JP6688467B2 - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池の製造方法、詳しくは、電極体が収容されたケースに電極端子が設けられた密閉型電池を製造する方法に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。かかる二次電池は、例えば、電解液と電極体とがケース内に密閉された密閉型電池として構築される。この密閉型電池のケースには、車両のモーター等の外部機器と接続される電極端子が設けられている。

かかる密閉型電池の電極端子近傍の構造の一例を図１に示す。図１に示すように、密閉型電池１００の電極端子３０は、集電部材３２と、ボルト３４と、外部接続部材３６とを備えている。集電部材３２は、密閉型電池１００の高さ方向Ｚに延びる長尺な導電部材である。図示は省略するが、集電部材３２の下端は、ケース１０の内部で電極体と接続されている。また、集電部材３２の上端３２ａは、蓋体１４を貫通してケース１０外に露出している。また、ボルト３４は外部機器と接続される柱状の導電部材である。また、外部接続部材３６は板状の導電部材であって、上記した集電部材３２とボルト３４とを電気的に接続している。また、かかる電極端子３０は、絶縁材料からなる絶縁ホルダ３８と内部シール材３９とが設けられており、上記した各々の導電部材がケース１０（蓋体１４）と通電することを防止している。

また、集電部材３２の上端３２ａは、図２に示すように、筒状に成形された状態で上記した各部材に形成された挿通孔に挿入される。そして、かかる筒状の集電部材３２の上端３２ａを径方向外側に折り曲げながら加圧するかしめ加工を行い、図１のような円板状に変形させることによって、外部接続部材３６と絶縁ホルダ３８と内部シール材３９とが蓋体１４に固定される。また、このときのかしめ加工の圧力によって集電部材３２が拡径し、集電部材３２の外周面３２ｂが外部接続部材３６の第一挿通孔３６ａの壁面に所定の面圧で押し付けられることによって集電部材３２と外部接続部材３６とが電気的に接続される。このように集電部材の上端にかしめ加工を行う技術の例が特許文献１、２に記載されている。

特開２０１１−２３３３９９号公報 特開２０１５−７２７４６号公報

ところで、上記したかしめ加工において集電部材３２が適切に拡径せず、集電部材３２と外部接続部材３６との接触部分における面圧が小さくなると、集電部材３２と外部接続部材３６との間の導通抵抗が上昇する虞がある。
近年では、かかる集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を検査し、従来よりも更に高性能な密閉型電池を安定して提供できるような技術が求められている。しかしながら、集電部材３２と外部接続部材３６は第一挿通孔３６ａの内部で接触しているため、当該接触部分における面圧を直接測定することが困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、集電部材と外部接続部材との接触状態を容易に検査し、高性能な密閉型電池を安定して提供することができる密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池の製造方法が提供される。

ここで開示される密閉型電池の製造方法は、電極体が収容されたケースに、一端がケース内で電極体と電気的に接続されると共に他端がケースの外側に露出している長尺の集電部材と、ケースの外側で集電部材と電気的に接続される板状の外部接続部材とを備えた電極端子が設けられている密閉型電池を製造する方法である。
かかる密閉型電池の製造方法は、ケースの外側に外部接続部材を配置し、ケースと外部接続部材の各々に形成されている挿通孔に集電部材の他端を挿通させる組付け工程と、集電部材の他端をケース内方に向けて押圧して当該集電部材の他端をかしめることによって集電部材を変形させ、挿通孔の内部で集電部材と外部接続部材とを接触させるかしめ工程とを少なくとも含んでいる。
そして、ここで開示される密閉型電池の製造方法では、外部接続部材として、ケース外方に配置される面の挿通孔の近傍にマーキング部が形成された外部接続部材が用いられており、かしめ工程を実施する前にマーキング部の寸法を測定する第１測定工程と、かしめ工程を実施した後にマーキング部の寸法を測定する第２測定工程と、第１測定工程と第２測定工程の各々の測定結果に基づいてかしめ工程におけるマーキング部の寸法変化を求め、当該マーキング部の寸法変化に基づいて集電部材と外部接続部材との接触状態を検査する検査工程とを備えている。

ここで開示される製造方法では、挿通孔近傍にマーキング部が形成された外部接続部材が用いられている。かかるマーキング部が形成されている挿通孔近傍の領域は、集電部材と外部接続部材との接触部分における面圧に応じて変形する。このため、かしめ工程の前後でマーキング部の寸法を測定し、当該測定結果に基づいてマーキング部の寸法変化を求めることによって集電部材と外部接続部材との接触状態を検査することができる。
そして、かかる外部接続部材のマーキング部は、ケース外方側の面に形成されているため、ケース外側から容易に寸法を測定することができる。このため、ここで開示される密閉型電池の製造方法によれば、従来の技術では検査することが構造上困難であった挿通孔内部における集電部材と外部接続部材との接触状態を容易に検査することができる。

密閉型電池の電極端子近傍の構造を模式的に示す断面図である。 図１に示す密閉型電池のかしめ工程前の状態を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法に用いられる外部接続部材を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法を示すフロー図である。 本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の製造方法に用いられる外部接続部材を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）の一例としてリチウムイオン二次電池の製造方法を説明する。なお、ここで開示される製造方法によって製造される密閉型電池はリチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素電池などであってもよい。

また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解液の構成および製法などのリチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

１．密閉型電池の構成
（１）全体構成
本実施形態に係る製造方法を説明する前に、先ず、当該製造方法によって製造される密閉型電池の構成を説明する。
かかる密閉型電池の基本的な構造は従来の密閉型電池と同様である。具体的には、図１に示すように、本実施形態に係る製造方法によって製造される密閉型電池１００では、ケース１０の内部に電極体（図示省略）と電解液とが収納されている。かかる密閉型電池１００のケース１０は、上面が開口した角型のケース本体１２と、当該ケース本体１２上面の開口部を塞ぐ板状の蓋体１４とから構成されている。かかるケース１０は、銅やアルミニウムなどの軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成されていることが好ましい。
なお、上記したように、ケース１０の内部には電極体と電解液とが収容されているが、かかる電極体や電解液については、従来の一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを特に制限なく使用することができるため詳細な説明は省略する。

そして、この密閉型電池１００では、ケース１０の上面をなす蓋体１４に、外部機器と電気的に接続される電極端子３０が設けられている。以下、電極端子３０の具体的な構成について説明する。

（２）電極端子の構成
本実施形態において製造される密閉型電池１００の電極端子３０は、少なくとも、集電部材３２と外部接続部材３６とを備えている。以下、各々の部材について説明する。

（ａ）集電部材
集電部材３２は、長尺の導電部材であり、一端（下端）がケース１０内で電極体（図示省略）と電気的に接続されると共に、他端（上端３２ａ）がケース１０の外側に露出している。具体的には、集電部材３２は、密閉型電池１００の高さ方向Ｚに沿って延びており、下端がケース１０内部で電極体の集電体と接続されている。
一方、集電部材３２の上端３２ａは、図２に示すように筒状に成形された状態で、後述する内部シール材３９、蓋体１４、絶縁ホルダ３８、外部接続部材３６の各部材の挿通孔に挿通される。そして、ケース１０の外部に露出した筒状の上端３２ａにかしめ加工を行い、図１のような円板状に変形させることによって、上記した各部材が蓋体１４（ケース１０）に固定される。

（ｂ）外部接続部材
図３は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法に用いられる外部接続部材を模式的に示す平面図である。かかる外部接続部材３６は板状の導電部材であって、密閉型電池の幅方向Ｘ（図１参照）に沿って延びて、ケース１０外で集電部材３２と電気的に接続されている。この外部接続部材３６の一方の端部には、集電部材３２の上端３２ａを挿通させる第一挿通孔３６ａが形成され、他方の端部には、後述するボルト３４を挿通させるボルト挿通孔３６ｂが形成されている。

そして、図３に示すように、本実施形態において用いられる外部接続部材３６には、ケース１０外方に配置される面（上面）の第一挿通孔３６ａ近傍にマーキング部３６ｃが形成されている。具体的には、図３に示す外部接続部材３６では、当該マーキング部３６ｃとして、第一挿通孔３６ａを挟んで対向するように２対４個の凹部が形成されている。後に詳しく説明するが、本実施形態に係る製造方法では、外部接続部材３６のマーキング部３６ｃの寸法（図３においては、対向するマーキング部３６ｃの距離Ｌ）を測定し、かかる測定結果に基づいて、第一挿通孔３６ａ内部における集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を検査する。

（ｃ）その他の部材
本実施形態に係る製造方法によって製造される密閉型電池１００の電極端子３０は、上記した集電部材３２と外部接続部材３６以外に、ボルト３４と絶縁ホルダ３８と内部シール材３９とを備えている。
ボルト３４は、図１に示すように、ケース１０外部において密閉型電池１００の高さ方向Ｚに立設する柱状の導電部材であり、外部接続部材３６のボルト挿通孔３６ｂに挿通されている。かかる柱状のボルト３４の外周面にはネジ溝（図示省略）が形成されており、外部機器と接続できるように構成されている。なお、ボルト３４には、ナット等を締め込む際に所望の軸力（締付け力）を発揮できるような材料を好ましく用いることができる。

そして、図１に示す密閉型電池１００では、上記した各々の導電部材とケース１０（蓋体１４）とが通電することを防止するために、絶縁ホルダ３８と内部シール材３９とが設けられている。
絶縁ホルダ３８は、蓋体１４の上面と外部接続部材３６との間に配置されており、外部接続部材３６と蓋体１４とを絶縁している。この絶縁ホルダ３８には、ボルト３４の下端を収納するボルト収納部３８ａと、集電部材３２を挿通させる第二挿通孔３８ｂとが形成されている。
また、内部シール材３９は、蓋体１４の下面と集電部材３２との間に配置されている。この内部シール材３９には、集電部材３２を挿通させる第三挿通孔３９ａが形成されており、当該第三挿通孔３９ａの周囲に円筒状の突起３９ｂが設けられている。かかる内部シール材３９の突起３９ｂは、蓋体１４に形成された第四挿通孔１４ａに挿入されて絶縁ホルダ３８の底面に圧着されている。これによって、集電部材３２と蓋体１４とが絶縁されると共に、ケース１０内が封止される。なお、上記した絶縁ホルダ３８や内部シール材３９の絶縁材料には、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂などが用いられる。

２．密閉型電池の製造
次に、本実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する。図４は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法を示すフロー図である。
図４に示すように、本実施形態に係る製造方法は、第１測定工程Ｓ１０と、組付け工程Ｓ２０と、かしめ工程Ｓ３０と、第２測定工程Ｓ４０と、検査工程Ｓ５０とを備えており、これらの工程を経て電極端子３０を作製する。以下、各工程について説明する。

（１）第１測定工程
図４に示す第１測定工程Ｓ１０では、図３に示す外部接続部材３６のマーキング部３６ｃの寸法を測定する。具体的には、本実施形態に用いられる外部接続部材３６には、上記したように、第一挿通孔３６ａを挟んで対向する２対４個の凹部がマーキング部３６ｃとして形成されており、第１測定工程Ｓ１０では、当該対向する各々のマーキング部３６ｃの距離Ｌをそれぞれ測定する。

（２）組付け工程
次に、図４中の組付け工程Ｓ２０では、図２に示すように、ケース１０の外側に外部接続部材３６を配置し、蓋体１４の第四挿通孔１４ａと外部接続部材３６の第一挿通孔３６ａの各々に集電部材３２の上端３２ａを挿通させる。
具体的には、先ず、蓋体１４の第四挿通孔１４ａと絶縁ホルダ３８の第二挿通孔３８ｂとが重なるように蓋体１４の上面に絶縁ホルダ３８を配置し、絶縁ホルダ３８のボルト収納部３８ａにボルト３４の下端を収納する。次に、ボルト挿通孔３６ｂにボルト３４を挿通させながら外部接続部材３６を絶縁ホルダ３８上に配置する。
そして、内部シール材３９の突起３９ｂを蓋体１４の下面側から第四挿通孔１４ａに挿入した後、外部接続部材３６、絶縁ホルダ３８、蓋体１４、内部シール材３９を挟み込むように、上記した各部材の挿通孔の近傍の領域を押圧する。これによって、絶縁ホルダ３８の底面と内部シール材３９の突起３９ｂとが圧着されて各部材が仮止めされる。
次に、上記した各部材の挿通孔（第一挿通孔３６ａ、第二挿通孔３８ｂ、第三挿通孔３９ａ、第四挿通孔１４ａ）に、筒状の集電部材３２の上端３２ａを挿通させる。これによって、図２に示すように、電極端子３０を構成する各部材がケース１０の蓋体１４に組み付けられる。

（３）かしめ工程
次に、本実施形態においては、かしめ工程Ｓ３０を実施して、電極端子３０を構成する各部材をケース１０の蓋体１４に固定すると共に、外部接続部材３６と集電部材３２とを電気的に接続させる。
当該かしめ工程Ｓ３０においては、筒状の集電部材３２の上端３２ａが径方向外側に折り曲げられるように、当該集電部材３２の上端３２ａをケース１０の外方から内方（図２中の上方から下方）に向けて押圧するかしめ加工を行う。これによって、図１に示すように、集電部材３２の上端３２ａが円板状に変形し、電極端子３０を構成する各部材が蓋体１４に固定される。
そして、このときのかしめ加工の圧力によって集電部材３２が拡径し、集電部材３２の外周面３２ｂが外部接続部材３６の第一挿通孔３６ａの側壁に所定の面圧で押し付けられる。これによって、第一挿通孔３６ａの内部で、集電部材３２と外部接続部材３６とが接触して電気的に接続される。

（４）第２測定工程
次に、本実施形態に係る製造方法では、第２測定工程Ｓ４０において、上記したかしめ工程Ｓ３０を実施した後のマーキング部３６ｃの寸法を測定する。本工程では、上記した第１測定工程Ｓ１０と同様の手順で、対向する一対のマーキング部３６ｃの距離Ｌを測定する。

（５）検査工程
そして、本実施形態に係る製造方法では、第１測定工程Ｓ１０と第２測定工程Ｓ４０の各工程における測定結果に基づいて、かしめ工程Ｓ３０におけるマーキング部３６ｃの寸法変化を求め、当該マーキング部３６ｃの寸法変化に基づいて集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を検査する検査工程を実施する。

具体的には、本実施形態においては、上記した第１測定工程Ｓ１０と第２測定工程Ｓ４０において、対向するマーキング部３６ｃの距離Ｌを測定している。
検査工程Ｓ５０では、先ず、第１測定工程Ｓ１０で測定したマーキング部３６ｃの距離Ｌと、第２測定工程Ｓ４０で測定したマーキング部３６ｃの距離Ｌとの差を、マーキング部３６ｃの寸法変化量として算出する。マーキング部３６ｃが形成されている第一挿通孔３６ａ近傍は、集電部材３２と外部接続部材３６との接触部分における面圧に応じて変形するため、上記したマーキング部３６ｃの寸法変化量は、集電部材３２と外部接続部材３６との接触部分に適切な面圧が加えられているか否かを判断するための指標として用いることができる。

本実施形態の検査工程Ｓ５０では、次に、算出したマーキング部３６ｃの寸法変化量を、予め定めた閾値と比較する。かかる比較の結果、マーキング部３６ｃの寸法変化量が閾値を超えている場合には、集電部材３２と外部接続部材３６との接触部分に適切な面圧が加えられて良好な接触状態となっていると判断される。一方、マーキング部３６ｃの寸法変化量が閾値を下回っている場合には、集電部材３２と外部接続部材３６との接触部分における面圧が不足して接触不良が生じていると判断される。
このように、本実施形態に係る製造方法によれば、かしめ工程Ｓ３０の前後においてマーキング部３６ｃの寸法を測定し、当該測定結果に基づいてマーキング部３６ｃの寸法変化を求め、かかる寸法変化に基づいて集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を検査することができる。

そして、かかるマーキング部３６ｃは、外部接続部材３６のケース１０上面に形成されており、ケース１０の外側から容易に視認することができる。このため、本実施形態によれば、従来の技術では検査することが困難であった第一挿通孔３６ａ内部における集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を容易に検査することができる。そして、かかる検査の結果に基づいて、作製後の電極端子３０を選別することによって高性能な密閉型電池を安定して提供することができる。

３．他の態様
以上、ここで開示される密閉型電池の一実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されず、種々の構造を変更することができる。

例えば、上記した実施形態では、図４に示すように、組付け工程Ｓ２０の前に、第１測定工程Ｓ１０を実施している。しかし、第１測定工程Ｓ１０は、かしめ工程Ｓ３０の前に実施されていればよいため、組付け工程Ｓ２０の後に実施してもよい。この場合でも、集電部材と外部接続部材との接触状態を容易に検査することができる。

また、図３に示すように、上記した実施形態では、マーキング部３６ｃとして、第一挿通孔３６ａを挟んで対向する２対４個の凹部が形成されている。しかし、マーキング部は、ケース１０の外部から寸法を測定できればよく、上記した実施形態のような形状でなくてもよい。例えば、図５に示すように、第一挿通孔３６ａを囲むような円形の溝をマーキング部３６ｄとして形成してもよい。このようなマーキング部３６ｄを設けた場合には、第１測定工程Ｓ１０と第２測定工程Ｓ４０において、円形のマーキング部３６ｄの直径Ｒを測定し、かかるマーキング部３６ｄの直径Ｒの寸法変化量を求めることによって、集電部材３２と外部接続部材３６との接触状態を検査できる。
なお、かしめ工程Ｓ３０を行う前のマーキング部の位置は、特に限定されないが、かしめ工程において集電部材３２の上端３２ａを折り曲げた際に、当該折り曲げられた上端３２ａによって隠されることがないような位置に形成されていることが好ましい。

また、上記した実施形態では、マーキング部３６ｃが形成された外部接続部材３６を予め準備しているが、ここで開示される製造方法では、当該マーキング部３６ｃを密閉型電池の製造工程中に形成してもよい。
例えば、一般的な密閉型電池の製造では、上記したように、組付け工程において外部接続部材３６と内部シール材３９とを挟み込むように押圧して各部材を仮止めしている。この仮止めの際に外部接続部材３６の上面を押圧する部材に、マーキング部の形状に対応した凸部を設けることによって、組付け工程中に、外部接続部材３６の上面に凹状のマーキング部を形成できる。
なお、このようにして、組付け工程中にマーキング部を形成した場合、形成後のマーキング部の深さを測定することによって、絶縁ホルダ３８の底面と内部シール材３９の突起３９ｂとが適切に圧着されているかを検査できる。

また、上記した各実施形態では、凹部や溝部のような凹状のマーキング部が設けられた外部接続部材を用いているが、マーキング部の形状は凹状でなくてもよい。例えば、凸状のマーキング部を形成した場合や、外部接続部材に塗料等を塗布してマーキング部を形成した場合であっても、かかるマーキング部の寸法変化を適切に測定し、集電部材と外部接続部材との接触状態を検査できる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０ ケース
１２ ケース本体
１４ 蓋体
１４ａ 第四挿通孔
３０ 電極端子
３２ 集電部材
３２ａ 集電部材の上端
３２ｂ 集電部材の外周面
３４ ボルト
３６ 外部接続部材
３６ａ 第一挿通孔
３６ｂ ボルト挿通孔
３６ｃ、３６ｄ マーキング部
３８ 絶縁ホルダ
３８ａ ボルト収納部
３８ｂ 第二挿通孔
３９ 内部シール材
３９ａ 第三挿通孔
３９ｂ 突起
１００ 密閉型電池
Ｌ 対向するマーキング部の距離
Ｒ マーキング部の直径
Ｓ１０ 第１測定工程
Ｓ２０ 組付け工程
Ｓ３０ かしめ工程
Ｓ４０ 第２測定工程
Ｓ５０ 検査工程
Ｘ 幅方向
Ｚ 縦方向

Claims (1)

1. 電極体が収容されたケースに、一端が前記ケース内で前記電極体と電気的に接続されると共に他端が前記ケースの外側に露出している長尺の集電部材と、前記ケースの外側で前記集電部材と電気的に接続される板状の外部接続部材とを備えた電極端子が設けられている密閉型電池を製造する方法であって、
   前記ケースの外側に前記外部接続部材を配置し、前記ケースと前記外部接続部材の各々に形成されている挿通孔に前記集電部材の他端を挿通させる組付け工程と、
   前記集電部材の他端を前記ケース内方に向けて押圧して当該集電部材の他端をかしめることによって前記集電部材を変形させ、前記挿通孔の内部で前記集電部材と前記外部接続部材とを接触させるかしめ工程と
   を少なくとも含み、
   ここで、前記外部接続部材として、前記ケース外方に配置される面の前記挿通孔の近傍にマーキング部が形成された外部接続部材が用いられており、
   前記かしめ工程を実施する前に前記マーキング部の寸法を測定する第１測定工程と、
   前記かしめ工程を実施した後に前記マーキング部の寸法を測定する第２測定工程と、
   前記第１測定工程と前記第２測定工程の各々の測定結果に基づいて、前記かしめ工程における前記マーキング部の寸法変化を求め、当該マーキング部の寸法変化に基づいて前記集電部材と前記外部接続部材との接触状態を検査する検査工程と
   を備えている、密閉型電池の製造方法。
   
   
   

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