JP4556387B2 - 円筒形電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻き状に捲回した極板群を内部に収容した有底円筒形状の電池缶に設けた環状溝部とその溝入れ方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、AV機器或いはパソコン等の各種電子機器のポータブル化やコードレス化が急激に進んでおり、これらの駆動用電源として、高エネルギー密度で負荷特性の優れた密閉型電池が要望されている。特に電圧及びエネルギー密度が高く、貯蔵寿命が長いなどの、多くの特徴を有するリチウム電池が脚光を浴びている。
【0003】
例えば、円筒形のリチウム二次電池は、図1に示すように正極板1と、負極板2とをセパレータ3を介して渦巻き状に捲回した後、この渦巻き状極板群5を有底円筒形の電池缶4の内部に収容し、次いでこの前記電池缶4内に所定量の電解液を注液した後、電池缶4の開口部にガスケット8を周縁に取り付けた封口板7を挿入し、前記電池缶4の開口部を内方向に折り曲げて封口している。このため、電池缶4の開口部近傍の内周面には、封口板7を載せて支持するための環状溝部6が形成されており、この環状溝部6は電池缶4の開口部近傍の外周面に開口に沿った環状溝を凹設することによって、前記電池缶4の内側に膨出する部分により形成される。なお、渦巻き状極板群5の上部から引き出された正極用リードは缶の封口以前に封口板7の裏側に溶接される。この種の封口板支持のための環状溝部6を電池缶4に形成するための方法は特許文献1等に記載のように、種々提案されている。
【0004】
すなわち、図2に示すように溝入れ装置の下型11には渦巻き状極板群5が収納された電池缶4の底部が挿入されており、缶開口部を支える上部の中子9側に向けて前記下型11を所定の圧力で押圧しながら、中子9と電池缶4とを一体的に矢印方向に回転させる。この状態で、溝入れローラー12が所定の圧力で電池缶4の外周面に圧接され、ローラー先端形状に倣って前記電池缶4の開口部近傍には内向きに環状溝部6が形成される。この時環状溝部6の肉厚は、渦巻き状極板群5を収容する電池缶4内の有効体積を向上させるために電池缶4の側壁の肉厚よりも薄く形成される。
【0005】
しかし環状溝部6の肉厚が缶側壁に比較し薄く形成されると、前記電池缶4の開口部の封口時には座屈変形を生じ易くなり十分な封口強度が得られず、更に環状溝部6の薄肉化した部分は他の部分により耐腐食性に劣り、亀裂が入りやすいという問題を生じる。
【0006】
すなわち、環状溝部6は電池缶4の開口部近傍の外周面に溝入れローラー12を押込むことで、ローラーの先端形状に倣った溝形が形成されるが、この形成の際に下型の押上げ量が小さいと、環状溝部6の下部に有る側壁からの肉の供給が十分でない為、環状溝部上顎の肉が溝入れローラー12により引き伸ばされて環状溝部上顎先端部に薄肉化が生じる。その状態は図10に示すように前記電池缶4側壁の肉厚t1と環状溝部6の最も薄肉化する部分である環状溝部上顎の先端部の肉厚t2との比は、t1:t2=1:0.73程度である。この薄肉化により前記電池缶4のこの部分の機械的強度は低下し、開口部の封口時には座屈変形を生じ、十分な封口強度が得られなくなる。
【0007】
【特許文献1】
特開平9-50792号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するもので、電池缶を溝入れ加工することにより、特に環状溝部上顎の先端部に生じる薄肉化を抑止して、封口時における十分な封口強度を確保し、前記箇所において生じやすい電池缶の腐蝕や亀裂といった不具合を防止することを目的としたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では電池缶開口部近傍に環状溝部を形成する際、溝入れローラーを押し込むことで内向きに形成される環状溝部の膨出量、すなわち体積変化量に注目し、この変化量に見合った肉量を環状溝部の下部に有る側壁から供給していくものであり、これにより環状溝部の薄肉化を抑止することができ、十分な封口強度を保った電池を得ることが可能となる。このことにより、電池缶の開口部近傍の側壁の肉厚t1と環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚t2との比t1:t2を1:0.80〜0.95とするものである。前記の肉厚t2は、環状溝部の最も薄肉化する部分、特に環状溝部上顎先端付近であるが、このt2の比率が0.8未満になると前記電池缶の環状溝部の薄肉化した部分は腐食しやすく、亀裂が入りやすくなる。更には前記電池缶の環状溝部の機械的強度は低下し、開口部の封口時には座屈変形を生じ、十分な封口強度が得られなくなる問題が生じる。
【0010】
一方、環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚t2の比率を0.95より大きくする場合には、溝入れローラーの押込み量、すなわち溝深さを浅くしなければならず、前記電池缶の内側への環状溝の膨出量が小さくなる為、ガスケットで保持された封口板を前記環状溝に載置し、支持することが困難となる。よって、環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚t2と電池缶の側壁の肉厚t1との比が0.80〜0.95となるように前記電池缶への溝入れ加工を施すことが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0012】
図2は、本溝入れ製造装置を構成する溝部形成機構を示したものである。電池缶4は、渦巻き状極板群を内部に収容したものであり、その底部が上下動可能な下型11に保持されて軸方向上向きに移動し、開口部が中子9に押し当てられ、密着した中子9により電池缶4に回転が与えられる。溝入れローラー12は、電池缶4の外周面の開口部近傍に押当てられ、等速で所定の深さまで送られその結果として、内向きの環状溝部6を形成する。この際、電池缶4を保持した下型11の送り量は、溝入れローラーにより環状溝部上顎の肉が引き伸ばされないように環状溝部6の下部に有る側壁から適切量の肉を供給する。
【0013】
このように構成される製造装置で、本実施形態に係る溝入れ方法を説明する。
【0014】
先ず、溝入れローラー12は理想的に電池缶4に食い込んでいき、溝入れ加工による環状溝部6の薄肉化は無いものと仮定して溝入れローラー12を電池缶4の開口部近傍の外周面に押し込む時、ある押し込み量における環状溝部6の形成による体積増分を求め、これを電池缶4の断面積で商することで、理論的に下型11の上方向の押し上げ量が算出でき、下型11の上に向けての移動量が求まる。
【0015】
具体的には、図4に示すように溝入れローラー12と電池缶4が接触していない状態から溝入れローラー12が所定量の深さまで移動し、図9に示す所定の深さに環状溝部6を形成するまでの溝入れローラー12の押し込み量をNmmとし、この押し込み量Nmmを任意の回数に分割する。
図4〜図8で示されるように、各回の溝入れローラー12の押込み時による環状溝部6の形成によって変形された部分10の体積と、その前の回における環状溝形成部分との体積の差を電池缶4の横断面積((R2−r2)・π/4)で商することにより各回の下型の押し上げ量が求まる
(実施例)
以下、対象電池を外径18mm、高さ65mmのリチウムイオン二次電池18650タイプとした実施例を示す。図2の電池缶4は鉄素材にニッケルメッキを施したものであり、その外径は18mmで、環状溝を形成する部分の缶側壁の肉厚t1は0.19mmで、溝入れローラー12の押し込み量は1mmである。図4は、溝入れ加工前であり溝入れローラー12は電池缶4に接触していない状態であり、図5は溝入れローラー12の押し込み量が0.1mm、図6は溝入れローラー12の押し込み量が0.4mm、図7は溝入れローラー12の押し込み量が0.7mm、図8は溝入れローラー12の押し込み量が1mmの最終状態である。
【0016】
溝入れローラー12の押し込み量と下型11の押し上げ量の関係の一部を、表1に示す。STEP1の溝入れローラー12の押し込み量が0mmの時、下型11の押し上げ量は0mmであり、STEP2で溝入れローラー12が0.1mm移動するとそれに伴い、下型11は0.07mm移動する。更にSTEP3で溝入れローラーが0.3mm移動すると同時に下型は、0.33mm移動し、STEP4で溝入れローラー12が0.3mm移動するのに伴い、下型11は、0.42mm移動し、次いでSTEP5で溝入れローラー12が0.3 mm移動し、最終押し込みに到達する時には、下型11は更に0.39mm移動する。
【0017】
溝入れローラー12は定速送りであるが、下型11の上向きの送り量は、STEP3〜5にかけてそれ以前のSTEP1〜2に比べて大幅に大きくする。これにより、溝入れローラー12の定速での押し込みが最終の1mmの溝深さに向かって環状溝部の下部に有る側壁から環状溝部6の上顎に向けて肉が送り込まれる。
表1の値を用い実験した結果、環状溝部上顎先端部の肉厚t2と缶側壁の肉厚t1との比は0.87であり、元の肉厚t1に対し2割未満の薄肉化の割合で加工が出来る。これは溝入れローラー12の押し込み量に応じて缶底部を支える下型11の押し上げ量を可変させることにより、環状溝部内方向への膨出量と缶側壁の上方への送り量との同期を図り、環状溝部6を形成したためである。一方、溝付けローラー12の押し込み量を複数回に分割しない従来の方法で同様のことを実施すると、t2とt1との比は0.73であった。
【0018】
次いで前記電池缶4に所定量の電解液を注液し、環状溝部6にガスケット8を取り付けた封口板7を載せて缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を持つ電池が得られた。
【0019】
【表1】
更に前記と同じタイプの電池缶4に、溝入れローラー12の溝入れ深さを0.6mm〜1.2mmまで可変させ、前記と同様の手法で溝入れローラー12の押し込み量と同期させる電池缶4を保持した下型11の押し上げ量を求め、各々の条件下で溝入れ加工を実施した。その結果を表2に示す。
【0020】
【表2】
表2は、溝入れ加工時の溝入れローラー12の設定溝入れ深さと、図3に示す電池缶4の側壁の肉厚t1と内向きに膨出形成される環状溝部6の上顎先端部t2との関係を示したものである。以下、環状溝部上顎先端部t2を缶側壁の肉厚t1=1として対比し述べていく。溝入れ深さが0.6mmの時は、環状溝部上顎先端部t2は0.98と薄肉化が抑止されており、電池缶4の機械的強度は溝入れ加工前と変わらない電池が得られた。次いで溝入れ深さが0.8mmでは、環状溝部上顎先端部t2は0.95と溝入れ深さが0.6mmの時に比較し若干劣るものの、所定量の電解液を注液した後、この環状溝部6にガスケット8を取り付けた封口板7を載置し缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を持つ電池が得られた。次いで溝入れ深さを1.2mmと電池缶4の要求スペック1mm以上に設定し溝入れ加工を行ったが、環状溝部上顎先端部t2は0.80であり、上記従来の方法で膨出形成された環状溝部上顎先端部t2の0.73より溝入れ深さが増したのにもかかわらず薄肉化が抑止されており、更にこの電池缶4に電解液を注液した後、膨出形成された環状溝部6にガスケット8を取り付けた封口板7を載せて缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を有した電池が得られた。
【0021】
【発明の効果】
本発明に係る円筒形電池缶の環状溝部および製造方法では、溝入れローラーを電池缶の開口部近傍の外周面に押し込み、このとき電池缶の内側に凹設される環状溝部の膨出量に注目し、この環状溝部の膨出量と缶側壁の上方への送り量との関係を論理的に算出し、溝入れローラーの押し込み量と下型の押し上げ量との同期を図ることで、溝入れ加工の際生じる環状溝部上顎の薄肉化を抑止することが可能であり、更に電池缶開口部を封口する際には、座屈変形が生じない十分な機械強度を有した電池を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】円筒形電池の縦断面の斜視図
【図2】本発明の製造装置を構成する溝部形成機構の説明図
【図3】溝入れ後の缶側壁の肉厚と環状溝部上顎の肉厚の説明図
【図4】溝入れ加工前の溝入れローラーと電池缶の状態説明図
【図5】溝入れローラーが0.1mm電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図6】溝入れローラーが0.4mm電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図7】溝入れローラーが0.7mm電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図8】溝入れローラーが1mm電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図9】溝入れローラーの所定の溝入れ量Nmmを分割した場合の説明図
【図10】溝入れ後の缶側壁の肉厚と環状溝部上顎の薄肉部の説明図
【符号の説明】
1 正極板
2 負極板
3 セパレータ
4 円筒電池缶
5 渦巻き状極板群
5a 上部絶縁板
6 環状溝部
7 封口板
8 ガスケット
9 中子
10 変形された部分
11 下型
12 溝入れローラー
t1 缶側壁の肉厚
t2 環状溝の最も薄肉化した部分の肉厚
R 電池缶の外形
r 電池缶の内径
Claims (2)
- 正極板と負極板とセパレータからなる極板群を上部が開口している有底円筒形状の電池缶に収容した後、電解液を注液し前記電池缶開口部近傍を側壁の外側から溝入れローラーを押し込むことにより環状溝部を形成し、この環状溝部で封口板を支持して前記電池缶を密閉する円筒形電池の製造方法であって、前記溝入れローラーの押し込み量に応じた前記電池缶の内向きに形成される前記環状溝部の膨出量に対する前記環状溝部の体積増加量を求め、前記環状溝部の体積増加量を前記電池缶の環状溝部の横断面積で除した押し上げ量を可変させながら前記電池缶の底部を押し上げて、前記環状溝部の膨出量と前記電池缶の側壁の肉の送り量との同期を図り、前記電池缶の側壁の肉厚t1と環状溝部の最も薄肉化された部分t2との比(t1:t2)を1:0.80〜0.95にすることを特徴とする円筒形電池の製造方法。
- 前記電池缶開口部近傍を側壁の外側から定速で溝入れローラーを押し込みながら、前記電池缶の底部を複数回に分割して押し上げて、前記電池缶の側壁の肉を前記環状溝部に供給することを特徴とする請求項1に記載の円筒形電池の製造方法。
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