JP5168540B2 - 密閉型電池製造方法 - Google Patents
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Description
上記筒状部材は、例えば、前記周辺部分の外側表面にかしめられる側の端部で前記外周層(ポリマー層)が前記内周層(金属層)よりも延長された構成であり得る。かかる構成の筒状部材を用いることにより、上記ポリマー露出部を容易に形成することができる。
本発明に係る方法を適用して製造された密閉型電池(典型的には二次電池)は、特に自動車等の車両に搭載されるモータ(電動機)用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、図23に模式的に示すように、かかる電池10(当該電池10を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。)を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車等のような電動機を備える自動車)1を提供する。
本例より製造されるリチウムイオン電池は、例えば図1に示すように、長尺シート状の正極および負極が長尺シートのセパレータを介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)30と、該捲回電極体30を収容し得る形状(本実施形態では扁平な箱形)の外装ケース12とを備える。なお、この図1では、図解の便宜のため、外装ケース12の上部(後述する蓋体40)と下部とでは断面の位置を異ならせている。
また、金属層43を構成する金属材料としては、上記かしめ固定が可能な金属材料を特に限定なく使用することができる。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅等の金属材料を好ましく採用し得る。本例で使用する筒状部材42の金属層43はアルミニウム製である。
まず、上述した構成を備える外装ケース12および捲回電極体30を用意し、ケース12に捲回電極体30を収容する(図2に示すステップS10)。図1に示すように、本例においてケース12に収容される捲回電極体30は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、長尺シート状の正極(正極シート)32および負極(負極シート)34を計二枚の長尺シート状のセパレータ(セパレータシート)(図示せず)とともに積層して長手方向に捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製され得る。ここで、正極シート32と負極シート34とは幅方向に位置をややずらして、上記セパレータシートの幅方向の一端および他端から該シート32,34の幅方向の一端がそれぞれはみ出すように積層された状態で捲回される。その結果として、捲回電極体12の捲回軸方向の一方および他方の端部には、正極シート32の幅方向の一端が捲回コア部分31(すなわち正極シート32と負極シート34とセパレータシートとが密に捲回された部分)から外方にはみ出した部分32Aと、負極シート34の幅方向の一端が捲回コア部分31から外方にはみ出した部分34Aとがそれぞれ形成されている。
上記電解液としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF6,LiBF4,LiAsF6,LiCF3SO3,LiC4F9SO3,LiN(CF3SO2)2,LiC(CF3SO2)3等のリチウム塩を好ましく用いることができる。本例に係るリチウムイオン電池では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)に支持塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を約1mol/リットルの濃度で含有させた電解液を用いている。
仮封止部材22の好ましい構成材料としては、ポリマー層44の構成材料として例示した各種のポリマー材料を適宜選択することができる。熱溶着性の観点から、少なくともポリマー層44に溶着される部分(すなわち、円板状の仮封止部材22においてポリマー露出部48に対向する面の外周部分)が該ポリマー層の構成材料と同種(典型的には同一)のポリマー材料により構成された仮封止部材22の使用が好ましい。例えば、ポリマー露出部48に対向する面の外周部分または当該対向面の全範囲にポリマー層の構成材料と同種のポリマー材料からなる熱溶着層が設けられた構成の仮封止部材22を使用してもよく、あるいは全体がポリマー層の構成材料と同種のポリマー材料からなる仮封止部材22を用いてもよい。
ここで、図6に示す仮封止状態において仮封止部材22は貫通孔21の内部には入り込んでいない。すなわち、貫通孔21の内部空間は空洞のままの状態(電解液が溜まりにくい状態)に維持されている。また、仮封止部材22が貫通孔21を通してケース12内に臨む位置(外部開口端21Aを覆う位置)は周辺部分40Bよりも高い位置(すなわち、ケース12内に貯留された電解液の液面からより遠い位置)にあるので、ケース12内の電解液が仮封止部材22の内面に到達しにくい。このように貫通孔21および仮封止部材22の付近に電解液が溜まりにくい構造となっているので、図7に示すガス排出時にガスと一緒に電解液が噴き出す事象を高度に防止することができる。
本例は、上述した例1とは異なる形状の本封止部材を用いてリチウムイオン電池10を製造する一例である。すなわち本例では、例1と同様にして図2に示すステップS10〜S50を実施した後(図3〜図7参照)、図9に示すように、ガス抜き孔23の形成により再度露出された状態にある金属露出部49(金属層43)に金属製の本封止部材124を溶接することによって本封止を行う(ステップS60)。ここで使用する本封止部材124は、貫通孔21の開口径(すなわち外部開口端21Aの直径)よりも大きく金属露出部49の外周径よりも小さい直径の円板状に形成された係止部125と、この係止部125の中央部に形成された凸部126とを備える。この凸部126を貫通孔21に挿入することで本封止部材124の位置合わせを行い、次いで外部開口端21Aを囲む環状の溶接部127において係止部125を金属露出部49に溶接(例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接等の溶接方法を好ましく採用し得る。)することで貫通孔21の内部空間(ケース12の内部空間)を外部から遮断(封止)する。なお、本封止部材124の構成材料としては、例1に示す本封止部材24と同様の金属材料を好ましく採用することができる。
本例によると、例1に示す形態に比べて蓋体40と本封止部材124をとの溶接部147を小さくすることができるので、本封止部材124を蓋体40(ここでは金属露出部49)に溶接するために要する溶接エネルギーが少なくて済むという利点がある。
本例は、上述した例1とは貫通孔形成部分40Aの構造が異なる蓋体40を用いてリチウムイオン電池10を製造する一例である。
すなわち、本例で使用する外装ケース12の蓋体40は、図11に示すように、蓋本体41の開口部41Aにポリマー材料製(ここではポリプロピレン製)の貫通孔形成部材242が設けられた構成を有する。この貫通孔形成部材242は、開口部41Aの内周を覆って延びる筒状部分と、該筒状部分の両端から蓋本体41の外表面および内表面に沿ってフランジ状に広がる部分とを有する。そして、貫通孔形成部材242の上記筒状部分の内部に、蓋体40(外装ケース12)の内外を連通可能な貫通孔21が形成されている。すなわち、貫通孔形成部材242が設けられた部分は、貫通孔21を区画形成する貫通孔形成部分40Aとして構成されている。この貫通孔形成部分40Aは、当該部分を囲む周辺部分40Bに比べて、貫通孔形成部材242が蓋本体41の外表面を覆う厚みの分だけ蓋体40(外装ケース12)の外側に突出している。これにより、貫通孔21の外部開口端21Aは、周辺部分40B(蓋本体41の外表面)よりも高い位置に形成されている。
次いで、図14に示すように、貫通孔形成部材242および仮封止部材22の全体を覆うようにして、例1で用いたものと同様の(例えばアルミニウム製の)本封止部材24を配置し、これらの外周を囲む環状の溶接部27において本封止部材24のフランジ部26を蓋本体41に溶接する。これにより貫通孔21(ケース12)を本封止する(ステップS60)。
本例に係る製造方法によると、例1と同様に蓋本体41の外側(溶接部27)への電解液の付着が防止されているので、良好な溶接品質を安定して実現することができる。
本例は、上述した例1とは貫通孔形成部分40Aの構造が異なる蓋体40を用いてリチウムイオン電池10を製造する他の一例である。
図16には、本例により製造されるリチウムイオン電池10の全体構造を模式的に示している。本例に係る蓋体40には、電極端子15,16の間に位置する部分の幅方向の中央部に、該蓋体40(ケース12)の外方に突出する円筒状の筒部342が形成されている。筒部342の外側端には、該筒部342から径方向外側に広がるフランジ部344が形成されている。この筒部342の内部に貫通孔21が形成されている。すなわち、この筒部342(およびフランジ部344)が形成された部分は、貫通孔21を区画形成する貫通孔形成部分40Aとして構成されている。この貫通孔形成部分40Aは、当該部分を囲む周辺部分40Bに比べて、筒部342の軸方向長さ分だけ蓋体40(外装ケース12)の外側に突出している。これにより貫通孔21の外部開口端21Aは、周辺部分40B(蓋本体41の外表面)よりも高い位置に形成されている。図16に示す状態のリチウムイオン電池10(完成品)では、貫通孔21の外部開口端21Aを覆う金属製の本封止部材24が蓋体40の外表面に溶接固定されている。この本封止部材24によって貫通孔21の内部空間(すなわちケース12の内部空間)が外部から遮断(封止)されている。
この仮封止部材322は、例えば以下のようにして筒部342の外側端(すなわちフランジ部344)に取り付けられる。すなわち、図17に示すように仮封止部材322を筒部342の外側端からフランジ部344に被せ、ドライヤー等を用いて仮封止部材322を加熱収縮させて、図18に示すように、仮封止部材322の内周とフランジ部344の外周とを密着させる。これにより貫通孔21の内部空間が外部から遮蔽され、貫通孔21が仮封止される(ステップS30)。
なお、このような熱収縮性樹脂製の仮封止部材22に代えて、弾性材料(例えば、EPDM等のゴム材料)からなる有底円筒状の仮封止部材22を使用し、該仮封止部材22の内周が弾性力によりフランジ部344の外周に密着するようにしてフランジ部344に被せることにより貫通孔21を仮封止してもよい。
次いで、図20に示すように、筒部342、フランジ部344および仮封止部材322の全体を覆うようにして例1で用いたものと同様の(例えばアルミニウム製の)本封止部材24を配置し、これらの外周を囲む環状の溶接部27において本封止部材24のフランジ部26を蓋本体41に溶接する。これにより貫通孔21(ケース12)を本封止する(ステップS60)。
本例に係る製造方法によると、例1と同様に蓋本体41の外側(溶接部27)への電解液の付着が防止されているので、良好な溶接品質を安定して実現することができる。
また、周辺部分40Bから貫通孔21の外部開口端21Aまでの高さ(典型的には、仮封止部材22,322の内側表面までの高さと概ね一致する。)は、少なくとも凡そ0.2mm以上であることが好ましく、凡そ0.5mm以上であることがより好ましい。上記高さが凡そ1mm以上であってもよく、凡そ2mm以上(さらには凡そ5mm以上)であってもよい。上記高さの上限は特に限定されないが、電池10の設置スペースを節約するという観点からは、該高さを電極15,16と同等またはそれよりも低くすることが好ましく、本封止の後においても本封止部材の上端を電極15,16と同等またはそれよりも低く維持し得る高さとすることがより好ましい。通常は、上記高さを凡そ20mm以下(より好ましくは10mm以下)とすることが適当である。
10 リチウムイオン電池(密閉型電池)
12 ケース
20 電池組立体
21 貫通孔
21A 外部開口端
22,322 仮封止部材
23 ガス排出孔
24,124 本封止部材
27,127 溶接部
28,328 再封止部材
30 捲回電極体
40 蓋体
40A 貫通孔形成部分
40B 周辺部分
41 蓋本体
42 筒状部材
43 金属層(内周層)
44 ポリマー層(外周層)
48 ポリマー露出部
49 金属露出部
242 貫通孔形成部材
342 筒部
344 フランジ部
Claims (8)
- 正極および負極を備える電極体と電解液とを貫通孔が設けられた外装ケースに収容して電池組立体を構築する工程と、
前記貫通孔を仮封止した状態で前記電池組立体の初期充電を行う工程と、
前記初期充電の後、前記貫通孔を通じて前記ケースの内外を連通するガス抜き通路を形成することにより前記ケース内の余剰ガスを外部に排出する工程と、
前記外装ケースに金属製の本封止部材を溶接することにより前記貫通孔を本封止する工程と、
を備える密閉型電池の製造方法であって、
ここで、前記外装ケースのうち前記貫通孔を区画形成する貫通孔形成部分は当該部分を囲む周辺部分よりも該ケースの外側に張り出しており、
前記仮封止状態では、前記貫通孔が前記ケースの外部に開口する外部開口端を該貫通孔の内部には入り込まない形状の仮封止部材で該外部開口端の外側から覆うことにより前記貫通孔の内部空間と前記ケースの外部空間とが遮断されており、
前記仮封止部材に前記貫通孔の内部空間と前記ケースの外部空間とを連通するガス排出孔を形成することにより前記ガス抜き通路を形成する、密閉型電池製造方法。 - 前記電池組立体の構築は、前記外装ケースに前記電極体を収容し、次いで前記貫通孔から前記ケース内に前記電解液を注入した後に該貫通孔を仮封止することにより行われる、請求項1に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記貫通孔の仮封止は、前記外部開口端を囲んで前記外装ケースの外表面にポリマー材料が環状に露出したポリマー露出部にポリマー材料製の前記仮封止部材を溶着することにより行われる、請求項1または2に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記貫通孔形成部分は、金属製の内周層とポリマー材料製の外周層とを備える筒状部材を有し、該筒状部材は前記周辺部分を厚み方向に挟み込んで前記内周層をかしめ固定することにより該周辺部分に取り付けられており、前記内周層の内部に前記貫通孔が形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記貫通孔形成部分は前記ケースの外側に突出する筒部を有し、該筒部の外側端には該筒部から径方向外側に広がるフランジ部が形成されており、前記外部開口端を覆う前記仮封止部材を前記フランジ部に取り付けることにより前記仮封止が行われる、請求項1または2に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記仮封止部材は熱収縮性樹脂材料製であり、有底筒状に成形された前記仮封止部材を前記筒部の外側端から前記フランジ部に被せ、該仮封止部材を加熱収縮させて該仮封止部材の内周を前記フランジ部の外周に密着させることにより該仮封止部材を前記フランジ部に取り付ける、請求項5に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記本封止部材は前記仮封止部材の全体を覆う形状であって、該仮封止部材の外周を囲む溶接部において該本封止部材を金属製の前記周辺部分に溶接することにより前記貫通孔が本封止される、請求項1から6のいずれか一項に記載の密閉型電池製造方法。
- 前記ガス排出孔の形成後における前記貫通孔形成部分には、前記ポリマー露出部の内周側に、前記外部開口端を囲んで前記外装ケースの外表面に金属材料が環状に露出した金属露出部が形成されており、該金属露出部に前記本封止部材を溶接することにより前記貫通孔が本封止される、請求項3に記載の密閉型電池製造方法。
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