JP2016076346A

JP2016076346A - 蓄電素子

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Publication number: JP2016076346A
Application number: JP2014204862A
Authority: JP
Inventors: 謙吾宮本; Kengo Miyamoto
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: DE102015217437A1; JP6476710B2

Abstract

【課題】隔壁の内面に付着して栓部材の軸部と注液孔の内周面との間を通じて外部へ移動する電解液の量を抑制すること。
【解決手段】電解液を注入するための注液孔４５が隔壁（蓋部材４１）に設けられている収容体と、収容体に収容されている電極体と、注液孔４５を塞ぐ栓部材５０と、を備え、蓋部材４１の内面（下面Ｗ）に注液孔４５を囲む凸部１０１が形成されている、蓄電素子。蓋部材４１の下面Ｗに付着した電解液が栓部材５０まで達してしまうことを抑制できるので、栓部材５０の軸部５３と注液孔４５の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。
【選択図】図６

Description

電解液を注入するための注液孔を封止する技術に関する。

従来、電解液を注入するための注液孔が隔壁に設けられている収容体と、注液孔を封止する栓部材であって軸部と頭部とを有する栓部材とを備える蓄電素子が知られている。
例えば特許文献１には、電池ケースに開設された電解液注入用の注液孔が蓋に設けられており、その注液孔に軸部と頭部とを有する封止栓が圧入されて電池ケースに溶接される密閉型電池が記載されている。特許文献１に記載の密閉型電池では、封止栓を小さい力で圧入できるようにするために、封止栓の軸部の過半上部と注液孔との間に空間が設けられている。

特開２００９−１４６７１９号公報

通常、蓄電素子の製造工程では、注液孔が上に向かって開口する姿勢で注液孔から収容体の内部に電解液が注入される。その際に、注液孔が設けられている隔壁の内面に電解液が付着してしまうことがある。注液孔が設けられている隔壁の内面に電解液が付着すると、その後に注液孔に栓部材の軸部を挿入したときにその電解液が軸部と注液孔の内周面との間を通じて毛細管現象によって上がってきてしまう虞がある。つまり、電解液が外部へ移動してしまう虞がある。電解液が外部へ移動してしまうと、隔壁と栓部材の頭部との間に電解液が入り込み、頭部を隔壁に溶接する際に溶接不良が生じる虞がある。

前述した特許文献１に記載の密閉型電池は封止栓の軸部の過半上部と注液孔との間に空間が設けられているため電解液が上がり難い構造であるといえるが、それでもその空間が狭ければやはり電解液が上がってきてしまう虞がある。

また、毛細管現象による電解液の移動は、重力方向とは無関係に生じる。このため、注液孔が重力に対して上以外の方向に向かって開口する場合であっても、栓部材の軸部と注液孔の内周面との間を通じて、電解液が外部へ移動する虞がある。

本明細書では、隔壁の内面に付着して栓部材の軸部と注液孔の内周面との間を通じて外部へ移動する電解液の量を抑制する技術を開示する。

本明細書によって開示される蓄電素子は、電解液を注入するための注液孔が隔壁に設けられている収容体と、前記収容体に収容されている電極体と、前記注液孔を封止する栓部材であって、前記注液孔の内径より大きい頭部と前記注液孔に挿入される軸部とを有する栓部材と、を備え、前記隔壁の内面に前記注液孔を囲む第１の凹部、又は、前記注液孔を囲む凸部が形成されている。

本明細書によって開示される蓄電素子によれば、隔壁の内面に付着して栓部材の軸部と注液孔の内周面との間を通じて外部へ移動する電解液の量を抑制できる。

実施形態１に係る電池の斜視図電池の分解斜視図電極体の断面図蓋部材、正極端子部、負極端子部、正極集電体、負極集電体の分解斜視図注液孔の断面図注液孔の断面図蓋部材の下面の注液孔周辺を示す斜視図実施形態２に係る注液孔の断面図蓋部材の下面の注液孔周辺を示す斜視図実施形態３に係る注液孔の断面図蓋部材の下面の注液孔周辺を示す斜視図他の実施形態に係る凹部を示す断面図他の実施形態に係る凹部を示す断面図

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態の蓄電素子の概要について説明する。本蓄電素子は、電解液を注入するための注液孔が隔壁に設けられている収容体と、前記収容体に収容されている電極体と、前記注液孔を封止する栓部材であって、前記注液孔の内径より大きい頭部と前記注液孔に挿入される軸部とを有する栓部材と、を備え、前記隔壁の内面に前記注液孔を囲む第１の凹部、又は、前記注液孔を囲む凸部が形成されている。

この構成によると、注液孔から収容体の内部に電解液を注入した際に注液孔が設けられている隔壁の内面に付着した電解液は、第１の凹部や凸部があることによって注液孔まで到達することが抑制される。このため、第１の凹部や凸部を設けない場合に比べ、栓部材の軸部と注液孔の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。これにより、隔壁と栓部材の頭部との間に電解液が入り込んで溶接不良が生じてしまうことを抑制できる。

＜実施形態１＞
以下、蓄電素子の一実施形態である電池１０について、図面を参酌しつつ説明する。
１．電池の構成
図１〜図４を参照して、実施形態１に係る蓄電素子としての電池１０の構成について説明する。電池１０は非水電解質二次電池、より詳しくはリチウムイオン二次電池である。

１−１．電池の外観
図１に示すように、電池１０はケース３０を備えている。ケース３０はケース本体３１と蓋部材４１とを備えている。ケース３０は「収容体」の一例である。また、蓋部材４１は「隔壁」の一例である。

ケース本体３１はアルミニウム合金や鋼等の金属によって上方に開口する箱状に形成されている。より具体的には、ケース本体３１はＸ方向に長辺、Ｚ方向に短辺を持つ有底角筒体である。

蓋部材４１はアルミニウム合金や鋼等の金属部材であり、Ｘ方向に長い長方形状の板材である。蓋部材４１はケース本体３１の開口部の大きさに対応しており、ケース本体３１の開口部に溶接されてケース本体３１の開口を封止する。

蓋部材４１の上面（ケース外側の面）Ｖには正極端子部７０Ｐと負極端子部７０Ｎとが設けられている。本実施形態では図１の右側に正極端子部７０Ｐが配置されており、左側に負極端子部７０Ｎが配置されている。

１−２．電池の内部構造
図２に示すように、ケース本体３１には正極集電体６０Ｐ、負極集電体６０Ｎ、電極体２０、及び、絶縁カバー２７が収容されている。正極集電体６０Ｐ及び負極集電体６０Ｎは蓋部材４１の下面ＷのＸ方向両側に分かれて配置されている。正極集電体６０Ｐ及び負極集電体６０Ｎは細長い導電性の金属部材を曲げたものであり、それぞれ一対の対向壁６７が形成されている。下面Ｗは「内面」の一例である。

電極体２０は絶縁カバー２７で全体が覆われた状態でケース３０内に収納されている。図３を参照して、電極体２０についてより具体的に説明する。電極体２０は正極シート２３Ｐと負極シート２３Ｎとを間にセパレータ２５を挟んだ状態で左右の異なる方向に位置をずらしつつ長円筒形状に巻回したものである。正極シート２３Ｐはアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させたものである。負極シート２３Ｎは銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。

図２に戻る。前述した正極シート２３Ｐ（図３参照）の一方側の端部にはアルミニウム箔や銅箔が露出した正極集電箔２４Ｐが形成されている。また、前述した負極シート２３Ｎ（図３参照）の他方側の端部には銅箔が露出した負極集電箔２４Ｎが形成されている。

正極集電体６０Ｐと負極集電体６０Ｎとは、電極体２０を間に挟んでＸ方向に向かい合っている。電極体２０は正極集電体６０Ｐに設けられている一対の対向壁６７によって正極集電箔２４Ｐが挟まれるとともに、負極集電体６０Ｎに設けられている一対の対向壁６７によって負極集電箔２４Ｎが挟まれることによって蓋部材４１に固定される。

１−３．蓋部材の構造
次に、図４を参照して、蓋部材４１の構造について説明する。蓋部材４１の上面Ｖには第一凹部４３及び第二凹部４４がＸ方向の両側に並んで形成されている。第一凹部４３は方形であり、ガスケット７５の底部が嵌合される。第一凹部４３の底部にはリベット挿通孔４２が形成されている。第二凹部４４も方形であり、ボルトケース８５の底部が嵌合される。

蓋部材４１の中央部には注液孔４５と圧力開放弁４９とが並んで形成されている。注液孔４５はケース３０に電解液を注入するために設けられており、電解液が注入された後に栓部材５０によって封止される。栓部材５０は金属製であり、注液孔４５に嵌合挿入される軸部５３と、注液孔４５を塞ぐ頭部５１とを有している。

正極端子部７０Ｐと負極端子部７０Ｎとは実質的に同一構造であり、また、正極集電体６０Ｐと負極集電体６０Ｎとは実質的に同一構造であるので、以降の説明では正極端子部７０Ｐ及び正極集電体６０Ｐを例に説明する。

正極端子部７０Ｐは金属製のリベット７１Ｐ、ガスケット７５、金属製の端子ボルト８１Ｐ、ボルトケース８５、及び、金属製の端子板９１Ｐを備えている。

リベット７１Ｐは両軸タイプであり、頭部７２の上下両側に第１軸部７３と第２軸部７４とが設けられている。

ガスケット７５は絶縁性を有する合成樹脂材であり、リベット７１Ｐの頭部７２を収容可能な箱型をしている。ガスケット７５の底面にはリベット７１Ｐの第１軸部７３が貫通する貫通孔と、その周縁部に沿って環状突部７６とが形成されている。

ガスケット７５は、環状突部７６をリベット挿通孔４２に嵌合させつつ蓋部材４１の上面側に配置されており、蓋部材４１とリベット７１Ｐとの間を絶縁する。また、ガスケット７５の内部には封止材が充填されており、リベット挿通孔４２の周りやリベット７１Ｐの周りをシールする構造になっている。

端子ボルト８１Ｐは、電気機器に接続されたハーネスに設けられた端子（図略）や、電池同士を電気的に接続するバスバー（図略）の取り付け用であり、頭部８２をボルトケース８５に収容しつつ、蓋部材４１の上面側においてリベット７１Ｐと並んで配置される。

ボルトケース８５はガスケット７５と同様に絶縁性を有する合成樹脂材である。ボルトケース８５は箱型をしており、端子ボルト８１Ｐの頭部８２を収容する。ボルトケース８５は蓋部材４１の上面側にガスケット７５と並んで配置され、蓋部材４１に対して接着固定されている。ボルトケース８５には回転規制部（図略）が形成されていて、端子ボルト８１Ｐを回り止めする。

端子板９１ＰはＸ方向に長い金属製の平板であり、第１貫通孔９２及び第２貫通孔９３が形成されている。端子板９１Ｐは蓋部材４１の上面側に配置され、第１貫通孔９２にはリベット７１Ｐの第２軸部７４が貫通し、第２貫通孔９３には端子ボルト８１Ｐが貫通する。

樹脂プレート７７は絶縁性を有する合成樹脂部材である。樹脂プレート７７はＸ方向に長い長方形であり、蓋部材４１のリベット挿通孔４２に対応して貫通孔７８が形成されている。また、樹脂プレート７７の下面には正極集電体６０Ｐの第１接続部６１を受け入れ可能な受入部７７Ａが形成されている。樹脂プレート７７は蓋部材４１の下面Ｗ側に配置されており、蓋部材４１と正極集電体６０Ｐとを絶縁する。

正極集電体６０Ｐは平板状をした第１接続部６１と、第１接続部６１の側端部から下向きに屈曲する第２接続部６５とを備えている。第２接続部６５には前述した一対の対向壁６７が形成されている。

リベット７１Ｐは第２軸部７４が端子板９１Ｐの第１貫通孔９２を貫通している状態で第２軸部７４が加締められる。また、リベット７１Ｐは第１軸部７３がガスケット７５の貫通孔、蓋部材４１のリベット挿通孔４２、樹脂プレート７７の貫通孔７８、及び、正極集電体６０Ｐの貫通孔６２の順で貫通している状態で第１軸部７３が加締められる。これにより端子板９１Ｐや正極集電体６０Ｐなどが蓋部材４１に固定される。

上記の構成により、正極側の端子ボルト８１Ｐが端子板９１Ｐ、リベット７１Ｐ、正極集電体６０Ｐを介して正極シート２３Ｐに接続される。

１−４．注液孔及び栓部材の構造
次に、図５〜図７を参照して、注液孔４５及び栓部材５０の構造について説明する。先ず、図５を参照して蓋部材４１の下面について説明する。図５において一点鎖線１２０は蓋部材４１の下面の位置を示している。すなわち蓋部材４１の下面とは、蓋部材４１において下を向く面のうち凸部１０１や凹部１０２以外の面のことをいう。

図６に示すように、蓋部材４１の下面Ｗにおいて注液孔４５の周囲には下面Ｗを基準として下に凸となる凸部１０１が形成されている。図７に示すように凸部１０１は円筒状に形成されている。凸部１０１の内径は注液孔４５の内径と同じである。

また、図６に示すように、蓋部材４１の下面Ｗには凸部１０１を囲むように下面Ｗを基準として上側に凹む環状の凹部１０２が形成されている。凹部１０２は第２の凹部の一例である。蓋部材の下面Ｗを基準とする凸部１０１が突出する体積は、下面Ｗを基準とする凹部１０２の内容積と略等しい。

栓部材５０は注液孔４５からケース本体３１内に電解液が注入された後に軸部５３が注液孔４５に嵌合挿入され、頭部５１の外周縁がレーザ光によって蓋部材４１に溶接される。図６に示すように軸部５３の下端は凸部１０１の下端より上に位置している。言い換えると、凸部１０１の先端は軸部５３の先端よりも突出している。また、軸部５３は下にいくほど外径が小さくなるテーパ状に形成されている。このため軸部５３の外面と注液孔４５の内周面との間隔は下に行くほど広くなっている。

２．効果説明
以上説明した実施形態１に係る電池１０によると、蓋部材４１の下面Ｗに注液孔４５を囲む凸部１０１が形成されているので、蓋部材４１の下面Ｗに付着した電解液２００は注液孔４５まで到達することが抑制される。このため、凸部１０１を設けない場合に比べ、栓部材５０の軸部５３と注液孔４５の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。これにより、蓋部材４１と栓部材５０の頭部５１との間に電解液が入り込んで溶接不良が生じてしまうことを抑制できる。

更に、電池１０によると、凸部１０１を囲む凹部１０２が形成されているので、蓋部材４１の下面Ｗに付着した電解液２００が注液孔４５まで到達してしまうことをより確実に抑制できる。

更に、電池１０によると、蓋部材の下面Ｗを基準とする凸部１０１が突出する体積は、下面Ｗを基準とする凹部１０２の内容積と略等しいので、プレス加工（コイニング）によって凸部１０１を形成できる。具体的には、プレス加工によって凹部１０２を形成する際に逃げた肉によって凸部１０１を形成できる。

更に、電池１０によると、栓部材５０の軸部５３の下端は凸部１０１の下端より上に位置しているので、凸部１０１の下面に付着した電解液２００が軸部５３に触れてしまうことを抑制できる。これにより、凸部１０１の下面に付着した電解液２００が毛細管現象によって外部へ移動することも抑制できる。

更に、電池１０によると、軸部５３の下端側は注液孔４５の内周面との間隔が広い。このため軸部５３の下端側では毛細管現象が生じ難くなり、凸部１０１の下面に付着した電解液２００が毛細管現象によって外部へ移動することをより確実に抑制できる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図８ないし図９によって説明する。
図８及び図９に示すように、実施形態２に係る蓋部材４１は注液孔４５の周囲に凸部ではなく凹部１０３が形成されている。凹部１０３は第１の凹部の一例である。凹部１０３はケース本体３１の内側に行くほど内径が大きくなるテーパ部を有している。具体的には、実施形態２に係る凹部１０３は全体がテーパ部である。実施形態２はその他の点において実施形態１と実質的に同一である。

以上説明した実施形態２に係る電池１０によると、蓋部材４１の下面Ｗに注液孔４５を囲む凹部１０３が形成されているので、蓋部材４１の下面Ｗに付着した電解液２００は注液孔４５まで到達できない。このため、凹部１０３を設けない場合に比べ、栓部材５０の軸部５３と注液孔４５の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。

更に、電池１０によると、凹部１０３はケース本体３１の内側にいくほど内径が大きくなるテーパ部を有しているので、テーパ部に付着した電解液は注液孔４５とは逆側に流れる。これにより、凹部１０３の内周面に付着した電解液２００が毛細管現象によって外部へ移動することも抑制できる。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３を図１０ないし図１１によって説明する。
図１０及び図１１に示すように、実施形態３に係る蓋部材４１も注液孔４５の周囲に凹部１０４が形成されている。ただし、凹部１０４は上下方向で内径が一定のストレートな形状である。実施形態３はその他の点において実施形態２と実質的に同一である。

以上説明した実施形態３に係る電池１０によると、実施形態２と同様に、蓋部材４１の下面Ｗに注液孔４５を囲む凹部１０４が形成されているので、蓋部材４１の下面Ｗに付着した電解液２００は注液孔４５まで到達できない。このため、凹部１０４を設けない場合に比べ、栓部材５０の軸部５３と注液孔４５の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では隔壁として蓋部材４１を例に説明した。これに対し、隔壁はケース本体３１の側壁や底壁などであってもよい。ケース本体３１の壁に注液孔４５を設けた場合も電解液を注入するときはその注液孔４５が外部に向かって開口している姿勢で注入されるので、注液孔４５を囲む第１の凹部、又は、注液孔４５を囲む凸部を形成することにより、栓部材５０の軸部５３と注液孔４５の内周面との間を通じて毛細管現象によって外部へ移動する電解液の量を抑制できる。

（２）上記実施形態１では凸部１０１の周囲に凹部１０２が形成されている場合を例に説明したが、凹部１０２は形成されていなくてもよい。

（３）上記実施形態１では凸部１０１の内径が注液孔４５の内径と同じである場合を例に説明した。しかしながら、凸部１０１の内径は注液孔４５の内径より大きくてもよい。

（４）上記実施形態１では軸部５３の下端が凸部１０１の下端よりも上に位置している場合を例に説明した。これに対し、軸部５３の下端は凸部１０１の下端より下に位置していてもよい。例えば凸部１０１の下面の面積が小さい場合は凸部１０１の下面に付着している電解液も少ないので、軸部５３の下端が凸部１０１の下端より下に位置していても外部へ移動する電解液の量は少ないからである。

（５）上記実施形態１では凸部１０１の下端が蓋部材４１の下面Ｗよりも下に位置している場合を例に説明した。これに対し、凸部１０１の周囲に凹部１０２を設ける場合は、凸部１０１の下端は蓋部材４１の下面Ｗと同じ高さか、あるいは蓋部材４１の下面Ｗより上に位置してもよい。

（６）上記実施形態２では凹部１０３全体がテーパ部である場合を例に説明した。これに対し、図１２や図１３に示すように凹部は一部にテーパ部を有する形状であってもよい。具体的には、図１２に示す凹部１０５は蓋部材４１の下面Ｗに平行な底面と底面の外周から下に向かって広がるテーパ部とを有する形状である。また、図１３に示す凹部１０６は下に向かって広がるテーパ部とテーパ部の下端側の外周から下に伸びる円筒部とを有する形状である。

（７）上記実施形態２では凹部１０３の内周面が下にいくほど内径が大きくなるテーパ部を有する場合を例に説明した。これに対し、凹部１０３の内周面は球面状に形成されてもよい。

（８）上記実施形態では栓部材５０の軸部５３が蓋部材４１の板厚より長い場合を例に説明した。これに対し、軸部５３は蓋部材４１の板厚より短くてもよい。

（９）上記実施形態では蓄電素子としてリチウムイオン二次電池を例示した。しかしながら、蓄電素子はこれに限られるものではない。例えば蓄電素子はリチウムイオン二次電池以外の電池であってもよいし、電気二重層キャパシタ等のキャパシタであってもよい。

１０・・・電池、２０・・・電極体、３０・・・ケース、３１・・・ケース本体、４１・・・蓋部材、４５・・・注液孔、５０・・・栓部材、１０１・・・凸部、１０２・・・凹部、１０３・・・凹部、１０４・・・凹部、２００・・・電解液

Claims

電解液を注入するための注液孔が隔壁に設けられている収容体と、
前記収容体に収容されている電極体と、
前記注液孔を封止する栓部材であって、前記注液孔の内径より大きい頭部と前記注液孔に挿入される軸部とを有する栓部材と、
を備え、
前記隔壁の内面に前記注液孔を囲む第１の凹部、又は、前記注液孔を囲む凸部が形成されている、蓄電素子。
前記凸部を囲む第２の凹部が形成されている、請求項１に記載の蓄電素子。
前記内面を基準とする前記凸部が突出する体積は、前記内面を基準とする前記第２の凹部の内容積と略等しい、請求項２に記載の蓄電素子。
前記凸部の先端は、前記軸部の先端よりも突出している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記第１の凹部は前記収容体の内側にいくほど内径が大きくなるテーパ部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。