JP5465841B2 - 密閉型電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、外装缶を封口体で封止した密閉型電池とその製造方法に関する。

近年、携帯電話やモバイル機器等の小型軽量の電子機器が普及している。これらの電子機器に用いる電池として、角型の密閉型電池が知られている。図７に従来の密閉型電池の一例の斜視図を示している。図７（ａ）に示したように、密閉型電池１００は、電極体（図示せず）を内蔵した有底筒状の外装缶１０１の開口を封口体１０２で封止したものである。

外装缶１０１の封口体１０２による封止は、外装缶１０１の開口に封口体１０２を嵌合させた状態で、外装缶１０１と封口体１０２との継ぎ目１０３を全周に亘りレーザによりシーム溶接する。

例えば下記特許文献１には、鋼板製の外装缶の開口の内周面にＳＵＳ４０４からなる電池蓋（封口体）を嵌合させ、レーザによりシーム溶接した例が記載されている。また、特許文献２には、缶体（外装缶）の上面を蓋体（封口体）で閉塞した例が記載されている。
特開平９−２８８９９９号公報 特開平９−２４５７５１号公報

しかしながら、角型の密閉型電池では、封口体１０２は横長であり、外装缶１０１に取り付けた際に、封口体１０２の反りにより、中央部において封口体１０２と外装缶１０１との嵌合が不十分になる場合がある。この問題は、電池の高容量化の要請に応じて電池幅を広くした場合に生じ易くなる。これは、電池幅の増大に伴って封口体１０２の長さも長くなり、封口体１０２の反りが生じ易くなるためである。

図７（ｂ）は、封口体１０２と外装缶１０１との嵌合が不十分である場合の一例を示す斜視図である。本図に示したように、封口体１０２は、両端部では外装缶１０１と嵌合している。しかし、封口体１０２の反りにより、中央部では封口体１０２は外装缶１０１と嵌合していない状態になっている。このことは、封口体１０２が横長であることに加え、封口体１０２の下部に接続されている正極集電リード及び負極集電リード（図示せず）のばね作用も原因になっている。

このような状態では、封口体１０２の全周に亘りシーム溶接することはできなくなり、溶接不良の原因となる。他方、前記特許文献１、２には、図７の封口体１０２に相当する蓋材について、反りによる問題の記載はなく、蓋材の溶接不良防止についても何ら記載がなかった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、封口体のそりを抑えて、封口体と外装缶との溶接不良を防止することができる密閉型電池の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の密閉型電池の第１の製造方法は、外装缶の開口と封口体の表面とが面一状の密閉型電池の製造方法であって、外装缶の開口に封口体を嵌合させて嵌合体を形成する工程と、前記嵌合体を前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑え、かつ前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑えた状態で、前記封口体の一部を前記外装缶に溶接する仮止め溶接工程と、前記封口体の外周を前記外装缶に溶接する本溶接工程とを備えたことを特徴とする。
本発明の密閉型電池の第２の製造方法は、外装缶の開口に封口体を嵌合させて嵌合体を形成する工程と、前記嵌合体を前記封口体側から押圧し、かつ前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑えた状態で、前記封口体側からレーザ光を照射して前記封口体の一部を前記外装缶に溶接する仮止め溶接工程と、前記封口体の外周を前記外装缶に溶接する本溶接工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の密閉型電池の第１の製造装置は、外装缶の開口に封口体を嵌合させた、前記外装缶の開口と前記封口体の表面とが面一状の密閉型電池の製造装置であって、前記外装缶と前記封口体との嵌合体を、前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑える上型と、前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑える横型と、前記封口体を前記外装缶に溶接する溶接機とを備えたことを特徴とする。
本発明の密閉型電池の第２の製造装置は、外装缶の開口に封口体を嵌合させた密閉型電池の製造装置であって、前記外装缶と前記封口体との嵌合体を、前記封口体側から押圧する上型と、前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑える横型と、前記封口体を前記外装缶に溶接する溶接機とを備え、前記溶接機はレーザ溶接機であり、前記封口体側からレーザ光を照射することを特徴とする。

本発明によれば、封口体のそりを抑えて、封口体と外装缶との溶接不良を防止することができる。

本発明の密閉型電池の製造方法によれば、本溶接前の仮止め溶接により、封口体と外装缶との嵌合状態を良好にできるので、本溶接におけるシーム溶接も良好になる。

本発明の密閉型電池の製造装置によれば、封口体のそりを抑えて封口体と外装缶との嵌合状態を良好にすることができる。

本発明によって得られた密閉型電池は、封口体を本溶接する前に仮止め溶接されているので、封口体の溶接が良好になっている。

前記本発明の密閉型電池の製造方法においては、前記仮止め溶接工程における溶接は、前記嵌合体を前記封口体側から押圧し、かつ前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑えた状態で行なう。この構成によれば、封口体と外装缶との嵌合状態がより良好になる。

また、前記本溶接工程において、前記仮止め溶接工程における溶接箇所に重ねて溶接しながら、前記封口体の全周を前記外装缶に溶接することが好ましい。

前記本発明の密閉型電池の製造装置においては、前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑える横型を備えている。この構成によれば、封口体と外装缶との嵌合状態がより良好になる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施の形態に係る密閉型電池は、例えば、角形リチウムイオン電池であり、携帯電話やモバイル機器等に用いられる。

図１は、外装缶の開口に封口体を嵌合させる様子を示す斜視図である。図１（ａ）は、外装缶１の開口に封口体２を嵌合させる前の状態を示す斜視図、図１（ｂ）は外装缶１の開口と封口体２とを嵌合させた状態を示す斜視図である。

外装缶１は、上端に略矩形状の開口を形成した有底筒状体である。外装缶１は、例えばアルミ又はアルミ合金の薄板を深絞り加工して形成する。外装缶１内には電極体３を内蔵している。電極体３からは、薄板状の正極集電リード４及び負極集電リード５を導出させている。

封口体２は、例えばアルミ又はアルミ合金の薄板をプレス成形した横長状部材である。図１（ｂ）に示したように、封口体２の表面には負極端子６を設けている。本図には図示していないが、封口体２の表面に防爆用の凹み部を設ける場合がある。

図１（ａ）に示したように、封口体２の裏面には負極端子６（図１（ｂ））に接続したリード体７を設けている。リード体７と封口体２の裏面との間には、絶縁体（図示せず）を介在させている。また、封口体２には、電解液を外装缶１内に注入するための注入孔８を形成している。

図１（ａ）の状態では、封口体２の裏面と正極集電リード４とが溶接され、リード体７と負極集電リード５とが溶接されている。これらの溶接には、例えばレーザ溶接や抵抗溶接を用いる。図１（ａ）の状態から、正極集電リード４及び負極集電リード５を折り曲げつつ、封口体２の外周を、外装缶１の開口部の内周面に嵌合させる。

図１（ｂ）に示した外装缶１と封口体２との嵌合体９は、封口体２にそりが生じ、負極端子６の近傍では嵌合が不十分になっている。封口体２のそりは、横長状部材である封口体２の長さが長くなるほど大きくなり易い。また、封口体２のそりは、折り曲げられた正極集電リード４及び負極集電リード５のばね作用にも起因している。

本実施の形態によれば、外装缶１と封口体２との嵌合が不十分な嵌合体９であっても、封口体２の溶接不良を防止することができる。以下、このことについて、具体的に説明する。

図２は、仮止め溶接工程を示す斜視図である。嵌合体９は、図１（ｂ）に示した外装缶１と封口体２との嵌合が不十分なものをそのまま用いている。仮止め溶接工程においては、仮止め機構を備えた密閉型電池の製造装置を用いる。この装置の詳細は、後に図５を用いて説明する。図２において、一対の横型１０及び上型１１は、仮止め機構の構成部品である。一対の横型１０により外装缶１の両側面を押圧し、上型１１により封口体２を押圧する。

図２では横型１０及び上型１１は、板状部材の例で図示しているが、板状部材に限るものではなく、押圧の対象面に合わせた形状の押圧面を備えたものであればよい。また、図２において、上型１１は封口体２の長さ全体に対応する大きさとしてもよく、横型１０は外装缶１の側面の幅全体に対応する大きさとしてもよい。

図３は、嵌合体９の仮止め状態を示す図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図を示している。図３（ａ）に示したように、一対の横型１０により外装缶１の両側面を押圧することにより、両側面の膨らみを抑えることができる。上型１１により封口体２を押圧することにより、図１（ｂ）に示したような封口体２のそりを抑えることできる。負極端子６（図１（ｂ））の先端面の位置が、外装缶１の上端面より高い場合は、上型１１の裏面に凹み部を設けておけばよい。

図３（ｂ）に示したように、上型１１は、４つの貫通孔１２ａ−１２ｄを備えている。外装缶１と封口体２との継ぎ目１３のうち、貫通孔１２ａ−１２ｄに対応する部分にレーザ光を照射して、封口体２を外装缶１に溶接することができる。

図４は、仮止め溶接工程を示す斜視図であり、図４（ａ）は、溶接中の状態を示す斜視図、図４（ｂ）は溶接後の状態を示す斜視図である。図４（ａ）の状態は、レーザ溶接機２０からレーザ光を、外装缶１と封口体２との継ぎ目１３のうち、貫通孔１２ａに対応する部分にレーザ光を照射している。このことにより、１箇所の溶接が完了する。

１箇所の溶接が完了する毎に、レーザ溶接機２０を異なる貫通孔の位置に移動させて、再び溶接をする。このようにして、合計４箇所の仮止め溶接が完了する。このことにより、図４（ｂ）に示したように、外装缶１と封口体２との継ぎ目１３には、４個の溶接ナゲット１４ａ−１４ｄが形成されている。

前記の通り、仮止め溶接は、外装缶１の両側面の膨らみを抑えつつ、封口体２のそりを抑えた状態で行っている。このため、仮止め溶接前に、封口体２と外装缶１との嵌合状態が不十分であっても、仮止め溶接後は、封口体２と外装缶１との嵌合状態は良好になっている。

なお、溶接箇所は４箇所に限るものではなく、必要に応じて適宜決定すればよい。例えば、溶接箇所を封口体２の対向する２辺の各１箇所とし合計２箇所としてもよい。この場合は、各１箇所の溶接箇所は、外装缶１の厚さ方向（Ｙ方向）の線上に配置するのではなく、外装缶１の幅方向（Ｘ方向）にずらして配置すれば、仮止めがより確実になる。これは、図４（ａ）の例では、貫通孔１２ａ及び１２ｃの位置又は貫通孔１２ｂ及び１２ｄの位置となる。

また、上型１１は、溶接箇所に対応させて４つの貫通孔１２ａ−１２ｄを備えた例で説明したが、溶接箇所を露出させることができれば他の形状でもよい。例えば、溶接箇所に対応した部分に切り欠きを設けた形状でもよい。

また、仮止め溶接の方法は、レーザ溶接に限定されず、抵抗溶接や接着剤によるものであってもよい。

また、図４（ｂ）の例では、４個の溶接ナゲット１４ａ−１４ｄが点状の例で説明したが、線状であってもよい。

また、横型１０と上型１１の双方を用いた仮止め溶接の例で説明したが、外装缶１と封口体２との嵌合時点で、外装缶１の両側面の膨らみが生じにくい場合には、横型１０による押圧を省いてもよい。

図５は本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の製造装置の概略図を示している。本図に示した密閉型電池の製造装置３０は、図２に示した一対の横型１０及び上型１１を備えている。横型１０及び上型１１の可動機構は、通常の機構を用いて適宜設計すればよい。例えば、一対の横型１０による押圧は、シリンダ機構やカム機構を用いればよい。上型１１による押圧は、例えば、上型１１をアームに取り付け上型１１をアームと一体に回転移動させるようにすればよい。

アーム２１がレーザ溶接機２０を支持している。アーム２１はテーブル２２上に取り付けられている。アーム２１をＸ方向（紙面に対し垂直方向）に移動させれば、レーザ溶接機２０を外装缶１の幅方向（図４（ａ）のＸ方向）に移動させることができる。この移動をさせるには、例えばＸ方向に伸縮するロッドを備えたシリンダ機構のロッドにアーム２１を接続すればよい。

アーム２１をＹ方向に移動させれば、レーザ溶接機２０を外装缶１の厚さ方向（図４（ａ）のＹ方向）に移動させることができる。図５の例では、カム２３を回転移動させてカム２３の先端を往復移動させることにより、テーブル２２をＹ方向に往復移動させることができる。このことにより、アーム２１はＹ方向に往復移動し、アーム２１と一体のレーザ溶接機２０をＹ方向に往復移動させることができる。

以上のように、図５に示した密閉型電池の製造装置によれば、レーザ溶接機２０をＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。このことにより、図４（ａ）の例では、レーザ溶接機２０を隣接する貫通孔の位置に移動させながら、各貫通孔の位置で溶接をすることができる。

図５において、仮止め溶接の際には、嵌合体９はトレイ２５に載置されている。トレイ２５は内部状態を示すため、断面図で示している。トレイ２５は、コンベア２６上に載置されている。１個分の嵌合体９の仮止め溶接が完了すると、トレイ２５がコンベア２６に搬送されて、次の嵌合体９の仮止め溶接を行なうことになる。

なお、図５に示した密閉型電池の製造装置は、横型１０及び上型１１の双方を備えた例で説明したが、外装缶１の両側面の膨らみが生じにくい密閉型電池を対象とする場合には、横型１０を省いた構成も考えられる。

図６は、嵌合体９のシーム溶接を示す斜視図である。嵌合体９の仮止め溶接が完了すると、嵌合体９の本溶接へ移行する。本溶接の際には、本溶接に専用の溶接機を用いる。本溶接の際には、図６に示したように、一対の横型３２によって、外装缶１の両側面を押圧する。この状態で、レーザ溶接機３１により、仮止め溶接工程における溶接箇所に重ねて溶接しながら、外装缶１と封口体２との継ぎ目３３を全周に亘りシーム溶接する。

前記の通り、本溶接前の仮止め溶接により、封口体２と外装缶１との嵌合状態は良好になっているので、本溶接におけるシーム溶接も良好になる。

封口体２が仮止め溶接されていることにより、本溶接においては、横型３２による外装缶１の両側面の押圧を省いてもよい場合もある。また、横型３２を用いる場合には、横型３２は外装缶１の側面の幅全体に対応する大きさとしてもよい。

シーム溶接が完了した後は、電解液を注入孔８より注入し、注入孔８を封止して密閉型電池が完成する。

以上のように、本発明によれば、封口体のそりを抑えて、封口体と外装缶との溶接不良を防止することができるので、本発明は、例えば携帯電話やモバイル機器に用いる密閉型電池やその製造方法及び製造装置として有用である。

本発明の一実施の形態に係る外装缶の開口に封口体を嵌合させる様子を示す斜視図であり、（ａ）図は、外装缶１の開口に封口体２を嵌合させる前の状態を示す斜視図、（ｂ）図は外装缶１の開口と封口体２とを嵌合させた状態を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る仮止め工程を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る嵌合体の仮止め状態を示す図であり、（ａ）図は側面図、（ｂ）図は平面図。 本発明の一実施の形態に係る仮止め溶接工程を示す斜視図であり、（ａ）図は、溶接中の状態を示す斜視図、（ｂ）図は溶接後の状態を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の製造装置の概略図。 本発明の一実施の形態に係る嵌合体のシーム溶接を示す斜視図。 （ａ）図は従来の密閉型電池の一例の斜視図、（ｂ）図は封口体と外装缶との嵌合が不十分である場合の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 外装缶
２ 封口体
９ 嵌合体
１０ 横型
１１ 上型
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 貫通孔
１３ 継ぎ目部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 溶接ナゲット
２０，３１ 溶接機
３０ 密閉型電池の製造装置

Claims (8)

1. 外装缶の開口に封口体を嵌合させて嵌合体を形成する工程と、
   前記嵌合体を前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑え、かつ前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑えた状態で、前記封口体の一部を前記外装缶に溶接する仮止め溶接工程と、
   前記封口体の外周を前記外装缶に溶接する本溶接工程とを備えたことを特徴とする、前記外装缶の開口と前記封口体の表面とが面一状の密閉型電池の製造方法。
2. 外装缶の開口に封口体を嵌合させて嵌合体を形成する工程と、
   前記嵌合体を前記封口体側から押圧し、かつ前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑えた状態で、前記封口体側からレーザ光を照射して前記封口体の一部を前記外装缶に溶接する仮止め溶接工程と、
   前記封口体の外周を前記外装缶に溶接する本溶接工程とを備えたことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
3. 前記仮止め溶接工程において、前記嵌合体を前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑える請求項２に記載の密閉型電池の製造方法。
4. 前記本溶接工程において、前記仮止め溶接工程における溶接箇所に重ねて溶接しながら、前記封口体の全周を前記外装缶に溶接する請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池の製造方法。
5. 前記本溶接工程において、前記外装缶の前記両側面を押圧した状態で、前記封口体の全周を前記外装缶に溶接する請求項４に記載の密閉型電池の製造方法。
6. 外装缶の開口に封口体を嵌合させた、前記外装缶の開口と前記封口体の表面とが面一状の密閉型電池の製造装置であって、
   前記外装缶と前記封口体との嵌合体を、前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑える上型と、
   前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑える横型と、
   前記封口体を前記外装缶に溶接する溶接機とを備えたことを特徴とする密閉型電池の製造装置。
7. 外装缶の開口に封口体を嵌合させた密閉型電池の製造装置であって、
   前記外装缶と前記封口体との嵌合体を、前記封口体側から押圧する上型と、
   前記外装缶の両側面を押圧して前記両側面の膨らみを抑える横型と、
   前記封口体を前記外装缶に溶接する溶接機とを備え、
   前記溶接機はレーザ溶接機であり、前記封口体側からレーザ光を照射することを特徴とする密閉型電池の製造装置。
8. 前記上型は、前記外装缶と前記封口体との嵌合体を、前記封口体側から押圧して前記封口体のそりを抑える請求項７に記載の密閉型電池の製造装置。

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