JP2875359B2 - 円筒形二次電池の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円筒形二次電池の製造法に関する。

〔従来の技術〕

従来の円筒形二次電池の製造は、一般に、次のように
行われている。

即ち、先ず、円筒形金属容器内に収納すべき捲回極板
群を次のように作製する。即ち、帯状セパレーターを、
そのまゝ或いは２つ折りしたものを、捲回装置に設けた
割りピン状の巻軸にその割りピン間に形成したスリット
に挿通し、その挿通部を割りピンで挟持せしめた状態
で、その巻軸を回転せしめて該巻軸に「の」の字に巻き
付ける。緊張保持したその帯状セパレーターを介して帯
状正極板と帯状負極板を重ね合わせて成る帯状極板群
を、該巻軸を回転し、これを巻芯として捲回極板群を形
成する。次で、該捲回極板群を該割りピンから引き抜い
た後、これを円筒形金属容器に収納し、その捲回極板群
から下方に延出する負極板の耳を該容器の底壁面にスポ
ット溶接するため、電極棒をその捲回極板群の中心の中
空孔に挿入して該負極耳に押し当て、これを該底壁面に
スポット溶接することにより二次電池を製造していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし乍ら、上記従来の円筒形二次電池の製造法は、
捲回極板群を作製するに当たり、上記のように、帯状セ
パレーターを捲回装置の割りピン状巻軸のスリットに挿
入し、挟持し、次で巻軸を回転して該巻軸に「の」の字
状に巻き付けるので、その後、これを巻芯とし捲回し形
成された捲回極板群を、該割りピン状巻軸から引き抜く
作業において、該割りピン状巻軸に「の」の字状に巻き
付いているその中心の帯状セパレーターの部分が、該割
りピンにひっかゝって抜き取りが困難となる。又、無理
に引き抜こうとするときは、捲回極板群の中心から抜き
ずれを起こし、その結果、容器内に収納できなくなるな
どの不都合をもたらすばかりでなく、無事に引き抜くこ
とができても、その捲回極板群を容器内に収納した後、
その捲回極板群の中心の中空孔に電極棒を挿入し、負極
板の耳を容器底壁面にスポット溶接する作業において、
該中空孔が前記のように帯状セパレーターの前記スリッ
ト挿し込み部が円形中空孔内に突出した状態、即ち
「の」字状を呈しているため、該電極棒の挿入時に該電
極棒がこれにひっかゝってその挿入が困難となったり、
電極棒の負極板の耳に対する圧接を邪魔して、かみ込み
不良やスポット不良をもたらし、製造ロス或いは製品不
良をもたらすなどの問題があった。

上記の不都合をもたらす傾向は、捲回極板群の中心の
中空孔の径が小さくなるほど増大し、特に小型の円筒形
二次電池の製造において顕著に見られる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記従来の円筒形二次電池の製造法の不都
合を解消し、円滑且つ容易に製造ロスなく良好な製品を
もたらす円筒状二次電池の製造法を提供するもので、パ
イプ状絶縁体に、これを捲回装置の回転支持軸に嵌着す
る前又は後に、帯状セパレーターを結着し、次で該パイ
プ状絶縁体を該回転支持軸に嵌着した状態で、これを介
して帯状正極板と帯状負極板とを重ね合わせて成る帯状
極板群を、該回転支持軸を回転せしめて該パイプ状絶縁
体を巻芯として捲回して捲回極板群を形成すること、次
で得られた捲回極板群を該パイプ状絶縁体の巻芯と共に
該回転支持軸から引き抜くこと、次でこれを円筒形金属
容器内に収容した後、電極棒を該パイプ状絶縁体の中空
孔に挿入して該容器の底壁面に重なり合う負極板の耳に
押し当て、これを該底壁面にスポット溶接することを特
徴とする。

〔作用〕

該パイプ状絶縁体に、これを該捲回装置の回転支持軸
に嵌着する前又は後に、該帯状セパレーターを結着した
ので、これを該回転支持軸に嵌着した状態から該支持軸
を回転すれば、これに伴い該パイプ状絶縁体も回転し、
該パイプ状絶縁体を巻芯として、そのまわりに帯状極板
群の捲回が行われる。次に、このようにして形成された
捲回極板群を、該パイプ状絶縁体ごとその回転支持軸か
ら引き抜くので、捲回極板群は、その所定の捲回状態の
まゝ容易且つ円滑に引き抜くことができると共に、その
中心部に、該パイプ状絶縁体を具備したものが得られ
る。従って、その中心には、該パイプ状絶縁体により確
保された円形の中空孔を有する捲回極板群が得られる。
次にこれを円筒形金属容器内に収容したときは、その中
心に該円形中空孔が確保される。従って、次に電極棒を
その中心の該円形中空孔に挿入して該容器の底壁面に重
なり合う負極板の耳に直接押し当てて、これを該底壁面
にスポット溶接することを常に、適確に行うことがで
き、作業能率を高め、製造ロスなく良好な円筒形二次電
池が製造できる。

この場合、該パイプ状絶縁体に、該帯状セパレーター
の中間部を結着することが一般であり、これにより該中
間部で折り曲げられた帯状セパレーターを容易に形成す
ることができ好ましい。又、該パイプ状絶縁体を熱可塑
性合成樹脂製とし、熱可塑性合成樹脂製セパレーターを
熱融着するときは、容易迅速に、両者の強固な結着が得
られ好ましい。

又、該パイプ状絶縁体を該回転装置の該回転支持軸に
嵌着すると共に、その少なくとも一端に設けたスリット
を該捲回装置側に設けた係合用突子に嵌合係止せしめる
ときは、該回転支持軸に対する該パイプ状絶縁体の嵌着
と回転方向における一体回転を良好に行うことができ好
ましい。

〔実施例〕

本発明は、円筒形アルカリ二次電池、円筒形リチウム
二次電池などの円筒形二次電池に適用でき、各その寸法
の大小を問わず全てに適用され、メモリーバックアップ
などの民生用電気機器用電源などとして使用されるが、
特に、UM−2,UM−3,UM−４などに対応する小型の円筒形
二次電池の製造法に特に有利である。次に、本発明の実
施例を、小型の円筒形リチウム二次電池の製造法につい
て、その添付図面に基づき説明する。

図面で１は、本発明の製造法で使用するパイプ状絶縁
体の１例を示す。該パイプ状絶縁体１は、ポリプロピレ
ンなどの熱可塑性合成樹脂製のものが好ましい。例え
ば、押出成形により所定の径を有するパイプ状長尺物に
成形し、次で所定の寸法に裁断することにより高能率に
得られる。図示の例は、外径2.5mm、内径1mm、長さ40mm
の肉薄壁から成るポリプロピレン製の成形体である。

本発明によれば、別個に、第２図示の如き本発明の製
造法で使用する捲回装置２を用意する。該捲回装置２
は、モーター2aと該モーター2aにより回転される回転支
持軸2bとから成り、更に、該回転支持軸2bの先端部に嵌
着される円柱状セット部材2cから成る。該回転支持軸2b
は、通常、前記のパイプ状絶縁体１の円形中空孔1aと略
同径の円形軸とし、該パイプ状絶縁体１を丁度嵌着する
に適したものに形成することが好ましい。その長さは、
該パイプ状絶縁体１と前記の円柱状セット部材2cを嵌着
し得るに足るものとすることが一般である。

本発明によれば、該パイプ状絶縁体１を、前記の捲回
装置２の該回転支持軸2bに嵌着する前又は後に、該パイ
プ状絶縁体１に該帯状セパレーター３を結着する。

第３図は、該パイプ状絶縁体１を該回転支持軸2bに嵌
着する前に、これに、該帯状セパレーター３を結着した
例を示す。４は、結着部を示す。該帯状セパレーター３
の中間部を該パイプ状絶縁体１に結着することが一般で
ある。第３図示の例は、該帯状セパレーター３の中間部
を該パイプ状絶縁体１に巻き付けた後、その巻き付け部
を結着４したものであるが、帯状セパレーター３をその
中間部で２つ折りにした後、その折り曲げ部を、該帯状
セパレーター３に重ね、この重ね合わせ部を結着するよ
うにしもよい。

この結着は、接着剤を介して行っても良いが、熱融着
により行うことが高能率且つ強固な結着が得られる。該
帯状セパレーター３は、電気絶縁材でフィルム、織布、
不織布などの任意の形状で作製できるが、熱融着による
結着を行うには、熱可塑性合成樹脂製であれば足り、図
示の例では、ポリプロピレン繊維などの熱可塑性合成樹
脂繊維の不織布などから成る多孔性の熱可塑性合成樹脂
製帯状セパレーター３を使用し、これを該パイプ状絶縁
体１に熱融着せしめる。熱融着は、熱板や電気ごてなど
をその重ね合わせ部に当てて行う。この場合、図示の例
のように、その全幅に亘る線状の結着４を行うことが一
般であり、好ましい。尚、図示の該帯状セパレーター３
としては、例えば、幅42mm、長さ400mmのものを使用し
た。

このように、帯状セパレーター３を結着せしめたパイ
プ状絶縁体１を、次に、第４図示のように該捲回装置２
の該回転支持軸2bに嵌着する。次でその２つ折りの帯状
セパレーター３の上部セパレーターの上面に幅40mm、長
さ200mmの帯状正極板５を載せ、その下面に、下部セパ
レーターとの間に幅40mm、長さ200mmの帯状負極板６を
挟み重ね合わせて全体を保持し、このようにして得られ
た帯状極板群７を、該捲回装置２のモーター2aを駆動し
て、該回転支持軸2bを矢示の方向に回転して捲回作業を
行う。

然るときは、これに嵌着された該パイプ状絶縁体１
は、該支持軸2bの回転に伴い回転し、かくして、パイプ
状絶縁体１を巻芯としてそのまわりに該帯状極板群７を
捲回でき、かくして捲回極板群７が得られる。尚、該パ
イプ状絶縁体１を、該回転支持軸1bに嵌着した後、その
支持軸1bの先端部に前記の円柱状セット部材2cをその中
心の嵌着用軸孔2c1で嵌着し、該パイプ状絶縁体１を所
定位置にセットすることが一般である。又、その円柱状
セット部材2cの径は、形成される捲回極板群の径に等し
いかそれ以上であることにより、該捲回極板群の捲回を
正しく良好に行うことができる。図面で5aは、帯状正極
板５に突設した耳、6aは、帯状負極板６に突設した耳を
示す。

次に、本発明によれば、このように形成した捲回極板
群７を、パイプ状絶縁体１と共に該回転支持軸2bから引
き抜く。この場合は、該回転支持軸2bに単に嵌着されて
いるパイプ状絶縁体１を引き抜くにすぎないので、その
引き抜きは容易である一方、その外周の捲回極板群７は
従来の割りピン状巻軸を使用した場合に見られる捲回極
板群の中心の抜きずれのおそれは全くなく、その所定の
捲回状態のまゝ引き抜くことができる。而も、その引き
抜かれた捲回極板群７は、その内周面に、パイプ状絶縁
体１を有するので、その中心に円形中空孔1aが確保され
る。

次にこのように得られたパイプ状絶縁体１付きの捲回
極板群７を、第５図示のように、これを密嵌収容に適し
た小型の円筒形金属容器８内に収容する。その収容に当
たり、従来法と同様に、負極板６の耳6aは、該捲回極板
群７の下面に当てた中心孔を有する絶縁シート９を貫通
した後折り曲げ、中心のパイプ状絶縁体１の円形中空孔
1aの下端面に露出せしめた状態に、且つ該金属容器８の
底壁面8aに重なり合った状態に導出せしめて置く。

次に、電極棒10を、該円形中空孔1aに挿入し、該負極
板６の耳6a上面に押し着け、該底壁面8aにスポット溶接
する。かくして、本発明の円筒形二次電池の製造法を完
了する。尚、図示しないが、該容器８内への電解液の注
入、蓋体による閉塞、正極板６の耳6aを蓋体に設けた陽
極端子に接続することは、従来と同様に行われる。

上記のスポット溶接作業は、本発明によれば、金属容
器８に収容した捲回極板群７の中心には、該パイプ状絶
縁体１によって円形中空孔1aが確保されているので、こ
れに該電極棒10を円滑、容易に挿入でき、常に金属容器
８の底壁面8aに重合する耳6aのスポット溶接を確実に遂
行でき、かくして、製品不良のない良好な二次電池の製
造を行うことができる。従って、特に、捲回極板群の中
空孔が著しく小さくなるUM−2,UM−3,UM−４などに対応
する小型の円筒形二次電池の製造に有利である。

更に、本発明の製造法における帯状極板群７の捲回作
業においては、第１図示のように、パイプ状絶縁体１の
少なくとも一端に係合用スリット1bを設け、これを、該
パイプ状絶縁体１を該捲回装置２の回転支持軸2bに嵌着
すると共に、その係合用スリット1bを該捲回装置２側に
設けた係合用突子12に嵌合係止せしめるようにすること
が好ましい。然るときは、該パイプ状絶縁体１の該回転
支持軸2bに対するセット状態が一層良好となり、又、回
転方向における両者の一体的回転が更に良好となる。

第１図及び第２図の例では、該パイプ状絶縁体１に、
その両端にその径方向に一対の係合用スリット1b,1b及
び1b,1bを設ける一方、該捲回装置２側には、第３図示
のように、その回転支持軸2bの基端に、径方向に配設し
た一対の係合用突子12,12を配設し、そのセット部材2c
の内壁面に該軸孔2c1の径方向に一対の係合用突子12,12
を配設したので、該パイプ状絶縁体１を該回転支持軸2b
に装着したとき、その両端の各一対のスリット1b,1bに
該捲回装置２側の両端の各一対の突子12,12に嵌合係止
せしめるようにするときは、該パイプ状絶縁体１を、該
回転支持軸2bに対し安定した一体的な嵌着状態を得るこ
とができる。

次に、本発明の製造法の効果を、小型の円筒形リチウ
ム二次電池に適用した場合の実施例と従来の製造法との
比較試験により明らかにする。

長さ40mm、外径2.5mmの肉薄のポリプロピレン製成形
体から成るパイプ状絶縁体の外周面に、幅42mm、長さ40
0mmのポリプロピレン製マイクロポーラスフィルムから
成るセパレーターの中間部を折り曲げて巻き付け、その
巻き付け部に広幅の熱板を押し当てゝ熱融着により両者
を結着せしめた。次で、このようにセパレーターが結着
された該パイプ状絶縁体を捲回装置の回転支持軸に嵌着
し、そのセパレーターの上面に幅40mm、長さ200mmの帯
状正極板を、その下面に幅40mm、長さ200mmの帯状負極
板を重ね合わせて帯状極板群とし、これを該回転支持軸
を回転して、捲回極板群を形成する。次で、これを該パ
イプ状絶縁体と共に回転支持軸より引き抜くことによ
り、中心部にパイプ状絶縁体を具備し、従って、その中
心に該パイプ状絶縁体の円形中空孔を有する本発明の捲
回極板群を得る。

該帯状負極板としては、負極活物質として厚さ0.1mm
のリチウム箔から成り、その長さ方向の１側縁にステン
レス鋼製の耳を圧着して設けたものを使用した。該帯状
正極板としては、MnO₂などの酸化物を正極活物質とし、
導電剤としてケッチェンブラック、結着剤としてポリフ
ロンパウダーを所定の配合比で混合し、シート状に加工
したものを、ステンレス鋼製エキスパンドメタルの両側
から挟み、ロールプレスにて圧着し正極シートとなし、
上記の寸法に切断して成り、その長さ方向の他側縁にス
テンレス鋼製の正極耳をスポット溶接して設けたものを
使用した。

上記の本発明の方法により、100個の捲回極板群のサ
ンプルを作製した。全てのサンプルにおいて、捲回極板
群の抜きずれは全く見られなかった。

比較のため、従来の捲回装置においてスリットをもつ
割りピン状巻軸を用いそのスリットに前記帯状セパレー
ターの中間の折り曲げ部を挿入した後これに巻き付け、
次でこれに上記の帯状正極板と帯状負極板を重ね合わ
せ、その帯状極板群を捲回し、捲回極板群を形成した。
次でこれを該割りピン状巻軸より引き抜くことにより、
100個の捲回極板群のサンプルを得た。捲回極板群の抜
きずれは、その100個中、11個発生した。

次に、上記の本発明により作製したパイプ状絶縁体を
具備し、その中心に、円形の中空孔を有する100個の捲
回極板群サンプルにつき、夫々、UM−３タイプに対応す
る小型の円筒形リチウム二次電池用の鋼製金属容器内に
収容し、電極棒を該円形中空孔内に挿入し、容器の底壁
面に負極板より導出した耳に押し当て、該底壁面にスポ
ット溶接した。この溶接作業において、電極棒の挿入不
良及びスポット溶接不良は全く見られなかった。

比較のため、従来の上記の方法で得た抜きずれのない
捲回極板群を100個撰び、これらの夫々を上記と同じ小
型の鋼製金属容器内に収容し、同じ電極棒を使用し、こ
れをその中心の「の」の字状中空孔に挿入し、該負極耳
のスポット溶接を行ったが、この溶接作業において、電
極棒の挿入不良が６個発生した。又、出来上がったリチ
ウム電池100個のうち、４個につきスポット溶接不良が
あった。

このように、本発明の製造法によれば、製造ロスなく
円滑且つ容易に小型の円筒形リチウム二次電池を製造す
ることができるのに対し、従来の製造法では、上記のよ
うに、相当数の捲回極板群の不良や製造ロスを生じた。

又、リチウム二次電池の製造に代え、アルカリ二次電
池の製造を行っても、同様の結果が得られた。

尚、パイプ状絶縁体を、該回転支持軸に嵌着した後、
これに、帯状セパレーターを結着する手段は、嵌着前の
場合と同様であり、詳述するまでもない。

このように本発明によるときは、パイプ状絶縁体を用
意し、これを捲回装置の回転支持軸上に嵌着する前又は
嵌着した後に、これに帯状セパレーターを結着したの
で、該回転支持軸に嵌合したパイプ状絶縁体に結着の該
帯状セパレーターを介して帯状正極板及び帯状負極板を
重合して成る帯状極板群を、該回転支持軸を回転させる
ときは、これに伴い該パイプ状絶縁体も回転して、これ
を巻芯としてそのまわりに捲回極板群を形成することが
できる。次でかゝる形成された捲回極板群を、該パイプ
状絶縁体ごと該回転支持軸より引き抜くようにするとき
は、その引き抜き時に全く捲回極板群の捲回状態を損わ
ずに、その中心の抜きずれを生ぜずに常に良好な捲回極
板群を抜き取ることができる。而も同時に、該捲回極板
群の中央部に該パイプ状絶縁体を有しているので、次
に、これを円筒形金属容器内に収容した後、電極棒を該
パイプ状絶縁体の中空孔を通して、該容器の底壁面に重
なり合う負極板の耳の該底壁面へのスポット溶接を行う
ときに、常に、該耳を該容器の底壁面への強固なスポッ
ト溶接を円滑且つ確実に遂行でき、捲回極板群の中心の
「の」の字状中空孔への電極棒挿入の困難性、更には、
負極板耳のスポット溶接不良など従来の製造法がもつ不
都合を解消できる効果をもたらす。

上記の本発明の製造法において、帯状セパレーターの
中間部を、該パイプ状絶縁体に結着するようにするとき
は、該パイプ状絶縁体を中間部に上下２枚に分かれたも
のが容易に得られて好ましい。

又、パイプ状絶縁体として、熱可塑性合成樹脂製のも
のを使用し、帯状セパレーターとして熱可塑性合成樹脂
製セパレーターを使用し、相互の熱融着を行えば、結着
作業を容易迅速にし、而も強固な結着を行うことができ
る。

更に、パイプ状絶縁体として、その少なくとも一端に
係合用スリットを設け、該パイプ状絶縁体を該捲回装置
の該回転支持軸に嵌着したとき、そのスリットを該捲回
装置側に設けた係合用突子に嵌合係止せしめるときは、
嵌着状態を強固にし、回転方向に対する相互の一体的連
結が確保され、両者の一体的回転を良好にする効果をも
たらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造法で使用するパイプ状絶縁体１
の１例の斜視図、第２図は、本発明の製造法で使用する
捲回装置の１例の分解斜面図、第３図は、本発明のパイ
プ状絶縁体の帯状セパレーターへの結着工程の斜面図、
第４図は、帯状極板群の捲回工程の斜面図、第５図は、
捲回極板群を収容した円筒形二次電池容器における耳の
スポット溶接工程の縦断面図を示す。 １…パイプ状絶縁体、1a…中空孔、円形中空孔 1b…係合用スリット、２…捲回装置 2a…モーター、2b…回転支持軸 2c…セット部材、３…帯状セパレーター ４…結着部、５…帯状正極板 5a…耳、６…帯状負極板 6a…耳、７…帯状極板群、捲回極板群 ８…円筒形金属容器、8a…底壁面 10…電極棒、12…係合用突子

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パイプ状絶縁体に、これを捲回装置の回転
   支持軸に嵌着する前又は後に、帯状セパレーターを結着
   し、次で該パイプ状絶縁体を該回転支持軸に嵌着した状
   態で、これを介して帯状正極板と帯状負極板とを重ね合
   わせて成る帯状極板群を、該回転支持軸を回転せしめて
   該パイプ状絶縁体を巻芯として捲回して捲回極板群を形
   成すること、次で得られた捲回極板群を該パイプ状絶縁
   体の巻芯と共に該回転支持軸から引き抜くこと、次でこ
   れを円筒形金属容器内に収容した後、電極棒を該パイプ
   状絶縁体の中空孔に挿入して該容器の底壁面に重なり合
   う負極板の耳に押し当て、これを該底壁面にスポット溶
   接することを特徴とする円筒形二次電池の製造法。
2. 【請求項２】該パイプ状絶縁体に、該帯状セパレーター
   の中間部を結着する請求項１記載の円筒形二次電池の製
   造法。
3. 【請求項３】該パイプ状絶縁体は、熱可塑性合成樹脂製
   であり、これに、熱可塑性合成樹脂製セパレーターを熱
   融着することを特徴とする請求項１又は２記載の円筒形
   二次電池の製造法。
4. 【請求項４】該パイプ状絶縁体を該捲回装置の該回転支
   持軸に嵌着すると共に、該パイプ状絶縁体の少なくとも
   一端に設けたスリットを捲回装置側に設けた係合用突子
   に嵌合係止せしめることを特徴とする請求項1,2又は３
   記載の円筒形二次電池の製造法。