JP2015090758A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置を効率的に製造可能な蓄電装置の製造方法を提供する。
【解決手段】封止部材を注液口にガイドする貫通孔を有する封止治具を、貫通孔が注液口に連通するように、蓄電構造体が有するケースに固定する工程Ｓ１２と、注液口からケース内に電解液を注入すると共に、貫通孔及び注液口の一方に仮封止部材を取り付けることによって、注液口を仮封止する工程Ｓ１４と、注液口が仮封止された蓄電構造体を活性化させると共に、エージング処理を実施する工程Ｓ１６と、エージング処理が施された蓄電構造体から仮封止部材を取り外す工程Ｓ１８と、封止治具の貫通孔を通してケースの注液口に封止部材を取り付け、封止部材で注液口を本封止すると共に、封止治具をケースから取り外す工程Ｓ２０と、を備える蓄電装置の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。

蓄電装置として、リチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池が知られている。蓄電装置は、ケース内に、正極、負極及びそれらの間に配置されたセパレータを有する電極組立体が収容されて構成されている。ケースには、ケース内に電解液を注入する注液口が形成されている。この注液口は、特許文献１に記載されているように、注液口は、封止部材としての封止栓で封止され、ケースは密閉されている。

このような蓄電装置は、例えば、次のようにして製造される。すなわち、まず、ケース内に上記電極組立体を収容して、電解液が注液されていない状態の蓄電装置を製造する。その後、上記注液口からケース内に電解液を注液する。続いて、注液口を仮封止した状態で、初期充電（活性化）を行うと共に、エージング処理を実施する。エージング処理の実施後、仮封止を解除して、注液口を封止部材で本封止することによって、製品としての蓄電装置を得る。

特開２０１３−１１０１０１号公報

しかしながら、蓄電装置の製造工程において、蓄電装置の初期充電及びエージング処理を行うとケースに膨らみなどが生じる。この膨らみなどのために、注液口を封止部材で本封止する際に、注液口の中心と、封止部材の中心とを合わせにくい。その結果、蓄電装置の製造に時間を要する場合がある。

そのため、本技術分野では、蓄電装置を効率的に製造可能な蓄電装置の製造方法が要請されている。

本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、正極、負極及びそれらの間に配置されたセパレータを有する電極組立体と、電極組立体を収容するケースとを有する蓄電構造体、及び、ケースが有する電解液の注液口を封止する封止部材を備え、ケース内に電解液が注入された蓄電装置の製造方法である。封止部材を注液口にガイドする貫通孔を有する封止治具を、貫通孔が注液口に連通するように、蓄電構造体が有するケースに固定する工程と、注液口からケース内に電解液を注入すると共に、貫通孔及び注液口の一方に仮封止部材を取り付けることによって、注液口を仮封止する工程と、注液口が仮封止された蓄電構造体を活性化させると共に、エージング処理を実施する工程と、エージング処理が施された蓄電構造体から仮封止部材を取り外す工程と、封止治具の貫通孔を通してケースの注液口に封止部材を取り付け、封止部材で注液口を本封止すると共に、封止治具をケースから取り外す工程と、を備える。

上記製造方法では、蓄電構造体の活性化・エージング処理の前に封止治具がケースに取り付けられるので、貫通孔と注液口との中心合わせを確実に行える。このように貫通孔と注液口との中心が合わさった状態で、蓄電構造体の活性化・エージング処理が行われる。注液口を封止部材で本封止する場合には、貫通孔を通して注液口に封止部材を取り付けるので、注液口の中心と、封止部材の中心との位置合わせが容易である。その結果、蓄電装置を効率的に製造できる。

一実施形態において、貫通孔は、注液口と接する第１の開口と、貫通孔の中心軸方向において、第１の開口と反対側の第２の開口とを有してもよい。第２の開口の径は、第１の開口の径より大きくてもよい。貫通孔は、中心軸方向において、第２の開口から第１の開口側に向けて孔径が小さくなるテーパ部を有してもよい。

第２の開口の径が第１の開口の径より大きいので、貫通孔に封止部材を通し易い。この場合、貫通孔がテーパ部を有することから、第２の開口から封止部材が貫通孔に通されたとしても、テーパ部によって、封止部材は、注液口にガイドされやすい。

本発明によれば、蓄電装置を効率的に製造可能な蓄電装置の製造方法を提供され得る。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置の製造方法で製造される蓄電装置の斜視図である。 図２は、図１に示した蓄電装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図３は、蓄電構造体作製工程で作製される蓄電構造体の模式図である。 図４は、治具取付け工程を説明するための図面である。 図５は、図４のＶ−Ｖ線の断面構成の一部拡大図である。 図６は、仮封止工程を説明するための図面である。 図７は、注液口を封止部材で本封止する工程を説明するための図面である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置の製造方法で製造される蓄電装置の斜視図である。蓄電装置１０の例はリチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池である。蓄電装置１０は、金属製のケース１２と、ケース１２内に収容された電極組立体１４とを備えている。

ケース１２は、電極組立体１４を収容する内部空間を有する。ケース１２の形状の例は、略直方体形状である。ケース１２の材料の例はアルミニウム及びステンレス等である。ケース１２の内部空間には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液が充填されている。

ケース１２の頂面部（又は蓋部）１６には、図１に示すように、正極端子１８Ａと負極端子１８Ｂとが互いに離間して配置されている。正極端子１８Ａ及び負極端子１８Ｂは、それらの一端部が頂面部１６からケース１２の外側に突出するように、ケース１２に設けられている。正極端子１８Ａ及び負極端子１８Ｂは、ケース１２とは絶縁されている。

ケース１２の頂面部１６には、ケース１２内に電解液を注液するための注液口１６ａが形成されている。注液口１６ａは、封止部材２０で封止されている。封止部材２０の例はリベットであるが、注液口１６ａを封止できれば、封止部材２０はリベットに限定されない。

一実施形態において、電極組立体１４の一例は、シート状のセパレータ（隔膜）を挟んだ状態（介在させた状態）で、シート状の正極及び負極が素性（積層構造）に積層されたものである。ただし、電極組立体１４の構成は、リチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池等に利用されている、正極、負極及びそれらの間に配置されたセパレータを有する電極組立体であれば特に限定されない。電極組立体１４は、絶縁シートで覆われた状態でケース１２内に収容され、この絶縁シートによってケース１２との絶縁が図られている。電極組立体１４の正極は、正極端子１８Ａに電気的に接続されており、電極組立体１４の負極は、負極端子１８Ｂに電気的に接続されている。これらの接続方法は、蓄電装置１０が機能するように電気的に接続されていれば、限定されない。

説明の便宜のために、以下の説明では、図１に示すように、頂面部１６の短辺方向をＸ軸方向と称し、長辺方向をＹ軸方向と称し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と称する場合もある。

図２は、図１に示した蓄電装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、蓄電装置の製造方法は、蓄電構造体作製工程Ｓ１０と、治具取付け工程Ｓ１２と、仮封止工程Ｓ１４と、活性化・エージング工程Ｓ１６と、仮封止解除工程Ｓ１８と、本封止工程Ｓ２０とを有する。各工程について説明する。

（蓄電構造体作製工程）
図３は、蓄電構造体作製工程で作製される蓄電構造体の模式図である。図３に示した蓄電構造体２２の構成は、図１に示した蓄電装置１０において、電解液が注入される前であって且つ注液口１６ａが封止部材２０で封止される前の状態の蓄電装置に対応する。換言すれば、蓄電構造体２２の構成と蓄電装置１０の構成とは、蓄電構造体２２において、電解液が注入されておらず、且つ、注液口１６ａが封止部材２０で封止されていない点以外は同じである。従って、蓄電構造体２２は、蓄電装置１０の一部を構成する蓄電部材である。蓄電構造体２２は、ケース１２に電極組立体１４を収容すると共に、ケース１２に取り付けられた正極端子１８Ａと負極端子１８Ｂとを電極組立体１４の正極及び負極にそれぞれ電気的に接続することによって作製し得る。

（治具取付け工程）
図４は、治具取付け工程を説明するための図面である。図４に示すように、治具取付け工程Ｓ１２では、蓄電構造体２２が有するケース１２に、封止治具２４を取り付ける。封止治具２４は、封止部材２０を注液口１６ａに取りけるための治具である。封止治具２４は、ケース１２に脱着自在な構成を有する。

一実施形態において、封止治具２４は、封止部材２０を注液口１６ａにガイドする貫通孔２８を有するガイド部２６と、ガイド部２６から連続的に延びる一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂとを有する。ガイド部２６の形状の一例は、図４に示すように四角柱状である。一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂは、ガイド部２６の互い対向する一対の側面であって、Ｘ軸方向に直交する一対の側面からＺ軸方向に延びている。アーム部３０Ａ，３０Ｂの形状の例は板状である。一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂの間の距離は、ケース１２のＸ軸方向における幅にほぼ等しい。ガイド部２６と一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂとは、図３に示したように一体的に形成されていてもよいし、別部材として作製された後、それらが接合されてもよい。封止治具２４の材料の例は樹脂である。

封止治具２４は、注液口１６ａの中心軸Ｃ１と貫通孔２８の中心軸Ｃ２とが略一致すると共に、一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂがそれぞれケース１２の側面部３２，３４に面するようにケース１２に装着すればよい。側面部３２，３４は、Ｘ軸方向に直交する。封止治具２４のケース１２への取り付けは、例えば、一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂを外側に広げることで容易に実施され得る。

注液口１６ａの中心軸Ｃ１と貫通孔２８の中心軸Ｃ２とは略一致しているので、注液口１６ａと貫通孔２８とは連通する。一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂの間の幅は、ケース１２の幅とほぼ等しいことから、封止治具２４がケース１２に装着された状態で、一対のアーム部３０Ａ，３０Ｂは、ケース１２の側面部３２，３４に当接する。換言すれば、一対のアーム部３０Ａ、３０Ｂによってケース１２が挟みこまれる。これにより、封止治具２４がケース１２に固定される。そのため、アーム部３０Ａ，３０Ｂは、封止治具２４をケース１２に固定するための固定部として機能する。アーム部３０Ａ、３０ＢのＺ軸方向の長さは、ケース１２に封止治具２４を安定して固定し得る長さであればよい。一実施形態において、アーム部３０Ａ、３０ＢのＺ軸方向の長さの例は、アーム部３０Ａ，３０Ｂの自由端部（ガイド部２６と反対側の端部）がケース１２の底面部３６に達する長さである。アーム部３０Ａ，３０Ｂの自由端部は、内側に向けてＬ字状に屈曲していてもよい。この場合、上記自由端部がケース１２の底面部３６に引っ掛かるので、封止治具２４がより確実にケース１２に固定され得る。

図５は、図４のＶ−Ｖ線の断面構成の一部拡大図である。図５を参照して貫通孔２８の構成の一例について説明する。

貫通孔２８は、第１の孔部２８Ａと、第２の孔部（テーパ部）２８Ｂと、第３の孔部２８Ｃとを有する。第１の孔部２８Ａは、貫通孔２８が有する開口２８ａ，２８ｂのうち、注液口１６ａ側に位置する開口（第１の開口）２８ａを含む。開口２８ａの径は、注液口１６ａの径より大きい又は注液口１６ａの径と同じである。第１の孔部２８Ａの径は、中心軸Ｃ２方向においてほぼ一定であり得る。第３の孔部２８Ｃは、貫通孔２８の開口２８ａ，２８ｂのうち、中心軸Ｃ２方向において開口２８ａと反対側の開口（第２の開口）２８ｂを有する。開口２８ｂの径は、開口２８ａの径より大きい。第３の孔部２８Ｃの径は、中心軸Ｃ２方向においてほぼ一定であり得る。第３の孔部２８Ｃの壁面には、ネジ部が形成されている。ネジ部は、開口２８ｂから第２の孔部２８Ｂ側に向けて所定の領域に形成されていれば、中心軸Ｃ２方向において第３の孔部２８Ｃの壁面全体に形成されていなくてもよい。第２の孔部２８Ｂは、第３の孔部２８Ｃと第１の孔部２８Ａとを接続しており、第２の孔部２８Ｂの径は、第３の孔部２８Ｃ側から第１の孔部２８Ａ側に向けて小さくなっている。すなわち、第２の孔部２８Ｂは、テーパ形状を有するテーパ部である。

（仮封止工程）
治具取付け工程Ｓ１２の後に、仮封止工程Ｓ１４を行う。仮封止工程Ｓ１４は、封止治具２４が取り付けられた蓄電構造体２２に電解液を注入すると共に、注液口１６ａを仮封止する工程である。仮封止工程Ｓ１４の一例について、図６を参照して説明する。図６は、仮封止工程を説明するための図面である。

仮封止工程Ｓ１４では、貫通孔２８に配管３８を固定する。配管３８は、円筒状の配管本体部３８Ａを有する。配管本体部３８Ａの軸線方向の一部において、配管本体部３８Ａの外周面にはリング部３８Ｂが形成されている。リング部３８Ｂは、配管本体部３８Ａと一体に形成されている。この場合、配管３８が有する壁部の肉厚が、リング部３８Ｂにおいて厚くなっている。換言すれば、配管３８は、小径部と大径部とを有する。配管３８に関する小径及び大径の「径」は配管３８の外径を意味する。リング部３８Ｂには、第３の孔部２８Ｃに形成されたネジ部に螺合するネジ部が形成されている。従って、配管３８の一端を注液口１６ａに挿入して、リング部３８Ｂを第３の孔部２８Ｃに螺合することによって、配管３８を封止治具２４に固定し得る。これにより、貫通孔２８が仮封止されるので、結果として、注液口１６ａが仮封止される。そのため、配管３８が仮封止部材として機能する。リング部３８Ｂは、配管本体部３８Ａと一体に形成されているとして説明したが、配管本体部３８Ａと、リング部３８Ｂとは別体であり、円筒状のリング部３８Ｂに配管本体部３８Ａが挿入されていてもよい。配管本体部３８Ａ及びリング部３８Ｂの形状は円筒状に限定されない。

配管３８を封止治具２４に取り付けた後、配管３８における注液口１６ａと反対側の端部を、電解液を貯留している電解液供給源（不図示）に接続する。その後、配管３８を通して、ケース１２内に、電解液４０を注入する。図６では、電解液４０を白抜き矢印で模式的に示している。なお、配管３８を電解液供給源に接続した後に、配管３８を封止治具２４に取り付けてもよい。

電解液４０の注入後、電解液供給源に接続されていた配管３８の端部をガス処理装置（不図示）に接続する。一実施形態において、電解液供給源に接続されていた配管３８の端部は、栓によって閉じられてもよい。

ここでは、配管３８を仮封止部材として説明したが、上記のように、電解液供給源に接続されていた配管３８の端部をガス処理装置に接続した形態又は栓によって閉じた形態では、ガス処理装置又は栓を含めて仮封止部材と見なしてもよい。更に、電解液供給源に接続されていた配管３８の端部を、ガス処理装置に接続した又は栓によって閉じた段階で、注液口１６ａを仮封止した状態とみなしてもよい。

（活性化・エージング工程）
仮封止工程Ｓ１４の後、電解液が注入され、注液口１６ａが仮封止された蓄電構造体２２に対して、活性化・エージング工程Ｓ１６を実施する。具体的には、蓄電構造体２２に対して、初期充電を行った後に、エージング処理を行う。

初期充電は、所定の電流、電圧、時間及び温度で実施すればよい。これにより、蓄電構造体２２を活性化する。エージング処理も、所定の温度及び時間で実施すればよい。

上記初期充電及びエージング処理、特にエージング処理では、ケース１２内にガス（例えば、メタンガス、一酸化炭素ガス、及び水素ガスなど）が生じる。従って、活性化・エージング工程Ｓ１６では、配管３８を接続したガス処理装置を駆動しておく。

（仮封止解除工程）
活性化・エージング工程Ｓ１６の後、仮封止解除工程Ｓ１８を実施する。すなわち、配管３８を封止治具２４から外すことによって、注液口１６ａの仮封止を解除する。

（本封止工程）
配管３８を封止治具２４から外した後、本封止工程Ｓ２０を実施する。具体的には、図７に示すように、貫通孔２８を通して封止部材２０を注液口１６ａに取り付け、封止部材２０によって、注液口１６ａを本封止する。すなわち、封止部材２０によって注液口１６ａを閉じて、ケース１２を密閉する。封止部材２０の一例はリベットであり、例えば、封止部材２０としてのリベットを注液口１６ａに圧入すればよい。このように、注液口１６ａを本封止した後、封止治具２４をケース１２から取り外す。これにより、図１に示した蓄電装置１０が得られる。注液口１６ａを本封止する封止部材２０は、注液口１６ａを閉じることができれば、前述したように、リベットに限らない。例えば注液口１６ａにネジ部が形成されていれば、封止部材２０は、ネジでもよい。また、封止部材２０は、例えば、レーザ溶接といった溶接技術によって注液口１６ａに固定されてもよい。

上記製造方法で製造される蓄電装置１０は、蓄電構造体２２内にケース１２の注液口１６ａからケース１２内に電解液が注入され、注液口１６ａが封止部材２０で封止された構成を有する。

次に、上記製造方法の作用効果について、封止治具２４を取り付けない場合と比較して説明する。

電解液４０が注液された蓄電構造体２２に活性化・エージング処理を行うと、通常、その影響でケース１２に膨らみなどが生じてケース１２が歪む場合がある。そのため、活性化及びエージング処理の後に、注液口１６ａを封止部材２０によって封止する場合、注液口１６ａの中心と、封止部材２０の中心との位置合わせが困難な場合があり得る。

これに対して、封止治具２４をケース１２に取り付ける形態では、封止治具２４を活性化・エージング処理の前に取り付けるので、貫通孔２８の中心軸Ｃ２を注液口１６ａの中心軸Ｃ１に対して正確に位置合わせして封止治具２４をケース１２に取り付けられる。そのため、活性化・エージング処理を施した後の本封止工程Ｓ２０でも、注液口１６ａに対して中心が合っている貫通孔２８を利用して、封止部材２０と、注液口１６ａとの中心を合わせやすい。その結果、蓄電装置１０を効率的に製造可能である。

活性化及びエージング処理によってケース１２の膨らみ等は、Ｘ軸方向の方がＹ軸方向より生じにくい傾向がある。そのため、図３に示したように、封止治具２４を、アーム部３０Ａ、３０Ｂがケース１２の側面部３２，３４（Ｘ軸方向に直交する側面部）に当接するようにケース１２に取り付けた形態では、活性化及びエージング処理の前後において、注液口１６ａ及び貫通孔２８の中心軸Ｃ１，Ｃ２がズレにくい。そのため、封止部材２０と、注液口１６ａとの中心を合わせやすい。

配管３８を仮封止部材として使用し、前述したように、活性化及びエージング処理の際に、ガス処理装置に配管３８の一端を接続して、活性化・エージング処理を行いながら、ケース１２内のガス抜きを適宜行えば、ケース１２の膨らみ等によるケース１２の歪みが生じにくい。その結果、注液口１６ａの中心軸Ｃ１と貫通孔２８の中心軸Ｃ２のズレが生じにくいので、本封止工程Ｓ２０での時間を短縮しやすい。

貫通孔２８の開口２８ｂが開口２８ａより大きい形態では、封止部材２０を貫通孔２８に挿入しやすい。この場合、図５に示したように貫通孔２８が第２の孔部２８Ｂとしてのテーパ部を有する形態では、第２の孔部２８Ｂによって、封止部材２０が、図７の二点鎖線で示したように、注液口１６ａに向けてガイドされやすいので、本封止工程Ｓ２０がより容易になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。仮封止部材は、注液口１６ａを仮封止できれば配管に限定されない。例えば、仮封止部材は、貫通孔２８及び注液口１６ａの一方に脱着可能な栓であってもよい。仮封止部材が、例示したような栓の場合も、仮封止部材は、仮封止解除工程Ｓ１８において、ケース１２外に取り外され得る。これにより、配管３８の場合と同様に、仮封止部材がケース１２内に残らない。貫通孔２８には、第２の孔部２８Ｂは形成されていなくてもよく、貫通孔２８の径は、中心軸Ｃ２方向に沿って一定であってもよい。

１０…蓄電装置、１２…ケース、１４…電極組立体、１６ａ…注液口、２０…封止部材、２２…蓄電構造体、２４…封止治具、２８…貫通孔、２８Ｂ…第２の孔部（テーパ部）、２８ａ…開口（第１の開口）、２８ａ…開口（第２の開口）、３８…配管（仮封止部材）、４０…電解液、Ｃ１…注液口の中心軸、Ｃ２…貫通孔の中心軸。

Claims (2)

1. 正極、負極及びそれらの間に配置されたセパレータを有する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースとを有する蓄電構造体、及び、
   前記ケースが有する電解液の注液口を封止する封止部材、
   を備え、前記ケース内に電解液が注入された蓄電装置の製造方法であって、
   前記封止部材を前記注液口にガイドする貫通孔を有する封止治具を、前記貫通孔が前記注液口に連通するように、前記蓄電構造体が有する前記ケースに固定する工程と、
   前記注液口から前記ケース内に前記電解液を注入すると共に、前記貫通孔及び前記注液口の一方に仮封止部材を取り付けることによって、前記注液口を仮封止する工程と、
   前記注液口が仮封止された前記蓄電構造体を活性化させると共に、エージング処理を実施する工程と、
   前記エージング処理が施された前記蓄電構造体から前記仮封止部材を取り外す工程と、
   前記封止治具の前記貫通孔を通して前記ケースの前記注液口に前記封止部材を取り付け、前記封止部材で前記注液口を本封止すると共に、前記封止治具を前記ケースから取り外す工程と、
   を備える蓄電装置の製造方法。
2. 前記貫通孔は、前記注液口と接する第１の開口と、前記貫通孔の中心軸方向において、前記第１の開口と反対側の第２の開口とを有し、
   前記第２の開口の径は、前記第１の開口の径より大きく、
   前記貫通孔は、前記中心軸方向において、前記第２の開口から前記第１の開口側に向けて径が小さくなるテーパ部を有する、
   請求項１記載の蓄電装置の製造方法。

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