JPS63285860A - 防爆型密閉電池に使用する電池容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は防爆型密閉電池に使用する電池容器の製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

塩化チオニル−リチウム電池に代表されるような正極活
物質として塩化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホ
リルなどのすキシハロゲン化物系液体を用い、負極にリ
チウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を用
いる非水液体活物質電池では、ハーメチックシールによ
る完全密閉構造をとっているため、密閉性が非常に優れ
ているが、その反面、密閉性が高いために、高温加熱下
にさらされたり、高電圧で充電されるなどの異常事態に
遭遇したときに、電池の内部圧力が異常に上昇して電池
破裂が生じ、大きな破裂音が発生すると共に、電池内容
物が周囲に飛び散って電池使用機器を汚損するおそれが
ある。

そこで、同様に密閉構造をとるアルカリ電池に関して、
実公昭５８−１７３３２号公報や実公昭５８−２６４６
０号公報に提案されているように、電池容器の一部に溝
を形成して、電池容器に薄肉の部分を設け、上記薄肉部
のところで電池容器の耐圧力を部分的に低くし、電池内
部の圧力が異常上昇しはしめたときに、上記薄肉部が破
れて電池内部の圧力を減少させ、高圧での電池破裂を防
止する、いわゆる溝形成による防爆機能を、このハーメ
チックシール構造をとる非水液体活物質電池においても
備えさせることが必要であると考えられる。

ところで、上記のような防爆用の溝形成にあたっては、
プレス成形による方法が採用されるが、非水液体活物質
電池では正極活物質の強い耐食性に耐えるために電池構
成部材には耐食性が要求され、電池容器には一般にステ
ンレス鋼が採用されるので、電池容器の硬度が高く、こ
れにプレス成形により溝を形成しようとすると、溝形成
用ポンチにかかる荷重が非常に高くなる。

そこで、形成する溝の断面形状としては、前記実公昭５
８−１７３３２号公報にも示されるような、Ｖ字状でそ
の先端、つまり溝の底部を鋭利な状態にするのが、最も
溝形成が容易であると考えられるが、溝の底部を鋭利に
した場合、溝形成用のポンチの先端がすぐに損傷を受け
るので、ポンチの耐久性面から工業的には採用しがたい
。そのため、前記実公昭５８−２６４６０号公報に示さ
れるように、断面はＶ字状でも溝の底部に０．１〜０．
２　ｍｓＲの丸みをつけることによって、溝形成用ポン
チの耐久性を向上させることも考えられるが、本発明者
らの研究によれば、溝の先端に丸みをつけた場合、単に
厚みを薄くしたという効果が発揮されるだけで、切欠効
果などの付加的な効果がほとんど加わらないため、ステ
ンレス鋼のように高強度の材質を用いた電池容器では、
薄肉部の厚みをよほど薄＜シないかぎり、薄肉部の破壊
圧力が低くならず、また、薄肉部の破壊による開口部分
が狭いため、塩化チオニル−リチウム電池などのハーメ
チックシール構造をとる非水液体活物質電池では、高温
で急速に加熱された場合に安定した防爆機能が発揮され
なかった。

そこで、本発明者らは、溝の底部を平坦にすることによ
って、防爆機能が安定して発揮されるようにしたが、そ
のような溝を形成するには、溝形成用ポンチの先端を平
坦にしなければならず、先端を平坦にしたぶんポンチに
かかる荷重が大きくなり、その結果、ポンチの耐久性が
低下するという問題が発生した。

そのため、本発明者らは、電池容器底部の溝形成部分以
外の部分の厚み方向、つまり溝加工しない部分の構成材
料の厚み方向に拘束力を与えず、かつポンチの溝形成用
凸出部の溝形成角度を５０〜８０°にすることによって
、形成される溝の底部構成材料に引張り応力を掛けなが
らポンチの溝形成用凸出部を電池容器の底部に押し込ん
で成形することによって、底部が平坦な溝をステンレス
鋼製の電池容器に対しても低いポンチ荷重で形成するこ
とを可能にし、それについて既に特許出願をした（特願
昭６１−２２８７６１号）。

しかしながら、上記のように無拘束下、つまり溝加工し
ない部分の構成材料の厚み方向に拘束力を与えずに溝形
成を行うと、該溝形成時の反動で、溝以外の部分が凸出
する。

その凸出の度合は部位によって変動があるが、いずれに
しても、電池容器が予定した高さより高くなり、電池総
高が大きくなって総高不良が発生する原因になり、また
、電池容器の高さが高いために、電池の組立工程で、電
池容器がパーツフィーダ機に引っかかって、電池容器を
組立ラインに供給できないなどの問題が発生する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、電池に防爆機能を付与させるための溝を電
池容器の底部に無拘束下で形成したときに、電池容器底
部の溝以外の部分が部分的に凸出して、電池総高不良を
起こす原因になったり、電池組立中に電池容器を組立ラ
インに供給できなくなることが発生したという問題点を
解決し、無拘束下での溝形成による有位性を保持しなが
ら、電池総高不良や電池組立中でのトラブル発生のない
電池容器の製造を可能ならしめることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電池に防爆機能を付与するための溝を電池容
器の底部に無拘束下で形成したのち、電池容器の底部の
溝形成により凸出した部分をプレス成形によって平坦に
することにより、上記目的を達成したものである。

溝形成により凸出した部分を平坦にするにあたっては、
電池容器を上面が溝形成前の電池容器の底部内面形状に
適合する形状をした円柱状の下型上にかぶせるようにし
てのせ、該電池容器の底部上に、下面が溝形成前の電池
容器の底部外面形状に適合する形状をした成形用ダイを
下降させ、電池容器の底部を上記下型と成形用ダイとの
間で加圧して所望形状に成形するプレス成形が採用され
る。

つまり、電池容器の底部に端子接続を容易にするために
突出部を設け、該突出部に溝を形成している場合には、
下型の上面はその中央部に上記電池容器底部の突出部の
内面形状に適合する形状の突出部を設けた形状にし、成
形用ダイの下面はその中央部に上記電池容器底部の突出
部の外面形状に適合する形状の凹部を設けた形状にして
、電池容器を上記下型上にかぶせるようにしてのせ、そ
の上に上記成形用ダイを下降させて加圧し、溝の形成に
より凸出した部分を平坦にする。そして、電池容器の底
部にそのような突出部を設けていない場合には、下型の
上面は平面状にし、また成形用ダイの下面も平面状にし
て、上記と同様にプレス成形すればよい。

本発明において、電池容器の底部への溝形成を無拘束下
で行うには、溝形成用ポンチの基盤部が電池容器に接触
しないようにするため、ポンチの溝形成用凸出部の高さ
は形成される溝の深さより大きくすることが必要である
。特に無拘束下で溝形成を安定して行うためには、後に
第１図に基づいて説明するように、溝形成用ポンチの溝
形成用凸出部の高さＨが、電池容器の溝構成材料の厚み
、すなわち、電池容器の肉厚Ｔおよび溝の形成によって
設けられた薄肉部の厚みｔに対して、ｌ（≧１．５（Ｔ
　−ｔ　）であることが好ましい。またポンチの溝形成
用凸出部の溝形成角度θ（第１図参照）を５０〜８０＠
にするのは、溝形成角度が５０＠未満では溝の底部構成
材料に与える引張り応力が不充分となり、ポンチの溝形
成用凸出部にかかる荷重が太き（なるため、溝形成が困
難になり、また溝形成角度が８０°を超えた場合は溝形
成そのものは可能であるが、電池内部の圧力上昇による
電池内部からの加圧力に対する抵抗が大きくなるため、
防爆機能の優れた電池が得られにくくなるからである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明の方法により電池容器の底部に溝を
形成し、かつ溝形成により凸出した部分を平坦にする際
の状態を示す断面図であり、第１図は溝形成用のポンチ
を下降させポンチの溝形成用凸出部を電池容器の底部に
押し込んだ状態の要部拡大断面図で、第２図はポンチの
下降前の状態における全体の断面図である。第３図は第
１〜２図に示す方法により溝を形成したときの電池容器
の断面図である。第４図は溝の形成により凸出した部分
を平坦にする際の状態を示す断面図であり、平坦にする
ための成形用ダイを下降させる前の状態を示すものであ
る。そして、第５図は溝の形成により凸出した部分を平
坦にした後の電池容器の断面図である。

まず、溝形成にあたり、第２図に基づき全体を説明する
と、図中、１は電池容器で、この電池容器１は直径が１
４ｍｍで、高さが４７ｍｍである。２１は溝形成用のポ
ンチであり、２１ａはポンチの溝形成用凸出部、２１ｂ
はポンチの基盤部である。上記電池容器１は、を底円筒
状をしており、図面では倒立させた状態で下型２２上に
かぶせるようにしてのせられている。そして、２３はそ
の基台である。電池容器１への溝形成は、第２図に示す
状態からポンチ２１を下降させ、第１図に示すようにポ
ンチ２１の溝形成用凸出部２１ａを電池容器１の底部２
に押し込むことによって溝３が形成される。ポンチ２１
の溝形成用凸出部２１ａの先端２１ａ、は平坦面に形成
されており、それによって形成される溝３の底部は平坦
面になる。ポンチ２１の溝形成用凸出部２１ａの溝形成
角度θは５０〜８０″に形成されており、そのため、こ
のポンチ２１の溝形成用凸出部２１ａの先端２１ａ、で
押圧された溝底部の構成材料には第１図に示すように引
張り応力ｆがかかり、しかも溝加工しない部分には拘束
力を与えず、無拘束下にしているので、電池容器ｌの底
部２の被成形部分が変形しやすくなり、該部分の変形抵
抗およびポンチの溝形成用凸出部２１ａと電池容器１の
被成形部分との摩擦力は小さくなり、比較的低いポンチ
荷重で溝３の形成が可能になる。

しかし、上記のような無拘束下での溝形成では、溝の形
成によって電池容器の底部は、第３図に示すように凸出
し、総高が４７．５＋ｕ＋になっており、そのままでは
前記したように電池総高不良の発生や電池組立時におけ
る電池容器の組立ラインへの供給ができなくなるなどの
原因になる。

そのため、本発明では、溝形成によって凸出した部分を
第４図に示すようにして平坦にする。

第４図において、３１は成形用ダイ、３１ａは成形用ダ
イの下面、つまり押圧面で、３１ａ＋は成形用ダイの下
面３１ａに形成された凹部であり、この凹部３１ａ１は
溝形成前の電池容器１の底部２の突出部２ａの外面形状
に適合する形状に形成されている。そして、３２は下型
、３３は基台である。下型３２は円柱状をしており、そ
の上面は溝形成前の電池容器１の底部２の内面形状に適
合する形状にされており、その中央部には突出部３２ａ
を有していて、電池容器１はこの円柱状の下型３２上に
かぶせるようにしてのせられている。

そして、成形用ダイ３１を下型３２上の電池容器１の底
部２に下降させ、２０ｋｇ／ｃｄでプレス成形すること
により、溝形成時に凸出した部分を平坦にし、第５図に
示すような電池容器ｌを得た。この電池　　　゛容器ｌ
の高さは４７ＩＩＩＩ＋であり、溝形成前と同じ高さで
ある。

なお、本実施例では、第５図（ａ）に示すように、溝３
はその平面形状が十字状になるように形成するので、溝
形成用ポンチ２１の溝形成用凸出部２１ａは十字状にな
っているが、第１〜２図では簡略化のため、そのように
は示しておらず、溝が直線状に１本形成されるような態
様で示している。

本実施例では、電池容器１は厚さ０．３ｍ＋＊のステン
レス鋼板で形成されており、ポンチの溝形成用凸出部２
ｉａの角度θは６０°で、該溝形成用凸出部２１ａの先
端２１ａ　Ｉは平坦で、その幅が０．１５ｍ−であり、
溝３の深さは０．２３ｍｍで、溝の形成によって薄肉に
された部分、つまり溝３の形成によって電池容器１の底
部２に設けられた薄肉部４の厚みは０．０７ｍｍで、該
薄肉部４の幅は０．１５ｍｍに形成されているが、−ｉ
の潤滑油（例えばマシン油など）を使用してプレスを行
っても、ポンチの溝形成用凸出部２１ａ先端にかかる荷
重は２４０ｋｇ／ｍｗ”以下にすることができ、生産性
高く溝形成を行うことができる。なお、ポンチの溝形成
用凸出部２１ａの高さは０．７１１１１１であり、溝形
成時の押し込みにより電池容器底部の溝加工しない部分
が凸出するが、それでも該凸出部分の上面とポンチ２１
の基盤部２１ｂとの間に０．０７ｍｍの空間がおいてい
て無拘束下でのプレス成形が可能である。また、形成さ
れた溝３の断面形状は第６図に示すように倒立台形状（
υ形状で、この倒立台形状という表現は、溝底部３ａが
下側に配置したときの形状を表現したものである）であ
る。

無拘束下での溝形成を安定して行うには、第１図に示す
ように溝形成用ポンチ２１の溝形成用凸出部２１ａの高
さをＨ１電池容器ｌの肉厚をＴ、薄肉部４の厚みをｔと
するとき、ポンチ２１の溝形成用凸出部２１ａの高さＨ
が、電池容器の肉厚Ｔおよび薄肉部の厚みｔに対して、
Ｈ≧１．５（Ｔ　−ｔ　）であることが好ましい、これ
は、溝形成時に溝形成部分の近傍が変形して凸出するの
で、それら溝形成部分以外の部分に対してポンチの基盤
部などによる拘束力を与えず、ポンチの溝形成用凸出部
２１ａにかかる荷重を安定して小さくするためには、ポ
ンチの溝形成用凸出部２１ａの高さＨを形成される溝の
深さより大きくしてお（ことが好ましいからである。

また、安定した防爆機能を発揮させるためには、溝３は
溝底部３ａの下に形成される薄肉部４の幅Ｗを薄肉部４
の厚みｔの１．４〜１５倍にするのが好ましい、すなわ
ち、薄肉部４の輻Ｗが薄肉部４の厚みｔの１．４倍以上
では、電池の内部圧力が上昇したとき、溝底部３ａの端
部に内部圧力による引張力と曲げによる引張力とが複合
してかかるようになり、電池内部の圧力上昇に鋭敏に対
応して溝底部３ａの端部のところで引裂破壊が生じ、安
定した防ＲＲ能が発揮されるようになり、また、薄肉部
４の幅Ｗが薄肉部の厚みもの１５倍以下では、電池外部
からの力が薄肉部にかかって薄肉部が破壊されるような
ことがないからである。

溝形成により凸出した部分の平坦化は、溝を除き他の部
分を溝形成以前の状態にもどすだけのものであって、そ
のプレス成形は通常のプレス成形と何ら変わるところが
なく、通常のプレス成形どおり１０〜５０ｋｇ／ｃ−程
度の圧力で行えばよい。

なお、本実施例では、リード端子の取付位置が安定しや
すいように、電池容器ｌの底部２の中央部に突出部２ａ
を設けているので、溝３を突出部２ａに形成したが、突
出部２ａは必ずしも必要ではなく、電池容器ｌの底部２
は平坦なものであってもよい。その場合においては、溝
３は電池容器１の平坦な底部２の中央部に設ければよい
が、そのようにしても、突出部２ａに溝３を設ける場合
と比較して、防爆機能が低下するようにこともないし、
また、プレス成形による溝形成に関しても作業性面など
で低下を招くこともない。

第７図は第１〜４図に基づいて説明した溝形成方法によ
り防爆用の溝が形成され、かつ溝形成により凸出した部
分を平坦にした電池容器を用いて組み立てた塩化チオニ
ル−リチウム電池を示すもので、図中、１は前述のよう
な溝３の形成により電池に防爆機能を備えさせるように
した電池容器である。１１はアルカリ金属よりなる負極
で、本実施例ではリチウム板を上記電池容器１の内周面
に圧着することにより形成されており、そのため、この
電池では、電池容器１は負極端子としての機能を有して
いる。１２はセパレータであり、このセパレータ１２は
ガラス繊維不織布からなり、円筒状をしていて、前記円
筒状の負極１１と円柱状の正極１３とを隔離している。

正極１３はアセチレンブラックを主成分とする炭素質で
形成された炭素多孔質成形体よりなり、１４は正掻集電
体で、ステンレス鋼棒よりなる。１５は電池蓋で、ステ
ンレス鋼で形成されていて、その立ち上がった外周部が
電池容器１の開口端部と溶接により接合され、電池蓋１
５の内周側には正極端子１７との間にガラス層１６が介
設されている。ガラス層１６は電池蓋１５と正極端子１
７との間を絶縁すると共に、その外周面でその構成ガラ
スが電池蓋１５の内周面に融着し、その内周面でその構
成ガラスが正極端子１７の外周面に融着して、電池蓋１
５と正極端子１７との間をシールし、電池容器１の開口
部はいわゆるハーメチックシールにより封口されている
。正極端子１７はステンレス鋼製で電池組立時はパイプ
状をしていて、電解液注入口として使用され、その上端
部を電解液注入後にその中空部内に挿入された正極集電
体１４の上部と溶接して封止したものである。１８は電
解液で、この電解液１８は塩化チオニルに支持電解質と
しての四塩化アルミニウムリチウムを１．２　ｍｏｌ／
２溶解したもので、塩化チオニルは上記のように電解液
の溶媒であると共に、この電池では正極活物質であり、
正極１３の表面で、この塩化チオニルと負極１１からイ
オン化したリチウムイオンとが反応を起こす、そして、
電解液１８の上部は空間になっており、１９および２０
はそれぞれガラス繊維不織布からなる底部隔離材と上部
隔離材である。

上記のように底部に防爆用の溝を形成した電池容器を用
いた塩化チオニル−リチウム電池を火中に投入し、電池
が大きな破裂音を伴って破裂するか否かを調べた結果を
第１表に示す、比較のため、アルカリ電池で提案されて
いるような底部に丸みをつけた溝（溝形成角度９０°で
、溝底部の丸み０．２ｍ＋＋ｍＲ，薄肉部の厚さ０．０
７＋ｓ＋＊）を形成した電池容器を用いた電池について
も火中破裂試験を行い、その結果を第１表に示した。な
お、第１表中の「火中破裂電池個数」の欄の分母は試験
に供した電池個数を示し、分子は火中破裂（防爆機能が
作動せず、高圧で大きな破裂音を伴った電池破裂するも
の）を生じた電池個数を示す。

第　　　　１　　　　表 第１表に示すように、本発明により溝形成を行った電池
容器を用いて作製した電池では、火中破裂がまったくな
く、優れた防爆機能が発揮された。

なお、第８図は防爆用薄肉部の厚みと該防爆用薄肉部の
開裂圧力との関係を示すものであり、第８図中の実線ａ
は電池容器の底部に溝形成後、溝形成により凸出した部
分を平坦にした電池容器の場合を示し、第８図中の点線
すは底部に溝形成しただけで溝形成によって凸出した部
分を平坦にしていない電池容器の場合を示している。こ
の第８図から明らかなように、溝形成によって凸出した
部分を平坦にした方が、溝形成によって凸出した部分を
平坦にしていない場合に比べて、同じ厚み（防爆用薄肉
部の厚み）で比較した場合、薄肉部の開裂圧力が低い。

このことから、溝形成によって凸出した部分を平坦にす
ることにより、同じ厚みでも、より低い圧力で防Ｉｌｌ
能を作動させることができ、より安定して防爆機能を発
揮させ得ることがわかる。

なお、上記実施例では、溝は平面形状が十字状になるよ
うに形成したが、溝の平面形状はそのような十字状のも
ののみに限られることなく、例えば第９図に示すように
、Ｙ字状（第９図（ａ）参照）、アスタリスク（星印）
状（第９図（ｂ）参照）、Ｈ字状（第９図（Ｃ）参照）
、さらにはＸ字状など、溝が複数本でそれらの溝が少な
くとも１箇所交わっているものがとり得る。特に電池に
内圧がかかったときに電池容器の底部で最も変形が大き
いのは、中心部であるため、底部中心に交点を持つ平面
形状が十字状、Ｘ字状、Ｙ字状、アスタリスク状の溝が
好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、無拘束下、溝形成角
度を５０〜８０”として、プレス成形で電池容器の底部
に溝形成を行うことにより、溝の底部を構成する材料に
引張り応力をかけ、被成形材料の変形抵抗および溝形成
用ポンチと被成形材料との間の摩擦力を小さくして、底
部が平坦な溝を量産可能なポンチ寿命で形成するととも
に、上記溝形成により凸出した部分を平坦にすることに
よって、溝形成に伴う凸出部分によって引き起こされる
電池総高不良の発生や電池組立中における電池容器の組
立ラインへの供給トラブルを解消することができた。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の方法により電池容器の底部に防爆
用の溝を形成し、かつ溝形成により凸出した部分を平坦
にする際の状態を示すもので、第１図は溝形成用のポン
チを下降させポンチの溝形成用凸出部を電池容器の底部
に押し込んだ状態を示す要部拡大断面図であり、第２図
は溝形成用ポンチの下降前の状態における全体の断面図
である。 第３図は第１〜２図に示す方法により溝を形成したとき
の電池容器の断面図である。第４図は溝の形成により凸
出した部分を平坦にする際の状態を示す断面図であり、
平坦にするための成形用ダイを下降させる前の状態を示
すものである。第５図は本発明の方法により防爆用の溝
が形成され、かつ溝形成により凸出した部分を平坦にし
た電池容器の一例を示すもので、第５１１ｆｆｌ（ａ）
はその平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のｘ−Ｘ線
における断面図である。第６図は第５図（ｂ）のＡ部拡
大断面回である。 第７図は本発明の方法により防爆用の溝が形成され、か
つ溝形成により凸出した部分を平坦にした電池容器を用
いた塩化チオニル−リチウム電池の一例を示す断面図で
ある。第８図は防爆用の薄肉部の厚みと該薄肉部の開裂
圧力との関係を示す図である。第９図は本発明の方法に
より形成される溝の他の例の平面形状を示すためのもの
で、上段はそれぞれの電池容器の概略正面図を示し、下
段はそれらの概略底面図を示す。 １・・・電池容器、　２・・・底部、　３・・・溝、３
ａ・・・溝の底部、　４・・・薄肉部、　２１・・・溝
形成用ポンチ、　２１ａ・・・溝形成用凸出部、２１ａ
１・・先端、　３１・・・成形用グイ、　３２・・・下
型第　　１　　図 ２・・・底部 ３・・・溝 ２１・・・溝形成用ポンチ ２１１・・・溝形成用凸出部 ２１ａ　ｌ・・・先端 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　５　　図 （ｂ） 第　　６　　図 ３ａ・・・溝の底部 第　　７　　図 第　　８　　図 防爆用の薄肉部の厚み（μｍ） 第９図 （ａ）　　　（ｂ） ■・・・電池容器 ２・・・底部 ３・・・溝 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電池に防爆機能を備えさせるための溝を電池容器
   の底部に形成するにあたり、溝形成用ポンチとして、先
   端が平坦で、かつ溝形成角度が５０〜８０°の溝形成用
   凸出部を有するポンチを用い、電池容器の底部の溝形成
   部分以外の部分の厚み方向に拘束力を与えずに、電池容
   器の底部に上記ポンチの溝形成用凸出部を押し込んで、
   底部が平坦な溝を電池容器の底部に形成し、ついで電池
   容器の底部の上記溝形成により凸出した部分をプレス成
   形により平坦にすることを特徴とする防爆型密閉電池に
   使用する電池容器の製造方法。