JP2007066835A - 円筒型二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉性を保ちながら、封口板にダメージを与えずに封口を行い、圧着後に溝部直下の縮径工程を増やすことなく、電池外径の寸法安定性に優れた円筒形二次電池を製造する方法を提供する。
【解決手段】円筒型二次電池の製造方法において、電極群溝形成工程が、まず外装缶の電極群が収納されている部位より上から開口部までを縮径する縮径工程を行い、その後、前記外装缶の縮径した部分に外側から内側に向けて溝を入れる溝入れ工程を行う円筒型二次電池の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒形二次電池の製造方法に関し、特にその封口部分の形成に関するものである。

円筒形二次電池は、一般的に次のような構造をしている。帯状の集電体に活物質を塗着した正極板と、帯状の集電体に活物質を塗着した負極板とが、セパレータを介して渦巻き状に巻かれた極板群を有している。その極板群は、金属製の外装缶に収納されている。外装缶の開口部に、外装缶の外側から内側に向けて溝部が設けられている。その溝部は、極板群の上端部より上に位置している。所定量の電解液を、外装缶の開口部から注入した後、絶縁性ガスケットを介して、封口板と外装缶の開口部を、カシメ金型を用いて封口している。電池の総高を所定の高さにするために、溝部の隙間を潰す、いわゆる圧着をしている。

しかし、カシメ金型でかしめにより封口した場合、封口部の外装缶のスプリングバック、すなわち、電池の封口部からカシメ金型が離れた時に、外装缶がカシメ金型により受けていた圧力に対して元の形状に戻ろうとすることによって、封口部の外径が大きくなる。このため、封口部の外径は、外装缶の胴体の部分、すなわち、極板群が収納されている部分よりも大きくなる。

円筒型二次電池は、電子機器に搭載するために、パックに収納されている。パックは、電池の胴体部分の外径を元に設計され、複数個の電池が用いているのが一般的である。電池の外径が、胴体部より封口部の方が大きい場合、隣り合う電池の封口部同士が干渉し、パックに収納することができなくなるため、電池の封口部の外径に合わせて設計し直さなければならない可能性がある。電子機器に搭載できる体積を超えてしまい、電子機器の設計変更も必要となるという問題がある。

この課題を解決するために封口後の電池を胴体部外径と同じ内径となる筒状の金型に通して縮径する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、封口後の電池を回転させながら封口部にローラーを圧接し、胴体部外径と同じ外径となるように縮径する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、円筒型二次電池の製造方法として、溝部を設けると同時に、外装缶の溝部の上から開口部までの外径を、外装缶の胴部より小さくする、いわゆる縮径する方法が提案されている。この方法においては、縮径した外装缶を、カシメ金型でかしめても、外装缶の胴部の外径より大きくならない。しかし、圧着をすることにより、溝部が潰れるとともに溝部直下の外径が大きくなる。その大きくなった溝部直下の外径を、電池の胴部の外径程度に小さくするために、圧着後の電池を所定の内径の金型に通して縮径する（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−２６９８９号公報 特開平４−２９６４４４号公報 特開平４−１４４０５４号公報

しかしながら、前記従来の円筒型二次電池は、封口後の電池を胴体部外径と同じ内径と
なる筒状の金型に通して縮径する方法では、封口部が径方向に縮小するのと同時に長さ方向にも変形するため、封口部のかしめ固定にゆるみが生じる。このため密閉性が著しく低下するという問題点があった。

また、封口後の電池を回転させながら封口部にローラーを圧接し、胴体部外径と同じ外径となるように縮径する方法では、封口部を縮径する際、封口板に大きなダメージを与える恐れがある。近年の円筒型二次電池の封口板には複雑な安全機構を有するものが多く、このような封口板がダメージを受けることにより安全機構が作動せず、著しく安全性が低下するという問題点があった。

また、溝部を設けると同時に、外装缶の溝部の上から開口部までの外径を縮径する方法において、縮径された部分は、外装缶の溝部の上から開口部までである。したがって圧着後の電池を、所定の内径の金型に通すことにより、大きくなった溝部の下部の外径を小さくしている。このように、この方法においても圧着後に、外径を小さくするための工程を増やさなければならないという問題があった。

そこで本発明は、このような従来の課題を解決するもので、密閉性を保ちながら、封口板にダメージを与えずに封口を行い、圧着後に溝部直下の縮径工程を増やすことなく、電池外径の寸法安定性に優れた円筒形二次電池を製造する方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の円筒形二次電池の製造方法は、電極群を外装缶内に収納する収納工程と、封口板を挿入するための溝部を形成する溝形成工程と、前記外装缶の開口部から電解液を注入する注液工程と、前記外装缶の開口部に絶縁ガスケットをはめ合わせた封口板を挿入して封口する封口工程と、前記溝部をつぶし電池の高さを所定の寸法とする圧着工程とからなる組立工程において、前記溝形成工程が、まず前記外装缶の電極群が収納されている部位より上から開口部までを縮径する縮径工程を行い、その後、前記外装缶の縮径した部分に外側から内側に向けて溝を入れる溝入れ工程を行うことである。

本発明の製造方法により、封口工程後の封口部の外径も圧着工程後の溝部直下の外径も外装缶の胴部の外径より大きくならない。このため封口工程後に封口部の縮径工程が必要なく封口部を変形させないため密閉性が高くなり、封口板にダメージを与えないため封口板の安全機構を損なわなく、圧着工程後も溝部直下の縮径工程を行う必要がない。したがって電池外径の寸法安定性に優れた円筒形二次電池を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の円筒形二次電池の製造方法は、極板を作成する源泉工程と、前記極板を渦巻き状巻回電極群に構成する群構成工程と、前記電極群を外装缶と封口板で密閉して電池に仕上る組立工程からなる円筒型二次電池の製造方法において、前記組立工程は、前記電極群を外装缶内に収納する収納工程と、封口板を挿入するための溝部を形成する溝形成工程と、前記外装缶の開口部から電解液を注入する注液工程と、前記外装缶の開口部に絶縁ガスケットをはめ合わせた封口板を挿入して封口する封口工程と、前記溝部をつぶし電池の高さを所定の寸法とする圧着工程とからなるものであって、前記溝形成工程が、まず前記外装缶の電極群が収納されている部位より上から開口部までを縮径する縮径工程を行い、その後、前記外装缶の縮径した部分に外側から内側に向けて溝を入れる溝入れ工程を行うことである。

上記の製造方法において、源泉工程と群構成工程は従来公知の方法で構わない。また、組立工程において、収納工程、注液工程、封口工程、圧着工程等は従来公知の方法で構わない。

本発明の本旨は、溝形成工程において、まず縮径工程を行い、その後溝入れ工程を行うことである。

縮径工程は外装缶をテーパーのついた筒状の金型に電極群未収納部まで挿入することで縮径を行っている。この金型は一体型でも複数の割型でもかまわない。また、外装缶を回転させながらローラーを圧接して縮径を行うことも可能である。

溝入れ工程は外装缶を回転させながら縮径した部分に所定の形状の溝入れローラーを圧接し溝入れを行っている。

ここで、溝入れ工程を行ってから縮径工程を行うと溝部にひずみが生じやすいため、縮径工程を行った後に溝入れ工程を行うという順序が重要である。

溝入れ工程前に縮径工程を設け、さらに外装缶の電極群未収納部から開口部まで縮径をすることにより、封口工程後の封口部の外径も圧着工程後の溝部直下の外径も外装缶の胴部の外径より大きくならない。このため封口工程後に封口部の縮径工程が必要なく、封口部を変形させないため密閉性が高くなり、また、封口板にダメージを与えないため封口板の安全機構を損なわない。さらに、圧着工程後も溝部直下の縮径工程を行う必要がなく電池外径の寸法安定性にも優れている。

図１に本発明の一実施例である円筒型二次電池の概略縦断面図を示す。

また、図２〜６で、本発明の一実施例の製造方法の工程を示す。まず、図２に外装缶に電極群を挿入した状態の概略縦断面図を示す。図３に図２の外装缶に縮径を行った状態の概略縦断面図を示す。図４に図３の外装缶に溝入れを行った状態の概略縦断面図を示す。図５に図４の外装缶の開口部に絶縁ガスケットをはめ合わせた封口板を挿入し、前記ガスケットを介して前記封口板を前記外装缶の開口部を封口した状態の概略縦断面図を示す。図６に図５の外装缶の溝部をつぶした状態の概略縦断面図を示す。

図1に示すように本発明の一実施例である円筒型二次電池は、次のような構造をしている。帯状の集電体に活物質を塗着した正極板１と、帯状の集電体に活物質を塗着した負極板２とが、セパレータ３を介して渦巻き状に巻かれた極板群４を有している。その極板群４は、正極集電体に溶接された正極リード８と負極集電体に溶接された負極リード９を有しており、樹脂製の下部絶縁板１１を介して金属製の外装缶５に収納されている。外装缶５の開口部より電極群４の上に上部絶縁板１０を挿入し、外装缶５の外側から内側に向けて縮径を行った部位で上部絶縁板１０よりも上に溝部が設けられている。正極リード８は封口板６に溶接されており、負極リード９は外装缶５の底部に溶接されている。所定量の電解液（図示せず）を、外装缶５の開口部から注入した後、絶縁ガスケット７を介して、封口板６と外装缶５の開口部を、カシメ金型を用いて封口している。溝部をつぶす圧着工程を行うことにより、図１に示した円筒型二次電池となる。

まず、図２に示すように上方が開口した有底円筒形の外装缶５を作製した。外装缶５はニッケルメッキを施した０．２ｍｍ厚の鉄板からなり、その外径A（図２に図示）は１８．０ｍｍで、長さは６７．０ｍｍである。続いて、外装缶５内に、電極群４は下部絶縁板１１を介して収納した。電極群４は、アルミニウム箔上に正極材料を塗着した正極板１と
、銅箔上に負極材料を塗着した負極板２とが、セパレータとしてポリプロピレン製微多孔膜３を介して渦巻状に巻回した構造になっている。正極板の正極活物質未塗工部のアルミニウム箔部分にアルミニウムからなる正極リード８を溶接し、電極群上部に突出させた。負極板の負極活物質未塗工部の銅箔部分にニッケルからなる負極リード９を溶接により固定し、電極群下部に突出させた。

次に、負極リード９を外装缶５の底部と溶接により固定し、外装缶５をテーパーをつけた筒状の金型に電極群未収納部まで挿入することで縮径を行った。

図３に示すように、縮径工程後の外装缶５の縮径部の外径はB（図３に図示）、開口部から縮径終端部１２までの長さはE（図3に図示）となる。

次に図４に示すように、外装缶５の開口部から上部絶縁板１０を挿入し、外装缶５を回転させながら、縮径を行った部位で上部絶縁板１０よりも上に溝入れローラーを圧接し溝入れを行った。外装缶の開口部から溝部最小径部１３までの長さＦ（図4に図示）は５．０ｍｍとなっていた。

次に、封口板７の底面に前記正極リード９を溶接により固定する。開口部より電解液（図示せず）を注入したのち、前記外装缶６内における溝部の上方部に絶縁ガスケット７をはめ合わせた封口板６を挿入する。上下動するカシメ用型の上型を前記外装缶５の上方から下降させて圧接して溝部上端から開口端までの外装缶５を内側に折曲げて前記封口板をカシメ固定した。

このような封口工程により、図５に示すように、封口部の外径Ｃ（図５に図示）が、折曲げられた外装缶５のスプリングバックによって拡大するが、外装缶５の胴部の外径A（図５に図示）よりも大きくならなかった。

最後に図６のように上型を上方から下降させ圧接して溝部をつぶすことにより溝の直下の外径D（図６に図示）が拡大するが、外装缶５の胴部の外径A（図６に図示）よりも大きくならなかった。

このようにして得られた円筒形二次電池は、電極群４を収納している外装缶５の胴部の外径A（図６に図示）が最大外径となるため、電極群４の容積効率が向上された。しかも、前記封口部の外径Ｃ（図６に図示）や前記溝部直下の外径D（図６に図示）を縮小する加工を施す必要がなく、密封性が良好に維持され、封口板にダメージを与えないため封口板の安全機構を損なわず、電池外径の寸法安定性に優れた円筒形二次電池の製造方法を提供することができた。

下記に記す実施例及び比較例において使用したガスケット外径はそれぞれの縮径後の外径より０．５ｍｍ小さいものを使用し、封口板は１．０ｍｍ小さいものを使用した。これにより、封口時のガスケットの圧縮率が同様になるようにした。

さらに、実施例１〜４においては、縮径後の外径Bや開口部から縮径終端部までの長さEを以下に説明する表１に示した寸法になるように縮径を行い、それぞれの寸法で円筒型二次電池を３０個作成した。該円筒型二次電池の封口後の封口部の最大外径Ｃや圧着後の溝部直下の最大外径Ｄを測定した平均値を表１に示す。

寸法測定後円筒型二次電池を分解し、電極群へのダメージ、封口板へのダメージの有無を確認した結果を表１に示す。

《実施例１》
縮径後の外径Bを１７．９ｍｍ、開口部から縮径終端部までの長さEを６．５ｍｍとした。封口後の封口部の外径Cは１８．０ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．０ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

《実施例２》
縮径後の外径Bを１７．８ｍｍ、開口部から縮径終端部までの長さEを６．５ｍｍとした。封口後の封口部の外径Cは１７．９ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１７．９ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

《実施例３》
縮径後の外径Bを１７．７ｍｍ、開口部から縮径終端部までの長さEを６．５ｍｍとした。封口後の封口部の外径Cは１７．８ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１７．８ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

《実施例４》
縮径後の外径Bを１７．５ｍｍ、開口部から縮径終端部までの長さEを６．５ｍｍとした。封口後の封口部の外径Cは１７．６ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１７．６ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

さらに、比較のために従来の製造方法により、比較例１〜５の電池を作成した。

《比較例１》
縮径を行わず、封口、圧着工程を行った。封口後の封口部の外径Cは１８．１ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．１ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

《比較例２》
比較例１と同様に縮径を行わず、封口、圧着工程を行った電池に対し、特許文献１と同様に筒状の金型に挿通させ縮径を行った。封口後の封口部の外径Cは１８．０ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．０ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは９／３０個であった。

《比較例３》
比較例１と同様に縮径を行わず、封口、圧着工程を行った電池に対し、特許文献２と同様に封口部と溝部直下にローラーを圧接し縮径を行った。封口後の封口部の外径Cは１８．０ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．０ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは１０／３０個であった。

《比較例４》
外装缶の溝形成後の形状が特許文献３と同様になるように縮径後の外径Bを１７．８ｍｍ、開口部から縮径範終端部までの長さEを５．０ｍｍとした。外装缶の開口部から溝部最小径部１３までの長さＦは５．０ｍｍであるから、溝部の上は縮径されているが下は縮径されていない。該外装缶に封口工程、圧着工程を行った電池の封口後の封口部の外径Cは１８．０ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．１ｍｍであった。電極群へのダメージは０／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

《比較例５》
縮径後の外径Bを１７．８ｍｍ、開口部から縮径終端部までの長さEを８．０ｍｍとした。電極群４の上端は外装缶５の開口部から７．５ｍｍの位置にあるため、電極群収納部ま
で縮径した状態である。封口後の封口部の外径Cは１７．９ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１７．９ｍｍであった。電極群へのダメージは２５／３０個、封口板のダメージは０／３０個であった。

以上の結果を表１にまとめた。

なお、表１中で^*は封口工程、圧着工程後に上記に説明したそれぞれの方法で縮径を行った後の測定値である。

表１の結果から、縮径を行った実施例１〜４は縮径を行っていない比較例１と比べると封口部の外径Cと溝部直下の外径Dが小さくなっており、外装缶の胴部の外径A以下となった。

比較例1において縮径を行わなかった場合、封口後の封口部の外径Cは１８．１ｍｍ、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．１ｍｍとなり、ともに外装缶の胴部外径Aの１８．０ｍｍを超えてしまった。

以上より、縮径工程を行うという本発明の円筒型二次電池の製造方法は有効であることが示された。

比較例２において、特許文献１と同様に筒状の金型に挿通させ縮径を行った場合、封口板へのダメージが確認された。

比較例３において、特許文献２と同様に封口部と溝部直下にローラーを圧接し縮径を行った場合、封口板へのダメージが確認された。

以上より、封口後に封口部を縮径しない本発明の円筒型二次電池の製造方法は有効であることが示された。

比較例４において外装缶の溝形成後の形状が特許文献３と同様になるように縮径を溝の下まで行わなかった場合、圧着後の溝部直下の外径Dは１８．１ｍｍとなり、外装缶の胴部外径Aの１８．０ｍｍを超えてしまった。

以上より縮径を行った部分に溝入れを行う本発明の円筒型二次電池の製造方法は有効であることが示された。

比較例５において、電極群収納部まで縮径してしまうと、電極群にダメージが確認され
た。

以上より、外装缶の電極群が収納されている部位より上から開口部までを縮径する本発明の円筒型二次電池の製造方法は有効であることが示された。

以上の結果から、溝を設ける前に縮径工程を設け、さらに外装缶の電極群未収納部から開口部まで縮径をすることにより、封口工程後の封口部の外径も圧着工程後の溝部直下の外径も外装缶の胴部の外径より大きくならなかった。このため封口工程後に封口部の縮径工程が必要なく封口部を変形させないため密閉性が高くなり、封口板にダメージを与えないため封口板の安全機構を損なわなかった。圧着工程後も溝部直下の縮径工程を行う必要がなく電池外径の寸法安定性に優れた円筒形二次電池の製造方法を提供することができた。

本発明による円筒型二次電池は小型携帯機器などの駆動電源として、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラなどの駆動電源に用いることができる。

本発明の一実施例である円筒型二次電池の概略縦断面図 外装缶に電極群を挿入した状態の概略縦断面図 上記外装缶に開口部縮径を行った状態の概略縦断面図 上記外装缶に溝入れを行った状態の概略縦断面図 上記外装缶の開口部に絶縁ガスケットをはめ合わせた封口板を挿入し、前記ガスケットを介して前記封口板を前記外装缶の開口部を封口した状態の概略縦断面図 上記外装缶の溝をつぶした状態の概略縦断面図

符号の説明

１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 電極群
５ 外装缶
６ 封口板
７ 絶縁ガスケット
８ 正極リード
９ 負極リード
１０ 上部絶縁板
１１ 下部絶縁板
１２ 縮径終端部
１３ 溝部最小外径部
A 外装缶胴部の外径
B 外装缶縮径後の縮径部の外径
C 外装缶封口後の封口部の外径
D 外装缶圧着後の溝部直下の外径
E 外装缶縮径後の開口部から縮径終端部までの長さ
F 外装缶溝入れ後の開口部から溝部最小外径部までの長さ

Claims (1)

1. 極板を作製する源泉工程と、前記極板を渦巻き状に巻回して電極群に構成する群構成工程と、前記電極群を外装缶と封口板で密閉して電池に仕上る組立工程からなる円筒型二次電池の製造方法において、
   前記組立工程は、前記電極群を外装缶内に収納する収納工程と、封口板を挿入するための溝部を形成する溝形成工程と、前記外装缶の開口部から電解液を注入する注液工程と、前記外装缶の開口部に絶縁ガスケットをはめ合わせた封口板を挿入して封口する封口工程と、前記溝部をつぶし電池の高さを所定の寸法とする圧着工程とからなるものであって、前記溝形成工程が、まず前記外装缶の電極群が収納されている部位より上から開口部までを縮径する縮径工程を行い、その後、前記外装缶の縮径した部分に外側から内側に向けて溝を入れる溝入れ工程を行う円筒型二次電池の製造方法。