JP6872150B2 - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉された電池ケース内に電極体と電解液とが収容された密閉型電池を製造する方法に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。これらの二次電池は、例えば、密閉された電池ケース内に電極体と電解液とが収容された、いわゆる密閉型電池として構築される。かかる密閉型電池の電池ケースには、ケース内部へ電解液を注入するための注液口が設けられており、かかる注液口は、電解液注入後に封止栓によって封止される。このとき、封止栓は、レーザー溶接などによって電池ケースに溶接される。

上記した密閉型電池の製造工程では、電解液を注入する際に、注液口の周辺に電解液が付着することがある。このような状態で封止栓と電池ケースとを溶接すると、溶接不良が生じて溶接強度や気密性が低下する恐れがある。これに対し、特許文献１には、注液口の周辺に電解液が付着することを防止する方法が開示されている。具体的には、特許文献１に記載の技術では、電解液を注入するノズルヘッドを注液口に装着し、弾性材料によって構成されたヘッド本体を注液口の周囲の凹部底面に接面させ、注液口をシールした状態で電解液の注入を行っている。

特開２０１３−１９１４５０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術は、注液口の周辺に電解液が付着することを確実に防止できるとは言えず、より好適な技術の開発が求められていた。
具体的には、図４（ａ）に示すように、一般的な密閉型電池の注液工程では、筒状のノズル１１０の先端部１１２を注液口５１から電池ケース５２内に挿入した後に電解液の注液を行っているが、注液中にノズル１１０の先端部１１２の外周面１１２ａに電解液Ｅが付着することがある。このような場合、図４（ｂ）に示すように、ノズル１１０の先端部１１２を電池ケース５２内から離脱させる離脱工程において、先端部１１２の外周面１１２ａに付着した電解液Ｅが落下して、注液口５１の側壁５１ａや注液口５１周辺の凹部５１ｂに付着する恐れがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、注液口の周辺に電解液が付着することを確実に防止し、溶接強度や気密性が十分に確保された密閉型電池を安定して製造することができる密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）が提供される。

ここに開示される密閉型電池の製造方法は、電極体と電解液を収容する電池ケースと、当該電池ケースを貫通する注液口と、電池ケースの注液口の周縁部と溶接されて注液口を封止する封止栓とを備えた密閉型電池を製造する方法である。
かかる製造方法は、管状のノズルの先端部を注液口から電池ケースの内部に挿入し、ノズルの先端部から電池ケースの内部に電解液を注液する注液工程と、ノズル内に残存した電解液を逆流させるサックバック工程と、ノズルの先端部を電池ケースの内部から離脱させる離脱工程とを備えている。
そして、ここで開示される製造方法では、ノズルの少なくとも先端部に、内周面の面粗度が外周面の面粗度よりも大きくなる領域が設けられている。

本発明者は、上記した課題を解決するために、密閉型電池の製造において従来から行われているサックバック工程に着目した。このサックバック工程は、電解液の注液後にノズル内に残存した電解液を逆流させる工程であって、ノズル内に残存した電解液が落下して注液口の周辺に付着することを防止するために行われる。
本発明者は、種々の検討を行った結果、ノズルの少なくとも先端部に、内周面の面粗度が外周面の面粗度よりも大きくなる領域が設けられていると、注液工程においてノズルの先端部の外周面に電解液が付着したとしても、外周面に付着した電解液がサックバック工程で内周面側に引き寄せられてノズル内部に吸引されることを見出した。
ここで開示される製造方法は、以上の知見に基づいてなされたものであり、かかる製造方法によれば、離脱工程を行う前に、ノズルの外周面に付着していた電解液をノズル内部に吸引することができる。この結果、離脱工程において電解液が落下して注液口の周辺に付着することを確実に防止できるため、溶接強度や気密性が十分に確保された密閉型電池を安定して製造することができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法によって製造される密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 図１に示す密閉型電池の注液口近傍の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する断面図であって、（ａ）は注液工程を示し、（ｂ）はサックバック工程を示している。 従来の密閉型電池の製造方法を説明する断面図であって、（ａ）はサックバック工程を示し、（ｂ）は離脱工程を示している。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

１．密閉型電池
先ず、本実施形態に係る製造方法によって製造される密閉型電池の構造について説明する。なお、かかる密閉型電池の具体例としては、リチウムイオン二次電池、金属リチウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）のほか、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）などが挙げられるが、電池の種類は特に限定されない。

図１は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法によって製造される密閉型電池を模式的に示す斜視図であり、図２は図１に示す密閉型電池の注液口近傍の拡大断面図である。
図１に示す密閉型電池５０は、扁平な角型の電池ケース５２を備えている。かかる電池ケース５２は、上面が開口したケース本体５６と、電池ケース５２の上面をなす蓋体５４とから構成されている。具体的には、電池ケース５２は、蓋体５４をケース本体５６上面の開口部に嵌め込み、蓋体５４とケース本体５６との境界部分を溶接することによって形成される。また、蓋体５４とケース本体５６の各々は、所定の強度を有し、軽量で熱伝導性の良い金属材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼など）によって構成されていると好ましい。また、この密閉型電池５０の蓋体５４には、一対の電極端子５７、５８が設けられている。

図１に示す密閉型電池５０では、電池ケース５２の内部に電極体と電解液とが収容されている。電極体については、従来と同様の構造や材料を特に制限なく採用することができるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、電解液についても同様に、従来と同様の材料を特に制限なく用いることができるが、このときに粘度が０．００３Ｐａ・Ｓ〜０．００７Ｐａ・Ｓの範囲内に調整されていると好ましい。これによって、後述のサックバック工程において電解液をノズル内部に好適に吸引することができる。

そして、図１に示す密閉型電池５０では、電池ケース５２の蓋体５４に注液口５１が形成されている。そして、この注液口５１を封止栓５３で封止することによって電池ケース５２が密閉される。
具体的には、図２に示すように、注液口５１は電池ケース５２（蓋体５４）を貫通しており、かかる注液口５１から電池ケース５２の内部に電解液を注液することができる。また、蓋体５４（電池ケース５２）の上面には、注液口５１の周縁部に沿って窪んだ環状の凹部５１ｂが形成されている。そして、この凹部５１ｂの底面に円板状の封止栓５３を載置し、蓋体５４と封止栓５３との境界をレーザ等で溶接して溶接部５５を形成することによって電池ケース５２が封止（密閉）される。
なお、注液口５１の直径は、３ｍｍ〜５ｍｍ（例えば４ｍｍ程度）の範囲内に設定すると好ましい。

２．密閉型電池の製造方法
次に、本実施形態に係る密閉型電池の製造方法について説明する。本実施形態に係る密閉型電池の製造方法は、上記した電池ケース５２の内部に電解液を注液する方法であって、注液工程と、サックバック工程と、離脱工程とを備えている。以下、各々の工程について説明する。なお、図３は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する断面図であって、（ａ）は注液工程を示し、（ｂ）はサックバック工程を示している。

（１）注液装置
図３に示すように、本実施形態に係る製造方法では、注液用のノズル１０を備えた注液装置が用いられる。先ず、かかる注液装置の構成について説明する。
この注液装置は、管状のノズル１０と、電解液を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部からノズル１０に電解液を送液する送液手段とを備えている。かかる管状のノズル１０の内径は０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ（例えば、０．５ｍｍ程度）に設定され、外径は１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ（例えば２．０ｍｍ程度）に設定される。また、電解液を送液する送液手段には、例えば、定量の電解液をノズル１０に送液できるように容積計量ポンプなどを用いると好ましい。

そして、本実施形態に係る製造方法では、注液装置のノズル１０の先端部１２に、内周面１２ａの面粗度が外周面１２ｂの面粗度よりも大きくなる領域が設けられている。具体的には、図３に示されるノズル１０の先端部１２は、内周面１２ａにローレット加工が施されている一方で、外周面１２ｂに鏡面加工が施されている。なお、このときのノズル１０の先端部１２の内周面１２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は、２０μｍ〜３０μｍ（例えば２５μｍ程度）であると好ましく、外周面１２ｂの算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０１μｍ〜０．１μｍ（例えば０．０５μｍ程度）であると好ましい。

（２）注液工程
本実施形態に係る製造方法では、先ず、上記した注液装置を用いて電池ケース５２内に電解液を注液する注液工程が行われる。具体的には、かかる注液工程では、図３（ａ）に示すように、ノズル１０の先端部１２を注液口５１から電池ケース５２の内部に挿入する。そして、送液手段を稼働させて電解液をノズル１０に送液し、当該ノズル１０の先端部から電池ケース５２内に電解液を注液する。この注液工程において電解液の液ハネなどによって、ノズル１０の先端部１２の外周面１２ｂに電解液Ｅが付着することがある（図３（ｂ）参照）。

（３）サックバック工程
次に、本実施形態に係る製造方法では、サックバック工程を実施する。このサックバック工程では、送液手段によってノズル１０の内部に負圧を生じさせ、ノズル１０内に残存した電解液を逆流させる。これによって、ノズル１０内に残存した電解液の液面が上昇するため、当該ノズル１０内の電解液が落下して注液口５１の周縁部５１ｂに付着することを防止できる。

加えて、本実施形態に係る製造方法では、上記したように、内周面１２ａの面粗度が外周面１２ｂの面粗度よりも大きくなる領域がノズル１０の先端部１２に設けられている。これによって、ノズル１０の内周面１２ａの濡れ性が外周面よりも向上しているため、サックバック工程を実施してノズル１０内の電解液を逆流させた際に、外周面１２ｂに付着していた電解液Ｅがノズル１０内を逆流する電解液に引き寄せられる。この結果、外周面１２ｂに付着していた電解液Ｅがノズル１０内部に吸引され、ノズル１０の先端部１２の外周面１２から電解液が除去される。

（３）離脱工程
そして、密閉型電池の製造方法では、サックバック工程が終了した後に、ノズル１０を上昇させて、ノズル１０の先端部１２を電池ケース５２内から離脱させる。このとき、本実施形態では、サックバック工程において、ノズル１０の先端部１２の外周面１２ｂに付着していた電解液Ｅが除去されているため、離脱工程において電解液Ｅが落下して注液口５１の側壁５１ａや凹部５１ｂに付着することを確実に防止できる。

以上のように、本実施形態に係る製造方法によれば、ノズル１０の外周面１２ｂに付着した電解液Ｅをサックバック工程でノズル１０内部に吸引し、当該外周面１２ｂの電解液Ｅが離脱工程で落下することを防止できるため、注液口５１の側壁５１ａや凹部５１ｂに電解液Ｅが付着することを確実に防止できる。これによって、図２のように電池ケース５２を密閉する際に、蓋体５４と封止栓５３との間で溶接不良が生じることを抑制できるため、封止栓５３の溶接強度や電池ケース５２の気密性が十分に確保された密閉型電池５０を安定して製造することができる。

また、本実施形態では、ノズル１０の先端部１２の外周面１２ｂに付着した電解液Ｅをノズル１０内部に吸引して除去することができるため、ノズル１０を洗浄する頻度を従来よりも低減させることができる。この結果、ノズル１０の洗浄に要するコストや時間を削減し、製造効率の向上に貢献することができる。

なお、上述した実施形態は、ここで開示される製造方法を限定するものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施形態では、内周面１２ａの面粗度が外周面１２ｂの面粗度よりも大きくなる領域がノズル１０の先端部１２だけに設けられている。しかし、このような加工が施される領域は、少なくともノズル１０の先端部１２に設けられていればよい。例えば、ノズルの内周面全体にローレット加工を施し、外周面全体に鏡面加工を施した場合には、内周面の面粗度が外周面よりも大きくなる領域がノズルの全域に亘って設けられるが、このようなノズルを用いた場合であっても、外周面に付着した電解液をノズル内に適切に吸引することができる。但し、ノズルを加工するためのコスト等を考慮すると、上述した実施形態のように、ノズル１０の先端部１２だけに加工が施されている方が好ましい。

また、上述した実施形態におけるノズル１０では、内周面にローレット加工を施し、外周面に鏡面加工を施すことによって、内周面１２ａの面粗度が外周面１２ｂの面粗度よりも大きくなる領域を形成している。しかし、かかる領域を形成する手段は、これに限定されず、種々の手段を採用することができる。例えば、研削加工やエッチング加工等を用いた場合でも内周面の面粗度を大きくすることができる。また、樹脂などによるコーティング処理を用いた場合でも、外周面の面粗度を小さくすることができる。
また、上述の面粗度を調整する加工をノズルの内周面と外周面の何れか一方に施した場合でも、ノズルの内周面の面粗度を外周面の面粗度よりも大きくし、サックバック工程中に電解液をノズル内に好適に吸引することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０、１１０ ノズル
１２、１１２ ノズルの先端部
１２ａ ノズルの内周面
１２ｂ、１１２ａ ノズルの外周面
５０ 密閉型電池
５１ 注液口
５１ａ 注液口の側壁
５１ｂ 凹部
５２ 電池ケース
５３ 封止栓
５４ 蓋体
５５ 溶接部
５６ ケース本体
５７、５８ 電極端子
Ｅ 電解液

Claims (1)

1. 電極体と電解液を収容する電池ケースと、当該電池ケースを貫通する注液口と、前記電池ケースの前記注液口の周縁部と溶接されて前記注液口を封止する封止栓とを備えた密閉型電池の製造方法であって、
   管状のノズルの先端部を前記注液口から前記電池ケースの内部に挿入し、前記ノズルの先端部から前記電池ケースの内部に前記電解液を注液する注液工程と、
   前記ノズル内に残存した前記電解液を逆流させるサックバック工程と、
   前記ノズルの先端部を前記電池ケースの内部から離脱させる離脱工程と
   を備え、
   前記ノズルの少なくとも先端部に、内周面の面粗度が外周面の面粗度よりも大きくなる領域が設けられ、当該領域における前記内周面の前記電解液に対する濡れ性が前記外周面よりも高くなっており、
   前記ノズルの少なくとも先端部を含む領域における前記内周面の算術平均粗さが２０μｍ〜３０μｍであり、前記外周面の算術平均粗さが０．０１μｍ〜０．１μｍであることを特徴とする、密閉型電池の製造方法。

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