JP2011243381A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、容器を貫通し、その外方に突出した状態で電極端子を固定する電池において、容器と電極端子との固定部におけるシール性に優れた電池を提供することを課題とする。
【解決手段】蓋部３２の貫通孔３３の周縁に、容器３０の厚み方向一側へ向けて突出するバーリング部３４を設け、バーリング部３４の内側に絶縁部材５０を介して、電極端子４０を挿入し、バーリング部３４の径方向の幅Ｗｂよりも大きい押圧幅Ｗｐを有するプレス工具６０を用いて、バーリング部３４を、バーリング部３４の突出側の端面全域をプレスして塑性変形させることにより、電極端子４０を貫通孔３３に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池の製造方法に関し、特に、容器を貫通し、その外方に突出した状態で電極端子を固定する電池において、容器と電極端子との固定部のシール性を向上する技術に関する。

一般的に、電池の外装となる容器は、収納部、蓋部等によって構成されている。収納部は、電池の発電要素となる電極体を収納する部材であり、一面が開口する有底筒形状を有する。蓋部は、収納部の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部の開口面を塞ぐ。
蓋部には一対の貫通孔が設けられ、当該貫通孔からそれぞれ電極端子（正極端子、負極端子）が外方に突出して設けられる。電極端子は、電極体にて発生する電力を外部に取り出すための正極及び負極の外部端子である。
また、容器には厚み方向に連通可能な安全弁等の安全装置が設けられている。例えば、安全弁は、内部短絡等の電池の不具合によって電池内部で大量のガスが発生した場合に作動して、電池内外を連通させることによって内圧上昇を防止する。

電池がリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である場合は、電池内部に水分が混入すると性能に影響するため、電池の密閉度を十分に高くする必要がある。また、電池内部の不良等によって内圧が上昇した場合に、前記安全装置が確実に作動するように他の部位を確実にシールする必要がある。
また、一般的な電池の容器において、収納部と蓋部とは溶接等によって強固に接合されているため、電極端子と蓋部との固定部において、電極端子が電池から抜け落ちないための抜け落ち性、電極端子の周囲から電池内部の電解液、若しくは電池内部で発生するガスが漏れ出ないためのシール性、及び電極端子と外装容器の絶縁性等が求められている。
すなわち、電池の製造工程において、電極端子を蓋部の貫通孔に固定する際に、当該固定部のシール性を十分に確保する必要がある。

特許文献１には、電池の蓋部から電極端子が突出して設けられる電池において、蓋部と電極端子との間に絶縁部材を介装し、蓋部における絶縁部材の周辺にバーリング部を設け、蓋部の延在方向と平行な方向からバーリング部をかしめることによって、蓋部と電極端子との間のシール性を確保する技術が開示されている。
しかしながら、電池の繰り返し使用に伴って冷却・昇温の冷熱サイクルが繰り返されると、かしめ部が徐々にかしめ前の形状に戻ろうとする作用が働いて緩み、そのシール性能が悪化するため、電池のシール性が不十分である点で不利である。

特開２００５−３０２６２５号公報

本発明は、容器を貫通し、その外方に突出した状態で電極端子を固定する電池において、容器と電極端子との固定部におけるシール性に優れた電池を提供することを課題とする。

本発明の電池の製造方法は、貫通孔を有する蓋部を含む容器と、一部を前記容器の外方へ突出させた状態で前記蓋部の貫通孔に固定される電極端子と、前記蓋部と前記電極端子との間に介装される絶縁部材と、を具備する電池を製造する方法であって、前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記容器の厚み方向一側へ向けて突出するバーリング部を設け、前記バーリング部の内側に前記絶縁部材を介して、前記電極端子を挿入し、前記バーリング部の径方向の幅よりも大きい押圧幅を有するプレス工具を用いて、前記バーリング部を、当該バーリング部の突出側の端面全域をプレスして塑性変形させることにより、前記電極端子を前記貫通孔に固定する。

前記プレス工具は、前記バーリング部を押圧するプレス面を有し、前記プレス面は、前記バーリング部の外周側から内周側にかけて、当該バーリング部の突出方向に向けて傾斜するテーパ状に形成されることが好ましい。

本発明によれば、容器を貫通し、その外方に突出した状態で電極端子を固定する電池において、容器と電極端子との固定部におけるシール性に優れた電池を提供できる。

電池を示す概略図である。 容器の蓋部と電極端子との固定部を示す拡大断面図である。 プレス工具を用いたバーリング部へのプレスを示す拡大図である。 プレス工具の別実施形態を示す図である。 プレス工具の別実施形態を示す図である。

以下では、図１を参照して、本発明に係る電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。

電池１０は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池であり、充放電可能に構成されている。
図１に示すように、電池１０は、発電要素２０を容器３０内に収納してなる。容器３０から外方に向けて、電極端子４０・４０が突出して設けられている。

発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって、電池１０が充放電可能な二次電池として機能する。

容器３０は、収納部３１と蓋部３２とを含む鉄製の外装である。収納部３１は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。
なお、容器３０を構成する収納部３１及び蓋部３２の材料を鉄としているが、これに限定されることはない。本実施形態では、収納部３１及び蓋部３２の強度の観点から鉄を選択しているが、例えば、鉄の代替として、鉄と同等以上の強度を有する金属であることが好ましいが、アルミニウム等の一般的な電池に用いられる材料でも適用可能である。

電極端子４０は、正極端子又は負極端子として構成される集電端子であり、容器３０の外周部から外方に向けて突出した状態で容器３０に固定されている。電極端子４０は、適宜のリード端子等を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続されており、電極端子４０・４０を介して電池１０内部と外部との電力のやり取りが行われる。つまり、電極端子４０・４０は、外部との電気接続の経路として用いられる外部端子である。

以下では、図２及び図３を参照して、容器３０の蓋部３２と電極端子４０との固定形態についてより詳細に説明する。
電極端子４０・４０は、絶縁部材５０・５０を介して容器３０の蓋部３２に固定されており、各絶縁部材５０によって、電極端子４０と容器３０との絶縁性が確保されている。また、電極端子４０を固定する際に、蓋部３２の一部をプレスしてかしめることにより、電極端子４０及び絶縁部材５０を圧迫して強固に固定している。これにより、蓋部３２と電極端子４０との間のシール性が確保されている。

図２及び図３に示すように、蓋部３２は、電極端子４０・４０が貫通可能な一対の貫通孔３３・３３を有する。
貫通孔３３・３３は、所定の内径を有する孔であり、蓋部３２の厚み方向（図示において上下方向）に貫通している。

図２及び図３に示すように、貫通孔３３の周縁には、バーリング部３４が形成されている。
バーリング部３４は、貫通孔３３の周縁に、蓋部３２の厚み方向一側（図示においては容器３０の内方側から外方側）に向けて垂直に突出して設けられる厚肉部位である。つまり、バーリング部３４は、蓋部３２の厚み方向端面から突出して設けられる突出部位であり、その内周側面によって貫通孔３３を形成している。バーリング部３４は、径方向に向けて所定の厚み（幅Ｗｂ）を有する。
バーリング部３４は、蓋部３２の一部（貫通孔３３が設けられる部位周辺）を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。ただし、図２及び図３に示すように、バーリング部３４における貫通孔３３に面する側面の下端部は、プレス金型を用いた成形等により断面視において直角となるように形成される。

図２及び図３に示すように、電極端子４０の中途部の外周には、気密溝４１が形成される。
気密溝４１は、電極端子４０の外周全周に亘って形成される半円（又は半楕円）形状の溝であり、所定の溝幅（図示における上下方向の長さ）を有する。本実施形態では、気密溝４１の両溝端部はエッジラインとして形成されており、気密溝４１の溝幅は、蓋部３２の厚みと同等に設定される。

蓋部３２のバーリング部３４と電極端子４０との間には、容器３０と電極端子４０とを電気的に絶縁する絶縁部材５０が介装される。
絶縁部材５０は、バーリング部３４及び電極端子４０の形態に応じた形状を有する絶縁体であり、本実施形態では円筒形状を有する。絶縁部材５０は、電極端子４０の外周部に巻装されている。
絶縁部材５０の軸方向の長さは、電極端子４０を蓋部３２に固定した際に、電極端子４０の外周部とバーリング部３４との間に絶縁のために必要十分な間隔が空くように設定されている。
絶縁部材５０の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が挙げられる。

絶縁部材５０は、上記絶縁性に加えて、電池１０内部のシール性を確保するための部材でもある。
図２及び図３に示すように、バーリング部３４の突出側端面は、バーリング部３４の突出側、すなわち、電池１０の外方側（図示における上方側）から押圧されることにより全周に亘ってかしめられている（言い換えれば、プレスにより材料が塑性流動している）。
このようにして、バーリング部３４の内周側には膨出部３４ａが内側に膨出するように形成されている。

内側に膨出した膨出部３４ａは絶縁部材５０を圧迫し、この圧迫力が絶縁部材５０への面圧として付与される。絶縁部材５０において膨出部３４ａによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて弾性変形し、この弾性変形により生じる外力が固定部４３への面圧として付与される。
このように、バーリング部３４の上端面の内周部を上方からプレスし、かしめることによって、内側に膨出する膨出部３４ａが形成され、膨出部３４ａからの面圧が絶縁部材５０を介して電極端子４０に伝達される。係る面圧によって電極端子４０が圧迫されて蓋部３２に固定される。
このとき、膨出部３４ａの塑性変形及び絶縁部材５０の弾性変形により、バーリング部３４、絶縁部材５０及び電極端子４０間に隙間がなくなり、これらの間に高い密着力が発生するため、容器３０と電極端子４０との間のシール性が確保され、電池１０内のシール性が確保される。また、膨出部３４ａは、プレスする方向と膨出する方向とが約９０°の角度を成してかしめられていることにより、膨出部に働く強い面圧や摩擦力によりプレスされた面が容易に戻ることはない（つまり、膨出部３４ａが緩まない）。

図３に示すように、バーリング部３４は、プレス工具６０を用いて所定のプレス距離（プレス工具６０による押し込み深さ）及び所定のプレス荷重にて押圧される。プレス工具６０は、内部に電極端子４０が通過可能な空間を有する円筒状の工具であり、先端部にプレス刃６１を有する。プレス刃６１は、径方向に所定の幅Ｗｐを有する押圧部であり、プレス工具６０の先端部から所定の突出量にて突出する。プレス刃６１の先端は、プレス面６２として形成されている。プレス面６２は、プレス工具６０のプレス方向に直交する平面、つまりバーリング部３４の端面と平行な面として形成されており、プレス面６２を介してプレス工具６０による押圧力がバーリング部３４に伝達される。
プレス工具６０は、適宜の駆動装置により移動可能に構成されており、前記駆動装置を作動させて、プレス刃６１によってバーリング部３４の内周部をプレスする。

図３（ａ）に示すように、電極端子４０は、貫通孔３３内に挿入される。
このように電極端子４０を配置してプレスした場合、図３（ｂ）に示すように、プレスにより形成される膨出部３４ａが電極端子４０、特に気密溝４１の上方エッジラインに向けて膨出する。
これにより、膨出部３４ａから電極端子４０及び絶縁部材５０側へ付与される圧迫力の作用方向に上方エッジラインが位置することとなる。従って、膨出部３４ａによって圧迫力を受ける絶縁部材５０が、気密溝４１の上方エッジラインに強固に食い付くため、絶縁部材５０と電極端子４０との密着力が増大し、電池１０のシール性を向上できる。

また、図３（ａ）に示すように、バーリング部３４をプレスする際、気密溝４１と蓋部３２の厚みを有する部位とが対向するように電極端子４０が配置された状態でプレスされる。言い換えれば、バーリング部３４に対するプレスに際して、気密溝４１が蓋部３２の延長線上に位置するように配置されており、気密溝４１の上方エッジラインが蓋部３２の上面と略同じ位置、かつ、下方エッジラインが蓋部３２の下面と略同じ位置となるように配置されている。
これにより、電極端子４０が蓋部３２の貫通孔３３内に固定されたときに、気密溝４１の周囲を囲む部位が多く存在することとなる。従って、電極端子４０を蓋部３２に固定した後、気密溝４１に対向する部位の剛性を大きく取れるので、電池１０の内部の気密性に大きく寄与する気密溝４１での電極端子４０と絶縁部材５０との間の密着度を確保でき、電極端子４０のシール性を確保できる。例えば、電池１０の内圧が上昇した場合にも気密溝４１の固定部での破断を防止できるため、電極端子４０の抜けを防止でき、電池１０の耐圧性を向上できる。

また、バーリング部３４をプレスした後に、電極端子４０を拘束する拘束部の厚みは、気密溝４１と対向する蓋部３２側の厚みにより決定される。本実施形態の場合では、気密溝４１と蓋部３２が一定の厚みを有する部位とが対向した状態で固定されるため、拘束部の厚みは、蓋部３２の延在方向全域となる。従って、本実施形態のように電極端子４０を配置した場合、電極端子４０の拘束力を大きくすることが可能となり、電池１０のシール性を向上できる。

図３（ａ）に示すように、プレス工具６０のプレス刃６１の幅Ｗｐは、バーリング部３４の幅Ｗｂよりも大きく設定される（Ｗｐ＞Ｗｂ）。
これにより、図３（ｂ）に示すように、プレス刃６１によってバーリング部３４の突出端面の全域が押圧されるため、バーリング部３４全体が塑性流動する。従って、膨出部３４ａの体積を十分に確保することができ、気密性を確保できる。
また、バーリング部３４には押圧されない部位がないため、プレス後に余肉部が残留しない。すなわち、バーリング部３４からの余肉部の脱落、破断等がなく、電極端子４０の固定部における製品品質が保たれる。
また、バーリング部３４へのプレス時に、プレス工具６０とバーリング部３４との間で軸ずれが発生しても、バーリング部３４の端面全域を押圧するプレス刃６１によれば、バーリング部３４への押圧に偏りが生じることがない。従って、精密加工の必要がなく、プレス作業の負担を軽減できる。

また、プレス刃６１の肉厚を大きくすることができるため、強度を向上できる。さらに、プレス時にプレス刃６１とバーリング部３４の端面との接触面積を大きく取れるため、プレス刃６１にかかる面圧を小さくでき、プレス刃６１の寿命を向上できる。従って、プレス工具６０の交換頻度を減少でき、電池製造の低コスト化に寄与できる。
さらに、プレス後にバーリング部３４に余肉部が残留しないため、プレス刃６１の退避の際に、バーリング部３４の側面との干渉が起こらない。従って、プレス刃６１の摩耗を防止し、耐久性を向上できる。

上述のように、プレス刃６１の幅Ｗｐは、バーリング部３４の幅Ｗｂよりも大きく設定されることが好ましい。より詳細には、バーリング部３４の端面をプレスする途中に、プレス刃６１の外周側にバーリング部３４の一部が膨出することのないように、プレス量、プレス荷重等、プレス工具６０によるプレス形態に応じて設定されることが好ましい。
例えば、プレス刃６１の幅Ｗｐとバーリング部３４の幅Ｗｂとを同程度とした場合、プレス量が大きくなれば、バーリング部３４の変形量も大きくなり、バーリング部３４の一部がプレス刃６１の外周側に膨出してしまうことがある。このため、プレス刃６１の幅Ｗｐは、バーリング部３４の幅Ｗｂの１．５倍以上に設定することが好ましく、係る場合には、プレス形態によらずバーリング部３４をプレスする際にプレス刃６１の外周側にバーリング部３４の一部が膨出することが十分に抑制される。

以下では、図４を参照して、本発明に係るプレス工具の別実施形態であるプレス工具７０について説明する。
図４に示すように、プレス工具７０は、所定の厚みを有する板状の本体部７１の一部（中央部）に電極端子４０及び絶縁部材５０が通過可能な孔部７２を有する工具である。孔部７２は、所定の径を有する貫通孔であり、本体部７１の厚み方向に向けて貫通している。本体部７１における孔部７２の内周縁部にて、バーリング部３４が押圧される。ただし、本体部７１の孔部７２の周囲には、バーリング部３４の幅Ｗｂよりも十分に大きい厚み（径方向の厚み）があるものとし、本体部７１に十分な押圧能力が確保されているものとする。
このように構成されるプレス工具７０を用いることによって、プレス工具７０を構成する主たる部材である本体部７１によってバーリング部３４の端面全域がプレスされることとなり、押圧部の強度を向上することができる。また、本発明に係るプレス工具の外形形状の自由度が増し、従来形状である円筒状以外の形状も広く採用することができる。
これにより、プレス工具７０に対して、プレス工具６０を用いることによる作用効果に加えて、プレス工具の耐久性を向上することができる、並びに、プレス工具の形状自由度が増すという作用効果を奏する。

以下では、図５を参照して、本発明に係るプレス工具の別実施形態であるプレス工具８０について説明する。
図５に示すように、プレス工具８０は、先端がテーパ状に形成されるプレス刃８１を有する工具である。プレス刃８１は、バーリング部３４の端面を押圧する押圧部であり、プレス工具８０の先端部から所定の突出量にて突出して設けられる。プレス刃８１は、その先端に内周から外周に向けてプレス刃８１の突出方向に向けて傾斜するテーパ面８２を有する。言い換えれば、テーパ面８２は、バーリング部３４の外周側から内周側にかけて、バーリング部３４の突出方向に向けて傾斜する傾斜面として形成される。テーパ面８２は、バーリング部３４の内周側の突出量が小さく、外周側の突出量が大きくなるように形成されており、テーパ面８２によりバーリング部３４が突出方向と反対側及び径方向内周側に向けて押圧される。すなわち、テーパ面８２はバーリング部３４を押圧するプレス面である。
このように構成されるプレス工具８０を用いることによって、バーリング部３４を押圧する際に、テーパ面８２の傾斜によって、膨出部３４ａの膨出方向（バーリング部３４の径方向内側に向けて）に力を加えることができ、電極端子４０を圧迫する方向により大きな力を発生させることができる。
これにより、プレス工具８０に対して、プレス工具６０を用いることによる作用効果に加えて、絶縁部材５０と電極端子４０との間に発生する密着力を向上でき、シール性をさらに向上できるという作用効果を奏する。

１０ 電池
３０ 容器
３２ 蓋部
３３ 貫通孔
３４ バーリング部
４０ 電極端子
５０ 絶縁部材
６０ プレス工具
６１ プレス刃
Ｗｂ バーリング部の幅
Ｗｐ プレス刃の幅

Claims (2)

1. 貫通孔を有する蓋部を含む容器と、
   一部を前記容器の外方へ突出させた状態で前記蓋部の貫通孔に固定される電極端子と、
   前記蓋部と前記電極端子との間に介装される絶縁部材と、を具備する電池を製造する方法であって、
   前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記容器の厚み方向一側へ向けて突出するバーリング部を設け、
   前記バーリング部の内側に前記絶縁部材を介して、前記電極端子を挿入し、
   前記バーリング部の径方向の幅よりも大きい押圧幅を有するプレス工具を用いて、前記バーリング部を、当該バーリング部の突出側の端面全域をプレスして塑性変形させることにより、前記電極端子を前記貫通孔に固定する電池の製造方法。
2. 前記プレス工具は、前記バーリング部を押圧するプレス面を有し、
   前記プレス面は、前記バーリング部の外周側から内周側にかけて、当該バーリング部の突出方向に向けて傾斜するテーパ状に形成される請求項１に記載の電池の製造方法。

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