JP3811617B2

JP3811617B2 - 電池とその製造方法

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Publication number: JP3811617B2
Application number: JP2001001384A
Authority: JP
Inventors: 真澄勝本; 英樹笠原; 正春宮久; 義廣坊木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP2002208380A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池ケース内に電極群や電解液等の発電要素を封入してなる密閉型の電池とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、各種ポータブル型の電気機器の発達に伴い、その駆動電源となる電池が重要なキーデバイスの１つとしてその開発が重要視されている。その電池のうちでも充電可能なニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池といった小型二次電池は、携帯電話やノートパソコンあるいはビデオカメラ等を始めとして、近年ではハイブリッド電気自動車の駆動電源等としての用途にも開発が進み、益々その需要が拡がりつつある。
【０００３】
このような電池は、円筒型と角型とに大別される。円筒型電池は、帯状の正極板１と負極板２との間にセパレータ３を介在させた電極群４を渦巻き状に巻回して電池ケース５内に収容する（本実施形態を示す図２参照）構造のため、単位体積当たりのエネルギ密度が高い。一方、角型電池は図７に示すように、正極板１と負極板２との間にセパレータ３を介在させた電極群４を積層して電池ケース５内に収容する構造が一般的であり、この点を比較すれば円筒型電池は生産性に優れ、低コストである。ところが、複数本をパックケースに収容して電池パックを構成する場合等では円筒型電池は、無駄な残空間つまりデッドスペースが多くなって空間効率が悪い（本実施形態の比較例を示す図５参照）上に、収納空間内での安定性も悪いので、電気機器の小型化や薄型化に対し不向きである。
【０００４】
これに対し角型電池は、空間効率が高い上に収納空間内に安定した状態で収容できるものの、前記積層構造のため、電池容量を高めるために極板の積層枚数を多くすると接続線６（図７）の数が多くなる等、生産コストもかかってしまう。その上、円筒型電池と比較して密閉化が困難であり、信頼性が劣るという短所を有している。
【０００５】
この密閉化の方法として角型電池では封口板とケース開口部との接合部をレーザー溶接する方法が一般的であるが、この方法は製造コストが高くなる上に、溶接状態を安定化させるためのレーザーの条件管理が難しく、信頼性が高い方法であるとはいえない。さらに図７のような角型電池において封口体１０と開口部を円筒型電池と同様にかしめ方式により封口する方法が、特開昭６３−２２１５５１号公報等に開示されている。しかしこの方法では、封口体１０により密閉するための電池ケースの側面への環状溝の形成が困難であり、さらに角筒状のケース開口端部をかしめる際に各角部にゆがみが生じやすいため、円筒型電池をかしめる場合よりも密閉性が低いという問題がある。
【０００６】
そこで図９に示すように角筒状の胴部１２を有する電池ケースの開口頭部１１を円筒状に形成し、その円筒状部分をかしめる方法が考えられる。このかしめ方法として、例えば特開昭５８−１１２２５９号公報に開示されている円筒状電池ケースのかしめ方法（図８を参照）を図９に示す電池ケースのかしめ方法に転用した場合に考えられる電池の製造方法を説明する。
【０００７】
電池ケース５に前記電極群を収容後、ホルダ部７に電池ケース５の底部を挿入し、電池ケース５をその底部側から軸方向に押圧力を付与した状態で、上部固定部８にて電池ケース５の開口部を固定化し、その後所定の回転数で上部固定部８を回転させて電池ケース５を回転させる。この状態で、電池ケース５を底部側から軸方向に押圧しながら、溝付け用ローラ９を所定の圧力で電池ケース５の側面に圧接することによって開口部近傍に環状溝５ａを形成する。そしてこの環状溝５ａの形成により内方に膨出した環状支持部５ｂに封口体１０（図９）を支持させると共に、電池ケース５の開口部を内方に折り曲げて、この開口端部と前記環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより電池内を密閉している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来例に用いる環状溝の形成方法を、図９に示すような角筒状の胴部１２と円筒状の開口頭部１１を有する電池の製造方法に用いた場合には、電池ケース５の底部側から軸方向に押圧力が付与されているので、角筒状の胴部１２側から環状溝５ａへの材料供給がスムーズに行われないため、環状溝５ａを開口頭部１１と胴部１２の境界部に形成した場合には、材料供給が殆ど無い状態で溝付け用ローラ９によって局部的に延ばされてしまい、その部分の肉厚が薄くなり変形や切断という問題が生じる。
【０００９】
そこで、電池ケース５の底部側から押圧する従来の方法により、環状溝５ａを形成する場合には、材料供給のために環状溝５ａの下部にいくらかの円筒状部分５ｃを残した状態（本実施形態との比較例図６（ｂ）参照）で環状溝５ａを形成させなければならず、環状溝５ａの下部の円筒状部分５ｃの内側は無駄な空間となり、電池ケース５の内部空間の損失という問題が生じる。
【００１０】
そこで本発明は、複数本を収納する際の空間効率が良い角型電池の特徴を活かした上で、電池ケースの内部空間の損失を招かない位置に形成した環状溝を利用したかしめ加工により、信頼性の高い密閉化を行えることのできる電池とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の電池は、電池ケースの角筒状の胴部内に電極群および電解液が収容され、前記電池ケースの円筒状の開口頭部側面に環状溝が形成されることによって内方に膨出した環状支持部に、封口体が支持されると共に、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより密閉された電池であって、前記環状溝は、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部の境界部に位置しており、前記電池ケースの胴部は、各角部が所定のアール形状に形成された略正方形状の横断面形状を有していることを特徴としている。
【００１２】
この電池によれば、空間効率が高く収納空間内に安定した状態で収容できる角型電池の特徴を発揮しながら、円筒状の開口頭部に環状溝が形成され、その環状溝の形成により内方に膨出した環状支持部と電池ケースの開口端部との間に、円筒型電池と同様のかしめ方式により封口体がかしめ固定されているので、封口が容易であり密閉性にも優れたものとなる。また環状溝は、円筒状の開口頭部と、電極群と電解液が収容される角筒状の胴部との境界部に位置しているので、電池ケースの内部空間の損失が少ない。
【００１３】
また電池ケースの胴部の各角部を所定のアール形状に形成した略正方形状の横断面形状を有するようにしているので、ケース加工が容易であると共に、前記円筒状の開口頭部や前記環状溝の形成の際に塑性変形が容易であり、過充電や過放電時の内圧上昇に対する耐圧性にも優れている。なお、複数個を並置状態でパックケースに収納して電池パックを構成する場合または電気機器の電池収納部に収納する場合に、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる。
【００１４】
また上記電池において、電極群を、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回し、電池ケースの胴部の横断面形状に対応した横断面形状に形成すれば、生産性が良くなり、単位体積当たりのエネルギ密度が高くなる。
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の電池の製造方法は、横断面形状が各角部に所定のアール形状部を有する略正方形状の電池ケース内に電極群を収容し、前記電池ケースの開口頭部を円筒状に圧縮成形して、電池ケースが円筒状の開口頭部と角筒状の胴部とを有する形状となるようにした後、電池ケースに開口部側から軸方向に押圧力を付与した状態で、電池ケースを回転させながら溝付け用ローラを、前記開口頭部の前記胴部に隣接する側面部分に側方から押し付けることによって環状溝を形成し、その内方に膨出した環状支持部に、封口体を支持させた後に電解液を注入し、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより電池内を密閉することを特徴としている。
【００１６】
この電池の製造方法によれば、円筒状の開口頭部の角筒状の胴部に隣接する側面部分に環状溝を形成し、その環状溝の形成により内方に膨出した環状支持部と電池ケースの開口端部との間に、円筒型電池と同様のかしめ方式により封口体をかしめ固定させることができるので、封口が容易であり密閉性にも優れた電池を、空間効率が高く収納空間内に安定した状態で収容できる角型電池の特徴を維持した上で製造することができる。また、電池ケースの開口部側から押圧しながら環状溝を形成しているので、環状溝を形成するための充分な材料の供給を図ることができ、ほぼ均一な肉厚で寸法安定性に優れた環状溝を、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部との境界部に確実に形成することができる。したがって、底部側から押圧していた従来例のように境界部の下部に材料供給のための円筒状部分を残す必要がなく、電池ケースの内部空間の損失が少なくなる。しかも電極群を、横断面が各角部に所定のアール形状部を有する略正方形状の電池ケースに収容するので、前記円筒状の開口頭部や前記環状溝の形成の際に塑性変形が容易になるし、また過充電や過放電時の内圧上昇に対する耐圧性にも優れ、複数個を並置状態でパックケースに収納して電池パックを構成する場合または電気機器の電池収納部に収納する場合に、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる電池を製造することができる。
【００１７】
尚、前記アール形状部の曲率半径を例えば４〜７ｍｍに設定すると好適である。
【００１８】
また上記方法において、電極群を、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回して円柱状とした後、これが電池ケースの横断面形状に対応した横断面形状となるように圧縮成形を施してから、電池ケース内に圧入状態で挿入すれば、その挿入の際に緊迫度が僅かに緩んで円形状への復元力で膨れ出る状態に僅かに変形し、上述したアール形状部の内側にデッドスペースを残さずに電池ケースの内面に対しそれぞれ密接することにより、単位体積当たりのエネルギ密度が高い電池を生産性良く製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。尚、従来例と同様の部分は同符号を付して説明する。また本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００２０】
図１は本発明の実施形態の電池を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。この電池は、各角部が所定のアール形状に形成された略正方形状の横断面形状を有する有底角筒状の電池ケース５の胴部１２の内部に、帯状の正極板１と負極板２とこれらの間にセパレータ３を介在して巻回してなる電極群４が収容され、電池ケース５内に電解液が注入される。
【００２１】
電池ケース５の開口頭部１１は円筒状に形成され、その側面に形成した環状溝５ａにより内方に膨出した環状支持部５ｂに、絶縁ガスケット１３を介して封口体１０が載置支持された後、開口頭部１１の開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより、電池内が密閉された構造になっている。
【００２２】
電極群４は、それぞれ帯状となった正極板１、負極板２およびセパレータ３を渦巻き状に巻回して円柱状とした後に、これに金型による圧縮成形を施すことにより、電池ケース５の横断面形状に対応する略正方形状にして、電池ケース５内に圧入状態で挿入されている。これにより、電極群４は胴部１２内に挿入されたときに、緊迫度が僅かに緩んで元の円形状への復元力で膨れ出る状態に僅かに変形して、電池ケース５の内面に対しそれぞれ密接する。
【００２３】
またこの電池は、電池ケース５の各角部が所定のアール形状、例えば曲率半径が４〜７ｍｍに形成されたアール形状部５ｄを有しているので、ケース加工が容易であると共に、円筒状の開口頭部１１や環状溝５ａの形成の際に塑性変形が容易であり、過充電や過放電時の内圧上昇に対する耐圧性にも優れている。また上述のように円柱状に巻回した電極群４を圧縮成形して電池ケース５内に圧入する際にもデッドスペースを残さない。さらに図５に後述するように、複数個を並置状態でパックケースに収納して電池パック１７を構成する場合または電気機器の電池収納部に収納する場合には、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる。
【００２４】
図３は、本実施形態の製造方法を工程順に示した斜視図である。まず、（ａ）に示すように、電池ケース５を上述したようなアール形状部５ｄを有する横断面形状が略正方形状の有底角筒状に形成する。そして電極群４を、正極板１と負極板２とこれらの間にセパレータ３を介在して重ね合わせた状態で渦巻き状に巻回した後に、電池ケース５の横断面形状に対応する横断面略正方形状に圧縮成形する。この電極群４の上端面には、正極集電体１６が溶接され、正極集電体１６の上には上方に突出した正極リード片１４が溶接されている。また、電極群４の下端面には、負極リード片１５と一体になった負極集電体（図２）が下方に溶接されている。このように形成された電極群４を電池ケース５内に挿入する。
【００２５】
電極群４を電池ケース５内に挿入した後に、電極群４の中央の孔から溶接用電極棒を挿入して、負極集電体１５のリード片を押圧させて下方に突出させると共に電池ケース５の底面に抵抗溶接させる。
【００２６】
次に、電池ケース５に対し、その開口部の近傍箇所に対して金型による圧縮成形が施して、（ｂ）に示すように、円筒状の開口頭部１１を形成し、その内側に絶縁ガスケット１３を嵌め込む。
【００２７】
その後、（ｃ）に示すように開口頭部１１の側面に環状溝５ａを形成し、電池ケース５内に電極群４を固定するが、環状溝５ａの形成方法について図４を参照して説明する。
【００２８】
まずホルダ部７に電池ケース５の底部を挿入した後、上部固定部８をホルダ部７に所定の圧力で押圧し、上部固定部８にて開口頭部１１を固定化し、所定の回転数でホルダ部７を回転させて電池ケース５を回転させる。この状態で電池ケース５を開口部側から軸方向に所定の押圧力を付与した状態で、電池ケース５を回転させながら溝付け用ローラ９を、開口頭部１１の側面に側方から押し付けることによって環状溝５ａを形成する。その後、電池ケース５内に、図３（ｃ）に示す電極群４の中央の孔から所定量のアルカリ電解液を注入した後、環状溝５ａによって内方に膨出した環状支持部５ｂに、絶縁ガスケット１３を介して封口体１０を支持させる。
【００２９】
そしてこの状態で図３（ｄ）に示すように、開口頭部１１の開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより、電池内を密閉化して電池を構成する。
【００３０】
（実施例）
以下に本発明の一実施例について詳細な説明を行う。この実施例において電池を以下のようにして製作した。
【００３１】
すなわち水酸化ニッケルを活物質として含む、高さ３４ｍｍ、幅２５０ｍｍ、厚み０．６２ｍｍである帯状の正極板と、水素吸蔵合金を活物質として含む、高さ３４ｍｍ、幅３１０ｍｍ、厚み０．３６ｍｍである帯状の負極板とを親水化処理を施したポリプロピレン製のセパレータを介在させて巻回し、上部に正極集電体を下部に負極集電体を溶接して電極群を構成した。
【００３２】
電池ケースとしては、各角部をＲ６でアール形状にした１辺２１ｍｍの略正方形状の断面を有する肉厚０．３ｍｍ、高さ４５ｍｍである鉄にニッケルメッキを施した金属製ケースを用いて、図３で説明した製造工程および図４で説明した環状溝の形成方法によって電池を製作した。尚、開口頭部１１は上部７ｍｍにあたる部分までを直径２１ｍｍの円筒状に圧縮成形を施した。
【００３３】
上記によって得られた電池に初充放電を行い、高さ４２ｍｍ、横断面の正方形の１辺が２１ｍｍ、標準容量３６００ｍＡｈである電池Ａを製作した。
【００３４】
（比較例１）
上記のようにして製作した電池Ａと、比較例として高さ４２ｍｍ、直径２１ｍｍ、標準容量３０００ｍＡｈである円筒型電池Ｂを、組電池とした際の電池パック１７内での空間効率の違いを以下に比較する。
【００３５】
１例として図５に、電動工具用の電池パック１７に電池Ａと比較例の電池Ｂをそれぞれ９本ずつ収納した場合をそれぞれ（ａ）、（ｂ）に示している。電池Ｂの場合と比べて、本実施例の電池Ａを収納した電池パック１７は、残空間が少なく空間効率が優れていると云う角型電池の特徴を発揮している。しかも、本実施例の電池Ａは、上記実施形態で示したようにアール形状部５ｄを有しているので、このような電池パック１７を構成する場合または電気機器の電池収納部に収納する場合に、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる。その上、一般的な円筒型電池のかしめ方式を採用できるように、開口頭部１１を円筒状にし、その円筒状部分を封口するための環状溝５ａの形成方法を、環状溝５ａより下方が角筒状をした電池の形状を考慮して押圧方向を変えているので、胴部１２が角筒状の角型電池の構造を有しながら生産性が良く、封口部分への信頼性が高い円筒型電池の特徴も発揮できる。
【００３６】
以下、この環状溝部分の構造について従来の環状溝の形成方法を用いたものと比較して説明する。
【００３７】
（比較例２）
この比較例２においては、環状溝を形成するために、従来例の図８で示したような電池ケースの底部側から押圧（実施例では図４で示したように電池ケースの開口部側から押圧）した状態で、溝付け用ローラを開口頭部と胴部との境界部の側面に圧接させる方法を採ったこと以外は、上記実施例と同様の方法にて電池を製作した。
【００３８】
その結果、底部側からは材料が殆ど供給されないので、環状溝の部分が溝付け用ローラによって局部的に延ばされてしまい、肉厚が均一にならないためにその一部が切断したり、あるいは変形したりするものが多発し、安定した環状溝を形成させることができなかった。そのため、開口頭部が円筒状で胴部が角筒状の電池に環状溝を形成するには、図１のＢ−Ｂ’線で断面した要部拡大図である図６（ｂ）に示すように、材料供給のために環状溝５ａの下部にいくらかの円筒状部分５ｃを残した状態で環状溝５ａを形成させなければならないが、これでは環状溝５ａの下部の円筒状部分５ｃの内側は無駄な空間となり、電池ケース５の内部空間の損失という問題が生じていた。そこで本実施例では図６（ａ）に示すように、電池ケース５の開口部側から押圧することで環状溝５ａを形成するための充分な材料供給を図ることができるので、円筒状の開口頭部１１と角筒状の胴部１２との境界部に、均一な肉厚を確保し、寸法安定性に優れた環状溝５ａを確実に形成することができ、前記内部空間の損失が少なくなる。
【００３９】
尚、上記実施例では正極板にニッケル極を用い、負極板に水素吸蔵合金極を用いたニッケル水素蓄電池の場合について説明を行ったが、他の電池、例えばニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン二次電池等についても同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数本を収納する際の空間効率が良い角型電池の特徴を活かした上で、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部との境界位置に形成した環状溝を利用したかしめ加工によって、電池ケースの内部空間の損失を少なくし、信頼性の高い密閉化を行えることのできる電池とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電池を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図。
【図３】同実施形態の製造工程を順に示した斜視図。
【図４】同実施形態に用いる環状溝の形成方法を示す断面図。
【図５】本発明の実施例の電池と円筒型電池とを比較した上面図。
【図６】同実施例の電池と従来の環状溝の形成方法を用いた角型電池とを比較するため、図１のＢ−Ｂ’線で断面した要部拡大図。
【図７】従来の角型電池の１例を示す斜視図。
【図８】円筒型電池に用いる従来の環状溝の形成方法を示す断面図。
【図９】従来の環状溝の形成方法を用いて角型電池に環状溝を形成した場合の状態を示す斜視図。
【符号の説明】
１正極板
２負極板
３セパレータ
４電極群
５電池ケース
５ａ環状溝
５ｂ環状支持部
５ｃ環状溝より下部の円筒状部分（従来例）
５ｄアール形状部
９溝付け用ローラ
１０封口体
１１開口頭部
１２胴部
１３絶縁ガスケット
１４正極リード片
１５負極集電体
１６正極集電体

Claims

電池ケースの角筒状の胴部内に電極群および電解液が収容され、前記電池ケースの円筒状の開口頭部側面に環状溝が形成されることによって内方に膨出した環状支持部に、封口体が支持されると共に、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより密閉された電池であって、前記環状溝は、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部の境界部に位置しており、前記電池ケースの胴部は、各角部が所定のアール形状に形成された略正方形状の横断面形状を有していることを特徴とする電池。
電極群は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回し、電池ケースの胴部の横断面形状に対応した横断面形状に形成されている請求項１記載の電池。
横断面形状が各角部に所定のアール形状部を有する略正方形状の電池ケース内に電極群を収容し、前記電池ケースの開口頭部を円筒状に圧縮成形して、電池ケースが円筒状の開口頭部と角筒状の胴部とを有する形状となるようにした後、電池ケースに開口部側から軸方向に押圧力を付与した状態で、電池ケースを回転させながら溝付け用ローラを、前記開口頭部の前記胴部に隣接する側面部分に側方から押し付けることによって環状溝を形成し、その内方に膨出した環状支持部に、封口体を支持させた後に電解液を注入し、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより電池内を密閉することを特徴とする電池の製造方法。
アール形状部の曲率半径は４〜７ｍｍである請求項３記載の電池の製造方法。
電極群は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回して円柱状とした後、これが電池ケースの横断面形状に対応した横断面形状となるように圧縮成形を施してから、電池ケース内に圧入状態で挿入する請求項３または４記載の電池の製造方法。