JP2013089322A - 密閉型電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程が簡易であり、製造コストを低減させることができる、密閉型電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口する電池容器である外装と、注液孔３２ｂの周囲に配置された仮封止部材７１と、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された封止部６２、及び、封止部６２から外装の側に突起する穿孔部を具備する封止部材６１と、を備える電池の製造方法は、仮封止部材７１で注液孔３２ｂを仮封止する、仮封止工程と、穿孔部で前記仮封止部材７１を穿孔することにより仮封止部材７１を開口するとともに、封止部６２で注液孔３２ｂを封止する、封止工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池及びその製造方法に関し、特に、電池容器の注液孔を封止する技術に関する。

従来、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の密閉型電池においては、充放電要素（正極、負極、セパレータ等）を電池容器内に収容し、電解液を注液した後に注液孔を封止する構造が知られている。

前記のような密閉型電池を製造する工程では、まず、注液孔を介して電池容器内に電解液を注液した後に、仮封止フィルム（第一封止フィルム）を注液孔の周囲に溶着して注液孔を仮封止する。そして、その状態で初期充電を行って電池を活性化した後、仮封止フィルムに孔を開けて電池容器の内外を連通するガス抜き通路を形成し、活性化処理において発生した電池容器内の余剰ガスを外部に排出する。さらに、内部の電解液が漏れないように電池を密閉するため、電池容器の注液孔を封止フィルム（第二封止フィルム）で封止するのである（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１８１９０６号公報

しかし、前記特許文献１に記載の技術は、仮封止フィルムに孔を開ける工程と、仮封止フィルムに開いた孔を封止フィルムで封止する工程とが別工程であり、それぞれを連続して行うことが難しいため、密閉型電池の製造工程が複雑となっていた。つまり、それぞれの工程に別の部材（例えば、仮封止フィルムに孔を開けるための穿孔具と、仮封止フィルムを封止するための封止フィルムなど）が必要であるために製造工程が増え、コスト増の要因となっていたのである。

本発明は、上記の状況を鑑み、製造工程が簡易であり、製造コストを低減させることができる、密閉型電池及びその製造方法を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔の周囲に配置された仮封止部材と、前記注液孔の径よりも大径に形成された封止部、及び、該封止部から前記電池容器の側に突起する穿孔部を具備する封止部材と、を備える密閉型電池の製造方法であって、前記仮封止部材で前記注液孔を仮封止する、仮封止工程と、前記穿孔部で前記仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記封止部で前記注液孔を封止する、封止工程と、を備えるものである。

請求項２においては、前記封止部材はフランジと挿入側端部とを備えたブラインドリベットであって、前記封止工程において、前記挿入側端部が前記仮封止部材を穿孔することにより、前記穿孔部として仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記挿入側端部の先端が膨径するように塑性変形させることにより、前記フランジが前記封止部として前記注液孔を封止するものである。

請求項３においては、前記仮封止部材は膜状部材であって、前記仮封止工程において、前記仮封止部材が前記注液孔の内側壁の少なくとも一部を被覆するように、前記仮封止部材を配置するものである。

請求項４においては、電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔の周囲に配置されて前記注液孔を仮封止する、仮封止部材と、前記注液孔の径よりも大径に形成された封止部、及び、該封止部から前記電池容器の側に突起する穿孔部を具備し、前記穿孔部で前記仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記封止部で前記注液孔を封止する、封止部材と、を備えるものである。

請求項５においては、前記封止部材はフランジと挿入側端部とを備えたブラインドリベットであって、前記挿入側端部が前記仮封止部材を穿孔することにより、前記穿孔部として仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記挿入側端部の先端が膨径するように塑性変形させることにより、前記フランジが前記封止部として前記注液孔を封止するものである。

請求項６においては、前記仮封止部材は膜状部材であって、前記注液孔の内側壁の少なくとも一部を被覆するように配置されるものである。

本発明によれば、密閉型電池の製造において、その製造工程を簡易にして、製造コストを低減させることができる。

第一実施形態に係る密閉型電池の概略構成を示す正面断面図。 同じく注液孔の近傍の構成を示した断面図。 同じく密閉型電池の製造方法に係る流れ図。 同じく注液孔を仮封止する構成を示した断面図。 同じく仮封止部材を穿孔する構成を示した断面図。 同じく注液孔を封止する構成を示した断面図。 第二実施形態に係る密閉型電池における注液孔の近傍の構成を示した断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

［電池１０］
図１を参照して、本発明に係る電池の第一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、密閉型のリチウムイオン二次電池である。なお、本発明が適用される対象はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池等の他の密閉型電池についても適用可能である。

電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する電池容器である外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子４０・４０と、それぞれの外部端子４０と外装３０との間に介装される絶縁部材５０・５１と、を具備する。

発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。

電池容器である外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角柱型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底角筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。蓋部３２において、後述するように外部端子４０・４０が挿通される箇所の間には、電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口している。
なお、本実施形態の電池１０は、外装３０が有底の角筒状に形成された角型電池に構成しているが、これに限るものではなく、例えば、外装３０が有底の円筒状に形成された円筒型電池に適用することも可能である。

外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
集電端子４５・４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。

それぞれの外部端子４０は、その外周面部に固定部材３５が嵌装されることにより、絶縁部材５０・５１を間に介して蓋部３２に対して絶縁状態で固定される。絶縁部材５０・５１の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が挙げられる。

外部端子４０・４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０・４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０・４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０・４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。

［注液孔３２ｂ］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る電池１０の注液孔３２ｂ近傍の構成について説明する。注液孔３２ｂは、上記の如く蓋部３２において外部端子４０・４０の間に位置するように開口して形成されている。注液孔３２ｂは、所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部３２の厚さ方向に蓋部３２を貫通する。注液孔３２ｂは、予め発電要素２０が収容された外装３０の内部に電解液を注液するために用いられる。注液孔３２ｂには、図１及び図２に示すように、封止部材であるブラインドリベット６１、及び、ガスケット３７が取り付けられる。

バーリング部３２ａは、蓋部３２と一体的に形成され、注液孔３２ｂの周縁部において蓋部３２の外側に向けて突出する環状の凸部である。換言すればバーリング部３２ａは、外装３０の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。バーリング部３２ａは、その上端に平面視環状の平坦な面である基面３２ｃを有する。バーリング部３２ａの外周部には、円環状のガスケット３７が配置される。

ブラインドリベット６１は、図２に示すように、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された封止部である鍔状のフランジ６２と、注液孔３２ｂに挿通された筒状のリベット本体６４と、当該リベット本体６４から延出されるとともにリベット本体６４より大径の膨径頭部６３ａと、から形成される。そして、ブラインドリベット６１は、フランジ６２と蓋部３２との間に環状のガスケット３７を挟持した状態で、蓋部３２にかしめられている。即ちブラインドリベット６１は、注液孔３２ｂの外周部とブラインドリベット６１との間に環状のガスケット３７を圧縮した状態で、注液孔３２ｂを封止している。

なお、ブラインドリベット６１は、図５に示すように、膨径頭部６３ａを塑性変形させる前は、鍔状のフランジ６２と、注液孔３２ｂに挿通可能な筒状のリベット本体６４と、フランジ６２から外装３０の側に突起して先端が鋭く形成された穿孔部である挿入側端部６３と、リベット本体６４内に収容されてフランジ６２から延び出るマンドレル６７とから成る。マンドレル６７は、その一端部がフランジ６２から一定長さだけ延出されるとともに、マンドレル６７の他端部には一端部より大径の頭部６７ａが形成されている。そして、締結工具等によって、フランジから延び出たマンドレル６７部分をフランジ６２から引抜くことによってマンドレル６７の頭部６７ａが挿入側端部６３を膨径するように変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部６３ａを形成した後、フランジ６２の側のマンドレル６７が破断して排出される。そうして、ブラインドリベット６１は、フランジ６２と膨径頭部６３ａとの間にバーリング部３２ａの外周部及びガスケット３７を挟持することによって双方を相互に連結して、注液孔３２ｂを封止する。

ガスケット３７は、円環板状の樹脂部材であり、注液孔３２ｂをシールするシール部材である。ガスケット３７は、その中央にバーリング部３２ａを挿通するバーリング挿通孔を有する。ガスケット３７はバーリング部３２ａの外周部において、フランジ６２の下面と蓋部３２の上面との間で狭持される。

フランジ６２の下面と基面３２ｃとの間には、図２に示す如く基材フィルム８１と仮封止部材である仮封止フィルム７１とが介装される。これらの基材フィルム８１及び仮封止フィルム７１は膜状の部材であり、本実施形態においては熱可塑性樹脂材料が用いられている。具体的には図４に示す如く、ポリプロピレン層７１ａ・７１ｃ（８１ａ・８１ｃ）でポリエチレンナフタレート層７１ｂ（８１ｂ）を挟んで形成された三層構造とされている。

基材フィルム８１は、その形状が基面３２ｃと略同一に形成された円環状の膜材でる。また、仮封止フィルム７１は、注液孔３２ｂの内側壁を被覆するように注液孔３２ｂの内周面の形状と略同一の形状に形成された筒状部７３と、筒状部７３の上端から外側に向かって鍔状に形成された円環部７２と、筒状部７３の下端を閉塞する底部７４（図４を参照）と、を有する。なお、底部７４は後述するように挿入側端部６３の先端によって連通孔７４ａが穿孔される。

基材フィルム８１は、後述するように、レーザ等の溶着手段により、基面３２ｃに溶着される。また、仮封止フィルム７１も同様に、レーザ等の溶着手段により、円環部７２が基材フィルム８１に溶着される。これにより、仮封止フィルム７１が注液孔３２ｂを仮封止するのである。そして、この状態で前記の如くブラインドリベット６１を注液孔３２ｂに取り付けることにより、フランジ６２の下面と基面３２ｃとの間に基材フィルム８１と仮封止部材である仮封止フィルム７１とを介装するのである。

［電池１０の製造方法］
次に、電池１０の製造方法について図３から図６を用いて説明する。なお、以下に記載する電池１０の製造方法における各工程は、収納部３１内に発電要素２０を収容し、収納部３１の開口部を蓋部３２で閉塞し、収納部３１と蓋部３２とを接合した後において行われる工程である。

まず、図３中に示すステップＳ１１においては、図４中の矢印Ａに示す如く、蓋部３２におけるバーリング部３２ａの外周部にガスケット３７を載置する。
次に、図３中に示すステップＳ１２においては、図４中の矢印Ｂに示す如く、バーリング部３２ａの上端に形成された平坦面である基面３２ｃに、レーザ等の溶着手段により基材フィルム８１を溶着する。

その後、図３中に示すステップＳ２１においては、注液孔３２ｂを介して外装３０の内部に電解液を注液する。具体的には、蓋部３２に開口形成された注液孔３２ｂを介して電解液を外装３０の内部に充填し、電極体である発電要素２０に電解液を浸透させるのである。

所定量の電解液が外装３０内に注液された後、図３中に示すステップＳ３１においては、図４中の矢印Ｃに示す如く、基材フィルム８１に、レーザ等の溶着手段により基材仮封止フィルム７１の円環部７２を溶着し、注液孔３２ｂを仮封止する（仮封止工程）。この際、仮封止フィルム７１の筒状部７３が、図５に示す如く注液孔３２ｂの内側壁を被覆する。
その後、図３中に示すステップＳ４１においては、初期の充電及び放電のサイクルを反復することにより、電池１０の活性化処理を行う。この際、活性化処理によって電池容器である外装３０の内部に余剰ガスが発生する。

その後、図３中に示すステップＳ５１においては、図５中の矢印Ｄに示す如く、ブラインドリベット６１の穿孔部である挿入側端部６３の先端で、仮封止フィルム７１の底部７４を穿孔して連通孔７４ａを開口し、外装３０の内部を外部と連通することにより、活性化処理において発生した外装３０内の余剰ガスを外部に排出する。
そして、仮封止フィルム７１の底部７４を穿孔する際に、ブラインドリベット６１の挿入側端部６３が注液孔３２ｂを通じて外装３０内部に挿入される。

さらに、図３中に示すステップＳ５２においては、図６中の矢印Ｅに示す如く、フランジ６２から延び出たマンドレル６７部分をフランジ６２から引抜くことによって、頭部６７ａが外装３０内部に挿入された挿入側端部６３を図２に示す膨径頭部６３ａの如く塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部６３ａを形成した後、マンドレル６７のうち、フランジ６２から延出した部分が破断する。

これにより、図３中に示すステップＳ５３において、図２に示す如く、フランジ６２を備えたブラインドリベット６１における封止部であるフランジ６２と、膨径頭部６３ａとの間にバーリング部３２ａ及びガスケット３７を挟持することによって双方を相互に連結して、注液孔３２ｂを封止するのである（封止工程）。こうして、外装３０を密閉状態として密閉型の電池１０が完成する。

上記の如く、本実施形態に係る方法は、電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口して形成された電池容器である外装３０と、注液孔３２ｂの周囲に配置された仮封止部材と、注液孔３２ｂよりも大きく形成された封止部、及び、封止部から外装３０の側に突起する穿孔部を具備する封止部材と、を備える電池１０の製造方法である。そして、本実施形態に係る電池１０の製造方法は、仮封止部材で注液孔３２ｂを仮封止する、仮封止工程と、穿孔部で前記仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材にを開口するとともに、封止部で注液孔３２ｂを封止する、封止工程と、を備える。

換言すれば、本実施形態に係る電池１０は、電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口して形成された、電池容器である外装３０と、注液孔３２ｂの周囲に配置されて注液孔３２ｂを仮封止する、仮封止部材と、注液孔３２ｂよりも大きく形成された封止部、及び、封止部から外装３０の側に突起する穿孔部を具備し、穿孔部で仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、封止部で注液孔３２ｂを封止する、封止部材と、を備える。

本実施形態に係る電池１０の製造方法によれば、仮封止フィルム７１における底部７４に連通孔７４ａを開口する工程と一連の作業で、注液孔３２ｂをフランジ６２で封止する工程を行うことができる。つまり、それぞれの工程を封止部材であるブラインドリベット６１だけで簡易に行うことができ、工程ごとに別の部材を用いる必要がないのである。即ち、電池１０の製造に係る工程を減らすことができるため、製造コストを低減させることが可能となるのである。

また、本実施形態においては封止部材として、フランジ６２と挿入側端部６３とを備えたブラインドリベット６１を用いている。即ち、挿入側端部６３が仮封止部材である仮封止フィルム７１の底部７４を穿孔することにより、穿孔部として仮封止フィルム７１に連通孔７４ａを開口するとともに、挿入側端部６３の先端が膨径するように塑性変形させることにより、フランジ６２が封止部として注液孔３２ｂを封止するのである。

本実施形態に係る電池１０の製造方法によれば、上記の如く封止部材としてブラインドリベット６１を用いることにより、フランジ６２から延び出たマンドレル６７部分をフランジ６２から引抜くだけで、ブラインドリベット６１をかしめてフランジ６２で注液孔３２ｂを封止することができるため、注液孔３２ｂを封止するための作業をより簡易にすることが可能となる。

なお、本実施形態において、封止部材としてブラインドリベット６１を用いたが、上記の如く封止部と穿孔部とを具備し、穿孔部で仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、封止部で注液孔３２ｂを封止することができれば、その構成は限定されるものではない。例えば、穿孔部で仮封止部材を穿孔した後に、封止部を塑性変形させてバーリング部３２ａに封止部材を固定するなどの構成とすることも可能である。

また、本実施形態に係る電池１０の製造方法によれば、仮封止部材は膜状部材の仮封止フィルム７１であって、注液孔３２ｂの内側壁を被覆するように配置されている。
これにより、ブラインドリベット６１の挿入側端部６３が注液孔３２ｂの内側壁に干渉することにより、内側壁が削り取られて金属製の異物が発生することを防止している。

詳細には、挿入側端部６３にはマンドレル６７及びその頭部６７ａが内装されているため、単純な穿孔ピンと比べるとその外径は大きくなる。この場合、挿入側端部６３の先端で仮封止フィルム７１の底部７４を穿孔して連通孔７４ａを開口する際に、挿入側端部６３が注液孔３２ｂの内側壁に当接して削り取り、金属製の異物が外装３０内に混入するおそれがある。

しかし、本実施形態においては、仮封止フィルム７１の筒状部７３が注液孔３２ｂの内側壁を被覆するように形成されているため、挿入側端部６３の先端で仮封止フィルム７１の底部７４を穿孔する際に、挿入側端部６３が注液孔３２ｂの内側壁に当接することを防止できるため、金属製の異物が外装３０内に混入することがないのである。

なお、図７に示す第二実施形態に係る電池によれば、仮封止フィルムの筒状部１７３が注液孔３２ｂの内側壁における上側の一部を被覆するように配置されている。即ち、本実施形態に係る仮封止フィルムの連通孔１７４ａは、注液孔３２ｂの上下方向における中途部に形成されている。
このような構成によっても、ブラインドリベット６１の挿入側端部６３が注液孔３２ｂの内側壁に干渉することにより、内側壁が削り取られて金属製の異物が発生する可能性を低減できる。

つまり、本実施形態においては、仮封止フィルムの筒状部１７３が注液孔３２ｂの内側壁の上側部分を被覆することにより、挿入側端部６３が注液孔３２ｂの内側壁に当接する可能性を大きく低減させているのである。即ち、本実施形態に係る仮封止フィルムの筒状部１７３は、注液孔３２ｂの内側壁の少なくとも一部を被覆することにより、金属製の異物が外装３０内に混入する可能性を大きく低減させることができるのである。

１０ 電池
３０ 外装（電池容器）
３２ 蓋部
３２ｂ 注液孔
６１ ブラインドリベット（封止部材）
６２ フランジ（封止部）
６３ 挿入側端部（穿孔部）
７１ 仮封止フィルム（仮封止部材）
７４ａ 連通孔

Claims (6)

1. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔の周囲に配置された仮封止部材と、前記注液孔の径よりも大径に形成された封止部、及び、該封止部から前記電池容器の側に突起する穿孔部を具備する封止部材と、を備える密閉型電池の製造方法であって、
   前記仮封止部材で前記注液孔を仮封止する、仮封止工程と、
   前記穿孔部で前記仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記封止部で前記注液孔を封止する、封止工程と、を備えることを特徴とする、密閉型電池の製造方法。
2. 前記封止部材はフランジと挿入側端部とを備えたブラインドリベットであって、
   前記封止工程において、前記挿入側端部が前記仮封止部材を穿孔することにより、前記穿孔部として仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記挿入側端部の先端が膨径するように塑性変形させることにより、前記フランジが前記封止部として前記注液孔を封止する、ことを特徴とする、請求項１に記載の密閉型電池の製造方法。
3. 前記仮封止部材は膜状部材であって、
   前記仮封止工程において、前記仮封止部材が前記注液孔の内側壁の少なくとも一部を被覆するように、前記仮封止部材を配置する、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の密閉型電池の製造方法。
4. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、
   前記注液孔の周囲に配置されて前記注液孔を仮封止する、仮封止部材と、
   前記注液孔の径よりも大径に形成された封止部、及び、該封止部から前記電池容器の側に突起する穿孔部を具備し、前記穿孔部で前記仮封止部材を穿孔することにより仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記封止部で前記注液孔を封止する、封止部材と、
   を備える、ことを特徴とする密閉型電池。
5. 前記封止部材はフランジと挿入側端部とを備えたブラインドリベットであって、
   前記挿入側端部が前記仮封止部材を穿孔することにより、前記穿孔部として仮封止部材に連通孔を開口するとともに、前記挿入側端部の先端が膨径するように塑性変形させることにより、前記フランジが前記封止部として前記注液孔を封止する、ことを特徴とする、請求項４に記載の密閉型電池。
6. 前記仮封止部材は膜状部材であって、前記注液孔の内側壁の少なくとも一部を被覆するように配置される、
   ことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の密閉型電池。

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