(57)【要約】【課題】密閉性が確保可能で軽量の密閉型電池を提供する。【解決手段】リチウムイオン電池は、正極および負極をセパレータを介して配置した電極群と、非水電解液と、電極群および非水電解液を収容する電池ケース１と、電池ケース１に形成され非水電解液を注液するための注液孔５と、注液孔５を封止する板状の封止栓６と、を備えている。注液孔５は、蓋板１ｂの外面に座ぐりで形成された凹部５ａと、該凹部５ａの中央を含む位置に形成された注液貫通孔５ｂとを有しており、封止栓６の底には両面テープ７が配されており、封止栓６は凹部５ａに嵌入されているとともに、凹部５ａ上面と封止栓６の底とが両面テープ７を介して密着しており、封止栓６の周縁部が凹部５ａ周縁の蓋板１ｂに接合され密閉されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極をセパレータを介して配置した電極群と、
前記電極群を浸潤する電解液と、
前記電極群および前記電解液を収容する電池ケースと、
前記電池ケースに形成され前記電解液を注液するための注液孔と、
前記注液孔を封止する板状の封止栓と、
を備え、
前記注液孔は、前記電池ケースの外面に形成された凹部と、該凹部の中央を含む位置に形成された貫通孔部とを有しており、
前記封止栓の底には粘着剤が塗着されており、
前記封止栓は前記注液孔の凹部に嵌入されているとともに、前記注液孔の凹部上面と前記封止栓の底とが前記粘着剤を介して密着しており、前記封止栓の周縁部が前記注液孔の凹部周縁の前記電池ケースに接合され密閉されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記注液孔の貫通孔部は前記凹部の中心の周りに形成されたものであり、前記封止栓は金属板であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記封止栓は、プレス加工で形成されたものであり、前記粘着剤は、両面テープであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記封止栓の底に塗着された粘着剤は、前記注液孔の貫通孔部に対応する箇所を避けるように塗着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型電池に係り、特に、正負極がセパレータを介して配置された電極群および電解液を収容する電池ケースと、電池ケースに形成され電解液を注液するための注液孔と、注液孔を封止する封止栓とを備えた密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電気自動車や据置型電力供給装置などの電源として用いられる大電流充放電用途の密閉型電池では、正負極がセパレータを介して配置された電極群が電解液に浸潤されて電池ケース内に収容されている。このような電極群には、正負極をセパレータを介して捲回した捲回式電極群や正負極をセパレータを介して積層した積層式電極群が広く知られている。また、電解液には、鉛電池等で用いられる水系電解液のほか、リチウムイオン二次電池等で用いられている非水系電解液が知られている。
【０００３】
ところで、電池ケースには、一般に、電解液を注入するための注液孔が形成されており、密閉型電池は、電解液の注液後、注液孔が封止栓で封止された密閉構造が採られている。このような密閉構造を採る電池として、電池ケースの上部開口部に封止栓を載置して接合するとともに、封止栓ないし電池ケースに形成された注液孔を介して電解液を注液した後、注液孔の壁面に合致する樹脂製の密挿段部を有する封止栓を注液孔に嵌合させ、レーザ溶接により注液孔を封止栓で封止した密閉型電池（例えば、特許文献１参照）や、電池ケースの外側から注液孔を覆うようにシート材を接着ないし粘着させるとともに、電池ケースの外側からこのシート材を覆うように金属製で板状の封止栓を配置し、封止栓の周囲を電池ケースに接合した密閉型電池（例えば、特許文献２参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０６１５６号公報
【特許文献２】特開２０００−２１５８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような密閉構造では、封止栓で注液孔を封止する際に、封止栓の頭部（鍔）の下面が注液孔の周縁近傍に当接するため、注液孔の周縁近傍に電解液が残留していると、電解質が析出したときに、封止栓を注液孔に嵌合させる際に封止栓の頭部の下面が析出した電解質に当たって、封止栓が例えば斜めに傾いた状態で注液孔に嵌合され、あるいは析出した電解質の厚さの分だけ、注液孔の周縁付近が封止栓の頭部で余分に押し上げられる。このような場合、封止栓の頭部の下面と注液孔の周縁部との間に隙間が生じ、封止栓と注液孔との接合部にピンホールが発生しやすくなり、電池の密閉性を確保する上での課題がある。
【０００６】
一方、特許文献２のような密閉構造では、注液孔を封止する際にシート材で覆い、金属製で板状の封止栓を用いて注液栓の周囲を電池ケースに接合するため、密閉性の確保の上での問題は生じない反面、注液孔が形成された凹部にシート材を挿入しさらに注液栓も挿入嵌合させることから、注液孔が形成された電池ケースの面厚が厚くなり、内部の容量に影響を及ぼし、また、工数や部品数も増加する、という課題がある。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、密閉性が確保可能で軽量の密閉型電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、密閉型電池であって、正極および負極をセパレータを介して配置した電極群と、前記電極群を浸潤する電解液と、前記電極群および前記電解液を収容する電池ケースと、前記電池ケースに形成され前記電解液を注液するための注液孔と、前記注液孔を封止する板状の封止栓と、を備え、前記注液孔は、前記電池ケースの外面に形成された凹部と、該凹部の中央を含む位置に形成された貫通孔部とを有しており、前記封止栓の底には粘着剤が塗着されており、前記封止栓は前記注液孔の凹部に嵌入されているとともに、前記注液孔の凹部上面と前記封止栓の底とが前記粘着剤を介して密着しており、前記封止栓の周縁部が前記注液孔の凹部周縁の前記電池ケースに接合され密閉されている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明において、注液孔の貫通孔部は凹部の中心の周りに形成され、封止栓は金属板であってもよい。また、組立性を高めるために、封止栓は、プレス加工で形成され、粘着剤は、両面テープであることが好ましい。さらに、封止栓の底に塗着された粘着剤は、注液孔の貫通孔部に対応する箇所を避けるように塗着されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、注液孔を封口する際には封止栓に粘着剤を塗着させることから、例えば封止栓で封口する前にシート材で覆うように接着させて、さらに板状の封止栓を配置して封止栓の周囲を電池ケースに接合する場合のように、凹部にシート材と封止栓が挿入されることで凹部の深さを深くして内部の容量にも影響を及ぼし、また工数や部品点数も増やさなければならないということもなく、さらに、封止栓の底部と嵌合する凹部の間を粘着剤で塗着して密着させることで電解液の這い上がりや蒸発を遮断でき、そして、封止栓の周縁部を凹部の周縁部に接合する際に接合ビートに電解液の影響でピンホールなどの接合不良の発生を確実に防止できる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のリチウムイオン電池の外観斜視図である。
【図２】注液孔に封止栓を嵌合させる前の実施形態のリチウムイオン電池を上方から見たときの部分拡大斜視図である。
【図３】注液孔に封止栓を嵌合させる前の実施形態のリチウムイオン電池を下方から見たときの部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を密閉型リチウムイオン電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池１０（以下、単に電池１０という。）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製で角型の電池ケース１を有している。電池ケース１は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の板材を深絞り成形し上部に矩形状（左右横長）の開口を有する有底箱状の電池缶１ａと、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の板材をプレス成形した矩形状の蓋板１ｂとで構成されており、電池缶１ａの開口周縁に蓋板１ｂの外周縁がＹＡＧレーザでシーム溶接されることで電池ケース１が形成されている。
【００１４】
電池ケース１内には、図示を省略した電極群が後述する非水電解液に浸潤されて収容されている。本実施形態の電極群は、帯状の正極と帯状の負極との間に帯状のセパレータを介在させ扁平渦巻き状に捲回して作製したものであるが、以下、簡単にその作製手順を説明する。
【００１５】
（正極）
正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物（例えば、スピネル構造や層状岩塩構造を有したマンガン酸リチウム、結晶中のリチウムやマンガンの一部をそれら以外の元素で置換ないしドープしたマンガン酸リチウム）粉末と、導電材として炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、有機溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散混合してスラリを作製する。このスラリを正極集電体となる厚みが２０μｍのアルミニウム箔の両面に所定幅で塗布し、乾燥後、プレスして一体化する。その後、正極集電体の長手方向に沿う一側に形成されたスラリ未塗布部（無地部）を切り欠くことにより正極リード片を有する正極を作製する。
【００１６】
（負極）
負極活物質としてリチウムイオンを放出／吸蔵可能な炭素材（例えば、非晶質炭素）と、結着剤としてＰＶＤＦとを、有機溶媒のＮＭＰに投入混合してスラリを作製する。このスラリを負極集電体となる厚みが１０μｍの圧延銅箔の両面に所定幅で塗布し、乾燥後、プレスして一体化する。その後、負極集電体の長手方向に沿う一側に形成されたスラリ未塗布部（無地部）を切り欠くことにより負極リード片を有する負極を作製する。
【００１７】
（電極群）
正極と負極との間に、ポリエチレン微多孔膜からなる２枚のセパレータを介在させて、板状の軸芯を中心に捲回し扁平状の電極群を作製する。電極群は、一般の量産態様においては、軸芯を回転可能に装着するための装着部と、モータを有し装着部を回転駆動する駆動部と、フープ状の正極、負極およびロール状のセパレータを供給する供給部と、供給部からそれぞれ供給される正極、負極およびセパレータを所定の長さで切断するカッタとを備えた捲回装置を用いて作製される。このとき、正極リード片および負極リード片は、互いに反対側に電極群の両端面から突き出すように捲回される。また、軸芯の両端部は電極群の両端面からそれぞれ突出している。電極群は巻き解けを防止するために、捲回終端に位置するセパレータの端部が粘着テープで固定される。電極群の両端面から突出した軸芯の両端部が電池ケース１内で固定されることで、電極群は電池ケース１内に収容されている。
【００１８】
蓋板１ｂの両端部（図１の左右端部）には、アルミニウム製の正極端子３および銅製の負極端子４が立設されている。これら正極端子３および負極端子４は、それぞれ、蓋板１ｂに予め形成された取り付け孔（不図示）に、蓋板１ｂとの電気的接触を避けるためのエポキシ樹脂製絶縁材を介してボルトネジ締結により固定されており、取り付け孔とこれら端子間に配置されたＯリングにより電池内部の機密性が確保されている。
【００１９】
電極群の互いに反対側の両端面から突き出した正極リード片および負極リード片は、電池缶１ａ内で集結され、それぞれアルミニウム製および銅製の板状の集電部材に溶接されており、アルミニウム製および銅製の導電部材を介して正極端子３および負極端子４に接続されている。
【００２０】
（注液孔密封構造）
図２および図３に示すように、上蓋１ｂの正極端子３の近傍には、非水電解液を注液するための注液孔５が形成されている。注液孔５は、上蓋１ｂの外面に形成された凹部５ａと、凹部５ａに形成された注液貫通孔５ｂとを有している。凹部５ａは、蓋板１ｂに座ぐりで形成された円形の窪みで、例えば、凹部５ａの深さは蓋板１ｂの厚さの１／２以下に設定するようにしてもよく、逆に１／２以上であってもよい。注液貫通孔５ｂは、凹部５ａの中心の周りに形成された円形の貫通孔であり、凹部５ａより十分に径の小さいものであってもよい。
【００２１】
注液孔５は金属製（例えば、蓋板１ｂと同じアルミニウムあるいはアルミニウム合金製）の封止栓６で封止されている。封止栓６は、円形の形状を呈しておりプレス加工が施されている。封止栓６の底面には、封止栓６より若干小さい直径を有し、円環状に打ち抜き加工された両面テープ７の一面側が貼付されている。両面テープ７には、例えば、ポリプロピレン性の基材の両面に合成ゴム等の粘着剤が塗着され、基材とは反対側の粘着剤の外面に剥離紙を配置したものを用いることができる。両面テープ７の中央には、注液貫通孔５ｂの直上の位置に対応する箇所に円形の打ち抜き部７ａが形成されている。従って、剥離紙を剥がすと、封止栓６の底面には、注液貫通孔５ｂに対応する箇所を避けるように両面テープの粘着剤が塗着されている。
【００２２】
また、封止栓６は凹部５ａに嵌入されており、凹部５ａの上面と封止栓６の底面とは両面テープ７を介して密着しており、封止栓６の周縁部が凹部５ａ周縁の蓋板１ｂに溶接（接合）されている。
【００２３】
ここで、封止栓６による注液孔５の封止手順について簡単に説明すると、次の通りである。なお、封止に先立って、電池缶１ａ内に電極群を固定し、正極リード片および負極リード片をそれぞれ正極端子３、負極端子４に導通させた後、注液口５から非水電解液が所定量注液される。非水電解液には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）との体積比２：３の混合溶媒中にリチウム塩として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットル溶解したものを用いることができる。
【００２４】
封止栓６の底面に予め貼付された両面テープ７の剥離紙を剥がし、封止栓６を凹部５ａの上面に向けて押圧し嵌入する。これにより、凹部５ａの上面と封止栓６の底とは両面テープ７を介して密着し、封止栓６の上面は蓋板６の上面とほぼ同じ高さ位置に位置付けられる。次いで、封止栓６の周縁部を凹部５ａ周縁の蓋板１ｂに溶接することで、注液孔５ａが封止栓６で封止される。
【００２５】
（作用等）
次に、本実施形態の電池１０の作用、効果等について説明する。
【００２６】
上述したように、非水電解液は、揮発性の有機溶媒に電解質を加えたものであるため、常温でも有機溶媒が気化し易く、熱を受けると盛んに蒸発するようになる。注液口５から非水電解液の注液が完了すると、封止栓６の底面に貼付された両面テープ７（粘着剤）が凹部５ａの上面に貼り付けられることにより、注液貫通孔５ｂが封止栓６で覆われる。このため、封止栓６の周縁部を凹部５ａ周縁の蓋板１ｂに溶接するときに発生する熱によって電池ケース１の内部の非水電解液が蒸発して、注液貫通孔５ｂから這い上がり溶接に悪影響を与えることがなくなる。
【００２７】
また、本実施形態の電池１０では、封止栓６の底面に粘着剤が塗着された両面テープ７が配されており、凹部５ａ上面と封止栓６の底とが両面テープを介して密着している。このため、非水電解液の注液後、凹部５ａ上面に非水電解液が残留し電解質が析出したとしても、封止栓６の凹部５ａへの嵌入により、析出した電解質に応じて両面テープの粘着剤が部分的に変形して吸収し封止栓６の斜設や押し上げを防止できる。従って、封止栓６の周縁部を凹部５ａ周縁の蓋板１ｂに溶接する際のピンホールなどの溶接不良を防止することができる。さらに、本実施形態の電池１０では、凹部５ａの深さを、底面に両面テープ７が塗着された封止栓６の厚さに設定することで足りるため、上述した特許文献２の電池と比べ、蓋板１ｂの面厚を薄くでき電池の軽量化を図ることができるとともに、シート材が不要なため部品点数を抑えることができる。
【００２８】
また、本実施形態の電池１０では、封止栓６はプレス加工で形成されており、粘着剤が塗着され打ち抜き加工された両面テープが用いられている。このため、非水電解液注液後、両面テープ７の剥離紙を剥がし、封止栓６を凹部５ａに押圧して嵌入することができる。従って、封止栓６は剥離紙が配された状態で予め準備しておくことができるので、搬送や製造ラインへの投入管理を容易に行うことができ、電池の組立性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態の電池１０では、封止栓６の底面に塗着された両面テープ７が、注液貫通孔５ｂに対応する箇所を避けるように塗着されている。このため、本実施形態の電池１０によれば、両面テープ７の粘着剤に含まれた成分が非水電解液に与える影響をなくすないし少なくすることができる。
【００３０】
また、本実施形態の電池１０では、凹部５ａの深さが蓋板１ｂの厚さの１／２以下に設定されており、凹部５ａには封止栓６が嵌合されている。このため、本実施形態の電池１０によれば、蓋板１ｂの注液口５の形成部の脆弱化を防止することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、扁平状に捲回した電極群を例示したが、本発明はこれに限定されず、円柱状に捲回した電極群や正負極を積層した電極群を用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、角型電池を例示したが、円柱状電池や扁平状電池にも適用可能であり、さらに、電解液を水系電解液とした密閉型電池にも適用可能である。また、本実施形態では軸芯を有する電極群を例示したが、電池重量を抑えるため軸芯のない電極群を用いるようにしてもよい。その際、電池の出力体積密度を高めるために、所定の圧力で扁平状に捲回された電極群を押し潰すようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、凹部５ａの中心に注液貫通孔５ｂが形成され、凹部５ａおよび注液貫通孔５ｂが円形の例を示したが、本発明はこれに制限されず、凹部５ａの中心を含む位置に注液貫通孔５ｂが位置していても（注液貫通孔５ｂの位置が凹部５ａに対して偏った位置に形成されていても）、凹部５ａおよび注液貫通孔５ｂが多角形等の任意の形状を有してしてもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態では、粘着剤として両面テープ７を使用した例を示したが、本発明はこれに限らず、注液栓７の底面に接着剤を直接塗布するようにしてもよい。また、粘着剤に、電解液に影響を与えにくいゴム系粘着剤やアクリル系粘着剤を用いるようにすれば、必ずしも両面テープ７に打ち抜き部７ａを形成しなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は密閉性が確保可能で軽量の密閉型電池を提供するものであるため、密閉型電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００３５】
１  電池ケース
１ａ  電池缶
１ｂ  蓋板
５  注液口
５ａ  凹部
５ｂ  注液貫通孔（貫通孔部）
６  封止栓
７  両面テープ（粘着剤）
７ａ  打ち抜き部
１０    リチウムイオン電池（密閉型電池）
【図１】
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【図２】
2011034761.tif 000004
【図３】
2011034761.tif 000005