(57)【要約】【課題】電池を製造する際の工程数を低減することができる封止栓及び電池を提供する。【解決手段】頭部３０ａと脚部３０ｂとからなるネジ型の封止栓３０において、頭部３０ａと脚部３０ｂとを長手方向Ｄ１に貫通する貫通孔ｈ２３と、貫通孔ｈ２３の一部に設けられ貫通孔ｈ２３を塞ぐ薄膜部３０ｃとを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部と脚部とからなるネジ型の封止栓において、
前記頭部と前記脚部とを長手方向に貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の一部に設けられ前記貫通孔を塞ぐ薄膜部と、
を備えることを特徴とする封止栓。
【請求項２】
前記脚部の外周に螺旋状のネジ山が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の封止栓。
【請求項３】
前記頭部、前記脚部、前記薄膜部は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の封止栓。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかの項に記載の封止栓と、
前記封止栓の脚部と嵌合する貫通孔が設けられた電池容器と、
を備えることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止栓及び電池、特に、リチウムイオン電池などに用いられる封止栓及び電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギ密度の二次電池として、リチウムイオン電池があり、近年、容量が１００Ａｈ以上のものが製造されるようになっている。リチウムイオン電池は、例えば、自動車用電池として用いられており、この用途の電池では電極群が正電極シートと負電極シートとをセパレータを介して巻き付けることにより、円筒状の電極群を製造している。そして、この電極群を電池容器に収納することにより電池を製造している（特許文献１）。このような電池の場合、多くは、金属製の電池容器が使用され、容器本体と上蓋等の接続にはレーザ溶接法が用いられている。
【０００３】
一方、小型電池では樹脂製の電池容器に電極群を収納して電池を製造することも多く、この電池容器を応用して上記のような大容量電池を製造すると電池のコスト低減にも貢献することが期待される。
【０００４】
リチウムイオン電池の構造と製造工程を鑑みると、電池の安全性確保の観点から、安全弁が必要である。また、製造工程上、電池容器に電解液を減圧注液する必要がある。従って、樹脂製の電池容器によって電池を構成する場合、電池容器の上蓋等に、安全弁を設置するとともに、電解液を注液するための専用口を設けることが必要であった（特許文献２）。
この電解液を注液するための専用口は、電解液を注液した後は完全に閉鎖されるものである。従って、従来は、安全弁の取り付けと注液口の閉塞という２工程を行なう必要があった。また、金属容器を使用する場合、安全弁の取り付けにもレーザ溶接法が使用され、工程が増していた。
【０００５】
図１１は、従来技術におけるリチウムイオン電池を製造する際の処理を示すフローチャートである。
始めに、正電極シートと負電極シートとをセパレータを介して円筒状の電極群を製造し（ステップＳ０１）、その電極群を容器本体内に収納する（ステップＳ０２）。
そして、容器本体に上蓋を取り付け（ステップＳ０３）、上蓋に安全弁を取り付ける（ステップＳ０４）。次に、電池容器内に電解液を注入し（ステップＳ０５）、電池容器の電解液の注入口を封止する（ステップＳ０６）。そして、電池を充電する（ステップＳ０７）。
従来の技術では、上述したステップＳ０１〜Ｓ０７の工程を行なうことによりリチウムイオン電池を製造していた。
【特許文献１】特開２００２−１５８０２９号公報
【特許文献１】特開２００４−２１３９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術におけるリチウムイオン電池では、安全弁と注液口とが別々に設けられていた。よって、電池容器に安全弁を設ける工程（図１１のステップＳ０４）と、電解液の注液後に注液口を封止する工程（図１１のステップＳ０６）を行なう必要があり、電池を製造する際の工程数が増加するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池を製造する際の工程数を低減することができる封止栓及び電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、頭部と脚部とからなるネジ型の封止栓において、前記頭部と前記脚部とを長手方向に貫通する貫通孔と、前記貫通孔の一部に設けられ前記貫通孔を塞ぐ薄膜部とを備えることを特徴とする封止栓である。
本発明では、電池容器に設けられる貫通孔から電解液を注入した後で、その貫通孔に封止栓を取り付けることにより、電池容器に安全弁の機能を持つ封止栓を取り付けることができる。よって、電池容器に安全弁を設ける工程と、電解液の注液後に注液口を封止する工程とを１つの工程で行なうことができるため、電池を製造する際の工程数を低減することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記脚部の外周に螺旋状のネジ山が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の封止栓である。
本発明では、封止栓の脚部の外周に螺旋状のネジ山を設けるようにしたので、封止栓が電池容器の貫通孔から外れにくくなり、より安全性の高い電池容器を製造することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記頭部、前記脚部、前記薄膜部は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の封止栓である。
本発明では、封止栓を構成する頭部、脚部、薄膜部を樹脂で形成するようにしたため、封止栓を金属で形成するよりも、コストを低減することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれかの項に記載の封止栓と、前記封止栓の脚部と嵌合する貫通孔が設けられた電池容器とを備えることを特徴とする電池である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の封止栓及び電池によれば、電池を製造する際の工程数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００（電池）の斜視図である。リチウムイオン電池１００の電池容器５０は、容器本体２０と上蓋１０とから構成されている。上蓋１０の中央部には、封止栓取り付け部１７が形成されており、その封止栓取り付け部１７に封止栓３０が取り付けられている。
また、上蓋１０には、リチウムコバルタイト（ＬｉＣｏＯ２）からなる正極４０と、炭素（Ｃ）からなる負極４１とが取り付けられている。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の分解斜視図である。図２は、図１のリチウムイオン電池１００の容器本体２０から上蓋１０を取り外した状態を示している。
電池容器５０は直方体状の形状をしており、内部に直方体状の空間が設けられている。電池容器５０内には、集電体１２や電極群１１などが収納される。電池容器５０内には、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６等のリチウム（Ｌｉ）イオンを含んだ電解液が充填される。
【００１５】
電極群１１は、渦巻き状の正電極シート１１ａと、渦巻き状の負電極シート１１ｂとから構成されている。正電極シート１１ａと負電極シート１１ｂとは、セパレータ（図示省略）により互いに電気的に絶縁されている。
正電極シート１１ａは、集電体１２ａ、１２ｂを介して、正極４０に電気的に接続されている。負電極シート１１ｂは、集電体１２ｃ、１２ｄを介して、負極４１に電気的に接続されている。集電体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとしては、導線などが用いられる。
【００１６】
図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０の構造を示す平面図である。また、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０の構造を示す断面図である。
上蓋１０の中央部には、封止栓取り付け部１７が設けられている。上蓋１０の両端には、凸部１３ａ、１３ｂが形成されている。上蓋１０の材質としては、樹脂を用いている。樹脂としては、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂やＰＰ（Polypropylene）樹脂などを用いることができる。上蓋１０のうち、樹脂で形成された樹脂部１６には、貫通口が２つ形成されており、その貫通口にそれぞれ正極４０と負極４１とが取り付けられている。
【００１７】
上蓋１０の厚さはｄ１０（図３（ｂ）参照）である。上蓋１０には、封止栓取り付け部１７が形成されている。封止栓取り付け部１７は、孔１７ａと孔１７ｂとからなる。孔１７ａは、直径がｒ１１、深さがｄ１１の円筒状の孔である。また、孔１７ｂは、直径がｒ１２、深さがｄ１２の円筒状の孔である。本実施形態では、ｄ１０は５ｍｍであり、ｄ１１は２ｍｍであり、ｄ１２は３ｍｍとしている。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０の一部の構造を示す断面図である。図４は、図３において、上蓋１０の正極４０、凸部１３ａを含む領域を示している。
上蓋１０の貫通口に正極４０を取り付ける際に、上蓋１０と正極４０との間に隙間ができないように、本実施形態では、上蓋１０と正極４０との間に樹脂１４を埋め込んでいる。これにより、リチウムイオン電池１００の電池容器５０内を気密に封止することができる。樹脂１４としては、例えば、エポキシ樹脂などを用いることができる。
なお、図４では、上蓋１０の正極４０が取り付けられる領域の構造を示したが、上蓋１０の負極４１が取り付けられる領域の構造についても図４と同様であるので、その説明を省略する。
【００１９】
図５は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０と容器本体２０とを接合する方法について説明するための図である。
上蓋１０の両端には、それぞれ凸部１３（１３ａ、１３ｂ）が形成されている。また、上蓋１０の中央部には、封止栓取り付け部１７が形成されており、その封止栓取り付け部１７に封止栓３０が取り付けられている。
容器本体２０の縁の部分には凹部１５（１５ａ、１５ｂ）が形成されている。
リチウムイオン電池１００の電池容器５０の内部に、集電体１２、電極群１１（図２参照）などを収納した後に、上蓋１０の凸部１３ａと容器本体２０の凹部１５ａとを嵌合させる。これにより、図１に示すような形状の電池容器５０が完成する。なお、上蓋１０の凸部１３と容器本体２０の凹部１５との間には、接着剤を塗布することにより、上蓋１０と容器本体２０とが一体化される。
【００２０】
図６（ａ）は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す平面図である。また、図６（ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す断面図である。
封止栓３０は、図６（ｂ）に示すように頭部３０ａと脚部３０ｂとからなるネジ型の構造をしている。頭部３０ａは、対角長がｒ２１、高さがｄ２１の六角柱の形状をしている。また、脚部３０ｂは、直径がｒ２２、高さがｄ２２の円柱の形状をしている。脚部３０ｂの外周には、螺旋状のネジ山が設けられている。
封止栓３０には、頭部３０ａと脚部３０ｂとを長手方向Ｄ１に貫通する、直径ｒ２３の貫通孔ｈ２３が形成されている。また、貫通孔ｈ２３の一部には、貫通孔ｈ２３を塞ぐ薄膜部３０ｃが設けられている。本実施形態では、ｒ２２は１５ｍｍであり、ｒ２３は５ｍｍであり、ｄ２３は５０μｍとしている。
【００２１】
図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態による封止栓３０に設けられる薄膜部３０ｃを構成する部材３１ｄの構造を示す断面図である。図７（ａ）における薄膜状部材３１ｂの一部が、図６において貫通孔ｈ２３を塞ぐ薄膜部３０ｃを形成する。また、図７（ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるリング状部材３１ａ又は３１ｃの構造を示す平面図である。また、図７（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による薄膜状部材３１ｂの構造を示す平面図である。
封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄは、円形状の平板に円形の孔が形成されたリング状部材３１ａ、３１ｃと、円形状の薄膜である薄膜状部材３１ｂとにより構成されている。リング状部材３１ａとリング状部材３１ｂとは同一の構造をしている。リング状部材３１ａ、３１ｂの外周には、ネジ山３２ａ、３２ｂが形成されている。
【００２２】
リング状部材３１ａ、３１ｂの側面にネジ山３２ａ、３２ｂ（図７（ａ））を形成して、封止栓３０の中に埋め込むことにより、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄが封止栓３０から抜け落ちにくくすることができ、封止栓３０の強度を上げることができる。
本実施形態では、リング状部材３１ａ、３１ｂ、薄膜状部材３１ｂを樹脂により形成している。なお、リング状部材３１ａ、３１ｂ、薄膜状部材３１ｂをアルミニウム、ステンレス、ニッケルなどの金属により形成してもよい。
【００２３】
なお、ここでは、図７（ａ）に示すように、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄがリング状部材３１ａ、３１ｂと薄膜状部材３１ｂの３つの部材により構成されている場合を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄを１つの部材で構成するようにしてもよい。
図７（ａ）に示すように、リング状部材３１ｂの上に薄膜状部材３１ｃを重ね、その薄膜状部材３１ｃの上にリング状部材３１ａを重ねることにより、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄを形成する。
【００２４】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による封止栓３０を製造する方法について説明するための図である。
始めに、金属製の容器３３ａを準備する。そして、容器３３ａの中央部に、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄ（図７参照）を配置する（図８（ａ）参照）。
そして、封止栓３０の外形を型取った金属製の型３３ｂを容器３３ａに設置する。また、直径がｒ２２の円筒状の金属製の型３３ｃを、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄの上に設置する（図８（ｂ）参照）。
そして、封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄと、容器３３ａと、型３３ｂと、型３３ｃとの間の空間に、液体状の樹脂３４を流し込む（図８（ｃ）参照）。そして、樹脂３４を冷却して固化させることにより、樹脂製の封止栓３０が得られる。
【００２５】
図９は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池を製造する際の処理を示すフローチャートである。
始めに、正電極シート１１ａと負電極シート１１ｂとをセパレータを介して円筒状の電極群１１を製造し（ステップＳ１１）、その電極群１１を容器本体２０内に収納する（ステップＳ１２）。
そして、容器本体２０に上蓋１０を取り付ける（ステップＳ１３）。
次に、電池容器５０の封止栓取り付け部１７から、電池容器５０内に電解液を注入し（ステップＳ１４）、上蓋１０の封止栓取り付け部１７に封止栓３０を取り付ける（ステップＳ１５）。そして、電池を充電する（ステップＳ１６）。
【００２６】
従来技術では、図１１で説明したように、リチウムイオン電池を製造する際に、電池容器に安全弁を設ける工程（図１１のステップＳ０４）と、電解液の注液後に注液口を封止する工程（図１１のステップＳ０６）とを行なう必要があった。しかし、本発明の第１の実施形態では、図９に示したフローチャートの処理によってリチウムイオン電池を製造することができるため、上蓋１０の封止栓取り付け部１７から電解液を電池容器５０内に注入した後、その封止栓取り付け部１７に封止栓３０を取り付けるだけで、安全弁の機能を持つ電池容器５０を製造することができるため、電池を製造する際の工程数を低減することができる。
【００２７】
なお、上述した本発明の第１の実施形態において、上蓋１０の封止栓取り付け部１７の孔内に、封止栓３０と嵌合するネジ溝を形成するようにしてもよい。このような構成にすることにより、上蓋１０と封止栓３０とがより強く固定されるため、電池容器５０の安全性を高めることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本発明の第２の実施形態は、封止栓３０の構造が第１の実施形態と相違する。
【００２９】
図１０（ａ）は、本発明の第２の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す平面図である。また、図１０（ｂ）は、本発明の第２の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す断面図である。
封止栓３０は、図１０（ｂ）に示すように頭部３０ａと脚部３０ｂとからなるネジ型の構造をしている。頭部３０ａは、直径がｒ２１、高さがｄ２１の円柱の形状をしている。また、脚部３０ｂは、直径がｒ２２、高さがｄ２２の円柱の形状をしている。
封止栓３０には、頭部３０ａと脚部３０ｂとを長手方向Ｄ１に貫通する、直径ｒ２３の貫通孔ｈ２３が形成されている。また、貫通孔ｈ２３の一部には、貫通孔ｈ２３を塞ぐ薄膜部３０ｃが設けられている。
【００３０】
第２の実施形態による封止栓３０の構造（図１０）は、封止栓３０の頭部３０が六角柱状ではなく円柱状である点と、封止栓３０の脚部３０ｂに螺旋状のネジ山が設けられていない点において、第１の実施形態による封止栓３０（図６）と相違する。その他の点については、第１の実施形態による封止線３０（図６）と同じであるため、その説明を省略する。
本実施形態では、封止栓３０の脚部３０ｂに螺旋状のネジ山を設ける必要がないため、封止栓３０を製造する際のコストを低減することができる。なお、この場合、封止栓３０に用いる材質と、上蓋１０に用いる材質との摩擦係数大きいことが望ましい。両者の間の摩擦係数を大きくすることにより、上蓋１０から封止栓３０が抜け落ちることを防ぐことができる。
【００３１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００（電池）の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０の構造を示す平面図及び断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０の一部の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の上蓋１０と容器本体２０とを接合する方法について説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す平面図及び断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による封止栓３０の一部を構成する部材３１ｄの構造を示す断面図及び平面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による封止栓３０を製造する方法について説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池を製造する際の処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるリチウムイオン電池１００の封止栓３０の構造を示す平面図及び断面図である。
【図１１】従来技術におけるリチウムイオン電池を製造する際の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１０・・・上蓋、１１・・・極板群、４０・・・正極、４１・・・負極、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）・・・集電体、１３（１３ａ、１３ｂ）・・・凸部、１４・・・樹脂、１５（１５ａ、１５ｂ）・・・凹部、１６・・・樹脂部、１７・・・封止体取り付け部、２０・・・容器本体、３０・・・封止栓、３１ａ、３１ｃ・・・リング状部材、３１ｂ・・・薄膜状部材、３２ａ、３２ｂ・・・ネジ山、３３ａ・・・容器、３３ｂ、３３ｃ・・・型、３４・・・樹脂、４０・・・正極、４１・・・負極、５０・・・電池容器、１００・・・リチウムイオン電池
【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５】
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【図６】
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【図７】
2008130273.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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