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公開番号2019145376
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190829
出願番号2018029508
出願日20180222
発明の名称蓄電素子
出願人株式会社ブルーエナジー,本田技研工業株式会社
代理人特許業務法人藤本パートナーズ
主分類H01M 2/36 20060101AFI20190802BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ケースが内圧によって膨らんでも、筐体部と注液栓との溶接部位に応力が生じ難い蓄電素子を提供する。
【解決手段】内部へ電解液の注入が可能な注液孔320hを有するケース本体と、注液孔を封止する注液栓7と、を備え、ケース本体は、周辺部位よりも突出し且つ注液孔を画定する筒部321と、筒部を周方向に囲い且つ該ケース本体の内側に向けて凹む溝322と、を有し、注液栓は、筒部の開口を塞ぐように該筒部に被せられる注液栓本体71と、注液栓本体のケース本体側の端部から広がり且つ溝の外側において該ケース本体に溶接されている鍔部72と、を有する。
【選択図】図6
特許請求の範囲約 350 文字を表示【請求項1】
内部へ電解液の注入が可能な注液孔を有する筐体部と、前記注液孔を封止する注液栓と、を有するケースを備え、
前記筐体部は、
周辺部位よりも突出し且つ前記注液孔を画定する筒部と、
前記筒部を周方向に囲い且つ該筐体部の内側に向けて凹む溝と、を有し、
前記注液栓は、
前記筒部の開口を塞ぐように該筒部に被せられる注液栓本体と、
前記注液栓本体から広がり且つ前記溝の外側において該筐体部に溶接されている鍔部と、を有する、蓄電素子。
【請求項2】
前記溝の深さは、筒部側ほど深い、請求項1に記載の蓄電素子。
【請求項3】
前記溝は、前記筒部の周方向に延びる細溝を底面に有する、請求項1又は2に記載の蓄電素子。

発明の詳細な説明約 16,000 文字を表示【技術分野】
【0001】
本発明は、注液孔を有する筐体部と前記注液孔を封止する注液栓とを備える蓄電素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、電極群が内蔵される空間を有する角形のケースを備えた二次電池が知られている(特許文献1参照)。
【0003】
具体的に、この二次電池は、正極と負極とがセパレータを間において位置する電極群と、電極群が内蔵される空間を備える角形のケースと、ケースの開口部に設置されて、ケースを密閉するキャップ組立体と、正極及び負極とタブを媒介して電気的に連結され、キャップ組立体の外側に突き出される正極端子及び負極端子と、を含んでいる。
【0004】
キャップ組立体には、該キャップ組立体の一側に形成されて、ケース内部に電解液を注入するための電解液注入孔と、電解液注入孔を密封してケース内部の気密を維持するための密封部材と、が設けられる。また、キャップ組立体は、ケースの上端に気密を維持した状態で結合されるキャッププレートと、キャッププレートの両側に設けられる正極端子及び負極端子と、を含む。
【0005】
図14に示すように、このキャッププレート500上には、電解液注入孔501周囲に沿って溝502が連続的に形成されて環形態をなし、溝502は、電解液注入孔501から所定間隔離隔して形成される。溝502に嵌合される密封部材504は、電解液注入孔501を覆う円板形態の蓋板505と、この蓋板505の前面外周部に沿って突出形成されて溝502に嵌合される装着リーブ506を含む。この装着リーブ506の側面には、溝502の深さと対応する高さで溝502の側面と接するように側方向に伸びる溶接部507が形成される。
【0006】
以上の二次電池では、ガスの発生等によってケースの内圧が上昇してケースやキャッププレート500が膨らむと、溶接部507に応力が発生しやすい。具体的には、例えば、前記内圧の上昇によってキャッププレート500における電解液注入孔501の周辺部全体(図14のαで示す領域)が外側に向けて膨出すると、溶接部507において装着リーブ506の側面と溝502の側面とが離れる方向の力(応力)が加わりやすい。また、例えば、電解液注入孔501の周辺においてキャッププレート500が薄くなっている部位を起点にその内側(図14のβで示す領域)が外側に向けて膨出すると、溶接部507において装着リーブ506の側面と溝502の側面とが近づく方向の力(応力)が加わりやすい。このような応力が溶接部507に繰り返し加わる、又は連続して加わり続けると、溶接部507に割れ等の溶接欠陥が生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2006−324244号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本実施形態は、ケースが内圧によって膨らんでも、筐体部と注液栓との溶接部位に応力が生じ難い蓄電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本実施形態の蓄電素子は、
内部へ電解液の注入が可能な注液孔を有する筐体部と、前記注液孔を封止する注液栓と、を有するケースを備え、
前記筐体部は、
周辺部位よりも突出し且つ前記注液孔を画定する筒部と、
前記筒部を周方向に囲い且つ該筐体部の内側に向けて凹む溝と、を有し、
前記注液栓は、
前記筒部の開口を塞ぐように該筒部に被せられる注液栓本体と、
前記注液栓本体から広がり且つ前記溝の外側において該筐体部に溶接されている鍔部と、を有する。
【0010】
かかる構成によれば、ケースの内圧が上昇したときに、筐体部において厚みが小さくなっている部位(溝が形成されている部位)を起点に、その内側が膨らみ(図8の二転鎖線参照)、これにより、筐体部における溝の外側の部位の膨出が抑えられる。その結果、ケースの内圧が上昇したときに、溝(筐体部における厚みが小さくなっている部位)の外側に形成されている注液栓の鍔部と筐体部との溶接部位における応力の発生が抑えられる(即ち、前記溶接部位において応力が生じ難くなる)。
【0011】
前記蓄電素子では、
前記溝の深さは、筒部側ほど深くてもよい。
【0012】
このように、溝において厚み(筐体部の溝が設けられている部位の厚み)を変化させる、即ち、部分的に厚みのより小さい部位を設けることで、ケースの内圧が上昇したときに、筐体部における溝の内側の部位がより確実に膨出しやすくなる。
【0013】
また、前記蓄電素子では、
前記溝は、前記筒部の周方向に延びる細溝を底面に有してもよい。ここで、「細溝」とは、筐体部において筒部を囲む溝より幅の狭い溝のことである。
【0014】
このように、底面に細溝を設けることで、筐体部における溝の底面に相当する部位(筐体部における厚みが小さくなっている部位)がより変形しやすくなるため、内圧が上昇したときに、筐体部において該溝を起点にしてその内側の部位がより確実に膨出しやすくなる。
【発明の効果】
【0015】
以上より、本実施形態によれば、ケースが内圧によって膨らんでも、筐体部と注液栓との溶接部位に応力が生じ難い蓄電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1は、本実施形態の蓄電素子の斜視図である。
図2は、前記蓄電素子の分解斜視図である。
図3は、前記蓄電素子が有する電極体を説明するための図である。
図4は、前記蓄電素子の蓋板における注液孔周辺部と注液栓とを示す分解斜視図である。
図5は、前記蓋板の注液孔周辺部の断面図である。
図6は、前記注液栓が配置された状態の前記蓋板の注液孔周辺部の断面図である。
図7は、電解液を注入するためのノズルを前記蓋板の筒部に押し当てた状態の断面図である。
図8は、注液孔周辺部が膨出した状態を説明するための断面図である。
図9は、従来の蓄電素子の注液孔周辺部を示す断面図である。
図10は、他実施形態に係る蓄電素子の筐体部における溝を示す断面図である。
図11は、他実施形態に係る蓄電素子の筐体部における溝を示す断面図である。
図12は、他実施形態に係る蓄電素子の筐体部における溝の底面を示す図である。
図13は、前記蓄電素子を備える蓄電装置の模式図である。
図14は、従来の二次電池における電解液注入孔の周辺部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1〜図9を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。
【0018】
本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。
【0019】
蓄電素子は、図1及び図2に示すように、電極体2と、電極体2を収容するケース3と、を備える。また、蓄電素子1は、少なくとも一部が外部に露出した状態でケース3に取り付けられる外部端子4と、電極体2と外部端子4とを導通させる集電体5と、を備える。また、蓄電素子1は、電極体2とケース3との間に配置される絶縁部材6等も、備える。
【0020】
電極体2は、図3にも示すように、積層された状態で巻回される電極(正極23及び負極24)を有する。具体的に、電極体2は、巻芯21と、正極23と負極24とが互いに絶縁された状態で積層された積層体22であって、巻芯21の周囲に巻回された積層体22と、を備える。電極体2においてリチウムイオンが正極23と負極24との間を移動することにより、蓄電素子1が充放電する。
【0021】
正極23は、帯状の金属箔231と、金属箔231に重ねられる正極活物質層232と、を有する。この正極活物質層232は、金属箔231における幅方向の一方の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔231に重ねられている。本実施形態の金属箔231は、例えば、アルミニウム箔である。
【0022】
負極24は、帯状の金属箔241と、金属箔241に重ねられる負極活物質層242と、を有する。この負極活物質層242は、金属箔241における幅方向の他方(正極23の金属箔231の非被覆部と反対側)の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔241に重ねられている。本実施形態の金属箔241は、例えば、銅箔である。
【0023】
本実施形態の電極体2では、以上のように構成される正極23と負極24とがセパレータ25によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体2では、正極23、負極24、及びセパレータ25の積層体22が巻回されている。
【0024】
セパレータ25は、絶縁性を有する部材であり、正極23と負極24との間に配置される。これにより、電極体2(詳しくは、積層体22)において、正極23と負極24とが互いに絶縁される。また、セパレータ25は、ケース3内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子1の充放電時において、セパレータ25を挟んで交互に積層される正極23と負極24との間を、リチウムイオンが移動可能となる。
【0025】
このセパレータ25は、帯状であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態のセパレータ25は、SiO

粒子、Al



粒子、ベーマイト(アルミナ水和物)等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ25の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。
【0026】
セパレータ25の幅方向の寸法は、負極活物質層242の幅より大きい。セパレータ25は、正極活物質層232と負極活物質層242とが厚さ方向(積層方向)に重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極23と負極24との間に配置される。このとき、正極23の非被覆部と、負極24の非被覆部とは重なっていない。即ち、正極23の非被覆部が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向(積層方向と直交する方向)に突出し、且つ、負極24の非被覆部が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向(正極23の非被覆部の突出方向と反対の方向)に突出する。このような状態で積層された正極23、負極24、及びセパレータ25(即ち、積層体22)が巻回されることによって、電極体2が形成される。また、本実施形態の電極体2では、正極23の非被覆部又は負極24の非被覆部のみが積層された部位によって、電極体2における非被覆積層部26が構成される。
【0027】
非被覆積層部26は、電極体2の各極に設けられる。即ち、正極23の非被覆部のみが積層された非被覆積層部26が電極体2における正極の非被覆積層部を構成し、負極24の非被覆部のみが積層された非被覆積層部26が電極体2における負極の非被覆積層部を構成する。
【0028】
ケース3は、図1、図2、図4〜図6に示すように、内部への電解液の注入が可能な注液孔320hを有する筐体部30と、注液孔320hを封止する注液栓7と、を有する。
【0029】
筐体部30は、開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を塞ぐ(閉じる)蓋板32と、を有する。筐体部30は、電極体2及び集電体5等と共に、電解液を内部空間に収容する。筐体部30は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態の筐体部30は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。
【0030】
電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、LiClO

、LiBF

、及びLiPF

等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、プロピレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=3:2:5の割合で調整した混合溶媒に、1mol/LのLiPF

を溶解させたものである。
【0031】
筐体部30は、ケース本体31の開口周縁部34と、蓋板32の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、筐体部30では、ケース本体31と蓋板32とによって内部空間が画定されている。本実施形態の筐体部30では、ケース本体31の開口周縁部34と蓋板32の周縁部とが溶接によって接合されている。
【0032】
ケース本体31は、板状の閉塞部311と、閉塞部311の周縁に接続される筒状の胴部(周壁)312と、を備える。
【0033】
閉塞部311は、ケース本体31が開口を上に向けた姿勢で配置されたときにケース本体31の下端に位置する(即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体31の底壁となる)部位である。閉塞部311は、該閉塞部311の法線方向から見て、矩形状である。
【0034】
以下では、閉塞部311の長辺方向を直交座標系のX軸とし、閉塞部311の短辺方向を直交座標系のY軸とし、閉塞部311の法線方向を直交座標系のZ軸とする。
【0035】
胴部312は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状である。胴部312は、閉塞部311の周縁における長辺から延びる一対の長壁部313と、閉塞部311の周縁における短辺から延びる一対の短壁部314とを有する。即ち、一対の長壁部313は、Y軸方向に間隔(詳しくは、閉塞部311の周縁における短辺に相当する間隔)を空けて対向し、一対の短壁部314は、X軸方向に間隔(詳しくは、閉塞部311の周縁における長辺に相当する間隔)を空けて対向する。短壁部314が一対の長壁部313の対応(詳しくは、Y軸方向に対向)する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部312が形成される。
【0036】
以上のように、ケース本体31は、開口方向(Z軸方向)における一方の端部が塞がれた角筒形状(即ち、有底角筒形状)を有する。このケース本体31には、巻回中心軸C方向をX軸方向に向けた状態で電極体2が収容される(図2参照)。
【0037】
蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐ板状の部材である。本実施形態の蓋板32は、注液孔320hを有する。この注液孔320hは、蓋板32の厚さ方向(Z軸方向)に貫通する。これにより、筐体部30の内部と外部とが注液孔320hを通じて連通する。蓋板32の詳しい構成は、以下の通りである。
【0038】
蓋板32は、板状の蓋板本体320と、蓋板本体320から延びる筒部321と、蓋板本体320における筒部321の周囲に設けられる溝322と、を有する。また、本実施形態の蓋板32は、溝322の外側に凸部326を有する。
【0039】
蓋板本体320は、Z軸方向から見て、ケース本体31の開口周縁部34に対応した輪郭形状を有し且つX−Y面(X軸とY軸とを含む面)方向に広がる板状の部材である。即ち、蓋板本体320は、Z軸方向から見て、X軸方向に長い矩形状の板材である。
【0040】
この蓋板本体320では、注液孔320h周辺の厚さが小さくなっている。具体的には、蓋板本体320の注液孔320hの周辺部では、内面(筐体部30の内部側の面)320Bが注液孔320hに近づくにつれて外面320A側に向かうようなテーパ状になっている。本実施形態の蓋板本体320の内面320Bにおいて、テーパ状の面320bは、凸部326の外縁位置より内側の領域である(図5及び図6参照)。
【0041】
筒部321は、周辺部位よりもZ軸方向に突出する筒状の部位である。この筒部321は、注液孔320hを画定している。即ち、筒部321の中空部が注液孔320hである。本実施形態の筒部321は、円筒状である。この筒部321の先端面(蓋板本体320と反対側の端面)3210における径方向の内側の第一領域3211は、径方向の内側ほど蓋板本体320に近づく傾斜面である。また、先端面3210における径方向の外側の第二領域3212は、径方向の外側ほど蓋板本体320に近づく傾斜面である。また、先端面3210の第一領域3211と第二領域3212との間の第三領域3213は、蓋板本体320と平行な面(X−Y面方向に広がる面)である。
【0042】
溝322は、蓋板本体320において、外面(筐体部30の外側を向いた面)320Aから内面(筐体部30の内側を向いた面)320Bに向けて凹む(図5及び図6において下方に向けて凹む)溝である。この溝322は、筒部321の外周面321Aに沿って配置されている。即ち、溝322は、Z軸方向から見て、筒部321を囲む環状である。
【0043】
詳しくは、溝322は、筒部321の径方向内側においてZ軸方向に延びる内側面(内側の側面)323と、筒部321の径方向外側においてZ軸方向に延びる外側面(外側の側面)324と、内側面323と外側面324との端部同士を接続する底面325と、を有する。この底面325は、X−Y面に沿って広がる平らな面である。本実施形態の溝322は、筒部321と隣接する。本実施形態の蓋板32では、溝322の内側面323と筒部321の外周面321AとがZ軸方向に連続し、一つの円柱面を構成している(図5参照)。
【0044】
凸部326は、溝322に沿って延び、該溝322の周囲を囲む。具体的に、凸部326は、溝322と間隔をあけて該溝322を囲む。この凸部326は、Z軸方向から見て環状である。本実施形態の凸部326では、径方向の内側の側壁326Bが注液栓7の周縁と溶接される。
【0045】
以上のように構成される蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐように該ケース本体31に当接する。より具体的には、蓋板32が開口を塞ぐように、蓋板32の周縁部がケース本体31の開口周縁部34に重ねられる。開口周縁部34と蓋板32とが重ねられた状態で、蓋板32とケース本体31との境界部が溶接される。これにより、筐体部30が形成される。
【0046】
注液栓7は、筒部321の開口を塞ぐように該筒部321に被せられる栓本体(注液栓本体)71と、栓本体71の筐体部30(蓋板本体320)側の端部から広がり且つ溝322の外側において該筐体部30に溶接されている鍔部72と、を有する。
【0047】
栓本体71は、筒部321の周囲を囲う周壁部711と、筒部321の先端側開口を覆う栓閉塞部712と、を有する。周壁部711は、筒部321の外周面321Aと対応する大きさの内周面711Bを有する(図6参照)。本実施形態の周壁部711は、Z軸方向に延びる円筒状であり、内周面711Bの内径は、筒部321の外周面321Aの外径と同じ若しくは僅かに大きい。この周壁部711のZ軸方向の寸法は、筒部321のZ軸方向の寸法より大きい。また、筒部321の先端(本実施形態の例では、先端面3210の第三領域3213)と栓閉塞部712の内面とのZ軸方向の間隔は、前記周壁部711の内周面711Bと筒部321の外周面321Aとの間隔より大きい。本実施形態の筒部321の先端面3210と栓閉塞部712の内面とのZ軸方向の間隔は、電解液による毛細管現象が生じない大きさであり、例えば、2mm以上程度である。本実施形態の栓閉塞部712は、円盤状である。
【0048】
鍔部72は、周壁部711の蓋板本体320側の端部からX−Y面方向に広がる。本実施形態の鍔部72は、Z軸方向から見て、環状であり且つ蓋板32の溝322の外側まで広がっている。具体的に、鍔部72は、その外周縁が蓋板32の凸部326(詳しくは、凸部326の内側の側壁326B)に当接又は近接する位置まで広がっている。そして、鍔部72の外周縁は、凸部326と溶接されて、溶接部位WLが形成されている。即ち、鍔部72は、溶接部位WLを介して凸部326に接続されている(図6参照)。これにより、注液栓7が蓋板本体320に固定され、注液孔320hが封止される。
【0049】
外部端子4は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子4は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子4は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子4は、バスバ等が溶接可能な面41を有する。
【0050】
集電体5は、ケース3内に配置され、電極体2と導通可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体5は、クリップ部材50を介して電極体2と導通可能に接続される。即ち、蓄電素子1は、電極体2と集電体5とを導通可能に接続するクリップ部材50を備える。
【0051】
集電体5は、導電性を有する部材によって形成される。集電体5は、ケース3の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体5は、外部端子4とクリップ部材50とを導通可能に接続する。具体的に、集電体5は、外部端子4と導通可能に接続される第一接続部51と、電極体2と導通可能に接続される第二接続部52と、第一接続部51と第二接続部52とを接続する屈曲部53と、を有する。集電体5では、屈曲部53がケース3内の蓋板32と短壁部314との境界近傍に配置され、第一接続部51が屈曲部53から蓋板32に沿って延びると共に、第二接続部52が屈曲部53から短壁部314に沿って延びる。本実施形態の第二接続部52は、例えば、超音波溶接によってクリップ部材50と接合される。
【0052】
以上のように構成される集電体5は、蓄電素子1の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子1では、ケース3内において、電極体2の正極の非被覆積層部26と、負極の非被覆積層部26とにそれぞれ配置される。正極の集電体5と負極の集電体5とは、異なる素材によって形成される。具体的に、正極の集電体5は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体5は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。
【0053】
クリップ部材50は、電極体2の非被覆積層部26において積層された正極23又は負極24を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材50は、非被覆積層部26において積層される正極23同士、又は負極24同士を確実に導通させる。本実施形態のクリップ部材50は、板状の金属材料を断面がU字状となるように曲げ加工することによって形成される。
【0054】
絶縁部材6は、ケース3(詳しくはケース本体31)と電極体2との間に配置される。この絶縁部材6は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって袋状に形成されている。
【0055】
次に、蓄電素子1の製造方法について説明する。
【0056】
外部端子4及び集電体5が蓋板32に組付けられる。続いて、電極体2が集電体5にクリップ部材50を介して接続される。具体的に、クリップ部材50が非被覆積層部26を挟み込み、この非被覆積層部26を挟み込んだ状態のクリップ部材50が集電体5の第二接続部52に接合される。本実施形態では、クリップ部材50は、超音波接合によって集電体5に接続される。
【0057】
次に、電極体2がケース本体31の内部に挿入されつつ蓋板32がケース本体31の開口周縁部34に重ねられ、ケース本体31の開口が塞がれる。この状態で、蓋板32の周縁部とケース本体31の開口周縁部34とが溶接され、蓋板32とケース本体31との境界部が密閉される。これにより、筐体部30が形成される。
【0058】
続いて、電解液が蓋板32の注液孔320hから筐体部30の内部(内部空間)に注入(注液)される。詳しくは、以下の通りである。
【0059】
図7に示すように、ノズル9が、筒部321の先端面3210に押し付けられる。詳しくは、ノズル9は、先端に、樹脂製のOリング(シール部材)91を有し、このOリング91を筒部321の先端面3210(詳しくは、第三領域3213)に押し付けて圧接させる。
【0060】
ノズル9が筒部321の先端面3210に押し付けられると、該ノズル9を通じて筐体部30の内部の空気が排気(吸引)され、筐体部30の内部が負圧にされる。筐体部30の内部が負圧になると、電解液がノズル9を通じて筐体部30の内部に注入(供給)される。前記負圧により、効率よく電解液が筐体部30の内部に注入される。所定量の電解液が筐体部30の内部に注入される、即ち、電解液の注入が完了すると、ノズル9が筒部321から引き離され、注液栓7が筒部321に被せられる。
【0061】
このとき、引き離されたノズル9からの垂れ等によって、電解液が筒部321の先端面3210に付着していても、該先端面3210と栓閉塞部712の内面との間隔が大きいため、前記先端面3210に付着している電解液が毛細管現象等によって筒部321と栓本体71の周壁部711との間に入り込むことが防がれる。また、電解液が筒部321の外周面321Aに付着していても、該電解液は、外周面321Aを伝って垂れ落ち、又は筒部321と周壁部711との間を毛細管現象によって溝322に流れ込む。このように、前記ノズル9からの垂れ等によって筒部321の先端部等に付着した電解液は、注液栓7の鍔部72の外周縁近傍までは移動しない。
【0062】
注液栓7が筒部321に被せられると、続いて、鍔部72の外周縁と、蓋板32の凸部326との境界部が溶接され、注液栓が蓋板32に固定される。これにより、蓋板32の注液孔320hが注液栓7によって封止され、蓄電素子1が完成する。
【0063】
以上の蓄電素子1によれば、ケース3の内圧が上昇したときに、図8に示すように、筐体部30において厚みが小さくなっている部位(本実施形態の例では、溝322が形成されている部位)を起点に、その内側が膨らみやすい(図8の二点鎖線参照)。これにより、前記内圧が上昇したときの筐体部30における溝322の外側の部位の膨出が抑えられる。その結果、前記内圧が上昇したときに、溝(筐体部30における厚みが小さくなっている部位)322の外側に形成されている注液栓7の鍔部72と筐体部30との溶接部位WLにおける応力の発生が抑えられる(即ち、溶接部位WLにおいて応力が生じ難くなる)。
【0064】
尚、図8においては、筐体部30(蓋板32)において溝322が形成されている部位を起点にその内側の部位が膨らむことを理解しやすいように、誇張して表現している。また、ケース3の内圧が上昇したときの部分的な膨出の起点になる部位は、本実施形態の溝322が形成されている部位のような筐体部30の厚みが局所的に小さくなっている部位に限定されない。
【0065】
また、蓄電素子1の製造方法は、
内部に電極体2を収納した筐体部30であって、周辺部位よりも突出し且つ注液孔320hを画定する筒部321と、筒部321を周方向に囲い且つ内側に向けて凹む溝322と、を有する筐体部30の内部に注液孔320hから電解液を注入することと、
筒部321の開口を塞ぐように該筒部321に被せることが可能な栓本体71と、栓本体71の筐体部30側の端部から広がる鍔部72と、を有する注液栓7を、電解液の注入後の筒部321に被せることと、
溝322の外側において鍔部72と筐体部30(上記実施形態の例では、蓋板本体320)とを溶接することと、を備える。
【0066】
図9に示す従来の蓄電素子100のように、ケース101(本実施形態の筐体部30に相当する部材)における平坦な板状の部位に孔(注液孔)102が設けられ、この孔102から電解液が注入される場合、電解液が孔102の周縁部に付着する場合がある。この場合、孔102を封止するために注液栓103を該孔102に圧入すると、毛細管現象等によって、前記付着した電解液が注液栓103の鍔部104の周縁部に移動する。この状態で鍔部104の周縁とケース101とがレーザ溶接されると、熱による電解液の気化等によって、溶接部位において溶接不良が発生する。
【0067】
しかし、上記の構成によれば、筐体部30の内部への電解液の注入後に電解液が筒部321の外周面321A等に付着していても、該電解液は、注液栓7が筒部321に被せられるまでに外周面321Aを伝って垂れ落ちて溝322に流れ込み、又は、注液栓7が筒部321に被せられた後に毛細管現象等によって筒部321と周壁部711との間を伝って溝322に流れ込む。これにより、筒部321等に付着した電解液の溶接部位(鍔部72と筐体部30との溶接部位)への移動が抑えられる。即ち、電解液の鍔部72の外周縁近傍への移動が抑えられる。また、電解液が筒部321の先端面3210に付着しても、筒部321に被せられた状態の筒部321の先端面3210と注液栓7の栓閉塞部712との間隔が十分に確保されているため、毛細管現象等による筒部321の外周面321A側への前記電解液の移動が生じ難い。その結果、本実施形態の蓄電素子1の製造方法によれば、鍔部72と筐体部30との溶接の際に電解液が溶接部位WLにあることに起因する溶接不良の発生を防ぐことができる。
【0068】
尚、本発明の蓄電素子及び該蓄電素子の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
【0069】
上記実施形態の筐体部30に設けられた溝322の深さ(図5における上下方向の寸法)は、該溝322の幅方向の各位置において一定(同じ)であるが、この構成に限定されない。例えば、溝322の深さは、筒部321側ほど深くてもよい。この場合、溝322の深さは、図10に示すように筒部321に近づくにつれて連続的に深くなってもよく、図11に示すように断続的(段差状)に深くなってもよい。
【0070】
このように、溝322の設けられた部位において厚み(筐体部30の溝322が設けられている部位の厚み)を変化させる、即ち、筐体部30の注液孔320hの周辺部において部分的(局所的)に厚みのより小さい部位を設けることで、ケース3の内圧が上昇したときに、筐体部30における溝322の内側の部位(溝322に囲まれた部位)がより確実に膨出しやすくなる。
【0071】
また、溝322の深さが筒部321に近づくにつれて深くなる構成であれば、蓄電素子1の製造工程において、溝322に流れ込んだ電解液が、溝322内において筒部側(鍔部72の周縁からより離れた位置)に寄るため、鍔部72と筐体部30との溶接の際の電解液に起因する溶接不良の発生がより確実に防がれる。
【0072】
上記実施形態の溝322の底面325は、X−Y面に沿って広がる平らな面(凹凸のない面)であるが、この構成に限定されない。例えば図12に示すように、溝322は、筒部321の周方向に延び且つ該筒部321から離れる方向に間隔をあけて並ぶ複数の細溝3251を底面325に有していてもよい。この細溝3251は、筐体部30において筒部321を囲む溝322より幅の狭い溝である。より詳しくは、細溝3251の幅は、溝322内の電解液が毛細管現象によって細溝3251を伝って(細溝3251に沿って)広がる大きさであり、例えば100μm程度である。
【0073】
このように、複数の細溝3251が底面325に設けられることで、筐体部30における溝322の底面325に相当する部位(筐体部30における厚みが局所的に小さくなっている部位)がより変形しやすくなる。このため、ケース3の内圧が上昇したときに、該溝322を起点にしてその内側の部位がより確実に膨出しやすくなる。
【0074】
また、溝322の底面325に細溝3251が設けられる構成であれば、蓄電素子1の製造工程においては、溝322に流れ込んだ電解液が、毛細管現象により、溝322内を細溝3251に沿って筒部321の周方向に広がるため、溝322内での電解液の径方向外側への移動が抑えられる、即ち、鍔部72と筐体部30との溶接部位に近づき難くなる。これにより、鍔部72と筐体部30との溶接の際の電解液に起因する溶接不良の発生がより確実に防がれる。
【0075】
尚、これらの効果を得るためには、底面325に細溝3251が少なくとも一つ設けられていればよい。
【0076】
上記実施形態の蓄電素子1の筐体部30では、筐体部30の内面320Bの注液孔周辺部が、注液孔320hに近づくにつれて外面に近づくテーパ状の面320bである(即ち、筐体部30の板厚が注液孔320hに近づくにつれて小さくなっている:図5参照)が、この構成に限定されない。筐体部30の注液孔320h周辺部の板厚は、一定であってもよい。
【0077】
上記実施形態の蓄電素子1の電極体2は、長尺な電極(正極23、負極24)が巻回された、いわゆる巻回型であるが、この構成に限定されない。電極体2は、枚葉状の電極23、24が積層された、いわゆる積層型でもよく、正極23又は負極24の少なくとも一方が長尺で且つつづら折りされた(蛇行するように折り返された)ものでもよい。
【0078】
上記実施形態の蓋板32は、筒部321を囲む凸部326を有しているが、この構成に限定されない。蓋板32は、凸部326のない構成でもよい。
【0079】
また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。
【0080】
蓄電素子(例えば電池)1は、図13に示すような蓄電装置(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)11に用いられてもよい。蓄電装置11は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材12と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子1に適用されていればよい。
【符号の説明】
【0081】
1…蓄電素子、2…電極体、21…巻芯、22…積層体、23…正極(電極)、231…金属箔、232…正極活物質層、24…負極(電極)、241…金属箔、242…負極活物質層、25…セパレータ、26…非被覆積層部、3…ケース、30…筐体部、31…ケース本体、311…閉塞部、312…胴部、313…長壁部、314…短壁部、32…蓋板、320…蓋板本体、320A…蓋板本体の外面、320B…蓋板本体の内面、320b…テーパ状の面、320h…注液孔、321…筒部、321A…筒部の外周面、3210…先端面、3211…第一領域、3212…第二領域、3213…第三領域、322…溝、323…溝の内側面、324…溝の外側面、325…溝の底面、3251…細溝、326…凸部、326B…側壁、34…開口周縁部、41…面、4…外部端子、5…集電体、50…クリップ部材、51…第一接続部、52…第二接続部、53…屈曲部、6…絶縁部材、7…注液栓、71…栓本体、711…周壁部、711B…内周面、712…栓閉塞部、72…鍔部、9…ノズル、91…Oリング、11…蓄電装置、12…バスバ部材、100…蓄電素子、101…ケース、102…孔、103…注液栓、104…鍔部、500…キャッププレート、501…電解液注入孔、502…溝、504…密封部材、505…蓋板、506…装着リーブ、507…溶接部、C…巻回中心軸、WL…溶接部位

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プローバ
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半導体装置