特許 7416681 電池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】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】電池およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/55 20210101AFI20240110BHJP

   H01M 50/564 20210101ALI20240110BHJP

   H01M 50/566 20210101ALI20240110BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20240110BHJP

   B21D 39/00 20060101ALN20240110BHJP

【ＦＩ】

H01M50/55 101

H01M50/564

H01M50/566

H01M10/04 Z

B21D39/00 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020198013

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022086153

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2021-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前園 寛志

【審査官】小川 進

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４６９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０１１２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１０７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４８９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００４１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５５

Ｈ０１Ｍ ５０／５６４

Ｈ０１Ｍ ５０／５６６

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｂ２１Ｄ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔を有する導電部材と、
前記貫通孔に挿入され、前記導電部材上に露出する先端部を有する端子部材とを備え、
前記端子部材の前記先端部と前記導電部材とのカシメ接合部が形成され、
前記端子部材の前記先端部は、内周面を有する凹部を含み、
前記端子部材の中心軸に対する前記内周面の傾きが非連続的に変化する折り曲げ部が前記内周面上に形成され、
前記折り曲げ部の一方側に隣接する前記内周面および前記折り曲げ部の他方側に隣接する前記内周面は、いずれも前記折り曲げ部から離れるにつれて前記中心軸から離れる方向に傾く、電池。

【請求項2】

前記導電部材は側壁を有する穴部を含み、
前記カシメ接合部は前記穴部内に形成され、
前記カシメ接合部において、前記端子部材の先端は前記穴部の前記側壁に達する、請求項１に記載の電池。

【請求項3】

前記カシメ接合部の少なくとも一部において、前記端子部材の先端は前記導電部材に溶接される、請求項２に記載の電池。

【請求項4】

前記電池は電極体をさらに備え、
前記導電部材は、前記電極体と前記端子部材とを電気的に接続する集電体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。

【請求項5】

導電部材の貫通孔に端子部材を挿入する工程と、
前記端子部材の先端部と前記導電部材とをカシメ接合する工程とを備え、
前記カシメ接合する工程は、
中心軸に対して第１の角度で傾斜する第１テーパ部と、前記第１テーパ部の大径側に設けられ、前記中心軸に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度で傾斜する第２テーパ部とを含む成形金型を準備することと、
前記成形金型の前記第１テーパ部を前記端子部材の前記先端部に対向させ、前記中心軸に沿って前記成形金型を移動させ、前記端子部材の前記先端部に形成された筒状部に前記成形金型を挿入し、前記第１テーパ部により前記筒状部の第１部分を径方向外側に押圧するとともに前記第２テーパ部により前記筒状部の第２部分を径方向外側に押圧することにより、前記端子部材の前記先端部を拡径することとを含み、
前記端子部材の前記先端部を拡径することにより、前記端子部材の前記先端部に内周面を有する凹部が形成され、
前記端子部材の中心軸に対する前記内周面の傾きが非連続的に変化する折り曲げ部が前記内周面上に形成され、
前記折り曲げ部の一方側に隣接する前記内周面および前記折り曲げ部の他方側に隣接する前記内周面は、いずれも前記折り曲げ部から離れるにつれて前記中心軸から離れる方向に傾く、電池の製造方法。

【請求項6】

前記中心軸を通る少なくとも１つの断面において、前記第１テーパ部の最大径は、前記筒状部の穴径よりも大きい、請求項５に記載の電池の製造方法。

【請求項7】

前記中心軸を通る少なくとも１つの断面において、前記第１テーパ部の最大径は、前記筒状部の穴径よりも５０μｍ以上大きい、請求項６に記載の電池の製造方法。

【請求項8】

前記中心軸を通る少なくともすべての断面において、前記第１テーパ部の最小径は、前記筒状部の穴径よりも１００μｍ以上小さい、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電池の製造方法。

【請求項9】

前記導電部材と接合された前記端子部材の先端を前記導電部材に溶接する工程をさらに備えた、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電池およびその製造方法、ならびに成形金型に関する。

【背景技術】

【0002】

電極端子と集電体とをカシメにより接合した構造を有する電池が従来から知られている。このような電池は、たとえば特開２０１７－１０７４３号公報（特許文献１）等に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１０７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

カシメ接合に用いる成形金型の形状によっては、カシメ接合部の形状が安定しないことがあり得る。カシメ接合部の形状が安定しない場合、カシメ接合される部材の歪みが局所的に大きくなり、許容される限界値を超えることがあり得る。従来の加工方法は、上記課題を解決する観点からは、必ずしも十分なものということはできない。

【0005】

本技術の目的は、形状の安定したカシメ接合部を有する電池およびその製造方法、ならびにその製造方法に用いる成形金型を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術に係る電池は、貫通孔を有する導電部材と、貫通孔に挿入され、導電部材上に露出する先端部を有する端子部材とを備える。端子部材の先端部と導電部材とのカシメ接合部が形成される。端子部材の先端部は、内周面を有する凹部を含む。端子部材の中心軸に対する内周面の傾きが変化する折り曲げ部が内周面上に形成される。

【0007】

本技術に係る電池の製造方法は、導電部材の貫通孔に端子部材を挿入する工程と、端子部材の先端部と導電部材とをカシメ接合する工程とを備える。カシメ接合する工程は、中心軸に対して第１の角度で傾斜する第１テーパ部と、第１テーパ部の大径側に設けられ、中心軸に対して第１の角度よりも大きな第２の角度で傾斜する第２テーパ部とを含む成形金型を準備することと、成形金型の第１テーパ部を端子部材の先端部に対向させ、中心軸に沿って成形金型を移動させ、端子部材の先端部に形成された筒状部に成形金型を挿入し、第１テーパ部により筒状部の第１部分を径方向外側に押圧するとともに第２テーパ部により筒状部の第２部分を径方向外側に押圧することにより、端子部材の先端部を拡径することとを含む。

【0008】

本技術に係る成形金型は、貫通孔を有する第１の部材と、貫通孔に挿入され、第１の部材上に露出する先端部を有する第２の部材とをカシメ接合するために用いられ、第２の部材の先端部に形成された筒状部に挿入可能な成形金型である。成形金型は、中心軸に対して第１の角度で傾斜する第１テーパ部と、第１テーパ部の大径側に設けられ、中心軸に対して第１の角度よりも大きな第２の角度で傾斜する第２テーパ部とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本技術によれば、形状の安定したカシメ接合部を有する電池およびその製造方法、ならびにその製造方法に用いる成形金型を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】角形二次電池の斜視図である。

【図2】図１におけるII－II断面図である。

【図3】電極体を構成する正極板の平面図である。

【図4】電極体を構成する負極板の平面図である。

【図5】正極板および負極板からなる電極体を示す平面図である。

【図6】電極体と正極集電部材および負極集電部材との接続構造を示す図である。

【図7】封口板への正極集電部材および負極集電部材の取付構造を示す図である。

【図8】図７におけるＶIII-ＶIII断面図である。

【図9】図７におけるIＸ－IＸ断面図である。

【図10】封口板と電極体とが接続された状態を示す図である。

【図11】１つの実施の形態に係るカシメ接合の第１工程を示す図である。

【図12】図１１における金型先端部の部分拡大図である。

【図13】１つの実施の形態に係るカシメ接合の第２工程を示す図である。

【図14】図１３における金型先端部の部分拡大図である。

【図15】１つの実施の形態に係るカシメ接合の第３工程を示す図である。

【図16】図１５におけるカシメ接合部の部分拡大図である。

【図17】比較例に係るカシメ接合の第１工程を示す図である。

【図18】図１７における金型先端部の部分拡大図である。

【図19】比較例に係るカシメ接合の第２工程を示す図である。

【図20】図１９における金型先端部の部分拡大図である。

【図21】比較例に係るカシメ接合の第３工程を示す図である。

【図22】図２１におけるカシメ接合部の部分拡大図である。

【図23】１つの実施の形態および比較例に係るカシメ接合を対比して示す模式図である。

【図24】図２３から１つの実施の形態に係るカシメ接合を抜き出して示す図である。

【図25】図２３から比較例に係るカシメ接合を抜き出して示す図である。

【図26】カシメ接合の途中における応力分布について説明する図である。

【図27】カシメ径と相当全歪最大値との関係を示す図である。

【図28】１つの実施の形態に係るカシメ接合の途中におけるカシメ部の形状を説明するための図である。

【図29】１つの実施の形態に係るカシメ接合後のカシメ部の形状を説明するための図である。

【図30】比較例に係るカシメ接合の途中におけるカシメ部の形状を説明するための図である。

【図31】比較例に係るカシメ接合後のカシメ部の形状を説明するための図である。

【図32】電池ケース外部のカシメ部の構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0012】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

【0013】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0014】

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

【0015】

図１は、角形二次電池１の斜視図である。図２は、図１におけるII－II断面図である。

【0016】

図１，図２に示すように、角形二次電池１は、電池ケース１００と、電極体２００と、絶縁シート３００と、正極端子４００と、負極端子５００と、正極集電部材６００と、負極集電部材７００と、カバー部材８００とを含む。

【0017】

電池ケース１００は、開口を有する有底角筒状の角形外装体１１０と、角形外装体１１０の開口を封口する封口板１２０とからなる。角形外装体１１０および封口板１２０は、それぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることが好ましい。

【0018】

封口板１２０には、電解液注液孔１２１が設けられる。電解液注液孔１２１から電池ケース１００内に電解液が注液された後、電解液注液孔１２１は、封止部材１２２により封止される。封止部材１２２としては、たとえばブラインドリベットおよびその他の金属部材を用いることができる。

【0019】

封口板１２０には、ガス排出弁１２３が設けられる。ガス排出弁１２３は、電池ケース１００内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、電池ケース１００内のガスが電池ケース１００外に排出される。

【0020】

電極体２００は、電解液とともに電池ケース１００内に収容されている。電極体２００は、正極板と負極板がセパレータを介して積層されたものである。電極体２００と角形外装体１１０の間には樹脂製の絶縁シート３００が配置されている。

【0021】

電極体２００の封口板１２０側の端部には、正極タブ２１０Ａおよび負極タブ２１０Ｂが設けられている。

【0022】

正極タブ２１０Ａと正極端子４００とは、正極集電部材６００を介して電気的に接続されている。正極集電部材６００は、第１正極集電体６１０および第２正極集電体６２０を含む。なお、正極集電部材６００は、１つの部品から構成されてもよい。正極集電部材６００は、金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることがより好ましい。

【0023】

負極タブ２１０Ｂと負極端子５００とは、負極集電部材７００を介して電気的に接続されている。負極集電部材７００は、第１負極集電体７１０および第２負極集電体７２０を含む。なお、負極集電部材７００は、１つの部品から構成されてもよい。負極集電部材７００は、金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。

【0024】

正極端子４００は、樹脂製の外部側絶縁部材４１０を介して封口板１２０に固定されている。負極端子５００は、樹脂製の外部側絶縁部材５１０を介して封口板１２０に固定されている。

【0025】

正極端子４００は金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製であることがより好ましい。負極端子５００は金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。負極端子５００が、電池ケース１００の内部側に配置される銅または銅合金からなる領域と、電池ケース１００の外部側に配置されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる領域を有するようにしてもよい。

【0026】

カバー部材８００は、第１正極集電体６１０と電極体２００との間に位置する。カバー部材８００は、負極集電体側に設けられてもよい。また、カバー部材８００は必須の部材ではなく、適宜省略が可能である。

【0027】

図３は、電極体２００を構成する正極板２００Ａの平面図である。正極板２００Ａは、矩形状のアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質（たとえばリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等）、結着材（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等）、および導電材（たとえば炭素材料等）を含む正極活物質合剤層が形成された本体部２２０Ａを有する。本体部の端辺から正極芯体が突出しており、この突出した正極芯体が正極タブ２１０Ａを構成する。正極タブ２１０Ａにおける本体部の２２０Ａと隣接する部分には、アルミナ粒子、結着材、および導電材を含む正極保護層２３０Ａが設けられている。正極保護層２３０Ａは、正極活物質合剤層の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する。正極活物質合剤層は導電材を含まなくてもよい。正極保護層２３０Ａは必ずしも設けられなくてもよい。

【0028】

図４は、電極体２００を構成する負極板２００Ｂの平面図である。負極板２００Ｂは、矩形状の銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質層が形成された本体部２２０Ｂを有する。本体部２２０Ｂの端辺から負極芯体が突出しており、この突出した負極芯体が負極タブ２１０Ｂを構成する。

【0029】

図５は、正極板２００Ａおよび負極板２００Ｂからなる電極体２００を示す平面図である。図５に示すように、電極体２００は、一方の端部において各々の正極板２００Ａの正極タブ２１０Ａが積層され、各々の負極板２００Ｂの負極タブ２１０Ｂが積層されるように作製される。正極板２００Ａおよび負極板２００Ｂは、たとえば各々５０枚程度ずつ重ねられる。正極板２００Ａと負極板２００Ｂとは、ポリオレフィン製の矩形状のセパレータを介して交互に積層される。なお、長尺のセパレータをつづら折りして用いてもよい。

【0030】

図６は、電極体２００と正極集電部材６００および負極集電部材７００との接続構造を示す図である。図６に示すように、電極体２００は、第１電極体要素２０１（第１積層群）および第２電極体要素２０２（第２積層群）により構成される。第１電極体要素２０１および第２電極体要素２０２の外面にもセパレータが各々配置される。第１電極体要素２０１および第２電極体要素２０２は、たとえばテープ等により積層状態の状態で固定することができる。代替的に、各々の正極板２００Ａ、負極板２００Ｂおよびセパレータに接着層を設け、セパレータと正極板２００Ａとが各々接着され、セパレータと負極板２００Ｂとが各々接着されるようにしてもよい。

【0031】

第１電極体要素２０１の複数枚の正極タブ２１０Ａが第１正極タブ群２１１Ａを構成する。第１電極体要素２０１の複数枚の負極タブ２１０Ｂが第１負極タブ群２１１Ｂを構成する。第２電極体要素２０２の複数枚の正極タブ２１０Ａが第２正極タブ群２１２Ａを構成する。第２電極体要素２０２の複数枚の負極タブ２１０Ｂが第２負極タブ群２１２Ｂを構成する。

【0032】

第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２の間に、第２正極集電体６２０と第２負極集電体７２０とが配置される。第２正極集電体６２０は、第１開口６２０Ａおよび第２開口６２０Ｂを有する。第１正極タブ群２１１Ａおよび第２正極タブ群２１２Ａが、第２正極集電体６２０上に溶接接続され、溶接接続部２１３が形成される。第１負極タブ群２１１Ｂおよび第２負極タブ群２１２Ｂが、第２負極集電体７２０上に溶接接続され、溶接接続部２１３が形成される。溶接接続部２１３は、たとえば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等により形成し得る。

【0033】

図７は、封口板１２０への正極集電部材６００および負極集電部材７００の取付構造を示す図である。図８は、図７におけるＶIII-ＶIII断面を示す。図９は、図７におけるIＸ－IＸ断面を示す。

【0034】

まず、図７，図８を参照して、封口板１２０への正極集電部材６００の取付について説明する。

【0035】

封口板１２０の外面側に樹脂製の外部側絶縁部材４１０が配置される。封口板１２０の内面側に第１正極集電体６１０、および樹脂製の絶縁部材６３０（正極集電体ホルダ）が配置される。次に、正極端子４００が、外部側絶縁部材４１０の貫通孔、封口板１２０の正極端子取り付け孔、第１正極集電体６１０の貫通孔、および絶縁部材６３０の貫通孔に挿入される。そして、正極端子４００の先端に位置するカシメ部４００Ａが第１正極集電体６１０上にカシメ接続される。これにより、正極端子４００、外部側絶縁部材４１０、封口板１２０、第１正極集電体６１０、および絶縁部材６３０が固定される。なお、正極端子４００および第１正極集電体６１０のカシメ接続された部分は、レーザ溶接等により溶接接続されることが好ましい。なお、第１正極集電体６１０はザグリ穴６１０Ａを有し、カシメ部４００Ａはザグリ穴６１０Ａ内に設けられる。

【0036】

さらに、第２正極集電体６２０の一部が第１正極集電体６１０と重なるように、第２正極集電体６２０が絶縁部材６３０上に配置される。第２正極集電体６２０に設けられた第１開口６２０Ａにおいて、第２正極集電体６２０は第１正極集電体６１０にレーザ溶接等により溶接接続される。

【0037】

図８に示すように、絶縁部材６３０は、電極体２００側に突出する筒状部６３０Ａを有する。筒状部６３０Ａは、第２正極集電体６２０の第２開口６２０Ｂを貫通し、電解液注液孔１２１と連通する孔部６３０Ｂを規定する。

【0038】

封口板１２０に正極集電部材６００を取り付ける際は、まず、第１正極集電体６１０が封口板１２０上の絶縁部材６３０に接続される。続いて、電極体２００に接続された第２正極集電体６２０が第１正極集電体６１０に取り付けられる。このとき、第２正極集電体６２０の一部が第１正極集電体６１０と重なるように第２正極集電体６２０が絶縁部材６３０上に配置される。続いて、第２正極集電体６２０に設けられた第１開口６２０Ａの周囲が、レーザ溶接等により第１正極集電体６１０に溶接接続される。

【0039】

次に、図７および図９を参照して、封口板１２０への負極集電部材７００の取付について説明する。

【0040】

封口板１２０の外面側に樹脂製の外部側絶縁部材５１０が配置される。封口板１２０の内面側に第１負極集電体７１０、および樹脂製の絶縁部材７３０（負極集電体ホルダ）が配置される。次に、負極端子５００が、外部側絶縁部材５１０の貫通孔、封口板１２０の負極端子取り付け孔、第１負極集電体７１０の貫通孔、および絶縁部材７３０の貫通孔に挿入される。そして、負極端子５００の先端に位置するカシメ部５００Ａが第１負極集電体７１０上にカシメ接続される。これにより、負極端子５００、外部側絶縁部材５１０、封口板１２０、第１負極集電体７１０、および絶縁部材７３０が固定される。なお、負極端子５００および第１負極集電体７１０のカシメ接続された部分は、レーザ溶接等により溶接接続されることが好ましい。

【0041】

さらに、第２負極集電体７２０の一部が第１負極集電体７１０と重なるように、第２負極集電体７２０が絶縁部材７３０上に配置される。第２負極集電体７２０に設けられた第１開口７２０Ａにおいて、第２負極集電体７２０は第１負極集電体７１０にレーザ溶接等により溶接接続される。

【0042】

封口板１２０に負極集電部材７００を取り付ける際は、まず、第１負極集電体７１０が封口板１２０上の絶縁部材７３０に接続される。続いて、電極体２００に接続された第２負極集電体７２０が第１負極集電体７１０に取り付けられる。このとき、第２負極集電体７２０の一部が第１負極集電体７１０と重なるように第２負極集電体７２０が絶縁部材７３０上に配置される。続いて、第２負極集電体７２０に設けられた第１開口７２０Ａの周囲が、レーザ溶接等により第１負極集電体７１０に溶接接続される。

【0043】

図１０は、封口板１２０と電極体２００とが接続された状態を示す図である。上述したように、正極集電部材６００および負極集電部材７００を介して第１電極体要素２０１および第２電極体要素２０２が封口板１２０に取り付けられる。これにより、図１０に示すように、第１電極体要素２０１および第２電極体要素２０２が封口板１２０に接続され、電極体２００と正極端子４００および負極端子５００とが電気的に接続される。

【0044】

図１０に示す状態から、第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２とが１つに纏められる。このとき、第１正極タブ群２１１Ａと第２正極タブ群２１２Ａとが互いに異なる方向に湾曲させられる。第１負極タブ群２１１Ｂと第２負極タブ群２１２Ｂとが互いに異なる方向に湾曲させられる。

【0045】

第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２とは、テープ等により１つに纏められ得る。代替的に、第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２とを、箱状ないし袋状に成形した絶縁シート内に配置することで１つに纏めることができる。さらに、第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２とを接着により固定することができる。

【0046】

１つに纏められた第１電極体要素２０１と第２電極体要素２０２とが絶縁シート３００で包まれ、角形外装体１１０に挿入される。その後、封口板１２０が角形外装体１１０に溶接接続され、角形外装体１１０の開口が封口板１２０により封口され、密閉された電池ケース１００が形成される。

【0047】

その後、封口板１２０に設けられた電解液注液孔１２１から非水電解液が電池ケース１００に注液される。非水電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、体積比（２５℃）３０：３０：４０の割合で混合した非水溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１．２モル／Ｌの濃度で溶解させたものを用いることができる。

【0048】

非水電解液が注液された後、電解液注液孔１２１は封止部材１２２により封止される。以上の工程の実施により、角形二次電池１は完成する。

【0049】

図１１は、本実施の形態に係るカシメ部４００Ａを形成するための第１工程を示す図であり、図１２は、図１１における金型先端部の部分拡大図である。

【0050】

カシメ部４００Ａは、Ｘ軸方向に沿う長軸と、Ｙ軸方向に沿う短軸とを有する。図１１および図１２（後述の図１３～図２２も同様）において、中心線の左側は長軸方向（Ｘ軸方向）の断面を示し、中心線の右側は短軸方向（Ｙ軸方向）の断面を示す。

【0051】

本実施の形態に係るカシメ部４００Ａは、Ｘ軸方向に延びる一対の直線部と、一対の曲線部とが周方向に沿って交互に並ぶ平面形状を有する。ただし、カシメ部４００Ａの平面形状は楕円形状であってもよいし、長軸および短軸を有しない真円形状であってもよい。

【0052】

図１１，図１２に示すように、成形金型９００は、中心軸ＣＬに対して斜めに傾斜する第１テーパ部９１０と、第１テーパ部９１０の大径側に設けられ、中心軸ＣＬに対して第１テーパ部９１０よりも大きな角度で斜めに傾斜する第２テーパ部９２０とを備える。

【0053】

正極端子４００（端子部材）は、内周面４００αを有する筒状先端部４００βを含む。成形金型９００は、正極端子４００の筒状先端部４００βに挿入することによって、第１正極集電体６１０（第１の部材）と正極端子４００（第２の部材）の筒状先端部４００βとをカシメ接合するために用いられる。

【0054】

成形金型９００は、第１テーパ部９１０を正極端子４００の筒状先端部４００βに対向させるように配置される。そして、成形金型９００の先端側に位置する第１テーパ部９１０が、中心軸ＣＬに沿って、正極端子４００の筒状先端部４００βに挿入される。

【0055】

ここで、第１テーパ部９１０の最小径（２×Ｒ２）は、筒状先端部４００βの穴径（２×Ｒ１）よりも１００μｍ以上小さい。これにより、成形金型９００に若干の芯ずれが生じても、第１テーパ部９１０の先端を正極端子４００の筒状先端部４００βに支障なく挿入することができる。

【0056】

図１３は、図１１，図１２に続く第２工程を示す図であり、図１４は、図１３における金型先端部の部分拡大図である。

【0057】

図１３，図１４に示すように、正極端子４００の筒状先端部４００βに挿入された成形金型９００は、筒状先端部４００βの奥側に向かってさらに挿入される。

【0058】

このとき、成形金型９００の先端側に位置する第１テーパ部９１０は、当接面Ｂ１（第１部分）において筒状先端部４００βに当接し、矢印Ａ１方向に沿って筒状先端部４００βを径方向外側に押圧する。

【0059】

成形金型９００の根元側に位置する第２テーパ部９２０は、当接面Ｂ２（第２部分）において筒状先端部４００βに当接し、矢印Ａ２方向に沿って筒状先端部４００βを径方向外側に押圧する。これにより、正極端子４００の筒状先端部４００βは拡径する。

【0060】

このように、筒状先端部４００βの異なる部分（当接面Ｂ１，Ｂ２）を互いに異なる方向（矢印Ａ１，Ａ２）に沿って押圧することにより、筒状先端部４００βの全体を変形させることができるので、カシメ工程において筒状先端部４００βの応力が局所的に過大となって破断が生じることを抑制することができる。

【0061】

また、第１テーパ部９１０が筒状先端部４００βの根元部を押圧し、筒状先端部４００βが根元部から拡径するため、カシメ部４００Ａが広がりやすくなり、ザグリ穴６１０Ａの側壁にまで達しやすい。

【0062】

さらに、成形金型９００が正極端子４００に対して芯ズレした場合にも、中心軸ＣＬに対する傾斜確度が比較的小さい第１テーパ部９１０によって形状のばらつきを抑制しながら筒状先端部４００βを変形させることができる。

【0063】

このように、本実施の形態に係る成形金型９００を用いることにより、筒状先端部４００βの破断を抑制するとともに、形成されるカシメ部４００Ａの形状を安定させることも可能である。

【0064】

ここで、第１テーパ部９１０の最大径（２×Ｒ３：図１２参照）は、筒状先端部４００βの穴径（２×Ｒ１：図１２参照）よりも大きい。より好ましくは、第１テーパ部９１０の最大径（２×Ｒ３）は、筒状先端部４００βの穴径（２×Ｒ１）よりも５０μｍ以上程度（さらに好ましくは１００μｍ以上程度）大きい。

【0065】

この関係（Ｒ３＞Ｒ１）は、中心軸ＣＬを通る少なくとも１つの断面において成立すればよいが、正極端子４００の先端が第１正極集電体６１０に溶接される部分を含む断面（たとえば長軸方向の断面）において上記関係（Ｒ３＞Ｒ１）が成立することがより好ましく、中心軸ＣＬを含む全ての断面（中心軸ＣＬまわりの全周方向の断面）において上記関係（Ｒ３＞Ｒ１）が成立することがさらに好ましい。

【0066】

上記関係（Ｒ３＞Ｒ１）を満たすことにより、成形金型９００の第１テーパ部９１０および第２テーパ部９２０から、互いに異なる方向（矢印Ａ１，Ａ２）の押圧力を正極端子４００の筒状先端部４００βに確実に作用させることができる。この結果、カシメ部４００Ａの形状を容易に安定させることができる。

【0067】

図１５は、図１３，図１４に続く第３工程を示す図であり、図１６は、図１５におけるカシメ接合部の部分拡大図である。

【0068】

図１５，図１６に示すように、カシメ部４００Ａは、第２の金型９００Ａによりさらに押圧される。この結果、筒状先端部４００βの先端は、ザグリ穴６１０Ａの側壁に達する。正極端子４００の先端は第１正極集電体６１０に溶接される。正極端子４００の先端がザグリ穴６１０Ａの側壁に確実に達していることにより、溶接が行いやすく、また、溶接の強度も安定する。

【0069】

図１７は、比較例に係るカシメ部４００Ａを形成するための第１工程を示す図であり、図１８は、図１７における金型先端部の部分拡大図である。図１９は、図１７，図１８に続く第２工程を示す図であり、図２０は、図１９における金型先端部の部分拡大図である。また、図２１は、図１９，図２０に続く第３工程を示す図であり、図２２は、図２１におけるカシメ接合部の部分拡大図である。

【0070】

図１７～図２２に示す比較例においても、図１１～図１６の例と同様の工程を経てカシメ部４００Ａが形成される。しかし、図１７～図２２の比較例においては、成形金型９００の形状が本実施の形態に係る構造とは異なる。

【0071】

すなわち、図１７～図２２の比較例において、成形金型９００の先端側に位置する湾曲面Ｂ３は正極端子４００の筒状先端部４００βに当接せず、筒状先端部４００βの先端に押圧力が集中する。この結果、筒状先端部４００βが破断する可能性がある。また、筒状先端部４００βの根元部が直接押圧されず、当該部分が変形しにくいため、カシメ部４００Ａが広がりにくい。この結果、図２１，図２２に示すように、カシメ部４００Ａがザグリ穴６１０Ａの側壁にまで達しない場合がある。

【0072】

図２３は、本実施の形態および比較例に係るカシメ接合を対比して示す模式図である。図２４，図２５は、各々、図２３から本実施の形態および比較例に係るカシメ接合を抜き出して示す図である。図２３～図２５を参照して、本実施の形態においては、成形金型９００を筒状先端部４００βに挿入するとき、第１テーパ部９１０が筒状先端部４００βに当接するが、比較例においては、湾曲面Ｂ３が筒状先端部４００βに当接しないことが容易に理解される。

【0073】

図２６は、カシメ部４００Ａを形成する途中の応力分布について説明する図である。図２６を参照して、筒状先端部４００βの最先端に位置する領域Ｃ２において、筒状先端部４００βの応力は最も大きい。領域Ｃ２の根元側に位置する領域Ｃ１における応力は、領域Ｃ２における応力と比較すると小さい。筒状先端部４００βの底部に位置する領域Ｃ３における応力は、領域Ｃ１における応力よりもさらに小さい。

【0074】

このように、筒状先端部４００βの先端に向かうほど、カシメ工程において生じる応力は大きくなる。本実施の形態に係る成形金型９００によれば、第１テーパ部９１０により筒状先端部４００βの根元部を押圧することができるので、筒状先端部４００βの最先端部（領域Ｃ２）に生じる応力を緩和し、筒状先端部４００βの破断を抑制することが可能である。

【0075】

図２７は、カシメ径と相当全歪最大値との関係を示す図である。ここで「カシメ径」とは、成形金型９００により拡径されるの筒状先端部４００βの先端の開き径を意味する。したがって、「カシメ径」は、カシメ工程の進行に伴って増大する。

【0076】

図２７に示すように、本実施の形態に係る成形金型９００を用いた場合（実施例）には、比較例に対して、全体として、相当全歪最大値の上昇が抑制されている。この結果、筒状先端部４００βの破断を抑制するとともに、形成されるカシメ部４００Ａの形状を安定させることができる。

【0077】

次に、図２８，図２９を用いて、本実施の形態に係るカシメ接合の途中およびカシメ接合後のカシメ部４００Ａの形状について説明するとともに、図３０，図３１を用いて、比較例に係るカシメ接合の途中およびカシメ接合後のカシメ部４００Ａの形状についても説明する。

【0078】

本実施の形態に係る角形二次電池１においては、図２８に示すように、第１テーパ部９１０と第２テーパ部９２０とで正極端子４００の筒状先端部４００βを押圧するため、途中工程において、内周面４００αの傾きを非連続的に変化させる２つの折り曲げ部Ｄ１，Ｄ２が生じる。そして、図２９に示すように、第２の金型９００Ａによりさらに押圧された後も、根元側の折り曲げ部Ｄ１が残る。

【0079】

これに対し、比較例においては、図３０に示すように、途中工程において１つの折り曲げ部Ｄ３が形成されるが、図３１に示すように、第２の金型９００Ａによりさらに押圧された後は、内周面４００αの傾きを非連続的に変化させる折り曲げは残らない。

【0080】

ただし、本実施の形態に係る角形二次電池１においても、折り曲げ部Ｄ１が残らない場合がある。

【0081】

折り曲げ部Ｄ１は、内周面４００αの全周にわたって環状に形成されている場合もあるが、内周面４００αの周方向の一部に形成される場合もある。

【0082】

上述の例では、電池ケース１００内部のカシメ部４００Ａについて説明したが、図３２に示すように、正極端子４００の端子部材４０１と外部端子４０２とのカシメ部４００Ｂにおいても同様の構成を採用可能である。すなわち、本技術に係るカシメ接合構造は、電池ケース１００の外部に配置される端子部材と導電部材との接合構造にも適用可能である。

【0083】

また、第２テーパ部９２０の大径側に設けられ、中心軸ＣＬに対して第２テーパ部よりもさらに大きな角度で傾斜する第３テーパ部（図示せず）が設けられてもよい。

【0084】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0085】

１ 角形二次電池、１００ 電池ケース、１１０ 角形外装体、１２０ 封口板、１２１ 電解液注液孔、１２２ 封止部材、１２３ ガス排出弁、２００ 電極体、２００Ａ 正極板、２００Ｂ 負極板、２０１ 第１電極体要素、２０２ 第２電極体要素、２１０Ａ 正極タブ、２１０Ｂ 負極タブ、２１１Ａ 第１正極タブ群、２１１Ｂ 第１負極タブ群、２１２Ａ 第２正極タブ群、２１２Ｂ 第２負極タブ群、２１３ 溶接接続部、２２０Ａ 本体部、２２０Ｂ 本体部、２３０Ａ 正極保護層、３００ 絶縁シート、４００ 正極端子、４００Ａ，４００Ｂ カシメ部、４００α 内周面、４００β 筒状先端部、４０１ 端子部材、４０２ 外部端子、４１０ 外部側絶縁部材、５００ 負極端子、５００Ａ カシメ部、５１０ 外部側絶縁部材、６００ 正極集電部材、６１０ 第１正極集電体、６１０Ａ ザグリ穴、６２０ 第２正極集電体、６２０Ａ 第１開口、６２０Ｂ 第２開口、６３０ 絶縁部材、６３０Ａ 筒状部、６３０Ｂ 孔部、７００ 負極集電部材、７１０ 第１負極集電体、７２０ 第２負極集電体、７２０Ａ 第１開口、７３０ 絶縁部材、８００ カバー部材、９００ 成形金型、９００Ａ 第２の金型、９１０ 第１テーパ部、９２０ 第２テーパ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】