JP7096980B2

JP7096980B2 - 電池の製造方法

Info

Publication number: JP7096980B2
Application number: JP2019050220A
Authority: JP
Inventors: 裕彦佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: JP2020155236A

Description

本発明は、内部端子のリベットがかしめられて外部端子に接合された電池の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の電池は、パソコンおよび携帯端末等のいわゆるポータブル電源用とのみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。電池の一例として、発電要素を電池ケースに収容した電池が知られている。かかる電池を製造する際に、内部端子のリベットが電池ケースの貫通孔を内側から外側に挿通された状態で、リベットがかしめられることで、内部端子と外部端子が接合される場合がある。例えば、特許文献１および２に記載の電池の製造方法では、かしめられる前のリベットの外側の先端部に、先端面から内側に向けて略円錐形状に陥没する穴部が形成されている。

特開２０１５－１５３５３４号公報特開２０１６－１００３２３号公報

特許文献１および２に記載の電池の製造方法では、かしめられたリベットは、リベットの軸を中心として均一に円盤状に広がり易い。従って、かしめ工程中にリベットに加わる圧力が分散されてしまい、内部端子と外部端子の接触面積が十分に確保されない場合も考えられる。内部端子と外部端子の接触面積が小さいと、例えば、通電時の抵抗値の上昇、および、内部端子と外部端子の接合強度の低下等に繋がる可能性もある。

本発明の典型的な目的は、内部端子と外部端子の接触面積を適切に確保し易い電池の製造方法を提供することである。

かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の電池の製造方法は、電池ケースに設けられた貫通孔に、内部端子における柱状のリベットが内側から外側に挿通された状態で、上記リベットを外側からかしめて上記内部端子と外部端子を接合するかしめ工程を含む。そして、上記かしめ工程が行われる前の上記リベットには、外側の先端部において、先端面から内側に凹む溝状の切欠き部であって、該リベットの先端面における中央部分を通るようにして、該リベットの軸方向に交差する方向の一端から他端に至る切欠き部が形成されており、上記かしめ工程は、上記切欠き部が形成された前記リベットに対して行われることを特徴とする。

上記製造方法によると、切欠き部が形成されたリベットに対してかしめ工程が行われることで、リベットの軸方向から見て、切欠き部の形成方向に対して垂直な方向へリベットが広がり易くなる。従って、リベットが均一に円盤状に広がる場合に比べて、内部端子と外部端子の接触面積が容易に確保され易い。よって、通電時の抵抗値が上昇することが抑制される。また、内部端子と外部端子の接合強度も確保され易い。

電池１の構成を示す縦断面図である。かしめ工程が行われた後の、正極端子部材４Ａの近傍の縦断面図である。かしめ工程が行われる前の、正極端子部材４Ａの近傍の縦断面図である。かしめ工程が行われる前の、正極端子部材４Ａの近傍の平面図である。かしめ工程が行われた後の、消極端子部材４Ａの近傍の平面図である。変形例のリベット８５Ａを備えた正極端子部材４Ａの、かしめ工程が行われる前の平面図である。

以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。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実施に必要な事柄は、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。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、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。また、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。

本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）を包含する。以下、電池の一種である扁平角形のリチウムイオン二次電池の製造方法を例示して、本開示に係る製造方法について詳細に説明する。ただし、本開示に係る電池の製造方法を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。

＜電池の全体構成＞
図１を参照して、本開示に係る製造方法によって製造される電池１の全体構成について説明する。図１に例示する電池１はリチウムイオン二次電池であり、電池ケース２、電極体（発電要素に相当する）３、および電解液３５を備える。電池ケース２は、電極体３および電解液３５を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース２の形状は、扁平な角形である。電池ケース２は、一端に開口部を有する箱型の本体２１と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋部材２２を備える。本体２１と蓋部材２２は、溶接等によって一体とされる。電池ケース２の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を用いることができる。一例として、本実施形態における電極体３には、長尺状の正極体、負極体、およびセパレータが重ね合わされて捲回された捲回電極体が用いられている。また、本実施形態における電解液３５には、リチウム塩を含む非水電解液が用いられている。

電池ケース２における蓋部材２２の形状は、矩形板状である。蓋部材２２の長手方向（図１における左右方向）の両端部には、一対の電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）が設けられている。詳細には、蓋部材２２の長手方向の一端部（図１における左端部）には正極端子部材４Ａが設けられており、他端部（図１における右端部）には負極端子部材４Ｂが設けられている。

正極端子部材４Ａは、正極接続端子５Ａ、正極外部端子６Ａ、正極内部端子７Ａ、および正極集電端子８Ａを備える。正極接続端子５Ａは、電池ケース２の外部に配置されて、正極側の外部接続端子となる。正極外部端子６Ａは、正極接続端子５Ａと同様に電池ケース２の外部に配置されて、正極接続端子５Ａと正極内部端子７Ａに接続される。正極内部端子７Ａは、電池ケース２の内部に配置されると共に、電池ケース２に設けられた貫通孔２３Ａ（図２参照）を通じて正極外部端子６Ａに接続される。正極集電端子８Ａは、電池ケース２の内部において、電極体３の正極３Ａと正極内部端子７Ａに接続される。

負極端子部材４Ｂは、負極接続端子５Ｂ、負極外部端子６Ｂ、負極内部端子７Ｂ、および負極集電端子８Ｂを備える。負極接続端子５Ｂは、電池ケース２の外部に配置されて、負極側の外部接続端子となる。負極外部端子６Ｂは、負極接続端子５Ｂと同様に電池ケース２の外部に配置されて、負極接続端子５Ｂと負極内部端子７Ｂに接続される。負極内部端子７Ｂは、電池ケース２の内部に配置されると共に、電池ケース２に設けられた貫通孔を通じて負極外部端子６Ｂに接続される。負極集電端子８Ｂは、電池ケース２の内部において、電極体３の負極３Ｂと負極内部端子７Ｂに接続される。正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂを構成する各部材は、高い導電性を有する金属等によって適宜形成される。

＜電極端子部材＞
図２を参照して、電池１における電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態における正極端子部材４Ａと負極端子部材４Ｂの構造は、電池１の長手方向の中央を中心として略対称な構造に形成されている。従って、以下では正極端子部材４Ａの構成について詳細な説明を行い、負極端子部材４Ｂの構成の説明は省略する。

正極接続端子５Ａは、略矩形板状の基部５１Ａと、基部５１Ａの板面から垂直に（図２における上方に）延びるボルト５２Ａを備える。ボルト５２Ａに外部接続用の接続部材が装着されることで、正極端子部材４Ａが外部に接続される。

正極外部端子６Ａの外形形状は、板状の部材が屈曲されて形成された階段形状である。正極端子部材６Ａは、下段接続部６１Ａと上段接続部６３Ａを備える。下段接続部６１Ａは平板状である。下段接続部６１Ａには、正極内部端子７Ａのリベット７５Ａが挿通される貫通孔６２Ａが形成されている。上段接続部６３Ａは、下段接続部６１Ａの一端部（図２における右端部）から階段状に、下段接続部６１Ａよりも高い位置に形成された、平板状の部材である。上段接続部６３Ａには、正極接続端子５Ａのボルト５２Ａが挿通される貫通孔６４Ａが形成されている。

正極接続端子５Ａと蓋部材２２の間、および、正極外部端子６Ａと蓋部材２２の間には、絶縁性を有する材質によって形成された絶縁部材１５Ａが配置される。絶縁部材１５Ａは、貫通孔１７Ａが形成された平板部１６Ａと、正極接続端子５Ａが固定される固定部１８Ａを備える。

電池ケース２（本実施形態では、電池ケース２の蓋部材２２）には、正極内部端子７Ａが挿通される貫通孔２３Ａが設けられている。

正極内部端子７Ａは、大径部７１Ａ、リベット７５Ａ、およびかしめ部７６Ａを備える。大径部７１Ａは、略板状（本実施形態では略円板形状）に形成されている。リベット７５Ａは柱状（本実施形態では円柱状）であり、大径部７１Ａの板面から垂直に（図２における上方に）延びる。リベット７５Ａの径は、大径部７１Ａの径よりも小さい。リベット７５Ａは、電池ケース２に設けられている貫通孔２３Ａに、内側（図２における下側）から外側（図２における上側）へ挿通される。かしめ部７６Ａは、リベット７５Ａの先端部（図２における上端部）が外側からかしめられることで形成される。

正極内部端子７Ａと電池ケース２（本実施形態では蓋部材２２）の内面２５Ａとの間には、シール部９Ａが挟持される。シール部９Ａは、弾性、絶縁性、および耐電解液性を有する材質（例えば樹脂等）によって形成されている。シール部９Ａは、正極内部端子７Ａと電池ケース２の内面２５Ａの間で圧縮されることで、両者の間をシールする。また、シール部９Ａは、正極内部端子７Ａと電池ケース２の間を絶縁する。シール部９Ａは、貫通孔が形成された略平板状の基部と、貫通孔の周縁部から電池ケース２の外方へ向けて突出する筒部を備える。シール部９Ａの筒部は、蓋部材２２に設けられた貫通孔２３Ａに嵌めこまれる。

＜かしめ工程前のリベットの形状＞
図３および図４を参照して、かしめ工程が行われる前のリベット７５Ａの構成について説明する。図３および図４に示すように、かしめ工程が行われる前のリベット７５Ａには切欠き部７８Ａが形成されている。切欠き部７８Ａは、リベット７５Ａの外側（図３における上側、図４における紙面手前側）の先端部７７Ａのうち、リベット７５Ａの軸Ｏが含まれる中央部分を通るように形成されている。切欠き部７８Ａの形状は、先端部７７Ａの先端面７９Ａから内側（図３における下側、図４における紙面奥側）に凹む溝状である。一例として、本実施形態の切欠き部７８Ａは、溝が延びる方向に垂直な断面の形状がＶ字状となるＶ溝である。しかし、後述するように、切欠き部７８Ａの断面形状はＶ字状に限定されない。

図４に示すように、溝状である切欠き部７８Ａは、リベット７５Ａの先端部７７Ａにおいて、軸Ｏ方向に交差する方向の一端から他端に至るように形成されている。詳細には、本実施形態では、リベット７５Ａがかしめられて接合される正極外部端子６Ａの下段接続部６１Ａにおける長手方向は、電池ケース２のうち、正極外部端子６Ａが設置される部位（本実施形態では蓋部材２２）の長手方向（図４における左右方向）に一致する。また、正極外部端子６Ａの短手方向は、蓋部材２２の短手方向（図４における上下方向）に一致する。即ち、本実施形態の切欠き部７８Ａは、リベット７５Ａの先端部７７Ａを、リベット７５Ａが接合される下段接続部６１の短手方向に形成されている。

＜製造方法＞
電池１の一部である電極端子部材４の製造方法について、一対の電極端子部材４の一方である正極端子部材４Ａの製造方法を例示して説明する。まず、作業者は、図３に示すように、正極内部端子７Ａのリベット７５Ａの先端部７７Ａを、シール部９Ａ貫通孔、蓋部材２２の貫通孔２３Ａ、絶縁部材１５Ａの貫通孔１７Ａ、および正極外部端子６Ａの貫通孔６２Ａの順に内側から外側へ挿通させる。その結果、リベット７５Ａの先端部７７Ａは、正極外部端子６Ａから外側に突出した状態となる。次いで、作業者はかしめ工程を実行する。かしめ工程では、切欠き部７８Ａが形成されたリベット７５Ａが外側からかしめられる。

その結果、図５に示すように、かしめられたリベット７５Ａは、軸Ｏ（図４等参照）から遠ざかる方向に広がり、かしめ部７６Ａを形成する。かしめ部７６Ａによって、正極内部端子７Ａと正極外部端子６Ａが接合される。

ここで、前述したように、かしめ工程が行われる前のリベット７５Ａには切欠き部７８Ａ（図３および図４参照）が形成されている。従って、図４に示すように、リベット７５Ａの軸Ｏの方向から（本実施形態では平面視で）見て、切欠き部７８Ａの溝形成方向（図４の上下方向）に対して垂直な方向（図５の左右方向）に、かしめ部７６Ａが広がり易くなる。詳細には、図５に例示するかしめ部７６Ａは、短径ＭＡ１を切欠き部７８Ａの貫通方向とし、且つ、長径ＭＡ２を貫通方向に垂直な方向とする略楕円状に形成されている。従って、リベット７５Ａが均一に円盤状に広がる場合に比べて、正極内部端子７Ａのかしめ部７６Ａと、正極外部端子６Ａの下段接続部６１Ａの接触面積が容易に確保され易い。

さらに、本実施形態では、前述したように、切欠き部７８Ａは、リベット７５Ａの先端部７７Ａを、リベット７５Ａが接合される下段接続部６１の短手方向に溝が貫通する（図４参照）。従って、図５に示すように、かしめ工程によって形成されるかしめ部７６Ａは、下段接続部６１の短手方向（図５の上下方向）に広がり難い一方で、下段接続部６１の長手方向（図５の左右方向）に広がり易い。よって、本実施形態の製造方法によると、正極外部端子６Ａの下段接続部６１Ａからかしめ部７６Ａがはみ出してしまう可能性を抑制しつつ、正極内部端子７Ａと正極外部端子６Ａの接触面積を適切に確保することができる。

上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、図３に示すように、上記実施形態の切欠き部７８Ａは、溝が延びる方向に垂直な断面の形状がＶ字状となるＶ溝である。しかし、切欠き部７８Ａの断面形状はＶ字状に限定されない。図６に、変形例に係る切欠き部８８Ａの断面形状を示す。例えば、図６に示すように、切欠き部８８Ａは、溝が延びる方向に垂直な断面の形状がＵ字状となるＵ溝であってもよい。なお、図６に示す変形例の構成のうち、切欠き部８８Ａ以外の構成には、前述した実施形態と同様の構成を採用できる。従って、図６では、上記実施形態と同様の構成を採用できる部材については、上記実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

また、上記実施形態の切欠き部７８Ａは、リベット７５Ａの先端部７７Ａを、リベット７５Ａが接合される下段接続部６１の短手方向に形成されている（図４参照）。その結果、かしめ部７６が正極外部端子６Ａからはみ出してしまう可能性が低下する。しかし、例えば、正極外部端子６Ａが十分に大きい場合等には、切欠き部７８Ａの溝が延びる方向を、リベット７５Ａの軸Ｏに交差する方向のうち、正極外部端子６Ａの短手方向以外の方向とすることも可能である。また、本開示で例示した製造方法は、正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂの両方を形成する際に採用されてもよいし、一方を形成する場合にのみ採用されてもよい。

１電池
２電池ケース
４電極端子部材
４Ａ正極端子部材
４Ｂ負極端子部材
６Ａ正極外部端子
６Ｂ負極外部端子
７Ａ正極内部端子
７Ｂ負極内部端子
２２蓋部材
２３Ａ貫通孔
７５Ａリベット
７６Ａかしめ部
７８Ａ切欠き部

Claims

電池ケースに設けられた貫通孔に、内部端子における柱状のリベットが内側から外側に挿通された状態で、前記リベットを外側からかしめて前記内部端子と外部端子を接合するかしめ工程を含み、
前記かしめ工程が行われる前の前記リベットには、外側の先端部において、先端面から内側に凹む溝状の切欠き部であって、該リベットの先端面における中央部分を通るようにして、該リベットの軸方向に交差する方向の一端から他端に至る切欠き部が形成されており、
前記かしめ工程は、前記切欠き部が形成された前記リベットに対して行われることを特徴とする、電池の製造方法。