(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極および負極電極をセパレータを介して積層した電池要素あるいは正極電極および負極電極をセパレータを介して巻回した扁平状の電池要素を収納した角型電池において、電池要素の積層面あるいは扁平面に平行な電池缶側面の少なくとも一方の面には、電池缶側面に面した底部が電池缶の側面に平行な凹部を有し、電池缶の底部側には凹部が開放部分を有した雌型金型を配置し、電池缶の外側より雌型金型の凹部に嵌合する雄型金型によってプレス成形を行うことによって、電池缶の開口部側には段差を有し、底面側には段差を有さない傾斜面を有した凹部を設けたことを特徴とする角型電池。
【請求項２】
正極電極および負極電極をセパレータを介して積層した電池要素あるいは正極電極および負極電極をセパレータを介して巻回した扁平状の電池要素を収納した角型電池の製造方法において、電池要素の積層面あるいは扁平面に平行な電池缶側面の少なくとも一方の面には、電池缶側面に面した底部が電池缶の側面に平行な凹部を有し、電池缶の底部側には凹部が開放部分を有した雌型金型を配置し、電池缶の外側より雌型金型の凹部に嵌合する雄型金型によってプレス成形を行った後に、電池缶の内部に挿入した雌形金型を開口部側に引き出し、電池缶の開口部側には段差を有し、底面側には段差を有さない傾斜面を有した凹部を設けたことを特徴とする角型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角型電池に関し、特にセパレータを介して正極および負極を対向させて巻回して製造した電池要素を角型形状の電池缶に収納して密閉した角型電池に関し、とくにリチウムイオン電池等の密閉型の角型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられている。携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源としては、小型で大容量の密閉型電池であるリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。これらの非水電解液電池としては、円筒型、角型の構造を有したものが用いられている。
小型の電子機器の電源として用いられているリチウムイオン電池においては、正極集電体および負極集電体にそれぞれ活物質を塗布した後に、セパレータを介在させて巻回して電池缶内に収納して密閉したものが用いられている。
【０００３】
電池使用機器は一般には直方体状の形状の電池収納部を有しており、このような電池収納部に収納する電池としては、円筒形状の電池では無効な容積が大きくなるという問題があった。さらに、電池収納部分の厚さによって円筒型の電池の径が制限を受けるので、小型、あるいは薄型の機器においては、厚みの薄い角柱状の角型電池が用いられている。
これらの電池においては、電池の充電放電時には活物質として使用した物質の変化を伴うために、電池の電極の厚みが変化するという問題点があった。
【０００４】
例えば、リチウムイオン電池においては、充電時には、負極電極の活物質の結晶格子中にリチウムがドープされるために、負極活物質の膨張を生じる。
金属製の電池缶を外装容器とした角型電池においては、正極活物質、負極活物質の膨張によって正極電極あるいは負極電極の活物質層の厚さが大きくなり、電池缶の側面が膨らむことが避けられなかった。
電池缶の膨らみが大きくなると、電池使用機器への電池の装着が困難となる等の問題が生じたり、予め膨張を見越して空間を準備するために無効な空間が増加する等の問題点があった。
【０００５】
ニカド電池等において初期活性化の際の電池の変形を防止するために、電池の外装缶の発電要素が当接する側面を凹ませた角型密閉型電池が記載されている。
例えば、特開昭６２−１２６５６６号公報には、正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層した極板群を電槽に収納した後に、積層方向に電槽をプレス加工することによって、電槽自体がエンドプレートとして働き、極板群を均一に且つ緊密に圧迫するようにした電池が記載されている。
また、特開平７−１８３０１０号公報には、角形の外装缶に発電要素の端板と当接する側面に予め凹部を形成し、凹部を形成した外装缶に発電要素を挿入した角形密閉電池が記載されている。
【０００６】
図４は、従来の電池缶の変形を防止する電池缶を説明する図であり、特開平７−１８３０１０号公報に記載の電池の製造方法を説明する図である。
図４（Ａ）は電池缶を説明する斜視図である。電池缶１の側面２に凹部３を形成したものであり、先に凹部を形成することによって、電池要素を電池缶内に収納した場合には、電池要素の端板、すなわち板状の複数の電極を積層した場合の端部の電極が、凹部の形成によって内部に突出した部分において保持されるものとすることにより、長側面の内面の電極板の下端部が、電池缶の底部に形成される曲面部が崩れてしまうという問題点を解決するものである。
電池缶の缶壁面への凹部３の形成は、電池缶の内部に凹部を有する雌型金型を配置し、電池缶の外部から凸部を有する雄型金型を配置してプレス成型によって行われるが、電池缶の開口幅４が小さな小型あるいは扁平な角型の電池缶においては、プレス成形によって形成することは極めて困難である。
【０００７】
すなわち、図４（Ｂ）に雌型の金型の斜視図を示すように、電池缶内に凹部を有する雌型金型５を配置し、電池缶の外部から雌型金型の凹状部６に対応した凸状部を有する雄型金型を用いてプレス成形を行うが、プレス成形の後には、雌型の引出方向７と反対方向に位置する雌型金型の壁部８が側面２への凹部３の形成によって電池缶の内部へ突出する。このため雌型金型を抜き出すことが困難となる。無理に引き抜こうとした場合には、電池缶の内部に傷を生じたり、あるいは電池缶を変形するおそれがあった。
また、電池缶の内部に入れる金型として、複数個に分割可能なものを用いることによって、金型を分割して取り出す方法も考えられるが、開口幅４が小さな電池においては、金型として、複数個に分割可能なものを用いることは、金型の機械的強度等の面で事実上実施することは不可能であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、角型電池の充電時の電池要素の膨張による電池缶の側面の膨張を防止した、電池壁面に凹部を設けた角型電池を提供することを課題とするものであり、特に電池缶の開口部の大きさが小さく、厚みの薄い電池において凹部を形成することを課題としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層した電池要素あるいは正極電極および負極電極をセパレータを介して巻回した扁平状の電池要素を収納した角型電池において、電池要素の積層面あるいは扁平面に平行な電池缶側面の少なくとも一方の面には、電池缶側面に面した底部が電池缶の側面に平行な凹部を有し、電池缶の底部側には凹部が開放部分を有した雌型金型を配置し、電池缶の外側より雌型金型の凹部に嵌合する雄型金型によってプレス成形を行うことによって、電池缶の開口部側には段差を有し、底面側には段差を有さない傾斜面を有した凹部を設けた角型電池によって解決することができる。
【００１０】
また、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層した電池要素あるいは正極電極および負極電極をセパレータを介して巻回した扁平状の電池要素を収納した角型電池の製造方法において、電池要素の積層面あるいは扁平面に平行な電池缶側面の少なくとも一方の面には、電池缶側面に面した底部が電池缶の側面に平行な凹部を有し、電池缶の底部側には凹部が開放部分を有した雌型金型を配置し、電池缶の外側より雌型金型の凹部に嵌合する雄型金型によってプレス成形を行った後に、電池缶の内部に挿入した雌形金型を開口部側に引き出し、電池缶の開口部側には段差を有し、底面側には段差を有さない傾斜面を有した凹部を設けた角型電池の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、正極電極と負極電極をセパレータを介して積層した電池要素、あるいは正極電極と負極電極をセパレータを介して巻回した扁平状の電池要素を電池缶内に収納した密閉型電池において、充電時に電池要素の積層面あるいは扁平面と垂直な方向への膨張を原因とする電池缶の変形を、電池缶の開口幅が小さな薄型の電池においても電池缶の側面の少なくとも一方の面に凹部を形成することによって可能としたものであり、凹部を形成するための金型の形状を工夫することによって、板材からのトランスファー成形による一連の製造工程によって、形状および寸法精度が安定した電池缶を製造することを可能としたものである。
【００１２】
すなわち、電池缶の側面に凹部を形成するために電池缶の内部に挿入する金型として、金型の取り出し方向の反対側には、凹部が開放した部分を有し、プレス成形の後に金型の取り出しを容易としたものである。
なお、本発明において、凹部は、底部が電池缶の側面に平行な面を有するものが好ましい。
【００１３】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の角型電池の一実施例を説明する図である。図１（Ａ）は、側面図を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図を示す。
正極電極と負極電極をセパレータを介して積層した電池要素、あるいは正極電極と負極電極をセパレータを介して巻回して作製した扁平状の電池要素を収納した電池缶１の、電池用要素の積層面あるいは扁平面と平行な側面２に凹部３を形成したものであり、電池缶１の側面２に形成した凹部３の上端部９には段差１０が形成されている。
一方、凹部の下端部１１には段差は形成されておらず、滑らかな傾斜面１２が形成されている。
凹部３の幅は、電池缶の幅の３０％〜９０％とすることが好ましく、電池缶の側面の中央部に設けることが好ましい。また、電池缶の変形を防止する点では、電池缶の角部に近い部分に凹部を生成することが好ましいが、中央部に凹部を形成する方が電池要素の変形を防止する点では好ましい。
また、電池缶１の側面の凹部の上端部と開口端部との間には、電池缶の内部での圧力の増大の際に内部圧力を開放する圧力開放弁として作用する薄肉部１３を形成することができる。
このような目的で形成する薄肉部は、電池缶の材料がアルミニウムの場合には厚さ０．０５〜０．２ｍｍ、電池缶の幅の３０〜６０％とすることが好ましい。
【００１６】
次に、本発明の角型電池の電池缶の製造方法を説明する。
一般に、電池缶は、板材を出発材料として、絞り加工をはじめとする各種の工程を連続的に施して製造されている。本発明の電池缶は、凹部形成工程を一連の連続的な工程の一つとして組み入れることによって製造することができる。
【００１７】
板材から電池缶の形状が形成された後に電池缶の側面の少なくとも一方の面に凹部が形成可能な凹状の雌型金型を挿入し、電池缶の外部から形成すべき凹部に合致した雄型の金型でプレス成形を行うことによって、少なくともいずれか一方の面に凹部が形成される。
凹部が形成されて電池缶の側面が内側に突出すると、凹部の形成に使用した雌型の金型を取り出すことが困難となり、金型の取り出しの際に電池缶に傷が生じたり、電池缶を変形させる等の問題があったが、本発明においては、使用する金型の形状を工夫することによって凹部をプレス成形したことを可能としたものである。
【００１８】
図２は、本発明の電池缶の成形方法を説明する図である。図２（Ａ）は、プレス成形工程を電池缶の高さ方向に直角の面で切断した断面図であり、図２（Ｂ）は、Ｄ−Ｄ’線で切断した断面図であり、図２（Ｃ）は、Ｅ−Ｅ’線で切断した断面図である。
電池缶１内に、電池要素の積層面あるいは扁平面と平行な側面２の内面側に雌型金型５の凹状部６を向けるようにして挿入した後に、電池缶１の側面２に、両側から２個の雄型金型１４をその凸状部１５を雌型金型５の凹状部６に対応するように配置してプレス成形を行う。
次いで、プレス成形後に、電池缶の内部に挿入した雌型金型５を引出方向７へ引き出すが、図２（Ｃ）に示すように、雌型金型の引出方向と反対側の端部１６の凹状部の延長部は、凹状部の底部間の間隔と同じかその間隔よりも小さな厚みを有する雌型金型５であるので、プレス成形によって電池缶の側面２に凹部が形成されて電池缶内部へ突出した部分が生じた後であっても、電池缶に傷を生じたり、あるいは電池缶を変形させることなく雌型金型５を引き出すことが可能となる。
【００１９】
また、雌型金型５の凹状部傾斜面１７の傾き、雄型金型１４の凸状部傾斜面１８の傾き、および両者の大きさの違いによってプレス成形によって形成される凹部の壁面の傾斜を調整することができる。傾斜面と側面とがなす角度が小さくなると、変形部には厚みが厚い部分が生じることもあり、電池缶に使用する材料の種類、材料の厚さ等によって適宜調整することが好ましい。
以上の説明では、電池缶の両側に凹部を形成する場合について述べたが、片面のみに凹部を有する雌形金型を用いることによっていずれか一方の面に凹部を形成しても良い。
【００２０】
図３は、本発明の角型電池の製造に使用することが可能な雌型金型の例を説明する図である。雌形金型はいずれも電池缶の両側面に同時に凹状部を形成することが可能な雌形金型である。
図３（Ａ）に示す雌型金型５は、引出方向７と反対側の下端部１１は凹状部６が開放したものである。
雄型金型によって電池缶の側面が押圧された場合には、電池缶の側面の凹部に対応した部分が変形し、凹状部の下端部側には滑らかな傾斜が形成された電池缶を得ることができ、凹状部の下端部が開放しているので、電池缶内に挿入した雌型金型は電池缶の内面に突出した部分によって影響を受けることなく電池缶の外部へ取り出すことができる。
【００２１】
図３（Ｂ）に示す雌型金型５は、引出方向７と反対側の下端部１１は凹状部６が開放するとともに、凹状部の延長部分のみではなくその他の部分も全ての厚さが凹状部と同じ厚さとしたものである。
【００２５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
縦４８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４．８ｍｍ、板厚０．３ｍｍのアルミニウム板（Ａ３００３）からなる電池缶に、凹部の下部が開放した雌型金型を用いて電池缶の側面のそれぞれの面の中央に、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、深さ０．１５ｍｍの凹部を形成した。
電池缶内に、マンガン酸リチウム（Ｌｉ1+xＭｎ2-xＯ4 ）粉末９２重量部、カーボンブラック５重量部、ポリフッ化ビニリデン３重量部からなる混合物を、アルミニウム箔に塗布して乾燥した正極と、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ（大阪ガス製  ＭＣＭＢ）９１重量部、カーボンブラック１重量部、ポリフッ化ビニリデン８重量部からなる混合物を銅箔上に塗布して乾燥した負極を微多孔性ポリプロピレン膜のセパレータを介して積層し、渦巻状に巻回して作製した電池要素を電池缶に収容した。
【００２６】
電池缶内に、エチレンカーボネート３０容量部、ジエチルカーボネート７０容量部からなる混合溶媒に濃度１．０ｍｏｌ／ｌとなるようにＬｉＰＦ6 を溶解して作製した電解液を注入してリチウムイオン二次電池を作製した。
得られた電池の１００個の充電を行ったところ、電池缶の側面の厚みの最大部分の厚みの平均値は４．９６ｍｍであった。
【００２７】
比較例１
雌型金型として下部が開放していないものを用いた点を除いて実施例１と同様にして電池を作製した。
得られた電池の２７０個の充電を行ったところ、電池缶の側面の厚みの最大部分の厚みの平均値は５．１０ｍｍであった。
【００２８】
【発明の効果】
電池缶の側面に、少なくとも電池缶の底面側の端部には段差を有さない傾斜面と平面部が結合した凹部を形成したことにより、凹部の形成に使用する雌型金型の取り出しが容易であり、薄型の電池においても電池缶に傷を生じたり、電池缶を変形することがない。このようにして作製した電池缶を用いた電池は、凹部によって電池缶の側面の膨張を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の角型電池の一実施例を説明する図である。
【図２】  図２は、本発明の電池缶の成形方法を説明する図である。
【図３】  図３は、本発明の角型電池の製造に使用することが可能な雌型金型の例を説明する図である。
【図４】  図４は、従来の電池缶の変形を防止する電池缶を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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