JP6185225B2 - 蓄電素子及び再注液方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解液が収容された容器を備える蓄電素子及び電解液の再注液方法に関する。

蓄電素子は、長期間使用することで当該電解液が減少したり電解液の組成が変性したりするために、経年的に性能が低下するという問題があった。この性能の低下を抑制する方法として、蓄電素子の容器内に電解液を再注入する方法がある。

このため、従来、容器に開閉可能な注口栓を備えた蓄電素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この蓄電素子では、ネジ式などの注口栓で注液口を開閉し、当該注液口から電解液を再注入することで、性能の低下を抑制することができる。

特開２００１−２１０３０９号公報

しかしながら、上記従来の蓄電素子では、電解液の再注入は可能であるが、開閉可能な注口栓を備えるために、容器を完全に密閉することができないという問題がある。つまり、ネジ式などの注液口を塞いでも、注口栓と容器との間に僅かな隙間が生じる。また、蓄電素子に振動が加わった場合には、ネジが緩むなどにより、当該隙間が広がる懸念がある。そして、当該隙間が生じると、水分が当該隙間から容器内部に浸入し、蓄電素子の性能の低下につながる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解液の再注入が可能であるとともに容器を密閉することができる蓄電素子及び再注液方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、電解液が収容された容器を備える蓄電素子であって、前記容器は、薄肉部を有するとともに、前記薄肉部の周囲に、封止部材を配置するための段差部を有する。

上記構成により、薄肉部に貫通孔を形成して当該貫通孔から再注液を行った後に、当該薄肉部の周囲に配置された段差部に、当該貫通孔を塞ぐ封止部材を配置することができる。当該封止部材を薄肉部が配置されている面に再度溶接等を行って配置すると、溶接不良等により隙間が生じるおそれがある。このため、当該薄肉部の周囲に配置された段差部を利用して当該封止部材を配置することで、溶接不良等がなく容器を密閉することができる。

また、好ましくは、前記容器は、貫通孔が形成された前記薄肉部を有するとともに、前記段差部に配置された封止部材を有する。

上記構成によれば、再注液後の蓄電素子は、薄肉部に貫通孔が形成された状態で、当該貫通孔を塞ぐ封止部材が配置される。このため、当該蓄電素子は、少ない作業工程で容器を密閉することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る再注液方法は、蓄電素子が備える容器内に電解液を再注入する方法であって、前記容器に形成された薄肉部に貫通孔を形成し、前記貫通孔から電解液を注入し、前記薄肉部が配置されている面とは異なる面に封止部材を配置する。

上記構成によれば、当該封止部材を配置するために薄肉部が配置されている面を再利用して再度溶接等を行うと、溶接不良等により隙間が生じるおそれがある。このため、薄肉部が配置されている面とは異なる面を利用して当該封止部材を配置することで、溶接不良等なく容器を密閉することができる。

本発明における蓄電素子によれば、電解液の再注入が可能であるとともに、溶接不良等なく確実に容器を密閉することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器内に電解液を再注入する再注液方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器内に電解液を再注入する再注液方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例３に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例４に係る蓋体の電解液注入部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例５に係る蓄電素子の構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。

（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。

蓄電素子１０は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。なお、蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、容器１００内方には、正極集電体１２０と、負極集電体１３０と、電極体１４０とが収容されている。なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液が封入されているが、当該液体の図示は省略する。

容器１００は、矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、容器１００は、蓋体１１０と本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、蓋体１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼など溶接可能な金属であるのが好ましい。また、容器１００の蓋体１１０には、電解液注入部１１２が形成されている。電解液注入部１１２の詳細な説明については、後述する。

電極体１４０は、正極と負極とセパレータとを備える。正極は、アルミニウムなどからなる長尺帯状の正極基材箔上に正極活物質層が形成されたものである。負極は、銅などからなる長尺帯状の負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、電極体１４０は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻き回されて形成されている。なお、同図では、電極体１４０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体１４０の形状は捲回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。

正極端子２００は、正極集電体１２０を介して正極に電気的に接続されており、負極端子３００は、負極集電体１３０を介して負極に電気的に接続されている。また、正極端子２００及び負極端子３００は、蓋体１１０に取り付けられている。正極集電体１２０は、電極体１４０の正極基材箔と同様、アルミニウムなどで形成され、負極集電体１３０は、電極体１４０の負極基材箔と同様、銅などで形成されている。

次に、蓋体１１０に形成された電解液注入部１１２について、詳細に説明する。図３Ａ、図３Ｂ及び図４は、本発明の実施の形態に係る蓋体１１０の電解液注入部１１２の構成を示す図である。具体的には、図３Ａは、図２に示した電解液注入部１１２を上方から見た場合の図であり、図３Ｂは、蓋体１１０の電解液注入部１１２の断面を示す図である。また、図４は、封止部材１１６が配置された場合の電解液注入部１１２の構成を示す図である。まず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、蓋体１１０の電解液注入部１１２には、配置部１１３、段差部１１５及び開口部１１７が形成されており、配置部１１３には再注液部１１４が配置されている。

開口部１１７は、蓋体１１０に形成された円形の開口である。当該開口を塞ぐ再注液部１１４は安全弁である。ここで安全弁とは、容器の内圧が極度に上昇した場合に、その内圧によって破壊され、容器の内圧を開放する安全機構用の弁である。また、当該開口は、蓄電素子１０の製造時に電解液を注入するために活用することができる。なお、当該製造時に電解液を注入するための開口または安全弁用の開口は、開口部１１７とは別に設けられていてもよい。また、開口部１１７は、円形には限定されず、角などの形状であってもよい。

再注液部１１４は、円盤形状の薄肉部であり、開口部１１７を塞ぐように配置部１１３上に固定されている。なお、再注液部１１４の形状は、開口部１１７を塞げる形状であれば、矩形状の平板形状などどのような形状であってもよい。また、再注液部１１４の材質は特に限定されないが、ステンレス鋼などの溶接可能な金属であって、溶接によって固定されているのが好ましい。ここで、再注液部１１４は、特許請求の範囲に記載の「薄肉部」に包含される。

配置部１１３は、開口部１１７の周りに形成された、再注液部１１４を載置するための円形状の平坦な部位であり、図３Ｂに示す面Ｐ１の高さに配置されている。なお、配置部１１３は、再注液部１１４が配置できる形状であればよく、上記の形状に限定されない。

段差部１１５は、再注液部１１４の周囲に設けられた段差状の部位である。つまり、段差部１１５は、再注液部１１４が配置されている面Ｐ１とは異なる面Ｐ２に設けられた、円形状の部位である。ここで異なる面とは、壁面の厚み方向の位相が異なる面である。

段差部１１５は、再注液部１１４よりも壁面の厚み方向に外側の位置に配されている。これにより、段差部１１５に封止部材１１６を配置する際に、再注液部１１４などに加工を施すことなく、簡易な工程および構成で容器１００を密閉することができる。また、図４に示すように、段差部１１５は、封止部材１１６を配置するための部位である。ここで、封止部材１１６は、円盤形状の部材であり、再注液部１１４に形成された貫通孔を塞ぐように段差部１１５上に固定される。

本実施の形態では、蓋体１１０は、段差部１１５上で封止部材１１６を位置決めできるように、階段状の形状を有している。つまり、封止部材１１６が段差部１１５上で蓋体１１０と嵌合することで、位置決めが可能となる。なお、封止部材１１６の形状は、当該貫通孔を塞げる形状であれば、矩形状の平板形状などどのような形状であってもよい。また、封止部材１１６の材質は特に限定されないが、ステンレス鋼などの溶接可能な金属であって、溶接によって蓋体１１０に固定されるのが好ましい。また、段差部１１５の形状は、封止部材１１６を蓋体１１０に固定できるのであれば、どのような形状であってもよい。

以下に、蓄電素子１０の容器１００内に電解液を再注入する再注液方法について、詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る再注液方法を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態に係る再注液方法を説明するための図である。

まず、第一の工程として、容器１００に形成された電解液を再注入するための再注液部１１４に貫通孔を形成する（図５、Ｓ１０２）。第二の工程として、再注液部１１４に形成された貫通孔から電解液を注入する（図５、Ｓ１０４）。そして、第三の工程として、再注液部１１４が配置されている面とは異なる面に封止部材１１６を配置する（図５、Ｓ１０６）。具体的には、再注液部１１４の周囲に、段差部１１５が設けられており、段差部１１５に封止部材１１６を配置する。

つまり、再注液後には、容器１００は、貫通孔が形成された再注液部１１４を有するとともに、さらに、段差部１１５に配置された封止部材１１６を有する構成になる。ここで、再注液部１１４に貫通孔を形成して電解液を再注入した後に、当該貫通孔を塞ぐために再注液部１１４が配置されている配置部１１３を再利用して再度溶接等を行うと、溶接不良等により隙間が生じるおそれがある。このため、再注液部１１４の周囲に配置された段差部１１５を利用することで、溶接不良等がなく容器１００を密閉することができる。

（変形例１）
図７は、本発明の実施の形態の変形例１に係る蓋体１１０ａの電解液注入部１１２ａの構成を示す図である。本変形例１において、再注液部１１４ａは、容器１００に一体に形成された薄肉部である。本変形例１の構成においても、再注液部１１４ａに貫通孔を設けて再注液を行い、段差部１１５ａに封止部材１１６ａを配置することによって、容器１００を密閉することができる。

（変形例２）
図８は、本発明の実施の形態の変形例２に係る蓋体１１０ｂの電解液注入部１１２ｂの構成を示す図である。本変形例２では、段差部１１５ｂの側面と封止部材１１６ｂの側面とを合わせることで、封止部材１１６ｂを段差部１１５ｂ上で位置決めして配置することができる。また、位置決めを補助するために、さらに別の段差部を段差部１１５ｂの周縁に設けてもよい。本変形例２の構成においても、再注液部１１４ｂに貫通孔を設けて再注液を行い、段差部１１５ｂに封止部材１１６ｂを配置することによって、容器１００を密閉することができる。

（変形例３）
図９は、本発明の実施の形態の変形例３に係る蓋体１１０ｃの電解液注入部１１２ｃの構成を示す図である。本変形例３では、再注液部１１４ｃは、蓋体１１０ｃの内面に形成された配置部１１３ｃに配置された状態で、内側に薄肉部（同図の長円形の点線で囲まれた部分）を有することになる。なお、この薄肉部は、特許請求の範囲に記載の「薄肉部」に包含される。本変形例３の構成においても、段差部１１５ｃに封止部材１１６ｃを配置することによって、容器１００を密閉することができる。

（変形例４）
図１０は、本発明の実施の形態の変形例４に係る蓋体１１０ｄの電解液注入部１１２ｄの構成を示す図である。本変形例４では、１回目の再注液後には、封止部材１１６ｄが第一段差部１１５ｄに配置されるが、２回目の再注液時に封止部材１１６ｄに貫通孔が形成され、当該貫通孔から電解液が再注入される。このため、２回目の再注液後には、封止部材１１６ｄに形成された貫通孔を塞ぐために、再封止部材１１９が第二段差部１１８に配置される。なお、当該蓄電素子１０において、第二段差部１１８の周りに、さらに、３回目以降の再注液後にも封止部材を配置することができる段差部が１つ以上形成されていることにしてもよい。本変形例４の構成によっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

（変形例５）
図１１は、本発明の実施の形態の変形例５に係る蓄電素子１１の構成を示す図である。同図に示すように、電解液注入部１１２ｅは、蓋体１１０ｅではなく、本体１１１ｅの側壁に配置されていてもよい。

以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。

本発明は、電解液の再注入が可能であるとともに容器を密閉することができる蓄電素子等に適用できる。

１０、１１ 蓄電素子
１００、１００ｅ 容器
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ 蓋体
１１１、１１１ｅ 本体
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ 電解液注入部
１１３、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ 配置部
１１４、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ 再注液部（薄肉部）
１１５、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ 段差部
１１５ｄ 第一段差部
１１６、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ 封止部材
１１７、１１７ｃ 開口部
１１８ 第二段差部
１１９ 再封止部材
１２０ 正極集電体
１３０ 負極集電体
１４０ 電極体
２００ 正極端子
３００ 負極端子

Claims (2)

1. 電解液が収容された容器を備える蓄電素子であって、
   前記容器は、
   貫通孔が形成されていない金属製の薄肉部を有するとともに、
   前記薄肉部の周囲に、封止部材を配置するための段差部を有し、
   前記薄肉部は、前記封止部材が配置された場合に前記封止部材と当接しない位置に配置される
   蓄電素子。
2. 蓄電素子が備える容器内に電解液を再注入する方法であって、
   前記容器に形成された金属製の薄肉部に貫通孔を形成し、
   前記貫通孔から電解液を注入し、
   前記薄肉部が配置されている面とは異なる面に封止部材を配置して、前記封止部材で前記薄肉部の貫通孔を封止する
   再注液方法。

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