JP2008041548A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】非水電解液二次電池の製造コストを低減し得る注液部構造を提供する。
【解決手段】開口を有する外装体内に正負極を備える電極体と非水電解液とが収容され、前記外装体の開口が封口板により封口された非水電解液二次電池において、前記封口板（１）は、注射針を挿通して注液またはガス抜きする注液部（３）を備え、前記注液部（３）は、途中に段差部（１５）を有する、電池軸方向断面形状が電池内方に向かって略Ｔ字形状の貫通孔（１４）と、前記貫通孔（１４）を密閉する部材であって前記貫通孔（１４）の段差部（１５）に外周縁下面部分が当接された樹脂部材（１３）と、前記樹脂部材（１３）の少なくとも外周縁上面部分を前記段差部（１５）側に押圧する部材であって、前記封口板（１）本体に外周がレーザ溶接され、前記レーザ溶接部よりも内側に注射針挿通用の開放孔（１２）を備えた押さえ板（１１）と、を有し構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、より詳しくは非水電解液二次電池の注液・ガス抜き構造に関する。

近年、非水電解液二次電池は、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の小型機器のみならず、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動電源として用いられるようになっているが、非水電解液二次電池は、極めて反応性に富む材料が使用されている。このため、その製造に際しては酸素や水分等の悪影響物質の電池内への混入を防止する必要がある

そこで、非水電解液二次電池の組み立てには、従来、不活性ガスを満たし乾燥させたドライボックスが用いられており、ドライボックス内で非水電解液の注液や、エージング、ガス抜き等の作業が行われている。

しかし、自動車用などの大型電池の製造に際しては、従来より大きなドライボックスを必要とするとともに、電池が大型となる分、注液やガス抜きに要する時間が長くなる。このため、ドライボックスを用いる製造方法は、大型電池の製造において特に、製造作業性が悪くなり製造コストの上昇を招くという問題がある。

非水電解液二次電池にかかる技術としては、例えば下記特許文献１〜８がある。

特開2000-21437号公報（要約書） 特開2000-215883号公報（要約書） 特開2000-268811号公報（要約書） 特開2001-313022号公報（要約書） 特開2002-289172号公報（要約書） 特開2002-373642号公報（要約書） 特開2004-119329号公報（要約書） 特開2005-190689号公報（要約書）

特許文献１は、断面形状がＴ字状でフランジ部を備えた液口栓を段部のある注液口に挿入して段部内にフランジ部を嵌合させた後、段部とフランジ部との境界部を封止溶接する技術を提案している。この技術によると、溶接不良が生じない密閉型電池を実現できるとされる。

特許文献２は、蓋板の注液口をシート材で塞ぎ、このシート材を注液栓で覆って周囲を溶接する技術を提案している。この技術によると、溶接の不良や発火が起きるのを防止することができるとされる。

特許文献３は、封止栓を、封口蓋の表面上に注液孔を蔽う状態で固着されている支持部材と、弾性を有する材料で形成され注液孔に圧入された状態で支持部材によって支持されている圧入部材とから構成する技術を提案している。この技術によると、封止不良を低減できるとされる。

特許文献４は、電解液注液孔を封孔するための封孔体が、金属製封孔体本体とゴム栓体とで構成されている技術を提案している。この技術によると、電池容器と注液孔封孔体との溶接部への電解液の浸透を低減できるとされる。

特許文献５は、蓄電デバイスの注液孔に挿入される封止弁が注液孔への注入方向に狭まる円錐台状のゴム材の弁部とを備えている技術を提案している。この技術によると防爆安全性を向上できるとされる。

特許文献６は、異種金属と、アルミニウムまたはその合金と、ゴム弾性体とが積層された封栓に関する技術を提案している。この技術によると、使用機器や保護回路との電気的接続を容易化できるとされる。

特許文献７は、２つの段付き注入孔の中段部に弾性部材を設置し、該弾性部材の上段部には金属板を設置し、該金属板により弾性部材押し付けることにより密閉する技術を提案している。この技術によると、高い気密性を長期間に亘って維持することができるとされる。

特許文献８は、注液口を密封する弾性を有する封止部と、この封止部を保持して注液口の周囲に形成された凹部の端部に溶着される金属製の板状体とからなる液口栓20を備えた電池に関する技術を提案している。この技術によると、封止不良が発生せず、歩留まりを向上できるとされる。

しかしながら、上記特許文献１〜８にかかる技術はいずれも、ドライボックス外で非水電解液の注液やガス抜きを行うことができない。よって、コスト高になるという課題を有している。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、製造コストを低減することができると共に、電解液の補充を簡便に行うことができる非水電解液二次電池構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は次のように構成されている。開口を有する外装体内に正負極を備える電極体と非水電解液とが収容され、前記外装体の開口が封口板により封口された非水電解液二次電池において、前記封口板１は、注射針を挿通して注液またはガス抜きする注液部３を備え、前記注液部３は、途中に段差部１５を有する、電池軸方向断面形状が電池内方に向かって略Ｔ字形状の貫通孔１４と、前記貫通孔１４を密閉する部材であって前記貫通孔１４の段差部１５に外周縁下面部分が当接された樹脂部材１３と、前記樹脂部材１３の少なくとも外周縁上面部分を前記段差部１５側に押圧する部材であって、前記封口板１本体に溶接され、前記溶接部よりも内側に注射針挿通用の開放孔１２を備えた押さえ板１１と、を有し構成されている。

この構成とこれによる作用効果を、図面を参照して説明する。
図１（ｂ）に示すように、注液部３は、途中に段差部１５を有する、電池軸方向断面形状が電池内方に向かって略Ｔ字形状の貫通孔１４と、当該貫通孔の段差部１５に外周縁の下面部分が当接されることによって貫通孔１４を密閉する樹脂部材１３と、注射針挿通用の開放孔１２を有する部材であって、外周側が封口板３本体に溶接されて前記樹脂部材１３の少なくとも外周縁上面部分を前記段差部１７側に押圧する押さえ板１１と、を有している。この開放孔１２から注射針を樹脂部材１３に突き刺し貫通させることによって、密閉性を保ったままで、電池内への注液を行うことができ、また電池内のガスを電池外に抜き取ることができる。つまり、これらの作業をドライボックス内で行う必要がない。よって、電池組み立てにかかる作業性が向上する。また、長期使用により非水電解液が分解し減少した場合においては、電池使用現場で簡便に非水電解液を追加注液等することができ、これにより電池寿命の延長を図ることができる。

上記本発明構成においては、前記押さえ板１１の上面と、前記封口板１の上面とが面一であり、前記押さえ板（１１）の外周が溶接されている構成とすることができる。

この構成を採用すると、溶接が容易となる。

また、前記段差部１５に、リング状の凸部１８が前記貫通孔を囲むように形成された構成とすることができる。

これらの構成を採用すると、突起１６やリング状の凸部１７が樹脂部材１３を段差部により強く当接するので密閉性が高まる。なお、リング状の凸部１７は、内周端部より外側に形成してもよいが、図２（ｂ）に示すように貫通孔の内周端部に形成すると、密閉度を高める効果が高いので好ましい。

また、前記押さえ板１１の上面と、前記封口板１の上面と、前記押さえ板の開放孔１２に嵌合された樹脂部材13の頂上面の三者が面一である構成とすることができる。

また、前記樹脂部材１３は、前記押さえ板の開放孔１２に嵌合し、かつその頂上面が前記押さえ板の開放孔１２から電池外方に突出している構成とすることができる。

また、前記樹脂部材１３は、首部２１と、前記開放孔より外径の大きい頭部２２とを有し、前記首部２１が前記押さえ板の開放孔１２に嵌合し、前記頭部２２が前記押さえ板の開放孔１２から電池外方に突出している構成とすることができる。

ここで、注液やガス抜きのためには、注射針を樹脂部材１３に突き刺す必要があるが、樹脂部材１３における突き刺し代（長さ）が短いと、注射針を抜き取った後の針跡から電解液のリークが生じるおそれがある。よって、電解液のリークを防止するためには、樹脂部材１３の長さを長くする必要があるが、樹脂部材１３を電池内部側に長くすると、電池内部の電極体収容スペースを小さくすることになり、その分電池容量が低下することになる。このため、樹脂部材１３を開放孔１２側に伸ばすことが好ましい。

また、図３（ｂ）に示すように、押さえ板１１の上面と、封口板１の上面と、押さえ板の開放孔１２に嵌合された樹脂部材１３の頂上面の三者が面一とすると、デッドスペースを生むことなく樹脂部材を長くできるので、好ましい。

また、図３（ｃ）に示すように、前記樹脂部材１３は、前記押さえ板の開放孔１２に嵌合し、かつその頂上面が前記押さえ板の開放孔１２から電池外方に突出している構成とすると、さらに樹脂部材１３の密閉性を高めることができるので、好ましい。

また、図３（ｄ）に示すように、前記樹脂部材１３は、前記押さえ板の開放孔１２に嵌合する首部２１と、前記開放孔より外径の大きい頭部２２とを有し、前記首部２１が前記押さえ板の開放孔１２に嵌合し、前記頭部２２が前記押さえ板の開放孔１２から電池外方に突出している構成とすると、樹脂部材１３と押さえ板１１との密着性を更に高めることができるので、好ましい。

また、前記樹脂部材は、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、シリコーンゴムのいずれか一種以上の樹脂からなる構成とすることができる。

上記材料の樹脂は、注射針を抜き取った時に針跡穴を速やかにふさぐ性質を有する。よって、上記材料を樹脂部材として用いることが好ましい。

以上で説明したように、本発明によると、電池内への注液やガス抜きを通常の環境において行うことができる非水電解液二次電池を実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

(実施の形態)
図１は、本発明電池の注液部の構造を示す概略図であり、図１（ａ）は封口板１の平面図、図１（ｂ）は注液部３の解体断面図、図１（ｃ）は注液部の断面図である。

図１（ａ）に示すように、封口板１は、安全弁２と、注液部３と、正極端子４と、負極端子５とを備えている。注液部３の周囲は、レーザ溶接によって封口板と固定され、密閉されている。

図１（ｂ）に、注液部３の解体断面図を示す。なお、この図においては、封口板１には、段差部１５のある電池軸方向断面形状が電池内方に向かってＴ字状の貫通孔１４が形成されている。

図１（ｃ）に、注液部の断面図を示す。貫通孔１４に、樹脂部材１３が嵌め込まれている。また、樹脂部材１３の上部には、注射針挿通用の開放孔１２を有する押さえ板１１が嵌め込まれ、押さえ板１１の外周が封口板本体１にレーザ溶接され固定されている。溶接方法はレーザー溶接に限定されず、他の溶接方法を用いてもよい。溶接図１（ｃ）に示すように、押さえ板１１により樹脂部材１３を押さえることにより、樹脂部材１３が押さえ板１１と貫通孔１４の段差部１５とに挟まれ段差面に当接される。これにより貫通孔１４が密閉される。

図１（ｃ）に示すように、樹脂部材１３は、押さえ板１１の開放孔１２で外気と接している。このため、樹脂部材１３は、電池に悪影響を与える外気中の成分、例えば酸素ガスや水蒸気の侵入を防止する機能を有する必要がある。他方、電池内部で充放電反応に伴う副反応により生じたガス（例えば、炭酸ガス、メタンガス、水素ガス、エタンガス等）は、正負極間にとどまると、正負極の対向状態を悪くしてサイクル特性に悪影響を及ぼす。したがって、電池内で発生するこれらのガスを透過させ、自立的に外気中に放出させることのできる樹脂部材であることが好ましい。

このような性質を有する樹脂として、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。

次に、電解液の注液方法について説明する。注射器内に非水電解液を吸い取り、開放孔１２から樹脂部材１３を突き刺して注液を行う。この注液方法を用いるためには、樹脂部材１３の材料としては、針を抜いたときに自動的に突き刺し穴がふさがるものである必要があり、また樹脂部材１３は、非水電解質と接触するおそれがあるので、非水電解質（有機溶剤）に耐性を有する材料であることが好ましいが、上で例示した樹脂はこのような性質を有するので、好適である。

ガス抜き方法について説明する。非水電解質は、電解液注入後のエージングや、初回の予備充電（ガス抜き充電）時に多量のガスが発生する。このガスが電池内部に留まると、正負極の対向状態が悪くなり、スムースな充放電反応が阻害されて、放電容量を著しく低下させる。これを防止するためには、予備充電後又はエージング後に、開放孔１２から、注射針を、樹脂部材１３に突き刺し、針先を電池内部に挿入した状態で電池内ガスを注射器内に回収し、しかる後に針を引き抜く。

なお、本発明電池では、正極活物質、負極活物質、電解液等は、公知のものを用いることができる。

(実施例)
実施例に基づいて本発明の内容を更に具体的に説明する。

（実施例１）
〈正極の作製〉
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ_２９０質量部と、導電剤としての炭素粉末５質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン粉末５質量部とをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液と混合してスラリーを調製した。このスラリーをアルミニウム製集電体の両面にドクターブレード法により塗布して、正極集電体の両面に活物質層を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、乾燥して正極を作製した。

〈負極の作製〉
天然黒鉛粉末が９５質量部と、ポリフッ化ビニリデン粉末５質量部とを、ＮＭＰ溶液と混合してスラリーを調製し，このスラリーを銅製集電体の片面にドクターブレード法により塗布して活物質層を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、乾燥して負極を作製した。

〈非水電解質の調製〉
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの等体積混合溶媒（２５℃、１気圧）に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解して非水電解質となした。

〈電極体の作製〉
上記正極、負極とを、ポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回して、巻き終わり部分をテープ止めし、プレスして扁平電極体となした。

〈電池の組み立て〉
角型の外装缶に、上記電極体を挿入し、外装缶の開口と封口板とを封口し、封口板の貫通孔と、図３（ｄ）に示す、一体成形により作製した樹脂部材１３つき押さえ板とをレーザ溶接した。この後、電解液を注射針を用いて注液し、エージング、予備充電、エージング、注射針を用いたガス抜きを経て、実施例１に係る非水電解液二次電池（厚み１２．５ｍｍ×幅１２０ｍｍ×高さ９８ｍｍ）を作製した。

（比較例１）
従来の方法にて非水電解液二次電池を作製した。実施例と比較例との工程の相違は表１に示す。

実施例１、比較例１ともに充放電試験を行ったところ、同等の性能を示した。よって、本発明によると、ドライボックス内での作業工程を大幅に短縮することができるので、電池性能を犠牲にすることなく電池組み立てにかかる作業性を向上できることがわかる。

以上に説明したように、本発明によると、注液やガス抜き等の工程を、ドライボックスを使用することなく、通常の雰囲気中で行える。よって、電池組み立てにかかる作業性を飛躍的に向上でき、その産業上の利用可能性は大きい。

図１は、本発明電池の注液部の構造を示す概略図であり、図１（ａ）は封口板の平面図、図１（ｂ）は注液部の解体断面図であり、図１（ｃ）は注液部の断面図である。 図２は、段差部にリング状の凸部を設けた例を示す図である。 図３は、本発明に係る樹脂部材の形態と押さえ板との関係を示す図である。

符号の説明

１ 封口板
２ 安全弁
３ 注液部
４ 正極端子
５ 負極端子
１１ 押さえ板
１２ 開放孔
１３ 樹脂部材
１４ 貫通孔
１５ 段差部
１７ 凸部
２１ 首部
２２ 頭部

Claims (7)

1. 開口を有する外装体内に正負極を備える電極体と非水電解液とが収容され、前記外装体の開口が封口板により封口された非水電解液二次電池において、
   前記封口板（１）は、注射針を挿通して注液またはガス抜きする注液部（３）を備え、
   前記注液部（３）は、途中に段差部（１５）を有する、電池軸方向断面形状が電池内方に向かって略Ｔ字形状の貫通孔（１４）と、前記貫通孔（１４）を密閉する部材であって前記貫通孔（１４）の段差部（１５）に外周縁下面部分が当接された樹脂部材（１３）と、前記樹脂部材（１３）の少なくとも外周縁上面部分を前記段差部（１５）側に押圧する部材であって、前記封口板（１）本体に溶接され、前記溶接部よりも内側に注射針挿通用の開放孔（１２）を備えた押さえ板（１１）と、を有し構成されている、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
2. 請求項１に記載の非水電解液二次電池において、
   前記押さえ板（１１）の上面と、前記封口板（１）の上面とが面一であり、前記押さえ板（１１）の外周が溶接されている
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
3. 請求項１に記載の非水電解液二次電池において、
   前記段差部（１５）には、リング状の凸部（１７）が前記貫通孔を囲うように形成されている、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
4. 請求項１に記載の非水電解液二次電池において、
   前記押さえ板（１１）の上面と、前記封口板（１）の上面と、前記押さえ板の開放孔（１２）に嵌合された樹脂部材（１３）頂上面の三者が面一に構成されている、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
5. 請求項１に記載の非水電解液二次電池において、
   前記樹脂部材（１３）は、前記押さえ板の開放孔（１２）に嵌合し、かつその頂上面が前記押さえ板の開放孔（１２）から電池外方に突出している、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
6. 請求項１に記載の非水電解液二次電池において、
   前記樹脂部材（１３）は、前記押さえ板の開放孔（１２）に嵌合する首部（２１）と、前記開放孔より外径の大きい頭部（２２）とを有し、
   前記首部（２１）が前記押さえ板の開放孔（１２）に嵌合し、前記頭部（２２）が前記押さえ板の開放孔（１２）から電池外方に突出している、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。
7. 請求項１ないし６いずれかに記載の非水電解液二次電池において、
   前記樹脂部材は、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、シリコーンゴムのいずれか一種以上の樹脂からなる、
   ことを特徴とする非水電解液二次電池。

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