JP2012113854A - 二次電池セルおよび二次電池セルの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池蓋30には、外部正極端子32、外部負極端子42が設けられている。また、外部正極端子32と外部負極端子42の間の電池蓋30の上面には、第2〜第4の識別別情報表示部26〜28が形成されている。第2〜第4の識別別情報表示部26〜28は、それぞれ、異なる工程で形成されたものである。
【選択図】図1
Description
しかし、特許文献1に開示された二次電池セルでは、製造番号情報はケースの上面に記録されており、外部負極端子が側面に設けられている。このため、製造番号情報が読み取り可能な状態で、電極端子にプローブを接続する作業がしづらく効率が悪いものであった。
また、本発明の二次電池装置は、識別情報表示部に表示された識別情報を読み取り、選別して組み合わせた上記に記載された二次電池セルが複数個集合されたことを特徴とする。
(二次電池セル)
以下、本発明の二次電池セルおよび二次電池セルの製造装置を、図面を参照して説明する。
[二次電池セルの構造]
先ず、二次電池セルについて説明する。 図1は、本発明の二次電池セルの一実施の形態を示す外観斜視図であり、図2は、図1における電池容器の一部を除去した状態の斜視図であり、図3は、図1の分解斜視図である。
二次電池セル10は、例えば、角形リチウムイオン二次電池であり、全体として扁平形の直方体形状を有する。二次電池セル10は、大面積の長方形状の平面および背面と、この平面および背面間に配置された3つの側面を有する電池容器11と、電池容器11の上部の矩形形状の開口を覆う電池蓋ユニット3を有する。電池容器11の内部には、捲回群50が収納されている。電池蓋ユニット3は、電池蓋(蓋部材)30、正極接続ボルト31、外部正極端子32、外部正極端子板37、絶縁板36、正極集電板33、負極接続ボルト41、外部負極端子42、外部負極端子板47、絶縁板46、負極集電板43により構成されている。電池蓋30は、アルミニウム等の金属材料により形成され、電池容器11にレーザ溶接して封止されている。外部正極端子32および外部負極端子42を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部正極端子32および外部負極端子42を介して外部発電電力が捲回群50に充電される。
負極接続ボルト41と外部負極端子42とは、導電性部材で形成された外部負極端子板47により電気的に接続されている。外部負極端子板47と電池蓋30との間には、樹脂部材よりなる絶縁板46が介装され、外部負極端子板47と電池蓋30とが絶縁されている。
外部負極端子板47には、負極集電板43が接続されている(図3参照)。負極集電板43は、金属板よりなり、捲回群50の厚さ方向に可撓性を有する一対の接続部43aを有する。一対の接続部43aは捲回群50の厚さ方向において離間して設けられ、捲回群50の他側縁に配置された負極集電部(後述する、図4の負極合剤未処理部)52cに、相対向する面側から圧接により接続されている。
捲回群50は、正極電極51と負極電極52とを、第1、第2のセパレータ53、54を介在して扁平状に捲回して形成されたものである。
正極電極51は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極シート51aの両面に正極合剤層51bが塗工されたものである。正極合剤層51bは、一側縁に、正極シート51aが露出された正極合剤未処理部51cが形成されるように塗工されている。
負極電極52は、例えば、銅箔等からなる負極シート52aの両面に負極合剤層52bが塗工されたものである。負極合剤層52bは、正極合剤未処理部51cが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極シート52aが露出された負極合剤未処理部51cが形成されるように塗工されている。
このような構造とする理由は、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート52aが露出していると負極シート52aにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
正極集電板33の一対の接続部33aの間隔および負極集電板43の一対の接続部43aの間隔は、それぞれ、捲回群50の正極合剤未処理部51cが積層された厚さまたは捲回群50の負極合剤未処理部52cが積層された厚さより少し小さい。このため、正極集電板33の一対の接続部33aの間に捲回群50の正極合剤未処理部51cを、また、負極集電板43の一対の接続部43aの間に捲回群50の負極合剤未処理部52cを差し込めば、正極電極51が正極集電板33に接続され、負極電極52が負極集電板43に接続される。
なお、正極合剤未処理部51cの積層部と正極接続33aとは超音波溶接あるいは抵抗溶接により電気的に接続される。負極電極52も同様である。接続に際して正・負極合剤未処理部51c、52cの積層部を厚さ方向に押し潰した後、正・負極接続部33a、43aを溶接する。
以下、図5を参照して、図1〜図3に図示された二次電池セル10の製造方法の一実施の形態を説明する。
先ず、電極群作製工程において、捲回群50を作製する(ステップS1)。捲回群50を作製する方法は上述した通りである。ステップS1が完了したら、ステップS2において、捲回群50に第4の識別情報表示部25を形成する。
第4の識別情報表示部25には、上述した如く、捲回群50が製造された工場、ライン、製造日が確認できる製造番号が記録される。捲回群50の製造番号は、例えば、レーザを照射するレーザ印字あるいはインクジェットによる印字により捲回群50に直接記録する。
ステップS11で電池蓋30を作製する。
ステップS11が完了したら、ステップS12で電池蓋30に第1の識別情報表示部26を形成する。
図6は、第1の識別情報表示部26を形成する方法を示す図である。
上述した如く、第1の識別情報表示部26には、電池蓋30が製造された工場、ラインおよび製造日が確認できる製造番号が記録されている。電池蓋30を形成する材料である、アルミニウム等の金属板に、レーザマーカ91によりレーザを照射して、電池蓋30の製造番号を、直接、印字する。製造番号は、2次元のデータマトリックスに変換されて記録される。記録される電池蓋30の面は、外部正極端子32、外部負極端子42等が設けられる面と同一面である。金属板がアルミニウムの場合、レーザ出力は、5W以上とする必要がある。レーザの波長は、例えば、1060nmであるが、この波長に限られるものではない。
なお、電池蓋30への製造番号の印字は、電池蓋30の組立加工途中または電池蓋30の組立完了後とすることもできる。しかし、この場合には、製造番号を印字する前の工程において不良等になってラインから外された組み立て途中の電池蓋に対して管理が困難となるので、留意が必要である。
このようにして、電池蓋ユニット3を作製するステップS13が完了する。
ステップS21において、電池容器11を作製する。
次に、作製された電池容器11を用いて、ステップS22において電解液が未注入の電池セルを作製する。
これには、先ず、ステップS2において第4の識別情報表示部25が形成された捲回群50に電池蓋ユニット3を接続する。この接続は、上述した如く、正極集電板33の一対の接続部33aの間に捲回群50の正極合剤未処理部51cを、また、負極集電板43の一対の接続部43aの間に捲回群50の負極合剤未処理部52cを差し込み溶接することにより行われる。
ステップS22が完了したら、ステップS23において、電池蓋30に第2の識別情報表示部27を形成する。上述した如く、第2の識別情報表示部27には、捲回群50の製造番号に直接または間接的に関連する製造情報番号が表示されている。
先ず、捲回群50の第4の識別情報表示部25に表示されている捲回群50の製造番号を2次元のリーダ(読取装置)73で読み取る。リーダ73で読み取った情報はレーザマーカ92に送信される。そして、電池セルの製造番号としてデータマトリックスに変換し、そのまま、レーザマーカ92により電池蓋30の上面にレーザを照射して印字を行う。電池蓋30がアルミニウム金属板である場合には、上述した通り、予め、印字する領域にレーザを照射して下地処理を行うことが望ましい。
第2の識別情報表示部27に記録される識別情報は、第4の識別情報表示部25に記録されている製造番号と同一とすることが望ましい。この場合、第4の識別情報表示部25の製造番号と同一でなくても、第4の識別情報表示部25の製造番号に対応付けられる番号・符号であっても差し支えない。ここでは、製造番号と同一または対応付けられた番号・符号を含めて、電極群製造情報番号という。電池蓋30には、既に、電池蓋30の製造番号が印字されているので、第2の識別情報表示部27の形成を省略することもできる。しかし、二次電池セル10の電池性能は、捲回群50の特性に強く依存するので、捲回群50の製造番号に対応する識別情報を、容易に読み取りが可能な電池蓋30の上面に表示しておくことで、トレーサビリティに対する品質が大幅に向上する。
電解液は、電池蓋30の注液部13から所定量注入する。
電解液としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とジエチルカーボネート(DEC)の体積比1:1:1の混合溶液中に六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lとなるように溶解した非水電解液を用いる。
注液部13から電解液を注入した後は、注液口を封止栓で封止しておく。
充放電・エージング工程では、先ず、ステップS31において、二次電池セル10を充放電させ、次に、ステップS32においてエージングを行う。
図8は、ステップS31および32の工程を説明するための図である。
検査装置70は、外部正極端子32および外部負極端子42に接続される一対のプローブ71、72と、2次元のリーダ76とが、支持部材74に取り付けられた構造を有する。正極用および負極用のプローブ71、72の先端と、蓋部材の識別情報を読み取るリーダとが、正極用および負極用のプローブの先端と、リーダ76の読取面(図示せず)とは、同一方向である下面側に向けた状態で支持部材74に一体的に取り付けられている。一対のプローブ71と72とは充放電検査回路75に接続されている。充放電検査回路75は、図示はしないが、二次電池セル10の電池性能、例えば、電圧値および内部抵抗値の測定回路を有する。また、充放電検査回路75には、二次電池セル10を充電する定電流電源や放電用負荷(いずれも図示せず)が接続されている。
エージングが完了したら、ステップS33において、充放電検査回路75にて電池性能の検査を行う。電池性能を示す特性としては、例えば、電圧値および内部抵抗値がある。
充放電検査回路75にて測定された電圧値および内部抵抗値は、リーダ76により読み取られた捲回群50の製造番号と共にデータベースに記憶、保持される。
ステップS31〜33の工程を行う際、二次電池セル10の第1および第2の識別情報表示部26、27は、外部正極端子32および外部負極端子42が配列された電池蓋30の上面に形成されている。また、検査装置70には、外部正極端子32および外部負極端子42に接続される一対のプローブ71、72と、リーダ76とが一体化されている。このため、プローブ71、72と外部正極端子32、外部負極端子42との接続およびリーダ76による識別情報の読み取りが容易となり、能率的に行うことができる。
図9は、第3の識別情報表示部28の形成方法を示す図である。
先ず、図9(A)に図示されているように、二次電池セル10の第2の識別情報表示部27に記録されている識別情報をリーダ77で読み取る。第2の識別情報表示部27に記録されている識別情報は、上述した通り、電池性能と対応してデータベースに保持されている。リーダ77で読み取った識別情報により、データベースから対応する二次電池セル10の電池性能を読み出す。
なお、図9(A)および図9(B)に図示されている二次電池セル10は同一の二次電池セル10である。
このようにしてステップ34が完了すると、図1に図示された二次電池セル10が完成する。
図10は、二次電池装置100の一実施の形態を示す外観斜視図である。
二次電池装置100は、複数の二次電池セル10が、各電池蓋30を上方に向け、大面積の正面および背面を立てた姿勢で、かつ、正面および背面を交互に逆向きにした状態で、一列に配列されている。
二次電池セル10は、隣接する二次電池セル10同士の正面と背面とが相対向して配列されているので、隣接する二次電池セル10同士の正極接続ボルト31と負極接続ボルト41とが相対向する位置に配置されている。そして、1組おき毎に、隣接する二次電池セル10が、正極接続ボルト31と負極接続ボルト41によって締結されたセル間バスバー81により連結され、全体として直列に接続されている。
直線状に配列された複数の二次電池セル10は、回路容器60により束ねられている。回路容器60は、一端側の二次電池セル10の正面側と、他端側の二次電池セル10の背面側に配置された大面積の一対の本体部61、62と、本体部61と62を連結する一対の側部63(他方は図示されていない)を備えている。本体部61、62の一面および他面には、それぞれ、配線が形成されている。
図10に図示された二次電池装置100を製作するには、各二次電池セル10の電池蓋30に形成された第3の識別情報表示部28に記録された電池性能に関する情報を読み取り装置で読み取り、適切な電池性能を有する二次電池セル10を選択する。第3の識別情報表示部28には、エージング後の電池性能である、電圧値および内部抵抗等が記録されている。二次電池セル10を選択する場合、この電圧値および内部抵抗が所定の許容値内のものを選択して二次電池装置100を製作することが可能となる。
従って、二次電池セル10に第3の識別情報表示部28を形成することにより、より性能の高い二次電池装置100を効率よく作製することができる。
図11は、二次電池セル10および二次電池装置の実施形態2を示す外観斜視図である。
実施形態2が実施形態1と相違する点は、第1〜第3の識別表示装置26〜28の配列位置である。
実施形態1の二次電池装置100においては、各二次電池セル10における電池蓋30の幅方向のほぼ中央部に開裂弁12および注液部13が設けられ、第1、第2の識別情報表示部26、27は開裂弁12と外部正極端子32との間に配置され、第3の識別情報表示部28は注液部13と外部負極端子42との間に配置されているものであった。
これに対し、実施形態2の二次電池装置100Aにおいては、各二次電池セル10Aにおける電池蓋30の幅方向のほぼ中央部に第3の識別情報表示部28が配置されている。また、第3の識別情報表示部28と外部正極端子32との間に第1、第2の識別情報表示部26、27が配置され、第3の識別情報表示部28と外部負極端子42との間に開裂弁12および注液部13が設けられている。
実施形態2の他の構成は実施形態2の場合と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付してその説明を省略する。
図12は、第3の識別情報表示部28の形成方法の別の実施形態を示す。
この実施形態では、充放電のエージング後に、レーザマーカ94により、電池性能に関する識別情報を印字する際、同時に、外部負極端子42または外部正極端子32をレーザスキャンするものである。図12では、外部負極端子42をレーザスキャンする場合で示している。
外部正極端子32および外部負極端子42の表面には、通常、異物が付着されており、外部装置との接続の際、導通不良を起こしやすい。このため、レーザの照射により、外部正極端子32上および外部負極端子42上の異物を消去することが望ましい。
この実施形態では、レーザマーカ94により、電池性能に関する識別情報を印字する工程において、外部負極端子42および外部正極端子32の表面を清浄化するので、作業効率が向上する。
(1)第1、第2の識別情報表示部26、27を、外部正極端子32および外部負極端子42が設けられた電池蓋30の上面に形成したので、識別情報の読み取りと電池性能の充放電エージングとを能率的に行うことができる。
(2)エージング後の電池性能を、第2の識別情報表示部27に記録された情報と対応付けて記憶するようにした。このため、この後、第2の識別情報表示部27に記録された情報を読み取って、電池性能を印字することが可能となり、電池性能を印字することにより、トレーサビリティが良好となる。
(4)第2の識別情報表示部27に記録される情報を、捲回群50の製造番号と同一または対応する番号・符号を含む電極群製造情報番号とした。このため、二次電池セル10を分解すること無く、電池性能に大きく影響する捲回群50の製造番号を確認することが可能となり、トレーサビリティが向上する。
(7)実施形態2の如く、第3の識別情報表示部28を二次電池装置100Aの電池蓋30における幅方向のほぼ中央部に形成した。これにより、第3の識別情報表示部28に記録された電池性能を読み取る際、二次電池装置100Aのまま、読み取ることが容易となり、トレーサビリティが良好となる。
また、上記実施の形態に示した二次電池セル10、二次電池装置100を、コンピュータシステムやサーバシステムなどに用いられる無停電電源装置、自家用発電設備に用いられる電源装置など、電動車両以外の電源装置を構成する蓄電装置にも適用することもできる。
10 二次電池セル
11 電池容器
25 第4の識別情報表示部
26 第1の識別情報表示部
27 第2の識別情報表示部
28 第3の識別情報表示部
30 電池蓋
32 外部正極端子
42 外部負極端子
50 捲回群
60 回路容器
70 検査装置
71、72 プローブ
73、76、77 リーダ(読取装置)
91〜94 レーザマーカ
Claims (14)
- 正極電極と負極電極がセパレータを介して重ね合わされてなる電極群と、
前記正極電極および負極電極が接続される外部正極端子および外部負極端子が配置された蓋部材と、
少なくとも前記蓋部材が取り付けられる側に開口部を有し、前記電極群が収納され、電解液が注入される容器とを具備し、
前記蓋部材の上面に、製造情報および電池性能に関する情報の少なくとも一方を示す識別情報が表示された識別情報表示部が形成されていることを特徴とする二次電池セル。 - 請求項1に記載の二次電池セルにおいて、前記識別情報表示部に表示された識別情報は、電池の電圧および内部抵抗を示す情報を含むことを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1または2に記載の二次電池セルにおいて、前記蓋部材の表面に、異なる工程において付された識別情報が表示された複数の識別情報表示部が形成されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池セルにおいて、前記蓋部材の表面に、電池性能に関する情報が表示された第1の識別情報表示部と、前記蓋部材形成時、前記蓋部材に前記外部正極端子および前記外部負極端子を配置した蓋ユニット形成時または前記電極群形成時のいずれかの製造番号を表示する第2の識別情報表示部が形成されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の二次電池セルにおいて、前記蓋部材の表面に、電池性能に関する情報が表示された第1の識別情報表示部と、前記蓋部材形成時の製造番号を表示する第2の識別情報表示部と、前記蓋ユニット形成時の製造番号を表示する第3の識識別情報表示部と、前記電極群形成時の製造番号に関連する識別情報を表示する第4の識別情報表示部が形成されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の二次電池セルにおいて、前記蓋部材に、開裂弁が設けられていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の二次電池セルにおいて、前記蓋部材に前記電解液を注入する注液口が設けられていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項6または7に記載の二次電池セルにおいて、前記外部正極端子、前記外部負極端子、前記識別情報表示部および前記開裂弁は前記蓋部材の幅方向に間隔を置いて配置され、前記開裂弁が、前記蓋部材の幅方向の中央部に配置されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の二次電池セルにおいて、前記外部正極端子、前記外部負極端子および前記識別情報表示部は前記蓋部材の幅方向に間隔を置いて配置され、電池性能に関する情報が表示された前記識別情報表示部が、前記蓋部材の幅方向の中央部に配置されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項1乃至9に記載の二次電池セルにおいて、前記識別情報表示部にエージング後の電池性能に関する識別情報が表示されていることを特徴とする二次電池セル。
- 請求項10に記載の前記識別情報表示部に表示された識別情報を読み取り、選別して組み合わせた前記二次電池セルが複数個、集合されたことを特徴とする二次電池装置。
- 正極電極と負極電極を有する電極群が収容され、電解液が注入された容器と、前記電極群の正極電極に接続される外部正極端子と負極電極に接続される外部負極端子とが配置され、かつ、上面に識別情報表示部が形成された蓋部材とを有する二次電池セルの製造装置であって、
前記外部正極端子および前記外部負極端子にそれぞれ接続される正極用および負極用のプローブと、前記蓋部材の識別情報を読み取るリーダとが、前記正極用および負極用のプローブの先端と、前記リーダの読取面とが同一方向を向いて一体化された読取装置と、
前記正極用および負極用のプローブに接続され、二次電池セルを充放電する充放電回路と、
前記充放電回路による充放電の所定時間後に、二次電池セルの電池性能を測定する検査回路とを備えることを特徴とする二次電池セルの製造装置。 - 請求項12に記載の二次電池セルの製造装置において、前記蓋部材に設けられた前記識別情報表示部に前記電極群の製造番号が表示され、さらに、前記検査回路で測定した二次電池セルの電池性能を前記電極群の製造番号に関連付けて記憶する記憶部と、前記製造番号に対応する前記二次電池セルの電池性能を前記記憶部から読み出して前記蓋部材に印字する印字手段とを備えていることを特徴とする二次電池セルの製造装置。
- 請求項13に記載の二次電池セルの製造装置において、前記印字手段は、前記外部正極端子および外部負極端子の表面を清浄にする手段を有することを特徴とする二次電池セルの製造装置。
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