(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体と、前記電極体を収納するとともに開口面を備える電池ケースと、前記電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と、前記蓋部材を貫通する注液孔と、前記注液孔を封止するために前記蓋部材に対して溶接で固定される封止部材とを有する密閉型電池において、
前記注液孔にメッシュ部が形成されており、
ＪＩＳ  Ｌ  １０９６通気性Ａ法（フラジール形法）で測定した前記メッシュ部の通気度Ｑは、前記蓋部材に付着していた電解液のうち、前記封止部材を溶接する際に蒸発して気化した電解液の蒸発量をｗとし、気体の状態方程式から算出される電解液の気化体積をＶとすると、
Ｑ≦電解液の気化体積Ｖ［ｃｃ］／｛注液孔の面積［ｃｍ２］×溶接時間［ｓｅｃ］｝
気化体積Ｖ＝（蒸発量ｗ×気体定数Ｒ×温度Ｔ）／（圧力Ｐ×分子量Ｍ）
となる関係を満たすことを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ケースに電極体及び電解液を封入してなる密閉型の電池に関する。より詳細には、電池ケース内に注液孔から電解液を注液した後、注液孔を封止部材で封止することにより密閉される密閉型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電極体を収容した電池ケース内に電解液を注液し、注液孔を封止して密閉しした密閉型電池がある。例えば、扁平角形の金属製の電池ケースを用いる二次電池として、電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材に注液孔が設けられているものがある。そして、電池の製造時には、注液孔が形成された蓋部材が電池ケースに固定され、注液孔から電池ケース内に電解液が注液される。注液後には、注液孔に対して金属製の封止部材が被せられて、封止部材の周囲と蓋部材（注液孔周辺）とが隙間なく溶接されることで、注液孔を封止した密閉型電池がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０２６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の密閉型電池では、電池ケース内に電解液を注液した後に蓋部材の裏面に電解液が付着していると、封止部材と蓋部材とをレーザ溶接する際の入熱により、蓋部材に付着していた電解液が蒸発するおそれがある。そして、電解液が蒸発すると、図７に示すように、電池内圧が上昇して気化した電解液（気体）が注液孔を通過し、溶接部に余分な力がかかり、溶接部が変形して（押し上げられて）溶接不良となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、封止部材と蓋部材との溶接時に溶接部に対して余分な力がかかることを抑制することにより、溶接不良の発生を低減することができる密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、電極体と、前記電極体を収納するとともに開口面を備える電池ケースと、前記電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と、前記蓋部材を貫通する注液孔と、前記注液孔を封止するために前記蓋部材に対して溶接で固定される封止部材とを有する密閉型電池において、前記注液孔にメッシュ部が形成されており、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６通気性Ａ法（フラジール形法）で測定した前記メッシュ部の通気度Ｑは、前記蓋部材に付着していた電解液のうち、前記封止部材を溶接する際に蒸発して気化した電解液の蒸発量をｗとし、気体の状態方程式から算出される電解液の気化体積をＶとすると、
Ｑ≦電解液の気化体積Ｖ［ｃｃ］／｛注液孔の面積［ｃｍ２］×溶接時間［ｓｅｃ］｝
気化体積Ｖ＝（蒸発量ｗ×気体定数Ｒ×温度Ｔ）／（圧力Ｐ×分子量Ｍ）
となる関係を満たすことを特徴とする。
【０００７】
この密閉型電池では、注液孔にメッシュ部が形成されており、そのメッシュ部の通気度Ｑが上記の関係を満たしているため、蓋部材の裏面に付着した電解液が、封止部材と蓋部材との溶接時における入熱により蒸発しても、蒸発した電解液（気体）のすべてが、溶接終了時までメッシュ部（注液孔）を通過しないようにすることができる。つまり、溶接時間内に気化した電解液起因のガスの一部を、溶接終了時まで電池容器内に留めておくことができる。これにより、封止部材と蓋部材との溶接時における入熱により電解液が蒸発しても、溶接部に余分な力がかかりにくくなり、溶接部が変形する（押し上げられる）ことを抑制することができる。従って、封止部材と蓋部材とを良好に溶接することができ、溶接不良の発生を低減することができる。
【０００８】
なお、メッシュ部の通気度は、上記の関係を満たした上で、できるだけ高く設定されていることが望ましい。このようにメッシュ部の通気度が設定されていることにより、注液性（注液効率）も確保することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る密閉型電池によれば、上記した通り、封止部材と蓋部材との溶接時に溶接部に余分な力がかかることを抑制することができるので、溶接不良の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】蓋部材を示す斜視図である。
【図３】注液孔周辺の拡大断面図である。
【図４】メッシュ部材の平面図である。
【図５】メッシュ部材の変形例を示す図である。
【図６】メッシュ部材の別の変形例を示す図である
【図７】従来の密閉型電池における注液孔周辺の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の密閉型電池を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、角形の金属ケースに電極体及び電解液を封入してなる密閉型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用した場合について説明する。そこで、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１２】
本実施形態に係る二次電池１０は、図１に示すように、電池容器１１に電極体１２及び電解液１３が封入されてなる密閉型の電池である。電池容器１１は、金属製のものであり、扁平な角形の箱状のものである。
【００１３】
本実施形態の電極体１２は，帯状の正極板と帯状の負極板とが、それらの間に帯状のセパレータを挟んで捲回された捲回体である。本実施形態の正極板は、アルミ箔の両面に正極活物質層を形成したものである。正極活物質層としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質による正極合剤を含むものであり、例えば、リチウム含有金属酸化物に結着剤と分散溶媒等を混練したものを使用することができる。本実施形態に負極板は、銅箔の両面に負極活物質層を形成したものである。負極活物質層は、炭素材等を含んでいる。
【００１４】
二次電池１０は、電池容器１１の外部に突出して設けられた正極端子１５、負極端子１６を有している。正極端子１５は、電池容器１１の内部で電極体１２の正極板に接続されている。負極端子１６は、電池容器１１の内部で電極体１２の負極板に接続されている。また、電解液１３は，有機溶媒に電解質を溶解させたものであり、本実施形態では、有機溶媒としてエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を用いている。
【００１５】
電池容器１１は、図１に示すように、一面が開口した略直方体の電池ケース１８とその開口面を閉塞する蓋部材１９とを有している。電池ケース１８と蓋部材１９とは、蓋部材１９の全周囲において隙間なく溶接されることにより、互いに固定されている。
【００１６】
そして、取付前の蓋部材１９は、図２に示すように、複数の穴などが形成された細長い板状の部材である。蓋部材１９は、例えば、アルミ製の板厚１ｍｍ程度のものである。蓋部材１９の長手方向の両端部には、貫通穴２１，２２が形成されている。貫通穴２１は、正極端子１５（図１参照）を貫通させるためのものである。貫通穴２２は、負極端子１６（図１参照）を貫通させるためのものである。
【００１７】
また、蓋部材１９の中央付近には、長円形の安全弁２３が形成されている。安全弁２３は、貫通しているものではなく、他の箇所に比較して厚さが薄く形成されている箇所である。電池容器１１の内圧が安全弁２３の開弁圧を超えて高くなると、安全弁２３が断裂して開弁し、内圧を上昇させているガス等が外部に放出される。そして、安全弁２３の隣には、蓋部材１９を貫通して、注液孔２５が形成されている。注液孔２５は、組み立てた電池容器１１の内部へ電解液１３を注液するための孔である。本実施形態では、例として注液孔２５の径が４．０ｍｍであり、その断面積ＳがＳ＝０．０４π［ｃｍ2 ］となっている。
【００１８】
本実施形態の二次電池１０では、図１に示すように、注液孔２５に封止部材３１が取り付けられている。詳細には、図３に示すように、封止部材３１は、外側から注液孔２５を覆うようにして配置され、封止部材３１の周囲と蓋部材１９（注液孔２５周辺）とが溶接部３５において隙間なく溶接されている。これにより、封止部材３１によって注液孔２５が封止されている。
【００１９】
なお、溶接としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、又は電子ビーム等による連続したスポット溶接又はシームレス溶接によるものとすればよい。溶接の容易さの観点から、封止部材３１は、蓋部材１９と同じ材質であることが望ましい。
【００２０】
そして、この封止部材３１と蓋部材１９との溶接、及び前述した電池ケース１８と蓋部材１９との溶接により、電池容器１１が密閉される。そのため、封止部材３１と蓋部材１９との溶接が不良であると、液漏れが発生するおそれがある。
ここで、電池容器１１内に電解液１３を注液した後に蓋部材１９の裏面に電解液１３が付着していると、封止部材３１と蓋部材１９とを溶接する際の入熱により、蓋部材１９に付着していた電解液１３が蒸発する。そして、電解液１３が気化すると、電池容器１１の内圧が上昇して、溶接部３５に余分な力がかかり、溶接部３５が変形して（押し上げられて）溶接不良となるおそれがあった（図７参照）。
【００２１】
そこで、本実施形態の二次電池１０では、図３に示すように、注液孔２５にメッシュ部材４０を設けている。このメッシュ部材４０は、図３、図４に示すように、円盤形状のものであり、メッシュ部４１が注液孔２５の開口部を覆うようにして蓋部材１９に固定されている。
【００２２】
ここで、メッシュ部材４０は、図３、図４に示すものに限られることなく、例えば、図５に示すように、蓋部材１９（注液孔２５）の外壁側に固定されるメッシュ部材４０ａであってもよい。また、メッシュ部材４０ａのようにメッシュ部４１が歪曲していてもよい。さらに、図６に示すように、蓋部材１９にメッシュ部４１が完全に一体成型されていてもよい。
【００２３】
そして、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６通気性Ａ法（フラジール形法）で測定したメッシュ部４１の通気度Ｑは、下記の関係を満たしている。
Ｑ≦電解液の気化体積［ｃｃ］／｛注液孔の面積［ｃｍ2］×溶接時間［ｓｅｃ］｝
【００２４】
このようにメッシュ部４１の通気度Ｑを設定することにより、封止部材３１と蓋部材１９との溶接時における入熱により電解液１３が蒸発しても、図３に示すように、その蒸発して気化した電解液（気体）のすべてが、溶接終了時までにメッシュ部４１（注液孔２５）を通過しなくなる。つまり、溶接時間内に気化した電解液起因のガスの一部を、溶接終了時まで電池容器１１内（注液孔２５より内側）に留めておくことができる。これにより、溶接部３５における内圧の上昇を抑えることができるため、溶接部３５に余分な力がかかりにくくなり、溶接部３５が変形する（押し上げられる）ことを抑制することができる。従って、封止部材３１と蓋部材１９とを良好に溶接することができ、溶接不良の発生を低減することができる。これにより、注液孔２５からの液漏れの発生を防止することができる。
【００２５】
そして、メッシュ部４１の通気度Ｑは、上記の関係を満たした上で、できるだけ高く設定されていることが望ましい。このようにメッシュ部４１の通気度Ｑが設定されていると、電解液１３を電池容器１１に注液する際の注液性（注液効率）も確保することができるからである。
【００２６】
ここで、電解液１３の気化体積Ｖは、気体の状態方程式に基づいて、
気化体積Ｖ＝（蒸発量ｗ×気体定数Ｒ×温度Ｔ）／（圧力Ｐ×分子量Ｍ）
と算出することができる。
なお、蒸発量ｗ［ｇ］は、蓋部材１９に付着していた電解液１３のうち、封止部材３１を溶接する際に蒸発して気化した電解液１３の量である。
【００２７】
この蒸発量ｗ［ｇ］は、注液後であって溶接直前の電池容器１１における蓋部材１９の重量から、溶接直後の電池容器１１における蓋部材１９の重量を差し引くことにより算出することができる。そして、同一仕様の電池であれば蒸発量はほぼ一定であると考えられるため、蒸発量ｗ［ｇ］は、試験用の電池容器を用いて予め求めておけばよい。そして、本実施形態では、例として蒸発量ｗ［ｇ］をｗ＝０．０３［ｇ］としている。
【００２８】
また、本実施形態では、例として電解液１３の有機溶媒としてエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を使用している。そこで、分子量Ｍ［ｇ／ｍｏｌ］は、その平均分子量を用いて、Ｍ＝１００［ｇ／ｍｏｌ］としている。
【００２９】
そして、封止部材３１を蓋部材１９に溶接する際の条件として、温度Ｔを１００℃としてＴ＝３７３［Ｋ］、圧力Ｐを大気圧としてＰ＝１０１３００［Ｐａ］とすれば、封止部材３１を蓋部材１９に溶接する際に蒸発する電解液１３の気化体積Ｖ［ｃｃ］は、次のように算出される。
Ｖ＝（０．０３［ｇ］×８．３１［Ｐａ・ｍ3／ｍｏｌ・Ｋ］×３７３    ［Ｋ］）
／（１０１３００［Ｐａ］×１００［ｇ／ｍｏｌ］）
＝９．１７９５６［ｃｃ］
【００３０】
従って、本実施形態の二次電池１０では、封止部材３１の溶接時間が０．２ｓｅｃであるから、メッシュ部４１の通気度Ｑは、
Ｑ＝（９．１７９５６［ｃｃ］／（０．０４π［ｃｍ2］×０．２［ｓｅｃ］）
＝３６５．２４２９［ｃｃ／ｃｍ2／ｓｅｃ］
となる。そのため、二次電池１０においては、注液孔２５に設けたメッシュ部材４０におけるメッシュ部４１の通気度Ｑが、３６５［ｃｃ／ｃｍ2／ｓｅｃ］以下であればよい。
【００３１】
そして、二次電池１０では、注液性も確保するために、メッシュ部４１の通気度Ｑは、例としてＱ＝３６５［ｃｃ／ｃｍ2／ｓｅｃ］となっている。これにより、二次電池１０では、電解液１３の蒸発量ｗのすべてがメッシュ部４１を通過することがなくなる。従って、二次電池１０によれば、注液性を確保しつつ、封止部材３１の溶接時に封止部材３１に余分な力がかかることを抑制することができるため、溶接不良の発生を低減することができる。
【００３２】
以上、詳細に説明したように本実施形態に係る二次電池１０によれば、注液孔２５にメッシュ部４１が形成されており、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６通気性Ａ法（フラジール形法）で測定したメッシュ部４１の通気度Ｑが、上記の所定の関係を満たしているので、蓋部材１９の裏面に付着した電解液１３が、封止部材３１と蓋部材１９との溶接時における入熱により蒸発しても、蒸発した電解液（気体）のすべてが、溶接終了時までメッシュ部４１（注液孔２５）を通過しないようにすることができる。従って、封止部材３１と蓋部材１９との溶接時における入熱により電解液１３が蒸発しても、溶接部３５に余分な力がかからなくなり、溶接部３５が変形する（押し上げられる）ことを抑制することができる。よって、封止部材３１と蓋部材１９とを良好に溶接することができ、溶接不良の発生を低減することができる。
【００３３】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３４】
１０    二次電池
１１    電池容器
１２    電極体
１３    電解液
１８    電池ケース
１９    蓋部材
２５    注液孔
３１    封止部材
３５    溶接部
４０    メッシュ部材
４１    メッシュ部
【図１】
0006613926.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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