JP5002868B2 - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、リチウム二次電池のような二次電池およびその二次電池を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、電子機器の小型化および軽量化が急速に促進されているのに伴って、その電子機器の駆動電源としての電池に対しても小型化、軽量化および高容量化の要望が高まっている。一方、地球環境問題からは電気自動車の普及にも期待が集まっており、この電気自動車の駆動電源用の電池に対しては、小型化、軽量化および高容量化と共に高出力化が望まれており、これらの要望に対応できる好ましい電池として、リチウム二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
従来の一般的な二次電池は、図４の縦断面図に示すような構成を有している。同図において、外装缶１内には、正極板３と負極板４とがこれらの間にセパレータ７を介在して渦巻き状に巻回されてなる極板群２が収納されており、この極板群２は電解液（図示せず）と共に発電要素を構成する。正極板３は正極集電体３ａに正極材料３ｂを塗着して構成され、負極板４は負極集電体４ａに負極材料４ｂを塗着して構成されている。極板群２の両端面には、これの上方に突出した各正極集電体３ａの端部に接続された正極集電板８と、下方に突出した各負極集電体４ａの端部に接続された負極集電板９とが配設されている。正極集電板８には正極リード１０の一端が溶接により接続されており、負極集電板９は、負極端子となる外装缶１の内底面に抵抗溶接によって接続されている。
【０００４】
外装缶１の開口部には、封口体１１がガスケット１２を介在して外装缶１に対し電気的絶縁状態に嵌め込まれている。封口体１１は、中央部にガス導入孔１３ａを有する導電性フィルタ１３の内部に、Ｏリング１４、防爆弁体１７、スペーサ１８およびキャップ１９を挿入したのち、フィルタ１３の開口部を内方にかしめ加工して一体化されている。フィルタ１３には正極リード１０の他端が接続されているとともに、フィルタ１３のかしめ部１３ｂはキャップ１９に電気的接続状態に接触されている。したがって、この二次電池では、キャップ１９が正極端子になっている。
【０００５】
上記封口体１１は、外装缶１内にこれの開口部から挿入されて、外装缶１の外周面を縮径して形成された環状溝１ａによって内方に設けられた支持突出部１ｂ上に載置され、外装缶１の開口部が内方にかしめ加工されることにより、外装缶１の開口部を封口した状態に保持されている。支持突出部１ｂは、封口体１１を支持するとともに、極板群２を固定する機能をも兼備する。ガスケット１２は、負極側の外装缶１と正極側のフィルタ１３とを電気的絶縁するとともに、外装缶１と封口体１１との間をシールする機能を果している。上記防爆弁体１７は、アルミニウム箔からなる薄膜状であって、電池内圧が所定値以上に上昇したときに、フィルタ１３のガス導入孔１３ａからのガス圧力を受けて中央部分が破断され、その破断された孔からガスをスペーサ１８の排出孔１８ａおよびキャップ１９のガス排出孔（図示せず）を通じて外部に排出するものである。
【０００６】
上記二次電池は、以下に説明する手順で製造される。すなわち、渦巻き状に巻回された極板群２の上端面および下端面には、正極集電板８および負極集電板９がそれぞれ溶接によって取り付けられ、この極板群２が外装缶１内に挿入されたのち、外装缶１の内底面と負極集電板９とが抵抗溶接される。外装缶１には、上記極板群２が挿入された状態で、外周面の所定位置に治具を用いた塑性加工が施されて環状溝１ａが形成される。続いて、フィルタ１３、防爆弁体１７、スペーサ１８およびキャップ１９を上述のように一体化した封口体１１には、これのフィルタ１３に正極リード１０が溶接により接続され、この状態で電解液が外装缶１の開口部から所定量だけ注入される。そののち、封口体１１は、周囲にガスケット１２を一体的に取り付けた状態で外装缶１にこれの開口部から嵌入して支持突出部１ｂ上に載置する状態に配置され、最後に外装缶１の開口部が内方にかしめ加工されると、二次電池の製作が完了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記二次電池における封口体１１は、フィルタ１３、防爆弁体１７、スペーサ１８およびキャップ１９を要して部品点数が多いだけでなく、これらの各部品が互いに溶接して一体化されることから、溶接点が多くなって加工工数が増えてしまい、相当のコスト高になっている。また、極板群２からの電流は、フィルタ１３のかしめ部１３ｂからキャップ１９を通じて取り出されるが、フィルタ１３のかしめ部１３ｂとキャップ１９とは、外装缶１のかしめ加工による接触によって接続されているので、この部分の接触抵抗が電池の内部抵抗を増大させる要因になっている。
【０００８】
さらに、ガスケット１２は、外装缶１の開口縁部が内方にかしめ加工されるときに、外装缶１のかしめ部分と支持突出部１ｂとの間で上下から挟み込まれて圧縮力が加えられるが、外装缶１と封口体１１との間を液密にシールするのに必要な肝心の部分を殆ど圧縮することができないので、外装缶１の開口部を所要のシール性能で封口することができず、電解液の漏液が発生するおそれがある。さらにまた、外装缶１には環状溝１ａを形成しなければならないので、この環状溝１ａを形成するための調整を要して工数が増え、この点からも一層コスト高となる欠点がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、外装缶の開口部を部品点数および組立工数を共に削減して封口できる構成を備えるとともに、内部抵抗の低減とシール性能の向上とを図ることができる二次電池およびその二次電池を好適に製造できる方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る二次電池は、一方の電極端子となる有底筒状の外装缶と、前記外装缶内に収納された極板群および電解液からなる発電要素と、前記外装缶の開口部に絶縁部材を介在して嵌入された他方の電極端子となる蓋板部と、前記蓋板部における前記外装缶の内方側に形成された環状の取付溝に嵌入されたシール部材に防爆弁体を押し付けながら前記蓋板部の嵌合凹所に圧入固定された固定板と、前記極板群の他方の電極側の集電板と前記蓋板部とに両端が接続された接続リードとを備え、前記蓋板部が前記外装缶における内方へかしめ加工された開口端部で固定されていることを特徴としている。
【００１１】
この二次電池では、封口体が、蓋板部、シール部材、防爆弁体および固定板を用いた簡単な構成になっているから、従来の二次電池の封口体に比較して、部品点数が少ないとともに、個々の部品を溶接により固定する組立手段を用いずに、取付溝へのシール部材の嵌め込みと、嵌合凹所への固定板の圧入とにより一体化されているので、組立工数が格段に低減して相当のコストダウンを図ることが可能となる。また、極板群の他方の電極側の接続リードが他方の接続端子となる蓋板部に接続されているので、従来の二次電池のようにフィルタのかしめ部とキャップとを接触手段で電気的接続するものとは異なり、接触抵抗が存在せず、電池としての内部抵抗を所定値に確実に抑制することができる。
【００１２】
上記発明の二次電池において、外装缶の開口近傍箇所に、他の箇所よりも径の大きな広口部が段部を介して形成され、前記段部上に支持リングが載置され、蓋板部が絶縁部材を介在して前記支持リング上に位置決め状態に取り付けられている構成を備えていることが好ましい。
【００１３】
これにより、封口体の蓋板部は、外装缶の段部上に載置した支持リングによって位置決め状態に支持されているので、従来の二次電池における外装缶の外周面に環状溝の加工を行う場合に比較して製作工数を削減でき、この点からも一層のコストダウンを図ることができる。
【００１４】
上記構成において、絶縁部材が、縮径加工によって塑性変形された外装缶の広口部と蓋板部との間で圧縮変形されている構成を備えていることが好ましい。これにより、絶縁部材は広口部と蓋板部との間で広口部の塑性変形分だけ圧縮されているから、外装缶と封口体の蓋板部との間は、圧縮された絶縁部材が密着することによって確実に液密シールすることができ、電解液の漏液が発生するおそれがなくなる。
【００１５】
また、本発明に係る二次電池の製造方法は、有底筒状の外装缶の開口部に、段部を介して径の大きな広口部とこの広口部よりもさらに径の大きな大径部とを形成する工程と、前記外装缶に極板群を収納し、支持リングを前記外装缶内に挿入して前記段部上に載置した状態で前記広口部内に配置し、蓋板にシール部材、防爆弁体および固定板を一体化した封口体を、絶縁部材を介在して前記支持リング上に載置することにより前記大径部内に配置する工程と、前記外装缶の開口縁部を内方にかしめ加工して前記封口体を位置決め状態に固定する工程と、前記外装缶を、前記広口部の外径と同一の内径を有する縮径治具内に強制的に挿通させることにより、前記大径部を塑性変形させて前記広口部と同一径に縮径する工程とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
この二次電池の製造方法では、絶縁部材が支持リングと外装缶における内方へかしめ加工された開口端とで長手方向の位置を規制された状態で外装缶の大径部を縮径治具により縮径するので、縮径加工に伴う絶縁部材の位置のばらつきを防止して、絶縁部材の所要箇所を均等に圧縮することができるとともに、外装缶の開口縁部を予め内方にかしめ加工したのちに大径部を縮径加工するので、縮径加工に伴う外装缶の高さのばらつき発生を防止して、所定長さの二次電池を安定に得ることができる。
【００１７】
【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つつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る二次電池を示す縦断面図であり、同図において、外装缶２０内に収納された極板群２１は、簡略化した図示になっているが、図４で説明したものと同様である。この極板群２１の両端にそれぞれ突出した図４の正極集電体および負極集電体の各端部には、正極集電板２２および負極集電板２３が溶接により取り付けられている。外装缶２０は、極板群２１の上端部よりも上方の所定位置から開口端までの箇所に他の箇所よりも大きな径を有する広口部２０ａが形成されており、外装缶２０の内部には、上記広口部２０ａと本体部分との境界部分に環状の段部２０ｂが設けられている。この段部２０ｂ上には支持リング２４が載置され、支持リング２４上には、外装缶２０の広口部２０ａ内に配置された封口体２７がガスケット２８を介在して支持されている。ガスケット２８は、支持リング２４により位置規制された状態に支持されて、外装缶２０の広口部２０ａと封口体２７との間を電気絶縁するとともに液密にシールする機能を有している。
【００１８】
上記封口体２７は、この二次電池の正極端子となる蓋板部２９と、シール手段としてのＯリング３０と、電池内圧の上昇時の防爆手段となるアルミニウム箔からなる薄膜状防爆弁体３１と、蓋板部２９に防爆弁体３１をＯリング３０を介在して固定する固定板３２とが一体化された構成になっている。蓋板部２９上には絶縁板３３が装着されている。防爆弁体３１は、Ｏリング３０によって蓋板部２９に対しシールされた状態で固定板３２で蓋板部２９に固定されている。絶縁板３３は、外装缶２０における内方へかしめ加工された開口端と蓋板部２９とを電気絶縁する。
【００１９】
蓋板部２９には、下部中央部に連通孔２９ａが形成されている。また、図２は上記二次電池の上端部分を示す斜視図であり、同図にも明示するように、蓋板部２９には、上部中央に円盤状の膨出部２９ｂが形成され、この膨出部２９の中央部に外部接続用のねじ孔２９ｃが形成されているとともに、そのねじ孔２９ｃの周囲に、図１に示すように連通孔２９ａに連通する４個のガス排出孔２９ｄが９０°の等間隔で穿設されている。したがって、この二次電池では、電池内圧が所定値まで上昇したときに、防爆弁体３１の中央部分が固定板３２の孔部３２ａを通じガス圧力を受けて破断し、ガスが防爆弁体３１の破断孔および蓋板部２９の連通孔２９ａを通ってガス排出孔２９ｄから外部に排出されるようになっている。
【００２０】
正極端子となる蓋板部２９の下面には、一端を正極集電板２２に超音波溶接されて取り付けられた正極リード３４の他端が超音波溶接により固着されており、正極集電板２２が正極リード３４を通じて蓋板部２９に接続されている。一方、負極集電板２３には負極リード３７の一端が超音波溶接されて取り付けられ、この負極リード３７の他端が外装缶２０の底板部に抵抗溶接により接続されている。また、外装缶２０の底板部外面の中央部には、ねじ孔３８ａを有するナット状の負極外部端子３８が溶接により固着されている。したがって、この二次電池では、蓋板部２９のねじ孔２９ｃおよび負極外部端子３８のねじ孔３８ａにボルト（図示せず）が螺入されて外部に接続されるようになっている。
【００２１】
つぎに、上記二次電池の製造手順について、図３を参照しながら説明する。外装缶２０は図３（ａ）に示すような形状に予め形成されている。すなわち、外装缶２０には、図１に示したと同一位置の段部２０ｂを介して図１と同一の径を有する広口部２０ａが形成されているとともに、この広口部２０ａの上方部に、広口部２０ａよりも僅かに径の大きな大径部２０ｃが形成されている。ここで、外装缶２０の広口部２０ａは、支持リング２４の外径に相当する内径を有し、支持リング２４が挿入される箇所のみに形成されている。
【００２２】
極板群２１は、図４に示したと同様の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して渦巻き状に巻回することにより形成する。この極板群２１の両端部には、正極リード３４および負極リード３７の各々の一端を溶接した正極集電板２２および負極集電板２３を溶接によって取り付ける。この正負極の集電板２２，２３を取り付けた極板群２１は外装缶２０内にこれの開口部から挿入し、負極リード３７と外装缶２０の底板部とを抵抗溶接して電気的接続する。
【００２３】
一方、封口体２７は、蓋板部２９の環状の取付溝２９ｅにＯリング３０を嵌め込み、防爆弁体３１を介在させて固定板３２を蓋板部２９の下面の嵌合凹所２９ｆに圧入することにより、蓋板部２９、Ｏリング３０、防爆弁体３１および固定板３２を一体化して構成する。この封口体２７は、図４に示した従来の二次電池の封口体１１に比較して、部品点数が少ないとともに、個々の部品を互いに溶接により固定する組立手段を用いずに、取付溝２９ｅへのＯリング３０の嵌め込みと、嵌合凹所２９ｆへの固定板３２の圧入とにより一体化できることから、組立工数が格段に低減して相当のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
つぎに、図３（ａ）に示すように、外装缶２０内には、支持リング２４を挿入して段部２０ｂ上に載置し、ガスケット２８を支持リング２４で位置規制しながら嵌挿状態に取り付ける。この状態で、封口体２７における蓋板部２９には、外装缶２０の開口部から引き出した正極リード３４を超音波溶接して接続し、外装缶２０内には電解液を所定量だけ注入して極板群２１に含浸させる。そののち、封口体２７は、正極リード３４を変形させながら外装缶２０内に挿入して、ガスケット２８を介在して支持リング２４上に載置させる。
【００２５】
続いて、封口体２７における蓋板部２９上には、絶縁板３３をこれの孔に蓋板部２９の膨出部２９ｂを挿通させて装着したのち、図３（ｂ）に示すように、外装缶２０の大径部２０ｃの開口端縁部を内方にかしめ加工する。このとき、ガスケット２８は支持リング２４と外装缶２０におけるかしめ加工された開口端とで上下から圧縮されて、上下方向における位置決めがなされる。
【００２６】
つぎに、外装缶２０は、図３（ｂ）に２点鎖線で示すように、広口部２０ａの外径と同一の内径を有する縮径治具３９の内部に、上方から挿入するとともに、圧力Ｐを加えながら挿通させる。これにより、外装缶２０の大径部２０ｃは、縮径治具３９を通過するときに塑性変形されて、広口部２０ａと同一径に縮径され、元の広口部２０ａと共に図１の広口部２０ａとなる。この大径部２０ｃが塑性変形されるときには、ガスケット２８が大径部２０ｃと蓋板部２９との間で大径部２０ｃの塑性変形分だけ圧縮変形される。そのため、外装缶２０と封口体２７との間は、圧縮変形されたガスケット２８が復元力で密着することによって確実に液密シールされる。
【００２７】
この二次電池では、ガスケット２８が支持リング２４と外装缶２０の開口端とで上下方向の位置を規制された状態で外装缶２０の大径部２０ｃが縮径治具３９により縮径されるので、縮径加工に伴うガスケット２８の上下方向の位置のばらつきを防止して、ガスケット２８を均等に圧縮することができるとともに、外装缶２０の開口縁部を予め内方にかしめ加工したのちに大径部２０ｃを縮径加工するので、縮径加工に伴う外装缶２０の高さのばらつき発生を防止して、所定高さの電池を安定に得ることができる。
【００２８】
また、封口体２７は外装缶２０の段部２０ｂ上に載置した支持リング２４により支持させるので、図４の従来の二次電池における環状溝１ａの加工を行う場合に比較して製作工数を削減できる。さらに、この二次電池では、正極リード３４を正極端子となる一体物の蓋板部２９に接続して電流を取り出す構成になっているので、図４の従来の二次電池のようにフィルタ１３のかしめ部１３ｂとキャップ１９とを接触手段で電気的接続するものとは異なり、接触抵抗が存在せず、電池の内部抵抗を所定値に確実に抑制することができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、封口体２７の蓋板部２９を正極側とし、外装缶２０を負極側とした場合を例示したが、これとは正負を逆に設定して、蓋板部２９を負極側とし、外装缶２０を正極側とすることもできる。その場合には、外装缶２０をアルニウム製またはアルミニウム合金製とすることが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の二次電池によれば、封口体を、蓋板部、シール部材、防爆弁体および固定板を用いた簡単な構成としたので、従来の二次電池の封口体に比較して、部品点数が少ないとともに、個々の部品を溶接により固定する組立手段を用いずに、取付溝へのシール部材の嵌め込みと、嵌合凹所への固定板の圧入とにより一体化しているので、組立工数が格段に低減して相当のコストダウンを図ることが可能となる。また、極板群の他方の電極側の接続リードを他方の接続端子となる蓋板部に接続しているので、従来の二次電池のようにフィルタのかしめ部とキャップとを接触手段で電気的接続するものとは異なり、接触抵抗が存在せず、電池としての内部抵抗を所定値に確実に抑制することができる。
【００３１】
また、本発明の二次電池の製造方法によれば、絶縁部材を、支持リングと外装缶における内方へかしめ加工された開口端とで長手方向の位置を規制した状態で外装缶の大径部を縮径治具により縮径するので、縮径加工に伴う絶縁部材の位置のばらつきを防止して、絶縁部材の所要箇所を均等に圧縮することができるとともに、外装缶の開口縁部を予め内方にかしめ加工したのちに大径部を縮径加工するので、縮径加工に伴う外装缶の高さのばらつき発生を防止して、所定高さの電池を安定に得ることができる。
【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を示す縦断面図。
【図２】同上の二次電池の上端部分を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同上の二次電池の外装缶のかしめ加工前の状態の要部の縦断面図、（ｂ）はかしめ加工後の状態の要部の縦断面図。
【図４】従来の二次電池を示す縦断面図。
【符号の説明】
２０ 外装缶
２０ａ 広口部
２０ｂ 段部
２０ｃ 大径部
２１ 極板群
２２ 集電板
２４ 支持リング
２７ 封口体
２８ ガスケット（絶縁部材）
２９ 蓋板部
２９ｅ 取付溝
２９ｆ 嵌合凹所
３０ Ｏリング（シール部材）
３１ 防爆弁体
３２ 固定板
３４ 正極リード（接続リード）
３９ 縮径治具

Claims (3)

1. 一方の電極端子となる有底筒状の外装缶と、
   前記外装缶内に収納された極板群および電解液からなる発電要素と、
   前記外装缶の開口部に絶縁部材を介在して嵌入された他方の電極端子となる蓋板部と、
   前記蓋板部における前記外装缶の内方側に形成された環状の取付溝に嵌入されたシール部材に防爆弁体を押し付けながら前記蓋板部の嵌合凹所に圧入固定された固定板と、
   前記極板群の他方の電極側の集電板と前記蓋板部とに両端が接続された接続リードとを備え、
   前記蓋板部が前記外装缶における内方へかしめ加工された開口端部で固定されていることを特徴とする二次電池。
2. 外装缶の開口近傍箇所に、他の箇所よりも径の大きな広口部が段部を介して形成され、前記段部上に支持リングが載置され、蓋板部が絶縁部材を介在して前記支持リング上に位置決め状態に取り付けられている請求項１に記載の二次電池。
3. 絶縁部材が、外装缶における縮径加工によって塑性変形された広口部と蓋板部との間で圧縮変形されている請求項２に記載の二次電池。

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