JP5821510B2 - 密閉型電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池及びその製造方法に関し、より詳細には、電池容器の注液孔を封止する技術に関する。

従来、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の密閉型電池においては、充放電要素（正極、負極、セパレータ等）を電池容器内に収容し、電解液を注液した後に注液孔を封止した構造が知られている。このような密閉型電池を製造する工程では、注液孔を介して電池容器内に電解液を注液した後に、内部の電解液が漏れないように電池を密閉するため、電池容器の注液孔の封止が行われる。

電池容器の注液孔を封止する技術として、例えば、特許文献１には、注液孔周縁部に環状凸部（バーリングともいう）を有し、注液孔の開口部の周囲及び環状凸部の表面を被覆するように、注液孔のシール性を高めるための環状の樹脂部材（樹脂ワッシャー）を配置し、封止部材であるブラインドリベットにより注液孔を封止した構造が開示されている。

特開２０１１−７６８６５号公報

しかしながら、特許文献１のように注液孔の開口部の周囲及び環状凸部の表面を被覆するように樹脂部材を配置して、注液孔を封止した構造では、その構造上、ブラインドリベットの鍔部により樹脂部材全体が均一に圧縮されず、樹脂部材の圧縮率がばらつくことによるシール不良が発生する虞がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、封止部材により封止された注液孔におけるシール不良の発生を抑制した密閉型電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
電池容器と、
前記電池容器に開口形成され、電解液を注液するための注液孔と、
前記注液孔周囲に配置される環状の樹脂部材と、
前記注液孔を封止する封止部材と、を備えた密閉型電池であって、
前記電池容器は、前記注液孔の周縁において前記電池容器の外側に向けて突出するように形成されたバーリング部を有し、
前記バーリング部の外周部に前記樹脂部材を配置した状態で、前記封止部材により前記樹脂部材を圧縮して前記注液孔を封止する際に、前記圧縮方向における前記封止部材と前記バーリング部との互いに対向する面が当接することで、前記バーリング部の高さ寸法により前記樹脂部材の圧縮寸法を規定して、前記注液孔を封止する密閉型電池である。

請求項２においては、
前記封止部材は、ブラインドリベットである密閉型電池である。

請求項３においては、
電池容器と、
前記電池容器に開口形成され、電解液を注液するための注液孔と、
前記注液孔周囲に配置される環状の樹脂部材と、
前記注液孔を封止する封止部材と、を備えた密閉型電池の製造方法であって、
前記電池容器には、前記注液孔の周縁において前記電池容器の外側に向かって突出するバーリング部が形成され、
前記バーリング部の外周部に前記樹脂部材を配置した状態で、前記封止部材により前記樹脂部材を圧縮して前記注液孔を封止する際に、前記圧縮方向における前記封止部材と前記バーリング部との互いに対向する面が当接することで、前記バーリング部の高さ寸法により前記樹脂部材の圧縮寸法を規定して、前記注液孔を封止する密閉型電池の製造方法である。

本発明によれば、封止部材で注液孔を封止した際に、バーリング部により樹脂部材の圧縮寸法が定寸となるため、樹脂部材の圧縮率がばらつくことがなく、注液孔のシール不良発生を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る電池の概略構成を示す模式断面図。 ブラインドリベットのかしめ前後を示す模式断面図であり、（ａ）はブラインドリベットかしめ前を示す模式断面図、（ｂ）は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図であり、ブラインドリベットかしめ後を示す模式断面図。 ガスケットの位置決めについて説明する説明図であり、（ａ）は本実施形態に係る電池におけるガスケットの位置決めを示す図、（ｂ）は従来の電池におけるガスケットの位置決めを示す図。 ガスケットのへたりについて説明する説明図であり、（ａ）は本実施形態に係る電池におけるガスケットのへたる方向を示す図、（ｂ）は従来の電池におけるガスケットのへたる方向を示す図。 ガスケットが斜めにかしめられて、蓋体が変形する状態を示す模式断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明に係る密閉型電池の一実施形態である電池１０の構成について図１及び図２を用いて説明する。なお、電池１０は、充放電可能に構成される密閉型電池（例えば、リチウムイオン二次電池）である。

電池１０は、図１に示すように、充放電要素１と、充放電要素１を内部に収容する電池容器２と、電池容器２の上面から突出する一対の外部端子３・３と、電池容器２に開口形成され、電解液を注液するための注液孔４と、注液孔４の周縁に形成されるバーリング部５と、注液孔４を封止する封止部材であるブラインドリベット６と、注液孔４周囲に配置される環状の樹脂部材であるガスケット７と、を備える。

充放電要素１は、正極、負極とをセパレータを介して積層し、複数回巻回されてなる電極体である。正極及び負極の積層部分には、それぞれ正極活物質又は負極活物質を含む合材が担持されている。充放電要素１は、積層部分における正極・負極間の化学反応により充放電が行われる。

電池容器２は、充放電要素１を内部に収容する直方体形状の金属製の部材である。電池容器２は、容器本体２ａ及び蓋体２ｂ等により角型の電池容器として形成される。

容器本体２ａは、一面（図１では、上面）が開口された有底の角筒状の部材であり、内部に充放電要素１が収納される。

蓋体２ｂは、容器本体２ａの開口面に応じた形状（本実施形態では、平面視略矩形状）を有する平板状部材であり、容器本体２ａの開口面を閉塞するための部材である。蓋体２ｂには、蓋体２ｂの両側部に設けられた外部端子３・３を挿通するための挿通孔８・８及び、挿通孔８・８の間に注液孔４が形成されている。蓋体２ｂは、容器本体２ａの開口面を閉塞した状態で、レーザ溶接等により容器本体２ａと接合される。当該接合により、蓋体２ｂと容器本体２ａとの接合部である封缶溶接部１１が形成される。容器本体２ａ及び蓋体２ｂの材料としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等が挙げられる。
なお、本実施形態の電池１０は、容器本体２ａが有底の角筒状に形成された角型電池に構成しているが、これに限定するものではなく、例えば、容器本体が有底の円筒状に形成された円筒型電池に適用することも可能である。

外部端子３・３は、一方が正極端子であり、他方が負極端子である。外部端子３・３は、電池１０の外部との充放電のための接続経路となる電極端子である。外部端子３・３は、当該外部端子３・３が貫通可能かつ固定可能な挿通孔８・８を介して、外部端子３・３の一部が電池容器２から外側に向けて突出される。外部端子３・３は、集電端子（図示せず）を介して充放電要素１の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子３・３は、絶縁部材（図示せず）を介して蓋体２ｂに固定される。

注液孔４は、蓋体２ｂの厚さ方向に蓋体２ｂを貫通する貫通孔であり、所定の内径を有する。注液孔４は、蓋体２ｂにおいて外部端子３・３の間に位置するように開口形成されている。注液孔４は、予め充放電要素１が収容された電池容器２の内部に電解液を注液するために用いられる。注液孔４の周囲には、ガスケット７が取り付けられる。また、注液孔４には、ブラインドリベット６が取り付けられる。
なお、本実施形態においては、注液孔４を蓋体２ｂに設ける構成としているが、特に限定するものではなく、電池容器２内に電解液を注液可能な位置に注液孔を設ける構成であればよい。例えば、容器本体２ａ上部に注液孔を設ける構成とすることも可能である。

バーリング部５は、注液孔４の周縁において電池容器２の外側に向けて突出するように形成された平面視環状で凸部状の厚肉部位である。バーリング部５は、蓋体２ｂと一体的に形成されている。バーリング部５は、蓋体２ｂの一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。バーリング部５は、その上端に平面視環状の平坦な面である上端面部５ａ（図２（ａ）参照）を有する。バーリング部５は、蓋体２ｂ表面から上端面部５ａまでの間隔（図２においては、上下高さ方向の間隔）として、所定の高さ寸法を有する。バーリング部５は、その高さ寸法が圧縮前のガスケット７の厚さ寸法よりも小さくなるように形成されている（図２（ａ）参照）。バーリング部５の外周部には、ガスケット７が配置される。

ブラインドリベット６は、ブラインドリベット６による注液孔４の封止後（ブラインドリベット６のかしめ後）において、図２（ｂ）に示すように、鍔状のフランジ部６ａと、注液孔４に挿通された筒状のリベット本体部６ｂと、当該リベット本体部６ｂから延出されるとともにリベット本体部６ｂより大径の膨径頭部６ｃと、から形成される。ブラインドリベット６は、フランジ部６ａと蓋体２ｂとの間に環状のガスケット７を挟持した状態で、蓋体２ｂにかしめられる。すなわち、ブラインドリベット６は、注液孔４の周縁に形成されたバーリング部５の外周部とブラインドリベット６との間に環状のガスケット７を圧縮した状態で封止するとともに、注液孔４を閉塞している。具体的には、図２（ｂ）に示すように、フランジ部６ａの一側面（図２では、下面）におけるリベット本体部６ｂ近傍側は、バーリング部５の上端面部５ａに当接している。一方、フランジ部６ａの一側面における外周側は、ガスケット７の上端面部７ａ（シール面）に当接し、かつガスケット７の上端面部７ａを全体的に蓋体２ｂ側に押圧してガスケット７の厚さ方向にガスケット７を圧縮している。つまり、ブラインドリベット６は、ブラインドリベット６のかしめ後のかしめ量がバーリング部５の高さ寸法により規定され、ガスケット７をバーリング部５の高さ寸法と同じ高さ寸法にて圧縮している。こうして、ガスケット７は、ブラインドリベット６でかしめられることにより、ガスケット７の上端面部７ａが所定の圧力（シール面圧）で圧縮される。

なお、ブラインドリベット６は、図２（ａ）に示すように、ブラインドリベット６をかしめる前は、鍔状のフランジ部６ａと、注液孔４に挿通可能な筒状のリベット本体部６ｂと、当該リベット本体部６ｂの頭部６ｄと、リベット本体部６ｂ内に収容されてフランジ部６ａから延出されるマンドレル９とから形成される。マンドレル９は、その一端部がフランジ部６ａ側から一定長さ延出されるとともに、マンドレル９の他端部には一端部より大径の頭部９ａが形成されている。ブラインドリベット用締結工具等によって、フランジ部６ａから延出されたマンドレル９をフランジ部６ａから引き抜くことによってマンドレル９の頭部９ａがリベット本体部６ｂの頭部６ｄを膨径するとともに蓋体２ｂの内面に圧接するように塑性変形し、一定の大きさの膨径頭部６ｃを形成した後、フランジ部６ａ側のマンドレル９が破断して排出される。そうして、ブラインドリベット６は、リベット本体部６ｂを注液孔４に挿入した状態で、フランジ部６ａと膨径頭部６ｃとの間にバーリング部５及びガスケット７を挟持することによって、注液孔４を封止する。

ガスケット７は、円環板状で弾性変形可能な樹脂部材であり、注液孔４をシールするシール部材である。ガスケット７は、その上端に平面視環状の平坦な面である上端面部７ａ（図２（ａ）参照）を有する。ガスケット７は、その中央にバーリング部５を挿通するためのバーリング挿通孔７ｂを有する。ガスケット７は、バーリング挿通孔７ｂにバーリング部５を挿通した状態で、バーリング部５の外周部に配置される。ガスケット７は、その厚さ寸法がバーリング部５の高さ寸法よりも大きい寸法になるように形成されており、ガスケット７をブラインドリベット６によってかしめた際の所定の撓み代を有している。ここで、撓み代とは、ガスケット７が厚さ方向に圧縮されて撓む厚さのことをいう。ガスケット７は、ブラインドリベット６をかしめた際には、フランジ部６ａの一側面（図２では、下面）とバーリング部５の外周部（蓋体２ｂの表面部）との間に狭持される。ガスケット７は、ブラインドリベット６をかしめた際には、バーリング部５の高さ寸法と同じ厚さ寸法まで圧縮され、所定の撓み代に応じて撓むことで、所要のシール性能を得ることができる。

以上のように構成された電池１０では、バーリング部５の外周部にガスケット７を配置した状態で、ブラインドリベット６によりガスケット７を圧縮して注液孔４を封止する際に、バーリング部５の高さ寸法によりガスケット７の圧縮寸法を規定して、注液孔４が封止される封止構造を有する。すなわち、電池１０では、蓋体２ｂが有する注液孔４周縁に電池容器２の外側に向かって延出されるバーリング部５を設け、バーリング部５の外周側にガスケット７を配置して、注液孔４に挿入したブラインドリベット６をかしめることで、注液孔４を封止する封止構造となっている。当該封止構造では、ブラインドリベット６の一側面（図２では、下面）はバーリング部５の上端面部５ａに当接することでブラインドリベット６のかしめ量が規定されるため、ブラインドリベット６かしめ後のガスケット７の厚さ寸法はバーリング部５の高さ寸法と同一になる。つまり、ブラインドリベット６を用いて注液孔４を封止した際に、バーリング部５によりガスケット７の圧縮寸法が定寸となるため、ガスケット７の圧縮率がばらつくことがなく、注液孔４のシール不良発生を抑制できる。
なお、図１及び図２において、バーリング部５の高さ寸法は、蓋体２ｂの厚さ寸法より小さい寸法で図示しているが特に限定するものではない。例えば、バーリング部５の高さ寸法を蓋体２ｂの厚さ寸法よりも大きい寸法となるように構成することも可能である。

次に、上記電池１０の製造方法について図２を用いて説明する。

先ず、予め蓋体２ｂに結合された充放電要素１を容器本体２ａの上面開口部から内部に収容し、上面開口部を蓋体２ｂにて閉塞し、蓋体２ｂと容器本体２ａとの合わせ目部分の全周をレーザ溶接により接合し、封止する。

続いて、注液孔４を介して電池容器２内に電解液を注液する。具体的には、蓋体２ｂに開口形成された注液孔４を介して所定量の電解液が電池容器２内に充填され、電極体である充放電要素１に電解液を浸透させる。

その後、バーリング部５の外周部にガスケット７を配置した状態で、ブラインドリベット６によりガスケット７を圧縮して注液孔４を封止する。ブラインドリベット６により注液孔４を封止する際には、バーリング部５の高さ寸法によりガスケット７の圧縮寸法を規定して、注液孔４を封止する。すなわち、バーリング部５の外周部にガスケット７を配置した状態で、注液孔４にブラインドリベット６のリベット本体部６ｂを挿入配置して、ブラインドリベット６をかしめることにより注液孔４を封止する。具体的には、注液孔４にリベット本体部６ｂを挿入配置して、フランジ部６ａを注液孔４の周囲のバーリング部５の上端面部５ａに押し当て、ブラインドリベット用締結工具等によって、フランジ部６ａから延出されたマンドレル９をフランジ部６ａから引き抜くことによってマンドレル９の頭部９ａがリベット本体部６ｂの頭部６ｄを膨径するとともに蓋体２ｂの内面に圧接するように塑性変形し、一定の大きさの膨径頭部５ｃを形成した後、フランジ部６ａ側のマンドレル９が破断して排出される。そうして、ブラインドリベット６は、リベット本体部６ｂが注液孔４に挿入された状態で、フランジ部６ａと膨径頭部５ｃとの間にバーリング部５及びガスケット７を挟持することによって、注液孔４を封止する。こうして、電池容器２を密閉状態として電池１０を製造することができる。

以上の電池１０の製造方法によれば、ブラインドリベット６で注液孔４を封止した際に、バーリング部５によりガスケット７の圧縮寸法が定寸となるため、ガスケット７の圧縮率がばらつくことがなく、注液孔４のシール不良発生を抑制できる電池を製造することができる。

従来技術（特許文献１）のように、注液孔の開口部の周囲及びバーリング部（環状凸部）の表面にガスケットを配置した状態で、ブラインドリベットでかしめて注液孔を封止する封止構造の場合、その構造上、ブラインドリベット６によるガスケットの圧縮率がばらつき、図５に示すように、ガスケットが斜めにかしめられることになり、蓋体が変形してシール不良が発生することが考えられる。一方、本実施形態に係る電池１０によれば、ブラインドリベット６をかしめる際に、最も応力（軸力）のかかる注液孔４周縁部でバーリング部５とブラインドリベット６が直接接触するため、かしめ位置が安定し、かつガスケット７に対する圧縮率がバーリング部５で決定されるため、ガスケット７を均一にかしめることができる。そのため、本実施形態に係る電池１０によれば、従来技術のように、ガスケットが斜めに圧縮される虞がない。

本実施形態に係る電池１０の如く、注液孔４周縁に蓋体２ｂの厚さ寸法よりも厚いバーリング部５を設けることで、ブラインドリベット６のかしめに対する強度を保持することができる。そのため、バーリング部５を除く蓋体２ｂ部分をより薄く構成することが可能となり、電池の軽量化を計ることができる。また、アルミニウム材の１０００系のような強度の弱い材料に対して、これより強度のある材質からなるブラインドリベットを用いた場合でも、蓋体２ｂの強度を確保できるため、ブラインドリベット６をかしめた際の応力により蓋体２ｂが変形することなく、かしめることが可能となる。つまり、図２（ｂ）に示す部位（点線の楕円で示す部分）にかしめ時の応力が加わるため、ブラインドリベット６をかしめる時に、かしめ部位の蓋体２ｂの厚さをバーリング部５として局所的に増加（厚く）することで、かしめ部位の強度増加が可能となり、蓋体２ｂのバーリング部５を除く部位を薄くすることができて、電池容器２の軽量化が可能になるとともに、アルミニウム材の１０００系材料も使用可能となる。

図３（ｂ）に示す従来の電池において、所定の内径を有する注液孔を中心として、その周囲に凹部を形成し、当該凹部によってガスケット７の位置決めをするガスケット７の位置決め構造がある。当該位置決め構造の場合、ガスケット７が左右にずれて、ブラインドリベット６の注液孔への挿入が阻害される場合がある。一方、図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る電池１０では、ガスケット７が有するバーリング挿通孔７ｂにバーリング部５を挿通することで、ガスケット７の位置決めをしているため、次の製造工程にアッシーを移動した場合でも、ガスケット７の位置ずれが生じることがなく、ブラインドリベット６の注液孔への挿入を阻害することがない。つまり、本実施形態に係る電池１０のように、バーリング部５の外周側にガスケット７が位置する注液孔４の封止構造とすることで、電池製造時のガスケット７の位置決めや位置の固定が容易に可能となる。

図４（ｂ）に示すバーリング部５が形成されていない従来の電池では、ブラインドリベット６かしめ後に、ガスケット７が内側方向及び外側方向の両方にへたるため、ガスケット７のへたり量が大きくなる。その結果として、ガスケット７として必要とされる所定の弾性力が失われてしまい、ガスケット７のシール性が悪化する。一方、図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る電池１０では、注液孔４周縁にバーリング部５を形成したことで、当該バーリング部５の外周面により、ガスケット７の内周面を保持することで、ガスケット７内側方向のへたりは規制され、ガスケット７は外側方向のみへたるため、ガスケット７のへたり量を少なくすることができる。そのため、ガスケット７が圧縮されたときの耐クリープ性が向上する。つまり、本実施形態に係る電池１０のように、バーリング部５の外周側にガスケット７が位置する注液孔４の封止構造では、ガスケット７のへたるスペースを外側のみに有することでガスケット７のへたり量を抑制することができる。

２ 電池容器
２ａ 容器本体
２ｂ 蓋体
４ 注液孔
５ バーリング部
６ ブラインドリベット（封止部材）
７ ガスケット（樹脂部材）
１０ 電池

Claims (3)

1. 電池容器と、
   前記電池容器に開口形成され、電解液を注液するための注液孔と、
   前記注液孔周囲に配置される環状の樹脂部材と、
   前記注液孔を封止する封止部材と、を備えた密閉型電池であって、
   前記電池容器は、前記注液孔の周縁において前記電池容器の外側に向けて突出するように形成されたバーリング部を有し、
   前記バーリング部の外周部に前記樹脂部材を配置した状態で、前記封止部材により前記樹脂部材を圧縮して前記注液孔を封止する際に、前記圧縮方向における前記封止部材と前記バーリング部との互いに対向する面が当接することで、前記バーリング部の高さ寸法により前記樹脂部材の圧縮寸法を規定して、前記注液孔を封止することを特徴とする密閉型電池。
2. 前記封止部材は、ブラインドリベットであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
3. 電池容器と、
   前記電池容器に開口形成され、電解液を注液するための注液孔と、
   前記注液孔周囲に配置される環状の樹脂部材と、
   前記注液孔を封止する封止部材と、を備えた密閉型電池の製造方法であって、
   前記電池容器には、前記注液孔の周縁において前記電池容器の外側に向かって突出するバーリング部が形成され、
   前記バーリング部の外周部に前記樹脂部材を配置した状態で、前記封止部材により前記樹脂部材を圧縮して前記注液孔を封止する際に、前記圧縮方向における前記封止部材と前記バーリング部との互いに対向する面が当接することで、前記バーリング部の高さ寸法により前記樹脂部材の圧縮寸法を規定して、前記注液孔を封止することを特徴とする密閉型電池の製造方法。

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