JP2014059954A - 角型電池缶及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角型電池缶において、キャニングを生じさせることなく有効容積を大きくし、大型化にも対応できるようにする。
【解決手段】ニッケルめっき層が両面側に形成された鋼板からなる、隣り合う２面が開口とされた同一形状の直方体３ａ，３ｂを、同一形状の開口３１ａと開口３１ｂとを、他方の開口３２ａと開口３２ｂとが連続するように重ね合わせて接合する。これにより、底部１１に、向かい合う側壁部１２と側壁部１３の下端に至る直線状の第１接合部２１が形成され、側壁部１２と側壁部１３とに、第１接合部２１に接続し且つそれぞれの側壁部の上端に至る直線状の第２接合部２２と第３接合部２３とがそれぞれ形成された、上面開口１４の角型電池缶Ｃとなる。
【選択図】図２

Description

本発明は角型電池缶及びその製造方法に関するものである。

ノート型パーソナルコンピューターや携帯電話機などの各種電気機器などの電源として二次電池が広く使用されている。また、近年では、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの車載電源としても種々の二次電池が使用されている。それらの中でも、リチウムイオン２次電池（ＬＩＢ）は軽量且つ高エネルギー密度を特徴としていることから、車載電源として今後の発展が期待されている。

リチウムイオン２次電池に使用される電池缶の形状は、現在実用化されているものでは円筒形、角型、ラミネート型の３種類があるが、５０個から１００個の電池セルを搭載するＨＥＶなどには、スペース効率及び冷却効率の悪い円筒形の電池缶は向かない。また、ラミネート型の電池缶には、封止構造の長期信頼性に課題がある。このため、角型電池缶が車載電源として主流になりつつある。

従来、角型電池缶の材料としてアルミニウムが通常使用されてきた。ところが、アルミニウムは剛性が低いため、例えば、外形体積２１６ｃｍ^３の角型電池缶をアルミニウムで作製する場合、電池缶の板圧を２ｍｍ程度にする必要があり、内容積は１６３ｃｍ^３程度となってしまう。すなわち、角型電池缶の材料としてアルミニウムを用いると、電池缶としての有効容積は電池缶自体の体積の７５％に止まる。

そこで、角形電池缶の材料としてアルミニウムに換えて剛性の高い鋼板を用い、電池缶の肉厚を薄くして、電池缶の有効容積を増加させることも行われている。しかし、鋼板は加工硬化の激しい材料であるため、アルミニウムの場合と同じ深絞り加工による角形電池缶の製造では大型の電池缶を製造することは困難であり、また寸法精度も低かった。

このため、例えば、特許文献１では、ステンレス鋼などからなる筒体内にくさび状工具を挿入して、筒体を角筒に変形させ、その後、角筒の底部に底板を接合して角型電池缶とする技術が提案されている。

特開平6-333541号公報

しかしながら、前記提案技術では、筒体を角筒に変形させるための特別の装置が必要であり、電池缶の大型化に対応するのは困難と考えられる。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、有効容積が大きく、しかも平面部分がペコつくキャニングがなく、大型化にも対応可能で寸法精度の高い角型電池缶及びその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、鋼板からなる少なくとも２つの部材が接合されてなる上面開口の角型電池缶であって、底部に、向かい合う側壁部の下端に至る直線状の第１接合部が形成され、前記の向かい合う側壁部に、第１接合部に接続し且つそれぞれの側壁部の上端に至る直線状の第２接合部と第３接合部とがそれぞれ形成されていることを特徴とする角型電池缶が提供される。

ここで、第２接合部と第３接合部とは、前記の向かい合う側壁部の対向する位置に形成されているのが好ましい。さらには、第２接合部と第３接合部とは、前記の向かい合う側壁部の中央に形成されているのが好ましい。

前記鋼板は、引張り強度が４００ＭＰａ以上の高張力鋼板であるのが好ましい。

また前記鋼板は、角型電池缶の内側となる面側にめっき層を有しているのが好ましい。

そしてまた本発明によれば、隣り合う２面が開口とされ、前記２面の開口の少なくとも１つの開口が同一形状とされた鋼板からなる２つの直方体を作製する第１工程と、作製した２つの直方体の同一形状の開口同士を、他方の開口同士が連続するように重ね合わせて接合する第２工程とを有することを特徴とする角型電池缶の製造方法が提供される。

ここで、第１工程において作製する直方体は同一形状であるのが好ましい。

同一形状の直方体を作製するには、鋼板をプレス加工によって上面開口の直方体前駆体を作製した後、作製した直方体前駆体の隣り合う側壁部のいずれか一方の側壁部の中央部を通り且つ当該側壁部に垂直な面で前記直方体前駆体を２分割して同一形状の直方体を作製するのが好ましい。

第２工程において、レーザー溶接によって前記２つの直方体を接合するのが好ましい。

本発明の角型電池缶は、有効容積が大きく、しかもキャニングがなく、大型化にも対応可能で寸法精度が高い。

また、本発明の製造方法は、前記の角型電池缶を効率的に製造できる。

本発明に係る角型電池缶の一実施形態を示す斜視図である。 図１の角型電池缶の分解斜視図である。 図１の角型電池缶の組立工程図である。 図１の角型電池缶の組立工程図である。 図１の角型電池缶を用いた二次電池の概略構成図である。

以下、本発明に係る角型電池缶及びその製造方法について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る角型電池缶の一実施形態を示す斜視図を示す。図１に示す角型電池缶Ｃは、上面開口１４を有し、底部１１の向かい合う短辺の中点同士を結ぶように第１接合部２１が形成されると共に、側壁部１２と側壁部１３とに、第１接合部２１に接続し且つ側壁部１２及び側壁部１３の上端まで垂直に至る第２接合部２２及び第３接合部２３とがそれぞれ形成されている。すなわち、この角型電池缶Ｃは、図２に示すように、ニッケルめっき層（不図示）が両面側に形成された鋼板からなる、隣り合う２面が開口とされた同一形状の直方体３ａ，３ｂを、同一形状の開口３１ａと開口３１ｂを、他方の開口３２ａと開口３２ｂとが連続するように重ね合わせて接合したものである。

本発明の角型電池缶ではその構成材料として鋼板を使用する。鋼板の引張り強度は、通常、２７０ＭＰａ以上あり、従来の角型電池缶で用いられてきたアルミニウム（引張り強度１１０ＭＰａ）に比べて引張り強度は２倍以上ある。このため、角型電池缶に要求される剛性を満たしながら板厚を従来よりも薄くできる。これにより電池缶の内容積を従来の電池缶よりも大きくできる。本発明で使用する鋼板に特に限定はなく従来公知のものが使用できるが、引張り強度が４００ＭＰａ以上の高張力鋼板が好ましい。高張力鋼板を用いることにより、鋼板の厚みを０．５ｍｍ程度まで薄くできる。さらには、厚さ０．３ｍｍまで薄くできる可能性がある。

また、鋼板は、少なくとも電池缶の内側となる面側にめっき層を有しているものが好ましい。電解液に対する電池缶の耐食性を確保する観点からである。めっき層の材料としてはニッケルの他、亜鉛などの従来公知の材料を用いることができ、二次電池として使用する際の電解液の種類などを考慮して適宜決定すればよい。また、めっき層の厚みとしては０．１μｍ〜２０μｍの範囲が好ましい。なお、鋼板にニッケルめっきを行った後にさらに熱拡散処理を行って、ニッケルめっき層と鉄との界面にニッケル−鉄拡散層を形成してもよい。

一方、鋼板は、引張り強度が高くなるほど成形性が低下する傾向にあり、一般に、高張力鋼板は難成形材とされている。したがって、鋼板を深絞り加工して角型電池缶に成形するには、加工工程中の加工硬化が激しいため、途中に複数回の焼鈍が必要となり非常に生産性が悪かった。また、深絞り加工によって得られた角型電池缶の側壁部の厚みが、元の鋼板の厚みよりも薄くなってしまうため、強度低下やキャニングが生じるおそれがあった。

そこで、本発明では、図２に示すように、加工が比較的容易な浅絞り加工によって鋼板を直方体３ａ，３ｂに成形し、これらの直方体３ａ，３ｂを接合することにより所望の深さの角型電池缶とする。

図３及び図４に、本発明に係る角型電池缶の製造方法の一実施形態を示す工程図を示す。まず、四角形状の鋼板４を浅絞りプレス加工して上面開口の直方体前駆体５に成形する（図３（ａ），（ｂ））。その後、直方体前駆体５の長手方向の中央部で２つに分割し、隣り合う２面３１ａ，３２ａが開口した直方体３ａと、隣り合う２面３１ｂ，３２ｂが開口した直方体３ｂを作製する（図３（ｃ））。次に、作製した２つの直方体３ａと直方体３ｂの同一形状の開口３１ａと開口３１ｂとを、開口３２ａと開口３２ｂとが連続するように重ね合わせて角型電池缶の前駆体とする（図４（ｄ））。そして、２つの直方体の突き合わせ部分をレーザー溶接により接合する（図４（ｅ））。

２つの直方体３ａ，３ｂを接合する方法としては、レーザー溶接の他、抵抗溶接や超音波溶接などの溶接、あるいは接着剤を用いた接着など従来公知の接合方法を用いることができるが、接合強度や耐食性などの観点からはレーザー溶接が好ましい。中でもＹＡＧレーザーを用いる溶接が好ましい。

レーザー溶接による接合は、具体的には、図４（ｅ）の部分拡大図に示すように、２つの直方体３ａ，３ｂの突き合わせ部分に、一定時間間隔でレーザービームＬＢを照射し、溶接により形成されるビードＢが、隣り合うビード同士で重なるようにするのが望ましい。

作製した角型電池缶Ｃを用いて、例えばリチウム二次電池などの非水電解液二次電池を作製する場合について説明する。図５に、二次電池の概略構成図を示す。正極板と負極板とをセパレーターを介して積層された状態で扁平状に巻回して作製した電極群（不図示）を角型電池缶Ｃに挿入する。一方、ニッケルめっき層を両側に有する鋼板を基材として電池蓋６を作製する。電池蓋６は、電池缶Ｃの上面開口１４と同じ形状をなし、正極端子６１と、負極端子６２と、電解液を注入するための注入口６３、過充電等により電池缶の内部圧力が基準値を超えて上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁６４とを有する。開裂弁６４は開裂用の溝６４１から構成され、例えばコイニング加工により形成される。

そして、電極群の正極集電端子及び負極集電端子を、電池蓋６の正極端子６１及び負極端子６２にそれぞれ接続し、電極蓋６を角型電池缶Ｃの上面開口１４に嵌め入れた後、角型電池缶Ｃと電池蓋６との嵌合部分にレーザービームを照射し溶接する。そして、注入口６３から電荷液を角型電池缶Ｃ内に注入した後、注入口６３を封鎖する。

本発明の角型電池缶は、有効容積が大きく、しかもキャニングすることがなく、大型化にも対応可能で寸法精度が高く有用である。また、本発明の製造方法は、前記の角型電池缶を効率的に製造でき有用である。

３ａ，３ｂ 直方体
５ 直方体前駆体
Ｃ 角型電池缶
２１ 第１接合部
２２ 第２接合部
２３ 第３接合部
１１ 底部
１２ 側壁部
１３ 側壁部
１４ 上面開口
３１ａ，３１ｂ 開口
３２ａ，３２ｂ 開口

Claims (9)

1. 鋼板からなる少なくとも２つの部材が接合されてなる上面開口の角型電池缶であって、
   底部に、向かい合う側壁部の下端に至る直線状の第１接合部が形成され、前記の向かい合う側壁部に、第１接合部に接続し且つそれぞれの側壁部の上端に至る直線状の第２接合部と第３接合部とがそれぞれ形成されていることを特徴とする角型電池缶。
2. 第２接合部と第３接合部とが、前記の向かい合う側壁部の対向する位置に形成されている請求項１記載の角型電池缶。
3. 第２接合部と第３接合部とが、前記の向かい合う側壁部の中央に形成されている請求項１記載の角型電池缶。
4. 前記の鋼板が引張り強度が４００ＭＰａ以上の高張力鋼板である請求項１〜３のいずれかに記載の角型電池缶。
5. 前記鋼板が、角型電池缶の内側となる面側にめっき層を有している請求項１〜４のいずれかに記載の角型電池缶。
6. 隣り合う２面が開口とされ、前記２面の開口の少なくとも１つの開口が同一形状とされた鋼板からなる２つの直方体を作製する第１工程と、作製した２つの直方体の同一形状の開口同士を、他方の開口同士が連続するように重ね合わせて接合する第２工程とを有することを特徴とする角型電池缶の製造方法。
7. 第１工程において作製する直方体が同一形状である請求項６記載の角型電池缶の製造方法。
8. 第１工程において、鋼板をプレス加工によって上面開口の直方体前駆体を作製した後、作製した直方体前駆体の隣り合う側壁部のいずれか一方の側壁部の中央部を通り且つ当該側壁部に垂直な面で前記直方体前駆体を２分割して同一形状の直方体を作製する請求項７記載の角型電池缶の製造方法。
9. 第２工程において、レーザー溶接によって前記２つの直方体を接合する請求項６〜８のいずれかに記載の角型電池缶の製造方法。