(57)【要約】【課題】注液口からの漏れを防止することが可能な密閉型二次電池を提供する。【解決手段】一実施形態にかかる密閉型二次電池は、電解液を注入可能に構成された注液口を有し、その内面における前記注液口の周辺であって前記注液口から離れた領域に、液体を前記注液口から離れた前記領域に保持可能に構成された液保持部と、前記内面において液体を前記注液口から退避するように案内可能に構成された排液部と、が設けられた電池容器を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を注入可能に構成された注液口を有し、その内面における前記注液口の周辺であって前記注液口から離れた領域に、液体を前記注液口から離れた前記領域に保持可能に構成された液保持部と、前記内面において液体を案内して前記注液口から退避させる排液部と、が設けられた電池容器を備えたことを特徴とする密閉型二次電池。
【請求項２】
前記液保持部は、注液口の周りに表面粗さが異なる複数の領域を有して構成され、
前記排液部は、前前記電池容器の内面において記液保持部よりも前記注液口に近接した位置から前記注液口に対して離れる方向に延び、毛管現象により前記内面の前記注液口付近に付着した液体を案内する輸送路を備えることを特徴とする請求項１記載の密閉型二次電池。
【請求項３】
前記輸送路は前記注液口から放射状に複数形成され、
前記液保持部は、前記注液口から離れた前記注液口周辺で前記注液口を囲む領域に、第１の表面粗さの第１部位と前記第１の表面粗さと異なる第２２の表面粗さの第２部位とが縞状に交互に配されたことを特徴とする請求項２記載の密閉型二次電池。
【請求項４】
前記輸送路は前記注液口から離れるにしたがって前記輸送内面の面積が大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項３記載の密閉型二次電池。
【請求項５】
前記電池容器は、開口を有する容器と、前記容器の開口を塞ぐ封口蓋と、を備え、
前記封口蓋に前記注液口が設けられるとともに前記注液口の周囲の領域に前記液保持部及び前記排液部が形成され、
前記容器内に電極体を収容し、前記封口蓋を前記容器に溶接して前記容器の開口を塞ぎ、前記注液口から電解液を注入した後、減圧環境下において前記注液口を塞ぐように封止体を溶接することにより製造されることを特徴とする請求項１乃至４記載の密閉型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密閉型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池など密閉型二次電池が携帯用電子機器等に広く利用されている。密閉型二次電池は、例えば、上端が開口した金属製の容器と、この容器の開口を閉塞するように溶接される金属製の封口蓋を備える電池容器を備え、封口蓋を容器に溶接する前に、容器内に電池要素を配置し、その後、封口蓋を容器に溶接して、密閉型の電池容器を形成する。次いで、封口蓋に形成された注液口を通して電解液を電池容器内に注入する。そして、電解液の注入後に減圧環境下において注液口を封止体で封止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の構造では、封口蓋の内側面には電解液の液滴が付着し、減圧下において注液口を封止体で封止する際に、内側の液体が圧力差によって注液口を通って外部に漏れることがある。また、液体の持つメニスカスの力が重力より大きくなるとき、液体が注液口を這い上がって漏れることもある。
【０００５】
実施形態では、注液口からの漏れを防止することが可能な密閉型二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態にかかる密閉型二次電池は、電解液を注入可能に構成された注液口を有し、その内面における前記注液口の周辺であって前記注液口から離れた領域に、液体を前記注液口から離れた前記領域に保持可能に構成された液保持部と、前記内面において液体を前記注液口から退避するように案内可能に構成された排液部と、が設けられた電池容器を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる密閉型二次電池を一部切欠して示す斜視図。
【図２】同密閉型二次電池の封口蓋の裏面側を示す平面図。
【図３】同封口蓋の除液部の構成を示す平面図。
【図４】同封口蓋の注液口近傍の構成を示す断面図。
【図５】同除液部の排液部の図２におけるＡ−Ａ断面を示す説明図。
【図６】同除液部の液保持部の図２におけるＢ−Ｂ断面を示す説明図。
【図７】他の実施形態にかかる除液部の構成を示す平面図。
【図８】他の実施形態にかかる除液部の構成を示す平面図。
【図９】他の実施形態にかかる排液部の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下一実施形態にかかる密閉型二次電池１０について、図１乃至図６を参照して説明する。各図においては適宜構成を拡大、縮小、または省略して概略的に示す。図１は本実施形態にかかる密閉型二次電池１０を一部切欠して示す斜視図である。
【０００９】
図１に示すように、密閉型二次電池１０は、アルミニウム等の金属で形成された扁平な箱型形状の電池容器１１を備えており、この電池容器１１内に電解液とともに電極体１３を収容している。
【００１０】
電池容器１１は、上端が開口した容器１１Ａと、この容器１１Ａの開口部を封口する矩形板状の封口蓋１１Ｂとを有している。封口蓋１１Ｂは、容器１１Ａの開口部端面上に載置されて全周溶接され、容器１１Ａの開口部を封止している。これにより、容器１１Ａと封口蓋１１Ｂとが隙間無く一体化して、密閉型の電池容器１１を形成している。
【００１１】
封口蓋１１Ｂの長手方向両端部には、正極端子１４と負極端子１５がそれぞれ封口蓋１１Ｂから突出するように設けられている。正極端子１４と負極端子１５は、電極体１３の正極及び負極にそれぞれ接続されている。正極端子１４と負極端子１５の間には、ガスが発生し電池内部の圧力が上がった際に、破けるように薄く構成された薄成部１６が形成されている。
【００１２】
封口蓋１１Ｂの中央部には、電池容器１１内へ電解液を注入するための注液口１７が貫通して形成されている。注液口１７は、例えば円形に形成されている。注液口１７は、封口蓋１１Ｂに固定された封止体１９によって封止される。
【００１３】
封止体１９は、例えばアルミニウム等により円板状に形成され、封口蓋１１Ｂの深さと略等しい厚みを有している。封止体１９はレーザ溶接によって封口蓋１１Ｂに溶接されている。電解液として、水よりも粘性が高く、表面張力が小さい材料を用いている。
【００１４】
電極体１３は、例えば、正極板及び負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻状に捲回し、さらに、径方向に圧縮することにより、扁平形状に形成されている。
【００１５】
図２は、封口蓋１１Ｂの内側面（裏面）を示す平面図であり、図３は除液部の構成を示す平面図である。図２に示すように、封口蓋１１Ｂの内面の注液口１７の周辺であって注液口１７から離間した領域Ａ１に除液部２０が設けられている。領域Ａ１は例えば注液口１７から所定距離（例えば３ｍｍ）離間した円と、所定距離（例えば２０ｍｍ）離間した円とに囲まれる円環状の領域である。除液部２０は、液保持部２２及び排液部２１を有して構成される。除液部２０は、密閉型電池１０内部に設置されている各種部品に接触しないように配置されている。
【００１６】
図４は封口蓋１１の注液口１７近傍の構成を示す断面図であり、図５は、排液部２１の構成を示す説明図である。排液部２１は、注液口１７の周りに、注液口１７から一定距離の間隔をあけて配置されている。排液部２１は、注液口１７から所定の距離離れた場所から放射状に設けられた複数の輸送路２５で構成されている。各輸送路２５は例えば一対の隆起部２６，２６（突起）を有し、この隆起部２６，２６に挟まれた部分において毛管現象により液体が離間方向へ案内されて輸送される。例えばレーザ照射によりビードオン状態を作成することにより隆起部２６，２６を形成する。このとき材料に対するレーザの入熱によって隆起部２６，２６の高さが決定される。例えばここでは輸送路２５の幅は０．５ｍｍ〜１ｍｍ、高さは０．１ｍｍ〜１ｍｍとした。
【００１７】
輸送路２５は、内側の端部が液保持部２２よりも注液口１７に近接した内側位置にあり、と外側の端部が液保持部２２よりも注液口１７から離間した外側位置に至って形成されている。輸送路２５は、毛管現象を利用して、一対の隆起部２６，２６間に沿って液を輸送するように構成されている。注液口１７近傍に液滴が付着した場合、毛細管現象により輸送路２５の壁面と垂直方向に位置する液面が界面エネルギーを小さくする方向に力が向く。すなわち、液面が平らになるように力が働き、電解液が輸送路２５に沿って進行していく。このとき、液体の接触角、つまり、液体の表面張力と液体が接触する壁の面積との関係に応じて輸送路２５の形状が決定される。ここでは管の場合の毛管現象を評価する式を用いて各種寸法を決定する。液面の上昇高さはｈ  ＝  ２Ｔｃｏｓ・・・・・ｇ  ｒ  ・・で表され、ｈは液面の高さ、Ｔは表面張力、・・は接触角、・・は液体の密度、ｇは重力加速度、ｒは管の内径（半径）である。壁面では表面張力と壁の界面張力が釣り合っている。なお、輸送路の高さ寸法、幅、カーブ形状などの各種寸法は、表面張力や接触角、液体の密度、重力加速度、管の内径などの条件によって適切な値に設定される。ここでは排液部２１の輸送路２５の幅は、０．６ｍｍ程度と設定した。隆起部２６，２６は注液口１７に近い中心側よりも注液口１７から遠い外側の方が大きく隆起する形状になっている。すなわち輸送路２５は注液口１７から離れるにしたがって輸送路内面２６ａの面積が大きくなり、外側に向かって液体を案内するようになっている。例えば中心側の端部の高さｈ１＝０．５ｍｍ、外周側の端部の高さｈ２＝１．０ｍｍ程度である。例えば隆起部２６，２６を形成する際のレーザ照射エネルギーの調整によって隆起部２６，２６の高さを調節し、溝の高さ（深さ）を調節する。
【００１８】
図６は液保持部の構成を示す断面図である。図２，３，６に示すように、液保持部２２は、注液口１７の周りに、注液口１７から一定距離の間隔をあけた領域Ａ１に形成され、複数の輸送路２５の間において輸送路２５からあふれた液体を保持する機能を有する。
【００１９】
液保持部２２は、封口蓋１１Ｂの内側面に注液口１７を中心として円形の縞状に複数の第１部位２２ｂと第２部位と２２ａが交互に配置されて親液領域を形成している。各改質領域２２ｂの幅寸法は０．２ｍｍ程度、ピッチは０．４ｍｍ程度に構成されている。
【００２０】
例えばここではレーザによる表面改質を利用する。封口蓋１１Ｂの内側面の材料表面にレーザ照射して表面を溶かして改質した第１部位２２ａと、レーザ照射していない第２部位２２ｂとを形成することで、材料表面と液体の間の界面自由エネルギーを制御する。例えばここでは第１部位２２ａはレーザによる改質部（表面が滑らか）、第２部位２２ｂは未改質部（表面が荒れている）とする。
【００２１】
図６に示すように、液保持部２２において第１部位２２ａと第２部位２２ｂとでは、材料表面の粗さが異なり、液体と材料表面の界面エネルギーの差が生じる。液体はレーザ照射して表面が滑らかになった方に液が広がろうとするため、レーザ照射した改質部位とレーザ未照射の非改質部位とを交互に縞構造にすることによって、液体の親液化および表面への吸着力が増強される。すなわち、液保持部２２は異なる界面エネルギーの複数の領域を設置することによって、液体が外力を受けても移動しにくい親液状態になっている。
【００２２】
以下本実施形態にかかる密閉型二次電池の除液動作について図５，６を参照して説明する。注液口１７の近傍に付着した電解液の液滴Ｑ（液体）は、排液部２１の輸送路２５に沿って輸送される。すなわち、毛管現象により、輸送路２５の内面（壁面）と接している液面が界面エネルギーを小さくしようとして平らになろうとする力によって、注液口１７付近の液滴Ｑが輸送路２５の壁面２５ａに沿って外側へ移動し、注液口１７から退避する。
【００２３】
図５に示すように、輸送路２５からあふれた電解液の液滴Ｑは、周囲に形成された液保持部２２へ移動する。図６に示すように液保持部２２は異なる界面エネルギーの複数の領域を設置して親液状態とすることで、液体が外力を受けても移動しにくいようになっているため液体が注液口１７から離れた領域に保持され、その領域外（２次元領域）に液が出にくくなる。したがって、排液部２１で注液口１７近傍から電解液を離すことにより、封口蓋１１Ｂの表面への電解液の液漏れを防ぎ、液保持部２２に電解液を留めることで外部の力で再び電解液が注液口１７へ移動することを回避できる。
【００２４】
上記のような電池容器１１を用いた密閉型電池１０は、例えば、容器１１Ａ内に電極体１３を収容し、封口蓋１１Ｂを容器１１Ａに溶接して容器１１Ａの開口を塞ぎ、注液口１７から電解液を注入した後、減圧環境下において注液口１７を塞ぐように封止体１９を溶接することにより製造される。
【００２５】
本実施形態にかかる封口蓋１１Ｂでは、除液部２０の排液部２１により電解液の液滴Ｑが注液口１７から退避するように輸送され、液保持部２２により注液口１７側に移動しないようになっている。このため、電池容器１１の注液口１７に封口蓋１１Ｂを設置し減圧環境下でレーザ溶接により気密接合する際、注液口１７からの電解液の這い上がりおよび電解液の注液口１７近傍への侵入を抑制することができる。加えて化学薬品を使用しないドライプロセスで封止栓を密封した構造を有する密閉型二次電池１０およびその製造方法を提供できる。
【００２６】
したがって、電池容器１１の注液口１７は、封止体１９によって気密に封止される。このため、本実施形態にかかる密閉型電池１０は、高い信頼性を有した注液口１７のレーザ溶接封止を提供することが可能である。また、注液口１７のレーザ溶接不良を減少させることにより、高い歩留まりで電池を製造できる。
【００２７】
なお、上記実施形態では輸送路２５の構成としてレーザ照射により形成される一対の隆起部２６、２６で輸送路２５を形成する例を示したが、これに限られるものではない。例えば図７に示すように封口蓋１１Ｂの内面を加工して溝２８を形成し、この溝２８に沿って液を輸送させる構成としてもよい。
【００２８】
また液保持部２２（親液領域）を形成する方法としてレーザ加工による改質を用いた例を示したが、これに限られるものではない。例えば他にプラズマ（放電処理）による改質や、化学薬品による改質、研磨による改質などを用いてもよい。
【００２９】
さらに、
また、図８に示すように、輸送路２５を湾曲させながら放射状に案内するようにしてもよい。さらには図９に示すように複数の輸送路２５の間に短いサブ輸送路２９を別途形成してもよい。このサブ輸送路２９は除液部２０の内側（注液口１７に近い側）の端部は液保持部２２よりも注液口１７に近接した位置に配置し、外側（注液口１７から離れる側）の端部は液保持部２２の領域内に配置させる。この実施形態ではサブ輸送路２９によってより確実に注液口１７近傍の液体が排液部２１によって輸送されて退避し、液保持部２２に保持されることにより、液漏れ防止効能を向上させることが可能となる。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ１…領域、１０…密閉型二次電池（電池）、１１…電池容器、１１Ａ…容器、１１Ｂ…封口蓋、１１Ｂ…封口蓋、１３…電極体、１４…正極端子、１５…負極端子、１７…注液口、１９…封止体、２０…除液部、２１…排液部、２２…液保持部、２４…改質領域、２５…輸送路（輸送路）、２５ａ…壁面、２６…隆起部、２８…溝、２９…サブ輸送路。
【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】
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【図８】
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【図９】
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