(57)【要約】【課題】  安全ベント，電流遮断器，ＰＴＣおよび陽極キャップを含んでなる積層組立体と，積層組立体の縁を囲む絶縁ガスケットとの間の密閉性の高い一体型キャップ組立体を有する二次電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】  二次電池において，安全ベント２３１，電流遮断器２３２，ＰＴＣ２３３および陽極キャップ２３４を含んでなる積層組立体と，積層組立体の縁部の一部を挿入した状態で，積層組立体と一体成形される絶縁ガスケット２３５とからなる，一体型キャップ組立体２３０を有する二次電池およびその製造方法により，積層組立体の縁部を囲む絶縁ガスケット２３５との間の密閉性を向上することができ，キャップ組立体２３０を形成する工程において，コスト低減等を実現することができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池において：
電池の充放電の際，接続端子として機能するキャップ組立体と；
前記キャップ組立体を構成する部材を積層して形成される積層組立体の縁部の一部を挿入した状態で，前記積層組立体と一体成形され，前記積層組立体を絶縁し，電池の内部と外部とを密閉遮断するガスケットと；
を含むことを特徴とする，二次電池。
【請求項２】
前記キャップ組立体は，少なくとも安全ベント，電流遮断器，ＰＴＣおよび陽極キャップを含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記積層組立体と前記ガスケットとは，射出成形により一体に形成されることを特徴とする，請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記積層組立体は，最下層の構成部材に前記ガスケットの一部が挿入される溝または穴が設けられることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記溝または穴は，上部の幅が下部の幅より大きく形成されることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
二次電池のキャップ組立体が形成された二次電池の製造方法において：
キャップ組立体を構成する部材を積層の順序で整列および積層して積層組立体を形成するステップと；
前記積層組立体の形態を維持した状態でガスケット成形用金型に挿入するステップと；
前記ガスケット成形用金型にガスケット射出成形材を加え，積層組立体の縁部の一部を挿入するガスケットを射出成形して，一体型のキャップ組立体を形成するステップと；
を含むことを特徴とする，二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記積層組立体を形成するステップは，最下層の構成部材の下部面の縁側に溝または穴を形成するステップを更に含むことを特徴とする，請求項６に記載の二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記溝または穴は，上部の幅が下部の幅より大きく形成されることを特徴とする，請求項７に記載の二次電池の製造方法。
【請求項９】
前記積層組立体の形態を維持した状態でガスケット成形用金型に挿入するステップは，前記ガスケットと同じ材質のクリップを用いることを特徴とする，請求項６，７または８のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，二次電池およびその製造方法に関し，詳しくは，二次電池を構成するキャップ組立体の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は，再充電が可能で，小型および大容量化が可能なもので，使用材料等によってニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池，リチウム（Ｌｉ）電池，リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池およびポリマーリチウム（ＰＬＩ；Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ）電池等に区分される。また，外観によって円筒形電池と角形電池とに区分される。
【０００３】
二次電池は，一般に陽極板，陰極板およびセパレータからなる電極組立体をアルミニウムやアルミニウム合金の缶に受納し，缶の内部に電解液を注入して封入することにより形成される。缶の上部に，缶と絶縁される電極端子が備えられ，その電極端子は陽極または陰極を有し，電極端子の極性によって缶の極性が決定される。その他，二次電池には，ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ），サーマルヒューズ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｆｕｓｅ）および保護回路基板（ＰＣＭ；Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍｏｄｕｌｅ）等の安全装置が備えられる。
【０００４】
二次電池は，陽極板と陰極板との間にセパレータを挿入して巻き取った電極ゼリーロール（Ｊｅｒｒｙ  Ｒｏｌｌ）を使用する。電極ゼリーロールの形態は，電池の形態により決定される。円筒形電池においては，電極ゼリーロールは円筒形で巻き取られ，角形電池においては，電極ゼリーロールは両側に圧力を加えて扁平にした角形で巻き取られる。
【０００５】
図１は，従来の円筒形二次電池の一般的な構造の断面図である。図１に示すように，円筒形二次電池は，電圧差を生じる電極組立体１１０，電極組立体１１０を入れる円筒形缶１２０，円筒形缶１２０の上部に組み立てられて電極組立体１１０が離脱されないようにし，いろいろな安全装置が積層されるキャップ組立体１３０，そして円筒形缶１２０に注入されて電極組立体１１０を形成し，電極間でイオンの移動を可能にする電解液１４０等からなっている。
【０００６】
円筒形缶１２０の上部構造には，キャップ組立体１３０を圧迫するように内側に曲がっているクリッピング部１２１と，キャップ組立体１３０を下から上へ圧迫するために内側に陥没したビーディング部１２２等が形成されている。
【０００７】
キャップ組立体１３０は，下部に陽極リード１１１が熔接され，過充電または異常発熱時に形態が反転する導電性安全ベント１３１を有する。導電性安全ベント１３１の上部には，電気的および機械的に連結して，安全ベント１３１の反転時に回路が切れる電流遮断器１３２を有する。電流遮断器１３２の上部には，電気的および機械的に連結して，所定温度より高温になると回路が切れるＰＴＣ１３３を有し，ＰＴＣ１３３の上部には，電気的および機械的に連結して電流を外部に印加する導電性陽極キャップ１３４を有する。このような安全ベント１３１，電流遮断器１３２，ＰＴＣ１３３および陽極キャップ１３４を含んでなるキャップ組立体１３０の側部には，縁部を囲んで円筒形缶１２０からキャップ組立体１３０を絶縁させるための絶縁ガスケット１３５が備えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが，従来の円筒形二次電池のキャップ組立体１３０では，安全ベント１３１，電流遮断器１３２，ＰＴＣ１３３および陽極キャップ１３４が単純に積層されている。また，キャップ組立体１３０を囲む絶縁ガスケット１３５は，中心部１３５ａ以外に下部クリッピング部１３５ｂおよび上部クリッピング部１３５ｃによりキャップ組立体１３０の縁部に単純に密着している。このため，缶の内部と外部とを密閉する機能が劣って，内部の圧力上昇時にキャップ組立体１３０と絶縁ガスケットとの間から，電池の過充電等により発生する内部ガスが漏洩する場合がある。
【０００９】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，安全ベント，電流遮断器，ＰＴＣおよび陽極キャップなどを含んでなる積層組立体と，積層組立体の縁を囲む絶縁ガスケットとによって形成されるキャップ組立体について，積層組立体と絶縁ガスケットとの間の密閉性向上を目的とした，一体型キャップ組立体を有する二次電池および一体型キャップ組立体の形成方法を提供することにある。
【００１０】
また，本発明の他の目的として，二次電池の製造工程を単純化して生産性を向上し，製造コストを減らすための，一体型キャップ組立体の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，絶縁ガスケットを射出成形する際に，安全ベント，電流遮断器（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ），ＰＴＣおよび陽極キャップを含んでなる積層組立体を挿入してモールディングすることにより，積層組立体と絶縁ガスケットとを一体形成したキャップ組立体を有する二次電池が提供される。ここで，射出成形とは，射出成形材を加熱して溶かし，閉じた金型の中に高圧注入して固化させることにより，形成品を作る方法である。このように，キャップ組立体を一体化することにより，積層組立体と絶縁ガスケットとの間の密閉性を高めることができる。
【００１２】
また，積層組立体と絶縁ガスケットとは，射出成形により一体に形成されることが好ましい。積層組立体と絶縁ガスケットとの結合を強化することができ，絶縁ガスケット成形と同時に一体化できるため，生産性の観点からも合理的である。
【００１３】
また，積層組立体を構成する，少なくとも最下層の構成部材に，絶縁ガスケットを貫通したり陥没させたりするための，例えば，貫通部や凹部を形成することが好ましい。これにより，貫通部や凹部に絶縁ガスケットが入り込み，積層組立体と絶縁ガスケットとの結合を強化することができる。このとき，積層組立体と絶縁ガスケットを堅固に結合するために，上部の幅が下部の幅より大きく形成することがさらに好ましい。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，二次電池のキャップ組立体が形成された二次電池の製造方法において，キャップ組立体を構成する部材を積層の順序で整列および積層して積層組立体を形成するステップと；積層組立体の形態を維持した状態で絶縁ガスケット成形用金型に挿入するステップと；絶縁ガスケット成形用金型に絶縁ガスケット射出成形材を加え，積層組立体の縁部の一部を挿入する絶縁ガスケットを射出成形して，一体型キャップ組立体を形成するステップと；を含むことを特徴とする，二次電池の一体型キャップ組立体が形成された二次電池の製造方法が提供される。これにより，キャップ組立体を形成する工程が単純化されて合理的な生産が実現できるため，製造コストの削減が可能となる。
【００１５】
また，積層組立体を形成するステップは，積層組立体と絶縁ガスケットとの結合を強化するため，最下層の構成部材の下部面の縁側に，例えば，溝や穴などを形成するステップを含むことが好ましい。このとき，積層組立体と絶縁ガスケットとの結合をより堅固にするため，上部の幅が下部の幅より大きく形成されるのがよい。
【００１６】
さらに，積層組立体を金型に挿入および維持するステップでは，クリップも積層組立体および絶縁ガスケットとともに固定されるため，絶縁ガスケットと同じ材質のクリップを用いるのがよい。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように，キャップ組立体を一体成形することにより，安全ベント，電流遮断器，ＰＴＣおよび陽極キャップを含んでなる積層組立体と，積層組立体の縁部を囲む絶縁ガスケットとの間の密閉性を向上させることができる。また，電池のキャップ組立体を形成する工程において，一つの装備だけで電池の組立が可能であるので，使用部品数を減少することができ，生産時間の短縮，コスト低減等の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図２は，本実施形態に係るキャップ組立体２３０の断面図である。図２に示すように，キャップ組立体２３０は積層組立体と絶縁ガスケット２３５とに大別される。
【００２０】
ここで，積層組立体は，安全ベント２３１，電流遮断器２３２，ＰＴＣ２３３および陽極キャップ２３４を含んでなる。
【００２１】
安全ベント２３１は，内部を封入し，電池の内部からの圧力により外方（図２の安全ベント２３１がＰＴＣ２３３に近づく方向）へ変形する。安全ベント２３１の中央部は，通常，内方（図２の安全ベント２３１がＰＴＣ２３３から離れる方向）へ変形しており，変形部の底面には，内部の電極組立体の陽極板から引出されるタップが熔接されて電気的に連結される。
【００２２】
電流遮断器２３２は，安全ベント２３１の上部に位置し，陽極タップから引出される電流を陽極キャップ２３４に伝達する。電流遮断器２３２は，電流遮断手段を備え，過充電等の異常作動により内部圧力が規定以上に上昇する際，安全ベント２３１の変形により切断されて，電流の流れを遮断する。材質は，通常，エポキシ系樹脂で製作され，安全ベント２３１の変形部の中心を横切って形成されるトラバースおよびトラバースの両端に連結するリング状部材等からなる。トラバースには，安全ベント２３１の変形圧力によりせん断される破断部が形成される。破断部は，トラバースに孔を設けて構造的に弱くしたものであって，孔は，トラバースの中央および端部側に形成される。破断部は，１つ以上の孔により形成でき，孔と溝の組合せにより形成することもできる。
【００２３】
ＰＴＣ２３３は，電流制限器であって，電池が安全温度以上に上昇される際，急激に抵抗を大きくして電流の流れを統制または遮断するものであって，省略しても問題はない。
【００２４】
陽極キャップ２３４は，多数の通気孔が形成されており，外部端子に接触する部分である。
【００２５】
このような構成部材を含んでなる積層組立体は，絶縁ガスケット２３５と一体に結合される。積層組立体と絶縁ガスケット２３５との結合構造を見ると，絶縁ガスケット２３５のモールディングの際に積層組立体が一体に挿入され，積層組立体の縁の一部が絶縁ガスケット２３５の内部に挿入される。絶縁ガスケット２３５に挿入される積層組立体の構成部材，即ち，安全ベント２３１，電流遮断器２３２，ＰＴＣ２３３および陽極キャップ２３４等は，縁部で各々絶縁ガスケット２３５とモールディングされ，個別にも結合される。従って，積層組立体と絶縁ガスケット２３５は一体となり，完全密閉された構造を成すことになる。一方，例えば，ＰＴＣ２３３を含まない場合等のように，一部の構成部材を省略する場合には，残りの構成部材のみを一体積層した後，これを絶縁ガスケット２３５に挿入してモールディングする。
【００２６】
図２において，積層組立体の最下層に位置する構成部材，即ち，安全ベント２３２の縁部には，例えば，通孔または凹部Ｈが形成される。通孔や凹部Ｈには，絶縁ガスケット２３５のモールディング時に，絶縁ガスケット２３５が挿入されて，積層組立体と絶縁ガスケット２３５との間の結合力を強化させる。通孔や凹部Ｈは，上部が下部より直径の大きい楔形状に形成することで，さらに堅固に結合することが可能となる。ここで，通孔や凹部は，円形に限定されるのではなく，例えば，多角形等の多様な形態をであってもよい。また，図２では，通孔等を最下層の構成部材のみに形成したが，積層組立体の下層より１または２以上の構成部材に対して形成することもできる。
【００２７】
図３は，本実施形態に係るキャップ組立体２３０の一体モールディング方法を示すフローチャートである。図３に示すように，キャップ組立体２３０を一体型として射出成形する方法は，構成部材を整列および積層し（ステップＳ３１），積層組立体を取り出して移送する（ステップＳ３２）。そして，積層組立体を金型に挿入および支持し（ステップＳ３３），金型にモールディング材を注ぐことにより，ガスケットを射出成形して（ステップＳ３４），キャップ組立体を抽出する（ステップＳ３５）手順等からなる。
【００２８】
構成部材の整列および積層するステップ（ステップＳ３１）は，積層組立体を構成する安全ベント２３１，電流遮断器２３２，ＰＴＣ２３３および陽極キャップ２３４等を正順に整列および積層する。整列および積層された積層組立体は，空気圧等により作動する加圧ピン等により支持固定される。ここで，加圧ピンはクリップ形態を使用することができ，ガスケットの材質と同じことを選択することが望ましい。
【００２９】
積層組立体の取出しおよび移送するステップ（ステップＳ３２）は，加圧ピン等により支持固定している積層組立体を，挿入治具の二重ピンとクランプ等により取り出し，ホールディングした後，例えば，ロボット制御動作等により金型の位置に移送させる。
【００３０】
積層組立体の挿入および支持するステップ（ステップＳ３３）は，金型の位置に移送された積層組立体を，ガスケットを射出成形するための金型内に挿入するステップであって，挿入された積層組立体は支持ピン等により支持固定される。ここで，支持ピンは，ガスケットの材質と同じものを選択することが望ましい。
【００３１】
ガスケットを射出成形するステップ（ステップＳ３４）は，金型に挿入して固定された積層組立体の縁部の一部が，ガスケット内に挿入されるようにガスケットを射出成形する。また，積層組立体の下位層を構成する構成部材には通孔等が形成されているので，ガスケットをその通孔等に挿入する。これにより，積層組立体とガスケットとを，堅固に結合することが可能となる。ガスケットの材質としては，絶縁性を有する高分子樹脂であって，例えば，ポリプロピレンが使われる。
【００３２】
キャップ組立体を抽出するステップ（ステップＳ３５）は，金型で積層組立体とガスケットとが一体に射出形成されたキャップ組立体を，金型から取り出してコンベヤに落下させる。
【００３３】
以上説明したように，キャップ組立体を一体成形することで，積層組立体と，積層組立体の縁部を囲む絶縁ガスケットとの間の密閉性を向上させることができる。また，電池のキャップ組立体を形成する工程を単純化することで，生産性向上およびコスト低減等の実現が可能となる。
【００３４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は，二次電池およびその製造方法に適用可能であり，特に二次電池を構成するキャップ組立体の構造およびその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の円筒形二次電池の一般的構造の断面図である。
【図２】本実施形態に係るキャップ組立体の断面図である。
【図３】本実施形態に係るキャップ組立体の一体モールディング方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
２３０    キャップ組立体
２３１    安全ベント
２３２    電流遮断器
２３３    ＰＴＣ
２３４    陽極キャップ
２３５    ガスケット
Ｈ    通孔（または凹部）
【図１】
2005123197.tif 000003
【図２】
2005123197.tif 000004
【図３】
2005123197.tif 000005