JP2015204134A - 仮封止用治具及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仮封止栓による注入口の密閉性を好適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】この仮封止用治具３１では、仮封止栓３２及びピン３３の少なくとも一方に摩擦低減部４０が形成されているため、ピン３３が仮封止栓３２の中空部３７に差し込まれるときの仮封止栓３２とピン３３との間の摩擦を低減できる。これにより、ピン３３が仮封止栓３２に引っ掛かることを抑制できるので、一定の圧力で機械的にピン３３を仮封止栓３２に差し込んだ場合でも、ピン３３を仮封止栓３２の中空部３７の奥までしっかりと差し込むことが可能となる。このため、仮封止栓３２を十分に弾性変形させることができ、仮封止栓３２による注入口２３の密閉性を好適に確保できる。また、ピン３３が仮封止栓３２に引っ掛かることを抑制することで、仮封止栓３２のフランジ部３５が歪んでケース２から浮いてしまうことも抑制できる。
【選択図】図６

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、弾性を有する仮封止栓と、仮封止栓に差し込むピンとからなる仮封止用治具を用いたものがある。特許文献１に記載の密閉型電池の製造方法では、仮封止部材（仮封止用治具）が、その軸心部分に連通孔が開口部されてその外径が注液孔の内径よりも大きく形成された弾性体である筒状部材（仮封止栓）と、連通孔の内径より大径に形成されて連通孔にその一端部が挿入可能な棒状部材（ピン）とで構成されている。そして、棒状部材を連通孔に挿入するとともに、筒状部材を注液孔に挿入し、仮封止部材を弾性変形させることにより、注液孔を仮封止している。

特開２０１３−１０５６７８号公報

しかしながら、上述したような従来の仮封止用治具では、弾性体である仮封止栓にピンを差し込む際にピンが仮封止栓に引っ掛かってしまうおそれがある。特に一定の圧力で機械的にピンを仮封止栓に差し込む場合にピンが仮封止栓に引っ掛かると、仮封止栓へのピンの差し込みが不十分となり、仮封止栓による注入口の密封性が不足するおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、仮封止栓による注入口の密閉性を好適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、注入口に嵌め込まれる突起部と、突起部の基端側の縁部に設けられたフランジ部と、突起部の基端側が開口部となるように設けられた中空部と、を有し、弾性を有する材料によって形成された仮封止栓と、中空部に差し込み可能に形成されたピンと、を備え、仮封止栓及びピンの少なくとも一方には、ピンが中空部に差し込まれるときの仮封止栓とピンとの間の摩擦を低減する摩擦低減部が形成されていることを特徴とする。

この仮封止用治具では、仮封止栓及びピンの少なくとも一方に摩擦低減部が形成されているため、ピンが仮封止栓の中空部に差し込まれるときの仮封止栓とピンとの間の摩擦を低減できる。これにより、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できるので、一定の圧力で機械的にピンを仮封止栓に差し込んだ場合でも、ピンを仮封止栓の中空部の奥までしっかりと差し込むことが可能となる。このため、仮封止栓を十分に弾性変形させることができ、仮封止栓による注入口の密閉性を好適に確保できる。また、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制することで、仮封止栓のフランジ部が歪んでケースから浮いてしまうことも抑制できる。

摩擦低減部は、中空部における内側面の開口部側に形成されていることが好ましい。これにより、ピンを中空部に差し込む際のピンと仮封止栓の開口部付近との間の摩擦を低減できるため、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できる。また、摩擦低減部が中空部における内側面の開口部側のみに形成されている場合には、中空部に一旦差し込まれたピンの抜けも抑制できる。

摩擦低減部は、ピンの側面の先端側に形成されていることが好ましい。これにより、ピンを中空部に差し込む際のピンの先端側と仮封止栓との間の摩擦を低減できるため、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できる。また、摩擦低減部が中空部における内側面の開口部側のみに形成されている場合には、中空部に一旦差し込まれたピンの抜けも抑制できる。

摩擦低減部は、中空部の内側面全体に形成されていることが好ましい。これにより、中空部の内側面全体における摩擦を低減できるため、より確実にピンを中空部の奥までしっかりと差し込むことができる。

摩擦低減部は、ピンの側面全体に形成されていることが好ましい。これにより、ピンの側面全体における摩擦を低減できるため、より確実にピンを中空部の奥までしっかりと差し込むことができる。

摩擦低減部は、フランジ部における開口部の縁部に形成されていることが好ましい。これにより、ピンを中空部に差し込む際のピンと仮封止栓の開口部付近との間の摩擦を低減できるため、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できる。

摩擦低減部は、ピンの先端面に形成されていることが好ましい。これにより、ピンを中空部に差し込む際のピンの先端側と仮封止栓との間の摩擦を低減できるため、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できる。

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と電解液と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、電解液注入工程の後、上記の仮封止用治具を用い、仮封止栓の突起部を注入口に嵌め込み、ピンを仮封止栓の中空部に差し込むことで注入口を仮封止する仮封止工程と、を備えることを特徴とする。

この蓄電装置の製造方法では、仮封止栓及びピンの少なくとも一方に摩擦低減部が形成されている仮封止用治具を用いるため、仮封止工程において、ピンが仮封止栓の中空部に差し込まれるときの仮封止栓とピンとの間の摩擦を低減できる。これにより、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制できるので、一定の圧力で機械的にピンを仮封止栓に差し込んだ場合でも、ピンを仮封止栓の中空部の奥までしっかりと差し込むことが可能となる。このため、仮封止栓を十分に弾性変形させることができ、仮封止栓による注入口の密閉性を好適に確保できる。また、ピンが仮封止栓に引っ掛かることを抑制することで、仮封止栓のフランジ部が歪んでケースから浮いてしまうことも抑制できる。

本発明によれば、仮封止栓による注入口の密閉性を好適に確保できる。

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斜視図である。 図１に示した蓄電装置の内部構成を示す断面図である。 図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。 電解液注入工程を示す要部拡大断面図である。 仮封止工程において用いられる仮封止用治具の構成を示す断面図である。 仮封止工程を示す要部拡大断面図である。 図５に示した仮封止用治具の変形例を示す断面図である。 図５に示した仮封止用治具の他の変形例を示す断面図である。

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Ｉ−Ｉ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部する有底の電槽缶２１と、電槽缶２１の開口部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が例えば円形状に形成されている。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３の内部に含浸され、活物質層１１ｂ，１２ｂ及びセパレータ１３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、仮封止用治具を用いて注入口２３を仮封止する。図５は、仮封止工程において用いられる仮封止用治具の構成を示す断面図である。同図に示すように、仮封止用治具３１Ａ（３１）は、仮封止栓３２Ａ（３２）とピン３３Ａ（３３）とで構成されている。

仮封止栓３２Ａ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３２Ａは、例えば注入口２３の径と略同一の外径を有する円筒状の突起部３４と、突起部３４の基端側の縁部に設けられた環状のフランジ部３５と、突起部３４の基端側が開口部３６となるように設けられた断面円形の中空部３７とを有している。

ピン３３Ａは、例えばＳＵＳなどの金属によって構成されている。ピン３３Ａは、仮封止栓３２Ａの中空部３７の内径と略同一の外径を有する棒状の差込部３８と、差込部３８の基端側の縁部に設けられ、仮封止の際に仮封止栓３２Ａのフランジ部３５を押さえる環状の押さえ部３９とを有している。

仮封止工程では、まず、図６（ａ）に示すように、注入口２３に仮封止栓３２Ａを取り付ける。仮封止栓３２Ａは、フランジ部３５がケース２の蓋部２２に接触するまで突起部３４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。

続いて、図６（ｂ）に示すように、仮封止栓３２Ａの中空部３７にピン３３Ａの差込部３８を差し込む。次いで、ピン３３Ａの押さえ部３９に対して押圧することによって、ピン３３Ａの差込部３８が中空部３７の奥までしっかりと差し込まれるように仮封止栓３２Ａのフランジ部３５をピン３３Ａの押さえ部３９で押さえる。これにより、図６（ｃ）に示すように、ケース２の注入口２３は、仮封止用治具３１Ａによって仮封止される。

ここで、仮封止栓３２Ａの中空部３７における内側面３７ａの開口部３６側には、摩擦低減部４０Ａ（４０）が形成されている。摩擦低減部４０Ａは、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を用いて形成されている。これらの材料の中では、耐熱性の観点からＤＬＣが好ましい。摩擦低減部４０Ａは、上記固体潤滑剤を用いた表面処理によって内側面３７ａの開口部３６側に形成されてもよく、上記固体潤滑剤を用いた表面処理がなされた部材を別体として内側面３７ａの開口部３６側に取り付けて形成されてもよい（後述する摩擦低減部４０の他の態様においても同様）。

この構成により、ピン３３Ａの差込部３８を仮封止栓３２Ａの中空部３７に差し込む際に（図６（ｂ））、ピン３３Ａの差込部３８と仮封止栓３２Ａの中空部３７における内側面３７ａの開口部３６側との間の摩擦が低減される。このため、ピン３３Ａの差込部３８の外径と仮封止栓３２Ａの中空部３７の内径とが略同一であっても、ピン３３Ａを仮封止栓３２Ａの中空部３７に差し込む際にピン３３Ａの差込部３８が仮封止栓３２Ａの中空部３７における開口部３６付近に引っ掛かることを抑制できる。したがって、ピン３３Ａの差込部３８を仮封止栓３２Ａの中空部３７の奥までしっかりと差し込むことが可能となるため、仮封止栓３２Ａを十分に弾性変形させることができ、注入口２３の密封性が好適に確保される。また、ピン３３Ａが仮封止栓３２Ａに引っ掛かることを抑制することで、仮封止栓３２Ａのフランジ部３５が歪んでケース２から浮いてしまうことも抑制できる。

また、本実施形態では、摩擦低減部４０Ａが仮封止栓３２Ａの中空部３７における内側面３７ａの開口部３６側のみに形成されているため、一旦差し込まれたピン３３Ａの差込部３８と中空部３７における内側面３７ａの先端側との間の摩擦は大きくなっている。したがって、一旦差し込まれたピン３３Ａが中空部３７から抜けることを抑制できる。

上記実施形態では、摩擦低減部４０は仮封止栓３２に形成されていたが、摩擦低減部４０は、ピン３３に形成されていてもよい。ピン３３に摩擦低減部４０を形成する場合、例えばピン３３に上記固体潤滑剤を塗布すればよい。具体的には、例えば図７に示す仮封止用治具３１Ｂでは、摩擦低減部４０Ｂは、ピン３３Ｂの差込部３８における側面３８ａの先端側に形成されている。

この場合、ピン３３Ｂの差込部３８を仮封止栓３２Ｂの中空部３７に差し込む際に、ピン３３Ｂの差込部３８における側面３８ａの先端側と仮封止栓３２Ｂの中空部３７との間の摩擦が低減される。このため、ピン３３Ｂの差込部３８の外径と仮封止栓３２Ｂの中空部３７の内径とが略同一であっても、ピン３３Ｂを仮封止栓３２Ｂの中空部３７に差し込む際にピン３３Ｂの差込部３８の先端側が仮封止栓３２Ｂの中空部３７の開口部３６付近に引っ掛かることを抑制できる。したがって、ピン３３Ｂの差込部３８を仮封止栓３２Ｂの中空部３７の奥までしっかりと差し込むことが可能となるため、仮封止栓３２Ｂを十分に弾性変形させることができ、注入口２３の密封性が好適に確保される。また、ピン３３Ｂが仮封止栓３２Ｂに引っ掛かることを抑制することで、仮封止栓３２Ｂのフランジ部３５が歪んでケース２から浮いてしまうことも抑制できる。

また、仮封止用治具３１Ｂでは、摩擦低減部４０Ｂがピン３３Ｂの差込部３８における側面３８ａの先端側のみに形成されているため、一旦差し込まれたピン３３Ｂの差込部３８における基端側と中空部３７の内側面３７ａとの間の摩擦は大きくなっている。したがって、一旦差し込まれたピン３３Ｂが中空部３７から抜けることを抑制できる。

摩擦低減部４０は、図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、更に他の態様をとり得る。図８（ａ）に示す仮封止用治具３１Ｃでは、摩擦低減部４０Ｃは、仮封止栓３２Ｃの中空部３７の内側面３７ａ全体に形成されている。この場合、中空部３７の内側面３７ａ全体における摩擦を低減できるため、より確実にピン３３Ｄの差込部３８を中空部３７の奥までしっかりと差し込むことができる。

図８（ｂ）に示す仮封止用治具３１Ｄでは、摩擦低減部４０Ｄは、ピン３３Ｄの差込部３８の側面３８ａ全体に形成されている。この場合、ピン３３Ｄの差込部３８の側面３８ａ全体における摩擦を低減できるため、より確実にピン３３Ｄを中空部３７の奥までしっかりと差し込むことができる。

図８（ｃ）に示す仮封止用治具３１Ｅでは、摩擦低減部４０Ｅは、仮封止栓３２Ｅのフランジ部３５における開口部３６の縁部３５ａに形成されている。この場合、ピン３３Ｅを中空部３７に差し込む際にピン３３Ｄの差込部３８がフランジ部３５における開口部３６の縁部３５ａに接触した場合でも、差込部３８が縁部３５ａに引っ掛かることを抑制できる。

図８（ｄ）に示す仮封止用治具３１Ｆでは、摩擦低減部４０Ｆは、ピン３３Ｆの差込部３８の先端面３８ｂに形成されている。この場合、ピン３３Ｆを中空部３７に差し込む際にピン３３Ｆの差込部３８の先端面３８ｂがフランジ部３５における開口部３６付近に接触した場合でも、ピン３３Ｄの差込部３８がフランジ部３５に引っ掛かることを抑制できる。

上記実施形態では、摩擦低減部４０として、摩擦低減部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆのいずれかが用いられていたが、摩擦低減部４０として、摩擦低減部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆの二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。この場合、ピン３３が仮封止栓３２に引っ掛かることを更に抑制でき、仮封止がより確実に実行される。

１…蓄電装置、２…ケース、３…電極組立体、４…電解液、２３…注入口、３１…仮封止用治具、３２…仮封止栓、３３…ピン、３４…突起部、３５…フランジ部、３６…開口部、３７…中空部、４０…摩擦低減部。

Claims (8)

1. 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、
   前記注入口に嵌め込まれる突起部と、前記突起部の基端側の縁部に設けられたフランジ部と、前記突起部の基端側が開口部となるように設けられた中空部と、を有し、弾性を有する材料によって形成された仮封止栓と、
   前記中空部に差し込み可能に形成されたピンと、を備え、
   前記仮封止栓及び前記ピンの少なくとも一方には、前記ピンが前記中空部に差し込まれるときの前記仮封止栓と前記ピンとの間の摩擦を低減する摩擦低減部が形成されていることを特徴とする仮封止用治具。
2. 前記摩擦低減部は、前記中空部における内側面の開口部側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の仮封止用治具。
3. 前記摩擦低減部は、前記ピンの側面の先端側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の仮封止用治具。
4. 前記摩擦低減部は、前記中空部の内側面全体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の仮封止用治具。
5. 前記摩擦低減部は、前記ピンの側面全体に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の仮封止用治具。
6. 前記摩擦低減部は、前記フランジ部における前記開口部の縁部に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の仮封止用治具。
7. 前記摩擦低減部は、前記ピンの先端面に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の仮封止用治具。
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、
   前記電解液注入工程の後、請求項１〜７のいずれか一項に記載の仮封止用治具を用い、前記仮封止栓の前記突起部を前記注入口に嵌め込み、前記ピンを前記仮封止栓の前記中空部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、を備えることを特徴とする蓄電装置の製造方法。

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