(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を口広げしてなる口広部を有する有底筒状の外装缶を作製し、当該外装缶の口広部における内面にシール剤を塗布する第１のステップと、
内方に電極体が収納されてなる内缶を前記外装缶の内方に収納し、前記外装缶の開口側における前記内缶の端面に封口蓋を載置する第２のステップと、
前記外装缶における前記口広部よりも缶底側の部分から開口端にかけての領域を成形型で加圧することにより縮径し、前記封口蓋を前記内缶と前記開口部の内面とでかしめ固定する第３のステップとを有し、
前記第２のステップの実行により、前記外装缶の内方に前記内缶が収納された状態においては、前記外装缶の深さ方向での前記内缶の上端面が、前記口広部の下端よりも前記外装缶の缶底側に配されている
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項２】
前記第３のステップでは、
前記縮径しようとする前記領域を前記外装缶の内方に向けてくせ付けするサブステップと、
前記くせ付けされた領域を、前記開口部の内面が前記封口蓋に密着するとともに、前記口広部とそれよりも缶底側の胴体部との間の段差が曲面になるまで加圧するサブステップとを経て、前記封口蓋をかしめ固定する
ことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１のステップでは、前記胴体部との間で口広げ方向に０．０２ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の段差を有するように口広部を形成する
ことを特徴とする請求項２に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、有底筒状の外装缶を有する密閉型電池の製造方法に関し、特に、かしめ固定を用いる封止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に密閉型のリチウム電池などは、有底筒状の金属製外装缶に、電極、セパレータ、電解液などからなる電極体を収納し、外装缶の開口部を封口蓋で封口して製造される。
封口蓋の縁部分と外装缶の開口部周縁との接合には、レーザー溶接などの方法が用いられることもあるが、製造が容易であるという面から外装缶の開口縁部をかしめて封口蓋を固定する方法が多く用いられている。この際、外装缶と封口蓋との間には、封止性を確保するために、通常、ガスケットが介挿される。
【０００３】
さらに、封止部分におけるガスケットおよび外装缶の各々には、封止性を向上させるためにシール剤が塗布される。外装缶の開口縁部には、封口蓋を載置したり、塗布したシール剤が缶底側に垂れ落ちないようにしたりするために、凹凸や段差が設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、製造時に上記のような理由から外装缶に凹凸や段差を設けた場合には、完成後の電池における外側側面に凹凸や段差が残ってしまう。このような外側側面に残った凹凸や段差は、規格により外寸が規定されている電池にあって、容積効率を低下させてしまう原因となってしまう。つまり、凹凸や段差が外側側面にある電池では、段差の分、中に収納される電極体の容積が制限されることになり、電池容量が低いものとなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、容積効率および封止性に優れる密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、開口部を口広げしてなる口広部を有する有底筒状の外装缶を作製し、当該外装缶の口広部における内面にシール剤を塗布する第１のステップと、内方に電極体が収納されてなる内缶を外装缶の内方に収納し、外装缶の開口側における内缶の端面に封口蓋を載置する第２のステップと、外装缶における口広部よりも缶底側の部分から開口端にかけての領域を成形型で加圧することにより縮径し、封口蓋を内缶と開口部の内面とでかしめ固定する第３のステップとを有する。そして、上記本発明に係る製造方法では、第２のステップの実行により、外装缶の内方に内缶が収納された状態において、外装缶の深さ方向での内缶の上端面が、外装缶における口広部の下端よりも外装缶の缶底側に配されていることを特徴とする。
【０００７】
この密閉型電池の製造方法では、第１のステップで開口部に口広部を設けた有底筒状の外装缶を作製し、外装缶の内面における口広部にシール剤を塗布するので、シール剤が口広部より缶底側の胴体部に垂れることがないとともに、第２のステップで電極体および封口蓋を外装缶に収納する際に電極体および封口蓋にシール剤が付着することがない。
【０００８】
また、上記製造方法の第３のステップでは、口広部よりも缶底側から開口端にかけての領域を縮径するので、外装缶の外側面に口広部とそれよりも缶底側の部分（胴体部）との間の段差が残ることがなく、容積効率に優れた密閉型電池を製造することが出来る。
従って、上記製造方法では、容積効率および封止性に優れる密閉型電池を製造することが出来る。
【０００９】
上記製造方法において、第３のステップでは、縮径しようとする領域を外装缶の内方（断面方向）に向けてくせ付けするサブステップと、くせ付けされた領域を口広部の内面が封口蓋に密着するとともに、口広部とそれよりも缶底側の胴体部との間の段差が曲面になるまで加圧するサブステップとを経て、前記封口蓋をかしめ固定することが望ましい。これは、くせ付けするサブステップで外装缶における縮径しようとする領域を筒の内方に向けてくせ付けすることにより、所定寸法に安定して成形することができる。
【００１０】
また、加圧するサブステップで口広部と胴体部との間の段差がなくなるまで加圧しているので、封口蓋と外装缶との密着性が確保されるとともに、優れた外観品質が得られる。なお、目視では確認できないほどの微視的な段差は、実質的に封口蓋と外装缶との密着性が確保できると考えられるので許容される。
なお、上記くせ付けとは、後者のサブステップを実施するために、予め縮径しようとする部分を外装缶の内側に向けて少しだけ絞っておくことを指している。
【００１１】
上記第１のステップにおいて外装缶に形成される口広部と胴体部との段差（口広げ方向）は、口広部でのシール剤の保持性とかしめ後の封止性の両面から、０．０２ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。
また、上記密閉型電池の製造方法においては、封止性の確保という観点から、第２のステップで封口蓋の縁部分にガスケットを取り付けることが望ましい。
【００１２】
上記製造方法は、極板とセパレータとの積層体が有底筒状の内缶に収納されてなる電極体を有する密閉型電池を製造する上で特に効果的である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る円筒型密閉電池の製造方法について、図１および図２を用いて説明する。図１は、外装缶に電極体および封口蓋を収納するまでを示す工程図であり、図２は、かしめ加工による封口工程を示す工程図である。
図１（ａ）に示すように、外装缶１０は、開口部に口広部１１が形成された、薄肉のステンレス板からなる有底円筒体である。この口広部１１は、予め深絞り加工などにより作製された有底筒状体の開口部をプレス加工することにより口広げされた部分である。
【００１４】
口広部１１の形成によって、口広部１１とそれより缶底側の胴体部１２との境目には、外面側に段差１０ａ、内面側に段差１０ｂが生じる。
次に、図１（ｂ）に示すように、上記外装缶１０における口広部１１の内面側にシール剤２０を塗布する。この時、塗布されたシール剤２０は、段差１０ｂによって胴体部１２への垂れ落ちが防がれ、口広部１１に保持される。シール剤２０は、例えば、アスファルトをキシレンで溶かしたものである。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、外装缶１０の内部に電極体３０を収納する。電極体３０を外装缶１０に収納する際には、半径方向における中心軸を外装缶１０の中心軸と一致させながら、内缶３２の底面が外装缶１０の内側底面に着くまで下ろしてゆく。収納する際の電極体３０と外装缶１０との中心軸は、口広部１１に塗布されたシール剤２０が電極体３０に付着しない範囲であれば、少しずれてもよい。
【００１６】
電極体３０は、渦巻き状電極体３１が電解液が含浸された状態で内缶３２に収納されたものである。この渦巻き状電極体３１には、予めリード４５を介して封口蓋４０が接続されている。
封口蓋４０は、内缶３２と略同等の外径の縁部分を有する蓋であり、縁部分にガスケット５０が取り付けられている（詳細図参照）。このガスケット５０の封口蓋４０と接触する部分には、外装缶１０の内面側に塗布されているのと同じシール剤が予め塗布されている（不図示）。
【００１７】
この後、内缶３２の底面と外装缶１０の底面とをスポット溶接し、封口蓋４０の縁部分に取り付けられているガスケット５０の下側の面が内缶３２の上面に密着するように封口蓋４０を配置する（図１（ｄ））。
外装缶１０の高さと電極体３０の高さとの関係は、上記のように内缶３２の底面が外装缶１０の内側底面についた状態（図１（ｄ））で、ガスケット５０の外装缶と向き合う部分とほぼ同じ高さに外装缶１０の段差１０ｂがくるようになっている。
【００１８】
次に、図２に示すかしめ加工により、封口蓋４０をかしめ固定する方法について説明する。
図２（ａ）に示すように、外装缶１０の開口部に対してくせ付け用金型１００を用いてプレスし、段差１０ａ、１０ｂの少し下より外装缶１０の側壁面を径方向の内側に向けてくせ付けする。
【００１９】
外装缶１０に対するくせ付け用金型１００のストロークは、外装缶１０の開口部の端部近傍（口広部１１と胴体部１２の一部）をくせ付けしようとする程度によって設定される。ただし、くせ付けは、段差１０ａが後述するかしめ加工（図２（ｂ））の際にかしめ用金型２００のＲ部２００ｒにあたる位置に来るように行うことが必要である。つまり、ここでいうくせ付けとは、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態まで、縮径しようとする部分を外装缶１０の内側に向けて絞り込むことを指している。
【００２０】
このように縮径しようとする部分がくせ付けされた外装缶１０は、かしめ用金型２００を用いてプレスされる。この時用いるかしめ用金型２００には、外装缶１０を絞り込むＲ部２００ｒが設けられている。
かしめ用金型２００を外装缶１０に対して下ろしてきた場合に、外装缶１０の段差１０ａがかしめ用金型２００のＲ部２００ｒに当る。そのまま、段差１０ａがＲ部２００ｒに沿って内側に誘い込まれていくまで、かしめ用金型２００を下ろしてゆく。このように段差１０ａが内側に誘い込まれていくことにより、圧力を受ける外装缶１０のかしめ部分は、ガスケット５０に沿うようにして縮径される。このとき、ガスケット５０は、圧力を受けて厚み方向に圧縮される。
【００２１】
段差１０ａは、上記縮径に伴いガスケット５０の上面に位置するように変形（縮径）される。
かしめ用金型２００のＲ部２００ｒまで誘い込まれた段差１０ａは、かしめ用金型２００の圧力を受けて、外装缶１０の径方向および高さ方向に塑性変形を生じる。そして、段差１０ａおよび段差１０ｂは、曲面となる。ここでいう曲面とは、目視上段差の残っていない状態をいうものである。
【００２２】
かしめ加工の終了した状態の円筒型密閉電池を、図２（ｃ）に示す。ここで示すように、上述のような工程を経て封口された円筒型密閉電池は、外装缶１０の外側側面に段差１０ａが残っておらず、電池の外周部に無駄な空間が無く、容積効率に優れるとともに、外観品質の点からも優れる。
また、この円筒型密閉電池では、封口後の封口部分において、かしめ加工前にあった段差１０ｂも曲面となるまで塑性変形しているので、外装缶１０とガスケット５０とが確実に密着され、封止性にも優れている。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、渦巻き状電極体３１を有する円筒型密閉電池を一例に説明したが、電極体の形態や電池の形状は、これに限定を受けるものではない。例えば、極板とセパレータがスタックされた電極体を有するような密閉型電池であってもよく、電池の外観形状も楕円形のものであってもよい。
また、上記では、くせ付け工程とかしめ工程の２つの工程を経て封口を行ったが、用いる金型の種類や工程数などは、これに限定を受けるものではない。
（確認実験）
次に、以下の実験によって、段差の程度と工程性および電池の封止性との関係について確認を行った。
【００２４】
この実験においては、対象としてＣＲ−１／３Ｎ（ＪＩＳ  Ｃ８５１２）の規格の密閉電池を用いた。この密閉電池の規格外寸は、外径がφ１１．６ｍｍで、全高が１０．８ｍｍである。
電極体は、二酸化マンガンを主成分とする正極活物質を有する正極板にセパレータを熱溶着し、リチウムを主成分とする負極活物質を重ねて巻回して渦巻き状電極体を形成し、これを内缶に収納した後、電解液槽に浸漬して作製される。これに上述のように封口蓋を接合して、図３（ａ）または（ｂ）に示すような形状の口広部を有する外装缶（ステンレス製）に収納し、上述の方法を用いて封口を行った。
【００２５】
外装缶の口広部の形状は、実施例１〜３および比較例１のものを図３（ａ）に示すように段差付きとし、比較例２、３のものを図３（ｂ）に示すように段差なしとした。
外装缶へのシール剤の塗布については、実施例１〜３と比較例１、２で外装缶の開口部から深さ１．４ｍｍのところまでとし、比較例３のものはなしとした。
【００２６】
電池は、各実験用に各５０個作製した。
なお、実施例１〜３および比較例１の口広部の深さは、全てｄ＝１．４ｍｍである。そしてすべての実施例、比較例で用いた外装缶の缶胴体部の材厚０．２６ｍｍである。
（実施例１）
口広部：段差ｇ＝０．０２ｍｍ
（実施例２）
口広部：段差ｇ＝０．０５ｍｍ
（実施例３）
口広部：段差ｇ＝０．１０ｍｍ
（比較例１）
口広部：段差ｇ＝０．１５ｍｍ
（比較例２）
口広部なし（図３（ｂ））。
（比較例３）
口広部なし（図３（ｂ））。
【００２７】
シール剤の塗布なし。
電極体の高さは、上記実施例１〜３および比較例１、２と同一とした。
（実験１）シール剤の垂れ実験
封口前において、口広部における外装缶の内面にシール剤（アスファルトをキシレンで溶かしたもの）を塗布した際に、シール剤が下部に垂れた個数をカウントし、全個数（５０個）に対するシール剤が垂れた個数の割合を、表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003883884.tif 000002
【００２９】
表１に示すように、シール剤は、外装缶に口広部が形成されている場合にはその段差の大きさに関わらず、垂れ落ちないことがわかる。
これに対して、外装缶に口広部を設けなかった比較例２では、９０％のサンプルでシール剤の垂れ落ちが観察された。
（実験２）シール剤の付着実験
外装缶に電極体を収納する際に、内缶にシール剤が付着した個数をカウントし、その割合を表２に示す。ただし、実験に際しては、シール剤を塗布した際にシール材の垂れ落ちがなかったものだけ各５０個使用した。
【００３０】
【表２】
0003883884.tif 000003
【００３１】
表２に示すように、実施例１〜３および比較例１、つまり、外装缶に口広部を設けたものでは、電極体へのシール剤の付着が観察されなかった。
これに対して、比較例２では、６％のサンプルでシール剤の付着が観察された。（比較例３は、シール剤を塗布していないので、電極体へのシール剤の付着はなし。）
（実験３）段差残存実験
封口後の外装缶を観察し、かしめ加工前に段差が形成されていた箇所に、段差あるいは凹凸が残っているか否かを調べた。外装缶に凹凸が残っていた割合を表３に示す。
【００３２】
【表３】
0003883884.tif 000004
【００３３】
実施例１〜３では、封口後に段差が残っているものは観察されなかったが、比較例１（段差ｇ＝０．１５ｍｍ）では、６０％のサンプルで段差が残っているのが観察された。
（実験４）温度サイクル試験
封口後の電池を以下の条件で温度サイクル試験をし、２０日経過時点、５０日経過時点、１００日経過時点における漏液発生個数をカウントし、その割合を表４に示す。
【００３４】
試験条件）
１サイクル：（６０℃キープ→降温→−１０℃キープ→昇温）／１時間
６サイクル／日
【００３５】
【表４】
0003883884.tif 000005
【００３６】
表４に示すように、漏液が確認されたのは、比較例２、３の電池における５０日経過時点と、１００日経過時点においてである。
実施例１〜３および比較例１の電池では、経過日数に関わらず、漏液は確認されなかった。
（実験の考察）
上記実験１〜４の結果より、シール剤を塗布時におけるシール剤の垂れ落ちは、外装缶に少しでも段差が形成されるように口広部を設けておけば、防止されるが、比較例１のように段差ｇ＝０．１５ｍｍまで大きくすると、封口後の外装缶に段差の痕跡が残り外観品質上好ましくなく、また外装缶とガスケットとの間に隙間があるので、封止性が低下するおそれがある。
【００３７】
外装缶に電極体を収納する際の電極体へのシール剤の付着に関しては、表２に示すように、外装缶に段差を設けておけば防止できる。
温度サイクル試験での漏液の発生は、実施例１〜３および比較例１では無かったのに対して、比較例２、３では日数の経過とともに発生割合が増加してゆく。これは、比較例２のようにシール剤を外装缶に塗布したものでも、垂れ落ちたり、電極体を収納する際の電極体への付着したりして、封口時にシール剤が封口部に十分残っていなかったためであると考えられる。外装缶にシール剤を塗布しなかった比較例３の電池における漏液の発生が一番多いことからも明らかである。
【００３８】
以上のことから、外装缶に口広部を形成して側部内面に段差を設け、その部分にシール剤を塗布して封口することが、封止性の面から効果的であることがわかる。特に、段差ｇを０．０２ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の範囲となるように、口広部を形成することが、封止性および外観品質などの面から望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上で説明してきたように、本発明の密閉型電池の製造方法は、開口部を口広げして口広部が形成されてなる有底筒状の外装缶を作製し、外装缶の内面における口広部にシール剤を塗布する第１のステップと、電極体およびその上に載置された封口蓋とを外装缶に収納する第２のステップと、外装缶における封口蓋が収納された部分から開口部にかけての部分を成形型で加圧することにより縮径し、封口蓋をかしめ固定する第３のステップとを有することを特徴とする。
【００４０】
この密閉型電池の製造方法では、第１のステップで開口部に口広部を設けた有底筒状の外装缶を作製し、外装缶の内面における口広部にシール剤を塗布するので、シール剤が胴体部に垂れることがないとともに、第２のステップで電極体および封口蓋を外装缶に収納する際に電極体および封口蓋にシール剤が付着することがない。
【００４１】
また、上記製造方法の第３のステップでは、口広部よりも缶底側の胴体部から縮径するので、外装缶の外側面に口広部と胴体部との間の段差が残ることがなく、容積効率に優れた密閉型電池を製造することが出来る。
従って、上記製造方法では、容積効率および封止性に優れる密閉型電池を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る円筒型密閉電池の製造方法を示す概略工程図である。
【図２】  封口工程を示す概略工程図である。
【図３】  外装缶における開口端部の断面図である。
【符号の説明】
１０．外装缶
１０ａ、１０ｂ．段差
１１．口広部
１２．胴体部
２０．シール剤
３０．電極体
４０．封口蓋
５０．ガスケット
１００．くせ付け用金型
２００．かしめ用金型
【図１】
0003883884.tif 000006
【図２】
0003883884.tif 000007
【図３】
0003883884.tif 000008