JP5555665B2 - 円筒形二次電池 - Google Patents
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Description
電池容器は、上部に開口部を有する筒状の電池缶と、この電池缶の上部開口部を塞ぎ、ガスケットといわれる絶縁部材を介して電池缶にかしめにより固定される蓋部材とを備えている。
[円筒形二次電池の全体構造]
以下、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を図面と共に説明する。
図1は、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を示す拡大断面図であり、図2は、図1に示された円筒形二次電池の分解斜視図である。
円筒形二次電池1は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、底部2cを有し、上部に開口部2bを有する円筒形の電池缶2および電池缶2の開口部2bを封口するハット型の電池蓋3で構成される電池容器を有する。電池容器の内部には、以下に説明する発電用の各構成部材が収容され、非水電解液5が注入されている。
電池缶2の中央部には、発電要素10が配置されている。発電要素10は、軸方向に沿う中空部を有する細長い円筒形の軸芯15と、軸芯15の周囲にセパレータを介して捲回された正極板および負極板とを備える。
図3は、発電要素10の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。
図3に図示されるように、発電要素10は、軸芯15の周囲に、正極板11、負極板12、および第1、第2のセパレータ13、14が捲回された構造を有する。
正極合剤は、厚さ20μm程度のアルミニウム箔からなる正極金属箔11aの両面に、片側の厚さ40μm程度に塗布される。正極金属箔11aをプレスにより裁断する際、正極リード16を一体的に形成する。
負極合剤は、厚さ10μm程度の圧延銅箔からなる負極金属箔12aの両面に、片側の厚さ40μm程度に塗布される。負極金属箔12aを裁断する際、負極リード17を一体的に形成する。
負極板12の負極処理部12bの幅は、正極板11の正極処理部11bの幅よりも大きい。負極処理部12bの幅および長さを正極処理部11bの幅および長さよりも大きくして、正極処理部11bの全領域を負極処理部12bで覆う構造とされている。リチウムイオン二次電池の場合、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔12aが表出していると負極金属箔12aにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となる。上記の如く、正極処理部11bの全領域を負極処理部12bで覆うことにより、このようなリチウム析出に伴う内部短絡を防止することができる。
図1において、中空な円筒形状の軸芯15には、軸方向(図面の上下方向)の上端部の内面に中空部よりも径大の溝15aが形成され、この溝15aに大略薄い円筒状の正極集電板27が圧入されている。
正極集電板27は、円盤状の基部27a、この基部27aの内周部において軸芯15側に向かって突出し、軸芯15の内面に圧入される下部筒部27b、および外周縁において電池蓋3側に突き出す上部筒部27cを有する。正極集電板27の基部27aには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部27d(図2参照)が形成されている。
負極集電板21の下面には、ニッケルからなる負極通電リード23が溶接されている。
負極通電リード23は、鉄製の電池缶2の底部において、電池缶2に溶接されている。
正極集電板27の上部筒部27c上には、電池蓋ユニット40が配置されている。電池蓋ユニット40は、リング形状をした絶縁板34、絶縁板34に設けられた開口部34a(図2参照)に嵌入された接続板35、接続板35に溶接されたダイアフラム構造の蓋体37および蓋体37に、かしめにより固定された電池蓋3により構成される。
絶縁板34は、下方に延出され開口部側に突出する筒部34bを有している。絶縁板34の筒部34bには接続板35が嵌合されている。接続板35の下面には、接続リード33の他端部がレーザ溶接等により接合されている。接続リード33は他端部側において湾曲状に折り返されて、正極集電板27に溶接された面と同じ面が接続板35に接合されている。
ガスケット43を電池缶2の溝2aの上部に載置し、ガスケット43の開口部内に蓋部材30を収容する。この状態で、電池缶2の開口部2bの周縁部を溝2a側にプレスする。これにより、電池缶2の開口部2bの周縁部と溝2aとの間に介在する蓋部材30の周縁部にガスケット43の周縁部43bが屈曲されてかしめられる。電池缶2と蓋部材30をかしめることにより、外部に対して密封された電池容器が作製される。
図4は、図1に図示された電池蓋と電池缶との固定構造を示す拡大断面図であり、図5は、蓋部材を構成する電池蓋と蓋体との固定構造を示す外観斜視図である。
上述した如く、電池蓋ユニット40は、蓋部材30と、絶縁板34と、接続板35が一体化されて構成されている。蓋部材30は、電池蓋ユニット40を作製する前に、予め、電池蓋3の周縁部3aに蓋体37の周縁部であるフランジ部37cをかしめることにより一体化されて構成されている。
蓋体37は電池蓋3の内面側に配置されており、フランジ部37cは、電池蓋3の外周側面に対応する部分において立ち上げられ、電池蓋3の外面側において内周側に折り返されている。各切り欠き55の一端55aは、折り返し起点、換言すれば、かしめ後における蓋体37の外周側面37s、よりも内側に形成されている。また、各切り欠き55の他端は、外周側面37sと接合用突出部37dの端部37dEとの間の縁部52に達している。
各切り欠き55は、一端55a側が幅広く、縁部52側が幅狭になるように、あるいは、縁部52側が閉塞されるように形成されている。
蓋部材30が周縁部において波打っていると、蓋部材30とガスケット43との間に隙間が生じるため、円筒形二次電池1の気密性が損なわれる恐れがある。
本実施形態における円筒形二次電池1の蓋体37においては、フランジ部37cに、縁部52から外周側の折り返し起点側に向かって延出された複数の切り欠き55が形成されている。かしめの際、蓋体37のフランジ部37cは、切り欠き55が縁部52側において幅狭になるように変形して、外周と内周との長さの差が吸収される。これにより、蓋体37のフランジ部37cの、波打ちが抑えられる。このため、本実施形態では、蓋部材30とガスケット43との間には、波打ちに起因する隙間が生じることがなく、円筒形二次電池1の気密性が向上する。
かしめる前の切り欠き55は、一端55a側が半円形形状とされ、全体としてU字形状を有する。切り欠き55の幅は、一端55aを除き、ほぼ均一である。
蓋体37の切り欠き55は、かしめる前は均一であった幅が、かしめた後では縁部52側において幅狭になっている。あるいは、縁部52側において閉塞されている。つまり、蓋体37のフランジ部37cの縁部52が内周側に屈曲された際の周長の差の分、切り欠き55における縁部52側が幅狭になるように変形される。これにより、電池蓋3にかしめた蓋体37のフランジ部37cの波打ちが吸収または低減される。
次に、電池蓋3に蓋体37をかしめることにより一体化して蓋部材30を形成する方法を図9〜11を参照して説明する。
まず、図9に図示されるように、アルミニウム系金属からなる金属板を、プレスにより円形に切り出して、蓋体素材37’を作製する。
次に、蓋体素材37’を絞り加工して、図10に図示されるように、周縁部にフランジ形成部37b’を有する円筒形状にする。
パンチ60は、前面部61が、電池缶2の外周部と同一の半径の円弧形状に形成されている。また、パンチ60の底部には、電池缶2に形成される切り欠き55に対応するU字形状の突起部62が複数個、形成されている。
突起部62の間隔は、円周に沿う長さがほぼ同一とされている。換言すれば、幅方向における直線的な間隔は、円周に沿って等間隔に配列された切り欠き55を、平面に投影した間隔となっている。
このようにして、図6に図示された蓋体37が作製される。なお、図11においては、説明の都合上、蓋体37は、パンチ60による打ち抜き加工が完了し、フランジ部37cの全周に切り欠き55が形成された状態を示している。
次に、蓋部材30の作製方法の他の例を、図12および図13を参照して説明する。
第2の方法は、図12に図示されるように、円形の蓋体素材37’をパンチ70とダイ80により、図13に図示された展開された状態の蓋体37に打ち抜く方法である。
パンチ70は、蓋体37の切り欠き55に対応するU字形状の溝71および蓋体37の接合用突出部37dに対応する突出側部72が形成された柱状形状を有する。
ダイ80は、中央部の中空部に、パンチ70の溝71に対応する突出側部81およびパンチ70の突出側部72に対応する凹部82が形成された筒状形状を有する。
次に、図13に図示される蓋体板37Aを絞り加工することにより、図6に図示された蓋体37が作製される。
この後、蓋部材30を作製する方法は、上述した作製方法1と同様である。
上記一実施の形態では、電池蓋3の周縁部3aにかしめにより固定される蓋体37のフランジ部37cに、縁部52から折り返し起点側に延出される複数の切り欠き55を形成した。切り欠き55は、かしめの際、縁部52側が幅狭となるように変形するため、フランジ部37cの外周と内周の各長さの差が吸収される。これに伴い、蓋体37のフランジ部37cは波打ちが吸収または低減される。このため、電池缶と蓋部材30とをガスケット43を介在してかしめる際、蓋部材30とガスケット43との間に蓋部材30の波打ちに起因する隙間が生じることがなく、円筒形二次電池1の気密性の信頼性が向上する。
接合用突出部37dは、縁部52よりも内周側に突き出している。蓋体37を電池蓋3に溶接する接合部56の面積は、電池の充放電電流に基づき所定の値が必要とされるが、接合用突出部37dに接合部56を設けることにより、フランジ部37cそのものに接合部56を設ける必要がなく、フランジ部37cの折り返し起点からの縁部52の高さを小さくすることが可能となる。これに伴ってフランジ部37cの外周と内周の各周長の差を小さくすることができるので、切り欠き55の幅を小さくすることができる。その結果、切り欠き55の形成に伴って発生するかしめ強度の低減を抑えることができる。
図14は、本発明の円筒形二次電池の実施形態2としての蓋部材の外観斜視図であり、図15は、図14に図示された蓋体の作製工程における一状態、具体的には、電池蓋にかしめる前の状態を示す外観斜視図である。また、図16は、図15に図示された蓋体の切り欠きの形状を示す拡大側面図である。
実施形態2に示す蓋部材30が、実施形態1と異なる点は、蓋体37のフランジ部37cに形成される切り欠き55’をV字形状とした点である。
図17は、図14に図示されたかしめ後の蓋体の拡大平面図である。
かしめ前に、蓋体37のフランジ部37cに形成された切り欠き55’は、その幅が、折り返し起点側から縁部52側に向かって、直線的に増大している。このため、かしめ後における切り欠き55’の幅は、全長に亘り、ほぼ均一となる。V字形状が適切であれば、かしめ後における切り欠き55’の幅を、全長に亘りほぼ0とすることも可能である。
実施形態2における、他の構成は実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
この方法は、基本的に、実施形態1に関して説明した蓋部材の作製方法1と同じである。
図9に図示されるように、円形の蓋体素材37’を切り出し、蓋体素材37’を絞り加工して、図10に図示されるように周縁部にフランジ形成部37c’を有する円筒形に形成する。
ここで、パンチ60の底部に形成された突起部62’がV字形状を有している点が実施形態1における蓋部材30の作製方法1と相違する点である。
この方法は、基本的に、実施形態1に関して説明した蓋部材の作製方法2と同じである。
図19に図示されるように、円形の蓋体素材37’を切り出し、パンチ70とダイ80により、図20に図示された展開された状態の蓋体37に打ち抜く。
パンチ70は、蓋体37の切り欠き55’に対応する溝71’および蓋体37の接合用突出部37dに対応する突出側部72が形成された柱状形状を有する。
ダイ80は、中央部の中空部に、パンチ70の溝71’に対応する突出側部81’およびパンチ70の突出側部72に対応する凹部82が形成された筒状形状を有する。
ここで、パンチ70の溝71’およびダイ80の突出側部81’がV字形状を有する点が実施形態1の蓋部材の作製方法2と相違する点である。
実施形態2においても、蓋体37のフランジ部37cに、複数の切り欠き55を形成したので、かしめの際、切り欠き55の縁部52側が幅狭となるように変形し、外周の周長と内周の週長の差が吸収される。従って、電池缶2と蓋部材30とをガスケット43を介在してかしめる際、蓋部材30とガスケット43との間に、蓋部材30の波打ちに起因する隙間が生じることがなく、実施形態1と同様に、円筒形二次電池1の気密性の信頼性が向上する効果を奏する。
なお、上述した通り、縁部52側の切り欠き55’を縁部52の周長とフランジ折り返し側の周長との差に等しくなるV字形状とすれば、かしめ後の切り欠き55’の幅をほぼ0にすることができるので、かしめ強度の向上のうえでさらに好ましい。
蓋体37のフランジ部37cに接合用突出部37dを形成しない場合には、切り欠き55を、縁部52の全周に亘り、ほぼ等間隔で形成することができる。あるいは、フランジ部37cの所定の領域には、切り欠き55を形成しないようにしてもよい。
2 電池缶
3 電池蓋
4 電池容器
5 非水電解液
10 発電要素
11 正極板
12 負極板
20 発電ユニット
30 蓋部材
37 蓋体
37c フランジ部
37d 接合用突出部
40 電池蓋ユニット
43 ガスケット(絶縁部材)
52 縁部
55、55’ 切り欠き
55a 一端
Claims (9)
- 正極板と負極板とがセパレータを介して軸芯の周囲に捲回された発電要素と、
上部側に開口部を有し、前記発電要素が収容され、電解液が注入された電池缶と、
絶縁部材を介して前記電池缶にかしめにより固定されて前記電池缶の開口部を塞ぐ蓋部材とを具備し、
前記蓋部材は、円形の外周側面を有する電池蓋と、前記電池蓋の一面側に配置され、前記電池蓋の外周側面に対応する部分で屈曲され、前記電池蓋の他面側において内周側に折り返されて前記電池蓋にかしめられたフランジ部を有する蓋体とを含み、
前記フランジ部に円周方向に配列された複数の切り欠きが形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。 - 請求項1に記載の円筒形二次電池において、前記蓋体の切り欠きは、かしめる前において、それぞれ、内周側の縁部と折り返し起点部との間に端部が形成され、前記内周側の縁部側が開口されたU字形状に形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項2に記載の円筒形二次電池において、前記蓋体の切り欠きは、かしめた後において、前記端部側が幅広く、前記内周側の縁部側が幅狭となっているか、または、前記内周側の縁部側の開口された部分が閉塞されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項1に記載の円筒形二次電池において、前記蓋体の切り欠きは、かしめる前において、それぞれ、内周側の縁部と折り返し起点部との間に端部が形成され、前記内周側の縁部側が開口されたV字形状に形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項4に記載の円筒形二次電池において、前記蓋体の切り欠きは、かしめた後において、前記端部から前記内周側の縁部側までの全長に亘り、その幅がほぼ均一であるか、または閉塞されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項2乃至5のいずれか1項に記載の円筒形二次電池において、前記複数の切り欠きの前記内周側の縁部における開口された部分の幅の合計は、かしめる前において、前記フランジ部の内周縁における周長と前記電池蓋の外周側面の周長との差と同一もしくはそれよりも大きいことを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項2乃至6のいずれか1項に記載の円筒形二次電池において、前記フランジ部には、前記内周側の縁部よりも内周側に突き出された接合用突出部が形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項7に記載の円筒形二次電池において、前記接合用突出部の円周方向における両側の側部に接して、前記切り欠きが形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
- 請求項1に記載の円筒形二次電池において、前記切り欠きは、かしめる前において、内周側の縁部側が折り返し起点側の端部より幅が広く形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
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