JP6105986B2 - 蓄電素子および蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子および蓄電素子の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池などの二次電池は、電池缶内に発電要素が収容され、電解液が注入されている。電池缶は、電池蓋により密封されている。電解液は電池蓋に設けられた注液部から電池缶内に注入され、注入後、注液部は封止栓により封止される。封止栓は、注液部に挿入され、通常、レーザ溶接などにより注液部に接合される。

封止栓の注液部への挿入性を考慮した場合、注液部と封止栓との間には隙間が必要となる。しかしながら、この隙間が大きすぎると、隙間を封止するための溶接金属が不足して、溶接金属に割れ等の溶接欠陥が生じる可能性がある。

特許文献１には、封止栓の外表面などに溶接時に溶融される突起が設けられた電池が開示され、溶接の際に、突起の溶融金属（溶融池）を利用して封止栓を注液部に溶接する方法が開示されている。

特開２０１２−１８８６１号公報

レーザ溶接や電子ビーム溶接等により封止栓を注液部に溶接する方法では、所定の位置を溶接開始点として、封止栓の外周に沿って溶接が行われる。このため、周方向に溶接が行われる過程において、溶接開始点において溶融された金属が凝固収縮を起こし、これに伴い封止栓が浮いてしまうおそれがある。

請求項１に記載の蓄電素子は、発電要素が収容された容器と、容器の一側面に設けられ、電解液を注入する注液孔を有する注液部と、注液孔を封止する封止栓とを備え、注液孔は、容器の一側面に凹設された凹部の底面に設けられ、封止栓は、注液孔に挿入される挿入部と、凹部に嵌合される嵌合部とを有し、少なくとも嵌合部の周縁部および凹部の開口周縁部のいずれか一方の所定位置に、嵌合部の外周側面と凹部の内周側面とが当接される塑性変形部が形成され、封止栓が注液部に対して塑性変形部の反対側に偏心して配置され、注液孔を挟んで塑性変形部に対向する位置において嵌合部の外周側面と凹部の内周側面とが当接し、嵌合部の外周側面と凹部の内周側面との全周に亘って溶接部が形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の蓄電素子の製造方法は、容器内に発電要素を収容する収容工程と、容器の一側面に凹設された凹部の底面に設けられた注液孔から容器内に電解液を注入する注液工程と、封止栓により注液孔を封止する封止工程とを含む蓄電素子の製造方法であって、封止工程は、封止栓に設けられた挿入部を注液孔に挿入し、封止栓に設けられた嵌合部を凹部に嵌合する配置工程と、少なくとも嵌合部の周縁部および凹部の開口周縁部のいずれか一方における第１の位置を容器の外方から押圧して、第１の位置における嵌合部の外周側面と凹部の内周側面とが当接される塑性変形部を形成するとともに、封止栓を凹部に対して塑性変形部の反対側に偏心させて、注液孔を挟んで塑性変形部に対向する第２の位置における嵌合部の外周側面と凹部の内周側面とを当接させることで仮止めする仮止め工程と、嵌合部の外周側面と凹部の内周側面とを、全周に亘って溶接する溶接工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、封止栓を注液部に溶接する際に、封止栓が浮くことが防止され、封止の信頼性を向上することができる。

本発明に係る蓄電素子の一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図。 図１に示された角形二次電池の分解斜視図。 図２に示された発電要素を、その捲回終端部側を展開した状態の斜視図。 封止栓と注液部とを示す封止構造の拡大分解斜視図。 （ａ）は封止栓が注液部に配置された状態を示す断面模式図、（ｂ）は封止栓が注液部に仮止めされた状態を示す断面模式図。 （ａ）は封止栓が注液部にレーザ溶接される様子を示す断面模式図、（ｂ）は封止栓が注液部に溶接された後の状態を示す断面模式図。 （ａ）は封止栓が注液部に配置された状態を示す平面模式図、（ｂ）は封止栓が注液部に仮止めされた状態を示す平面模式図。 （ａ）および（ｂ）は封止栓が注液部にレーザ溶接される様子を示す平面模式図。 封止栓が注液部に溶接された後の状態を示す平面模式図。 第２の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法を説明する断面模式図。 第３の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法を説明する平面模式図。 第１の実施の形態の変形例に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法を説明する断面模式図。 第２の実施の形態の変形例に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法を説明する断面模式図。 変形例に係る蓄電素子において、複数の塑性変形部が形成された封止栓と、注液部とを示す図。

以下、この発明の蓄電素子および蓄電素子の製造方法の一実施形態を図面を参照して説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明に係る蓄電素子の一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図であり、図２は図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。以下の説明では、角形二次電池をリチウムイオン角形二次電池として説明する。なお、説明の便宜上、図示するように上下方向を規定する。

図１に示すように、角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２とから構成される角形の電池容器（容器）１０３を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０２の材質は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などのアルミニウム系金属である。

電池蓋１０２は、矩形平板状であって、電池缶１０１の開口部１０１ｄ（図２参照）を塞ぐように接合されている。つまり、電池蓋１０２は、電池缶１０１を封止している。電池蓋１０２には、正極端子１４１および負極端子１５１が配設されている。電池蓋１０２には、ガス排出弁１０４が設けられている。ガス排出弁１０４は、たとえば、プレス加工によって電池蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成される。ガス排出弁１０４には、開裂時に大きな開口が形成されるように開裂溝が形成されている。ガス排出弁１０４は、角形二次電池１００が過充電等の異常により発熱して内部にガスが発生し、電池容器１０３内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器１０３内の圧力を低減させる。

電池蓋１０２には、電池容器１０３内に電解液を注入する注液孔１１１を有する注液部１１０（図４参照）が形成されている。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

注液孔１１１は、電池容器１０３の内外を連通する貫通孔であって、電解液が注入された後に封止栓１２０により封止される。封止栓１２０による注液孔１１１の封止構造ならびに封止方法の詳細については後述する。

図２に示すように、電池缶１０１には発電要素１７０が収容されている。電池缶１０１は、一対の幅広面１０１ａと一対の幅狭面１０１ｂと底面１０１ｃとを有し、上面が開口された矩形箱状に形成されている。発電要素１７０は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１内に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂である。これにより、電池缶１０１と、発電要素１７０とは電気的に絶縁されている。

正極端子１４１は正極集電体１８１を介して発電要素１７０の正極電極１７４に電気的に接続され、負極端子１５１は負極集電体１８２を介して発電要素１７０の負極電極１７５に電気的に接続されている。これにより、正極端子１４１および負極端子１５１を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、正極端子１４１および負極端子１５１を介して外部発電電力が発電要素１７０に供給されて充電される。

電池蓋組立体１０７は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２に設けられた一対の貫通孔１０２ｈのそれぞれに取り付けられた正極端子１４１および負極端子１５１と、正極集電体１８１および負極集電体１８２と、一対のガスケット１５０と、一対の絶縁部材１６０とを含んで構成されている。

正極端子１４１および正極集電体１８１の材質はアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極端子１５１および負極集電体１８２の材質は銅または銅合金である。絶縁部材１６０およびガスケット１５０の材質は、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂である。

図３を参照して、発電要素１７０について説明する。図３は、図２に示された発電要素１７０を、その捲回終端部側を展開した状態の斜視図である。
蓄電要素でもある発電要素１７０は、図３に示すように、長尺状の正極電極１７４および負極電極１７５を、セパレータ１７３を介在させて捲回軸Ｕの周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。すなわち、発電要素１７０は、断面が半円弧形状の円弧部が両端に形成され、両端部間がほぼ平坦な平坦部とされた扁平形状の捲回電極群である。

正極電極１７４は、正極箔１７１と、正極活物質に結着材（バインダ）を配合した正極活物質合剤が正極箔１７１の両面に塗工されて形成された正極活物質合剤層１７６とを有する。負極電極１７５は、負極箔１７２と、負極活物質に結着材（バインダ）を配合した負極活物質合剤が負極箔１７２の両面に塗工されて形成された負極活物質合剤層１７７とを有する。正極活物質と負極活物質との間では、充放電が行われる。

正極箔１７１は、厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミニウム合金箔であり、負極箔１７２は、厚さ１５〜２０μｍ程度の銅合金箔である。セパレータ１７３の素材は多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質はマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質はリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

発電要素１７０の幅方向（捲回方向に直交する捲回軸Ｕ方向）の両端部は、一方は正極活物質合剤層１７６が形成されていない未塗工部（正極箔１７１の露出部）が積層された部分とされている。また、他方は負極活物質合剤層１７７が形成されていない未塗工部（負極箔１７２の露出部）が積層された部分とされている。正極側未塗工部の積層体および負極側未塗工部の積層体は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ、電池蓋組立体１０７の正極集電体１８１および負極集電体１８２（図２参照）と超音波接合により接続され、電池蓋組立体１０７に一体化される。

封止栓１２０と注液部１１０の形状について説明する。図４は封止栓１２０と注液部１１０とを示す封止構造の拡大分解斜視図である。

注液部１１０は、電池蓋１０２の外表面に凹設された円形の凹部１１２と、凹部１１２の底面１１２ｂから電池蓋１０２の厚さ方向に貫通して形成された円形の注液孔１１１とを有する。凹部１１２と注液孔１１１とは同心円に形成されている。換言すれば、注液部１１０は、大径開口部を構成する凹部１１２と、小径開口部を構成する注液孔１１１とを有する段付き孔である。凹部１１２は、電池容器１０３の一側面を構成する電池蓋１０２の上面（電池容器１０３の外部）側において、電池容器１０３の内方に向かって窪むように設けられている。凹部１１２は、たとえば、座ぐり加工により形成される。凹部１１２は、底面１１２ｂと、底面１１２ｂの外周端から立ち上がる側面（以下、内周側面１１２ｉと記す）とを有する。凹部１１２の底面１１２ｂは、封止栓１２０の鍔部（嵌合部）１２２の下面が当接される面とされる。

封止栓１２０は、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成される。封止栓１２０は、底部１２１ａを有する円筒状の筒部１２１と、筒部１２１の上部外周に形成された円環状の鍔部１２２とを有する。鍔部１２２と筒部１２１とは同心円に形成されている。換言すれば、封止栓１２０は、大径部を構成する鍔部１２２と、小径部を構成する筒部１２１とを有する段付き形状を呈している。鍔部１２２の周縁部は、封止栓１２０が注液部１１０に配置されたときに、電池蓋１０２の外表面から上方（電池容器１０３の外方）に向かって突出する突起部１２２ａとされ（図５参照）、突起部１２２ａは鍔部１２２の全周に亘って設けられている。封止栓１２０の筒部１２１および鍔部１２２の中央部には、鍔部１２２側が開口された中空部１２５が形成され、封止栓１２０はほぼハット型形状を呈している。

第１の実施の形態に係る角形二次電池１００の製造方法について説明する。角形二次電池１００の製造方法は、電池容器内に発電要素１７０を収容する収容工程と、注液孔１１１から電池容器内に電解液を注入する注液工程と、封止栓１２０により注液孔１１１を封止する封止工程とを含む。

−収容工程−
電池蓋組立体１０７に一体化された発電要素１７０を、電池缶１０１内に収容された絶縁ケース１０８内に収容する。このとき、捲回軸Ｕが電池缶１０１の底面１０１ｃに平行となるように、かつ、一対の平坦部が電池缶１０１の幅広面１０１ａに平行となるように、発電要素１７０を電池缶１０１内に収容する。電池缶１０１の開口部１０１ｄを、電池蓋組立体１０７の電池蓋１０２によって閉塞し、電池蓋１０２の周縁をレーザ溶接等により電池缶１０１の開口周縁に接合する。

−注液工程−
電池蓋１０２が上側になるように電池容器１０３を図示しない平面台上に載置し、電池容器内部の減圧と電解液注入の２つの機能を持った注液用治具（不図示）を注液孔１１１に取り付ける。電池容器１０３の内圧がたとえば２７ｋＰａ程度になるまで減圧し、その後、所定量の電解液を注入する。

−封止工程−
封止栓１２０により注液孔１１１を封止する封止工程は、封止栓１２０を注液部１１０に配置する配置工程と、封止栓１２０を注液部１１０に仮止めする仮止め工程と、注液部１１０に封止栓１２０を溶接して注液孔１１１を封止する溶接工程とを含んでいる。

図５〜図９を参照して、注液孔１１１を封止栓１２０で封止する封止方法、ならびに、封止構造の詳細について説明する。図５および図６は注液孔１１１の封止構造を示す断面模式図であり、図１のＶ−Ｖ線切断断面を示している。図７〜図９は、電池蓋１０２を上方から見た平面模式図である。図５（ａ）および図７（ａ）は封止栓１２０が注液部１１０に配置された状態を示し、図５（ｂ）および図７（ｂ）は封止栓１２０が注液部１１０に仮止めされた状態を示している。図６（ａ）および図８（ａ），（ｂ）は封止栓１２０が注液部１１０に溶接される様子を示している。図６（ｂ）および図９は封止栓１２０が注液部１１０に溶接された後の状態を示している。なお、便宜上、図示するように、上下方向をＺ方向とし、捲回軸Ｕ方向をＹ方向とし、Ｚ方向およびＹ方向のそれぞれに直交する方向をＸ方向として説明する。

−配置工程−
封止栓１２０を注液部１１０に配置する配置工程では、図５（ａ）および図７（ａ）に示すように、注液孔１１１に封止栓１２０の筒部（挿入部）１２１を挿入し、凹部１１２に鍔部（嵌合部）１２２を嵌合する。図５（ａ）に示すように、封止栓１２０の大径部を構成する鍔部１２２の外径ｄｏ１は、注液部１１０の大径開口部を構成する凹部１１２の内径Ｄｉ１よりも僅かに短い（ｄｏ１＜Ｄｉ１）。封止栓１２０の小径部を構成する筒部１２１の外径ｄｏ２は、注液部１１０の小径開口部を構成する注液孔１１１の内径Ｄｉ２よりも僅かに短い（ｄｏ２＜Ｄｉ２）。このため、封止栓１２０が注液部１１０に配置された状態では、鍔部（大径部）１２２の外周側面１２２ｏと凹部（大径開口部）１１２の内周側面１１２ｉとの間に隙間ｃ１が形成され、筒部（小径部）１２１の外周側面１２１ｏと注液孔（小径開口部）１１１の内周側面１１１ｉとの間に隙間ｃ２が形成される。なお、隙間ｃ２の長さは、隙間ｃ１の長さと同一か僅かに長くなるように設定される（Ｄｉ１−ｄｏ１≦Ｄｉ２−ｄｏ２）。

−仮止め工程−
封止栓１２０を注液部１１０に仮止めする仮止め工程では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、鍔部１２２の周縁部を構成する突起部１２２ａの所定位置（以下、第１の位置１Ａと記す）を、押圧治具１９０によって上方（電池容器１０３の外方）から押圧して塑性変形部１２７を形成する。

押圧治具１９０は、立方体形状の押圧部１９１を有し、押圧部１９１の下面は平坦な面とされている。押圧部１９１の下面を突起部１２２ａの上面に当接させて下方に押圧すると、図５（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、第１の位置１Ａにおいて、突起部１２２ａが上下方向（Ｚ方向）に圧縮されるとともに径方向外方（＋Ｘ方向）に張り出すように変形し、塑性変形部１２７が形成される。突起部１２２ａが変形し、＋Ｘ方向に張り出すと、塑性変形部１２７の外周側面が凹部１１２の内周側面１１２ｉに当接し、塑性変形部１２７の外周側面に凹部１１２の内周側面１１２ｉからの反力が作用する。封止栓１２０の鍔部１２２と凹部１１２との間には隙間ｃ１が形成され、筒部１２１と注液孔１１１との間には隙間ｃ２が形成されているため、凹部１１２の内周側面１１２ｉからの反力が塑性変形部１２７の外周側面に作用すると、封止栓１２０が−Ｘ方向に移動する。

図７（ｂ）に示すように、封止栓１２０が−Ｘ方向に所定距離だけ移動すると、注液孔１１１を挟んで塑性変形部１２７に対向する位置（以下、第２の位置１Ｂと記す）において、封止栓１２０の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとが当接する。つまり、第２の位置１Ｂにおける鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとが線接触される。

押圧治具１９０による押圧作業が完了すると、塑性変形部１２７の外周側面は凹部１１２の内周側面１１２ｉに密着される。つまり、第１の位置１Ａにおける鍔部１２２の外周側面１２２ｏを構成する塑性変形部１２７の外周側面は、凹部１１２の内周側面１１２ｉに面接触されている。

このように、封止栓１２０の鍔部１２２の外周側面１２２ｏと、注液部１１０の凹部１１２の内周側面１１２ｉとが、第１の位置１Ａにおいて面接触し、第２の位置１Ｂにおいて線接触し、封止栓１２０が注液部１１０に対して塑性変形部１２７の反対側（−Ｘ方向）に偏心して配置された状態で、封止栓１２０は仮止めされる。換言すれば、図７（ｂ）に示すように、封止栓１２０は、封止栓１２０の中心軸Ｏ１が注液孔１１１の中心軸Ｏ２に対して線接触部ＣＰ側に位置し、第１の位置１Ａおよび第２の位置１Ｂにおいて注液部１１０により挟持された状態で固定されている。

−溶接工程−
電池蓋１０２に封止栓１２０を溶接する溶接工程では、たとえば、図示しないＹＡＧパルスレーザ溶接機を用い、１パルスのエネルギーを６Ｊ、パルス周波数を６０パルス／ｓｅｃ、平均出力を３６０Ｗ、溶接速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとしてレーザ光１９６を照射する。レーザ溶接の開始点（以下、溶接開始点ＳＰと記す）は、図６（ａ）および図８（ａ）に示すように、第２の位置１Ｂに設定され、第２の位置１Ｂにおける鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとの境界に向けて、電池蓋１０２の外表面に対して垂直方向（−Ｚ方向）にレーザ光１９６が照射される。つまり、第１の実施の形態では、溶接開始点ＳＰと、線接触部ＣＰとが一致している。

図８（ｂ）に示すように、溶接開始点ＳＰから鍔部１２２の外周側面１２２ｏに沿って、鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとを全周に亘って溶接する。溶接開始点ＳＰから鍔部１２２の外周側面１２２ｏに沿ってレーザ光の照射領域１９７を移動させると、その移動中に溶接作業が終了した部分における溶融池が徐々に凝固する。本実施の形態では、封止栓１２０が注液部１１０に仮止めされているため、溶融池が生成される際の膨張や溶融池が凝固する際の収縮によって、封止栓１２０が浮いてしまうことが防止され、図９に示すように封止栓１２０の全周に亘って良好な溶接金属Ｗを形成することができる。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）鍔部１２２の周縁部の第１の位置１Ａを電池容器１０３の外方から押圧して塑性変形部１２７を形成するとともに、封止栓１２０を注液部１１０に対して塑性変形部１２７の反対側に偏心させて仮止めし、鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとを、全周に亘って溶接した。これにより、封止栓１２０を注液部１１０に溶接する際に、封止栓１２０が電池蓋１０２から浮くことが防止され、注液部１１０に対する封止栓１２０の封止の信頼性を向上することができる。

これに対して、たとえば、図５（ａ）に示す封止栓１２０が注液部１１０に遊嵌されている状態でレーザ溶接を行う場合は、溶接開始点において溶融池が生成される際の膨張や溶融池が凝固する際の収縮によって、封止栓１２０が電池蓋１０２から浮き上がるおそれがある。この場合、浮き上がり部分で封止栓１２０と電池蓋１０２との間に充分な溶融池を生成することができず、溶接金属に割れ等の溶接欠陥が生じるおそれがある。本実施の形態では、塑性変形部１２７を形成することにより、注液部１１０に対して封止栓１２０が固定され、溶接の際に封止栓１２０が浮き上がることが防止されるので、封止栓１２０と電池蓋１０２との間に充分な溶融池が生成され、溶接金属Ｗに溶接欠陥が生じることが防止される。

（２）鍔部１２２の周縁部は、電池蓋１０２の外表面から電池容器１０３の外方に向かって突出する突起部１２２ａとされている。このため、鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとの隙間ｃ１に充填すべき溶融金属（溶融池）が不足することが防止される。換言すれば、突起部１２２ａを設けることによって、突起部１２２ａを設けない場合に比べて隙間ｃ１を大きく設定することができ、製作性の向上を図ることができる。

−第２の実施の形態−
図１０を参照して第２の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法について説明する。図中、第１の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図５（ａ）および図６（ａ）と同様の図であり、第２の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓２２０による注液孔１１１の封止方法を説明する断面模式図である。

第１の実施の形態では、鍔部１２２に突起部１２２ａを設け、第１の位置１Ａにおける突起部１２２ａを押圧して、塑性変形部１２７を形成した（図５参照）。これに対して、第２の実施の形態では、封止栓２２０の鍔部２２２には突起部が設けられていない。第２の実施の形態では、電池蓋１０２における凹部２１２の開口周縁部が、電池蓋１０２から＋Ｚ方向（電池容器１０３の外方）に向かって突出する突起部２１２ａとして、凹部２１２の全周に亘って設けられている。円環状の突起部２１２ａの内周側面は、凹部２１２の内周側面２１２ｉの一部を構成している。

第２の実施の形態では、第１の位置１Ａにおける電池蓋１０２の凹部２１２の開口周縁部を構成する突起部２１２ａを押圧治具１９０により押圧することで、塑性変形部２２７が形成される。突起部２１２ａは、押圧治具１９０により押圧されると、Ｚ方向に圧縮されるとともに注液部１１０の径方向外方に向かう変形量が抑えられつつ主に径方向内方に向かって変形し、塑性変形部２２７の内側側面が封止栓２２０の鍔部２２２の外周側面２２２ｏを押圧し、封止栓２２０が−Ｘ方向に移動する。封止栓２２０が所定距離だけ移動すると、第２の位置１Ｂにおいて鍔部２２２の外周側面２２２ｏが凹部２１２の内周側面２１２ｉに突き当てられる。

これにより、第１の位置１Ａで塑性変形部２２７が封止栓２２０の鍔部２２２の外周側面２２２ｏに面接触され、かつ、第２の位置１Ｂで鍔部２２２の外周側面２２２ｏが凹部２１２の内周側面２１２ｉに線接触された状態で、封止栓２２０が仮止めされる。

このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

−第３の実施の形態−
図１１を参照して第３の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓による注液孔の封止方法について説明する。図中、第１の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。図１１は、図８と同様の図であり、第３の実施の形態に係る蓄電素子における封止栓１２０による注液孔１１１の封止方法を説明する平面模式図である。

第１の実施の形態では、溶接開始点ＳＰを第２の位置１Ｂの線接触部ＣＰに設定した（図８（ａ）参照）。これに対して第３の実施の形態では、図１１（ａ）に示すように、溶接開始点ＳＰが第２の位置１Ｂの線接触部ＣＰから周方向に所定距離だけ離れた位置に設定されている。溶接開始点ＳＰの位置は、封止栓１２０の外周のどの位置であってもよいし、溶接方向も平面視で時計方向、反時計方向のいずれであってもよい。しかしながら、溶接開始点ＳＰの位置は、隙間ｃ１の寸法ができるだけ小さい位置とすることが好ましい。隙間ｃ１の寸法が小さい位置に溶接開始点ＳＰを設定することで、溶融池の凝固収縮の際に封止栓１２０が溶接開始点ＳＰ側に引っ張られ、位置がずれてしまうことを効果的に防止することができるためである。したがって、封止栓１２０の浮きをより効果的に抑制するためには、次のようにして溶接開始点ＳＰの位置、および、溶接方向を決定することが好ましい。

図１１に示すように、塑性変形部１２７と注液孔１１１の中心軸Ｏ２とを結ぶ線分Ｌを含む仮想平面を第１平面Ｓ１とし、第１平面Ｓ１に直交し、かつ、注液孔１１１の中心軸Ｏ２を含む仮想平面を第２平面Ｓ２として定義する。

溶接開始点ＳＰは、第２平面Ｓ２で２分される領域Ａ１，Ａ２のうち塑性変形部１２７を有しない第１領域Ａ１に設定される。換言すれば、溶接開始点ＳＰは、溶接開始点ＳＰと第１の位置１Ａの塑性変形部１２７との離間距離よりも、溶接開始点ＳＰと第２の位置１Ｂの線接触部ＣＰとの離間距離が短くなるような位置に設定される。

第３の実施の形態における溶接工程では、図１１（ａ）に示すように、第１領域Ａ１に設定された溶接開始点ＳＰから第２の位置１Ｂに向かって、すなわち図示Ｒ１方向に、鍔部１２２の外周側面１２２ｏに沿って、鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとの溶接を行う。第３の実施の形態における溶接工程では、図１１（ｂ）に示すように、第２の位置１Ｂにおける鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとを溶接した後に、第１の位置１Ａにおける鍔部１２２の外周側面１２２ｏと凹部１１２の内周側面１１２ｉとを溶接する。

このような第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。また、第３の実施の形態によれば、溶接開始点ＳＰを第２領域Ａ２に設定した場合や、溶接開始点ＳＰからＲ２方向に溶接を行う場合に比べて、溶融池が生成される際の膨張や溶融池が凝固する際の収縮に起因する封止栓１２０の移動量を抑えることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）第１の実施の形態では、鍔部１２２の周縁部の第１の位置１Ａを押圧して塑性変形部１２７を形成し、第２の実施の形態では、凹部２１２の開口周縁部の第１の位置１Ａを押圧して塑性変形部２２７を形成したが、本発明はこれに限定されない。鍔部１２２，２２２の周縁部、および、凹部１１２，２１２の開口周縁部の両者を押圧治具１９０により同時に押圧して、鍔部１２２，２２２と凹部１１２，２１２のそれぞれに塑性変形部１２７，２２７を形成するようにしてもよい。

（２）第１の実施の形態では、鍔部１２２の周縁部が電池蓋１０２から電池容器１０３の外方に向かって突出した突起部１２２ａとされ、第２の実施の形態では、凹部２１２の開口周縁部が電池蓋１０２から電池容器１０３の外方に向かって突出した突起部２１２ａとされていた。なお、突起部１２２ａ，２１２ａの幅、高さは、隙間ｃ１の寸法公差が最大になったときにおいても、隙間ｃ１が溶接金属で埋められるように、充分な溶融池が生成される大きさに設定されている。しかしながら、突起部１２２ａ，２１２ａを設けなくても、充分な溶融池を生成できる場合には、突起部１２２ａ，２１２ａを省略してもよい。図１２に示すように、第１の実施の形態において、突起部１２２ａを省略した場合でも、鍔部１２２の周縁部の第１の位置１Ａに塑性変形部３２７を形成することにより、封止栓１２０を注液部１１０に固定することができ、溶接の際に封止栓１２０が浮き上がることを防止できる。同様に、図１３に示すように、第２の実施の形態において、突起部２１２ａを省略した場合でも、凹部２１２の開口周縁部の第１の位置１Ａに塑性変形部４２７を形成することにより、封止栓２２０を注液部１１０に固定することができ、溶接の際に封止栓２２０が浮き上がることを防止できる。

（３）封止栓１２０，２２０の全周に亘って形成される溶接金属Ｗの幅や深さは、上記した実施の形態に限定されない。図９では、塑性変形部１２７のＸ方向長さ（径方向の長さ）や突起部１２２ａの幅（径方向の長さ）に比べて、平面視円環状の溶接金属Ｗの幅（径方向の長さ）が短くなるように、溶接金属Ｗが形成されているが、たとえば、塑性変形部１２７のＸ方向長さ（径方向の長さ）や突起部１２２ａの幅（径方向の長さ）に比べて、溶接金属Ｗの幅（径方向の長さ）が長くなるように、溶接金属Ｗを形成してもよい。

（４）蓄電素子として、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが本発明はこれに限定されない。ニッケル水素電池などの他の二次電池や、リチウムイオンキャパシタや電解二重層コンデンサなど、種々の蓄電素子に本発明を適用できる。また、容器の形状も角形に限定されない。

（５）溶接条件は、上記した例に限定されない。また、レーザ溶接に代えて、電子ビーム溶接により封止栓１２０，２２０を電池蓋１０２に溶接してもよい。
（６）さらに、塑性変形部を形成する第１の位置１Ａは、上記した例に限定されない。

（７）上記した実施の形態では、塑性変形部１２７，２２７，３２７，４２７を１カ所設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。２カ所以上、塑性変形部を設けてもよい。たとえば、図１４（ａ）に示すように、塑性変形部５２７を３カ所設けてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、塑性変形部６２７を４カ所設けてもよい。塑性変形部５２７，６２７を複数設ける場合、図１４に示すように、注液孔の中心軸Ｏ２を含む所定の仮想平面Ｓ５によって２分される領域Ｅ１，Ｅ２のうちの一方の領域Ｅ２のみに塑性変形部５２７，６２７を設け、他方の領域Ｅ１には塑性変形部５２７，６２７を設けないようにする。これにより、領域Ｅ１側に封止栓１２０を偏心させて、封止栓１２０を仮止めすることができる。

塑性変形部５２７，６２７を２カ所以上設ける場合、第１平面Ｓ１および第２平面Ｓ２は、次のように定義する。領域Ｅ２において周方向両端の塑性変形部間の任意の位置を基準位置ＢＰとし、基準位置ＢＰから注液孔の中心軸Ｏ２とを結ぶ線分Ｌを含む仮想平面を第１平面Ｓ１とする。たとえば、基準位置ＢＰは、図１４（ａ）に示すように、周方向両端の塑性変形部５２７間に設けられる中央の塑性変形部５２７に設定することができる。また、基準位置ＢＰは、図１４（ｂ）に示すように、周方向両端の塑性変形部６２７間のほぼ中央の位置を基準位置ＢＰとして設定することができる。第２平面Ｓ２は、第１平面Ｓ１に直交し、かつ、注液孔の中心軸Ｏ２を含む仮想平面とする。第１平面Ｓ１および第２平面Ｓ２を上記のように定義したとき、第２平面Ｓ２で２分される領域Ｆ１，Ｆ２のうち、基準位置ＢＰを有しない領域Ｆ１に溶接開始点ＳＰを設定することが好ましい。なお、図１４（ａ）および図１４（ｂ）では、第２平面Ｓ２と仮想平面Ｓ５とを同一平面とし、仮想平面Ｓ５により２分される領域Ｅ１，Ｅ２と、第２平面Ｓ２により２分される領域Ｆ１，Ｆ２とを、それぞれ同一の領域とした場合について説明したが、仮想平面Ｓ５と第２平面Ｓ２とは、同一平面とする場合に限定されない。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１Ａ 第１の位置、１Ｂ 第２の位置、１００ 角形二次電池、１０１ 電池缶、１０１ａ 幅広面、１０１ｂ 幅狭面、１０１ｃ 底面、１０２ 電池蓋、１０２ｈ 貫通孔、１０３ 電池容器、１０４ ガス排出弁、１０７ 電池蓋組立体、１０８ 絶縁ケース、１１０ 注液部、１１１ 注液孔、１１１ｉ 内周側面、１１２ 凹部、１１２ｂ 底面、１１２ｉ 内周側面、１２０ 封止栓、１２１ 筒部、１２１ａ 底部、１２１ｏ 外周側面、１２２ 鍔部、１２２ａ 突起部、１２２ｏ 外周側面、１２５ 中空部、１２７ 塑性変形部、１４１ 正極端子、１５０ ガスケット、１５１ 負極端子、１６０ 絶縁部材、１７０ 発電要素、１７１ 正極箔、１７２ 負極箔、１７３ セパレータ、１７４ 正極電極、１７５ 負極電極、１７６ 正極活物質合剤層、１７７ 負極活物質合剤層、１８１ 正極集電体、１８２ 負極集電体、１９０ 押圧治具、１９１ 押圧部、１９６ レーザ光、１９７ 照射領域、２１２ 凹部、２１２ａ 突起部、２１２ｉ 内周側面、２２０ 封止栓、２２２ 鍔部、２２２ｏ 外周側面、２２７ 塑性変形部、３２７ 塑性変形部、４２７ 塑性変形部、５２７ 塑性変形部、６２７ 塑性変形部

Claims (8)

1. 発電要素が収容された容器と、
   前記容器の一側面に設けられ、電解液を注入する注液孔を有する注液部と、
   前記注液孔を封止する封止栓とを備え、
   前記注液孔は、前記容器の一側面に凹設された凹部の底面に設けられ、
   前記封止栓は、前記注液孔に挿入される挿入部と、前記凹部に嵌合される嵌合部とを有し、
   少なくとも前記嵌合部の周縁部および前記凹部の開口周縁部のいずれか一方の所定位置に、前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とが当接される塑性変形部が形成され、
   前記封止栓が前記注液部に対して前記塑性変形部の反対側に偏心して配置され、
   前記注液孔を挟んで前記塑性変形部に対向する位置において前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とが当接し、前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面との全周に亘って溶接部が形成されていることを特徴とする蓄電素子。
2. 請求項１に記載の蓄電素子において、
   前記塑性変形部と前記注液孔の中心軸とを結ぶ線分を含む仮想平面を第１平面とし、
   前記第１平面に直交し、かつ、前記注液孔の中心軸を含む仮想平面を第２平面としたとき、
   前記第２平面で２分される領域のうち前記塑性変形部を有しない領域に、前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面との溶接開始点が設けられていることを特徴とする蓄電素子。
3. 請求項１または２に記載の蓄電素子において、
   少なくとも前記嵌合部の周縁部および前記凹部の開口周縁部のいずれか一方は、前記容器の一側面から前記容器の外方に向かって突出していることを特徴とする蓄電素子。
4. 容器内に発電要素を収容する収容工程と、前記容器の一側面に凹設された凹部の底面に設けられた注液孔から前記容器内に電解液を注入する注液工程と、封止栓により前記注液孔を封止する封止工程とを含む蓄電素子の製造方法であって、
   前記封止工程は、
   前記封止栓に設けられた挿入部を前記注液孔に挿入し、前記封止栓に設けられた嵌合部を前記凹部に嵌合する配置工程と、
   少なくとも前記嵌合部の周縁部および前記凹部の開口周縁部のいずれか一方における第１の位置を前記容器の外方から押圧して、前記第１の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とが当接される塑性変形部を形成するとともに、前記封止栓を前記凹部に対して前記塑性変形部の反対側に偏心させて、前記注液孔を挟んで前記塑性変形部に対向する第２の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを当接させることで仮止めする仮止め工程と、
   前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを、全周に亘って溶接する溶接工程とを含むことを特徴とする蓄電素子の製造方法。
5. 請求項４に記載の蓄電素子の製造方法において、
   前記仮止め工程は、少なくとも前記嵌合部の周縁部および前記凹部の開口周縁部のいずれか一方における第１の位置を前記容器の外方から押圧して、前記第１の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とが面接触される塑性変形部を形成するとともに、前記注液孔を挟んで前記塑性変形部に対向する第２の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを線接触させることを特徴とする蓄電素子の製造方法。
6. 請求項５に記載の蓄電素子の製造方法において、
   前記塑性変形部と前記注液孔の中心軸とを結ぶ線分を含む仮想平面を第１平面とし、
   前記第１平面に直交し、かつ、前記注液孔の中心軸を含む仮想平面を第２平面としたとき、
   前記溶接工程は、前記第２平面で２分される領域のうち前記塑性変形部を有しない領域に溶接開始点を設定し、前記溶接開始点から前記嵌合部の外周側面に沿って、前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを溶接することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
7. 請求項６に記載の蓄電素子の製造方法において、
   前記溶接工程は、前記第２の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを溶接した後に、前記第１の位置における前記嵌合部の外周側面と前記凹部の内周側面とを溶接することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
8. 請求項４または５に記載の蓄電素子の製造方法において、
   少なくとも前記嵌合部の周縁部および前記凹部の開口周縁部のいずれか一方は、前記容器の一側面から前記容器の外方に向かって突出した突起部であり、
   前記仮止め工程では、前記第１の位置における前記突起部を押圧して塑性変形部を形成することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
   

Images