JP2975791B2 - 電 池 - Google Patents

電 池

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JP2975791B2
JP2975791B2 JP4357427A JP35742792A JP2975791B2 JP 2975791 B2 JP2975791 B2 JP 2975791B2 JP 4357427 A JP4357427 A JP 4357427A JP 35742792 A JP35742792 A JP 35742792A JP 2975791 B2 JP2975791 B2 JP 2975791B2
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、非水系電池の性能改
善に関するもので、特に、発電素子が帯状電極をセパレ
ータを挟んでロール状に巻き上げてなる非水系筒型電池
の特性改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在実用化されている電池使用機器の中
には、かなりの消費電流(数百ミリアンペア以上)を必
要とする機器が相当数に登る。一般に非水電解液は従来
の水溶液系電解液(例えばアルカリ水溶液)に比べ1/
50以下の導電率であるため、非水電解液電池は大きい
電流を取り出しにくい。従って、非水電解液電池を大き
い電流の取り出せる電池としたい場合は、電極面積が出
来るだけ大きくなる様に、帯状の電極を用いる。つま
り、帯状電極をセパレータを挟んでロール状に巻き上げ
て発電素子を構成し、これを電池缶に納めて筒型電池と
して作成される。こうして作られる電池の電気容量は当
然のことながら、巻回体である発電素子の体積、つまり
巻回体の直径および長さによって決まり、特に直径の差
は大きな容量差を生じる。従って、同一外形寸法の電池
において最大の容量を得るためには、出来るだけ発電素
子の直径を大きくすることが望ましい。一方電池缶の中
へ発電素子を挿入する際には、発電素子の外径は電池缶
の内径に対してある程度小さく、両者の間に隙間がある
ほうが容易に挿入でき、生産性の点では望ましい。現在
では係る構造の筒型電池は、生産性の点で仕方なく、発
電素子の直径を電池缶の内径に対してやや小径として製
造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、同一外形寸
法の電池を作成する場合、電池缶への挿入時の発電素子
の直径を従来法よりも大きくし、且つ、電池缶への発電
素子の挿入を妨げることなく電池を作成しようとするも
のである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明においては、あら
かじめ最終電池の仕上がり寸法より大きい外径および内
径寸法の電池缶を用意し、発電素子挿入後、電池缶の外
径を目的の電池の最終仕上がり寸法に合致する寸法まで
減少させようとするものである。
【0005】
【作用】帯状電極を巻回して作成する電池素子は、巻始
めと巻終りが存在するので完全な円柱とはならず、通
常、電極の巻終りの個所で最大外径を示す。電池缶に電
池素子を無理無く挿入するためには、電池素子の平均外
径は電池缶内径より幾らか小さめでなくてはならない。
しかし本発明では発電素子を電池缶へ挿入した後、外径
絞り機に装着して電池缶の外径を減少させる。そのとき
缶内に納めた電池素子そのものも幾分外径が縮まる。そ
の結果、最終的に完成した電池の比較においては、本発
明によれば、完成電池の缶内径よりも大きい外径の電池
素子を挿入したことに等しくなり、電池缶内径より幾分
小さい外径の電池素子を挿入する従来法に比べ著しい容
量増加を可能とする。
【0006】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。
【0007】実施例 図1および図2を参照しながら本発明の具体的な電池作
成の手順を説明する。図1は完成電池の模式断面図であ
り、図2(a)は電池缶の外径を減少させる前の模式断
面図であり、図2(b)は外径紋り機にて外径を最終段
階まで減少させた後の模式断面図である。本発明を実施
するための発電要素である電池素子(又は発電素子とも
呼ぶ)は次のようにして用意される。粉末状のピッチコ
ークス90重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)10重量部を溶剤であるN−メチル−2
−ピロリドンと湿式混合してスラリー(ペースト状)に
する。次に、このスラリーを負極集電体となる厚さ10
μmの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後ロールプレス
機で加圧成型して帯状の負極(1)を作成する。又正極
は次のようにして用意される。市販の炭酸リチウム(L
CO)と炭酸コバルト(CoCO)をLiとC
oの原子比が1:1の組成比になるように混合し、空気
中で約5時間焼成してLiCoOを得る。次にこのL
iCoOを91重量部、導電剤としてグラファイトを
6重量部、結合剤としてポリフッ化ビニリデン3重量部
を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンと湿式混合し
てスラリー(ペースト状)にする。このスラリーを正極
集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均
一に塗布し、乾燥後ロールプレス機で加圧成型して帯状
の正極(2)を作成する。続いてこの帯状の負極(1)
と正極(2)との間に多孔質ポリプロピレン製セパレー
タ(3)を挟んでロール状に巻き上げて、平均外径1
6.1mmの電池素子(12)を作成する。ここでの電
池素子の平均外径は電池素子が完全な円柱巻回体で無い
ため、巻回体の外径を数ヵ所で測定した値の平均値であ
る。次にアルミニウム製の外径17.1mmで内径1
6.3mmの電池缶(4a)を用意する。アルミニウム
製の電池缶(4a)の底部に絶縁板(5)を設置し、上
記外径16.1mmに仕上げた電池素子(12)を収納
する。この場合電池缶の内径に対して電池素子の外径は
小であるため、電池素子の挿入にあたってはなんの難し
さもない。この電池素子の正極より取り出した正極リー
ド(6)を上記電池缶の底に溶接し、電池缶の中に電解
液として1モル/lのLiPFを溶解したプロピレン
カーボネイトとジエチルカーボネトの混合溶液を注入
する。その後、電池素子の上部にも絶縁板(5)を設置
し、ガスケット(7)を電池缶開口部にはめ、防爆弁
(8)を図1に示すように設置する。電池素子より取り
出した負極リード(9)はこの防爆弁に溶接され、防爆
弁の上には負極外部端子である閉塞蓋体(10)をドー
ナツ型PTCスイッチ(11)を挟んで重ねる。その
後、図2(a)に示すように外径絞り機に装着する。こ
こで使用する外径絞り機は極く単純な装置で、締め付け
部(21)とホルダー部(22)で構成され、締め付け
部はラジアル状の8箇所にスリットを持ち、締め付け部
およびホルダー部の穴は下方に向かっでわずかに細くな
っているため、締め付け部を強制的に下方へ下げると、
前記8箇所のスリットが狭められ、締め付け部の中心の
穴はその穴径がわずかに小さくなる。従って、図2
(a)の様に電池缶を締め付け部の穴の中に装着し、締
め付け部を下方へ下げると電池缶の外径は絞られる。こ
の操作を繰り返し、電池缶底部より数回に分けて順次上
部の方へと外径を絞り、最上部の外径絞りを完了する
と、図2(b)に示すように電池缶は外径を16.7m
mまで減少させることが出来る。最後に電池缶の縁をか
しめて、図1に示す電池構造で外径16.7mm、高さ
65mmの電池(A)が完成する。なお、図1における
防爆弁(8)の役割は電池が過充電や内部ショート等の
事故で電池内の圧力が異常に上昇した時にのみ、破れて
内圧を安全に開放するものである。本実施例で行なった
様に、電池缶外径の絞り込みは電池缶の縁をかしめる前
に行なわれなければならない。電池缶の縁をかしめるこ
とによって電池缶開口部が封口されてしまっていると、
電池缶外径の絞り込みによって電池缶内容積が減少する
分、電池内の圧力が高くなり、防爆弁が開放してしまう
ことがある。電池缶の縁をかしめる前であれば、最後に
電池缶開口部の外径が絞り込みまれるまでは電池缶開口
部は封口されないので、電池缶外径の絞り込みによって
電池缶内容積が減少しても、電池内圧力は電池缶開口部
から開放されるので、防爆弁が開放してしまうことはな
い。完成した電池(A)では、電池缶内径は15.9m
m迄減少しているため、電池素子もその平均外径が0.
2mm減少して缶内に納まっている。このように、本発
明による電池組立方法では、結巣的には外径16.1m
mの電池素子を内径15.9mmの電池缶に挿入したこ
とに等しくなる。
【0008】比較例 本発明の効果確認するため、従来の電池組立法で電池
(B)を作成する。従来法においても、最終完成電池の
電池構造は図1の模式断面図で示され、実施例による電
池(A)となんら変わるところは無い。具体的には、外
径16.7mmで内径15.9mmのアルミニウム製電
池缶(4)を用意する。次に実施例と同様な方法、手順
でこの電池缶(4)に挿入可能な外径で電池素子を作成
する。電池缶に無理無く挿入するためには、電池素子の
平均外径は15.7mm以下が好ましい。実施例と同じ
ように上記アルミニウム製の電池缶(4)の底部に絶縁
板(5)を設置し、電池缶に挿入可能な、外径15.7
mmに仕上げた電池素子を収納する。電池素子の正極よ
り取り出した正極リード(6)を上記電池缶(4)の底
に溶接し、電池缶の中に電解液として1モル/lのLi
PFを溶解したプロピレンカーボネイトとジエチルカ
ーボネトの混合溶液を注入する。その後、電池素子の
上部にも絶縁板(5)を設置し、ガスケット(7)をは
め、ここに、防爆弁(8)を図1に示すように電池内部
に設置する。電池素子より取り出した負極リード(9)
はこの防爆弁に溶接し、防爆弁の上にはPTCスイッチ
を介して閉塞蓋体(10)を重ね、そのままかしめ機に
装着して電池缶の縁をかしめて、図1に示す電池構造で
外径16.7mmで高さ65mmの電池(B)が完成す
る。以上のようにして作成した同一外形寸法の電池
(A)および(B)について、充電電圧を4.Vに設
定し、4時間充電を行ない、800mAの定電流放電に
て終止電圧2.5Vまで放電を行ない、それぞれの電池
の放電容量を求める。さらに本実施例による電池は二次
電池であり、その後、繰り返し上記条件で充放電を繰り
返し、100サイクル、および200サイクル時点での
各電池の放電容量を求める。 こうして求められた電池(A)および(B)についての
放電容量は第1表の結果となり、本発明による電池は従
来法の電池に比べ、放電容量が大きくなると同時に、充
放電を繰り返しても、その容量低下が少なく、100サ
イクル、200サイクルの時点では従来法の電池との容
量差はさらに大きくなる。本実施例では電解液に有機電
解液を使用した、いわゆる非水電解液二次電池のひとつ
について示したが、負極に本実施例と同じくカーボンを
使用し、正極のLiCoOに代えてLiNiOやL
iMnを使用した場合にも同様な結果が得られ
る。またその他の非水電解液二次電池(例えば負極にリ
チウム金属やリチウム合金等を用い、正極には遷移金属
のジカルコゲナイドやトリカルコゲナイト、更にはV
、V13、Cr、MoO等の三次元構
造酸化物を用いる)にも実施可能である。さらには、二
次電池のみならず、いわゆるリチウム一次電池(例えば
負極はリチウム金属やリチウム合金を使用し、正極はM
nO、CFx,FeS等を用いる)でも当然実施し
得る。又本実施例では電池容器としでアルミニウム製の
電池缶を使用しているが、その他の金属(鉄、銅、真
ゅう等)製缶でも適切な外径絞り機又は外径絞り方法と
の組み合わせにおいて実施可能である。本実施例におい
ては、極く単純な外径絞り機を使用したが、現在工業的
に使用される他の外径絞り技術が当然本発明の有効な手
段となりうることは勿論のことである。
【0009】
【発明の効果】本発明によれば、発電素子を電池缶へ挿
入した後、外径絞り機に装着して電池缶の外径を減少さ
せる。その結果、最終的に完成した電池の比較において
は、本発明による完成電池は缶内径よりも大きい外径の
電池素子を実際には挿入したことになり、電池缶内径よ
り幾分小さい外径の電池素子を挿入する従来法による電
池に比べ著しい容量増加を可能とする。この結果、広範
囲な用途で使用できる容量の大きい電池を提供できるよ
うになり、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例および比較例における電池の構造を示し
た模式的断面図
【図2】外径絞り前後の作成途中電池の模式的断面図
【符号の説明】
1は負極、2は正極、3はセパレータ、4(4a)は電
池缶、6は正極リード、7はガスケット、9は負極リー
ド、10は閉塞蓋体、12は電池素子、21は締め付け
部、22はホルダー部である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池内に納められた発電素子が帯状の正
    極および負極をセパレーターを挟んでロール状に巻上げ
    てなる非水系筒型電池の製造方法において、あらかじめ
    最終完成電池における電池缶の外径寸法より大きい外径
    寸法の電池缶を使用し、その電池缶へ最終完成電池にお
    ける電池缶の内径寸法より大きい外径寸法を有する発電
    素子を挿入した後、電池缶の縁をかしめる前に電池缶の
    外径を目的の電池の最終仕上がり寸法に合致する電池缶
    外径寸法まで減少させことを特徴とする非水系筒型電
    の製造方法
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