JP2015111527A - 蓄電装置用の仮封止栓 - Google Patents

Abstract

【課題】注液口を仮封止することができるとともに、ガス抜きの際には注液口から取り除くことができる蓄電装置用の仮封止栓を提供すること。【解決手段】二次電池の仮封止栓２０は、軸部２１、係止部２２、及びフランジ２３を備え、ゴム製である。仮封止栓２０は、フランジ２３における軸部２１の全周を取り囲む位置に、外壁面１４ｂへの接触面２３ａから凹む溝２４を有し、溝２４を用いてフランジ２３が弾性変形した状態で係止部２２が注液口１４ｃの開口縁に係止している。【選択図】図４

Description

本発明は、ケース内に電解液が収容された蓄電装置の製造過程で用いられ、ケースの壁部に設けられた注液口を封止する蓄電装置用の仮封止栓に関する。

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、ケースの本体部材内に電極組立体を収容した後、ケースの蓋部材を本体部材に溶接し、本体部材を閉塞する。その後、蓋部材の注液口から電解液をケース内に注入した後、注液口を封止する。

注液口の封止構造として、例えば特許文献１が挙げられる。図７に示すように、リチウムイオン電池８０は、電池缶（図示せず）と電池蓋８１で構成される電池容器を備える。電池容器の内部には電極群及び非水電解液が収容されている。電池蓋８１は、非水電解液の注液口８２を備えるとともに、注液口８２を密閉する安全弁８３を備える。安全弁８３は、弁体８５とスリーブ８６とで構成されている。

注液口８２を封止する前の弁体８５は、筒状部材８７と芯金８８を有している。筒状部材８７は鍔部８７ａを有する金属製の有底円筒状である。芯金８８は、一側端部（先端部）に拡径された大径部８８ａを有し、その近傍に脆弱部８８ｂを有する。

そして、安全弁８３によって注液口８２を封止するには、まず、注液口８２から非水電解液を電池容器に注入した後、注液口８２にスリーブ８６と弁体８５を挿入する。次に、筒状部材８７の鍔部８７ａを治具（図示せず）により電池蓋８１側に押圧する。この状態で芯金８８の他側端部（露出した部分）をグリッパ（図示せず）で挟んで引き抜くと、芯金８８より硬度の小さい筒状部材８７は、芯金８８の大径部８８ａが上方に移動するのに合わせて内径及び外径が拡径される。

このとき、スリーブ８６の円筒部８６ａが圧縮されて筒状部材８７と電池蓋８１とが密着し、安全弁８３が形成されるとともに、安全弁８３によって注液口８２が封止される。

特開２０１０−１５８６７号公報

ところで、非水電解液が電池容器に注入されると、非水電解液と電極群の活物質との反応によってガスが発生する場合がある。電池容器ではガスによって内圧が上昇し、電池容器が膨張してしまう虞があるため、電池容器からガスを抜く必要がある。しかし、特許文献１においては、安全弁８３を注液口８２から抜き取ることができない。

本発明は、注液口を仮封止することができるとともに、ガス抜きの際には注液口から取り除くことができる蓄電装置用の仮封止栓を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置用の仮封止栓は、ケース内に電解液が収容された蓄電装置の製造過程で用いられ、前記ケースの壁部に設けられた注液口を封止する蓄電装置用の仮封止栓であって、前記注液口に挿入され、軸方向一端が前記ケース内に配置されるとともに軸方向他端が前記ケース外に配置される軸部と、前記軸部の軸方向の一端に設けられ、前記壁部の内壁面における前記注液口の開口縁に係止する係止部と、前記軸部の軸方向の他端に設けられ、前記壁部の外壁面における前記注液口の周囲に載置されるフランジと、を備え、前記軸部、前記係止部、及び前記フランジはゴム製であり、前記フランジにおける前記軸部の全周を取り囲む位置に、前記外壁面への接触面から凹む溝を有することを要旨とする。

これによれば、仮封止栓がゴム製であることから、係止部を収縮させて注液口を通過させることができる。そして、フランジの接触面が壁部の外壁面に接触した後、フランジを壁部に向けて押圧し、溝を使用してフランジを弾性変形させると、係止部を壁部の内壁面から離れる方向へ移動させることができる。その後、フランジの押圧を解除すると、フランジの原形状への復帰に伴い、係止部を壁部の内壁面に近付く方向へ移動させることができる。そして、移動した係止部が注液口の開口縁に係止すると、フランジの原形状への復帰に伴い生じる力が、係止部を注液口の開口縁に圧接させる付勢力として作用する。このため、仮封止栓により、注液口をシールした状態で封止することができる。

一方、ケース内に配置された係止部を収縮させて注液口から取り除くことで、係止部による注液口の仮封止を解除することができる。又は、仮封止栓をフランジと軸部の境界付近から分断し、係止部側をケース内に落下させることで、仮封止栓を注液口から取り除き、注液口の仮封止を解除することができる。仮封止栓はゴム製であるため、係止部側がケース内にあっても蓄電装置に影響を及ぼさない。

また、蓄電装置用の仮封止栓について、前記軸部において、前記注液口内に配置される部分の直径は、前記注液口の直径より長くてもよい。
これによれば、軸部の外周面が注液口の内周面に圧接する。このため、係止部が注液口の開口縁に圧接するのに加え、軸部が注液口の内周面に圧接し、二箇所の圧接により、注液口を仮封止栓でシールすることができる。

本発明によれば、注液口を仮封止することができるとともに、ガス抜きの際には注液口から取り除くことができる。

実施形態の二次電池を示す斜視図。 仮封止栓及びケースを示す分解斜視図。 仮封止栓を溝とともに示す斜視図。 （ａ）は仮封止栓を注液口に挿入した状態を示す断面図、（ｂ）は仮封止栓を押し込んだ状態を示す断面図。 別例の仮封止栓を示す断面図。 別例の仮封止栓で注液口を封止した状態を示す断面図。 背景技術を示す図。

以下、蓄電装置用の仮封止栓を二次電池用の仮封止栓に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、二次電池１０は、ケース１１内に電極組立体１２及び図示しない電解液を備える。ケース１１は、有底四角筒状の本体部材１３と、本体部材１３に電極組立体１２を挿入するための開口部を塞ぐ矩形平板状の蓋１４とからなる。本実施形態では、蓋１４がケース１１を構成する壁部に相当する。本体部材１３と蓋１４は、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン電池である。

図１に示すように、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。そして、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部材１７ａがそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋１４からケース１１外に露出している。

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と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備える。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を備える。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が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。

図４に示すように、蓋１４において、ケース１１の内側に臨む面を内壁面１４ａとし、ケース１１の外側に臨む面を外壁面１４ｂとする。蓋１４は、外壁面１４ｂと内壁面１４ａを連通させ、蓋１４の厚み方向に貫通する円孔状の注液口１４ｃを備える。注液口１４ｃは、二次電池１０の製造過程において、注液口１４ｃから電解液を注入した後は仮封止栓２０で仮封止される。

また、注液口１４ｃは、注液口１４ｃから仮封止栓２０が抜き取られ、エージング工程で発生したガスをケース１１外へ放出した後は、図１に示す本封止栓１９で本封止される。仮封止栓２０及び本封止栓１９のいずれにおいても、ケース１１内からのガス及び電解液の漏れが抑制されている。

次に、仮封止栓２０について説明する。
まず、注液口１４ｃを封止する前の仮封止栓２０について説明する。
図３及び図４（ａ）に示すように、仮封止栓２０は、円柱状の軸部２１を備える。軸部２１の直径Ｒは、注液口１４ｃの直径Ｎより短く、軸部２１は注液口１４ｃに挿入可能である。仮封止栓２０は、軸部２１における軸方向の一端に設けられた球状の係止部２２を備える。係止部２２の直径Ｔａは、注液口１４ｃの直径Ｎより長い。また、係止部２２は弾性変形可能である。

仮封止栓２０は、軸部２１における軸方向の他端に設けられた円板状のフランジ２３を備える。フランジ２３の直径Ｔｂは、注液口１４ｃの直径Ｎより長く、フランジ２３は、蓋１４の外壁面１４ｂに接触する円環状の接触面２３ａを外周部に有する。また、フランジ２３は、軸部２１の全周を取り囲む円環状の溝２４を備える。溝２４は、フランジ２３の接触面２３ａよりも凹む状態に設けられている。軸部２１において、その軸方向に沿った接触面２３ａから、軸部２１と係止部２２の境界までの長さＬ１は、蓋１４の厚みＷより短い。また、軸部２１において、軸方向に沿った溝２４の内底面から、軸部２１と係止部２２の境界部Ｋまでの長さＬ２は、蓋１４の厚みＷより長い。そして、仮封止栓２０を構成する軸部２１、係止部２２、及びフランジ２３はゴム製である。

次に、二次電池１０の製造方法について作用とともに説明する。
まず、電極組立体１２を本体部材１３内に収容した後、本体部材１３の開口部を蓋１４で閉塞し、ケース１１を製造する。次に、ケース１１の注液口１４ｃからケース１１内へ電解液を注入する。

次に、仮封止栓２０の係止部２２を注液口１４ｃに挿入し、フランジ２３の接触面２３ａが蓋１４の外壁面１４ｂに接触するまで、係止部２２を注液口１４ｃに押し込む。
図４（ａ）に示すように、係止部２２における軸部２１側の一部は注液口１４ｃ内に入り込んだままであり、その入り込んだ係止部２２の一部が注液口１４ｃの内周面に圧接している。

次に、図４（ｂ）に示すように、フランジ２３において、軸部２１が設けられた部分を注液口１４ｃに向けて押圧し、溝２４を使用してフランジ２３を蓋１４に向けて弾性変形させ、軸部２１を注液口１４ｃに押し込むとともに、係止部２２をケース１１内に向けて押し込む。すると、軸部２１の軸方向全体が注液口１４ｃ内に位置するとともに、図４（ｂ）の２点鎖線に示すように、係止部２２の全体が蓋１４の内壁面１４ａを越えて、内壁面１４ａから離れる方向へ移動し、ケース１１の内側に配置される。

次に、フランジ２３の押圧を解除すると、フランジ２３の原形状への復帰により、係止部２２が、軸部２１の軸方向に沿って蓋１４の内壁面１４ａに向けて引き上げられるように移動する。このとき、係止部２２の直径Ｔａが、注液口１４ｃの直径Ｎより長いことから、係止部２２の周面が注液口１４ｃの開口縁に係止する。そして、係止部２２には、フランジ２３の原形状への復帰力によって蓋１４の内壁面１４ａに近付く方向への付勢力が作用し、係止部２２の周面が注液口１４ｃの開口縁に圧接する。その結果、注液口１４ｃがシールされ、注液口１４ｃが仮封止される。

注液口１４ｃの仮封止状態で、二次電池１０のエージング工程が行われる。すると、電解液と、電極組立体１２における各活物質との反応によりガスが発生する。このとき、注液口１４ｃは仮封止栓２０によって封止されているため、ガスが注液口１４ｃからケース１１外へ漏れることが抑制される。なお、仮封止状態では、ケース１１の内圧が過度に上昇せず、仮封止栓２０が内圧によって注液口１４ｃから外れることは無く、仮封止栓２０の締結強度は過度に必要ない。

次に、フランジ２３の接触面２３ａと、蓋１４の外壁面１４ｂとの間に、図示しない治具の一部を係止させ、その治具によって仮封止栓２０を引き抜く。すると、係止部２２が縮径し、注液口１４ｃを通過させることができ、仮封止栓２０を注液口１４ｃから取り除くことができる。その結果、係止部２２による注液口１４ｃの封止が解除される。すると、エージングで発生したガスが、注液口１４ｃからケース１１外へ放出される。

ガスを放出させた後、封止栓１９によって注液口１４ｃを封止すると二次電池１０が完成する。
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）仮封止栓２０は、ゴム製であるため、係止部２２を縮径させて注液口１４ｃに対し挿脱することができる。このため、仮封止栓２０により注液口１４ｃを仮封止することができるとともに、エージング工程後のガス抜きの際には、仮封止栓２０を注液口１４ｃから取り除くことができる。

（２）フランジ２３に溝２４を備え、溝２４を使用してフランジ２３を弾性変形させることができ、係止部２２に対し、内壁面１４ａに近付く方向への付勢力を作用させることができる。このため、係止部２２を注液口１４ｃの開口縁に圧接させることができ、注液口１４ｃをシールすることができる。

（３）軸部２１において、軸方向に沿った溝２４の内底面から、軸部２１と係止部２２の境界部Ｋまでの長さＬ２を、蓋１４の厚みＷより長くした。このため、溝２４を使用して軸部２１を押し込んだとき、係止部２２を蓋１４の内壁面１４ａから確実に離すことができる。したがって、フランジ２３の押圧を解除し、係止部２２を蓋１４の内壁面１４ａに向けて移動させたとき、係止部２２の周面を注液口１４ｃの開口縁に確実に係止させ、シールすることができる。

（４）仮封止栓２０において、軸部２１の直径Ｒは、注液口１４ｃの直径Ｎより短い。このため、軸部２１は注液口１４ｃへ容易に挿入することができ、係止部２２が注液口１４ｃを通過できれば、仮封止栓２０の仮封止作業は簡単に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図５に示すように、軸部２１の直径Ｒを、軸方向の一端から中央に向けて徐々に拡径した後、中央から他端に向けて徐々に縮径するようにしてもよい。この場合、軸部２１の軸方向中央での直径Ｒを最も長くし、その直径Ｒを注液口１４ｃの直径Ｎよりも長くしてもよい。

このように構成した場合、図６に示すように、注液口１４ｃを仮封止栓２０で封止した際、軸部２１は注液口１４ｃ内に配置されると、軸部２１の軸方向中央の部分が注液口１４ｃの内周面に圧接する。このため、係止部２２が注液口１４ｃの開口縁に圧接するのに加え、軸部２１も注液口１４ｃの内周面に圧接し、注液口１４ｃを確実にシールすることができる。

なお、軸部２１を軸方向全体に亘って同一径とし、その直径Ｒを注液口１４ｃの直径Ｎより長くしてもよいし、注液口１４ｃの直径Ｎよりも長くなる部分を、軸部２１の軸方向の中央ではなく一端側又は他端側に設けてもよい。

○ 軸部２１において、軸方向に沿った溝２４の内底面から、軸部２１と係止部２２の境界部Ｋまでの長さＬ２を、蓋１４の厚みＷと同じにしてもよい。
○ 係止部２２は、注液口１４ｃの開口縁に係止できれば、球状でなく、角柱状等であってもよく、係止部２２の形状は適宜変更してもよい。

○ 実施形態では、注液口１４ｃを開放するため、仮封止栓２０を注液口１４ｃから抜き取って取り除いたが、仮封止栓２０をフランジ２３と軸部２１の境界付近で分断して、係止部２２側をケース１１内に落下させて注液口１４ｃから仮封止栓２０を取り除いてもよい。軸部２１及び係止部２２は、ゴム製であることから、ケース１１内に落下した部分が二次電池１０の性能に影響を及ぼさない。

○ 注液口１４ｃを蓋１４に設けたが、本体部材１３の側壁や底壁に注液口１４ｃを設け、それら本体部材１３の側壁や底壁を壁部としてもよい。
○ 実施形態では、正極電極は、正極金属箔の両面に正極活物質を有するとしたが、正極金属箔の片面のみに正極活物質を有していてもよい。同様に、負極電極は、負極金属箔の両面に負極活物質を有するとしたが、負極金属箔の片面のみに負極活物質を有していてもよい。

○ 蓄電装置は、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置であってもよい。
○ 実施形態では、二次電池１０はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

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）前記軸部において、前記注液口内に配置される部分の直径は、前記注液口の直径より短い蓄電装置用の仮封止栓。

（ロ）前記軸部において、軸方向に沿った溝の内底面から、軸部と係止部の境界部までの長さは、前記壁部の厚み以上である蓄電装置用の仮封止栓。
（ハ）前記蓄電装置は二次電池である蓄電装置用の仮封止栓。

Ｎ…注液口の直径、Ｒ…軸部の直径、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１４…壁部としての蓋、１４ａ…内壁面、１４ｂ…外壁面、１４ｃ…注液口、２０…仮封止栓、２１…軸部、２２…係止部、２３…フランジ、２３ａ…接触面、２４…溝。

Claims (2)

1. ケース内に電解液が収容された蓄電装置の製造過程で用いられ、前記ケースの壁部に設けられた注液口を封止する蓄電装置用の仮封止栓であって、
   前記注液口に挿入され、軸方向一端が前記ケース内に配置されるとともに軸方向他端が前記ケース外に配置される軸部と、
   前記軸部の軸方向の一端に設けられ、前記壁部の内壁面における前記注液口の開口縁に係止する係止部と、
   前記軸部の軸方向の他端に設けられ、前記壁部の外壁面における前記注液口の周囲に載置されるフランジと、を備え、
   前記軸部、前記係止部、及び前記フランジはゴム製であり、
   前記フランジにおける前記軸部の全周を取り囲む位置に、前記外壁面への接触面から凹む溝を有する蓄電装置用の仮封止栓。
2. 前記軸部において、前記注液口内に配置される部分の直径は、前記注液口の直径より長い請求項１に記載の蓄電装置用の仮封止栓。