WO2005004259A1 - 電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

横断面形状が長円形の電池ケース（２）内に発電要素（３）を収容する工程と、電池ケース（２）の開口部にガスケットを介して封口部材（５）を配置する工程と、電池ケース（２）の開口部を内側にかしめて封口する封口工程とからなる電池の製造方法において、封口工程における電池ケース（２）の長側面の端縁部（２ａ）のかしめを断面円弧状の成形面（１７）にて行い、長側面の両側端面を接続する円弧面の端縁部（２ｂ）のかしめを平面状の成形面（１８）にて行うことで、均一で密閉性に優れた信頼性の高い封口を電池ケース（２）の開口部の全周にわたって備えた、安全性に優れた漏液の恐れのない電池を提供する。

Description

明 細 書 電池とその製造方法 技術分野

本発明は小型の携帯電子機器等の電池電源に好適に適用される電池と その製造方法に関するものである。 背景技術

近年、 携帯電話、 携帯情報端末等の携帯電子機器の性能は、 搭載され る半導体素子、 電子回路だけでなく、 充放電可能な密閉型二次電池の性 能に大きく依存しており、 搭載される密閉型二次電池の容量アップと共 に、 軽量 . コンパク ト化も同時に実現することが望まれている。 これら の要望に応える密閉型二次電池と して、 ニッケルカ ドミ ゥム蓄電池の約 2倍のエネルギー密度を有する二ッケル水素蓄電池が開発され、次いで、 これを上回るリチウムイオン電池が開発され、 使用機器の用途に応じて 使い分けされている。

これらの密閉型二次電池は、 正極板と負極板とをセパレータを介して 渦巻状に卷回ゃ積層した極板群と電解液からなる発電要素を円筒形、 角 形や扁平形の電池ケースに収容し、 かしめ封口やレーザー封口すること によって構成されており、 中でも角形や扁平形の電池は、 機器の薄型化 に好適であり、 携帯電話などの携帯電子機器への適用が増加している。 扁平形の電池を封口する手段として、 封口板とケース開口部とをレーザ 一溶接により密閉する方法は、 コス トが高く生産性も悪いという課題や、 リチウムニ次電池の場合は有機電解液を用いているためレーザー溶接の 際に引火の恐れがあるという課題もあった。

そこで、 安価で生産性に優れた横断面形状が細長い長円形の電池ケー ス内に発電要素を収容し、 電池ケースの開口部にガスケッ トを介して封 口部材を配置し、 電池ケースの開口部を従来の円筒形電池と同様にかし めて封口する方法も用いられている。 具体的には、 電池ケースのかしめ 工程においては、 図 5 A〜 5 Cに示すように、 電池ケースの横断面形状 と同じ開口形状の凹部 2 2を有し、 その内底面の外周部に全周にわたつ て同じ曲率半径の断面円弧状の成形面 2 3を形成したかしめ治具 2 1を 用い、 このかしめ治具 2 1 の凹部 2 2を電池ケース 3 2の開口部に外嵌 させ、 所定の押圧荷重で加圧することにより、 図 6に示すように、 電池 ケース 3 2 の開口部を全周にわたってかしめたかしめ部 3 3を形成し、 電池 3 1の封口を行っている。 なお、 図 5 A〜 5 Cにおいて、 2 4は凹 部 2 2の内底面の中央部に形成した逃がし凹部である。

具体的には、 図 5 A〜 5 Cに示すかしめ治具 2 1を用いて電池ケース 3 2の開口部をかしめた電池 3 1においては、 図 7に示すように、 かし め部 3 3の内、 電池ケース 3 2の長側面の端縁部の直線状のかしめ部 3 4 と、 電池ケース 3 2の長側面の両側端間を接続する円弧面の端縁部の 円弧状のかしめ部 3 5では、 長側面の端縁部より円弧面の端縁部の方が かしめ封口されやすい為に両者の断面形状が異なってしまうといった問 題があった。 さ らに、 これらの境界部 3 6及ぴその近傍に、 両者の封口 断面形状の違いによる歪や座屈などによる異常な折れ曲がり 3 7が発生 してしまうことがある。 その結果、 電池の密閉性、 すなわち封口耐圧の 確保が困難となり、 電池封口部の封口強度が低下し、 過充電時に電池の 内圧上昇によつて作動するべき封口板内の電流遮断機構等の安全機構が. 封口部からの漏液やガス漏れによる内圧低下によって未作動となり、 電 池の安全性低下につながる恐れがある。 また、 このような封口耐圧の低 下は、 高温保存時での耐漏液性にも大きな問題となっていた。

なお、 かしめ治具 2 1の凹部 2 2の内底面の外周部に、 断面円弧状の 成形面 2 3に代えて平坦な成形面を形成することによって、 直線状のか しめ部 3 4と円弧状のかしめ部 3 5の境界部などに座屈が発生しないよ うにすることも考えられたが、 その場合には直線状のかしめ部 3 4にお けるかしめの信頼性が低下し、 漏液を生じる恐れがある。

そこで、 断面円弧状の成形面にてかしめ封口を行った後、 封口上部長 側面の電池ケース先端部をパンチ成形する提案 （例えば、 特開 2 0 0 0 - 3 3 1 6 5 4号公報参照。） や、 直線状の長側面を円弧角 9 0 ° より大 きいアール形状の成形面にてかしめ、 長側面の両側端面を接続する円弧 面を長側面の円弧角より小さいアール形状の成形面にてかしめる提案 (例えば特開 2 0 0 2— 3 2 4 5 2 3号公報参照。） がある。

しかし、 これらの場合でも、 直線状のかしめ部 3 4と円弧状のかしめ 部 3 5の両方に対して、 円弧を有する成形面を用いている為、 かしめ封 口性の異なる直線状のかしめ部 3 4 と円弧状のかしめ部 3 5の密閉性の 確保が十分ではなく、 電池の高容量化、 薄型化に伴って、 電池ケースの 肉厚が薄く、 ガスケッ トの肉厚も薄くなつており、 この問題は益々重大 となっている。

そこで本発明は、 上記従来の問題点に鑑み、 横断面形状が長円形の扁 平な電池ケースの開口部の全周にわたつて均一で密閉性に優れたかしめ 部を有し、 信頼性の高い封口がなされているので安全性に優れ、 漏液の 恐れのない電池とその製造方法を提供することを目的とする。 発明の開示

上記問題を解決するため、 本発明の電池の製造方法は、 横断面形状が 長円形の電池ケース内に発電要素を収容する工程と、 電池ケースの開口 部にガスケッ トを介して封口部材を配置する工程と、 電池ケースの開口 部を内側にかしめて封口する封口工程とからなる電池の製造方法におい て、 封口工程における電池ケースの長側面の端縁部は断面円弧状の成形 面にてかしめ、 長側面の両側端間を接続する円弧面の端緣部は平面状の 成形面にてかしめる製造方法であり、 長側面端縁部よりかしめ封口され やすい円弧面端縁部のかしめ封口性を弱く し、 長側面と同等の密閉性に することができ、 円弧面と長側面との境界部を含めた横断面形状が長円 形の扁平な電池ケースの開口部の全周にわたつて均一で密閉性に優れた かしめ部を形成できるので、 過充電時に電池の内圧上昇によって作動す るべき封口板内の電流遮断機構等の安全機構が、 封口部からの漏液ゃガ ス漏れによる内圧低下によつて未作動となり、 電池の安全性低下につな がる恐れがなく、 高温保存時での耐漏液性にも優れた信頼性の高い電池 を製造することができる。

また、 本発明の電池は、 前記電池の製造方法によって得られる電池ケ 一スの長側面の封口かしめ端緣部は頂部が平坦面で、 長側面の両側端間 を接続する円弧面の端縁部は断面円弧状であり、 電池ケースの長側面の 封口かしめ端縁部より も長側面の両側端間を接続する円弧面の端縁部の 高さが高いことが好ましい。

この場合、 長側面の端縁部は頂点が平坦面で先端部が内側に円弧状や 平面状となるまでかしめても、 長側面の両側端間を接続する円弧面の端 縁部は絶縁ガスケッ トが座屈することなく断面円弧状となり、 両者の密 閉性を同等にすることができ、 円弧面と長側面との境界部を含めた電池 ケースの開口部の全周にわたって均一なかしめ部を形成しているので、 過充電時に電池の内圧上昇によって作動するべき封口板内の電流遮断機 構等の安全機構が、 封口部からの漏液やガス漏れによる内圧低下によつ て未作動となり、 電池の安全性低下につながる恐れがなく、 高温保存時 での耐漏液性にも優れた信頼性の高い電池を得ることができる。そして、 電池ケースの長側面の封口かしめ端縁部より も長側面の両側端間を接続 する円弧面の端縁部の高さを 0 . l m m〜0 . 5 m m高くすることによ り、 円弧面と長側面における絶縁ガスケッ トの圧縮率を同じにすること ができ、 密閉性をより均一にすることができる。 図面の簡単な説明

図 1 A〜図 I Bは、 本発明の一実施形態の電池を示し、 図 1 Aは全体 斜視図であり、 図 2 Bは封口状態を示す拡大斜視図である。

図 2は、 図 1 Aの A— A矢視部分拡大断面図である。

図 3は、 図 1 Aの B— B矢視部分拡大断面図である。

図 4 A〜図 4 Cは、 同実施形態の電池の製造工程に用いるかしめ治具 を示し、 図 4 Aは平面図であり、 図 4 Bは図 4 Aの C一 C矢視拡大断面 図であり、 図 4 Cは図 4 Aの D— D矢視部分拡大断面図で'ある。

図 5 A〜図 5 Cは、 従来例の電池の製造工程に用いるかしめ治具を示 し、 図 5 Aは平面図であり、 図 5 Bは図 5 Aの E _ E矢視拡大断面図で あり、 図 5 Cは図 5 Aの F— F矢視部分拡大断面図である。

図 6は、 従来例の電池の封口状態を示す斜視図である。

図 7は、 従来例の電池の封口状態の問題点を示す部分平面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施形態における電池とその製造方法について、 リ チウムイオン二次電池を用い、 図 1 A〜図 4 Cを参照して説明するが、 本発明は、 横断面形状が長円形の扁平であれば特に限定されるものでは なく、 ニッケルカ ドミウム電池やニッケル水素電池などの電池にも適用 することができる。

図 1 A〜 1 Bにおいて、 1はリチウムィオン二次電池から成る電池で あり、 横断面形状が細長い長円形で、 厚さ寸法を t と して幅寸法 Wが 4 t 〜 8 t程度の扁平な形状を呈している。 電池 1は、 図 2、 図 3に示す ように、 上端部が開口している有底の扁平な電池ケース 2内に正極板と 負極板をセパレータを介して対向配置した極板群と電解液から成る発電 要素 3を収容して構成されており、 電池ケース 2の材質と しては、 安価 なニッケルメツキを施した銅板や軽量なアルミェゥム合金などを目的に 応じて用いることができる。 電池ケース 2の開口部は、 絶縁ガスケッ ト 4を介して封口部材と しての封口板 5を挿入配置し、 電池ケース 2の開 口部を全周にわたって内側に塑性変形させてかしめ部 1 2を形成するこ とにより封口されている。 2 0は封口板 5を支持するように電池ケース 2の開口部上端より所定の位置にレーザー溶接等により溶接固着された 金属製の補強板である。

封口板 5は、 突起部 6を有するキヤップ 7がー方の極性の接続電極を 構成し、 電池ケース 2が他方の極性の接続電極を構成している。 封口板 5は、 フィルタ 8内にインナーガスケッ ト 9を介して安全弁機構 1 0と P T C素子 1 1 とキャップ 7を収容配置して構成され、 フィルタ 8が発 電要素 3に接続され、 フィルタ 8 とキャップ 7が安全弁機構 1 0 と P T C素子 1 1 を介して接続されている。

電池ケース 2の開口部のかしめ部 1 2は、 電池ケース 2の長側面の端 縁部 2 aは頂部に平坦面 1 3 aを有する平坦かしめ部 1 3にて構成され. 電池ケース 2の長側面の両側端間を接続する円弧面の端縁部 2 bは断面 円弧状の円弧かしめ部 1 4にて構成されている。

このかしめ部 1 2は、 図 4 A〜 4 Cに示すように、 電池ケース 2の横 断面形状と同じ開口形状の凹部 1 6を有し、 その内底面の外周部に円弧 成形面 1 7 と平坦成形面 1 8を形成したかしめ治具 1 5を用い、 このか しめ治具 1 5の凹部 1 6を電池ケース 2の開口部に外嵌させ、 所定の押 圧荷重で加圧することによ り成形されている。 円弧成形面 1 7は、 電池 ケース 2の長側面の端縁部 2 aに対応する直線部分に形成された断面円 弧状の成形面にて構成され、 平坦成形面 1 8は電池ケース 2の円弧面の 端縁部 2 bに対応する円弧部分に形成された平坦な成形面にて構成され ている。 なお、 円弧成形面 1 7の曲率半径 r と平坦成形面 1 8のコーナ 一部の曲率半径 rは同一に設定されている。 1 9 aは凹部 1 6の内底面 の中央部に形成した逃がし凹部、 1 9 bはかしめ工程後に電池 1 を取り 出す突き出しピンである。

このように電池ケース 2の開口部の長側面の直線部分においては、 円 弧成形面 1 7で塑性変形させることで絶縁ガスケッ ト 4を圧縮して電池 ケース 2の端縁部を確実にかしめ封口して密閉することができ、 長側面 の両側端間を接続する円弧部分においては、 平坦成形面 1 8で塑性変形 させて円弧の外周から内周に向けて内側にかしめ封口して密閉させるこ とで、 長側面の端縁部は頂点が平坦面で先端部が内側に円弧状や平面状 となるまでかしめても、 長側面の両側端間を接続する円弧面の端縁部は 絶縁ガスケッ トが座屈することなく断面円弧状となり、 両者の密閉性を 同等にすることができ、 円弧面と長側面との境界部を含めた電池ケース の開口部の全周にわたつて均一なかしめ部を形成しているので、 過充電 時に電池の内圧上昇によつて作動するべき封口板内の電流遮断機構等の 安全機構が、 封口部からの漏液やガス漏れによる内圧低下によって未作 動となり、 電池の安全性低下につながる恐れがなく、 高温保存時での耐 漏液性にも優れた信頼性の高い電池を得ることができる。

なお、 補強板の代わりに開口部上端より所定の位置の外周面から溝入 れを行い、 内部に膨出形成された溝部を支持部と して、 封口板を挿入配 置しても同様の効果が得られる。

以上の構成の電池 1の全体的な製造工程について説明すると、 横断面 形状が長円形の電池ケース 2内に発電要素 3を収容し、 電池ケース 2の 開口部内に補強板 2 0を揷入し、 位置決めして溶接し、 次いで電池ケー ス 2の開口部に絶縁ガスケッ ト 4 と封口板 5を配置するとともにそのフ ィルタ 8 と発電要素 3の一方の極性の電極とを接続し、 最後に電池ケー ス 2の開口部を上記のようにかしめ治具 1 5を用いてかしめて封口する ことで電池 1が完成する。

以上のように本実施形態によれば、 横断面形状が長円形の扁平な電池 1においても、 その開口部の全周にわたって均一で密閉性に優れたかし め部 1 2を形成でき、 電池の高容量化、 薄型化に伴って、 電池ケースの 肉厚が薄く、 ガスケッ トの肉厚も薄くなつても、 信頼性の高い封口状態 を実現することができ、 漏液の恐れのない薄型の電池 1 を生産性良く製 造することができる。 産業上の利用可能性

以上説明したとおり本発明によれば、 横断面形状が長円形の扁平な電 池ケースにおいても、 その開口部の全周にわたって均一で密閉性に優れ たかしめ部を形成できることから、 信頼性の高い封口を実現し、 安全性 に優れた漏液の恐れのない電池を提供することに適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 横断面形状が長円形の電池ケース （ 2 ) 内に発電要素 （ 3 ) を収容する工程と、 電池ケース （ 2 ) の開口部にガスケッ ト （4 ) を介 して封ロ部材 （ 5 ) を配置する工程と、 電池ケース （ 2 ) の開口部を内 側にかしめて封口する封口工程とからなる電池の製造方法において、 封 口工程における電池ケース （ 2 ) の長側面の端縁部 （ 2 a ) は断面円弧 状の成形面 （ 1 7 ) にてかしめ、 長側面の両側端間を接続する円弧面の 端縁部 （ 2 b ) は平面状の成形面 （ 1 8 ) にてかしめることを特徴とす る電池の製造方法。

2. 横断面形状が長円形の電池ケース （ 2 ) 内に発電要素 （ 3 ) を備え、 前記電池ケース （ 2 ) の開口部にはガスケッ ト （ 4 ) を介して 封ロ部材 （ 5 ) が配置された後に前記開口部を内側にかしめて封口され た電池において、 かしめ治具 （ 1 5 ) の断面円弧状の成形面 （ 1 7 ) に てかしめられた前記電池ケース （ 2 ) の長側面の端緣部 （ 2 a ) の頂部 は平坦面 （ 1 3 a ) であり、 前記かしめ治具 （ 1 5 ) の平面状の成形面 ( 1 8 ) にてかしめられた前記電池ケース （ 2 ) の長側面の両側端間を 接続する円弧状の端縁部 （ 2 b ) は断面円弧状であることを特徴とする 電池。

3. 前記電池ケース （ 2 ) の長側面の封口かしめ端縁部 （ 2 a ) よりも長側面の両側端間を接続する円弧面の端縁部 （ 2 b ) の高さが高 いことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の電池。