JP2003017029A - 封口板及びこれを用いた溶接封口電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池が異常状態に陥ったときに、低い圧力設
定で電池内部を開放でき、電池が落下する等の衝撃が加
えられ、或いは安全弁として作用する部分に腐食が生じ
た場合であっても電解液が漏れたりするのを抑制し、且
つ製造コストを低減することができる封口板及びこれを
用いた溶接封口電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 電池外装缶８の開口縁に溶接されて電池
を封口する板状の封口板６において、封口板６の周縁の
一部には、厚みが他の部分よりも小さな薄肉部１９が形
成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極体が収納され
た電池外装缶の開口縁に溶接されて電池を封口する板状
の封口板、及びこの封口板を用いた溶接封口電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬｉＣｏＯ₂ やＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ 等
のリチウム含有複合酸化物を正極材料としリチウムイオ
ンを吸蔵、放出し得る炭素材料、酸化物等を負極材料と
する非水電解液電池が、小型軽量でかつ高エネルギー密
度化が可能な電池として注目されている。

【０００３】上記非水電解液電池では、火中に投下した
り、通常の条件とは異なるでの充放電を行う等、誤った
取り扱いにより電池内で多量のガスが発生することがあ
るが、この場合、電池内のガスを速やかに電池外に放出
する必要がある。そこで、上記電池には、上記のような
場合に、電池内のガスを速やかに電池外に放出するため
の安全弁（安全機構）が設けられている。このような安
全弁としては、特開平１１−２７３６４０号公報（図９
及び図１０参照）に示されるように、封口板２８の開放
孔２８ａの下端部から、ドーム状を成す薄肉の弁体２９
が形成されたものが提案されている。このような弁体を
用いた電池では、封口板２８と弁体２９とが一体成形さ
れているということから、弁体２９は電池の内部圧力の
上昇にのみ起因して作動するような構造が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、携帯小型電子
機器の小型軽量化に伴い、非水電解液電池においては更
なる小型かつ高エネルギー密度化が求められている。非
水電解液電池を高エネルギー密度にすれば、一般的に
は、電池の熱安定性が低下する。即ち、異常反応による
熱とガスとが電池内部に蓄積され易くなる。そして、も
し、異常反応が起こったときには、できるだけ早い段階
で、蓄積した熱とともに電池内部で発生したガスを電池
外に放出して、電池内を冷却、減圧することが必要であ
る。そのためには、安全弁の作動圧力を従来より低く設
定しなければならないが、安全弁作動圧を低くするに
は、弁体の厚みを小さくし、更にその周縁に設けられる
溝部の肉厚を極めて小さく形成する必要がある。

【０００５】しかしながら、弁体２９の厚みを極めて小
さくすると、電池が落下する等の衝撃が加えられた場合
には、弁体２９が傷ついてクラック等が生じ、電解液が
漏れることがある。また、高温高湿等の過酷な条件に曝
された場合には、弁体２９が腐食するため、極めて小さ
な衝撃で（或いは、衝撃を加えなくても）、高頻度で電
解液が漏出する問題がある。

【０００６】加えて、上記の如く、弁体２９の厚みを極
めて小さくした場合には、それに応じて製造上の弁体２
９の厚み公差も非常に小さな範囲に規制する必要があ
る。ところが、このように公差範囲が狭くなると、歩留
りが悪くなって、電池の製造コストが高くなるという課
題も有していた。さらに、電池の小型化に伴い、小面積
の安全弁を設置せざるを得ず、安全弁作動圧が上昇する
とともに、安全弁の成形加工が困難となり、歩留りが低
下する。

【０００７】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、電池内部ガスが開放される圧力を低下させつ
つ、電池が落下する等の衝撃が加えられ、或いは安全機
構に腐食が生じた場合であっても電解液が漏れたりする
のを抑制し、且つ製造コストを低減することができる封
口板及びこれを用いた溶接封口電池を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、電池外装缶の開口縁に溶接
されて電池を封口する板状の封口板において、上記封口
板の周縁の一部には、厚みが他の部分よりも小さな薄肉
部が形成されていることを特徴とする。上記構造であれ
ば、封口板の周縁の一部に形成された薄肉部と電池外装
缶とが溶接される部位が、安全機構として作用すること
になる。このように、溶接部位が安全機構として作用す
るならば、薄肉部の厚みを変えるだけで溶接部の溶け込
み深さを変えることができるので、電池内部ガスが開放
される圧力を容易に変えることができると共に、溶接部
位では、一体形成された安全弁と比べて、電池内部ガス
の圧力により部材が変形を受ける面積が大きくなるの
で、上記従来の技術で示した如く、弁体（本発明では薄
肉部の厚み）を極めて小さくする必要がない。したがっ
て、電池が落下する等の衝撃が加えられた場合や高温高
湿等の過酷な条件に曝されて薄肉部と電池外装缶との溶
接部分が腐食しても、当該部分から電解液が漏れるのを
抑制できる。

【０００９】また、薄肉部の厚みを余り薄くしなくても
良いため、製造上要求される公差もある程度大きな範囲
で許容され、歩留りが高くなるので、電池の製造コスト
が低下する。加えて、薄肉部の厚みを変えるだけで電池
内部ガスが開放される圧力を変えることができるので、
電池容量、電池形状に応じて迅速な対応が可能となる。

【００１０】また、上記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、電極体が収納された電池外装缶と、こ
の電池外装缶の開口縁に溶接されて電池を封口する板状
の封口板とを有する溶接封口電池において、上記封口板
の周縁の一部には、厚みが他の部分よりも小さい薄肉部
が形成されており、薄肉部は他の周縁部とともに上記電
池外装缶に溶接されており、電池内部圧力が上昇したと
き、上記封口板または上記電池外装缶が変形することに
より、上記薄肉部の溶接が破断されて電池内部ガスが開
放されることを特徴とする。

【００１１】上記構成の如く、電池内部圧力が上昇に起
因する封口板または電池外装缶の変形に伴って、上記薄
肉部の溶接が破断されて電池内部ガスが開放されれば、
当該薄肉部が存在する位置で安全機構が構築される。し
たがって、上記請求項１に示した作用効果と同様の作用
効果を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１〜図
６に基づいて、以下に説明する。図１は本発明に係る封
口板の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図、
図３は本発明に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平
面図、図４は図３のＢ−Ｂ線矢視断面図、図５は薄肉部
における溶接状態を示す断面図、図６は薄肉部以外の部
分における溶接状態を示す断面図である。

【００１３】図３及び図４に示すように、本発明の非水
電解液電池は、有底筒状のアルミニウム合金製の外装缶
８（側面部の厚み：０．４ｍｍ）を有しており、この外
装缶８内には、アルミニウムから成る芯体にＬｉＣｏＯ
₂ を主体とする活物質層が形成された正極と、銅から成
る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成された負極
と、これら両電極を離間するセパレータとから成る偏平
渦巻き状の電極体７が収納されている。また、上記外装
缶８内には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチル
カーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の割合で混
合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆ が１Ｍ（モル／リット
ル）の割合で溶解された電解液が注入されている。更
に、上記外装缶８の開放孔にはアルミニウム合金から成
る封口板６がレーザー溶接されており、これによって電
池が封口される。

【００１４】上記封口板６は、ガスケット１１、絶縁板
１２及び導電板１４と共に、挟持部材１６により挟持さ
れており、この挟持部材１６上には負極端子１０が固定
されている。また、上記負極から延設される負極タブ１
５は、上記導電板１４と挟持部材１６とを介して、上記
負極端子１０と電気的に接続される一方、上記正極は正
極タブ（図示せず）を介して、上記外装缶８と電気的に
接続されている。

【００１５】ここで、図１及び図２に示すように、上記
封口板６の周縁の一部には切り欠き１８が形成されてお
り、これにより、封口板６の厚みが他の部分よりも小さ
な薄肉部１９が形成される。上記切り欠き１８は封口板
６の一方の端部６ａからの距離Ｌ₁ が３ｍｍの部位に形
成されており、また切り欠き１８の長さ（薄肉部１９の
長さ）Ｌ₂ は１２ｍｍ、切り欠き１８の深さＬ₃ は０．
３ｍｍ、上記薄肉部１９の厚みＬ₄ は０．１５ｍｍとな
るように形成されている。更に、封口板６の長さＬ₅ は
２９．２ｍｍ、封口板６の幅Ｌ₆ は５．１ｍｍ、封口板
６の厚みＬ₇ は１．０ｍｍとなるように形成されてい
る。尚、切り欠き１８及び薄肉部１９は、封口板６の一
方の面（図１における正面側６ｂ）のみならず、封口板
６の他方の面（図１における背面側６ｃ）にも形成され
ている。

【００１６】上記構造の非水電解質電池を、以下のよう
にして作製した。先ず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ
₂ を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを
５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５
質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン
（ＮＭＰ）溶液とを混合してスラリーを調製した後、上
記スラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面
に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の
厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように
切断し、更にアルミニウム合金製の正極集電タブを溶接
した。

【００１７】これと並行して、負極活物質としての黒鉛
粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合し
てスラリーを調製した後、上記スラリーを負極集電体と
しての銅箔の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、
ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び
長さになるように切断し、更にニッケル製の負極集電タ
ブを溶接した。

【００１８】次に、上記正極と負極とをポリエチレン製
微多孔膜から成るセパレータを介して巻回して偏平渦巻
き状の電極体７を作製した。一方、上記の工程と並行し
て、封口板６の周縁の一部に切り欠き１８を形成して、
封口板６の厚みが他の部分よりも小さな薄肉部１９を形
成した。この後、封口板６、ガスケット１１、絶縁板１
２及び導電板１４を挟持部材１６により挟持した。

【００１９】しかる後、導電板１４と電極体７から導出
される負極集電タブとを溶接し、電極体７を外装缶８に
挿入した。そして、外装缶８と封口板６とをレーザー溶
接した後、封口板６の透孔より外装缶８内に電解液を注
入し、更に挟持部材１６上に負極端子１０を固定するこ
とにより非水電解液電池を作製した。

【００２０】ここで、上記のようにして作製した非水電
解液電池では、図５及び図６に示すように、封口板６の
周縁と外装缶８との境界及びその近傍には、レーザー溶
接による溶融部２１が形成されるが、切り欠き１８が形
成されている部位（薄肉部１９が存在する部位）におけ
る溶融部２１の深さ（溶け込み深度であり、図５におけ
るＬ₈ ）は、切り欠き１８が形成されていない部位（薄
肉部１９が存在しない部位）における溶融部２１の深さ
（溶け込み深度であり、図６におけるＬ₉ ）よりも小さ
くなっている。これにより、過充電や加熱により、電池
内部圧力が上昇すると共に、これに伴って外装缶８や封
口板６が変形した場合には、切り欠き１８が形成されて
いる部分の溶融部２１で破断し、電池内部のガスが放出
されることになる。即ち安全機構として作用する。

【００２１】尚、薄肉部１９の位置、長さ、及び幅は上
記の寸法に限定するものではなく、電池の大きさや電池
容量等に応じて変えれば良い。具体的には、薄肉部１９
の長さを大きくしたり、厚みを小さくすれば、より低圧
で溶融部２１での破断が生じる。また、薄肉部１９の位
置も封口板６がより変形し易い部位に設ければ、より低
圧で溶融部２１での破断が生じる。但し、上記負極端子
１０の如く、封口板６よりも突出している部分がある場
合には、電池を落下等が生じた場合には負極端子１０が
衝撃を受け易くなるため、当該負極端子１０と対応する
部位（図１における中央部近傍）に薄肉部１９を形成す
るのは望ましくない。

【００２２】また、封口板６及び外装缶８の材質として
はアルミニウム合金に限定するものではなく、鉄等の公
知の材質でも良く、また本発明は上記非水電解液電池に
限定するものではなく、ニッケル−水素電池等の他の電
池にも適用しうることは勿論である。更に、溶接法とし
てはレーザービーム法に限定するものではなく、電子ビ
ーム法等であっても良い。

【００２３】

【実施例】（実施例）実施例としては、上記発明の実施
の形態に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用い
た。このようにして作製した電池を、以下、本発明電池
Ａと称する。

【００２４】（比較例１）封口板６に薄肉部１９を形成
しない以外は、上記発明の実施の形態に示す方法と同様
の方法にて電池を作製した。このようにして作製した電
池を、以下、比較電池Ｘと称する。

【００２５】（比較例２）従来の技術の特開平１１−２
７３６４０号公報（図９及び図１０参照）に示されるも
のを用いた（弁体の厚みは２０μｍであり、安全弁作動
圧力は、１．５ＭＰａで、本発明電池Ａの開放圧力より
も若干高い弁作動圧を有する）。このようにして作製し
た電池を、以下、比較電池Ｙと称する。

【００２６】（予備実験）図７に示すように、前記図１
に示すように薄肉部１９が形成された封口板６及び電池
外装缶８のみを用い（即ち、電極体７等を用いない
で）、封口板６と電池外装缶８とをレーザー溶接した。
そして、薄肉部１９が存在する部位における溶融部の深
さ（図５におけるＬ₈ であり、以下、薄肉部溶融深度と
称する）と、薄肉部１９が存在しない部位における溶融
部の深さ（図６におけるＬ₉ であり、以下、厚肉部溶融
深度と称する）とを測定した（試料数は１０個であ
る）。

【００２７】また、上記同様にしてして作製した加工品
における開口部（通常は電解液の注液口として用いられ
る部位）２３から内部に空気を送り込んで加圧し、作動
圧力を測定した（試料数は５０個である）。

【００２８】その結果、薄肉部溶融深度は、０．１４２
〜０．１６７ｍｍ（平均０．１５８ｍｍ）であるのに対
して、厚肉部溶融深度は、０．３０２〜０．３７４ｍｍ
（平均０．３４１ｍｍ）であり、薄肉部溶融深度は厚肉
部溶融深度より小さくなっていることが認められた。

【００２９】また、作動圧力は、１．１〜１．４ＭＰａ
（平均：１．３０ＭＰａ）であって、非常に小さな圧力
で作動した。（比較電池Ｘにおける溶接部分破断圧力
は、平均２．９ＭＰａ）尚、安全機構が作動したときの
状態を図８に示す。

【００３０】（実験１）上記本発明電池Ａ及び比較電池
Ｙを、温度７０℃、湿度９０％の雰囲気下で９０日間保
存し、安全機構の腐食による電解液の漏れ数を調べたの
で、その結果を表１に示す。尚、試料数は、各５０個で
ある。

【００３１】

【表１】

【００３２】上記表１から明らかなように、比較電池Ｙ
では、３０日経過後に電解液の漏れが発生するものがあ
り、９０日経過後には半数以上に漏れが発生しているの
に対して、本発明電池Ａでは、９０日経過後に初めて電
解液の漏れが発生し、その漏れ数も２個であって非常に
少ないことが認められた。これらのことから、本発明電
池Ａの安全機構は比較電池Ｙの安全機構（安全弁）に比
べて、耐腐食性に優れていることがわかる。

【００３３】（実験２）上記本発明電池Ａ及び比較電池
Ｙを、封口板が設けられている方を下向きにして１．５
ｍの高さからコンクリート上に落下させ、安全機構が作
動する回数を調べたので、その結果を表２に示す。尚、
試料数は、各１０個である。

【００３４】

【表２】

【００３５】上記表２から明らかなように、比較電池Ｙ
では、２０回落下後に安全機構が作動するものがあり、
４０回落下後には全ての安全機構が作動するのに対し
て、本発明電池Ａでは、３０回落下後に初めて安全機構
が作動し、４０回落下後であっても安全機構が作動する
のは３個にすぎないことが認められる。これらのことか
ら、本発明電池Ａの安全機構は比較電池Ｙの安全機構に
比べて、耐衝撃性に優れていることがわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電池内部ガスが開放される圧力を低下させつつ、電池が
落下する等の衝撃が加えられ、或いは安全弁として作用
する部分に腐食が生じた場合であっても電解液が漏れた
りするのを抑制し、且つ製造コストを低減することがで
きるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る封口板の斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図である。

【図３】本発明に係る安全機構を用いた非水電解液電池
の平面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図５】薄肉部における溶接状態を示す断面図である。

【図６】薄肉部以外の部分における溶接状態を示す断面
図である。

【図７】予備実験に用いる加工品の斜視図である。

【図８】安全機構が作動したときの状態を示す斜視図で
ある。

【図９】従来例に係る安全弁を用いた電池の平面図であ
る。

【図１０】図９のＣ−Ｃ線矢視断面図である。

【符号の説明】

７：電極体 ８：外装缶 ６：封口板 １８：切り欠き １９：薄肉部 ２１：溶融部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池外装缶の開口縁に溶接されて電池を
   封口する板状の封口板において、 上記封口板の周縁の一部には、厚みが他の部分よりも小
   さな薄肉部が形成されていることを特徴とする封口板。
2. 【請求項２】 電極体が収納された電池外装缶と、この
   電池外装缶の開口縁に溶接されて電池を封口する板状の
   封口板とを有する溶接封口電池において、 上記封口板の周縁の一部には、厚みが他の部分よりも小
   さい薄肉部が形成されており、薄肉部は他の周縁部とと
   もに上記電池外装缶に溶接されており、電池内部圧力が
   上昇したとき、上記封口板または上記電池外装缶が変形
   することにより、上記薄肉部の溶接が破断されて電池内
   部ガスが開放されることを特徴とする溶接封口電池。