JP2011159450A

JP2011159450A - 密閉型電池の製造方法

Info

Publication number: JP2011159450A
Application number: JP2010018772A
Authority: JP
Inventors: Shota Yamamoto; 翔太山元; Hironori Marubayashi; 啓則丸林; Ryota Okimoto; 良太沖本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】電池高さの増大や電池高さのばらつきの小さい密閉型電池の製造方法を提供する。
【解決手段】封口板と、略長方形状の端子板と、端子リベットと、を有する封口体を備える密閉型電池の製造方法において、前記封口板、前記端子板のそれぞれに設けられた貫通孔に前記端子リベットを挿入し、前記端子リベットの先端部を押しつぶしてかしめ固定するかしめ固定ステップを有し、前記端子板の電池外方面には、中央部の厚みが最も厚く、長手方向端部の厚みが最も薄くなる傾斜部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、密閉型電池に関し、詳しくは密閉型電池用封口体の改良に関する。

角形外装缶を用いた密閉型電池は、電子機器内部のスペースに実装しやすいことから、さまざまな電子機器の駆動電源として用いられている。

この種の角形密閉型電池は、角形外装缶の内部に、正極と負極とを備えた電極体と、電解液とが収容され、角形外装缶の開口部と封口体とを嵌合し、該嵌合部をレーザ溶接することにより密閉され、作製される。また、大容量、大電流、高電圧が必要な機器や装置等に対しては、複数の電池を直列及び／又は並列に接続し、パック電池（組電池）に加工されたものが利用されている。

角形密閉型電池の設計上、封口体の中央部に電極外部端子が設けられることが多い。このような封口体の構造として、特許文献１は、蓋板（封口板）、パッキン（絶縁ガスケット）、端子（端子リベット）、端子板、パッキン（絶縁板）および集電用ワッシャ（集電板）により構成される構造を開示している。

特開２００１−８４９９１号公報

このような封口体の作製方法を図８に示す。まず、絶縁板１４、封口板１３、絶縁ガスケット１２、端子板１１のそれぞれに設けられた貫通孔に、端子リベット１５を挿入し、各部材を重ね合わせる（図８（ａ），（ｂ）参照）。その後、固定型５１及びパンチ５２を用いて端子リベット１５の先端部を押しつぶして、各部材を固定（かしめ固定）する。これらの工程において、端子リベット１５の先端部を押しつぶす際には、端子板１１の中央部に位置する貫通孔近傍に加重が加えられるが、この加重に対する反発力が端子板１１の周辺部に作用して、端子板１１が反り返るように変形する（図８（ｃ）参照）。このため、電池高さが大きくなるとともに、電池高さのバラツキが大きくなる。電池高さが大きくなると、体積エネルギー密度の低下を招き、電池高さにバラツキが生じると、パック電池の設計上、電池高さのバラツキを吸収する配慮が必要となり、パック電池構造の複雑化やパック電池に加工する際の作業効率低下につながるおそれがあるという問題がある。

この問題を解決するために、端子板１１の反り返った部分を再度電池内側に押し込んだり削り取ったりすることが考えられるが、端子板１１に強い力を作用させると、封口板１３が変形してしまったり、端子板１１と端子リベット１５の導電接触状態を悪化させたりするという問題が新たに生じる。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、電池高さの増大や電池高さのバラツキのない密閉型電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、封口板と、略長方形状の端子板と、端子リベットと、を有する用封口体を備える密閉型電池の製造方法において、前記封口板、前記端子板のそれぞれに設けられた貫通孔に前記端子リベットを挿入し、前記端子リベットの先端部を押しつぶしてかしめ固定するかしめ固定ステップを有し、前記端子板の電池外方面には、中央部の厚みが最も厚く、長手方向端部の厚みが最も薄くなる傾斜部が設けられていることを特徴とする。

上記構成では、端子板の電池外方面には、中央部の厚みが最も厚く、長手方向端部の厚みが最も薄くなる傾斜部が設けられており、端子板が応力によって反り返り変形した場合に、傾斜面が封口板面と平行となるまでは電池高さを増大させることがない。これにより、電池高さの増大が抑制され、電池高さのバラツキが小さくなる。

かしめ固定後の端子板には、他の電池や回路等と接続するためのリードタブが溶接により取り付けられる場合が多い。この溶接工程の作業効率を高めるために、かしめ固定後の傾斜面は、封口板面と略平行となるように設計することが好ましい。

ここで、端子板の反り返り変形は、封口体を構成する各部材の形状や材質等によって影響を受け、中心から外側に向かってほぼ均一に反り返る場合もあれば、端子板中央部はほとんど変形せず、端部において大きく変形する場合もある。均一に変形する場合には、かしめ固定後の傾斜面が封口板面と略平行となるように、図５に示すように傾斜部の端部を中央に近い位置とし、端部が反り返る場合には図７に示すように傾斜部の端部を中央から遠ざけることが好ましい。

以上に説明したように、上記本発明によると、電池高さの増大や電池高さのバラツキのない密閉型電池を提供できる。

図１は、本発明にかかる密閉型電池を示す斜視図である。図２は、本発明にかかる密閉型電池の断面図である。図３は、本発明にかかる封口体を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ部断面図である。図４は、本発明にかかる封口体のかしめ固定工程を説明する図である。図５は、本発明にかかる端子板を示す図であって、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は断面図を示す。図６は、かしめによって端子板の反り返った状態の封口体を示す図であって、図６（ａ）は本発明にかかる封口体、図６（ｂ）は従来の封口体を示す。図７は、本発明にかかる端子板の変形例を示す図である。図８は、従来例にかかる封口体のかしめ固定工程を説明する図である。

以下に、本発明を実施するための形態を、本発明を非水電解質二次電池に適用した例を用いて、図面を用いながら説明する。図１は、本発明にかかる密閉型電池を示す斜視図であり、図２は、本発明にかかる密閉型電池の断面図であり、図３は、本発明にかかる封口体を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ部断面図である。

図１に示すように、本発明に係る密閉型電池は、外装缶２の開口部に、封口体１が嵌合され、当該嵌合部がレーザ溶接されることにより密閉されてなる。また、図３（ａ）に示すように、本発明に係る密閉型電池用封口体１は、電池内圧が異常に上昇したときに電池内部のガスを電池外部に排出する安全弁６と、電解液を外装缶２内部に注液するための注液孔７と、電極外部端子（端子板）１１と、を有しており、図２に示すように、注液孔が、押さえ板と突状部とを有する封止栓８により密閉されている。なお、安全弁６、注液孔７及び封止栓８は、本発明の必須の構成要素ではない。

図３（ｂ）に示すように、本発明に係る密閉型電池用封口体１は、封口板１３と、端子板１１と、絶縁ガスケット１２と、端子リベット１５と、絶縁板１４とを有している。封口体１は、端子板１１、絶縁ガスケット１２、封口板１３、及び絶縁板１４それぞれにも受けられた貫通孔に端子リベット１５を挿入し、端子リベット１５先端部を押しつぶしてかしめることにより、上記各部材が固定される構造である。電極外部端子は、電流取り出しに関与する端子リベット１５、端子板１１と、これらを固定するための絶縁板１４、絶縁ガスケット１２とで構成される。

図２に示すように、外装缶２内部には、正極と負極とを有する電極体３が収容されており、電極体３と封口体１との間には、両者を絶縁する絶縁部材４が配置されている。また、電極体３と、端子板１１とが、集電タブ３１及び端子リベット１５を介して接続されることにより、電流が外部に取り出される構造である。

図５に、かしめ固定前の端子板の構造を示す。端子板１１は、本体部１１ｄと鍔状部１１ｅとを有し、本体部１１ｄに端子リベット挿入用の貫通孔１１ｃが設けられ、鍔状部１１ｅの電池外方面に、傾斜部１１ａが設けられている。端子板の長さＬ１は５．６ｍｍであり、貫通孔１１ｃの直径Ｌ３は１．２ｍｍであり、端子板１１の全厚Ｌ６は０．７ｍｍであり、端子板１１の鍔状部１１ｅの厚みＬ５は０．３ｍｍである。また、傾斜部１１ａの長さＬ２は２．２ｍｍ（０．３９Ｌ１）であり、傾斜部１１ａの高さＬ４は０．０７ｍｍである。

そして、図３（ｂ）に示すように、かしめ固定後の封口体を構成する端子板１１は、かしめの応力による変形によって、傾斜部が設けられていた電池外方面は封口板１３面と略平行となっている。この一方、端子板１１の電池内方面の端部には、かしめの応力による変形によって、電池外方側に傾斜した傾斜部１１ｂが生じている。

以下、本発明に係る密閉型電池の製造方法について説明する。

〈正極の作製〉
正極活物質としての平均粒径５μｍのＬｉＣｏＯ₂粉末９質量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末１質量部とを混合して、正極合剤を調製する。この正極合剤と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に５質量％溶かした結着剤溶液とを、乾燥後の固形分質量比が正極合剤：ポリフッ化ビニリデン＝９５：５となるように混練して、正極活物質スラリーを調製する。

このスラリーを、正極集電体としてのアルミ箔（箔厚み：１５μｍ）の両面に塗布する。この際、両面塗布部の乾燥後質量で５００ｇ／ｍ²(片面塗布２５０ｇ／ｍ²、集電体除く)塗布した後、乾燥させてその極板を圧縮し、正極活物質の充填密度３．７ｇ／ｍｌの正極板を作製する。その後、極板を電池高さに合うように裁断し正極となす。

〈負極の作製〉
リン片状天然黒鉛(ｄ００２値：３．３５６Å,Ｌｃ値：１０００Å、平均粒径：２０μｍ)と、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のディスパージョン（固形分：４８％）を水に分散させ、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加して負極活物質スラリーを調製する。乾燥後の固形分質量組成比は、例えば黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝１００：３：２となるように調製する。

このスラリーを負極集電体としての銅箔（箔厚み：１０μｍ）の両面に、乾燥後質量で２００ｇ／ｍ²(片面塗布１００ｇ／ｍ²、集電体除く)となるよう塗布した後、乾燥させてその極板を圧縮し、負極活物質の充填密度１．７ｇ／ｍｌの負極板を作製する。その後極板を電池高さに合うように裁断した後、集電タブを取り付けて負極となす。

〈電極体の作製〉
上記正極及び負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回し、この後プレスして、更に正極最外周に集電タブを取り付けることにより、偏平渦巻状の電極体３を作製する。

〈電解液の調整〉
非水電解質として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との体積比５０：５０（２５℃）の混合溶媒に，ＬｉＰＦ₆を１モル／リットルとなるように溶かして、電解液となす。

〈封口体の作製〉
公知の方法により、端子板１１を固定するための凹状の薄肉部及び貫通孔、安全弁６、注液孔７が設けられた封口板１３を用意する。図５に示すように、端子板１１の電池外方となる面の端部に、鍛造加工により傾斜部１１ａを形成し、その後端子リベット挿入用の貫通孔１１ｃを打ち抜く。この後、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁板１４、封口板１３、絶縁ガスケット１２、端子板１１のそれぞれに設けられた貫通孔に端子リベット１５を挿入する。この後、固定型５１及びパンチ５２を用いて端子リベット１５の先端部を押しつぶすことにより、端子板１１、絶縁ガスケット１２、絶縁板１４及び端子リベット１５を封口板１３に固定して、封口体１を得る（図４（ｃ）参照）。

〈電池の組み立て〉
上記電極体３に取り付けられた負極集電タブ３１と、端子リベット１５とを接続する。この電極体３をアルミニウム合金製の有底角形の外装缶２に挿入した後、外装缶２と封口体１との間に上記電極体３に取り付けられた正極集電タブを挟み込む。この後、外装缶２の開口部と上記封口体１とをレーザ溶接し、封口体１の注液孔７から上記電解液を注液する。この後、注液孔７を押さえ板と突状部とを有する封止栓８で密閉し、封口板１３と封止栓８の押さえ板の外周縁とをレーザ溶接することにより、５．５×３４×５０ｍｍの本実施の形態に係る非水電解質二次電池を作製する。

（試験用セル１）
電解液を用いないこと以外は、上記実施の形態と同様にして、試験用セル１を作製した。

（試験用セル２）
傾斜部の長さＬ１を１．０ｍｍ（０．１８Ｌ１）、傾斜部の高さＬ４を０．０７ｍｍとしたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル２を作製した。

（試験用セル３）
傾斜部を形成していない端子板を用いてなる封口体を使用したこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル３を作製した（図８参照）。

〔電池高さの測定〕
上記と同様にして、試験用セル１〜３をそれぞれ５つ作製し、各試験用セルの電池高さを測定した。この結果を下記表１に示す。

上記表１において、括弧外数値は平均値、カッコ内数値は最大値及び最小値、σは標準偏差を示す。

上記表１から、端子板の電池外方面に傾斜部を形成した試験用セル１、２は、電池高さが平均４９．４７０ｍｍ、４９．４９６ｍｍ、最大値と最小値の差が０．０５９ｍｍ、０．０５９ｍｍ、標準偏差σが０．０２２、０．０２３と、端子板の電池外方面に傾斜部を形成していない試験用セル３の電池高さ平均値４９．５２６ｍｍ、最大値と最小値の差０．０７５ｍｍ、標準偏差σ０．０３２よりもそれぞれ小さいことがわかる。

このことは、次のように考えられる。端子リベット先端部を押しつぶす際に端子板１１の中央部に加重が加えられるが、この応力が端子板１１の周辺部に作用し、端子板１１の長手方向端部が反り返るように変形する。ここで、試験用セル１、２は、かしめ固定前の端子板１１には、その電池外方面に電池内側に傾斜した傾斜部１１ａが形成されており、かしめ固定時に端子板が反り返り変形しても、傾斜部１１ａが封口板１３面と平行となるまでは、電池高さを増大させない（図４、図６（ａ）参照）。これに対し、傾斜部を設けていない端子板を用いた試験用セル３では、反り返り変形によって電池高さが常に増大する（図８、図６（ｂ）参照）。また、上記のような電池高さ増大を吸収する作用によって、試験用セル１、２は、試験用セル３よりも、電池高さ自体及びそのバラツキ（最大値と最小値の差及び標準偏差σ）が小さくなる。

（追加事項）
本発明は、角形外装缶を用いた密閉型電池すべてに適用できるものであり、一次電池、二次電池を問わない。

端子板の傾斜部は、かしめ固定後に封口板面と略平行となるように設計することが好ましい。ここで、端子板の反り返り変形は、封口体を構成する各部材の形状や材質によって影響を受け、中心から外側に向かってほぼ均一に反り返る場合もあれば、端子板中央部はほとんど変形せず、端部において大きく変形する場合もある。均一に変形する場合には、図５に示すように傾斜部の端部を中央に近い位置とし、端部が反り返る場合には、図７に示すように傾斜部の端部を中央から遠ざけることが好ましい。また、傾斜部の長さＬ２は、貫通孔１１ｃの端部から端子板１１端部までの距離（Ｌ１−Ｌ３）／２の１／４以上であることが好ましい。

以上に説明したように、本発明によれば、電池高さの増大や電池高さのばらつきのない密閉型電池を実現できるので、産業上の利用可能性は大きい。

１封口体
２外装缶
３電極体
６安全弁
７注液孔
８封止栓
１１端子板
１１ａ傾斜部（電池外方面）
１１ｂ傾斜部（電池内方面）
１１ｃ貫通孔
１１ｄ本体部
１１ｅ鍔状部
１２絶縁ガスケット
１３封口板
１４絶縁板
１５端子リベット
１８貫通孔
３１集電タブ
５１固定型
５２パンチ

Claims

封口板と、略長方形状の端子板と、端子リベットと、を有する封口体を備える密閉型電池の製造方法において、
前記封口板、前記端子板のそれぞれに設けられた貫通孔に前記端子リベットを挿入し、前記端子リベットの先端部を押しつぶしてかしめ固定するかしめ固定ステップを有し、
前記端子板の電池外方面には、中央部の厚みが最も厚く、長手方向端部の厚みが最も薄くなる傾斜部が設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１に記載の密閉型電池用封口体の製造方法において、
前記かしめ固定ステップ後において、前記端子板の傾斜部が前記封口板面と略平行である、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１に記載の密閉型電池用封口体の製造方法において、
前記端子板の傾斜部の長さは、前記端子板の貫通孔端部から前記端子板端部までの距離の１／４以上である、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。