JP2004303571A

JP2004303571A - 密閉型電池用防爆封口板

Info

Publication number: JP2004303571A
Application number: JP2003094958A
Authority: JP
Inventors: Makoto Murakami; 誠村上; Kanehito Masumoto; 兼人増本; Fumiharu Sakashita; 文晴阪下; Naoto Kiyuuyukichi; 直人九之池
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】密閉性を向上した溶接構造を有し、電流遮断圧力のばらつく影響を与えず、かつ内部からの漏液が起こらない密閉型電池用防爆封口板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】キャップ１、上部弁体２、絶縁ガスケット３及び下部弁体４の積層体を内部に収納した金属ケース５の開口端部がかしめ加工により内方に折り込まれており、溶接部８を、かしめ後の絶縁ガスケット３の底部開口径よりも小さい径で、金属ケース５と下部弁体４を全周溶着する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池における外装缶の開口部の密閉封口に用いられる密閉型電池用防爆封口板に関するものであり、特に密閉性を向上した溶接構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー密度の高い密閉型電池では、充電器の故障による短絡や過充電が起こった場合に、化学反応に伴い電池内部に異常にガスが発生し、電池内圧が過大となる。そのため内部圧力を検知し、通電電流を完全に遮断する安全機構が備えつけられている。
【０００３】
この安全機構としては、以下のような遮断機構が知られている。（例えば特許文献１参照。）
つまり、キャップ、上部弁体、絶縁ガスケット及び下部弁体の積層体を内部に収納した金属ケースの開口端部がかしめ加工により内方に折り込まれている構造をしている。上下部弁体は中央部の溶接によって電気的に接続されており、電流遮断圧力は下部弁体が有する昜破断部の破断強度によって設定される。即ち、電池内圧が所定値まで上昇したときに下部弁体が押圧されて、昜破断部の内側部分がくり抜かれることで通電電流が遮断される。
【０００４】
上記の構造において、下部弁体と金属ケースの固定については、以下のような局部的に固定する方法が知られている。（例えば、特許文献２参照。）
つまり、昜破断部に対する外周側近傍位置に、下部弁体と金属ケースを局部的に固定する固定部を設けて、互いにレーザー溶接により、１点溶接される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３０２７４４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８４０３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、下部弁体と金属ケースが１点溶接により固定される場合には、下部弁体の自由度が大きく、電流遮断圧力のばらつきを抑えることが困難であった。また、電池内圧が上昇した場合に、下部弁体の変形は絶縁ガスケットの開口部を起点として変形し始めるため、かしめ時の絶縁ガスケット開口部の真円度によって、下部弁体の受ける応力分布が変わり、電流遮断圧力のばらつきに繋がっていた。さらに金属ケースと下部弁体の溶接強度が弱いため、落下等の衝撃時にスポット部が外れて抵抗値が上昇することが懸念されていた。
【０００７】
絶縁ガスケットは、金属ケースと上部弁体及びキャップの絶縁の役割を果たすと共に、圧縮されることで金属ケースと下部弁体の密閉性を向上させて、金属ケースの通気口から入ってくる電解液が防爆封口板へ浸透するのを防ぐ役割も兼ねている。そのため、絶縁ガスケットには適度な肉厚が必要とされ、薄肉化が困難であった。また、耐環境性の低い材質を用いると、熱衝撃等をかけた際に、防爆封口板内部からの電解液の漏れる可能性が高い。
【０００８】
そこで本発明は、密閉性を向上した溶接構造を有し、電流遮断圧力のばらつく影響を与えず、かつ内部からの漏液が起こらない密閉型電池用防爆封口板及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、キャップ、上部弁体、絶縁ガスケット及び下部弁体の積層体を内部に収納した金属ケースの開口端部がかしめ加工により内方に折り込まれている構造を有する密閉型電池用防爆封口板において、金属ケースと下部弁体を全周溶着しているとするものであり、さらに全周溶着は、かしめ後の絶縁ガスケットの底部開口径よりも小さい径であるのが好ましい。
【００１０】
本発明では、電池内圧上昇時の下部弁体の変形が金属ケースと下部弁体溶着箇所を起点として始まり、下部弁体にかかる応力分布が円周上で均一になる。また金属ケースと下部弁体が全周溶着されているため、下部弁体の自由度はなく、電流遮断機構の作動圧力がばらつきなく正確に作動する。さらに、落下等の衝撃を受けた場合においても、金属ケースと下部弁体の溶着強度が十分に確保されていると共に、金属ケースの通気口を通ってくる電解液についても溶着部にて密閉されるため、防爆封口板内部からの漏液は起こらない。そのため、絶縁ガスケットの機能は、金属ケースと上部弁体及びキャップの絶縁のみになり、絶縁ガスケットの材質選定の幅が広がると共に、薄肉化が図れることで低コスト化が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電池用防爆封口板の一実施形態を示す縦断面図である。同図において、この密封型電池用防爆封口板は、キャップ１、上部弁体２、絶縁ガスケット３及び下部弁体４の積層体を内部に収納した金属ケース５の開口端部がかしめ加工により内方に折り込まれている構造を有する。
【００１２】
上部弁体２は、可撓性を有する金属円盤からなり、中央部分が下方に向けて湾曲形状に膨出した凹状部と、中央部分にＣ型形状の刻印を用いて形成したＣ字形状の薄肉部からなる大径の昜破断部６を有している。下部弁体４は、可撓性を有する金属円盤からなり、中央部分が上方に向け湾曲形状に膨出した凸状部と、中央部分に円形状の刻印を用いて形成した薄肉部からなる小径の昜破断部７を有している。さらに上下部弁体２、４の電気的な導通を得るために上下部弁体２、４の中央部分はレーザー溶接されている。ここで、可撓性のある金属は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などがあり、特にアルミニウムが好ましい。
【００１３】
図２は図１の金属ケース５と下部弁体４の溶接箇所の平面図である。同図において、金属ケース５は、ファイバーを用いて、溶接部８で円周状に下部弁体４とレーザー溶接されている。
【００１４】
図１で示すように、溶接部８を、かしめ後の絶縁ガスケット３の底部開口径よりも小さい径で、金属ケース５と下部弁体４を全周溶着することにより、常に安定して作動する電流遮断機構を有し、内部からの漏液が起こらない密閉型電池用防爆封口板を得ることができる。また、絶縁ガスケット３の材質選定の幅が広がり、薄肉化が図れることで低コスト化が可能になる。さらに、この封口板を組み込んで使用した際には、電池が過充電等の異常な状態に置かれた場合においても、正常な作動圧力で電流遮断機構が確実に作動するため、より安全性に優れた電池の供給が可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の具体例を用いて、さらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
まず、図１で説明した封口板と同じ構造を持つものを作成した。
【００１６】
同図において、上部弁体２は、厚さ０．１５ｍｍで外径φ１４．０ｍｍの可撓性を有するアルミニウム円盤からなり、中央部分が下方に向けて湾曲形状に膨出した凹状部と、中央部分に外径φ５．０ｍｍのＣ型形状の刻印を用いて形成したＣ字形状の薄肉部からなる昜破断部６を有しているものを使用した。下部弁体４は、厚さ０．１ｍｍで外径がφ１５．０ｍｍの可撓性を有するアルミニウム円盤からなり、中央部分が上方に向け湾曲形状に膨出した凸状部と、中央部分に外径φ３．５ｍｍの円形状の刻印を用いて形成した薄肉部からなる昜破断部７を有しているものを使用した。
【００１７】
次に、本実施例の防爆封口板の製造方法について説明する。図４（ａ）は、下部弁体４と金属ケース５とを相互に全周溶着する工程を示す。金属ケース５には、厚さ０．４ｍｍで外径φ１６．０ｍｍのアルミニウムを用い、昜破断部７を予め設けた下部弁体４を挿入した。続いて、光通過孔１５を有する固定治具１６と熱退避用空間１８を有する固定治具１７により両側から挟み付け、レーザー溶接機１９から光通過孔１５を通じてレーザー光を照射し、下部弁体４と金属ケース５をφ０．６ｍｍの径を有するファイバーを用いて、φ１２ｍｍの円周状に溶接し、溶接部８を形成した。ここで、下部弁体４と金属ケース５を互いにレーザー溶接する溶接部８周辺は共に平坦面であるため、直接的に押圧しなくても隙間なく密着し、支障なくレーザー溶接可能であった。
【００１８】
次工程では、上下部弁体２、４に接続部を形成した。図４（ｂ）に示すように、絶縁ガスケット３及び上部弁体２を金属ケース５に順次挿入して、上下部弁体２、４の各々の周縁部分を、絶縁ガスケット３を介在させて重ね合わせた。次に、絶縁ガスケット３を介在して重ね合わされた上下部弁体２、４の各々の周縁部分を、上下の固定治具１９、２０により金属ケース５を介在して挟み付け固定した。
【００１９】
さらに、上下部弁体２、４の凹状部及び凸状部の接触部分の所定部位に、レーザー溶接機２３から上部固定治具２１の光通過孔２０を通じてレーザー光を照射して、レーザー溶接により接続部を形成した。
【００２０】
最後に、キャップを組み込み、これらの積層体を内部に収納した金属ケース５の開口端部をかしめ加工により内方に折りたたみ、実施例１の封口板を組み立てた。
＜比較例１＞
溶接部８を一点溶接に変えた以外は、実施例１と同様にして、比較例１の封口板を組み立てた。
＜封口板の評価＞
本発明の防爆封口板及び従来の防爆封口板の電流遮断圧力を、図３に示す検査装置を用いて、測定を行った。すなわち、防爆封口板を筒型の一対の電極体９、１０を用いて上下より挟み付けて気密を確保し、この電極体９、１０を介して電源１１から防爆封口板に電流を供給した状態において、高圧空気源１２から電極体９を通じて防爆封口板に加える高圧空気を毎秒０．０３ｋｇ／ｃｍ^２で徐々に昇圧させていき、昜破断部が破断して電流が遮断されたのを検流計１３が検知したときの圧力センサ１４の指示値を電流遮断圧力として計測した。その結果を（表１）に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
この（表１）から明らかなように従来の防爆封口板では標準偏差が０．２９であったのが、上記実施形態の防爆封口板の場合には、標準偏差が０．１４に大幅に低減している。なお、標準偏差σは下記の数式（数１）に基づき計算した。（数１）において、ｘ_ｉは上記装置により測定した電流遮断圧力、ｘ_ａは平均値、ｎは測定回数をそれぞれ示す。
【００２３】
【数１】

【００２４】
これは、本発明による防爆封口板においては、電池内圧上昇時の下部弁体の変形が金属ケースと下部弁体溶着箇所を起点として始まり、下部弁体にかかる応力分布が円周上で均一になると共に、金属ケースと下部弁体が全周溶着されているため、下部弁体の自由度はなく、電流遮断機構の作動圧力が安定するためである。これにより、ばらつきを大幅に低減することを可能にした。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
かしめ後の絶縁ガスケットの底部開口径よりも小さい径で、金属ケースと下部弁体を全周溶着することにより、常に安定して作動する電流遮断機構を有し、内部からの漏液が起こらない密閉型電池用防爆封口板を得ることができる。また、絶縁ガスケットの材質選定の幅が広がり、薄肉化が図れることで低コスト化が可能になる。さらに、この封口板を組み込んで使用した際には、電池が過充電等の異常な状態に置かれた場合においても、正常な作動圧力で電流遮断機構が確実に作動するため、より安全性に優れた電池の供給が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に関わる電池用防爆封口板を示す縦断面図
【図２】本発明の電池用防爆封口板の実施形態を示す平面図
【図３】同上防爆封口板の検査装置の概略を示す水平断面図
【図４】（ａ）本発明の一実施例の密閉型電池用防爆封口板の製造方法の一工程を示す工程図
（ｂ）図４（ａ）の次の工程を示す工程図
【符号の説明】
１キャップ
２上部弁体
３絶縁ガスケット
４下部弁体
５金属ケース
６，７昜破断部
８溶接部
９、１０電極体
１１電源
１２高圧空気源
１３検流計
１４圧力センサ
１５光通過孔
１６、１７固定治具
１８熱退避用空間
１９レーザー溶接機
２０光通過孔
２１、２２固定治具
２３レーザー溶接機

Claims

キャップ、上部弁体、絶縁ガスケット及び下部弁体の積層体を内部に収納した金属ケースの開口端部がかしめ加工により内方に折り込まれている構造を持つ密閉型電池用防爆封口板において、金属ケースと下部弁体を全周溶着したことを特徴とする密閉型電池用防爆封口板。