JP2004103369A - Flat square battery and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形電池の薄型化を可能にする構造を備えた電池に関し、特に異常上昇した内圧を外部放出する安全弁構造を設けた扁平角形電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話機やPDAなどの携帯電子機器は、高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、それに適用する電池に小型、薄型にして高エネルギー密度であることが要求され、これに対応する電池として扁平角形のリチウムイオン二次電池の需要が増加している。携帯電子機器の最近の傾向は、小型化よりむしろ薄型化の方向にあり、ポケットやバッグに入れやすく、使いやすさを損なうことがないため、薄型化を競う商品も見受けられる。
【0003】
機器の薄型化を達成するためには、その電源である電池に薄型化が要求されるが、現在実用化されている電池ケースの製造方法では薄型化に限度がある。即ち、電池ケースは絞り加工や扱き加工によって有底角筒に電池ケースを形成し、極板群を収容した電池ケースの開口部を封口板によって封口する構造であるため、電池を薄型化するためには、電池ケースは加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるように形成することになる。しかし、断面形状が長方形又は長円形に形成された電池ケースの短辺寸法が小さくなるほどに加工が困難になり、極板群を電池ケース内に挿入することも困難になる。現状の扁平角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を根本的に変える必要があり、電池ケースを半殻体に形成した本体ケースと、その開放部を閉じる蓋板とによって構成し、本体ケース内に極板群を収容し、蓋体により本体ケースの開放部を閉じる電池構造が開発されている。
【0004】
例えば、半殻体に形成された容器内に極板群を収容し、容器の開口部に蓋板を配し、蓋板の周囲を容器にレーザー溶接することにより容器内を封止した電池が知られている(特許文献1参照)。このような半殻体の容器の大きな開口部を蓋板で封止する構造は、半殻体に形成された本体ケースの開口端に電池蓋が嵌まり合う段差部を形成し、極板群を本体ケース内に収容して後、前記段差部に電池蓋を嵌め込み、電池蓋と本体ケースとをその周囲でレーザー溶接することにより本体ケース内を封止した電池も知られている(特許文献2)。また、鍔部を設けた一対の半殻体の部材の凹部内に極板群を収容し、鍔部で両部材をレーザー溶接することにより、極板群を収容した両部材の間を封止した電池も知られている(特許文献3)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−250517号公報(第3〜4頁、図1)
【0006】
【特許文献2】
特開2001−52658号公報(第4〜6頁、図1)
【0007】
【特許文献3】
特開2001−167744号公報(第5〜8頁、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギー密度の高い電池、特にリチウムイオン二次電池では外部短絡や過充電、高温保存等に曝されたときにも破裂や発火等の事態に陥らないようにする構造が要求されており、PTC素子や電池保護回路等の電気的安全構造や安全弁等の機械的安全構造が設けられる。電気的安全構造は外付けとして構成することも可能であるが、機械的安全構造は電池自体に設ける必要がある。安全弁構造は、開口部に箔状板を貼り合わせたクラッド材や溝の形成により外装ケースの板厚を部分的に薄くして異常内圧により破断しやすい部位を設けた構造や、開口部に設けた弾性体の弁体が異常内圧により開口する構造などが一般に採用されている。
【0009】
しかし、薄型化を目的として構成される扁平角形電池においては、従来技術に係る安全弁構造を適用することは困難で、扁平角形電池に適した安全弁構造を開発する必要がある。
【0010】
本発明が目的ところは、電池ケースを溶接接合するときの溶接強度を制御することにより異常内圧を外部放出する安全弁構造を形成した扁平角形電池とその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第1発明は、金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースが形成され、前記凹部内に極板群を収容して前記フランジに周辺部を重ね合わせて配設された金属製の蓋板とフランジとの間が溶接により接合されてなる扁平角形電池において、前記蓋板とフランジとの間を溶接する溶接線上に部分的に溶接強度を低下させた易破断部が形成されてなることを特徴とする。
【0012】
上記構成によれば、溶接時に溶接強度を部分的に低下させて易破断部が形成されるので、扁平角形電池が外部短絡や過充電、高温等の原因により内圧が異常上昇したとき、易破断部の溶接部分が破断して異常内圧は外部放出されるので、別途安全弁を設けることなく電池の破裂を防止することができる。易破断部の形成位置は、電池内圧が異常上昇したときに最も膨らみが生じやすい長辺側中央部が好適である。
【0013】
また、本願第2発明は、金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースを形成し、前記凹部内に極板群を収容し、金属製の蓋板の周辺部を前記フランジに重ね合わせ、蓋板とフランジとの間を溶接により接合する扁平角形電池の製造方法において、前記蓋板とフランジとの間を全周にわたって溶接する溶接線上の所定部位において、蓋板とフランジとの間の溶接強度を低下させように溶接制御して溶接することを特徴とする。
【0014】
上記製造方法によれば、本体ケースのフランジ部位と蓋体の周辺部との間を溶接するときに、所定部位の溶接強度が低下するように溶接制御されるので、溶接強度を低下させた部位は電池内圧が異常上昇したとき破断し、異常内圧を外部放出する安全弁として機能する。
【0015】
上記溶接制御は、溶接線上の所定部位において溶接電流を減少させるように制御する方法、あるいは溶接線上の所定部位において溶接電極の移動速度を増加させるように制御する方法によって実施することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0017】
図1は、本実施形態に係る扁平角形電池1の外観形状を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成されたものである。この扁平角形電池1は、図2に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された本体ケース2と、その開放部を閉じる蓋板3とにより電池ケース50が形成されており、本体ケース2の凹部5内に極板群4を収容し、本体ケース2の開放部を蓋体3で封止するように構成されている。
【0018】
図2に示すように、本体ケース2は、金属板をプレス加工して段差部6を設けた凹部5を形成すると共に、凹部5の周囲にフランジ状に溶接代8を設けて形成される。前記段差部6は正極及び負極の外部接続端子を形成する部位で、ここでは段差部6に形成された端子孔7に外ガスケット11及び内ガスケット12で本体ケース2と絶縁すると共に気密性を確保して正極外部接続端子とするリベット10が締結固定される。また、段差部6には電解液の注入口14が形成されている。
【0019】
前記本体ケース2の凹部5内には、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群4が収容される。極板群4の正極板から引き出された正極リード15は前記リベット10に接合され、負極板から引き出された負極リード16は段差部6上に接合される。
【0020】
尚、前記極板群4は、図3に示すように、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回する巻回方向が異なり、正極リード15を正極板の巻端から引き出し、負極リード16を負極板の巻端から引き出した極板群4aを用いることができ、正極リード15のリベット10への接合、負極リード16の段差部6上への接合が容易となる。
【0021】
極板群4を収容した本体ケース2の開放部上には蓋板3が被せられ、蓋板3の周辺部と前記溶接代8との間が溶接されることにより、電池ケースの凹部5は蓋板3によって封止される。溶接方法は、レーザ溶接、電子ビーム溶接、シーム溶接などが好適である。
【0022】
溶接代8と蓋板3の間を溶接するときに、長辺側の一方辺に部分的に溶接強度を低下させた易破断部30を形成する。易破断部30は、平常状態においては電池ケース内の密閉性を維持して電解液の漏出を防止し、外部短絡、過充電等の原因により内圧が異常上昇したとき、易破断部30が破断して異常内圧を外部放出して電池ケースの破裂を防止する。
【0023】
溶接代8と蓋板3との間を溶接する溶接方法としてシーム溶接を適用した場合の前記易破断部30の形成方法について以下に説明する。
【0024】
シーム溶接は、図4に示すように、溶接代8とそれに重ね合わされた蓋板3の周辺部とを挟んで上下に上回転電極31、下回転電極32を配し、上回転電極31に下回転電極32方向に加圧力を加えた状態で回転移動させ、溶接電源35から上回転電極31と下回転電極32との間に溶接電流を流して上回転電極31及び下回転電極32の進行方向に連続したナゲットを形成して溶接代8と蓋板3の周辺部との間を溶接し、本体ケース2の凹部5内を密閉状態に封止する。シーム溶接は、図1に破線で示す溶接線W上でなされるが、溶接線W上の長手方向の一方辺の中央部に部分的に溶接強度を低下させた易破断部30を形成して安全弁構造が構成される。
【0025】
易破断部30は扁平角形電池1の平常状態においては本体ケース2内の密閉性を維持して電解液の漏出を防止し、扁平角形電池1が外部短絡、過充電、高温等の原因により内圧が異常上昇したときには、溶接部位から破断して異常内圧を外部放出し、扁平角形電池1の破裂を防止する安全弁としての動作が要求される。
【0026】
シーム溶接のおける溶接条件因子は、上回転電極31と下回転電極32との間の溶接電流、加圧力及び移動速度であり、溶接電流を断続的に印加する断続通電方式では、通電時間と休止時間との比率が加わる。溶接強度を低下させるには、溶接線W上の易破断部30を形成する部位において、制御が容易な溶接条件因子の何れか、もしくは複数の組み合わせを実施することにより、その部位の溶接強度を低下させることができる。最も好適な溶接強度の制御は、溶接電流を易破断部30において減少させる方法が制御が容易で好ましいものとなる。溶接電流を減少させた易破断部30では、溶接代8と蓋板3との接触部分が抵抗発熱する発熱量が減少するので、発熱に伴う溶融体積、即ちナゲットの形成量も減少するので、易破断部30での溶接強度が低下する。
【0027】
レーザー溶接を用いた場合は、本体ケース2の溶接代8に重なる蓋板3の外周部上からレーザー照射することにより蓋板3の外周部と溶接代8との間を溶接接合して本体ケース2の凹部5内を密閉状態に封止する。図5に示すように、本体ケース2の一方長辺の凹部5形成の角部分に、レーザー溶接の溶接ラインに一部が位置するように易破断凹部41を形成しておくと、溶接ラインにおける溶接幅が易破断凹部41の形成部分では狭くなり、前述のシーム溶接の易破断部30と同様に溶接強度を低下させた部位が形成され、凹部5内の内圧が異常上昇したとき、溶接強度の低い易破断部30の溶接が破断して異常内圧を外部放出する安全弁構造が形成される。
【0028】
また、溶接ラインの易破断部30の形成部位上においてレーザー溶接の溶接強度を低下させて易破断部30を形成することもできる。レーザー溶接における溶接強度の制御には、レーザーパルスのパルス幅及び時間を制御するのが容易な手段となる。
【0029】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、金属板を半殻体に加工した電池ケースの開放部に金属製の蓋体を溶接することによって封止する構造において、溶接時に安全弁構造を形成することができるので、別途安全弁を設ける工程を設ける必要がなく、安全弁とする部材が不要であるためコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る扁平角形電池の外観形状を示す斜視図。
【図2】同上扁平角形電池の各構成要素を示す分解斜視図。
【図3】極板群の構成が異なる扁平角形電池の各構成要素を示す分解斜視図。
【図4】シーム溶接の構成を示す模式図。
【図5】レーザー溶接による易破断部の形成構造を示す斜視図。
【符号の説明】
1 扁平角形電池
2 本体ケース
3 蓋板
4 極板群
5 凹部
6 段差部
8 溶接代(フランジ)
30 易破断部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery having a structure that enables a thinner prismatic battery, and more particularly to a flat prismatic battery provided with a safety valve structure that externally releases an abnormally increased internal pressure.
[0002]
[Prior art]
Mobile electronic devices, such as mobile phones and PDAs, have been significantly reduced in size and thickness as well as becoming more sophisticated. Batteries applied to them have been required to be smaller, thinner and have higher energy densities. As a result, the demand for flat-shaped lithium ion secondary batteries is increasing. The recent trend of portable electronic devices is to reduce the thickness rather than reduce the size, and it is easy to put them in pockets and bags, and it does not impair ease of use.
[0003]
In order to achieve a reduction in the thickness of the device, it is necessary to reduce the thickness of the battery that is the power source of the device. That is, the battery case has a structure in which the battery case is formed in a square cylinder with a bottom by drawing or handling, and the opening of the battery case accommodating the electrode plate group is sealed with a sealing plate. In such a case, the battery case is formed such that the opening area is smaller than the depth in the processing direction. However, as the shorter side dimension of the battery case having a rectangular or elliptical cross section becomes smaller, processing becomes more difficult, and it becomes more difficult to insert the electrode plate group into the battery case. In order to further reduce the thickness of the current flat prismatic battery, it is necessary to fundamentally change the structure of the battery case, and a body case in which the battery case is formed in a half-shell body, and a lid plate that closes the open part A battery structure has been developed in which an electrode group is accommodated in a main body case and an opening of the main body case is closed by a lid.
[0004]
For example, a battery in which a group of electrodes is accommodated in a container formed in a half-shell body, a cover plate is arranged at an opening of the container, and the inside of the container is sealed by laser welding the periphery of the cover plate to the container. It is known (see Patent Document 1). The structure in which the large opening of such a half-shell container is sealed with a lid plate is such that a step portion is formed at the opening end of the main case formed in the half-shell body so that the battery lid fits therein, and the electrode plate group is formed. There is also known a battery in which a battery cover is fitted into the stepped portion after the battery cover is housed in the main body case, and the inside of the main body case is sealed by laser welding the battery cover and the main body case around the battery cover (Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163873). 2). In addition, the electrode group is accommodated in the concave portion of the pair of half-shell members provided with the flange portion, and the two members containing the electrode group are sealed by laser welding the members with the flange portion. A battery that has been used is also known (Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-250517 A (
[0006]
[Patent Document 2]
JP-A-2001-52658 (pages 4 to 6, FIG. 1)
[0007]
[Patent Document 3]
JP 2001-167744 A (
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Batteries with a high energy density, especially lithium ion secondary batteries, are required to have a structure that does not fall into a situation such as bursting or firing even when exposed to an external short circuit, overcharging, or high-temperature storage. Safety structure such as a battery and a battery protection circuit, and a mechanical safety structure such as a safety valve. Although the electrical safety structure can be configured externally, the mechanical safety structure must be provided on the battery itself. The safety valve structure has a structure in which the thickness of the outer case is partially thinned by forming a clad material or a groove in which a foil-like plate is attached to the opening and a part that is easily broken by abnormal internal pressure is provided, or provided in the opening In general, a structure in which an elastic valve element is opened due to abnormal internal pressure is used.
[0009]
However, it is difficult to apply the safety valve structure according to the related art to a flat prismatic battery configured for the purpose of thinning, and it is necessary to develop a safety valve structure suitable for the flat prismatic battery.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flat battery having a safety valve structure for releasing an abnormal internal pressure to the outside by controlling the welding strength when the battery case is welded and joined, and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The first invention of the present application to achieve the above object is to form a main body case in a half-shell body in which a metal plate is processed and a flange is provided around an opening of a concave portion, and an electrode plate group is accommodated in the concave portion. In a flat rectangular battery in which a flange is joined by welding between a metal lid plate and a flange provided with a peripheral portion overlapped on the flange, a part of the flat battery is welded on a welding line for welding between the lid plate and the flange. Characterized in that an easily breakable portion having reduced welding strength is formed.
[0012]
According to the above configuration, since the easily broken portion is formed by partially reducing the welding strength during welding, when the internal pressure of the flat battery is abnormally increased due to an external short circuit, overcharge, high temperature, etc., the easily broken portion is easily broken. Since the welded part of the part is broken and the abnormal internal pressure is released to the outside, the rupture of the battery can be prevented without providing a separate safety valve. The formation position of the easily breakable portion is preferably the long side center portion where swelling is most likely to occur when the internal pressure of the battery abnormally rises.
[0013]
Further, the second invention of the present application is directed to forming a main body case in a half-shell body provided with a flange around an opening of a concave portion by processing a metal plate, accommodating an electrode group in the concave portion, and forming a metal cover plate. In a manufacturing method of a flat rectangular battery in which a peripheral portion is overlapped with the flange and the lid plate and the flange are joined by welding, at a predetermined portion on a welding line for welding the lid plate and the flange over the entire circumference, Welding is performed by controlling the welding so that the welding strength between the cover plate and the flange is reduced.
[0014]
According to the above manufacturing method, when welding is performed between the flange portion of the main body case and the peripheral portion of the lid, welding control is performed so that the welding strength of the predetermined portion is reduced. Ruptures when the battery internal pressure rises abnormally, and functions as a safety valve that releases the abnormal internal pressure to the outside.
[0015]
The above welding control can be performed by a method of controlling so as to reduce the welding current at a predetermined portion on the welding line, or a method of controlling so as to increase the moving speed of the welding electrode at a predetermined portion on the welding line.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to facilitate understanding of the present invention. The embodiment described below is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
[0017]
FIG. 1 shows the external shape of a flat prismatic battery 1 according to the present embodiment, which is configured as a lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 2, a
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
An electrode group 4 in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator is accommodated in the
[0020]
As shown in FIG. 3, the electrode group 4 has a different winding direction in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound via a separator, and the
[0021]
The
[0022]
When welding between the
[0023]
A method for forming the easily
[0024]
In seam welding, as shown in FIG. 4, an upper
[0025]
In the normal state of the flat battery 1, the easily
[0026]
The welding condition factors in seam welding are a welding current, a pressing force, and a moving speed between the upper
[0027]
When laser welding is used, the outer peripheral portion of the
[0028]
In addition, the easily
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a safety valve structure is formed at the time of welding in a structure in which a metal lid is sealed by welding a metal lid to an open portion of a battery case obtained by processing a metal plate into a half shell. Therefore, there is no need to provide a separate step of providing a safety valve, and a member for the safety valve is not required, so that cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the external shape of a flat prismatic battery according to an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing components of the flat rectangular battery.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing components of a flat rectangular battery having a different configuration of an electrode plate group.
FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of seam welding.
FIG. 5 is a perspective view showing a structure for forming an easily breakable portion by laser welding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
30 easy break
Claims (4)
前記蓋板とフランジとの間を溶接する溶接線上に部分的に溶接強度を低下させた易破断部位が形成されてなることを特徴とする扁平角形電池。A metal case is formed by processing a metal plate and forming a body case in a half-shell body provided with a flange around the opening of the concave portion, accommodating an electrode plate group in the concave portion, and superposing a peripheral portion on the flange. Flat battery formed by welding the lid plate and the flange made of
A flat rectangular battery, wherein an easily breakable portion having reduced welding strength is partially formed on a welding line for welding between the lid plate and the flange.
前記蓋板とフランジとの間を全周にわたって溶接する溶接線上の所定部位において、蓋板とフランジとの間の溶接強度を低下させるように溶接制御して溶接することを特徴とする扁平角形電池の製造方法。A metal plate is processed to form a main body case in a half-shell body provided with a flange around the opening of the concave portion, an electrode group is accommodated in the concave portion, and a peripheral portion of a metal lid plate is overlapped with the flange. In a method of manufacturing a flat rectangular battery in which a lid plate and a flange are joined by welding,
A flat prismatic battery characterized in that at a predetermined portion on a welding line for welding the entire circumference between the cover plate and the flange, welding is performed by performing welding control so as to reduce the welding strength between the cover plate and the flange. Manufacturing method.
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