JP3820876B2 - 円筒形二次電池製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形二次電池製造方法に係り、特に、中央に外部端子となる凸部を有する円盤状の金属製上蓋キャップ及び所定圧で開裂する円盤薄板状の安全弁の周縁が皿状の金属製上蓋ケースの周縁でかしめられており、上蓋キャップ、安全弁及び上蓋ケースが接合された接合点を有する電池蓋を備えた円筒形二次電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電池蓋には、アルミニウム等の金属材料が使用されており電気抵抗が存在するので、例えば、特開平2000−90892号公報に開示されているように、中央に正極外部端子となる凸部を有する円盤状の上蓋キャップと皿状の上蓋ケースとをそれらのフランジ部を接合した複数の溶接点を存在させ、電池蓋の電気抵抗を減少させる工夫がなされている。このような電池蓋では、まず、上蓋ケース、安全弁及び上蓋キャップを順に重ね合わせて上蓋ケースの周縁と上蓋キャップの周縁とがかしめられ、次に、かしめられた上蓋キャップの周縁部分より内側に上蓋ケース、安全弁及び上蓋キャップが溶接され溶接点が形成されていた。
【0003】
一般に、電池蓋のかしめ時には、かしめ上型及びかしめ下型を有するかしめ機が使用されている。かしめ上型及びかしめ下型は、電池蓋を構成する上蓋ケース及び上蓋キャップの形状、厚さ及びかしめ後の電池蓋の形状を考慮した型形状を有しており、上下方向からかしめ上型及びかしめ下型で上蓋ケースの周縁及び上蓋キャップを挟み込んで所定圧を加えることにより電池蓋がかしめられる。一方、電池蓋の溶接点形成時には、一般に、上蓋キャップに接触しやすいように先端にR面を有する上電極及び上蓋ケースを固定して載置可能な形状の下電極を有する溶接装置が使用されている。上蓋ケースの周縁及び上蓋キャップの周縁には既にかしめ部が形成されており、上蓋キャップの中央には正極外部端子となる凸部が存在するので、かしめ部及び凸部間の上蓋キャップのフランジ部が露出している箇所に、上述した溶接点が形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
円筒形二次電池の用途・要求は種々多様であり、例えば、電池容量は少なくても良いが、大電流を取り出せる小型小径の電池が欲しいという要求がある。このような用途では、溶接装置を用いて電池蓋に溶接点を形成しようとしても、上述した上蓋キャップのフランジ部が露出している箇所が狭く、溶接装置の上電極を挿入できる幅をとることができないので、小型小径の円筒形二次電池の要求に応えることが難しい、という問題点がある。
【0005】
また、大電流を取り出すためには電気抵抗を少なくするために、上蓋キャップの正極外部端子も大きくする必要があるので、上蓋キャップのフランジ部が露出している箇所が更に狭くなり、要求に応えることが難しくなる。
【0006】
本発明は上記事案に鑑み、電池蓋に溶接点が形成でき小型小径の円筒形二次電池の製造方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、中央に外部端子となる凸部を有する円盤状の金属製上蓋キャップ及び所定圧で開裂する円盤薄板状の安全弁の周縁が皿状の金属製上蓋ケースの周縁でかしめられており、前記上蓋キャップ、安全弁及び上蓋ケースが溶接された溶接点を有する電池蓋を備えた円筒形二次電池を製造する円筒形二次電池製造方法であって、前記溶接点を形成した後、前記溶接点の少なくとも一部が覆われるように前記かしめを行うことを特徴とする。
【0009】
本発明では、中央に外部端子となる凸部を有する円盤状の金属製上蓋キャップ及び所定圧で開裂する円盤薄板状の安全弁の周縁が皿状の金属製上蓋ケースの周縁でかしめられており、上蓋キャップ、安全弁及び上蓋ケースが溶接された溶接点を有している。そして、かしめられている部分により溶接点の少なくとも一部が覆われている。このような溶接点は、上蓋キャップ、安全弁、及び上蓋ケースを溶接した後、上蓋キャップ及び安全弁の周縁を上蓋ケースの周縁でかしめることで形成することができる。本発明によれば、溶接点を形成した後、溶接点の少なくとも一部が覆われるようにかしめることで、溶接点をかしめられている部分に近づけて存在させることができるので、電池蓋の外径を小さくし円筒形二次電池の小型化を図ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明が適用可能な円筒形円筒形二次電池の実施の形態について説明する。
【0011】
図6に示すように、本実施形態の円筒形リチウムイオン電池30は、中空円筒状でポリプロピレン製の捲芯15を捲回中心として正極板と負極板とをポリエチレン製セパレータを介して断面渦巻状に捲回した電極捲回群16を備えている。電極捲回群16は、円筒形リチウムイオン電池30の容器となる導電性の有底電池容器14内に収容されている。電池容器14は、深絞り加工で成形された後、内面を含めてニッケルメッキが施されている。
【0012】
正極板は、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、導電助剤の黒鉛、結着剤のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いて正極活物質合剤とし、正極活物質合剤を正極集電体のアルミニウム箔の両表面に塗布することにより作製されている。一方、負極板は、非晶質炭素、結着剤のポリフッ化ビニリデンを用いて負極活物質合剤とし、負極活物質合剤を負極集電体の銅箔の両表面に塗布することにより作製されている。
【0013】
正極集電体のアルミニウム箔からは正極リード片が導出されており、正極リード片は束ねられてリング状の正極集電リングの周縁に溶接されている。正極集電リングは軸芯15の上端に固定されている。正極集電リングのフランジ部と上蓋ケース1とは断面が略U字状の正極リード板を介して電気的に接続されている。一方、負極集電体の銅箔からは負極リード片が導出されており、負極リード片は束ねられてリング状の負極集電リングの周縁に溶接されている。負極集電リングは軸芯15の下端に固定されており、負極集電リングのフランジ部はハット先端部が電池容器14底面に接合された断面逆ハット状の負極リード板のフランジ部に溶接されている。従って、電極捲回群16はこの負極リード板により電池容器14内で支持されている。
【0014】
また、円筒形リチウムイオン電池30は、上蓋キャップ2、安全弁3及び上蓋ケース1がこの順に重ねられ、上蓋ケース1の周縁部で上蓋キャップ2及び安全弁3の周縁をかしめたかしめ部6を有する封口電池蓋群20を備えている。図1に示すように、上蓋キャップ2はニッケルメッキが施された鉄製で、中央に正極外部端子となる凸部を有する円盤状の形状を有している。安全弁3は、アルミニウム製の円盤状薄板で、電池内圧が所定圧となると開裂することで所定圧以上の電池内圧の上昇を防止する機能を有している。上蓋ケース1は、アルミニウム合金製で階段状の段差が中間に形成された皿状の形状とされている。この段差が形成された箇所には、安全弁3を挟んで上蓋キャップ2の凸部が立ち上がる位置に対応して、リング状で安全弁3を下側から支持するEPDMゴム製の弁押さえ4が配置されている。
【0015】
封口電池蓋群20は、上蓋キャップ2、安全弁3及び上蓋ケース1が接合された溶接点5を有している。溶接点5は、上述したかしめ部6を形成する際に同時にかしめられており、溶接点5の上部は上蓋ケース1の周縁で一部が覆われている。以下、便宜上、封口電池蓋群20の外径を封口電池蓋群外径D1、正極出力端子の外径を正極出力端子外径D2という。
【0016】
図6に示すように、封口電池蓋群20は、電池容器14の開口部にガスケットを介して更にかしめられ固定されている。この封口電池蓋群20のかしめにより円筒形リチウムイオン電池30は封止され、電池内の密閉状態が確保されている。なお、電池容器14内には、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及ジエチルカーボネートの混合溶媒に6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を加えた図示しない非水電解液が所定量注入されており、電極捲回群16はこの図示しない非水電解液に浸潤されている。
【0017】
次に、円筒形リチウムイオン電池30の製造方法について、説明を簡単にするために、封口電池蓋群20の製造方法に限定して説明する。なお、封口電池蓋群20の製造方法以外は、通常知られている製造方法でリチウムイオン電池を製造すればよい。
【0018】
図2に示すように、上蓋ケース1の底部外径形状の一部と同一形状の溶接装置の下電極の上に、周縁1aが直角に折り曲げられた上蓋ケース1、弁押さえ4、安全弁3、上蓋キャップ2の順で載置した封口電池蓋群20を定置し、電流を集中させるために先端がR面の溶接装置の上電極8を上蓋キャップ2のフランジ部2aに接触させ、上電極8及び下電極9で上蓋キャップ2、安全弁3及び上蓋ケース1を上下から挟み込み、所定溶接電流で所定時間通電し、所定のナゲット径を有する溶接点5を形成してこれら上蓋キャップ2、安全弁3及び上蓋ケース1を接合する。溶接電流をナゲット径に集中させるためには、上電極8の側面が上蓋ケース1の周縁1aに接触しないように配慮する必要がある。
【0019】
次に、図3に示すように、上蓋ケース1の底部外径形状の一部と同一形状のかしめ機のかしめ下型11に溶接点5が形成された封口電池蓋群20を定置し、上方からかしめ上型10で封口電池蓋群20を挟み込んで所定圧を加えることにより封口電池蓋群20の周縁にかしめ部6を形成する。
【0020】
本実施形態の円筒形リチウムイオン電池30では、溶接点5を形成した後、かしめ部6を形成したので、溶接点5をかしめ部6に形成することができ、フランジ部2aの幅を小さくすることができる。このため、正極出力端子外径D2を小さくすることなく円筒形リチウムイオン電池30の外径(封口電池蓋群外径D1)を小径化することができ、円筒形リチウムイオン電池30を小型化することができる。また、円筒形リチウムイオン電池30では、溶接点5を形成すると共に正極出力端子を大径としたので、上蓋キャップ2の電気抵抗が小さく大電流放電を行うことができる。
【0021】
なお、本実施形態では、溶接装置の上電極の先端がR状のものを使用した例について説明したが、上電極の形状はこれに限定されるものではなく、電極の形状を変え溶接点5を更に封口電池蓋群20の周縁側に形成することで電池(蓋)のより小型化の実現が可能である。
【0022】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した実施例の円筒形リチウムイオン電池30について説明する。なお、比較のために、従来の円筒形リチウムイオン電池についても併記する。
【0023】
(実施例)
下表1に示すように、実施例では、電池容器14の外径を34mm、封口電池蓋群外径D1を31mm、正極出力端子外径D2を15mm、溶接点数を4個として円筒形リチウムイオン電池30を作製した。溶接に際しては、上電極8と下電極9とでダイレクト方式の溶接を行った。また、電流を集中させるため先端がR状とされた外径5mmの上電極8を使用し、溶接電流を4kA、溶接時間を20msecとし約2mmのナゲット径を得た。かしめ部6の幅は3mmである。
【0024】
【表1】
【0025】
(比較例)
図4、図5に示すように、従来のリチウムイオン電池では、かしめ機でかしめ部を形成した後、溶接装置で溶接点を形成していた。表1に示すように、この従来のリチウムイオン電池では、電池容器14の外径が40mm、封口電池蓋群外径D3が37mm、正極出力端子外径D4が15mm、溶接点数は4個であった。溶接に際しては、実施例の電池の場合と同様に、溶接電流をナゲット径に集中させるために、上電極8がかしめ部6、とりわけ上蓋キャップ2の正極出力端子側にかしめられた上蓋ケース1の周縁、に接触しない位置で溶接する必要があった。
【0026】
(対比)
実施例及び比較例の電池は正極出力端子外径D2、正極出力端子外径D4が同じであるが、実施例の電池では、封口電池蓋群外径D1及び電池容器の外径がそれぞれ31mm、34mmの電池を作製することができた。従って、従来の円筒形リチウムイオン電池の外径を40mmから34mmへと小径化することができ、小型の円筒形リチウムイオン電池を作製することができた。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接点を形成した後、溶接点の少なくとも一部が覆われるようにかしめることで、溶接点をかしめられている部分に近づけて存在させることができるので、電池蓋の外径を小さくし円筒形二次電池の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な実施形態の円筒形リチウムイオン電池の封口電池蓋群の断面図である。
【図2】実施形態の円筒形リチウムイオン電池の封口電池蓋群の溶接点の形成方法を示す封口電池蓋群及び溶接装置の電極の断面図である。
【図3】実施形態の円筒形リチウムイオン電池の封口電池蓋群のかしめ部の形成方法を示す封口電池蓋群及びかしめ機の型の断面図である。
【図4】従来の円筒形リチウムイオン電池の封口電池蓋群の断面図である。
【図5】従来の円筒形リチウムイオン電池の封口電池蓋群の溶接点の形成方法を示す封口電池蓋群及び溶接装置の電極の断面図である。
【図6】実施形態の円筒形リチウムイオン電池の断面図である。
【符号の説明】
1 上蓋ケース
2 上蓋キャップ
3 安全弁
5 溶接点
6 かしめ部(かしめられている部分)
Claims (1)
- 中央に外部端子となる凸部を有する円盤状の金属製上蓋キャップ及び所定圧で開裂する円盤薄板状の安全弁の周縁が皿状の金属製上蓋ケースの周縁でかしめられており、前記上蓋キャップ、安全弁及び上蓋ケースが溶接された溶接点を有する電池蓋を備えた円筒形二次電池を製造する円筒形二次電池製造方法であって、前記溶接点を形成した後、前記溶接点の少なくとも一部が覆われるように前記かしめを行うことを特徴とする円筒形二次電池製造方法。
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