(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体が収容されたケースの上壁に電解液を注入可能な孔が形成された蓄電装置であって、
前記孔は、雌ねじ部が形成された大径部と、その底部に形成された小径部とが連続する状態で形成され、前記底部には前記底部を覆いかつ前記小径部と重ならない位置に気体通過孔が形成された弾性体製のシール部材が配置され、前記大径部には前記雌ねじ部と螺合し、かつ貫通孔が軸方向に形成された締付け部材が、前記シール部材を前記底部に押圧する押圧力が調整可能に取り付けられており、
前記シール部材の上には、前記シール部材と同じ位置に気体通過孔が形成された硬質の押さえ板が配置され、前記シール部材は前記押さえ板を介して、前記締付け部材から前記押圧力を受けることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記締付け部材は、ばねを介して前記シール部材に押圧力を付与する請求項１に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に係り、詳しくは電解液を注入可能な孔の封止構造に特徴を有する蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池の製造時には、ケースに電極組立体などの電池要素を収容し、そのケースの開口部を蓋体で閉塞している。また、二次電池のケースには、閉塞後のケース内に電解液を注入するための注液孔（注液口）が設けられており、注液孔は電解液の注入後に封止栓などによって封止されている。
【０００３】
例えば、リチウムイオン二次電池の場合、二次電池の組立後に、二次電池を充放電させて二次電池を活性化させるエージング処理を行う。この処理において二次電池内にはガスが発生する。このため、エージング処理時において当該処理で発生したガスをケース内から排出させた後、ケースを密閉する必要がある。そのため、エージング処理を行う際に、注液孔を仮封止し、エージング処理終了後に仮封止を解除してガスを排出し、その後に、注液孔を本封止する。
【０００４】
特許文献１の密閉型電池は、図６に示すように、外装ケースの蓋６１に設けられたねじ孔６２と、ねじ孔６２に挿入されて締結されたねじ６３とを備え、ねじ孔６２の底面６４には外装ケースの内部と連通する内側開口部であって開口径がねじ孔６２のケース表面における孔径よりも小さい開口部（注液口）６５が設けられている。ねじ孔６２の底面６４とねじ６３の先端６３ａとの間には開口部６５を覆う孔内部シール部材６６が配置されている。孔内部シール部材６６は、ねじ６３の締付力によってねじ孔６２の底面６４に押し付けられて開口部６５を封止している。さらに、ねじ６３の頭６３ｂと蓋６１との間には孔外部シール部材６７が介装されており、孔外部シール部材６７は、ねじ６３の頭６３ｂと蓋６１との隙間を封止している。孔外部シール部材６７は、ねじ６３の頭６３ｂの下面に形成された環状の溝６８に収容されている。
【０００５】
また、一般にリチウムイオン二次電池では、ケースは、過充電等によりケース内の電極体（発電要素）の反応が過度に進行して、ケース内部にガスが発生、蓄積して内圧が異常に上昇するのを防止するため、内圧が設定された圧力以上になると内部ガスを抜気する安全弁を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、注液孔に直接ねじを螺合することにより、ねじを締結する際に電池内部への異物の混入を防止し、かつ開口部のシール性を良好にすることを目的としている。そのため、注液孔を封止する構成が安全弁の役割を果たすことはない。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、注液孔を蓄電装置の再使用時に電解液補充孔として利用することができ、しかも、注液孔の封止構造が安全弁の役割を果たすことができる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する蓄電装置は、電極組立体が収容されたケースの上壁に電解液を注入可能な孔が形成された蓄電装置である。そして、前記孔は、雌ねじ部が形成された大径部と、その底部に形成された小径部とが連続する状態で形成され、前記底部には前記底部を覆いかつ前記小径部と重ならない位置に気体通過孔が形成された弾性体製のシール部材が配置され、前記大径部には前記雌ねじ部と螺合し、かつ貫通孔が軸方向に形成された締付け部材が、前記シール部材を前記底部に押圧する押圧力が調整可能に取り付けられている。ここで、「ケースの上壁」とは、蓄電装置が使用される状態において上側に配置される壁を意味し、一般にはケースの上側に形成された開口部を覆う蓋体が上壁となるが、ケースの側方に形成された開口部から電極組立体をケース内に収容した後、開口部を蓋体で封止する蓄電装置の場合は、蓋体ではなく電解液を注入する孔が形成された壁が上壁となる。また、「弾性体」とは、ゴムのように全体が均一な充実体として形成されている状態でも弾性を示す材料に限らず、発泡プラスチックのように多孔性の状態で弾性を示す材料も意味する。発泡プラスチックの場合、独立気泡型の発泡体が好ましい。
【００１０】
この構成によれば、電解液を注入可能な孔の小径部から電解液が注入された後、大径部の底部にシール部材が配置され、シール部材は大径部の雌ねじ部と螺合する状態で大径部に固定される締付け部材により、締付け部材による締付け力が調整された状態で固定される。シール部材は弾性体製のため、蓄電装置の使用状態において過充電などでケース内の圧力が予め設定された圧力以上になると、ケース内の気体が大径部の底部及びシール部材の当接部との間を通過する。そして、シール部材の気体通過孔を経た後、締付け部材の貫通孔を経て排出され、シール部材が安全弁の役割を果たす。また、シール部材が弾性体製のため、シール部材は、ケース内の圧力が予め設定された圧力未満の時は、良好なシール機能を果たす。さらに、締付け部材は、孔の大径部に螺合されているため、蓄電装置を再使用する場合に、締付け部材を取り外した状態でシール部材を取り外せば、孔の小径部を電解液補充孔として使用することができる。したがって、本発明は、注液孔を蓄電装置の再使用時に電解液補充孔として利用することができ、しかも、注液孔の封止構造が安全弁の役割を果たすことができる。
【００１１】
前記締付け部材は、ばねを介して前記シール部材に押圧力を付与することが好ましい。締付け部材は、シール部材に接触した状態で雌ねじ部に対する螺合量を調整することでシール部材に対する押圧力を調整することも可能である。しかし、ばねを介してシール部材を押圧する方が、押圧力を目的の値に調整することが容易になる。
【００１２】
前記シール部材の上には、前記シール部材と同じ位置に気体通過孔が形成された硬質の押さえ板が配置され、前記シール部材は前記押さえ板を介して、前記締付け部材から前記押圧力を受けることが好ましい。ここで、「硬質の押さえ板」とは、押さえ板が、一方の側に弾性体が配置された状態で他方の側から部分的に押圧力を受けた際に、押圧力を直接受けた部分以外の部分も、押圧力を直接受けた部分と共に移動して弾性体を押圧することが可能な押さえ板を意味する。この構成によれば、シール部材は、硬質の押さえ板を介して締付け部材により押圧力を受けるため、締付け部材による押圧力がシール部材を均一に押圧し、シール部材のシール機能が良好に作用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、注液孔を蓄電装置の再使用時に電解液補充孔として利用することができ、しかも、注液孔の封止構造が安全弁の役割を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は一実施形態の二次電池の模式断面図、（ｂ）は封止構造の拡大断面図。
【図２】封止構造の分解斜視図。
【図３】作用を示す模式断面図。
【図４】別の実施形態の部分拡大断面図。
【図５】別の実施形態の二次電池の部分模式断面図。
【図６】従来技術の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明をリチウムイオン二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２及び電解液１３が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１４と、電極組立体１２を挿入するケース本体１４の開口部を閉塞する蓋体１５とからなる。ケース本体１４と蓋体１５とは溶接によって接合されている。ケース本体１４及び蓋体１５はアルミニウム系金属製である。
【００１６】
蓋体１５には正極端子１６及び負極端子１７が固定されている。正極端子１６及び負極端子１７は、雄ねじ部１６ａ，１７ａ及び鍔部１６ｂ，１７ｂを有し、蓋体１５に形成された孔を、鍔部１６ｂ，１７ｂがケース１１の内側に位置する状態で貫通して蓋体１５から突出する雄ねじ部１６ａ，１７ａに螺合するナット１８により、蓋体１５に締め付け固定されている。正極端子１６及び負極端子１７は、複数の二次電池１０を電気的に接続するバスバー１９をボルト２０により締め付け固定可能に構成されている。
【００１７】
正極端子１６は鍔部１６ｂに接合された導電部材２１を介して電極組立体１２の正極タブ１２ｐに電気的に接続されている。負極端子１７は鍔部１７ｂに接合された導電部材２２を介して電極組立体１２の負極タブ１２ｎに電気的に接続されている。
【００１８】
次に電解液１３を注入する注液孔と、注液孔を封止し、かつ二次電池１０の安全弁の役割を果たすことが可能な封止構造について詳述する。
図１（ｂ）及び図２に示すように、ケース１１の上壁としての蓋体１５には、電解液１３を注入可能な孔３０が形成されている。孔３０は、上側に雌ねじ部３１ａが形成された大径部３１と、その底部３１ｂに形成された小径部３２とが連続する状態で形成されている。小径部３２は注液孔として機能する。底部３１ｂには底部３１ｂを覆いかつ小径部３２と重ならない位置に気体通過孔３３ａが形成された弾性体製のシール部材３３が配置されている。シール部材３３の上には、シール部材３３と同じ位置に気体通過孔３４ａが形成された硬質の押さえ板３４が配置されている。この実施形態では、気体通過孔３３ａ及び気体通過孔３４ａは、それぞれ、複数個、例えば４個形成されている。大径部３１は、雌ねじ部３１ａの径が、シール部材３３及び押さえ板３４が収容される部分の径より大きく形成されている。
【００１９】
大径部３１には雌ねじ部３１ａと螺合する雄ねじ部３５ａを有する締付け部材３５が、シール部材３３を底部３１ｂに押圧する押圧力が調整可能に取り付けられている。締付け部材３５には軸方向に延びる貫通孔３５ｂが形成されている。締付け部材３５の上面には、締付け部材３５が大径部３１の雌ねじ部３１ａと螺合する状態で回転させる工具（ドライバー）を係合するためのキー溝３５ｃが形成されている。シール部材３３は、押さえ板３４を介して、締付け部材３５から押圧力を受ける。この実施形態では、締付け部材３５は、ばね３６を介してシール部材３３に押圧力を付与する。即ち、シール部材３３、押さえ板３４、締付け部材３５及びばね３６が注液孔（小径部３２）の封止構造を構成する。なお、この実施形態では、ばね３６として圧縮コイルばねが使用されている。
【００２０】
次に前記のように構成された小径部（注液孔）３２と、小径部（注液孔）３２を封止し、かつ二次電池１０の安全弁の役割を果たすことが可能な封止構造の作用を説明する。
二次電池１０の製造方法においては、電極組立体１２をケース１１に収容した後、小径部（注液孔）３２から電解液１３を注入する注液工程と、注液後に小径部（注液孔）３２を仮封止した状態で、エージングを行うエージング工程とを備える。また、エージング後に仮封止を解除してエージング工程で発生したガスをケース１１外へ放出させた後、小径部（注液孔）３２を本封止する封止工程を備える。
【００２１】
注液工程では、大径部３１の雌ねじ部３１ａに螺合した状態の締付け部材３５を取り外した後、ばね３６、押さえ板３４及びシール部材３３を大径部３１から取り出して、小径部３２が開放された状態にする。その状態で、図示しない電解液タンクをケース１１の上方に配置して、電解液を小径部３２からケース１１内に注入する。
【００２２】
電解液の注入完了後、シール部材３３及び押さえ板３４を気体通過孔３３ａ，３４ａが重なる状態に重ねて、シール部材３３が底部３１ｂに当接する状態で大径部３１内に収容する。次にばね３６を押さえ板３４の上に載置し、その状態で締付け部材３５を雌ねじ部３１ａに螺合させた状態で、螺入量が予め設定された値になるまで回動する。
【００２３】
図３に示すように、締付け部材３５が予め設定された螺入量となる位置に固定されると、シール部材３３は、締付け部材３５による締付け力が予め設定された値に調整された状態で固定される。調整された状態とは、二次電池１０の使用状態において過充電などでケース１１内の圧力が予め設定された圧力以上になると、ケース１１内の気体がケース１１外に排出される状態を意味する。詳述すると、ケース１１内の圧力が予め設定された圧力以上になると、図３に矢印で示すように、ケース１１内の気体が小径部３２から大径部３１の底部３１ｂ及びシール部材３３の当接部との間を通過し、気体通過孔３３ａ，３４ａを経た後、締付け部材３５の貫通孔３５ｂを経て排出される。そのため、シール部材３３が安全弁の役割を果たす。
【００２４】
また、封止栓が溶接により蓋体に固定された場合と異なり、二次電池１０のリユース（再使用時）に、蓋体１５を外すことなく、小径部３２を電解液補充孔として利用することができる。
【００２５】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池１０は、電極組立体１２が収容されたケース１１の蓋体（上壁）１５に電解液１３を注入可能な孔３０が形成された蓄電装置である。そして、孔３０は、雌ねじ部３１ａが形成された大径部３１と、その底部３１ｂに形成された小径部３２とが連続する状態で形成され、底部３１ｂには底部３１ｂを覆いかつ小径部３２と重ならない位置に気体通過孔３３ａが形成された弾性体製のシール部材３３が配置されている。大径部３１には雌ねじ部３１ａと螺合し、かつ貫通孔３５ｂが軸方向に形成された締付け部材３５が、シール部材３３を底部３１ｂに押圧する押圧力が調整可能に取り付けられている。
【００２６】
この構成によれば、電解液１３を注入可能な孔３０の小径部３２から電解液１３がケース１１内に注入された後、大径部３１の底部３１ｂにシール部材３３が配置される。シール部材３３は大径部３１の雌ねじ部３１ａと螺合する状態で大径部３１に固定される締付け部材３５により、締付け部材３５による締付け力が調整された状態で固定される。シール部材３３は弾性体製のため、二次電池１０の使用状態において過充電などでケース１１内の圧力が予め設定された圧力以上になると、ケース１１内の気体が小径部３２を経て、大径部３１の底部３１ｂ及びシール部材３３の当接部との間を通過する。そして、シール部材３３の気体通過孔３３ａ、押さえ板３４の気体通過孔３４ａを経た後、締付け部材３５の貫通孔３５ｂを経て排出されるため、シール部材３３が安全弁の役割を果たす。
【００２７】
また、シール部材３３が弾性体製のため、シール部材３３は、ケース１１内の圧力が予め設定された圧力未満の時は、良好なシール機能を果たす。さらに、締付け部材３５は、孔３０の大径部３１に螺合されているため、二次電池１０を再使用する場合に、締付け部材３５及び押さえ板３４を取り外した後、シール部材３３を取り外せば、孔３０の小径部３２を電解液補充孔として使用することができる。したがって、小径部（注液孔）３２を二次電池（蓄電装置）１０の再使用時に電解液補充孔として利用することができ、しかも、注液孔（小径部３２）の封止構造が安全弁の役割を果たすことができる。
【００２８】
（２）締付け部材３５は、ばね３６及び押さえ板３４を介してシール部材３３に押圧力を付与する。締付け部材３５は、ばね３６及び押さえ板３４を介さずにシール部材３３に接触した状態で雌ねじ部３１ａに対する螺合量を調整することでシール部材３３に対する押圧力を調整することも可能である。しかし、ばね３６及び押さえ板３４を介してシール部材３３を押圧する方が、押圧力を目的の値に調整することが容易になる。
【００２９】
（３）シール部材３３の上には、シール部材３３の気体通過孔３３ａと同じ位置に気体通過孔３４ａが形成された硬質の押さえ板３４が配置され、シール部材３３は押さえ板３４を介して、締付け部材３５から押圧力を受ける。この構成によれば、シール部材３３は、硬質の押さえ板３４を介して締付け部材３５により押圧力を受けるため、締付け部材３５による押圧力がシール部材３３を均一に押圧し、シール部材３３のシール機能が良好に作用する。
【００３０】
（４）締付け部材３５の上面には、締付け部材３５が大径部３１の雌ねじ部３１ａと螺合する状態において、締付け部材３５を回転させる工具を掛止するためのキー溝３５ｃが形成されている。したがって、キー溝３５ｃの延びる方向と、締付け部材３５を雌ねじ部３１ａに螺合させるときの回転量とから、シール部材３３に加わる締付け部材３５による押圧力の調整が容易になる。
【００３１】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図４に示すように、蓋体１５は、全体が一定の厚さではなく、注液孔（小径部３２）及びその封止構造を構成する部分が設けられる箇所が突出する状態に形成されてもよい。この場合、蓋体１５全体を厚く形成する必要がなく、軽量化に寄与する。
【００３２】
○  締付け部材３５は、上面に締付け部材３５を回転させる工具を掛止するためのキー溝３５ｃが形成されているねじに限らず、ボルトを使用してもよい。しかし、上面にキー溝３５ｃが形成されているねじの方が、蓋体１５の厚さを薄くすることができる。
【００３３】
○  締付け部材３５は、ばね３６及び押さえ板３４を介してシール部材３３に押圧力を付与する構成に限らず、締付け部材３５が直接押さえ板３４に接触した状態で、雌ねじ部３１ａに対する螺合量を調整することでシール部材３３に対する押圧力を調整するようにしてもよい。しかし、ばね３６及び押さえ板３４を介してシール部材３３を押圧する構成の方が、押圧力を目的の値に調整することが容易になる。
【００３４】
○  ばね３６は、圧縮コイルばねに限らず、例えば、竹の子ばねや板ばねを使用してもよい。しかし、圧縮コイルばねの方が、シール部材３３に対して押圧力を均一に作用させ易い。
【００３５】
○  シール部材３３の上に、シール部材３３と同じ位置に気体通過孔３４ａが形成された硬質の押さえ板３４を配置せずに、ばね３６が直接シール部材３３を押圧する構成としてもよい。しかし、ばね３６が直接シール部材３３に当接してシール部材３３を押圧する構成に比べて、ばね３６が硬質の押さえ板３４を介してシール部材３３に押圧力を加える構成の方が、締付け部材３５による押圧力がシール部材３３を均一に押圧し、シール部材３３のシール機能が良好に作用する。
【００３６】
○  シール部材３３と押さえ板３４とを、予め一体に結合固着された部品として使用するようにしてもよい。この場合、注液孔（小径部３２）の封止構造を構成する部品点数が少なくなり、小径部３２から電解液１３を注入した後、注液孔（小径部３２）を封止する手間が少なくなる。
【００３７】
○  図５に示すように、ケース１１は、前側が開放されたケース本体１４と、その開口部を覆う蓋体１５とで構成されていてもよい。この場合、電解液１３を注入可能な孔３０は、蓋体１５ではなく、ケース１１の上壁１１ａに形成される。
【００３８】
○  大径部３１は、雌ねじ部３１ａの径が、シール部材３３及び押さえ板３４が収容される部分の径と同じに形成されていてもよい。
○  積層型の電極組立体１２に限らず、巻回型の電極組立体を有する二次電池１０に適用してもよい。
【００３９】
○  正極端子１６と正極用の導電部材２１あるいは負極端子１７と負極用の導電部材２２は、それぞれ別体に形成されたものを後から溶接あるいは接着材等で固着した構成に限らず、一体に形成された構成のものであってもよい。
【００４０】
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。
○  蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１１ａ…上壁、１２…電極組立体、１３…電解液、１５…上壁としての蓋体、３０…孔、３１…大径部、３１ａ…雌ねじ部、３１ｂ…底部、３２…小径部、３３…シール部材、３３ａ，３４ａ…気体通過孔、３４…押さえ板、３５…締付け部材、３５ｂ…貫通孔、３６…ばね。
【図１】
0006627399.tif 000002
【図２】
0006627399.tif 000003
【図３】
0006627399.tif 000004
【図４】
0006627399.tif 000005
【図５】
0006627399.tif 000006
【図６】
0006627399.tif 000007