(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が各角部に所定のアール形状部を有する略正方形の電池ケース内に電極群を収容し、前記電池ケースの開口頭部を円筒状に圧縮成形した後、電池ケースを回転させながら溝付け用ローラを、開口頭部の側面から押し付けると同時に前記電池ケースの開口部方向に変位させながら環状溝を形成し、その環状溝の内方に膨出した環状支持部に、封口体を支持させた後に電解液を注入し、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより電池ケース内を密閉することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
アール形状部の曲率半径は４〜９ｍｍである請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項３】
電極群は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回して円柱状とした後、これが電池ケースの横断面形状に対応した横断面形状となるように圧縮成形を施してから、電池ケース内に圧入状態で挿入する請求項１または２記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池ケース内に電極群や電解液等の発電要素を封入してなる密閉型の電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、各種ポータブル型の電気機器の発達に伴い、その駆動電源となる電池が重要なキーデバイスの１つとしてその開発が重要視されている。その電池のうちでも充電可能なニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池といった小型二次電池は、携帯電話機やノートパソコンあるいはビデオカメラ等を始めとして、近年ではハイブリッド電気自動車の駆動電源等としての用途にも開発が進み、益々その需要が拡がりつつある。
【０００３】
このような電池は、円筒型と角型とに大別される。本実施形態の円筒型電池を示す図２を参照しながら円筒型電池の概略構成について説明すると、円筒型電池は、帯状の正極板１と負極板２との間にセパレータ３を介在させて渦巻き状に巻回してなる電極群４を電池ケース５内に収容する構造のため、単位体積当たりのエネルギ密度が高い。一方、角形電池は、図７に示すように、正極板１と負極板２との間にセパレータ３を介在させて積層してなる電極群４を電池ケース５内に収容する構造が一般的であり、この点を比較すれば、円筒型電池は生産性に優れ、且つ低コストである。ところが、図５（ｂ）に本発明の電池の比較例として示すように、複数本の円筒型電池Ｂをパックケース１８に収容して電池パック１７Ｂを構成する場合は、本実施形態の電池パック１７Ａを示す同図（ａ）との比較から明らかなように、無駄な残空間つまりデッドスペースが多くなって空間効率が悪い上に、収納空間内での安定性も悪いので、電気機器の小型化や薄型化に対し不向きである。
【０００４】
これに対し角形電池は、空間効率が高い上に、収納空間内に安定した状態で収容できる利点を有するが、電極群４が上述のように積層構造であるため、電池容量を高めることを目的として極板１，２の積層枚数を多くすると、接続線６（図７）の数が多くなる等に起因して生産コストも高くなってしまう。その上、角形電池は、円筒型電池と比較して密閉化が困難であり、信頼性が劣るという短所を有している。
【０００５】
上記密閉化の方法として、角形電池では、封口板とケース開口部との接合部をレーザー溶接する方法が一般的であるが、この方法は製造コストが高くなる上に、溶接状態を安定化させるためのレーザーの条件管理が難しく、信頼性が高い方法であるとは言えない。さらに図７のような角形電池において、封口体１０と開口部とを円筒型電池と同様にかしめ方式により封口する方法が、特開昭６３−２２１５５１号公報等に開示されている。ところが、この方法では、封口体１０により密閉するための電池ケースの側面への環状溝の形成が困難であり、さらに角筒状のケース開口端部をかしめる際に各角部にゆがみが生じやすいため、円筒型電池をかしめる場合よりも密閉性が低いという問題がある。
【０００６】
そこで図９に示すように、角筒状の胴部１２を有する電池ケース５の開口頭部１１を円筒状に形成し、その円筒状部分をかしめる方法が考えられる。このようなかしめ方法として、例えば特開昭５８−１１２２５９号公報に開示されているかしめ方法を用いた電池の製造方法について説明する。
【０００７】
図８に示すように、電池ケース５に前記電極群（同図では図示を省略）を収容した後、ホルダ部７に電池ケース５の底部を挿入し、矢印で示すように、電池ケース５をその底部側から軸方向に押圧力を付与した状態で、上部固定部８により電池ケース５の開口部を固定化する。続いて、上部固定部８を所定の回転数で回転させることにより、電池ケース５を回転させる。この状態で、電池ケース５を底部側から軸方向に押圧しながら、溝付け用ローラ９を所定の圧力で電池ケース５の側面に圧接することにより、開口部近傍に環状溝５ａを形成する。そしてこの環状溝５ａの形成により内方に膨出した環状支持部５ｂに封口体１０（図９）を支持させると共に、電池ケース５の開口部を内方に折り曲げて、この開口端部と前記環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより電池内を密閉している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の環状溝５ａの形成方法を、図９に示すような角筒状の胴部１２と円筒状の開口頭部１１を有する電池の製造方法に用いる場合には、電池ケース５の底部側から軸方向に押圧力が付与されているので、角筒状の胴部１２側から環状溝５ａへの材料供給がスムーズに行われないため、環状溝５ａを開口頭部１１と胴部１２の境界部に形成しようとした場合には、材料供給が殆ど無い状態で溝付け用ローラ９によって局部的に延ばされてしまい、その部分の肉厚が薄くなって変形や切断という問題が生じる。
【０００９】
そこで、電池ケース５の底部側から押圧する従来の形成方法によって環状溝５ａを形成する場合には、本実施形態との比較のために示した図６（ｂ）のように、材料供給のために環状溝５ａの下部にいくらかの円筒状部分５ｃを残した状態で環状溝５ａを形成させなければならず、環状溝５ａの下部の円筒状部分５ｃの内側は、何の機能にも利用されない無駄な空間となり、電池ケース５の内部空間に損失が生じて体積エネルギ密度の低下を招くという問題が生じる。
【００１０】
そこで本発明は、複数本を収納する際の空間効率が良い角形電池の特徴を活かした上で、電池ケースの内部空間の損失を招かない位置に形成した環状溝を利用したかしめ加工により、信頼性の高い密閉化を行うことのできる電池とその製造方法を提供する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池の製造方法は、横断面形状が各角部に所定のアール形状部を有する略正方形の電池ケース内に電極群を収容し、前記電池ケースの開口頭部を円筒状に圧縮成形した後、電池ケースを回転させながら溝付け用ローラを、開口頭部の側面から押し付けると同時に前記電池ケースの開口部方向に変位させながら環状溝を形成し、その環状溝の内方に膨出した環状支持部に、封口体を支持させた後に電解液を注入し、電池ケースの開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と前記環状支持部との間に前記封口体をかしめ固定することにより電池ケース内を密閉することを特徴としている。
【００１９】
この電池の製造方法によれば、円筒状の開口頭部に環状溝を形成し、その環状溝の形成により内方に膨出した環状支持部と電池ケースの開口端部との間に、円筒型電池と同様のかしめ方式により封口体をかしめ固定させることができるので、封口が容易であると共に密閉性にも優れた電池を、高い空間効率で、且つ収納空間内に安定した状態で収容できる角形電池の特徴を維持した上で製造することができる。また、溝付け用ローラを開口頭部の側面に側方から押し付けると同時に電池ケースの開口部方向に変位させながら環状溝を形成することで、円筒状の開口頭部側からの充分な材料の供給を図ることができ、ほぼ均一な肉厚で寸法安定性に優れた環状溝を、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部との境界部に確実に形成することができる。
【００２０】
したがって、従来の環状溝の形成方法のように境界部の下部に材料供給のための円筒状部分を残す必要がないから、電池ケースの内部空間の損失が少なくなる。しかも、電極群を、横断面が各角部に所定のアール形状を有する略正方形状の電池ケース内に収容するので、前記円筒状の開口頭部や前記環状溝の形成の際の塑性変形が容易となり、また、過充電時や過放電等に起因して発生する内圧に対する耐圧性にも優れ、さらに、複数個を並列状態でパックケースに収納して電池パックを構成する場合、または電気機器収納部に収納する場合に、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を確実に防止できる電池を製造することができる。
【００２１】
尚、前記アール形状部の曲率半径を例えば４〜９ｍｍに設定すると好適である。
【００２２】
また上記各製造方法において、電極群を、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回して円柱状とした後、これが電池ケースの横断面形状に対応した横断面形状となるように圧縮成形を施してから、電池ケース内に圧入状態で挿入すれば、その挿入の際に緊迫度が僅かに緩んで円形状への復元力で膨れ出る状態に僅かに変形し、上述したアール形状部の内側にデッドスペースを残さずに電池ケースの内面に対しそれぞれ密接することにより、単位体積当たりのエネルギ密度が高い電池を生産性良く製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。尚、従来例と同様の部分は同符号を付して説明する。また本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００２４】
図１は本発明の実施形態の電池を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。この電池は、各角部が所定のアール形状に形成された略正方形状の横断面形状を有する有底角筒状の電池ケース５の胴部１２の内部に、帯状の正極板１と負極板２とこれらの間にセパレータ３を介在させて巻回してなる電極群４が収容され、電池ケース５内に電解液が注入される。
【００２５】
電池ケース５の開口頭部１１は円筒状に形成され、その側面に形成した環状溝５ａにより内方に膨出した環状支持部５ｂに、絶縁ガスケット１３を介して封口体１０が載置支持された後、開口頭部１１の開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより、電池ケース５内が密閉された構造になっている。
【００２６】
電極群４は、それぞれ帯状となった正極板１、負極板２およびセパレータ３を渦巻き状に巻回して円柱状とした後に、これに金型による圧縮成形を施すことにより、電池ケース５の横断面形状に対応する略正方形状にして、電池ケース５内に圧入状態に挿入されている。これにより、電極群４は、胴部１２内に挿入されたときに、緊迫度が僅かに緩んで元の円形状への復元力で膨れ出る状態に僅かに変形して、電池ケース５の内周面に対し確実に密接する。
【００２７】
また、この電池は、電池ケース５の各角部が所定のアール形状、例えば曲率半径が４〜９ｍｍに形成されたアール形状部５ｄを有しているので、電池ケース５のケース加工が容易であると共に、円筒状の開口頭部１１や環状溝５ａを形成する際の塑性変形が容易となり、過充電や過放電等に起因して発生する内圧上昇に対する耐圧性にも優れている。また、上述のように円柱状に巻回した電極群４を圧縮成形して電池ケース５内に圧入する際にもデッドスペースを残さない。さらに、図５で後述するように、複数個を並置状態でパックケース１８に収納して電池パック１７Ａ、１７Ｂを構成する場合、または電気機器の電池収納部に収納する場合には、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる。
【００２８】
図３は、本実施形態の製造方法を工程順に示した斜視図である。まず、（ａ）に示すように、電池ケース５を上述したようなアール形状部５ｄを有する横断面形状が略正方形状の有底角筒状に形成する。そして電極群４を、正極板１と負極板２とをこれらの間にセパレータを介在させて重ね合わせた状態で渦巻き状に巻回した後に、電池ケース５の横断面形状に対応する横断面略正方形状に圧縮成形して形成する。この電極群４の上端面には正極集電体１６が溶接され、正極集電体１６の上には上方に突出した正極リード片１４が溶接されている。また、電極群４の下端面には、図２に示すように、負極リード片と一体となった負極集電体１５が下方に溶接されている。このように形成された電極群４を、図３（ａ）に矢印で示すように、電池ケース５内に挿入する。
【００２９】
電極群４を電池ケース５内に挿入した後に、電極群４の中央の孔から溶接用電極棒を挿入して、負極集電体１５のリード片を押圧させて下方に突出させると共に電池ケース５の底面に抵抗溶接させる。
【００３０】
次に、電池ケース５に対し、その開口部の近傍箇所に対して金型による圧縮成形を施して、（ｂ）に示すように、円筒状の開口頭部１１を形成し、その内側に絶縁ガスケット１３を嵌め込む。
【００３１】
その後、（ｃ）に示すように、開口頭部１１の側面に環状溝５ａを形成して、電極群４を電池ケース５の内部に固定する。この環状溝５ａの形成方法について、図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図４（ａ）は、参考例としての環状溝５ａの第１の形成方法を示す断面図である。この環状溝５ａの形成方法では、まず、ホルダ部７に電池ケース５の底部を挿入した後、上部固定部８をホルダ部７に向け所定の圧力で押圧して、上部固定部８によって電池ケース５の開口頭部１１を固定化する。続いて、ホルダ部７を所定の回転数で回転させることによって電池ケース５を回転させる。このように電池ケース５を開口部側から軸方向に所定の押圧力を付与した状態で、電池ケース５を回転させながら溝付け用ローラ９を、開口頭部１１の側面に側方から押し付けることによって環状溝５ａを形成する。
【００３３】
図４（ｂ）は、本発明の実施形態としての環状溝５ａの第２の形成方法を示す断面図である。この環状溝５ａの形成方法では、まず、ホルダ部７に電池ケース５の底部を挿入した後、ホルダ部７を上部固定部８に所定の圧力で押圧し、上部固定部８によって開口頭部１１を固定化し、上部固定部８を所定の回転数で回転させて電池ケース５を回転させる。ここまでの工程は従来の環状溝５ａの形成方向と同様である。そして、上述のように電池ケース５の底部側から軸方向に所定の押圧力を付与した状態で、電池ケース５を回転させながら溝付け用ローラ９を、図示矢印のように、開口頭部１１の側面に側方から押し付けると同時に電池ケース５の開口部方向に変位させながら環状溝５ａを形成する。
【００３４】
上述の何れかの方法により環状溝５ａを形成したならば、図３（ｃ）に示すように、電池ケース５内に、電極群４の中央の孔から所定量のアルカリ電解液を注入した後、封口体１０を電池ケース５に開口部から挿入して、環状溝５ａによって内方に膨出した環状支持部５ｂに、絶縁ガスケット１３を介して封口体１０を支持させる。
【００３５】
そして、上記状態において、図３（ｄ）に示すように、開口頭部１１の開口端部を内方に折り曲げ、この開口端部と環状支持部５ｂとの間に封口体１０をかしめ固定することにより、電池ケース５内を密閉化して電池を構成する。
【００３６】
（実施例）
以下に本発明の一実施例について詳細な説明を行う。この実施例においては電池を以下のようにして製作した。すなわち、水酸化ニッケルを活物質として含む、高さ３４ｍｍ、幅２５０ｍｍ、厚み０．６２ｍｍである帯状の正極板１と、水素吸蔵合金を活物質として含む、高さ３４ｍｍ、幅３１０ｍｍ，厚み０．３６ｍｍである帯状の負極板２とを親水化処理を施したポリプロピレン製のセパレータ３を介在させて巻回することにより、電極群４を構成する。この電極群４の上部に正極集電体１６を、且つ下部に負極集電体１５をそれぞれ溶接した。
【００３７】
電池ケース５としては、各角部をＲ６でアール形状にした１辺２１ｍｍの略正方形状の断面を有する肉厚０．３ｍｍ、高さ４５ｍｍである鉄にニッケルめっきを施した金属製ケースを用いて、図３で説明した製造工程および図４（ｂ）で説明した形成方法によって環状溝５ａを形成した。尚、開口頭部１１は上部７ｍｍにあたる部分までを直径２１ｍｍの円筒状に圧縮成形を施した。
【００３８】
上記によって得られた電池に初充放電を行い、高さ４２ｍｍ、横断面の正方形の１辺が２１ｍｍ、標準容量３６００ｍＡｈである電池Ａを製作した。
【００３９】
（比較例１）
上記のようにして製作した電池Ａと、比較例として高さ４２ｍｍ、直径２１ｍｍ、標準容量３０００ｍＡｈである円筒型電池Ｂを、組電池とした際の電池パック１７Ａ、１７Ｂ内での空間効率の違いを以下に比較する。
【００４０】
１例として図５に、パックケース１８に本実施例の電池Ａと比較例の電池Ｂをそれぞれ９本ずつ収納して構成した電動工具用の電池パック１７Ａ、１７Ｂをそれぞれ（ａ），（ｂ）に示している。電池Ｂを収納した電池パック１７Ｂに比べて、本実施例の電池Ａを収納した電池パック１７Ａは、横平行線で図示した残空間が少なく、空間効率が優れていると言う角形電池の特徴を発揮している。しかも、本実施例の電池Ａは、上記実施形態で示したようにアール形状部５ｄを有しているので、上述の電池パック１７Ａを構成する場合、または電気機器の電池収納部に収納する場合に、電池同士が互いに接触した際に損傷や打痕が発生するといった不具合を未然に防止できる。その上、本実施例の電池Ａは、一般的な円筒型電池のかしめ方式を採用できるように、開口頭部１１を円筒状にし、その円筒状部分を封口するための環状溝５ａの形成方法を、環状溝５ａより下方が角筒状をした電池の形状を考慮して押圧方向を変えるか、あるいは溝付け用ローラ９の変位方向を変えることで、胴部１２が角筒状の角形電池の構造を有しながら生産性が良く、封口部分への信頼性が高い円筒型電池の特徴も発揮できる。
【００４１】
以下、この環状溝５ａの部分の構造について、従来の環状溝５ａの形成方法を用いたものと比較して説明する。
（比較例２）
この比較例２においては、環状溝５ａを形成するために、従来例の図８で示したような電池ケース５の底部側から押圧した状態で、溝付け用ローラ９を開口頭部と胴部との境界部の側面に圧接させる方法を採ったこと以外は、上記実施例と同様の方法にて電池を製作した。
【００４２】
その結果、底部側からは材料が殆ど供給されないので、環状溝５ａの部分が溝付け用ローラ９によって局部的に延ばされてしまい、肉厚が均一にならないために、その一部が切断したり、あるいは変形したりするものが多発し、安定した環状溝５ａを形成することができなかった。そのため、開口頭部１１が円筒状で胴部１２が角筒状の電池に環状溝５ａを形成するには、図１のＢ−Ｂ線で断面した拡大図である図６（ｂ）に示すように、材料供給のために環状溝５ａの下部にいくらかの円筒状部分５ｃを残した状態で環状溝５ａを形成させなければならないが、これでは環状溝５ａの下部の円筒状部分５ｃの内側は無駄な空間となり、電池ケース５の内部空間の損失という問題が生じていた。そこで本実施例では、溝付け用ローラ９の変位方向を図６（ａ）に示す矢印方向に変えることで環状溝５ａを形成するため、充分な材料供給を図ることができるので、円筒状の開口頭部１１と角筒状の胴部１２との境界部に、均一な肉厚を確保し、寸法安定性に優れた環状溝５ａを確実に形成することができ、前記内部空間の損失が少なくなる。
【００４３】
尚、上記実施例では正極板１にニッケル極を用い、負極板２に水素吸蔵合金極を用いたニッケル水素蓄電池の場合について説明したが、他の電池、例えばニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン二次電池等についても同様の効果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数本を収納する際の空間効率が良い角形電池の特徴を活かした上で、円筒状の開口頭部と角筒状の胴部との境界位置に形成した環状溝を利用したかしめ加工によって、電池ケースの内部空間の損失を少なくし、信頼性の高い密閉化を行うことのできる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】  本発明の一実施形態に係る電池を示す斜視図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  同実施形態の電池の製造方法を工程順に示した斜視図。
【図４】  （ａ）は参考例の、（ｂ）は本発明の実施形態のそれぞれにおける環状溝の異なる形成方法を示す断面図。
【図５】  （ａ）は本発明の実施例の電池を用いて構成した電池パックの平面図、（ｂ）は比較のために示した円筒型電池を用いて構成した電池パックの平面図。
【図６】  （ａ）は図１のＢ−Ｂ線で切断した要部拡大図、（ｂ）は比較のために示した従来電池の同部の断面図。
【図７】  従来の角形電池の一例を示す斜視図。
【図８】  従来の円筒型電池への環状溝の形成方法を示す断面図。
【図９】  従来の環状溝の形成方法により形成した電池ケースを用いた角形電池を示す斜視図。
【符号の説明】
１  正極板
２  負極板
３  セパレータ
４  電極群
５  電池ケース
５ａ  環状溝
５ｂ  環状支持部
５ｃ  環状溝より下部の円筒状部分（従来例）
５ｄ  アール形状部
９  溝付け用ローラ
１０  封口体
１１  開口頭部
１２  胴部
１３  絶縁ガスケット
１４  正極リード片
１５  負極集電体
１６  正極集電体
【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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【図８】
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【図９】
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