JP6733187B2

JP6733187B2 - 蓄電装置の製造方法

Info

Publication number: JP6733187B2
Application number: JP2016013536A
Authority: JP
Inventors: 陽平濱口
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: JP2017134987A

Description

本発明は、電解液の注液口を有するケースに電極組立体と電解液が収容された蓄電装置の製造方法に関するものである。

リチウムイオン電池等の蓄電装置においては電解液の注液口を有するケースに電極組立体と電解液が収容されている。この蓄電装置の製造の際には、ケースに電極組立体を収納した後に注液口からケース内へ電解液を注入し、注液口を仮封止する。そして、初期充電、エージング等を行った後にケース内で発生したガスを注液口からケース外へ放出し、その後に注液口を本封止する。仮封止の際に、弾性部材における軸部が注液口に挿入され、軸部の凹部にピンを差し込むことで注液口を仮封止する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１５−２０４１３４号公報

ところで、注液口のシール性向上を図りたいという要求がある。
本発明の目的は、より信頼性の高い注液口の封止ができる蓄電装置の製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、電解液の注液口を有するケースに電極組立体と電解液とが収容された蓄電装置の製造方法であって、凹部が形成された軸部と前記軸部の径方向外側に延設する第１フランジ部を有する弾性部材、及び、棒部と第２フランジ部を有するピン部材を用いて、前記注液口に挿入した前記軸部における前記ケースの外に開口する凹部に前記棒部を挿入して前記軸部を拡径して前記軸部の外周面で注液口内面をシールすることにより前記注液口を仮封止する仮封止工程と、前記仮封止工程後に、前記ピン部材及び前記弾性部材のうち少なくとも前記ピン部材を取り外して前記ケース内のガスをケース外に排出するガス抜き工程と、前記ガス抜き工程後に、前記仮封止工程で用いた前記弾性部材及び前記ピン部材を再度用いて、前記注液口に挿入した前記軸部の凹部に前記棒部を挿入して前記第１フランジ部よりも広く前記注液口の周囲を覆う第２フランジ部における前記第１フランジ部よりも外周側の部位を前記ケースに封着することにより前記注液口を本封止する本封止工程と、を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、シールが、弾性部材による軸部の外周面と注液口内面との間、及び、ピン部材による第２フランジ部の外周側の部位での封着により行われることにより、より信頼性の高い注液口の封止ができる。また、仮封止が、ピン部材の棒部を用いて軸部の外周面と注液口内面とがシール（軸シール）されて行われるとともに、本封止が、第２フランジ部における第１フランジ部よりも外周側の部位がケースと封着されて行われるので、仮封止と本封止を兼ねる部材を用いて容易に仮封止と本封止を行うことができる。

請求項２に記載のように、請求項２に記載の蓄電装置の製造方法において、前記ピン部材は、金属よりなるとよい。
請求項３に記載のように、請求項２または３に記載の蓄電装置の製造方法において、前記ピン部材は、前記ケースと同一材料よりなり、溶接により前記ケースに封着されるとよい。

本発明によれば、より信頼性の高い注液口の封止ができる。

実施形態における二次電池を示す斜視図。二次電池の製造工程図。（ａ）は二次電池の一部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。二次電池の製造工程における仮封止工程を説明するための二次電池の一部断面図。仮封止工程を説明するための二次電池の一部断面図。ガス抜き工程を説明するための二次電池の一部断面図。本封止工程を説明するための二次電池の一部断面図。本封止工程を説明するための二次電池の一部断面図。（ａ），（ｂ）は別例を説明するための二次電池の一部断面図。（ａ），（ｂ）は別例を説明するための二次電池の一部断面図。別例を説明するための二次電池の一部断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、金属製（本実施形態ではアルミ製）のケース１１を備え、ケース１１に電極組立体１２と電解液（図示せず）が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体１４とを備える。よって、本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

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（アルミ箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。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とを交互に積層するとともに、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在した積層構造とされている。

電極組立体１２には、正極端子１５及び負極端子１６が電気的に接続されている。正極端子１５及び負極端子１６の各一部分は、蓋体１４からケース１１外に露出している。また、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。

ケース１１の蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液口１８が穿設されており、その注液口１８は封止栓１９によって閉塞されている。注液口１８は円形をなしている。

次に、二次電池１０の製造工程について説明する。
図２に示すように、ケース１１に電極組立体１２を収納する工程が完了した後に、注液口１８からケース１１内へ電解液を注入する（注液工程）。その後、注液口１８を仮封止部材で仮封止する（仮封止工程）。そして、電解液が各極の活物質に浸透した後、ケース１１を拘束して初期充電を行う（初期充電工程）。引き続き、二次電池１０をエージング温度にまで昇温させた状態で所定時間放置する（エージング工程）。その後、エージング工程においてケース１１内で発生したガスを、注液口１８からケース１１外へ放出する（ガス抜き工程）。そして、注液口１８を本封止部材で封止する（本封止工程）。さらに、二次電池１０を自己放電する（自己放電工程）。これにより、二次電池１０が完成する。

二次電池１０に具備される封止栓１９を、図３に示し、封止栓１９により注液口１８を封止している。
封止栓１９は、弾性部材４０と、ピン部材５０とを備える。弾性部材４０は、ゴム材よりなる。ピン部材５０は、金属、具体的にはアルミ材よりなる。

弾性部材４０は、立設される軸部４１、及び、軸部４１の上端から外径側に突出する第１フランジ部４２を有する。軸部４１は、有底円筒状をなし、上面に開口する凹部４１ａを有する。凹部４１ａはケース１１の外に開口する。軸部４１は、注液口１８に挿入される。第１フランジ部４２は、円板状をなし、その径は注液口１８の径より大きい。第１フランジ部４２は、ケース１１の外部において軸部４１の径方向外側に延設しており、かつ注液口１８の周囲で接触する。

ピン部材５０は、棒部（ピン）５１、及び、棒部５１の端部において外径側に突出する第２フランジ部５２を有する。棒部５１は、円柱状をなしている。棒部５１は、軸部４１の凹部４１ａに挿入されて軸部４１を拡径して軸部４１の外周面で注液口内面をシールさせる。第２フランジ部５２は、円板状をなし、その径は第１フランジ部４２の径より大きい。第２フランジ部５２は、ケース１１の外部において棒部５１に設けられ、第１フランジ部４２よりも広く注液口１８の周囲を覆う。つまり、第２フランジ部５２は第１フランジ部４２よりも外周側において大きくなっている。第１フランジ部４２の上に第２フランジ部５２を重ねて配置した状態において第１フランジ部４２の外周側において第２フランジ部５２の外周側の部位５３が全周にわたりはみ出る。このはみ出た部位５３が本封止の際の溶接部となる。即ち、第２フランジ部５２における第１フランジ部４２よりも外周側の部位５３がケース１１との封着部となっている。この部位５３は下方に突出する突部となっている。

弾性部材４０による軸部４１の外周面と注液口内面との第１シール部Ｓ１、及び、ピン部材５０による第２フランジ部５２の外周側の部位５３での封着による第２シール部Ｓ２を有する。

次に、仮封止工程、ガス抜き工程、本封止工程を詳細に説明しながら本実施形態の作用を説明する。
図４，５に示すように、仮封止工程においては、凹部４１ａが形成された軸部４１と軸部４１の径方向外側に延設する第１フランジ部４２を有する弾性部材４０、及び、棒部５１と第２フランジ部５２を有するピン部材５０を用いる。そして、図４に示すように、注液口１８に軸部４１を挿入し、図５に示すように、軸部４１におけるケース１１の外に開口する凹部４１ａに棒部５１を挿入して軸部４１を拡径して軸部４１の外周面で注液口内面をシールすることにより注液口１８を仮封止する。これによりケース１１内が気密封止される。

図６に示すように、ガス抜き工程においては、凹部４１ａから棒部５１を抜いてピン部材５０を取り外してケース１１内のガスをケース１１外に排出する。なお、ガス抜き工程において、ピン部材５０に加えて弾性部材４０も取り外してケース１１内のガスをケース１１外に排出してもよい。

図７，８に示すように、本封止工程においては、仮封止工程で用いた弾性部材４０及びピン部材５０を再度用いる。そして、図７に示すように、注液口１８に挿入した軸部４１の凹部４１ａに棒部５１を挿入する。このとき、第２フランジ部５２は、第１フランジ部４２よりも広く注液口１８の周囲を覆っている。そして、図８に示すように、第２フランジ部５２における第１フランジ部４２よりも外周側の部位５３をレーザービームの照射により溶接してケース１１に封着する。これにより注液口１８を本封止する。

比較例について説明する。比較例として、注液口の仮封止を弾性部材の軸部の凹部に棒部（ピン）を差し込んで軸部を押し広げることにより行う。ガス抜きの後はこれらの部品を取り外し、別部品であるブラインドリベット（ＢＲ）で本封止する。よって、比較例においては、弾性部材、ピン部材、ブラインドリベット（ＢＲ）をそれぞれ用意する必要がある。また、比較例においては、弾性部材とピン部材の再利用の管理が困難となる。また、ピン部材が耐久性を考慮し、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製である必要がある。

これに対し、本実施形態においては、ピン部材５０としてアルミ材を用い、ガス抜き後に仮封止工程で用いた弾性部材４０及びピン部材５０を戻し、弾性部材４０とピン部材５０で封着させる。これにより、封止栓１９は、仮封止部材と本封止部材を兼ねることができる。

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）電解液の注液口１８を有するケース１１に電極組立体１２と電解液とが収容された蓄電装置としての二次電池１０の構成として、注液口１８を封止する封止栓１９を具備し、封止栓１９は、弾性部材４０と、ピン部材５０とを備える。弾性部材４０は、注液口１８に挿入され、ケース１１の外に開口する凹部４１ａを有する軸部４１、及び、ケース１１の外部において軸部４１の径方向外側に延設しており、かつ注液口１８の周囲で接触する第１フランジ部４２を有する。ピン部材５０は、軸部４１の凹部４１ａに挿入されて軸部４１を拡径して軸部４１の外周面で注液口内面をシールさせる棒部５１、及び、ケース１１の外部において棒部５１に設けられ第１フランジ部４２よりも広く注液口１８の周囲を覆う第２フランジ部５２を有する。また、ピン部材５０は、第２フランジ部５２における第１フランジ部４２よりも外周側の部位５３がケース１１との封着部となっている。弾性部材４０による軸部４１の外周面と注液口内面との第１シール部Ｓ１、及び、ピン部材５０による第２フランジ部５２の外周側の部位５３での封着による第２シール部Ｓ２を有する。これにより、シールが、弾性部材４０による軸部４１の外周面と注液口内面との第１シール部Ｓ１、及び、ピン部材５０による第２フランジ部５２の外周側の部位５３での封着による第２シール部Ｓ２で行われることにより、より信頼性の高い注液口の封止ができる。

（２）電解液の注液口１８を有するケース１１に電極組立体１２と電解液とが収容された蓄電装置としての二次電池１０の製造方法として、仮封止工程とガス抜き工程と本封止工程とを有する。仮封止工程では、凹部４１ａが形成された軸部４１と軸部４１の径方向外側に延設する第１フランジ部４２を有する弾性部材４０、及び、棒部５１と第２フランジ部５２を有するピン部材５０を用いて、注液口１８に挿入した軸部４１におけるケース１１の外に開口する凹部４１ａに棒部５１を挿入して軸部４１を拡径して軸部４１の外周面で注液口内面をシールすることにより注液口１８を仮封止する。ガス抜き工程では、仮封止工程後に、ピン部材５０及び弾性部材４０のうち少なくともピン部材５０を取り外してケース１１内のガスをケース１１外に排出する。本封止工程では、ガス抜き工程後に、仮封止工程で用いた弾性部材４０及びピン部材５０を再度用いる。そして、注液口１８に挿入した軸部４１の凹部４１ａに棒部５１を挿入して第１フランジ部４２よりも広く注液口１８の周囲を覆う第２フランジ部５２における第１フランジ部４２よりも外周側の部位５３をケース１１に封着することにより注液口１８を本封止する。これにより、シールが、弾性部材４０による軸部４１の外周面と注液口内面との間、及び、ピン部材５０による第２フランジ部５２の外周側の部位５３での封着により行われることにより、より信頼性の高い注液口の封止ができる。また、仮封止が、ピン部材５０の棒部５１を用いて軸部４１の外周面と注液口内面とがシール（軸シール）されて行われるとともに、本封止が、第２フランジ部５２における第１フランジ部４２よりも外周側の部位５３がケース１１と封着されて行われるので、仮封止と本封止を兼ねる部材を用いて容易に仮封止と本封止を行うことができる。

（３）ピン部材５０は、金属よりなるので、ケース１１に封着しやすい。
（４）ピン部材５０は、ケース１１と同一材料よりなり、溶接によりケース１１に封着されるので、ケース１１に、より封着しやすい。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○図３（ａ），（ｂ）においては第２フランジ部５２の外周側の部位５３は下方に突出する突部となっていた。これに代わり図９（ａ）に示すように、第２フランジ部５２の外周側の部位５３が下方に突出する突部となっていなくてもよく（平坦面であってもよく）、図９（ｂ）に示すように、第１フランジ部４２を圧縮して第２フランジ部５２をケース１１に接近して配置して溶接してもよい。もしくは、外周側の部位５３をケース１１に押し付けた状態で溶接してもよい。

○図３（ａ），（ｂ）においては第２フランジ部５２の外周側の部位５３は下方に突出する突部となっていたが、これに代わり図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第２フランジ部５２の外周側の部位５３が下方に突出する突部となっていない平坦面であるとともにケース１１側に突部６０が形成されていてもよい。

○図１１に示すように、ピン部材５０における棒部５１の先端面に凹部７０を形成するとともに、弾性部材４０における凹部４１ａの底面に、前記凹部７０と係合する突起８０を形成してもよい。

○ピン部材５０は、アルミ材以外の金属製であってもよく、例えばステンレス製であってもよい。
○ピン部材５０は、金属以外にも樹脂製であってもよく、熱溶着にてケース１１に封着（密閉封止）してもよい。

○ケース１１は、アルミ製以外の金属製であってもよく、例えばステンレス製であってもよい。
○正極電極及び負極電極は、金属箔の片面に活物質が存在する構造でもよい。

○電極組立体１２は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型であってもよい。
○二次電池１０は角型電池でなくてもよく、筒型電池であってもよい。

○二次電池１０は、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の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。
○蓄電装置としてのキャパシタに適用してもよい。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１８…注液口、１９…封止栓、４０…弾性部材、４１…軸部、４１ａ…凹部、４２…第１フランジ部、５０…ピン部材、５１…棒部、５２…第２フランジ部、５３…部位、Ｓ１…第１シール部、Ｓ２…第２シール部。

Claims

電解液の注液口を有するケースに電極組立体と電解液とが収容された蓄電装置の製造方法であって、
凹部が形成された軸部と前記軸部の径方向外側に延設する第１フランジ部を有する弾性部材、及び、棒部と第２フランジ部を有するピン部材を用いて、前記注液口に挿入した前記軸部における前記ケースの外に開口する凹部に前記棒部を挿入して前記軸部を拡径して前記軸部の外周面で注液口内面をシールすることにより前記注液口を仮封止する仮封止工程と、
前記仮封止工程後に、前記ピン部材及び前記弾性部材のうち少なくとも前記ピン部材を取り外して前記ケース内のガスをケース外に排出するガス抜き工程と、
前記ガス抜き工程後に、前記仮封止工程で用いた前記弾性部材及び前記ピン部材を再度用いて、前記注液口に挿入した前記軸部の凹部に前記棒部を挿入して前記第１フランジ部よりも広く前記注液口の周囲を覆う第２フランジ部における前記第１フランジ部よりも外周側の部位を前記ケースに封着することにより前記注液口を本封止する本封止工程と、を有することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
前記ピン部材は、金属よりなることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
前記ピン部材は、前記ケースと同一材料よりなり、溶接により前記ケースに封着されることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置の製造方法。