JP2009037815A - 電池封止方法、電池封止用治具、および、電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シール材の密着性を向上させた電池封止方法を提供すること。
【解決手段】本発明により提供される電池封止方法は、シール材１２を電池ケース１０の開口１１に被せ、当該シール材１２を治具２０によって押さえて電池ケース１０の開口１１の周りに密着させる工程を有している。当該治具２０は、弾性変形しつつシール材１２を押さえる弾性押圧部２１を有している。この電池封止方法によれば、電池封止用治具２０が先端に弾性押圧部２１を有しているので、電池ケース１０の開口１１に被せたシール材１２を押さえたときに、弾性押圧部２１は、電池ケース１０の開口１１に応じて変形する。シール材１２は、弾性押圧部２１によって、開口１１の周りに上手く押さえられて密着する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池ケースの開口にシール材を貼って当該開口を封止する電池封止方法、当該電池封止方法に用いる電池封止用治具、および、電池の製造方法に関する。

電池、例えば、リチウムイオン二次電池では、電極体ユニット（少なくとも一つずつの正極及び負極を含む電極構造体をいう。以下同じ。）を電池ケース（外装容器）に収容し、電解質を注入孔から注入した後、注入孔を封止（中間封止）する。そして外部から電流を供給して初期充電を行った後、ガスを抜き、ガスを排出する排出孔を封止している（例えば、特開２００２−３２４５８８号公報）。これにより、初期充電後に、化学反応によりガスが発生するが、当該ガスによって電池ケースが膨張するのを防止することができる。
特開２００２−３２４５８６号公報

上述した中間封止は、電池ケース内の水分を取り除き、電池ケースに電極体ユニットを収容し、電池ケースに形成された開口（注入孔）から電解液を注入した後に行われる。当該中間封止において、粘着テープからなるシール材を、電池ケースの開口を覆うように貼って当該開口を封止する。
例えば、図１に示すように、電池ケース１０の開口１１にシール材１２を丁寧に被せ、図２に示すように、シール材１２と電池ケース１０の表面１３との間に空気１４が残らないように、指１５で丁寧にシール材１２をなぞって電池ケース１０の開口１１の周りにシール材１２を密着させる。
この場合、初期充電後にガスを抜く際は、当該中間封止で開口（注入孔）に貼ったシール材を剥がして、開口（注入孔）からガスを排出すればよく、排出用の孔を別途形成する必要がない。そして、ガスを抜いた後で開口（注入孔）を、例えば、金属製のシール部材によって溶接等の手段により密閉する。

しかしながら、シール材を電池ケースの開口に貼る際に、シール材にしわが入ったり、シール材と電池ケースとの間に空気が入ったりすると、中間封止の密閉性が悪くなる。特に、中間封止後に初期充電を行うと、電池ケース内でガスが発生し、電池ケース内の気圧が上昇し、電池ケースの内側からシール材に圧力が掛かる。このため、シール材が電池ケースに上手く貼れていないと、かかる気圧の上昇によってシール材の一部がはがれて中間封止に漏れが生じる可能性がある。中間封止では、初期充電による電池ケース内の気圧の上昇に対しても漏れが生じないようにすることが必要である。
中間封止の密閉性が悪いと、電池ケース内に水分などの異物が浸入することがあり、電池の性能が低下することがある。かかる中間封止の不具合を検出するため、電池の製造工程では、中間封止後にガスが漏れていないかを検査する必要がある。
中間封止の密閉性を向上させるためには、シール材を丁寧に貼る必要がある。しかしながら、作業者の熟練度合いにより、作業速度やエラーの発生頻度に大きな差が生じることがある。そこで、生産効率を向上させるため、かかる中間封止の作業性を向上させるとともに、中間封止のエラーを低減させたい。本発明の目的の一つはこの点にある。

本発明に係る電池封止方法は、電池ケースの開口にシール材を貼って当該開口を封止する電池封止方法であって、シール材を電池ケースの開口に被せ、当該シール材を治具によって押さえて電池ケースの開口の周りに密着させる工程を有している。この電池封止方法では、弾性変形しつつシール材を押さえる弾性押圧部を有する治具が用いられている。
この場合、電池ケースの開口に被せたシール材が治具の弾性押圧部によって押さえられるので、治具先端の弾性押圧部の弾性変形に応じて、特に開口の周縁の全周にわたって満遍なくシール材が密着する。かかるシール材の密着性の向上により、当該開口をより確実に密閉させることができる。また、この方法によれば、作業者の習熟度の差や作業速度の差を小さくすることができ、より確実に密閉性を確保することができる。弾性押圧部は、例えば、発泡材やゴムで形成することができる。

また、ある実施形態において、弾性押圧部の先端は凸曲面で形成していてもよい。この場合、かかる弾性押圧部の先端でシール材を押さえると、治具先端の弾性押圧部の弾性変形に応じて開口の中心側（開口の周縁）から外側へシール材を密着させていくことができ、電池ケースの開口にシール材を被せたときに、開口の周縁部とシール材との間に気泡が存在する場合でも、当該気泡が開口の周縁部とシール材との間に残留するのを防止できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同じ作用を奏する部材又は部位には、同じ符号を付している。また、下記の実施形態は本発明の実施の一形態を例示するに過ぎず、本発明は下記の実施形態には限定されない。

電池封止方法は、図３に示すように、シール材１２を電池ケース１０の開口１１に被せ、当該シール材１２を治具２０によって押さえて電池ケース１０の開口１１の周りに密着させる工程を有している。当該治具２０は、弾性変形しつつシール材１２を押さえる弾性押圧部２１を有している。
この電池封止方法によれば、電池封止用治具２０が先端に弾性押圧部２１を有しているので、電池ケース１０の開口１１に被せたシール材１２を押さえたときに、弾性押圧部２１は、電池ケース１０の開口１１に応じて変形する。シール材１２は、弾性押圧部２１によって、開口１１の周りに上手く押さえられて密着する。

この実施形態では、電池ケース１０は、図３に示すように、電解液の注入やガス抜きのために開口（ここでは電解液注入孔）１１が形成されている。この電池封止方法は、かかる電解液注入孔１１の封止方法に好適に実施することができるが、その他の用途・目的の開口部の封止にも適用可能である。この電池封止方法は、まず、当該電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１にシール材１２を被せる。シール材１２は、この実施形態では、フィルムの片面に粘着材が塗られた粘着テープである。シール材１２は、電池ケース１０に形成された電解液注入孔１１を覆い得る形状を有している。シール材１２は、例えば、ピンセットを用いて電池ケース１０の電解液注入孔１１に丁寧に被せるとよい。なお、ここで使用されるシール材１２としては、所望する気密性と機械的強度が実現される材質から構成されたものであれば特に制限はないが、例えばポリイミド製、ポリエステル製、或いはポリエチレン製のシール材が好ましい。

また、電池封止用治具２０は、先端に弾性押圧部２１を有している。この実施形態では、電池封止用治具２０は、図３に示すように、押圧軸部２２と、押圧軸部２２の先端に取り付けた弾性押圧部２１とを有している。押圧軸部２２は、所要の剛性を有し、弾性押圧部２１を押さえる部位である。この実施形態では、弾性押圧部２１は発泡材（スポンジ）からなる。
詳しくは、この実施形態では、弾性押圧部２１はシリコン製の発泡ゴムで形成されており、柔らか過ぎず、所要の弾性変形性能と、弾性反力を備えている。この実施形態では、さらに、弾性押圧部２１は、先端が凸曲面２１ａで形成されている。
弾性押圧部２１が取り付けられる押圧軸部２２の端面は、弾性押圧部２１を電池ケース１０に押し付けたときに、弾性押圧部２１を適切な形状に変形させることができる形状を有していればよい。なお、この実施形態では、押圧軸部２２は、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１よりも大きな端面２２ａを有しており、弾性押圧部２１は当該端面２２ａに取り付けられている。弾性押圧部２１は、この実施形態では、接着剤を用いて押圧軸部２２の端面２２ａに接着されている。

この弾性押圧部２１は、図４に示すように、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１を押さえたときに、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１の周りの形状に応じて変形する。この際、弾性押圧部２１は、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１よりも大きくなるように変形するとよい。これによって、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１の周りにシール材１２を密着させることができる。なお、この実施形態では、弾性押圧部２１は、シール材１２よりも大きく変形する。

電池封止方法は、図３に示すように、シール材１２を電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に被せ、当該シール材１２を電池封止用治具２０によって押さえて電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１の周りに密着させる。この実施形態では、電池封止用治具２０が先端に弾性押圧部２１を有している。弾性押圧部２１は、図４に示すように、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に被せたシール材１２を押さえたときに、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に応じて変形する。この実施形態では、弾性押圧部２１は、図４に示すように、シール材１２よりも大きく変形する。このため、シール材１２の全面を電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１の周りに押し付けることができ、図５に示すように、シール材１２を電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１の周りにきれいに貼り付けることができる。この方法によれば、作業者の習熟度の差や作業速度の差を小さくすることができ、当該封止の密閉性を確保することができる。

また、この実施形態では、弾性押圧部２１の先端が凸曲面２１ａになっている。この実施形態では、図６に示すように、弾性押圧部２１は電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に押し当てる際に、弾性押圧部２１の凸曲面２１ａの頂部を、電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に向けて、弾性押圧部２１を電池ケース１０の開口１１（厳密には、電池ケース１０の電解液注入孔１１に被せたシール材１２）に押し当てている。このように弾性押圧部２１を電池ケース１０の開口（電解液注入孔）１１に押し当てると、図６に示すように、弾性押圧部２１は開口（電解液注入孔）１１の周縁に当たってから、図４に示すように、開口（電解液注入孔）１１の周りへと当接していく。このため、シール材１２は、開口（電解液注入孔）１１の周縁から徐々にその周りへと密着していく。これにより、シール材１２と電池ケース１０の表面との間の空気を上手く押し出すことができ、シール材１２と電池ケース１０の表面との間に空気が残るのを抑制することができる。このように、弾性押圧部２１の先端が凸曲面２１ａである場合には、シール材１２を電池ケース１０の表面１３によりきれいに貼り付けることができ、電池封止をより確実に行うことができる。また、この方法によれば、作業者の習熟度の差や作業速度の差をさらに小さくすることができ、より確実に密閉性を確保することができる。

以上、本発明に係る電池封止方法および電池封止用治具の一実施形態を説明したが、本発明に係る電池封止方法および電池封止用治具は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、電池封止用治具の弾性押圧部は、シリコン製発泡ゴムで形成したものを例示した。弾性押圧部は、上述したように、シール材を電池ケースに押し付ける際に電池ケースの表面形状に応じて変形し、かつ、シール材を電池ケースの表面に貼り付けるため、所要の弾性反力を発揮できればよい。このため、弾性押圧部の材料は、上述したシリコン製発泡ゴムに限定されない。また、弾性押圧部は発泡していない材料でもよく、例えば、ゴムで形成してもよい。

また、上述した実施形態において、弾性押圧部の先端が凸曲面に形成されているが、弾性押圧部の先端は、電池ケースの開口の周りに押し当てた際に、電池ケースの開口の周りの形状に応じて変形すればよく、必ずしも先端が凸曲面に形成されていなくてもよい。

例えば、弾性押圧部２１は、図７に示すように、電池ケース１０の開口１１よりも大きな平面を有する円筒形状の部材でもよい。また、弾性押圧部２１は、凸曲面である場合においても、当該凸曲面は、一律な曲率半径で形成される必要はなく、自由曲面でもよい。例えば、弾性押圧部２１の先端は、図８に示すように、全体として凸曲面２１ａで、中央部分に平坦な面２１ｂを有してもよい。なお、上述したように、弾性押圧部２１の先端が凸曲面２１ａであれば、シール材１２は、開口１１の周縁から徐々にその周りへと密着させ易く、シール材１２を電池ケース１０の表面によりきれいに密着させ易い。また、図９に示すように、弾性押圧部２１は球状でもよい。また、押圧軸部２２の構造や弾性押圧部２１を押圧軸部２２に取り付ける構造は、上述した実施形態に限らず、種々の変更が可能である。

この電池封止方法は、例えば、電解液注入孔を封止する二次電池の初期充電を行う前の中間封止工程として適用ができる。かかる二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池などがある。この電池封止方法は、上述した電池封止用治具を用いることによって、簡便で密閉性も安定する。また、初期充電後にガスを抜く際は、当該中間封止で注入孔に貼ったシール材を剥がして、注入孔からガスを排出すればよく、排出用の孔を別途形成する必要がないなど、作業性、作業コストの面でも有利である。従って、リチウムイオン二次電池のように中間封止工程を有するような電池の製造方法の一工程として好適である。
従って、本発明は、他の側面として、電池ケースの一部に設けられた電解液注入孔を初期充電前に封止する中間封止工程を包含する電池の製造方法において、ここで開示される何れかの形態の電池封止方法を中間封止工程として実施することを特徴とする電池（典型的にはリチウムイオン二次電池等の二次電池）の製造方法を提供する。

なお、本発明において提供される電池製造方法は、中間封止工程として本発明の電池封止方法を実施することで特徴付けられる方法であり、その他の工程（例えばケース内に予め調製された所定の電極体ユニット及び電解液を収容する工程、それらを収容後に電池ケースを密閉する工程、初期充電する工程）は従来の電池製造プロセスと全く同様でよく、特に限定はない。
例えば車載用のリチウムイオン二次電池を例に挙げれば、電池ケース内に収容される電極体ユニットは、例えば、典型的な車載用組電池に装備される単電池を構成するのに一般に用いられる電極体ユニットと同様でよく特に限定されない。例えば、予め適当な正極用活物質層が形成された長尺状の正極集電体（アルミ箔）と、予め適当な負極用活物質層が形成された長尺状の負極集電体（銅箔）とを、長尺状のセパレータ（例えば多孔質ポリオレフィン系樹脂製シート）とともに捲回して成る捲回電極体ユニットが収容される。本発明は電極体ユニット（正負極集電体やセパレータの材質、活物質層の組成等）の構成により特徴付けられるものではないため、電極体ユニットの詳細な説明は省略する。

また、電極体ユニットとともにケース内に収容する電解質としては、従来のリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様でよく、その内容は特に制限されない。例えば、適当な非水電解液（例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩を適当量含むジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒のような非水電解液）を好適に使用することができる。本発明は電解質の構成により特徴付けられるものではないため、電解質の詳細な説明は省略する。

また、本発明によると、シール材の密着性が向上するために気密性が高くなり、中間封止過程（即ち初期充電の間）において、電池ケース内に水分（空気中の水蒸気）が浸入するのをより確実に防止することができる。このため、例えばリチウムイオン二次電池の非水電解液中の含水量が初期充電の間に増加するのを防止し、結果、電池性能の低下を防止して高性能の電池（リチウムイオン二次電池等）を提供することができる。

本発明に係る電池封止方法は、作業者が電池ケースの開口を封止する方法として広く適用できる。また、本発明に係る電池封止方法を実施することで作業者の熟練度による封止の差を低減することができる。そして、中間封止工程におけるＮＧ（不合格）率を低減し、結果、電池製造工程全体の作業速度を上昇させることができる。
さらには、本発明に係る電池封止用治具を機械に取り付け、機械の機構的操作によってシール材を電池ケースの所定の開口部分（例えば電解液注入孔）に貼り付ける場合にも高い密着性を保ちつつ効率よくシール材を貼ることができる。このように電池封止用治具を用いることにより、効率的に封止処理（例えば上記中間封止工程）を行うことができる。

中間封止工程を示す図。 中間封止工程を示す図。 本発明の一実施形態に係る電池封止方法を示す図。 本発明の一実施形態に係る電池封止方法を示す図。 本発明の一実施形態に係る電池封止方法によって、シール材を電池ケースの開口の周りに密着した状態を示す図。 本発明の一実施形態に係る電池封止方法を示す図。 本発明の他の実施形態に係る電池封止用治具を示す図。 本発明の他の実施形態に係る電池封止用治具を示す図。 本発明の他の実施形態に係る電池封止用治具を示す図。

符号の説明

１０ 電池ケース
１１ 開口（電解液注入孔）
１２ シール材
１３ 表面
２０ 電池封止用治具
２１ 弾性押圧部
２２ 押圧軸部

Claims (9)

1. 電池ケースの開口にシール材を貼って当該開口を封止する電池封止方法であって、
   前記シール材を電池ケースの開口に被せ、当該シール材を治具によって押さえて前記電池ケースの開口の周りに密着させる工程を有し、
   前記治具は、弾性変形しつつ前記シール材を押さえる弾性押圧部を有する、電池封止方法。
2. 前記弾性押圧部は発泡材で形成されている、請求項１に記載の電池封止方法。
3. 前記弾性押圧部はゴムで形成されている、請求項１に記載の電池封止方法。
4. 前記弾性押圧部は先端が凸曲面である、請求項１から３の何れかに記載の電池封止方法。
5. 電池ケースの一部に設けられた電解液注入孔を初期充電前に封止する中間封止工程を有する、電池の製造方法において、
   前記中間封止工程として、請求項１から４の何れかに記載の電池封止方法を実施することを特徴とする、電池の製造方法。
6. 先端に弾性押圧部を有し、電池ケースの開口に被せたシール材を押さえて前記開口の周りに前記シール材を密着させる、電池封止用治具。
7. 前記弾性押圧部は発泡材で形成されている、請求項６に記載の電池封止用治具。
8. 前記弾性押圧部はゴムで形成されている、請求項６に記載の電池封止用治具。
9. 前記弾性押圧部は先端が凸曲面である、請求項６から８の何れかに記載の電池封止用治具。

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