JP5135715B2 - 密閉型電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、リチウムイオン電池等の密閉型電池に係り、詳しくは、外装容器に注液孔から電解液を注入した後、前記注液孔の仮封止を行い、電池調整を行った後に注液孔の本封止を行った密閉型電池及びその製造方法に関する。

従来より、リチウムイオン電池を製造するには、その最終段階で、密閉構造の外装容器内に電解液を含む発電要素を収納した後、初充電等の電池調整を行う必要がある。この初充電にはガス発生を伴うことから、発生ガスを放出させたままで初充電を行うと、外装容器内の電解液がこぼれるおそれがある。これを防ぐために、初充電は電池の外装容器を封止して行う必要があり、初充電後にその発生ガスを放出させ、発生ガスを放出させた後には、再び外装容器を封止する必要がある。

そこで、下記の特許文献１に記載の製造方法には、初充電の前後で仮封止と本封止を行う電池の製造方法が開示されている。すなわち、この製造方法は、外部から力を加えて変形させることで開弁する常閉弁構造のゴム弾性質の封止栓を使用する。そして、この封止栓によって外装容器を仮封止し、その仮封止状態で初充電を行った後、外装容器内の気液分離操作を行ってから、封止栓を操作して外装容器内のガスを放出させ、更に、封止栓の常閉弁構造を塞いで外装容器の本封止を行うようにしている。

２００１−３３８６７４号公報 ２０００−３５３５４７号公報 ２００４−１７２０１２号公報

ところが、特許文献１に記載の製造方法では、仮封止と本封止を同じ封止栓を使用して行うことから、仮封止の残留物が本封止を阻害する要因となり、本封止不良を引き起こすおそれがあった。本封止不良があると、電池の保証期間を通して外装容器の密閉性を確保することができなくなる懸念があった。例えば、ガス放出後に本封止を行う前には、封止面に付着した電解液の拭き取りが必要になる場合があるが、拭き取りが不十分なために本封止不良が起きるおそれがあった。また、仮封止で注液口の状態が変化し、本封止の品質が不安定になるというおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、仮封止後に行う本封止の不良を低減させることを可能とした密閉型電池の製造方法を提供することにある。また、この発明の別の目的は、多重封止構造により本封止品質の向上を図ることを可能とした密閉型電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、密閉構造の外装容器内に発電要素を収容した後、外装容器の注液孔から電解液を注入し、注液孔を仮封止し、電池調整を行った後に、仮封止を解除し、仮封止、電池調整及び仮封止解除よりなる一連の工程を少なくとも１回行った後に、注液孔を本封止する密閉型電池の製造方法において、仮封止は、注液孔の周囲に仮封止部材を封着することにより行い、本封止は、仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて注液孔の周囲に本封止部材を封着することにより行うこと、封止部材を封着する位置は、仮封止部材を封着した位置より外側であり、仮封止部材の上に本封止部材を配置することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、注液孔の周囲に仮封止部材が封着されることにより仮封止が行われ、仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて注液孔の周囲に本封止部材が封着されることにより本封止が行われるので、仮封止が本封止部材の封着に与える影響が少ない。また、仮封止部材の上に本封止部材を配置することができ、仮封止部材を取り除く必要がない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、密閉構造の外装容器内に発電要素を収容した後、外装容器の注液孔から電解液を注入し、注液孔を仮封止し、電池調整を行った後に、仮封止を解除し、仮封止、電池調整及び仮封止解除よりなる一連の工程を少なくとも１回行った後に、注液孔を本封止する密閉型電池の製造方法において、仮封止は、注液孔の周囲に仮封止部材を封着することにより行い、本封止は、仮封止部材を引き剥がしてから、仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて注液孔の周囲に本封止部材を封着することにより行うこと、本封止部材を封着する位置は、仮封止部材を封着した位置より内側であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、注液孔の周囲に仮封止部材が封着されることにより仮封止が行われ、仮封止部材を引き剥がしてから、仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて注液孔の周囲に本封止部材が封着されることにより本封止が行われるので、仮封止が本封止部材の封着に与える影響が少ない。また、仮封止部材を取り除いてから本封止部材を封着することとなり、仮封止部材を残す必要がない。

上記発明の構成によれば、仮封止部材の上に本封止部材を配置することとなり、仮封止部材が封着された位置より外側の位置にて本封止部材が封着されるので、仮封止部材が本封止部材の封着の邪魔にならない。また、注液孔が、仮封止部材と本封止部材による多重構造により本封止される。

請求項１に記載の発明によれば、仮封止後に行う本封止の封止不良を低減させることができ、仮封止部材を取り除く手間を省くことができ、電池製造の効率化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、仮封止後に行う本封止の封止不良を低減させることができ、本封止部材を小型化することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の密閉型電池及びその製造方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明の密閉型電池としてのリチウムイオン電池（以下、単に「電池」と言う。）１を正面図により示す。図２に、この電池１を平面図により示す。電池１は、外装缶２と、外装缶２の中に収容された発電要素３と、外装缶２に注入された電解液とを備える。外装缶２は、本発明における密閉構造の外装容器に相当し、扁平箱形をなす金属製の缶本体４と、缶本体４の開口を封鎖する金属製の封口蓋５とを含む。封口蓋５には、ガスケット６を介して正極端子７と負極端子８とが取り付けられる。封口蓋５は安全弁９と注液部１０とを含む。注液部１０は、外装缶２の中に電解液を注入するための注液孔１１を含む。注液孔１１は、外装缶２の中で発生するガスを抜くためのガス抜孔を兼ねる。

安全弁９は、外装缶２が内圧過剰となったときに緊急的に開いてガス抜きをするためのものであり、金属薄板からなる弁片より形成され、その中央に刻み線９ａを有する。外装缶２が内圧過剰となったときには、安全弁９が刻み線９ａの部分で破断して開き、外装缶２のガス抜きを行うようになっている。

上記した電池１に係る製造の最終段階では、電池１を直ちに使用可能な充電済みの状態に製品化するために、予め初充電をしておく必要がある。この初充電には、ガスの発生を伴うことから、この発生ガスを製品化前に抜いておく必要がある。そこで、注液部１０は、注液孔１１から電解液を注入し、注液孔１１を仮封止して初充電を行った後に、その仮封止を解除して外装缶２のガス抜きを行い、最終的に注液孔１１の本封止を行うようになっている。

ここで、注液部１０の構造につき、図３〜７を参照して説明する。図３に、注液部１０及びその近傍を拡大して平面図により示す。図４に、注液部１０及びその近傍を拡大して正面図により示す。図５に、図３のＡ−Ａ線断面図を示す。図６に、図４のＢ−Ｂ線断面図を示す。図７に、図６の破線中を拡大して断面図により示す。

図３，４に示すように、注液部１０は、外観上、封口蓋５に設けられた封止座１２と、本発明の本封止部材としての本封止蓋１３とを含む。封止座１２及び本封止蓋１３は、それぞれ樹脂より形成される。図５〜７に示すように、封止座１２は、封口蓋５に設けられた穿孔５ａを中心に封口蓋５と一体的に樹脂成形され、封口蓋５の板厚に対し上下に突出している。封止座１２には、注液孔１１が形成される。封止座１２の上面には、注液孔１１を中心にして円形に突出した段部１２ａが形成され、その段部１２ａの上面が平坦な封止面１４となっている。この封止面１４には、注液孔１１を仮封止する本発明の仮封止部材としての２枚の樹脂シート１５，１６が上下に重ねて配置され封着される。本封止蓋１３は、段部１２ａの外周に嵌め合わされて配置され、封止座１２の上面に封着される。ここで、２枚の樹脂シート１５，１６は、仮封止に必要な密閉性（耐圧、耐リーク、耐水分透過）と、ガス抜きのし易さとを満たす厚みに形成される。この厚みは、例えば「０．０２５ｍｍ」程度のものである。上側の第２樹脂シート１６は、下側の第１樹脂シート１５よりも大径に形成される。一方、本封止蓋１３は、本封止に必要な電池保証期間内の密閉性を満たす構造をなす。すなわち、本封止蓋１３は、例えば「０．７ｍｍ」程度の板厚を有し、キャップ形状をなす。本封止蓋１３が封止座１２に封着された状態は、電池１が、初充電やガス抜き等の電池調整を済ませて製品化された状態であることを意味する。

ここで、上記した電池１を製品化する最終段階の製造方法につき、図８〜１４を参照して説明する。この製造方法は、外装缶２の中に発電要素３を収容した後に行われる。

図８に、この製品化前の一連の製造工程をフローチャートにより示す。図９〜１４に、各工程を概念図により示す。先ず、工程１では、電解液を注入する。すなわち、図９に示すように、封止座１２の注液孔１１を通じて外装缶２の中に電解液を注入する。

次に、工程２では、封止面１４の拭き取りを行う。すなわち、封止面１４に付着した電解液等を拭き取って封止面１４を清浄にする。

工程３では、１番仮封止を行う。すなわち、図１０に示すように、第１樹脂シート１５を封止面１４に載せて封着することにより、注液孔１１を仮封止する。この実施形態では、注液孔１１を囲む第１封着位Ｐ１にて、第１樹脂シート１５を封止面１４にレーザ溶着により封着する。

工程４では、電池１に初充電を行う。その後、工程５では、１番ガス抜きを行う。すなわち、図１１に示すように、第１樹脂シート１５に針等で通気孔１５ａを空けて、外装缶２の中で発生したガスを注液孔１１及び通気孔１５ａを通じて外部へ放出させる。

工程６では、２番仮封止を行う。すなわち、図１２に示すように、第１樹脂シート１５の上に第２樹脂シート１６を重ね、その樹脂シート１６を封止面１４に封着することにより、注液孔１１を仮封止する。そして、第１封着位置Ｐ１の外側で注液孔１１を囲む第２封着位置Ｐ２にて、第２樹脂シート１６を封止面１４にレーザ溶着により封着する。

工程７では、電池１に２番充電を行う。その後、工程８では、２番ガス抜きを行う。すなわち、図１３に示すように、第１樹脂シート１５と同様に第２樹脂シート１６にも針等で通気孔１６ａを空けて、外装缶２の中で発生したガスを注液孔１１及び通気孔１５ａ，１６ａを通じて外部へ放出させる。

そして、工程９では、本封止を行う。すなわち、図１４に示すように、段部１２ａの外周に本封止蓋１３を嵌め合わせて配置し、段部１２ａの外側の第３封着位置Ｐ３にて、本封止蓋１３を封止座１２の上面にレーザ溶着により封着する。このようにして、初充電及び２番充電と、それらに伴う１番ガス抜き及び２番ガス抜きとを含む電池調整を済ませることにより、製品化された電池１を得る。

以上説明したこの実施形態における電池１の製造方法によれば、１番仮封止のための第１樹脂シート１５を注液孔１１の周囲の封止面１４における第１封着位置Ｐ１に封着する。その後、２番仮封止のための第２樹脂シート１６を第１樹脂シート１５の上に重ね、第１封着位置Ｐ１の外側で注液孔１１を囲む第２封着位置Ｐ２にて、第２樹脂シート１６を封止面１４に封着する。そして、これら樹脂シート１５，１６を封着する二つの封着位置Ｐ１，Ｐ２とは異なる第３封着位置Ｐ３に本封止のための本封止蓋１３を注液孔１１の周囲に封着する。従って、１番仮封止及び２番仮封止が本封止蓋１３の封着に与える影響が少ない。このため、１番仮封止及び２番仮封止の後に行う本封止の封止不良を低減させることができる。

特に、この実施形態では、１番仮封止及び２番仮封止のための第１及び第２の封着位置Ｐ１，Ｐ２より外側の第３封着位置Ｐ３にて、本封止のために本封止蓋１３が注液孔１１の周囲に封着される。従って、１番仮封止及び２番仮封止が本封止蓋１３の封着に与える影響が少ない。すなわち、本封止蓋１３が、２枚の樹脂シート１５，１６を内包するように２枚の樹脂シート１５，１６の上に配置されることから、２枚の樹脂シート１５，１６が本封止蓋１３の封着の邪魔になることがなく、２枚の樹脂シート１５，１６を封止座１２から引き剥がす必要もなく、引き剥がした後の残留物を除去する必要もない。この意味で、１番仮封止及び２番仮封止の後に行う本封止の不良を低減させることができる。また、２枚の樹脂シート１５，１６を取り除く必要がないことから、その分だけ製造の手間を省くことができ、本封止の工程を簡略化することができる。また、第３封着位置Ｐ３が第１及び第２の封着位置Ｐ２，Ｐ２より外側であり、注液孔１１から適度に離れているので、電解液が付着し難い位置となっている。このため、本封止前に封止面１４から電解液を拭き取る手間を省くことができ、その意味でも本封止の工程を簡略化することができ、本封止不良を低減させることができる。

また、この実施形態の電池１によれば、２枚の樹脂シート１５，１６の上を覆うように本封止蓋１３が配置され、２枚の樹脂シート１５，１６が封着された第１及び第２の封着位置Ｐ１，Ｐ２とは異なる第３封着位置Ｐ３にて本封止蓋１３が封着されるので、２枚の樹脂シート１５，１６が本封止蓋１３の封着の邪魔にならない。また、注液孔１１が、２枚の樹脂シート１５，１６と本封止蓋１３による多重構造により本封止される。つまり、本封止蓋１３の内側に２枚の樹脂シート１５，１６が残ることから、それらに通気孔１５ａ，１６ａはあるものの、通気孔１５ａ，１６ａが注液孔１１に比べて極めて小さいことから、２枚の樹脂シート１５，１６が外装缶２の中の電解液の通過を制限する機能を発揮し、本封止蓋１３による本封止を補助する機能を発揮する。この意味で、２枚の樹脂シート１５，１６と本封止蓋１３による多重の封止構造が得られ、本封止の品質を向上させた電池１を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の密閉型電池の製造方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、本封止部材を封着する位置が仮封止部材を封着した位置より内側である点で前記実施形態と構成が異なる。ここで、本実施形態の密閉型電池を製品化するための最終段階の製造方法につき、図１５〜１９を参照して説明する。この製造方法も、第１実施形態と同様、外装缶の中に発電要素を収容した後に行われる。

図１５に、この製品化前の一連の製造工程をフローチャートにより示す。図１６〜１９に、各工程を概念図により示す。図１６〜１９に示すように、この実施形態では、外装容器の封止座２１に形成された注液孔２２を中心に、その周囲に凹部２３が形成される。

先ず、工程１では、電解液を注入する。すなわち、図１６に示すように、封止座２１の注液孔２２を通じて外装容器の中に電解液を注入する。

次に、工程２では、封止座２１の封止面２４の拭き取りを行う。すなわち、封止面２４に付着した電解液等を拭き取って封止面２４を清浄にする。

工程３では、仮封止を行う。すなわち、図１７に示すように、樹脂製の仮封止部材２５を封止座２１の封止面２４に載せて封着することにより、注液孔２２を仮封止する。この実施形態では、注液孔２２を囲む第１封着位置Ｐ１にて、仮封止部材２５を封止面２４にレーザ溶着により封着する。

工程４では、この電池に初充電を行う。その後、工程５では、ガス抜きを行う。すなわち、図１８に示すように、仮封止部材２５を引き剥がして注液孔２２をあけることにより、外装容器の中で発生したガスを注液孔２２を通じて外部へ放出させる。

そして、工程６では、本封止を行う。すなわち、図１９に示すように、凹部２３の中に金属製の本封止部材２６を嵌め合わせて配置し、その凹部２３の底面の第２封着位置Ｐ２にて、その本封止部材２６を凹部２３の底面にレーザ溶着により封着する。このようにして、初充電とガス抜きを含む電池調整を済ませることができ、製品化された密閉型電池を得ることができる。

以上説明したこの実施形態の製造方法によれば、仮封止のための仮封止部材２５を注液孔２２の周囲の封止面２４の第１封着位置Ｐ１に封着し、その位置Ｐ１とは異なる第２封着位置Ｐ２に本封止部材２６を注液孔２２の周囲に封着している。従って、仮封止が本封止部材２６の封着に与える影響がほとんどない。このため、仮封止後に行う本封止の封止不良を低減させることができる。

特に、この実施形態では、仮封止のための仮封止部材２５を注液孔２２の周囲の第１封着位置Ｐ１に封着し、その仮封止部材２５を引き剥がしてから、第１封着位置Ｐ１より内側の凹部２３の中の第２封着位置Ｐ２にて本封止部材２６を封着している。このため、仮封止部材２５を残す必要がなく、本封止部材２６の構造を簡略化することができる。また、仮封止部材２５を引き剥がした後の残留物を気にする必要がないので、仮封止部材２５の除去作業が容易となり、その分だけ製造を簡略化することができ、生産性を向上させることができる。更に、仮封止部材２５を引き剥がした後に、残留物がある程度残ってもよいので、比較的強固な仮封止部材を使用して仮封止を行うことができる。この意味で、本封止が行われるまで注液孔２２の気密性を高めることができ、その意味で電池の品質を向上させることができる。

また、この実施形態の電池１によれば、本封止部材２６が注液孔２２の周囲の凹部２３に嵌め込まれるので、本封止部材２６が外部へ突出することがなく、本封止完了後の外観を簡素に見せることができる。

尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。

（１）前記第１実施形態では、封止座１２が封口蓋１３の板厚方向へ上下に突出して一体に樹脂成形されるが、図２０〜２３に示すように、封口蓋３１に筒状に突出した筒部３１ａを形成し、その筒部３１ａの中に、注液孔３２を含む封止座３３を埋設するように固定してもよい。ここで、図２０〜２３に示すように、封止座３３には、注液孔３２を中心に、その周囲に凹部３４が形成される。そして、図２０，２１に示すように、この凹部３４に１番仮封止部材３５を封着して１番仮封止を行い、その後、通気孔３５ａを形成して仮封止を解除して１番ガス抜きを行った後、封止座３３の上面に２番仮封止部材３６を封着して２番仮封止を行う。その後、通気孔３６ａを形成して仮封止を解除して２番ガス抜きを行った後、図２２，２３に示すように、封口蓋３１の筒部３１ａの上端に本封止部材３７を封着して本封止を行うようにしてもよい。この場合も、基本的には、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

（２）前記第１実施形態では、各樹脂シート１５，１６及び本封止蓋１３を封止座１２に対しレーザ溶着により封着したが、図２０に示すように、各仮封止部材３５，３６を樹脂製として、封止座３３に対し熱型３８を使用して熱溶着により封着してもよく、図２１に示すように、各仮封止部材３５，３６を樹脂製として、封止座３３に対しレーザ溶着により封着してもよい。

（３）前記第１実施形態では、樹脂製の本封止蓋１３を樹脂製の封止座１２に対しレーザ溶着により封着したが、図２２に示すように、金属製の本封止部材３７を金属製の筒部３１ａの上端にレーザ溶着により封着してもよい。また、図２３に示すように、本封止部材３７を金属製の安全弁により構成し、その安全弁を金属製の筒部３１ａの上端にレーザ溶着により封着してもよい。

（４）前記第２実施形態では、仮封止部材２５の封着にレーザ溶着を採用したが、熱型による加熱溶着や超音波振動溶着を採用してもよい。

（５）前記第２実施形態では、本封止部材２６の封着にレーザ溶着を採用したが、超音波圧接や抵抗圧接を採用してもよい。

（６）前記第１実施形態では、仮封止部材として樹脂シート１５，１６を使用したが、仮封止部材として、ゴム栓やネジを使用したり、バネ押さえを使用したりしてもよい。

電池を示す正面図。 電池を示す平面図。 注液部及びその近傍を拡大して示す平面図。 注液部及びその近傍を拡大して正面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 図４のＢ−Ｂ線断面図。 図６の破線中を拡大して示す断面図。 一連の製造工程を示すフローチャート。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 一連の製造工程を示すフローチャート。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 各工程を示す概念図。 別の実施形態を示す断面図。 別の実施形態を示す断面図。 別の実施形態を示す断面図。 別の実施形態を示す断面図。

符号の説明

１ 電池
２ 外装缶（外装容器）
３ 発電要素
４ 缶本体
５ 封口蓋
１０ 注液部
１１ 注液孔
１２ 封止座
１３ 本封止蓋（本封止部材）
１４ 封止面
１５ 第１樹脂シート（仮封止部材）
１６ 第２樹脂シート（仮封止部材）
２１ 封止座
２２ 注液孔
２４ 封止面
２５ 仮封止部材
２６ 本封止部材
３１ 封口蓋
３２ 注液孔
３３ 封止座
３５ １番仮封止部材
３６ ２番仮封止部材
３７ 本封止部材
Ｐ１ 第１封着位置
Ｐ２ 第２封着位置
Ｐ３ 第３封着位置

Claims (2)

1. 密閉構造の外装容器内に発電要素を収容した後、前記外装容器の注液孔から電解液を注入し、前記注液孔を仮封止し、電池調整を行った後に、前記仮封止を解除し、前記仮封止、前記電池調整及び前記仮封止解除よりなる一連の工程を少なくとも１回行った後に、前記注液孔を本封止する密閉型電池の製造方法において、
   前記仮封止は、前記注液孔の周囲に仮封止部材を封着することにより行い、前記本封止は、前記仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて前記注液孔の周囲に本封止部材を封着することにより行うこと、
   前記本封止部材を封着する位置は、前記仮封止部材を封着した位置より外側であり、前記仮封止部材の上に前記本封止部材を配置する密閉型電池の製造方法。
2. 密閉構造の外装容器内に発電要素を収容した後、前記外装容器の注液孔から電解液を注入し、前記注液孔を仮封止し、電池調整を行った後に、前記仮封止を解除し、前記仮封止、前記電池調整及び前記仮封止解除よりなる一連の工程を少なくとも１回行った後に、前記注液孔を本封止する密閉型電池の製造方法において、
   前記仮封止は、前記注液孔の周囲に仮封止部材を封着することにより行い、前記本封止は、前記仮封止部材を引き剥がしてから、前記仮封止部材を封着した位置とは異なる位置にて前記注液孔の周囲に本封止部材を封着することにより行うこと、
   前記本封止部材を封着する位置は、前記仮封止部材を封着した位置より内側である密閉型電池の製造方法。

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