(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金から成る有底筒状の電池外装缶内に、正極、負極及びこれら正負極間に介装されたセパレータから成る発電要素を収納する第１ステップと、上記電池外装缶の開口を封口板により封口する第２ステップとを有する密閉型電池の製造方法であって、
前記電池外装缶の開口端部は、長辺と短辺とを有する方形状であり、
前記第１ステップでは、前記電池外装缶内に前記発電要素を収納する以前に、前記電池外装缶の開口端部近傍に機械的な圧力を加えて、前記電池外装缶の開口端部近傍の内側面に段差を形成することなく、前記開口端部の長辺を拡張させ、当該拡張させた開口より前記発電要素を前記電池外装缶内に収納し、
前記第２ステップでは、前記封口板を前記電池外装缶の拡張させた開口端部に嵌合させ、当該開口端部を電池外装缶の外側から前記封口板の外周側面に押圧しつつ前記嵌合部分にレーザー光を照射して溶接する
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項２】
アルミニウム又はアルミニウム合金から成る有底筒状の電池外装缶内に、正極、負極及びこれら正負極間に介装されたセパレータから成る発電要素を収納する第１ステップと、上記電池外装缶の開口を封口板により封口する第２ステップとを有する密閉型電池の製造方法であって、
前記第１ステップでは、前記電池外装缶内に前記発電要素を収納する以前に、前記電池外装缶の開口端部近傍を加熱して、前記電池外装缶の開口端部近傍の内側面に段差を形成することなく、開口端部を拡張させ、当該拡張させた開口より前記発電要素を前記電池外装缶内に収納し、
前記第２ステップでは、前記封口板を前記電池外装缶の拡張させた開口端部に嵌合させ、当該開口端部を電池外装缶の外側から前記封口板の外周側面に押圧しつつ前記嵌合部分にレーザー光を照射して溶接する
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項３】
前記電池外装缶が長辺と短辺とを有する角型外装缶であり、
前記機械的な圧力を、前記電池外装缶の長辺部分の開口端部近傍のみに加える、請求項１記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項４】
前記電池外装缶の開口端部にテーパー状治具を差し込み、当該開口端部を拡張する、請求項３記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項５】
前記加熱する際の温度が６０〜１００℃である請求項２記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項６】
前記電池外装缶と前記封口板との間に集電タブを挟持させた状態で、前記封口板を前記開口端部に嵌合させる、請求項１、２、３、４または５記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項７】
前記発電要素は、前記正極、負極及セパレータを巻回した渦巻電極体からなり、且つこの渦巻電極体の最外周に位置する電極の少なくとも一部には芯体露出部が設けられると共に、この芯体露出部を切り起こすことにより集電タブが形成され、更にこの集電タブの端部近傍が電池外装缶と封口体との間に介在された状態でレーザー溶接される、請求項１、２、３、４または５記載の密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有底筒状の電池外装缶内に、正極、負極及びこれら正負極間に介装されたセパレータから成る発電要素を収納する第１ステップと、上記電池外装缶の開口を封口板により封口する第２ステップとを有する密閉型電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に伴って、その電源として用いられる密閉形電池の小型化が要望されるようになってきており、この要望を満たすべく、円筒形やボタン形の密閉形電池に比べてスペース効率に優れる角形密閉式電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
ここで、上記角形密閉式電池は、開口部が略方形を成す有底筒状の電池外装缶内に長円形の巻取り電極体を収納する構成であり、またエネルギー密度を高めて電池性能の向上を図るべく、電池外装缶の内寸と電極体の外寸が略同等となるように構成されている。このため、電極体を電池外装缶に挿入する際、挿入開始部にあたる電極体の底部分が破損したり、電池外装缶と擦れる電極体の外周部分が破損し電池の内部短絡の要因となるという課題を有していた。
【０００４】
また、近年、封口体と電池外装缶との間に正極集電タブを介在させた後、封口体と電池外装缶とをレーザー溶接して、電池外装缶と正極とを電気的に接続する電池が提案されているが、この種の電池では封口体と電池外装缶との嵌合がきつい場合には封口体を圧入する際に正極集電タブを破損する。このため、接触のみの導通（即ち、電池外装缶と正極の芯体露出部とが接触しているだけの状態）となるため、電池の内部抵抗が上昇するという課題を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであって、電極体やタブが破損するのを抑制することにより、電池性能や電池の信頼性を向上させることができる密閉型電池の製造方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の第１の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る有底筒状の電池外装缶内に、正極、負極及びこれら正負極間に介装されたセパレータから成る発電要素を収納する第１ステップと、上記電池外装缶の開口を封口板により封口する第２ステップとを有する密閉型電池の製造方法であって、前記第１ステップで、前記電池外装缶内に前記発電要素を収納する以前に前記電池外装缶の開口端部を拡げ、且つ、前記第２ステップの封口時に電池外装缶の開口端部を押圧しつつ封口することを特徴とする。
【０００７】
上記の製造方法の如く、電池外装缶内に発電要素を収納する以前に電池外装缶の開口端部を拡げておけば、電極体を電池外装缶に挿入する際、挿入開始部である電極体の底部分が破損したり、電池外装缶と擦れる電極体の外周部分が破損することによる電池の内部短絡を抑制することができる。したがって、電池の信頼性の向上と歩留りの向上とを図ることができる。
また、上記構成では、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る電池外装缶が用いられているが、電池外装缶が柔らかなアルミニウム等であると、電池外装缶の変形が容易であるとともに、電池の軽量化を図ることができる。
【０００８】
加えて、第２ステップの封口時には電池外装缶の開口端部を押圧しつつ封口しているので、電池外装缶と封口体との間隙が小さくなる。したがって、例えばレーザー溶接法を用いて電池の封口する際に、クラックやピンホールが発生するのを抑制することもできる。
【０００９】
また本発明の第２の態様は、上記第１の態様の発明において、電池外装缶の開口端部を拡げる方法として、開口端部近傍に機械的な圧力を加える方法を用いることを特徴とする。
一例としては、先端部がテーパー状の治具を電池外装缶の開口部から押し込み、開口端部を拡げるような方法が挙げられる。
【００１０】
また本発明の第３の態様は、上記第１の態様の発明において、電池外装缶の開口端部を拡げる方法として、開口端部近傍を加熱する方法を用いることを特徴とする。
一例としては、温風により電池外装缶を温めるという方法が挙げられる。また、この方法であれば、発電要素の挿入後に電池外装缶を冷却すると、電池外装缶が収縮し、第２ステップの封口時に電池外装缶の開口端部を押圧する圧力が少なくて済むので、電池の製造が容易となる。
【００１１】
また本発明の第４の態様は、上記第３の態様の発明において、加熱する際の温度が６０〜１００℃であることを特徴とする。
図４に示すように、６０℃未満では膨張量が少な過ぎる一方、１００℃を超えると製造設備の高コスト化を招くからである。
【００１３】
また本発明の第５の態様は、上記第１，２，３，または４の態様の発明において、電池外装缶の開口を封口板により封口する際、レーザー溶接法により封口されることを特徴とする。
第２ステップの封口時には電池外装缶の開口端部を押圧しつつ封口しているので、電池の封口にレーザー溶接法を用いたときでも、クラックやピンホールが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
また本発明の第６の態様は、上記第５の態様の発明において、発電要素は、前記正極、負極及びセパレータを巻回した渦巻電極体からなり、且つこの渦巻電極体の最外周に位置する電極の少なくとも一部には芯体露出部が設けられると共に、この芯体露出部を切り起こすことにより集電タブが形成され、更にこの集電タブの端部近傍が電池外装缶と封口体との間に介在された状態でレーザー溶接されることを特徴とする。
【００１５】
この種の電池においては、封口体と電池外装缶との嵌合が緩くなる結果、封口体を圧入する際に集電タブを破損するのを抑制することができる。したがって、電池の内部抵抗が上昇するのを防止することができる。
【００１６】
また本発明の第７の態様は、上記第１，２，３、４，５，または６の態様の発明において、電池外装缶が角型外装缶であることを特徴とする。
角型外装缶はアルミニウムから成るので、本発明を実施する上で特に好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１〜図３に基づいて、以下に説明する。
図１は本発明の製造方法にて作製された電池の要部透視図である。図１に示すように、正極板と負極板とを、間にセパレータを介して巻回してなる渦巻電極体１が、正極外部端子を兼ねるアルミニウム製の電池外装缶（Ａ３００３、厚み：０．５ｍｍ）２内に収納されている。電池外装缶２は、その上部開口縁に封口板３がレーザー溶接されて封口されているが、この溶接に際しては、封口板３の外周側面と電池外装缶２の上方開口端部の内側との間に、正極板から導出した正極集電タブ４を挟持した状態でレーザー溶接されている。ここで、上記正極集電タブ４は、正極芯体の巻回終端に形成された略コ字状の切り込み部（これについては後述する）を切り起こすことにより形成される。また、前記渦巻電極体１からは負極集電タブ１１が延設されており、この負極集電タブ１１は封口板３に固定された集電端子板１３と電気的に接続されている。
なお、渦巻電極体の巻終部分には、粘着テープ１２が貼られ、渦巻電極状態が保持されるような構造である。
次に、上記構造の電池の製造方法を、以下に説明する。
【００１８】
〔正極板の作製〕
ＬｉＣｏＯ2 を８５重量部、人造黒鉛粉末５重量部、カーボンブラック５重量部とを充分混合して正極合剤を作製した後、この正極合剤に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶かしたポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、ＰＶｄＦ（固形分）が５重量部となる量を加えて混合して正極スラリーを作製した。
【００１９】
次に、この正極スラリーをアルミニウムからなる正極芯体に塗布し、正極活物質層を形成する。次いで、この正極板を乾燥し、ローラープレス機により圧延した後、更に１１０℃で３時間真空乾燥処理して正極板を作製した。
【００２０】
ここで、上記正極板の作製に際しては、正極芯体の巻回終端から一定の距離だけは、正極芯体の両面とも正極活物質層を有しない芯体露出部（両面露出部）を設け、更に、この両面露出部から一定の距離だけは、正極芯体の一方面のみが正極活物質層を有し、他方面の芯体が露出する芯体露出部（片面露出部）を設けた。
【００２１】
そして、前記両面露出部には、芯体を貫通する３つの切り込み線で略コ字状の切り込み部を形成する。この切り込み部は、正極集電タブ４を切り起こすためのものであり、切り込み線は鋭利な刃物で芯体を切り込むことによってなされる。
【００２２】
〔負極板の作製〕
粒子径５〜２５μｍの天然黒鉛粉末９５重量部（負極合剤）に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶かしたＰＶｄＦを、ＰＶｄＦ量として５重量部となるように加え混合して、負極スラリーを作製する。
【００２３】
この負極スラリーを、銅箔から成る負極芯体の両面に塗布して負極活物質層を形成した後、この負極活物質層を乾燥させる。その後、ローラープレス機により電極板を圧延し、電極板の巻回始端近傍の活物質層を剥がし、ここにニッケルからなるリード（負極集電タブ１１）をスポット溶接し、更に１１０℃で３時間真空乾燥処理して、負極板を作製した。
【００２４】
〔電解液の調製〕
１ｍｏｌ／ｌの濃度になるようにＬｉＰＦ6 を、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積混合比が４０：６０の混合溶媒に溶解して非水電解液を調製した。
【００２５】
〔電池の組立〕
図２（ａ）〜（ｆ）は本発明電池の組立て手順を示す説明図であり、この図２（ａ）〜（ｆ）に基づいて、本発明電池の組立て方法を説明する。
先ず、同図（ａ）に示すように、上記正極板と負極板とを、ポリエチレン製のセパレータを介して巻回し渦巻電極体１を作製した。この渦巻電極体１の作製においては、正極板の前記片面露出部が外周側に向き、かつ芯体両面露出部が渦巻電極体１の最外周部分に位置するようにして巻回する。これは、芯体露出部と電池外装缶内面とを接触させるためであり、芯体露出部と電池外装缶内面とを接触させることにより、正極外部端子を兼ねる電池外装缶と正極とが電気的に接続するためである。
なお、渦巻電極体１の上部からは負極集電タブ１１を突出させている。
【００２６】
次に、同図（ｂ）に示すように、渦巻電極体１の上方に封口板３を位置させた状態で、封口板３に固定された集電端子板１３と負極集電タブ１１とを電気接続する。他方、同図（ｃ）に示すように、正極芯体露出部に形成した切り起こし部１０を切り起こして正極集電タブ４を形成する。この正極集電タブ４は、その上から保護テープ１２を貼り付けることにより、渦巻電極体１に固定される。
【００２７】
上記同図（ａ）〜（ｃ）の作業と並行して、同図（ｄ）に示すように、アルミニウム製の電池外装缶２を温風で温めて、電池外装缶２の温度を６０〜１００℃としておく。これにより、電池外装缶２全体が膨張するので、電池外装缶２の開口端部も大きくなる。
【００２８】
次いで、負極集電タブ１１が電気接続された渦巻電極体１を、電池外装缶２内に挿入し、その後、正極板から導出した正極集電タブ４を電池外装缶２の内壁に沿って開口端にまで延ばす。そして、この正極集電タブ４の端部を、封口板３の外周側面で挟みこむようにして、封口板３を電池外装缶２の開口縁に嵌合する。次いで、電池外装缶の開口端部に約６ｋｇｆの外部圧力を加えつつ、電池外装缶２と封口板３との嵌合部にレーザー光を照射し、当該部分を溶接する。このレーザー溶接によって、電池が封口され、同時に正極集電タブ４が電池外装缶２と強固に電気接続される。レーザー溶接後、封口板３の透孔より電池外装缶２の内部に前記非水電解液を注液し、当該透孔に電池キャップ５を設置する。これにより、本発明電池が完成する。
【００２９】
尚、上記発明の実施の態様では、角型電池を用いたが、これに限定するものではなく、円筒型電池等にも本発明を適用できる。
また、電池外装缶としはアルミニウム製のものに限定されるものではなく、その他アルミニウム合金或いはステンレス製等のものを用いることが可能である。更に、本発明は非水電解液電池に限定されるものではなく、ニッケル−水素蓄電池等の電池にも用いることができる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１の電池として、上記発明の実施の態様で説明した電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Ａ１と称する。
【００３１】
（実施例２）
機械的圧力により電池外装缶の開口端部を拡げた他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。具体的には、図３及（ａ）（ｂ）に示すように、先端部がテーパー状の治具２１を電池外装缶２の開口部に押入れ、開口端部を拡げた。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Ａ２と称する。
【００３２】
（比較例）
電池外装缶の開口端部を拡げるという処理を行わなかった他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下比較電池Ｘと称する。
【００３３】
（実験）
上記本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘにおける、電極破損数（不良率）と、正極集電タブ破損数（不良率）と、溶接不良数（不良率）とを調べたので、それらの結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003643661.tif 000002
【００３５】
表１から明らかなように、本発明電池Ａ１、Ａ２は比較電池Ｘに比べて、電極破損による不良率と正極集電タブ破損による不良率とが激減していることが認められる。したがって、渦巻電極体の挿入前には、電池外装缶の開口端部を拡げるという処理が必要であることが判る。
【００３６】
また、本発明電池Ａ１、Ａ２は電池外装缶の開口端部が大きくなっているが、電池外装缶の開口端部を押圧しつつレーザー溶接を行っているので、溶接不良率も比較電池Ｘと同等かそれ以下であることが認められる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、発電要素を電池外装缶に挿入する際、挿入開始部である発電要素の底部分が破損したり、電池外装缶と擦れる発電要素の外周部分が破損したりすることによる電池の内部短絡を抑制することができる。したがって、電池の信頼性の向上と歩留りの向上とを図ることができるといった優れた効果を奏する。
【００３８】
加えて、電池の封口時には電池外装缶の開口端部を押圧しつつ封口しているので、レーザー溶接によるクラックやピンホールが発生するのを抑制することもできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法にて作製された密閉型電池の要部透視図である。
【図２】本発明の密閉型電池の製造工程を示す説明図である。
【図３】電池外装缶の開口端部を機械的に拡げる場合の説明図である。
【図４】電池外装缶の温度と膨れ量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：渦巻電極体
２：電池外装缶
３：封口板
４：正極集電タブ
【図１】
0003643661.tif 000003
【図２】
0003643661.tif 000004
【図３】
0003643661.tif 000005
【図４】
0003643661.tif 000006