JP2015122192A - 仮封止用治具及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】仮封止栓の着脱容易性と耐衝撃性との双方を十分に確保できる仮封止用治具、及びこれを用いた蓄電装置の製造方法を提供する。
【解決手段】仮封止用治具４１は、注入口２３に対して差し込まれるピン４３が設けられ、注入口２３が形成されたケース２の蓋部２２を押さえる第１の押さえ部４２と、注入口２３に対してピン４３が差し込まれたときに、蓋部２２と交差するケース２の側面２ａを押さえる第２の押さえ部４４と、側面２ａに対向するケース２の側面２ｂを押さえる第３の押さえ部４５と、第３の押さえ部４５を第２の押さえ部４４に向かって押圧する押圧部４６と、を備える。
【選択図】図８
【解決手段】仮封止用治具４１は、注入口２３に対して差し込まれるピン４３が設けられ、注入口２３が形成されたケース２の蓋部２２を押さえる第１の押さえ部４２と、注入口２３に対してピン４３が差し込まれたときに、蓋部２２と交差するケース２の側面２ａを押さえる第２の押さえ部４４と、側面２ａに対向するケース２の側面２ｂを押さえる第３の押さえ部４５と、第３の押さえ部４５を第２の押さえ部４４に向かって押圧する押圧部４６と、を備える。
【選択図】図８
Description
本発明は、仮封止用治具及び蓄電装置の製造方法に関する。
例えばリチウムイオン二次電池といった蓄電装置には、その製造工程において、ケースに設けられた注入口から電解液を注入した後、注入口を仮封止する仮封止工程が含まれているものがある。これは、エージング工程など、製造工程中の初期充放電時に蓄電装置内部にガスが発生する場合、発生したガスを製造工程中にて排出できるようにするものである。注入口の仮封止を行った後、ケースを拘束治具で拘束し、エージング工程等が実施される。そして、仮封止を開放し、蓄電装置内部のガスを排出した後、本封止を行う。つまり、仮封止とは、再開放が容易な手段による封止である。注入口の仮封止に関する技術としては、例えば特許文献１に記載の密閉型電池がある。この従来の技術では、弾性を有する封止部と、封止部を保持する金属製の板状体とによって注入口の栓を構成しており、封止部は、板状体側にくびれ部を有すると共に、くびれ部よりも先端側にテーパ状に狭まる円錐台部が形成されている。
上述のように弾性を有する封止部で仮封止栓を構成する場合、着脱のし易さを確保できる一方で、衝撃によって仮封止栓が外れやすいという問題がある。上記従来技術において、封止部の弾性力を高めれば、衝撃には強くなるが、着脱容易性が低下してしまうおそれがある。また、封止部の弾性力を弱めれば、着脱容易性が高まるが、衝撃に弱くなるおそれがある。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、仮封止栓の着脱容易性と耐衝撃性との双方を十分に確保できる仮封止用治具、及びこれを用いた蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明に係る仮封止用治具は、ケース内に電極組立体と電解液とを収容してなる蓄電装置の製造工程において、ケースに設けられた電解液の注入口の仮封止に用いられる仮封止用治具であって、注入口に対して差し込まれるピンが設けられ、注入口が形成されたケースの第１の面を押さえる第１の押さえ部と、注入口に対してピンが差し込まれたときに、第１の面と交差するケースの第２の面を押さえる第２の押さえ部と、第２の面に対向するケースの第３の面を押さえる第３の押さえ部と、第３の押さえ部を第２の押さえ部に向かって押圧する押圧部と、を備えたことを特徴としている。
この仮封止用治具では、注入口に対してピンが差し込まれたときに第１の押さえ部がケースの第１の面を押さえるので、注入口をしっかりと仮封止することができ、電解液の漏れを防止できる。また、この仮封止用治具では、注入口に対してピンが差し込まれたときに、押圧部からの押圧力によって第２の押さえ部及び第３の押さえ部が第１の面に交差して互いに対向するケースの第２の面と第３の面とを挟持するので、耐衝撃性の確保が図られる。押圧部による第３の押さえ部の押圧を解除することで、ケースに対する着脱容易性も十分に確保できる。
また、第２の押さえ部に弾性を有するパッドが設けられていることが好ましい。こうすると、第２の押さえ部及び第３の押さえ部でケースの第２の面と第３の面とを挟持する際、弾性を有するパッドによって第２の面を保護できる。
また、第３の押さえ部に弾性を有するパッドが設けられていることが好ましい。こうすると、第２の押さえ部及び第３の押さえ部でケースの第２の面と第３の面とを挟持する際、弾性を有するパッドによって第３の面を保護できる。
また、付勢部は、ケースに設けられた一対の端子間を結ぶ方向に対応するように複数設けられていることが好ましい。この場合、耐衝撃性を一層十分に確保できる。
また、本発明に係る蓄電装置の製造方法は、ケース内に電極組立体を収容してなる蓄電装置の製造方法であって、ケース内に電極組立体を収容した後、ケースに設けられた注入口から電解液を注入する電解液注入工程と、注入工程の後、弾性を有する仮封止栓を注入口に嵌め込み、上記の仮封止用治具のピンを仮封止栓に差し込むことで注入口を仮封止する仮封止工程と、を備えたことを特徴としている。
この蓄電装置の製造方法では、上記の仮封止用治具により、注入口に対してピンが差し込まれたときに第１の押さえ部がケースの第１の面を押さえるので、注入口を仮封止栓でしっかりと仮封止することができ、電解液の漏れを防止できる。また、仮封止栓に対してピンが差し込まれたときに、押圧部からの押圧力によって第２の押さえ部及び第３の押さえ部が第１の面に交差して互いに対向するケースの第２の面と第３の面とを挟持するので、耐衝撃性の確保が図られる。押圧部による第３の押さえ部の押圧を解除することで、ケースに対する着脱容易性も十分に確保できる。
また、仮封止工程において、仮封止用治具のピンを仮封止栓に差し込んだ後、ケースの第２の面及び第３の面のうち、電極組立体と重ならない領域を仮封止用治具の第２の押さえ部及び第３の押さえ部によって挟持することが好ましい。この場合、仮封止工程の後、電極組立体に電解液を含浸させる含浸工程を行うにあたって、電極組立体への電解液の含浸が遅延することを回避できる。
また、仮封止工程の後、ケースの第２の面及び第３の面のうち、電極組立体と重なる領域を拘束治具によって拘束する拘束工程を更に備えたことが好ましい。この場合、仮封止工程の後、エージング工程等を実施するにあたって、電極組立体の膨張を抑えることができる。
また、拘束工程において、仮封止用治具と拘束治具との間に隙間を設けることが好ましい。これにより、仮封止用治具と拘束治具との干渉を防止できる。
本発明によれば、仮封止栓の着脱容易性と耐衝撃性との双方を十分に確保できる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る仮封止用治具及び蓄電装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る蓄電装置の製造方法を適用して製造される蓄電装置の一例を示す図である。また、図２は、その内部構成を示す断面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１〜図３に示すように、蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった車載用の非水電解質二次電池として構成されている。蓄電装置１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。
ケース２は、例えば一面側が開口する有底の電槽缶２１と、電槽缶２１の開口を塞ぐように設けられた蓋部２２とによって構成されている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液４が注液されており、電極組立体３の内部の空隙（孔）が電解液にて満たされている（図２及び図３参照）。
蓋部２２には、図１に示すように、正極端子５と負極端子６とが互いに離間して配置されている。正極端子５は、絶縁リング７を介して蓋部２２に固定され、負極端子６は、絶縁リング８を介して蓋部２２に固定されている。また、蓋部２２の略中央部分には、電解液４をケース２内に注入する際に用いる注入口２３が形成されている。図１では、注入口２３は、本封止栓２４によって封止された状態となっている。
電極組立体３は、図３に示すように、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。電極組立体３では、セパレータ１３内に正極１１が収容されており、この状態で正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して交互に積層された状態となっている。
正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１１ａと、金属箔１１ａの両面に形成された正極活物質層１１ｂとを有している。正極活物質層１１ｂは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極１１の上縁部には、正極端子５の位置に対応してタブ１１ｃが形成されている。タブ１１ｃは、正極１１の上縁部から上方に延び、導電部材１４を介して正極端子５に接続されている。
一方、負極１２は、例えば銅箔からなる金属箔１２ａと、金属箔１２ａの両面に形成された負極活物質層１２ｂとを有している。負極活物質層１２ｂは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極１２の上縁部には、負極端子６の位置に対応してタブ１２ｃが形成されている。タブ１２ｃは、負極１２の上縁部から上方に延び、導電部材１５を介して負極端子６に接続されている。
セパレータ１３は、例えば袋状に形成され、内部に正極１１のみを収容している。セパレータ１３の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ１３は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。
続いて、上述した蓄電装置１の製造方法について説明する。この蓄電装置１の製造工程は、例えばケース２内に電解液４を注入する電解液注入工程と、ケース２の注入口２３を仮封止する仮封止工程と、ケース２を後述の拘束治具６１で拘束する拘束工程とを含んで構成されている。
電解液注入工程に先立ち、まず、電槽缶２１内に電極組立体３を収容し、電槽缶２１と蓋部２２とを溶接等によって接合する。電解液注入工程では、図４に示すように、例えば電解液４が入った漏斗状の容器２５の足部をケース２の注入口２３に差し込み、ケース２内に電解液４を注入する。注入された電解液４は、電極組立体の内部に含浸され、活物質及びセパレータ内部の空隙（孔）を満たす。
電解液注入工程に後続する仮封止工程では、図５に示すように、まず、注入口２３に仮封止栓３１を取り付ける。仮封止栓３１は、例えばエチレンプロピレンジエンゴムなどの弾性材料によって構成されている。仮封止栓３１は、筒状の突起部３２と、突起部３２の基端側の周縁に形成されたフランジ部３３とを有している。また、突起部３２の基端側の略中央部分には、突起部３２の内部で先端側に向かって延びるピン挿入口３４が形成されている。この仮封止栓は、フランジ部３３が蓋部２２の表面に接するまで突起部３２が注入口２３に嵌め込まれることで注入口２３に取り付けられる。
次に、仮封止工程では、仮封止用治具４１を用いて注入口２３に嵌め込まれた仮封止栓３１を封止する。仮封止用治具４１は、図６に示すように、注入口２３に対して差し込まれるピン４３が設けられ、ケース２における蓋部２２の表面（第１の面）２２ａを押さえる第１の押さえ部４２と、ケース２の厚さ方向の一方の側面（第２の面）２ａを押さえる第２の押さえ部４４と、ケース２の厚さ方向の他方の側面（第３の面）２ｂを押さえる第３の押さえ部４５と、第３の押さえ部４５を第２の押さえ部４４に向かって押圧する２つの押圧部４６，４６とを備えている。第１の押さえ部４２、第２の押さえ部４４、及び第３の押さえ部４５は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂などの樹脂材料によって形成され、ピン４３は、例えばステンレス鋼等によって形成されている。
第１の押さえ部４２は、例えば略直方体形状をなしている。第１の押さえ部４２における厚さ方向の一方の側面４２ａ側の略中央部分には、上述したピン４３が設けられている。また、第２の押さえ部４４は、第１の押さえ部４２の側面４２ａの長さ方向の一端側において、第１の押さえ部４２の幅と略等幅でピン４３と同じ方向に板状に突出している。第２の押さえ部４４の内側面４４ａには、ゴムなどの弾性を有する材料によって形成されたパッド４７が全面に設けられている。
第３の押さえ部４５は、例えば第２の押さえ部４４よりも幅広の略直方体形状をなし、第１の押さえ部４２の側面４２ａの長さ方向の他端側において、第２の押さえ部４４と対向するように配置されている。第３の押さえ部４５の内側面４５ａには、第２の押さえ部４４と同様に、ゴムなどの弾性を有する材料によって形成されたパッド４８が全面に設けられている。また、第３の押さえ部４５の外側面４５ｂ側の幅方向の両端部には、当該第３の押さえ部４５を操作するためのトリガ４９，４９がそれぞれ設けられている。
押圧部４６は、第１の押さえ部４２における側面４２ａの長さ方向の他端側において、第２の押さえ部４４と略平行に突出する板状部５０に挿通されたボルト５１と、ボルト５１のネジ部５１ａに通されたバネ５２とによって構成されている。本実施形態では、板状部５０には、幅方向に所定の間隔をもって２つのボルト挿通孔が設けられており、ボルト５１のネジ部５１ａがボルト挿通孔に通された状態となっている。ボルト挿通孔を通ったネジ部５１ａの先端は、トリガ４９，４９の間で第３の押さえ部４５の外側面４５ｂに固定されている。
また、バネ５２は、板状部５０の内側面５０ａと第３の押さえ部４５の外側面４５ｂとの間でボルト５１のネジ部５１ａに通されている。このバネ５２により、第３の押さえ部４５は、第２の押さえ部４４に向かって常に付勢されている。また、第２の押さえ部４４側への第３の押さえ部４５の移動量は、ボルト５１の頭部５１ｂが板状部５０の外側面５０ｂに突き当たる位置で規制される。トリガ４９，４９を操作し、バネ５２の付勢力に逆らって第３の押さえ部４５を板状部５０側に引くことで、第２の押さえ部４４と第３の押さえ部４５との間隔を広げることができる。
以上のような仮封止用治具４１を用い、仮封止工程では、まず、仮封止用治具４１のトリガ４９，４９を引き、第２の押さえ部４４と第３の押さえ部４５との間隔を広げた状態で、図７に示すように、ピン４３を仮封止栓３１のピン挿入口３４に挿入する。これにより、注入口２３内で仮封止栓３１がピン４３によって押し広げられ、注入口２３がしっかりと仮封止栓３１で封止される。また、ピン４３が仮封止栓３１のピン挿入口３４に挿入された状態で第１の押さえ部４２がケース２の蓋部２２の表面を押さえるので、安定した封止状態が維持される。
次に、仮封止用治具４１のトリガ４９，４９を戻し、第３の押さえ部４５を第２の押さえ部４４側に押圧する。これにより、図８に示すように、第２の押さえ部４４及び第３の押さえ部４５がケース２の側面２ａと側面２ｂとを挟持するので、仮封止用治具４１に落下等による衝撃が加わったとしてもケース２から仮封止用治具４１が外れてしまうことを防止できる。このとき、第２の押さえ部４４及び第３の押さえ部４５には、弾性を有する材料によって形成されたパッド４７，４８がそれぞれ設けられており、第２の押さえ部４４及び第３の押さえ部４５の押圧に対するケース２の側面２ａ，２ｂの保護が図られている。
また、仮封止用治具４１をケース２に取り付けた状態において、２つの押圧部４６，４６は、ケース２の正極端子５及び負極端子６間を結ぶ方向に並ぶこととなる。これにより、トリガ４９，４９を操作したときの第３の押さえ部４５の移動時の姿勢が安定するほか、仮封止用治具４１が正極端子５及び負極端子６間を結ぶ方向からの衝撃に一層強くなるので、安定した封止状態がより確実に維持される。また、ケース２の側面２ａと側面２ｂとを挟持することで、仮封止用治具４１が維持されるので、本封止の手段や注入口の構造に依存せず、安定した仮封止を維持することができる。
仮封止用治具４１をケース２から取り外す際には、トリガ４９，４９を板状部５０側に引き、第２の押さえ部４４と第３の押さえ部４５との間隔を再び広げた状態とすればよい。押圧部４６による第３の押さえ部４５の押圧を解除することで、ケース２に対して仮封止用治具４１を容易に着脱できる。
なお、仮封止用治具４１において、第１の押さえ部４２の側面４２ａからの第２の押さえ部４４及び第３の押さえ部４５の突出長さは、仮封止用治具４１をケース２に取り付けた状態において、ケース２内の電極組立体３と重ならない長さとなっていることが好適である。この場合、仮封止用治具４１のピンを仮封止栓３１のピン挿入口３４に差し込んだ後、ケース２の側面２ａ，２ｂのうち、電極組立体３と重ならない領域が第２の押さえ部４４及び第３の押さえ部４５によって挟持される。したがって、仮封止工程の後、電極組立体３に電解液４を含浸させる含浸工程を行う場合に、電極組立体３への電解液４の含浸が遅延することを回避できる。
仮封止工程に後続する拘束工程では、一対の拘束治具６１，６１を用いてケース２の拘束を行う。拘束治具６１は、図９に示すように、ケース２よりも幅広の金属製の板状部材からなり、ケース２を厚さ方向に挟むように配置された状態で幅方向の両端部をそれぞれ上下２箇所ずつボルト６２で締め込むことにより、ケース２の厚さ方向に所定の拘束圧を付与するようになっている。
また、拘束治具６１の高さは、ケース２の高さに比べて小さくなっており、ケース２の底部と拘束治具６１の底部とを揃えた状態で拘束治具６１をケース２に取り付けた場合に、ケース２の側面２ａ，２ｂのうち、電極組立体３と重ならない領域が拘束治具６１，６１によって挟持される。これにより、仮封止工程の後、エージング工程等を実施するにあたって、電極組立体３の膨張を抑えることができる。また、拘束治具６１を取り付けた場合に、仮封止用治具４１と拘束治具６１との間には、図９に示すように、隙間Ｇが設けられる。これにより、仮封止用治具４１と拘束治具６１との干渉が回避される。
拘束工程の後、エージング工程（初期充放電）を実施する。エージング工程後、仮封止用治具４１及び仮封止栓３１を取り外し、ガス抜き工程等を実施した後、注入口２３の本封止を実施する。なお、本封止とは、例えば金属製のピンを注入口２３に挿入し、レーザー溶接により溶接・密封する、あるいは、ブラインドリベットを用いて封止・密封する、といったように、再開放困難な状態とする封止である。その後、電極組立体３を自己放電させる工程等を経て、図１〜図３に示した蓄電装置１が得られる。
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、仮封止栓３１を介し、仮封止栓３１のピン挿入口３４に仮封止用治具４１のピン４３を差し込むことで注入口２３を仮封止しているが、例えば仮封止用治具４１のピンを注入口２３と略同径の弾性部材で形成し、仮封止栓３１を介さずに直接ピンを注入口２３に差し込んで仮封止を行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、ボルト５１とバネ５２とによって仮封止用治具４１の押圧部４６を構成しているが、押圧部４６の構成はこれに限られるものではなく、例えばボルト締めなどの他の手段を用いてもよい。
１…蓄電装置、２…ケース、２ａ…側面（第２の面）、２ｂ…側面（第３の面）、３…電極組立体、４…電解液、５…正極端子、６…負極端子、２２ａ…蓋部の表面（第１の面）、２３…注入口、３１…仮封止栓、４１…仮封止用治具、４２…第１の押さえ部、４３…ピン、４４…第２の押さえ部、４５…第３の押さえ部、４６…押圧部、４７，４８…パッド、６１…拘束治具、Ｇ…隙間。
Claims (8)
- ケース内に電極組立体と電解液とを収容してなる蓄電装置の製造工程において、前記ケースに設けられた前記電解液の注入口の仮封止に用いられる仮封止用治具であって、
前記注入口に対して差し込まれるピンが設けられ、前記注入口が形成された前記ケースの第１の面を押さえる第１の押さえ部と、
前記注入口に対して前記ピンが差し込まれたときに、前記第１の面と交差する前記ケースの第２の面を押さえる第２の押さえ部と、
前記第２の面に対向する前記ケースの第３の面を押さえる第３の押さえ部と、
前記第３の押さえ部を前記第２の押さえ部に向かって押圧する押圧部と、を備えたことを特徴とする仮封止用治具。 - 前記第２の押さえ部に弾性を有するパッドが設けられていることを特徴とする請求項１記載の仮封止用治具。
- 前記第３の押さえ部に弾性を有するパッドが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の仮封止用治具。
- 前記押圧部は、前記ケースに設けられた一対の端子間を結ぶ方向に対応するように複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の仮封止用治具。
- ケース内に電極組立体を収容してなる蓄電装置の製造方法であって、
前記ケース内に前記電極組立体を収容した後、前記ケースに設けられた注入口から電解液を注入する電解液注入工程と、
前記注入工程の後、弾性を有する仮封止栓を前記注入口に嵌め込み、請求項１〜４のいずれか一項に記載の仮封止用治具の前記ピンを前記仮封止栓に差し込むことで前記注入口を仮封止する仮封止工程と、を備えたことを特徴とする蓄電装置の製造方法。 - 前記仮封止工程において、前記仮封止用治具の前記ピンを前記仮封止栓に差し込んだ後、前記ケースの前記第２の面及び前記第３の面のうち、前記電極組立体と重ならない領域を前記仮封止用治具の前記第２の押さえ部及び前記第３の押さえ部によって挟持することを特徴とする請求項５記載の蓄電装置の製造方法。
- 前記仮封止工程の後、前記ケースの前記第２の面及び前記第３の面のうち、前記電極組立体と重なる領域を拘束治具によって拘束する拘束工程を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の蓄電装置の製造方法。
- 前記拘束工程において、前記仮封止用治具と前記拘束治具との間に隙間を設けることを特徴とする請求項７記載の蓄電装置の製造方法。
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