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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022025600
(43)【公開日】2022-02-10
(54)【発明の名称】二次電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/10 20210101AFI20220203BHJP
【FI】
H01M2/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020128511
(22)【出願日】2020-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】399107063
【氏名又は名称】プライムアースEVエナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107249
【弁理士】
【氏名又は名称】中嶋 恭久
(72)【発明者】
【氏名】和久田 顕人
【テーマコード(参考)】
5H011
【Fターム(参考)】
5H011AA01
5H011AA13
5H011CC02
5H011DD12
5H011DD21
5H011KK00
5H011KK01
5H011KK02
(57)【要約】
【課題】電池ケースの耐圧強度の大きい二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明の二次電池は、直方体状の一体電槽を形成する樹脂製の電池ケース12と、電池ケース12の側壁に開口された開口窓30と、開口窓30を密閉する側蓋40と、電池ケース12の開口窓30を露出するための開口部27aを備えて側壁に貼り付けられたシート27と側壁の開口窓30の一側端部とシート27の開口端部27bとの間に、開口窓30の一側端部に沿った溝部25とが設けられ、当該溝部は、電池ケース12の内部の内圧が高まった場合に開口窓30と側蓋40との溶着部に応力が集中しないように応力を分散することで電池ケース12の耐圧強度を高める。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直方体状の一体電槽を形成する樹脂製の電池ケースと、
前記電池ケースの側壁に開口された開口窓と、
当該開口窓を密閉する側蓋と、
前記電池ケースの開口窓を露出するための開口部を備えて側壁に貼り付けられたシートと、
前記側壁の開口窓の一側端部と前記シートの開口端部との間に、前記開口窓の一側端部に沿った溝部とが設けられたことを特徴とする二次電池。
【請求項2】
前記溝部の深さが、前記側壁の厚さの10~30%であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
【請求項3】
前記シートの厚みが0.1mm~0.2mmであり、前記溝部の深さが、0.2mm~0.5mmであることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
【請求項4】
前記溝部の長手方向と直交する断面形状が、シート側内壁面と開口窓側内壁面との2つの内壁面を備えた凹形状であって、
シート側内壁面と前記側壁との角部がなす角度が、開口窓側内壁面と前記側壁との角部がなす角度より小さい角度であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項5】
前記溝部と前記シートの間は樹脂が充填されるシート固定部が設けられ、該シート固定部は、前記シートの開口端部を覆っている
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項6】
前記開口窓は電池ケースの底部若しくは頂部に近接するように偏って配置され、前記溝部は、前記開口窓の電池ケースの中央部側の一側端部に設けられたことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、樹脂製の電池ケースの耐圧強度を高めた二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
モータを駆動する電動車両、例えば電気自動車やハイブリッド車両では、電源としてニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などの二次電池が用いられている。
図1は、本発明の一実施形態のニッケル水素電池からなる二次電池1の電池モジュール11の分解斜視図である。ここで、本発明は従来技術の発明と同タイプの電池に適用できる点で共通する。このため従来技術の説明に当たり、前提となる構成の一例を図1に示す本発明の二次電池の電池モジュール11の構成を用いて説明する。
【0003】
電池モジュール11は、箱状の電池ケース12内に一体電槽13を備え、一体電槽13は隔壁16に仕切られて複数の単電池14が形成される。
図2は、本実施形態の図1におけるA-A部分の側蓋40の部分の部分断面図である。図2に示すように、単電池14は、隔壁16に穿設された連通孔16aを介して導電性接続部材19により電気的に接続される。ここで、側壁21の各隔壁16が配設された位置には隔壁16を跨ぐように開口窓30が開口され、この開口窓30から集電板18と導電性接続部材19とが矢印Wで示す位置で溶接されて電気的に接続される。このように導電性接続部材19により集電板18間の通電経路を短くして内部抵抗を低減し、かつOリング16bにて単電池14間の電解液シールを確保した。
【0004】
このような開口窓30を備えた角形密閉式電池では、集電板18と導電性接続部材19の溶接後、単電池14の密封性を確保するため、樹脂製の側蓋40を樹脂製の側壁21に溶着することで封止していた。
【0005】
ニッケル水素電池では各単電池14内で水素が発生するが、電池ケース12が樹脂製であると長期の間に水素が樹脂材料間を透過してしまうという問題がある。そのため電池ケース12の水素透過性を抑制する必要がある。そこで、図16に示す特許文献1のようにアルミニウムフィルムを含むアルミラミネート材からなるシート27を電池ケース12の樹脂成形時に側壁21を含む全体に貼着することで水素の透過を抑制している。この場合、前述の側壁21の開口窓30の部分は、集電板18と導電性接続部材19とを溶接するため、シート27には開口部27aが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005-343105号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、このように構成された二次電池においては、以下のような問題がある。
図16は従来技術の開口窓の近傍の拡大図で、図17図16の開口窓の近傍の拡大図である。
【0008】
問題の一つは、図17に示すように、各単電池14の電槽15内で水素などの気体が発生して内圧P1が高まると、対向して配置される側壁21の内部から矢印方向に内圧P1が掛かり撓む場合がある。この場合、この内圧P1による撓みは、側壁21の中央部、つまり開口窓30の上部の撓みが大きくなる。そうすると側蓋40の溶着面40aと、開口窓30の溶着部30bとの溶着された耐圧強度の低い部分を剥離させるような力P2、P3が生じる。その結果、電池ケース12の耐圧強度を低下させる場合がある。
【0009】
また、他の問題として、図18に示すように、従来は、電池ケース12の一体電槽13を樹脂成形するときに、シート27を金型100のキャビティ101内の所定位置の金型100に吸着した状態で、溶融樹脂をノズル(不図示)から注入してキャビティ101に充填していた。このとき、金型100に吸着したシート27は全体が吸着されてはいるものの、その開口端部27bには、溶融樹脂103が入り込みやすい。溶融樹脂103が一旦シート27の開口端部27bと金型100の表面との間に進入すると、図19に示すように、金型100によるシート27の吸着力は失われ、シート27の開口端部27bと金型100の表面との間にさらに溶融樹脂103が進入する。その結果、図20に示すように、シート27の開口端部27bが、電池ケース12の外側を形成する金型100から離れると、シート27が電池ケース12を構成する樹脂の間に存在することで耐圧強度を低下させる場合がある。
【0010】
さらに、電池ケース12の内側を形成する金型100にシート27の開口端部27bが接触してしまうことがある。そうすると、気密が損なわれて水素や電解液が漏出したり、電池ケース12の内外で通電をしたりする場合もある。
【0011】
なお、これらのような電池ケース12の耐圧強度の問題は、例示した開口窓30に限定されず、二次電池の電池ケースに共通して生じうる問題である。
上記いずれかの問題を鑑みて、本発明の課題は、電池ケースの耐圧強度の大きい二次電池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】
【0012】
上記課題を解決するため、本発明の二次電池では、直方体状の一体電槽を形成する樹脂製の電池ケースと、前記電池ケースの側壁に開口された開口窓と、当該開口窓を密閉する側蓋と、前記電池ケースの開口窓を露出するための開口部を備えて側壁に貼り付けられたシートと前記側壁の開口窓の一側端部と前記シートの開口端部との間に、前記開口窓の一側端部に沿った溝部とが設けられたことを特徴とする。
【0013】
前記溝部の深さが、前記側壁の厚さの10~30%であることが好ましい。また、前記シートの厚みが0.1mm~0.2mmであり、前記溝部の深さが、0.2mm~0.5mmであることも好ましい。
【0014】
前記溝部の長手方向と直交する断面形状が、シート側内壁面と開口窓側内壁面との2つの内壁面を備えた凹形状であって、シート側内壁面と前記側壁との角部がなす角度が、開口窓側内壁面と前記側壁との角部がなす角度より小さい角度である構成とすることも好ましい。
【0015】
前記溝部と前記シートの間は樹脂が充填されるシート固定部が設けられ、該シート固定部は、前記シートの開口端部を覆っている構成も好ましい。
前記開口窓は電池ケースの底部若しくは頂部に近接するように偏って配置され、前記溝部は、前記開口窓の電池ケースの中央部側の一側端部に設けられてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明の二次電池では、電池ケースの耐圧強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】本実施形態の二次電池を構成する電池モジュールの分解斜視図。
図2図1のA-A部分の蓋の部分の部分断面図。
図3】本実施形態の開口窓の近傍と溝部の拡大図。
図4図3のB-B部分の断面図。
図5図3のB-B部分の分解断面図。
図6図4の溝部近傍の拡大断面図。
図7図3のB-B部分が内圧で撓んだときの断面図。
図8】金型のキャビティにノズルから充填された溶融樹脂の流れを示す模式図。
図9図8の金型のキャビティにおける電池ケースの樹脂成形における開口窓近傍の溶融樹脂の流れを示す模式図。
図10】電池ケースの樹脂成形における図9のC-C部分の溶融樹脂の流れを示す金型の断面図。
図11】電池ケースの樹脂成形における電池ケースの側壁に設けられた溝部に対応する金型の突条を示す拡大断面図。
図12】金型の突条の別例1を示す断面図。
図13】金型の突条の別例2を示す断面図。
図14】金型の突条の別例3を示す断面図。
図15】金型の突条の別例4を示す断面図。
図16】従来技術の開口窓の近傍の拡大図。
図17】従来技術の図16のD-D部分の断面図。
図18】従来技術の電池ケースの樹脂成形における図16のD-D部分の溶融樹脂の流れを示す金型の断面図。
図19】従来技術の電池ケースの樹脂成形における図16のD-D部分の溶融樹脂の流れを示す金型の断面図。
図20】従来技術の電池ケースの樹脂成形における図16のD-D部分の溶融樹脂の流れを示す金型の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
(本実施形態の構成)
<概要>
本発明の二次電池を、一実施形態である二次電池1の電池モジュール11を例として図1図11を参照して説明する。図1は、本実施形態の二次電池1を構成する電池モジュール11の分解斜視図である。図1に示すように電池モジュール11は、例えばポリプロピレンなど溶着可能な熱可塑性の樹脂製の電池ケース12を備える。電池ケース12は、上方が開放した直方体の箱状のケース本体となる一体電槽13と、ここに上部から溶着して封止、密閉する蓋部24とからなる。一体電槽13と蓋部24とから密閉ケースである電池ケース12を構成する。一体電槽13は、長手方向に沿って対向して設けられた一対の側壁21と、この側壁21の側端部を連結する端側壁22と、底部を封止する底部23から構成され、これらが一体に樹脂成形される。
【0019】
蓋部24には、内部に貫通した孔であり、熱電対などの温度センサが挿入される測定部24aが形成されている。また、電池ケース12内部の水素などの内圧が閾値以上になったときに開弁し、内圧を開放する排出弁24bが形成されている。
【0020】
側壁21には、側蓋40により封止される開口窓30が配置されているが、詳細な構成は後述する。側壁21には、電池モジュール11がスタックされたときに、隣接する電池モジュール11との位置合わせに用いられる位置調整部33が突設されている。また、側壁21には、電池ケース12の厚さ方向に突出する突起32が設けられる。この突起32は、隣接する電池モジュール11の間に冷却通路を形成する。
【0021】
隔壁リブ31は、隔壁16に対応する位置に形成され、側壁21から突出してこの部分の強度を上げている。このため、各電槽15の内圧が高まると、隔壁リブ31を挟んで、その両側の対向した側壁21が外側に撓む。その結果、開口窓30と、ここに溶着された側蓋40に曲げ応力が生じる。
【0022】
<単電池14の構成>
一体電槽13により形成された空間は、隔壁16(本実施形態では5枚)により等分に隔離され、複数(本実施形態では6個)の電槽15が形成される。
【0023】
図2は、図1のA-A部分の蓋の部分の部分断面図である。図2に示すように、各電槽15に、それぞれ電極群17や集電板18、電解液(不図示)などの電池要素が収容され、ニッケル水素二次電池である単電池14が構成される。これらの複数の単電池14を電気的に直列に接続することによって電池モジュール11が構成される。
【0024】
電池要素としては、電極群17、集電板18、電解液(不図示)などがある。電極群17は複数の正極板と負極板とセパレータが積層された構成で、複数の正極板には集電板18が接続され、他方複数の負極板にも別の集電板18が接続されている。電池モジュール11では、それぞれの単電池14の一方の集電板18が、隣接する単電池14の異なる極性の集電板18に接続され、全体に直列に接続される。それぞれの集電板18,18は、隔壁16に設けられた連通孔16aに配置された導電性接続部材19を介して接続される。各電槽15は、Oリング16bにより、水密に電解液が隔離される。
【0025】
<電池モジュール11の組み立て>
電池モジュール11の組み立てにおいては、正極板、負極板に接続された電極群17に集電板18、18が装着され、各単電池14の電槽15に収容される。そして、この集電板18,18を導電性接続部材19に電気的に接続するため、図2の矢印Wで示す位置で溶接を行う。この作業を行うため、図1に示すように外壁を構成する側壁21には、隔壁16を跨ぐように開口された開口窓30が、溶接可能に開口されている。
【0026】
この開口窓30は、集電板18,18と導電性接続部材19の溶接後、図1図2に分離して示された側蓋40が開口窓30に溶着されて密閉される(図3参照)。その後、各電槽15には電解液が充填され、一体電槽13の上部は蓋部24が溶着されて密閉され、電池モジュール11が完成する。
【0027】
<開口窓30と側蓋40の構成>
図3は、本実施形態の側蓋40を溶着した開口窓30の近傍の構成を示す図である。図4は、図3のB-B部分の断面図である。図2に示したように、本実施形態の電池モジュール11では、隔壁16を跨ぐように電池ケース12の側壁21に開口窓30が開口されている。本実施形態では、図1の上下方向において、中央より下方に偏った位置に配設されている。開口窓30は、隔壁16を挟んでその両側において、電池ケース12の内部と外部とが連通する開口部30aを備える。図3に示すように、開口窓30には、開口部30aの周囲を囲むような部分と、隔壁16に沿った部分には、図4に示すように、側壁21から外側に突出するように溶着部30bを備える。
【0028】
図5は、図4の分解断面図である。図5に示すように、この溶着部30bは、側壁21に外側方向に突出するように構成され、側蓋40が溶着される。側蓋40の外周縁は、開口窓30の溶着部30bの外周縁と一致するように対応する形状となっている。溶着は、熱溶着により行われる。このとき、開口窓30の溶着部30bと側蓋40の溶着面40aが接するよう加圧される。なお、溶着は熱溶着に限られず、超音波溶着等の他の溶着方法でもよい。
【0029】
<シート27>
電池ケース12は樹脂製のため、電池ケース12内で発生する水素等のガスを完全に不透過とすることは難しい。一方、経年により水素が減少すると電池性能の低下に直結する。このため、図4に示すように電池ケース12の外面にアルミニウムや樹脂などが積層されたラミネートシートからなる水素の透過性の極めて低いシート27が貼着される。
【0030】
このシート27は、例えば、特許文献1に開示されたようなアルミニウム箔の両面にポリプロピレン層をラミネートした構成となっており、その厚さは、例えば0.1~0.2mmである。
【0031】
シート27は、電池ケース12の側壁21、端側壁22、底部23、蓋部24にもれなく貼着することが望ましい。しかしながら、開口窓30に側蓋40を溶着する際には、開口窓30には、予めシート27を貼着することはできない。
【0032】
そこで、本実施形態のシート27では、開口窓30を露出させるために開口部27aを開口させて、開口窓30の周囲には、シート27の位置ずれを考慮して若干の間隙を有し、側壁露出部21aを設けている。
【0033】
シート27の側壁21への貼着は、電池ケース12の樹脂成形のとき、予め金型100の所定位置に吸着して仮止めし、その状態で電池ケース12を形成する溶融樹脂103が充填して、いわゆる二色形成されて一体に貼着される。
【0034】
図3図4に示すように、シート27は、側壁21の外側に露出され、その周囲に溶融樹脂103が充填されてシート固定部26が形成され、側壁21とシート27が面一となるように固定されている。シート27の開口部27aの端部となる開口端部27bは、シート固定部26の樹脂により隠されている。
【0035】
<溝部25>
図1に示すように開口窓30は電池ケース12の底部に近接するように偏って配置されている。溝部25は、電池ケース12の開口窓30の中央部側の一側端部に設けられている。すなわち、側壁21の開口窓30の中央部側(図3において上側)であって、シート27の開口部27aの開口端部27bとの間の間隙である側壁21の側壁露出部21aに、図1において水平方向に延設されている。溝部25の長さは、開口窓30の横幅より長く、シート27の開口部27aの横幅より短い。
【0036】
<溝部25の深さ>
図6図4の溝部25の近傍の拡大断面図である。図6を参照して溝部25を説明する。溝部25は、樹脂成形時の金型100の突条102が転写された形状である。すなわち、溝部25の深さは、金型100の突条102の高さに等しい。
【0037】
溝部25を設ける目的の一つに、後述する金型100に突条102を設けて、シート27の剥離を抑制する点にある。本実施形態のシート27の厚みが0.1mm~0.2mmである。この寸法から、後述する金型100の突条102によりシート27の剥離を抑制するには、流動する溶融樹脂103が直接シート27の開口端部27bに当たらないようにするには、シート27の厚みの0.1~0.2mmより大きいことが望ましい。さらに、0.2mmを超える深さが望ましい。
【0038】
一方で、溝部25の深さ、すなわち対応する突条102が大きすぎれば、樹脂成形のときの溶融樹脂103の流動性に流動抵抗を大きくするなど悪影響を与えるおそれがあるため、側壁21の厚さの50%以下が好ましい。そうすると、側壁21の厚さを2mmとすると、1.0mm以下が望ましい。
【0039】
他の視点から溝部25を設ける目的として、完成した二次電池1の電槽15に水素が発生して内圧が高まったときに、溝部25の部分が撓んで、開口窓30と側蓋40との溶着部に応力集中を回避する点にある。この点を考慮すると、溝部25において十分な撓みを生じさせる深さは、側壁の厚さの10%以上、すなわち側壁の厚さが2mm程度であれば0.2mm以上が好ましい。
【0040】
一方、側壁21自体の耐圧強度を考慮すると、深すぎるのは、側壁21自体が薄くなってしまい耐圧強度を低下させることを鑑みれば、溝部25の深さは、側壁21の厚さの50%以下が好ましい。すなわち側壁21の厚さが2mm程度であれば、1mm以下が好ましい。
【0041】
以上の点を参酌すると、本実施形態では、側壁21の厚さは概ね2mmであり、これに対して溝部25の深さは0.1~1.0mmとなっている。また、好ましくは、0.2mm以上であり、0.5mm以下である。
【0042】
なお、これらの好ましい数値範囲は、溝部25の深さ、突条102の断面形状、配置位置、側壁21の厚さの他、材料となる樹脂の性質、溶融樹脂の粘度、キャビティへの方案や重点速度などにより、最適な数値は影響を受けるため、本発明の実施が上記範囲に限定されるわけではない。
【0043】
<溝部25の形状>
溝部25の長手方向(図1での水平方向)と直交する断面形状は、図4に示すように、V字型の溝となっている。溝部25は、シート側内壁面25aと開口窓側内壁面25bとを備える。シート側内壁面25aと側壁21との角部がなす角度αが概ね90度であるのに対して、開口窓側内壁面25bと側壁21との角部がなす角度βは概ね135度で、角度α<角度βの関係になっている。このように決定される形状は、金型100に設けられる突条102のシート側斜面102a、開口窓側斜面102bに反映される。
【0044】
もちろん本発明の溝部25の形状が、実施形態の形状に限定されるものではなく、その変形例については後述する。
<シート固定部26>
溝部25とシート27の開口端部27bの間は樹脂が充填されるシート固定部26が設けられ、シート固定部26は、シート27の開口端部27bを覆っている。このため、シート27とシート固定部26の外側の面は面一の同一平面として構成している。
【0045】
シート固定部26の幅d1は、本実施形態では、1mmとなっている。この幅d1は、金型100に対するシート27の貼り付け精度にもよるが、少なくともd1=0mmであると、シート27の開口端部27bを十分に固定することができない。一方、d1が大きすぎると、その分シート27により被覆される面積が小さくなるので、その分樹脂製の電池ケース12からの水素の透過を抑制することができない。シート27は、温度変化によっても伸縮するため、シート固定部26の幅d1は一定のマージンを保証する機能も有する。
【0046】
<電池ケース12の作用>
図1に示す電池モジュール11は、各単電池14で過充電や過放電、短絡などが生じると、電槽15内で水素が発生し内圧が高くなる。各電槽15の内圧が高まる。
【0047】
さらに内圧が限界値まで高まると、排出弁24bが開弁して内圧を下げるが、開弁すると電解液の排出などを伴い電池の劣化につながる。したがって、この排出弁24bが開弁するまでは、電池ケース12は、その内圧に耐えることが要求される。この場合、開口窓30に溶着された側蓋40は、一体成形された部分に対して強度が低下する。したがって、この溶着部分の強度が要求される。さらに、伸縮により、この部分を剥離させるような応力が生じると、負荷が大きくなる。
【0048】
また、アルミ箔にポリプロピレンがラミネートされたシート27が貼着された樹脂製の電池ケース12は、シート27により水素の透過が抑制され、水素量の低減による二次電池1の劣化を有効に抑制することができる。
【0049】
<溝部25による応力の分散>
図7は、図3のB-B部分が内圧で撓んだときの断面図である。各単電池14の電槽15内で水素などの気体が発生して内圧P1が高まると、対向して配置される側壁21の内部から矢印方向に内圧P1が掛かり撓む場合がある。この場合、この内圧P1による撓みは、側壁21の中央部、つまり開口窓30の上部の撓みが大きくなる。そうすると側蓋40の溶着面40aと、開口窓30の溶着部30bとの溶着された耐圧強度の低い部分を剥離させるような力P2、P3が働く。しかしながら本実施形態の二次電池1では、溝部25が脆弱部となり、この部分が撓むため、力P4、P5として分散するため、つまり開口窓30の上部に集中する応力を分散させ、力P2,P3を小さくする。その結果、電池ケース12の耐圧強度の低下を抑制する。
【0050】
<電池ケース12の樹脂成形>
電池ケース12の一体電槽13は、金型100で一体的に樹脂成形される。この場合、側壁21にシート27を貼るには、金型100に予めシート27をセットして、このキャビティ101に溶融樹脂103を充填するインサート成形を行っている。
【0051】
<金型100の構成>
図8は、金型100のキャビティ101にノズルから充填された溶融樹脂103の流れを示す模式図である。図8に示すように、二次電池1の製造方法に用いる金型100は、一点ゲートの構成で、図において金型100の下端の底部側にゲートが配置され、溶融樹脂103を射出するノズル104が配置される。すなわち、溝部25と対応する金型100の突条102から見ると、開口窓30の方向(図8の下方向)に設置される。したがって、ノズル104から、キャビティ101内に射出された溶融樹脂103の流れは概ね矢印に示すように流れ、電池ケース12の底部から樹脂成形されていく。
【0052】
このような二次電池1の製造方法では、溶融樹脂103の流れが、開口窓30から突条102の頂部102cを通って、シート27の開口端部27bの方に流動するため、突条102によりシートの浮き上がりを抑制することができる。この点は、後に詳述する。
【0053】
<突条102の作用>
図9は、図8の金型100のキャビティ101における電池ケース12の樹脂成形における開口窓30近傍の溶融樹脂103の流れを示す模式図である。溶融樹脂103は、側壁21を下方から充填しつつ、開口窓30の開口部30aを除く溶着部30bの部分に流入する。このとき溶着部30bの部分を通過した溶融樹脂103は、突条102を乗り越えるような状態で流動する。
【0054】
図10は、電池ケース12の樹脂成形における図9のC-C部分の溶融樹脂103の流れを示す金型100の断面図である。図11は、電池ケース12の樹脂成形における側壁21に設けられた溝部25に対応する金型100の突条102を示す拡大断面図である。図10に示すように、シート27がセットされた金型100と対向する金型100の間のキャビティ101を溶融樹脂103が流動する。このとき、図11に示すように突条102の開口窓側斜面102bに当たった溶融樹脂103は、金型100の突条102から離れる方向(対向する金型100に近づく方向)に流路が曲げられる。そして、突条102の頂部102cを通過した溶融樹脂103は、シート側斜面102aに沿って流動する。この溶融樹脂103は、シート27の開口端部27bに向かって流動するが、急激に流路が変更されたため、流速が減少した状態で、シート固定部26の部分を充填する。この場合、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制される。
【0055】
そして、シート27の開口端部27bが金型100に密着した状態を維持したまま、キャビティ101が溶融樹脂103により隙間なく充填されていく。
<実施形態の作用>
(1)本実施形態の二次電池1では、溝部25を備えている。図17は、従来技術の図16のD-D部分の断面図である。各単電池14の電槽15内で水素などの気体が発生して内圧P1が高まると、対向して配置される側壁21の内部から矢印方向に内圧P1が掛かり撓む場合がある。この場合、従来技術ではこの内圧P1による撓みは、側壁21の中央部、つまり開口窓30の上部の撓みが大きくなる。そうすると側蓋40の溶着面40aと、開口窓30の溶着部30bとの溶着された耐圧強度の低い部分を剥離させるような力P2、P3が働く。その結果、電池ケース12の耐圧強度を低下させる場合がある。
【0056】
一方、本実施形態の二次電池1では、図7に示すように、溝部25が脆弱部となり、この部分が撓むため、力P4、P5として分散するため、つまり開口窓30の上部に集中する応力を分散させ、力P2,P3を小さくする。その結果、電池ケース12の耐圧強度の低下を抑制する。
【0057】
(2)本実施形態の二次電池1の製造方法では、金型100に突条102を備えている。図18~20は、従来技術の電池ケースの樹脂成型における図15のD-D部分の溶融樹脂の流れを示す金型の断面図である。
【0058】
図18に示すように、従来は、電池ケース12の一体電槽13を樹脂成形するときに、シート27を金型100のキャビティ101内の所定位置の金型100に吸着した状態で、溶融樹脂をノズル(不図示)から注入してキャビティ101に充填していた。このとき、金型100に吸着したシート27は全体が吸着されてはいるものの、その開口端部27bには、溶融樹脂103が入り込みやすい。溶融樹脂103が一旦シート27の開口端部27bと金型100の表面との間に進入すると、図19に示すように、金型100によるシート27の吸着力は失われ、シート27の開口端部27bと金型100の表面との間にさらに溶融樹脂103が進入する。その結果、図20に示すように、シート27の開口端部27bが、電池ケース12の外側を形成する金型100から離れると、シート27が電池ケース12を構成する樹脂の間に存在することで耐圧強度を低下させる場合がある。
【0059】
さらに、電池ケース12の内側を形成する金型100にシート27の開口端部27bが接触してしまうことがある。そうすると、気密が損なわれて水素や電解液が漏出したり、電池ケース12の内外で通電をしたりする場合もある。
【0060】
一方、本実施形態の二次電池1の製造方法では、図11に示すように突条102の頂部102cを通過した溶融樹脂103は、シート側斜面102aに沿って流動する。この溶融樹脂103は、シート27の開口端部27bに向かって流動するが、急激に流路が変更されたため、流速が減少した状態で、シート固定部26の部分を充填する。この場合、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制され、シート27が金型100から剥離することがない。
【0061】
(実施形態の効果)
(1)本実施形態の電池モジュール11では、電槽15で発生した水素により内圧に由来して開口窓30と側蓋40が溶着された部分に力P2,P3が集中する。そこで溝部25を撓みやすい脆弱部としたため、この部分が撓んで力P4、P5として分散させるため、開口窓30と側蓋40が溶着された部分に集中する力P2,P3を小さくする。その結果、電池ケース12の耐圧強度の低下を抑制する。
【0062】
(2)図11に示すように突条102の頂部102cを通過した溶融樹脂103は、シート側斜面102aに沿って流動する。この溶融樹脂103は、シート27の開口端部27bに向かって流動するが、急激に流路が変更されたため、流速が減少した状態で、シート固定部26の部分を充填する。この場合、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制され、シート27が金型100から剥離することがない。
【0063】
(3)シート27が金型100から剥離することがないため、開口端部27bには、溶融樹脂103が入り込みにくくすることができる。
溶融樹脂103がシート27の開口端部27bと金型100の表面との間に進入しないため、金型100によるシート27の吸着力が維持され、シート27は安定して金型100に密着した形で安定して固定できる。
【0064】
その結果、シート27の開口端部27bが、電池ケース12の外側を形成する金型100から離れることがない、シート27が電池ケース12を構成する樹脂の間に存在することもない。
【0065】
(4)さらに、電池ケース12の内側を形成する金型100にシート27の開口端部27bが接触してしまうこともないため、気密が損なわれて水素や電解液が漏出するようなこともない。
【0066】
(5)もちろん、電池ケース12の内外で通電をしたりすることもない。
(6)金型100には、突条102を設けるだけなので、金型を複雑な構造とする必要もなく、容易に実施することができる。
【0067】
(7)シート27の開口端部27bは、シート固定部26の樹脂により、側壁21の表面と同一平面上となるため、シート27の開口端部27bが側壁21から剥離することを抑制することができる。
【0068】
(変形例)
上記実施形態では、以下のように変形して実施してもよい。
<突条102の変形例1>
図12は、金型100の突条102の別例1を示す断面図である。
【0069】
上記実施形態では、金型100の突条102の長手方向と直交する断面形状が、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bとの2面から構成されていた。だが、この変形例1では、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bの2面に加え、頂部102cが側壁21と平行な平面を備えている。
【0070】
このような形状とした場合でも、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制される。
【0071】
このような金型100で形成した側壁21には、変形例1の突条に応じた形状の溝部25が形成される。
<突条102の変形例2>
図13は、金型100の突条102の別例2を示す断面図である。
【0072】
上記実施形態では、金型100の突条102の長手方向と直交する断面形状が、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bとの2面から構成されていた。だが、この変形例2では、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bの2面が、いずれも側壁に対して直交する面として構成され、これらに加え、頂部102cが側壁21と平行な平面を備えている。
【0073】
このような形状とした場合でも、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制される。
【0074】
このような金型100で形成した側壁21には、変形例1の突条に応じた形状の溝部25が形成される。
<突条102の変形例3>
図14は、金型100の突条102の別例3を示す断面図である。
【0075】
上記実施形態では、金型100の突条102の長手方向と直交する断面形状が、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bとの2面から構成されていた。だが、この変形例3では、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bの2面が、いずれも側壁に対して直交する面として構成され、これらに加え、頂部102cが面取りされた曲面を備えている。
【0076】
このような形状とした場合でも、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制される。
【0077】
このような金型100で形成した側壁21には、変形例1の突条に応じた形状の溝部25が形成される。
<突条102の変形例4>
図15は、金型100の突条102の別例4を示す断面図である。
【0078】
上記実施形態では、金型100の突条102の長手方向と直交する断面形状が、シート側斜面102aと開口窓側斜面102bのいずれも平面から構成されていた。だが、この変形例4では、突条102全体が曲面102dから構成された半割りした円柱状の形状となっている。
【0079】
このような形状とした場合でも、流速が減少した溶融樹脂103は、金型100に吸着されたシート27の開口端部27bを押し付ける方向に流動する。このため、シート27の開口端部27bと金型100の間に溶融樹脂103が進入することが抑制される。
【0080】
このような金型100で形成した側壁21には、変形例1の突条に応じた形状の溝部25が形成される。
<その他変形例>
○本実施形態は、ニッケル水素二次電池の電池モジュール11における開口窓30を例に、本発明を説明したが、二次電池は、ニッケル水素二次電池に限定されず、樹脂製の電池ケース12を備えた構成であればリチウムイオン二次電池など広く適用できる。
【0081】
○二次電池は、電池モジュールに限定されず、単電池や、電池セルなどであってもよい。
○本実施形態のシート27の開口部27aは、溶接用の開口窓30に合わせて開口したものを例としたが、その他の組み立てや点検用の開口部に適用してもよい。
【0082】
○二次電池の形状は、薄板上の直方体形状の電池ケース12を例示したが、電池ケース12の形状はこれに限定されず、立方体に近い形状や円柱状の電池ケース12を備えたものにも適用できる。
【0083】
○その他、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、当業者により構成を付加し、削除し、変更して実施することができることは言うまでもない。
<付記>
本発明の技術的思想から抽出される別の発明を以下に付記する。
【0084】
○直方体状の一体電槽を形成する樹脂製の電池ケースと、前記電池ケースの側壁に開口された開口窓と、当該開口窓を密閉する蓋と、前記電池ケースの開口窓を露出するための開口部を備えて側壁に貼り付けられたシートと、前記側壁の開口窓の一側端部と前記シートの開口端部との間に、前記開口窓の一側端部に沿った溝部とが設けられたことを特徴とする二次電池の製造方法であって、前記電池ケースは、射出成形により成形されるとともに、樹脂を射出するノズルが、前記溝部と対応する金型の突条から開口窓の方向に設置されており、前記シートが予め金型にセットされた状態で、前記ノズルから溶融樹脂がキャビティに射出されることを特徴とする二次電池の製造方法。
【0085】
このような二次電池の製造方法では、溶融樹脂の流れが、開口窓から突条を通って、シートの方に流動するため、突条によりシートの浮き上がりを抑制することができる。
○上記二次電池の製造方法に用いる金型であって、樹脂を射出するノズルが、前記溝部と対応する金型の突条から開口窓の方向に設置されたことを特徴とする二次電池の製造方法に用いる金型。
【0086】
このような突条を備えた金型により、上記のような二次電池の製造方法が実施できる。
【符号の説明】
【0087】
1…二次電池
11…電池モジュール(二次電池)
12…電池ケース
13…一体電槽
14…単電池
15…(単電池の)電槽
16…隔壁
16a…連通孔
16b…Oリング
17…電極群
18…集電板
19…導電性接続部材
21…側壁
21a…側壁露出部
22…端側壁
23…底部
24…蓋部
24a…測定部
24b…排出弁
25…溝部
25a…シート側内壁面
25b…開口窓側内壁面
26…シート固定部
d1…(シート固定部の)幅
27…シート
27a…開口部
27b…開口端部
30…開口窓
30a…開口部
30b…溶着部
30c…
31…隔壁リブ
32…突起
33…位置調整部、
40…側蓋
40a…溶着面
100…金型(外側)
101…金型(内側)
100a…キャビティ
102…突条
102a…シート側斜面
102b…開口窓側斜面
102c…頂部
102d…曲面
103…溶融樹脂
104…ノズル
P1…内圧
P1、P3…(側蓋40と開口窓30剥離させるような)力
P4,P5…(溝部25の撓ませる)力
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20