JP2010135242A - 電池ケースの洗浄方法および電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケース内の異物の残留を抑制する電池ケースの洗浄方法および電池を提供すること。
【解決手段】電池は，電池ケース１の底部１２に，排水孔１４を有している。そして，この電池ケース１の内側の洗浄の際に，電池ケース１の開口部１１と排水孔１４とを開放状態とし，洗浄液を開口部１１から導入する。洗浄液は，電池ケース１の側面あるいは底面を流れ，排水孔１４から排出される。つまり，洗浄液は，開口部１１から導入されつつ，排水孔１４から排出され，電池ケース１内を貫通する。そのため，電池ケース１の洗浄中は，電池ケース１内に洗浄液の流れが生じ，金属異物等の付着物９が洗浄液とともに電池ケース１の外側へ排出される。
【選択図】 図４

Description

本発明は，電池の発電要素を収容する電池ケースの洗浄方法および電池ケースを備えた電池に関する。さらに詳細には，当該電池ケースの内側表面の洗浄方法に関するものである。

従来から，電池の発電要素を収容する有底缶状の電池ケースは，プレス加工等によって成形される。この電池ケースの成形の際，ケース表面には，油分や塵のほか，金属異物が付着する。この電池ケースの内側表面に付着した金属異物は，発電要素の電極に触れただけでも，短絡等の品質不良の原因となり得る。そのため，このような異物が電池ケースの内側に残留しないように，発電要素を収容する前に電池ケースの内側を洗浄している。

有底缶状の電池ケースでは，例えば，電池ケースの開口部から洗浄液を流し込むことによってその内側表面の洗浄が行われる。すなわち，開口部が上側を向くように電池ケースを配置し，その開口部から洗浄液を導入する。そして，洗浄液が電池ケース内部を満たした後は，開口部が下側を向くように電池ケースを反転し，洗浄液を排出する。この他，電池ケースの洗浄に関する技術としては，例えば特許文献１に開示された電池用金属缶の洗浄装置がある。
特開２００５−１００７８４号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，金属異物の多くは，電池ケース内部が洗浄液で満たされた際に，電池ケースの底面に滞留する。従来の洗浄方法では，洗浄液を導入時と同じ開口部から排出することになるが，この洗浄液の排出の際に，底面に滞留した金属異物が電池ケースの表面に再付着することがある。そのため，金属異物を除去しきれない。

本発明は，前記した従来の電池ケースが有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，電池ケース内の異物の残留を抑制する電池ケースの洗浄方法および電池を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた電池ケースの洗浄方法は，開口部を有する有底缶状の電池ケースの洗浄方法であって，その電池ケースには，開口部と対向する底部に，その底部を貫通する孔である排水孔が設けられ，その電池ケースの内側表面の洗浄の際に，開口部から洗浄液を導入しつつ，その洗浄液を排水孔から排出することを特徴としている。また，本発明は，発電要素と，発電要素を収容し，開口部を有する有底缶状の電池ケースと，電池ケースの開口部を封止する封口蓋と，電池ケースの開口部と対向する底部に位置し，その底部を貫通する孔である排水孔と，排水孔を封止する封止部材とを備えることを特徴とする電池を含んでいる。

本発明の電池の電池ケースは，その底部に排水孔を有している。そして，電池ケースの内側表面の洗浄の際に，電池ケースの開口部と排水孔とを開放状態とし，洗浄液を開口部から導入する。洗浄液は，電池ケースの側面あるいは底面を流れ，排水孔から排出される。すなわち，本発明では，洗浄液の導入口（開口部）と排出口（排水孔）とが別であり，洗浄液が開口部から排水孔に向かって電池ケース内を貫通する。そのため，電池ケースの洗浄中は，電池ケース内に洗浄液が貯留せず，金属異物等の付着物が洗浄液とともに排出される。これにより，電池ケースの内側での付着物の滞留を低減できる。また，付着物の滞留を低減できることから，この電池ケースを利用した電池は信頼性が高い。

また，本発明の電池ケースの底部は，排水孔を頂部とし，その頂部に向かうほど開口部からの深さが深くなるようなテーパ面をなしているとよりよい。すなわち，底部をテーパ面とすることで，排水孔に向かう水流が底部に形成される。つまり，底部のテーパ面が洗浄液を排水孔に向けてガイドする。これにより，より効率的に洗浄液を排出することができる。

また，本発明の電池ケースの底部は，電池ケースの胴体部との間で構成される内側角部の角度が鈍角となるようなテーパ面をなしているとよりよい。すなわち，電池ケース内部の角部が鈍角であることから，電池ケース内部の角付近の洗浄液の流れがスムーズになる。よって，より効率的に洗浄液を排出することができる。

また，本発明の電池ケースの排水孔は，電池ケースの内側に導入される電解液の注入口を兼ねるとよりよい。すなわち，排水孔が電解液の注入口の機能を兼ねることで，電池ケースに開ける孔の数を増やすことなく，付着物の残留を低減できる。

また，本発明の電池ケースの底部には，排水孔が複数設けられているとよりよい。すなわち，排水孔が複数あることで，洗浄液をより早期に排出することができる。あるいは，同じ洗浄時間であっても水量を多くし，洗浄効果を高めることができる。

本発明によれば，電池ケース内の異物の残留を抑制する電池ケースの洗浄方法および電池が実現される。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態は，発電要素が有底缶状の電池ケースに収納されたリチウムイオン蓄電池に本発明を適用したものである。図１は，本形態のリチウムイオン蓄電池１００の外観を示しており，図２は，図１に示したリチウムイオン蓄電池１００の図中奥行き方向に直交する断面の様子を示している。

［電池の構成］
本形態のリチウムイオン蓄電池１００は，発電要素６０と，発電要素６０を収容し，リチウムイオン蓄電池１００の外殻を形成する外装部５０とを有している。外装部５０の内側全面には，不図示の絶縁フィルムが貼付されている。

また，外装部５０は，容器となる電池ケース１と，電池ケース１の開口部を封止する封口蓋２とを有している。電池ケース１は，アルミニウム，アルミニウム合金等の金属材からなり，封口蓋２は，アルミニウム，めっき鋼板，ステンレス鋼板等の金属材からなる。電池ケース１や封口蓋２に利用する金属材は，成形が容易であって，剛性があるものであればよい。

電池ケース１は，図３に示すように，有底矩形の箱体，すなわち上面が開口した直方体をなしている。本形態では，開口している部分を開口部１１とし，開口部１１と対向する底面部分を底部１２とし，底部１２の縁辺と連続する胴体部分を胴部１３とする。電池ケース１は，図１に示したように，発電要素６０を収納しており，矩形板状の封口蓋２で開口部１１を塞ぐことによって発電要素６０を密封をしている。具体的に，外装部５０は，電池ケース１と封口蓋２とがレーザ溶接によって一体となっている。

また，電池ケース１の底部１２には，底部１２を貫通する孔である排水孔１４が設けられている。排水孔１４の直径は，電池ケース１内に導入された洗浄液を円滑に排水可能なサイズであればよく，電池ケース１のサイズや洗浄液の導入量によって適宜設計される。

さらに，外装部５０は，図２に示したように，排水孔１４と嵌合する排水栓１５を備え，電池ケース１内部の洗浄後であって発電要素６０を収容した状態では，排水孔１４は排水栓１５によって封止される。なお，排水孔１４を封止する部材は，排水孔１４と嵌合可能な栓材に限らず，例えば板状のシール材を排水孔１４のいずれか一方の開口部上に貼付するように構成してもよい。

また，底部１２の内側底面は，底部１２の縁辺から排水孔１４に向かって開口部１１からの深さＤが深くなるようにテーパ面をなしている。具体的に本形態では，電池ケース１の底部１２の板厚が，底部１２の縁辺から排水孔１４に向かって薄くなっている。すなわち，底部１２の板厚は，縁辺が最も厚く，排水孔１４の縁が最も薄い。また，底部１２の縁辺からテーパ形状をなすことから，電池ケース１の内側の底部１２と胴部１３との間でなす角部の角度θが鈍角になる。このテーパ面の角度は，電池ケース１のサイズや底部１２の強度によって適宜設計される。なお，電池ケース１の外観は直方体であり，底部１２の外側底面は平面である。

封口蓋２には，封口蓋２を貫通し，封口蓋２から外装部５０の外側に向けて突出する正極端子部３１及び負極端子部３２が取り付けられている。正極端子部３１の封口蓋２への取り付け箇所には，樹脂製の絶縁部材３３が介在し，正極端子部３１と封口蓋２とを絶縁している。同様に，負極端子部３２の封口蓋２への取り付け箇所には，樹脂製の絶縁部材３４が介在し，負極端子部３２と封口蓋２とを絶縁している。また，封口蓋２には，矩形板状の安全弁２３も溶接されている。安全弁２３は，封口蓋２を貫通する注液孔２４を封止しており，その注液孔２４から電解液が注入される。

発電要素６０は，帯状の正極板６１と負極板６２とをポリエチレンからなるセパレータを挟んで捲回し，扁平状にしたものである。正極板６１は，クランク状に屈曲した板状の正極端子部３１と接合され，負極板６２は，同じくクランク状に屈曲した板状の負極端子部３２と接合されている。

正極板６１は，帯状のアルミ箔の両面に不図示の正極活物質層を担持している。この正極活物質層には，例えば，正極活物質のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂ ），導電剤のアセチレンブラック，および結着剤のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）が含まれる。また，負極板６２は，帯状の銅箔の両面に不図示の負極活物質層を担持している。この負極活物質層には，例えば，グラファイトおよび結着剤が含まれる。また，不図示の電解液は，エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを，体積比でＥＣ：ＥＭＣ＝３：７に調整した混合有機溶媒に，溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）を添加し，リチウムイオンを１ｍｏｌ／ｌの濃度とした有機電解液である。正極板６１，正極活物質層，負極板６２，負極活物質層，電解液に利用される物質は，一例であり，一般的に電池に利用されるものを適宜選択すればよい。

［電池ケースの洗浄工程］
続いて，電池ケース１の洗浄方法について，図４の概略図を参照しつつ説明する。本洗浄工程は，封口蓋２や排水栓１５の組み付け前であり，電池ケース１の開口部１１や排水孔１４は開放状態である。

図４（Ａ）は，電池ケース１の洗浄前の状態を示している。電池ケース１の内側表面には，油分や塵のほか，多数の金属異物９が付着している。金属異物９は，電池ケース１の底面に限らず，側面にも付着している。

図４（Ｂ）は，電池ケース１の内側に，洗浄液を導入した状態を示している。図中の細線矢印は洗浄液の流入方向を示している。洗浄液は，電池ケース１の開口部１１から電池ケース１の内側側面および底面に向けて導入される。電池ケース１内に導入された洗浄液は，側面および底面を伝い，排水孔１４から排出される。すなわち，洗浄液は，電池ケース１の上面の開口部１１から導入され，開口部１１とは異なる開口箇所である排水孔１４から排出される。このとき金属異物９は，洗浄液によって電池ケース１の内側表面から剥離され，洗浄液とともに排水孔１４に向かって流される。

図４（Ｃ）は，電池ケース１の内側に，所定の時間連続して洗浄液を導入した後の状態を示している。金属異物９は，電池ケース１の内側表面から剥離され，洗浄液によって流されることで，洗浄液とともに電池ケース１の外側に排出される。洗浄液による洗浄処理後は，乾燥処理して洗浄工程を終了する。

なお，洗浄工程後は，排水孔１４を排水栓１５によって封止し，電池ケース１内に発電要素６０を組み込む。そして，封口蓋２を溶接して外装部５０を形成し，発電要素６０を外装部５０内に封止する。その後，封口蓋２に設けられた注液孔２４から電解液を注入する。その後，安全弁２３を溶接してリチウムイオン蓄電池１００を形成する。

［洗浄工程の評価］
続いて，電池ケースの洗浄工程の評価結果について説明する。図５は，本試験の評価結果を示している。本試験では，３種類の電池ケースについて洗浄を行い，乾燥処理後に電池ケースの内側表面に残留する直径５０μｍ以上の異物を数え，５個以上の異物が発見された場合には不良とし，５個よりも少なければ良好と判定した。

電池ケースとしては，図５に示した３つのアルミケースについて評価を行った。１つ目の電池ケース（ケース１）は，電池ケースの底部に排水孔がないタイプ（従来の形態）である。２つ目の電池ケース（ケース２）は，電池ケースの底部に排水孔があり，底部内側が平面であるタイプ（本発明の形態１）である。３つ目の電池ケース（ケース３）は，電池ケースの底部に排水孔があり，底部内側がテーパ面である実施例のタイプ（本発明の形態２）である。

試験条件は，次の通りである。なお，排水孔は１つであり，底部の長さ方向および幅方向の中央に配置されているものとする。
サイズ：板厚Ｔ＝１ｍｍ（ただし，ケース３についてはテーパ面である底部の最小厚Ｔｍｉｎ＝１ｍｍ，最大厚Ｔｍａｘ＝２ｍｍ），
長さＬ（図３のＸ方向）＝１５０ｍｍ，
幅Ｗ（図３のＹ方向）＝３０ｍｍ，
高さＨ（図３のＺ方向）＝１００ｍｍ，
排水孔径φ＝５ｍｍ
試験数：３０個

ケース１では，図５に示したように平均１５個の異物が確認され，殆どの電池ケースが不良となった。これは，洗浄液を排出する際に，底部に滞留した異物の多くが再付着したものと考えられる。一方，ケース２では，平均２個の異物が確認され，殆どの電池ケースが良好となった。すなわち，殆どの異物が洗浄液とともに排水孔から排出されたものと考えられる。

また，ケース３では，殆どの電池ケースで異物が確認されず，平均が０に近い値となった。すなわち，ケース２でも，異物除去の十分な効果は得られるが，電池ケース内部の角部では洗浄液の流れが弱く，異物が残留しがちである。ケース３では，底部がテーパ面であり，角部の角度が鈍角であることから，電池ケース内部の角付近を含めて洗浄液の流れがスムーズである。また，底部に達した洗浄液がテーパ面によって排水孔にガイドされる。そのため，ケース２と比較して，より多くの異物を除去することができたものと考えられる。

［第１の応用例］
続いて，実施の形態の応用例について説明する。第１の応用例では，電解液を電池ケース１の排水孔１４から注入する。この点，電解液を封口蓋２の注液孔２４から注入する実施の形態と異なる。

すなわち，洗浄工程後は，電池ケース１内に発電要素６０を組み込む。そして，封口蓋２を電池ケース１に溶接して外装部５０を形成し，発電要素６０を外装部５０内に封止する。安全弁２３は，あらかじめ封口蓋２に溶接された状態であってもよいし，封口蓋２を電池ケース１に溶接した後に溶接してもよい。その後，排水孔１４が上側を向くように配置し，排水孔１４から電解液を注入する。電解液の注入後は排水栓１５によって排水孔１４を封止する。これにより，リチウムイオン蓄電池１００を形成する。

第１の応用例では，排水孔１４が電解液の注液孔としての機能を兼ねる。そのため，封口蓋２に注液孔は不要である。つまり，第１の応用例では，実施の形態と比較して，外装部５０に開ける孔の数を少なくすることができ，その構造がシンプルになる。

［第２の応用例］
第２の応用例では，電池ケース１の底部１２に複数の排水孔を設ける。この点，電池ケース１の底部１２に１つの排水孔１４が設けられた実施の形態とは異なる。

本応用例の電池ケース１０は，図６に示すように，底部１２に２つの排水孔１４１，１４２を設けている。電池ケース１０の底部１２は，実施の形態と同様に，排水孔１４１，１４２を頂部としたテーパ面をなしている。すなわち，開口部１１からの深さについて，排水孔１４１，１４２部分がその周辺よりも深い。そのため，洗浄液を開口部１１から導入すると，排水孔１４１に向かう流れと排水孔１４２に向かう流れとが形成される。

第２の応用例では，２つの排水孔１４１，１４２によって洗浄液を排水する。そのため，実施の形態と比較して，時間当たりの排水量が多く，洗浄時間が短縮される。あるいは，同じ洗浄時間であっても水量を多くし，洗浄効果を高めることができる。また，排水孔１４１，１４２が電解液の注液孔を兼ねるならば，早期に電解液を電極に馴染ませることができる。

以上詳細に説明したように本形態のリチウムイオン蓄電池１００では，電池ケース１の底部１２に排水孔１４を有している。そして，この電池ケース１の内側表面の洗浄の際に，電池ケース１の開口部１１と排水孔１４とを開放状態とし，洗浄液を開口部１１から導入している。洗浄液は，電池ケース１の側面および底面を流れ，排水孔１４から排出される。つまり，洗浄液は，開口部１１から排水孔１４に向かって電池ケース１内を貫通するため，電池ケース１の洗浄中は，電池ケース１内に洗浄液が貯留しない。そして，金属異物等の付着物９は，洗浄液によって電池ケース１の内側表面から剥離し，洗浄液とともに電池ケース１の外側へ排出される。これにより，電池ケース１の内側での付着物９の滞留を低減できる。また，付着物９の滞留を低減できることから，この電池ケース１を利用した電池は信頼性が高い。

また，本形態の電池ケース１の洗浄では，従来と比較して，電池ケース１内を洗浄液で満たす必要がなく，洗浄液は電池ケース１の内側表面を洗い流す分の量でよい。そのため，使用する洗浄液の量を少なくすることができる。

また，本形態の電池ケース１の洗浄では，洗浄液を導入しつつ排出している。すなわち，洗浄液が電池ケース１内に貯留しない。そのため，洗浄液を排出するための専用工程を別途設ける必要がない。よって，短時間で洗浄工程を終えることができる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態では，リチウムイオン蓄電池に本発明を適用しているが，電池の種類はこれに限るものでもない。すなわち，本発明における電池とは，化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する素子であればよく，ニッケル水素電池，ニッカド電池等にも適用可能であり，さらに蓄電池に限らず，一次電池，燃料電池，電解型コンデンサ等にも適用可能である。

また，実施の形態では，電池ケース１の外観形状を矩形としているが，これに限るものではない。すなわち，底部を有する容器であればよく，外観形状は例えば円筒形であってもよい。

実施の形態にかかるリチウムイオン蓄電池の概略構成を示す正面透視図である。 図１に示したリチウムイオン蓄電池の断面を示す図である。 リチウムイオン蓄電池の電池ケースの概略外観を示す図である。 実施の形態にかかるリチウムイオン蓄電池の洗浄工程を示す図である。 電池ケースの洗浄工程の評価結果を示す図である。 第２の応用例にかかるリチウムイオン蓄電池の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 電池ケース
１１ 開口部
１２ 底部
１３ 胴部
１４ 排水孔
１５ 排水栓
２ 封口蓋
２３ 安全弁
２４ 注液孔
３１ 正極端子部
３２ 負極端子部
５０ 外装部
６０ 発電要素
１００ リチウムイオン蓄電池

Claims (10)

1. 開口部を有する有底缶状の電池ケースの洗浄方法において，
   前記電池ケースには，前記開口部と対向する底部に，その底部を貫通する孔である排水孔が設けられ，
   前記電池ケースの内側表面の洗浄の際に，前記開口部から洗浄液を導入しつつ，その洗浄液を前記排水孔から排出することを特徴とする電池ケースの洗浄方法。
2. 請求項１に記載する電池ケースの洗浄方法において，
   前記電池ケースの底部は，前記排水孔を頂部とし，その頂部に向かうほど開口部からの深さが深くなるようなテーパ面をなしていることを特徴とする電池ケースの洗浄方法。
3. 請求項１または請求項２に記載する電池ケースの洗浄方法において，
   前記電池ケースの底部は，前記電池ケースの胴体部との間で構成される内側角部の角度が鈍角となるようなテーパ面をなしていることを特徴とする電池ケースの洗浄方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する電池ケースの洗浄方法において，
   前記洗浄液の排水後，前記排水孔から前記電池ケース内側に電解液を注入することを特徴とする電池ケースの洗浄方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載する電池ケースの洗浄方法において，
   前記電池ケースの底部には，前記排水孔が複数設けられていることを特徴とする電池ケースの洗浄方法。
6. 発電要素と，
   前記発電要素を収容し，開口部を有する有底缶状の電池ケースと，
   前記電池ケースの開口部を封止する封口蓋と，
   前記電池ケースの開口部と対向する底部に位置し，その底部を貫通する孔である排水孔と，
   前記排水孔を封止する封止部材とを備えることを特徴とする電池。
7. 請求項６に記載する電池において，
   前記電池ケースの底部は，前記排水孔を頂部とし，その頂部に向かうほど開口部からの深さが深くなるようなテーパ面をなしていることを特徴とする電池。
8. 請求項６または請求項７に記載する電池において，
   前記電池ケースの底部は，前記電池ケースの胴体部との間で構成される内側角部の角度が鈍角となるようなテーパ面をなしていることを特徴とする電池。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１つに記載する電池において，
   前記排水孔は，前記電池ケースの内側に導入される電解液の注入口を兼ねることを特徴とする電池。
10. 請求項６から請求項９のいずれか１つに記載する電池において，
    前記電池ケースの底部には，前記排水孔が複数設けられていることを特徴とする電池。

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