JP2020047544A - 二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子部材近傍におけるガスの発生によってシール性が低下することを適切に抑制することが可能な二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池は、電池ケース２、電極端子部材、およびシール部９Ａを備える。電池ケース２は、発電要素と電解液を収容する。電極端子部材は、電池ケース２の第１貫通孔２３Ａに挿通される軸部７５Ａを有し、発電要素に電気的に接続される。シール部９Ａは、軸部７５Ａが挿通される第２貫通孔を有すると共に、電極端子部材と電池ケース２の内面２５Ａの間で圧縮される。シール部９Ａの被圧縮部９５Ａのうち、軸部７５Ａ側から外側に延びる環状の第１領域１０１における被圧縮部９５Ａの圧縮率が、１９％〜７９％とされる。第１領域１０１の外側に位置する環状の第２領域１０２における被圧縮部９５Ａの圧縮率が、１２％〜３８％とされる。【選択図】図３

Description

本発明は、電極端子部材と電池ケースの間をシールするシール部を備えた二次電池の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、パソコンおよび携帯端末等のいわゆるポータブル電源用とのみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。二次電池の一例として、発電要素と電解液を電池ケースに収容した二次電池が知られている。かかる二次電池では、電池ケースの一部（例えば、電池ケース本体の開口を塞ぐ蓋部材）に、電極端子部材の軸部を挿通させる貫通孔が形成されている。電極端子部材は、貫通孔に挿通された状態で固定される。電極端子部材と電池ケースの内面の間にシール部が挟持されることで、両者の間がシールされる。

電極端子部材と電池ケースの間のシール部によるシールが不十分となると、電池ケースの内部に収容された電解液が外部へ漏れ出て電池性能が低下する可能性がある。特許文献１に記載されている二次電池では、シール部の結晶化度を高くすることで、電解液が外部へ漏れ出ることが抑制されている。

特開２０１４−２９８３９号公報

電解液が外部まで浸透して漏れ出ることを仮に阻止できたとしても、電極端子部材の近傍まで電解液が浸透すると、浸透した電解液が電極端子部材の発熱によって分解されて、ガスが発生する可能性がある。その結果、シール部およびその近傍の部材が歪み、シール性が低下する可能性がある。

本発明の典型的な目的は、電極端子部材近傍におけるガスの発生によってシール性が低下することを適切に抑制することが可能な二次電池の製造方法を提供することである。

かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の二次電池の製造方法は、発電要素と電解液とを収容する電池ケースと、該電池ケースに設けられた第１貫通孔に挿通される軸部を有すると共に、上記発電要素に電気的に接続される電極端子部材と、上記軸部が挿通される第２貫通孔を有すると共に、上記電極端子部材と上記電池ケースの内面との間で挟持されて圧縮されるシール部と、を備えた二次電池の製造方法であって、上記電極端子部材と上記電池ケースの内面との間で圧縮される上記シール部の被圧縮部のうち、上記軸部側から外側に延びる環状の第１領域における上記被圧縮部の圧縮率を１９％〜７９％、上記第１領域の外側に位置する環状の第２領域における上記被圧縮部の圧縮率を１２％〜３８％とすることを特徴とする。

上記製造方法によって製造された二次電池では、第１領域の外側に位置する第２領域において、適切な圧縮率でシール部が圧縮される。その結果、発熱の影響を受けやすい第１領域への電解液の浸透が、第２領域において抑制される。よって、第１領域におけるガスの発生によってシール性が低下することが、適切に抑制される。

本実施形態の二次電池１の構成を示す縦断面図である。 正極端子部材４Ａの近傍の縦断面図である。 図２における領域Ｒの拡大断面図である。

以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。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。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において数値範囲：Ａ〜Ｂは、Ａ以上Ｂ以下を示している。

本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチ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）の他、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）を包含する。以下、電解液を用いた二次電池の一種である扁平な箱型、即ち直方体形状（いわゆる角形）のリチウムイオン二次電池の製造方法を例示して、本開示に係る製造方法について詳細に説明する。ただし、本開示に係る二次電池の製造方法を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。二次電池は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を包含する。例えば、ナトリウムイオン二次電池等であり得る。

＜二次電池の全体構成＞
図１を参照して、本開示に係る製造方法によって製造される二次電池１の全体構成について説明する。図１に例示する二次電池１はリチウムイオン二次電池であり、電池ケース２、電極体（発電要素に相当する）３、および電解液３５を備える。電池ケース２は、電極体３および電解液３５を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース２の形状は、扁平な角形である。電池ケース２は、一端に開口部を有する箱型の本体２１と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋部材２２を備える。本体２１と蓋部材２２は、溶接等によって一体とされる。電池ケース２の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を用いることができる。一例として、本実施形態における電極体３には、長尺状の正極体、負極体、およびセパレータが重ね合わされて捲回された捲回電極体が用いられている。また、本実施形態における電解液３５には、リチウム塩を含む非水電解液が用いられている。特に限定しないが、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等のカーボネート系非水溶媒にリチウム塩を含む非水電解液を好適に用いることができる

電池ケース２における蓋部材２２の形状は、矩形板状である。蓋部材２２の長手方向（図１における左右方向）の両端部には、一対の電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）が設けられている。詳細には、蓋部材２２の長手方向の一端部（図１における左端部）には正極端子部材４Ａが設けられており、他端部（図１における右端部）には負極端子部材４Ｂが設けられている。

正極端子部材４Ａは、正極接続端子５Ａ、正極外部端子６Ａ、正極内部端子７Ａ、および正極集電端子８Ａを備える。正極接続端子５Ａは、電池ケース２の外部に配置されて、正極側の外部接続端子となる。正極外部端子６Ａは、正極接続端子５Ａと同様に電池ケース２の外部に配置されて、正極接続端子５Ａと正極内部端子７Ａに接続される。正極内部端子７Ａは、電池ケース２の内部に配置されると共に、電池ケース２に設けられた第１貫通孔２３Ａ（図２参照）を通じて正極外部端子６Ａに接続される。正極集電端子８Ａは、電池ケース２の内部において、電極体３の正極３Ａと正極内部端子７Ａに接続される。

負極端子部材４Ｂは、負極接続端子５Ｂ、負極外部端子６Ｂ、負極内部端子７Ｂ、および負極集電端子８Ｂを備える。負極接続端子５Ｂは、電池ケース２の外部に配置されて、負極側の外部接続端子となる。負極外部端子６Ｂは、負極接続端子５Ｂと同様に電池ケース２の外部に配置されて、負極接続端子５Ｂと負極内部端子７Ｂに接続される。負極内部端子７Ｂは、電池ケース２の内部に配置されると共に、電池ケース２に設けられた第１貫通孔を通じて負極外部端子６Ｂに接続される。負極集電端子８Ｂは、電池ケース２の内部において、電極体３の負極３Ｂと負極内部端子７Ｂに接続される。正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂを構成する各部材は、高い導電性を有する金属等によって適宜形成される。

＜電極端子部材＞
図２を参照して、二次電池１における電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態における正極端子部材４Ａと負極端子部材４Ｂの構造は、二次電池１の長手方向の中央を中心として略対称な構造に形成されている。従って、以下では正極端子部材４Ａの構成について詳細な説明を行い、負極端子部材４Ｂの構成の説明は省略する。

正極接続端子５Ａは、略矩形板状の基部５１Ａと、基部５１Ａの板面から垂直に（図２における上方に）延びるボルト５２Ａを備える。ボルト５２Ａに外部接続用の接続部材が装着されることで、正極端子部材４Ａが外部に接続される。

正極外部端子６Ａの外形形状は、板状の部材が屈曲されて形成された階段形状である。正極端子部材６Ａは、下段接続部６１Ａと上段接続部６３Ａを備える。下段接続部６１Ａは平板状である。下段接続部６１Ａには、正極内部端子７Ａの軸部７５Ａが挿通される貫通孔６２Ａが形成されている。上段接続部６３Ａは、下段接続部６１Ａの一端部（図２における右端部）から階段状に、下段接続部６１Ａよりも高い位置に形成された、平板状の部材である。上段接続部６３Ａには、正極接続端子５Ａのボルト５２Ａが挿通される貫通孔６４Ａが形成されている。

正極接続端子５Ａと蓋部材２２の間、および、正極外部端子６Ａと蓋部材２２の間には、絶縁性を有する材質によって形成された絶縁部材１５Ａが配置される。絶縁部材１５Ａは、貫通孔１７Ａが形成された平板部１６Ａと、正極接続端子５Ａが固定される固定部１８Ａを備える。

電池ケース２（本実施形態では、電池ケース２の蓋部材２２）には、正極内部端子７Ａが挿通される第１貫通孔２３Ａが設けられている。また、電池ケース２における第１貫通孔２３Ａの周縁部には、電池ケース２の内部（図２における下方）へ向けて突出する環状の突出部２４Ａが形成されている。

正極内部端子７Ａは、大径部７１Ａ、軸部７５Ａ、およびかしめ部７６Ａを備える。大径部７１Ａは、略板状（本実施形態では略円板形状）に形成されている。軸部７５Ａは柱状（本実施形態では円柱状）であり、大径部７１Ａの板面から垂直に（図２における上方に）延びる。軸部７５Ａの径は、大径部７１Ａの径よりも小さい。軸部７５Ａは、電池ケース２に設けられている第１貫通孔２３Ａに挿通される。かしめ部７６Ａは、軸部７５Ａの先端部（図２における上端部）がかしめられることで形成される。

正極内部端子７Ａと電池ケース２（本実施形態では蓋部材２２）の内面２５Ａとの間には、シール部９Ａが挟持される。シール部９Ａは、弾性、絶縁性、および耐電解液性を有する材質（例えば樹脂等）によって形成されている。一例として、本実施形態のシール部９Ａはフッ素樹脂によって形成されている。シール部９Ａは、正極内部端子７Ａと電池ケース２の内面２５Ａの間で圧縮されることで、両者の間をシールする。また、シール部９Ａは、正極内部端子７Ａと電池ケース２の間を絶縁する。なお、電池ケース２の内面２５Ａとは、電池ケース２の内側を向く面（図２における蓋部材２２の下側の面）である。

シール部９Ａは、基部９１Ａ、第２貫通孔９２Ａ、および筒部９３Ａを備える。基部９１Ａは、正極内部端子７Ａと電池ケース２の内面の間で圧縮される前の状態において、略平板状に（つまり、厚みが略均一となるように）形成されている。第２貫通孔９２Ａは、基部９１Ａの中央部を厚み方向（図２における上下方向）に貫通する。筒部９３Ａは、第２貫通孔９２Ａの周縁部から電池ケース２の外方へ向けて突出する筒状（本実施形態では円筒状）の部位である。筒部９３Ａは、蓋部材２２に設けられた第１貫通孔２３Ａに嵌めこまれる。

＜電極端子部材の製造方法＞
二次電池１の一部である電極端子部材４の製造方法について、一対の電極端子部材４の一方である正極端子部材４Ａの製造方法を例示して説明する。まず、作業者は、正極内部端子７Ａの軸部７５Ａを、先端側から、シール部９Ａの第２貫通孔９２Ａ、蓋部材２２の第１貫通孔２３Ａ、絶縁部材１５Ａの貫通孔１７Ａ、および正極外部端子６Ａの貫通孔６２Ａに順に挿通させる。この際、作業者は、絶縁部材１５Ａの固定部１８Ａに載置された正極接続端子５Ａのボルト５２Ａに、正極外部端子６Ａの貫通孔６４Ａを挿通させる。

この状態で、作業者は、正極外部端子６Ａと正極内部端子７Ａの大径部７１Ａを、互いに近づく方向に押圧する。その結果、シール部９Ａの一部（後述する被圧縮部９５Ａ）が、正極内部端子７Ａの大径部７１Ａと、蓋部材２２の内面２５Ａの間で圧縮される。次いで、作業者は、かしめ工具によって軸部７５Ａの先端部をかしめることで、かしめ部７６Ａを形成する。その結果、正極内部端子７Ａの大径部７１Ａと、蓋部材２２の内面２５Ａの間が、シール部９Ａによってシールされた状態で、正極端子部材４Ａが固定される。

図３を参照して、本実施形態におけるシール部９Ａの各部の圧縮率について説明する。図３に示すように、シール部９Ａのうち、正極内部端子７Ａの大径部７１Ａと蓋部材２２の内面２５Ａの間に位置する基部９１Ａは、大径部７１Ａと蓋部材２２の内面２５Ａによって圧縮される被圧縮部９５Ａとなる。被圧縮部９５Ａのうち、正極内部端子７Ａの軸部７５Ａ側から外側（つまり、軸部７５Ａの軸から遠ざかる側）に延びる環状（本実施形態では円環状）の領域を、第１領域１０１とする。本実施形態における第１領域１０１は、蓋部材２２の突出部２４Ａと、大径部７１Ａにおける突出部２４Ａの対向位置の間の領域となる。また、被圧縮部９５Ａのうち、第１領域１０１の外側に位置する環状の領域を、第２領域１０２とする。本実施形態の製造方法では、第１領域１０１における被圧縮部９５Ａの圧縮率を１９％〜７９％とし、第２領域１０２における被圧縮部９５Ａの圧縮率を１２％〜３８％とする。

正極内部端子７Ａの軸部７５Ａの近傍は高温になり易い。従って、軸部７５Ａに近い第１領域１０１まで電解液３５が浸透すると、浸透した電解液３５が発熱によって分解されてガスが発生し、部材が歪んでシール性が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態の製造方法によって製造された二次電池１では、第１領域１０１の外側に位置する第２領域１０２において、適切な圧縮率でシール部９Ａが圧縮される。その結果、第１領域１０１への電解液３５の浸透が、第２領域１０２において抑制される。よって、シール性が低下することが抑制される。

本実施形態では、圧縮される前のシール部９Ａの基部９１Ａの厚みは均一に形成されている。一方で、電池ケース２（本実施形態では蓋部材２２Ａ）における第１貫通孔２３Ａの周縁部に、電池ケース２の内部（図２および図３における下方）へ向けて突出する環状の突出部２４Ａが形成されている。従って、シール部９Ａの基部９１Ａの厚みおよび組成等の少なくともいずれかが部位に応じて調整されていなくても、正極外部端子６Ａと大径部７１Ａが適切な力で押圧されることで、第１領域１０１および第２領域１０２の各々における被圧縮部９５Ａの圧縮率が適切な値となる。なお、電池ケース２の突出部２４Ａの代わりに、または突出部２４Ａと共に、大径部７１Ａから蓋部材２２の内面２５Ａ側へ突出する環状の突出部が設けられていてもよい。

また、図３に示すように、本実施形態における正極内部端子７Ａでは、大径部７１Ａの板面のうちシール部９Ａと接触する側の面に、段差部７３Ａが環状に形成されている。段差部７３Ａが形成される位置を調整することで、第２領域１０２の幅、および、第２領域１０２におけるシール部９Ａの圧縮率が適宜調整される。

なお、第１領域１０１における被圧縮部９５Ａの圧縮率は、第１領域１０１内の全体で均一である必要は無い。つまり、第１領域１０１内における被圧縮部９５Ａの圧縮率の最大値が、１９％〜７９％とされればよい。実際に、本実施形態でも、電池ケース２の突出部２４Ａの断面が略円弧状となっているため、第１領域１０１における中心部の圧縮率が、第１領域１０１内の他の部分の圧縮率よりも高くなる。本実施形態では、第１領域１０１における中心部の圧縮率が、１９％〜７９％とされる。同様に、第２領域１０２内の被圧縮部９５Ａの圧縮率についても、最大値が１２％〜３８％とされればよい。

上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、上記実施形態では、第１領域１０１と第２領域１０２は接触している。しかし、第１領域１０１と第２領域１０２は離間していてもよい。また、第１領域１０１は、被圧縮部９５Ａにおける最も内側（つまり、軸部７５Ａに最も近い側）に位置している必要は無い。また、シール部の厚みおよび組成等の少なくともいずれかが部位に応じて調整されることで、第１領域および第２領域の各々における被圧縮部の圧縮率が調整されてもよい。また、上記実施形態で例示したシール部の圧縮率の調整は、正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂの一方でのみ行われてもよい。

１ 二次電池
２ 電池ケース
３ 電極体
４ 電極端子部材
４Ａ 正極端子部材
４Ｂ 負極端子部材
９Ａ シール部
２３Ａ 第１貫通孔
２５Ａ 内面
３５ 電解液
７５Ａ 軸部
９２Ａ 第２貫通孔
９５Ａ 被圧縮部
１０１ 第１領域
１０２ 第２領域

Claims (1)

1. 発電要素と電解液とを収容する電池ケースと、
   前記電池ケースに設けられた第１貫通孔に挿通される軸部を有すると共に、前記発電要素に電気的に接続される電極端子部材と、
   前記軸部が挿通される第２貫通孔を有すると共に、前記電極端子部材と前記電池ケースの内面との間で挟持されて圧縮されるシール部と、
   を備えた二次電池の製造方法であって、
   前記電極端子部材と前記電池ケースの内面との間で圧縮される前記シール部の被圧縮部のうち、前記軸部側から外側に延びる環状の第１領域における前記被圧縮部の圧縮率を１９％〜７９％、前記第１領域の外側に位置する環状の第２領域における前記被圧縮部の圧縮率を１２％〜３８％とすることを特徴とする二次電池の製造方法。
   
   
   

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