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技術 密閉型電池

出願人 トヨタ自動車株式会社興国インテック株式会社
発明者 平川靖室井伸也
出願日 2012年7月27日 (8年0ヶ月経過) 出願番号 2012-167224
公開日 2014年2月6日 (6年6ヶ月経過) 公開番号 2014-026865
状態 特許登録済
技術分野 電池の電槽・外装及び封口 電池の注液・補液
主要キーワード 脆弱箇所 変位箇所 取り付け形状 外側孔 シームレス溶接 曲面板状 内側孔 封止箇所
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年2月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

検査によって注液孔の周辺における溶接状態良否を確実に判定できる密閉型電池を提供すること。

解決手段

本発明の密閉型電池は,電極体と,電極体を収納し,開口面を有する電池ケースと,電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と,蓋部材を貫通する注液孔と,注液孔を封止する封止部材とを備え,封止部材は,蓋部材の注液孔周辺と溶接され,注液孔の外側開口部を覆うことで注液孔を封止する金属製の封孔板と,封孔板の電池ケース内側の面と接し,注液孔の全周と接触する接触位置と注液孔の少なくとも一部と接触しない非接触位置とに変位自在に設けられ,接触位置にあることで注液孔を封止する環状の可動部とを有し,可動部は,接触位置にあることで密閉される電池ケース内側の内領域の圧力が,内領域とは可動部を挟んで反対側にある外領域の圧力に対して,限界値を超えて大きくなると非接触位置に変位する。

概要

背景

従来より,電極体収納した電池ケース内電解液注液し,注液孔を封止して密閉することによりなる密閉型電池がある。例えば,扁平角形の金属製の電池ケースを用いる二次電池として,電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材に注液孔が形成されているものがある。そして,電池の製造時には,注液孔が開口した蓋部材が注液前に電池ケースに固定され,その注液孔から電池ケース内に電解液が注液される。さらに,注液後に注液孔に金属製の封孔板が被せられ,封孔板の周囲と蓋材とが隙間無く溶接されることによって,密閉された電池が製造される。

さらに,特許文献1には,単なる板状の封孔板ではなく,金属板樹脂製の突状部が組み合わされた封止栓によって封口した密閉型電池が開示されている。特許文献1によれば,注液孔にカエリ突出部が形成されているので,突状部を注液孔に挿入することにより,突状部が注液孔に仮固定される。従って,金属板を電池容器に溶接する途中で封止栓がずれるということがなく,封止不良を確実に防止できるとされている。また,特許文献1では,突状部の材質の例として,適度な弾性を有するゴム材等が挙げられている。

概要

検査によって注液孔の周辺における溶接状態良否を確実に判定できる密閉型電池を提供すること。本発明の密閉型電池は,電極体と,電極体を収納し,開口面を有する電池ケースと,電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と,蓋部材を貫通する注液孔と,注液孔を封止する封止部材とを備え,封止部材は,蓋部材の注液孔周辺と溶接され,注液孔の外側開口部を覆うことで注液孔を封止する金属製の封孔板と,封孔板の電池ケース内側の面と接し,注液孔の全周と接触する接触位置と注液孔の少なくとも一部と接触しない非接触位置とに変位自在に設けられ,接触位置にあることで注液孔を封止する環状の可動部とを有し,可動部は,接触位置にあることで密閉される電池ケース内側の内領域の圧力が,内領域とは可動部を挟んで反対側にある外領域の圧力に対して,限界値を超えて大きくなると非接触位置に変位する。

目的

すなわちその課題とするところは,検査によって注液孔の周辺における溶接状態の良否を確実に判定できる密閉型電池を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電極体と,前記電極体を収納し,開口面を有する電池ケースと,前記電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と,前記蓋部材を貫通する注液孔と,前記注液孔を封止する封止部材と,を備える密閉型電池において,前記封止部材は,前記蓋部材の前記注液孔周辺溶接され,前記注液孔の外側開口部を覆うことで前記注液孔を封止する金属製の封孔板と,前記封孔板の前記電池ケース内側の面と接し,前記注液孔の全周と接触する接触位置と前記注液孔の少なくとも一部と接触しない非接触位置とに変位自在に設けられ,前記接触位置にあることで前記注液孔を封止する環状の可動部と,を有し,前記可動部は,前記接触位置にあることで密閉される前記電池ケース内側の内領域の圧力が,前記内領域とは前記可動部を挟んで反対側にある外領域の圧力に対して,限界値を超えて大きくなると前記非接触位置に変位することを特徴とする密閉型電池。

請求項2

請求項1に記載する密閉型電池において,前記可動部は,前記非接触位置に変位した後,前記内領域と前記外領域との圧力差が前記限界値以下に戻った場合に,前記非接触位置から前記接触位置に戻る復帰機能を有することを特徴とする密閉型電池。

請求項3

請求項2に記載する密閉型電池において,前記可動部は,弾性体であることを特徴とする密閉型電池。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれか1つに記載する密閉型電池において,前記可動部は,ゴム材であることを特徴とする密閉型電池。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれか1つに記載する密閉型電池において,前記可動部は,前記注液孔の貫通方向の断面形状で,厚みをT,長さをLとした場合に,T<Lの関係を満たすことを特徴とする密閉型電池。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか1つに記載する密閉型電池において,前記封止部材は,前記可動部の環状内に位置し,前記封孔板の前記電池ケース内側の面と接し,前記注液孔に挿通される挿通部を有することを特徴とする密閉型電池。

請求項7

請求項1から請求項6のいずれか1つに記載する密閉型電池において,前記注液孔は,外側開口部を構成し,有底孔である外側孔と,内側開口部を構成し,前記外側孔と軸心の位置が共通し,前記外側開口部よりも径が小さい内側孔と,を有し,前記内側孔が前記外側孔の底面から前記外側孔と連通することで,前記蓋部材を貫通し,前記可動部は,前記封孔板の前記電池ケース内側の面から前記注液孔の径方向外側に向かって斜めに突起し,前記外側孔の底面と圧接することで前記注液孔を封止することを特徴とする密閉型電池。

技術分野

0001

本発明は,電池ケース電極体および電解液封入してなる密閉型電池に関する。さらに詳細には,電池ケース内部に電解液を注液した後,注液孔を封止することによって密閉される密閉型電池に関するものである。

背景技術

0002

従来より,電極体を収納した電池ケース内に電解液を注液し,注液孔を封止して密閉することによりなる密閉型電池がある。例えば,扁平角形の金属製の電池ケースを用いる二次電池として,電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材に注液孔が形成されているものがある。そして,電池の製造時には,注液孔が開口した蓋部材が注液前に電池ケースに固定され,その注液孔から電池ケース内に電解液が注液される。さらに,注液後に注液孔に金属製の封孔板が被せられ,封孔板の周囲と蓋材とが隙間無く溶接されることによって,密閉された電池が製造される。

0003

さらに,特許文献1には,単なる板状の封孔板ではなく,金属板樹脂製の突状部が組み合わされた封止栓によって封口した密閉型電池が開示されている。特許文献1によれば,注液孔にカエリ突出部が形成されているので,突状部を注液孔に挿入することにより,突状部が注液孔に仮固定される。従って,金属板を電池容器に溶接する途中で封止栓がずれるということがなく,封止不良を確実に防止できるとされている。また,特許文献1では,突状部の材質の例として,適度な弾性を有するゴム材等が挙げられている。

先行技術

0004

特開2009−87659号公報

発明が解決しようとする課題

0005

溶接箇所には,稀に,ピンホールクラック等の溶接不良が発生する可能性がある。溶接不良のものを流通させないために,溶接状態検査として,溶接後に気密性能の検査が行われている。しかしながら,特許文献1に記載されている封止栓によって仮固定した状態で溶接すると,溶接箇所においてシールされるだけでなく,ゴム材によってもシールされる。つまり,気密性能の検査時に,ゴム材によるシール箇所と溶接による封止箇所とのいずれか一方でもシール性を有していれば,気密性能は良好であると判定されてしまう。従って,ゴム材によるシール性が維持されている状態では,単に気密性能を検査しても,溶接状態の良否を確実に判定することができない。

0006

その一方で,ゴム材は,水や電解液との接触に対する耐性が低い。このため,外部からの水分浸入や電池内部からの電解液透過を,ゴム材のみによって長期間防止することは難しい。もし溶接状態の不良が見逃されていると,ゴム材の劣化によりゴム材によるシール性が失われた時に,電池としての気密性能が低下するおそれがある。つまり,ゴム材によるシール箇所を有する電池では,溶接状態の良否を確実に判定することができないため,長期的な気密性保証が得られないという問題点があった。

0007

本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,検査によって注液孔の周辺における溶接状態の良否を確実に判定できる密閉型電池を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

この課題の解決を目的としてなされた本発明の密閉型電池は,電極体と,前記電極体を収納し,開口面を有する電池ケースと,前記電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と,前記蓋部材を貫通する注液孔と,前記注液孔を封止する封止部材と,を備える密閉型電池において,前記封止部材は,前記蓋部材の前記注液孔周辺と溶接され,前記注液孔の外側開口部を覆うことで前記注液孔を封止する金属製の封孔板と,前記封孔板の前記電池ケース内側の面と接し,前記注液孔の全周と接触する接触位置と前記注液孔の少なくとも一部と接触しない非接触位置とに変位自在に設けられ,前記接触位置にあることで前記注液孔を封止する環状の可動部と,を有し,前記可動部は,前記接触位置にあることで密閉される前記電池ケース内側の内領域の圧力が,前記内領域とは前記可動部を挟んで反対側にある外領域の圧力に対して,限界値を超えて大きくなると前記非接触位置に変位するものである。

0009

本発明の密閉型電池によれば,封止部材を構成する可動部が,可動部を挟んだ両側の領域の圧力差によって,接触位置と非接触位置とで変位自在とされている。なお以下では,可動部より電池ケース内側の領域を「内領域」,可動部を挟んで内領域と反対側の領域を「外領域」とする。組み立て直後の電池では,可動部は接触位置にある。従って,可動部によって内領域と外領域との間は隔離され,内領域は封止されている。つまり,電池ケースの内部は溶接箇所に対して封止されているので,溶接の際に電池ケースの内部に影響を与えるおそれはない。

0010

溶接による密閉後に,電池は,初期充電される。初期充電によって電極体からガスが発生することから,電池ケース内の圧力である内圧が,初期充電の前より高まる。つまり,内領域の圧力が上昇する。そして,内領域の圧力が,外領域の圧力に対して限界値を超えて大きくなれば,可動部が非接触位置となることから,可動部による封止状態は失われる。従って,初期充電によって発生したガスが,外領域へ流れ込む。

0011

外領域と電池ケースの外部との間を封止するのは,封孔板および封孔板と注液孔との溶接箇所である。溶接状態が良好であれば,注液孔は確実に封止されているので,外領域から電池ケースの外部へガスが漏れることはない。しかし溶接不良の箇所があれば,外領域と電池ケースの外部との間の封止が不完全であり,外領域から電池ケースの外部へガスが漏れる。つまり,内領域の圧力を外領域の圧力に対して限界値を超えて大きくなるようにして,電池ケースの外部でガスの漏れを検出すれば,溶接状態の良否を検査することができる。

0012

例えば,初期充電後に電池の外部を減圧することによって,溶接状態の良否を検査することができる。溶接不良の箇所があれば,電池の外部を減圧することにより外領域も減圧される。つまり,内領域の圧力を外領域の圧力に対して限界値を超えて大きくなるようにすることができる。すなわち,初期充電後の電池の外部を減圧することにより,溶接不良箇所があれば可動部が非接触位置に変位して,可動部のシール性が失われる。その結果,溶接不良箇所から電池の外部にガスが漏れる。このことから,可動部のシール性能の影響を回避しつつ,注液孔の周辺における溶接状態の良否を確実に判定できる密閉型電池となっている。

0013

さらに本発明では,前記可動部は,前記非接触位置に変位した後,前記内領域と前記外領域との圧力差が前記限界値以下に戻った場合に,前記非接触位置から前記接触位置に戻る復帰機能を有することが望ましい。可動部が接触位置に復帰することにより,内領域と外領域とを再びシールでき,気密性能の検査工程以外の工程において,外部からの異物混入や電解液の漏れを防止できる。

0014

さらに本発明では,前記可動部は,弾性体であることが望ましい。可動部が弾性体であれば,復帰機能を有するものとすることができる。

0015

さらに本発明では,前記可動部は,ゴム材であることが望ましい。可動部がゴム材であれば,例えばカーボン混入比率の選択によって硬度調整が容易である。従って,適切な限界値となるように制御することができる。

0016

さらに本発明では,前記可動部は,前記注液孔の貫通方向の断面形状で,厚みをT,長さをLとした場合に,T<Lの関係を満たすことが望ましい。この形状とすることで,取り付け形状が多少ばらついても,限界値の変化が小さい。従って,限界値の調整が容易なものとなる。

0017

さらに本発明では,前記封止部材は,前記可動部の環状内に位置し,前記封孔板の前記電池ケース内側の面と接し,前記注液孔に挿通される挿通部を有することが望ましい。挿通部によって,封止部材と注液孔との位置決めが容易になる。

0018

さらに本発明では,前記注液孔は,外側開口部を構成し,有底孔である外側孔と,内側開口部を構成し,前記外側孔と軸心の位置が共通し,前記外側開口部よりも径が小さい内側孔と,を有し,前記内側孔が前記外側孔の底面から前記外側孔と連通することで,前記蓋部材を貫通し,前記可動部は,前記封孔板の前記電池ケース内側の面から前記注液孔の径方向外側に向かって斜めに突起し,前記外側孔の底面と圧接することで前記注液孔を封止することが望ましい。このようになっていれば,組み立てが容易である。例えば,減圧状態での注液を行う場合には,外側から封止部材を供給するだけで可動部による密閉が確保される。

発明の効果

0019

本発明の密閉型電池によれば,検査によって注液孔の周辺における溶接状態の良否を確実に判定できる。

図面の簡単な説明

0020

本形態の二次電池の概略構成を示す断面図である。
蓋部材を示す斜視図である。
封止部材によって封止された注液孔を示す断面図である。
注液孔を示す断面図である。
取り付け前の封止部材を示す断面図である。
図5の一部を拡大して示す説明図である。
接触位置における可動部を拡大して示す断面図である。
非接触位置における可動部を拡大して示す断面図である。
検査工程を示す説明図である。
不良な封止部材の可動部を拡大して示す断面図である。
ブレーク測定試験を示す説明図である。
別の例の封止部材を示す説明図である。

実施例

0021

以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,角形の金属ケースに電極体および電解液を封入してなる密閉型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用したものである。

0022

[電池の構造]
本形態の二次電池10は,その断面図を図1に示すように,電池容器11に電極体12および電解液13が封入されてなる密閉型の電池である。電池容器11は,金属製のものであり,扁平な角形の箱状のものである。

0023

本形態の電極体12は,帯状正極板と帯状の負極板とが,間に帯状のセパレータを挟んで捲回された捲回体である。本形態の正極板は,アルミ箔の両面に正極活物質層を形成したものである。正極活物質層としては,リチウムイオン吸蔵・放出可能な正極活物質による正極合剤を含むものであり,例えば,リチウム含有金属酸化物結着剤分散溶媒等を混練したものが好適である。本形態に負極板は,銅箔の両面に負極活物質層を形成したものである。負極活物質層は,炭素材等を含んでいる。

0024

二次電池10は,電池容器11の外部に突出して設けられた正極端子15,負極端子16を有している。正極端子15は,電池容器11の内部で電極体12の正極板に接続されている。負極端子16は,電池容器11の内部で電極体12の負極板に接続されている。また,電解液13は,リチウム塩を含む非水電解液またはイオン伝導ポリマー等が好適である。

0025

電池容器11は,図1に示すように,一面が開口した略直方体の電池ケース18とその開口面を閉塞する蓋部材19とを有している。電池ケース18と蓋部材19とは,蓋部材19の全周囲において隙間なく溶接されることにより,互いに固定されている。

0026

そして,取付前の蓋部材19は,図2に示すように,複数の穴などが形成された細長い板状の部材である。蓋部材19は,例えば,アルミ製の板厚1mm程度のものである。蓋部材19の長手方向の両端部には,貫通穴21,22が形成されている。貫通穴21は,正極端子15(図1参照)を貫通させるためのものである。貫通穴22は,負極端子16(図1参照)を貫通させるためのものである。

0027

また,蓋部材19の中央付近には,長円形安全弁23が形成されている。安全弁23は,貫通しているものではなく,他の箇所に比較して厚さが薄く形成されている箇所である。電気容器11の内圧が安全弁23の開弁圧を超えて高くなると,安全弁23が断裂して開弁し,内圧を上昇させているガス等が外部に放出される。そして,安全弁23の隣には,蓋部材19を貫通して,注液孔25が形成されている。注液孔25は,組み立てた電池容器11の内部へ電解液13を注液するための孔である。

0028

本形態の二次電池10では,図1に示すように,注液孔25に封止部材31が取り付けられている。注液孔25の周辺の断面を拡大して,図3に示す。以下では,図3に示したように,蓋部材19に対して,電池容器11の外側に相当する側を外,電池容器11の内側に相当する側を内という。封止部材31は,注液孔25に対して,外側から内向きに差し込むことにより取り付けられている。

0029

注液孔25は,互いに連通して蓋部材19を貫通する外側孔27と内側孔28とを有している。つまり,注液孔25は,段付き貫通孔である。封止部材31は,金属製の封孔板32とゴム製のシール部33とを有し,これらが互いに固定されて,一体化されている。封孔板32の辺縁は,注液孔25の周囲で蓋部材19の外面に重ねて溶接されている。その結果,封孔板32の全周囲に溶接箇所35が形成されている。

0030

封止部材31のシール部33は,図3に示したように,内側孔28を貫通する挿通部37と,外側孔27内に配置され内側孔28を貫通しない可動部38とを有している。可動部38は,注液孔25の全周に接触して,注液孔25を封止している。また,外側孔27の内部領域は,可動部38が注液孔25と接触することによって,可動部38を挟んで両側の領域である内領域41と外領域42とに分けられている。

0031

溶接箇所35の溶接は,例えば,YAGレーザファイバーレーザ電子ビーム等によるものとすればよい。溶接箇所35は,連続したスポット溶接,またはシームレス溶接によるものであり,封孔板32の全周を隙間無く取り囲んでいる。なお,溶接の容易さの観点から,封孔板32は,蓋部材19と同じ材質であることが望ましい。この溶接箇所35および,前述した電池ケース18と蓋部材19との溶接により,電池容器11は密閉されている。

0032

注液孔25の断面を図4に示す。外側孔27は,蓋部材19の外側の面に開口する外側開口部27aを構成する有底孔である。外側孔27の底面29は,蓋部材19の板面に平行な環状の面である。内側孔28は,外側孔27と軸心の位置が共通しており,蓋部材19の内側の面に開口する内側開口部28aを構成する。外側開口部27aの径RAは,内側開口部28aの径RBより大きい。また,外側孔27の外側開口部27aから底面29までの深さHは,例えば,蓋部材19の厚さの半分程度である。なお,底面29と内側孔28との境目は,図3に示したように面取りしたものでもよいし,図4に示したように,角部となっていてもよい。

0033

次に,取り付け前の封止部材31を図5に示す。封孔板32は,注液孔25の外側開口部27a(図4参照)を覆うことのできる大きさの金属板である。封孔板32は,例えば円板状である。本形態の封止部材31では,封孔板32の径RCは,注液孔25の外側開口部27aの径RAより大きい。

0034

封止部材31のシール部33は,図5に示すように,略円柱状の挿通部37と,挿通部37の周囲を環状に取り囲む可動部38とを有している。挿通部37が内側孔28に挿入されることにより,封止部材31が位置決めされる。そのために,挿通部37の先端部の径RDは,内側開口部28aの径RB(図3図4参照)より小さい。従って,挿通部37を内側孔28に差し込むことは容易である。また,挿通部37は,封孔板32が蓋部材19の外面に当接する位置に封止部材31を配置した状態で,内側孔28との間が密閉されない程度の大きさに形成されている。なお,挿通部37の軸方向の長さは,挿通部37の先端が内側孔28に挿入され得る程度であり,かつ,電極体12に接触しない程度であればよい。

0035

可動部38は,その基端部が封孔板32に接続され,円錐台の側面の形状をなす曲面板状である。可動部38の先端部は,封孔板32から遠ざかるにつれて大径となる方向に突出した形状に形成されている。可動部38の外径REは,注液孔25の内側開口部28aの径RBより大きく,外側開口部27aの径RAより小さい。また,自然状態における可動部38の先端部と封孔板32との距離Mは,注液孔25の外側孔27の深さH(図4参照)より大きい。

0036

封止部材31のシール部33は,EPDMエチレンプロピレンジエンゴム),NBR(ニトリルゴム),SBRスチレンブタジエンゴム)等の純ゴム材に,カーボン及び可塑剤を配合した弾性体で形成されている。シール部33の材料は,カーボンの混入比率によって,適切な硬度に調整されたものが選択されている。なお,シール部33の硬度の適切な範囲は,二次電池10の種類や内圧の大きさ,後述する検査装置の性能等によって決定される。

0037

可動部38のシール部33の軸方向についての断面形状を拡大して,図6に示す。シール部33の軸方向は,封孔板32に垂直な方向であり,完成した二次電池10についていえば,注液孔25の貫通方向である(図3参照)。そして,可動部38は,その形状と前述の材質とにより,例えば,円環状のダイアフラムのように,ある程度の範囲内で変形可能なものとなっている。そして,可動部38の先端位置は,図6中に白抜きの矢印で示すように,ある程度の範囲内で変位可能である。

0038

そして,図6に示したように,可動部38の断面形状において,厚みTと長さLとの関係は,T<Lの関係を満たすものとなっている。つまり,可動部38は,基端部から突出方向の先端部までの長さが,基端部の厚みより大きい。この形状となっているので,可動部38は,例えば,図6中に二点鎖線で示したように,基端側を中心に外向きに屈曲することができる。厚みTは,このように屈曲させたときに変位する範囲の基端部(撓みの起点)の厚みである。例えば,可動部38の外側(封孔板32に近い側)の面の断面形状における曲率中心から内側(封孔板32から遠い側)の面までの最短距離が,厚みTである。また,長さLは,可動部38の先端と,厚みTの線分との最短距離である。

0039

封止部材31が蓋部材19に取り付けられた状態では,可動部38は,自然状態における形状から,図7に示すように,いくらか変形している。つまり,注液孔25への取り付けにより,可動部38の一部が注液孔25の底面29に圧接され,可動部38の先端部が自然状態より封孔板32側へ押し上げられる。可動部38と底面29との接触箇所Pは,底面29に沿って注液孔25の内側孔28の全周を囲む円環状をなしている。従って,接触箇所Pによって,注液孔25が封止されている。この配置を,可動部38の接触位置とする。なお,図7中では接触箇所Pを一点鎖線で囲んで示している。

0040

可動部38が接触位置にあるときには,接触箇所Pにおいて封止されていることにより,内領域41と外領域42とは,互いに連通しない。内領域41は,外側孔27の内部のうち,可動部38より電池容器11の内側の領域である。前述のように挿通部37は内側孔28を密閉していないので,内領域41は,二次電池10の内部,すなわち電極体12や電解液13の配置されている領域と連通している。一方,外領域42は,外側孔27の内部のうち,可動部38より外側の領域であり,封孔板32と可動部38とで囲まれる領域である。溶接箇所35の溶接状態が良好であれば,外領域42は封止された領域である。

0041

可動部38は,この接触位置から,さらに変位可能なものである。つまり,内領域41の圧力が外領域42の圧力より高く,かつ,両側の圧力差が限界値を超えた場合に,図8に示すように,可動部38の少なくとも一部は,内領域41側から外領域42側へと変位する。このように変位すると,その箇所において可動部38と底面29とが非接触となるので,可動部38を挟む両側の内領域41と外領域42とが変位箇所を介して連通する。この配置を,可動部38の非接触位置とする。なお,本形態では,可動部38がゴム材で形成されているので,圧力差が限界値以内となった場合には,可動部38は,弾性力により接触位置に復帰する。

0042

本形態の二次電池10は,可動部38が接触位置と非接触位置とに変位自在とされているものである。そして,可動部38が接触位置にあれば,接触箇所Pによって二次電池10の内部は密閉される。一方,可動部38が非接触位置にあれば,二次電池10の内部は,少なくとも可動部38によっては密閉されない。なお,本形態の二次電池10では,このように可動部38が変位できるために,可動部38の先端と封孔板32との間には,可動部38の先端の変位を妨げない程度の空間が設けられている。例えば,外側孔27の深さH(図4参照)は,可動部38の厚みTより大きい。

0043

[電池の製造方法]
次に,二次電池10の製造工程について簡単に説明する。なお,本工程では,あらかじめ,電極体12,正極端子15,負極端子16,蓋部材19を接続して一体化した,蓋サブアッシを作成する。そして,電池ケース18内に蓋サブアッシの電極体12が配置され,電池ケース18と蓋サブアッシの蓋部材19とが溶接されることによって電池容器11が形成される。

0044

次に,組み立てた電池容器11をチャンバー等の内部に配置して,電池容器11の内部を減圧し,減圧状態で注液孔25から電解液13が注液される。さらに,減圧状態のままで,封止部材31が注液孔25に供給される。

0045

さらに,注液された電池容器11は,大気開放される。減圧中で供給された封止部材31のシール部33によってシールされているので,大気開放されても,電池容器11の内部に水分や異物が進入するおそれはない。その後,封止部材31の封孔板32は,大気圧中で全周にわたり蓋部材19に溶接され,溶接箇所35が形成される。従って,溶接直後には,注液孔25は,シール部33と溶接箇所35とによって封止され,二重シール構造となっている。組み立てが終了した二次電池10は,初期充電とエージングの工程を経て完成される。初期充電工程において,二次電池10の内部には,水素ガスなどのガスが発生する。

0046

溶接検査
次に,完成した二次電池10の溶接状態の良否を判定する溶接検査工程について説明する。溶接検査工程では,図9に示すように,二次電池10の全体を再びチャンバーに入れて,二次電池10の外部を減圧する。あるいは,注液孔25の周囲を密閉して,注液孔25の周囲だけを減圧してもよい。そして,チャンバーの排気路流量計を配置し,二次電池10の外部で,二次電池10の内部に発生している水素ガスや有機系のガスなどのガスを検出する。

0047

溶接箇所35の溶接状態が良好な二次電池10は,溶接箇所35によって確実に密閉されているので,二次電池10の外部を減圧しても,二次電池10の内部からガスが漏出することはない。従って,溶接検査によってガスが検出されることはない。つまり,溶接検査によってガスが検出されなかった二次電池10は,溶接状態が良好なものであると判定される。

0048

一方,溶接箇所35の溶接状態が不十分な二次電池10では,例えば,図10に示すように,クラックが生じていることがある。このようになっていると,二次電池10の外部の減圧によって,クラックを介して,封孔板32の内側の外領域42も減圧される。つまり,溶接不良のある二次電池10では,溶接検査により,外領域42内も減圧される。

0049

前述したように,二次電池10において,外領域42と内領域41とは,可動部38の接触箇所Pによって区画されている(図7参照)。そして,可動部38は,前述のように変位可能なものである。つまり,外領域42が減圧されることにより,外領域42の圧力が内領域41の圧力より限界値を超えて小さくなると,可動部38は,変位して,図10に示すように非接触位置となる。

0050

非接触位置では,接触箇所Pは少なくとも一部で非接触であり,可動部38の両側の内領域41と外領域42とが互いに連通可能である。つまり,非接触位置となることにより,可動部38のシール性が失われる。また,挿通部37は,注液孔25の内側孔28より小径であり,挿通部37と注液孔25との間は密閉されていない。つまり,二次電池10の内部と内領域41とは連通している。

0051

従って,二次電池10の内部で発生したガスは,外部との圧力差によって,内側孔28から内領域41と外領域42とを経て,クラックを介して,図10に一点鎖線の矢印で示すように封孔板32の外部へ漏出する。つまり,溶接検査により,外部でガスが検出された二次電池10は,溶接状態が不良なものであると判定できる。

0052

すなわち,二次電池10の溶接検査工程では,溶接状態が不良の場合,可動部38のシール性が失われる。そのため,溶接不良があれば確実にガスが漏れるようになっているので,溶接不良があるにも関わらずガス漏れが検出できない状況を回避できる。従って,溶接検査工程の実施により,溶接箇所35の気密性能を適切に検査することができ,クラック等の溶接不良を確実に検出することができる。

0053

なお,溶接による封止状態は,長期間にわたって維持できる。少なくとも,この時点で適切に封止されていると確認できれば,少なくとも二次電池10の使用可能な期間の全体にわたって,封止状態が維持されることが期待できる。

0054

なお,本形態の二次電池10では,前述したように,シール部33として弾力性を有するゴム材を使用しているので,可動部38は,復帰機能を有する。すなわち,可動部38は,溶接検査によって一旦,非接触位置となった後でも,圧力差が限界値を下回れば接触位置にもどる。つまり,溶接検査によってガスが検出されたら,溶接検査を停止して二次電池10を大気開放しても,それ以後は,ガスや電解液が漏出することはない。また,外部から水分や異物が,二次電池10の内部に混入するおそれもない。

0055

性能評価
次に,シール部33の材質及び形状について説明する。本発明者は,シール部33の形状と硬度とを変えて実施例1及び比較例1〜4の封止部材を作成し,複数種圧縮率で取り付けてそれぞれのブレーク圧を測定した。

0056

ブレーク圧測定試験は,リークディテクタ(ULVAC社製のHELIOT710)を用いて,以下のように行った。まず,図11に示すように,蓋部材19と同材質の試験板51に注液孔25と同形状の試験穴52を形成し,封止部材31を取り付けた。ただし,封孔板32の全周を溶接する代わりに,封孔板32と試験板51との間は4点溶接とした。従って,封孔板32と試験板51との間は,密閉されていない。

0057

次に,図11に示すように,試験穴52の全周をOリング53を介して治具で挟み,試験板51を保持した。これにより,試験穴52以外の箇所からの圧力の抜けは防止されている。この状態で,封止部材31のシール部33側(図中で下側)から,ヘリウムガス投入し,封止部材31の封孔板32側(図中で上側)でヘリウムガスを検出した。また,投入するヘリウムガスの圧力を上げていき,ヘリウムガスが上側へ漏れ出して検出されたときの試験板51の両側での圧力差を測定した。以下では,漏れの発生したときの圧力差をブレーク圧という。

0058

また,蓋部材19の注液孔25の外側孔27の深さH(図4参照)と,取り付け前の封止部材31における可動部38の先端部と封孔板32との距離M(図5参照)とから,以下のように圧縮率Sを定義した。
圧縮率 S = (1−(H/M))× 100 (%)
なお,封止部材31として用いるシール部33は,5〜35%程度の範囲内の圧縮率Sであれば,ブレーク圧が60〜100kPaの範囲内であることが好ましい。

0059

実施例1の封止部材31は,ショア硬さでHs50に調整したゴム材を用いてシール部33を形成し,可動部38の形状を(長さL/厚みT)=1.75としたものである。この封止部材31を,外側孔27の深さHの異なる試験板51に取り付けることで,圧縮率Sを以下の表1のように変え,それぞれのブレーク圧を測定した。

0060

比較例1〜4の封止部材31はいずれも,可動部38の形状を(長さL/厚みT)=1.0としたものである。さらに,以下の表1に示したように,異なるショア硬さの材質を用いたシール部33を有する封止部材31を作成し,各比較例とした。比較例1の材質は,実施例1と同じものとした。従って,比較例1のショア硬さはHs50である。他の比較例2〜4は,いずれも実施例1より硬度の高い材質を選択した。さらに,圧縮率を複数種に変えて取り付け,それぞれのブレーク圧を測定した。

0061

0062

この実験の結果を,表1に示す。実施例1では,圧縮率Sを9.5〜33.3%の範囲内としたときのブレーク圧は,60〜100kPaの範囲内であった。すなわち,圧縮率Sをこの範囲内で変化させても,ブレーク圧は,適切な範囲内の値であった。なお,この実験にて測定されたブレーク圧が,二次電池10における前述の限界値に相当する。つまり,この実施例1の封止部材31を使用すれば,外側孔27の深さHによって圧縮率Sを適切に選択することにより,前述の限界値を適切な値とすることができることが確認できた。また,圧縮率Sに多少のばらつきがあっても,限界値を適切な範囲内に収めることができることも確認できた。

0063

一方,比較例1〜4の形状では,硬度を調整しても,適切なブレーク圧は得られなかった。比較例1では,圧縮率S=19%においてブレーク圧=0kPaであり,圧力を上げなくても,既にリークが発生していた。比較例2では,圧縮率S=19%においてブレーク圧=50kPaであり,ブレーク圧が小さすぎた。つまり,可動部38の形状が厚みT=長さLのシール部材33では,Hs50〜55の硬度の材質を選択した場合に,ブレーク圧は小さすぎた。

0064

比較例3と4は,圧縮率S=19%において,ブレーク圧=100kPaであり,圧縮率Sが大きくないにもかかわらず,ブレーク圧が既に上限値であった。比較例3または4の封止部材31をより大きい圧縮率で取り付ければ,ブレーク圧はさらに大きくなり,上限を超えることは明らかである。つまり,可動部38の形状が厚みT=長さLのシール部材33では,Hs60〜70の硬度の材質を選択した場合に,ブレーク圧は大きすぎた。これらのことから,比較例1〜4のように,可動部38の形状を厚みT=長さLとすると,シール部33の材質の硬度をどのように選択しても,適切なブレーク圧を得ることはできないことがわかった。

0065

この実験の結果から,実施例1の形状のように厚みT<長さLとすることにより,許容される全範囲内の圧縮率Sにおいて,適切な限界値の範囲内となる封止部材31を得られることが確認できた。なお,この実験のものよりブレーク圧の高い封止部材31を製造する場合には,シール部33の材質として,より硬度の大きいゴム材を選択すればよい。

0066

以上詳細に説明したように,本形態の二次電池10によれば,注液孔25を封止する封止部材31が,可動部38を有しているシール部33と,封孔板32とが固定されて形成されている。封止部材31が注液孔25に取り付けられた直後の状態では,可動部38が注液孔25の全周に接触しているので,注液孔25は可動部38によってシールされている。従って,大気中での溶接作業を行っても,水分等が進入することはない。さらに,封孔板32の周囲が蓋部材19に溶接され,溶接箇所35によってシールされる。これにより,シール部33と溶接箇所35との二重シール構造となる。

0067

組み立てが終了した二次電池10は,初期充電工程を経て,溶接検査の実施を受ける。溶接検査工程において,二次電池10の外部が減圧される。二次電池10に溶接不良があれば,外領域42も減圧されるので,圧力差によって可動部38が非接触位置へ変位する。従って,例えば初期充電工程にて内部に発生したガスが二次電池10の外部で検出されたか否かにより,溶接不良を容易に判定することができる。これにより,シール部33のシール性の影響を受けることなく,注液孔の周辺における溶接状態の良否を確実に判定できる二次電池10となっている。

0068

なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
本発明は,例えば,リチウムイオン二次電池に限らず,ニッケル水素二次電池ニッケルカドミウム二次電池等の密閉型の二次電池にも適用可能である。また,本形態に示した角形の二次電池に限らず,円筒形ボタン形の二次電池にも適用可能である。

0069

また例えば,図12に示すように,挿通部を有しない封止部材31としてもよい。つまり,シール部33は可動部38のみを有しており,封孔板32と可動部38とが直接固定されている封止部材31であってもよい。このような封止部材31を使用した二次電池10であっても,外側を減圧することにより,溶接状態の良否を確実に判定することができる。

0070

また例えば,封孔板32として,注液孔25の外側開口部27aより小径とすることもできる。ただし,封孔板32を外側孔27にはめ込み,封孔板32の外周と外側孔27の内壁との間を溶接によって封止できる程度の大きさであることが望ましい。その場合には,封孔板32より内側に,可動部38が配置される空間を形成しておくとよい。

0071

また例えば,本形態では,弾性体のシール部33としたので,可動部38は復帰機能を有するものであった。しかし,可動部38は,必ずしも復帰しなくてもよい。溶接検査によって不良と判定された二次電池を適切に処理することとすれば,復帰しない可動部38でもかまわない。例えば,脆弱箇所を形成した樹脂製のものとしてもよい。

0072

また例えば,本形態では,注液孔25が外側孔27と内側孔28とを有する段付き孔であって,封止部材31の可動部38が外側孔27の底面29に圧接するとした。しかしこれに限らず,非段付きの貫通孔で,可動部が貫通孔の内壁の全周に圧接される封止部材とすることもできる。

0073

また例えば,本形態の溶接検査では,ガスの漏出を検出するとしたが,二次電池10の外形の変化によって判定することもできる。溶接不良の二次電池では,溶接検査における減圧が電池内部にまで及ぶので,溶接が良好な二次電池に比較して電池の外形が薄くなる。すなわち,減圧後の二次電池の形状に基づいて,溶接状態の良否の判定を行うこともできる。

0074

10二次電池
11電池容器
12電極体
13電解液
25注液孔
27外側孔
28内側孔
31封止部材
32封孔板
33シール部
35溶接箇所
37挿通部
38可動部

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