(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板群を収容した外装ケースの開口部が蓋体で密閉されるとともにその蓋体に外装ケース内に電解液を注入する注液口が形成され、注液口が封止手段にて封止されている電池において、封止手段を、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入される袋状突部と、を備えた封止部材と、この封止部材の袋状突部の外装ケース内への挿入部内に予め挿入されていて前記封止部材を通じその外側からの引き上げ操作を受けて、袋状突部の外装ケースへの挿入部を注液口の周囲内面に係合するように塑性変形させる注液口よりも大きな膨大部を持った操作ロッドにて構成したことを特徴とする電池の注液口封止構造。
【請求項２】
係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装したことを特徴とする請求項１記載の電池の注液口封止構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の注液口封止構造に関し、特に電池の外装ケースの開口部を蓋体で密閉した後、蓋体に形成された注液口から電解液を注入して注液口を封止する場合に好適に適用できる注液口封止構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極板群が収容された外装ケースの開口部を蓋体で密閉し、その蓋体に形成された注液口から電解液を注入した後、注液口を封止手段にて封止して成る密閉式電池は、例えば特開平１２−２６８８１１号公報に開示されているように従来から知られている。
【０００３】
この種の密閉式電池における注液口の封止手段としては、単純に注液口に封止栓を嵌め込んでレーザ溶接する方法もあるが、その場合注液口の縁に付着した電解液によって溶接不良が生じるという問題があるため、図６に示すように、外装ケース３１の開口部を密閉する蓋体３２に形成された注液口３３の周囲外面に注液口３３より大径の座ぐり凹部３４を形成し、封止栓３５に座ぐり凹部に嵌まり込む鍔部３６を設け、座ぐり凹部３４と鍔部３６の外周縁をレーザ溶接するものが開示されている。
【０００４】
また、図６のような構成でも、溶接不良による電解液のリークが発生する恐れがあるため、図７に示すように、座ぐり凹部３４に嵌まり込む鍔部３８を有する弾性体からなる封止栓３７を注液口３３に嵌着するとともに、その封止栓３７を大型の押え板３９にて上方から押圧し、この押え板３９の外周縁を蓋体３２にレーザ溶接するものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の封止手段の構成では、レーザ溶接にて封止するようにしているが、図６の構成ではレーザ溶接における溶接品質のばらつきによって溶接部に亀裂が入ることがあって、電解液のリーク防止の信頼性に問題があり、図７の構成では電解液のリーク防止に対する信頼性は高めることができるが、部品点数が多くなるとともに、レーザ溶接に時間がかかって加工工数が増加し、コスト高になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、注液口を少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止できる電池の注液口封止構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の注液口封止構造は、極板群を収容した外装ケースの開口部が蓋体で密閉されるとともにその蓋体に外装ケース内に電解液を注入する注液口が形成され、注液口が封止手段にて封止されている電池において、封止手段を、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入される袋状突部と、を備えた封止部材と、この封止部材の袋状突部の外装ケース内への挿入部内に予め挿入されていて前記封止部材を通じその外側からの引き上げ操作を受けて、袋状突部の外装ケースへの挿入部を注液口の周囲内面に係合するように塑性変形させる注液口よりも大きな膨大部を持った操作ロッドにて構成し、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装したものであり、注液口を封止する際には、封止部材の袋状突部を注液口内に挿入してその挿入部を外部から塑性変形させて注液口の周囲内面に係合させることで封止でき、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができる。
【０００８】
また、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池の注液口封止構造を適用したリチウムイオン電池の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１１】
図１において、１は単電池から成る電池で、外装ケース２内に極板群３を電解液とともに収容し、蓋体４にて封止して構成されている。外装ケース２は、耐電解液性を有するニッケル板から成る有底円筒状の深絞り成形品にて構成されている。
【００１２】
極板群３は、正極板と負極板をセパレータを介して巻回して構成され、その上側の端面には正極板の芯材が、下側の端面には負極板の芯材がそれぞれ露出されている。正極板は、アルミ箔からなる芯材の両面に正極活物質と結着剤を含む正極材料を塗着して構成されており、その正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＮｉＯ2 などが用いられる。負極板は、銅箔からなる芯材の両面に負極活物質と結着剤を含む負極材料を塗着して構成されており、その負極活物質としては、グラファイト、石油コークス類、炭素繊維などの炭素質材料などが用いられる。なお、図示例では円筒形の外装ケース２に巻回した極板群３を収容した例を示したが、直方体状の外装ケースに平板状の正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を収容してもよい。
【００１３】
電解液としては、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ）などのリチウム塩、溶媒としてエチレンカーボネイト（ＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）、エチレンメチルカーボネイト（ＥＭＣ）などの非水溶媒などを用い、この溶媒に溶質を溶解したものを使用する。
【００１４】
極板群３の下側の端面に露出している負極芯材には負極集電板５が予め溶接にて接合され、その状態で極板群３を外装ケース２内に収容した後、極板群３の中心部を貫通する中空部３ａを通して負極集電板５の中央部と外装ケース２の底面中央部とが抵抗溶接されている。極板群３の端面に露出している負極芯材と負極集電板５とは、負極集電板５の周方向複数箇所で半径方向にレーザビーム溶接を行って溶接されている。
【００１５】
蓋体４は、図１及び図２に示すように、有底小径筒部６と段部７と大径接続筒部８を有する段付き椀状のプレス成形品にて構成されている。この蓋体４の底面の中心部には電解液を注入する注液口９が形成され、封止手段１０にて封止されている。また、注液口９の周囲には断面Ｖ字状の切り込み１１が環状に形成され、この切り込み１１にて内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う防爆手段が構成されている。また、蓋体４の底面には外装ケース２内側に突出するとともに半径方向に延びる突部４ａが周方向複数箇所（図示例では４箇所）に形成されている。
【００１６】
蓋体４の大径接続筒部８は外装ケース２の底部が丁度挿入嵌入される径に形成され、外装ケース２の底部外周が段部７上に当接されて保持されるように構成されている。蓋体４の有底小径筒部６は、電気絶縁性とシール性を有するガスケット１２を外装ケース２の開口部にその端縁と内周面に係合させて配置した状態で、外装ケース２の開口部内に挿入嵌合可能な径に形成され、段部７の外面がガスケット１２の上端面との間に若干の隙間が生じるか、ほぼ係合した状態で、その底面の突部４ａが極板群３の上側端面に露出している正極芯材に密着するように構成されている。そして、蓋体４の突部４ａを極板群３の上側端面の正極芯材に密着させた状態で蓋体４の上方からレーザビーム溶接等にて溶接されている。
【００１７】
また、外装ケース２の開口部と蓋体の有底小径筒部６がガスケット１２を介して嵌合している部分に、外装ケース２の外面側から適当な治具を用いて固定溝１３が絞り加工にて形成され、この固定溝１３にてガスケット１２を介して外装ケース２と蓋体４が相互に一体固定されている。
【００１８】
なお、蓋体４は、外装ケース２内に臨む一面が正極板の芯材と同様に耐電解腐食性のアルミまたはアルミ合金板から成り、他面が耐電解液性を有するニッケルまたはステンレス板から成り、これらを冷間圧接にて貼り合わせたクラッド材にて構成されている。
【００１９】
また、蓋体４には、有底小径筒部６の固定溝１３より上部位置から段部７を介して大径接続筒部８の下部にわたる長さのガス抜き穴１５が、周方向複数箇所（図示例では４箇所）に形成され、防爆手段１１が作動して電池１内のガスが放出された時に外部に放出するように構成されている。
【００２０】
また、本実施形態の封止手段１０には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、封止部材としてのリベット本体１７と操作ロッド１８とからなるブラインドリベット１６が用いられ、そのリベット本体１７にて蓋体４の注液口９が封止されている。ブラインドリベット１６のリベット本体１７は、注液口９の周囲外面に係合する係合鍔１９と注液口９を貫通して外装ケース２内に挿入される袋状突部２０とを有した封止部材をなし、袋状突部２０の内部空間の底部は大径に形成されている。このために、操作ロッド１８は先端部が袋状突部２０内に挿入配置されるとともに先端に袋状突部２０の大径の内底部を満たす膨大部２１が形成されている。
【００２１】
注液口９をブラインドリベット１６にて封止する際には、図３（ａ）に示すように、リベット本体１７の袋状突部２０を、注液口９を通じ外装ケース２内に挿入して係合鍔１９を注液口９の周囲の蓋体４の外面に押し付けて密着係合させ、その状態で白抜き矢印の如く操作ロッド１８を強力に引上げることにより、図３（ｂ）に示すように、操作ロッド１８の先端に設けられて袋状突部２０の外装ケース２内への挿入部内に予め挿入されていた膨大部２１を操作ロッド１８により外部から引き上げることにより、膨大部２１にて袋状突部２０が径方向外方に押し広げられながら蓋体４の内面に圧接するように塑性変形され、袋状突部２０が注液口９の周囲内面に密着係合され、注液口９が封止される。その後、操作ロッド１８をさらに強力に引上げることにより、膨大部２１の近傍で操作ロッド１８が破断し、操作ロッド１８を除去することで注液口９の封止が完了する。
【００２２】
また、注液口９とリベット本体１７の嵌合面や重なり面に適当なシール剤を塗布又は配置すると信頼性の高い封止状態が得られ、さらに好適には、図４に示すように、係合鍔１９の蓋体４外面に当接する面にシール溝２２を設け、Ｏリングやピッチ等のシール材２３を配置すると、一層確実に信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【００２３】
以上の構成の電池１の製造に際しては、極板群３を作製するとともにその負極芯材が露出している端面に負極集電板５を溶接接合し、この極板群３を外装ケース２内に挿入して収容し、負極集電板５を外装ケース２の底面に抵抗溶接にて接合する。その後外装ケース２の開口部内周にガスケット１２を嵌合配置した後、蓋体４の有底小径筒部６を外装ケース２の開口部内に嵌合させて極板群３に向けて押圧し、その状態で外装ケース２の開口部外面から固定溝１３をかしめ加工してガスケット１２を介して外装ケース２と蓋体４を電気的絶縁とシール性を確保した状態で固定する。また、その状態で蓋体４の突部４ａは、極板群３の正極芯材が露出している端面に密着しており、蓋体４の外面側からレーザビーム溶接等にて突部４ａを正極芯材に溶接接合する。その後、蓋体４の注液口９から所定量の電解液を注入し、極板群３に含浸させた後、注液口９に対してブラインドリベット１６を用いて封止工程を行うことで、リベット本体１７からなる封止部材にて注液口９が高い信頼性をもって封止され、電池１が完成する。
【００２４】
以上の構成の電池１は、複数の電池１を直列接続して組電池を構成するものである。組電池２５を組み立てる際には、図５に示すように、一方の電池１の外装ケース２の底部を他方の電池２の蓋体４の大径接続筒部８に嵌合させるとともに、外装ケース２の底部外周を段部７に当接させて保持し、その状態で大径接続筒部８と外装ケース２の底部外周とを溶接することにより、相互に電気的に接続されるとともに機械的にも結合され、単一の組電池２５が構成される。その溶接に際しては、レーザビーム溶接を適用しても、大径接続筒部８の周方向複数箇所にプロジェクションを設けて抵抗溶接を適用してもよい。
【００２５】
以上の実施形態によれば、注液口９を封止する際には、封止部材としてのリベト本体１７の袋状突部２０を注液口９内に挿入してその挿入部を塑性変形させて注液口９の周囲内面に係合させ、注液口９を封止しているので、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができ、特にブラインドリベット１６を用いているので、極めて簡単な一工程で信頼性の高い封止を実現することができる。また、図４に示すように、係合鍔１９と注液口９の周囲外面との間にシール材２３を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【００２６】
以上の実施形態の説明では、封止手段１０として、ブラインドリベット１６を用いた例を示したが、注液口９の周囲外面に係合する係合鍔と注液口に挿入される袋状突部とを有る封止部材を用い、その袋状突部を注液口の周囲内面に係合するように適当な手段にて塑性変形させるようにしてもよい。
【００２７】
また、以上の実施形態では、電池１がリチウムイオン電池から成る例についてのみ説明したが、本発明はニッケル水素電池等、その他の構成の電池にも適用することで同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の電池の注液口封止構造によれば、注液口の周囲外面に係合する係合鍔と、注液口を通じ外装ケース内に挿入した袋状突部の、外装ケース内への挿入部の、そこに予め挿入されていた注液口よりも大きな膨大部を外部から引き上げたことによる注液口の周囲内面に係合するように塑性変形された部分とで、注液口を封止するので、少ない加工工数にて高い信頼性をもって封止することができる。
【００２９】
また、係合鍔と注液口の周囲外面との間にシール材を介装することにより、一層信頼性の高い封止状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の注液口の封止構造を適用した電池の縦断面図である。
【図２】同実施形態の電池の蓋体を示す斜視図である。
【図３】同実施形態の封止部材の装着工程を示す断面図である。
【図４】同実施形態の封止部材の他の構成例を示す断面図である。
【図５】同実施形態の電池を直列接続した組電池における接続部の縦断面図である。
【図６】従来例の注液口の封止構造の断面図である。
【図７】他の従来例の注液口の封止構造の断面図である。
【符号の説明】
１  電池
２  外装ケース
３  極板群
４  蓋体
９  注液口
１０  封止手段
１６  ブラインドリベット
１７  リベット本体（封止部材）
１９  係合鍔
２０  袋状突部
２３  シール材
【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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