JP6181593B2 - 密閉型電池および密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の密閉型電池および当該密閉型電池の製造方法に関するものである。

近年、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両や、ノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源に、充放電可能な電池が利用されている。このような電池の製造において、特許文献１には、封止フィルムによりケースの貫通孔を仮封止した状態で電池組立体を初期充電した後、封止フィルムに開口孔を形成してケース内の余剰ガスを外部に排出し、その後、本封止部材を蓋体に溶接する技術が開示されている。

特開２００９−２９５５９５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている電池の製造の技術は、封止フィルムや本封止部材などが必要なので、部品点数が多くなってしまう。そのため、作業工程も多くなり、コストアップになってしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、コストの低減を図りながら電池を製造できる密閉型電池および密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止する封止栓と、を有する密閉型電池において、前記封止栓は、金属板と、前記金属板の前記注液孔側の面に形成される軸部と、前記軸部における当該軸部の軸方向の先端に形成されるシール部と、前記金属板の前記注液孔側の面にて前記軸部の周囲に配置される突起部と、を備え、前記軸部は、前記注液孔の径よりも小さい外径により形成される小径部と、前記小径部よりも前記シール部側に形成され前記注液孔の径以上の外径により形成される大径部と、を備え、前記シール部は、前記軸部側の面である平面部を備え、前記平面部の外径は、前記大径部の外径よりも大きいこと、を特徴とする。

この態様によれば、密閉型電池を製造するときに、電解液を注液孔から密閉型電池の内部に注入した後、封止栓を注液孔に挿入させて軸部の大径部の外周面と注液孔の内周面を当接させることにより、注液孔を仮封止させることができる。そして、密閉型電池の初期充電を行った後、封止栓を密閉型電池の内部側に押して仮封止を解除させることにより、密閉型電池を初期充電したときに密閉型電池の内部に発生したガスを、容易に、注液孔を介して密閉型電池の外部に放出させることができる。そのため、部品点数と作業工数を抑制して、コストを低減しながら、密閉型電池の内部に発生したガスを密閉型電池の外部に放出させることができる。したがって、コストの低減を図りながら密閉型電池を製造できる。

また、前記の仮封止を行うときに、封止栓を注液孔に挿入させて軸部の大径部の外周面と注液孔の内周面を当接させることができるので、軸部の中心軸と注液孔の中心軸とを一致させることができる。そのため、封止栓による注液孔のシール長さ（封止栓により注液孔が封止される部分の長さ）が均一化される（安定する）とともに、シール長さを十分に確保することができる。

上記の態様においては、前記突起部は、加硫密度が１．００×１０^−４ｍｏｌ／ｃｃ以上のゴム材により形成されること、が好ましい。

この態様によれば、突起部において、歪みが少なくなり、圧縮状態が変化しても安定して反発力を得ることができる。そのため、前記の仮封止を行うときに、注液孔が形成される蓋板に突起部を当接させることにより、軸部の大径部の外周面と注液孔の内周面との間に発生するシール面圧の安定化を図ることができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、蓋板と、前記蓋板に形成され電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止する封止栓と、を有する密閉型電池の製造方法において、前記封止栓は、金属板と、前記金属板の前記注液孔側の面に形成される軸部と、前記軸部における当該軸部の軸方向の先端に形成されるシール部と、前記金属板の前記注液孔側の面にて前記軸部の周囲に配置される突起部と、を備え、前記軸部は、前記注液孔の径よりも小さい外径により形成される小径部と、前記小径部よりも前記シール部側に形成され前記注液孔の径以上の外径により形成される大径部と、を備え、前記シール部は、前記軸部側の面である平面部を備え、前記平面部の外径は、前記大径部の外径よりも大きく、前記電解液を前記注液孔から前記密閉型電池の内部に注入した後、前記突起部を前記蓋板に当接させながら前記封止栓を前記注液孔に挿入させて、前記大径部の外周面と前記注液孔の内周面を当接させることにより、前記注液孔を封止させる仮封止を行う仮封止工程と、前記仮封止を行った状態で、前記密閉型電池を初期充電させる初期充電工程と、前記封止栓を前記蓋板側に押して、前記大径部の外周面と前記注液孔の内周面を離間させることにより、前記密閉型電池を初期充電させたときに前記密閉型電池の内部に発生したガスを、前記注液孔を介して前記密閉型電池の外部に放出させるガス放出工程と、前記ガスを前記密閉型電池の外部に放出させた後に、前記蓋板と前記金属板を溶接する溶接工程と、を有すること、を特徴とする。

この態様によれば、ガス放出工程にて、封止栓を蓋板側に押して仮封止を解除させることにより、初期充電工程にて密閉型電池の内部に発生したガスを、容易に、注液孔を介して密閉型電池の外部に放出させることができる。そのため、部品点数と作業工数を抑制して、コストを低減しながら、密閉型電池の内部に発生したガスを密閉型電池の外部に放出させることができる。したがって、コストの低減を図りながら密閉型電池を製造できる。

また、前記の仮封止を行うときに、封止栓を注液孔に挿入させて軸部の大径部の外周面と注液孔の内周面を当接させることができるので、軸部の中心軸と注液孔の中心軸とを一致させることができる。そのため、封止栓による注液孔のシール長さ（封止栓により注液孔が封止される部分の長さ）が均一化される（安定する）とともに、シール長さを十分に確保することができる。

本構成の密閉型電池および密閉型電池の製造方法によれば、コストの低減を図りながら電池を製造できる。

本実施例の密閉型電池の斜視図である。 封止栓の周辺の拡大図（上面図）である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 軸部やシール部が注液孔内に挿入されていないときの封止栓の断面図である。 封止栓の下面図である。 仮封止を行ったときの封止栓の周辺の断面図である。 ガスを放出するときの封止栓の周辺の断面図である。 本実施例の封止栓と比較例の封止栓との比較表を示す図である。 変形例の封止栓の断面図である。 変形例の封止栓の断面図である。

〔密閉型電池の全体説明〕
まず、本実施例の密閉型電池（以下、主に「電池」と表記する）について全体的に説明する。本実施例の電池１は、図１に示すように、電極体（不図示）及び電解液（不図示）を収容してなる電池ケース１０を有する密閉型のリチウムイオン二次電池である。また、この電池１は、電極体の負極板（不図示）と接合する負極端子構造体１２と、電極体の正極板（不図示）と接合する正極端子構造体１４とを備える。

電池ケース１０は、開口を含むケース本体部材１６と蓋板１８を備える。このうち蓋板１８は、矩形板状であり、ケース本体部材１６の開口を閉塞して、このケース本体部材１６に溶接されている。

また、電池ケース１０は、蓋板１８の注液孔２６（図３参照）を封止する封止栓２０を備える。この封止栓２０は、図２に示すように、本実施例においてはその外周縁が円形状に形成され、その外周縁にて蓋板１８と溶接させた部分である溶接部２２が形成されている。

〔蓋板の説明〕
蓋板１８は、図３に示すように、凹部２４と、ケース本体部材１６の内部に電解液を注液するための注液孔２６と、を備える。凹部２４は、側面２８と底面３０とを備える。また、蓋板１８は、注液孔２６と底面３０との間に、面取り部３２を備える。注液孔２６の内周面２６ａは、円筒形状に形成されている。そして、凹部２４の底面３０は、円形状の面取り部３２の入口における径方向の外側の周囲に形成されている。また、凹部２４の側面２８は、底面３０の円形状の外周縁から底面３０に直交して立ち上がるように形成されている。

〔封止栓の説明〕
封止栓２０は、図３に示すように、金属板５０と軸部５２とシール部５４と突起部５６などを備えている。

金属板５０は、金属製の平板であり、本実施例では一例として円盤状に形成されている。そして、この金属板５０と前記の蓋板１８とは、溶接部２２にて接合している。

軸部５２とシール部５４と突起部５６は、いずれも、弾性体である。そして、軸部５２とシール部５４とにより第１の弾性体４０が形成され、突起部５６により第２の弾性体４２が形成されている。

軸部５２は、図３に示すように、金属板５０における注液孔２６側（図３の下側）の面６０に形成され、その一部が注液孔２６内に挿入されている。この軸部５２は、図３や図４に示すように、小径部６２と段付き部６４とを備えている。

小径部６２は、円柱状に形成されている。そして、小径部６２の外径Ａ（図４参照）は、注液孔２６の径Ｄ（図３参照）よりも小さい。

段付き部６４は、小径部６２よりもシール部５４側（図４の下側）に形成されている。この段付き部６４は、円筒状に形成されている。そして、段付き部６４の外径Ｂ（図４参照）は、小径部６２の外径Ａ（図４参照）よりも大きく、かつ、注液孔２６の径Ｄ（図３参照）以上である。なお、段付き部６４は、本発明の「大径部」の一例である。

シール部５４は、図３に示すように、軸部５２における当該軸部５２の軸方向（ケース本体部材１６の内部側）の先端に形成されている。すなわち、シール部５４は、軸部５２と一体的に形成されている。シール部５４は、図４に示すように、中空円筒状に形成された円筒部６６と、中空円錐状に形成された円錐部６８を備えている。

そして、シール部５４は、（円筒部６６における）軸部５２側の面である平面部７０を備えている。平面部７０は、軸部５２とシール部５４との境界部分にて、軸部５２の段付き部６４よりも外径方向に突出するように形成されている。すなわち、平面部７０の外径Ｃ（図４参照）は、注液孔２６の径Ｄ（図３参照）よりも大きく、かつ、軸部５２の段付き部６４の外径Ｂ（図４参照）よりも大きい。

また、軸部５２とシール部５４は、電解質透過性の小さい材料、すなわち、電解液や水分の透過性の低い材料により形成されている。具体的には、軸部５２とシール部５４は、例えば電解液透過量が１００ｇ・ｍｍ／（ｍ^２・ｄａｙ）以下となるゴム材により形成されている。ここで、電解液透過量は、電池１を６０℃の環境下にて１日（２４時間）放置した際の電池１の重量の減少量（電解液の減少量）に相当する。そして、ゴム材として使用されているゴムの種類は、耐電解質性の高いエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等、または、これらのブレンド材（混合材）である。軸部５２とシール部５４は、このような材料により形成されているので、内部を透過する電解液や水分の量を低減することができる。

突起部５６は、複数形成されている。図５においては、一例として、突起部５６は、４つ形成されている。この突起部５６は、図３や図４に示すように金属板５０の注液孔２６側の面６０にて突出するように形成されており、図５に示すように軸部５２の周囲に配置されている。図５においては、一例として、突起部５６は、金属板５０の周方向について、９０度ごとに等間隔に配置されている。

なお、突起部５６は、図５に示すような形状に限定されず、軸部５２の周囲に沿って環状に形成され、かつ、その周方向の一部に内周と外周の間に亘って欠損している欠損部を有するように形成されていてもよい。

突起部５６は、軸部５２やシール部５４とは異なる材質により形成されており、圧縮永久歪みが良い材料により形成されている。具体的には、突起部５６は、加硫密度が１．００×１０^−４ｍｏｌ／ｃｃ以上のゴム材により形成されている。そして、ゴム材として使用されているゴムの種類は、耐電解質性の高いエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等、または、これらのブレンド材（混合材）である。突起部５６は、このような材料により形成されているので、歪みが少なく圧縮状態が変化しても反発力を得ることができる。

封止栓２０は、このような構成を有する。そのため、後述する仮封止を行うときに、軸部５２とシール部５４が注液孔２６内に挿入されることにより、弾性体である段付き部６４と、同じく弾性体であるシール部５４の平面部７０にて発生する圧縮応力により、注液孔２６は密閉される。

〔電池の製造方法〕
このような構造の電池１の製造方法においては、まず、電極体などをケース本体部材１６の内部に収容して、蓋板１８によりケース本体部材１６の開口を閉塞する。次に、注液孔２６から電解液をケース本体部材１６の内部に注入する。次に、注液孔２６を封止栓２０により封止する。

ここで、注液孔２６を封止栓２０により封止する際には、まず、図６に示すように、突起部５６の先端を蓋板１８の底面３０に当接させながら、シール部５４を注液孔２６からケース本体部材１６の内部に挿入させ、かつ、軸部５２を注液孔２６内に挿入させる（仮封止工程）。これにより、ケース本体部材１６の内部は、シール部５４の平面部７０と蓋板１８との当接部分Ｔ１や、軸部５２の段付き部６４の外周面６４ａと蓋板１８（注液孔２６の内周面２６ａ）との当接部分Ｔ２にて、ケース本体部材１６の外部から一旦封止される。このようにして、注液孔２６を封止栓２０により一旦封止させる仮封止が行われる。

このように、封止栓２０の軸部５２が注液孔２６内に差し込まれるだけで、弾性体である軸部５２の圧縮応力により注液孔２６が密閉される。そのため、封止栓２０の中心軸と注液孔２６の中心軸とが一致し、かつ、電解液や水分が封止栓２０の軸部５２やシール部５４を透過し難くなる。

次に、仮封止が行われた状態で、電池１を初期充電させる（初期充電工程）。

次に、図７に示すように、封止栓２０を下方向（蓋板１８側）に押して、突起部５６を押し潰すとともに、軸部５２の段付き部６４とシール部５４を下方向に移動させる。これにより、シール部５４の平面部７０と蓋板１８とが離間する。また、軸部５２の段付き部６４がケース本体部材１６の内部に移動することにより、段付き部６４の外周面６４ａと蓋板１８（注液孔２６の内周面２６ａ）とが離間する。そのため、電池１の初期充電を行ったときにケース本体部材１６の内部で発生したガスは、図７に示すように、注液孔２６の内周面２６ａと軸部５２の小径部６２の外周面６２ａとの間の隙間を通って、さらに、隣り合う突起部５６と突起部５６との間の隙間を通って、ケース本体部材１６の外部に放出される（ガス放出工程）。

次に、ケース本体部材１６の内部で発生したガスがケース本体部材１６の外部へ放出された後に、封止栓２０を下方向（蓋板１８側）に向かってさらに押して、封止栓２０の金属板５０を蓋板１８に当接させる。そして、封止栓２０の金属板５０を蓋板１８に当接させながら、例えばレーザを使用して、蓋板１８と金属板５０を溶接する（溶接工程）。これにより、前記の図３に示すように、蓋板１８と封止栓２０は、接合する。以上のようにして、注液孔２６が封止栓２０により封止されることにより、電池１の内部は外部から封止される。

〔評価結果〕
ここで、本実施例の封止栓２０を使用した場合と比較例の封止栓を使用した場合について、電解液透過量の評価を行った。本実施例の封止栓２０と比較例の封止栓との比較表を図８に示す。図８に示すように、本実施例の封止栓２０と比較例の封止栓との相違点は、段付き部６４の有無と、軸部５２やシール部５４の材質と突起部５６の材質との相違の有無である。すなわち、本実施例の封止栓２０は段付き部６４を備えているが、比較例の封止栓は段付き部６４を備えていない。また、本実施例の封止栓２０は前記のように軸部５２やシール部５４の材質と突起部５６の材質とが相違するが、比較例の封止栓は軸部５２やシール部５４の材質と突起部５６の材質とは同一である。そして、評価は、６０℃の環境下にて行った。

すると、評価結果として、電解液透過量は、比較例の封止栓を使用した場合は０．１５ｇであるのに対し、本実施例の封止栓２０を使用した場合は０．００３ｇであった。このように、本実施例の封止栓２０を使用した場合には、比較例の封止栓を使用した場合よりも、電解液透過量が非常に少なくなった。

〔変形例〕
変形例として、図９に示すように、段付き部６４の外径は、シール部５４に向かうに連れて徐々に大きくなるように形成されていてもよい。

また、その他の変形例として、図１０に示すように、軸部５２は、段付き部６４を備えておらず、金属板５０側の端部からシール部５４側の端部に向かうに連れて徐々に大きくなるように形成されていてもよい。そして、このようにして、軸部５２は、小径部６２と大径部７２を備えている。すなわち、大径部７２は、小径部６２よりもシール部５４側に形成され、その外径が注液孔２６の径Ｄ以上である。

〔本実施例の効果〕
本実施例においては、封止栓２０は、金属板５０と、金属板５０の注液孔２６側の面６０に形成される軸部５２と、軸部５２における当該軸部５２の軸方向の先端に形成されるシール部５４と、金属板５０の面６０にて軸部５２の周囲に配置される突起部５６と、を備えている。そして、軸部５２は、小径部６２と段付き部６４を備えている。そして、小径部６２の外径Ａは、注液孔２６の径Ｄよりも小さい。また、段付き部６４の外径Ｂは、注液孔の径Ｄ以上の大きさである。

これにより、電池１を製造するときに、電解液を注液孔２６からケース本体部材１６の内部に注入した後、封止栓２０を注液孔２６に挿入させて軸部５２の段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａを当接させることにより、注液孔２６を仮封止させることができる。そして、電池１の初期充電を行った後、封止栓２０を蓋板１８側に押して仮封止を解除させることにより、電池１を初期充電したときにケース本体部材１６の内部に発生したガスを、容易に、注液孔２６を介して電池１の外部に放出させることができる。そのため、部品点数と作業工数を抑制して、コストを低減しながら、ケース本体部材１６の内部に発生したガスを電池１の外部に放出させることができる。したがって、コストの低減を図りながら電池１を製造できる。

また、前記の仮封止を行うときに、封止栓２０を注液孔２６に挿入させて軸部５２の段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａを当接させることができるので、軸部５２の中心軸と注液孔２６の中心軸とを一致させることができる。そのため、封止栓２０による注液孔２６のシール長さ（封止栓２０により注液孔２６が封止される部分の長さ）が均一化される（安定する）とともに、シール長さを十分に確保することができる。

また、突起部５６は、加硫密度が１．００×１０^−４ｍｏｌ／ｃｃ以上のゴム材により形成されている。これにより、突起部５６において、歪みが少なくなり、圧縮状態が変化しても安定して反発力を得ることができる。そのため、前記の仮封止を行うときに、封止栓２０を注液孔２６に挿入させて軸部５２の段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａを当接させたときに、段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａとの間に発生するシール面圧の安定化を図ることができる。

また、電池１の製造方法において、電解液を注液孔２６からケース本体部材１６の内部に注入した後、突起部５６を蓋板１８に当接させながら封止栓２０の軸部５２とシール部５４を注液孔２６に挿入させて、シール部５４の平面部７０と蓋板１８を当接させ、かつ、段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａを当接させることにより、注液孔２６を封止させる仮封止を行う仮封止工程と、仮封止を行った後に、電池１を初期充電させる初期充電工程と、封止栓２０を蓋板１８側に押して、シール部５４の平面部７０と蓋板１８を離間させ、かつ、段付き部６４の外周面６４ａと注液孔２６の内周面２６ａを離間させることにより、電池１を初期充電させたときに電池１の内部に発生したガスを、注液孔２６を介して電池１の外部に放出させるガス放出工程と、ガスを電池１の外部に放出させた後に、蓋板１８と金属板５０を溶接する溶接工程と、を有する。

このようにして、ガス放出工程にて、封止栓２０を蓋板１８側に押して仮封止を解除させることにより、初期充電工程にてケース本体部材１６の内部に発生したガスを、容易に、注液孔２６を介して電池１の外部に放出させることができる。そのため、部品点数と作業工数を抑制して、コストを低減しながら、ケース本体部材１６の内部に発生したガスを電池１の外部に放出させることができる。したがって、コストの低減を図りながら電池１を製造できる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 電池
１０ 電池ケース
１６ ケース本体部材
１８ 蓋板
２０ 封止栓
２６ 注液孔
２６ａ 内周面
５０ 金属板
５２ 軸部
５４ シール部
５６ 突起部
６０ 面
６２ 小径部
６２ａ 外周面
６４ 段付き部
６４ａ 外周面
７０ 平面部
７２ 大径部
Ｔ１ 平面部と蓋板との当接部分
Ｔ２ 段付き部と蓋板との当接部分
Ａ 小径部の外径
Ｂ 段付き部の外径
Ｃ 平面部の外径
Ｄ 注液孔の径

Claims (3)

1. 電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止する封止栓と、を有する密閉型電池において、
   前記封止栓は、金属板と、前記金属板の前記注液孔側の面に形成される軸部と、前記軸部における当該軸部の軸方向の先端に形成されるシール部と、前記金属板の前記注液孔側の面にて前記軸部の周囲に配置される突起部と、を備え、
   前記軸部は、前記注液孔の径よりも小さい外径により形成される小径部と、前記小径部よりも前記シール部側に形成され前記注液孔の径以上の外径により形成される大径部と、を備え、
   前記シール部は、前記軸部側の面である平面部を備え、
   前記平面部の外径は、前記大径部の外径よりも大きいこと、
   を特徴とする密閉型電池。
2. 請求項１の密閉型電池において、
   前記突起部は、加硫密度が１．００×１０^−４ｍｏｌ／ｃｃ以上のゴム材により形成されること、
   を特徴とする密閉型電池。
3. 蓋板と、前記蓋板に形成され電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止する封止栓と、を有する密閉型電池の製造方法において、
   前記封止栓は、金属板と、前記金属板の前記注液孔側の面に形成される軸部と、前記軸部における当該軸部の軸方向の先端に形成されるシール部と、前記金属板の前記注液孔側の面にて前記軸部の周囲に配置される突起部と、を備え、
   前記軸部は、前記注液孔の径よりも小さい外径により形成される小径部と、前記小径部よりも前記シール部側に形成され前記注液孔の径以上の外径により形成される大径部と、を備え、
   前記シール部は、前記軸部側の面である平面部を備え、
   前記平面部の外径は、前記大径部の外径よりも大きく、
   前記電解液を前記注液孔から前記密閉型電池の内部に注入した後、前記突起部を前記蓋板に当接させながら前記封止栓を前記注液孔に挿入させて、前記大径部の外周面と前記注液孔の内周面を当接させることにより、前記注液孔を封止させる仮封止を行う仮封止工程と、
   前記仮封止を行った状態で、前記密閉型電池を初期充電させる初期充電工程と、
   前記封止栓を前記蓋板側に押して、前記大径部の外周面と前記注液孔の内周面を離間させることにより、前記密閉型電池を初期充電させたときに前記密閉型電池の内部に発生したガスを、前記注液孔を介して前記密閉型電池の外部に放出させるガス放出工程と、
   前記ガスを前記密閉型電池の外部に放出させた後に、前記蓋板と前記金属板を溶接する溶接工程と、を有すること、
   を特徴とする密閉型電池の製造方法。

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