃の加熱温度で２時間以上乾燥した。なお、ここではカーボンペーストを５ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布した。

次に、２枚の正極シートを、その間に集電体を介在させた状態で長さ方向の一端部のみを固定して三者を一体化した。具体的には、内、外周用の２枚の正極シートは、長さ方向の一端を揃えるとともに、集電体の端部が正極シートからはみ出さないようにセットし、その状態で長さ方向の端部から５ｍｍをプレスにより圧着することで、三者を一体化した。続いて、これら正極シートおよび集電体を２５０±１０℃で６時間熱風乾燥して正極を得た。なお、ここで２枚の正極シートと集電体とを一体化したのは、作業上の都合であり、独立した正極シートと集電体とを巻回時に一体化しても特性上の問題はない。

［負極の作製］
幅：３７ｍｍ、厚み：０．２８ｍｍの金属リチウムを、長さ：４６ｍｍの短尺の金属リチウム箔と長さ：８２ｍｍの長尺の金属リチウム箔に切断し、これらを負極の作製に用いた。そして、集電体となる金属箔としては、幅：３７ｍｍ、長さ：１３５ｍｍ、厚み：０．０１０ｍｍの銅箔を用い、長尺の金属リチウム箔に幅：３ｍｍ、長さ：２０ｍｍ、厚み；０．１ｍｍのニッケル製の負極リード体を圧着した後、銅箔と長尺の金属リチウム箔とを重ね合わせて、巻き始め側となる端部から１０ｍｍ程度圧着させておき、さらに、短尺の金属リチウム箔は、超尺の金属リチウム箔と銅箔との圧着部の終端（銅箔の内側の終端）より内側で銅箔に重ねて、短尺の金属リチウム箔の端部から１０ｍｍ程度圧着させて負極を作製した。このときの銅箔の面積はその両面に配置される金属リチウム箔の面積の和の１０５％であった。

［巻回電極体の作製］
幅：４４ｍｍ、厚み：０．０２５ｍｍの微孔性ポリエチレンフィルム［旭化成社製のハイポア（商品名）］を１４０ｍｍに切断してセパレータとして用い、２つ割の直径：４ｍｍの巻回芯に挟んで１周巻いた。負極をセパレータと同時に１周巻き込んだのち、正極シートの固定した側を巻回芯側に載置して３回巻回した。巻回終了後は、銅箔が最外周を覆う形となった。以上により、巻回電極体を得た。

電池蓋と電池缶の溶接封止後に、電池内に電解液を注入した。電解液には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とジメトキシエタン（ＤＭＥ）との体積比１：２の混合溶媒にＬｉＣｌＯ_４を０．５ｍｏｌ／ｌ溶解させることによって調製した非水系の電解液を用いた。電解液の注入の際には、棒状の位置合わせ部材を備えた注入ノズルを有する電解液注入装置を用い、該装置に備え付けの、電池前駆体の電池缶の側壁を保持する機構を有する治具によって電池前駆体を保持し、電池前駆体の長手方向の中心を通る軸（電池蓋の中心と電池缶底面の中心とを通る軸）を回転軸する回転動作により位相変化させつつ、位置合わせ部材を電池蓋に設けた上記凹部に嵌めることで電池前駆体の位置決めを行った。電池前駆体の位置決め後、電解液の注入を３回に分けて行い、最終工程で減圧にて全量を注入した。続いて、電解液注入口にリベット形状の封止部材を装填し、レーザー溶接により溶接封止して、外径：１７ｍｍ、高さ：４５ｍｍの円筒形電池を得た。

実施例２
実施例１と同様にして作製した電解液注入前の電池前駆体を、図４に示すような保持用治具で保持した。この保持用治具は、電池前駆体の電池缶の側壁を保持する機構と、電池前駆体の位置決め後に、位置を固定する機構を有している。この保持用治具に保持した電池前駆体について、棒状の位置合わせ部材を有する器具を用いて、電池前駆体の長手方向の中心を通る軸（電池蓋の中心と電池缶底面の中心とを通る軸）を回転軸する回転動作により位相変化させつつ、位置合わせ部材を電池蓋に設けた凹部に嵌めることで電池前駆体の位置決めを行い、保持用治具で位置固定した。

保持用治具に位置固定した電池前駆体を、保持用治具ごと、電解液注入装置の固定治具に固定することで、電池前駆体の電解液注入口と電解液注入装置の注入ノズルとの位置を合わせた。続いて、実施例１と同様にして電池前駆体に電解液を注入した。電解液注入後の電池前駆体の電解液注入口にリベット形状の封止部材を装填し、これを保持用治具ごとレーザー溶接装置の固定治具に固定することで、溶接予定位置（電解液注入口）とレーザーとの位置合わせをした。そして、実施例１と同じ条件で溶接封止して円筒形電池を得た。

このように上記凹部を備えた電池蓋を用いた実施例１および実施例２の円筒形電池では、電解液注入の際に、注入ノズルと電解液注入口の位置合わせをカメラで確認しながら行っていた従来の筒形電池の製法に比べて、電解液注入工程に要する時間が格段に短縮化でき、生産速度を大幅に向上させ得ることが確認できた。また、電解液注入装置では、位置確認用のカメラのような精密機器も不要であり、装置のコストやメンテナンスを省略できることも確認できた。

本発明の筒形電池用電池蓋の一例を示す平面概略図である。 本発明の筒形電池用電池蓋の他の例を示す平面概略図である。 本発明の筒形電池の一例を示す断面概略図である。 筒形電池前駆体を保持用治具で保持した様子を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 筒形電池用電池蓋
１１ 電解液注入口
１２ 凹部
１３ 端子体
１４ ベント
１５ 絶縁パッキング
２０ 筒形電池
２０ａ 筒形電池前駆体
２１ 電池缶
２２ 電極体
２３ 正極リード体
２４ 負極リード体
２５ 絶縁板
２６ ベース部
２７ 側壁
２８ ガス通口
２９ 絶縁板
３０ 保持用治具

Claims (6)

1. 筒形電池の外装を構成するための電池蓋であって、
   該電池蓋は、上記電池内部に電解液を注入するための電解液注入口、および電解液注入装置の注入ノズルと該電解液注入口との位置を合わせるための凹部を有することを特徴とする筒形電池用電池蓋。
2. 上記凹部を２以上有する請求項１に記載の電池蓋。
3. 正極、負極、セパレータおよび電解液を含む発電要素が装填された、上方開口部を有する有底筒形の電池缶と、請求項１または２に記載の電池蓋を有し、
   上記電池缶の開口端部と、上記電池蓋の周縁部が溶接封止され、
   上記電池蓋の電解液注入口は、封止部材が挿入され且つ溶接封止されていることを特徴とする筒形電池。
4. 上方開口部を有する有底筒形の電池缶内に、少なくとも正極、負極およびセパレータを装填し、電池缶内に電解液を注入するための電解液注入口と、電解液注入装置の注入ノズルと該電解液注入口との位置を合わせるための凹部とを有する電池蓋を、上記電池缶の開口部に嵌合し、該電池缶の開口端部と該電池蓋の周縁部とを溶接封止して筒形電池前駆体とする工程と、該筒形電池前駆体の該電池蓋の電解液注入口から電解液を注入する工程と、該電解液注入口に封止部材を挿入し、溶接封止する工程を有する筒形電池の製造方法であって、
   電解液注入工程に先立って、上記電解液注入口と、電解液注入装置の注入ノズルとの位置を合わせるために、上記筒形電池前駆体の上記電池蓋の凹部に、位置合わせ部材を挿入することにより、該筒形電池前駆体の位置決めを行うことを特徴とする筒形電池の製造方法。
5. 上記位置合わせ部材を備えた注入ノズルを有する電解液注入装置を用いて、上記筒形電池前駆体の位置決めを行う請求項４に記載の製造方法。
6. 上記筒形電池前駆体を保持用治具で保持し、上記位置合わせ部材を有する器具により該筒形電池前駆体の位置決めを行って該保持用治具に位置固定し、
   上記筒形電池前駆体を上記保持用治具に保持したままの状態で電解液注入工程に供し、
   更に、電解液注入後の上記筒形電池前駆体を、上記保持用治具に保持したままの状態で、電解液注入口の溶接封止工程に供する請求項４に記載の製造方法。
   

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