(57)【要約】【課題】注液工程において電池缶内への電解液の注液を効率化して、製造コストの安価な角形二次電池の製造方法を得ること。【解決手段】角形二次電池１は、扁平状の電極群４と、電極群４の一対の扁平面が上下に延在する姿勢状態で電極群４を収容する角形の電池缶２と、電池缶２の上部を閉塞する電池蓋３と、電池蓋３に開口して設けられて電池缶２内に電解液を注液するための注液口７を有する。この角形二次電池１を製造する製造方法は、注液口７から電池缶２内に注液ノズル２２１を挿入して、注液ノズル２２１から電極群４と電池蓋３との間でかつ電極群４の横幅方向一方側に向かって電解液を吐出して、電池缶２内に注液する注液工程を含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平状の電極群と、該電極群の一対の扁平面が上下に延在する姿勢状態で前記電極群を収容する角形の電池缶と、該電池缶の上部を閉塞する電池蓋と、該電池蓋に開口して設けられて前記電池缶内に電解液を注液するための注液口と、を有する角形二次電池の製造方法であって、
前記注液口から前記電池缶内に注液ノズルを挿入して、該注液ノズルから前記電極群と前記電池蓋との間でかつ前記電極群の横幅方向一方側に向かって前記電解液を吐出して、前記電池缶内に注液する注液工程を含むことを特徴とする角形二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記角形二次電池は、前記電池缶が前記電極群の一対の扁平面に対向する一対の幅広側壁面と、前記電極群の横幅方向両側の一対の側端部に対向する一対の幅狭側壁面とを有し、前記注液口が前記電池蓋の一方の幅狭側壁面側に偏位した位置に設けられており、
前記注液工程では、前記一対の幅狭側壁面のうちの前記注液口に近い方の幅狭側壁面に向かって前記電解液を吐出させることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記角形二次電池は、前記電池缶が前記電極群の一対の扁平面に対向する一対の幅広側壁面と、前記電極群の横幅方向両側の一対の側端部に対向する一対の幅狭側壁面とを有し、前記注液口が前記電池蓋の一方の幅狭側壁面側に偏位した位置に設けられており、
前記注液工程では、前記一対の幅狭側壁面のうちの前記注液口に遠い側の幅狭側壁面に向かって前記電解液を吐出させることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池の製造方法。
【請求項４】
扁平状の電極群と、該電極群の一対の扁平面が上下に延在する姿勢状態で前記電極群を収容する角形の電池缶と、該電池缶の上部を閉塞する電池蓋と、該電池蓋に開口して設けられて前記電池缶内に電解液を注液するための注液口と、を有する角形二次電池の製造装置であって、
前記注液口から前記電池缶内に挿入されて前記電極群と前記電池蓋との間でかつ前記電極群の横幅方向一方側に向かって前記電解液を吐出する注液ノズルを有することを特徴とする角形二次電池の製造装置。
【請求項５】
前記電池缶は、前記電極群の一対の扁平面に対向する一対の幅広側壁面と、前記電極群の横幅方向両側の一対の側端部に対向する一対の幅狭側壁面を有しており、
前記注液ノズルは、前記一対の幅狭側壁面のうちの一方の幅狭側壁面に向かって開口する吐出部を有することを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池の製造装置。
【請求項６】
前記電池蓋は、前記一対の幅狭側壁面のうちの一方側に偏位した位置に前記注液口が設けられており、
前記吐出部は、前記一対の幅狭側壁面のうちの前記注液口に近い方の幅狭側壁面に向かって開口して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の角形二次電池の製造装置。
【請求項７】
前記注液ノズルは、前記注液口に挿入されて前記電解液が流通される挿入部と、該挿入部を通過した前記電解液の流れを前記吐出部の方向に向かって変換するための方向変換部を有することを特徴とする請求項６に記載の角形二次電池の製造装置。
【請求項８】
前記方向変換部は、前記電池缶の上方から下方に向かって移行するにしたがって前記吐出部の方向に向かって漸次移行する傾斜面又は凹曲面を有することを特徴とする請求項７に記載の角形二次電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車載用途等に使用される角形二次電池の製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、種々の形状を有したものが存在するが、その中でも角形二次電池は、体積効率が高く、車載用途として採用されている。
【０００３】
高性能な二次電池を実現するために、電池缶内の無駄なスペースを削減して電極群の占める容積を増やす傾向にある。かかる状況では、電池缶内に電解液を注液する注液工程により時間を要するため、電池の製造コストの増加や電池特性の劣化が課題となる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、電極群を電池缶内に収納した後、電解液を注液する電池の製造方法が開示されている。この方法によると、電極群を収納した電池缶と電解液とを加温した状態で、常圧状態と減圧状態とのサイクルを少なくとも２回以上繰り返し、電解液を分割注液することにより注液の効率化が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４-２４１２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、電池缶内への電解液の注液方法が考慮されていない。封口板に設けられた注液口より電池缶内に注液された電解液は、比較的隙間の広い電極群の縁を伝って缶底に流入する。電解液を電極群に向かって垂直方向に注液した場合には、電解液は電極群の上面で電極群の幅方向に分岐して流れ、電極群の上面の両端部から缶底方向に流入する。この場合、流入する電解液が電池缶内の空気の排気経路を覆って電池缶内における電解液と空気の置換を阻害するため、缶底部から一定高さの空間に空気が残留する。缶底部の空気は時間とともに電解液に置換されるが、量産性のある処理時間内、例えば数分以内ではほとんど置換が進行せず、電池缶内への電解液の注液に必要な時間が長くなる。
【０００７】
また、注液された電解液の電極群内への浸透を促進するために、電解液の注液に続いて電池缶内を減圧状態にすることがあるが、缶底部に多量の空気が残留していると、この空気が膨張して電解液が押し上げられて注液孔に付着するリスクが高くなる。注液孔近傍に電解液が付着すると、注液終了後に注液孔に注液栓を取り付けてレーザ溶接で封止する時に、溶接の熱により注液孔と注液栓との間に溶接不良を引き起こす可能性がある。従って、溶接不良のリスクを下げるためには、注液を複数回に分けて、一度の注液量を少なく設定する必要があるため、注液工程の時間が長くなり、電池の製造コストが増加する。
【０００８】
本発明の目的は、電池缶内への電解液の注液を効率化して、製造コストの安価な角形二次電池の製造方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、  扁平状の電極群と、該電極群の一対の扁平面が上下に延在する姿勢状態で前記電極群を収容する角形の電池缶と、該電池缶の上部を閉塞する電池蓋と、該電池蓋に開口して設けられて前記電池缶内に電解液を注液するための注液口と、を有する角形二次電池の製造方法であって、前記注液口から前記電池缶内に注液ノズルを挿入して、該注液ノズルから前記電極群と前記電池蓋との間でかつ前記電極群の横幅方向一方側に向かって前記電解液を吐出して、前記電池缶内に注液する注液工程を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池缶内に電解液を注液する際に、電池缶内の空気と電解液の効率的な置換が可能になるため、注液工程の時間を短縮することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係わる角形二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示す角形二次電池の分解斜視図。
【図３】実施形態に係わる角形二次電池の製造方法を説明するフローチャート。
【図４】実施形態に係わる角形二次電池の注液装置の概念図。
【図５Ａ】実施形態における注液ノズルを注液口に挿入した状態を示す断面図。
【図５Ｂ】実施形態における他の注液ノズルを注液口に挿入した状態を示す断面図。
【図５Ｃ】実施形態における他の注液ノズルを注液口に挿入した状態を示す断面図。
【図６】電池蓋の注液口近傍を拡大して示す平面図。
【図７】電池缶内に注液された電解液の流れを説明する断面概念図。
【図８】封止栓により注液口を封止した状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示す角形二次電池の分解斜視図である。
【００１４】
角形二次電池１は、電気自動車やハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等に用いられる車載用のリチウムイオン二次電池である。角形二次電池１は、図１および図２に示すように、電池缶２と電池蓋３を備えている。電池缶２は、長方形の底壁面ＰＢと、底壁面ＰＢの二つの長辺部でそれぞれ折曲されて対峙する一対の幅広側壁面ＰＷと、底壁面ＰＢの二つの短辺部でそれぞれ折曲されて対峙する一対の幅狭側壁面ＰＮとを有する角形形状を有しており、上部には、上方に向かって開放された長方形の開口部２ａが形成されている。
【００１５】
電池缶２には、後述する電極群（捲回体）４が収容されている。そして、電池缶２の開口部２ａが、電池蓋３によって封口されている。電池蓋３は、一対の幅広側壁面ＰＷの上端部間および一対の幅狭側壁面ＰＮの上端部間に亘って電池缶２の開口部２ａを閉塞する長方形の平板形状を有している。電池缶２と電池蓋３は、共にアルミニウム合金で製作されており、レーザ溶接によって液密に溶接されて、直方体形状の密閉容器を構成する。
【００１６】
電池蓋３には、絶縁部材を介して正極端子５Ａと負極端子５Ｂが配設されている。正極端子５Ａと負極端子５Ｂは、電池蓋３の長辺方向一方側と他方側に離れて配設されている。この正極端子５Ａと負極端子５Ｂを介して電極群４から外部負荷に電力が供給され、また、外部で発電された電力が電極群４に充電される。
【００１７】
そして、電池蓋３には、正極端子５Ａ及び負極端子５Ｂの他に、ガス排出弁６と注液口７が配設されている。ガス排出弁６は、電池蓋３の長辺方向中央位置に配置され、注液口７は、ガス排出弁６と負極端子５Ｂとの間の位置に配置されている。ガス排出弁６は、電池缶２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて、電池缶２内のガスを排出して電池缶２内の圧力を低減し、角形二次電池１の安全性を確保する構成を有している。
【００１８】
注液口７は、電池缶２の開口部２ａを電池蓋３で封口した後に、電池缶２内に電解液を注液するのに用いられるものである。電解液の注液は、注液装置２００（図４参照）を用いて行われる。注液口７は、電池缶２内に電解液を注液した後、封止栓８によって封止される。注液口７は、電池蓋３の長辺方向中央位置よりも負極端子５Ｂ側に偏位した位置に設けられている。
【００１９】
角形二次電池１の電池缶２内には、図２に示すように、絶縁シート９を介して電極群４が収容されている。電極群４は、正極と負極を間にセパレータを介在させて捲回することによって構成されている。電極群４は、一対の扁平面と一対の湾曲面を有する扁平形状を有しており、捲回軸方向両側には一対の側端部が形成されている。
【００２０】
電極群４は、捲回軸方向が横向きになりかつ一対の扁平面が上下に延在する姿勢状態で電池缶２内に収容されて、電池缶２の各幅広側壁面ＰＷに電極群４の各扁平面がそれぞれ対向し、電池缶２の各幅狭側壁面ＰＮに電極群４の各側端部が対向する。そして、下方の湾曲面が電池缶２の底壁面ＰＢに対向し、上方の湾曲面が電池缶２の開口部２ａ内に配置されている。
【００２１】
電極群４の扁平厚さは、電極群４の幅広面と電池缶２の幅広側壁面ＰＷとが間に絶縁シート９を介して接面し、電極群４を電池缶２内に所定の押圧力で押し込むことによって挿入できる寸法に設定されている。電極群４の捲回軸方向長さは、電池缶２内に収容された状態で電極群４の横幅方向両側の一対の側端部と電池缶２の幅狭側壁面ＰＮとの間に所定の間隙が形成される寸法に設定されている。電極群４の捲回軸方向一方側の側端部には、正極金属箔露出部からなる正極接続部４Ａが形成され、電極群４の捲回軸方向他方側の側端部には、負極金属箔露出部からなる負極接続部４Ｂが形成されている。
【００２２】
正極接続部４Ａは、正極集電板１１Ａを介して正極端子５Ａに接続され、負極接続部４Ｂは、負極集電板１１Ｂを介して負極端子５Ｂに接続される。正極集電板１１Ａは、正極端子５Ａに一端が接続され、正極端子５Ａから電池缶２の缶底（底壁面ＰＢ）に向かって延出して、他端が正極接続部４Ａに接続される。負極集電板１１Ｂは、負極端子５Ｂに一端が接続され、負極端子５Ｂから電池缶２の缶底（底壁面ＰＢ）に向かって延出して、他端が負極接続部４Ｂに接続される。
【００２３】
正極端子５Ａと正極集電板１１Ａは、アルミニウム合金で製作され、負極端子５Ｂと負極集電板１１Ｂは、銅合金で製作されている。正極端子５Ａと正極集電板１１Ａ、および、負極端子５Ｂと負極集電板１１Ｂは、それぞれ電池蓋３との間に絶縁性シール部材（ガスケット）１２Ａ、１２Ｂおよび絶縁部材１３Ａ、１３Ｂが介在されており、電池蓋３から電気的に絶縁されている。電池蓋３には、絶縁性シール部材（ガスケット）１２Ａ、１２Ｂが係合する貫通穴３ａ、３ｂが開口形成されている。
【００２４】
なお、本実施の形態では、電極群４が捲回体の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、矩形状を有する複数枚の正極と負極とを間にセパレータを介して積層した積層体を電極群４として用いてもよい。
【００２５】
図３は、本実施の形態における角形二次電池の製造工程の手順を示すフローチャートである。
まず、電極群４を作製する（ステップＳ１）。電極群４は、正極と負極を間にセパレータを介在させて扁平状に捲回することによって作製される。電極群４は、正極接続部４Ａと負極接続部４Ｂに、それぞれ超音波溶接により正極集電板１１Ａと負極集電板１１Ｂが接続される。正極集電板１１Ａと負極集電板１１Ｂは、それぞれ電池蓋３に予め取り付けられており、蓋組立体を構成している。そして、蓋組立体の正極集電板１１Ａと負極集電板１１Ｂに電極群４の正極接続部４Ａと負極接続部４Ｂを接続して支持させることにより発電要素組立体が構成されている。
【００２６】
次に、発電要素組立体の電極群４の部分を電池缶２内に挿入する（ステップＳ２）。電極群４は、その周囲を絶縁シート９（図２を参照）で覆われた状態で電池缶２内に挿入される。電極群４は、電極群４の幅広面と電池缶２の幅広側壁面ＰＷとの間に絶縁シート９を介して接面して所定の押圧力で押し込むことによって電池缶２内に挿入される。電極群４は、電池缶２内に収容された状態で電極群４の横幅方向両側の一対の側端部と電池缶２の幅狭側壁面ＰＮとの間に所定の間隙が形成されている。
【００２７】
絶縁シート９は、正極集電板１１Ａと負極集電板１１Ｂごと電極群４を覆い、電極群４と電池缶２との間を絶縁する。電極群４の電池缶２への挿入により、電池缶２の開口部２ａは、電池蓋３で閉塞される。かかる状態で、電池蓋３を電池缶２にレーザ溶接して、開口部２ａを封口する（ステップＳ３）。以上の工程により、電解液を注液する前の電池部材１Ａ（図４を参照）が形成される。
【００２８】
次に、この電池部材１Ａを注液装置２００（図４を参照）内に搬送して、電池蓋３の注液口７から電池缶２内に電解液を注液する（ステップＳ４）。ここでは、注液口７から電池缶２内に注液ノズル２２１を挿入して、注液ノズル２２１から電極群４と電池蓋３との間でかつ電極群４の横幅方向一方側に向かって電解液を吐出して、電池缶２内に注液する。
【００２９】
そして、電池缶２内に所定量の電解液を注液した後、封止栓８を注液口７に取り付けてレーザ溶接し、注液口７を液密に封止する（ステップＳ５）。封止後に一定時間静置して、電極群４内の正極板、負極板、およびセパレータ内に電解液を十分に含浸させる（ステップＳ６）。その後、正極端子５Ａと負極端子５Ｂを介して充放電し、適切な充電状態、温度環境で静置（エージング）することにより（ステップＳ７）、角形二次電池１（図１を参照）が完成する。
【００３０】
図４は、本実施の形態における注液装置の全体構成を説明する概念図である。
注液装置２００は、電解液を貯留する電解液タンク２０１と、電解液タンク２０１に接続された注液通路２０２と、電池部材１Ａを収納する密閉容器２１０と、容器内の空気を排気する排気通路２０４と、注液通路２０２を開閉する注液バルブ２０３と、排気通路２０４を開閉する排気バルブ２０５と、電池部材１Ａの注液口７に挿入される注液ノズル２２１を備えている。
【００３１】
密閉容器２１０は、上下に分割可能な構造を有しており、電池部材１Ａを起立した姿勢状態で保持するケース２１２と、ケース２１２の上部を閉塞してケース２１２との間に密閉された空間を形成するケース蓋２１１を有している。ケース蓋２１１には、注液通路２０２と排気通路２０４が固定されており、それぞれ密閉容器２１０内に連通している。
【００３２】
注液ノズル２２１は、ケース蓋２１１に一体に設けられており、基端が注液通路２０２に連通して接続されている。注液ノズル２２１は、ケース蓋２１１から下方に向かって突出しており、電池部材１Ａの上方で注液口７の貫通孔２１に対向する位置に配置されている。そして、ケース蓋２１１でケース２１２の上部を閉塞することによって、注液口７の貫通孔２１内に注液ノズル２２１の先端が挿入されるようになっている。注液ノズル２２１は、注液口７から電池缶２内に挿入されて電極群４と電池蓋３との間でかつ電極群の横幅方向一方側である負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって電解液を吐出する構成を有する。
【００３３】
図４を用いてステップＳ４の注液工程の詳細について説明する。
まず、電池部材１Ａが注液装置２００内に搬送供給されて起立した姿勢状態で予め設定された保持位置に保持されると、密閉容器２１０のケース蓋２１１が下降して電池部材１Ａが密閉容器２１０に収納され、同時に電池蓋３の注液口７の貫通孔２１に注液ノズル２２１が挿入される。次に、注液バルブ２０３を開放して、電解液タンク２０１から注液通路２０２に電解液を流入させ、注液通路２０２から電池缶２内に電解液を注液する。電池缶２内の空気は、電池缶２内に注液された電解液の液量に応じて、注液口７の貫通孔２１と注液ノズル２２１との隙間から電池缶２の外部に排気される。
【００３４】
排気通路２０４の先には、図示しない減圧装置と加圧装置と大気解放弁が配置されており、図示しない切替弁によりいずれか一つを選択して接続を切り替えることができるようになっている。注液を短時間で効率的に行うために、注液バルブ２０３の開閉により注液動作を複数回に分けて、注液動作の合間に排気バルブ２０５を開閉する。その際、減圧装置と加圧装置と大気解放弁を用いて電池缶２内の気圧を適切に調節することにより、電極群４内部の空隙にある空気と電解液の置換を促進させることができる。所定量の電解液を注液した後、注液ノズル２２１を注液口７から退避させ、封止栓８を注液口７に取り付けてレーザ溶接し、注液口７を液密に封止する。
【００３５】
図５Ａ〜図５Ｃは、注液ノズルを注液口の貫通孔に挿入した状態を示す断面図である。
注液ノズル２２１は、電池缶２の一対の幅狭側壁面ＰＮのうちの一方の幅狭側壁面ＰＮに向かって開口する吐出部２２３を有している。そして、注液口７の貫通孔２１に挿入されて電解液が流通される挿入部２２２と、挿入部２２２を通過した電解液の流れを吐出部２２３の方向に向かって変換するための方向変換部２２４を有している。注液ノズル２２１は、方向変換部２２４によって、電解液の流れ方向を電極群４の捲回軸方向に直交する方向から捲回軸方向と略平行になるように変換することができる。吐出部２２３は、注液口７に近い方の幅狭側壁面ＰＮである負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって開口している。
【００３６】
図５Ａに示す注液ノズル２２１は、注液口７の貫通孔２１よりも小径の円筒形状を有する挿入部２２２と、挿入部２２２の先端に設けられた方向変換部２２４ａと、負極接続部の方向に向かって開口して方向変換部２２４ａにより方向変換された電解液が吐出される吐出部２２３と、を有している。方向変換部２２４ａは、挿入部２２２の軸方向に対して傾斜した傾斜面を有している。傾斜面は、電池缶２の上方から下方に向かって移行するにしたがって吐出部２２３の方向に向かって漸次移行するように傾斜している。この傾斜面によって電解液の流れ方向を挿入部２２２の軸方向に直交する方向であって電極群４の捲回軸方向と略平行になる方向に変換することができる。電解液は、図中に太矢印で示すように、注液ノズル２２１の挿入部２２２を通過して吐出部２２３から電池缶２の負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出される。
【００３７】
図５Ｂに示す注液ノズル２２１の方向変換部２２４ｂは、挿入部２２２の軸方向に対して直交する直交面を有しており、この直交面によって電解液の流れ方向を挿入部２２２の軸方向に直交する方向であって電極群４の捲回軸方向と略平行になる方向に変換することができる。電解液は、図５Ａに示す構成と同様に、吐出部２２３から電池缶２の負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出される。
【００３８】
図５Ａ及び図５Ｂに示す注液ノズル２２１の場合、突出部２２３が挿入部２２２の外径よりも径方向外側に突出していないので、注液口７の貫通孔２１の大きさを挿入部２２２の外径よりも若干大きい大きさとすることができる。したがって、貫通孔２１の大きさが大きくなるのを防ぎ、電池蓋３の剛性を高く維持でき、電池蓋３の製造を容易なものにできる。また、貫通孔２１の大きさを小さくすることで、封止栓８も小型化でき、それに応じて封止栓８の溶接面積も小さくでき、溶接不良のリスクを低減することができる。
【００３９】
注液ノズル２２１の方向変換部２２４の形状には、上記目的を達する範囲において特に制限は無く、例えば図５Ｃに示す方向変換部２２４ｃのように、電池缶２の上方から下方に向かって移行するにしたがって吐出部の方向に向かって漸次移行する凹曲面であっても良く、また、注液ノズル２２１の吐出部２２３が注液ノズル２２１の直径方向の外形に対して突出する構成を有していても良い。
【００４０】
電解液は、注液ノズル２２１の挿入部２２２内を電極群４に向かって略垂直方向に流れた後に、方向変換部２２４（２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ）により負極接続部側の幅狭側壁面ＰＮの方向（図５Ａ〜図５Ｃでは左側）に向かって開口した吐出部２２３に向けて略９０°流れる方向が変換されて吐出部２２３から電池缶２内に吐出され、電池缶２内を負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって捲回軸方向と略平行な方向に流れる。
【００４１】
図５Ｃに示す注液ノズル２２１の場合、吐出部２２３が挿入部２２２の径方向外側に突出しているので、吐出部２２３から吐出させた電解液が飛散し難く、吐出方向を正確に制御することができる。特に、方向変換部２２４ｃは、凹曲面によって電解液の流れを変換しているので、流れの方向性を付けやすく、所定の方向に向かって真っ直ぐに吐出させることができる。ただし、開口部２２３が注液ノズル２２１の直径方向に突出しているので、突出長さが大きくなるのに応じて注液口７の貫通孔２１の直径を大きくする必要がある。注液口７の貫通孔２１の直径を大きくし過ぎると電池蓋３の剛性が弱くなり、変形し易くなるため、好ましくない。従って、注液ノズル２２１の開口部は、注液ノズル２２１の直径方向の外形に対して極力突出しない構造が望ましい。
【００４２】
図６は、電池蓋の注液口近傍を拡大して示す平面図である。
注液口７は、例えば図５や図６に示すように、電池蓋３の表面に凹設された平面視略円形の凹部２２と、凹部２２の凹部底面２３に開口して電池蓋３を貫通する貫通孔２１を有している。貫通孔２１は、丸穴形状を有しており、凹部２２の中心位置に開口形成されている。貫通孔２１は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、直径ｄ１を有しており、凹部２２は、貫通孔２１よりも大きな直径ｄ２を有している。貫通孔２１の上端部の周囲には、全周に亘って凹部底面２３が配置されている。注液口７は、例えば電池蓋３をプレス成形する際に一体に成形することができる。
【００４３】
図７は、本実施の形態の注液方法により電池缶内に注液された電解液の流れを説明する断面概念図である。
【００４４】
注液装置２００では、注液ノズル２２１が貫通孔２１に挿入されると、注液ノズル２２１の先端から電解液を吐出させて、電池缶２内に電解液を注液する。
【００４５】
注液ノズル２２１の先端は、電解液が電極群４の捲回軸方向と略平行に吐出されるように負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって開口している。注液ノズル２２１から吐出された電解液は、図７に矢印で示すように、電池缶２内で電池蓋３と電極群４との間に形成される上部空間を伝って、負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって流れる。そして、電極群４の捲回軸方向の一方端部と電池缶２の幅狭側壁面ＰＮとの間に流れ込み、電池缶２の底壁面ＰＢに向かって下方に流れ、底壁面ＰＢに達すると底壁面ＰＢに沿って正極接続部の方向に向かって流れる。
【００４６】
そして、底壁面ＰＢと電極群４の間に形成される下部空間が電解液で満たされると、電解液は、電池缶２内で電極群４の捲回軸方向の他方端部と正極接続部側の幅狭側壁面ＰＮとの間を電池缶２の上方に向かって流れる。
【００４７】
このように、ステップＳ４の注液工程において、電解液は、注液口７から近い方である負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出される。したがって、電極群４と電池蓋３との間の上部空間から電極群４の負極側の側端部と電池缶２の負極側の幅狭側壁面ＰＮとの間の間隙に電解液を迅速に流し込むことができ、短時間で電池缶２の缶底まで到達させることができる。そして、電池缶２の缶底の空気を、電極群４の正極側の側端部と電池缶２の正極側の幅狭側壁部ＰＮとの間の間隙に通過させて、電極群４と電池蓋３との間の上部空間に到達させることができる。電池缶２内の空気は、図５Ａ〜図５Ｃに破線矢印で示すように、注液口７の貫通孔２１と注液ノズル２２１との隙間から電池缶２の外部に排気される。したがって、電池缶２内における空気と電解液との効率的な置換が可能となり、注液工程の時間を短縮することができる。
【００４８】
一連の電解液の流れにより、電池缶２内の空気は電池缶２の底壁面ＰＢと電極群４の間に形成される下部空間に留まることなく注液口７より電池缶２の外に排出される。電解液の注液量の増加に伴い、電池缶２内で電解液の液面が上昇し、主として電極群４の捲回群方向両端の正極接続部と負極接続部から電極群４の内部に電解液が浸透する。
【００４９】
本実施形態では、電池缶２の底壁面ＰＢと電極群４との間に形成される下部空間に空気を滞留させることなく電解液を注液できるので、電池缶２内の空気と電解液との置換を効率的に行うことができる。また、電解液の注液後に電極群４への電解液の浸透を促進するために注液装置２００の内部を減圧した場合に、当該空間の空気の膨張による電解液の液面上昇が無いので、電解液が注液口７近傍の溶接部に付着することが無い。
【００５０】
図８は、封止栓により注液口を封止した状態を示す断面図である。
注液口７は、電解液を注液した後、封止栓８によって封止される。封止栓８は、注液口７の凹部２２に嵌合可能な円板部８ａと、円板部８ａの下面から突出して注液口７の貫通孔２１内に嵌合可能な凸部８ｂを有しており、円板部８ａと凸部８ｂとの間には注液口７の凹部底面２３に接面する段差面８ｃが形成されている。
【００５１】
封止栓８は、凸部８ｂが注液口７の貫通孔２１内に嵌合され、円板部８ａが注液口７の凹部２２に嵌合されて、段差面８ｃが注液口７の凹部底面２３に接面した状態で、溶接部ｗが円板部８ａと凹部２２との境界部分に沿って全周に亘って形成されるように、電池蓋３にレーザ溶接される。
【００５２】
封止栓８は、図８に示すように、封止栓８の段差面８ｃが注液口７の凹部底面２３に接面した状態で溶接されるので、面接触している面積をより広く確保することができ、注液口７を確実に封止することができる。そして、封止栓８の段差面８ｃと注液口７の凹部底面２３との間は、貫通孔２１の周りに沿って全周に亘って接面されているので、密閉の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
本実施の形態における電解液の注液方法によれば、電解液が注液口７近傍の溶接部に付着するのを防ぐことができるので、封止栓８をレーザ溶接する際に、溶接不良が発生するリスクをなくすことができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、注液口７に近い方の幅狭側壁面ＰＮである負極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出する場合を例に説明したが、注液口７から遠い方の幅狭側壁面ＰＮである正極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出させてもよい。注液口７に近い方向幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出させた場合、吐出速度を上昇させすぎると、電池缶２内で電解液の跳ね返りが発生し、跳ね返り量が多くなると注液口７に付着する可能性がある。そのような場合は、注液口７から遠い方の幅狭側壁面ＰＮである正極側の幅狭側壁面ＰＮに向かって吐出させることで、電池缶２内における電解液の跳ね返りを抑制して、跳ね返った電解液が注液口７に付着するのを効果的に防ぐことができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  角形二次電池
１Ａ  電池部材
２  電池缶
３  電池蓋
４  電極群
７  注液口
８  封止栓
２１  貫通孔
２２  凹部
２３  凹部底面
２００  注液装置
２０２  注液通路
２０４  排気通路
２１０  密閉容器
２１１  ケース蓋
２１２  ケース
２２１  注液ノズル
２２２  挿入部
２２３  吐出部
２２４  方向変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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