(57)【要約】【課題】電池ケースに溝入れローラを押し込むことにより内向きに環状溝部を形成する溝入れ工程において、加工形状の不安定と環状溝部の薄肉化という課題を解決することを目的とする。【解決手段】環状溝部１０を形成する際に電池ケース１の底面から上向きに加圧を加えた状態で溝入れロ−ラ２の押し込み速度に対する電池ケース１の回転数の比率を２．０以上５．５以下とすることにより、環状溝部１０の薄肉化の抑制を図ることを目的とした非水系二次電池の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に上部が開口している有底円筒形状の電池ケースに収容し、前記電池ケースの開口部の近傍を内向きに形成した環状溝部により支持された封口板により前記電池ケースを密閉する非水系二次電池の製造方法であって、前記電池ケースの下部が上下動可能な下型に保持されて軸方向の上向きに移動し、前記電池ケースの開口部が上型に押し当てられ、密着した前記上型により前記電池ケースを回転させ、下型を軸方向の上向きに送ることにより環状溝部に電池ケースの底部側から材料を補給し、前記電池ケースの開口部におけるケース側壁の外側から溝入れローラを押し込む際の押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下として環状溝部を形成すること特徴とした非水系二次電池の製造方法。
【請求項２】
金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に収容する電池ケースの開口部の近傍に内向きに環状溝部を形成する非水系二次電池の製造装置であって、前記電池ケースの下部を保持し前記電池ケースを押し上げる機構を有する下型機構と前記電池ケースの開口部を保持し前記電池ケースを回転させる機構を有する上型機構と、前記電池ケースの外周部に対して所定の移動速度で溝入れロ−ラを押圧させる溝入れロ−ラ押圧機構と、溝入れロ−ラの押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下となるように電池回転数と溝入れロ−ラの移動速度を調整する機構を備えたことを特徴とする非水系二次電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池に代表される非水系二次電池に関し、特に渦巻状に捲回した電極群を内部に収容した有底円筒形状の非水系二次電池の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウム二次電池やニッケル水素二次電池等の円筒形電池は、発電要素を収納した有底円筒形の電池ケースの開口端の近傍に内側に突出する環状溝部を形成し、この環状溝部に封口板を保持させて封口して非水系二次電池を構成している。
【０００３】
例えば、図４に示すように円筒形の非水系二次電池は、正極板２６と、負極板２８とをセパレータ２７を介して渦巻状に捲回した後、この渦巻状の電極群２５を有底筒状の電池ケース２１の内部に収容し、次いでこの電池ケース２１内に所定量の電解液を注液した後、電池ケース２１の開口部にガスケットを周縁に取り付けた封口板２９を挿入し、電池ケース２１の開口部を内方向に折り曲げて封口している。このため、電池ケース２１の開口部近傍の内周面には、封口板２９を載せて支持するための環状溝部２０が形成されており、この環状溝部２０は電池ケース２１の開口部近傍の外周面に電池ケース２１の内側に膨出する部分により形成される。なお、渦巻状の電極群２５の上部から引き出された正極用リードは電池ケース２１の封口前に封口板２９に溶接される。
【０００４】
このように封口板２９を支持するための環状溝部２０を電池ケース２１に形成するための方法については種々提案されている。この環状溝部２０の形成方法としては、図５に示すように溝入れローラ３２を押し込むことで内向きに形成される環状溝部２０の膨出量に応じて電池ケース２１の底部を支える下型３３の押し上げ量を調整し、電池ケース２１の側壁の肉厚と環状溝部２０の最も薄肉化された部分との比が１：０．８〜０．９５となる環状溝部２０の形成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図６に示すように電池ケース２１の下方ならびに上方から適切な加圧比で加圧した状態で電池ケース２１を回転させ、溝入れローラ４２を電池ケース２１の内径方向に押し込むことで環状溝部２０を形成することにより、環状溝部２０の薄肉化を防ぐ方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、図７に示すように電池ケース２１を上下から加圧保持した状態で回転させながら溝入れロ−ラ５２に電池ケース２１を押し込むことで環状溝部２０を形成する場合の、溝入れロ−ラ５２の電池ケース２１に対する移動速度と電池ケース２１の回転速度との関係を、移動速度／回転速度＝一定とする方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−１９０５０号公報
【特許文献２】特開平０９−１９９０９２号公報
【特許文献３】特開平１０−２５５７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、内向きに形成される環状溝部の膨出量に応じて下型の押し上げ量を調整することにより環状溝部の下側の側壁より材料を補給しているが、体積変化量と単位時間当りの仕事量を同期させないと安定した加工形状が得られないという課題を有していた。
【０００８】
また、特許文献２の従来技術では、電池ケースを下方ならびに上方から適切な加圧比で加圧しながら溝入れ加工を行うことにより、溝入れローラの当接部にかかる引張応力を抑制することにより薄肉化の抑制をしているが、環状溝部の体積変化分の材料を補給しない限り薄肉化は防止できないという課題を有していた。
【０００９】
さらに、特許文献３の従来技術では、電池ケースを上下から加圧保持した状態で回転させ溝入れロ−ラを電池ケースに押し込む場合、溝入れロ−ラの移動速度／電池ケースの回転速度＝一定とすることにより環状溝部の薄肉化を防止しているが、高速加工時には安定した加工形状が得られない。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、環状溝部を形成する際に電池ケースの底面から軸方向上向きに加圧を加えた状態で溝入れロ−ラによる押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下とすることにより、環状溝部の薄肉化を抑制し、安定した加工形状を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために本発明の環状溝部の製造方法は、金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に上部が開口している有底円筒形状の電池ケースに収容し、電池ケースの開口部の近傍を内向きに形成した環状溝部により支持された封口板により電池ケースを密閉する非水系二次電池の製造方法であって、電池ケースの下部が上下動可能な下型に保持されて軸方向の上向きに移動し、電池ケースの開口部が上型に押し当てられ、密着した上型により電池ケースを回転させ、下型を軸方向の上向きに送ることにより環状溝部に電池ケースの底部側から材料を補給し、電池ケースの開口部におけるケース側壁の外側から溝入れローラを押し込む際の押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下として環状溝部を形成すること特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非水系二次電池の製造方法によると、電池ケースの底面から軸方向上向きに加圧を加えた状態で溝入れロ−ラによる加工速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下にすることにより、短時間で一気に溝入れ加工が可能となり材料移動の際に発生する移動抵抗の影響が小さくなり、材料が移動しやすくなるために環状溝部の薄肉化が抑制される。また、電池ケースの回転数と加工速度のバランスが崩れ加工形状が不安定となる事態を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の発明においては、金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に上部が開口している有底円筒形状の電池ケースに収容し、電池ケースの開口部の近傍を内向きに形成した環状溝部により支持された封口板により電池ケースを密閉する非水系二次電池の製造方法であって、電池ケースの下部が上下動可能な下型に保持されて軸方向の上向きに移動し、電池ケースの開口部が上型に押し当てられ、密着した上型により電池ケースを回転させ、下型を軸方向の上向きに送ることにより環状溝部に電池ケースの底部側から材料を補給し、電池ケースの開口部におけるケース側壁の外側から溝入れローラを押し込む際の押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下として環状溝部を形成することにより回転数と押し込み速度のバランスが崩れ加工形状が不安定にならない領域で材料の移動抵抗を軽減し環状溝部の薄肉化の抑制を行うことが可能である。
【００１４】
本発明の第２の発明においては、金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水系二次電池と共に収容する電池ケースの開口部の近傍に内向きに環状溝部を形成する非水系二次電池の製造装置であって、電池ケースの下部を保持し電池ケースを押し上げる機構を有する下型機構と電池ケースの開口部を保持し電池ケースを回転させる機構を有する上型機構と、電池ケースの外周部に対して所定の移動速度で溝入れロ−ラを押圧させる溝入れロ−ラ押圧機構と、溝入れロ−ラの押し込み速度に対する電池ケースの回転数の比率を２．０以上５．５以下となるように電池回転数と溝入れロ−ラの移動速度を調整する機構を備えることにより、安定した加工形状で薄肉化を抑制した環状溝部を形成することが可能な非水系二次電池の製造装置を提供できる。
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。例えば、図１に示されるように本発明の非水系二次電池をリチウムイオン電池とすると、複合リチウム酸化物を正極活物質とする正極板６とリチウムを保持しうる材料を負極活物質とする負極板８とをセパレータ７を介して渦巻状に巻回した渦巻状の電極群５を作製した後、この渦巻状の電極群５を有底円筒形の電池ケース１の内部に絶縁板と共に収容し、渦巻状の電極群５の下部より導出した負極リードを電池ケース１の底部に接続し、回転を与えた電池ケース１に溝入れロ−ラを押し込むことにより環状溝部１０を形成し、次いで渦巻状の電極群５の上部より導出した正極リードを封口板９に接続し、電池ケース１に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後、電池ケース１の開口部に封口ガスケットを周縁に取り付けた封口板９を挿入し、電池ケース１を電池ケース保持部が内径方向に縮小することにより、電池ケース１の保持を行う封口下型により保持し、封口上型にて加圧を加えることにより開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口している。
【００１６】
ここで、環状溝部１０の形成を行う非水系二次電池の製造装置は、図３に示すように電池ケース１は、渦巻状の電極群５を内部に収容したものであり、その下部が上下動可能な下型３に保持され矢印Ａで示した上向きに移動し、電池ケース１の開口部が上型４に押し当てられた状態で密着した上型４が矢印Ｂ方向に回転することにより電池ケース１に回転が与えられる。次いで、電池ケース１への溝入れ加工は、矢印Ｂ方向に回転している電池ケース１に接触することにより矢印Ｃ方向に回転する溝入れローラ２が、電池ケース１の外周面の開口部の近傍に押し当てられ、等速で矢印Ｄ方向に所定の深さまで送られ、その結果として内向きの環状溝部１０が形成される。
【００１７】
この際、溝入れロ−ラ２を電池ケース１に押し込むことにより環状溝部１０の肉が引き伸ばされ薄肉化が発生するが、溝入れ加工時に電池ケース１を保持した下型３を軸方向の上向きに送ることにより、環状溝部１０の下部に有る側壁から適切量の肉を供給するようになっている。
【００１８】
本発明の非水系二次電池においては、上記の溝入れロ−ラ２の電池ケース１への押し込み速度を誠意検討した結果、電池ケース１の加工形状を安定化させるための支配因子として、電池ケース１の回転数が非常に重要であり、溝入れロ−ラ２の押し込み速度に対する電池ケース１の回転数の比率が２．０未満の場合では、環状溝部１０の薄肉化は小さいが、電池ケース１の回転数に対して押し込み速度が大きくなりすぎるために均一な溝入れ加工ができず電池ケース１の偏芯が発生する。また、押し込み速度に対する回転数の比率が５．６以上となると溝入れ加工時間が長くなり、加工時に起こる電池ケース１の材料移動時の移動抵抗が大きくなり、環状溝部１０の薄肉化部分に電池ケース１の材料が補充されず環状溝部１０の薄肉化が大きくなる。
【００１９】
よって、溝入れロ−ラ２による押し込み速度に対する電池ケース１の回転数の比率を２
．０以上５．５以下に設定することにより材料移動時の移動抵抗の影響を小さくすることで薄肉化を抑制し、環状溝部１０の最も薄肉化された部分の肉厚を電池ケース１側壁の肉厚の８５％以上９８％以下とし、環状溝部１０に十分な強度を持たせることにより衝撃による亀裂発生や封口時の座屈を防止し、かつ電池ケース１の回転数に対する溝入れロ−ラ２の押し込み速度を適切に設定することで電池ケース１の加工形状も安定することを新たに見出したものである。以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２０】
外径１４．３ｍｍ、高さ５０．４ｍｍの円筒形電池ケースに図２に示されるように、環状溝部１０の底面側に傾きを持つ形状の環状溝部１０を電池ケース１に形成した。なお、電池ケース１は鉄素材にニッケルメッキを施したものであり、環状溝部１０を形成する部分の電池ケース１の側壁の肉厚ｔ１は０．１８ｍｍで、溝入れローラ２の押し込み量は１.１８ｍｍとした。以上の構成により作成した円筒形の電池ケース１を加工する際の電池ケース１の回転数（ｒｐｓ）／溝入れロ−ラ２の押し込み速度（ｍｍ／ｓ）の比率を１．８，２．０，３．５，５．５，６．０に変更して環状溝部１０の形成を行ったものをそれぞれ実施例Ａ，実施例Ｂ，実施例Ｃ，実施例Ｄ，実施例Ｅの円筒形の電池ケース１とした。
【００２１】
上記の条件で環状溝部１０を形成したそれぞれの円筒形の電池ケース１を切断し、環状溝部１０の最も薄肉化している部分を計測し、元の電池ケース１の側壁の肉厚と比較して偏肉率を計算した。また、環状溝部１０を形成した電池ケース１の各部の寸法を測定し、環状溝部１０を形成後の加工形状についての評価を行った結果を（表１）に示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（表１）の結果から明らかなように、回転数／押し込み速度の比率が２．０〜５．５では環状溝部１０の偏肉率は８５％以上となり加工形状も安定していた。
【００２４】
一方で、回転数／押し込み速度の比率が１．８では、偏肉率は大きくなるが、電池ケース１の回転数に対して加工速度が大きくなりすぎるために溝入れ加工に偏りが発生し、電池ケース１の断面の偏芯が発生した。また、回転数／押し込み速度の比率が６．０では、加工形状は安定するが材料の移動抵抗が大きくなり偏肉率が悪くなり８５％以下となる。
【００２５】
以上の結果より、回転数／押し込み速度の比率は２．０〜５．５で環状溝部１０の偏肉率が８５％以上９８％以下で、加工形状の安定した環状溝部１０の形成を行うことができる。
【実施例２】
【００２６】
外径１４．３ｍｍ、高さ５０．４ｍｍの円筒の形電池ケース１に図２に示されるように、環状溝部１０の底面側に傾きを持つ形状の環状溝部１０を電池ケース１に形成した。なお、電池ケース１は鉄素材にニッケルメッキを施したものであり、環状溝部１０を形成する部分の電池ケース１の側壁の肉厚ｔ１は０．１８ｍｍで、溝入れローラ２の押し込み量は１.１８ｍｍとした。以上の構成により作成した円筒形の電池ケース１を加工する際の
電池ケース１の偏肉率を８１％，８３％，８５％，８７％，８９％としたものをそれぞれ実施例Ｆ，実施例Ｇ，実施例Ｈ，実施例Ｉ，実施例Ｊの円筒形の電池ケース１とした。
【００２７】
上述の条件で環状溝部１０の偏肉率を変更した電池を１００００個作成して、落下衝撃試験を行い、環状溝部１０のクラック発生の評価を行った結果を（表２）に示した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
（表２）の結果から明らかなように、偏肉率が８５％未満の場合は、環状溝部１０の肉厚が薄い部分にクラックが発生したが、偏肉率が８５％以上の場合にはクラックの発生は無かった。また、（表２）には示さなかったが偏肉率８１以下％でもクラックが発生したのに対して偏肉率８９％以上ではクラックの発生は認められなかった。
【００３０】
以上の結果より、偏肉率を８５％以上９８％以下とすることで加工形状の安定した環状溝部１０の形成を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る円筒形電池は、電池ケースの回転数／押し込み速度の比率を２．０〜５．５にすることにより、環状溝部の薄肉化を抑制し安定した加工形状を得ることができるので環状溝部を持つ円筒形電池の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明における円筒形二次電池の断面図
【図２】本発明の実施例における環状溝部の断面図
【図３】本発明の非水系二次電池の製造装置における溝入れ工程の説明図
【図４】従来例における円筒形二次電池の断面図
【図５】従来例における環状溝部の形成方法の説明図
【図６】他の従来例における環状溝部の形成方法の説明図
【図７】他の従来例における環状溝部の形成方法の説明図
【符号の説明】
【００３３】
１  電池ケース
２  溝入れロ−ラ
３  下型
４  上型
５  電極群
６  正極板
７  セパレータ
８  負極板
９  封口板
１０  環状溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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