JP2002304984A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒体11の開口部に蓋体12を固定してなる電池
缶１の内部に、巻き取り電極体４が収納され、蓋体12に
開設されている注液孔が封口されている二次電池におい
て、封口構造の組立が簡易であると共に、封口構造に長
期間に亘って高いシール性が得られる二次電池を提供す
る。 【解決手段】 本発明に係る二次電池の封口構造におい
て、蓋体12の注液孔30を封口する封口栓３は樹脂製であ
って、蓋体12の表面を覆う平板部33と、平板部33の裏面
に突設されて注液孔30を貫通する複数の脚部35と、各脚
部35の先端に突設されて蓋体12の裏面にて注液孔30の開
口縁に引っ掛かる複数の鍵部34とから形成され、平板部
33と蓋体12の接合面間には、Ｏリング31が介在してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池缶内に発電要
素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力
を外部へ取り出すことが可能な二次電池に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型電子機器、電気自動車等の
電源として、エネルギー密度の高いリチウム二次電池が
注目されている。例えば電気自動車に用いられる比較的
大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図５に示す様
に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を固定してなる円
筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体を収容して
構成されている。両蓋体(12)(12)には、巻き取り電極体
が発生する電力を外部に取り出すための一対の電極端子
機構(９)(９)が取り付けられている。

【０００３】又、蓋体(12)には、図６に示す如く、電池
の製造工程にて電池缶内に電解液を注入するためのねじ
孔(15)が開設されており、該ねじ孔(15)にはねじ栓(14)
がねじ込まれて、封口が施されている。ねじ栓(14)と蓋
体(12)の継ぎ目にはＴＩＧ溶接が施され、これによって
形成された溶接部(16)により、ねじ栓(14)と蓋体(12)が
互いに固定されると共に、ねじ栓(14)と蓋体(12)の間の
シール性が保たれている(特開平２０００−９０９１４
号参照)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記封口構
造を有する二次電池においては、その組立工程にて、ね
じ栓(14)をねじ孔(15)にねじ込む工程と溶接工程が必要
であり、工数が多い問題があった。又、前記溶接部(16)
に小さなピットや割れ等が形成される虞があり、この場
合、ピットや割れ等から腐食が発生して、該腐食が溶接
部(16)の全体に進行すると、溶接部(16)によるシール性
が失われて、外気中の水分が電池缶内に侵入する問題が
ある。電池缶内に侵入した水分は電解液と反応するため
に、電解液が変質し、更に、変質した電解液は、正負各
電極の活物質と反応するために、活物質が変質する問題
があった。この結果、長期保存後の放電容量は、保存前
の放電容量よりも小さくなる等、電池特性が低下するこ
とになる。

【０００５】本発明の目的は、取り付け工程が簡易であ
ると共に、長期間に亘って高いシール性を発揮する封口
構造を具えた二次電池を提供することである。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る二次電池にお
いては、蓋体の開口部に蓋体を固定してなる電池缶の内
部に、発電要素となる電極体を収納し、蓋体には、電池
缶の内部に電解液を注入するための注液孔が開設され、
該注液孔は封口栓によって封口されている。前記封口栓
は樹脂製であって、蓋体の表面を覆う平板部と、平板部
の裏面に突設されて注液孔を貫通する複数の脚部と、各
脚部の先端に突設されて蓋体の裏面にて注液孔の開口縁
に引っ掛かる複数の鍵部とから形成され、前記平板部と
蓋体の接合面間には、Ｏリングが介在している。尚、封
口栓の脚部は、蓋体の厚さと同一若しくは蓋体の厚さよ
りも僅かに小さい長さに形成されている。

【０００７】上記本発明の二次電池の組立工程におい
て、蓋体の注液孔に封口栓を取り付ける工程では、封口
栓の複数の脚部及び鍵部を蓋体の注液孔の開口部に差し
込んだ状態で、該封口栓の平板部を蓋体に向けて強く押
圧する。ここで、封口栓は弾性変形可能であるので、封
口栓の複数の脚部は弾性変形により半径方向に縮んだ状
態で、注液孔の内部へ侵入し、最終的には、複数の鍵部
が注液孔を通過して、注液孔から脱出することになる。
又、封口栓の押圧操作によって、該封口栓の平板部と蓋
体の接合面間に介在するＯリングが、両接合面によって
強く挟圧されることになる。そして、封口栓の複数の鍵
部が注液孔から脱出した時点で、複数の脚部は、弾性復
帰力によって元の位置まで拡がり、これに伴って複数の
鍵部が蓋体の裏面にて注液孔の開口縁に引っ掛かること
になる。その後、封口栓に対する押圧を解除したとして
も、封口栓の鍵部が注液孔の開口縁に引っ掛かっている
ため、封口栓の平板部と蓋体によってＯリングが強く挟
圧された状態は維持され、これによって、封口栓と蓋体
の間に高いシール性が得られることになる。又、封口栓
及びＯリングを用いた封口構造は、従来の如き溶接を必
要とせず、経年劣化を殆ど生じないので、長期間に亘っ
て高いシール性を発揮する。

【０００８】具体的構成において、前記封口栓は、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリフェニレンスルフィドの内、少なくとも１種類
の材料を用いて形成されている。該具体的構成におい
て、封口栓の材質は、電解液等に対して充分な耐腐食性
を有しているので、該封口栓を用いた封口構造は、長期
間に亘って高いシール性を発揮する。

【０００９】

【発明の効果】本発明に係る二次電池によれば、封口部
材及びＯリングを用いた封口構造の組立は簡易であり、
又、該封口構造は長期間に亘って充分に高いシール性を
発揮するので、長期保存後にも優れた電池特性が得られ
る。

【００１０】以下、本発明を円筒型リチウム二次電池に
実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。

【００１１】本実施例の円筒型リチウム二次電池は、図
５に示す従来の円筒型リチウム二次電池と同様の外観を
有しており、図１に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体
(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、
巻き取り電極体(４)を収容して構成されている。両蓋体
(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り
付けられており、巻き取り電極体(４)の両極と両電極端
子機構(９)(９)とが、それぞれ後述する集電構造により
互いに接続されて、巻き取り電極体(４)が発生する電力
を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すこと
が可能となっている。

【００１２】少なくとも一方の蓋体(12)には注液孔(30)
が開設されており、該注液孔(30)にはポリプロピレン製
の封口栓(３)が取り付けられ、該封口栓(３)と蓋体(12)
の接合面間には、Ｏリング(31)が介在している。尚、Ｏ
リング(31)は、従来より周知の種々の材質を用いて形成
することが出来るが、特に電解液に対して高い耐腐食性
を有する材質から形成することが望ましい。又、各蓋体
(12)には圧力開閉式のガス排出弁(図示省略)が取り付け
られている。

【００１３】巻き取り電極体(４)は、それぞれ帯状の正
極、負極及びセパレータから構成されており、正極及び
負極はそれぞれセパレータ上に幅方向にずらして重ね合
わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによっ
て、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一
方の端部では、セパレータの端縁よりも外方へ正極の端
縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ
の端縁よりも外方へ負極の端縁が突出している。

【００１４】巻き取り電極体(４)の両端部には集電板
(５)(５)が設置され、集電体の端縁(48)(48)に溶接され
ている。各集電板(５)の円板部(51)の外周縁にはリード
部材(55)の基端部がレーザー溶接されている。

【００１５】電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(1
2)を貫通して取り付けられた電極端子(91)を具え、該電
極端子(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。蓋
体(12)の貫通孔には絶縁部材(93)が装着され、蓋体(12)
と電極端子(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれ
ている。電極端子(91)には、蓋体(12)の外側からワッシ
ャ(94)が嵌められると共に、第１ナット(95)及び第２ナ
ット(96)が螺合している。そして、第１ナット(95)を締
め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によ
って絶縁部材(93)を挟圧することにより、シール性を高
めている。前記リード部材(55)の先端部は、電極端子(9
1)の鍔部(92)に溶接されている。

【００１６】封口栓(３)は、図２及び図３に示す様に、
蓋体の表面を覆うこととなる平板部(33)と、平板部(33)
の裏面に円陣に突設されて蓋体を貫通することとなる複
数の脚部(35)と、各脚部(35)の先端に外向きに突設され
て蓋体の裏面にて注液孔の開口縁に引っ掛かることとな
る複数の鍵部(34)とから形成されている。尚、封口栓
(３)の脚部(35)の長さｔは、蓋体(12)の厚さＬと同一、
若しくは蓋体(12)の厚さＬよりも僅かに短く形成されて
いる(図４(ｂ)参照)。

【００１７】次に、本実施例の円筒型リチウム二次電池
の製造方法について説明する。 ［正極の作製］正極活物質としてのＬｉＭｎ_２Ｏ_４と導
電剤としての人造黒鉛を重量比９０：１０で混合し、正
極合剤を作製する。次に、ポリフッ化ビニリデンをＮ−
メチル−２−ピロリドン(以下、ＮＭＰという)に溶解さ
せて、５重量％ＮＭＰ溶液を調製する。そして、正極合
剤とポリフッ化ビニリデンの重量比が９５：５となる様
に正極合剤とＮＭＰ溶液を混合して、スラリーを調製
し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔
(厚さ２０μｍ)の両面にドクターブレード法により塗布
し、正極を作製する。尚、アルミニウム箔の一方の端部
には、幅１０ｍｍの活物質未塗工部を設けている。

【００１８】［負極の作製］結着剤であるポリフッ化ビ
ニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製し、黒
鉛粉末とポリフッ化ビニリデンの重量比が８５：１５と
なる様に混練してスラリーを調製する。このスラリーを
負極集電体としての銅箔(厚さ２０μｍ)の両面にドクタ
ーブレード法によって塗布し、負極を作製する。尚、銅
箔の一方の端部には、幅１０ｍｍの活物質未塗工部を設
けている。

【００１９】［電解液の調製］エチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒
に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解して電解液
を調製する。

【００２０】［電池の組立］以上の工程によって得られ
た正極と負極の間に、イオン透過性のポリエチレン製微
多孔膜からなるセパレータを介在させて、これらを重ね
合わせ、渦巻き状に巻き取ることによって、巻き取り電
極体を作製する。この際、正極の活物質未塗工部の端縁
がセパレータの一方の端部から外側に突出すると共に、
負極の活物質未塗工部の端縁がセパレータの他方の端部
から外側に突出する様に、重ね合わせを行なう。その
後、巻き取り電極体の正極の端縁に、厚さ１ｍｍのアル
ミニウム製の集電板を押し付け、該端縁に集電板をレー
ザー溶接する。同様に、負極の端縁に、厚さ１ｍｍのニ
ッケル製の集電板を押し付け、該端縁に集電板をレーザ
ー溶接する。この結果、図１に示す如く、各集電板(５)
の円板部(51)と巻き取り電極体(４)の集電体の端縁(48)
とが、互いに接合されることになる。尚、各集電板(５)
の円板部(51)の外周縁には、円板部(51)と同じ材質から
なるリード部材(55)がレーザー溶接によって連結されて
いる。

【００２１】電極端子機構(９)を各蓋体(12)に取り付
け、各集電板(５)から伸びるリード部材(55)の先端を、
各電極端子(91)の鍔部(92)にレーザー溶接によって接続
する。そして、巻き取り電極体(４)を筒体(11)内に収容
した後、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)(12)を溶接固
定する。

【００２２】次に、蓋体(12)に開設されている注液孔(3
0)から電池缶(１)の内部に電解液を注入する。その後、
該蓋体(12)の表面に注液孔(30)を包囲してＯリング(31)
を設置し、注液孔(30)に封口栓(３)を押し込んで取り付
ける。これによって、封口栓(３)の平板部(33)と蓋体(1
2)の間にＯリング(31)を介在させた封口構造を有する本
実施例の円筒型リチウム二次電池が完成する。

【００２３】上述の如く蓋体(12)の注液孔(30)に封口栓
(３)を押し込んで取り付ける工程においては、ポリプロ
ピレン製の封口栓(３)が有する弾性を利用して、図４
(ａ)に示す如く封口栓(３)の複数の脚部(35)及び鍵部(3
4)を半径方向に収縮させて蓋体(12)の注液孔(30)の開口
部に差し込み、この状態で該封口栓(３)の平板部(33)を
蓋体(12)に向けて強く押圧する。これによって、複数の
脚部(35)は注液孔(30)の内部へ深く侵入し、最終的に
は、複数の鍵部(34)が注液孔(30)を通過して、注液孔(3
0)から脱出することになる。又、封口栓(３)の押圧操作
によって、該封口栓(３)の平板部(33)の裏面が蓋体(12)
の表面に密着すると共に、Ｏリング(31)が封口栓(３)と
蓋体(12)によって両側から強く挟圧されることになる。
そして、封口栓(３)の複数の鍵部(34)が注液孔(30)から
脱出した時点で、図４(ｂ)に示す如く、複数の脚部(35)
は弾性復帰して元の位置まで拡がり、これに伴って複数
の鍵部(34)が蓋体(12)の裏面にて注液孔(30)の開口縁(1
8)に引っ掛かることになる。

【００２４】従って、図４(ｂ)の状態で封口栓(３)に対
する押圧を解除したとしても、封口栓(３)の複数の鍵部
(34)が注液孔(30)の開口縁(18)に引っ掛かっているた
め、封口栓(３)の平板部(33)と蓋体(12)によってＯリン
グ(31)が強く挟圧された状態は維持され、この結果、封
口栓(３)と蓋体(12)の間に、高いシール性が得られるこ
とになる。

【００２５】本実施例の円筒型リチウム二次電池によれ
ば、封口栓(３)及びＯリング(31)を用いた封口構造の組
立が、蓋体(12)の注液孔(30)に封口栓(３)を押し込むだ
けで済むので、従来の如く溶接を用いた封口構造の場合
よりも工数が大幅に減少する。又、本発明の封口構造に
おいては、封口栓(３)が高い耐腐食性を発揮し、経年劣
化を殆ど生じないので、長期間に亘って高いシール性が
維持される。

【００２６】［実験］以下、本発明の効果を確認するた
めに行なった実験について説明する。実験においては、
前記実施例の発明電池Ａを製作すると共に、表１に示す
各材質から形成された封口栓を用いたこと以外は、発明
電池Ａと同様にして、発明電池Ｂ〜Ｄを製作した。各電
池の定格容量は１８Ａｈである。一方、従来の封口構造
を有する比較電池Ｅとして、図６に示す如くアルミニウ
ム製のねじ栓(14)を注液孔(15)にねじ込み、該ねじ栓(1
4)にＴＩＧ溶接を施すことなく、円筒型リチウム二次電
池を組み立てた。又、従来の封口構造を有する比較電池
Ｆとして、図６に示す如くアルミニウム製のねじ栓(14)
を注液孔(15)にねじ込んで、該ねじ栓(14)にＴＩＧ溶接
を施して、円筒型リチウム二次電池を組み立てた。尚、
比較電池Ｅ及びＦは、封口構造を除いて発明電池Ａと同
じ構成を有している。

【００２７】各電池を１８Ａで４.２Ｖまで充電した
後、１８Ａで３.０Ｖまで放電して、保存前放電容量を
測定した。次に、各電池を１８Ａで４.２Ｖまで充電し
て、６０℃に維持した恒温槽中で１０日間保存した後、
１８Ａで３.０Ｖまで放電したときの残存容量を測定し
た。そして、各電池の自己放電率を下記数１によって算
出した。各電池の自己放電率の算出結果を表１に示す。

【００２８】

【数１】自己放電率(％)＝(保存前放電容量−残存容量)
／保存前放電容量×１００

【００２９】

【表１】

【００３０】表から明らかな様に、発明電池Ａ〜Ｄで
は、比較電池Ｅ及び比較電池Ｆよりも自己放電率が小さ
くなっている。この結果から、本発明に係る封口構造に
よって、保存後の放電容量の低下を抑制出来ることが確
認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒型リチウム二次電池の一部破
断正面図である。

【図２】該二次電池に用いられる封口栓の斜視図であ
る。

【図３】該封口栓の断面図である。

【図４】該封口栓の取り付け工程を説明する断面図であ
る。

【図５】円筒型リチウム二次電池の外観を示す斜視図で
ある。

【図６】従来の円筒型リチウム二次電池に採用されてい
る封口構造の断面図である。

【符号の説明】

(１) 電池缶 (11) 筒体 (12) 蓋体 (14) ねじ栓 (16) 溶接部 (３) 封口栓 (30) 注液孔 (31) Ｏリング (33) 平板部 (34) 鍵部 (35) 脚部 (４) 巻き取り電極体 (５) 集電板 (９) 電極端子機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能間 俊之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H023 AA03 AS01 CC11 CC16 CC19 CC27 CC28 CC30

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体の開口部に蓋体を固定してなる電池
   缶の内部に、発電要素となる電極体が収納され、蓋体に
   は、電池缶の内部に電解液を注入するための注液孔が開
   設され、該注液孔は封口栓によって封口されている二次
   電池において、 前記封口栓は樹脂製であって、蓋体の表面を覆う平板部
   と、平板部の裏面に突設されて注液孔を貫通する複数の
   脚部と、各脚部の先端に突設されて蓋体の裏面にて注液
   孔の開口縁に引っ掛かる複数の鍵部とから形成され、前
   記封口栓の平板部と蓋体の接合面間には、Ｏリングが介
   在していることを特徴とする二次電池。
2. 【請求項２】 前記封口栓の脚部は、蓋体の厚さと同一
   若しくは蓋体の厚さよりも僅かに小さい長さに形成され
   ている請求項１に記載の二次電池。
3. 【請求項３】 前記封口栓は、ポリプロピレン、ポリエ
   チレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレン
   スルフィドの内、少なくとも１種類の材料を用いて形成
   されている請求項１又は請求項２に記載の二次電池。