JP2014229444A

JP2014229444A - 蓄電装置

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Publication number: JP2014229444A
Application number: JP2013107285A
Authority: JP
Inventors: 覚央松戸; Akihisa Matsudo; 元章奥田; Motoaki Okuda; 雅巳冨岡; Masami Tomioka
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-21
Also published as: JP6052056B2

Abstract

【課題】簡単に製造できる注液孔を用いて溶接部にブローホールが形成されることを防止できるとともに、封止部材を決められた位置に精度良く溶接することができる蓄電装置を提供すること。【解決手段】二次電池１０は、蓋体１４に注液孔１８を備える。注液孔１８は、蓋体１４の外面１４ｂ寄りに位置するとともに封止部材３０が嵌合し、かつ一定の直径を有す嵌合孔１９と、嵌合孔１９より蓋体１４の内面１４ａ寄りで嵌合孔１９に連続し、かつ嵌合孔１９より縮径された連通孔２１と、連通孔２１より蓋体１４の内面１４ａ寄りで連通孔２１に連続する貫通孔２２と、を備える。蓋体１４は、嵌合孔１９の周縁１９ａと、貫通孔２２の周縁２２ａとを繋ぐ傾斜面２０を備えるとともに、連通孔２１は傾斜面２０に囲まれている。傾斜面２０は、溶接部３１から貫通孔２２に向かうほど封止部材３０の内面３０ａから離れるように傾斜している。【選択図】図３

Description

本発明は、ケースの壁部の厚み内に電解液の注液孔を有し、注液孔が封止部材によって封止されるとともに、封止部材と壁部が溶接された蓄電装置に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな二次電池（蓄電装置）は金属製のケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。二次電池の組立は、ケースのケース本体内に電極組立体を収容した後、ケースの蓋体をケース本体に溶接し、ケース本体の開口部を閉塞する。その後、蓋体の注液孔から電解液をケース内に注入した後、注液孔を塞ぐ封止部材を蓋体に溶接し、封止部材によって注液孔を封止する。

ところで、封止部材と蓋体の溶接時には、封止部材及び蓋体が高温に曝される。このため、溶融金属の一部が気化し、発生した気体が溶接位置に取り込まれ、溶接部にブローホールが形成されてしまう虞がある。そこで、溶接位置に発生する気体を逃がすことが提案されている（例えば特許文献１参照）。

図６に示すように、特許文献１の密閉型電池において、ケース８０には注液口８０ａが設けられるとともに、この注液口８０ａは蓋部材９０によって封止されている。また、ケース８０の外面には、注液口８０ａの周囲の全周に亘って延びるとともに蓋部材９０の裏面と対向する円溝８１が設けられている。また、ケース８０の外面には、蓋部材９０の周縁部９０ａと、円溝８１との間に隙間８２を形成する凸部８３が、円溝８１の周方向へ間隔を空けて設けられている。蓋部材９０の周縁部９０ａと、ケース８０との溶接箇所８５より内側の空間は、凸部８３によって形成された隙間８２を介して注液口８０ａに繋がっている。このため、溶接時に発生する気体は、注液口８０ａから密閉型電池内へ逃げることができ、溶接箇所８５にブローホールが形成されることが防止される。

国際公開ＷＯ２０１０／０６７４５０号公報

ところが、特許文献１では、気体を逃がす隙間８２を作るために、ケース８０に凸部８３を間隔を空けて形成しており、ケース８０における注液口８０ａ付近の形状が複雑になり、生産性が悪い。また、蓋部材９０とケース８０との溶接は、蓋部材９０を複数の凸部８３に支持させて行われており、蓋部材９０の支持が不安定であり、溶接時に蓋部材９０が動いたりして蓋部材９０を所定位置に溶接しにくい。

本発明は、簡単に製造できる注液孔を用いて溶接部にブローホールが形成されることを防止できるとともに、封止部材を決められた位置に精度良く溶接することができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の蓄電装置は、ケース内に電極組立体及び電解液が収容され、前記ケースの壁部の厚み内に前記電解液の注液孔を有し、前記注液孔が封止部材によって封止されるとともに、前記封止部材と前記壁部が溶接された蓄電装置であって、前記注液孔は、前記壁部の外面寄りに位置するとともに前記封止部材が嵌合し、かつ一定の直径を有する嵌合孔と、前記嵌合孔より前記壁部の内面寄りで前記嵌合孔に連続し、かつ前記嵌合孔より縮径された連通孔と、前記連通孔より前記壁部の内面寄りで前記連通孔に連続する貫通孔と、を備え、前記封止部材と前記嵌合孔の合わせ面が溶接されて溶接部が形成されており、前記壁部は、前記嵌合孔における前記壁部の内面寄りの周縁と、前記貫通孔における前記壁部の外面寄りの周縁とを繋ぐ傾斜面を備えるとともに、前記連通孔は前記傾斜面に囲まれており、前記傾斜面は、前記溶接部から前記貫通孔に向かうほど前記封止部材の内面から離れるように傾斜していることを要旨とする。

これによれば、封止部材と壁部を溶接する際、封止部材を嵌合孔に嵌合するとともに傾斜面に支持させる。このとき、封止部材は、全周に亘って傾斜面に支持され、安定した状態で支持される。このため、溶接時に、封止部材をケース内に押す力等が加わっても封止部材は動いたりせず、封止部材を注液孔の決められた位置に精度良く溶接することができる。

そして、封止部材と嵌合孔の合わせ面を溶接して溶接部を形成する。この際、その溶接位置に気体が取り込まれても、その気体を、傾斜面と封止部材の内面とで挟まれた隙間を通して貫通孔からケース内の空間に逃がすことができる。よって、溶接位置に気体が取り込まれたまま溶融金属が凝固することが防止され、溶接部にブローホールが形成されることを防止できる。

また、溶接時に発生した気体を逃がすための傾斜面には凸部等が形成されていない。このため、溶接時の気体を逃がし可能な注液孔であっても、簡単に製造することができる。
また、蓄電装置について、前記注液孔の軸方向に沿った断面視では、前記傾斜面は前記貫通孔に向けて直線状に傾斜していてもよい。

これによれば、傾斜面が直線状に傾斜しているため、壁部をプレス打ち抜きして注液孔を形成しても、傾斜面をより一層簡単に形成することができる。また、注液孔から電解液をケース内に注入したとき、傾斜面によって、電解液を貫通孔に向けて速やか、かつ確実に流すことができる。このため、嵌合孔付近に電解液の液貯まりが形成されることがなく、溶接位置に電解液が残ることを原因とした溶接不良を防止することができる。

また、蓄電装置について、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、簡単に製造できる注液孔を用いて溶接部にブローホールが形成されることを防止できるとともに、封止部材を決められた位置に精度良く溶接することができる。

（ａ）は二次電池の外観を示す斜視図、（ｂ）は注液孔周縁を示す拡大図。注液孔及び封止部材を示す部分断面図。注液孔、封止部材、溶接部を示す部分断面図。注液孔における傾斜面の別例を示す部分断面図。注液孔における傾斜面の別例を示す部分断面図。背景技術を示す図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電極組立体１２とともに非水系の電解液も収容されている。ケース１１は、有底箱状のケース本体１３と、当該ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、この実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３が有底四角箱状であり、蓋体１４が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。また、電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。これらの正極端子１５と負極端子１６の各一部分は、蓋体１４からケース１１外に露出している。また、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。

図１（ｂ）及び図３に示すように、ケース１１の蓋体１４は、ケース１１内に電解液を注入するための注液孔１８を蓋体１４の厚み内に備えるとともに、注液孔１８は封止部材３０によって封止されている。封止部材３０は、蓋体１４と同種の金属製であり、円板状である。また、封止部材３０において、ケース１１の内側に臨む面を内面３０ａとし、この内面３０ａと反対側の面でケース１１の外側に臨む面を外面３０ｂとする。封止部材３０において、内面３０ａと外面３０ｂに直交する方向に沿った長さを封止部材３０の厚みとすると、封止部材３０の厚みは、蓋体１４の厚みよりも薄い。

図２に示すように、蓋体１４において、ケース１１の内側に臨む面を内面１４ａとし、この内面１４ａと反対側の面でケース１１の外側に臨む面を外面１４ｂとする。そして、蓋体１４において、注液孔１８の中心軸Ｌの延びる方向（以下、軸方向とする）に沿った長さであり、内面１４ａと外面１４ｂに直交する方向に沿った長さを蓋体１４の厚みとすると、注液孔１８は、蓋体１４を厚み方向に貫通して形成されるとともに、厚み方向へのプレス加工により形成されている。

注液孔１８は、蓋体１４の外面１４ｂ寄りに円孔状の嵌合孔１９を備える。嵌合孔１９の直径は、封止部材３０の直径と同じ又は僅かに短い。また、嵌合孔１９は、注液孔１８の軸方向に厚みを有しており、嵌合孔１９の直径は軸方向に一定である。

蓋体１４は、嵌合孔１９の内周面に連続する傾斜面２０を備え、傾斜面２０は、嵌合孔１９における蓋体１４の内面１４ａ寄りの周縁１９ａから中心軸Ｌに向けて延びている。また、傾斜面２０は、嵌合孔１９の周縁１９ａから蓋体１４の内面１４ａに向かって下り傾斜している。傾斜面２０は、注液孔１８の軸方向（中心軸Ｌの延びる方向）に沿った断面視が、直線状である。

傾斜面２０に沿って延びる直線を傾斜線Ｇとすると、この傾斜線Ｇの中心軸Ｌに対する傾斜角度θは所定の角度範囲に収まるように設定されている。これは、蓋体１４と封止部材３０を溶接する際、傾斜角度θが大きすぎると、溶接位置から気体が逃げにくくなり、傾斜角度θが小さすぎると、溶接時の溶融金属が傾斜面２０で受け止め難くなるからである。

注液孔１８は、嵌合孔１９よりも蓋体１４の内面１４ａ寄りに位置する連通孔２１を備え、この連通孔２１は傾斜面２０によって囲まれている。連通孔２１は、注液孔１８の軸方向に沿って蓋体１４の外面１４ｂから内面１４ａに向かうに従い徐々に縮径している。

注液孔１８は、連通孔２１よりも蓋体１４の内面１４ａ寄りに位置する貫通孔２２を備える。よって、傾斜面２０は、嵌合孔１９における蓋体１４の内面１４ａ寄りの周縁１９ａと、貫通孔２２における蓋体１４の外面１４ｂ寄りの周縁２２ａとを繋いでいる。貫通孔２２の内周面は、傾斜面２０に連続するとともに、注液孔１８の軸方向に厚みを有している。貫通孔２２の直径は、嵌合孔１９及び連通孔２１よりも小さく、かつ注液孔１８の軸方向に一定である。

そして、注液孔１８は、軸方向に沿って蓋体１４の外面１４ｂから内面１４ａに向けて嵌合孔１９、連通孔２１、及び貫通孔２２が連続した一つの孔であり、連通孔２１は嵌合孔１９と貫通孔２２を連通させている。また、注液孔１８において、嵌合孔１９と、連通孔２１と、貫通孔２２は、中心軸Ｌを中心として同心円状に配置されている。

図３に示すように、封止部材３０が嵌合孔１９に嵌合され、かつ傾斜面２０に支持された状態で、嵌合孔１９の内周面と、この内周面に対向した封止部材３０の周面の合わせ面がレーザ溶接されている。そして、封止部材３０と蓋体１４が接合されるとともに、注液孔１８が封止部材３０によって封止されている。溶接部３１は、封止部材３０の全周に亘って形成されるとともに、溶接部３１は、蓋体１４の厚み全体のうち外面１４ｂ寄りの一部に形成されている。また、封止部材３０は蓋体１４の厚み内に収められるとともに、その外面３０ｂが蓋体１４の外面１４ｂと面一となる状態に接合されている。すなわち、封止部材３０は、蓋体１４の外面１４ｂから突出したり、傾いたりせずに決められた位置に接合されている。

蓋体１４の厚み内において、溶接部３１よりも蓋体１４の内面１４ａ寄りには隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、封止部材３０の内面３０ａと、注液孔１８の傾斜面２０とで挟まれる空間に形成されている。傾斜面２０は、溶接部３１から注液孔１８の中心軸Ｌ（貫通孔２２）に向かうほど封止部材３０の内面３０ａから離れており、隙間Ｓにおいて、注液孔１８の軸方向に沿った開口幅は、溶接部３１から注液孔１８の中心軸Ｌ（貫通孔２２）に向かうほど広くなっている。そして、溶接部３１は、隙間Ｓ及び貫通孔２２を介してケース１１内の空間に連通している。

次に、二次電池１０の製造方法を、封止部材３０による注液孔１８の封止方法とともに説明する。
まず、ケース本体１３内に電極組立体１２を収容し、蓋体１４をケース本体１３の開口端に支持させるとともに、ケース本体１３の開口部を蓋体１４で閉塞する。そして、ケース本体１３の側方からケース本体１３と蓋体１４の当接面にレーザビームを照射してケース本体１３と蓋体１４をレーザ溶接し、ケース本体１３と蓋体１４を接合してケース１１を形成する。

次に、注液孔１８からケース１１内に電解液を注入する。
次に、注液孔１８の嵌合孔１９に封止部材３０を嵌合し、封止部材３０の内面３０ａ側の周縁を全周に亘って傾斜面２０に支持させる。そして、蓋体１４の外面１４ｂ側から、嵌合孔１９の内周面と封止部材３０の周面の合わせ面に対し、レーザビームを照射して封止部材３０と蓋体１４をレーザ溶接する。このとき、嵌合孔１９の内周面と封止部材３０が高温に曝される。このため、周面同士が溶融金属となり、溶融金属の一部が気化し、気体が発生する。

しかし、図３に示すように、蓋体１４には、溶接位置よりも貫通孔２２及びケース１１内に向けて広がる隙間Ｓが形成されているため、溶接位置に発生した気体は、隙間Ｓを通って貫通孔２２からケース１１内の空間に逃げていく。そして、隙間Ｓは、貫通孔２２に向かうほど広くなっているため、気体がスムーズに逃げていく。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）注液孔１８を、嵌合孔１９と連通孔２１と貫通孔２２で形成した。連通孔２１を囲む傾斜面２０は、溶接部３１から貫通孔２２に向かうほど封止部材３０の内面３０ａから離れるように傾斜し、封止部材３０の内面３０ａと傾斜面２０との間に隙間Ｓが形成されている。このため、封止部材３０と蓋体１４を溶接して溶接部３１を形成する際、その溶接位置に気体が発生しても、その気体を隙間Ｓを通して貫通孔２２からケース１１内の空間に逃がすことができる。よって、溶接位置に気体が取り込まれたまま溶融金属が凝固することが防止され、溶接部３１にブローホールが形成されることを防止できる。その結果、封止部材３０によって注液孔１８を確実にシールすることができるとともに、溶接強度を確保することができる。

（２）隙間Ｓは、溶接部３１から貫通孔２２に向かう程広がっている。このため、溶接位置で発生した気体を滞りなく貫通孔２２からケース１１内の空間に逃がすことができる。

（３）封止部材３０を嵌合孔１９に嵌合したとき、封止部材３０を全周に亘って傾斜面２０で支持することができ、封止部材３０を安定した状態に支持することができる。したがって、溶接時に、封止部材３０を蓋体１４の内面１４ａに向けて押す力等が加わっても封止部材３０は動いたりしない。よって、封止部材３０を、その外面３０ｂが蓋体１４の外面１４ｂと面一となるように、決められた位置に精度良く溶接することができる。

（４）また、注液孔１８において、嵌合孔１９及び貫通孔２２は、注液孔１８の軸方向に直径が一定であり、傾斜面２０も軸方向に沿った断面視が直線状である。そして、注液孔１８は、蓋体１４をプレス加工して製造されており、簡単に製造することができる。したがって、簡単に製造できる傾斜面２０を利用して、溶接位置から気体を逃がすことができる。

（５）傾斜面２０は断面視で直線状に形成されている。このため、注液孔１８に電解液を注入したとき、傾斜面２０によって、電解液をスムーズに貫通孔２２に流下させることができ、嵌合孔１９付近に電解液の液貯まりが形成されることがない。したがって、溶接位置に電解液が残ることを原因とした溶接不良を防止することができる。

（６）傾斜面２０は、溶接部３１よりも蓋体１４の内面１４ａ寄りに位置している。このため、溶接位置から溶融金属がケース１１内に落下しても、その溶融金属を傾斜面２０で受け止めることができる。よって、溶融金属がケース１１内の電解液や電極組立体１２に影響を及ぼすことを無くすことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、傾斜面２０は、嵌合孔１９から貫通孔２２に向かうに従い、封止部材３０の内面３０ａから離れるように緩やかに凹みながら傾斜していてもよい。

このように構成した場合、封止部材３０と蓋体１４を溶接する際、溶接位置で発生した溶融金属がケース１１内に向けて落下しても、傾斜面２０で受け止めることができ、しかも、貫通孔２２からケース１１内に流下しにくくなる。その結果、高温の溶融金属が電解液や電極組立体１２に接触して影響を及ぼすことを防止することができる。

○ 図５に示すように、傾斜面２０は、嵌合孔１９から貫通孔２２に向かうに従い、封止部材３０の内面３０ａに近付くように緩やかに膨みながら傾斜していてもよい。この傾斜面２０は、蓋体１４をプレス加工する際に、剪断面に形成されるダレによって形成される。

○ 実施形態では、貫通孔２２は、注液孔１８の軸方向に沿って一定の直径としたが、貫通孔２２の直径は、注液孔１８の軸方向に沿って縮径したり拡径したりしていてもよい。

○ 注液孔１８において、嵌合孔１９と、連通孔２１と、貫通孔２２は、中心軸Ｌを中心とした同心円状に配置されていなくもよく、嵌合孔１９と、連通孔２１と、貫通孔２２の少なくとも１つの中心が、中心軸Ｌからずれていてもよい。

○ 傾斜面２０は、嵌合孔１９から蓋体１４の内面１４ａに至るまで延びていてもよく、この場合、貫通孔２２は、注液孔１８の軸方向に厚みを持たず、傾斜面２０の先端縁に囲まれている。

○ 注液孔１８の嵌合孔１９は、多角孔状であってもよく、嵌合孔１９に合わせて封止部材３０の多角板状であってもよい。
○ 実施形態では、ケース１１の壁部を蓋体１４に具体化したが、ケース本体１３の側壁又は底壁をケース１１の壁部とし、それら側壁や底壁に注液孔１８を設けて、封止部材３０で封止してもよい。

○ ケース１１の形状は、円柱状や、楕円柱状に形成してもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記傾斜面は、蓋体のプレス加工の際のダレによって形成される蓄電装置。
（ロ）前記傾斜面は、前記嵌合孔から前記貫通孔に向かうに従い、前記封止部材の内面から離れるように凹みながら傾斜している蓄電装置。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１４…壁部としての蓋体、１４ａ…内面、１４ｂ…外面、１８…注液孔、１９…嵌合孔、１９ａ…周縁、２０…傾斜面、２１…連通孔、２２…貫通孔、２２ａ…周縁、３０…封止部材、３０ａ…内面、３１…溶接部。

Claims

ケース内に電極組立体及び電解液が収容され、
前記ケースの壁部の厚み内に前記電解液の注液孔を有し、前記注液孔が封止部材によって封止されるとともに、前記封止部材と前記壁部が溶接された蓄電装置であって、
前記注液孔は、前記壁部の外面寄りに位置するとともに前記封止部材が嵌合し、かつ一定の直径を有する嵌合孔と、
前記嵌合孔より前記壁部の内面寄りで前記嵌合孔に連続し、かつ前記嵌合孔より縮径された連通孔と、
前記連通孔より前記壁部の内面寄りで前記連通孔に連続する貫通孔と、を備え、
前記封止部材と前記嵌合孔の合わせ面が溶接されて溶接部が形成されており、
前記壁部は、前記嵌合孔における前記壁部の内面寄りの周縁と、前記貫通孔における前記壁部の外面寄りの周縁とを繋ぐ傾斜面を備えるとともに、前記連通孔は前記傾斜面に囲まれており、
前記傾斜面は、前記溶接部から前記貫通孔に向かうほど前記封止部材の内面から離れるように傾斜していることを特徴とする蓄電装置。
前記注液孔の軸方向に沿った断面視では、前記傾斜面は前記貫通孔に向けて直線状に傾斜している請求項１に記載の蓄電装置。
前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。