JPH11120966A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電解液注入作業の改善および信頼性の高い電解
液封止構造とする。 【解決手段】電池ケースの一部に電解液注入管を貫通さ
せて密閉固定し、電解液注入後、注入管の一部をピンチ
加工により封止した後に、注入管の先端部を溶接により
密閉した非水電解液二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車，電動
カート等の移動体機器、ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器，停電時のバックアップ機器，電力貯蔵用機器、
及びセキュリテイ機器等の製品の電源として使われる電
気容量の大きな二次電池に関するするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の小型の非水電解液二次電池の電解
液注入は、グローブボックスの中で、電極群を挿入した
電池容器を真空引きした後電解液を注入し、正極端子を
兼用する金属封口キャップをポリプロピレン等のガスケ
ットを介して電池容器の開口部にクリンプ等により取り
付けたり、または絶縁された電極端子を有する金属封口
キャップを電池容器の開口部に被せ、直接レーザ溶接等
により密閉していた。

【０００３】また、大型の非水電解液二次電池では、電
極群を挿入した電池容器に封口キャップを被せてレーザ
溶接等で密封した後に、電池ケースに開けた電解液注入
穴から電解液を注入し、注入穴をメクラ栓で直接レーザ
溶接により塞いで密閉したり、特開平9−92242号公報に
示されているように、金属製の封口キャップの電解液注
入口に雌ねじを切り、電解液を注入後にメタルシールを
介して雄ねじ付メクラ栓を注入口にねじ込んで塞ぎ密閉
した例がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中大型
の非水電解液二次電池で上記クリンプ構造の密閉方式を
とる場合は、封口キャップの径が大きくなることから、
ガスケットシール部からの電解液の漏洩や封口キャップ
の耐圧強度に問題がある。また、電解液を注入後に溶接
により直接密閉する方法は、電解液の蒸気雰囲気中で溶
接することになり、高価な溶接ヘッドが腐食損傷した
り、可燃性電解液に着火や爆発の可能性があり、不活性
ガス中での作業となっていた。

【０００５】また、特開平9−92242号公報は、メタルシ
ールによる密閉構造をとるので、封口キャップやメクラ
栓のメタルシールとの接触面の研磨が必要であったり、
接触面の傷付防止に注意する必要があり、さらにメクラ
栓ねじの締め付けトルクの管理等の生産管理が難しい。
また、長期間の使用による冷熱繰り返しや振動によるメ
クラ栓緩みによる電解液の漏れが心配され、電池寿命と
の関係から長期間の密閉性を保つには問題がある。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
生産性のよい電解液注入構造を備えると共に、電解液シ
ールの信頼性向上を図った非水電解液二次電池を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、フィルム状の正極および負極をセパレータ
を介して対向させてなる電極群と非水電解液とからなる
発電要素を電池ケース内に密閉収納した二次電池におい
て、電池ケースの一部に電解液注入管を貫通させて密閉
固定し、電解液注入後、注入管の一部をピンチ加工によ
り封止した後、注入管の先端部を溶接により密閉したも
のである。または、電池ケースの一部に電解液注入管を
貫通させて密閉固定し、電解液注入後、注入管の先端を
メクラ栓により圧入封止した後、注入管の先端とメクラ
栓の接合部を溶接により密閉したものである。

【０００８】斯かる本発明によれば、電解液注入管を電
池ケースの外部に導出したので、真空ポンプと電解液タ
ンクを切替バルブを通して接続されている電解液注入ア
タッチメントを注入管に接続することにより、電解液注
入作業が簡単に行える。また、電解液注入後にピンチ加
工またはメクラ栓圧入により注入管を仮封止してから注
入管先端部を溶接により密閉するので、通常環境で作業
ができ、さらに電解液の密閉信頼性が向上するものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる非水電解液
二次電池の一実施例を、リチウムイオン二次電池を例に
して図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の非
水電解液二次電池の一実施例を示す構造縦断面図であ
り、図２，図３は図１の電解液注入管の先端部溶接構造
の他の例を示す。図４，図５は電解液注入管取り付け構
造の他の実施例を示す断面図である。これらの図におい
て、１は正極であり、帯状のアルミ箔からなる正極集電
体２の両面に無機リチウムインターカレーション・デイ
ンターカレーション材料を正極活物質とする正極合剤３
（例えば活物質としてＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＣｏＯ₂，Ｌ
ｉＮｉＯ₂等、導電材としてカーボン，結着剤としてポ
リフッ化ビニリデンを混合調整したもの）を塗布プレス
して保持させたものである。４は負極であり、帯状の銅
箔からなる負極集電体５の両面にリチウムインターカレ
ーション・デインターカレーションのカーボン材料を負
極活物質とする負極合剤６（例えば活物質として黒鉛，
結着剤としてポリフッ化ビニリデンを混合調整したも
の）を塗布プレスして保持させたものである。

【００１０】７はセパレータであり、ポリエチレン、ま
たはポリプロピレン等の熱可塑性樹脂の微多孔性薄膜も
しくは不織布からなる。なお、ポリエチレンフィルムは
温度が上昇した時、フィルム自身の溶融によって前記微
多孔が閉じるシャットダウン開始温度が約１３０℃であ
り、ポリプロピレンフィルムのシャットダウン開始温度
は約１５０℃である。つまり、電池が内部短絡や外部短
絡等の異常状態により温度上昇した場合に、セパレータ
の熱可塑性樹脂が溶けて微多孔や不織布の目詰まりを生
じて、正負極間のイオンの移動を遮断することにより電
池の電流を遮断し、電池を保護する働きがある。

【００１１】上記、正極１と負極４はセパレータ７を介
して対向した状態で渦巻状に巻回され、電極群１１を形
成している。この場合、セパレータ７は正極１，負極４
よりも若干幅広く巻かれており、さらに巻芯部および巻
き終り部において数回セパレータ７単独で巻かれてお
り、正極，負極間及び電極群周囲との絶縁性を持たせて
いる。この電極群１１は電解液（図示せず）に浸漬され
て発電要素となる。上記電解液は、ＬｉＰＦ₆，ＬｉＢ
Ｆ₄，ＬｉＣｌＯ₄，ＬｉＡｓＦ₆等のリチウム塩を電解
質として有機溶媒（プロピレンカーボネート，エチレン
カーボネート，ジエチルカーボネート，ジメチルカーボ
ネート等の単独または混合物）に溶解したものが使われ
る。

【００１２】２０は金属製の容器部でステンレス鋼，ニ
ッケルめっき鉄，ニッケルめっき銅やアルミニウム等が
使われ、上記電極群１１と電解液からなる発電要素を容
器部に収納し、金属製の蓋部２１を被せて溶接等により
密封し、電池ケースとしたものである。蓋部２１は容器
部２０と溶接する関係上、同じ材質の金属がよい。ま
た、容器部２０内の容器底部２０ａおよび蓋部２１側に
は電池内充電部と電池ケースとの電気絶縁性を保つため
に、絶縁板１３ａ，１３ｂが設置されている。

【００１３】絶縁板は安全弁２２の動作を阻害しないよ
うに安全弁の位置する場所は穴が開けられているととも
に、注入管２５，電極端子の部分も穴が開けられてい
る。８は短冊形アルミニウム材の正極リードであり、正
極１の正極集電体２とアルミニウム材の正極端子１４に
溶接等により接続されている。９は短冊形ニッケル材又
は銅材の負極リードであり、負極４の負極集電体５とニ
ッケル又は銅材の負極端子１５に溶接等により接続され
ている。なお、正極リード８および負極リード９は中・
大形電池となると１本では電流容量が取れないので、複
数個のリード線を接続する必要がある。

【００１４】１２は円筒形状の絶縁デスタントであり、
電極群１１と蓋部２１間に、正極リード８および負極リ
ード９を絶縁分離する分離板１２ａを円筒内に設けて各
極リード線を収納する独立空間を確保すると共に、電極
群１１が電池ケース内で移動しないように押さえてい
る。したがって、複数個からなる正極リード８および負
極リード９は、お互いに分離板１２ａにより分離されて
おり、接触することなしに絶縁が保たれる。

【００１５】正極端子１４，負極端子１５は、蓋部２１
に、ガラスまたはプラスチック層を介在させて電気絶縁
をすると共に、密封性を持たせたハーメチックシール１
７により貫通固定され、端子ケース外に出た部分が外部
との電気接続部となる。蓋部２１に設けられた穴２１ａ
には、安全弁２２が穴２１ａにぴったり合うように埋め
込まれて、外周部で全周レーザ溶接等により溶接されて
いる。

【００１６】安全弁２２は、基材としてステンレス鋼，
ニッケルめっき鉄，ニッケルめっき銅やアルミニウム等
の金属板２３が使われ、中心部に弁孔２３ａが開けら
れ、金属板２３全面に金属薄板２４がクラッド圧着され
て弁孔２３ａを閉塞している。金属薄板２４はアルミ
箔，ニッケル箔，ステンレス箔等の耐電解液性および耐
腐食性の金属が適している。電池の過充電や短絡等によ
り温度が上昇し、電池ケース１１内の圧力が高圧になっ
て設定圧力になると、弱点部である金属薄板２４が開裂
し、電池ケースの爆発を防止する。

【００１７】２５は電解液の注入管であり、蓋部２１に
貫通して注入管２５をロー材や半田２６で溶接して密閉
固定したり（図１）、プラスチックモールド２７のイン
サート成形やアウトサート成形等により密閉固定して
（図４，図５）、電池ケース外に突き出して取り付けら
れている。注入管２５の取り付け場所は電池ケースのど
の部分でもよく、蓋部２１に限定されるものではない。
注入管２５の材質は耐電解液性，溶接性，加工性，耐腐
食性から銅，アルミニウム，ステンレスがよい。

【００１８】また、プラスチックモールド２７の材質は
耐電解液性，耐熱性，機械的強度の面からポリフィニレ
ンサルファイドやフェノールが適している。注入管２５
の一部に設けたピンチ加工による圧着部２５ａは電解液
を注入後一時的に注入管を封止するものであり、その
後、注入管の先端部を溶接により完全密閉する。

【００１９】注入管２５先端部の溶接は圧着部２５ａ先
端管内にロー材や半田を溶かして埋め込んだり（図
１）、圧着部２５ａ先端部の接合部にロー材や半田を溶
かし込んで溶接接合したり（図２）、圧着部２５ａ先端
部の接合部をレーザ溶接により溶着する（図３）等があ
る。

【００２０】図４，図５は電解液注入管２５の他の実施
例を示す取り付け構造図であり、電池ケース外側に位置
する注入管２５の先端部近傍にネッキング２５ｂを設
け、電解液注入後にメクラ栓２８を注入管２５先端に圧
入し、仮封止をしてから、メクラ栓と注入管の接合部を
溶接により完全密閉したものである。メクラ栓２８は砲
弾形（図４）やボール形（図５）等の注入管への圧入が
し易い形状をし、材質は溶接する関係から注入管２５と
同じものがよい。また、ネッキング２５ｂはメクラ栓２
８を圧入する場合にストッパーの役目をするもので、メ
クラ栓を注入管に圧入したときに密着部が注入管先端よ
り僅かに内側に位置するように設定される。これによ
り、注入管先端部の溶接位置のバラツキが少なく、確実
な溶接が行える。

【００２１】次に、本発明による非水電解液二次電池の
組み立て方法について説明する。組立ての前に、蓋部２
１には正極端子１４，負極端子１５がハーメチックシー
ルにより貫通固定され、安全弁２２も溶接され、さらに
注入管２５も蓋部に貫通して溶接またはプラスチックモ
ールドにより密閉固定され、蓋部組品として準備され
る。したがって、注入管の取り付けが部品の状態で行わ
れるので生産性が良い。

【００２２】組み立て順としては、帯状の正極１および
負極４をセパレータ７を介して渦巻状に巻回していく。
この時、正極リード８を正極集電体２に、負極リード９
を負極集電体５に、それぞれスポット溶接または超音波
溶接により必要数だけ順次取り付けながら正負極を巻回
し、巻き終わり部はテープで止めて電極群１１を作る。
このとき、電池容量の大きさにより取り付けるリード線
の数は増減される。

【００２３】次に、容器の底部２０ａ側から絶縁板１３
ａ，電極群１１，絶縁デスタント１２の順に入れ、正極
リード８，負極リード９をそれぞれ束ねて纏めておく。
それから絶縁板１３ｂを電池の蓋２１の裏側に重ね合わ
せ、正極リード８，負極リード９を蓋部２１の正極端子
１４，負極端子１５に溶接する。

【００２４】次に蓋２１を容器２０に被せて容器２０の
開口部と蓋２１を溶接により密封し、電解液を注入管２
５から注入し、注入管をピンチ加工やメクラ栓圧入によ
り仮封止をしてから注入管先端部を溶接により完全密閉
して電池組み立ては完成する。したがって、電解液注入
管の先端部の溶接が、仮封止により電解液が漏れない状
態で行われるので作業が安全であると共に、電解液蒸気
雰囲気でない通常環境の中で行うことができるので作業
性や作業環境がよい。

【００２５】また、金属の溶接により完全密閉されるの
で、シール部の緩みがなく電解液の漏洩防止に対する長
期的信頼性もよい。尚、電解液の注入作業は、真空ポン
プと電解液タンクが切替バルブを通して連結されている
注入アタッチメントを注入管に取り付け、真空ポンプを
作動させて電池ケース内の空気を排出した後、切替バル
ブにより電解液タンクに連通させ、圧力差により電解液
を電池ケース内に注入する方法で行われる。電解液注入
作業においても、電解液注入管が電池ケースの外側に突
き出しており、注入アタッチメントの取り付け，取り外
しがワンタッチで簡単に行える。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、フィ
ルム状の正極および負極をセパレータを介して対向させ
てなる電極群と非水電解液とからなる発電要素を電池ケ
ース内に密閉収納した二次電池において、電池ケースの
一部に電解液注入管を貫通させて密閉固定し、電解液注
入後、注入管の一部をピンチ加工により封止した後に、
注入管の先端部を溶接により密閉したもの、または、注
入管の先端をメクラ栓により圧入封止した後に、注入管
の先端とメクラ栓の接合部を溶接により密閉したもので
ある。したがって、電解液注入作業が安全でしかも作業
性良く行えると共に、電解液の漏洩防止の信頼性が長期
間に渡って保たれるものである。

【００２７】また、注入管の途中にネッキングしてメク
ラ栓を圧入するので、圧入寸法を精度良く決めることが
でき、仮封止およびその後の溶接が確実に行えるもので
ある。また、注入管の材質がアルミニウム，ステンレス
鋼，銅の金属管としたので、耐電解液性，加工性，溶接
性，耐腐食性に優れた非水電解液二次電池とすることが
できる。また、注入管を電池ケースの一部に貫通して溶
接またはプラスチックモールドにより密閉固定したの
で、作業性，シール性がよく、安価で高品質の電池ケー
スの密閉構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解液二次電池の一実施例を示す
構造断面図である。

【図２】図１の注入管先端部溶接構造の他の例を示す断
面図である。

【図３】図１の注入管先端部溶接構造の他の例を示す断
面図である。

【図４】本発明の非水電解液二次電池の注入管取り付け
構造の他の実施例を示す断面図である。

【図５】本発明の非水電解液二次電池の注入管取り付け
構造の他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…正極、２…正極集電体、３…正極合剤、４…負極、
５…負極集電体、６…負極合剤、７…セパレータ、８…
正極リード、９…負極リード、１１…電極群、１２…絶
縁デスタント、１２ａ…分離板、１３ａ，１３ｂ…絶縁
板、１４…正極端子、１５…負極端子、１７…ハーメチ
ックシール、２０…容器部、２０ａ…容器底部、２１…
蓋部、２１ａ…穴、２２…安全弁、２３…金属板、２３
ａ…弁孔、２４…金属薄板、２５…注入管、２５ａ…圧
着部、２５ｂ…ネッキング、２６…ロー材，半田、２７
…プラスチックモールド、２８…メクラ栓。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴見 剛 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルム状の正極および負極をセパレータ
   を介して対向させてなる電極群と非水電解液とからなる
   発電要素を電池ケース内に密閉収納した二次電池におい
   て、電池ケースの一部に電解液注入管を貫通させて密閉
   固定し、電解液注入後、注入管の一部をピンチ加工によ
   り封止した後、注入管の先端部を溶接により密閉したこ
   とを特徴とする非水電解液二次電池。