JP2013196777A

JP2013196777A - 外装缶の製造方法及び二次電池の製造方法

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Publication number: JP2013196777A
Application number: JP2012059251A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tsukada; 和彦塚田
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP6035796B2

Abstract

【課題】封口蓋を載置する段差部を備えた外装缶の製造において、段差部、或いは段部における亀裂、破断等を防止し、生産性の向上を図ることができる外装缶の製造方法を提供する。
【解決手段】角形筒状部２０と底部２１から成り、角形筒状部２０の開口部２２内周に蓋３を載置する段差部２３を備えた外装缶２の製造方法において、角形筒状部２０の対向する上方外周面に、高さ方向に間隙を有する第一成形具４０１をそれぞれ当接し、第二成形具４０２を角形筒状部２０の上方内周面から第一成形具４０１に押し込んで外方に突出する突出部２０４を形成し、次いで、段差部２３として残存するように突出部２０４のトリミングを行い、段差部２３を角形筒状部２０の開口部２２に形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、外装缶の製造方法、及び二次電池の製造方法、特に角形二次電池に用いられる外装缶の製造方法、及び角形二次電池の製造方法に関する。

近年、太陽光発電などの蓄電システムや電気自動車に向けた二次電池（蓄電池）が、需要の高まりを受けて普及している。これらの二次電池は、各システムや製品への適用性、収容性の観点から角形形状が採用されることが多い（以下、角形電池）。この角形電池は、例えば、金属製の外装缶と封口蓋で構成され、外装缶の開口部に封口蓋をレーザ溶着して密閉する構造が採用されている。

そして、金属製の外装缶と封口蓋で構成される角形電池において、溶接時に封口蓋を位置決めする方法として、外装缶の開口部内周面に封口蓋の端部を載置する段差部を設ける方法が提案されている。例えば、特許文献１には、絞り加工により、開口端の隅部に段差部を付与した角形電池用外装缶が開示され、また、特許文献２には、深絞り加工により成形した開口端を拡口した金属角形容器を、しごきダイスに取り付けてしごきポンチでしごき加工を行って段部を形成した密閉型角形電池容器及びその製造方法が開示されている。さらに、特許文献３には、蓋の外装容器内への落下を防止するため、突き出し加工やエンボス加工によって容器内側に位置決め用の突起を形成した角形外装容器及びその製造方法が開示されている。

特開平９−２６５９６６号公報特開平９−２９３４８７号公報特開平１１−２１９６８８号公報

しかしながら、外装缶の開口部内周面に封口蓋の端部を載置する段差部を設ける方法において、特許文献１は、ポンチの隅部の形状を出っ張り形状として絞り成形を行い、外装缶の開口部に段差部を形成するものであり、一方、特許文献２は、深絞り加工により成形した開口端を拡口した金属角形容器を、しごきダイスに取り付けてしごきポンチでしごき加工を行って段部を形成するものである。このため、段差部、或いは段部において厚みが変化するため、段差部が基点となり成形中に亀裂、破断等が発生（破胴）し易く、生産性が低下する。

また、特許文献３の突き出し加工等によって突起を内側に突出させる方法は、位置決め用の突起が収容スペースへ突出するため、収容スペースが減少する恐れがある。

従って、本発明の目的は、封口蓋を載置する段差部を備えた外装缶の製造において、前記段差部の成形時の亀裂を防止すると共に生産性の向上を図り、また、収納スペースの減少を防止することができる外装缶の製造方法、及び該外装缶を用いた二次電池の製造方法を提供することである。

前記目的を達成するために本発明の外装缶の製造方法は、角形筒状部と底部から成り、
前記角形筒状部の開口部内周に封口蓋を載置する段差部を備えた外装缶の製造方法において、前記角形筒状部の対向する上方外周面に、高さ方向に間隙を有する第一成形具をそれぞれ当接し、第二成形具を前記角形筒状部の上方内周面から第一成形具に押し込んで外方に突出する突出部を形成し、次いで、段差部として残存するように前記突出部のトリミングを行い、前記段差部を前記角形筒状部の開口部に形成することを特徴とする。

本発明の外装缶の製造方法は、次のように構成することもできる。
１．前記第一成形具の間隙によって前記突出部の高さ方向の長さを制御する。
２．前記角形筒状部の断面形状が矩形であって、前記段差部を開口部の対向する短辺領域にそれぞれ成形する。
３．前記突出部を形成する前の外装缶を、絞り、或いは絞り−しごき加工によって成形する。

また、前記目的を達成するために本発明に係る二次電池の製造方法は、前記外装缶の製造方法によって得られた外装缶の段差部に、封口蓋を載置すると共に、前記封口蓋の外周端部及び外装缶の角形筒状部の上端周囲部をレーザ溶着することを特徴とする。

本発明の外装缶の製造方法によれば、外装缶の角形筒状部の厚みを維持して段差部を形成するため、段差部の成形において亀裂、破断等を有効に防止することができる。
また、段差部が外方に突出して形成されるため、外装缶の収容スペースの減少が防止される。

また、本発明の外装缶の製造方法によれば、第一成形具の間隙によって突出部の高さ方向の長さを制御することにより、段差部として残存させる突出部を所望の形状に容易に成形することができる。

また、本発明の外装缶の製造方法によれば、角形筒状部の断面形状が矩形の場合において、段差部を形成する箇所を開口部の対向する短辺領域とすることで、段差部の成形が容易であり、成形精度も向上するため、寸法が安定した正確な封口蓋の位置決め形状を付与することができる。また、突出部の形成箇所を短辺領域とし外形形状の変形量を少なくすることで、各システムや製品への適用性、収容性への影響を低減することができる。

さらに、突出部の形成を絞り、或いは絞り−しごき加工とは別の工程で行うことにより、絞り、或いは絞り−しごき加工では発生しやすい前記突出部の亀裂、破断による生産ラインの停止が無くなるため、生産性の向上を図ることができる。

また、本発明の角形二次電池の製造方法によれば、外方に突出した段差部に封口蓋を載置してレーザ溶着を行うため、段差部における亀裂、破断、及び収容スペースの減少が防止された角形二次電池を得ることができ、さらに、上方から容易にレーザ溶着を行うことが可能となる。

本発明の製造方法によって得られた外装缶を用いた角形二次電池の模式図本発明の外装缶、角形二次電池の製造方法の模式図本発明の外装缶の製造方法に於ける突出部形成工程、トリミング工程の模式拡大図本発明の角形二次電池の製造方法におけるレーザ溶着工程の模式図

以下に図面を参照して、本発明を実施するための実施形態を説明する。尚、本実施形態における構成の材質、形状それらの相対配置などは、適宜変更が可能であり、本発明の範囲を以下の本実施形態に限定するものではない。

（実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の外装缶、角形二次電池の製造方法の実施形態について説明する。

＜角形二次電池の概略構成＞
図１は、本発明の製造方法によって得られた外装缶を用いた角形二次電池の模式図であって、角形二次電池１は、開口部２２を有する外装缶２と、該開口部２２を閉塞するための封口蓋３と、から構成される。

角形二次電池１を構成する外装缶２と封口蓋３は、例えば、アルミニウム合金等の金属板から成り、内部には電池を構成する種々の発電要素（例えば、電極やセパレータなど）が収納される。尚、金属板は、特に限定されるものではなく、例えばＳＰＣＥ（冷間圧延鋼板）やＳＵＳ（ステンレス鋼）、鉄ニッケル鋼板等の他の金属材料でもよい。

外装缶２は、角形筒状部２０と底部２１が一体に成形された有底筒状の構造を有している。角形筒状部２０の開口部２２の内周端には、封口蓋３の端部を載置するための段差部２３が設けられている。段差部２３は、略矩形の開口部２２の互いに対向する短辺領域に、それぞれに外方に突出するように形成されている。そして、外装缶２の開口部２２が封口蓋３によって閉塞されることにより角形二次電池１が形成される。

尚、本実施形態では、角形二次電池１（外装缶２）が、各面が長辺と短辺を有する長方形で構成された略直方体形状に構成されているが、例えば、各面が正方形で構成された略直方体形状であってもよい。

＜外装缶、角形二次電池の製造方法＞
図２〜図４を参照して、本実施形態に係る外装缶２、角形二次電池１の製造方法について説明する。本製造方法は、概略、（１）金属板の絞り、或いは絞り−しごき工程（図示せず）、（２）突出部形成工程、（３）トリミング工程、（４）レーザ溶着工程から構成される。本発明における外装缶２の製造方法は、主として、（２）突出部形成工程と（３）トリミング工程により構成される。

（１）金属成形体製造工程
本工程は、図示しないが、従来公知の絞り、或いは絞り−しごき加工により、金属板材から底部２０１と該底部２０１から筒状に延びる断面形状が矩形の角形筒状部２０２とを備えた有底筒状の金属成形体を作成する。そして、この時点では、後述する段差部として残存させる突出部を角形筒状部２０２に成形する必要がなく、従来の絞り、或いは絞り−しごき加工に賦して容易に成形することができる。

（２）突出部形成工程
本工程は、図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す突出部形成装置４００を用いて行う。そして、図２（Ａ）、図３（Ａ）は、第二成形具を第一成形具に押し込む前（突出部形成前）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）は、第二成形具を第一成形具に押し込んだ後（突出部形成後）のそれぞれの状態を示す。

突出部形成装置４００は、第一成形具のダイ４０１と、第二成形具のパンチ４０２と、を備え、パンチ４０２は後端に傾斜面を有しており、該傾斜面と摺動する傾斜面を有する
押出具４０３の上下動により、水平方向に押されて移動する構成となっている。

図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、金属成形体２００の角形筒状部２０２の短辺領域の外周面にダイ４０１を当接させ、内周面にパンチ４０２を当接させる。ダイ４０１は、底部２０１から所定の高さ位置で角形筒状部２０２の外周面に当接させる。各ダイ４０１は、一対の当接部を有するように構成されており、第１当接部４０１ａと第２当接部４０１ｂが、高さ方向（上下方向）に所定の間隙を空けて配置される。パンチ４０２は、第１当接部４０１ａと第２当接部４０１ｂの間の所定の高さに配置される。

そして、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）に示すように、押出具４０３が下降することにより、両側のパンチ４０２が、それぞれ外側に向かって移動すると共に、第１当接部４０１ａと第２当接部４０１ｂの間隙に入り込むように移動する。これにより、金属成形体２００の角形筒状部２０２の一部が第１当接部４０１ａと第２当接部４０１ｂの間に押し込まれ角形筒状部２０２の所定の高さ位置に外方に突出する突出部２０４が形成される。
このように、段差部として残存させる角形筒状部２０２の突出部２０４は、ダイ４０１の間隙によって突出部の高さ方向の間隙を制御することにより容易に成形される。

ダイ４０１の第１当接部４０１ａと第２当接部４０１ｂの間隔ａ（図３（Ａ）参照）、パンチ４０２の押し込み量（移動量）は、突出部形成時の角形筒状部２０２における突出部２０４に亀裂が発生しない範囲（例えば、側壁厚みに対し５０乃至３００％）で適宜設定される。尚、本実施例では側壁厚みが０．６ｍｍであり、突出部２０４の突出高さは０．５ｍｍである。また、パンチ４０２の押し込み量は、摺動面の傾斜角度や押出具４０３の移動量を調整することで容易に調整することができる。

（３）トリミング工程
本工程は、図２（Ｃ）、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、前述した突出部形成工程により形成した角形筒状部２０２の突出部２０４のトリミングを行い、外装缶２の角形筒状部２０における開口部２２及び段差部２３を形成する。本工程により、図３（Ｄ）に示すように金属成形体２００から外装缶２が形成される。

本工程においては、金属成形体２００の角形筒状部２０２を、例えば、トリミングカッターによって切断し、外装缶２の角形筒状部２０として残す部分２０２ａと、トリミングにより取り除かれる不要部分２０２ｂとに分離され、角形筒状部２０２を分離する高さは、段差部２３における封口蓋３端面との接合面の所望の高さを考慮して設定される。具体的な高さは、例えば、封口蓋３の厚み（端面の幅）に応じて適宜設定される。

（４）レーザ溶着工程
本工程は、図２（Ｄ）、図４に示すように、前述したトリミング工程によって成形された外装缶２の内部に所定の収容物を収納後、封口蓋３を外装缶２の開口部２２に嵌入し、レーザ溶着によって、封口蓋３の外周端部と外装缶２の角形筒状部２０の上端周囲部とを溶着する。これにより、外装缶２に封口蓋３が溶着され、角形二次電池１が完成する。

尚、本発明の実施形態において、段差部２３を設ける箇所は、角形筒状部の開口部２２の短辺領域全域に限定されず、封口蓋３の溶着の際に封口蓋３を支えることができる構成であれば良く、例えば、短辺領域に部分的に段差部２３を形成する構成でも良い。また、長辺領域全域、或いは部分的に形成する構成でも良い。

１角形二次電池
２外装缶
２０角形筒状部
２１底部
２２開口部
２３段差部
３封口蓋

Claims

角形筒状部と底部から成り、前記角形筒状部の開口部内周に封口蓋を載置する段差部を備えた外装缶の製造方法において、
前記角形筒状部の対向する上方外周面に、高さ方向に間隙を有する第一成形具をそれぞれ当接し、第二成形具を前記角形筒状部の上方内周面から第一成形具に押し込んで外方に突出する突出部を形成し、次いで、段差部として残存するように前記突出部のトリミングを行い、前記段差部を前記角形筒状部の開口部に形成することを特徴とする外装缶の製造方法。
前記第一成形具の間隙によって前記突出部の高さ方向の長さを制御することを特徴とする請求項１に記載の外装缶の製造方法。
前記角形筒状部の断面形状が矩形であって、前記段差部を開口部の対向する短辺領域にそれぞれ成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の外装缶の製造方法。
前記突出部を形成する前の外装缶を、絞り、或いは絞り−しごき加工によって成形することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の外装缶の製造方法。
前記請求項１乃至４の外装缶の製造方法によって得られた外装缶の段差部に、封口蓋を載置すると共に、前記封口蓋の外周端部及び外装缶の角形筒状部の上端周囲部をレーザ溶着することを特徴とする角形二次電池の製造方法。