CN101459234A - 密封电池用端子和密封电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有通过基于高能量射线的焊接来直接电连接在帽内配置的阀体与端子板的安全阀功能的密封电池用端子。本发明的密封电池用端子，其特征在于，在包括导电性的端子帽(19)、与导电性的端子帽19电连接且具有挠性的由导电性材料构成的阀体(25)、与阀体(25)接触的导电性的端子板(20)的密封电池用端子18中，配置为在端子板(20)上形成开口(23c)，阀体(25)堵住所述开口(23c)，在多个位置上通过高能量射线焊接端子板(20)的开口的内周部与阀体(25)的接触部分。

Description

密封电池用端子和密封电池

技术领域

本发明涉及具有通过激光等的高能量射线进行的焊接而电连接配置在正极或负极端子帽(cap)内的阀体与端子板的安全阀功能的密封电池用端子和具有该密封电池用端子的密封电池。

背景技术

密封电池有时因使用条件，内压异常升高。例如以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池若过充电，则内压异常，在因短路而流过过大电流时，有内压升高的性质。若因电池的内压异常升高，而使电池的外包装破裂，则容纳电池的电子设备被损坏。若腐蚀性气体与电解液从破裂的外包装泄漏，则其有腐蚀电子设备的危害。为了避免该缺点，在防爆型的密封电池上设置了防止内压的异常升高用的机构。例如，可以在电池的内部通过截断电流来防止过充电时的电池内压的异常升高。即，这是因为若电流被截断，则电池的内部不会产生化学反应。

作为这种防止内压的异常升高的机构，在下述专利文献1～4中公开了在正极或负极端子帽内具有可根据电池内的压力升高来变形的具有挠性的导电性阀体、和与该阀体电连接的阀保持体的密封电池用端子。这些安全阀机构在电池内压的升高小的情况下通过使阀体变形，从而截断阀体和阀保持体间的电连接，若因电池内压的升高进一步增大，而使阀体的变形增大，则阀体破坏，而永久截断了阀体与阀保持体间的电连接。

这里，使用图7来说明下述专利文献4公开的密封电池用的端子部的结构。图7是下述专利文献4公开的密封电池用的端子部的纵剖视图。

该密封电池用端子50具有金属制帽端子51、在该帽端子51的下部配置的随着电池内压的升高而变形的挠性金属性阀体52、在阀体52的下部配置的绝缘环53、在绝缘环53的下部配置且至少在中央部具有孔的金属制有孔板54。在该金属制有孔板54上隔着绝缘板55铆接(カシメ)安装将带状金属板弯曲为凸型的带状端子板56，在该带状端子板56的凸部56a内设置开口部57。将该凸部56a插入金属制有孔板54中央的孔部，上面与阀体52局部熔合而形成熔合部58。因此，阀体52与带状端子板56经熔合部58彼此电连接。该熔合部58具有存在与开口部57对应的圆形非熔合部的圆环多纳圈(Doughnut)状，在电池内压达到预定值时，构成为所述阀体52的中央部因向外侧变形的应力，熔合部58被破坏，而截断阀体52与带状端子板56的电连接。

【专利文献1】日本特开平6—140011号公报

【专利文献2】日本特开平11—86822号公报

【专利文献3】日本特开平6—338305号公报

【专利文献4】日本特开平8—153510号公报

上述现有例的密封电池用端子50中，由于在阀体52与带状端子板56的凸部56a之间形成了熔合部58，所以不仅改变了挠性金属制阀体52的厚度，还可通过改变熔合部58的熔合面积来调整动作压力。因此，上述现有例的密封电池用端子50在因电池的短路、过充电、逆充电等造成的电池内压升高时，在因阀体52的变形而将熔合部58破坏的情况下，由于熔合部58的中央部没有被完全破坏，没有保持安全阀58与带状端子板56的凸部56a间的接触，所以偏差少，实现了得到可靠性高的密封电池用端子的效果。

在上述引用文献4公开的密封电池用端子50中，由于熔合部58重新焊接阀体52与带状端子板56的凸部56a，所以变为贯通焊接。这一点在上述专利文献3公开的密封电池用端子中也同样。进一步，上述专利文献3和4中表示了作为密封电池用端子的熔合部的形成方法，为了容易设置各种熔合条件，可使用超音波焊接或激光焊接。

但是，超音波焊接法由于对焊接部件有压力，所以尤其在焊接部件存在部分厚度薄的切口部分的情况下难以采用。另一方面，由于激光焊接法照射范围窄，所以即使焊接部件部分存在切口也没有问题，但是，若焊接部是如上述这种贯通焊接，则因激光焊接法激光的照射条件范围非常窄，有生产率上有欠缺的问题，产生因焊接部件的厚度和尺寸等的偏差，焊接过弱，或焊接过强，而发生穿孔的情形。但是，为了提高制造效率，与需要使焊接手段与焊接部件直接接触的超音波焊接法相比，要求采用使用了可从分离位置照射的激光与使用了电子射线等的高能量射线的焊接手段。

发明内容

本发明为解决上述这种现有技术的问题而作出，其目的是提供一种具有基于激光等的高能量射线的焊接来直接电连接在帽内配置的阀体与端子板的安全阀功能的密封电池用端子和具有该密封电池用端子的密封电池。

为了实现上述目的，一种密封电池用端子，包括：导电性的端子帽；与所述导电性的端子帽电连接且具有挠性的由导电性材料构成的阀体；和与所述阀体接触的导电性端子板，其特征在于：配置为在所述阀体和端子板的其中一个上形成开口，所述阀体和端子板的另一个堵住所述开口；通过高能量射线来焊接所述阀体和端子板的其中一个的开口的内周部与所述阀体和端子板的另一个的接触部分；在所述端子板的所述焊接位置的外周侧具有厚度比所述端子板上的其他部分还薄的支撑部。

本发明的密封电池用端子需要在阀体或端子板的其中之一上形成开口。若在阀体或端子板的其中之一上形成开口，则通过对准该开口的内周部与所述阀体和端子板的另一个的接触部分来照射高能量射线，可以容易形成焊接部。该焊接部由于不需要贯通阀体或端子板，所以与上述的现有例相比，可以仅通过照射低输出的高能量射线来形成，由于可以变宽高能量射线的照射条件，所以生产率和质量方面同时可以很稳定。

在本发明的密封电池用端子中，若焊接位置在阀体和端子板的一个开口的内周部与所述阀体和端子板的另一个的接触部分上，焊接位置仅为1个位置，则由于在焊接位置的破裂强度上产生方向性，作为安全阀的动作压力产生偏差，所以最好在多个位置上形成，最好在多个位置上形成焊接位置的情况下，对称配置各个焊接位置。

本发明的密封电池用端子中，最好在所述端子板上形成所述开口。

在阀体上形成了开口的情况下，为了维持密封状态，需要沿阀体的开口进行整周焊接，但是在端子板上形成了开口的情况下，由于阀体本身可以确保密封状态，所以焊接位置少就可以了。因此，若在端子板侧形成开口，则生产率提高。

本发明的密封电池用端子中，最好通过所述高能量射线焊接的部分分别从所述开口的中心附近沿倾斜方向照射高能量射线。

若从阀体和端子板的一个开口的中心附近沿倾斜方向照射高能量射线，则容易对准焊接的位置，所以可以准确形成在预定的位置上且预定大小的焊接点。这样，在阀体和端子板的一个的开口的中心附近沿倾斜方向照射高能量射线的情况下，由于溶融部分向开口的外侧延伸，所以通过研究溶融部分的延伸方向，可以明白按怎样的程度来倾斜照射。

本发明的密封电池用端子中，通过所述高能量射线照射的方向最好相对与所述开口垂直的轴在20度～60度的范围内。

若通过高能量射线照射的方向相对与开口垂直的轴未满20度，则高能量射线的照射方向过于接近垂直，准确对准预定的焊接位置很困难，由于在没有形成开口的部件侧更多照射高能量射线，所以形成良好的焊接部变得困难。若通过高能量射线照射的方向相对与开口垂直的轴超过60度，则为了对准预定的焊接位置需要增大开口直径，同时由于向开口壁侧更多照射高能量射线，所以形成良好的焊接部变得困难。

本发明的密封电池用端子中，在所述阀体形成与所述端子板上形成的开口嵌合的凸部，通过所述高能量射线焊接的部分可以是所述阀体的凸部的外周缘部与所述端子板的开口的内周部的接触部分。

根据该方式的密封电池用端子，由于可以从垂直方向照射高能量射线，所以可以容易形成焊接部。

本发明的密封电池用端子中，最好在所述端子板的支撑部上形成厚度比支撑部还薄的切口。

若形成这种切口，由于平稳地进行端子板中厚度薄的支撑部的破裂，而稳定地进行电流截断，所以较好。

本发明的密封电池用端子中，最好所述高能量射线是激光或电子束。

根据本发明的密封电池用端子，由于激光和电子束惯常使用焊接用高能量射线，所以得到了作为安全阀的可靠性和质量好的密封电池用端子。

进一步，本发明的密封电池其特征在于，包括所述其中之一的密封电池用端子。

根据本发明的密封电池，可得到实现所述密封电池用端子的发明效果的密封电池。

附图说明

图1是实施例的非水电解质二次电池的剖视图；

图2是图1的端子部的放大剖视图；。

图3是实施例的端子部中的焊接部的示意剖视图；

图4是比较例的端子部中的焊接部的示意剖视图；

图5是第1变形例的端子部中的焊接部的示意剖视图；

图6是第2变形例的端子部中的焊接部的示意剖视图。

图7是现有密封电池用的端子部的纵剖视图。

图中：10：非水电解质二次电池，11：正极板，11a：集电桶，12：负极板，12a：集电桶，13：分离器，14：漩涡状电极体，15、16：绝缘板，17：电池外包装，18：正极端子，19：端子帽，20：端子板，21：凸部，21a：抽气孔，22：凸缘部，23：(端子板的)凹部，23a：抽气孔，23b：支撑部，23c：开口，23d：切口，24：凸缘部，25：阀体，25a：凹部，25b：凸缘部，25c：凸部，26：绝缘体，27：垫片，30、30a、30b：焊接部。

具体实施方式

下面，参考图1～6，和实施例及比较例一起详细说明实施本发明用的最佳方式。但是，下面所示的实施例示例了具体化本发明的技术思想用的密封电池用端子和非水电解质二次电池，并不意味着将本发明特定为该密封电池用端子和非水电解质二次电池，在不脱离权利要求的范围所示的技术思想的基础上还同样可适用于使用了水性电解质的密封电池等的各种密封电池。

图1是实施例的非水电解质二次电池的剖视图。图2是图1的端子部的放大剖视图。图3是实施例的端子部中的焊接部的示意剖视图。图4是比较例的端子部中的焊接部的示意剖视图。图5是第1变形例的端子部中的焊接部的示意剖视图。图6是第2变形例的端子部中的焊接部的示意剖视图。

【实施例1】

最先说明实施例的非水电解质二次电池的具体结构。该非水电解质二次电池10是通过以下步骤来制造的，即：在漩涡状电极体14的上下分别配置了绝缘板15和16后，将隔着分离器13而缠绕了正极板11与负极板12的漩涡状电极体14容纳在兼为负极端子的钢铁制的圆筒形的电池外包装17的内部，将负极板12的集电桶(tub)12a与电池外包装17的内侧底部焊接，同时将正极板11的集电桶11a与嵌入了安全阀的正极端子18的端子板20焊接，并从该电池外包装17的开口部注入预定的非水电解液后，利用正极端子18来密封电池外包装17。

其中，正极端子18如图2所示，由按逆皿状(帽状)形成的钢铁制的端子帽19、按皿状形成的铝制的端子板20构成。端子帽19由向电池外部突出的凸部21、构成该凸部21的底边部的平板状的凸缘部22构成，在凸部21的角部设置有多个抽气孔21a。另一方面，端子板20由向电池内部突出的凹部23与构成该凹部23的底边部的平板状的凸缘部24构成。在凹部23的角部设置有抽气孔23a。并且，在这些端子帽19与端子板20的内部容纳实现作为安全阀的例如铝制的阀体25，若电池内部的气体压力升高而变为预定的压力以上，则该安全阀变形。

在端子板20的凹部23的中央部形成厚度比周围薄的支撑部23b(厚度0.1～0.5mm，并在该支撑部23b的中心部形成开口23c，并且为了包围该开孔23c形成厚度为0.02～0.15mm这样的切口23d，使其比周围薄。该切口23d被设计为：在电池的内压升高时，随着阀体25的变形，与阀体25焊接的端子板20的凹部23的支撑部23b从该切口23d部分优先破裂，截断端子帽19与端子板20的电连接，若异常反应持续，则电池内压不会过大。在不形成切口23d而仅为支撑部23b的结构中，由于支撑部23b的厚度比端子板23的其他部分薄，所以因阀体25的变形，支撑部23b破裂而截断了电流。在阀体25的凹部25a的最低部与端子板20的凹部23的支撑部23b之间虽然设置有焊接部30，但在后面描述该焊接部30的详细结构。

该阀体25由凹部25a和凸缘部25b构成，例如由厚度为0.3mm～0.5mm的铝金属构成。并配置为：阀体25的凹部25a的最低部与端子板20的凹部23的支撑部23b的表面接触。

在阀体25上以包围凹部25a的方式形成切口25e，使其局部较薄。该切口25e被设计为：在电池的内压大大升高时，即使阀体25从该切口25e部分破裂，电池内压也不会过大。

进一步，在端子帽19的凸缘部22与端子板20的凸缘部24之间，隔着环状的绝缘体26而夹持有阀体25的凸缘部25b。进一步，端子帽19的凸缘部22、阀体25的凸缘部25b和端子板20的凸缘部24隔着例如聚丙稀(PP)制的绝缘垫片27(参考图1)而将电池外包装17的开放端部铆接在端子帽19侧，由液体密封封口。

通过这种结构，该非水电解质二次电池10若电池内部的气体压升高而变为预定的压力以上，则由于阀体25的凹部25a变形，经阀体25与端子板20的凹部23之间的焊接部30，端子板20的切口23d破裂，截断阀体25与端子板20间的电接触，从而截断了电流，所以变为安全性非常高的密封性非水电解质二次电池。

这里，使用图3说明在实施例中采用的正极端子18的阀体25的凹部25a的最低部与端子板20的凹部23的支撑部23b间形成的焊接部30的具体结构。该焊接部30是通过以下步骤而形成的，即：在端子板20的凹部23的支撑部23b上形成的开口23c的内周部与阀体25凹部25a的最低部接触的位置上，在开口23c的中心侧沿倾斜方向照射激光，从而进行所谓的内圆角焊接。图3中，图示省略了端子板20和阀体25上形成的切口。该焊接部30沿端子板20的凹部23的支撑部23b上形成的开口23c的内周而形成在多个位置上，最好形成在8个左右的位置上。若焊接部30的形成位置仅为1处，则由于焊接部30的破裂强度上产生了方向性，作为阀体25的动作压力容易产生偏差。另外，在多个位置上形成焊接位置的情况下，由于对称配置各个焊接位置，在焊接部30的破裂强度上难以产生方向性，所以较好。

形成焊接部30用的激光照射最好是照射方向和与开口23c垂直的轴之间的角度θ在20度≦θ≦60度的范围内。若在该角度范围内，则由于在阀体25和端子板20的支撑部23b间大致同样地吸收了所照射的激光的能量，所以即使是很少的输出也可形成良好的焊接部30。若角度θ未超过20度，则激光的照射方向过于接近垂直，正确对准端子板20的凹部23的支撑部23b上形成的开口23c的内周部与阀体25凹部25a的最低部接触的位置变得困难，且由于激光多照射导阀体25的凹部25a的最低部侧，所以形成良好的焊接部30变得困难。另外，若角度θ超过60度，则为了对准预定的焊接位置，需要增大开口23c的直径，且由于激光多照射到在端子板20的凹部23的支撑部23b上形成的开口23c壁侧，所以形成良好的焊接部30变难。

这里，与比较例的情形相对比来说明在实施例的正极端子18中采用的、在阀体25的凹部25a的最低部与端子板20的凹部23的支撑部23b之间形成的焊接部30的效果。比较例的正极端子18的焊接部30a如图4所示，在阀体25的凹部25a的最低部与端子板20的凹部23的支撑部23b上没有设置开口，并通过直接从与支撑部23b侧垂直的方向照射激光，而进行贯通焊接来形成。图4中，对切口省略了图示，但是对与图3相同的构成部分添加同一附图标记而省略其详细说明。

除了比较例的正极端子18中采用的阀体25的形状、厚度和大小、端子板20的形状、厚度和大小与切口的形成位置和深度与在端子板20上没有形成开口23c之外，全部与实施例相同。激光焊接位置在实施例和比较例中都形成为8位置对称。并且，将实施例和比较例的正极端子18安装在图1所示形状的电池外包装17上(未使用漩涡状集电体)，从外部使电池外包装17内的压力慢慢升高来研究破裂状况。

实施例和比较例中公共的激光焊接的标准条件如下这样。即，为了防止溶融部的急冷，使用采用了脉冲的后半部分为低能量的波形控制的脉宽为1.2ms、脉冲能量为3J的激光脉冲，并将该激光脉冲集中在集光径0.4mm～0.6mm左右而变为峰值能量密度16×10³W/mm²。另外，对实施例和比较例各自的样本，使峰值能量从标准状态起在一40％～+30％之间变化，在各个能量中平均取10个，来确认加压到电流截断时的焊接状态(焊接的强弱)。如下这样来判断焊接的强弱。集中结果而在表1中加以表示。

○：良好(有切口部分的破裂。)

口：弱(阀体与端子板的焊接部分离，切口部分没有破裂。)

△＝强(阀体上没有激光痕迹但有穿孔。)

【表1】

○：良好(有切口部分的破裂。)

口：弱(阀体与端子板的焊接部分离，切口部分没有破裂。)

△＝强(阀体上没有激光痕迹但有穿孔。)

(分子是动作状态的电池数、分母是试验电池数)

根据表1所示的结构，在实施例的正极端子18的情况下，相对作为标准的峰值能量在+20％～—30％的范围内得到了良好的焊接状态，但是在比较例中相对作为标准的峰值能量仅在+10％～—10％的范围内得到良好焊接状态。因此，可以看出在实施例的情况下，与比较例相比，即使改变激光的功率，形成良好的焊接部的范围、即作为安全阀可正常动作的条件的范围宽。这样，若从端子板23的开口23c的中心附近沿倾斜方向照射激光，由于容易对准焊接的位置，所以可以准确形成在预定的位置上且预定的大小的焊接点。因此，根据本发明，可以明白可在很宽范围内取阀体25的凹部25a的最低部与端子板20间的激光焊接条件，对生产率有利，同时在质量方面也很稳定。

实施例中，表示了在端子板20的支撑部23b的中心部形成开口23c的例子，但是也可在阀体25的凹部25a的最低部形成开口。图5表示第1变形例。图5中图示省略了切口，对于与图3相同的结构部分添加同一的附图标记而省略其详细的说明。

在该第1变形例中，在阀体25凹部25a的最低部形成开口25b，并沿开口部25b在阀体25与端子板20间形成焊接部30b。该情况下，为了维持密封状态，需要沿阀体25的开口25b经整周形成焊接部30b。但是，在该第1变形例中，由于可以从阀体25的开口25b的中心附近沿倾斜方向照射激光，所以可以容易通过整圈焊接来维持密封状态。

图6表示第2变形例。图6中图示省略了切口，对与图3相同的结构部分添加同一附图标记而省略其详细说明。在该第2变形例中，在阀体25上形成凸部25c，并将该凸部25c嵌入到在端子板23上形成的开口23c中。根据该第2变形例，可以在端子板20凹部23的支撑部23b上形成的开口23c的内周部与阀体25的凸部25c的外周接触的位置上，从端子板20侧从与开口23c垂直的方向进行激光焊接。因此，根据该第2变形例，可以容易形成焊接部30c。

在上述实施例和变形例中，表示了作为焊接方法采用了激光焊接法，但是并不限于此，还可使用公知的高能量射线、例如电子束焊接法。另外，在上述实施例和变形例中说明了正极端子的情况，但是本发明在负极端子的情况下也可同样适用。

Claims (8)

1、一种密封电池用端子，其包括：导电性的端子帽；与所述导电性的端子帽电连接且具有挠性的由导电性材料构成的阀体；和与所述阀体接触的导电性端子板，

该密封电池用端子配置为：在所述阀体和端子板的其中一方上形成开口，所述阀体和端子板的另一方堵住所述开口；

通过高能量射线来焊接所述阀体和端子板的其中一方的开口的内周部与所述阀体和端子板的另一方的接触部分；

在所述端子板的所述焊接位置的外周部，具有厚度比所述端子板上的其他部分还薄的支撑部。

2、根据权利要求1所述的密封电池用端子，其特征在于，

在所述端子板上形成所述开口。

3、根据权利要求1所述的密封电池用端子，其特征在于，

通过所述高能量射线焊接的部分是分别从所述开口的中心附近沿倾斜方向而被照射高能量射线的部分。

4、根据权利要求3所述的密封电池用端子，其特征在于，

由所述高能量射线照射的方向相对于与所述开口垂直的轴在20度～60度的范围内。

5、根据权利要求2所述的密封电池用端子，其特征在于，

在所述阀体上形成与所述端子板上形成的开口嵌合的凸部，通过所述高能量射线焊接的部分是所述阀体的凸部的外周缘部与所述端子板的开口的内周部的接触部分。

6、根据权利要求1所述的密封电池用端子，其特征在于，

在所述端子板的支撑部上形成厚度比所述支撑部薄、且包围所述焊接位置的切口。

7、根据权利要求1～6中任一项所述的密封电池用端子，其特征在于，

所述高能量射线是激光或电子束。

8、一种密封电池，其中具有权利要求1～7中任一项所述的密封电池用端子。

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