JPWO2020138492A1 - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
なお、「屈曲して延びる」とは、折れ曲がって延びる場合に限られるものではなく、屈曲後の延出部分が曲線形状であり、連続的に延出方向が変化する場合(すなわち、湾曲して延びる場合)を含むものとする。これは、後述の第2〜第4部分についても同様とする。
開口縁部の第1部分が、径方向において筒部の外側または内側に向かって屈曲して延びるとは、筒部の所定部分の延出方向(例えば、筒部の軸方向)を表す単位ベクトルをV0とし、当該所定部分から屈曲して延びる第1部分の延出方向を表す単位ベクトルをV1とするとき、V1のr方向の成分が、V0のr方向の成分から変化していることをいう。この場合に、V1のr方向の成分がV0のr方向の成分から減少する場合、開口縁部は径方向の内側に向かって屈曲し、増加する場合、開口縁部は径方向の外側に向かって屈曲している。言い換えれば、開口縁部が屈曲して延びるとは、筒部の軸方向に延びる仮想直線から、径方向に離間するように延びていることを意味する。
ここで、蓋部の第2部分が、軸方向における底部側または開口縁側に向かって屈曲して延びるとは、蓋部の所定部分の延出方向(例えば、筒部の軸に対して垂直な方向)を表す単位ベクトルをW0とし、当該所定部分から屈曲して延びる第2部分の延出方向を表す単位ベクトルをW1とするとき、W1のZ方向の成分が、W0のZ方向の成分から変化していることをいう。この場合に、W1のZ方向の成分がW0のZ方向の成分から減少する場合、蓋部の外周側の端部は、底部側に向かって屈曲し、増加する場合、開口縁部側に向かって屈曲している。これは、後述の第3および第4部分についても同様とする。言い換えれば、蓋部が屈曲して延びるとは、筒部の軸に垂直な方向に延びる仮想直線から、軸方向に離間するように延びていることを意味する。
図1〜図3は、本実施形態に係る電池において、蓋部330を筒部120の開口縁部110に溶接により接合する方法の例を示す模式図である。図1(図1A〜図1F)は、開口縁部110の端部を径方向の外側に向かって屈曲させた例である。図2(図2A〜図2F)は、開口縁部110の端部を径方向の内側に向かって屈曲させた例である。図3(図3A〜図3H)は、開口縁部110が屈曲部を有さないストレート形状の例である。
また、図1〜図3では、蓋部と開口縁部との当接状態を抜粋して説明するため、図面上では、蓋部と筒部しか図示していない。しかし、図1〜図3に開示した構成においても後述する端子部やガスケットなどの封口部材の構成は、当然適用される。
接合部420は、上述の図1〜図3に示した通り、開口縁部110と蓋部330の端部同士を重ね、例えばレーザ溶接を行うことにより、形成され得る。図4において、開口縁部110、および、蓋部330の外周側端部は、図1Cに類似した態様であり、径方向の内側に向かって屈曲して延びる第1部分411の内周面(第1の表面)と、蓋部330の端面(第2の表面)とが、軸方向および径方向に対して斜めに傾いた状態で面接触している。
筒部の開口縁部側の端部と、蓋部の外周側の端部とが、鉄とニッケルとを含む合金部により接合されていてもよい。この場合において、合金部に含まれるニッケルの含有量は1.4質量%以上であってもよい。
製造後の電池缶に対して、開口縁部の端面を再度ニッケルめっきする処理を行ってから溶接することで、合金部に含まれるNi含有量を1.4質量%以上に高めることも可能である。しかしながら、成形後の電池缶は単板に比べて形状が複雑であるため、むらを抑制しながらめっきをしようとすると製造工程数が増加する。加えて、封口部材と比べて、電池缶は体積が大きくなり易く、製造設備が大型化し易い。結果、製造コストが高くなり易い。
溶接の方法は特に限定されず、蓋部および電池缶の材質に応じて適宜選択すればよい。溶接方法としては、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、摩擦攪拌接合等が挙げられる。
電池11の他の構成については、第1実施形態における電池10と同様である。
円筒型の電極体200は、捲回型であり、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して構成されている。正極および負極の一方には内部リード線210が接続されている。内部リード線210は、端子部310の中央領域312の内側面に溶接等により接続される。正極および負極の他方には、別のリード線が接続され、別のリード線は電池缶100の内面に溶接等により接続される。また、電池缶100の底部130と電極体200の間に別の絶縁板(下部絶縁板)を設けてもよい。この場合、別のリード線は別の絶縁板を迂回して延びるか、別の絶縁板に形成された貫通孔に挿通されていてもよい。
負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体の材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。負極集電体の厚みは、例えば5〜30μmであることが好ましい。
正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極集電体には、金属フィルム、金属箔(ステンレス鋼箔、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔)などが用いられる。
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料(樹脂)としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば8〜30μmである。
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。リチウム塩としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
100:電池缶
120:筒部
110:開口縁部
110T:端面
150:収容部
130:底部
200:電極体
210:内部リード線
300:封口部材
310:端子部
311:周縁部
312:中央領域
313:薄肉部
320:ガスケット
321:外側リング部
322:内側リング部
323:中継リング部
330:蓋部
330T:端面
331:天板部分
332:突出壁
334:支持部
350:第2のガスケット
401:第1係合部
402:第2係合部
411:第1部分
412:第2部分
413:第3部分
414:第4部分
415:第5部分
420:接合部
421:合金部
422、422A、422B:ニッケル層(第2のニッケル層)
423:ニッケル層(第1のニッケル層)
424:開口縁部の表面に形成されたニッケル層
425:下地金属層
501:第1外部リード線
502:第2外部リード線
Claims (28)
- 一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、前記筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁部の開口を封口するように前記筒部に固定された封口部材と、を備え、
前記封口部材は、前記開口を覆う蓋部を含み、
前記筒部の前記開口縁部側の前記端部に第1係合部が形成され、
前記蓋部の外周側の端部に第2係合部が形成され、
前記第1係合部が有する第1の面と、前記第2係合部が有する第2の面とが重なった状態で接合されている、電池。 - 前記開口縁部が、前記筒部の軸方向に垂直な径方向において前記筒部の外側または内側に向かって屈曲して延びる第1部分を有し、
前記第1部分が、前記第1係合部を形成する、請求項1に記載の電池。 - 前記蓋部の外周側の端部が、前記筒部の軸方向における前記底部側または前記開口縁部側に向かって屈曲して延びる第2部分を有し、
前記第2部分が、前記第2係合部を形成する、請求項1または2に記載の電池。 - 前記蓋部の外周側の端部は、前記筒部の軸方向における前記底部側または前記開口縁部側に向かって屈曲して延びる第3部分と、前記第3部分から前記第3部分の屈曲方向と反対方向に屈曲して延びる第4部分と、を有し、
前記第4部分が、前記第2係合部を形成する、請求項1または2に記載の電池。 - 前記第3部分は、前記筒部の内周面に沿って延びている、請求項4に記載の電池。
- 前記蓋部に、前記電極体と対向する表面に立設されるとともに前記筒部の内周面に沿って延びるリブが設けられた、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池。
- 前記第1の面および前記第2の面は、前記径方向および前記軸方向に対して斜めに傾いている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池。
- 前記第1の面は、前記筒部における外周面、内周面、または、端面である、請求項7に記載の電池。
- 前記第2の面は、前記蓋部における前記底部側の表面、前記開口縁部側の表面、または、端面である、請求項7または8に記載の電池。
- 前記筒部の端面が、前記開口縁部の延出方向に垂直な面から傾斜しており、傾斜面が前記第1の面を形成し、および/または、前記蓋部の外周側の端面が、前記蓋部の外周側の端部の延出方向に垂直な面から傾斜しており、傾斜面が前記第2の面を形成している、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池。
- 前記第1の面と前記第2の面のいずれか一方に、他方と重なることなく外部に露出した領域が存在する、請求項7〜10のいずれか1項に記載の電池。
- 前記筒部の前記開口縁部側の端部と、前記蓋部の外周側の端部とが、合金部により接合されており、
前記合金部が鉄とニッケルとを含み、前記合金部に含まれるニッケルの含有量が1.4質量%以上である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の電池。 - 前記開口縁部の端面の全面が前記合金部で覆われている、請求項12に記載の電池。
- 前記蓋部の外周側の端面の全面が前記合金部で覆われているか、または、前記蓋部の外周側の端面の一部が前記合金部で覆われているとともに、前記蓋部の外周側の端面の残部が第1のニッケル層で覆われている、請求項12または13に記載の電池。
- 前記蓋部の外表面を構成する主面が、第2のニッケル層で覆われている、請求項12〜14のいずれか1項に記載の電池。
- 前記蓋部の外周側の端面の一部が、前記第1のニッケル層で覆われ、
前記蓋部の外表面を構成する主面が、第2のニッケル層で覆われ、
前記第1のニッケル層の厚みは、前記第2のニッケル層の厚みより厚い、請求項14に記載の電池。 - 前記第2のニッケル層は、前記合金部と隣接する第1領域と、前記第1領域に隣接して前記合金部と反対側に位置する第2領域に形成され、
前記第1領域における前記第2のニッケル層の厚みが、前記第2領域における前記第2のニッケル層の厚みよりも厚い、請求項15または16に記載の電池。 - 前記合金部内において、前記開口縁部側よりも前記蓋部側でニッケルの濃度が高い、請求項12〜17のいずれか1項に記載の電池。
- 前記蓋部の外周側の端部は、前記筒部の軸方向において外方に向かって屈曲しており、
屈曲して外方に向かう突出壁の先端に前記合金部が形成されている、請求項12〜18のいずれか1項に記載の電池。 - 前記筒部は鉄またはその合金を含む、請求項12〜19のいずれか1項に記載の電池。
- 前記電池缶の軸方向における前記合金部の寸法は、前記電池缶の径方向における前記合金部の寸法より小さい、請求項12〜20のいずれか1項に記載の電池。
- 前記封口部材は、端子部をさらに有し、
前記蓋部は貫通孔を有し、前記端子部が、前記蓋部と絶縁された状態で前記貫通孔を塞いでいる、請求項1〜21のいずれか1項に記載の電池。 - 前記電極体は、第1電極と第2電極とを有し、
前記第1電極は、前記端子部と電気的に接続し、
前記第2電極は、前記電池缶と電気的に接続した、
請求項22に記載の電池。 - 一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、前記筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶を準備する工程と、
前記開口縁部の開口を覆う蓋部を有する封口部材を準備する工程と、
前記封口部材を前記電池缶に溶接する溶接工程と、を有し、
前記電池缶は、前記開口縁部が屈曲しており、前記筒部の径方向に対して斜めに傾いた第1の面を前記開口縁部に有し、
前記蓋部は、前記筒部の軸方向に対して斜めに傾いた第2の面を、前記蓋部の外周側の端部に有し、
前記溶接工程は、前記開口縁を塞ぐように、前記封口部材を電極体が収容された前記電池缶に載置するとともに、前記筒部の前記第1の面を前記蓋部の前記第2の面に押圧しながら重ね合わせて、溶接により接合する工程である、電池の製造方法。 - 前記電池缶を準備する工程において、前記筒部の側周面および前記底部の表面にニッケル層が形成され、前記開口縁部の端面にニッケル層が形成されていない電池缶を準備し、
金属の前記蓋部の少なくとも外周側の端面にニッケル層が形成されており、
前記ニッケル層の厚みが3μm以上であり、
前記溶接工程において、前記ニッケル層が形成された前記蓋部の端部と、ニッケルを含まない前記開口縁部の端部とを溶融させて合金部を形成する、請求項24に記載の電池の製造方法。 - 前記筒部は鉄またはその合金を含み、
前記電池缶を準備する工程において、前記開口縁部の端面には鉄層または鉄合金層が露出している、請求項25に記載の電池の製造方法。 - 前記溶接工程において、前記開口縁部の端面の全面に前記合金部を形成する、請求項25または26に記載の電池の製造方法。
- 前記封口部材は端子部をさらに有し、
前記蓋部は貫通孔を有し、前記端子部が、前記蓋部と絶縁された状態で前記貫通孔を塞いでいる、請求項24〜27のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
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