特開 2023-182089 封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法

(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】P2023182089

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/645 20210101AFI20231219BHJP

   H01M 50/159 20210101ALI20231219BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20231219BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

H01M50/645

H01M50/159

H01M50/15

H01M10/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095494

(22)【出願日】2022-06-14

(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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】水本 将弘

【テーマコード（参考）】

5H011

5H023

5H028

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011CC06

5H011DD13

5H011KK01

5H023AA03

5H023AS01

5H023CC11

5H028AA07

5H028BB01

5H028BB03

(57)【要約】

【課題】従来の接合面構造では、溝または突起の形成及び管理のために工程が複雑になる問題があった。
【解決手段】本発明にかかる封缶蓋は、二次電池のケース１０に適用される封缶蓋１１であって、封缶蓋１１の本体となるベースプレートと、ベースプレートに設けられ、キャップ１５が填め込まれる孔３０と、を有し、孔３０は、断面視において、側面がケース１０内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面２０を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池のケースに適用される封缶蓋であって、
前記封缶蓋の本体となるベースプレートと、
前記ベースプレートに設けられ、キャップが填め込まれる孔と、を有し、
前記孔は、断面視において、側面が前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面を有する封缶蓋。

【請求項2】

前記キャップは、前記側面のテーパー面に埋め込まれるような状態で前記ベースプレートと接合される請求項１に記載の封缶蓋。

【請求項3】

前記孔は、前記テーパー面に前記キャップを位置決めする凹部または凸部が設けられる請求項１に記載の封缶蓋。

【請求項4】

電力体が封入されるケースと、
前記ケースを密閉する封缶蓋と、を有し、
前記封缶蓋は、前記封缶蓋の本体となるベースプレートに設けられ、キャップが填め込まれる孔と、を有し、
前記孔は、断面視において、側面が前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面を有する二次電池。

【請求項5】

二次電池の製造方法であって、
ケースに電力体を挿入する電力体挿入工程と、
前記電力体が挿入されたケースの開口部に封缶蓋を接合する封缶工程と、
前記封缶蓋に設けられ、キャップが填め込まれる孔から前記ケース内に電解液を注液する注液工程と、
前記孔にキャップを填め込んだ状態で前記キャップと前記封缶蓋を接合する密封工程と、を有し、
密封工程では、前記孔の側面に形成され、断面視において、前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状を有するテーパー面に前記キャップの外周を接した状態で超音波接合により前記キャップと前記封缶蓋とを接合する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、例えば、車両のバッテリとして利用される二次電池の封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池では組み立て工程においては、電力体が収納されるケースと種々の蓋とを接合することで、ケースを密閉状態とする。この接合方法の１つに超音波接合がある。そこで、超音波接合に好適な電池の面接合構造に関する技術が特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１に記載された電池の接合面構造は、接合される電池用前記金属部材の一方であるベース部材と、接合される電池用前記金属部材の他方である被接合部材と、を有し、前記ベース部材と前記被接合部材の少なくとも一方には、前記ベース部材と前記被接合部材とが接する接合面に溝が形成され、前記ベース部材と前記被接合部材とが接合された状態において、前記溝は、接合前に比べて少なくとも７０％以上が消失した状態となっている。また、特許文献１に記載の接合面構造では、接合面において部材の平坦面から突出するように設けられるエネルギダイレクタを有し、このエネルギダイレクタは、１又は複数の溝を構成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－２３２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された面接合構造では、接合面に溝または突起を形成しなければならず、この溝または突起を形成及び管理する必要がある。つまり、特許文献１に開示された技術では、溝または突起の形成及び管理のために工程が複雑になる問題がある。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的な超音波接合を実現しながら工程管理が容易な封缶蓋及び当該封缶蓋を有する二次電池を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の封缶蓋の一態様は、二次電池のケースに適用される封缶蓋であって、前記封缶蓋の本体となるベースプレートと、前記ベースプレートに設けられ、キャップが填め込まれる孔と、を有し、前記孔は、断面視において、側面が前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面を有する。

【0008】

本発明の二次電池の一態様は、電力体が封入されるケースと、前記ケースを密閉する封缶蓋と、を有し、前記封缶蓋は、前記封缶蓋の本体となるベースプレートに設けられ、キャップが填め込まれる孔と、を有し、前記孔は、断面視において、側面が前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面を有する。

【0009】

本発明の二次電池の製造方法の一態様は、二次電池の製造方法であって、ケースに電力体を挿入する電力体挿入工程と、前記電力体が挿入されたケースの開口部に封缶蓋を接合する封缶工程と、前記封缶蓋に設けられ、キャップが填め込まれる孔から前記ケース内に電解液を注液する注液工程と、前記孔にキャップを填め込んだ状態で前記キャップと前記封缶蓋を接合する密封工程と、を有し、密封工程では、前記孔の側面に形成され、断面視において、前記ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面に前記キャップの外周を接した状態で超音波接合により前記キャップと前記封缶蓋とを接合する。

【0010】

本発明の封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法では、ケース内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状の側面を有する孔が封缶蓋に設けられる。そして、本発明の封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法では、このテーパー形状の側面によりキャップのエッジ部を受け、テーパー面とキャップのエッジ部との接触部分を超音波接合する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の封缶蓋、二次電池及び二次電池の製造方法によれば、効率的な超音波接合を実現しながら工程管理が容易な封缶蓋及び当該封缶蓋を有する二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１にかかる二次電池の構造を説明する斜視図である。

【図2】実施の形態１にかかる封缶蓋の接合部分の構造を説明する断面図である。

【図3】実施の形態１にかかる二次電池の製造方法を説明するフリーチャートである。

【図4】実施の形態１にかかる二次電池の密閉工程を詳細に説明する断面図である。

【図5】実施の形態２にかかる封缶蓋の第１の例についての接合部分の構造を説明する断面図である。

【図6】実施の形態２にかかる封缶蓋の第２の例についての接合部分の構造を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0014】

まず、実施の形態１にかかる接合構造は、充放電ができない一次電池であっても、充放電が可能な二次電池であっても、使用可能であるが、以下の説明では、二次電池に採用される接合構造について説明する。図１に実施の形態１にかかる二次電池１の構造を説明する斜視図を示す。

【0015】

図１に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１は、ケース１０、封缶蓋１１を有する。ケース１０には、電力体が収納される。封缶蓋１１は、ケース１０に電力体が収納された状態でケース１０を密閉状態とする。そして、封缶蓋１１には、正極電極１２、負極電極１３が設けられる。正極電極１２は、ケース１０内の電力体の正極から電力を取り出す電極であり、封缶蓋１１を貫通して設けられる正極極柱と正極リベット１２ａにより接合される。正極極柱、正極リベット１２ａ、正極電極１２は、レーザー溶接により接合される。負極電極１３は、ケース１０内の電力体の負極から電力を取り出す電極であり、封缶蓋１１を貫通して設けられる負極極柱と負極リベット１３ａにより接合される。負極極柱、負極リベット１３ａ、負極電極１３は、レーザー溶接により接合される。

【0016】

また、封缶蓋１１には、開放弁１４及びキャップ（例えば、注液孔キャップ１５）が設けられる。注液孔キャップ１５は、超音波接合により封缶蓋１１に接合されるキャップである。なお、開放弁１４は、密閉されたケース１０内の内圧が一定以上となった時にケース１０の内圧を低減する弁である。注液孔キャップ１５は、ケース１０に電解液を注液する孔（例えば、注液孔）のキャップである。

【0017】

以下の説明では、注液孔キャップ１５に設けられる接合構造を例に実施の形態１にかかる封缶蓋１１に設けられる接合構造について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる封缶蓋１１の接合部分の構造を説明する断面図を示す。図２に示す断面図は、注液孔キャップ１５を横切る断面線に沿った封缶蓋１１の断面図である。

【0018】

図２に示すように、封缶蓋１１は、封缶蓋１１の本体となるベースプレートと、ベースプレートに設けられ、注液孔キャップ１５が填め込まれる孔となる注液孔３０が設けられている。そして、実施の形態１にかかる封缶蓋１１では、注液孔３０の側壁が断面視において、ケース１０内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状となるテーパー面２０を有する。

【0019】

また、図２に示す例では、注液孔３０の側壁は水平受け部２１及び垂直ガイド部２２を有する。水平受け部２１は、注液孔３０の側壁のうちケース１０内側の端部付近であって、テーパー面２０のケース１０内側の端部に連続するように設けられる。水平受け部２１は、注液孔キャップ１５がケース１０内に脱落することを防止する突起である。垂直ガイド部２２は、封缶蓋１１の上面と注液孔３０の側壁に設けられるテーパー面２０とを繋ぐ垂直な面である。

【0020】

また、図２では、注液孔キャップ１５の構造についても示した。図２に示す例では、注液孔キャップ１５のエッジ部１５１の拡大図も示した。実施の形態１にかかる封缶蓋１１に適用される注液孔キャップ１５は、エッジ部１５１にバリ３１が有っても構わない。これは、封缶蓋１１を用いる事で、注液孔３０に填め込まれた注液孔キャップ１５のエッジ部１５１は、テーパー面２０に押し当てられ、超音波振動の伝達を効率化するエネルギダイレクタとして機能する。なお、注液孔キャップ１５のエッジ部１５１にバリ３１が無くても、エッジ部１５１は直角に近い角度を有するため、このエッジ部１５１はエネルギダイレクタとして機能する。そして、詳しくは後述するが、実施の形態１にかかる二次電池１では、超音波接合された封缶蓋１１と注液孔キャップ１５は、注液孔キャップ１５のエッジ部１５１がテーパー面２０に埋め込まれた状態になる。

【0021】

続いて、実施の形態１にかかる二次電池１の製造方法について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる二次電池１の製造方法を説明するフリーチャートを示す。図３に示すフローチャートは、二次電池の製造工程のうち二次電池の組み立て工程を示した。図３に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１の組み立てでは、まず、ケース１０に電力体を挿入する電力体挿入工程を行う（ステップＳ１）。続いて、電力体が挿入されたケース１０の開口部に封缶蓋１１を接合する封缶工程を行う（ステップＳ２）。このステップ２では、ケース１０と封缶蓋１１とをレーザー溶接により接合する。その後、封缶蓋１１に設けられ、キャップ１５が填め込まれる孔（例えば、注液孔３０）からケース１０内に電解液を注液する注液工程を行う（ステップＳ３）。次いで、注液孔３０に注液孔キャップ１５を填め込んだ状態で注液孔キャップ１５と封缶蓋１１を接合する密封工程を行うことにより二次電池１の組み立てが完了する（ステップＳ４）。

【0022】

このステップＳ４の密封工程では、注液孔３０の側面に形成され、断面視においてケース１０内に向かって孔の径が小さくなるテーパー形状を有するテーパー面２０に注液孔キャップ１５の外周を接した状態で超音波接合により注液孔キャップ１５と封缶蓋１１とを接合する。そこで、密封工程の詳細を図４を用いてさらに詳細に説明する。図４は、実施の形態１にかかる二次電池の密閉工程を詳細に説明する断面図である。

【0023】

図４では、ステップＳ４－１として、注液孔３０に注液孔キャップ１５を填め込んだ状態を示した。ステップＳ４－１では、注液孔３０内のテーパー面２０に注液孔キャップ１５のエッジ部１５１が接した状態となる。この状態で、接合用チップ４０を注液孔キャップ１５に押し当てることで、注液孔キャップ１５と封缶蓋１１とが超音波接合された状態となる。

【0024】

図４では、封缶蓋１１と注液孔キャップ１５とが超音波接合された状態をステップＳ４－２として示した。このステップＳ４－２に示すように、封缶蓋１１と注液孔キャップ１５が超音波接合された状態では、注液孔キャップ１５のエッジ部１５１が封缶蓋１１のテーパー面２０に埋め込まれた状態となる。これは、封缶蓋１１の部材に対して注液孔キャップ１５の部材が固い材質であるためである。そして、実施の形態１にかかる二次電池１では、注液孔キャップ１５の側壁の一部（特にケース１０内側の端部周辺）と、注液孔キャップ１５の底面の一部（特に、注液孔３０の側壁側の端部周辺）と、の２辺に接合面３２が形成される。

【0025】

上記説明より、実施の形態１にかかる二次電池１では、注液孔キャップ１５を填め込む注液孔３０の側壁にテーパー面２０を形成し、テーパー面２０に注液孔キャップ１５のエッジ部１５１を押し当てるように超音波接合を行う。これにより、二次電池１では、注液孔キャップ１５のエッジ部１５１をエネルギダイレクタとした高効率な超音波接合が可能になる。

【0026】

また、実施の形態１にかかる封缶蓋１１と注液孔キャップ１５の組み合わせでは、接合面に溝や突起を形成する必要がなく、さらに注液孔キャップ１５のエッジ部１５１にバリ３１があっても問題がない。そのため、実施の形態１にかかる封缶蓋１１を用いることで、封缶蓋１１のバリ取り工程、バリ検査工程を省略する等により工程を簡略化し、管理コストと製造コストの両方を抑制することができる。なお、一般的なプレス工程或いは切削工程のみで封缶蓋１１のテーパー面２０を形成でき、その精度誤差の管理も容易なため、製造コスト及び工程管理の上昇はほとんど無い。

【0027】

また、実施の形態１にかかる封缶蓋１１と注液孔キャップ１５の組み合わせでは、接合面が注液孔キャップ１５の側壁の一部（特にケース１０内側の端部周辺）と、注液孔キャップ１５の底面の一部（特に、注液孔３０の側壁側の端部周辺）と、の２辺に渡って形成されるため、高い接合強度を実現することができる。

【0028】

実施の形態２
実施の形態２では封缶蓋１１の別の形態となる封缶蓋１１ａ、１１ｂについて説明する。なお、実施の形態２の説明において、実施の形態１と同じ構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

【0029】

まず、図５に実施の形態２にかかる封缶蓋の第１の例についての接合部分の構造を説明する断面図を示す。以下の説明では、この第１の例を封缶蓋１１ａと称す。図５に示すように、封缶蓋１１ａは、テーパー面２０に注液孔キャップ１５の位置決めをする凹部を有する。より具体的には、凹部２３は、テーパー面２０に段差を設けることで形成される。この凹部２３により、注液孔キャップ１５は、封缶蓋１１ａとの相対傾きが水平状態なるため、実施の形態１よりも良好な超音波接合を実現する事ができる。また、封缶蓋１１ａでは、テーパー面２０に対して注液孔キャップ１５のエッジ部１５１が接するためエッジ部１５１をエネルギダイレクタとして有効に機能させることができる。

【0030】

続いて、図６に実施の形態２にかかる封缶蓋の第２の例についての接合部分の構造を説明する断面図を示す。以下の説明では、この第２の例を封缶蓋１１ｂと称す。図６に示すように、封缶蓋１１ｂは、テーパー面２０に注液孔キャップ１５の位置決めをする凸部を有する。より具体的には、凸部２４は、テーパー面２０から突出するように形成される。この凸部２４により、注液孔キャップ１５は、封缶蓋１１ａとの相対傾きが水平状態なるため、実施の形態１よりも良好な超音波接合を実現する事ができる。また、封缶蓋１１ｂでは、テーパー面２０に対して注液孔キャップ１５のエッジ部１５１が接するためエッジ部１５１をエネルギダイレクタとして有効に機能させることができる。

【0031】

上記説明より、実施の形態２で説明した位置決めのための凹部２３または凸部２４を設けることで、テーパー面２０に対する注液孔キャップ１５の傾きを容易に制御することが出来る。

【0032】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 二次電池
１０ ケース
１１ 封缶蓋
１２ 正極電極
１２ａ 正極リベット
１３ 負極電極
１３ａ 負極リベット
１４ 開放弁
１５ 注液孔キャップ
１５１ エッジ部
２０ テーパー面
２１ 水平受け部
２２ 垂直ガイド部
２３ 凹部
２４ 凸部
３０ 注液孔
３１ バリ
３２ 接合面
４０ 接合用チップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】