JP2015176700A - 蓄電装置の封止部材 - Google Patents

Abstract

【課題】封止部材で封止された注入孔を開口させた後に残留物が残ることを抑えることのできる蓄電装置の封止部材を提供すること。【解決手段】封止部材２０は、注入孔１６ｃに挿入される軸２１と、軸２１に巻き付けられており一部が軸２１に固定された弾性体２２とを有している。弾性体２２は、封止部材２０に捩りモーメントが付与されることにより注入孔１６ｃの直径よりも縮径し、封止部材２０に付与された捩りモーメントが解放されることにより注入孔１６ｃの直径よりも拡径する。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電装置の封止部材に関する。

従来から、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置は、電極組立体及び電解質がケースに収容されている。このような蓄電装置は、ケースに電極組立体を収容した後に、ケースに設けられた注入孔から電解質が注入されて、さらに注入孔が封止部材で仮封止される（例えば特許文献１）。

この特許文献１に記載の封止部材は、封止フィルムで構成されており、注入孔に封止フィルムが溶着されることにより仮封止が行われる。そして、ケース内に発生したガスを放出する場合には、封止フィルムに孔を開けることにより、仮封止された注入孔が開口される。

特開２００９−２９５５９５号公報

特許文献１に記載された封止部材を使う場合には、ガスの放出後に注入孔を本封止するに際して、注入孔に封止フィルムなどの残留物が残っている。そのため、注入孔をそのまま本封止することはできず、例えば封止フィルムなどの残留物を除去する工程が必要になってしまう。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、封止部材で封止された注入孔を開口させた後に残留物が残ることを抑えるようにした蓄電装置の封止部材を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置の封止部材は、電極組立体と、電解質と、前記電極組立体及び前記電解質を収容しており前記電解質の注入孔を有するケースとを備える蓄電装置の前記注入孔を封止する封止部材であって、前記封止部材は、当該封止部材に捩りモーメントが付与されることにより前記注入孔の直径よりも縮径し、当該封止部材に付与された前記捩りモーメントが解放されることにより前記注入孔の直径よりも拡径する弾性体を備えることを要旨とする。

同構成によれば、封止部材に捩りモーメントが付与されると、弾性体が注入孔の直径よりも縮径するため、この状態であれば弾性体を注入孔に出し入れすることが可能になる。一方、封止部材に付与された捩りモーメントが解放されると、弾性体が注入孔の直径よりも拡径するため、この状態であれば弾性体にて注入孔を封止することが可能になる。従って、上記構成を備える封止部材によれば、縮径した状態の弾性体を注入孔に挿入した後、同弾性体を拡径させることにより、注入孔が封止される。そして、注入孔で拡径された弾性体を再び縮径させることにより、封止部材は注入孔から抜き取り可能になる。このように同構成の封止部材によれば、封止部材を注入孔から抜き取ることが可能なため、封止部材で封止された注入孔を開口させた後に残留物が残ることを抑えることができる。

上記封止部材について、同封止部材は、前記注入孔に挿入される軸を有しており、前記弾性体は、前記軸に巻き付けられており一部が当該軸に固定されていることが好ましい。
また、上記封止部材について、同封止部材は、前記注入孔に挿入される軸を有しており、前記弾性体は、前記軸の外周を覆う円筒形状であって一部が当該軸に固定されていることが好ましい。

これら軸や弾性体を有する封止部材の構成によれば、軸に回転力を付与して弾性体を捩ることにより、同弾性体には捩りモーメントが直接付与され、これにより弾性体は縮径する。一方、軸への回転力付与を中止すると、弾性体に付与された捩りモーメントが解放されることにより、縮径された弾性体は元の形状に戻ろうとするため、弾性体は拡径する。このように同構成によれば、捩りモーメントを利用した弾性体の縮径及び拡径を好適に行うことができるようになる。

上記封止部材について、同封止部材は、コイル部を備える捩りばねを有しており、前記弾性体は、有底の円筒形状であり、前記弾性体の内周面に前記コイル部の外周面が当接するように前記コイル部が前記弾性体の内部に配設されていることが好ましい。

これら捩りばねや弾性体を有する封止部材の構成によれば、捩りばねに付与された捩りモーメントを解放することにより、コイル部の直径が拡径するため、このコイル部が内装された弾性体も拡径する。一方、捩りばねを圧縮して捩りモーメントを付与すると、コイル部の直径が縮径するため、このコイル部が内装された弾性体も縮径する。このように同構成によっても、捩りモーメントを利用した弾性体の縮径及び拡径を好適に行うことができるようになる。

本発明によれば、封止部材で封止された注入孔を開口させた後に残留物が残ることを抑制できる。

リチウムイオン二次電池を模式的に示す斜視図。 第１実施形態の封止部材を模式的に示す側面図。 同実施形態における封止部材を注入孔に挿入した状態を模式的に示す拡大断面図。 同実施形態における封止部材にて注入孔を封止した状態を模式的に示す拡大断面図。 第２実施形態の封止部材を模式的に示す断面図。 同実施形態の封止部材を模式的に示す平面図。 同実施形態における封止部材を注入孔に挿入した状態を模式的に示す拡大断面図。 同実施形態における封止部材にて注入孔を封止した状態を模式的に示す拡大断面図。 第１実施形態の変形例における封止部材を模式的に示す斜視図。

（第１実施形態）
以下、リチウムイオン二次電池の封止部材の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池１０は、電極組立体１２と、電解質（電解液）１３と、電極組立体１２及び電解質１３を収容したケース１４とを備えている。なお、以下の説明では、リチウムイオン二次電池を単に「二次電池」という。

ケース１４は、有底四角筒状の本体部材１５と、本体部材１５に電極組立体１２を収容するための開口部１５ａを塞ぐ四角平板状の蓋１６とを有している。本体部材１５と蓋１６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は角型電池である。蓋１６は、蓋１６を厚さ方向に貫通する電解質１３の注入孔１６ｃを有している（図３及び図４を参照）。

電極組立体１２には、正極端子１７と負極端子１８が電気的に接続されている。正極端子１７及び負極端子１８には、ケース１４から絶縁するための環状の絶縁部材１９がそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１７と負極端子１８は、蓋１６からケース１４の外側に突出している。

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有する。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を有する。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。

また、二次電池１０は、注入孔１６ｃを封止するための封止部材２０を備えている。
図２に示すように、封止部材２０は、注入孔に挿入される軸２１と、弾性体２２とで構成されている。

軸２１は、円板２１ａと、円板２１ａの中心から垂直に延びる棒部２１ｂとを有している。円板２１ａ及び棒部２１ｂは、電解質１３に対して化学的に安定な材料、例えばステンレス鋼などのような金属で形成されている。

弾性体２２は、電解質１３に対して化学的に安定な材料、例えばポリテトラフルオロエチレンやシリコン樹脂などのゴムにて形成されている。また、弾性体２２は、棒部２１ｂの端部を残して当該棒部２１ｂの軸方向に巻き付けられており、その一部、より詳細には円板２１ａに当接する部位は同円板２１ａに固定されている。この固定に際しては、例えば接着や溶着などの方法が用いられている。なお、弾性体２２の一部を棒部２１ｂに対して強固に固定することが可能であれば、円板２１ａを省略してもよい。

そして、棒部２１ｂに巻き付けられた状態の弾性体２２にあって、外力が作用していない自由状態での直径ＬＫ１は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも大きくされている。
次に、封止部材２０で注入孔１６ｃを封止することで得られる作用を説明する。

図３に示すように、注入孔１６ｃからケース１４内に電解質１３が注入されると、注入孔１６ｃを仮に封止するために封止部材２０が挿入される。
この封止部材２０の挿入に際しては、弾性体２２にあって円板２１ａに固定されていない側の端部外周を治具１００にてクランプする。

次に、軸２１に回転力を付与して当該軸２１を弾性体２２の巻き付け方向（図３に示す矢印Ｒ方向）に回転させる。この軸２１の回転により、弾性体２２には捩りモーメントが付与され、これにより弾性体２２は絞られて縮径する。この縮径された弾性体２２の直径ＬＳ１が、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも小さくなるまで、軸２１を回転させる。

次に、弾性体２２の縮径が完了すると、封止部材２０は、注入孔１６ｃ内に挿入される。
図４に示すように、注入孔１６ｃ内への封止部材２０の挿入が完了すると、次に、治具１００による弾性体２２のクランプが解除されて、軸２１への回転力付与が中止される。すると、弾性体２２に付与された捩りモーメントが解放されることにより、縮径された弾性体２２は元の形状に戻ろうとするため、弾性体２２は拡径する。ここで、外力が作用していない自由状態での弾性体２２の直径ＬＫ１は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも大きいため、そうした弾性体２２の拡径によって、注入孔１６ｃの封止が完了する。

次に、二次電池１０のエージングを行う。二次電池１０では、エージングを行うことにより、電解質１３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。発生したガスは、注入孔１６ｃが封止部材２０によって封止されているため、ケース１４の外へ放出されることが抑制される。

次に、先の図３に示したように、弾性体２２にあって円板２１ａに固定されていない側の端部外周を治具１００にてクランプする。
次に、軸２１に回転力を付与して当該軸２１を弾性体２２の巻き付け方向（図３に示す矢印Ｒ方向）に回転させる。この軸２１の回転により、弾性体２２には再び捩りモーメントが付与され、これにより弾性体２２は絞られて縮径する。この縮径された弾性体２２の直径ＬＳ１が、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも小さくなるまで、軸２１を回転させる。

次に、弾性体２２の縮径が完了すると、封止部材２０は、注入孔１６ｃから抜き取られて、注入孔１６ｃは開口する。この注入孔１６ｃの開口により、エージングで発生したガスは、ケース１４の外へ放出される。

こうしたガスの放出後、注入孔１６ｃは、ブラインドリベットなどによって本封止される。
以上説明した本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（１）上記構成を備える封止部材２０によれば、縮径した状態の弾性体２２を注入孔１６ｃに挿入した後、同弾性体２２を拡径させることにより、注入孔１６ｃを封止することができる。そして、注入孔１６ｃで拡径された弾性体２２を再び縮径させることにより、封止部材２０は注入孔１６ｃから抜き取り可能になる。このように本実施形態の封止部材２０によれば、封止部材２０を注入孔１６ｃから抜き取ることが可能なため、封止部材２０で封止された注入孔１６ｃを開口させた後に残留物が残ることを抑えることができる。

（２）封止部材２０は、注入孔１６ｃに挿入される軸２１を有しており、弾性体２２は、軸２１に巻き付けられており一部が当該軸２１に固定されている。そのため、軸２１に回転力を付与して当該軸２１を弾性体２２の巻き付け方向に回転させると、弾性体２２には捩りモーメントが直接付与され、これにより弾性体２２は縮径する。一方、軸２１への回転力付与を中止すると、弾性体２２に付与された捩りモーメントが解放されることにより、縮径された弾性体２２は元の形状に戻ろうとするため、弾性体２２は拡径する。従って、こうした構成を有する封止部材２０によれば、捩りモーメントを利用した弾性体２２の縮径及び拡径を好適に行うことができるようになる。

（３）また、軸２１の回転動作により弾性体２２の直径を変化させることができるため、封止部材２０で注入孔１６ｃを封止したり開口させたりする工程の自動化が比較的容易であり、二次電池の生産性を向上させることも可能になる。

（４）また、軸２１に弾性体２２が巻き付けられているため、弾性体２２のみで封止部材２０を構成する場合と比較して、注入孔１６ｃを封止している状態での弾性体２２の圧縮代は軸２１の直径の分だけ多くなる。そのため、弾性体２２による注入孔１６ｃのシール性が向上するようになる。

（第２実施形態）
次に、リチウムイオン二次電池の封止部材の第２実施形態について説明する。
図５及び図６に示すように、本実施形態の封止部材４０は、コイル部４１ａを備える捩りばね４１と、有底で円筒形状の弾性体４２とで構成されている。

捩りばね４１は、電解質１３に対して化学的に安定な材料、例えばステンレス鋼などのような金属で形成されている。弾性体４２は、電解質１３に対して化学的に安定な材料、例えばポリテトラフルオロエチレンやシリコン樹脂などのゴムにて形成されている。

そして、弾性体４２の内周面にコイル部４１ａの外周面が当接するように、コイル部４１ａが弾性体４２の内部に配設されている。より詳細には、捩りばね４１に捩りモーメントが付与された状態、つまり捩りばね４１が圧縮された状態でのコイル部４１ａの外径は、弾性体４２の内径よりも若干大きくされている。従って、弾性体４２は、捩りばね４１に対する捩りモーメントの付与状態に関わらず、常にその内周面がコイル部４１ａの外周面に当接しており、これにより捩りばね４１を圧縮したときの弾性体４２の脱落が抑制される。

コイル部４１ａを構成するばね線材にあって、弾性体４２の底面４２ａ側の端部は、コイル部４１ａに捩りモーメントを入力するための第１入力部４１ｂを構成している。この第１入力部４１ｂは、弾性体４２の底面４２ａから弾性体４２の開口部上方に向かって延びた後、弾性体４２の外周方向に延び、その後、再び弾性体４２の開口部上方に向かって延びている。

また、コイル部４１ａを構成するばね線材にあって、弾性体４２の開口部側の端部は、コイル部４１ａに捩りモーメントを入力するための第２入力部４１ｃを構成している。この第２入力部４１ｃは、弾性体４２の開口部上方に向かって延びた後、弾性体４２の外周方向に延び、その後、再び弾性体４２の開口部上方に向かって延びている。

これら第１入力部４１ｂ及び第２入力部４１ｃが、コイル部４１ａの周方向において互いに近づく方向（図６に示す矢印Ｎ１方向）に動かされると、捩りばねの圧縮量、つまりコイル部４１ａの巻き方向における圧縮量が増大して、コイル部４１ａの直径は小さくなる。なお、上述した第１入力部４１ｂ及び第２入力部４１ｃの形状は一例であり、捩りばねの圧縮量調整に適した形状を有していればよい。

そして、捩りばね４１に捩りモーメントが付与される前の弾性体４２の直径ＬＫ３は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも大きく、その一方で、捩りばね４１が所定量圧縮された状態、つまり捩りばね４１にある程度の捩りモーメントが付与されている状態での弾性体４２の直径ＬＳ３は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも小さくなるように、弾性体４２の内径及び外径は設定されている。

次に、封止部材４０で注入孔１６ｃを封止することで得られる作用を説明する。
図７に示すように、注入孔１６ｃからケース１４内に電解質１３が注入されると、注入孔１６ｃを仮に封止するために封止部材４０が挿入される。

この封止部材４０の挿入に際しては、上述したように、第１入力部４１ｂ及び第２入力部４１ｃを、コイル部４１ａの周方向において互いに近づく方向に動かす。すると、捩りばね４１が圧縮されて同捩りばね４１には捩りモーメントを付与される。このようにして捩りばね４１に捩りモーメントが付与されると、コイル部４１ａの直径が縮径するため、コイル部４１ａが内装された弾性体４２も縮径する。この縮径状態にある弾性体４２の直径ＬＳ３が、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも小さくなるまで、捩りばね４１を捩り方向に圧縮させる。

次に、弾性体４２の縮径が完了すると、封止部材４０は、注入孔１６ｃ内に挿入される。
図８に示すように、注入孔１６ｃ内への封止部材４０の挿入が完了すると、次に、第１入力部４１ｂ及び第２入力部４１ｃが互いに近づく方向への外力入力が中止される。すると、捩りばね４１に付与された捩りモーメントが解放されることにより、縮径されたコイル部４１ａは元の形状に戻ろうとするため、コイル部４１ａは拡径する。こうしたコイル部４１ａの直径の拡径により、同コイル部４１ａが内装された弾性体４２の内壁が外周方向に押されるため、弾性体４２の直径も拡径する。ここで、捩りばね４１に捩りモーメントが付与される前の弾性体４２の直径ＬＫ３は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも大きくされているため、そうした弾性体４２の拡径によって、注入孔１６ｃの封止が完了する。

次に、二次電池１０のエージングを行う。二次電池１０では、エージングを行うことにより、電解質１３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。発生したガスは、注入孔１６ｃが封止部材４０によって封止されているため、ケース１４の外へ放出されることが抑制される。

次に、先の図７に示したように、第１入力部４１ｂ及び第２入力部４１ｃを、再びコイル部４１ａの周方向において互いに近づく方向に動かす。これにより捩りばね４１には再度、捩りモーメントが付与され、これにより弾性体４２は縮径する。この縮径状態にある弾性体４２の直径ＬＳ３が、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも小さくなるまで、捩りばね４１を捩り方向に圧縮させる。

次に、弾性体４２の縮径が完了すると、封止部材４０は、注入孔１６ｃから抜き取られて、注入孔１６ｃは開口する。この注入孔１６ｃの開口により、エージングで発生したガスは、ケース１４の外へ放出される。

こうしたガスの放出後、注入孔１６ｃは、ブラインドリベットなどによって本封止される。
以上説明した本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（１）上記構成を備える封止部材４０によれば、縮径した状態の弾性体４２を注入孔１６ｃに挿入した後、同弾性体４２を拡径させることにより、注入孔１６ｃを封止することができる。そして、注入孔１６ｃで拡径された弾性体４２を再び縮径させることにより、封止部材４０は注入孔１６ｃから抜き取り可能になる。このように本実施形態の封止部材４０によっても、封止部材４０を注入孔１６ｃから抜き取ることが可能なため、封止部材４０で封止された注入孔１６ｃを開口させた後に残留物が残ることを抑えることができる。

（２）封止部材４０は、コイル部４１ａを備える捩りばね４１を有しており、弾性体４２は、有底の円筒形状であり、弾性体４２の内周面にコイル部４１ａの外周面が当接するようにコイル部４１ａが弾性体４２の内部に配設されている。そのため、捩りばね４１に付与された捩りモーメントを解放することにより、コイル部４１ａの直径が拡径するため、このコイル部４１ａが内装された弾性体４２も拡径する。一方、捩りばね４１を圧縮して捩りモーメントを付与すると、コイル部４１ａの直径が縮径するため、このコイル部４１ａが内装された弾性体４２も縮径する。従って、こうした構成を有する封止部材４０によれば、捩りモーメントを利用した弾性体４２の縮径及び拡径を好適に行うことができるようになる。

（３）また、捩りばね４１の圧縮量を調整することで弾性体４２の直径を変化させることができるため、封止部材４０で注入孔１６ｃを封止したり開口させたりする工程の自動化が比較的容易であり、例えば蓄電装置の生産性を向上させることも可能になる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１実施形態では、軸２１に弾性体２２を巻き付けるようにしたが、この他の態様で弾性体を設けるようにしてもよい。そうした変形例の一例を図９に示す。

図９に示すように、この変形例の封止部材５０は、注入孔１６ｃに挿入される上記軸２１と、円筒形状の弾性体５２とで構成されている。
弾性体５２は、電解質１３に対して化学的に安定な材料、例えばポリテトラフルオロエチレンやシリコン樹脂などのゴムにて形成されている。また、弾性体５２は、上記棒部２１ｂの端部を残して当該棒部２１ｂの外周を覆っており、その一部、より詳細には上記円板２１ａに当接する部位は同円板２１ａに固定されている。この固定に際しても、例えば接着や溶着などの方法を用いることができる。なお、弾性体５２の一部を棒部２１ｂに対して強固に固定することが可能であれば、円板２１ａを省略してもよい。

そして、外力が作用していない自由状態での弾性体５２の直径ＬＫ５は、注入孔１６ｃの直径Ｌ１よりも大きくされている。
こうした封止部材５０によっても、注入孔１６ｃの封止や開口を、上記封止部材２０と同様な態様にて行うことが可能であり、上記第１実施形態に準じた作用効果を得ることができる。

○ 封止部材の弾性体は、注入孔１６ｃの形状に対応した形状であればよい。例えば、注入孔１６ｃが楕円形であれば、弾性体も楕円柱状に形成するとよい。
○ 注入孔１６ｃは、本体部材１５の壁に設けてもよい。

○ 二次電池１０は、複数の注入孔１６ｃを有していてもよい。
○ 正極電極は、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、負極金属箔の片面のみに負極活物質を有していてもよい。

○ 電極組立体１２として積層タイプを記載したが、捲回タイプでもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池とは異なる二次電池であってもよい。要するに、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。

○ 電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。

１０…リチウムイオン二次電池（蓄電装置）、１２…電極組立体、１３…電解質、１４…ケース、１５…本体部材、１５ａ…開口部、１６…蓋、１６ｃ…注入孔、１７…正極端子、１８…負極端子、１９…絶縁部材、２０…封止部材、２１…軸、２１ａ…円板、２１ｂ…棒部、２２…弾性体、４０…封止部材、４１…捩りばね、４１ａ…コイル部、４１ｂ…第１入力部、４１ｃ…第２入力部、４２…弾性体、４２ａ…底面、５０…封止部材、５２…弾性体、１００…治具。

Claims (4)

1. 電極組立体と、電解質と、前記電極組立体及び前記電解質を収容しており前記電解質の注入孔を有するケースとを備える蓄電装置の前記注入孔を封止する封止部材であって、
   前記封止部材は、当該封止部材に捩りモーメントが付与されることにより前記注入孔の直径よりも縮径し、当該封止部材に付与された前記捩りモーメントが解放されることにより前記注入孔の直径よりも拡径する弾性体を備える
   ことを特徴とする蓄電装置の封止部材。
2. 前記封止部材は、前記注入孔に挿入される軸を有しており、
   前記弾性体は、前記軸に巻き付けられており一部が当該軸に固定されている
   請求項１に記載の蓄電装置の封止部材。
3. 前記封止部材は、前記注入孔に挿入される軸を有しており、
   前記弾性体は、前記軸の外周を覆う円筒形状であって一部が当該軸に固定されている
   請求項１に記載の蓄電装置の封止部材。
4. 前記封止部材は、コイル部を備える捩りばねを有しており、
   前記弾性体は、有底の円筒形状であり、
   前記弾性体の内周面に前記コイル部の外周面が当接するように前記コイル部が前記弾性体の内部に配設されている
   請求項１に記載の蓄電装置の封止部材。