JP2010086776A - 密閉型二次電池および密閉型二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】注液時間の短縮を図ることができ、製造効率の向上を図ることが可能な密閉型二次電池、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】密閉型二次電池は、外装容器１２と、外装容器内に収容された電極体１６および電解液と、外装容器に形成され、外装容器内に電解液を注入するための注液孔２２と、注液孔を封止しているとともに、圧力開放弁３２が形成された封止栓３０と、を備えている。密閉型二次電池の製造時、外装容器内に電極体を収容し、外装容器を密閉した後、外装容器に形成された注液孔を通して、外装容器内に電解液を注入し、電解液の注入後、圧力開放弁が形成された封止栓により注液孔を封止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電池内部の圧力が異常に増大した際に圧力を開放する圧力開放弁を備えた非水系二次電池等の密閉型二次電池および密閉型二次電池の製造方法に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。

一般に、二次電池は、アルミニウム等で偏平な矩形箱状に形成された外装容器と、外装容器の開口部を閉塞した蓋体と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極群と、電極群に接続されているとともに蓋体から外側に露出した電極端子と、を備えている。

二次電池の小型化、大容量化に伴い、電池内部に蓄えられるエネルギー量も大きくなっている。これらの二次電池では、電解液や水の分解などにより電池内部でガスが発生し内圧が高まることが知られている。内圧が異常に高まり続けると外装容器が破裂する可能性がある。そこで、外装容器の蓋体に圧力開放弁を設け、ある一定以上に内圧が高まると圧力開放弁が開放されて内圧が上昇しない状態としている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−２１６４３５号公報

非水電解液を用いる二次電池では外装容器の高い密封性が求められる。そのため、二次電池の製造工程において、非水電解液は、外装容器の注液孔から外装容器内に注液され、その後、注液孔に封止栓を溶接することにより容器の密封化がなされる。外装容器の蓋体には、圧力開放弁、電極端子が設けられているため、注液孔の形成スペースが少なく、注液孔は小径とっている。この場合、減圧注液などを行う必要があり、電解液の注液工程に時間が掛かる。

また、圧力開放弁が設けられた状態で電解液の注液を行うため、高圧力で電解液の注液を行うと外装容器内の内圧が高まり、圧力開放弁が作動してしまう可能性がある。これを防止するために、高圧力を掛けて注液を行うことができず、注液工程に時間を要する。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、注液時間の短縮を図ることができ、製造効率の向上を図ることが可能な密閉型二次電池、およびその製造方法を提供することにある。

この発明の様態に係る密閉型二次電池は、外装容器と、外装容器内に収容された電極体および電解液と、前記外装容器に形成され、前記外装容器内に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止しているとともに、圧力開放弁が形成された封止栓と、を備えている。

この発明の他の態様に係る密閉型二次電池の製造方法は、外装容器と、外装容器内に収容された電極体および電解液と、前記外装容器に形成され、前記外装容器内に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止しているとともに、圧力開放弁が形成された封止栓と、を備えた密閉型二次電池の製造方法であって、前記外装容器内に前記電極体を収容し、前記外装容器を密閉し、前記外装容器に形成された注液孔を通して、前記電極体が収容された外装容器内に電解液を注入し、前記電解液の注入後、前記圧力開放弁が形成された封止栓により前記注液孔を封止する密閉型二次電池の製造方法である。

上記構成によれば、注液時間の短縮を図ることができ、製造効率の向上を図ることが可能な密閉型二次電池、および密閉型二次電池の製造方法を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る密閉型二次電池について詳細に説明する。図１は、実施形態に係る密閉型二次電池の外観を示す斜視図、図２は、密閉型二次電池の一部を示す断面図、図３は、外装容器に形成された注液孔および封止栓を示す斜視図、図４は、注液孔および封止栓を示す断面図である。

図１および図２に示すように、密閉型二次電池は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池１０として構成されている。この二次電池１０は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１２と、外装容器１２内に非水電解液１４と共に収納された電極体１６と、を備えている。外装容器１２は、上端が開口した容器本体１２ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１２ｂとを有し、気密に形成されている。電極体１６は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂが蓋体１２ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１２ｂから突出している。正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂは、電極体１６の正極および負極にそれぞれ接続されている。負極端子２０ｂは、図２に示すように、蓋体１２ｂを貫通して延びている。負極端子２０ｂと蓋体１２ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケット１８が設けられ、負極端子と外装容器１２との間を気密にシールしているとともに、電気的に絶縁している。

図１、図２、図３、および図４に示すように、蓋体１２ｂの中央部には、外装容器１２内へ非水電解液１４を注入するための注液孔２２が形成され、外装容器内に連通している。注液孔２２は、例えば、円形に形成されている。また、蓋体１２ｂには、注液孔２２の周囲に沿って環状の段部２３が形成され、更に、この段部に沿って環状の溝２４が形成されている。段部２３および溝２４は、プレス加工等により形成される。

注液孔２２は、蓋体１２ｂに固定された封止栓３０により封止されている。封止栓３０は、例えば、アルミニウム等により円板状に形成され、蓋体１２ｂの約半分程度の板厚を有している。封止栓３０の上面中央部には、複数の刻印が形成され、圧力開閉弁３２を構成している。なお、圧力開閉弁３２は、封止栓３０の板厚を部分的に薄くした薄肉部により構成してもよい。封止栓３０の下面側には、環状のリブ３４が突設されている。リブ３４は、封止栓３０と一体に形成されている。あるいは、合成樹脂等によりリブ３４を形成し、封止栓３０に固定する構成としてもよい。

封止栓３０は、その周縁部が蓋体１２ｂの段部２３に嵌合し、また、リブ３４が溝２４に係合した状態で、蓋体１２ｂに取り付けられ、更に、その周縁部がレーザー溶接等により蓋体１２ｂに溶接されている。これにより、外装容器１２の注液孔２２は、封止栓３０によって気密に封止されている。

圧力開放弁３２は、注液孔２２と対向して位置している。そして、外装容器１２の内圧がある一定以上に高まると、圧力開放弁３２が開放され、内圧を下げて外装容器の破裂等の不具合を防止する。

次に、上記のように構成された非水系二次電池１０の製造方法について説明する。
まず、容器本体１２ａ、電極体１６、および、電極端子２０ａ、２０ｂが取り付けられた蓋体１２ｂを用意する。続いて、容器本体１２ａ内に電極体１６等の電池要素を配置した後、蓋体１２ｂを容器本体１２ａに溶接し、密閉容器を形成する。この際、電極体１６を電極端子２０ａ、２０ｂに電気的に接続する。

次に、蓋体１２ｂに形成された注液孔２２を通して、電極体１６が収容された外装容器１２内に電解液を注入する。図５（ａ）に示すように、注液は、電解液注液機３６を用いて行う。電解液注液機３６は、例えば、ステンレス鋼により形成された細長いノズル３８と、電解液を貯留したタンク４０と、タンク４０内の電解液を加圧してノズル３８から供給するポンプ４２と、を備えている。ノズル３８は、その先端に開口した注液口４４を有し、この注液口４４は非水系二次電池１０側の注液孔２２よりも小径に形成されている。また、ノズル３８の先端部において、注液口４４の周囲には環状の凹所４５が形成され、この凹所４５にＯリング４６が装着されている。

注液の際、ノズル３８の先端部を蓋体１２ｂの段部２３に係合させ、Ｏリング４６をノズル３８側の凹所４５と蓋体１２ｂ側の溝２４との間に挟み込む。これにより、ノズル２８の先端を蓋体１２ｂの段部２３に密着させ、ノズル３８の注液口４４と注液孔２２とを気密に接続する。

この状態で、ポンプ４２を駆動してタンク４０内の電解液を加圧し、ノズル３８から注液孔２２を通して外装容器１２内に電解液を注入する。なお、予め外装容器１２内を減圧した後、注入を開始するようにしてもよい。

電解液を所定量注入した後、ノズル２８を蓋体１２ｂの段部２３から取り外す。続いて、圧力開放弁３２が形成された封止栓３０により注液孔２２を封止する。この場合、図５（ｃ）に示すように、封止栓３０のリブ３４と蓋体１２ｂの段部２３に形成された溝２４とが対向し、更に、封止栓３０の周縁部と蓋体１２ｂの段部２３の斜面とが密着するように、封止栓３０を段部２３に圧入する。図５（ｄ）に示すように、封止栓３０の周縁部が段部２３を潰しながら蓋体１２ｂに密着し、潰れ部３１が形成され密閉状態となる。密閉状態にした後、封止栓３０の周縁部を蓋体１２ｂにレーザー溶接する。

これにより、外装容器１２の注液孔２２を封止するとともに、圧力開放弁３２が外装容器に固定される。潰れ部３１において密閉状態を形成しているため、封止栓３０のリブ３４と溝２４とは必ずしも密閉状態を形成していなくてもよい。ここに空隙を形成することにより、毛細管現象により吸い上げられる電解液を留めることができ、レーザー溶接部への電解液の漏出を防ぎ、安定したレーザー溶接を行うことができる。また、リブ３４を溝２４に密着させて密閉状態を形成させてもよく、この場合でも、電解液の漏出を防ぐことでき、更に、安定してレーザー溶接を行うことができる。

上記のように構成された非水系二次電池１０およびその製造方法によれば、注液孔２２と圧力開放弁３２とを蓋体１２ｂの同一位置に設けていることから、注液孔の設置スペースを十分に取ることができる。そのため、従来に比較して注液孔２２を大径に形成することができ、その分、電解液の注入が容易となり、注液工程に掛かる時間を短縮することが可能となる。

また、圧力開放弁が設けられていない状態で電解液の注入を行うため、高い圧力を加えて電解液を注入することが可能となる。これにより、注液時間を一層短縮することができる。更に、蓋体１２ｂにおいて、注液孔の周囲に環状の溝を設けるとともに、封止栓に、この溝と係合するリブを設けることにより、注液孔を確実に封止することができ、かつ、溶接部への電解液の漏洩を防止し、安定した溶接を実現し、気密性の向上を図ることができる。注入工程において、蓋体の溝を利用することにより、ノズルを注液孔に気密に接続することができ、安定した注入作業を行うことできる。

以上のことから、注液時間の短縮を図ることができ、製造効率の向上を図ることが可能な密閉型二次電池、およびその製造方法が得られる。

次に、この発明の第２の実施形態に係る非水系二次電池およびその製造方法について説明する。図６は、第２の実施形態に係る非水系二次電池の上部を示す斜視図、図７は、非水系二次電池の上部および封止栓を分解して示す断面図である。

図６および図７に示すように、外装容器１２の蓋体１２ｂの両端部に、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂがそれぞれ設けられ、蓋体１２ｂから突出している。蓋体１２ｂの中央部には、外装容器１２内へ非水電解液を注入するための注液孔２２が形成され、外装容器内に連通している。注液孔２２は、例えば、円形に形成されている。また、蓋体１２ｂには、注液孔２２の周囲に沿って環状の段部２３が形成されている。段部２３の外周部２３ａおよび内周部２３ｂは、それぞれテーパ状に形成されている。

注液孔２２は、蓋体１２ｂに固定された封止栓３０により封止されている。封止栓３０は、例えば、アルミニウム等により円板状に形成され、蓋体１２ｂの約半分程度の板厚を有している。封止栓３０の外周部には、環状のフランジ３０ａが一体に形成されている。封止栓３０の上面中央部は、複数の刻印が形成され、圧力開閉弁３２を構成している。なお、圧力開閉弁３２は、封止栓３０の板厚を部分的に薄くした薄肉部により構成してもよい。

封止栓３０は、その周縁部が蓋体１２ｂの段部２３に嵌合し、更に、フランジ３０ａがレーザー溶接等により蓋体１２ｂに溶接されている。これにより、外装容器１２の注液孔２２は、封止栓３０によって気密に封止されている。

圧力開放弁３２は、注液孔２２と対向して位置している。そして、外装容器１２の内圧がある一定以上に高まると、圧力開放弁３２が開放され、内圧を下げて外装容器の破裂等の不具合を防止する。

なお、第２の実施形態において、非水系二次電池１０の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

次に、上記のように構成された非水系二次電池１０の製造方法について説明する。
まず、容器本体１２ａ、電極体１６、および、電極端子２０ａ、２０ｂが取り付けられた蓋体１２ｂを用意する。続いて、容器本体１２ａ内に電極体１６等の電池要素を配置した後、蓋体１２ｂを容器本体１２ａに溶接し、密閉容器を形成する。この際、電極体１６を電極端子２０ａ、２０ｂに電気的に接続する。

次に、蓋体１２ｂに形成された注液孔２２を通して、電極体１６が収容された外装容器１２内に電解液を注入する。この場合、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ノズル３８の先端部を蓋体１２ｂの段部２３に係合させた後、ノズル３８を押し込み、ノズルの先端により段部２３の内周部２３ｂを押し潰し、潰れ部８を形成する。これにより、ノズル３８の注液口４４と注液孔２２とを気密に接続する。この状態で、ノズル３８から注液孔２２を通して外装容器１２内に電解液を注入する。なお、予め外装容器１２内を減圧した後、注入を開始するようにしてもよい。

電解液を所定量注入した後、ノズル２８を蓋体１２ｂの段部２３から取り外す。続いて、圧力開放弁３２が形成された封止栓３０により注液孔２２を封止する。この場合、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、封止栓３０の周縁部と蓋体１２ｂの段部２３の外周部２３ａとが密着するように、封止栓３０を位置合わせし、段部２３に圧入する。封止栓３０の周縁部が段部２３の外周部２３ａを潰しながら蓋体１２ｂに密着し、潰れ部３１が形成され密閉状態となる。同時に、封止栓３０のフランジ３０ａが蓋体１２ｂの表面に密着する。密閉状態にした後、封止栓３０のフランジ３０ａを蓋体１２ｂにレーザー溶接する。

これにより、外装容器１２の注液孔２２を封止し、電解液の漏洩を防止するとともに、圧力開放弁３２が外装容器１２に固定される。封止栓３０のフランジ３０ａをレーザー溶接することにより、レーザー溶接部と注液孔２２と間の沿面距離が長くなるため、電解液の影響を受けることなく安定したレーザー溶接を行うことができる。
上記のように構成された第２の実施形態においても、注液時間の短縮を図ることができ、製造効率の向上を図ることが可能な密閉型二次電池、およびその製造方法が得られる。

第２の実施形態において、封止栓３０のフランジ３０ａは、蓋体１２ｂの上面に密着する構成としたが、これに限らず、図９に示すように、注液孔２２の周囲において、蓋体１２ｂに２段の段部を形成し、フランジ３０ａを段部内に嵌合することにより、封止栓３０と蓋体１２ｂの上面とが同一平面に位置する構成としてもよい。

また、封止栓３０のフランジ３０ａは、注液孔２２と同一の形状に限定されることなく、図１０および図１１に示すように、フランジ３０ａは、矩形状に形成してもよい。この場合、フランジ３０ａの溶接可能面積を大きくすることができ、より一層気密性を上げることができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、二次電池、封止栓の形状、寸法、材質等は、上述した実施形態に限らず、適宜変更可能である。

図１は、第１の実施形態に係る非水系二次電池を一部破断して示す斜視図。 図２は、前記非水系二次電池の一部を示す断面図。 図３は、前記非水系二次電池の注液孔および封止栓を示す分解斜視図。 図４は、前記非水系二次電池の蓋体および封止栓を示す断面図。 図５は、前記非水系二次電池の製造工程をそれぞれ示す断面図。 図６は、この発明の第２の実施形態に係る非水系二次電池の一部を示す斜視図。 図７は、第２の実施形態に係る非水系二次電池の蓋体および封止栓を示す断面図。 図８は、第２の実施形態に係る非水系二次電池の製造工程をそれぞれ示す断面図。 図９は、他の実施形態に係る非水系二次電池の蓋体および封止栓を示す断面図。 図１０は、この発明の更に他の実施形態に係る非水系二次電池を示す斜視図。 図１１は、前記他の実施形態に係る非水系二次電池を示す分解斜視図。

符号の説明

１０…非水系二次電池、１２…外装容器、１２ａ…容器本体、１２ｂ…蓋体、
１６…電極体、２０ａ…正極端子、２０ｂ…負極端子、２２…注液孔、２３…段部、
２４…溝、３０…封止栓、３０ａ…フランジ、３２…圧力開放弁、３４…リブ、
３６…電解液注液機、３８…ノズル、４２…ポンプ、

Claims (7)

1. 外装容器と、
   外装容器内に収容された電極体および電解液と、
   前記外装容器に形成され、前記外装容器内に電解液を注入するための注液孔と、
   前記注液孔を封止しているとともに、圧力開放弁が形成された封止栓と、
   を備えた密閉型二次電池。
2. 前記外装容器は、前記注液孔の周囲に沿って形成された環状の段部と、前記段部に沿って形成された環状の溝と、を有し、
   前記封止栓は板状に形成され、前記段部に嵌合した周縁部および前記溝に係合した環状のリブを有している請求項１に記載の密閉型二次電池。
3. 前記外装容器は、前記注液孔の周囲に沿って形成された環状の段部を有し、
   前記封止栓は板状に形成され、前記外装容器の段部に嵌合した段部、および前記外装容器の表面に気密に係合したフランジを有している請求項１に記載の密閉型二次電池。
4. 前記外装容器は、開口部を有する容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞した蓋体と、前記蓋体に設けられた電極端子と、を備え、
   前記注液孔および封止栓は前記蓋体に設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の密閉型二次電池。
5. 外装容器と、前記外装容器内に収容された電極体および電解液と、前記外装容器に形成され、前記外装容器内に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止しているとともに、圧力開放弁が形成された封止栓と、を備えた密閉型二次電池の製造方法であって、
   前記外装容器内に前記電極体を収容し、
   前記外装容器を密閉し、
   前記外装容器に形成された注液孔を通して、前記電極体が収容された外装容器内に電解液を注入し、
   前記電解液の注入後、前記圧力開放弁が形成された封止栓により前記注液孔を封止する密閉型二次電池の製造方法。
6. 前記電解液を加圧しながら注入する請求項５に記載の密閉型二次電池の製造方法。
7. 前記外装容器の注液孔に、ノズルを気密に接続し、前記ノズルから前記電解液を注入する請求項６に記載の閉塞型二次電池の製造方法。

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