JP7842677B2 - 蓄電デバイスの製造方法及び蓄電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ケースの一部をなすケース部材に、樹脂部材を介して端子部材が固定された、電池やキャパシタなどの蓄電デバイスの製造方法及び蓄電デバイスに関する。

蓄電デバイスとして、直方体箱状のケースに、インサート成形された樹脂部材を介して、正負の端子部材がそれぞれ固設された角形の電池が知られている。具体的には、ケースは、矩形環状の開口部を有する有底角筒状の本体部材と、開口部を閉塞する形態で本体部材に全周にわたり接合された矩形板状の蓋部材とからなる。また正負の端子部材は、蓋部材に設けた一対の挿通孔内にそれぞれ挿通されて、ケースの内部から外部に延びている。そして一対の樹脂部材が、それぞれ、蓋部材と端子部材との間を絶縁しつつ、蓋部材及び端子部材に接合し、蓋部材に端子部材を固定している。

このような電池は、以下の手法により組み立てる。即ち、蓋部材の一対の挿通孔内に正負の端子部材を挿通した状態で、一対の樹脂部材をインサート成形して、蓋部材に樹脂部材を介して端子部材を一体化させる。次にこの蓋アセンブリの正負の端子部材を、電極体の正負の集電部にそれぞれ接続する。その後、この電極体を本体部材内に挿入し、蓋部材で本体部材の開口部を塞ぎ、全周にわたりレーザ溶接してケースを形成する。関連する従来技術として、例えば特許文献１，２が挙げられる（特許文献１の図１、図２、段落（００１８）等、及び、特許文献２の図１～図３、段落（００８０）等を参照）。

特開２０１０－２７２３２４号公報 特開２０１８－０９７９７８号公報

更に上述の電池として、正負の端子部材が平面状の端子天面を有する形態の電池がある。具体的には、この電池では、端子部材は、蓋部材（ケース部材）の外側に位置し、平面状の端子天面を含む端子外側部を有する共に、樹脂部材は、蓋部材（ケース部材）の外側に位置し、端子部材の端子外側部の周囲を取り囲む枠状で、端子外側部の端子天面と面一の樹脂外側枠状部を有する。この形態の電池では、前述のインサート成形の際、樹脂外側枠状部の形成のために、端子外側部の周囲に供給された溶融樹脂の一部が、更に端子外側部の端子天面と成形金型との間にまで流れ込んで、インサート成形後の端子天面上に樹脂バリが生じ易い。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、端子部材の端子天面上に樹脂バリが生じるのを防止できる蓄電デバイスの製造方法及び蓄電デバイスを提供する。

（１）上記課題を解決するための本発明の一態様は、挿通孔を有するケース部材と、上記ケース部材の上記挿通孔内に挿通された端子部材と、上記ケース部材と上記端子部材との間を絶縁しつつ、上記ケース部材及び上記端子部材にそれぞれ接合し、上記ケース部材に上記端子部材を固定する、インサート成形された樹脂部材と、を備え、上記端子部材は、上記ケース部材の外側に位置し、全体が露出した平面状の端子天面を含む端子外側部を有し、上記樹脂部材は、上記ケース部材の上記外側に位置し、上記端子部材の上記端子外側部の周囲を取り囲む枠状で、上記端子外側部の上記端子天面と面一の枠頂面含む樹脂外側枠状部を有し、上記樹脂外側枠状部の上記枠頂面内に、上記樹脂外側枠状部の全周にわたり上記枠頂面を二重環状に分ける環状溝を有する蓄電デバイスの製造方法であって、上記ケース部材の上記挿通孔内に上記端子部材を挿通した状態で、上記樹脂部材をインサート成形するインサート成形工程を備え、上記インサート成形工程は、上記端子部材の上記端子天面に対向して密着する平坦な天面密着部と、上記天面密着部を取り囲み、上記樹脂部材の上記枠頂面を形成する二重環状の内側環状平面部及び外側環状平面部と、上記内側環状平面部と上記外側環状平面部の間に設けられ、上記樹脂部材の上記環状溝を形成する環状凸部と、を有する成形金型を用いて行う蓄電デバイスの製造方法である。

上述の蓄電デバイスの製造方法では、インサート成形工程において、上述の環状凸部等を有する成形金型を用いて、樹脂外側枠状部の枠頂面に環状溝を有する樹脂部材をインサート成形する。このようにすれば、樹脂外側枠状部の形成のために、端子部材の端子外側部の周囲に供給される溶融樹脂の量が少なくなるので、溶融樹脂が成形金型の天面密着部と端子外側部の端子天面との間に流れ込み難くなる。また成形金型に環状凸部を設けることで、溶融樹脂が環状凸部よりも径方向内側に勢い良く移動し難くなるので、溶融樹脂が成形金型の天面密着部と端子外側部の端子天面との間に流れ込み難くなる。これにより、端子天面上に樹脂バリが生じるのを防止できる。

（２）また他の態様は、挿通孔を有するケース部材と、上記ケース部材の上記挿通孔内に挿通された端子部材と、上記ケース部材と上記端子部材との間を絶縁しつつ、上記ケース部材及び上記端子部材にそれぞれ接合し、上記ケース部材に上記端子部材を固定する、インサート成形された樹脂部材と、を備え、上記端子部材は、上記ケース部材の外側に位置し、全体が露出した平面状の端子天面を含む端子外側部を有し、上記樹脂部材は、上記ケース部材の上記外側に位置し、上記端子部材の上記端子外側部の周囲を取り囲む枠状で、上記端子外側部の上記端子天面と面一の枠頂面を含む樹脂外側枠状部を有し、上記樹脂外側枠状部の上記枠頂面内に、上記樹脂外側枠状部の全周にわたり上記枠頂面を二重環状に分ける環状溝を有する蓄電デバイスである。

上述の蓄電デバイスでは、インサート成形された樹脂部材は、その樹脂外側枠状部の枠頂面に、全周にわたる環状溝を有しているので、端子天面上に樹脂バリがなく、端子天面の全体が露出している。このため、端子天面の全体をバスバ等の外部端子との接続に適切に利用することができる。

実施形態に係る電池の斜視図である。 実施形態に係る電池の電池高さ方向及び電池幅方向に沿う断面図である。 実施形態に係る電池のうち、端子部材及び樹脂部材の近傍の部分拡大上面図である。 実施形態に係る電池のうち、端子部材及び樹脂部材の近傍の、図３及び図５におけるＡ－Ａ矢視断面図である。 実施形態に係る電池のうち、端子部材及び樹脂部材の近傍の、図３及び図４におけるＢ－Ｂ矢視断面図である。 実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係る電池の製造方法に関し、インサート成形工程において、ゲートから溶融樹脂をキャビティ内に射出する様子を示す説明図である。 実施形態に係る電池の製造方法に関し、インサート成形工程において、キャビティ内に樹脂部材を成形した様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に本実施形態に係る電池（蓄電デバイス）１の斜視図を、図２に電池１の断面図を示す。また図３に端子部材４０及び樹脂部材６０の近傍の部分拡大上面図を、図４及び図５に端子部材４０及び樹脂部材６０の近傍の部分拡大断面図を示す。なお、以下では、電池１の電池高さ方向ＡＨ、電池幅方向ＢＨ及び電池厚み方向ＣＨを、図１～図５に示す方向と定めて説明する。この電池１は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される角型（直方体状）で密閉型のリチウムイオン二次電池である。

電池１は、ケース１０と、ケース１０内に収容された扁平捲回型の電極体３０と、ケース１０のケース上部１１（蓋部材２２）にそれぞれ支持された正極の端子部材４０及び負極の端子部材５０等から構成されている。電極体３０は、ケース１０内で、絶縁フィルムからなり、電池高さ方向ＡＨの上側ＡＨ１に開口する袋状の絶縁ホルダ５に覆われている。またケース１０内には、電解液３が収容されており、その一部は電極体３０内に含浸され、残りはケース１０のケース底部１２上に溜まっている。

このうちケース１０は、金属（本実施形態ではアルミニウム）からなる直方体箱状であり、電池高さ方向ＡＨの上側ＡＨ１に位置する矩形状のケース上部１１と、これに対向し、電池高さ方向ＡＨの下側ＡＨ２に位置する矩形状のケース底部１２と、これらの間を結ぶ４つの矩形状のケース側部１３，１４，１５，１６とを有する。このケース１０は、上側ＡＨ１に矩形環状の開口部２１ｃを有する有底角筒状の本体部材２１と、開口部２１ｃを閉塞する形態で本体部材２１に全周にわたりレーザ溶接された矩形板状の蓋部材（ケース部材）２２とから構成されている。

ケース上部１１（蓋部材２２）には、ケース１０の内圧が開弁圧を超えたときに破断して開弁する安全弁２８が設けられている。また蓋部材２２には、ケース１０の内外を連通する注液孔２２ｋが設けられており、アルミニウムからなる円板状の封止部材２９で気密に封止されている。
更に蓋部材２２のうち、電池幅方向ＢＨの一方側ＢＨ１の端部近傍及び他方側ＢＨ２の端部近傍には、それぞれ矩形状の挿通孔２２ａ，２２ｂが設けられている。一方の挿通孔２２ａ内には、アルミニウムからなる正極の端子部材４０が挿通されており、樹脂部材６０を介してケース１０と絶縁された状態で蓋部材２２に固設されている。また他方の挿通孔２２ｂ内には、銅からなる負極の端子部材５０が挿通されており、樹脂部材７０を介してケース１０と絶縁された状態で蓋部材２２に固設されている。

これらの端子部材４０，５０は、それぞれ、金属板（正極の端子部材４０はアルミニウム板、負極の端子部材５０は銅板）を所定形状に打ち抜いて屈曲加工をしたものであり、蓋部材２２の外側ＥＨに位置する端子外側部４１，５１と、主にケース１０内に位置し、挿通孔２２ａ，２２ｂ内を経由して端子外側部４１，５１に繋がる端子内側部４２，５２とを有する。端子外側部４１，５１は、矩形平板状であり、矩形平面状の端子天面４１ｍ，５１ｍを有する。この端子天面４１ｍ，５１ｍ上には樹脂バリがなく、端子天面４１ｍ，５１ｍの全体が露出している。また、正極の端子内側部４２は、ケース１０内で電極体３０の後述する正極集電部３３に接合し導通している。一方、負極の端子内側部５２は、ケース１０内で電極体３０の後述する負極集電部３６に接合し導通している。

次に樹脂部材６０，７０について説明する。樹脂部材６０は、蓋部材２２と正極の端子部材４０との間を絶縁しつつ、蓋部材２２及び端子部材４０にそれぞれ接合し、蓋部材２２に端子部材４０を固定している。また樹脂部材７０は、蓋部材２２と負極の端子部材５０との間を絶縁しつつ、蓋部材２２及び端子部材５０にそれぞれ接合し、蓋部材２２に端子部材５０を固定している。

これらの樹脂部材６０，７０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなり、蓋部材２２の外側ＥＨに位置する樹脂外側枠状部６１，７１と、ケース１０の内部及び蓋部材２２の挿通孔２２ａ，２２ｂ内に位置し、樹脂外側枠状部６１，７１に繋がる樹脂内側部６２，７２とを有する。樹脂外側枠状部６１，７１は、端子部材４０，５０の端子外側部４１，５１と蓋部材２２との間を絶縁している。一方、樹脂内側部６２，７２は、端子部材４０，５０の端子内側部４２，５２と蓋部材２２との間を絶縁している。

樹脂外側枠状部６１，７１は、端子部材４０，５０の端子外側部４１，５１の周囲を取り囲む枠状であり、端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍと面一の枠頂面６１ｍａ，７１ｍａと、この枠頂面６１ｍａ，７１ｍａの周縁から下側ＡＨ２に延びる枠側面６１ｍｂ，７１ｍｂとを有する。このうち枠頂面６１ｍａ，７１ｍａには、樹脂外側枠状部６１，７１の全周にわたる矩形環状で、断面がＶ字状をなす環状溝６３，７３が形成されている。

次に電極体３０について説明する。この電極体３０は、帯状の正極板３１と帯状の負極板３４とを、帯状で樹脂製の多孔質膜からなる一対のセパレータ３７を介して互いに重ね、円筒状に捲回した後に、扁平状にプレスしたものである。電極体３０は、横倒しの状態でケース１０内に収容されている。電極体３０のうち、電池幅方向ＢＨの一方側ＢＨ１の端部は、正極板３１の正極集電箔３２が渦巻き状をなして突出した正極集電部３３である。この正極集電部３３は、正極の端子部材４０の端子内側部４２に接合している。また電極体３０のうち、電池幅方向ＢＨの他方側ＢＨ２の端部は、負極板３４の負極集電箔３５が渦巻き状をなして突出した負極集電部３６である。この負極集電部３６は、負極の端子部材５０の端子内側部５２に接合している。

本実施形態の電池１では、後述するインサート成形によって成形された樹脂部材６０，７０は、樹脂外側枠状部６１，７１の枠頂面６１ｍａ，７１ｍａに、全周にわたる環状溝６３，７３を有しているので、端子部材４０，５０の端子天面４１ｍ，５１ｍ上に樹脂バリがなく、端子天面４１ｍ，５１ｍの全体が露出している。このため、端子天面４１ｍ，５１ｍの全体をバスバ等の外部端子との接続に適切に利用することができる。

次いで、上記電池１の製造方法について説明する（図６～図８参照）。予め蓋部材２２及び端子部材４０，５０を用意しておく。蓋部材２２は、アルミニウム板を所定形状に打ち抜き、これに注液孔２２ｋ、挿通孔２２ａ，２２ｂ及び安全弁２８を形成して得る。また正極の端子部材４０はアルミニウム板を、負極の端子部材５０は銅板を、それぞれ所定形状に打ち抜き、屈曲加工をして得る。

そして「インサート成形工程Ｓ１」（図６参照）において、蓋部材２２の挿通孔２２ａ，２２ｂ内に端子部材４０，５０をそれぞれ挿通した状態で、樹脂部材６０，７０をそれぞれインサート成形して、蓋アセンブリ７を形成する（図７及び図８参照）。このインサート成形工程Ｓ１は、上金型ＤＥ１及び下金型ＤＥ２を有する成形金型ＤＥを用いて行う（図７参照）。
上金型ＤＥ１には、一対の射出ノズルＮＺが配置されており、各射出ノズルＮＺの先端に形成されたゲートＧＴから、溶融樹脂ＭＲを、蓋部材２２、端子部材４０，５０及び成形金型ＤＥで構成される一対のキャビティＣＶ内にそれぞれ射出可能に構成されている。

また上金型ＤＥ１は、端子部材４０，５０のうち端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍに対向して密着する平坦な一対の天面密着部ＤＥ１ａを有する。また上金型ＤＥ１は、各天面密着部ＤＥ１ａを取り囲み、樹脂部材６０，７０のうち樹脂外側枠状部６１，７１の枠頂面６１ｍａ，７１ｍａを形成する二重環状の内側環状平面部ＤＥ１ｂ及び外側環状平面部ＤＥ１ｃと、これら内側環状平面部ＤＥ１ｂと外側環状平面部ＤＥ１ｃの間に設けられ、枠頂面６１ｍａ，７１ｍａに環状溝６３，７３を形成する環状凸部ＤＥ１ｄとを有する。更に上金型ＤＥ１は、各外側環状平面部ＤＥ１ｃから下方に延び、樹脂部材６０，７０の樹脂外側枠状部６１，７１のうち枠側面６１ｍｂ，７１ｍｂを形成する一対の側面形成部ＤＥ１ｅと、各側面形成部ＤＥ１ｅを取り囲んで径方向外側に延び、蓋部材２２の蓋外表面２２ｍに対向して密着する平坦な蓋密着部ＤＥ１ｆとを有する。

一方、下金型ＤＥ２は、樹脂部材６０，７０のうち樹脂内側部６２，７２の内表面６２ｎ，７２ｎを形成する一対の内表面形成部ＤＥ２ａと、各内表面形成部ＤＥ２ａを取り囲んで径方向外側に延び、蓋部材２２の蓋内表面２２ｎに対向して密着する平坦な蓋密着部ＤＥ２ｂとを有する。

インサート成形工程Ｓ１では、下金型ＤＥ２の所定位置に、まず蓋部材２２を配置する。続いて下金型ＤＥ２に配置した蓋部材２２の挿通孔２２ａ，２２ｂ内に、端子部材４０，５０をそれぞれ挿通する。その後、上金型ＤＥ１を下方に移動させて、下金型ＤＥ２の上に重ね、成形金型ＤＥを閉じる。その際、上金型ＤＥ１のうち、各天面密着部ＤＥ１ａが端子部材４０，５０の端子天面４１ｍ，５１ｍに対向して密着すると共に、蓋密着部ＤＥ１ｆが蓋部材２２の蓋外表面２２ｍに対向して密着する。また下金型ＤＥ２の蓋密着部ＤＥ２ｂが蓋部材２２の蓋内表面２２ｎに対向して密着する。

次に各ゲートＧＴから溶融樹脂ＭＲを、キャビティＣＶ内に射出し、キャビティＣＶ全体に行き渡らせる。その際、上金型ＤＥ１に環状凸部ＤＥ１ｄを設けているので、端子部材４０，５０の端子外側部４１，５１の周囲に供給される溶融樹脂ＭＲの量が、環状凸部ＤＥ１ｄを設けない場合よりも少なくなる。このため、溶融樹脂ＭＲが上金型ＤＥ１の天面密着部ＤＥ１ａと端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍとの間に流れ込み難くなる。また上金型ＤＥ１に環状凸部ＤＥ１ｄを設けることで、溶融樹脂ＭＲが環状凸部ＤＥ１ｄよりも径方向内側に勢い良く移動し難い。このため、溶融樹脂ＭＲが上金型ＤＥ１の天面密着部ＤＥ１ａと端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍとの間に流れ込み難くなる。

その後、各キャビティＣＶ全体に充填された溶融樹脂ＭＲを冷却して、キャビティＣＶ内に樹脂部材６０，７０を成形する。次に上金型ＤＥ１を上方に移動させ、蓋部材２２に樹脂部材６０，７０を介して端子部材４０，５０が固定された蓋アセンブリ７を下金型ＤＥ２から取り出す。

次に「電極体接続工程Ｓ２」（図６参照）において、各々帯状をなす正極板３１、負極板３４及び一対のセパレータ３７を捲回し、扁平状にプレスして得た電極体３０を用意し、電極体３０の正極集電部３３及び負極集電部３６に、上述した蓋アセンブリ７の端子部材４０，５０の端子内側部４２，５２をそれぞれ超音波溶接する（図１及び図２参照）。その後、この電極体３０を袋状の絶縁ホルダ５で包む。

次に「電極体収容・ケース形成工程Ｓ３」において、本体部材２１を用意し、上述の絶縁ホルダ５で覆われた電極体３０を本体部材２１内に挿入し、蓋部材２２で本体部材２１の開口部２１ｃを塞ぐ。そして本体部材２１の開口部２１ｃ及び蓋部材２２の周縁部を全周にわたりレーザ溶接して、電極体３０を内部に収容したケース１０を形成する。

次に「注液・封止工程Ｓ４」において、電解液３を注液孔２２ｋを通じてケース１０内に注液し、電解液３を電極体３０内に含浸させる。その後、注液孔２２ｋを外部から封止部材２９で覆い、封止部材２９を蓋部材２２にレーザ溶接して、封止部材２９と蓋部材２２との間を気密に封止する。
次に「初充電・エージング工程Ｓ５」において、この電池１に充電装置（不図示）を接続して、電池１に初充電を行う。その後、初充電した電池１を所定時間にわたり静置して、電池１をエージングする。かくして、電池１が完成する。

以上で説明したように、電池１の製造方法では、インサート成形工程Ｓ１において、環状凸部ＤＥ１ｄ等を含む上金型ＤＥ１を有する成形金型ＤＥを用いて、樹脂外側枠状部６１，７１の枠頂面６１ｍａ，７１ｍａに環状溝６３，７３を有する樹脂部材６０，７０をインサート成形している。このようにすれば、樹脂外側枠状部６１，７１の形成のために、端子部材４０，５０の端子外側部４１，５１の周囲に供給される溶融樹脂ＭＲの量が少なくなるので、溶融樹脂ＭＲが上金型ＤＥ１の天面密着部ＤＥ１ａと端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍとの間に流れ込み難くなる。また上金型ＤＥ１に環状凸部ＤＥ１ｄを設けることで、溶融樹脂ＭＲが環状凸部ＤＥ１ｄよりも径方向内側に勢い良く移動し難くなるので、溶融樹脂ＭＲが上金型ＤＥ１の天面密着部ＤＥ１ａと端子外側部４１，５１の端子天面４１ｍ，５１ｍとの間に流れ込み難くなる。これにより、端子天面４１ｍ，５１ｍ上に樹脂バリが生じるのを防止できる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

１ 電池（蓄電デバイス）
１０ ケース
２１ 本体部材
２２ 蓋部材（ケース部材）
２２ａ，２２ｂ 挿通孔
３０ 電極体
４０，５０ 端子部材
４１，５１ 端子外側部
４１ｍ，５１ｍ 端子天面
６０，７０ 樹脂部材
６１，７１ 樹脂外側枠状部
６１ｍａ，７１ｍａ 枠頂面
６３，７３ 環状溝
ＥＨ （蓋部材の）外側
ＤＥ 成形金型
ＤＥ１ 上金型
ＤＥ１ａ 天面密着部
ＤＥ１ｂ 内側環状平面部
ＤＥ１ｃ 外側環状平面部
ＤＥ１ｄ 環状凸部
ＤＥ２ 下金型
ＭＲ 溶融樹脂

Claims (2)

1. 挿通孔を有するケース部材と、
   上記ケース部材の上記挿通孔内に挿通された端子部材と、
   上記ケース部材と上記端子部材との間を絶縁しつつ、上記ケース部材及び上記端子部材にそれぞれ接合し、上記ケース部材に上記端子部材を固定する、インサート成形された樹脂部材と、を備え、
   上記端子部材は、
   上記ケース部材の外側に位置し、全体が露出した平面状の端子天面を含む端子外側部を有し、
   上記樹脂部材は、
   上記ケース部材の上記外側に位置し、上記端子部材の上記端子外側部の周囲を取り囲む枠状で、上記端子外側部の上記端子天面と面一の枠頂面を含む樹脂外側枠状部を有し、
   上記樹脂外側枠状部の上記枠頂面内に、上記樹脂外側枠状部の全周にわたり上記枠頂面を二重環状に分ける環状溝を有する
   蓄電デバイスの製造方法であって、
   上記ケース部材の上記挿通孔内に上記端子部材を挿通した状態で、上記樹脂部材をインサート成形するインサート成形工程を備え、
   上記インサート成形工程は、
   上記端子部材の上記端子天面に対向して密着する平坦な天面密着部と、
   上記天面密着部を取り囲み、上記樹脂部材の上記枠頂面を形成する二重環状の内側環状平面部及び外側環状平面部と、
   上記内側環状平面部と上記外側環状平面部の間に設けられ、上記樹脂部材の上記環状溝を形成する環状凸部と、を有する
   成形金型を用いて行う
   蓄電デバイスの製造方法。
2. 挿通孔を有するケース部材と、
   上記ケース部材の上記挿通孔内に挿通された端子部材と、
   上記ケース部材と上記端子部材との間を絶縁しつつ、上記ケース部材及び上記端子部材にそれぞれ接合し、上記ケース部材に上記端子部材を固定する、インサート成形された樹脂部材と、を備え、
   上記端子部材は、
   上記ケース部材の外側に位置し、全体が露出した平面状の端子天面を含む端子外側部を有し、
   上記樹脂部材は、
   上記ケース部材の上記外側に位置し、上記端子部材の上記端子外側部の周囲を取り囲む枠状で、上記端子外側部の上記端子天面と面一の枠頂面を含む樹脂外側枠状部を有し、
   上記樹脂外側枠状部の上記枠頂面内に、上記樹脂外側枠状部の全周にわたり上記枠頂面を二重環状に分ける環状溝を有する
   蓄電デバイス。