JP2012069288A - 密閉型二次電池及び密閉型二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リークテストの段階で封止体の溶接不良を容易に発見できる密閉型二次電池を提供する。
【解決手段】密閉型二次電池１０は、開口部を有し、電極体１３及び電解液１２を収容する容器本体１１Ａと、容器本体１１Ａの開口部を封口する封口板１１Ｂと、封口板１１Ｂを貫通して形成され、容器本体１１Ａ内に電解液１２を注入するための注液孔と、注液孔の封口板表面の孔周囲部に環状の空隙を有して位置決めされ、周縁部を封口板１１Ｂに溶接されて注液孔を封止する封止体２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、密閉型二次電池とその製造方法に関する。

近年、扁平な矩形箱状の密閉型二次電池が、携帯用電子機器等に広く利用されている。この種の二次電池は、通常、外装容器を、扁平な矩形箱状をなし上端が開口した金属製の容器本体と、この本体の開口を閉塞するように容器本体に溶接される金属製の封口板とから構成する。そして、封口板を容器本体に溶接する前に、容器本体内に電池要素を配置し、その後、封口板を容器本体に溶接して、密閉型の外装容器を形成する。次いで、封口板に形成された注液孔を通して電解液を外装容器内に注入する。そして、電解液を注入し終えると、減圧環境下において注液孔を封止体で封止する。

従来の封止体は、注液孔を塞ぐためのゴム等の弾性体からなる突起部を有しており、この突起部を注液孔に圧入して気密状態とする。その後、封止体の周縁部を封口板にレーザ溶接する。以上のように、密閉型二次電池は製造される。

特開２０００−２６８８１１号公報

このような密閉型二次電池の製造工程では、レーザ溶接後にリークテストを実施する。リークテストは、通常、密閉型二次電池を収納した真空チャンバ内の圧力変化を検出し、その圧力変化に基いて密閉型二次電池の封止状態を検査する。

封止体を封口板にレーザ溶接する際に溶接不良が発生していなければ、このリークテストにおいてエラーとはならない。しかし、従来の封止体は、弾性体からなる突起部を注液孔に圧入して封止している。このため、たとえ溶接不良が発生していたとしても、注液孔が突起部によって完全に塞がって気密状態となっていたならば、リークテストでエラーとはならない。

突起部は、弾性体のため、時間の経過とともに劣化し、長期間が経過すると気密状態を保つことができなくなる。その場合でも、封止体が封口板に密着していれば問題は無いが、溶接不良があった場合にはその不良部分から電解液が漏洩する可能性がある。

このような事情から、リークテストの段階で封止体の溶接不良を容易に発見できる密閉型二次電池の開発が要望されている。

一実施形態によれば、密閉型二次電池は、開口部を有し、電極体及び電解液を収容する容器本体と、容器本体の開口部を封口する封口板と、封口板を貫通して形成され、容器本体内に電解液を注入するための注液孔と、注液孔の封口板表面の孔周囲部に環状の空隙を有して位置決めされ、周縁部を封口板に溶接されて注液孔を封止する封止体とを備える。

第１の実施形態に係る密閉型二次電池の外観を示す斜視図。 第１の実施形態に係る密閉型二次電池の要部を示す断面図。 第１の実施形態に係る密閉型二次電池の封止体を示す斜視図。 第１の実施形態に係る密閉型二次電池の製造工程の説明に用いる模式図。 第２の実施形態に係る密閉型二次電池の要部を示す断面図。 第３の実施形態に係る密閉型二次電池の要部を示す断面図。 第４の実施形態に係る密閉型二次電池の要部を示す断面図。 第５の実施形態に係る密閉型二次電池の要部を示す断面図。

以下、密閉型二次電池及びその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る密閉型二次電池１０の外観を示す斜視図、図２は、密閉型二次電池１０の一部を示す断面図、図３は、封止体２０を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、密閉型二次電池１０は、アルミニウム等の金属で形成された扁平な箱型形状の外装容器１１を備えており、この外装容器１１内に非水電解液１２とともに電極体１３を収容している。外装容器１１は、上端が開口した容器本体１１Ａと、この容器本体１１Ａの開口部を封口する矩形板状の封口板１１Ｂとを有している。封口板１１Ｂは、容器本体１１Ａの開口部端面上に載置されて全周溶接され、容器本体１１Ａの開口部を封止している。これにより、容器本体１１Ａと封口板１１Ｂとが隙間無く一体化して、密閉型の外装容器１１を形成している。

封口板１１Ｂの長手方向両端部には、正極端子１４と負極端子１５がそれぞれ封口板１１Ｂから突出するように設けられている。正極端子１４と負極端子１５は、電極体１３の正極及び負極にそれぞれ接続されている。電極体１３は、例えば、正極板及び負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻状に捲回し、さらに、径方向に圧縮することにより、扁平な矩形状に形成されている。

負極端子１５は、図２に示すように、封口板１１Ｂを貫通して延びている。負極端子１５と封口板１１Ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えばガスケット１６が設けられ、負極端子１５と封口板１１Ｂとの間を気密にシールするとともに、電気的に絶縁している。

封口板１１Ｂの中央部には、外装容器１１内へ非水電解液１２を注入するための注液孔１７が貫通して形成されている。注液孔１７は、封口板１１Ｂの表面に円形の開口部１７ａを有している。また、この開口部１７ａの周縁から封口板１１Ｂの厚み方向に向かって中途部まで径が徐々に小さくなるように傾斜面部１７ｂを有し、さらに、中途部から封口板１１Ｂの裏面まで同一径の孔部１７ｃを穿設して、外装容器１１内に連通している。注液孔１７は、封口板１１Ｂに溶接された封止体２０によって封止されている。

図１，図２，図３に示すように、封止体２０は、一端面が円形に開口し、他端面が閉塞する円錐台形状の中空部材２１と、この中空部材２１の一端面側の外縁に設けられた円環状の鍔部２２と、前記中空部材２１の他端面内側の中心部にその他端面に対して鉛直に設けられた棒状突起２３とから構成されている。前記中空部材２１、鍔部２２及び棒状突起２３は、いずれも例えばアルミニウム等の金属で形成される。

前記中空部材２１の一端面側の開口部２１ａは、前記注液孔１７の開口部１７ａよりも径が大きい。前記棒状突起２３は、前記中空部材２１の一端面側より前記封口板１１Ｂの厚みと略等しい長さ分突出するだけの長さを有している。また、前記棒状突起２３の外径は、前記注液孔１７の孔部１７ｃの内径よりも小さい。

封止体２０は、図２に示すように、棒状突起２３が注液孔１７に挿通された状態で、中空部材２１の一端面側から、該中空部材２１が注液孔１７の開口部１７ａを覆うように封口板１１Ｂに載置されている。そしてさらに、鍔部２２の周縁部がレーザ溶接等によって封口板１１Ｂに溶接されている。

ここで、前述したように、中空部材２１の開口部２１ａは、注液孔１７の開口部１７ａよりも径が大きい。また、棒状突起２３の外径は、注液孔１７の孔部１７ｃの内径よりも小さい。このため、中空部材２１の棒状突起２３を注液孔１７に挿入して、注液孔１７の開口部１７ａを覆うように中空部材２１を一端面側から封口板１１Ｂに載置すると、注液孔１７の開口部１７ａの外周と中空部材２１の開口部２１ａの内周との間に円環状の空隙ｄが形成される。すなわち封止体２０は、注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に環状の空隙ｄを有して位置決めされ、周縁部を封口板１１Ｂに溶接されて注液孔１７を封止する。

次に、上記の如く構成された密閉型二次電池１０の製造方法について、図４を用いて説明する。
先ず、容器本体１１Ａと電極体１３、及び電極端子１４，１５が取り付けられた封口板１１Ｂとを用意する。そして、容器本体１１Ａ内に電極体１３等の電池要素を配置した後、封口板１１Ｂを容器本体１１Ａの開口部端面上に載置し、この封口板１１Ｂの全周を溶接して、外装容器１１を形成する。この際、電極体１３を電極端子１４，１５に電気的に接続する。

次に、封口板１１Ｂに形成された注液孔１７を通して、電極体１３が収納された外装容器１１の内部に、非水電解液１２を注入する。注液は、大気圧下において、例えば電解液注液機を用いて行う。電解液注液機は、非水電解液１２を貯留したタンクと、このタンクと連通するノズルと、タンク内を加圧してノズルから非水電解液１２を送出するポンプとを備えている。ノズルは、その先端に、注液孔１７の孔部１７ｃよりも小径の注液口を有しており、注液の際には、ノズルの注液口を注液孔１７に貫通させ、さらに注液口と注液孔１７とを気密に接続する。

この状態で、ポンプを駆動してタンク内の非水電解液１２を加圧し、ノズルから注液孔１７を通して外装容器１１内に非水電解液１２を注入する。

非水電解液１２を所定量注入した後、ノズルを注液孔１７から取り外す。続いて、図４に示すように、封止体ピック＆プレース機構４１を用いて、封止体２０をその鍔部２２を下向きに吸着搬送し、封止体２０の棒状突起２３を注液孔１７に挿入して封止体２０を位置決めする。

こうして、封止体２０が注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に環状の空隙ｄを有して位置決めされたならば、封止体ピック＆プレース機構４１による吸着状態を解除して、封止体２０を外装容器１１の封口板１１Ｂ上に載置する。

次に、図４に示すように、封口板１１Ｂの表面に封止体２０が載置された外装容器１１を減圧チャンバ４２内に移送する。外装容器１１の移送手段は、特に限定されるものではない。ベルトコンベア等の搬送機構により外装容器１１を減圧チャンバ４２内まで搬送してもよい。人手により外装容器１１を減圧チャンバ４２内に収納してもよい。

減圧チャンバ４２は、天板の略中央部が開口しており、この開口部にガラス窓４４が密着されている。そして、ガラス窓４４の上方に、レーザ溶接用のレーザ照射器４５が設置されており、レーザ照射器４５から照射されるレーザ光４６がガラス窓４４を透過して減圧チャンバ４２内に到達する。このレーザ光の到達位置がレーザ溶接位置であり、減圧チャンバ内に移送された外装容器１１は、その封口板１１Ｂの表面に載置された封止体２０がレーザ溶接位置に位置するように収納される。

外装容器１１が減圧チャンバ４２内に正しく収納されると、減圧チャンバ４２を密閉状態とする。しかる後、真空ポンプ４３を駆動させて、外装容器１１の内部の圧力よりも小さい圧力となるまで、減圧チャンバ４２の内部を減圧する。そうすると、封止体２０が封口板１１Ｂの表面から若干浮き上がり、その隙間から外装容器１１の内部が減圧される。そして減圧後、レーザ照射器４５を駆動して、封止体２０の鍔部２２の周縁部を封口板１１Ｂにレーザ溶接して、注液孔１７を封止する。

このように、本実施形態の製造方法は、非水電解液１２が注液された外装容器１１の封口板１１Ｂに、注液孔１７を覆うように中空の封止体２０を載置し、その後、封止体２０が載置された外装容器１１を減圧チャンバ４２内のレーザ溶接位置に移送して、減圧及び封止体２０のレーザ溶接を行う。

このため、注液孔１７を覆うように封止体２０を封口板１１Ｂに載置する作業を大気圧下で行うことができる。しかも、その際には、封止体２０に設けられた棒状突起２３を注液孔１７に挿通することで封止体２０が位置決めされるので、封止体２０の位置決めが容易である。それに加えて、封止体２０が載置された外装容器１１を減圧チャンバ４２内に移送する際には、棒状突起２３が注液孔１７に挿通しているので、封止体２０が傾いたり横にずれたりしても、封止体２０が注液孔１７から外れることはない。したがって、密閉型二次電池の製造装置としての装置化が容易である。

また、本実施形態の製造方法は、封止体２０の周縁部を封口板１１Ｂにレーザ溶接するまでは、外装容器１１の内部が気密状態となっていない。つまり、注液孔１７に棒状突起２３が挿入されるものの、棒状突起２３によって注液孔１７は気密されてはいない。このため、リークテストの際にレーザ溶接による封止が十分でないと、封止不十分として抜き出すことができる。すなわち、溶接不良が発生した二次電池を、その後のリークテストにおいて確実に発見することができる。したがって、溶接不良の二次電池を製品化してしまう不具合を未然に防止できる。

また、本実施形態の製造方法によって製造された密閉型二次電池１０は、封口板１１Ｂに形成された注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に円環状の空隙ｄを確保している。したがって、注液孔１７に挿入された棒状突起２３と注液孔１７の内壁との隙間から毛細管現象により非水電解液１２が吸い上げられたとしても、電解液を空隙ｄに留めておくことができる。その結果、封止体２０の溶接部に電解液が濡れ広がることに起因する溶接不良をなくすことができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る密閉型二次電池１０の封口板１１Ｂの注液孔１７近傍を示す断面図であり、図２と共通する部分は同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本実施形態では、封止体５０を、一端面が円形に開口し、他端面が閉塞する円錐台形状の中空部材５１と、この中空部材５１の一端面側の外縁に設けられた円環状の鍔部５２とで構成する。

そして、外装容器１１の封口板１１Ｂに形成された注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に、注液孔１７と連通しかつ封止体５０が一端面側から嵌入される円形の凹部６０を形成している。

封止体５０の一端面側の開口部は、注液孔１７の開口部１７ａよりも径が大きい。凹部６０の深さは、封止体５０の中空部材５１の高さと略一致している。また、凹部６０の内径は、封止体５０の鍔部５２の外径と一致若しくは若干大きくなっている。

このため、鍔部５２を下向きにして封止体５０を凹部６０に装着すると、鍔部５２の下面部が凹部６０の底面部に当接する。また、鍔部５２の周縁部が略全周にわたり凹部６０の側壁下部に当接して、封止体５０が位置決めされる。このとき、注液孔１７は封止体５０によって塞がれる。

第２の実施形態では、この封止体５０の鍔部５２の周縁部全周を、凹部６０の側壁下部にレーザ溶接して、封止体５０を封口板１１Ｂに溶接している。これにより、注液孔１７は、封止体５０によって気密に封止されている。

このような構成の第２の実施形態においても、密閉型二次電池１０の製造工程に関しては、第１の実施形態と同様である。ここで、封止体５０が封口板１１Ｂに載置された外装容器１１を減圧チャンバ４２内に移送する際には、封止体５０の鍔部５２が凹部６０の側壁下部に当接しているので、封止体５０が注液孔１７から外れることはない。したがって、第１の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。

また、第２の実施形態の密閉型二次電池１０においても、封口板１１Ｂに形成された注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に円環状の空隙ｄを確保しているので、第１の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。

それに加えて、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で使用した封止体２０から棒状突起２３を除去した封止体５０を使用できるので、封止体５０の生産性が容易である上、封止体５０の取り扱いも容易であるというメリットがある。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る密閉型二次電池１０の封口板１１Ｂの注液孔１７近傍を示す断面図であり、図５と共通する部分は同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本実施形態は、第２の実施形態と比較して、封止体７０の形状が異なる。第３の実施形態の封止体７０は、一端面が円形に開口し、他端面が閉塞する円柱形状の中空部材７１で構成する。

封止体７０の一端面側の開口部は、注液孔１７の開口部１７ａよりも径が大きい。中空部材７１の高さは、凹部６０の深さと略一致している。また、封止体７０の外径は、凹部５１の内径と一致若しくは若干小さくなっている。

このため、開口部１７ａを下向きにして封止体７０を凹部６０に装着すると、開口部１７ａの周端部が凹部６０の底面部に当接する。また、中空部材７１の外周部が略全周にわたり凹部６０の側壁部に当接して、封止体７０が位置決めされる。このとき、注液孔１７は封止体７０によって塞がれる。

第３の実施形態では、この封止体７０の他端面側の周縁部全周を、凹部６０の側壁上部にレーザ溶接して、封止体７０を封口板１１Ｂに溶接している。これにより、注液孔１７は、封止体７０によって気密に封止されている。

このような構成の第３の実施形態においても、密閉型二次電池１０の製造工程に関しては、第１及び第２の実施形態と同様である。ここで、封止体７０が封口板１１Ｂに載置された外装容器１１を減圧チャンバ４２内に移送する際には、封止体７０の外周面が凹部６０の側壁に当接しているので、封止体７０が注液孔１７から外れることはない。したがって、第１及び第２の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。

また、第３の実施形態の密閉型二次電池１０においても、封口板１１Ｂに形成された注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に円環状の空隙ｄを確保しているので、第１及び第２の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。

それに加えて、第３の実施形態によれば、円柱状の部材を一端面側から切り欠いて開口部と中空部を形成すれば封止体７０を構成できるので、封止体７０の生産性が第２の実施形態よりもさらに容易であるというメリットがある。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る密閉型二次電池の封口板１１Ｂの注液孔１７近傍を示す断面図であり、図５及び図６と共通する部分は同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本実施形態は、第２，第３の実施形態と比較して、封止体８０の形状が異なる。第４の実施形態の封止体８０は、平板状の円板８１と、この円板８１の中心から鉛直に設けられた棒状突起８２とから構成する。

円板８１の外径は、凹部６０の内径に注液孔１７の内径を加算した長さよりも若干大きい。棒状突起８２の外径は、注液孔１７の内径よりも小さい。また、棒状突起８２の長さは、封口板１１Ｂの厚みと略等しいか若干長い。

このため、棒状突起８２を注液孔１７に挿入すると、円板８１の下面周縁部が封口板１１Ｂの表面に当接して、円板８１の下面で凹部６０を塞ぐ。第４の実施形態では、この円板８１の周縁部全周を、封口板１１Ｂの表面にレーザ溶接して、封止体８０を封口板１１Ｂに溶接している。これにより、注液孔１７は、封止体８０によって気密に封止されている。

ここに、棒状突起８２は、注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に注液孔１７と連通して形成された凹部６０の開口を閉塞する状態に位置決めする位置決め手段を構成する。

このような構成の第４の実施形態においても、密閉型二次電池１０の製造工程に関しては、第１乃至第３の実施形態と同様である。

したがって、第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。それに加えて、第４の実施形態によれば、平板状の円板８１に棒状突起８２を設けるだけで封止体８０を構成できるので、封止体８０の生産性がさらに容易である。

（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態に係る密閉型二次電池の封口板１１Ｂの注液孔１７近傍を示す断面図であり、図７と共通する部分は同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本実施形態は、第４の実施形態と比較して、封止体９０の形状が異なる。第５の実施形態の封止体９０は、平板状の円板９１のみで構成する。

そして、円形の凹部６０の上縁全周にわたり、Ｌ字型の切欠部６１を形成する。封止体９０を構成する円板９１の外径は、前記切欠部６１の内径と略等しいか若干短い。このため、封口板１１Ｂの表面側から凹部６０に封止体９０を嵌入すると、円板９１の下面が切欠部６１の底面に当接して、円板９１の下面で凹部６０を塞ぐ。第５の実施形態では、この円板９１の周縁部全周を、封口板１１Ｂの表面にレーザ溶接して、封止体９０を封口板１１Ｂに溶接している。これにより、注液孔１７は、封止体９０によって気密に封止されている。

ここに、切欠部６１は、注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に注液孔１７と連通して形成された凹部６０の開口を閉塞する状態に位置決めする位置決め手段を構成する。

このような構成の第５の実施形態においても、密閉型二次電池１０の製造工程に関しては、第１乃至第４の実施形態と同様である。

したがって、第５の実施形態においても、第１乃至第４の実施形態と同様な作用効果を奏し得る。それに加えて、第５の実施形態によれば、平板状の円板９１だけで封止体９０を構成できるので、封止体９０の生産性がさらに容易である。

以上詳述したように、各実施形態によれば、リークテストの段階で封止体の溶接不良を容易に発見できる密閉型二次電池及びその製造方法を提供することができる。

なお、本発明は、各実施形態のものに限定されるものではない。例えば、各実施形態では、注液孔１７の形状を円形とし、この注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に円環状の空隙ｄを有して封止体２０，５０，７０，８０．９０を載置したが、注液孔１７の形状は円形に限定されるものではない。例えば注液孔１７の形状を四角形とし、この注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に矩形環状の空隙を有して封止体を配置してもよい。また、注液孔１７の形状を円形とし、この注液孔１７の封口板１１Ｂ表面の孔周囲部に矩形環状の空隙を有して封止体を配置することも可能である。

また、第１〜第５の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…密閉型二次電池、１１…外装容器、１１Ａ…容器本体、１１Ｂ…封口板、１２…非水電解液、１３…電極体、１７…注液孔、２０，５０，７０，８０，９０…封止体。

Claims (5)

1. 開口部を有し、電極体及び電解液を収容する容器本体と、
   前記容器本体の開口部を封口する封口板と、
   前記封口板を貫通して形成され、前記容器本体内に電解液を注入するための注液孔と、
   前記注液孔の前記封口板表面の孔周囲部に環状の空隙を有して位置決めされ、周縁部を前記封口板に溶接されて前記注液孔を封止する封止体と、
   を具備したことを特徴とする密閉型二次電池。
2. 前記封止体は、一端面が開口し、他端面が閉塞する中空部材からなり、
   前記他端面の中心部に、前記一端面より突出する長さで前記注液孔よりも外径の小さい突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記封止体は、一端面が開口し、他端面が閉塞する中空部材からなり、
   前記封口板表面の孔周囲部に前記注液孔と連通し、前記封止体が前記一端面側から嵌入される凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
4. 前記封止体は、平板部材からなり、
   この封止体を、前記封口板表面の孔周囲部に前記注液孔と連通して形成された凹部の開口を閉塞する状態に位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
5. 開口部を有し、電極体及び電解液を収容する容器本体と、前記容器本体の開口部を封口する封口板と、前記封口板を貫通して形成され、前記容器本体内に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔を封止する封止体とを備えた密閉型二次電池の製造方法であって、
   前記電極体を収容した前記容器本体の開口部を前記封口板で封口した後、前記封口板に形成された注液孔を通して前記容器本体内に前記電解液を注入し、
   前記電解液の注入後、前記封止体を、前記注液孔の前記封口板表面の孔周囲部に環状の空隙を有して載置し、
   前記封止体が載置された前記容器本体を減圧し、
   減圧後、前記封止体の周縁部を前記封口板に溶接して、前記注液孔を封止することを特徴とする密閉型二次電池の製造方法。

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