JPH1097851A - 円筒形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最終完成電池における金属缶の外径寸法より
大きい外径寸法の金属缶を使用し、当該金属缶へ電池素
子を収納した後に金属缶の外径を減少させて作成する円
筒形電池の製造方法において、缶底を平坦に仕上げるこ
との出来る方法を提供するものである。 【構成】 最終完成電池における金属缶の外径寸法より
大きい外径寸法の金属缶を使用し、当該金属缶へ電池素
子を収納した後に当該金属缶の外径を減少させて作成さ
れる円筒形電池において、使用する金属缶は缶底付近を
除いて缶壁は缶底に対して垂直であり、缶底付近では缶
壁が缶底に向かって傾斜し、その結果として缶壁と缶底
のつながりにおいては二つの曲げ部をもつことを特徴と
する。更に具体的には、最終完成電池に於ける金属缶の
外径寸法がＡである電池を作成する時は、使用する金属
缶の外形寸法はＬ２＞Ａ≧Ｌ３の関係を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、最終完成電池におけ
る金属缶の外径寸法より大きい外径寸法の金属缶を使用
し、当該金属缶へ電池素子を収納した後に金属缶の外径
を減少させて作成する円筒形電池の製造方法の改善に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ノート型パソコン、携帯電話、ビデオカ
メラ等様々な携帯用電子機器の普及と進歩に伴い、それ
らの駆動用電源としては高性能で且つ安全性及び信頼性
の高い電池が望まれていて、特に非水系電池（リチウム
電池やリチウムイオン二次電池等）が注目されている。
リチウム電池やリチウムイオン二次電池は電圧が高いた
め、エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）が高く、携帯用電子機
器の小型軽量化に大きく寄与できるからである。

【０００３】しかし、携帯用電子機器の小型、軽量、高
性能化への動きは更なる高性能な電池を要求しているの
で、更にリチウム電池やリチウムイオン二次電池といえ
ども更にエネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）を高めたり、信頼
性や安全性を高める必要がある。エネルギー密度（Ｗｈ
／ｌ）を高めるためには、最終完成電池における金属缶
の外径寸法より大きい外径寸法の金属缶を使用して、金
属缶内に収納する電池素子の直径を大きくして容量アッ
ブを計る方法が提案された（特開平６−２１５７９
２）。この方法では金属缶として最終完成電池における
金属缶の外径寸法（Ａ）より大きい外径寸法（Ｂ）の金
属缶を使用し、当該金属缶へ電池素子を収納した後、金
属缶の外径を最終完成電池における金属缶の外径寸法
（Ａ）まで絞り込む（以後、金属缶外径を絞ることを
「スウエージング」と呼び、金属缶外径を絞る機械を
「スウエージャー」及び金属缶の外径寸法を絞り込んで
円筒形電池を作成する方法を「スウエージ方式」とい
う）。

【０００４】この「スウエージ方式」では、最終完成電
池における金属缶の外径寸法より大きい外径寸法の金属
缶を使用するので、金属缶に挿入する電池素子の直径を
大きく出来るので容量アッブが計れる。とこらが、「ス
ウエージング」行程で、図２（ｂ）に示すように金属缶
の缶底が膨らみ、従来の電池の外観（缶底が平坦）と同
じにできない問題が生じる。金属缶の缶底の膨らみは、
従来の電池では電池に異常が生じて電池内圧が上昇した
ときに見られるもので、正常な電池では缶底は平坦であ
る。従って缶底に膨らみのある電池は異常品と考えられ
てしまい具合が悪いので「スウエージ方式」はまだ実用
化されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、缶底を平坦に仕上げることの出来る「スウ
エージ方式」による円筒形電池の作成を可能にしようと
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では使用する金属
缶は缶底付近を除いて缶壁は缶底に対して垂直であり、
缶底付近では缶壁が缶底に向かって傾斜し、その結果と
して缶壁と缶底のつながりにおいては二つの曲げ部をも
つ。更に具体的には最終完成電池に於ける金属缶の外径
寸法がＡである電池を作成する時は、使用する金属缶の
外形寸法はＬ２＞Ａ≧Ｌ３の関係を満足させる。ここで
Ｌ２は金属缶中央部の外径寸法であり、Ｌ３は「缶底部
の外径寸法」である。但し、図１（ａ）及び図２（ａ）
に示すように円筒形金属缶の断面図において、平坦な缶
底の内側面の延長線（Ｘ−Ｙ）と、缶壁外面が交わる点
（Ｐ１，Ｑ１）での外径（Ｌ３）を「缶底部の外径寸
法」と定義する。

【０００７】

【作用】図２（ａ）は従来の「スウエージ方式」に適用
される「スウエージング」前の金属缶の断面を示すもの
で、図２（ｂ）はその「スウエージング」後の断面を示
すものである。従来の「スウエージ方式」による電池の
作成では、使用される金属缶は外径寸法（Ｌ２＝Ｂ）が
最終完成電池の金属缶の外径寸法（Ｌ２＝Ａ）より大き
い関係（Ｂ＞Ａ）にあり、且つ金属缶の「缶底部の外径
寸法」（Ｌ３＝Ｃ）も最終完成電池の金属缶の外径寸法
（Ｌ２＝Ａ）より大（Ｃ＞Ａ）であった。従って、図２
（ｂ）に示すように「スウエージング」後に於いては
「缶底部の外径寸法」（Ｌ３）も「スウエージング」さ
れてＬ３≦Ａへと小さくならざるを得ない。ところが缶
底面積は小さくなりえないために、「スウエージング」
工程で、図２（ｂ）に示すように金属缶の缶底が膨らむ
結果となっていた。

【０００８】本発明では金属缶の缶底部の形状及び寸法
関係が従来と異なる金属缶を提案するものである。図１
（ａ）は本発明に適用される「スウエージング」前の金
属缶の断面を示すもので、図１（ｂ）はその「スウエー
ジング」後の断面を示すものである。本発明で使用する
金属缶は、缶底付近を除いて缶壁は缶底に対して垂直で
あり、缶底付近では缶壁が缶底に向かって傾斜し、その
結果として缶壁と缶底のつながりにおいては二つの曲げ
部をもつことを特徴とする。図１（ａ）にその詳細図を
示したように、缶壁（１２）と缶底（１１）のつながり
はＲ１とＲ２で示す二つの曲げ部をもたせて加工してい
るので、金属缶の中央部の外径（Ｌ２）に比べて「缶底
部の外径寸法」（Ｌ３）を十分小さくすることが可能で
ある。更に具体的には本発明に適用される「スウエージ
ング」前の金属缶の特徴は、金属缶の外径寸法（Ｌ２＝
Ｂ）が最終完成電池の金属缶の外径寸法（Ｌ２＝Ａ）よ
り大きい関係（Ｂ＞Ａ）にあり、且つ金属缶の「缶底部
の外径寸法」（Ｌ３＝Ｃ）は最終完成電池の金属缶の外
径寸法（Ｌ２＝Ａ）以下（Ａ≧Ｃ）であることである。
従って、「スウエージング」前の金属缶が上記寸法関係
（Ｌ２＞Ａ≧Ｌ３）にあれば、図１（ｂ）に示すように
「スウエージング」後に於いても「缶底部の外径寸法」
（Ｌ３）には変化が無いので、「スウエージング」行程
で金属缶の缶底が膨らむことはない。

【０００９】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳しく説明
する。

【００１０】実施例１ 図１、図３及び図４を参照しながら、「スウエージン
グ」後に電解液を注入する場合での本発明の具体的な実
施例を説明する。本発明を実施するための電池素子は次
のようにして用意される。まず負極は従来の公知の方法
によって次のように用意される。２８００℃で熱処理を
施したメソカーボンマイクロビーズ（ｄ００２＝３．３
７Å）の８７重量部にアセチレンブラック３重量部と結
着剤としてポリ沸化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部
を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合し
てスラリーにする。次にこのスラリーを負極集電体とす
る厚さ０．０１ｍｍの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥
後ロールプレス機で加圧成型して帯状の負極を作成す
る。帯状負極には端に集電体の露出部分を設けてそこに
ニッケル製の負極リードを溶接しておく。

【００１１】さらに正極も従来の公知の方法によって次
のようにして作成する。市販の二酸化マンガン（ＭｎＯ
_２）と炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）を１モル：０．２
７５モルの比で良く混合し、これを空気中８００℃で約
１２時間焼成する。この焼成操作を３回繰り返し、スピ
ネル型リチウムマンガン複合酸化物を合成する。このス
ピネル型リチウムマンガン複合酸化物は平均粒径０．０
２５ｍｍの粉末とし、その８９重量部に導電剤としてア
セチレンブラック３重量部とグラファイト４重量部を混
合し、さらに結着剤としてＰＶＤＦの４重量部を溶かし
たＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合してスラリー
にする。次にこのスラリーを正極集電体とする厚さ０．
０２ｍｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥
後ロールプレス機で加圧成型して帯状の正極を作成す
る。この帯状正極にも端にアルミニウムの露出部分を設
けて、そこにアルミニウム製の正極リードを溶接してお
く。

【００１２】用意された負極と正極はその間にポリプロ
ピレン製の多孔質膜（セパレータ）を挟んで、ロール状
に巻上げて平均外径１７．４ｍｍの電池素子（２０）を
作成する。作成した電池素子（２０）は図３（ａ）に示
すように、金属缶（４）に収納する。本実施例では最終
完成電池の金属缶の外径寸法（Ｌ２）が１８．０ｍｍの
電池を作成しようとするものであるが、ここで使用する
金属缶は開口部の外径（Ｌ１）と中央部の外径（Ｌ２）
が何れも１８．５ｍｍ、「缶底部の外径寸法」（Ｌ３）
が１７．５ｍｍ、高さが６５ｍｍのニッケル鍍金を施し
た鉄製の金属缶である。当該金属缶の缶底部は図１
（ａ）にその詳細図を示したように、缶壁（１２）と缶
底（１１）のつながりはＲ１とＲ２で示す二つの曲げ部
をもたせて加工しているので、金属缶の中央部の外径
（Ｌ２）に比べて「缶底部の外径寸法」（Ｌ３）を十分
小さくすることが可能である。つまり本実施例で使用さ
れる「スウエージング」前の金属缶の特徴は、金属缶の
外径寸法（Ｌ２＝Ｂ＝１８．５ｍｍ）は最終完成電池の
金属缶の外径寸法（Ｌ２＝Ａ＝１８．０ｍｍ）より大き
い関係（Ｂ＞Ａ）にあり、且つ金属缶の「缶底部の外径
寸法」（Ｌ３＝Ｃ＝１７．５ｍｍ）は最終完成電池の金
属缶の外径寸法（Ｌ２＝Ａ＝１８．０ｍ）以下（Ａ≧
Ｃ）であることである。

【００１３】一方、電池素子の外径は１７．４ｍｍであ
り、ちなみに上記金属缶の内径は１７．９ｍｍであり、
電池素子外径は缶内径より０．５ｍｍ小さいので電池素
子の金属缶への挿入は容易に行える。電池素子（２０）
を金属缶（４）に収納した後「スウエージング」を行な
い、図３（ｂ）に示すように金属缶の外径（開口部付近
の外径を除く）を１８．０ｍまで減少させる。「スウエ
ージング」後の金属缶の缶底部は図１（ｂ）にその詳細
図を示したように、「スウエージング」後に於いても
「缶底部の外径寸法」（Ｌ３）は１７．５ｍｍのままで
変化が無いので、「スウエージング」行程で金属缶の缶
底が膨らむことはない。

【００１４】その後図３（ｃ）に示すように缶底から６
０．５ｍｍの位置（金属缶開口部近く）で金属缶をしぼ
り込んでガスケットを支える細溝（４２）を付ける。こ
の時点では金属缶開口部の外径寸法（Ｌ１）は減少させ
ないので基本的にはＬ１＝１８．５ｍｍである。斯かる
細溝を付けた時点では、金属缶の開口部の外径（Ｌ１＝
１８．５ｍｍ）と金属缶中央部の外径（Ｌ２＝１８．０
ｍ）の関係はＬ１＞Ｌ２と成っている。その後図４の
（ａ）から（ｃ）の行程にしたがって電池を組み立て
る。つまり、図４（ａ）に示すように金属缶開口部にガ
スケット（８）を設置し、負極リードと正極リードはそ
れぞれは缶底とアルミニウム製の防爆弁を兼ねる閉塞蓋
体（７）に溶接する。その後、電解液を注入し、閉塞蓋
体（７）をガスケットの内側にはめ、ドーナツ型のＰＴ
Ｃ素子（１５）を閉塞蓋体に接触させて重ね、更に正極
外部端子（１０）を重ね、再び「スウエージャー」を用
いて金属缶の開口部の外径（Ｌ１）を絞り込んで金属缶
中央部の外径（Ｌ２）と同じにする（図４（ｂ））。最
後にＰＴＣ素子の機能に支障を来さない程度の締め付け
圧力と成るようにかしめ機を調整して、金属缶の縁をか
しめて密閉し、図４（ｃ）に示す電池構造で外径１８．
０ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池（Ｕ）を作成した。

【００１５】以上のようにして「スウエージング」後に
電解液を注入する方法で、「スウエージ方式」により電
池（Ｕ）を作成したが、従来の「スウエージ方式」によ
る電池と異なり、金属缶の缶底が膨らむことが無く、缶
底が平坦な電池を作成することが出来た。

【００１６】実施例２ 図５を参照しながら、「スウエージング」工程の前に電
解液を注入する場合での本発明の実施例を説明する。ま
ず、実施例１と全く同じにして平均外径１７．４ｍｍの
電池素子（２０）を作成する。本実施例でも最終完成電
池の金属缶の外径寸法（Ｌ２）が１８．０ｍｍの電池を
作成しようとするものであるが、ここでも使用する金属
缶は実施例１で使用した金属缶である。この金属缶へ作
成した電池素子（２０）を収納し、図５（ａ）に示すよ
うに缶底から６０．５ｍｍの位置（金属缶開口部近く）
で金属缶をしぼり込んで、ガスケットを支える細溝（４
２）を付ける。細溝を付けた時点では、開口部の金属缶
外径（Ｌ１）と金属缶中央部の外径（Ｌ２）の関係はＬ
１＝Ｌ２＝１８．５ｍｍである。その後図５（ａ）に示
すように、ガスケット（８）を金属缶開口部に設置し、
負極リードと正極リードをそれぞれ缶底と閉塞蓋体
（７）（防爆弁を兼ねる）に溶接し、金属缶の中には実
施例と同じ電解液を注入し、閉塞蓋体（７）をガスケッ
トの内側にはめ、ドーナツ型のＰＴＣ素子（１５）を閉
塞蓋体に重ねて接触させ、更に正極外部端子（１０）を
重ね、「スウエージャー」を用いて、缶底から開口部ま
での総ての外径を絞り込んで金属缶外径を１８．．０ｍ
ｍに縮める（図５（ｂ））。「スウエージング」後の金
属缶の缶底部は図１（ｂ）にその詳細図を示したよう
に、「スウエージング」後に於いても「缶底部の外径寸
法」（Ｌ３）は１７．５ｍｍのままで変化が無いので、
「スウエージング」行程で金属缶の缶底が膨らむことは
ない。最後にＰＴＣ素子の機能に支障を来さない程度の
締め付け圧力と成るようにかしめ機を調整して、金属缶
の縁をかしめて密閉し、図５（ｃ）に示す電池構造で外
径１８．０ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池（Ｖ）を作成す
る。

【００１７】以上のようにして「スウエージング」の前
に電解液を注入する方法で、「スウエージ方式」により
電池（Ｖ）を作成したが、従来の「スウエージ方式」に
よる電池と異なり、金属缶の缶底が膨らむことが無く、
缶底が平坦な電池を作成することが出来た。

【００１８】なお、本発明の実施例として、正極活物質
にリチウムマンガン酸化物を使用し、負極活物質には炭
素材料を使用したリチウムイオン二次電池を作成して示
したが、本発明は基本的には円筒形電池の作成方法に関
して提案されるものであって、他の電池システムの円筒
形電池の作成に於いても適用可能であることはもちろん
である。

【００１９】

【発明の効果】本発明では「スウエージング」前の金属
缶の「缶底部の外径寸法」（Ｌ３＝Ｃ）が最終完成電池
の金属缶の外径寸法（Ｌ２＝Ａ）以下（Ａ≧Ｃ）である
ので、「スウエージング」後に於いても「缶底部の外径
寸法」（Ｌ３）には変化が無い。従って「スウエージン
グ」行程で金属缶の缶底が膨らむことがなくなり、「ス
ウエージ方式」でも、従来の電池と同じ外観（缶底が平
坦）で電池作成が可能となり、電池素子の直径を大きく
して容量アップが計れる等の特長をもつ「スウエージ方
式」による電池製造が実施可能となる。その結果、広範
囲の用途に使用出来る高性能な電池が提供出来るように
なり、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属缶の缶底の形状を示す詳細断面図

【図２】従来の金属缶の缶底の形状を示す詳細断面図

【図３】組み立て過程に於ける電池の模式的断面図

【図４】組み立て過程に於ける電池の模式的断面図

【図５】組み立て過程に於ける電池の模式的断面図

【符号の説明】

４は金属缶、７は閉塞蓋体、８はガスケット、１０は外
部端子、１１は缶底、１２は缶壁、１５はＰＴＣ素子、
２０は電池素子、４２は細溝である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】最終完成電池の金属缶の外径寸法がＬ２＝
   Ａである円筒形電池において、当該電池を作成するため
   に使用される金属缶の外形寸法がＬ２＞Ａ≧Ｌ３の関係
   を満足することを特徴とする円筒形電池。ここでＬ２は
   金属缶中央部の外径寸法であり、Ｌ３は「缶底部の外径
   寸法」である。但し、図１（ａ）に示すように円筒形金
   属缶の断面図において、平坦な缶底の内側面の延長線
   （Ｘ−Ｙ）と缶壁外面が交わる点（Ｐ１及びＱ１）で測
   定される外径（Ｌ３）を「缶底部の外径寸法」と定義す
   る。