JP5549512B2 - 電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電池の製造方法に関するものであり、より詳しくは、端子にかしめ加工を施す電池の製造方法である。

電池構造の一形態として、正極板、負極板およびセパレータから形成される発電要素が電池ケースおよび電池蓋からなる電池外装体に収納されており、正極板と電気的に接続された正極端子および負極板と電気的に接続された負極端子が、前記電池外装体に設けられた孔から電池外部に引き出される形態がある。発電要素から電池外部まで配される端子は単一の部品から構成されるとは限らず、複数の部品が接続される形態がある。

発電要素に接続された端子は電池外装体に設けられた孔を介して電池外部に引き出されており、電池内部の気密性、および端子と電池外装体との絶縁性を保つために、パッキング材を用いたかしめ加工や、セラミック又はガラスを用いたシール加工などが施されている。特許文献１および特許文献２には、パッキング材を用いたかしめ加工の方法が開示されている。

パッキング材を用いたかしめ加工の形態として、電池外装体に接するように電池内外にそれぞれパッキング材を配置し、いずれかのパッキング材に設けられた挿入部を電池外装体に設けられた孔に挿入し、さらに、その挿入部に設けられた孔に端子の軸部を挿通させて、挿通させた軸部の端部を外側に広がるように変形させてかしめ加工する形態がある。この形態では、端子と電池外装体との間に絶縁性のパッキング材が介在するので、端子と電池外装体とは絶縁される。また、かしめ加工によってパッキング材が電池外装体に密着固定されるので、電池外装体に設けられた孔が封口されて気密性が保たれる。

特開平０９−１４７８３２号公報 特開２００１−０８４９９１号公報

端子と電池外装体との間にパッキング材を介在させて端子の端部をかしめ加工する場合、電池外装体に設けられた孔にパッキング材の挿入部を挿入しやすくするために、電池外装体に設けられた孔の内面とパッキング材の挿入部の外面との間に若干の隙間を設ける必要がある。同様に、パッキング材の挿入部に設けられた孔に端子の軸部を挿入しやすくするために、パッキング材の挿入部の内面と端子の軸部の外面との間に若干の隙間を設ける必要がある。これら隙間が存在するため、かしめ加工する前は、電池外装体に設けられた孔は完全に封口されている状態ではなく、端子を上下方向から加圧しながらかしめ加工して、パッキング材を電池外装体に密着固定させることで電池外装体に設けられた孔が封口される。

しかしながら、かしめ加工時の加圧が不十分であると、パッキング材と電池外装体との密着性が不十分となり、パッキング材と電池外装体との間に隙間が生じて電池内部の気密性が低下するという問題が生じる。本発明は係る問題を鑑みてなされたものであり、端子にかしめ加工を施す電池において電池内部の気密性の低下を防ぐものである。

本出願の第一の発明は、電池外装体と、前記電池外装体に設けられた孔と、前記孔に配された端子とを備え、回転するポンチで前記端子の端部を変形させる電池の製造方法であって、前記孔に中実状の前記端子とパッキング材とを配置し、前記ポンチには突起部が設けられており、前記ポンチを回転させることで、前記突起部が前記端子の端面に凹部を形成することを特徴とする。

本出願の第二の発明は、第一の発明に記載の電池の製造方法であって、前記凹部が前記端子の端面の中央に形成されることを特徴とする。

本出願の第一の発明によると、端子を上下方向から加圧しながら回転するポンチで端子の端部を変形させるかしめ加工にて、ポンチに設けられた突起部が端子の端面を加圧することで端子の端面に凹部が形成される。凹部の形成に起因して端子の軸部の内部に広がる圧力が発生し、この圧力によって端子とパッキング材との間の隙間、およびパッキング材と電池外装体との間の隙間が閉塞され、電池内部の気密性が保たれる。

本出願の第二の発明によると、端子の端面の中央に凹部を形成することで、端子の軸部の周囲全方向への圧力が均一となり、偏りなく隙間を閉塞することができる。

本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池の構造の斜視図を示す。 本発明の実施形態に係る正極の端子構造の分解図を示す。 本発明の実施形態に係る正極の端子構造において、かしめ加工前の状態を示す。 本発明の実施形態に係る正極の端子構造において、かしめ加工後の状態を示す。 本発明の他の実施形態に係る正極の端子構造を示す。

以下、本発明に係る電池の一実施形態として、非水電解質二次電池、より詳しくは、巻回して形成された発電要素を電池ケースに収容した非水電解質二次電池について、図面を参酌しつつ説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されるものではない。

本実施形態に係る非水電解質二次電池は、図１に示すように、電池ケース１および電池蓋２からなる電池外装体、その電池外装体に収納される発電要素３を備える。電池ケース１および電池蓋２はステンレス鋼の板をプレス加工したものであり、発電要素３は、帯状の正極板および帯状の負極板をセパレータを介在させて巻回することで形成される。

正極板は、リチウム遷移金属酸化物などからなる正極活物質、アセチレンブラックなどからなる導電助剤、およびポリフッ化ビニリデンなどからなる結着剤を含む正極合剤ペーストを、アルミニウム箔などからなる帯状の正極集電箔の表面に塗布して、その後、正極合剤ペーストを乾燥し、圧延することで得られる。負極板は、黒鉛などからなる負極活物質およびポリフッ化ビニリデンなどからなる結着剤を含む負極合剤ペーストを、銅箔などからなる帯状の負極集電箔の表面に塗布して、その後、負極合剤ペーストを乾燥し、圧延することによって得られる。正極板と負極板との間にセパレータが介在するように正極板、負極板およびセパレータを巻回することで発電要素３が得られる。

本実施形態に係る正極の端子構造の分解図を図２に示す。本実施形態に係る正極の端子構造における構成部品として、電池内外に亘って配される正極リベット端子４、正極リベット端子４と外部（負荷、充電器又は他の電池）とを接続する正極外部接続体５、電池蓋２と正極外部接続体５との間に備えられる上部パッキング材６、発電要素３と正極リベット端子４とを接続する正極集電接続体８、および電池蓋２と正極集電接続体８との間に備えられる下部パッキング材７がある。

正極リベット端子４はステンレス鋼からなり、頭部４１と軸部４２を有する。正極リベット端子４の軸部４２には中空部は設けられておらず、正極リベット端子４は中実リベットの形態である。上部パッキング材６および下部パッキング材７はポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂からなる。上部パッキング材６は、電池蓋２の孔２１に挿入される挿入部６１を有しており、挿入部６１には中空孔６２が設けられている。下部パッキング材７には、上部パッキング材６の挿入部６１が勘合される孔７１が設けられている。

正極外部接続体５はステンレス鋼板を加工したものであり、正極リベット端子４の軸部４２が挿通するための孔５１が設けられている。また、正極集電接続体８はアルミニウム板を加工したものであり、正極外部接続体５と同様に、正極リベット端子４の軸部４２が挿通するための孔８１が設けられている。

正極リベット端子４のかしめ加工を図３および図４を用いて説明する。上部パッキング材６の挿入部６１を電池蓋２の孔２１に挿入した後に、下部パッキング材７の孔７１を挿入部６１に嵌めこむことで、上部パッキング材６と下部パッキング材７とを勘合する。その後、上部パッキング材６に正極外部接続体５を、下部パッキング材７に正極集電接続体８を配置し、正極外部接続体５の孔５１、上部パッキング材６の中空孔６２および正極集電接続体８の孔８１に正極リベット端子４の軸部４２を挿通することで、図３に示すように、かしめ加工前の状態が得られる。

次に、正極リベット端子４の軸部４２の端部にポンチ９を当接し、正極リベット端子４を上下方向から加圧しながらポンチ９を公転させることで、正極リベット端子４の軸部４２の端部が外側に広がるように変形して、かしめ加工が施される。

本実施形態では、ポンチ９に突起部９１が設けられている。突起部９１が正極リベット端子４の軸部４２の端面に接した状態で、正極リベット端子４を上下方向から加圧しながらポンチ９を公転させることで、図４に示すように、正極リベット端子４の軸部４２の端部に凹部１０が形成される。凹部１０が形成されると、図４の矢印方向の圧力が発生して、その圧力が上部パッキング材６の挿入部６１を圧迫することで、正極リベット端子４の軸部４２と上部パッキング材６の挿入部６１との間の隙間、および上部パッキング材６の挿入部６１と電池蓋２との間の隙間が閉塞され、電池内部の気密性が保たれる。

また、凹部１０を形成させることで、正極リベット端子４の軸部４２の外周部と正極集電接続体８の孔８１の内周部との密着性が高まり、その結果、正極リベット端子４と正極集電接続体８との電気抵抗を小さくすることができる。

正極リベット端子４の軸部４２の端面中央にポンチ９の突起部９１を配置することが好ましい。このようにすることにより、凹部１０が正極リベット端子４の軸部４２の端面中央に形成され、圧力が正極リベット端子４の軸部４２の周囲全方向へ均一に加わり、偏りなく隙間を閉塞することができる。

負極についても、正極と同様に、負極リベット端子１１によって、負極外部接続体１２、負極集電接続体（図示せず）、上部パッキング１３および下部パッキング（図示せず）が電池蓋２に固定される。次に、正極集電接続体８の接続部８２および負極集電接続体の接続部を、それぞれ発電要素３の正極板および負極板と超音波溶接で接合して、発電要素３を電池ケース１に収納して、電池ケース１と電池蓋２とをレーザー溶接で接合することで非水電解液を備えていない状態の非水電解質二次電池が得られる。電池ケース１又は電池蓋２に設けられた注液孔（図示せず）から非水電解液を注液して注液孔を封口することで本実施形態の非水電解質二次電池が得られる。

ポンチ９に設けられた突起部９１は半球状であり、突起部９１を正極リベット端子４の軸部４２の端面に当接させる。この際、突起部９１が当接する位置を決めるためのガイドとして、正極リベット端子４の軸部４２の端面に小さい凹部を予め設けておくとよい。突起部９１を正極リベット端子４の軸部４２の端面に当接した状態で、正極リベット端子４を上下方向から加圧しながら、ポンチ９を傾けて公転させることで、ポンチ９の平坦部９２によって正極リベット端子４の軸部４２の端部が外側に広がるように変形し、かつ、突起部９１によって凹部１０が形成される。突起部９１の大きさを適宜変更することで、凹部１０の大きさを制御することができるので、パッキング材を圧迫する力を制御することができる。

上記の実施形態では、正極リベット端子４の頭部４１と上部パッキング材６との間に正極外部接続体５を備える構成を示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、正極リベット端子４の頭部に平坦部を設けて、その平坦部と正極外部接続体とを溶接してもよい。また、図５に示すように、正極リベット端子４の頭部に螺子部１４を設けて、正極外部接続体に設けられた孔に螺子部１４を挿通させた後にナットで固定するようにしてもよい。正極外部接続体５と同様、正極リベット端子４の変形した端部と下部パッキング材７との間に正極集電接続体８を備える構成に限定されるものではない。例えば、正極リベット端子４の変形した端部と正極集電接続体とを溶接してよい。

上記の実施形態では、正極上部パッキング材６に挿入部６１が設けられた構成を示したが、挿入部６１のみが成型された部品を電池蓋２の孔２１に挿入して、板状もしくはシート状の上部パッキング材を電池蓋２に別途配置してもよい。

上記の実施形態では、正極リベット端子４の軸部４２の一端部をかしめ加工する構成を示したが、正極リベット端子４の両端部にかしめ加工を施してもよい。正極リベット端子４の軸部４２の端部をかしめ加工するのと同時か、もしくは前記かしめ加工をおこなった後に、突起部９１が設けられたポンチ９で正極リベット端子４の頭部４１をかしめ加工することで、正極リベット端子４の両端部に凹部を形成させることができる。正極リベット端子４の両端部に凹部を形成することで、パッキング材を圧迫する面積が広くなり、気密性を向上させることができる。

また、従来の突起部を備えていないポンチでかしめ加工をおこなった後に、突起部９１を備えたポンチ９で更にかしめ加工することで正極リベット端子４の端部に凹部を形成してもよく、かしめ加工の回数は複数回であってもよい。

本発明の発電要素は上記の巻回型に限定されず、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介して積層する積層型の発電要素であってもよい。また、本発明の電池種は上記の非水電解質二次電池に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、あるいは電気二重層キャパシタであってもよい。

１ 電池ケース
２ 電池蓋
３ 発電要素
４ 正極リベット端子
４１ 頭部
４２ 軸部
５ 正極外部接続体
６ 上部パッキング材
６１ 挿入部
６２ 中空孔
７ 下部パッキング材
８ 正極集電接続体
９ ポンチ
９１ 突起部
９２ 平坦部
１０ 凹部
１４ 螺子部

Claims (2)

1. 電池外装体と、前記電池外装体に設けられた孔と、前記孔に配された端子とを備え、回転するポンチで前記端子の端部を変形させる電池の製造方法であって、
   前記孔に中実状の前記端子とパッキング材とを配置し、前記ポンチには突起部が設けられており、前記ポンチを回転させることで、前記突起部が前記端子の端面に凹部を形成することを特徴とする電池の製造方法。
2. 前記凹部が前記端子の端面の中央に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。