JP4298950B2 - 電池の注液口封止構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の注液口封止構造に関し、特に電池の外装ケースの開口部を蓋体で密閉した後、蓋体に形成された注液口から電解液を注入して注液口を封止する場合に好適に適用できる注液口封止構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
極板群が収容された外装ケースの開口部を蓋体で密閉し、その蓋体に形成された注液口から電解液を注入した後、注液口を封止手段にて封止して成る密閉式電池は、例えば特開平12−268811号公報に開示されているように従来から知られている。
【0003】
この種の密閉式電池における注液口の封止手段としては、単純に注液口に封止栓を嵌め込んでレーザ溶接する方法もあるが、その場合注液口の縁に付着した電解液によって溶接不良が生じるという問題があるため、図6に示すように、外装ケース31の開口部を密閉する蓋体32に形成された注液口33の周囲外面に注液口33より大径の座ぐり凹部34を形成し、封止栓35に座ぐり凹部に嵌まり込む鍔部36を設け、座ぐり凹部34と鍔部36の外周縁をレーザ溶接するものが開示されている。
【0004】
また、図6のような構成でも、溶接不良による電解液のリークが発生する恐れがあるため、図7に示すように、座ぐり凹部34に嵌まり込む鍔部38を有する弾性体からなる封止栓37を注液口33に嵌着するとともに、その封止栓37を大型の押え板39にて上方から押圧し、この押え板39の外周縁を蓋体32にレーザ溶接するものが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の封止手段の構成では、レーザ溶接にて封止するようにしているが、図6の構成ではレーザ溶接における溶接品質のばらつきによって溶接部に亀裂が入ることがあって、電解液のリーク防止の信頼性に問題があり、図7の構成では電解液のリーク防止に対する信頼性は高めることができるが、部品点数が多くなるとともに、レーザ溶接に時間がかかって加工工数が増加し、コスト高になるという問題がある。
【0006】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、注液口を少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止できる電池の注液口封止構造を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の注液口封止構造は、極板群を収容した外装ケースの開口部が蓋体で密閉されるとともにその蓋体に外装ケース内に電解液を注入する注液口が形成され、注液口が封止手段にて封止されている電池において、封止手段を、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入される袋状突部と、を備えた封止部材と、この封止部材の袋状突部の外装ケース内への挿入部内に予め挿入されていて前記封止部材を通じその外側からの引き上げ操作を受けて、袋状突部の外装ケースへの挿入部を注液口の周囲内面に係合するように塑性変形させる注液口よりも大きな膨大部を持った操作ロッドにて構成し、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装したものであり、注液口を封止する際には、封止部材の袋状突部を注液口内に挿入してその挿入部を外部から塑性変形させて注液口の周囲内面に係合させることで封止でき、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができる。
【0008】
また、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池の注液口封止構造を適用したリチウムイオン電池の一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
【0011】
図1において、1は単電池から成る電池で、外装ケース2内に極板群3を電解液とともに収容し、蓋体4にて封止して構成されている。外装ケース2は、耐電解液性を有するニッケル板から成る有底円筒状の深絞り成形品にて構成されている。
【0012】
極板群3は、正極板と負極板をセパレータを介して巻回して構成され、その上側の端面には正極板の芯材が、下側の端面には負極板の芯材がそれぞれ露出されている。正極板は、アルミ箔からなる芯材の両面に正極活物質と結着剤を含む正極材料を塗着して構成されており、その正極活物質としては、LiCoO2 、LiMn2 O4 、LiNiO2 などが用いられる。負極板は、銅箔からなる芯材の両面に負極活物質と結着剤を含む負極材料を塗着して構成されており、その負極活物質としては、グラファイト、石油コークス類、炭素繊維などの炭素質材料などが用いられる。なお、図示例では円筒形の外装ケース2に巻回した極板群3を収容した例を示したが、直方体状の外装ケースに平板状の正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を収容してもよい。
【0013】
電解液としては、溶質として6フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )などのリチウム塩、溶媒としてエチレンカーボネイト(EC)、プロピレンカーボネイト(PC)、ジエチレンカーボネイト(DEC)、エチレンメチルカーボネイト(EMC)などの非水溶媒などを用い、この溶媒に溶質を溶解したものを使用する。
【0014】
極板群3の下側の端面に露出している負極芯材には負極集電板5が予め溶接にて接合され、その状態で極板群3を外装ケース2内に収容した後、極板群3の中心部を貫通する中空部3aを通して負極集電板5の中央部と外装ケース2の底面中央部とが抵抗溶接されている。極板群3の端面に露出している負極芯材と負極集電板5とは、負極集電板5の周方向複数箇所で半径方向にレーザビーム溶接を行って溶接されている。
【0015】
蓋体4は、図1及び図2に示すように、有底小径筒部6と段部7と大径接続筒部8を有する段付き椀状のプレス成形品にて構成されている。この蓋体4の底面の中心部には電解液を注入する注液口9が形成され、封止手段10にて封止されている。また、注液口9の周囲には断面V字状の切り込み11が環状に形成され、この切り込み11にて内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う防爆手段が構成されている。また、蓋体4の底面には外装ケース2内側に突出するとともに半径方向に延びる突部4aが周方向複数箇所(図示例では4箇所)に形成されている。
【0016】
蓋体4の大径接続筒部8は外装ケース2の底部が丁度挿入嵌入される径に形成され、外装ケース2の底部外周が段部7上に当接されて保持されるように構成されている。蓋体4の有底小径筒部6は、電気絶縁性とシール性を有するガスケット12を外装ケース2の開口部にその端縁と内周面に係合させて配置した状態で、外装ケース2の開口部内に挿入嵌合可能な径に形成され、段部7の外面がガスケット12の上端面との間に若干の隙間が生じるか、ほぼ係合した状態で、その底面の突部4aが極板群3の上側端面に露出している正極芯材に密着するように構成されている。そして、蓋体4の突部4aを極板群3の上側端面の正極芯材に密着させた状態で蓋体4の上方からレーザビーム溶接等にて溶接されている。
【0017】
また、外装ケース2の開口部と蓋体の有底小径筒部6がガスケット12を介して嵌合している部分に、外装ケース2の外面側から適当な治具を用いて固定溝13が絞り加工にて形成され、この固定溝13にてガスケット12を介して外装ケース2と蓋体4が相互に一体固定されている。
【0018】
なお、蓋体4は、外装ケース2内に臨む一面が正極板の芯材と同様に耐電解腐食性のアルミまたはアルミ合金板から成り、他面が耐電解液性を有するニッケルまたはステンレス板から成り、これらを冷間圧接にて貼り合わせたクラッド材にて構成されている。
【0019】
また、蓋体4には、有底小径筒部6の固定溝13より上部位置から段部7を介して大径接続筒部8の下部にわたる長さのガス抜き穴15が、周方向複数箇所(図示例では4箇所)に形成され、防爆手段11が作動して電池1内のガスが放出された時に外部に放出するように構成されている。
【0020】
また、本実施形態の封止手段10には、図3(a)、(b)に示すように、封止部材としてのリベット本体17と操作ロッド18とからなるブラインドリベット16が用いられ、そのリベット本体17にて蓋体4の注液口9が封止されている。ブラインドリベット16のリベット本体17は、注液口9の周囲外面に係合する係合鍔19と注液口9を貫通して外装ケース2内に挿入される袋状突部20とを有した封止部材をなし、袋状突部20の内部空間の底部は大径に形成されている。このために、操作ロッド18は先端部が袋状突部20内に挿入配置されるとともに先端に袋状突部20の大径の内底部を満たす膨大部21が形成されている。
【0021】
注液口9をブラインドリベット16にて封止する際には、図3(a)に示すように、リベット本体17の袋状突部20を、注液口9を通じ外装ケース2内に挿入して係合鍔19を注液口9の周囲の蓋体4の外面に押し付けて密着係合させ、その状態で白抜き矢印の如く操作ロッド18を強力に引上げることにより、図3(b)に示すように、操作ロッド18の先端に設けられて袋状突部20の外装ケース2内への挿入部内に予め挿入されていた膨大部21を操作ロッド18により外部から引き上げることにより、膨大部21にて袋状突部20が径方向外方に押し広げられながら蓋体4の内面に圧接するように塑性変形され、袋状突部20が注液口9の周囲内面に密着係合され、注液口9が封止される。その後、操作ロッド18をさらに強力に引上げることにより、膨大部21の近傍で操作ロッド18が破断し、操作ロッド18を除去することで注液口9の封止が完了する。
【0022】
また、注液口9とリベット本体17の嵌合面や重なり面に適当なシール剤を塗布又は配置すると信頼性の高い封止状態が得られ、さらに好適には、図4に示すように、係合鍔19の蓋体4外面に当接する面にシール溝22を設け、Oリングやピッチ等のシール材23を配置すると、一層確実に信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【0023】
以上の構成の電池1の製造に際しては、極板群3を作製するとともにその負極芯材が露出している端面に負極集電板5を溶接接合し、この極板群3を外装ケース2内に挿入して収容し、負極集電板5を外装ケース2の底面に抵抗溶接にて接合する。その後外装ケース2の開口部内周にガスケット12を嵌合配置した後、蓋体4の有底小径筒部6を外装ケース2の開口部内に嵌合させて極板群3に向けて押圧し、その状態で外装ケース2の開口部外面から固定溝13をかしめ加工してガスケット12を介して外装ケース2と蓋体4を電気的絶縁とシール性を確保した状態で固定する。また、その状態で蓋体4の突部4aは、極板群3の正極芯材が露出している端面に密着しており、蓋体4の外面側からレーザビーム溶接等にて突部4aを正極芯材に溶接接合する。その後、蓋体4の注液口9から所定量の電解液を注入し、極板群3に含浸させた後、注液口9に対してブラインドリベット16を用いて封止工程を行うことで、リベット本体17からなる封止部材にて注液口9が高い信頼性をもって封止され、電池1が完成する。
【0024】
以上の構成の電池1は、複数の電池1を直列接続して組電池を構成するものである。組電池25を組み立てる際には、図5に示すように、一方の電池1の外装ケース2の底部を他方の電池2の蓋体4の大径接続筒部8に嵌合させるとともに、外装ケース2の底部外周を段部7に当接させて保持し、その状態で大径接続筒部8と外装ケース2の底部外周とを溶接することにより、相互に電気的に接続されるとともに機械的にも結合され、単一の組電池25が構成される。その溶接に際しては、レーザビーム溶接を適用しても、大径接続筒部8の周方向複数箇所にプロジェクションを設けて抵抗溶接を適用してもよい。
【0025】
以上の実施形態によれば、注液口9を封止する際には、封止部材としてのリベト本体17の袋状突部20を注液口9内に挿入してその挿入部を塑性変形させて注液口9の周囲内面に係合させ、注液口9を封止しているので、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができ、特にブラインドリベット16を用いているので、極めて簡単な一工程で信頼性の高い封止を実現することができる。また、図4に示すように、係合鍔19と注液口9の周囲外面との間にシール材23を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【0026】
以上の実施形態の説明では、封止手段10として、ブラインドリベット16を用いた例を示したが、注液口9の周囲外面に係合する係合鍔と注液口に挿入される袋状突部とを有る封止部材を用い、その袋状突部を注液口の周囲内面に係合するように適当な手段にて塑性変形させるようにしてもよい。
【0027】
また、以上の実施形態では、電池1がリチウムイオン電池から成る例についてのみ説明したが、本発明はニッケル水素電池等、その他の構成の電池にも適用することで同様の作用効果を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の電池の注液口封止構造によれば、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入した袋状突部の、外装ケース内への挿入部の、そこに予め挿入されていた注液口よりも大きな膨大部を外部から引き上げたことによる注液口の周囲内面に係合するように塑性変形された部分とで、注液口を封止するので、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができる。
【0029】
また、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の注液口の封止構造を適用した電池の縦断面図である。
【図2】同実施形態の電池の蓋体を示す斜視図である。
【図3】同実施形態の封止部材の装着工程を示す断面図である。
【図4】同実施形態の封止部材の他の構成例を示す断面図である。
【図5】同実施形態の電池を直列接続した組電池における接続部の縦断面図である。
【図6】従来例の注液口の封止構造の断面図である。
【図7】他の従来例の注液口の封止構造の断面図である。
【符号の説明】
1 電池
2 外装ケース
3 極板群
4 蓋体
9 注液口
10 封止手段
16 ブラインドリベット
17 リベット本体(封止部材)
19 係合鍔
20 袋状突部
23 シール材
Claims (2)
- 極板群を収容した外装ケースの開口部が蓋体で密閉されるとともにその蓋体に外装ケース内に電解液を注入する注液口が形成され、注液口が封止手段にて封止されている電池において、封止手段を、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入される袋状突部と、を備えた封止部材と、この封止部材の袋状突部の外装ケース内への挿入部内に予め挿入されていて前記封止部材を通じその外側からの引き上げ操作を受けて、袋状突部の外装ケースへの挿入部を注液口の周囲内面に係合するように塑性変形させる注液口よりも大きな膨大部を持った操作ロッドにて構成したことを特徴とする電池の注液口封止構造。
- 係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装したことを特徴とする請求項1記載の電池の注液口封止構造。
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