JP6872151B2

JP6872151B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP6872151B2
Application number: JP2017155506A
Authority: JP
Inventors: 健幸尾崎; 友寛大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019036411A

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。
具体的には、図５に示すように、密閉型電池の電池ケース１１０には、電池ケース１１０を貫通する注液口１２０と、当該注液口１２０の周縁に沿って窪んだ環状の凹部１２２が設けられている。そして、かかる凹部１２２の底面に円板状の封止栓１３０を載置し、電池ケース１１０と封止栓１３０との境界部分をレーザーＬなどで溶接することによって注液口１２０が封止される。このように封止栓を溶接することによって注液口を封止する技術の一例が特許文献１に開示されている。

特開２００７−３２３８６０号公報

しかしながら、上記した構造の密閉型電池では、封止栓を溶接する際に溶接不良が生じて、溶接強度や気密性が低下する恐れがあった。
具体的には、図５に示すように、電池ケース１１０の内部に電解液を注液する際に液ハネによって、注液口１２０の側壁１２０ａや電池ケース１１０の内面１１０ａに電解液Ｅが付着することがある。このような場合、凹部１２２に封止栓１３０を嵌め込んだ際に、毛細管現象によって封止栓１３０と電池ケース１１０（凹部１２２の底面）との間に電解液Ｅが入り込むことがある。この状態で封止栓１３０の溶接を行うと、ボイド等の溶接不良が生じて溶接強度や気密性の低下が生じる原因となる。

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、封止栓と電池ケースとの間に電解液が入り込むことを好適に防止し、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が提供される。

ここに開示される密閉型電池は、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、注液口の周縁部に沿って窪むように電池ケースの上面に形成される凹部と、注液口を塞ぐように凹部の底面に載置され、周縁部の上面側が電池ケースと溶接される封止栓とを備えている。
そして、ここで開示される密閉型電池では、封止栓のうち注液口を塞ぐ領域の下面に粗面加工が施されていることを特徴とする。

ここで開示される密閉型電池では、封止栓のうち注液口を塞ぐ領域の下面に粗面加工が施されており、かかる粗面加工が施された部分の濡れ性が他の部分よりも向上している。かかる粗面加工が施された領域は、電池ケースの内部空間に露出する領域であり、この領域の濡れ性を向上させることによって、液ハネによって注液口の側壁等に付着した電解液が粗面加工が施された領域に引き寄せられる。これによって、毛細管現象によって封止栓と電池ケースとの間に電解液が入り込むことを防止し、封止栓の溶接不良を抑制することができるため、溶接強度や気密性が十分に確保された密閉型電池を得ることができる。

本発明の一実施形態に係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を説明する断面図であって、（ａ）は注液工程を示し、（ｂ）は嵌合工程を示し、（ｃ）は溶接工程を示している。本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の製造を説明する断面図であって、（ａ）は嵌合工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示している。従来の密閉型電池の製造を説明する断面図である。

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
以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池を説明する。なお、本実施形態に係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、かかる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に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１は、扁平な角型の電池ケース１０を備えている。かかる電池ケース１０は、上面が開口したケース本体１２と、電池ケース１０の上面をなす蓋体１４とによって構成されている。具体的には、電池ケース１０は、ケース本体１２上面の開口部に蓋体１４を嵌め込み、蓋体１４とケース本体１２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１４とケース本体１２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１の蓋体１４には、一対の電極端子４０、５０が設けられている。

本実施形態に係る密閉型電池１では、電池ケース１０の内部に電極体と電解液とが収容されている。電極体の構造や材料については、従来の密閉型電池と同様のもの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、従来の密閉型電池に一般的に使用されるものを特に制限なく使用することができるが、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、後述の円板状の封止栓３０の中央部３２に電解液を好適に集めることができる。

そして、本実施形態に係る密閉型電池１では、電池ケース１０の蓋体１４に注液口２０が形成されている。図２に示すように、注液口２０は、電池ケース１０（蓋体１４）を貫通しており、かかる注液口２０から電池ケース１０の内部に電解液を注液することができる。なお、注液口２０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。

また、電池ケース１０（蓋体１４）の上面には、注液口２０の周縁部に沿って窪むように環状の凹部２２が形成されている。そして、この環状の凹部２２の底面には、円板状の封止栓３０が載置されており、当該封止栓３０によって注液口２０が塞がれている。また、封止栓３０と電池ケース１０（蓋体１４）との境界部分は、レーザー等によって溶接されて溶接部６０が形成されている。

そして、本実施形態に係る密閉型電池１では、上記した封止栓３０のうち注液口２０を塞ぐ領域の下面に粗面加工が施されている。換言すると、本実施形態に係る密閉型電池１では、封止栓３０の下面の中央部３２にローレット加工が施されており、当該中央部３２の面粗度が大きくなっている。
具体的には、本実施形態では、粗面加工が施されていない領域（例えば封止栓５３の下面の周縁部３３や蓋体１４の下面１４ａ）の算術平均粗さＲａが０．５μｍ〜１．０μｍ（例えば０．８μｍ程度）になっている。一方、本実施形態における封止栓３０の下面の中央部３２は、粗面加工が施されることによって、算術平均粗さＲａが２５μｍ〜４０μｍ（例えば３０μｍ程度）になっている。

２．密閉型電池の製造
本実施形態に係る密閉型電池１によれば、封止栓３０の下面の中央部３２にローレット加工が施されているため、製造工程において封止栓３０と電池ケース１０とを溶接する際に、溶接不良が発生することを防止することができる。
以下、本実施形態に係る密閉型電池１の製造工程を説明しながら、溶接不良の発生を防止できる理由を説明する。

本実施形態に係る密閉型電池１は、注液工程と、嵌合工程と、溶接工程とを経て製造される。以下、各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を製造する方法を説明する断面図であって、（ａ）は注液工程を示し、（ｂ）は嵌合工程を示し、（ｃ）は溶接工程を示している。

（１）注液工程
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１を製造する際には、先ず、電池ケース１０内に電解液Ｅ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、先ず、ノズル１００を、蓋体１４の注液口２０から電池ケース１０の内部に挿入する。そして、ノズル１００先端から電解液Ｅを吐出させることによって電池ケース１０内に電解液Ｅを注液する。上記したように、この注液工程において、液ハネが生じると、注液口２０の側壁２０ａや電池ケース１０の内面（蓋体１４の下面１４ａ）に電解液Ｅが付着することがある（図３（ｂ）参照）。

（３）嵌合工程
図３（ｂ）に示すように、密閉型電池１の製造では、次に、注液口２０の周縁部に沿って形成された凹部２２に、円板状の封止栓３０を嵌め込む嵌合工程を実施する。具体的には、この工程では、凹部２２の底面に封止栓３０の周縁部が載置されるように、封止栓３０を凹部２２に押し込む。これによって、蓋体１４に形成されている注液口２０が封止栓３０で塞がれる。

このとき、本実施形態に係る密閉型電池１では、封止栓３０の下面の中央部３２に粗面加工（ローレット加工）が施されているため、当該下面の中央部３２の濡れ性が向上している。そして、封止栓３０の下面の中央部３２は、電池ケース１０の内部空間に露出しているため、図３（ｃ）に示すように、注液口２０の側壁２０ａ等に付着していた電解液Ｅが、濡れ性の高い封止栓３０の中央部３２に引き寄せられる。これによって、毛細管現象によって封止栓３０と電池ケース１０（蓋体１４）との間に電解液が入り込むことを防止することができる。

（４）溶接工程
そして、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、凹部２２に嵌め込まれた封止栓３０と蓋体１４との境界部分にレーザーＬを照射して、封止栓３０と蓋体１４とを溶接することによって注液口２０を封止する。このとき、本実施形態に係る密閉型電池１では、上記したように、蓋体１４と封止栓３０との間に電解液Ｅが入り込むことが防止されているため、溶接不良の発生を好適に防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る密閉型電池１では、封止栓３０の下面の中央部３２にローレット加工が施されているため、製造工程において封止栓３０と電池ケース１０とを溶接する際に、溶接不良が発生することを好適に防止することができる。この結果、溶接強度や気密性が十分に確保された密閉型電池を得ることができる。

また、本実施形態に係る密閉型電池１は、製造効率の向上に貢献することもできる。
具体的には、従来の技術では、図３（ａ）に示すような注液工程において、電解液Ｅの液ハネが生じることを防止するために、注液の際の電解液Ｅの流量が少なく設定されていた。これに対し、本実施形態に係る密閉型電池１によれば、注液口２０の側壁２０ａ等に電解液Ｅが付着したとしても、当該電解液Ｅが封止栓３０と電池ケース１０との間に入り込むことを防止できるため、電解液の液ハネを考慮せずに電解液の流量を増加させ、注液工程に要する時間を短縮することができる。
また、従来の技術では、注液工程を実施した後に、注液口の周囲を拭き取る作業が行われていたが、本実施形態によれば、このような拭き取り作業を廃止することもできる。
このように、本実施形態によれば、種々の工程を簡素化することができるため、製造効率の向上に貢献することもできる。

なお、上述した実施形態は、本発明を限定することを意図したものではなく、種々の変更を行うことができる。

例えば、上述した実施形態では、封止栓３０の中央部３２に施される粗面加工としてローレット加工が行われている。しかし、この粗面加工は、ローレット加工に限定されず、種々の手段を採用することができる。具体的には、かかる粗面加工の他の例として、研削加工やエッチング加工等が挙げられる。また、不織布などの粗面部材を封止栓の下面の中央部に貼り付けてもよい。これらの処理を行った場合でも、封止栓の下面の中央部を面粗度を大きくすることができるため、蓋体と封止栓との間に電解液が入り込むことを抑制し、溶接不良の発生を防止することができる。

また、上述した実施形態では、円板状の封止栓３０の下面の中央部３２に粗面加工が施されている。しかし、粗面加工を施す位置は、封止栓のうち注液口を塞ぐ領域の下面（換言すると、電池ケースの内部空間に露出する領域）であればよく、上述の実施形態に限定されない。
例えば、図４（ａ）に示すように、下方に突出する凸部３４を有した断面Ｔ字型の封止栓３０を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように、封止栓３０の凸部３４が注液口２０に挿入されるため、当該凸部３４が注液口２０を塞いで電池ケース１０の内部空間に露出する。このような場合には、凸部３４の下面３４ａに粗面加工を施すことによって、当該凸部３４の下面３４ａに電解液Ｅを引き寄せることができる。

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。

１密閉型電池
１０電池ケース
１２ケース本体
１４蓋体
１４ａ蓋体の下面
２０注液口
２０ａ注液口の側壁
２２凹部
３０封止栓
３２封止栓の下面の中央部
３３封止栓の下面の周縁部
３４凸部
３４ａ凸部の下面
４０、５０電極端子
６０溶接部
１００ノズル
Ｌレーザー
Ｅ電解液

Claims

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、
前記注液口の周縁部に沿って窪むように前記電池ケースの上面に形成される凹部と、
前記注液口を塞ぐように前記凹部の底面に載置され、周縁部の上面側が前記電池ケースと溶接される封止栓と
を備えた密閉型電池であって、
前記封止栓のうち前記注液口を塞ぐ領域の下面に粗面加工が施されており、前記封止栓の下面の前記電解液に対する濡れ性が前記電池ケースの内側面よりも高いことを特徴とする、密閉型電池。