JP4214455B2 - battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、かしめ構造を有する電池缶の内部に電池素子が収納された電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話、PDA(personal digital assistant)またはノート型コンピュータなどに代表される携帯型電子機器の普及に伴い、それらの駆動用電源として、例えば充電可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池としては、例えば、円筒型の電池缶の内部に巻回電極体が収納されたものが知られている。この巻回電極体は、二次電池の使用時に放電または充電可能なものであり、例えば、セパレータを挟んで積層された正極と負極とが巻回され、そのセパレータに液状の電解質である電解液が含浸されたものである。この種の二次電池は、例えば、開放部分を通じて電池缶の内部に巻回電極体が収納されたのち、その電池缶の開放部分が電池蓋等を介してかしめられることにより製造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池に関して安定した放電・充電動作を確保するためには、電池缶をかしめたのち、その電池缶から電解液が漏洩することを抑制する必要がある。しかしながら、従来の二次電池では、電池缶のかしめ具合が適正でないと、そのかしめ具合によっては電池缶から電解液が漏洩し、電池の製造歩留まりを低下させるおそれがあるという問題があった。
【0004】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池缶のかしめ具合を適正化することにより電解液の漏洩を抑制し、電池の製造歩留まりを向上させることが可能な電池を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による電池は、2つの対向面を含む窪み部と蓋体部材を介してかしめられたかしめ部とを有する電池缶と、この電池缶の内部に収納された電池素子とを備え、2つの対向面のうちの蓋体部材に近い側の一方の対向面と電池缶の長手方向に直交する平面とのなす角度が8度以下であり、長手方向におけるかしめ部の寸法をL1とし、そのかしめ部を構成する電池缶の全長をL2としたとき、寸法比L1/L2が0.675以上0.747以下の範囲内であり、電池缶のかしめ部がその電池缶に対して端部が外側に向かうようにかしめられているものである。
【0006】
本発明による電池では、電池缶のかしめ具合が適正化されるため、電解液の漏洩が抑制される。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0008】
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態に係る電池としての二次電池の構成について説明する。図1は、二次電池の断面構造を表している。
【0009】
この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に電池素子としての巻回電極体20が収納されたものである。この電池缶11は、一端側が開放され他端側が閉鎖されており、例えば、ニッケル(Ni)めっきが施された鉄(Fe)により構成されている。特に、電池缶11は、開放部分に近い側の周囲に設けられた窪み部11Hと、蓋体部材Sを介してかしめられたかしめ部11Kとを有しており、その電池缶11のかしめ部11Kと蓋体部材Sとの間には、封止部材としてのガスケット17が配設されている。窪み部11Hは、電解液の漏洩防止を目的として、電池缶11の開放径を狭めるために設けられており、かしめ部11Kは、電池缶11の封止を目的として、蓋体部材Sを固定するために設けられている。この蓋体部材Sは、例えば、電池缶11を閉じるための電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とを含んで構成されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように、巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
【0010】
電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に、ディスク板15aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
【0011】
巻回電極体20は、セパレータ23を挟んで積層された帯状の正極21と負極22とがセンターピン24を中心として巻回され、そのセパレータ23に液状の電解質である電解液が含浸されたものであり、正極21にアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続され、負極22にニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は、安全弁15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は、電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
【0012】
正極21は、例えば、正極集電体の両面に、軽金属であるリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料を含む正極合剤層が設けられたものである。負極22は、例えば、負極集電体の両面に、軽金属であるリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料を含む負極合剤層が設けられたものである。セパレータ23は、例えば、合成樹脂製の多孔質膜やセラミック製の多孔質膜により構成されている。電解液は、例えば、有機溶剤などの溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。
【0013】
次に、図2を参照して、図1に示した二次電池の詳細な構成について説明する。図2は、図1に示した二次電池の要部の断面構成を拡大して表している。
【0014】
かしめ部11Kは、その先端部11KTが図中に矢印Y1として示した方向、すなわち電池缶11に対して外側に向かうようにかしめられている。より具体的には、かしめ部11Kを構成する先端部11KTの位置とその先端部11KTよりも後方の部分(先端近傍部)11KNとの位置を比較した場合、先端部11KTは、先端近傍部11KNよりも外側(図中の左側)に位置している。
【0015】
特に、窪み部11Hは、互いに対向する2つの対向面M1,M2を含んでおり、蓋体部材Sに近い側(図中の上側)の一方の対向面M1と電池缶11の長手方向(図中の上下方向)に直交する平面(仮想面)Nとのなす角度(窪み角度)θ1は、約8度以下(θ1≦8度)である。また、電池缶11の長手方向におけるかしめ部11Kの寸法をL1とし、そのかしめ部11Kを構成する電池缶11の全長、すなわち後述する電池缶11の有効しろ(図4参照)をL2としたとき、寸法比L1/L2は、約0.675以上0.747以下の範囲内(0.675≦L1/L2≦0.747)である。
【0016】
次に、図1〜図5を参照して、二次電池の製造方法について説明する。図3〜図5は二次電池の製造工程を説明するためのものであり、図1に示した二次電池の要部に対応する部分を示している。以下では、まず、二次電池全体の製造方法の概略について説明したのち、本発明の特徴である二次電池の要部(窪み部11H,かしめ部11K)の形成方法について詳細に説明する。
【0017】
二次電池を製造する際には、まず、正極21を作製する。すなわち、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤を溶剤に分散して、ペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、正極合剤スラリーを正極集電体の両面に塗布したのち、その正極合剤スラリー中の溶剤を乾燥させる。最後に、ローラープレス機などを使用して正極合剤スラリーの乾燥物を圧縮成型することにより、正極活物質層を形成する。これにより、正極21が完成する。
【0018】
続いて、負極22を作製する。すなわち、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製したのち、この負極合剤を溶剤に分散して、ペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、負極合剤スラリーを負極集電体に塗布したのち、その負極合剤スラリー中の溶剤を乾燥させる。最後に、ローラープレス機などを使用して負極合剤スラリーの乾燥物を圧縮成型することにより、負極活物質層を形成する。これにより、負極22が完成する。
【0019】
続いて、先に作製した正極21および負極22を用いて、二次電池本体を組み立てる。すなわち、まず、正極21の正極集電体に正極リード25を溶接して取り付けると共に、負極22の負極集電体に負極リード26を溶接して取り付ける。続いて、セパレータ23を挟んで積層させた正極21と負極22とを巻回させることにより巻回電極体20を形成したのち、正極リード25の先端部を安全弁15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接する。続いて、一対の絶縁板12,13で挟みながら電池缶11の内部に巻回電極体20を収納したのち、液状の電解質である電解液を電池缶11の内部に注入してセパレータ23に含浸させる。最後に、電池缶11に窪み部11Hを形成したのち、蓋体部材S(電池蓋14、安全弁15、熱感抵抗素子16)と共にガスケット17を介して電池缶11をかしめ、電池缶11にかしめ部11Kを形成することにより、図1に示した二次電池が完成する。
【0020】
二次電池の要部を形成する際には、まず、図3に示したように、一端側が開放された電池缶11を用意し、この電池缶11の内部に、正極21に正極リード25が溶接された巻回電極体20を収納したのち、ビード加工装置を使用し、電池缶11に対してビード加工を施す。このビード加工装置としては、例えば、電池缶11の内径に対応した外径形状のチャック部31を有し、電池缶11を固定するためのチャック30と、電池缶11を一側方から支持するための受けローラ40と、窪み11Hに対応した形状の加工部51を有し、受けローラ40に対向配置された刃物台50とを備えたものを使用する。
【0021】
ビード加工では、チャック部31が開放部に嵌め込まれるように電池缶11を下方からチャック30に対して密着させることにより、そのチャック30を利用して電池缶11を固定すると共に、電池缶11の一側面に受けローラ40を密着させることにより、その受けローラ40を利用して電池缶11を一側面側から支持したのち、図中の軸線Sを中心として、チャック30を電池缶11と共に回転させる。そして、電池缶11が回転している状態において、電池缶11の他側面に刃物台50を密着させることにより、その刃物台50の加工部51を電池缶11に食い込ませる。このビード加工により、刃物台50の加工部51が電池缶11の周囲を連続的に窪ませるため、図4に示したように、電池缶11の周囲に窪み部11Hが形成される。ビード加工を行う際には、特に、窪み部11Hの形成時に電池缶11の表面をほぼ直角に窪ませ、すなわち、図2に示したように、窪み部11Hの窪み角度θ1を8度以下にするために、チャック30として、チャック部31の周面31Cが電池缶11の延在方向に対してほぼ平行であると共に、そのチャック部31の角部31Nが小さい極率半径を有するものを用いるのが好ましい。また、電池缶11の有効しろ、すなわち電池缶11のうち、後工程においてかしめ部11Kとなる部分の長さL2が、上記した寸法比L1/L2の適正範囲条件(0.675≦L1/L2≦0.747)を満たし得るように、窪み部11Hの形成位置を調整するのが好ましい。
【0022】
続いて、窪み部11Hが設けられた電池缶11をビード加工装置から取り外し、図5に示したように、電池缶11の内部に、蓋体部材S(電池蓋14,安全弁15,熱感抵抗素子16)と共にガスケット17を収納すると共に、安全弁15に正極リード25を溶接したのち、かしめ装置を使用し、電池缶11に対してかしめ加工を施す。このかしめ加工装置としては、例えば、電池缶11の窪み部11Hに対応した形状のチャック部を有し、電池缶11を固定するためのセルホルダと、電池缶11をかしめるためのクリンプダイスとを備えたものを使用する。なお、かしめ加工装置としては、例えば、所望のかしめ形状となるように電池缶11を高精度にかしめるために、電池缶11を多段階(例えば2段階)にかしめることが可能な複数のクリンプダイスを備えたものを使用するのが好ましい。
【0023】
かしめ加工では、セルホルダのチャック部を電池缶11の窪み部11Hに嵌めこむことにより、そのセルホルダを利用して電池缶11を固定したのち、クリンプダイスを利用して電池缶11の開放部分を内側に折り曲げることにより、蓋体部材Sと共にガスケット17を介して電池缶11をかしめる。このかしめ加工において、電池缶11と蓋体部材Sとの間にガスケット17が充填されることにより、図1および図2に示したように、電池缶11にかしめ部11Kが形成され、その電池缶11が封止される。かしめ加工を行う際には、特に、図2に示したように、電池缶11のかしめ部11Kを、その電池缶11に対して先端部11KTが外側に向かうようにかしめるのが好ましい。
【0024】
以上説明したように、本実施の形態に係る電池では、電池缶11の窪み部11Hにおける窪み角度θ1が約8度以下になるようにしたので、電池缶11のかしめ具合を適正化することにより電解液の漏洩を抑制し、電池の製造歩留まりを向上させることができる。その理由は、以下の通りである。
【0025】
図6は、本実施の形態に係る二次電池に対する比較例としての二次電池の断面構成を表すものであり、図2に対応している。この二次電池は、窪み部11Hの窪み角度θ2が8度より大きく(θ2>8度)、具体的には20度であると共に、寸法比L1/L2が0.675以上0.747以下の範囲外、具体的には0,747よりも大きく0.776以下の範囲内(0.747<L1/L2≦0.776)である点を除き、本実施の形態に係る二次電池(図2参照)とほぼ同様の構成を有している。
【0026】
この比較例の二次電池では、窪み角度θ2が比較的大きいため、かしめ部11Kから窪み部11Hにかけて電池缶11が斜めに折れ曲がっている。この場合には、電池缶11にビード加工を施して窪み部11Hを形成したのち、その窪み部11Hが設けられた電池缶11にかしめ加工を施すと、窪み角度θ2が大きな窪み部11Hの構造的特徴に起因して、かしめ具合が不十分になる可能性が高くなる。具体的には、ガスケット17のうち、電池缶11の窪み部11Hと蓋体部材Sとの間の部分(以下、「窪み部近傍部分」という。)17Pが、かしめ加工の際に電池缶11に加わる加工圧の影響を受けて図中の矢印Y3の方向に逃げやすくなる(押し込まれやすくなる)ため、結果として、その窪み部近傍部分17Pの厚さが局所的に薄くなる(ガスケット17が加工圧の影響を受けて伸びてしまい、窪み部近傍部分17Pにおいて抱え込まれるガスケット17のボリュームが少なくなる)おそれがある。ガスケット17の厚さが局所的に薄くなると、その薄くなった窪み部近傍部分17Pを通じて電池缶11から電解液が漏洩しやすくなる。
【0027】
これに対して、本実施の形態に係る二次電池では、図2に示したように、窪み角度θ1が比較的小さいため、かしめ部11Kから窪み部11Hにかけて電池缶11がほぼ直角に折れ曲がっている。この場合には、窪み部11Hが設けられた電池缶11に対してかしめ加工を施すと、窪み角度θ1が小さな窪み部11Hの構造的特徴に基づいて、かしめ具合が適正化される。具体的には、ガスケット17の窪み部近傍部分17Pが加工圧の影響を受けて逃げやすい比較例の場合とは異なり、その窪み部近傍部分17Pが加工圧の影響を受けて逃げにくくなるため、結果として、その窪み部近傍部分17Pの厚さが確保される(ガスケット17が加工圧の影響を受けにくくなり、窪み部近傍部分17Pにおいて抱え込まれるガスケット17のボリュームが確保される)。したがって、くぼみ部近傍部分17Pが十分な厚さを有し、その窪み部近傍部分17Pを通じて電池缶11から電解液が漏洩しにくくなるため、電池の製造歩留まりが向上するのである。
【0028】
また、本実施の形態では、寸法比L1/L2が0.675≦L1/L2≦0.747以下の範囲内となるようにしたので、この観点においても電池缶11のかしめ具合を適正化し、電解液の漏洩抑制に寄与することができる。なぜなら、寸法比L1/L2が上記適正範囲よりも大きな比較例の場合(0.747<L1/L2≦0.776)には、電池缶11の有効しろ長L2に対してかしめ部11Kの寸法L1が大きくなりすぎ、結果として、電池缶11のうち、かしめ部11Kを形成するために折り曲げられる部分の長さが短くなりすぎるため、かしめ部11Kにおいてガスケット17を十分に押さえることができなくなるからである。一方、寸法比L1/L2が上記適正範囲よりも小さくなると(L1/L2<0.675)、電池缶11の有効しろ長L2に対してかしめ部11Kの寸法L1が小さくなりすぎて、蓋体部材Sと共にガスケット17を介して電池缶11を十分にかしめることができなくなるからである。
【0029】
特に、本実施の形態では、電池缶11のかしめ部11Kが、その電池缶11に対して先端部11KTが外側に向かうようにかしめられているので、以下の理由により、この観点においても電解液の漏洩抑制に寄与することができる。
【0030】
図6に示した比較例の二次電池のかしめ部11Kでは、先端部11KTが図中の矢印Y2の方向、すなわち電池缶11に対して内側に向かうように電池缶11が折り曲げられている。より具体的には、かしめ部11Kを構成する先端部11KTの位置と先端近傍部11KNとの位置を比較した場合、先端部11KTは、先端近傍部11KNよりも内側(図中の右側)に位置している。この場合には、かしめ部11Kの構造的特徴に起因して、かしめ具合が不十分になる可能性が高い。具体的には、ガスケット17の先端近傍部分17Eが、かしめ加工の際に電池缶11に加わる加工圧の影響を受けて図中の矢印Y4の方向に逃げるため、その先端近傍部分17Eの電池蓋14に対する密着度が低下するおそれがある。電池蓋14に対するガスケット17の先端近傍部分17Eの密着度が低下すると、その先端近傍部分17Eを通じて電池缶11から電解液が漏洩しやすくなる。
【0031】
これに対して、本実施の形態に係る二次電池のかしめ部11Kでは、図2に示したように、先端部11KTが外側に向かうように電池缶11が折り曲げられているため、そのかしめ部11Kの構造的特徴に基づいて、かしめ具合が適正化される。具体的には、ガスケット17の先端近傍部分17Eが加工圧の影響を受けて矢印Y4の方向に逃げやすい比較例の場合とは異なり、先端近傍部分17Eが加工圧の影響を受けて逃げにくくなるため、結果として、その先端近傍部分17Eの電池蓋14に対する密着度が確保される。したがって、ガスケット17の先端近傍部分17Eが電池蓋14に対して十分に密着し、その先端近傍部分17Eを通じて電池缶11から電解液が漏洩しにくくなるため、この観点においても電解液の漏洩抑制に寄与可能となるのである。
【0032】
なお、以下で説明する二次電池の製造方法は、上記実施の形態において説明した二次電池に適用可能である。
【0033】
図7は、他の二次電池の製造方法の手順を説明するためのものであり、図中の(A)は本製造方法、(B)は本製造方法に対する比較例としての製造方法についてそれぞれ示している。この二次電池の製造方法は、主に、電池缶11に収納された巻回電極体20のセパレータ23に対する電解液の含浸効率を促進させるためのものであり、図7(A)に示したように、電池缶11に巻回電極体20を収納する収納工程(S101)と、電池缶11に収納された巻回電極体20のセパレータ23に電解液を含浸させる含浸工程(S102)と、電池缶11にビード加工を施すことにより窪み部11Hを形成するビード加工工程(S103)と、電池缶11にかしめ加工を施すことによりかしめ部11Kを形成するかしめ加工工程(S104)とをこの順に含んでいる。すなわち、この二次電池の製造工程では、電解液の含浸処理を行ったのち、電池缶11に窪み部11Hを形成している。
【0034】
含浸工程(S102)の詳細は、以下の通りである。すなわち、含浸工程では、例えば、電池缶11に巻回電極体20が収納された状態において、まず、電池缶11の内部を真空化し、巻回電極体20のセパレータ23からエアーを抜く。このときの真空状態は低真空〜中真空が好ましく、具体的な真空条件としては、例えば、真空圧=約−100kPa〜0.1Pa、真空時間=約5秒〜60秒である。続いて、電池缶11の開放部分を通じてセパレータ23に電解液を含浸させる。最後に、セパレータ23全体に電解液が行き渡るように、電池缶11の内部を加圧する。このときの加圧条件としては、例えば、圧力=約0.1MPa〜1.0MPa、加圧時間=約5秒〜150秒である。
【0035】
この二次電池の製造方法によれば、含浸工程ののちにビード加工工程を行うようにしたので、以下の理由により、セパレータ23に対する電解液の含浸効率を促進し、電池の製造歩留まりを向上させることができる。
【0036】
すなわち、比較例としての二次電池の製造工程は、図7(B)に示したように、収納工程(S201)と、ビード加工工程(S202)と、含浸工程(S203)と、かしめ加工工程(S204)とをこの順に含み、電池缶11に窪み部11Hを形成したのちに電解液の含浸処理を行っている。この場合には、含浸工程において、電池缶11に収納された巻回電極体20のセパレータ23に電解液を含浸させる際、その電池缶11に既に窪み部11Hが形成されており、電池缶11の開放径が狭まっているため、真空処理時にセパレータ23からエアーが抜けにくくなると共に、加圧時にセパレータ23全体に圧力が均等にかかりにくくなり、結果として、セパレータ23全体に電解液を均等に含浸させることが困難になる。これにより、比較例では、電解液の含浸不足に起因して正極21や負極22に未反応部が生じ、電池設計上の容量を確保できなくなると、電池の製造歩留まりが低下するおそれがある。
【0037】
これに対して、本製造方法では、電解液の含浸処理を行ったのちに電池缶11に窪み部11Hを形成しているので、窪み11Hの形成前に電池缶11の開放径が十分に確保されている状態において、電池缶11に収納された巻回電極体20のセパレータ23に電解液が含浸される。この場合には、真空処理時にセパレータ23からエアーが抜けやすくなると共に、加圧時にセパレータ23全体に圧力が均等にかかりやすくなるため、セパレータ23全体に電解液が均等に含浸する。したがって、本製造方法では、比較例の場合とは異なり、電池設計上の容量が確保されるため、電池の製造歩留まりを向上させることが可能になるのである。
【0038】
しかも、本製造方法では、含浸工程時に電池缶11に窪み部11Hが未だ形成されていないため、セパレータ23に含浸させるために電池缶11内に電解液を注入した際、窪み部11Hに対応して電池缶11の内側に生じた突起部に電解液が誤って付着し、含浸以外の要因で電解液を消費するおそれがない。したがって、電解液のロス量が低減するため、この観点においても、セパレータ23に対する電解液の含浸効率の向上に寄与することができる。
【0039】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【0040】
まず、上記実施の形態において図2に示した本発明の二次電池と、図6に示した比較例の二次電池とについて、サイクル充放電後における電解液の漏洩量を比較したところ、表1に示した結果が得られた。表1は、二次電池の質量減少量(最大値、最小値、平均値、標準偏差σ;単位=g)を表している。なお、表1には、「比較例」については235ロット(1ロット=10サンプル)、「本発明」については63ロット分の二次電池に関するデータを示している。
【0041】
【表1】
【0042】
表1に示した結果から判るように、サイクル充放電後における電解液の漏洩に伴う質量減少量の平均値は、比較例について0.000565g、本発明について0.000155gであり、本発明において比較例の約1/4に減少した。また、標準偏差σは、比較例について0.000610g、本発明について0.000036gであり、本発明において比較例の約1/17に減少した。これらのことから、本発明の二次電池では、電解液の漏洩が抑制されることが確認された。
【0043】
次に、上記にて図7(A)に示した二次電池の製造方法と、図7(B)に示した比較例としての二次電池の製造方法とについて、含浸工程時における電解液の含浸効率を比較したところ、表2に示した結果が得られた。表2は、電解液の含浸に要した時間(最大値、最小値、平均値、標準偏差σ;単位=秒,測定n数=10)を表している。なお、電解液の含浸時間を測定する際には、電解液量=4.5g、真空処理時の圧力=−80kPa、加圧時の圧力=0.4MPaとした。
【0044】
【表2】
【0045】
表2に示した結果から判るように、電解液の含浸時間の平均値は、比較例の製造方法について97.46秒、本製造方法について35.72秒であり、本製造方法において比較例よりも約60秒短くなった。このことから、本二次電池の製造方法では、電解液の含浸効率が向上することが確認された。
【0046】
次に、上記にて図7(A)に示した二次電池の製造方法と、図7(B)に示した比較例としての二次電池の製造方法とについて、電池缶11の窪み部11Hの有無による電解液のロス量を比較したところ、表3に示した結果が得られた。表3は、電解液のロス量(最大値、最小値、平均値、標準偏差σ;単位=mg,測定n数=10)を表している。
【0047】
【表3】
【0048】
表3に示した結果から判るように、電解液のロス量の平均値は、比較例の製造方法について34.62mg、本製造方法について4.69mgであり、本製造方法において比較例の約1/7に減少した。このことから、本二次電池の製造方法では、電解液のロス量が低減し、電解液の含浸効率の向上に寄与可能であることが確認された。
【0049】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、軽金属としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属や、マグネシウム(Mg)あるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属や、アルミニウムなどの他の軽金属や、リチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。その際、軽金属を吸蔵および離脱することが可能な正極材料、負極材料、溶媒、あるいは電解質塩などは、その軽金属に応じて選択される。ただし、軽金属としてリチウムまたはリチウムを含む合金を用いるようにすれば、現在実用化されているリチウムイオン二次電池との電圧互換性が高いので好ましい。
【0050】
また、例えば、上記実施の形態では、本発明を二次電池に適用する場合について説明したが、本発明を一次電池に適用するようにしてもよい。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池によれば、窪み部の2つの対向面のうちの蓋体部材に近い側の一方の対向面と電池缶の長手方向に直交する平面とのなす角度が8度以下であり、長手方向におけるかしめ部の寸法L1とそのかしめ部を構成する電池缶の全長L2とに関する寸法比L1/L2が0.675以上0.747以下の範囲内であり、電池缶のかしめ部がその電池缶に対して端部が外側に向かうようにかしめられているので、電池缶のかしめ具合が適正化される。したがって、電解液の漏洩を抑制し、電池の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表す断面図である。
【図2】図1に示した二次電池の要部の断面構造を拡大して表す断面図である。
【図3】二次電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図4】図3に続く工程を説明するための断面図である。
【図5】図4に続く工程を説明するための断面図である。
【図6】本発明の一実施の形態に係る二次電池に対する比較例としての二次電池の断面構成を表す断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態に係る二次電池に適用可能な二次電池の製造方法の手順を説明するための図である。
【符号の説明】
11…電池缶、11H…窪み部、11K…かしめ部、11KT…先端部、11KN…先端近傍部、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁、15a…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、17E…先端近傍部分、17P…窪み部近傍部分、20…巻回電極体、21…正極、22…負極、23…セパレータ、24…センターピン、25…正極リード、26…負極リード、30…チャック、31…チャック部、31C…周面、31N…角部、40…受けローラ、50…刃物台、51…加工部、M1,M2…対向面、N…平面(仮想面)、S…蓋体部材、θ1…窪み角度。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery in which a battery element is accommodated in a battery can having a caulking structure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones, PDAs (personal digital assistants), and notebook computers, rechargeable secondary batteries, for example, have been developed as power sources for driving them. . As this secondary battery, for example, a battery in which a wound electrode body is housed inside a cylindrical battery can is known. The wound electrode body can be discharged or charged when the secondary battery is used. For example, a positive electrode and a negative electrode stacked with a separator interposed therebetween are wound, and the separator is a liquid electrolyte. Is impregnated. This type of secondary battery is manufactured, for example, by winding a wound electrode body inside a battery can through an open portion, and then caulking the open portion of the battery can via a battery lid or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to ensure a stable discharge / charge operation for the secondary battery, it is necessary to suppress leakage of the electrolytic solution from the battery can after it is caulked. However, in the conventional secondary battery, if the caulking condition of the battery can is not appropriate, there is a problem that depending on the caulking condition, the electrolytic solution may leak from the battery can, thereby reducing the production yield of the battery.
[0004]
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to provide a battery capable of suppressing the leakage of the electrolyte solution by optimizing the caulking condition of the battery can and improving the production yield of the battery. It is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A battery according to the present invention includes a battery can having a recess including two opposing surfaces and a caulking portion caulked via a lid member, and a battery element housed in the battery can. The angle formed by one of the opposing surfaces on the side close to the lid member and a plane perpendicular to the longitudinal direction of the battery can is 8 degrees or less. R The dimension ratio L1 / L2 is in the range of not less than 0.675 and not more than 0.747, where L1 is the dimension of the caulking part in the longitudinal direction and L2 is the total length of the battery can constituting the caulking part. The caulking part of the battery can is caulked so that the end faces outward with respect to the battery can Is.
[0006]
In the battery according to the present invention, since the caulking state of the battery can is optimized, leakage of the electrolytic solution is suppressed.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0008]
First, the configuration of a secondary battery as a battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery.
[0009]
This secondary battery is a so-called cylindrical type, in which a
[0010]
The
[0011]
In the
[0012]
For example, the
[0013]
Next, the detailed configuration of the secondary battery shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional configuration of the main part of the secondary battery shown in FIG.
[0014]
The
[0015]
In particular, the
[0016]
Next, with reference to FIGS. 1-5, the manufacturing method of a secondary battery is demonstrated. 3 to 5 are for explaining a manufacturing process of the secondary battery, and show a part corresponding to a main part of the secondary battery shown in FIG. In the following, first, an outline of a method for manufacturing the entire secondary battery will be described, and then a method for forming the main part (the recessed
[0017]
When manufacturing a secondary battery, first, the
[0018]
Subsequently, the
[0019]
Subsequently, the secondary battery main body is assembled using the
[0020]
When forming the main part of the secondary battery, first, as shown in FIG. 3, the battery can 11 having one end opened is prepared, and the
[0021]
In the bead processing, the battery can 11 is brought into close contact with the
[0022]
Subsequently, the battery can 11 provided with the
[0023]
In the caulking process, the
[0024]
As described above, in the battery according to the present embodiment, the depression angle θ1 in the
[0025]
FIG. 6 illustrates a cross-sectional configuration of a secondary battery as a comparative example with respect to the secondary battery according to the present embodiment, and corresponds to FIG. In this secondary battery, the depression angle θ2 of the
[0026]
In the secondary battery of this comparative example, since the recess angle θ2 is relatively large, the battery can 11 is bent obliquely from the
[0027]
On the other hand, in the secondary battery according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, since the recess angle θ1 is relatively small, the battery can 11 is bent almost at right angles from the
[0028]
In the present embodiment, the dimensional ratio L1 / L2 is set to be in the range of 0.675 ≦ L1 / L2 ≦ 0.747 or less, so that the caulking condition of the battery can 11 is optimized from this viewpoint, This can contribute to the suppression of electrolyte leakage. This is because in the case of the comparative example in which the dimensional ratio L1 / L2 is larger than the appropriate range (0.747 <L1 / L2 ≦ 0.776), the size of the
[0029]
In particular, in the present embodiment, the
[0030]
In the
[0031]
On the other hand, in the
[0032]
Note that the secondary battery manufacturing method described below is applicable to the secondary battery described in the above embodiment.
[0033]
7A and 7B are diagrams for explaining the procedure of another secondary battery manufacturing method, in which FIG. 7A shows the manufacturing method and FIG. 7B shows the manufacturing method as a comparative example for the manufacturing method. Show. This secondary battery manufacturing method is mainly for promoting the impregnation efficiency of the electrolytic solution into the
[0034]
The details of the impregnation step (S102) are as follows. That is, in the impregnation step, for example, in a state where the
[0035]
According to this method for manufacturing a secondary battery, the bead processing step is performed after the impregnation step. Therefore, the efficiency of impregnation of the electrolytic solution into the
[0036]
That is, as shown in FIG. 7B, the manufacturing process of the secondary battery as a comparative example includes a storage process (S201), a bead processing process (S202), an impregnation process (S203), and a caulking process. (S204) in this order, and after the
[0037]
In contrast, in the present manufacturing method, since the
[0038]
In addition, in this manufacturing method, since the
[0039]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0040]
First, for the secondary battery of the present invention shown in FIG. 2 in the above embodiment and the secondary battery of the comparative example shown in FIG. The result shown in 1 was obtained. Table 1 shows the mass reduction amount (maximum value, minimum value, average value, standard deviation σ; unit = g) of the secondary battery. Table 1 shows data relating to secondary batteries for 235 lots (1 lot = 10 samples) for “Comparative Example” and 63 lots for “Invention”.
[0041]
[Table 1]
[0042]
As can be seen from the results shown in Table 1, the average value of mass loss due to electrolyte leakage after cycle charge / discharge is 0.000565 g for the comparative example and 0.000155 g for the present invention. It decreased to about 1/4 of the example. The standard deviation σ was 0.000610 g for the comparative example and 0.000036 g for the present invention, which was reduced to about 1/17 of the comparative example in the present invention. From these facts, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, leakage of the electrolyte was suppressed.
[0043]
Next, regarding the method for manufacturing the secondary battery shown in FIG. 7A and the method for manufacturing the secondary battery as a comparative example shown in FIG. When the impregnation efficiency was compared, the results shown in Table 2 were obtained. Table 2 shows the time (maximum value, minimum value, average value, standard deviation σ; unit = second, number of measurements n = 10) required for impregnation with the electrolytic solution. When measuring the impregnation time of the electrolytic solution, the amount of the electrolytic solution was 4.5 g, the pressure during vacuum treatment was −80 kPa, and the pressure during pressurization was 0.4 MPa.
[0044]
[Table 2]
[0045]
As can be seen from the results shown in Table 2, the average value of the electrolyte impregnation time was 97.46 seconds for the production method of the comparative example and 35.72 seconds for the production method. Was shortened by about 60 seconds. From this, it was confirmed that the impregnation efficiency of the electrolytic solution is improved in the method for manufacturing the secondary battery.
[0046]
Next, regarding the method for manufacturing the secondary battery shown in FIG. 7A and the method for manufacturing the secondary battery as a comparative example shown in FIG. When the amount of loss of the electrolytic solution depending on the presence or absence of was compared, the results shown in Table 3 were obtained. Table 3 shows the loss amount of the electrolytic solution (maximum value, minimum value, average value, standard deviation σ; unit = mg, number of measurement n = 10).
[0047]
[Table 3]
[0048]
As can be seen from the results shown in Table 3, the average value of the loss amount of the electrolytic solution is 34.62 mg for the manufacturing method of the comparative example and 4.69 mg for this manufacturing method. / 7. From this, it was confirmed that in the method for manufacturing the secondary battery, the loss amount of the electrolytic solution is reduced, and it can contribute to the improvement of the impregnation efficiency of the electrolytic solution.
[0049]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where lithium is used as the light metal has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), and alkaline earth metals such as magnesium (Mg) or calcium (Ca). The present invention can also be applied to the case of using metal, other light metals such as aluminum, lithium or alloys thereof, and the same effect can be obtained. At that time, a positive electrode material, a negative electrode material, a solvent, an electrolyte salt, or the like capable of inserting and extracting a light metal is selected according to the light metal. However, it is preferable to use lithium or an alloy containing lithium as a light metal because voltage compatibility with a lithium ion secondary battery currently in practical use is high.
[0050]
For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a secondary battery has been described. However, the present invention may be applied to a primary battery.
[0051]
【The invention's effect】
As explained above The present invention According to the battery, the angle formed by one of the two opposing surfaces of the recess that is closer to the lid member and the plane perpendicular to the longitudinal direction of the battery can is 8 degrees or less. R The dimension ratio L1 / L2 relating to the dimension L1 of the caulking part in the longitudinal direction and the total length L2 of the battery can constituting the caulking part is within the range of 0.675 or more and 0.747 or less. The caulking part of the battery can is caulked so that the end faces outward with respect to the battery can Therefore, the caulking condition of the battery can is optimized. Therefore, leakage of the electrolytic solution can be suppressed, and the manufacturing yield of the battery can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a main part of the secondary battery illustrated in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the secondary battery.
4 is a cross-sectional view for explaining a process following the process in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a process following the process in FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of a secondary battery as a comparative example with respect to the secondary battery according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a procedure of a secondary battery manufacturing method applicable to the secondary battery according to the embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記2つの対向面のうちの前記蓋体部材に近い側の一方の対向面と前記電池缶の長手方向に直交する平面とのなす角度が8度以下であり、
前記長手方向における前記かしめ部の寸法をL1とし、そのかしめ部を構成する前記電池缶の全長をL2としたとき、寸法比L1/L2が0.675以上0.747以下の範囲内であり、
前記電池缶の前記かしめ部が、その電池缶に対して端部が外側に向かうようにかしめられている
電池。A battery can having a recessed portion including two opposing surfaces and a caulking portion caulked via a lid member, and a battery element housed inside the battery can,
Wherein Ri said angle is 8 degrees der following one of the opposing surfaces of the near lid member side and the longitudinal direction orthogonal to the plane of the battery can of the two opposing surfaces,
Wherein the dimensions of the crimping portion in the longitudinal direction is L1, then the the entire length of the battery can which constitutes the caulked portion was L2, Ri der within the dimensional ratio L1 / L2 is 0.675 or more 0.747 or less ,
A battery in which the caulking portion of the battery can is caulked so that an end portion thereof faces outward with respect to the battery can .
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