JP2020047544A - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極端子部材近傍におけるガスの発生によってシール性が低下することを適切に抑制することが可能な二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池は、電池ケース2、電極端子部材、およびシール部9Aを備える。電池ケース2は、発電要素と電解液を収容する。電極端子部材は、電池ケース2の第1貫通孔23Aに挿通される軸部75Aを有し、発電要素に電気的に接続される。シール部9Aは、軸部75Aが挿通される第2貫通孔を有すると共に、電極端子部材と電池ケース2の内面25Aの間で圧縮される。シール部9Aの被圧縮部95Aのうち、軸部75A側から外側に延びる環状の第1領域101における被圧縮部95Aの圧縮率が、19%〜79%とされる。第1領域101の外側に位置する環状の第2領域102における被圧縮部95Aの圧縮率が、12%〜38%とされる。【選択図】図3
Description
本発明は、電極端子部材と電池ケースの間をシールするシール部を備えた二次電池の製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、パソコンおよび携帯端末等のいわゆるポータブル電源用とのみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。二次電池の一例として、発電要素と電解液を電池ケースに収容した二次電池が知られている。かかる二次電池では、電池ケースの一部(例えば、電池ケース本体の開口を塞ぐ蓋部材)に、電極端子部材の軸部を挿通させる貫通孔が形成されている。電極端子部材は、貫通孔に挿通された状態で固定される。電極端子部材と電池ケースの内面の間にシール部が挟持されることで、両者の間がシールされる。
電極端子部材と電池ケースの間のシール部によるシールが不十分となると、電池ケースの内部に収容された電解液が外部へ漏れ出て電池性能が低下する可能性がある。特許文献1に記載されている二次電池では、シール部の結晶化度を高くすることで、電解液が外部へ漏れ出ることが抑制されている。
電解液が外部まで浸透して漏れ出ることを仮に阻止できたとしても、電極端子部材の近傍まで電解液が浸透すると、浸透した電解液が電極端子部材の発熱によって分解されて、ガスが発生する可能性がある。その結果、シール部およびその近傍の部材が歪み、シール性が低下する可能性がある。
本発明の典型的な目的は、電極端子部材近傍におけるガスの発生によってシール性が低下することを適切に抑制することが可能な二次電池の製造方法を提供することである。
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の二次電池の製造方法は、発電要素と電解液とを収容する電池ケースと、該電池ケースに設けられた第1貫通孔に挿通される軸部を有すると共に、上記発電要素に電気的に接続される電極端子部材と、上記軸部が挿通される第2貫通孔を有すると共に、上記電極端子部材と上記電池ケースの内面との間で挟持されて圧縮されるシール部と、を備えた二次電池の製造方法であって、上記電極端子部材と上記電池ケースの内面との間で圧縮される上記シール部の被圧縮部のうち、上記軸部側から外側に延びる環状の第1領域における上記被圧縮部の圧縮率を19%〜79%、上記第1領域の外側に位置する環状の第2領域における上記被圧縮部の圧縮率を12%〜38%とすることを特徴とする。
上記製造方法によって製造された二次電池では、第1領域の外側に位置する第2領域において、適切な圧縮率でシール部が圧縮される。その結果、発熱の影響を受けやすい第1領域への電解液の浸透が、第2領域において抑制される。よって、第1領域におけるガスの発生によってシール性が低下することが、適切に抑制される。
以下、本開示における典型的な実施形態の1つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において数値範囲:A〜Bは、A以上B以下を示している。
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池(すなわち化学電池)の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。以下、電解液を用いた二次電池の一種である扁平な箱型、即ち直方体形状(いわゆる角形)のリチウムイオン二次電池の製造方法を例示して、本開示に係る製造方法について詳細に説明する。ただし、本開示に係る二次電池の製造方法を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。二次電池は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を包含する。例えば、ナトリウムイオン二次電池等であり得る。
<二次電池の全体構成>
図1を参照して、本開示に係る製造方法によって製造される二次電池1の全体構成について説明する。図1に例示する二次電池1はリチウムイオン二次電池であり、電池ケース2、電極体(発電要素に相当する)3、および電解液35を備える。電池ケース2は、電極体3および電解液35を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース2の形状は、扁平な角形である。電池ケース2は、一端に開口部を有する箱型の本体21と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋部材22を備える。本体21と蓋部材22は、溶接等によって一体とされる。電池ケース2の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を用いることができる。一例として、本実施形態における電極体3には、長尺状の正極体、負極体、およびセパレータが重ね合わされて捲回された捲回電極体が用いられている。また、本実施形態における電解液35には、リチウム塩を含む非水電解液が用いられている。特に限定しないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート系非水溶媒にリチウム塩を含む非水電解液を好適に用いることができる
図1を参照して、本開示に係る製造方法によって製造される二次電池1の全体構成について説明する。図1に例示する二次電池1はリチウムイオン二次電池であり、電池ケース2、電極体(発電要素に相当する)3、および電解液35を備える。電池ケース2は、電極体3および電解液35を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース2の形状は、扁平な角形である。電池ケース2は、一端に開口部を有する箱型の本体21と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋部材22を備える。本体21と蓋部材22は、溶接等によって一体とされる。電池ケース2の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を用いることができる。一例として、本実施形態における電極体3には、長尺状の正極体、負極体、およびセパレータが重ね合わされて捲回された捲回電極体が用いられている。また、本実施形態における電解液35には、リチウム塩を含む非水電解液が用いられている。特に限定しないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート系非水溶媒にリチウム塩を含む非水電解液を好適に用いることができる
電池ケース2における蓋部材22の形状は、矩形板状である。蓋部材22の長手方向(図1における左右方向)の両端部には、一対の電極端子部材4(正極端子部材4Aおよび負極端子部材4B)が設けられている。詳細には、蓋部材22の長手方向の一端部(図1における左端部)には正極端子部材4Aが設けられており、他端部(図1における右端部)には負極端子部材4Bが設けられている。
正極端子部材4Aは、正極接続端子5A、正極外部端子6A、正極内部端子7A、および正極集電端子8Aを備える。正極接続端子5Aは、電池ケース2の外部に配置されて、正極側の外部接続端子となる。正極外部端子6Aは、正極接続端子5Aと同様に電池ケース2の外部に配置されて、正極接続端子5Aと正極内部端子7Aに接続される。正極内部端子7Aは、電池ケース2の内部に配置されると共に、電池ケース2に設けられた第1貫通孔23A(図2参照)を通じて正極外部端子6Aに接続される。正極集電端子8Aは、電池ケース2の内部において、電極体3の正極3Aと正極内部端子7Aに接続される。
負極端子部材4Bは、負極接続端子5B、負極外部端子6B、負極内部端子7B、および負極集電端子8Bを備える。負極接続端子5Bは、電池ケース2の外部に配置されて、負極側の外部接続端子となる。負極外部端子6Bは、負極接続端子5Bと同様に電池ケース2の外部に配置されて、負極接続端子5Bと負極内部端子7Bに接続される。負極内部端子7Bは、電池ケース2の内部に配置されると共に、電池ケース2に設けられた第1貫通孔を通じて負極外部端子6Bに接続される。負極集電端子8Bは、電池ケース2の内部において、電極体3の負極3Bと負極内部端子7Bに接続される。正極端子部材4Aおよび負極端子部材4Bを構成する各部材は、高い導電性を有する金属等によって適宜形成される。
<電極端子部材>
図2を参照して、二次電池1における電極端子部材4(正極端子部材4Aおよび負極端子部材4B)の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態における正極端子部材4Aと負極端子部材4Bの構造は、二次電池1の長手方向の中央を中心として略対称な構造に形成されている。従って、以下では正極端子部材4Aの構成について詳細な説明を行い、負極端子部材4Bの構成の説明は省略する。
図2を参照して、二次電池1における電極端子部材4(正極端子部材4Aおよび負極端子部材4B)の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態における正極端子部材4Aと負極端子部材4Bの構造は、二次電池1の長手方向の中央を中心として略対称な構造に形成されている。従って、以下では正極端子部材4Aの構成について詳細な説明を行い、負極端子部材4Bの構成の説明は省略する。
正極接続端子5Aは、略矩形板状の基部51Aと、基部51Aの板面から垂直に(図2における上方に)延びるボルト52Aを備える。ボルト52Aに外部接続用の接続部材が装着されることで、正極端子部材4Aが外部に接続される。
正極外部端子6Aの外形形状は、板状の部材が屈曲されて形成された階段形状である。正極端子部材6Aは、下段接続部61Aと上段接続部63Aを備える。下段接続部61Aは平板状である。下段接続部61Aには、正極内部端子7Aの軸部75Aが挿通される貫通孔62Aが形成されている。上段接続部63Aは、下段接続部61Aの一端部(図2における右端部)から階段状に、下段接続部61Aよりも高い位置に形成された、平板状の部材である。上段接続部63Aには、正極接続端子5Aのボルト52Aが挿通される貫通孔64Aが形成されている。
正極接続端子5Aと蓋部材22の間、および、正極外部端子6Aと蓋部材22の間には、絶縁性を有する材質によって形成された絶縁部材15Aが配置される。絶縁部材15Aは、貫通孔17Aが形成された平板部16Aと、正極接続端子5Aが固定される固定部18Aを備える。
電池ケース2(本実施形態では、電池ケース2の蓋部材22)には、正極内部端子7Aが挿通される第1貫通孔23Aが設けられている。また、電池ケース2における第1貫通孔23Aの周縁部には、電池ケース2の内部(図2における下方)へ向けて突出する環状の突出部24Aが形成されている。
正極内部端子7Aは、大径部71A、軸部75A、およびかしめ部76Aを備える。大径部71Aは、略板状(本実施形態では略円板形状)に形成されている。軸部75Aは柱状(本実施形態では円柱状)であり、大径部71Aの板面から垂直に(図2における上方に)延びる。軸部75Aの径は、大径部71Aの径よりも小さい。軸部75Aは、電池ケース2に設けられている第1貫通孔23Aに挿通される。かしめ部76Aは、軸部75Aの先端部(図2における上端部)がかしめられることで形成される。
正極内部端子7Aと電池ケース2(本実施形態では蓋部材22)の内面25Aとの間には、シール部9Aが挟持される。シール部9Aは、弾性、絶縁性、および耐電解液性を有する材質(例えば樹脂等)によって形成されている。一例として、本実施形態のシール部9Aはフッ素樹脂によって形成されている。シール部9Aは、正極内部端子7Aと電池ケース2の内面25Aの間で圧縮されることで、両者の間をシールする。また、シール部9Aは、正極内部端子7Aと電池ケース2の間を絶縁する。なお、電池ケース2の内面25Aとは、電池ケース2の内側を向く面(図2における蓋部材22の下側の面)である。
シール部9Aは、基部91A、第2貫通孔92A、および筒部93Aを備える。基部91Aは、正極内部端子7Aと電池ケース2の内面の間で圧縮される前の状態において、略平板状に(つまり、厚みが略均一となるように)形成されている。第2貫通孔92Aは、基部91Aの中央部を厚み方向(図2における上下方向)に貫通する。筒部93Aは、第2貫通孔92Aの周縁部から電池ケース2の外方へ向けて突出する筒状(本実施形態では円筒状)の部位である。筒部93Aは、蓋部材22に設けられた第1貫通孔23Aに嵌めこまれる。
<電極端子部材の製造方法>
二次電池1の一部である電極端子部材4の製造方法について、一対の電極端子部材4の一方である正極端子部材4Aの製造方法を例示して説明する。まず、作業者は、正極内部端子7Aの軸部75Aを、先端側から、シール部9Aの第2貫通孔92A、蓋部材22の第1貫通孔23A、絶縁部材15Aの貫通孔17A、および正極外部端子6Aの貫通孔62Aに順に挿通させる。この際、作業者は、絶縁部材15Aの固定部18Aに載置された正極接続端子5Aのボルト52Aに、正極外部端子6Aの貫通孔64Aを挿通させる。
二次電池1の一部である電極端子部材4の製造方法について、一対の電極端子部材4の一方である正極端子部材4Aの製造方法を例示して説明する。まず、作業者は、正極内部端子7Aの軸部75Aを、先端側から、シール部9Aの第2貫通孔92A、蓋部材22の第1貫通孔23A、絶縁部材15Aの貫通孔17A、および正極外部端子6Aの貫通孔62Aに順に挿通させる。この際、作業者は、絶縁部材15Aの固定部18Aに載置された正極接続端子5Aのボルト52Aに、正極外部端子6Aの貫通孔64Aを挿通させる。
この状態で、作業者は、正極外部端子6Aと正極内部端子7Aの大径部71Aを、互いに近づく方向に押圧する。その結果、シール部9Aの一部(後述する被圧縮部95A)が、正極内部端子7Aの大径部71Aと、蓋部材22の内面25Aの間で圧縮される。次いで、作業者は、かしめ工具によって軸部75Aの先端部をかしめることで、かしめ部76Aを形成する。その結果、正極内部端子7Aの大径部71Aと、蓋部材22の内面25Aの間が、シール部9Aによってシールされた状態で、正極端子部材4Aが固定される。
図3を参照して、本実施形態におけるシール部9Aの各部の圧縮率について説明する。図3に示すように、シール部9Aのうち、正極内部端子7Aの大径部71Aと蓋部材22の内面25Aの間に位置する基部91Aは、大径部71Aと蓋部材22の内面25Aによって圧縮される被圧縮部95Aとなる。被圧縮部95Aのうち、正極内部端子7Aの軸部75A側から外側(つまり、軸部75Aの軸から遠ざかる側)に延びる環状(本実施形態では円環状)の領域を、第1領域101とする。本実施形態における第1領域101は、蓋部材22の突出部24Aと、大径部71Aにおける突出部24Aの対向位置の間の領域となる。また、被圧縮部95Aのうち、第1領域101の外側に位置する環状の領域を、第2領域102とする。本実施形態の製造方法では、第1領域101における被圧縮部95Aの圧縮率を19%〜79%とし、第2領域102における被圧縮部95Aの圧縮率を12%〜38%とする。
正極内部端子7Aの軸部75Aの近傍は高温になり易い。従って、軸部75Aに近い第1領域101まで電解液35が浸透すると、浸透した電解液35が発熱によって分解されてガスが発生し、部材が歪んでシール性が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態の製造方法によって製造された二次電池1では、第1領域101の外側に位置する第2領域102において、適切な圧縮率でシール部9Aが圧縮される。その結果、第1領域101への電解液35の浸透が、第2領域102において抑制される。よって、シール性が低下することが抑制される。
本実施形態では、圧縮される前のシール部9Aの基部91Aの厚みは均一に形成されている。一方で、電池ケース2(本実施形態では蓋部材22A)における第1貫通孔23Aの周縁部に、電池ケース2の内部(図2および図3における下方)へ向けて突出する環状の突出部24Aが形成されている。従って、シール部9Aの基部91Aの厚みおよび組成等の少なくともいずれかが部位に応じて調整されていなくても、正極外部端子6Aと大径部71Aが適切な力で押圧されることで、第1領域101および第2領域102の各々における被圧縮部95Aの圧縮率が適切な値となる。なお、電池ケース2の突出部24Aの代わりに、または突出部24Aと共に、大径部71Aから蓋部材22の内面25A側へ突出する環状の突出部が設けられていてもよい。
また、図3に示すように、本実施形態における正極内部端子7Aでは、大径部71Aの板面のうちシール部9Aと接触する側の面に、段差部73Aが環状に形成されている。段差部73Aが形成される位置を調整することで、第2領域102の幅、および、第2領域102におけるシール部9Aの圧縮率が適宜調整される。
なお、第1領域101における被圧縮部95Aの圧縮率は、第1領域101内の全体で均一である必要は無い。つまり、第1領域101内における被圧縮部95Aの圧縮率の最大値が、19%〜79%とされればよい。実際に、本実施形態でも、電池ケース2の突出部24Aの断面が略円弧状となっているため、第1領域101における中心部の圧縮率が、第1領域101内の他の部分の圧縮率よりも高くなる。本実施形態では、第1領域101における中心部の圧縮率が、19%〜79%とされる。同様に、第2領域102内の被圧縮部95Aの圧縮率についても、最大値が12%〜38%とされればよい。
上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、上記実施形態では、第1領域101と第2領域102は接触している。しかし、第1領域101と第2領域102は離間していてもよい。また、第1領域101は、被圧縮部95Aにおける最も内側(つまり、軸部75Aに最も近い側)に位置している必要は無い。また、シール部の厚みおよび組成等の少なくともいずれかが部位に応じて調整されることで、第1領域および第2領域の各々における被圧縮部の圧縮率が調整されてもよい。また、上記実施形態で例示したシール部の圧縮率の調整は、正極端子部材4Aおよび負極端子部材4Bの一方でのみ行われてもよい。
1 二次電池
2 電池ケース
3 電極体
4 電極端子部材
4A 正極端子部材
4B 負極端子部材
9A シール部
23A 第1貫通孔
25A 内面
35 電解液
75A 軸部
92A 第2貫通孔
95A 被圧縮部
101 第1領域
102 第2領域
2 電池ケース
3 電極体
4 電極端子部材
4A 正極端子部材
4B 負極端子部材
9A シール部
23A 第1貫通孔
25A 内面
35 電解液
75A 軸部
92A 第2貫通孔
95A 被圧縮部
101 第1領域
102 第2領域
Claims (1)
- 発電要素と電解液とを収容する電池ケースと、
前記電池ケースに設けられた第1貫通孔に挿通される軸部を有すると共に、前記発電要素に電気的に接続される電極端子部材と、
前記軸部が挿通される第2貫通孔を有すると共に、前記電極端子部材と前記電池ケースの内面との間で挟持されて圧縮されるシール部と、
を備えた二次電池の製造方法であって、
前記電極端子部材と前記電池ケースの内面との間で圧縮される前記シール部の被圧縮部のうち、前記軸部側から外側に延びる環状の第1領域における前記被圧縮部の圧縮率を19%〜79%、前記第1領域の外側に位置する環状の第2領域における前記被圧縮部の圧縮率を12%〜38%とすることを特徴とする二次電池の製造方法。
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