(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め開口部を拡口することにより前記開口部の下端に形成した内方に突出した形状の段部を有する有底角筒形状の容器内に発電要素を収納する工程と、
封口部材及び前記封口部材が収納される絶縁ガスケットを前記容器内の前記段部に載置する工程と、
前記容器の前記開口部を縮径した後、前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前記容器に前記封口部材を前記絶縁ガスケットを介してかしめ固定する工程と
を具備をした角形電池の製造方法において、
前記開口部の拡口幅は、長手方向と直交する方向に拡口する際の拡口幅をＡｘ  とし、長手方向に拡口する際の拡口幅をＡｙ  とした際に式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たし、かつ前記Ａｙ  が容器肉厚の３０〜６０％であることを特徴とする角形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は封口部材を絶縁ガスケットを介して容器にかしめ固定した角形電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器の小型軽量化に伴い、体積効率が高い角形電池の開発が行われている。前記角形電池の封口方法としては、発電要素が収納された容器に封口部材をレーザー溶接により固定する方法と、発電要素が収納された容器の開口部に封口部材を絶縁ガスケットを介してかしめ固定する方法とが知られている。
【０００３】
前記かしめ固定によって封口するクリンプ式の角形電池は、従来、次に示す方法により製造されている。すなわち、予め開口部を拡口することにより前記開口部の下端に内方に突出した形状の段部を形成した有底角筒形容器内に発電要素を収納する。封口部材及び前記封口部材が収納される絶縁ガスケットを前記容器内の前記段部に載置する。前記容器の下端を下型に挿入して固定し、前記容器の開口部を縮径した後、前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前記ガスケットを圧縮し、この絶縁ガスケットの反発弾性力によって前記封口部材を前記容器にかしめ固定して前記角形電池を製造する。
【０００４】
ところで、前記容器の長手方向と直交する側面は、前記容器のコーナ部と同様に強度が高い反面、撓みにくく、過大な力が加わった場合に塑性変形を起こしやすい。このため、開口部を全周に亘ってほぼ均等な幅で拡口することにより前記開口部の下端に段部を形成した容器を用いると、縮径工程において前記段部のうち長手方向と直交する部分が更に内側に入り込む。次いで行われるカール工程においては、前記容器の下方を前記下型で支えながら前記開口部の上端を内方に折曲げるため、前記容器に上方向からの加圧力が加わる。前記縮径工程で段部が内側に入り込むと、この段部とつながる開口部は前記加圧力に対する強度が低下するため、前記カール工程において座屈変形を生じ、前記段部がよりいっそう内側に入り込む。その結果、前記開口部の上端の折り曲り度合いが浅くなるため、前記ガスケットの圧縮度合いが低下し、封口耐圧が低くなるという問題点が生じる。また、前記封口工程において内側へ変形した段部は内側に入った反動で外側に膨らむことがあるため、寸法に不具合を生じることがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、封口工程における容器の変形を回避し、封口信頼性が向上され、寸法上の不具合が解消された角形電池の製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る角形電池の製造方法は、予め開口部を拡口することにより前記開口部の下端に形成した内方に突出した形状の段部を有する有底角筒形状の容器内に発電要素を収納する工程と、封口部材及び前記封口部材が収納される絶縁ガスケットを前記容器内の前記段部に載置する工程と、前記容器の前記開口部を縮径した後、前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前記容器に前記封口部材を前記絶縁ガスケットを介してかしめ固定する工程とを具備をした角形電池の製造方法において、
前記開口部の拡口幅は、長手方向と直交する方向に拡口する際の拡口幅をＡｘ  とし、長手方向に拡口する際の拡口幅をＡｙ  とした際に式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たし、かつ前記Ａｙ  が容器肉厚の３０〜６０％であることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る製造方法を図１〜図５を参照して説明する。
（第１工程）
図１に示すように、予め開口部１を拡口することにより前記開口部１の下端に内方に突出した形状の段部２を形成した有底角筒形状の容器３を用意する。前記開口部１の拡口幅は、図２に示すように長手方向と直交する方向に拡口する際の拡口幅をＡｘ  とし、図３に示すように長手方向に拡口する際の拡口幅をＡｙ  とした際に式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たし、かつ前記Ａｙ  が前記容器の厚さの３０〜６０％である。また、前記容器３は負極端子を兼ねる。
【０００８】
前記Ａｙ  を前記容器３の厚さの３０〜６０％にするのは次のような理由によるものである。前記Ａｙ  を前記容器３の厚さの３０％未満にすると、前記容器３内の段部２上に絶縁ガスケットを載置することが困難になる。一方、前記Ａｙ  が前記容器３の厚さの６０％を越えると、前記段部２のうち長手方向と直交する部分の縮径工程における内側への変形を低減することが困難になる。前記Ａｙ  は、前記容器３の厚さの４０〜５０％にすることがより好ましい。
【０００９】
前記容器３は、前述した図２に示すように前記段部２のうち長手方向に沿う部分の段差をＢｘ  とし、かつ前述した図３に示すように前記段部２のうち長手方向と直交する部分の段差をＢｙ  とした際に式Ｂｘ  ≧Ｂｙ  を満たす構造にすることが好ましい。特に、前記容器３は、図４に示す前記Ｂｘ  及び前記Ｂｙ  が式Ｂｘ  ＞Ｂｙ  を満たす構造を有することがより好ましい。このような構造にすることによって、前記容器３内の前記段部２の絶縁ガスケットの保持性を更に向上することができると共に前記段部２のうち長手方向と直交する部分の縮径工程における内側への変形を大幅に低減することができるため、封口耐圧を飛躍的向上することができる。
【００１０】
前記容器３は、例えば、ニッケルメッキが施されたＳＰＣＣ鋼材（低炭素鋼の冷延鋼）、ニッケルメッキが施された鉄、ステンレス等から形成することができる。
【００１１】
前記容器３の厚さは、０．３０〜０．４５ｍｍにすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記容器１の厚さを０．３０ｍｍ未満にすると、前記容器３の封口部材の保持性が著しく低下する恐れがある。また、前記容器３の厚さが０．４５ｍｍを越えると、前記容器３の加工性が低下する恐れがあると共に電池の高容量化及び軽量化を図ることが困難になる恐れがある。より好ましい容器３の厚さは０．３５〜０．４０ｍｍである。
【００１２】
前記容器３は、前記開口部のビッカース硬度を８０Ｈｖ〜１５０Ｈｖにし、かつ前記段部より下方に位置する部分（以下、胴部と称す）のビッカース硬度を１６０〜１７０Ｈｖにすることが好ましい。このように開口部の硬度のみを低くすると、前記胴部の強度を保持したまま前記開口部の加工性を高められる。前記開口部のビッカース硬度を前記範囲に限定するのは次のような理由によるものである。前記ビッカース硬度を８０Ｈｖ未満にすると、前記開口部の強度が劣るためにカール工程において前記開口部が変形する恐れがある。また、前記容器内のガス圧力が上昇した際に前記開口部が膨らみやすくなるため、前記開口部内周面と絶縁ガスケットとの間に隙間が生じてガス漏れを生じる恐れがある。一方、前記ビッカース硬度が１５０Ｈｖを越えると、前記開口部の加工性が低下するため、結果として前記カール工程において前記容器の胴部に変形が生じる恐れがある。より好ましい前記開口部のビッカース硬度は、９０Ｈｖ〜１２０Ｈｖの範囲である。
【００１３】
以下に説明する第２工程〜第４工程を経て図５に示す角形電池を製造する。
（第２工程）
前述した容器３に発電要素としての電極群４及び電解液を収納する。前記電極群４は、正極５と負極６とをその間にセパレータ７を介在して最外層に負極６が位置するように積層することにより作製される。
【００１４】
次に、前記正極５、前記負極６、前記セパレータ７及び前記電解液について説明する。
１）正極５
前記正極５は、正極活物質を含むペーストが集電体に充填された構造を有することが好ましい。
【００１５】
前記正極は、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤と水とを含むペーストを調製した後、前記ペーストを集電体に充填し、これを乾燥した後、プレスで加圧成形することにより作製することができる。
【００１６】
前記正極活物質としては、例えば、ニッケル化合物を挙げることができる。前記ニッケル化合物としては、水酸化ニッケル、亜鉛及びコバルトが共沈された水酸化ニッケル、ニッケル酸化物等を挙げることができる。中でも、前記亜鉛及びコバルトが共沈された水酸化ニッケルを用いるのが好ましい。
【００１７】
前記導電剤としては、例えば、コバルト化合物及び金属コバルトから選ばれる１種以上からなるものを用いることができる。前記コバルト化合物としては、例えば、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）２  ）、一酸化コバルト（ＣｏＯ）等を挙げることができる。特に、水酸化コバルトか、一酸化コバルト、もしくは水酸化コバルト及び一酸化コバルトの両方からなる導電材を用いるのが好ましい。
【００１８】
前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の疎水性ポリマー、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、例えばポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）などのポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド等の親水性ポリマー、例えばラテックス等のゴム系ポリマー等を挙げることができる。
【００１９】
前記集電体としては、例えば、ニッケル、ステンレスのような金属や、ニッケルメッキが施された樹脂等の耐アルカリ性材料から形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくはフェルト状の金属多孔体等を挙げることができる。
２）負極６
この負極６は、負極活物質を含むペーストが集電体に充填された構造を有することが好ましい。
【００２０】
このような負極は、例えば、負極活物質と導電性材料と結着剤と水とを含むペーストを調製した後、前記ペーストを集電体に充填し、これを乾燥した後、プレスで加圧成形することにより作製することができる。
【００２１】
前記負極活物質としては、充放電反応に直接関与する物質や、充放電反応に直接関与する物質を吸蔵・放出する物質を用いることができる。前者の例としては、例えば、金属カドミウム、水酸化カドミウムなどのカドミウム化合物の粉末等を挙げることができる。後者の例としては、例えば、水素を吸蔵放出する水素吸蔵合金等を挙げることができる。中でも、前記水素吸蔵合金を含む負極を備えた二次電池は、前記カドミウム化合物の粉末を含む負極を備えた二次電池に比べて大電流での放電が可能で、かつ環境汚染の恐れが少ないため、好適である。
【００２２】
前記水素吸蔵合金としては、格別制限されるものではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよい。例えば、ＬａＮｉ５  、ＭｍＮｉ５  （Ｍｍ；ミッシュメタル）、ＬｍＮｉ５  （Ｌｍ；ランタン富化したミッシュメタル）、またはこれらのＮｉの一部をＡｌ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂのような元素で置換した多元素系のもの、もしくはＴｉＮｉ系、ＴｉＦｅ系、ＺｒＮｉ系、ＭｇＮｉ系のものを挙げることができる。中でも、一般式ＬｍＮｉｘ  Ｍｎｙ  Ａｚ  （ただし、ＡはＡｌ，Ｃｏから選ばれる少なくとも一種の金属、原子比ｘ，ｙ，ｚはその合計値が４．８≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦５．４を示す）で表される水素吸蔵合金を用いることが望ましい。このような組成の水素吸蔵合金を含む負極を備えた円筒形二次電池は、放電容量及び充放電サイクル寿命を向上することができる。
【００２３】
前記導電性材料としては、例えば、ニッケル粉末、酸化コバルト、酸化チタン、カーボンブラック等を挙げることができる。特に、前記カーボンブラックを導電性材料として用いることが好ましい。
【００２４】
前記結着剤としては、前述した正極で説明したのと同様なものを用いることができる。
前記集電体としては、例えば、パンチドメタル、エキスパンデッドメタル、穿孔剛板、ニッケルネットなどの二次元基板や、フェルト状金属多孔体や、スポンジ状金属基板などの三次元基板を挙げることができる。
３）セパレータ７
前記セパレータ７としては、例えば、ポリエチレン繊維製不織布、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維製不織布、ポリプロピレン繊維製不織布などのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基が付与されたものや、例えばナイロン６，６などのポリアミド繊維製不織布を挙げることができる。前記ポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与する方法としては、例えば、コロナ放電処理、スルホン化処理、グラフト共重合、界面活性剤や親水性樹脂の塗布などを挙げることができる。
４）電解液
前記電解液としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液、ＮａＯＨとＬｉＯＨの混合液、ＫＯＨとＬｉＯＨの混合液、ＫＯＨとＬｉＯＨとＮａＯＨの混合液等のアルカリ電解液を用いることができる。
（第３工程）
底部に穴８を有する有底矩形筒状の合成樹脂製絶縁ガスケット９内に正極端子を兼ねる封口部材１０を収納する。前記封口部材１０は、ガス抜き孔１１を有する矩形封口板１２と、前記封口板１２にそのガス抜き孔１１を囲むように配置され、ガス通過孔１３を有する正極端子１４と、前記封口板１２と前記正極端子１４との間に前記ガス抜き孔１１を塞ぐように配置された弾性弁体１５とを有する。前記ガスケット９内に収納された前記封口部材１０の前記封口板１２の下面と前記正極５を正極リード１６によって接続した後、前記封口部材１０が収納されたガスケット９を前記容器３の前記段部２に載置する。
（第４工程）
前記容器３の開口部１を縮径した後、前記開口部１の上端を内方に折り曲げて前記ガスケット９を圧縮し、前記ガスケット９の反発弾性力によって前記容器３に前記封口部材１０をかしめ固定して角形電池を製造する。
【００２５】
本発明の角形電池の製造方法は、予め開口部を拡口することにより前記開口部の下端に形成した内方に突出した形状の段部を有する有底角筒形状の容器を用いる。前記容器の前記開口部の拡口幅は、長手方向と直交する方向に拡口する際の拡口幅をＡｘ  とし、長手方向に拡口する際の拡口幅をＡｙ  とした際に式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たし、かつ前記Ａｙ  が前記容器の厚さの３０〜６０％である。このような構造の容器は、前記段部のうち長手方向と直交する部分の縮径工程における内側への変形を抑制することができ、この段部とつながる開口部のカール工程における上からの押圧力に対する強度を向上することができる。また、このように段部の内側への変形を抑制するために前記容器の前記開口部のうち長手方向と直交する面の拡口幅を小さくしても、つまりこの面の下端に形成される段部の段差を狭くしても、絶縁ガスケットは前記段部のうち長手方向に沿う部分で保持されるため、前記容器の絶縁ガスケットの保持性は損なわれない。従って、前記容器を用いることによって、カール工程時に前記開口部のうち長手方向に直交する面に座屈変形を生じさせることなく開口部上端を内方に深く折り曲げることができるため、封口耐圧が向上され、かつ容器寸法の不具合が解消された角形電池を製造することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
実施例１
容器内に電極群及び電解液を収納しないこと以外は前述した図５に示す電池と同様な構造を有する封口耐圧測定用の角形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【００２７】
ニッケルメッキが施されたＳＰＣＣ鋼材から絞り加工によって、長手方向に沿う幅が１６．４ｍｍで、長手方向と直交する幅が５．６ｍｍで、肉厚が０．４ｍｍの有底角筒形状の容器を作製した。この容器の開口部を前述した式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たすように拡口して前述した図１に示すように前記開口部の下方に内方に突出した形状の段部を形成した。すなわち、長手方向と直交する方向に沿う拡口の拡口幅Ａｘ  は０．２５ｍｍであり、長手方向に沿う拡口の拡口幅Ａｙ  は０．２ｍｍで、前記容器の肉厚の５０％に相当する。また、前記容器は、前記段部の段差を０．２ｍｍと全周に亘って均等にした。前記開口部のビッカース硬度は９０〜１２０Ｈｖにし、胴部のビッカース硬度は１６０Ｈｖとした。
【００２８】
前記容器の開口部内周面にアスファルト系のシール剤を塗布した。合成ゴムを圧縮成形して作製された弾性弁体を帽子形の端子のトップ内に挿入した後、前記端子をガス抜き孔を有する矩形封口板に前記弾性弁体が前記封口板のガス抜き孔を閉塞するように載置し、前記端子の鍔部を前記封口板にスポット溶接によって固定することにより防爆機能及び端子を兼ねる封口部材を組み立てた。ナイロン６，６から形成された底部に穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケット内に前記封口部材を収納した後、この絶縁ガスケットを前記容器の段部に載置した。前記容器の開口部を縮径した後、前記開口部上端を内方に折り曲げることにより折曲部を形成し、前記容器に前記封口板を前記絶縁ガスケットを介してかしめ固定し、封口耐圧測定用の角形ニッケル水素二次電池を製造した。
実施例２
前記段部のうち長手方向に沿う部分の段差Ｂｘ  を０．２５ｍｍとし、かつ前記段部のうち長手方向と直交する部分の段差Ｂｙ  を０．２ｍｍとして式Ｂｘ  ＞Ｂｙ  を満たす構造にしたこと以外は実施例１と同様な容器を用いて実施例１と同様な方法によって封口耐圧測定用の角形ニッケル水素二次電池を製造した。
比較例
前記開口部の拡口幅が０．２５ｍｍと全周に亘って均等で、かつ前記段部の段差が０．２５ｍｍと全周に亘って均等であること以外は実施例１と同様な容器を用いて実施例１と同様な方法によって封口耐圧測定用の角形ニッケル水素二次電池を製造した。
【００２９】
得られた実施例１〜２及び比較例の電池について、容器の外観を観察し、封口工程における変形の有無を調べ、その結果を下記表１に示す。
また、実施例１〜２及び比較例の電池の容器の下部側面に孔を設け、この孔から前記容器内にガスを送りこみ、開口部が外側に向かって湾曲し、前記開口部の内周面と絶縁ガスケットとの間に隙間が生じてこの隙間からガス漏れが生じた時の前記容器内の圧力を測定して封口耐圧を求め、その結果を下記表１に併記する。
【００３０】
【表１】
0003596954.tif 000002
【００３１】
表１から明らかなように、開口部の拡口幅が前述した式Ａｘ  ＞Ａｙ  を満たし、かつ前記Ａｙ  が容器肉厚の３０〜６０％である容器を用いる実施例１〜２の電池は、封口後の開口部に変形がなく、かつ開口部が全周に亘り均等な幅で拡口された容器を用いる比較例の電池に比べて封口耐圧を高いことがわかる。特に、段部の段差が前述した式Ｂｘ  ＞Ｂｙ  を満たす構造を有する容器を用いる実施例２の電池は、実施例１に比べて封口耐圧が高いことがわかる。また、比較例の電池は、縮径工程の際に開口部のうち長手方向と直交する面において段部が更に内側に入り込み、次いで行われたカール工程において座屈変形を生じた。
【００３２】
なお、前記実施例では、防爆機構として、電池内のガス圧が所定の値以上になると開弁してガスを外部に放出し、その後は再び電池を密閉する復帰式の安全弁である弾性弁体を用いたが、前記防爆機構としては、非復帰式の安全弁である弁膜を用いても良い。前記弁膜は封口板と正極端子との間に前記封口板のガス抜き孔を覆うように配置すれば良い。
【００３３】
前記実施例では、封口板として打抜き加工によって作製された平板状のものを用いたが、封口板としては、板材から打抜き加工によって得られる矩形の板に絞り加工を施して中央に矩形溝を形成し、前記矩形溝の底部にガス抜き孔を開口することにより作製された矩形封口板を用いても良い。このような構造を有する封口板にその矩形溝を囲むように溶接によって正極端子を固定し、前記矩形溝と前記端子との間に前記ガス抜き孔を塞ぐように弾性弁体を配置して防爆機能及び正極端子を兼ねる封口部材を作製すると、前記矩形溝の深さを変化させることによって前記弾性弁体の圧縮度合いを調節することができるため、弁作動圧の調節を簡単に行える。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、封口耐圧を向上でき、容器寸法に不具合がなく、歩留まりが向上された角形電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法で用いられる容器を示す斜視図。
【図２】図１の容器を長手方向に直交する面で切断した際の前記容器の開口部を示す部分断面図。
【図３】図１の容器を長手方向に沿う面で切断した際の前記容器の開口部を示す部分断面図。
【図４】図１の容器を示す上面図。
【図５】本発明に係る方法で製造された角形電池（例えば角形アルカリ二次電池）を示す部分断面図。
【符号の説明】
１…開口部、２…段部、３…容器、４…電極群、９…絶縁ガスケット、１０…封口部材。
【図１】
0003596954.tif 000003
【図２】
0003596954.tif 000004
【図３】
0003596954.tif 000005
【図４】
0003596954.tif 000006
【図５】
0003596954.tif 000007