JP6094460B2

JP6094460B2 - 蓄電装置の製造方法

Info

Publication number: JP6094460B2
Application number: JP2013238775A
Authority: JP
Inventors: 幹也栗田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: JP2015099688A

Description

本発明は、注液孔の封止部材と、シール部材と、圧力開放弁と、を備える蓄電装置の製造方法に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな二次電池（蓄電装置）はケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。二次電池は、ケースの壁部に、電解液の注液孔を備えるとともに、この注液孔は封止部材によって封止されている。なお、封止部材は、注液孔に挿入された軸部と、軸部の先端に設けられたフランジ部とを有し、このフランジ部と壁部の外壁面との間にはシール部材が挟持され、シール部材によって注液孔がシールされている。また、二次電池は、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を壁部に備える。圧力開放弁は、壁部の所定部分をプレスし、厚みをその他の部分より薄くすることによって製造される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２５０８８５号公報

ところが、圧力開放弁を形成するために壁部をプレスすると、圧力開放弁を取り囲む部分には、プレスによって押し出された余肉が寄って皺が生じてしまう虞がある。このとき、圧力開放弁の近くに注液孔が配置された二次電池では、注液孔を取り囲んだ部分にも皺が入ってしまい、シール部材による注液孔のシール性が低下してしまう。

本発明は、プレスによって形成された圧力開放弁を備えていても、注液孔をシール部材でシールすることができる蓄電装置の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、ケースと、前記ケースの壁部に形成され、前記ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁と、前記ケース内に収容された電解液と、前記ケースの壁部に設けられた前記電解液の注液孔と、前記注液孔を封止し、前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分と対向するフランジ部を有する封止部材と、前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分に支持され、かつ該部分及び前記フランジ部に挟持されるシール部材と、を備える蓄電装置の製造方法であって、前記壁部をプレス成形して前記圧力開放弁を形成する工程と、前記圧力開放弁を形成する工程の後に行われ、前記注液孔を形成する工程と、前記注液孔を形成する工程の後に行われ、前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分の平面度を高めて平坦面状のシール部材支持部を形成する工程と、を含むことを要旨とする。

これによれば、圧力開放弁を形成するために壁部をプレスすると、壁部においてプレスした部分の周囲には余肉が寄り、余肉を原因として、圧力開放弁の周囲に皺が生じる。しかし、注液孔の形成後、注液孔を取り囲む部分を加工して平坦面状に形成し、シール部材支持部の平面度を高めている。このため、圧力開放弁の形成によって皺が生じても、シール部材支持部には皺が存在しない。そして、このシール部材支持部が、注液孔を取り囲み、かつシール部材を支持する部分に設けられているため、封止部材のフランジ部及びシール部材支持部でシール部材を挟持した状態では、シール部材を全周に亘ってシール部材支持部に密接させ、シール部材により注液孔をシールすることができる。

また、蓄電装置について、前記シール部材支持部は、プレス成形による加工によって形成されていてもよい。
これによれば、注液孔を取り囲む部分をプレスすることによって皺を潰し、シール部材支持部を簡単に平坦面状に形成することができる。

本発明によれば、プレスによって形成された圧力開放弁を備えていても、注液孔をシール部材でシールすることができる。

実施形態の二次電池を示す分解斜視図。実施形態の二次電池の外観を示す斜視図。蓋、圧力開放弁、注液孔、シール部材、及び封止部材を示す部分断面図。（ａ）は、蓋を弁形成用プレス機でプレスした状態を示す部分断面図、（ｂ）は皺の生じた部分をプレス機でプレスし、シール部材支持部を形成した状態を示す部分断面図。封止部材、シール部材の別例を示す部分断面図。

以下、蓄電装置及びその製造方法を二次電池及びその製造方法に具体化した一実施形態について図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図３に示すように、二次電池１０はケース１１を備え、このケース１１には電極組立体１２及び電解液１８が収容されている。

図１及び図２に示すように、ケース１１は、有底四角筒状の本体部材１３と、本体部材１３に電極組立体１２を挿入するための開口部１３ａを塞ぐ矩形平板状の蓋１４とからなる。本体部材１３と蓋１４は、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁部材１７がそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋１４からケース１１外に露出している。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を備える。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を備える。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。

図１及び図３に示すように、蓋１４において、ケース１１の内側に臨む面を内壁面１４ａとし、ケース１１の外側に臨む面を外壁面１４ｂとする。蓋１４は、その厚み方向に貫通する円孔状の注液孔１４ｃを備え、本実施形態では、蓋１４がケース１１における壁部を構成する。また、蓋１４は、注液孔１４ｃを取り囲む円環状の部分にシール部材支持部１４ｆを備える。シール部材支持部１４ｆは、蓋１４の外壁面１４ｂのうち、注液孔１４ｃを取り囲む円環状の部分をプレス成形によって加工することで形成されている。シール部材支持部１４ｆの表面は、皺、凹み等が存在しない平滑面である。また、シール部材支持部１４ｆの平面度は、蓋１４の外壁面１４ｂのうち、シール部材支持部１４ｆを除いた部分の平面度よりも高められている。そして、シール部材支持部１４ｆには、樹脂製のシール部材３０が支持されている。シール部材３０は、中央に挿通孔３０ｄを有するとともに、径方向に幅を有する円板状である。

また、注液孔１４ｃは、封止部材２０によって封止されるとともに、シール部材３０によってシールされている。封止部材２０は、注液孔１４ｃに圧入される円柱状の軸部２１と、軸部２１の軸方向一端に設けられたフランジ部２２とを有する。軸部２１の軸方向に沿った平面視で、フランジ部２２は円板状である。また、フランジ部２２の平面形状は、注液孔１４ｃの平面形状より大きく、フランジ部２２の直径は、シール部材支持部１４ｆの外径より短い。そして、フランジ部２２は、蓋１４の外壁面１４ｂにおいて、注液孔１４ｃを取り囲む部分、すなわちシール部材支持部１４ｆに対向している。

シール部材３０は、フランジ部２２とシール部材支持部１４ｆの間に挟持されている。シール部材３０は、厚み方向一端のフランジ側シール面３０ａが、全周に亘ってフランジ部２２に密接し、厚み方向他端の蓋側シール面３０ｂが、全周に亘ってシール部材支持部１４ｆに密接している。そして、封止部材２０及びシール部材３０によって、ケース１１内からのガス及び電解液１８の漏れが抑制されている。

また、蓋１４には、ケース１１内の圧力をケース１１外に開放させる圧力開放弁４０が設けられている。圧力開放弁４０は、ケース１１内の圧力が上昇し過ぎないように、ケース１１内の圧力が所定の圧力である開放圧を越えた場合に開裂する。圧力開放弁４０の開放圧は、ケース１１自体に亀裂や破断などが生じ得る前に開裂し得る圧力に設定されている。圧力開放弁４０は、蓋１４の厚みよりも薄い薄板状の弁体４１を有する。

弁体４１は、蓋１４の外壁面１４ｂから凹設された凹部４２の底に位置しており、蓋１４と一体的に成形されている。また、弁体４１の表面には、開裂溝４１ａが刻印されている。弁体４１では、開裂溝４１ａの部分が、その他の部分より厚みが薄くなっている。開裂溝４１ａは、２本の直線溝をＸ字状に交差させている。また、圧力開放弁４０は、外壁面１４ｂに沿う方向において、注液孔１４ｃよりも負極端子１６側に位置し、圧力開放弁４０は注液孔１４ｃの近くに設けられている。なお、注液孔１４ｃの近くとは、圧力開放弁４０をプレス成形によって形成したとき、そのプレスによって圧力開放弁４０の周囲に生じた皺が、注液孔１４ｃに達する可能性のある位置のことである。

次に、二次電池１０の作用を記載する。
二次電池１０は、注液孔１４ｃを取り囲む円環状の部分に、プレス成形によって形成されたシール部材支持部１４ｆを備える。よって、シール部材３０の蓋側シール面３０ｂを全周に亘ってシール部材支持部１４ｆに密接させることができ、シール部材３０及び封止部材２０によって注液孔１４ｃのシール性が確保されている。

次に、二次電池１０の製造方法を説明する。
まず、蓋１４を製造する。
図４（ａ）に示すように、蓋１４を弁形成用プレス機５０に装着する。なお、弁形成用プレス機５０は、一対のプレス体５５を有し、各プレス体５５は、対向するプレス面５０ａを有する。そして、蓋１４において、圧力開放弁４０を形成する位置を一対のプレス面５０ａで挟み、弁形成用プレス機５０で蓋１４を複数回に亘ってプレスする。すると、蓋１４において、プレスした部分は薄肉となって弁体４１が形成されるとともに、プレスした部分の周囲にはプレスの度に余肉が寄る。次に、弁体４１に開裂溝４１ａを形成すると、圧力開放弁４０が形成される。圧力開放弁４０の周囲には、プレスの際に生じた余肉を原因とした皺５１が生じる。この皺５１は、圧力開放弁４０の周囲から注液孔１４ｃを形成する部分にまで延びている。

次に、蓋１４に注液孔１４ｃを形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、注液孔１４ｃを取り囲む円環状の部分にシール部材支持部１４ｆを形成するため、蓋１４をプレス機６０に装着する。プレス機６０は、上型６１に円形状のプレス面６１ａを有する。プレス機６０は、下型６３に、上型６１のプレス面６１ａに対向する円形状のプレス面６３ａを有する。

そして、蓋１４において、注液孔１４ｃを取り囲む円環状の部分を、上型６１のプレス面６１ａと、下型６３のプレス面６３ａでプレスする。すると、蓋１４には、注液孔１４ｃを取り囲むように円環状のシール部材支持部１４ｆが形成され、シール部材支持部１４ｆでは、皺５１が潰されて平面度の上がった平滑面状に成形される。なお、シール部材支持部１４ｆは、外壁面１４ｂから若干凹んでいる。

その後、本体部材１３の開口部１３ａから本体部材１３内に電極組立体１２を収容し、シール部材支持部１４ｆを備える蓋１４を本体部材１３の開口縁に溶接して接合する。次に、注液孔１４ｃからケース１１内に電解液１８を注液する。その後、シール部材支持部１４ｆにシール部材３０を載置し、封止部材２０で注液孔１４ｃを封止すると、二次電池１０が製造される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）二次電池１０は、シール部材支持部１４ｆを備える。シール部材支持部１４ｆは、蓋１４に注液孔１４ｃを形成した後に、注液孔１４ｃを取り囲む部分をプレス成形して、その他の部分より平面度を高めて平坦面状に形成されている。このため、プレス成形によって蓋１４に圧力開放弁４０が形成されるとき、プレスに伴って注液孔１４ｃを形成する位置の近くに皺５１が形成されていても、シール部材支持部１４ｆを形成することで、注液孔１４ｃを取り囲む部分から皺５１を無くすことができる。よって、シール部材支持部１４ｆにシール部材３０の蓋側シール面３０ｂを全周に亘って密接させ、シール部材３０によって注液孔１４ｃをシールすることができる。

（２）シール部材支持部１４ｆは、蓋１４をプレス成形して皺５１を潰して形成されており、皺５１を簡単かつ確実に無くすことができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 図５に示すように、シール部材は、Ｏリング４３であってもよい。この場合、封止部材２０は、フランジ部２２の外周縁に環状壁２３を備え、この環状壁２３は、フランジ部２２からの軸部２１の突出方向に沿って突出している。また、封止部材２０は、軸部２１の外周面に雄ねじ部２１ａを備え、この雄ねじ部２１ａにナット４４が螺合可能である。

そして、蓋１４では、軸部２１と環状壁２３の間にＯリング４３が配置されるとともに、注液孔１４ｃを貫通した軸部２１の雄ねじ部２１ａにナット４４が螺合されている。ナット４４の雄ねじ部２１ａへの螺合により、フランジ部２２とシール部材支持部１４ｆの間にＯリング４３が挟持され、注液孔１４ｃがシールされている。

この場合、環状壁２３によって、Ｏリング４３をシール部材支持部１４ｆに位置決めすることができ、Ｏリング４３を位置決めしながら雄ねじ部２１ａにナット４４を螺合することができる。

○ シール部材支持部１４ｆは、プレス成形によって形成したが、切削、研削によって形成してもよい。
○ 実施形態では、蓋１４における注液孔１４ｃを取り囲む部分だけの平面度を高めてシール部材支持部１４ｆとしたが、蓋１４の外壁面１４ｂの全面をプレス、研削又は切削して、外壁面１４ｂ全面を、平面度を高めたシール部材支持部１４ｆとしてもよい。又は、外壁面１４ｂの全面ではなくても、シール部材３０が支持される部分よりも広い範囲で平面度を高めるようにしてもよい。

○ 実施形態では、蓋１４を壁部としたが、本体部材１３の側壁や底壁を壁部とし、それらに注液孔１４ｃを設け、本体部材１３の側壁や底壁にシール部材支持部１４ｆを設けてもよい。

○ 注液孔１４ｃを取り囲む部分は凹んでいなくてもよい。
○ 正極電極は、正極金属箔の両面に正極活物質を有するとしたが、正極金属箔の片面のみに正極活物質を有していてもよい。同様に、負極電極は、負極金属箔の両面に負極活物質を有するとしたが、負極金属箔の片面のみに負極活物質を有していてもよい。

○ 蓄電装置は、二次電池１０でなく、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
○ 実施形態では、電極組立体１２として積層タイプを記載したが、捲回タイプでもよい。

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記シール部材支持部は、プレス成形による加工によって形成されている蓄電装置の製造方法。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１４…壁部としての蓋、１４ｂ…外壁面、１４ｃ…注液孔、１４ｆ…シール部材支持部、１８…電解液、２０…封止部材、２２…フランジ部、３０…シール部材、４０…圧力開放弁、４３…シール部材としてのＯリング。

Claims

ケースと、
前記ケースの壁部に形成され、前記ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁と、
前記ケース内に収容された電解液と、
前記ケースの壁部に設けられた前記電解液の注液孔と、
前記注液孔を封止し、前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分と対向するフランジ部を有する封止部材と、
前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分に支持され、かつ該部分及び前記フランジ部に挟持されるシール部材と、を備える蓄電装置の製造方法であって、
前記壁部をプレス成形して前記圧力開放弁を形成する工程と、
前記圧力開放弁を形成する工程の後に行われ、前記注液孔を形成する工程と、
前記注液孔を形成する工程の後に行われ、前記壁部において前記注液孔を取り囲む部分の平面度を高めて平坦面状のシール部材支持部を形成する工程と、を含む蓄電装置の製造方法。
前記シール部材支持部は、プレス成形による加工によって形成されている請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。