JP2013101789A - 密閉型電池の製造方法、密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡易にすることができる、密閉型電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】封止部材は、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成されたフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも小径に形成されたスリーブ６４と、を備え、スリーブ６４の先端部に、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部７１が配設されたブラインドリベット６１であり、仮封止部７１で注液孔３２ｂを仮封止する、仮封止工程と、スリーブ６４を注液孔３２ｂに挿入して仮封止部７１を電池容器の内部に圧入し、電池容器の内部と外部とを連通させる、連通工程と、スリーブ６４のうち、電池容器の内部に位置する部分である膨径部６３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、密閉型電池の製造方法、密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材に関し、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る要因となっていたのである。

本発明は、上記の状況を鑑み、製造工程を簡易にすることができる、密閉型電池の製造方法、密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材を提供する。

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、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池の製造方法であって、前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットであり、前記仮封止部で前記注液孔を仮封止する、仮封止工程と、前記スリーブを前記注液孔に挿入して前記仮封止部を電池容器の内部に圧入し、電池容器の内部と外部とを連通させる、連通工程と、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分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、請求項１に記載の密閉型電池の製造方法により製造したものである。

請求項３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、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池であって、前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットであり、前記スリーブが前記注液孔に挿入されて前記仮封止部が電池容器の内部に配置された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジで前記注液孔が封止されたものである。

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を備える密閉型電池の前記注液孔を封止する、密閉型電池の封止部材であって、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットで構成され、前記仮封止部で前記注液孔を仮封止し、前記スリーブが前記注液孔に挿入されて前記仮封止部が電池容器の内部に圧入されることにより、電池容器の内部と外部とを連通し、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジが前記注液孔を封止するものである。

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することができる。

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。 同じく注液孔の近傍における仮封止前の状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍における仮封止している状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍において仮封止部を圧入している状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍において注液孔を連通した状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍における封止前の状態を示した断面図。

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ＰＦＡ（パーフルオロアルコシキエチレン）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。
上面部３２ａは蓋部３２の上面で注液孔３２ｂの周囲に形成された平坦な面であり、図２に示す如く、上面部３２ａに当接するように、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の径よりも小径に形成されて注液孔３２ｂに挿通された筒状のスリーブ６４と、当該スリーブ６４から延出されるとともにスリーブ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４から図８に示すように、注液孔３２ｂを封止する前は、鍔状のフランジ６２と、注液孔３２ｂに挿通可能な筒状のスリーブ６４と、スリーブ６４の中途部であってスリーブ６４と略同径の膨径部６３と、スリーブ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。頭部６７ａは膨径部６３の近傍に配設されている。

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が膨径部６３を膨径頭部６３ａの如く膨径するように塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部６３ａを形成した後、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との間に上面部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。

一方、ブラインドリベット６１はスリーブ６４の先端部に、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部７１を備えている。具体的には、仮封止部７１は図２に示す如く、その下部である小径部７１ａ（図２における下側であり、電池容器である外装３０の内部側）が注液孔３２ｂの径よりも小径に縮径し、その上部である大径部７１ｂ（図２における上側）の径が注液孔３２ｂの径よりも大径に拡径した、円錐台状に形成されている。即ち、本実施形態における仮封止部７１は、小径部７１ａと大径部７１ｂとの間に形成される側面部７１ｃで、図５に示す如く注液孔３２ｂの上端（周縁部）に当接して注液孔３２ｂを塞ぐことが可能に形成されているのである。

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、その中央にスリーブ６４を挿通する挿通孔を有する。ガスケット３７は上面部３２ａにおいて、フランジ６２の下面と蓋部３２の上面部３２ａとの間で狭持される。ガスケット３７における挿通孔は仮封止部７１の大径部よりも小径に形成されるため、ブラインドリベット６１で注液孔３２ｂを封止する前は、図４に示すようにガスケット３７が仮封止部７１に載置された状態となる。

［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８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Ｓ０１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Ｓ０２においては、図４中の矢印Ａに示す如く、ブラインドリベット６１を下方に移動させて蓋部３２に近接させる。そして、図５に示す如く、仮封止部７１の側面部７１ｃを注液孔３２ｂの上端に当接させて注液孔３２ｂを塞ぐことにより、仮封止部７１で注液孔３２ｂを仮封止する（仮封止工程）。

その後、図３中に示すステップＳ０３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。しかし、注液孔３２ｂは前記の如く仮封止部７１で仮封止されているため、余剰ガスが外装３０の外部に流出することはない。

その後、図３中に示すステップＳ０４においては、図５中の矢印Ｂに示す如く、ブラインドリベット６１をさらに下方に移動させる。そして、スリーブ６４を注液孔３２ｂに挿入して仮封止部７１を電池容器である外装３０の内部に圧入する。この際、弾性体である仮封止部７１は、注液孔３２ｂを通過する時には図６に示す如く弾性変形して縮径する。前記の如く、本実施形態における仮封止部７１は大径部７１ｂよりも小径部７１ａが縮径した円錐台状であるため、注液孔３２ｂの内部を弾性変形しながら通過させやすいように形成されているのである。

その後、図３中に示すステップＳ０５においては、図６中の矢印Ｃに示す如く、ブラインドリベット６１をさらに下方に移動させ、仮封止部７１及び膨径部６３を外装３０の内部に挿入する。仮封止部７１は、注液孔３２ｂを通過して外装３０の内部に入った後には図７に示す如く元の形状に復元する。このとき、注液孔３２ｂの内周面とスリーブ６４の外周面との間には隙間があるため、電池容器である外装３０及び蓋部３２の内部と外部とが連通される（連通工程）。これにより、活性化処理において発生した外装３０内の余剰ガスが外部に排出される。

その後、図７中の矢印Ｄに示す如く、ブラインドリベット６１をさらに下方に移動させ、図８に示す如くフランジ６２の下面をガスケット３７の上面に当接させる。
さらに、図３中に示すステップＳ０６においては、図８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内部に挿入された膨径部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Ｓ０７においては、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との間に上面部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、本実施形態に係る密閉型電池の製造方法において、封止部材は、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成されたフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも小径に形成されたスリーブ６４と、を備え、スリーブ６４の先端部に、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部７１が配設されたブラインドリベット６１であり、仮封止部７１で注液孔３２ｂを仮封止する、仮封止工程と、スリーブ６４を注液孔３２ｂに挿入して仮封止部７１を電池容器の内部に圧入し、電池容器の内部と外部とを連通させる、連通工程と、スリーブ６４のうち、電池容器の内部に位置する部分である膨径部６３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が開口する電池容器である蓋部３２と、注液孔３２ｂを封止する封止部材と、を備える密閉型電池であって、封止部材は、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成されたフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも小径に形成されたスリーブ６４と、を備え、スリーブ６４の先端部に、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部７１が配設されたブラインドリベット６１であり、スリーブ６４が注液孔３２ｂに挿入されて仮封止部７１が外装３０の内部に配置された状態で、スリーブ６４のうち、外装３０の内部に位置する部分である膨径部６３が膨径するように塑性変形されることにより、フランジ６２で注液孔３２ｂが封止される。

つまり、本実施形態に係る封止部材は、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成されたフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも小径に形成されたスリーブ６４と、を備え、スリーブ６４の先端部に、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部７１が配設されたブラインドリベット６１で形成され、仮封止部７１で注液孔３２ｂを仮封止し、スリーブ６４が注液孔３２ｂに挿入されて仮封止部７１が外装３０の内部に圧入されることにより、電池容器の内部と外部とを連通し、スリーブ６４のうち、電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、フランジ６２が注液孔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、仮封止部７１による仮封止工程と一連の作業で、注液孔３２ｂをフランジ６２で封止する封止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交換して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。

また、本実施形態に係る電池１０の製造方法によれば、ブラインドリベット６１におけるスリーブ６４の先端部に配設された弾性体である仮封止部７１を注液孔３２ｂの上端に当接させて注液孔３２ｂを仮封止することにより、注液孔３２ｂを仮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。

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
６３ 膨径部
７１ 仮封止部

Claims (4)

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、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池の製造方法であって、
   前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットであり、
   前記仮封止部で前記注液孔を仮封止する、仮封止工程と、
   前記スリーブを前記注液孔に挿入して前記仮封止部を電池容器の内部に圧入し、電池容器の内部と外部とを連通させる、連通工程と、
   前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分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. 請求項１に記載の密閉型電池の製造方法により製造した、密閉型電池。
3. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池であって、
   前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットであり、
   前記スリーブが前記注液孔に挿入されて前記仮封止部が電池容器の内部に配置された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジで前記注液孔が封止されたことを特徴とする、密閉型電池。
4. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器を備える密閉型電池の前記注液孔を封止する、密閉型電池の封止部材であって、
   前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備え、該スリーブの先端部に、前記注液孔の径よりも大径に形成された弾性体である仮封止部が配設されたブラインドリベットで構成され、
   前記仮封止部で前記注液孔を仮封止し、
   前記スリーブが前記注液孔に挿入されて前記仮封止部が電池容器の内部に圧入されることにより、電池容器の内部と外部とを連通し、
   前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジが前記注液孔を封止することを特徴とする、密閉型電池の封止部材。

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