特許 6202337 蓄電素子、および、その製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202337

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】蓄電素子、および、その製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/02 20060101AFI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/02 C

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-74282(P2014-74282)

(22)【出願日】2014年3月31日

(65)【公開番号】特開2015-197972(P2015-197972A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2016年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 栄人

(72)【発明者】

【氏名】金本 学

(72)【発明者】

【氏名】奥田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】児玉 充浩

【審査官】 井原 純

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０９７８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７２５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１７６８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１６７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８８０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６９８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３０９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７５７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９８８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５９９８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／０２

Ｈ０１Ｇ １１／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一端が閉塞した筒状のケースと、
前記ケース内に収容される電極体と、を備え、
前記ケースの閉塞されている一端の外周端部に、前記ケースの外径が小さくなっている径小部が形成されており、前記径小部は、段差を介して、外径が小さくなっており、
前記ケースは、前記一端を閉塞している閉塞部分に近づくに連れて肉厚になっていく肉厚部分を有し、前記段差は、前記ケースのうち前記肉厚部分の外側面に形成されている、蓄電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

蓄電素子のケースの構造の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばアルカリ蓄電池等の電池は、一端に開口し、他端が閉塞した筒状のケース本体内に電極体を収容し、そのケース本体の開口部分を蓋部により密閉して電池のケースを形成し、その後、その電池のケースを、例えば環状治具に圧入して通すことにより縮径させる縮径工程を経て製造される（特許文献１参照）。これにより、高容量の電池を製造することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２５６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の電池のケース本体は、その軸方向における全長に亘って外径が同一である。また、ケース本体の閉塞部分は、側壁部分に比べて強度が高く縮径しにくい。このため、上述した縮径工程において、ケース本体の側壁部分に加わった外力が、ケース本体の側壁部分側に伝わって、当該側壁部分が外側に膨らんだりするなど、ケース本体が変形してしまうことがある。

【0005】

本明細書では、縮径工程で蓄電素子のケース本体が変形することを抑制することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書によって開示される蓄電素子は、少なくとも一端が閉塞した筒状のケースと、前記ケース内に収容される電極体と、を備え、前記ケースの閉塞されている一端の外周端部に、前記ケースの外径が小さくなっている径小部が形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本明細書によって開示される発明によれば、縮径工程で蓄電素子のケース本体が変形することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態の電池の縦断面図

【図2】電池ケースの底部分を拡大した断面図

【図3】電池ケースの底面図

【図4】縮径工程時における電池ケースの状態を示す模式図

【図5】比較例の縮径工程時における電池ケースの状態を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜本実施形態の概要＞
本明細書によって開示される蓄電素子は、少なくとも一端が閉塞した筒状のケースと、前記ケース内に収容される電極体と、を備え、前記ケースの閉塞されている一端の外周端部に、前記ケースの外径が小さくなっている径小部が形成されている。この蓄電素子によれば、ケースに径小部が形成されていない構成に比べて、縮径工程で蓄電素子のケース本体が変形することを抑制することができる。

【0010】

上記蓄電素子では、前記ケースの軸方向における前記径小部の長さは、前記一端を閉塞している閉塞部分の厚さ以上でもよい。この蓄電素子によれば、径小部の長さが、ケースの閉塞部分の厚さ未満である構成に比べて、より確実に、ケース本体が変形することを抑制することができる。

【0011】

上記蓄電素子では、前記径小部は、段差を介して、外径が小さくなっている。この蓄電素子によれば、段差を有しない構成に比べて、閉塞部分が、縮径による押圧力を受けることを、より確実に抑制することができる。

【0012】

上記蓄電素子では、前記ケース本体は、前記一端を閉塞している閉塞部分に近づくに連れて肉厚になっていく肉厚部分を有し、前記段差は、前記ケース本体のうち前記肉厚部分の外側面に形成されていてもよい。この蓄電素子によれば、段差が肉厚部分よりも開口部分寄りの位置に形成された構成に比べて、径小部を設けたことに起因してケース本体が薄肉になって強度が低下することを抑制することができる。

【0013】

蓄電素子の製造方法は、少なくとも一端が閉塞した筒状のケースを備える蓄電素子の製造方法であって、前記ケースの閉塞されている一端の外周端部に、前記ケースの外径が小さくなっている径小部を形成する工程と、前記径小部が形成され、電極体を収容した前記ケースの外径を縮径させる工程と、を含む。

【0014】

＜一実施形態＞
一実施形態の電池１について、図１〜図５を参照しつつ説明する。電池１は、蓄電素子の一例であり、ニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池である。以下の説明では、図１の紙面手前側を電池１の前側Ｆとし、紙面右側を電池１の右側Ｒとし、紙面上側を電池１の上側Ｕとする。

【0015】

（電池の構成）
図１に示すように、電池１は、電池ケース２、および、電極体３を備えて構成されている。電池ケース２は、例えば金属製であり、一方向、図１では上下方向に長い円筒状の形状を有する。この電池ケース２は、ケース本体１１および蓋部１２を有し、内部に収容空間Ｓを有する。なお、電池ケース２は、ケースの一例である。

【0016】

ケース本体１１は、表面がニッケルめっきされており、後述する負極板２２が電気的に接続されることで電池１の負極端子として機能する。ケース本体１１は、電池ケース２の長手方向における一端が開口し、他端が閉塞した円筒状の形状を有する。以下、ケース本体１１の長手方向、換言すれば中心軸方向を、単に軸方向Ｗということがある。ケース本体１１は、例えば１枚の金属板に絞り加工を施すことによって一体的に成形されたものであり、開口部分１１Ａ、閉塞部分１１Ｂ、および、側壁部分１１Ｃを有する。

【0017】

開口部分１１Ａは、ケース本体１１の上端において円形状に開口した部分である。閉塞部分１１Ｂは、円盤状の形状を有し、ケース本体１１の底部、図１では下部を構成する。側壁部分１１Ｃは、円筒状の形状を有し、軸方向Ｗに沿ったケース本体１１の側壁を構成する。なお、ケース本体１１では、絞り加工により、閉塞部分１１Ｂは、側壁部分１１Ｃよりも肉厚になっている。以下、閉塞部分１１Ｂの厚さをＤ１とし、側壁部分１１Ｃの厚さをＤ２（＜Ｄ１）とする（図２参照）。

【0018】

図２に示すように、閉塞部分１１Ｂと側壁部分１１Ｃとの境界部分１１Ｄは、側壁部分１１Ｃから閉塞部分１１Ｂに近づくに連れてケース本体１１が肉厚になっている。より具体的には、境界部分１１Ｄは、側壁部分１１Ｃから閉塞部分１１Ｂに向かうに連れて、ケース本体１１の内側面１３が湾曲しつつケース本体１１の外側面１４から遠ざかっていく形状を有する。この境界部分１１Ｄは厚さ変化部分の一例である。

【0019】

ケース本体１１のうち上記閉塞部分１１Ｂ側の外側面１４には、径小部１５が形成されている。この径小部１５は、軸方向Ｗにおけるケース本体１１の中央側の外側面１４に対して、外径が小さく、かつ、段差１６を介して繋がっている。軸方向Ｗにおける径小部１５の長さＤ３は、閉塞部分１１Ｂの厚さＤ１よりも長い。これにより、径小部１５の長さが、閉塞部分１１Ｂの厚さＤ１未満である構成に比べて、より確実に、ケース本体１１が変形することを抑制することができる。

【0020】

また、段差１６は、上記境界部分１１Ｄの外側面１４に形成されている。換言すれば、段差１６は、側壁部分１１Ｃよりも肉厚の部分に形成されている。このため、径小部１５全体が、側壁部分１１Ｃよりも肉厚の部分に形成されることになる。これにより、段差１６が境界部分１１Ｄよりも開口部分１１Ａ寄りの位置に形成された構成に比べて、径小部１５を設けたことに起因してケース本体１１が薄肉になって強度が低下することを抑制することができる。なお、ケース本体１１では、段差１６が形成された部分の厚さＤ４は、側壁部分１１Ｃの厚さＤ２以上である。

【0021】

更に、図３に示すように、径小部１５は、ケース本体１１の全周に亘って形成されている。これにより、径小部１５が、ケース本体１１全周に対して部分的に形成された構成に比べて、より確実に、ケース本体１１が変形することを抑制することができる。なお、径小部１５は、ケース本体１１の閉塞端まで延びており、当該閉塞端の部分、各図で下側部分は、円弧状に面取りされている。また、径小部１５の上記長さＤ３は、ケース本体１１の全周に亘って同一である。

【0022】

蓋部１２は、後述する正極板２１に弾性を有する接続端子２４を介して電気的に接続されており、電池１の正極端子として機能する。蓋部１２は、全体として円盤状の形状を有し、ケース本体１１の開口部分１１Ａを塞いでいる。具体的には、蓋部１２の周縁部分が、樹脂等で形成された絶縁性のガスケット１８を介して、ケース本体１１の開口部分１１Ａ側の先端部分に嵌められ、その先端部分にカシメ加工が施されている。これにより、蓋部１２とケース本体１１との絶縁を保ちつつ、ケース本体１１が密閉されている。なお、蓋部１２には、安全弁１７が設けられており、この安全弁１７により、電池ケース２の内圧が所定値以上になったときに、電池ケース２内のガスを外部に排出することができる。

【0023】

電極体３は、電池ケース２の収容空間Ｓに収容されている。電極体３は、正極板２１、負極板２２、及びそれらの間に配置される電解液を含んだセパレータ２３が、例えばケース本体１１の軸方向Ｗに沿った巻き軸を中心に渦巻状に巻回された構成である。

【0024】

なお、正極板２１は、例えば、発泡ニッケル等の正極金属板に、正極水酸化ニッケル活物質及び導電材のコバルト化合物の混合物等の正極活物質を塗布したものである。負極板２２は、例えば、ニッケルめっきを施した平板状の穿孔鋼板等の負極金属板に、カドミウム粉末や水素吸蔵合金の粉末等の負極活物質を塗布したものである。セパレータ２３は、例えばポリオレフィン製の不織布からなる。セパレータ２３には、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを主成分とする電解液が含浸されている。

【0025】

（本実施形態の効果）
図５，６には、上記電池１と、比較例の電池３０とついて、縮径工程時におけるケース本体１１，３１の状態が示されている。この縮径工程は、例えば、電池１，３０を、蓋部１２側から、縮径用の金型４０の穴４１に圧入して通過させることでケース本体１１，３１を、電池の規格の幅寸法に縮径する工程である。

【0026】

図５に示すように、電池３０のケース本体３１には径小部が形成されていない。このため、ケース本体３１の閉塞部分３１Ｂは、金型４０からの押圧力を受ける。しかし、閉塞部分３１Ｂは、その押圧力の方向に平行な板状の形状であるのに対し、側壁部分３１Ｃは、内部が空洞の環状の形状である。このため、閉塞部分３１Ｂは、側壁部分３１Ｃに比べて強度が高く変形しにくい。従って、金型４０からの押圧力は、閉塞部分３１Ｂから側壁部分３１Ｃへと伝わり、当該閉塞部分３１Ｃが外側に膨らむなど、ケース本体３１が変形してしまうことがある。

【0027】

これに対して、図４に示すように、電池１のケース本体１１には径小部１５が形成されている。このため、ケース本体１１の閉塞部分１１Ｂは、金型４０からの押圧力を受けにくい。このため、電池３０に比べて、縮径工程でケース本体１１が変形することを抑制することができる。なお、同図に示すように、径小部１５が形成された部分の外径Ｄ５は、金型４０の穴４１の外径Ｄ６、換言すれば電池の規格上の外径よりも小さくすれば、閉塞部分１１Ｂは、金型４０からの押圧力を受けないため、より確実に、ケース本体１１が変形することを抑制することができる。

【0028】

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

【0029】

「蓄電素子」は、アルカリ電池に限らず、マンガン電池や、二次電池などでもよく、また、キャパシタなどでもよい。また、「ケース」は、円筒状に限らず、角筒状などでもよい。また、ケースは、閉塞部分の厚さが側壁部分厚さ以下のものでもよい。

【0030】

径小部は、ケース本体１１のうち側壁部分１１Ｃの上端側の外側面や、開口部分１１Ａの外側面など、蓋部１２で閉塞されている部分の外周端部に形成されていてもよい。このような構成であれば、電池１のケース本体１１のうち、蓋部１２で閉塞された部分側が、縮径工程で変形することを抑制することができる。

【0031】

ケース本体１１は、段差１６が、境界部分１１Ｄよりも開口部分１１Ａ寄りの位置、例えば側壁部分１１Ｃに形成された構成でもよい。また、ケース本体１１は、径小部１５の長さが、閉塞部分１１Ｂの厚さＤ１未満である構成でもよい。更に、ケース本体１１は、径小部１５が、ケース本体１１全周に対して一部だけに形成された構成でもよい。また、ケース本体１１は、段差を有さず、閉塞端に向かうに連れて外径が小さくなる形状でもよい。

【0032】

段差１６は、軸方向Ｗに略直交する面に限らず、ケース本体１１の外側面１４から径小部１５に向けて斜めに傾斜していてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１：電池 ２：電池ケース ３：電極体 １１：ケース本体 １１Ａ：開口部分 １１Ｂ：閉塞部分 １１Ｄ：境界部分 １２：蓋部 １３：内側面 １４：外側面 １５：径小部 １６：段差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】