JP2012252922A - 円筒型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】封口体がガスケットを介して電池缶開口に嵌着されている円筒型電池において、電池缶の開口を内方にかしめる封口工程での不良発生を防止する。
【解決手段】周囲にビーディング部１０する有底円筒状の電池缶１１の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体３０がガスケット４０ｃを介して嵌着されている円筒型電池１ａであって、電池缶の開口を上方として、ガスケットは、下方を底部４２とした円形カップ状で、側壁４４の内側４４ｉ上端に、一定の上下幅ｗで厚肉となる突起部４７ｂが周回して形成され、当該突起部は、前記ガスケットの上端面４５から連続するテーパー部４６ｂを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、円筒型電池に関し、具体的には、有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒型電池に関する。

従来の円筒型電池の一例としてボビン形リチウム電池を挙げる。図４に当該ボビン形リチウム電池の構造を示した。当該図は、円筒軸５０の延長方向を上下（縦）方向としたときの、ボビン形リチウム電池（以下、円筒型電池）１の縦断面を示している。円筒型電池１は、有底円筒状の電池缶１１、二酸化マンガン等の正極活物質が黒鉛等の導電助剤とともに中空円筒状に成形されてなる正極合剤２１、円筒状の金属リチウムやリチウム合金からなる負極リチウム２２、円筒カップ状のセパレータ２３、ガスケット４０、封口体３０などによって構成されている（たとえば特許文献１，２参照）。

電池缶１１は、金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねている。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成され、開口部近傍の周囲には絞り加工によるビーディング部１０が形成されている。そして、円筒型電池１は、この電池缶１１内に、正極合剤２１、セパレータ２３、および負極リチウム２２が電解液とともに収納されているとともに、開口が略円盤状の封口体３０によってガスケット４０を介して封口されたものである。

このような円筒型電池１の組み立て手順としては、まず、電池缶１１内に、発電要素である、正極合剤２１、セパレータ２３、および負極リチウム２２を順次装填する。負極リチウム２２は、板状の金属リチウムやリチウム合金を丸めたものであって、あらかじめ、その一部に帯状の金属薄板で形成された負極リード３３の一端部が取り付けられている。この負極リード３３は、負極集電体を兼ねている。そして、発電要素（２１〜２３）を電池缶１１に装填したのち、ガスケット４０を装填し、上述した負極リード３３の他端部を、封口体３０を構成する封口板３２の下面（電池内側）にスポット溶接する。

なお、封口体３０は、負極端子板３１と封口板３２とから構成されており、負極端子板３１は金属製で、電池缶１１の開口を上方とすると、上方を底とした皿状で、皿の縁には、フランジが形成されている。そして、金属製円板からなる封口板３２が負極端子板３１の下方に積層される。

ビーディング部１０を座として、樹脂製のガスケット４０を電池缶１１の開口内側に装着した。ガスケット４０は、図５に示したように、上方を開口４１とした円形カップ状で、上方に立設しつつ周回する扁平筒状の側壁４４が円形の底部４２の周縁から連続している。また、底部４２に負極リード３３が挿通される孔４３を有している。電池缶１１内に非水電解液を注入し、封口体３０を圧入する。そして、電池缶１１の開口部を内方にかしめ加工（カール絞り加工）して、封口体３０をガスケット４０を介して電池缶１１の開口にかしめ固定（嵌着）する。それによって、ガスケット４０の底部４２が周縁から中央に向かって下方に傾斜するように弾性変形する。そして、電池缶１１の内部が密閉され、図４に示したボビン形リチウム電池１が完成する。

特開２００１−２７３９１１号公報 特開２００３−２０８９０６号公報

本発明者は、電池缶の開口部を内方にかしめて封口するタイプの円筒型電池について、その製造工程中に発生する各種不良の内容（不良モード）を解析した。そして、電池缶の開口を内方にかしめる封口工程において、封口板や負極端子が傾いたままかしめられ、負極リチウムと接続されている封口板が電池缶と接触して内部短絡を起こす、という不良モードがあることを確認した。また、同じ封口工程において、封口板や負極端子の傾きに由来して、ガスケットが正しい位置から脱落する、という不良モードも確認した。ガスケットの脱落としては、例えば、ビーディング部を座にすべきところ、そのビーディング部の下方にガスケットが陥没する現象などがある。

そこで、封口体が傾いたままガスケット内に装填されるのを防止するために封口体を押し込む際の圧力を高くし、確実に封口体をガスケットの底に積層させようとした。しかし、今度は、その圧力によってガスケットが破断したり、その圧力によって封口体がガスケットとともにビーディング部の下方に陥没したりする、という別のモードの不良が発生した。

確かに、封口工程における不良発生率は極めて僅かではあるが、電池の生産量を考えれば、その絶対数は多く、不良によって生ずる損害は、決して低いとは言えない。また、不良品において、リサイクルできない部材や材料は、当然廃棄処分となり、環境に対する負荷を考えれば、可能な限り、不良品を発生させないようにする必要がある。

したがって、本発明の目的は、封口体がガスケットを介して電池缶開口に嵌着されている円筒型電池において、電池缶の開口を内方にかしめる封口工程での不良発生を防止することにある。

上記目的を達成するための本発明は、周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒型電池であって、
前記電池缶の開口を上方として、前記ガスケットは、下方を底面とした円形カップ状で、側壁の内面上端に、一定の上下幅で厚肉となる突起部が周回して形成され、
当該突起部は、前記ガスケットの上端面から連続するテーパー部を有している、
ことを特徴としている。また、前記突起部の下端にもテーパー部が形成されていれば、より好ましい。

本発明の円筒型電池によれば、電池缶の開口を内方にかしめて封口体をガスケットを介して電池缶開口に嵌着する際、封口体の傾きを防止することができる。それによって、封口体と電池缶とが内部短絡したり、封口体やガスケットが正常な位置よりも下方に陥没したりするなどの不良発生を防止することができる。

本発明の実施例に係る円筒型電池に採用されている発明品のガスケットと、その比較例となるガスケットの構造を示す図である。 本発明の実施例に係る円筒型電池の一部拡大図である。 上記比較例のガスケットのその他の例を示す図である。 円筒型電池の一例であるボビン形リチウム電池の構造を示す図である。 従来の円筒型電池に採用されているガスケットの構造を示す図である。

＝＝＝円筒型電池の基本的な構造＝＝＝
本発明の実施例に係る円筒型電池としてボビン形リチウム電池を挙げる。当該実施例のボビン形リチウム電池の基本的な構造は、図４に示したものと同じである。しかし、本実施例に係るボビン形リチウム電池では、ガスケットの形状が、図５に示した従来のボビン形リチウム電池のものとは異なっている。そして、そのガスケットの形状により、封口工程における封口体の傾きに由来する不良の発生を防止することができるようになっている。なお、以下では、本発明の実施例に係る円筒型電池を構成する各部材について、同様の形状や機能を有するものについては、図４に示した符号をそのまま採用するものとする。

＝＝＝封口工程時の不良モードについて＝＝＝
本発明者は、封口工程時に発生する不良モードを詳しく解析した。そして、不良発生の要因として、概ね、次の二つの要因があると考えた。図４、図５に基づいてこれらの要因について説明すると、第１の要因は、電池缶１１がかしめられる以前に封口体３０が傾いている、というものである。具体的には、正常であれば、略円盤状の封口体３０は、カップ状の樹脂製ガスケット４０の内径を押し広げながら、当該ガスケット４０内に挿入されて、封口体３０の下面がガスケット４０の内底面４２ｉに均一に当接した状態で積層される。しかし、この挿入時に封口体３０の下面が挿入時に僅かでもガスケット４０の上端面４５に接触すると、封口体３０が、そのガスケット４０の上端面４５によって大きな抵抗を受け、傾いた状態でガスケット４０の内側に押し込まれる。傾いた状態で電池缶１１の開口をかしめると、内部短絡やガスケット４０の陥没などの不良が発生する。

第２の要因は、封口体３０がガスケット４０内に正常に積層された状態で挿入されたものの、かしめに際して傾いてしまうものである。具体的には、かしめに際しては、電池缶１１の開口部分は、外方から円筒軸５０方向に圧力が加わる。その圧力がガスケット４０を介して封口体３０の周縁に伝達されるが、この圧力が不均一であったり、何らかの原因で、封口体３０の下面がガスケット４０の内底面４２ｉから僅かに浮き上がったりして、封口体３０が傾く、というものである。

＝＝＝ガスケットの形状＝＝＝
上述したように、封口工程における不良には、第１、および第２の要因があると考えられる。そこで、第１、および第２の要因のいずれが主原因で不良が発生するのかを見極めるとともに、不良発生を防止するための方策を見出すために、形状が異なる３種類のガスケットを作製し、そのガスケットを用いたボビン形リチウム電池をサンプルとして作製し、不良の発生率を調べた。なお、サンプルは、市販品の電池の生産ラインで、市販品と同様にして製造した。

図１（Ａ）〜（Ｃ）にその３種類のガスケット（４０ａ〜４０ｃ）の縦断面図を示した。なお、図１に示した各ガスケット（４０ａ〜４０ｃ）では、それぞれの形状の違いがよく分かるように、その異なる形状部分のサイズを誇張して示している。図１（Ａ）に示したガスケット（比較例１）４０ａは、第１の要因を想定し、側壁４４の内面（内側面）４４ｉの上端側に、上方に向かって徐々にガスケット４０ａの開口４１を拡径するようにテーパー部４６ａが設けられている。なお、作製した比較例１のガスケット４０ａは、上端面４５の厚さｔ１が、側壁４４の厚さｔ０の８０％程度であり、傾斜角は、約４５゜となっている。また、側壁４４の厚さｔ０は、以下の図１（Ｂ）（Ｃ）に示したガスケット（４０ｂ，４０ｃ）を含め、０．２５ｍｍである。

（Ｂ）のガスケット（比較例２）４０ｂは、第２の要因を想定した形状であり、カップ状のガスケット４０ｂの内側面４４ｉの上端に、所定の幅ｗで所定の高さｈだけ肉厚となる矩形の縦断面形状の突起部４７ｂが当該内側面４４ｉを周回するように設けられている。突起部４７ｂは、ガスケット４０ｂの内低面４２ｉ上に正常に積層されていた封口体３０が、かしめに際して浮き上がっても、その浮き上がりを阻止するとともに、積層状態に復帰させることを狙って形成されたものである。なお、突起部４７ｂの高さｈは、０．０５ｍｍであり、上下幅ｗは、０．２ｍｍである。

（Ｃ）に示したガスケット４０ｃは、比較例１と２のガスケット（４０ａ，４０ｂ）の形状を混在させたものであり、このガスケット（発明品）４０ｃを用いた円筒型電池が本発明の実施例に相当する。この発明品に係るガスケット４０ｃは、比較例２と同様に、上端面４５側に突起部４７ｃが設けられているとともに、比較例１のように、その突起部４７ｃの上端にテーパー部４６ｃが設けられている。さらに、当該発明品４０ｃでは、突起部４７ｃの下端にもテーパー部４８を設けている。すなわち、縦断面形状が台形となっている。なお、突起部４７ｃの高さｈと幅ｗは、比較例２のガスケット４０ｂと同じである。また、上下のテーパー部（４６ｃ，４８）は、ともに、突起部４７ｃの台形頂部からガスケット４０ｃ本来の厚さｔ０になるまで形成され、傾斜角は、約４５゜となっている。

そして、上記各ガスケット（４０ａ〜４０ｃ）を用いて円筒型電池を組み立て、封口工程後の各サンプルに対して目視による外観検査を行い、電池缶１１が変形していれば不良と判定した。また、全てのサンプルについて内部短絡の有無を調べた。

以下の表１に、ガスケットの形状に応じた封口工程での不良発生率を示した。

表１に示したように、矩形の突起部４７ｂのみを設けた比較例２のガスケット４０ｂを用いたサンプルが最も高い不良発生率を示した。そして、突起部４７ｃとテーパー部（４６ｃ，４８）の双方を設けた発明品に係るガスケット４０ｃを用いたサンプルでは、不良が全く発生しなかった。また、比較例１のガスケット４０ａを用いたサンプルでも不良が発生したことから、封口工程における不良は、第１の要因に起因して発生する割合が多いものの、第１、および第２の要因の双方が原因となっていることが確認できた。

そして、第１、および第２の要因の双方を想定した発明品に係るガスケット４０ｃでは、まず、上端のテーパー部４６ｃにより封口体３０が当該ガスケット４０ｃ内に円滑に挿入されるため、かしめる以前に封口体３０が傾く、というモードの不良発生を防止することができる。

さらに、発明品に係るガスケット４０ｃでは、かしめに際し、突起部４７ｂが、封口体３０の上方への浮き上がりを阻止し、封口体３０とガスケット４０ｃの内底面４２ｉとの積層状態を維持する。発明品のガスケット４０ｃでは、このようにして電池缶１１の開口をかしめる前と後の双方で封口体３０の傾きを防止し、不良発生率を０％にすることができたものと考えられる。

なお、発明品のガスケット４０ｃでは、突起部４７ｃの上下両端にテーパー部（４６ｃ，４８）を設けていたが、上端のテーパー部４６ｃのみを設けてもよい。上記の発明品４０ｃでは、かしめに際して封口体３０が浮き上がった場合でも、突起部４７ｃの下端にもテーパー部４８があるため、そのテーパー部４８の斜面によって封口体３０が下方に案内され易い。したがって、突起部４７ｃの上下両端にテーパー部（４６ｃ，４８）を設けた方がより好ましい、と言える。

また、発明品のガスケット４０ｃは、比較例１のガスケット４０ａと異なり、突起部４７ｃの上端にテーパー部４６ｃがあっても、ガスケット４０ｃの上端面４５での厚さは本来の側壁４４の厚さｔ０となっている。にもかかわらず、第１の要因に起因する不良も完全に防止していることから、比較例１のガスケット４０ａと同様に、当該上端面４５が薄肉となるように、テーパー部４６ｃが形成されていても、全く問題はない。

＝＝＝厚肉部の形成位置について＝＝＝
上記発明品４０ｃでは、突起部４７ｃの上端側のテーパー部４６ｃがガスケット４０ｃの上端面４５の内側周縁から連続するように形成されていたが、その突起部４７ｃの形成位置についても検討した。図３に示したように、内側面４４ｉの途中に突起部４７ｄを設けたガスケット（比較例３）４０ｄを作製し、その比較例３のガスケット４０ｄを用いて円筒型電池を組み立てて、封口工程における不良発生の有無を調べた。その結果、不良の発生を完全に防止することができなかった。これは、比較例３のガスケット４０ｄでは、突起部４７ｄが下方にあるため、かしめに際して封口体３０が浮き上がった際に、突起部４７ｄの頂部に引っ掛かったり、突起部４７ｄを乗り越えてしまったりしたものと推測される。したがって、突起部は、ガスケットの上端面から連続するテーパー部を有していることが必須条件となる。なお、突起部の断面形状は、台形に限らず、三角形とすることも可能である。

本発明はボビン形リチウム電池などに利用可能である。

１，１ａ ボビン形リチウム電池、１０ ビーディング部、１１ 電池缶、
１２ 正極端子部、２１ 正極合剤、２２ 負極リチウム、２３ セパレータ、
３０ 封口体、３１ 負極端子板、３２ 封口板、３３ 負極リード、
４０，４０ａ〜４０ｄ ガスケット、４２ ガスケット底部、
４２ｉ ガスケット内底面、４４ ガスケット側壁、４４ｉ ガスケット内側面、
４５ ガスケット上端面、４６ａ，４６ｃ，４８ テーパー部、
４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ 突起部、ｈ 突起部の高さ、
ｔ０ ガスケット側壁の厚さ、ｗ 突起部の幅

Claims (2)

1. 周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒型電池であって、
   前記電池缶の開口を上方として、前記ガスケットは、下方を底面とした円形カップ状で、側壁の内面上端に、一定の上下幅で厚肉となる突起部が周回して形成され、
   当該突起部は、前記ガスケットの上端面から連続するテーパー部を有している、
   ことを特徴とする円筒型電池。
2. 請求項１において、前記突起部の下端にもテーパー部が形成されていることを特徴とする円筒型電池。