WO2007142270A1

WO2007142270A1 - 電池缶及びその製造方法

Info

Publication number: WO2007142270A1
Application number: PCT/JP2007/061469
Authority: WO
Inventors: Fumiharu Sakashita; Katsuhiko Mori; Tomomichi Ueda; Takuhiro Nishimura
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2007-12-13
Also published as: JP2007329080A

Abstract

　本発明の電池缶（１）は、その側周部（１１）の厚さＴ１に対して封口部（１２）の厚さＴ２及び底部（１３）の厚さＴ３を厚く形成する。そのときの各部厚さの関係はＴ１＋０．０５ｍｍ≦Ｔ２≦Ｔ１＋０．１ｍｍ及び１．５×Ｔ２≦Ｔ３≦４×Ｔ１の形成条件とする。この形成条件とする電池缶（１）を製造するＤＩ工法による製缶条件は、電池缶（１）に成形する缶基材（２）の底部厚さ及び成形パンチ（３）、成形ダイスの寸法を適正化することにより達成される。このように構成することにより、電池缶の肉厚を薄くして缶内容積を増加させ、同一サイズにおける発電要素の収容量を増加させても、封口強度や缶強度を確保できる電池缶及びその製造方法を提供する。

Description

明細書

電池缶及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、乾電池やニッケル水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などの製造に適用する電池缶と、その製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 電池の発電要素を収容する有底筒状の電池缶は、材料とするフープ材を打ち抜き及び絞り加工するプレス成形によりカップ状に形成された缶基材を DI (Drawing and I roning)工法により所望サイズの有底筒状に成形して形成される。

[0003] 前記 DI工法は、缶基材より小径で超硬材からなる成形パンチを前進させて缶基材の内部にその先端部を挿入して前進させ、成形パンチの前進方向に向けて順次内径が小さくなる複数の成形ダイス内に缶基材を揷通させる。この動作により缶基材は成形パンチの前進に伴って絞りがかけられると同時にしごきがかけられるので、缶基材が全ての成形ダイス内を通過すると、所望寸法形状の電池缶に仕上られる。

[0004] DI工法により得られた有底筒状の電池缶は、所定高さ寸法になるように開口部側で切断され、缶内に発電要素が収容される。開放された電池缶の開口部には絶縁ガスケットを介して封口板が配置され、封口装置によって電池缶の開口部側を径方向内側に折り曲げるカシメカ卩ェがなされることにより、電池缶の開口部は絶縁ガスケットを挟んで封口板を挟着した状態になるので、缶内が密閉された電池に形成される。

[0005] このように電池缶の開口部側を折り曲げて封口する力シメ封口構造の電池において、電池缶の側周部の厚さが薄いと、折り曲げ時に破断が生じやすくなるため、大きなカシメ加圧をカ卩えることができず、封口による密閉性が低下する課題があった。この課題を解決するには、電池缶の側周部の厚さを増加させればよいが、側周部の厚さを増加させると缶内容積力、さくなるため収容できる発電要素の体積力、さくなり、電池容量が低下することになる。電池は携帯電子機器の進展に伴って、同一サイズでより高容量なものが要求されており、電池缶を薄肉化しながらも封口性のよい構造が求められている。 [0006] この高容量化と封口性とを両立させ得る円筒形の電池缶として、図 5に縦断面図として示すように、電池缶 40の側周部の厚さ T1を薄く形成し、その開口部側の厚さ T2 を増加させた電池缶及びその製造方法が知られている (特許文献 1参照)。図 5において、側周部の厚さ Tl <開口部側の厚さ T2であり、また開口部側の厚さ Τ2と底部の厚さ Τ3とはほぼ等しくなつて、る。

[0007] 上記従来技術に係る電池缶の製造方法においては、図 6に示すように、 DI工法に用いる成形パンチ 50は、その前進方向に対する後方部分 50bの直径が、それより前側の部分 50aの直径より小さくなるように形成されている。この成形パンチ 50により力ップ状に形成された缶基材 56を押し出して内径が順次小さくなるように形成された複数列の成形ダイス 51〜54内に揷通させると、成形パンチ 50の後方部分 50bの直径力、さく形成されていることから、成形された電池缶 40は、図 5に示すように、側周部の厚さ T1より開口部側の厚さ T2が大きい形状となる。即ち、電池缶に発電要素を収容して開口部を封口する折り曲げ加工に対応できる厚さの開口部を有する電池缶 4 0となる。

特許文献 1 :特開平 05— 089861号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 電池はそれを電源として使用する携帯電子機器の高機能化に伴って、同一サイズにおける電池容量の増加が求められて、る。外形寸法が決められて、る中で電池容量を増加させるためには、電池缶内に収容する発電要素の量を増加させる必要がある。外形寸法が決められた中で発電要素の収容量を増カロさせるには、電池缶の薄肉化を図ることになる。

[0009] 従来技術に示したように電池缶の側周部の厚さを薄くしても、開口部側で封口に必要な厚さが確保されるように形成すると、封口強度を得ることができる。しカゝしながら、電池缶の側周壁の厚さを 0. 1mm以下にまで薄肉化すると、従来技術に係る DI工法で成形される電池缶の開口部側の厚さは 0. 2mm程度し力確保することができず、所要の封口強度を得ることができな、課題があった。

[0010] 本発明が目的とするところは、従来技術に係る電池缶の各部の厚さを再検討して、側周壁の厚さを薄肉化しても所要の封口強度が得られる電池缶及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011] 上記目的を達成するための本発明の電池缶は、有底筒状の側周部の厚さ 0. 05〜 0. 1mmに対し、側周部の開口端側となる封口部及び底部の厚さ力前記側周部の厚さより肉厚に形成されてなる電池缶において、前記側周部の厚さ Tl、封口部の厚さ Τ2、底部の厚さ Τ3の関係力 Tl + 0. 05mm≤T2≤Tl + 0. 1mm及び 1. 5 XT 2≤T3≤ 4 X T1となるような形成条件に形成されてなることを特徴とする。

[0012] 上記構成によれば、電池缶の封口部の厚さ Τ2は、側周部の厚さ T1に対して上式の関係が得られるように形成され、底部の厚さ Τ3は、側周部の厚さ T1及び封口部の厚さ Τ2に対して上式の関係が得られるように形成されているので、側周部の厚さ T1 を薄くして電池の発電要素の収容量を増加させた場合でも、充分な封口強度と缶強度が得られる。従って、この電池缶を用いて製造された電池は、高容量で耐漏液性に優れたものに構成することができる。

[0013] また、本発明の電池缶の製造方法は、カップ状の有底筒状に形成された缶基材を成形パンチにより押し出し、内径が順に小さくなるように複数列に配列された成形ダイス内に挿通させる DI工法により所要形状及び厚さの電池缶を製造する電池缶の製造方法において、前記缶基材の底部厚さ Τ4に対し、前記成形パンチは、その前進方向前方側に形成された缶形成部の直径を D2,後方側に形成された段差部の直径を D3とし、前記成形ダイスの最終段ダイスの内径を D1として、それらが、 1. 5 Χ ( D 1— D3) Ζ2≤ Τ4≤ 4 X (D 1— D2) Ζ2の関係となる製缶条件に設定して電池缶を製造することを特徴とする。

[0014] 上記製造方法によれば、 DI工法による電池缶の製缶条件を上式のように設定することにより、前述した電池缶の形成条件を満足させることができる。側周部の厚さ T1 を薄くして電池の発電要素の収容量を増加させた場合でも、封口部の厚さが確保されて充分な封口強度が得られ、底部の厚さの最適化によって強度を確保した電池缶を製造することができる。従って、この製造方法により製造された電池缶を用いた電池は、高容量で耐漏液性に優れたものに構成することができる。 [0015] 本発明によれば、電池缶の側周部の厚さを薄肉化して缶内容積の増加を図ることができるので、電池缶内に収容する発電要素の収容量が大きくなり、この電池缶を用いて製造される電池は、同一サイズにおける電池容量が増加する。また、側周部の厚さを薄くしても、封口部の厚さは封口強度が充分に得られる厚さに形成できるので、耐漏液性に優れた電池に構成することができる。従って、本発明に係る電池缶を用 Vヽて製造される電池は、高容量で耐漏液性に優れる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る電池缶の縦断面図である。

[図 2]図 2A〜図 2Fは、同上電池缶を DI工法によって製造する工程を順を追って説明する工程図である。

[図 3]図 3は、 DI工法における成形パンチ及び成形ダイスを示す概略図である。

[図 4]図 4は、円筒形電池缶を用いた電池の構成例を示す 1Z2断面図である。

[図 5]図 5は、従来技術に係る電池缶の縦断面図である。

[図 6]図 6は、同上電池缶を製造する DI工法を説明する概略図である。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 図 1は、本発明の一実施形態に係る電池缶 1の縦断面図である。図示するように、電池缶 1は有底円筒形で、封口部 12の厚さ T2は、側周部 11の厚さ T1より肉厚に形成され、底部 13の厚さ T3も側周部 11の厚さ T1より肉厚に形成されている。例えば、円筒形の外径が 18. Ommの電池缶 1に形成するとき、側周部 11の厚さ T1 = 0. lm mに対し、封ロ咅 12の厚さ T2 = 0. 2mm、底咅 13の厚さ T3 = 0. 3mmのように形成される。

[0018] 上記のように形成された電池缶を用いた電池の構成例を図 4に示す。図 4は、円筒形のニッケル水素蓄電池に構成した例を示すもので、電池缶 51内には正極板 55と負極板 56とをセパレータ 57を介して渦巻き状に卷回した極板群 52が挿入され、電池缶 51の封口部 51aには外周上から内側に突出するように溝部 51cが形成される。前記正極板 55から引き出された正極リード 58を封口板 53に接続し、負極板 56から弓 Iき出された負極リード 59を電池缶 51の底部 5 lbに接続して電池缶 51内に電解液が注入された後、電池缶 51の封口部 51aにガスケット 54を介して封口板 53が前記溝部 51cによって形成された段上に配置される。封口部 51aの開口端を内側に折り曲げるカシメカ卩ェがなされることにより、ガスケット 54は圧縮されて封口板 53の周縁部を挟圧するので、封口板 53は図示するように電池缶 51の封口部 51aに固定され、電池缶 51の内部は密閉された状態になる。

[0019] 上記構成例に示すように、有底円筒形の電池缶 1の開口部を力シメ封口するには、電池缶 1の封口部 12が絞り加工ゃカシメカ卩ェに耐え得る封口強度を有して、る必要がある。電池缶 1の側周部 11は発電要素の収容量がより大きくなるように可能な限り薄肉化することが要求されるが、封口部 12は所要の封口強度を保っために所要の厚さに形成されていることが必要である。これらの要求に応えるべく電池缶 1は、図 1 に示すように、封口部 12の厚さ T2は側周部 11の厚さ T1より肉厚に形成されて!、る。この電池缶 1の各部の厚さを最適に形成することにより、この電池缶 1を用いて製造される電池は、より高容量で耐漏液性に優れた高性能なものとなる。

[0020] 電池缶 1の側周部 11、封口部 12、底部 13それぞれの厚さの最適値を求めるために、本願発明者らは各部の厚さが異なる複数の電池缶 1を製作すると共に、複数の電池缶 1を用いて電池を製作して検証した結果、各部の最適厚さを得るための形成条件を導き出した。また、各部の最適厚さを得るための条件を満たした電池缶 1を製造するための製造方法についても最適の製缶条件を導き出した。

[0021] 電池缶 1は、絞り加工としごき力卩ェとを併用する DI工法により製造される。図 2A〜図 2Fは、実施形態に係る DI工法の流れを順に示すものである。電池缶 1に形成する基材 (ニッケルメツキ鋼板等)を所定形状に打ち抜き、有底円筒形のカップ状に絞り加工した缶基材 2を成形パンチ 3によって押し出し、複数列に配置した成形ダイス 4a , 4b, 4c, 4dの径内に向けて前進させることにより、缶基材 2は所定外径で各部を所定厚さに形成した電池缶 1に成形される。

[0022] 成形ダイス 4a〜4dは、成形パンチ 3の前進方向にその内径が順次小さくなるように複数列に配列されており、成形パンチ 3によって缶基材 2が成形ダイス 4aに押し込まれたときには、図 2Bに示すように、絞りが加えられて缶基材 2の直径は小さくなる。続いて成形ダイス 4b, 4c, 4dの順に押し込まれる毎にしごきが加えられ、図 2Dに示すように、缶基材 2が最終段の成形ダイス 4dを通過したときには、缶基材 2は電池缶 1 の形状寸法に成形される。この DI工法によって缶基材 2は一工程で所定外径寸法の電池缶 1に成形される。尚、図 2A〜図 2Fにおいては、成形ダイス 4a〜4dの配列数を 4段としているが、これに限定されるものではなぐ配列段数は電池缶 1のサイズや形状、材質等によって任意に設定される。

[0023] 成形パンチ 3が最終段の成形ダイス 4dを通過すると、図 2Eに示すように、複数のストリッパ爪 5が周囲から成形パンチ 3の段差部 3bに摺接する位置まで縮径してくるので、成形パンチ 3を後退移動させると、成形された電池缶 1はストリッパ爪 5によって開口端で係止され、成形パンチ 3は電池缶 1から抜け出て元の始動位置に向けて後退移動する。この工程により成形された電池缶 1は、開口端側が不規則に波打った状態になっているので、開口端側は底部 13からの所定高さ位置で切断され、図 1に示したような電池缶 1に仕上げられる。

[0024] 電池缶 1の内径及び各部の厚さ変化は、成形パンチ 3の直径及び形状によって決定される。図 3に示すように、成形パンチ 3には、その前進方向後方側に、前進方向前方側の缶形成部 3aの直径より小さ、直径に形成された段差部 3bが形成されて、る。成形パンチ 3の缶形成部 3aの直径は、成形される電池缶 1の側周部 11の内径に対応し、段差部 3bの直径は封口部 12の内径に対応する。また、直径が異なる缶形成部 3aと段差部 3bとの間にはテーパ面 3cを設けて強、段差が生じな、ようにして!/ヽる。

[0025] 成形パンチ 3に段差部 3bが形成されていることにより、成形ダイス 4b, 4c, 4dによつて缶基材 2にしごきが加えられたとき、段差部 3b上に伸ばされてきた缶基材 2は、缶形成部 3aと段差部 3bとの直径差だけ厚くなるように成形され、成形後の電池缶 1 の封口部 12は側周部 11より肉厚に仕上げられる。

[0026] 上記電池缶 1の製造方法により電池缶 1の各部の厚さが最適値となる条件を検証するために、側周部 11の厚さ T1を 0. 1mmとして直径が 18. Ommの電池缶 1を、表 1に示すように、各部の厚さが異なるものに製作し、それぞれの電池缶を用いて電池を組み立てた。電池については封口強度を評価し、電池缶については製缶状態を評価した。

[0027] 封口強度は、完成した電池を 60°C、 90%の高温高湿下で 30日保存した後の封口部分からの漏液状態を検証する耐漏液性について評価した。表中に示す Tlは電池缶 1の側周部 11の厚さ、 T2は封口部 12の厚さ、 T3は底部 13の厚さ、 T4は缶基材 2 の底部厚さ（缶基材 2は側周部もほぼ同一厚さ）、 D1は最終段成形ダイス 4dの内径、 D2は成形パンチ 3の缶形成部 3aの直径、 D3は段差部 3bの直径である。

[表 1]

電池缶の製缶状態について検証したところ、表¹に示す電池缶 Dの形成条件では T3〉4 XT1となっており、しごき加工の途上で側周部 11に破断が生じて製缶不可となった。また、電池缶 Fの形成条件では、 T2>Tl + 0. 1mmとなっており、側周部 11の厚さ T1と封 P部 12の厚さ T2との差が大きいため、図 2Eに示す電池缶 1から形パンチ 3を離脱させる工程で電池缶 1に変形が生じた。従って、電池缶 D, Fに示す電池缶 1の形成条件では製缶不可と判断され、他の形成条件では製缶は良好になされている。

[0030] 封口強度については、従来例の電池や電池缶 Aのように封口部 12の厚さ T2及び底部 13の厚さ T3の差が無いか差が小さいものにあっては、形成条件が 1. 5 XT2> Τ3となり（従来例の電池では Τ2=Τ3である）、電池缶 1の全体強度が不足して封口強度が充分に得られず、耐漏液性に欠けるものとなった。また、電池缶 Gのように封口部 12の厚さ Τ2力 S小さいものにあっては、形成条件が Tl + 0. 05mm>T2となり、封口のカシメ加工が充分になされな、ことから封口強度が充分に得られず、耐漏液性に欠けるものとなった。

[0031] 表 1に示される通り、電池缶 B, C, Eが製缶状態及び封口強度の両方で良好な結果が得られており、ここ力電池缶 1の形成条件は、下式（1)及び（2)に示すように導き出すことができる。

[0032] Tl + 0. 05mm≤T2≤Tl + 0. lmm…… (1)

1. 5 XT2≤T3≤4 XT1 (2)

また、 DI工法によって電池缶 1を上記形成条件が満たされ、且つ製缶不良が生じないように製造する製缶条件は、下式 (3)のように導き出すことができる。 DI工法においては、電池缶 1の側周部 11の厚さ T1を薄肉化したいがために、缶基材 2の底部厚さ Τ4が薄、もの、延、ては基材とするニッケルメツキ鋼板等の板材の厚さが薄!、ものを適用することは好ましくないことがわかる。

[0033] 1. 5 Χ (D1 -D3) /2≤T4≤4 X (Dl ~D2) /2…… (3)

上記電池缶の形成条件及びそれを製造する製缶条件に基づいて製造された電池缶 1は、側周部 11の厚さ T1が薄肉化されているため、電池缶 1内に収容する発電要素の収容量が増加し、この電池缶 1を用いて製造される電池は、同一サイズにおける電池容量が増加する。また、側周部 11の厚さ T1を薄くしても、封口部 12の厚さ T2は封口強度が充分に得られる厚さに形成されるので、電池に構成したときに耐漏液性に優れる。従って、電池缶 1を用いて製造される電池は、高容量で耐漏液性に優れるので、種類が多様化し、高機能化が進展する携帯電子機器などの電源として適用するのに好適なものとなる。

[0034] また、上記構成になる電池缶 1は、図 4に示したニッケル水素蓄電池の他、円筒形のリチウムイオン二次電池、ニッケルカドミウム蓄電池などの二次電池や、円筒形のアルカリマンガン乾電池、ニッケルマンガン乾電池、リチウム電池などの一次電池にち適用することがでさる。

産業上の利用可能性

[0035] 以上の説明の通り本発明によれば、電池缶の側周部の厚さを薄肉化して缶内容積を増加させられるので、電池缶内に収容する発電要素の収容量が増加し、この電池缶を用いて製造される電池は、同一サイズにおける電池容量を増加させることが可能となる。また、側周部の厚さを薄くしても、封口部の厚さは封口強度が充分に得られる厚さに形成されるので、耐漏液性に優れた電池に構成することができる。従って、本発明に係る電池缶を用いて製造される電池は、高容量で耐漏液性に優れ、高機能化が進展する携帯電子機器などの電源として適用するのに好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 1.有底円筒形の側周部（11)の厚さ 0. 05〜0. 1mmに対し、側周部の開口端側となる封口部（12)及び底部（13)の厚さが、前記側周部の厚さより肉厚に形成されてなる電池缶（1)において、

前記側周部の厚さ Tl、封口部の厚さ Τ2、底部の厚さ Τ3の関係力 Tl + 0. 05m m≤T2≤Tl + 0. 1mm及び 1. 5 XT2≤T3≤4 XT1を満たすように形成されてなる電池缶。

[2] 2.カップ状の有底筒状に形成された缶基材 (2)を成形パンチ（3)により押し出し、内径が順に小さくなるように複数列に配列された成形ダイス内に挿通させる DI工法により所要形状及び厚さの電池缶（1)に製造する電池缶の製造方法において、前記缶基材の底部厚さ Τ4に対し、前記成形パンチは、その前進方向前方側に形成された缶形成部（3a)の直径を D2,後方側に形成された段差部（3b)の直径を D3 とし、前記成形ダイスの最終段ダイスの内径を D1として、それら力 1. 5 X (D1 -D3 )72≤丁4≤4 （01—02) 2の関係となる製缶条件に設定して電池缶を製造する、電池缶の製造方法。