JP2009218135A

JP2009218135A - 偏平形電池の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2009218135A
Application number: JP2008062171A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Ishikawa; 俊樹石川; Takayuki Aoi; 隆幸青井; Nozomi Hara; 望原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP5272456B2

Abstract

【課題】偏平形電池の製造方法に関するものであり、電解液が注液された未封口の偏平形電池において、電池が封口されるまでに大気中に曝されることで電解液量が減少する。
【解決手段】第３の工程において容器状の封口板１８に負極材２２、セパレータ２７およびガスケット２１、次いで電解液および正極材２３を組み込んだ電池本体１５を電池搬送用の治具１４の中空部２５に収納し、治具１４の上方から直ちに電池缶１６を組み込んで中空部２５を密閉空間８２とし、次いで密閉空間８２内の空気を排除しながら電池本体１５と電池缶１６を嵌め合わせて、電池缶１６の開口部１６ａを内側に折り曲げて偏平形電池１７を封口することにより電池本体１５と電池缶１６とが嵌め合わされるまでに蒸発する電解液量を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、組み立て過程における電解液の蒸発を抑制し、電池組み立て後の電解液量のばらつきを低減する偏平形電池の製造方法及び製造装置を提供するものである。

近年、メモリのバックアップや通信機器、時計等の駆動電源には、円盤状の偏平形電池で厚みの薄い電池が用いられている。とりわけ厳しい環境に耐え、長期信頼性を保つことが可能な電池が需要拡大傾向にあり、偏平形電池においても製造過程で安定したばらつきの少ない高品質なものづくりが要求されている。特に電解液は電池の特性を左右する重要な要素であり、電解液が減少すると電池の内部抵抗が上昇し商品価値がなくなる不都合が生じる。このため電解液量については厳しい管理基準が要求されている。

以下、従来例について図を参照しながら説明する。図９は従来例の偏平形電池１０７の断面図を示す。図１０（ａ）は従来例の封口前を示す製造装置の断面図を示し、同図１０（ｂ）は従来例の封口状態を示す製造装置の断面図を示す。具体的には、図９に示す偏平形電池は、上部が開口した容器状の電池缶１０１とガスケット１０３と正極材１０４とセパレータ１０６および負極材１０５とキャップ状の封口板１０２で構成されており、電池缶１０１の円筒状の周壁面部１００は、封口時内側にガスケット１０３を介して折り曲げられ電池内を密閉して偏平形電池１０７が製作される。

図１０（ａ）に示す製造装置は、プレス機に封口用金型の下金型１３７と上金型１３８とが相互に芯合わせした位置決め状態で取り付けられた構造になっている。下金型１３７は、プレス機のプレスベット（図示せず）に固定された下型台部１６１と、この下型台部１６１に立設状態に固定された円柱状の支持体１４２と、この支持体１４２の外周面に摺動自在に外嵌されて圧縮ばね１４４で下方に向け退避可能に弾性的に支持されたほぼ円筒状の位置決め部材１４３とから構成されている。

支持体１４２は、加工すべき電池缶１０１を載置する上端の支持面１４２ａが電池缶１０１の底面と略同じ径の円形を有し、封口加工時に作用する荷重を受け止める。位置決め部材１４３は、加工前において圧縮ばね１４４により支持体１４２の支持面１４２ａの周端上方を取り囲む図示の上限位置に保持されている。但し、位置決め部材１４３、ガイド体１４７および下型カップリング部１４８における相互の摺動面の各間には、摺動可能な範囲で可及的に狭い隙間が設けられているとともに、各摺動面には真空グリースを十分に塗布して、隙間からの空気漏れの発生が防止されている。

一方、上金型１３８はプレス機のプレスラム（図示せず）に連結されて上下動する円筒状の上型本体１５２と、この上型本体１５２の内部に摺動自在に内装されて圧縮ばね１５４により常時下方に付勢された押圧軸体１５３と、この押圧軸体１５３の下端面に電気絶縁部材を介在して連結された押圧部材１５７と、上型本体１５２の下端面に取付部材を介して連結された加工用部材１５９とから構成されている。

押圧部材１５７および押圧軸体１７３には真空吸引孔１６７がそれぞれ形成されており、この真空吸引孔１６７は、封口加工前において、真空配管継ぎ手およびバルブ（図示せず）などを介して真空ポンプ（図示せず）に連結されている上型本体１５２の真空吸引孔１６８に連通されている。また真空吸引孔１７０Ａ，１７１Ａも同様に真空配管継ぎ手およびバルブ（図示せず）などを介して真空ポンプ（図示せず）に連結されている。図１０（ｂ）に示す密閉空間１６４は、支持体１４２、位置決め部材１４３、下型カップリング
部１４８、上型カップリング部１６３および押圧部材１５７により形成される。

次に偏平形電池の製造方法は、図９に示す電池缶１０１内に、ガスケット１０３、正極材１０４およびセパレータ１０６を組み付けたのちに、所定量の電解液を注入する。電池缶１０１は、図１０（ａ）に示す上金型１３８がガイド体１４７の上方に離間した状態において、位置決め部材１４３内に挿入して支持体１４２の支持面１４２ａ上に載置する。これにより電池缶１０１は、位置決め部材１４３と支持面１４２ａとで構成される容器状の内部に保持されて、下金型１３７に対し所定位置に取り付けられる。一方、負極材１０５が予め取り付けられた封口板１０２の取り付けに際しては、封口板１０２を位置決め治具１７３の凹部１７３ａに嵌め込み、この位置決め治具１７３を加工用部材１５９に嵌め合わせると、真空ポンプの駆動による真空吸引力が真空吸引孔１６８，１６７を介して封口板１０２に対し真空吸着力として作用し、封口板１０２が押圧部材１５７の軸芯と一致する位置決め状態で押圧部材１５７の押圧面１５７ａに吸着保持される。その後、位置決め治具１７３は取り除かれる。

次に、図１０（ｂ）に示すプレスラム（図示せず）の下降工程に伴い、上金型１３８が下降すると押圧部材１５７の押圧面１５７ａに吸着されている封口板１０２が電池缶１０１の内部に組み付けられる直前に、上型カップリング部１６３の下端面が位置決め部材１４３の上端部の下型カップリング部１４８に気密状態に密着する。これは、図１０（ｂ）において、上型カップリング部１６３の下端部が下型カップリング部１４８の上端の段部に嵌まり合う状態に相当する。これにより、製造装置の内部には、支持体１４２、位置決め部材１４３、下型カップリング部１４８、上型カップリング部１６３および押圧部材１５７によって電池缶１０１の周囲を囲む密閉空間１６４を形成する。

上記のようにして形成された密閉空間１６４は、真空吸引孔１７０Ａ，１７１Ａを介して真空ポンプに接続されているので、形成されると同時に内部の空気が排出される。この密閉空間１６４は、容積が極めて小さいので、速やかに空気を排出し所要の内圧に減圧する。これにより、電池缶１０１の開口部周辺の空気および電池缶１０１の周壁面部１００、封口板１０２、ガスケット１０３、正極材１０４、負極材１０５、セパレータ１０６に含まれている空気は速やかに外部に排出される。

上金型１３８は上述の減圧時にも下降動作を継続しているので、押圧部材１５７の押圧面１５７ａに吸着されている封口板１０２は、図１０（ｂ）に示す電池缶１０１の内部に組み付けられる。ここで、封口板１０２は、位置決め治具１７３によって位置決めして押圧面１５７ａに吸着されているので、電池缶１０１に対して正確に所定の位置に組み付ける。上金型１３８がさらに下降すると、図１０（ｂ）に示す上金型１３８の下降に伴って圧縮される圧縮ばね１５４の復元力を受ける押圧部材１５７は、封口板１０２を一方、上型カップリング部１６３は、下型カップリング部１４８に当接したのちに、これと一体の位置決め部材１４３を圧縮ばね１４４の付勢力に抗して押し下げながら下降するとともに、加工用部材１５９は図９に示す電池缶１０１の周壁面部１００を加工用面１５９ａに沿わせて内方に湾曲変形させながら下降することによりその電池缶１０１の周壁面部１００を封口板１０２の周端部とガスケット１０３とを抱き込むような形状にかしめ封口していく。

上金型１３８は、上型本体１５２がガイド体１４７の上端面に接触するまで下降する。これは加工用部材１５９の底面がガイド体１４７の上端面に接触した状態である。上金型１３８が上述のように設定された下限位置まで下降したとき、支持体１４２の支持面１４２ａと押圧部材１５７の押圧面１５７ａとの隙間は、製造すべき偏平形型電池の厚みとなり、この時点で偏平形型電池の封口加工が終了する。その後、上金型１３８は、図１０（ａ）に示す高さ位置まで上昇し、でき上がった偏平形電池を取り出す偏平形電池の製造方
法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５１８５０号公報

従来の製造方法は図９に示す電池缶１０１内に、ガスケット１０３、正極材１０４およびセパレータ１０６を組み付けた後所定量の電解液を注入する。しかし図１０（ｂ）に示す密閉空間１６４の減圧下で電池缶１０１と封口板１０２を嵌め合わせて電池内を密閉するまでには、電池缶１０１を支持体１４２に設置し、次いで封口板１０２を位置決め治具１７３を用いて加工用部材１５９に嵌め合わせて、そして封口板１０２の凸部を吸着保持して、最後に位置決め治具１７３を取り除いた後、上金型１３８と下金型１３７を嵌め合わせて電池を封口する。上述したように封口までの作業工程は多く最速でも３０秒は必要と考えられる。このため電池を封口するまでの間に、作業初期に電池缶１０１内に注液された電解液は大気中に曝されることとなり、とりわけリチウム電池などに用いられる電解液は低沸点成分を含み、且つ揮発性が高いために上記作業中に電解液が蒸発するという不都合が生じる。

そこで本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、容器状の封口板に負極材、セパレータおよびガスケットを組み込んだ後、封口板に電解液および正極材を組み込み、これらの部材を組み込んだ封口板を中空状の治具内に収納して、その治具の上部に直ちに電池缶を組み込んで治具の中空部を密閉空間として、この密閉空間を減圧し封口板内の空気を排除しながら封口板と電池缶を嵌め合わせた後、電池缶の開口部を内側に折り曲げてガスケットを介して封口板と電池缶とを封口することにより、注液された電解液が蒸発することを抑制しながら偏平形電池を組み立て電解液量のばらつきを低減する偏平形電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、容器状の封口板に負極材、セパレータおよびガスケットを組み込む第１の工程と、封口板に電解液および正極材を組み込む第２の工程とこれらの部材を組み込んだ封口板を中空状の治具内に収納しその治具の上方から直ちに電池缶を組み込んで治具の中空部を密閉空間とする第３の工程と、密閉空間を減圧し封口板内の空気を排除しながら封口板と電池缶を嵌め合わせた後電池缶の開口部を内側に折り曲げてガスケットを介して封口板と電池缶とを封口する第４の工程からなることを特徴としている。

本発明によれば、封口板と電池缶とが嵌め合わされるまでに電解液が蒸発することを低減でき、さらには治具の密閉空間の空気を排出し減圧した状態で封口板を電池缶に嵌め込むこみ封口することで、電池組み立て時に電解液が電池外に飛散することを抑止することで、電池組み立て後における電池の電解液量のばらつきを低減した偏平形電池を提供することが可能となる。

本発明の第１の発明は、容器状の封口板に負極材、セパレータおよびガスケットを組み込む第１の工程と、封口板に電解液および正極材を組み込む第２の工程と、これらの部材を組み込んだ封口板を中空状の治具内に収納しその治具の上方から直ちに電池缶を組み込んで治具の中空部を密閉空間とする第３の工程と、密閉空間を減圧し封口板内の空気を排除しながら封口板と電池缶を嵌め合わせた後電池缶の開口部を内側に折り曲げてガスケットを介して封口板と電池缶とを封口する第４の工程からなることにより、封口板と電池缶とが嵌めあわされるまでの間に電解液が蒸発することを抑制することが可能となり、電解
液量のばらつきを低減した偏平形電池を提供することが可能となる。

本発明の第２の発明は、各種部材を組み込んだ封口板および上方から組み込まれる電池缶を収納する治具の上下面の開口部を上金型および下金型により密閉して密閉空間を形成したことにより、封口板と電池缶とを嵌め合せるまでに蒸発する電解液の蒸発量を抑制することが可能となり、さらには密閉空間内を減圧することにより減圧下で電池缶とを嵌め合せることができ、電池組み立て時に電解液が電池外に飛散することを抑制することが可能となる。

本発明の第３の発明は、負極材、セパレータ、正極材、電解液および絶縁ガスケットを組み込んだ封口板を下方に電池缶を上方に組込む中空状の治具と、この治具の下方に配置され治具の下面に当接して中空部の下面を密閉するとともに封口板に嵌合わされた電池缶の開口部を内側に折り曲げてガスケットを介して封口する封口金型と封口板の底面を支持する下ピンとからなる下金型と、治具の上面に当接して中空部に組み込まれる電池缶を保持する上ピンとこの上ピンとで治具の上面側を密閉する上部ホルダとからなる上金型とで構成したことにより電解液の蒸発を抑制しながら偏平形電池を組み立てることが可能となる。

本発明の第４の発明は、治具として、非磁性体からなる中空部を有する本体と、この中空部に高さ方向の異なる２段の位置に封口板と電池缶を磁気的に吸着保持する吸着部を設けた構成としたことにより、封口板を下方に収納した後電池缶を上方から直ちに組み込んで治具の中空部を密閉空間とすることにより、注液後の電解液の蒸発を抑制することが可能となる。

本発明の第５の発明は、治具を上金型と下金型との間に配置された水平方向に移動可能な搬送体に保持させた構成としたことにより、治具内に封口板と電池缶とを収納し、電解液の蒸発を抑制した状態で電池缶や電池本体を搬送することが可能となる。

以下、本発明の最良の実施形態について図を参照しながら説明する。但し、本発明に係る偏平形電池と製造装置及び製造方法はこれらに限定されるものではない。図１（ａ）は本発明における偏平形電池の第１工程の説明図を示し、図１（ｂ）は２工程の説明図を示し、図１（ｃ）は電池搬送用の治具に収納する第３工程の説明図を示し、図１（ｄ）は第３工程の説明図を示し、図１（ｅ）は第４工程の説明図を示す。図２（ａ）は本発明の製造装置の断面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢視Ａで示す製造装置の側面図を示す。

図３（ａ）は本発明における封口板と電池缶を電池搬送用の治具に収納した状態を示す製造装置の断面図を示し、図３（ｂ）は封口板が吸着された状態を示す製造装置の断面図を示し、図３（ｃ）は電池缶が吸着され密閉空間が排気された状態を示す製造装置の断面図を示し、図３（ｄ）は封口板と電池缶を嵌め合わせた状態を示す製造装置の断面図を示す。図４（ａ）は本発明における未封口の偏平形電池を封口した状態を示す製造装置の断面図を示し、図４（ｂ）は封口後の偏平形電池が電池搬送治具に戻された状態を示す製造装置の断面図を示し、図４（ｃ）は封口後の偏平形電池が電池搬送治具に保持された状態を示す製造装置の断面図を示す。図５（ａ）は上ピンの断面図を示し、図５（ｂ）は上ピンの平面図を示し、次に図６（ａ）は下ピンの断面図を示し、図６（ｂ）は下ピンの平面図を示し、図７は電池搬送治具の斜視図を示し、図８は本発明における電池缶の断面図を示す。

具体的には図１（ａ）〜（ｅ）は、図１（ｅ）に示す外径４ｍｍで総高１．４ｍｍの二次電池としての偏平形電池１７を製作する製造工程であり、負極材２２は負極活物質とな
る板状の金属リチウムやリチウム合金を打ち抜いてペレット状に成形し、ペレット状の金属リチウムとリチウム化合可能な金属若しくは化合物を貼り合わせた状態で放置しておき、リチウム合金化したものを負極活物質として用いる。

図１（ａ）に示す封口板１８は負極材２２を収納するシャーレ状の導電性金属からなる容器であり、負極材２２と接することで偏平形電池の外部負極となる。封口板１８にはアルミニウムとステンレスとが貼り合わされたクラッド材等を用い、第１の金属層がアルミニウムとなるように形成し、負極材２２が収納される側の面にはペレット状の金属リチウムを貼り付け後にリチウム合金を形成する。

次いでセパレータ２７は熱変形温度が２７０℃以上の繊維樹脂状により形成された不織布であり、空孔率が１０％〜５０％、厚みが４０μｍ〜２００μｍのものを用い、ここではポリフェニレンサルファイトを用いる。正極材２３はリチウム・マンガン酸化合物を用いる。電解液は図示しないが、ペンタグライム、テトラグライム等が上げられ、これらのうちの何れか一種以上を用いる。

電池缶１６はシャーレ状の導電性金属からなる容器であり、正極材２３と接触することで偏平形電池１７の外部正極となる。材質にはステンレス等からなる金属容器を用いる。

ガスケット２１は、円環状に形成され封口板１８と電池缶１６との間に生じる隙間に嵌め込まれるように取り付けられて隙間を封止する。ガスケット２１は、熱変形温度が２７０℃以上の繊維樹脂等によって形成されており、ポリフェニレンサルファイト樹脂およびポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリチレンテレフタート樹脂、ポリアリレート樹脂等を用いることができ、何れか一種又は複数種を混合して用いる。組み立て封口板１９は、封口板１８と負極材２２を及びセパレータ２７とガスケット２１から構成されている。

図１（ｂ）に示す電池本体１５は、組み立て封口板１９と電解液および正極材２３から構成されている。図１（ｃ）に示す電池搬送用の治具１４は図７に詳細を示すが非磁性体材料からなる中空部２５を備える本体１４ａで内部に電池や磁性体からなる電池構成部品を収納し搬送可能であり、中空部２５の形状が円筒形で、且つ、円筒形の内側面の一横断面上に複数個の磁石１２を配置した吸着部の１段目１０ａと吸着部の２段目１０ｂを異なる位置に少なくとも軸方向に上下に２段備えており、磁石１２の配列は治具１４の本体１４ａの円周方向に等角度で交互にＮ極、Ｓ極と複数個を備えている。

次に偏平形電池の製造工程について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。第１の工程は、図１（ａ）に示す負極材２２を封口板１８に貼りつけ合金化させた後、封口板１８の凹み面にセパレータ２７を載せ、ガスケット２１の内周面と封口板１８の外周面が密接するように組み合わせて組み立て封口板１９を製作する。

第２の工程は、図１（ａ）のガスケット２１を組み付けた組み立て封口板１９に電解液（図示せず）を注液した後、正極材２３を収納して図１（ｂ）に示す電池本体１５を製作する。第３の工程は、図１（ｃ）に示す電池本体１５と電池缶１６の凹面を対向にして電池搬送用の治具１４に収納し、治具１４の中空部２５に閉空間８２を形成する。次いで治具１４の中空部２５を上下金型により密閉して閉空間を密閉空間８２とする。第４の工程は、図１（ｄ）に示すように図１（ｃ）に示す電池本体１５と電池缶１６とを密閉空間８２を減圧した後、嵌め合わせて封口前の偏平形電池を製作する。次いで図１（ｅ）に示す封口前の電池缶１６の開口部を内側に向け折り曲げて、電池内部を密閉し偏平形電池１７を製作する。

次いで製造装置について、図２（ａ）と図２（ｂ）を参照しながら説明する。図２（ａ）に示す製造装置６０は、相対向する配置で設けられた上金型部３５と下金型部５０からなる接離可能なダイセット構造であり、上金型部３５は中空円筒形の上部ホルダ３０と上部ホルダ３０の中空部に保持され相対的に摺動可能な上ピン３１とで構成される。上部ホルダ３０は上ベース８３に対し垂直方向に設けられた貫通穴に、同軸上で固定され上ベース８３より上部の位置に上バネ５３を備え、一方の下部には円環状のゴム材からなる上弾性材５４を備えている。上弾性材５４は封口の際に電池搬送用の治具１４の上面と気密性を保つように密着する。また上ピン３１は、図５（ｂ）に示す吸着面３１ｂに吸着穴３１ａを少なくとも１個以上備えている。

次いで下金型部５０は下ベース８５上に上ピン３１と同軸上に設置した円筒形状の封口金型４７と封口金型４７の外面および底面を保持する金型固定台８４と、封口金型４７と同軸状に配置され、軸線上に貫通する円筒形状の下ピン４６と下ピン４６の下端面を保持する下バネ５２から構成されている。

封口金型４７は図８に示す電池缶１６の開口部１６ａを電池缶１６の内側に向けて折り曲げるために設けた封口金型４７の凹部５１と治具１４の中空部２５の空気を排出する排気穴４２と減圧弁（図示せず）が少なくとも１箇所以上に備えている。さらに封口金型４７の上面にはゴム材からなる円環状の下弾性材４５が備えられている。また下ピン４６は図６（ｂ）に示す吸着面４６ｂに吸着穴４６ａを少なくとも１個以上備えている。

図２（ｂ）に示す搬送体８０は治具１４と治具１４を収納する円筒形状の搬送ホルダ４０と、搬送ホルダ４０の外径を保持し、軸方向に摺動可能な搬送プレート４１から構成される。搬送体８０は上金型部３５と下金型部５０の間に長手方向に直角に配置され、搬送プレート４１の一部がシリンダー（図示せず）に連結されており、上金型部３５と下金型部５０の間を水平方向に移動する。

次に製造方法について、図１と図３及び図４を参照しながら説明する。第１工程で、図１（ａ）に示す負極材２２を封口板１８に貼りつけ合金化させた後セパレータ２７を載せ、ガスケット２１の内周面と封口板１８の外周面が密接するように組み合わせて組み立て封口板１９を作製した後、第２工程において組み立て封口板１９に所定量の電解液（図示せず）を注液し、図１（ｂ）に示す正極材２３を載せて電池本体１５を製作する。

次いで第３の工程で、図示はしないが吸着パッドで、図１（ｃ）に示す電池本体１５および電池缶１６の凸部を吸着して、電池本体１５を治具１４の吸着部の１段目１０ａに凹面を上に向けて収納すると同時に、電池缶１６を治具１４の吸着部の２段目１０ｂに凹面を下に向け電池本体１５を覆うように収納保持する。設備仕様に依存するが、１０秒以内で行うことが可能である。この時、電池本体１５と電池缶１６との対向距離８１は３ｍｍ以下とし治具１４の中空部２５に閉空間８２を形成する。そして図３（ａ）に示す治具１４を搬送ホルダ４０に収納し封口金型４７と同軸上まで搬送して位置決めを完了させる。

次に図２（ａ）に示す下金型部５０に連結したサーボプレス（図示せず）を上昇させて、図３（ｂ）に示す封口金型４７の上面が搬送ホルダ４０の底部に接触するまで上昇させた後、図６に示す下ピン４６の端面に設けた吸着穴４６ａで、電池本体１５を構成する封口板１８の底部を吸着し保持する。そして、図３（ｃ）に示す封口金型４７を図５に示す電池缶１６の底面が上ピン３１の吸着面３１ｂに接触するまで上昇させる。この時、上ピン３１は、吸着面３１ｂで電池缶１６の底面を吸着する。

次いで図３（ｄ）に示す搬送ホルダ４０の底面と封口金型４７に備えられた下弾性材４５とが密着して、また治具１４の上面と上部ホルダ３０に備えられた上弾性材５４とが密
着し封口金型４７の凹部５１と治具１４の中空部２５に図１（ｃ）に示す密閉空間８２を形成する。そして排気穴４２から密閉空間の空気を排出して、密閉空間８２内を減圧下とした状態を維持しながらサーボプレス（図示せず）を上昇させ、上部ホルダ３０の上バネ５３を弾性的に後退させて電池本体１５に電池缶１６を嵌め合せる。

第４の工程は、図４（ａ）に示す上ピン３１と下ピン４６で未封口の偏平形電池１７を挟み込み保持した状態で、封口金型４７を上昇させると同時に上部ホルダ３０を弾性的に上方に後退させる。下ピン４６は下方に弾性的に後退させて、未封口の偏平形電池を封口金型４７に挿入して電池缶１６の開口部を電池内側に向けて折り曲げて密閉する。加工終了後は図４（ｂ）に示す封口金型４７と治具１４および、搬送ホルダ４０を下降させるが下ピン４６は図２（ａ）に示す下バネ５２の復元力により封口金型４７に挿入された偏平形電池１７を定位置で上ピン３１と挟み込んだ状態で保持しつづける。さらに封口金型４７の下降を進めると、上ピン３１と下ピン４６で挟み込まれた偏平形電池１７が治具１４の吸着部の１段目１０ａに吸着され収納される。図４（ｃ）に示す封口金型４７が初期位置に戻ると、搬送ホルダ４０も初期位置に戻り加工を終了する。

以下、本製造装置と製造方法を用いて偏平形電池１７を製作した実施例について述べる。実施例１は、図１（ｃ）に示す電池本体１５を電池缶１６で覆った後、治具１４の中空部２５を密閉空間として、標準気圧下で封口を行い外径が４ｍｍで、高さが１．４ｍｍの偏平形電池１７を作製した。評価は、電池組み立て前後の電解液減少率とした。

具体的には図１（ａ）に示すリチウム金属である負極材２２を貼り付けた封口板１８にガスケット２１を組み付けてセパレータ２７を収納した組み立て封口板１９に、図１（ｂ）に示す電解液（図示せず）を注液した後、正極材２３を収納して、図１（ｃ）に示す電池本体１５と電池缶１６を治具１４に１０〜２０秒以内に対向した状態で収納し、閉空間８２を形成した状態で搬送した後、電池本体１５に電池缶１６を嵌め合せて封口前の偏平形電池１７を作製した。次いで未封口の偏平形電池１７を封口金型４７に挿入し、電池缶１６の開口部を内側に向けて折り曲げ密封した。注液から封口までは約３０秒程度費やした。

実施例２は、図１（ｃ）に示す治具１４の上下面を封口金型４７で密着して中空部２５を密閉空間とし、この密閉空間を減圧した後、電池本体１５と電池缶１６を嵌め合わせて封口を行い、偏平形電池１７内を密閉して図１（ｅ）に示す外径が４ｍｍで、高さが１．４ｍｍの偏平形電池１７を製作した。そして作製後の偏平形電池１７にリフロー処理を、余熱温度１５０〜２００℃、ピーク温度２１０〜２５０℃の条件で約１０分間加熱した。上述したリフロー処理とは、はんだクリームを塗布した偏平形電池をプリント基板の所定の位置に装着した状態で高温炉内を所定の時間で通過させてプリント基板に偏平形電池をはんだ付けをする方法である。そしてリフロー処理後から２日後に顕微鏡を用いて漏液の有無を確認した後、偏平形電池１７の内部抵抗を測定した。

具体的には、図１（ａ）に示すリチウム金属である負極材２２を貼り付けた封口板１８にガスケット２１を組み付けてセパレータ２７を収納した組み立て封口板１９に、図１（ｂ）に示す電解液（図示せず）を注液した後、正極材２３を収納して、図１（ｃ）に示す電池本体１５と電池缶１６を電池搬送用の治具１４に対向した状態で収納し搬送した後、電池本体１５に電池缶１６を減圧下で嵌め合せて未封口の偏平形電池を作製した。次いで未封口の偏平形電池１７を封口金型４７に挿入し、電池缶１６の開口部を電池内側に向けて折り曲げ密封した。

（比較例１）
比較例１は、図１（ｃ）に示す電池本体１５を電池缶１６で覆うことなく、また電池搬送用の治具１４の中空部２５を密閉空間とはせず、さらには減圧下で封口も行うことなく偏平形電池１７を製作した。

具体的には、図１（ａ）に示すリチウム金属である負極材２２を貼り付けた封口板１８にガスケット２１を組み付けてセパレータ２７を収納した組み立て封口板１９に、図１（ｂ）に示す電解液（図示せず）を注液した後、正極材２３を収納した組み立て封口板１９を構成する封口板１８の凸面を図６（ｂ）に示す吸着穴４６ａに吸着させて、電池缶１６の凸面を図５（ｂ）に示す吸着穴３１ａに吸着させた後、電池本体１５と電池缶１６を嵌め合せて未封口の偏平形電池１７を製作し、未封口の偏平形電池１７を封口金型４７に挿入して電池缶１６の開口部を内側に向けて折り曲げて密封した。注液から封口までは約２０〜３０秒程度費やした。

評価は先ず実施例１と同様の方法で電解液の減少率を測定し、次いで実施例２と同様にリフロー処理を行い、顕微鏡を用いて漏液の有無を確認した。そして最後に内部抵抗を測定した。但し電解液の減少率は、先ず電解液を注液していない未封口の偏平形電池の重量を測定した後、注液後封口を行った偏平形電池１７の重量を測定し、次いで未封口の初期注液時の電解液重量を加算した偏平形電池１７の重量から封口後の偏平形電池の重量を差し引き、電解液の減少重量を算出した。電解液の減少率は、減少重量を初期の電解液の注液重量で除して算出した。

（表１）は実施例１と比較例１における偏平形電池１７の電解液減少率の平均値を示し、（表２）は実施例２と比較例１におけるリフロー処理後の漏液の有無と偏平形電池の内部抵抗の平均値を示す。上記実施例と比較例は、１０００個の偏平形電池を用いて評価を行った。

（表１）より実施例１は治具１４を用い注液後の電池本体１５を収納し、次いで電池缶１６で電池本体１５を覆うように収納した後、治具１４の中空部２５を密閉空間として電解液の蒸発を抑制したことにより電解液の減少率は低く０．１６％であった。次いで比較例１は、注液後の電池本体１５を電池缶１６で覆うことなく、また密閉空間を形成して、この密閉空間で封口を行わなかったために、封口までのかかる時間中に蒸発する電解液を抑制することができず、電解液の減少率は高くなったと考えられる。

（表２）より実施例２は減圧下で封口を行ったことにより、偏平形電池１７内部の空気が排気されておりリフロー処理時に外部から与えられた熱により偏平形電池１７の内部に残留した空気が膨張することがなく、電解液が偏平形電池１７の外部に押し出さなかったために漏れが抑制できたと考えられる。また偏平形電池１７の内部抵抗は、規格値内の２５０ｍΩであり良好な電池特性を示した。

次いで、比較例1は減圧下で封口を行わなかったことで、リフロー処理時に外部から与えられた熱により偏平形電池の内部に残留した空気が膨張して電解液を偏平形電池の外部に押し出したことにより９５０個の漏液が発生した。内部抵抗は７４２Ωと高く、これは正極と負極間の導通部となる電解液量が減少し、正極と負極間の接触面積が減少したため内部抵抗が増大したと考えられる。

以上より本製造方法及び製造装置を用いることで、電池本体１５と電池缶１６を嵌め合わせるまでに間に蒸発する電解液量を最少に抑制でき、更にはリフロー処理後の電解液の漏液を防止することが可能となる。

本発明によれば、注液済みの組み立て封口板と電池缶とが嵌め合わされるまでの間に蒸発する電解液の蒸発量を抑制することが可能となり、とりわけ厳しい環境に耐え、長期信頼性を保つことが可能な電池が需要拡大傾向に対応したメモリのバックアップや通信機器、時計等の駆動電源としての有用な偏平形電池の製造方法である。

（ａ）本発明に係る偏平形電池の製造方法の第１工程の説明図、（ｂ）本発明に係る第２工程の説明図、（ｃ）本発明に係る電池搬送用の治具に収納する第３工程の説明図、（ｄ）本発明に係る第３工程の説明図、（ｅ）本発明に係る第４工程の説明図（ａ）本発明に係る製造装置の断面図、（ｂ）同図の矢視Ａで示した製造装置の側面図（ａ）本発明の一実施の形態における封口板と電池缶を電池搬送用の治具に収納した状態を示す製造装置の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態における封口板が吸着された状態を示す製造装置の断面図、（ｃ）本発明の一実施の形態における電池缶が吸着され密閉空間が排気された状態を示す製造装置の断面図、（ｄ）本発明の一実施の形態における封口板と電池缶を嵌め合わせた状態を示す製造装置の断面図（ａ）本発明の一実施の形態における未封口の偏平形電池を封口した状態を示す製造装置の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態における封口後の偏平形電池が電池搬送治具に戻された状態を示す製造装置の断面図、（ｃ）本発明の一実施の形態における封口後の偏平形電池が電池搬送用の治具に保持された状態を示す製造装置の断面図 (ａ)同実施の形態における上ピンの断面図、（ｂ）同実施形態における上ピンの平面図（ａ）同実施の形態における下ピンの断面図、（ｂ）同実施形態における下ピンの平面図本発明の一実施の形態における電池搬送用の治具の斜視図本発明の一実施の形態における電池缶の断面図従来例の電池の断面図（ａ）従来例の封口前を示す製造装置の断面図、（ｂ）従来例の封口状態を示す製造装置の断面図

符号の説明

１０ａ吸着部の１段目
１０ｂ吸着部の２段目
１２磁石
１４治具
１４ａ本体
１５電池本体
１６電池缶
１６ａ開口部
１７偏平形電池
１８封口板
１９組み立て封口板
２１ガスケット
２２負極材
２３正極材
２５中空部
２７セパレータ
３０上部ホルダ
３１上ピン
３１ａ吸着穴
３１ｂ吸着面
３５上金型部
４０搬送ホルダ
４１搬送プレート
４２排気穴
４５下弾性材
４６下ピン
４６ａ吸着穴
４６ｂ吸着面
４７封口金型
５０下金型部
５１凹部
５２下バネ
５３上バネ
５４上弾性材
６０製造装置
８０搬送体
８１対向距離
８２密閉空間
８３上ベース
８４金型固定台
８５下ベース

Claims

容器状の封口板に負極材、セパレータおよびガスケットを組み込む第１の工程と、前記封口板に電解液および正極材を組み込む第２の工程と、これらの部材を組み込んだ前記封口板を中空状の治具内に収納し、前記治具の上方から直ちに電池缶を組み込んで治具の中空部を密閉空間とする第３の工程と、前記密閉空間を減圧し前記封口板内の空気を排除しながら前記封口板と電池缶を嵌め合わせた後、前記電池缶の開口部を内側に折り曲げて前記ガスケットを介して前記封口板と電池缶とを封口する第４の工程とからなる偏平形電池の製造方法。
前記各種部材を組み込んだ封口板および上方から組み込まれる電池缶を収納する治具の上下面の開口部を上金型および下金型により密閉して密閉空間を形成する請求項１に記載の偏平形電池の製造方法。
負極材、セパレータ、正極材、電解液およびガスケットを組み込んだ封口板を下方に電池缶を上方に組み込む中空状の治具と、前記治具の下方に配置され治具の下面に当接して中空部の下面を密閉するとともに排気機構を備え前記封口板に嵌合された前記電池缶の開口部を内側に折り曲げて前記ガスケットを介して封口する封口金型と前記封口板の底面を支持する下ピンとからなる下金型と、前記治具の上面に当接して中空部に組み込まれる前記電池缶を保持する上ピンと前記上ピンとで治具の上面側を密閉する上部ホルダとからなる上金型とで構成したことを特徴とする偏平形電池の製造装置。
前記治具として、非磁性体からなる中空部を有する本体と、前記中空部に高さ方向の異なる２段の位置に前記封口板と電池缶を磁気的に吸着保持する吸着部を設けた構成とした請求項３記載の偏平形電池の製造装置。
前記治具を前記上金型と下金型との間に配置された水平方向に移動可能な搬送体に保持させた構成とした請求項３記載の偏平形電池の製造装置。