JP2012226836A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供する。
【解決手段】電池１０は、外装３０と、外部端子４０と、絶縁部材５０と、外装３０の蓋部３２の貫通孔３３の周縁に位置し、外装３０の外方へ向けて突出するバーリング部３４と、バーリング部３４の外周に配置される拘束リング３５と、を具備する。先端が少なくとも径方向中央部から内周端部にかけて、バーリング部３４の突出方向に向けて傾斜するプレス刃６１を有するパンチ６０を用いて、バーリング部３４をプレスすることにより、外部端子４０を蓋部３２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、外部端子を外装に固定する技術に関する。

特許文献１には、外装の蓋部から外部端子が突出して設けられる電池において、蓋部と外部端子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、バーリング部の突出方向と直交する方向からバーリング部をプレスしてかしめることによって、外部端子を締結固定する技術が開示されている。
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、電池内部に水分が浸入すると電池性能に影響することが知られている。このため、電池のシール性を十分に高く維持する必要がある。

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、かしめ締結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、シール性能が悪化して、外装と外部端子の固定部のシール性が不十分となる場合がある。

特開２００５−３０２６２５号公報

本発明は、外装を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子を固定する電池において、外装と外部端子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外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、前記蓋部と前記外部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るとともに、前記バーリング部の外周に、前記蓋部よりも高強度の材料によって構成される拘束部材を配置し、前記バーリング部の内側に前記絶縁部材を介して、前記外部端子を挿入し、先端が少なくとも径方向中央部から内周端部にかけて、前記バーリング部の突出方向に向けて傾斜するプレス刃を有するパンチを用いて、前記バーリング部の突出端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔に固定する。

前記プレス刃における前記径方向中央部から外周端部までの部位は、当該プレス刃の先端から突出しないように形成されることが好ましい。

前記プレス刃は、その径方向中央部から内周端部にかけて、前記バーリング部の突出方向に向けて傾斜するテーパ面を有し、前記テーパ面は、前記バーリング部の突出端面に対して３０°から４５°の傾斜を有することが好ましい。

本発明によれば、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供できる。

電池の概略構成を示す図である。 外装と外部端子の固定部を示す図である。 バーリング部へのプレスに用いるパンチを示す図である。 パンチの応用例を示す図である。 パンチの変形例を示す図である。

［電池の全体構成］
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。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池であり、非水電解質電池である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子４０・４０と、外部端子４０・４０と外装３０の間に介装される絶縁部材５０・５０と、を具備する。

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内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極の間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。

外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角型缶である。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。
蓋部３２は、外部端子４０・４０が貫通可能な貫通孔３３・３３を有する。貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、蓋部３２の厚み方向に貫通している。

外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で貫通孔３３・３３に固定される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５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る。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
各集電端子４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。また、集電端子４５と外部端子４０とは、別体として構成して接合しても良いし、一体的に構成しても良い。

外部端子４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。

外部端子４０・４０は、絶縁部材５０・５０を介して蓋部３２に固定される。絶縁部材５０は、樹脂製の部材であり、外部端子４０の周囲を巻装し、外装３０と外部端子４０とを電気的に絶縁する。
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）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）等の合成樹脂（スーパーエンプラ）が挙げられる。

［外装と外部端子の固定形態］
図２及び図３を参照して、外装３０と外部端子４０の固定形態について説明する。

外装３０の各貫通孔３３の周縁部には、外装３０の外側に向けて突出するバーリング部３４が形成される。バーリング部３４は、外装３０の一部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。

バーリング部３４の外周部には、拘束リング３５が配置される。
拘束リング３５は、外装３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の材料で製造されるリング状の部材であり、バーリング部３４を外周側から拘束することによって、バーリング部３４の径方向の強度を補強する。拘束リング３５の内径は、バーリング部３４の外径と略同一である。

また、外部端子４０の外周側面における軸方向中途部には、気密溝４１が形成されている。気密溝４１は、外部端子４０の周方向に沿って、外周全周に亘って形成される半円状（又は半楕円状、三角形状等）の凹部であり、溝両端部にエッジラインを有する。気密溝４１は、所定の溝幅を有する。

貫通孔３３内に絶縁部材５０をインサートした外部端子４０を配置し、バーリング部３４の周囲に拘束リング３５を配置した状態で、バーリング部３４の突出側端面の内周部を押圧してかしめることによって、バーリング部３４の一部が塑性変形して、内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成されるとともに、バーリング部３４の突出端面から厚み方向内側に向けて陥没する溝部３４ｂが形成される。
このとき、バーリング部３４の外周側に高強度材料の拘束リング３５が存在することにより、かしめ時の押圧力が逃げることがなく、径方向内側に向けて働くこととなる。これにより、膨出部３４ａが確実に内側に向けて膨出するように形成される。

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外部端子４０への面圧として付与される。
このように、膨出部３４ａにより絶縁部材５０にそれぞれ圧迫力が付与されて、外部端子４０及び絶縁部材５０が蓋部３２の貫通孔３３に固定される。このとき、膨出部３４ａは、プレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、絶縁部材５０と外部端子４０を締結固定しているため、外装３０、絶縁部材５０、及び外部端子４０間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池１０を使用する際の冷熱サイクルを受けても膨出部３４ａは変形し難く、固定部が容易に緩むことがない。

［プレス用パンチ］
バーリング部３４の突出端面に対するプレスは、パンチ６０を用いて行われる。
図３に示すように、パンチ６０は、先端がテーパ状に形成されるプレス刃６１を有する工具である。プレス刃６１は、バーリング部３４の端面を押圧する押圧部であり、パンチ６０の先端部に所定の突出量にて突出して設けられる。
パンチ６０は、適宜の駆動装置（不図示）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の突出端面をプレスする。

プレス刃６１の先端は、内周端から外周端にかけてプレス刃６１の突出方向に向けて傾斜するテーパ面６２として形成される。テーパ面６２は、バーリング部３４の突出端面に対して傾斜しており、バーリング部３４の外周側から内周側に向けて、バーリング部３４の突出方向に向けて傾斜する先端面である。すなわち、テーパ面６２は、プレスの際に外部端子４０の外周面と所定の角度を成して対向する傾斜面を有する。
テーパ面６２を有するプレス刃６１は、バーリング部３４の内周側の突出量が外周側の突出量よりも小さくなるように形成される。従って、パンチ６０のプレスによってバーリング部３４の端面に生じる溝部３４ｂは、内周側が浅く、かつ、外周側が深い形状に形成される。

このように構成されるパンチ６０を用いてバーリング部３４をかしめることによって、バーリング部３４を押圧する際に、テーパ面６２の傾斜によって膨出部３４ａの膨出方向に（バーリング部３４の径方向内側に向けて）力を効率的に加えることができる。従って、膨出部３４ａを効率的に膨出させることができ、外部端子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、絶縁部材５０と外部端子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。また、バーリング部３４の変形方向を内側に集中させることができるため、パンチ６０による押圧力によって蓋部３２のうち外形寸法等に影響する部位の変形を抑制できる。さらに、膨出部３４ａの膨出方向に押圧力を作用させることができるため、少ないプレス量でシール性能を確保できる。

また、プレス方向に対して傾斜するテーパ面６２を介してバーリング部３４に押圧力を付与するため、パンチ６０にかかる圧力の方向をパンチ６０の移動方向（プレス方向）一方向に集中することを防止でき、プレス刃６１のバーリング部３４への食い込みを少なくすることができる。言い換えれば、プレス時にプレス刃６１にかかる圧力の方向を分散することができる。
これにより、バーリング部３４からプレス刃６１を抜く際の摩擦を低減でき、プレス刃６１の摩耗を抑えることができる。さらに、プレス刃６１を抜く際の蓋部３２の変形を防止できる。

なお、テーパ面６２について、テーパ角によらず、テーパ面６２の傾斜によって膨出部３４ａを効率的に形成し、絶縁部材５０の圧縮力を大きくすることが可能であるが、テーパ面６２の角度は、バーリング部３４の突出端面に対して３０°から４５°の範囲内であることが特に好ましい。
テーパ角が４５°に近づくにつれて傾斜効果が大きくなり、バーリング部３４の変形を最適化し、膨出部３４ａの膨出方向を良好にコントロールできる。ただし、４５°を超えるとプレス刃６１の先端強度が弱くなるためパンチ６０の構成的に好ましくない。また、３０°よりも小さい場合は、テーパ面６２の傾斜効果も小さくなる。

［パンチ応用例］
図４に示すように、テーパ面６２は、プレス刃６１の径方向中央部までとすることがより好ましい。つまり、プレス刃６１の先端部のうち、外部端子４０に近い側である中央部より内側をテーパ面６２として形成し、かつ、中央部より外側を平坦面（図４（ａ））、又は、テーパ面６２と逆方向に傾斜する逆テーパ面６３（図４（ｂ））等として形成し、プレス刃６１の中央部よりも外側を、プレス刃６１の先端から突出方向に突出させないようにすることが好ましい。
このように、テーパ面６２の形成領域を径方向内側に限定し、外側の突出量を減少させることによって、プレス刃６１によるプレス方向への押し込み体積を減らすことができ、蓋部３２のプレス方向への変形に対する影響を大きく低減できる。

［パンチ変形例］
また、パンチ６０のプレス刃６１は、図４に示す形状に限定されることはなく、図５に示す形状としても良い。
図５（ａ）に示すように、プレス刃６１の断面形状を、台形形状としても良い。この場合、テーパ面６２は、プレス刃６１の内周端部から中央部まで形成され、中央部に平坦面が形成され、かつ、中央部から外側端部までは、テーパ面６２と逆方向の傾斜面となる逆テーパ面６３が形成される。このように、先端に平坦面を形成することで、先端の強度を確保することができ、強度的な観点から有利である。
図５（ｂ）に示すように、プレス刃６１の断面形状を、半円の曲面形状としても良い。この場合、テーパ面６２の代わりに、曲面６４が形成される。曲面６４は、パンチは６１の先端部から半円状に突出する部位の押圧面である。曲面６４では、径方向中央部よりも内周側は外部端子４０に向けた傾斜面、中央部よりも外周側はその逆向きの傾斜面として形成されており、テーパ面６２及び逆テーパ面６３を含む三角形状、台形形状のプレス刃６１と同様の効果を奏する。

１０ 電池
３０ 外装
３３ 貫通孔
３４ バーリング部
３４ａ 膨出部
３４ｂ 溝部
３５ 拘束リング（拘束部材）
４０ 外部端子
５０ 絶縁部材
６０ パンチ
６１ プレス刃
６２ テーパ面

Claims (3)

1. 貫通孔を有する蓋部を含む外装と、
   一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、
   前記蓋部と前記外部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るとともに、前記バーリング部の外周に、前記蓋部よりも高強度の材料によって構成される拘束部材を配置し、
   前記バーリング部の内側に前記絶縁部材を介して、前記外部端子を挿入し、
   先端が少なくとも径方向中央部から内周端部にかけて、前記バーリング部の突出方向に向けて傾斜するプレス刃を有するパンチを用いて、前記バーリング部の突出端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔に固定する電池の製造方法。
2. 前記プレス刃における前記径方向中央部から外周端部までの部位は、当該プレス刃の先端から突出しないように形成される請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 前記プレス刃は、その径方向中央部から内周端部にかけて、前記バーリング部の突出方向に向けて傾斜するテーパ面を有し、
   前記テーパ面は、前記バーリング部の突出端面に対して３０°から４５°の傾斜を有する請求項１又は２に記載の電池の製造方法。

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