CN102035042A - 密封电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供制造后电解液注入孔的周缘部表面不易产生白浊的密封电池的制造方法。使用形成有电解液注入孔(15)的板作为封口板(12)，将外装罐(11)与封口板(12)的嵌合部焊接。在将封口板(12)焊接到外装罐(11)上之前或之后，以覆盖电解液注入口的开口部周围及环状凸部(17)的表面的方式在该电解液注入口(15)上形成树脂垫圈(18)。然后，将电解液注入装置(20)的喷嘴(23)插入在封口板(12)上形成的电解液注入孔(15)内，注入预定量的电解液(21)。然后，清洗或擦拭在树脂垫圈(18)的表面上附着的电解液(21b)，在电解液注入孔(15)内使用空心铆钉(16’)作为注入栓(16)，将电解液注入孔(15)液密性密封。

Description

密封电池的制造方法
技术领域
本发明涉及将电解液注入孔隔着树脂垫圈用密封用栓密封的密封电池的制造方法，特别是涉及制造后电解液注入孔的周缘部表面不易产生白浊的密封电池的制造方法。
背景技术
作为手机、笔记本电脑、便携式音乐播放器等便携式电子设备的驱动电源，多使用以镍-氢二次电池为代表的碱性二次电池或以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池等密封电池。另外，近年来，正在加强对二氧化碳气体等导致气候变暖的废气的排放限制，逐渐转换为仅使用汽油、柴油、天然气等化石燃料的汽车，正在积极进行电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)的开发，作为这样的EV、HEV用电池，也使用镍-氢二次电池或锂离子二次电池等密封电池。
现有一般的密封电池10，如图4所示，具有容纳电极体等发电要素的外装罐11、将外装罐11的上方开口部封闭的封口板12、和从封口板12的两侧分别突出的两个电极端子13a及13b。封口板12上还设有在外装罐11内的压力增大时释放内压的排气阀14，并且设有用于向外装罐11内注入电解液的电解液注入孔15。另外，图4中，未直接表示电解液注入孔15，而仅表示了将电解液注入孔15密封的密封用栓16的凸缘部。这样，电解液注入孔15通过密封用栓16将开口密封，由此，注入的电解液不会从外装罐11漏出(例如参考下述专利文献1、2)。
该密封电池10中通过密封用栓将电解液注入孔密封的结构如图5所示。另外，图5A是图4的VA-VA线的剖面图。该电解液注入孔15的周缘部表面，形成有以围绕电解液注入孔15的方式向罐轴方向突出的环状凸部17。密封用栓16例如为铝制，包括：在电解液注入孔15中插通的轴部16a、覆盖电解液注入孔15的周缘部表面的凸缘部16b和铆接部16c，凸缘部16b与封口板12之间夹有环状的树脂垫圈18并铆接固定在封口板12上。因此，在电解液注入孔15与密封用栓16之间有环状的树脂垫圈18介于其间。该树脂垫圈18的内周部分被环状凸部17和密封用栓16的凸缘部16b局部地强力压缩，因此可以保持电解液注入孔15的高密封性。
专利文献1：日本实公昭59-44027号公报
专利文献2：日本特开2003-229118号公报
发明内容
如上所述，当在电解液注入孔15的周缘部表面形成环状凸部17时，该环状凸部17和树脂垫圈18的内周部分被环状凸部17和密封用栓16的凸缘部16b局部地强力压缩，因此，电解液注入孔15的密封性提高。但是，如图5B所示，有时树脂垫圈的未被环状凸部17局部压缩的外周部分向下方弯曲，形成仅侧端部与封口板12抵接的状态。这样，在树脂垫圈的外周部分与封口板12的表面之间形成密闭空间S。
通常，在电解液的注入工序中，电解液附着在电解液注入孔15的周缘部表面而残留，因此，为了除去该附着的电解液，在电解液注入孔15的密封后进行清洗，但是在上述密闭空间S内残留有电解液的情况下，有时受到树脂垫圈18的阻挡而即使通过清洗也无法除去电解液。该清洗后仍残留在密闭空间S内的电解液，在清洗工序后的电池检查工序或出厂后逐渐渗出到树脂垫圈18的外侧，因此，存在由于电解液中的溶质成分与空气中的水分反应而使树脂垫圈18的周围产生白浊的问题。树脂垫圈18的周围产生白浊时，存在无法判断是由于非进行性的上述密闭空间S内残留的电解液而引起的、还是由于电解液注入孔15的密封不良导致电解液泄漏而引起的问题。
此外，在密封电池的制造工序中，在对外装罐11和封口板12进行封口焊接后有气密性检查工序。在该气密性检查工序中从电解液注入孔15插入检查喷嘴并加压注入检查气体，但是，在插入检查喷嘴时由于电解液注入孔15与检查喷嘴的干扰使电解液注入孔15受到损伤，其结果，还存在电解液注入孔的密封部的密封性受损的问题。这种问题在电解液注入工序中的电解液注入孔15与注入喷嘴之间的干扰、密封工序中的电解液注入孔15与密封用栓16之间的干扰时也是同样。
本发明人等为了解决上述问题，重新研究了现有密封电池的制造工序，发现在气密检查用喷嘴的插入时、电解液的注入工序时、以及密封工序中的密封用栓的插入时，只要在电解液注入孔的开口周围配置有树脂垫圈，就可以解决上述问题，从而完成了本发明。即，本发明的目的在于，提供一种密封电池的制造方法，其中，通过在气密检查用喷嘴的插入时、电解液注入喷嘴的插入时、以及密封用栓的插入时，形成在电解液注入孔的开口周围配置有树脂垫圈的状态，可以抑制电解液注入孔周围的电解液的残留，而且可以抑制在制造密封电池时电解液注入孔的变形从而使电解液注入孔的密封部的密封性受损减少。
为了实现上述目的，本发明的密封电池的制造方法的特征在于，包括以下(1)～(4)的工序。
(1)使用具有开口部的外装罐和具有电解液注入孔的封口板，将所述封口板焊接固定在所述外装罐的开口部的工序；
(2)在将所述封口板焊接固定在所述外装罐的开口部之前或之后，在所述电解液注入孔的开孔周围密合固定树脂垫圈的工序；
(3)在经过所述(1)及(2)的工序后，经过所述电解液注入孔向所述外装罐内注入电解液的工序；
(4)将所述电解液注入孔用密封构件密封的工序。
在本发明的密封电池的制造方法中，经过电解液注入口向外装罐内注入电解液时，在封口板的电解液注入孔的开孔周围密合固定有树脂垫圈。通常，在电解液的注入工序中，电解液附着在电解液注入孔的周缘部表面而残留，因此，为除去该附着的电解液而进行清洗。本发明的密封电池的制造方法中，由于树脂垫圈与封口板之间不存在间隙，因此，电解液的注入结束时，即使电解液附着在树脂垫圈的表面，也难以渗入树脂垫圈和封口板之间。因此，根据本发明的密封电池的制造方法，即使电解液附着在树脂垫圈的表面，也可以容易地清洗掉所有附着的电解液。
而且，由于可以防止电解液注入用喷嘴与电解液注入孔的接触、气密性检查工序中加压气体供给用检查喷嘴与电解液注入孔的接触、或者将密封构件插入电解液注入孔时密封构件与电解液注入孔的接触，因此，不会对电解液注入孔造成损伤，可以良好地维持电解液注入孔的密封性。此外，根据本发明的密封电池的制造方法，如果在清洗后的电池检查工序或出厂后树脂垫圈的周围产生白浊，则可以明确地判断是由于密封不良导致的电解液泄漏引起的。
另外，作为本发明的密封电池的制造方法中可以使用的树脂垫圈，如果考虑对非水电解液的耐性、疏液性，可以列举：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物(PFA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-丙烯橡胶(EPDM)等。
另外，本发明的密封电池的制造方法中，作为所述封口板，优选使用在所述电解液注入孔的开口周围形成有环状凸部、并且所述树脂垫圈也覆盖所述环状凸部的表面的封口板。
在电解液注入孔的开口周围形成环状凸部时，可以对电解液注入孔的周缘部赋予机械强度，因此，密封时即使对电解液注入孔的周边部施加应力，也可以抑制电解液注入孔的周缘部发生变形。因此，根据本发明的密封电池，通过对电解液注入孔的密封构件施加大的应力可以确保高密封性。
另外，本发明的密封电池的制造方法中，作为所述封口板，可以使用将所述树脂垫圈通过外嵌成型(outsert molding)法一体成型的封口板。
利用外嵌成型法，可以将封口板与树脂垫圈一体成型。因此，根据本发明的密封电池的制造方法，电解液更难以渗入树脂垫圈与封口板之间的间隙，可以更好地发挥上述效果。
另外，本发明的密封电池的制造方法中，作为所述封口板，可以使用将所述树脂垫圈通过热熔接或糊料进行粘合的封口板。
通过将树脂垫圈利用热熔接或糊料粘合到封口板上，也可以使封口板与树脂垫圈间不产生间隙。因此，根据本发明，可以更好地发挥上述效果。
另外，本发明的密封电池的制造方法中，优选使用空心铆钉作为所述密封构件。
空心铆钉为金属制，可以牢固地密封电解液封入口，而且一旦密封后可以良好地维持密封状态。因此，根据本发明的密封电池的制造方法，可以得到密封部的可靠性良好的密封电池。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的密封电池的电解液注入孔的密封工序的图。
图2：图2A是用于形成密封用栓的空心铆钉的剖面图，图2B是图1的IIB部分的放大图。
图3是说明现有密封电池的电解液注入孔的密封工序的图。
图4是现有密封电池的立体图。
图5：图5A是沿着图4的VA-VA线观察的剖面图，图5B是图5A的VB部分的放大图。
标号的说明
10...密封电池  11...外装罐  12...封口板  13a、13b...电极端子14...排气阀  15...电解液注入孔  16...密封用栓  16′...空心铆钉16a...轴部  16b...凸缘部  16c...铆接部  16d...扩径部  16e...缩径部16f...芯轴部  17...环状凸部  18...树脂垫圈  20...电解液注入装置21、21a、21b...电解液  22...电解液容器  23...喷嘴  S...密闭空间
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。本实施方式的密封电池，首先具有与图4所示的现有密封电池同样的外观，因此，在根据需要引用图4的同时，对于与现有密封电池相同的构成部分使用相同的参考标号进行说明。本实施方式的密封电池10，如图4所示，具有外装罐11和将该外装罐11的上方开口部封闭的封口板12。封口板12上设有2个电极端子13a、13b、排气阀14和电解液注入孔15。
如图1(f)及图2B所示，电解液注入孔15处安装有由空心铆钉制成的密封用栓(与本发明的“密封构件”对应)16及树脂垫圈18。另外，在封口板12的电解液注入孔15的周缘部表面，形成有以围绕电解液注入孔15的方式向罐轴方向突出的环状凸部17。该环状凸部17并不一定是必要的构成，但是，如果设置该环状的凸部，则电解液注入孔15的周围的强度提高，而且可以维持电解液注入孔15的高密封性。
另外，密封用栓16具有：在电解液注入孔15中插通的轴部16a、覆盖电解液注入孔15的周缘部表面的凸缘部16b、和铆接部16c，并通过凸缘部16b及铆接部16c铆接固定在封口板12上。因此，在电解液注入孔15的周围表面与密封用栓16的凸缘部16b之间有环状的树脂垫圈18介于其间。该树脂垫圈18内围绕电解液注入孔15而形成的环状凸部17局部强力压缩，由此，可以维持电解液注入孔15的高密封性。
其次，参考图1说明本实施方式的密封电池的电解液注入孔15的密封工序。首先，如图1(a)所示，作为封口板12，准备以覆盖电解液注入孔15的开口部周围及环状凸部17的表面的方式形成有树脂垫圈18的封口板。该树脂垫圈18需要形成为不与封口板12的表面之间产生间隙。因此，优选通过外嵌成型法将树脂垫圈18与封口板12一体成型。作为该树脂垫圈18的卡止材料，从对非水电解质的耐性及疏液特性考虑，可以使用PFA、PP、PPS、PTFE、ETFE、EPDM等。其中，由热塑性树脂PFA、PP、PPS、ETFE等构成的树脂垫圈18，通过热熔接可以与封口板12容易地一体化。另外，也可以通过用橡胶类糊料进行粘合，将树脂垫圈18与封口板12一体化。
然后，如图4所示，在封口板12上形成2个电极端子13a、13b和排气阀14。进而，此处虽省略图示，但准备具有正极、负极及隔板的电极体，将正极集电体及负极集电体分别与电极端子13a及13b连接。
然后，将电极体插入外装罐11的内部，在外装罐11的开口部嵌合封口板12，将外装罐11与封口板12的嵌合部通过例如激光焊接进行焊接。图1(a)表示此时的状态。不过，图1(a)中，省略了电极体的构成(以下，图1(b)～图1(f)中均同样)。
然后，准备电解液注入装置20。该电解液注入装置20中，在上部设有注入了电解液21的电解液容器22，在下部设有用于将电解液21注入密封电池10内的末端细的喷嘴23。另外，为了提高电解液21的注入速度，电解液容器22的内部可以进行加压。
首先，如图1(b)所示，将电解液注入装置20的喷嘴23插入在封口板12上形成的电解液注入孔15内，根据需要对电解液容器22的内部进行加压，注入预定量的电解液21。预定量电解液21a的注入结束后，使电解液注入装置20上升，将电解液注入装置20的喷嘴23从封口板12的电解液注入孔15中拔出。此时，如图1(c)所示，外装罐11内注入有预定量的电解液21a，但是，由于电解液注入时雾化或滴下的电解液使树脂垫圈18的表面附着有电解液21b。因此，通过清洗或擦拭将该树脂垫圈18的表面上附着的电解液21b除去。图1(d)表示该除去后的状态。
然后，如图1(e)所示，在电解液注入孔15内插入用于形成密封用栓16的空心铆钉16′。如图2所示，该空心铆钉16′具有：例如由铝金属形成的插入电解液注入孔15内的筒状的轴部16a、和在轴部16a的上端部形成的凸缘部16b，轴部16a的末端部呈袋状。并且，轴部16a的内部配置有在末端形成有扩径部16d、在该扩径部16d的上部形成有缩径部16e的、例如不锈钢制的芯轴部16f。将该注入栓16的轴部16a、即空心铆钉16′的轴部16a，以凸缘部16b和环状的树脂垫圈18接触的方式，从环状的树脂垫圈18侧插入电解液注入孔15内。
然后，将空心铆钉16′的凸缘部16b向封口板12侧按压、同时将芯轴部16f向上方牵拉时，由于芯轴部16f的末端的扩径部16d向上方移动，因此，空心铆钉16′的轴部16a的末端的袋状部分直径扩大而形成铆接部16c，从而将空心铆钉16′固定在电解液注入孔15内，同时，空心铆钉16′的芯轴部16f在形成于扩径部16d的上部的缩径部16e被切断。结果，如图1(f)所示，可以以注入栓16的形式将电解液注入孔15液密性密封。
[比较例]
下面，为了确认上述实施方式的密封电池的制造方法的效果，参考图3～图5对作为比较例的现有密封电池的电解液注入孔的密封工序进行说明。另外，图3中，对于与上述实施方式的电解液注入孔的密封工序相同的构成部分使用相同的参考标号，并省略其详细说明。
首先，准备在封口板12的电解液注入孔15的周缘部表面形成有以围绕电解液注入孔15的方式向罐轴方向突出的环状凸部17的封口板。然后，如图4所示，在封口板12上形成2个电极端子13a、13b和排气阀14。进而，此处虽省略图示，但准备具有正极、负极及隔板的电极体，将正极集电体及负极集电体分别与电极端子13a及13b连接。然后，将电极体插入外装罐11的内部，在外装罐11的开口部嵌合封口板12，将外装罐11与封口板12的嵌合部通过例如激光焊接进行焊接。然后，将电解液注入装置20的喷嘴23插入在封口板12上形成的电解液注入孔15内，根据需要对电解液容器22的内部进行加压，注入预定量的电解液21。图3(a)表示此时的状态。不过，图3(a)中，省略了电极体的构成(以下，图3(b)～图3(e)中均同样)。
预定量电解液21a的注入结束后，使电解液注入装置20上升，将电解液注入装置20的喷嘴23从封口板12的电解液注入孔15中拔出。此时，如图3(b)所示，外装罐11内注入有预定量的电解液21a，但是，由于电解液注入时雾化或滴下的电解液使封口板12的电解液注入孔15的周围表面附着有电解液21b。因此，通过清洗或擦拭将该封口板12的电解液注入孔15周围的表面上附着的电解液21b除去。图3(c)表示该除去后的状态。
然后，如图3(d)所示，将树脂垫圈18插入空心铆钉16′的末端后，将该空心铆钉16′的末端插入电解液注入孔15内。然后，将空心铆钉16′的凸缘部16b向封口板12侧按压、同时将芯轴部16f向上方牵拉，由此，如图3(e)所示，以注入栓16的形式将电解液注入孔15液密性密封。
[渗出试验]
使用经过上述实施方式的电解液注入孔的密封工序制作的实施例的密封电池、和经过现有的电解液注入孔的密封工序制作的比较例的密封电池，如下进行渗出试验。其中，作为密封电池，使用锂离子二次电池。
首先，将电池整体清洗，通过目测进行检查，对于未见异常的电池，通过预定的充电方法充电至充电深度SOC＝60％(设充电电压4.1V为SOC＝100％的情况)。将该电池在维持相对湿度RH＝90％、温度60℃的恒温槽内配置24小时。然后，用50倍的显微镜观察密封用栓16的周围，由此确认有无渗出。此时，将在密封用栓16的周围确认到白色污垢的情况判断为有渗出。比较例1、2及实施例所用的电池使用如下制造的电池。
[比较例1]
作为比较例1的电池，使用由未形成树脂垫圈的电池经过以下(1)～(7)的工序制造而成的电池。
(1)电解液注入工序、
(2)与无纺布接触进行擦拭的工序、
(3)放置预定时间进行熟化的工序、
(4)通过将外装罐内减压进行脱气的工序、
(5)与无纺布接触进行擦拭的工序、
(6)使用空心铆钉进行密封的工序、
(7)使用纯水进行清洗的工序。
[比较例2]
作为比较例2的电池，使用由未形成树脂垫圈的电池经过以下(1)～(8)的工序制造而成的电池。
(1)电解液注入工序、
(2)与无纺布接触进行擦拭的工序、
(3)放置预定时间进行熟化的工序、
(4)通过将外装罐内减压进行脱气的工序、
(5)在注入孔的周围滴加DMC(碳酸二甲酯)的工序、
(6)与无纺布接触进行擦拭的工序、
(7)使用空心铆钉进行密封的工序、
(8)使用纯水进行清洗的工序。
[实施例]
作为实施例的电池，使用由形成有树脂垫圈的电池经过与比较例1同样的工序制造而成的电池。
对这些比较例1、2及实施例的各电池进行渗出试验，将其结果归纳列于表1。
表1
  DMC清洗   渗出试验结果   (％)
  比较例1   无   225个电池/353个电池中   63.7％
  比较例2   有   21个电池/207个电池中   10.1％
  实施例   无   2个电池/247个电池中   0.8％
DMC：碳酸二甲酯
这样的比较例1、2及实施例中的渗出率的差异，可以进行如下解释。即，比较例1及2的密封电池的制造方法中，从电解液注入孔15注入电解液时附着在封口板12的电解液注入孔15周围的表面上的电解液21b，如图3(c)所示，通过仅擦拭(比较例1)、清洗及擦拭(比较例2)被除去。但是，由于例如金属制的封口板与电解液润湿性好，因此从微观上来看，即使进行清洗也难以将封口板12的表面附着的电解液完全除去。
而且，比较例1及2的密封电池的制造方法中，将封口板12的电解液注入孔15周围的表面上附着的电解液21b除去后，如图3(d)所示，将树脂垫圈18插入空心铆钉16′的末端后，将该空心铆钉16′的末端插入电解液注入孔15内，由此，以覆盖电解液注入孔15及环状凸部17的方式固定树脂垫圈18。因此，根据比较例1及2的密封电池的制造方法，如图5B所示，有时在树脂垫圈18与封口板12之间形成有密闭空间S，因此，封口板12的表面附着的电解液残留在该密闭空间S内，由于该密闭空间S内残留的电解液而如上所述在密封用栓16的周围确认到白色污垢。
与此相对，根据实施例的密封电池的制造方法，在电解液注入前预先在清洁的封口板12的电解液注入孔15的周围形成树脂垫圈18，因此，即使在树脂垫圈18与封口板12之间形成图5B所示的密闭空间S，电解液也难以渗入该密闭空间S内，而且可以容易地将树脂垫圈18的表面附着的电解液除去，因此，不易如上所述在密封用栓16的周围产生白色污垢。
而且，根据实施例的密封电池的制造方法，由于可以防止电解液注入装置20的喷嘴23与电解液注入孔15的接触、气密性检查工序中加压气体供给用检查喷嘴与电解液注入孔15的接触、或图1(e)所示的工序中空心铆钉16′与电解液注入孔15的接触，因此，不会对电解液注入孔15造成损伤，可以良好地维持电解液注入孔15的密封性。此外，根据本发明的密封电池的制造方法，如果在清洗后的电池检查工序或出厂后树脂垫圈的周围产生白浊，则可以明确地判断是由于密封不良导致的电解液泄漏引起的。
另外，上述实施方式中，对使用在将封口板焊接固定在外装罐上之前将树脂垫圈密合固定在电解液注入孔的开孔周围的电池的例子进行了说明，但是，该树脂垫圈只要在电解液的注入时已经形成即可，因此也可以在将封口板焊接固定在外装罐上焊接固定之后将树脂垫圈密合固定在电解液注入孔的开孔周围。另外，作为上述实施方式，使用由空心铆钉制成的密封用栓，但是不限于此，也可以使用树脂制或陶瓷制的密封栓。该情况下，树脂制或陶瓷制的密封栓优选通过粘合剂固定在电解液注入孔内。

Claims (5)

1.一种密封电池的制造方法，其特征在于，具有以下(1)～(4)的工序：
(1)使用具有开口部的外装罐和具有电解液注入孔的封口板，将所述封口板焊接固定在所述外装罐的开口部的工序；
(2)在将所述封口板焊接固定在所述外装罐的开口部之前或之后，在所述电解液注入孔的开孔周围密合固定树脂垫圈的工序；
(3)经过所述(1)及(2)的工序后，经过所述电解液注入孔向所述外装罐内注入电解液的工序；
(4)将所述电解液注入孔用密封构件密封的工序。
2.如权利要求1所述的密封电池的制造方法，其特征在于，
作为所述封口板，使用在所述电解液注入孔的开口周围形成有环状凸部且所述树脂垫圈也覆盖所述环状凸部的表面的封口板。
3.如权利要求1或2所述的密封电池的制造方法，其特征在于，
作为所述封口板，使用将所述树脂垫圈通过外嵌成型法一体成型的封口板。
4.如权利要求1或2所述的密封电池的制造方法，其特征在于，
作为所述封口板，使用将所述树脂垫圈通过热熔接或糊料进行粘合的封口板。
5.如权利要求1～4中任一项所述的密封电池的制造方法，其特征在于，
使用空心铆钉作为所述密封构件。
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