(57)【要約】  円筒形電池の製造方法は、円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、電池ケースの開口部を封口板で封口する工程とを含み、電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、開口部端部以外の部位における比透磁率が、開口部端部における比透磁率よりも小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースの開口部を封口板で封口した円筒形電池の製造方法であって、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）前記電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、
（ｃ）前記電池ケースの開口部を封口板で封口する工程と
を含み、
前記電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、前記開口部端部以外の部位における比透磁率が、前記開口部端部における比透磁率よりも小さい、円筒形電池の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）は、前記工程（ａ）の後、前記電池ケースに、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく行われる、請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
【請求項３】
前記工程（a）で形成された電池ケースの側部のうち、前記工程（ｂ）で切断されて除
去された部位における比透磁率は、前記開口部端部における比透磁率よりも大きい、請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）は、前記電池ケースの開口部に前記封口板を圧入し、該封口板の周縁部と前記電池ケースの開口部周縁とをレーザ溶接することにより行われる、請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
【請求項５】
円筒形電池用電池ケースの製造方法であって、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）前記電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、
を含み、
前記電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、前記開口部端部以外の部位における比透磁率が、前記開口部端部における比透磁率よりも小さい、円筒形電池用電池ケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ケースの開口部を封口板で封口した円筒形電池の製造方法、及び円筒形電池用電池ケースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池ケースの素材として、耐食性に優れ、かつ、延性に富み、絞り加工性の良いオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。【０００３】
しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼は、絞り加工により有底円筒状の電池ケースに成形したとき、電池ケースに残留応力が存在しているため、電池ケースに時効割れが生じるおそれがある。【０００４】
絞り加工による残留応力を取り除くために、絞り加工により成形した電池ケースを、高温で熱処理することが行われている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−７８３６４号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、絞り加工による残留応力を取り除くために、絞り加工により有底円筒状に成形した電池ケースを高温で熱処理すると、電池ケースが応力緩和または再結晶化されて変形する場合がある。もし、電池ケースの開口部の形状が変形すると、電池ケースの開口部を封口板で封口する際、封口板の周縁部と電池ケースの開口部周縁との間に隙間が生じるおそれがある。その結果、電池の密閉性が損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、電池ケースに、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく、電池ケースの時効割れを防止することができる円筒形電池の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本開示に係る円筒形電池の製造方法は、電池ケースの開口部を封口板で封口した円筒形電池の製造方法であって、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、
（ｃ）電池ケースの開口部を封口板で封口する工程と
を含み、
電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、開口部端部以外の部位における比透磁率が、開口部端部における比透磁率よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
また、本開示に係る円筒形電池用電池ケースの製造方法は、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、を含み、
電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、開口部端部以外の部位における比透磁率が、開口部端部における比透磁率よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
本開示によれば、電池ケースに、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく、電池ケースの時効割れを防止することができる円筒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】
【００１１】
【図１】本発明が適用される一実施形態の円筒形電池の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における電池ケースの形成工程を示した図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における電池ケースの形成工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００１３】
図１は、本発明が適用される一実施形態である円筒形電池の構成を模式的に示した断面図である。なお、ここでは、リチウム一次電池を例に説明するが、これに限定されない。
【００１４】
図１に示すように、リチウム一次電池は、有底円筒状の電池ケース９内に、負極１及び正極２がセパレータ３を介して捲回された極板群４が、非水電解液（不図示）とともに収容されている。ここで、電池ケース９は、オーステナイト系ステンレス鋼で構成されている。負極１は、リチウム金属箔、またはリチウム合金箔からなる。また、正極２は、ステンレス等の芯材に、正極活物質を含む正極合剤が充填されている。正極活物質は、例えば、二酸化マンガンや硫化鉄などを用いることができる。
【００１５】
電池ケース９の開口部は、封口板１０の周縁部１０ａと、電池ケース９の開口部周縁９ａとをレーザ溶接することによって封口されている。また、封口板１０の中央開口部には、ガスケット１２を介して、正極端子１１がかしめ固定されている。正極端子１１には、正極２の芯材に接続された正極リード５が接続され、電池ケース９の底部９ｂには、負極１に接続された負極リード６が接続されている。ここで、電池ケース９の底部９ｂは、負極端子を兼ねている。また、極板群４の上部と下部には、内部短絡防止のためにそれぞれ上部絶縁板７及び下部絶縁板８が配置されている。
【００１６】
本実施形態における電池ケース９は、円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状に形成される。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）、及び図３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における電池ケース９の形成工程を示した図である。
【００１８】
まず、図２に示すように、円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼９を、中空円筒状のダイス２１の上に載せて、ダイス２１と押させ２２とで挟み込む。次に、図２（ｂ）に示すように、円筒状のパンチ２３をダイス２１の穴の中に押し込んでいくことによって、オーステナイト系ステンレス鋼が絞り加工されて、有底円筒状に形成される。
【００１９】
次に、図３（ａ）に示すように、電池ケース９の側部を、所定の高さＬの位置でトリミング（切断）して、図３（ｂ）に示すように、有底円筒状の電池ケース９を形成する。このとき、トリミング代９ｃが除去されるが、このトリミング代９ｃは、できるだけ最小限に抑えるのが好ましい。
【００２０】
ところで、オーステナイト系ステンレス鋼は、通常、非磁性であるが、絞り加工を行うと、残留応力が存在する部位が発生し、当該部位が磁性を帯びるようになる。
【００２１】
本願発明者は、オーステナイト系ステンレス鋼を絞り加工して有底円筒状の電池ケースを成形した後、開口側側部を切断した電池ケース９の比透磁率を測定したところ、電池ケースの開口部近傍は、高い比透磁率が測定されたが、開口部近傍以外は、磁性を帯びていなかった。これは、絞り加工により成形された電池ケースにおいて、加工度の高い開口部近傍以外は、残留応力がほとんど存在していないことを意味する。
【００２２】
本願発明者は、このような結果に着目して、オーステナイト系ステンレス鋼を絞り加工により形成した電池ケースを、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく、電池ケースの開口側側部を、比透磁率が小さくなった箇所で切断すれば、熱処理に起因した電池ケースの変形を防止できるとともに、残留応力に起因する時効割れを防止できると考えた。
【００２３】
そこで、オーステナイト系ステンレス鋼の絞り加工により形成した電池ケース９に対して、電池ケース９の開口側側部を切断する箇所、すなわち、図３（ａ）に示したトリミング代９ｃの長さＤを変えたときの時効割れの発生を、以下の方法により調べた。
【００２４】
オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を絞り加工することにより、有底円筒状の電池ケース９を作成し、トリミング代９ｃの長さＤを１〜６ｍｍの範囲で変えて、電池ケース９の開口側側部を切断し、外径が１７ｍｍ、高さＬが５０ｃｍの電池ケース９を作成した。なお、電池ケース９は、底部の厚みｔ２が０．２ｍｍで、側部の厚みｔ１が、０．２ｍｍと、０．１４ｍｍの２種類を作成した。また、絞り加工により電池ケースを作成した後、絞り加工による残留応力を除去する熱処理は行わなかった。
【００２５】
時効割れの評価は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７６−２００１「ステンレス鋼の応力腐食割れ試験方法」に準じて、各５サンプルに対して試験を行った。また、電池ケース９の開口側側部の切断箇所、すなわち、電池ケース９の開口部端部における比透磁率を測定した。なお、比透磁率は、以下の方法により測定した。
【００２６】
1cm×1cmに切り取ったサンプルを、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer／振動試料型磁化特性試験装置）のVT-800（理研電子株式会社製）にセットして、サンプルの透磁率を測定した。測定条件は、印加磁界：2500 oe(エルステッド)、スイープ速度：5min/LOOP、時定数：100msであった。そして、測定した透磁率μと真空透磁率μ0（4π×10-7H/m≒ 1.256637×10-6H/m）との比から比透磁率μs（μ/μ0）を求めた。
【００２７】
表１は、その結果を示したもので、側部の厚みｔ１及び底部の厚みｔ２が、共に０．２ｍｍの場合には、トリミング代９ｃの長さＤが３ｍｍ以下だと、時効割れが発生し、４ｍｍ以上だと、時効割れが発生しなかった。これは、表１に示すように、トリミング代９ｃの長さＤが３ｍｍ以下だと、電池ケース９の開口部端部における比透磁率が大きい（１．１０以上）ため、残留応力が大きく、その結果、時効割れが発生したものと考えられる。一方、トリミング代９ｃの長さＤが４ｍｍ以上だと、電池ケース９の開口部端部における比透磁率が小さい（１．０８以下）ため、残留応力が小さく、その結果、時効割れが発生しなかったものと考えられる。
【００２８】
【表１】
2019008857.tif 000003
【００２９】
また、側部の厚みｔ１が０．１４ｍｍで、底部の厚みｔ２が０．２ｍｍの場合には、トリミング代９ｃの長さＤが４ｍｍ以下だと、時効割れが発生し、５ｍｍ以上だと、時効割れが発生していなかった。これは、表１に示すように、トリミング代９ｃの長さＤが４ｍｍ以下だと、電池ケース９の開口部端部の比透磁率が大きい（１．１０以上）ため、残留応力が大きく、その結果、時効割れが発生したものと考えられる。一方、トリミング代９ｃの長さＤが５ｍｍ以上だと、電池ケース９の開口部端部における比透磁率が小さい（１．０８以下）ため、残留応力が小さく、その結果、時効割れが発生しなかったものと考えられる。
【００３０】
なお、側部の厚みｔ１が底部の厚みｔ２よりも薄い場合、側部の厚みｔ１と底部の厚みｔ２が同じ場合に比べて、時効割れが発生しないトリミング代９ｃの長さＤが長くなったのは、絞り加工時の加工度がより高くなって、その分、残留応力が大きくなったためと考えられる。
【００３１】
また、表１には、電池ケース９の開口部端部における比透磁率しか示していないが、開口部端部以外の部位における比透磁率は、開口部端部における比透磁率よりも小さいため（底部９ｂでの比透磁率は１．０１）、開口部端部以外の部位で、時効割れが発生することはない。
【００３２】
以上の結果から、オーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって電池ケース９を形成した後、電池ケース９の開口側側部を、比透磁率が１．０８以下になった箇所で切断することによって、残留応力に起因する時効割れを防止することができる。なお、本実施形態では、絞り加工により電池ケース９を形成した後、残留応力を除去する熱処理を施していないため、熱処理に起因した電池ケースの変形は生じない。
【００３３】
本実施形態における円筒形電池の製造方法は、（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケース９を形成する工程と、（ｂ）電池ケース９の開口側側部を切断して、電池ケース９の開口部を形成する工程と、（ｃ）電池ケース９の開口部を封口板１０で封口する工程とを含む。そして、電池ケース９の開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、開口部端部以外の部位における比透磁率が、開口部端部における比透磁率よりも小さい。
【００３４】
なお、上記工程（ａ）で形成された電池ケース９の側部のうち、工程（ｂ）で切断されて除去された部位、すなわち、トリミング代９ｃにおける比透磁率は、開口部端部における比透磁率よりも大きくなっている。
【００３５】
本実施形態における円筒形電池の製造方法によれば、絞り加工により形成した電池ケース９に、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく、電池ケース９に時効割れを防止することができる。その結果、耐久性及び寸法精度の高い円筒形電池を安価に製造することができる。
【００３６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、円筒形電池として、リチウム一次電池を例に説明したが、これに限定されず、例えば、乾電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などにも適用することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、オーステナイト系ステンレス鋼として、ＳＵＳ３１６Ｌを例に説明したが、これに限定されず、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０５等を用いることができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、封口板１０の周縁部と電池ケース９の開口部周縁とをレーザ溶接することにより、電池ケース９の開口部を封口板１０で封口したが、これに限定されず、例えば、電池ケース９の開口部端部をかしめ加工することによって、電池ケース９の開口部を封口板１０で封口してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１      負極
２      正極
３      セパレータ
４      極板群
５      正極リード
６      負極リード
７      上部絶縁板
８      下部絶縁板
９      電池ケース
９ａ    電池ケースの開口部周縁
９ｂ    電池ケースの底部
９ｃ    トリミング代
１０    封口板
１０ａ  封口板の周縁部
１１    正極端子
１２    ガスケット
２１    ダイス
２２    押さえ
２３    パンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月28日(2019.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースの開口部を封口板で封口した円筒形電池の製造方法であって、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）前記電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、
（ｃ）前記電池ケースの開口部を封口板で封口する工程と
を含み、
前記電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、前記開口部端部以外の部位における比透磁率が、前記開口部端部における比透磁率よりも小さく、
前記工程（a）で形成された電池ケースの側部のうち、前記工程（ｂ）で切断されて除去された部位における比透磁率は、前記開口部端部における比透磁率よりも大きい、円筒形電池の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）は、前記工程（ａ）の後、前記電池ケースに、絞り加工による残留応力を除去する熱処理を施すことなく行われる、請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）は、前記電池ケースの開口部に前記封口板を圧入し、該封口板の周縁部と前記電池ケースの開口部周縁とをレーザ溶接することにより行われる、請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
【請求項４】
円筒形電池用電池ケースの製造方法であって、
（ａ）円盤状のオーステナイト系ステンレス鋼を、絞り加工することによって、有底円筒状の電池ケースを形成する工程と、
（ｂ）前記電池ケースの開口側側部を切断して、該電池ケースの開口部を形成する工程と、
を含み、
前記電池ケースの開口部端部における比透磁率が１．０８以下であって、かつ、前記開口部端部以外の部位における比透磁率が、前記開口部端部における比透磁率よりも小さく、
前記工程（a）で形成された電池ケースの側部のうち、前記工程（ｂ）で切断されて除去された部位における比透磁率は、前記開口部端部における比透磁率よりも大きい、円筒形電池用電池ケースの製造方法。
【国際調査報告】
2019008857.tif 000007
2019008857.tif 000008
2019008857.tif 000009
2019008857.tif 000010