JP2005190689A

JP2005190689A - 密閉型電池

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Publication number: JP2005190689A
Application number: JP2003427107A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Obayashi; 篤史大林; Akiyoshi Tamaoki; 日義玉置; Ryuji Oshita; 竜司大下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】注液口との嵌合状態が良好になる液口栓の構造として、封止不良が発生せず、歩留まりが向上した密閉型電池を提供する。
【解決手段】本発明は注液口13が形成された封口体12により外装缶の開口部が密封されるとともに封口体13に形成された注液口12が液口栓20により密封された密閉型電池に関する。液口栓20は注液口13を密封する弾性を有する封止部21と、この封止部21を保持して注液口13の周囲に形成された凹部13aの端部に溶着される金属製の板状体25とからなる。封止部21は板状体25に接着されるために所定の面積を有する板状の取付部22と、この取付部22との付け根部に形成されて、注液口13の径と略等しくかつ注液口の厚みと略等しい円柱状に形成されたくびれ部23と、このくびれ部23より外方に突出しかつ突出した箇所よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部24とから形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、注液口が形成された封口体により金属製外装缶の開口部が密封されるとともに、封口体に形成された注液口が液口栓により密封された密閉型電池に関する。

近年、携帯用の電子・通信機器等の電源として、小型軽量でかつ高容量な密閉型電池が用いられるようになった。この種の密閉型電池にあっては、特許文献１に示されるように、外装缶の開口部を封口板で溶接して密封して構成される。図４はこのような密閉型電池３０を示しており、セパレータを介して正極と負極が積層された電極群（図示せず）を金属製の外装缶３１内に収納し、外装缶３１の開口部３１ａに封口板３２を溶接し、封口板３２に設けられた注液口３３（図５および図６参照）より電解液を注液した後、注液口３３を液口栓４０で封止することにより作製されるのが一般的である。

ところで、上述のような液口栓４０においては、図５（ａ）に示すように、注液口３３を密封する弾性を有する封止部４１と、この封止部４１を保持して注液口３３の周囲に形成された凹部３３ａの端部に溶着される金属製の板状体４４とから形成されている。また、封止部４１は金属製の板状体４４に接着されるために所定の面積を有する板状の取付部４２と、この取付部４２に連続して注液口３３の径より若干大きく形成された最大径部よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部４３とから形成されている。一方、封口板３２においては、図５（ｂ）に示すよう、注液口３３が形成されているとともに、注液口３３の周囲には封口板３２の表面より下方に凹んだ凹部３３ａが形成されている。

そして、図６（ａ）に示すように、封口板３２に形成された注液口３３に、液口栓４０の封止部４１に形成された円錐台部４３を挿入して、液口栓４０の板状体４４を注液口３３の周囲に形成された凹部３３ａに嵌着させる。この後、図６（ｂ）に示すように、凹部３３ａの端部と板状体４４の端部をレーザ溶接して溶接部３３ｂを形成することにより、注液口３３を封止するようにしている。
特開２０００−２１４３７号公報

上述のように弾性を有した液口栓４０の封止部４１の円錐台部４３が略円錐台形状に形成されていると、図６（ｂ）に示すよう、この封止部４１を注液口３３に挿入した際に、封止部４１の円錐台部４３の直径と注液口３３の直径が等しくなった部分から上の部分において、封止部４１の円錐台部４３は弾性変形するようになる。ところが、封止部４１を注液口３３に挿入する際の押圧力が充分でないと、封止部４１の円錐台部４３が充分に圧縮されないために、液口栓４０が注液口３３から浮き上がるという問題を生じた。

また、液口栓４０が注液口３３から浮き上がると、製造ラインに振動が生じた際に液口栓４０が注液口３３から脱落して、液口栓４０の封止不良が発生し、歩留まりが低下するという問題を生じた。また、封止部４１を注液口３３内に十分に挿入していないと、注液口３３に対する封止部４１の接触力が充分ではないため、製造時の振動により電解液が、液口栓４０の板状体４４の端部と注液口３３の周囲に形成された凹部３３ａの端部に染み出るようになる。このため、注液口３３の周囲に形成された凹部３３ａの端部と、液口栓４０の板状体４４の端部との間の溶接部３３ｂに溶接不良が発生するという問題も生じた。

そこで、本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであって、注液口との嵌合状態が良好になる液口栓の構造として、封止不良が発生せず、歩留まりが向上した密閉型電池を提供できるようにすることを目的とする。

本発明は注液口が形成された封口体により金属製外装缶の開口部が密封されるとともに封口体に形成された注液口が液口栓により密封された密閉型電池であって、上記目的を達成するため、液口栓は注液口を密封する弾性を有する封止部と、この封止部を保持して注液口の周囲に形成された凹部の端部に溶着される金属製の板状体とからなり、封止部は金属製の板状体との付け根部側に形成されて、注液口の径と略等しくかつ注液口の厚みと略等しい円柱状のくびれ部と、このくびれ部より外方に突出しかつ突出した箇所よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部とからなることを特徴とする。

このように、液口栓の封止部が注液口の径と略等しくかつ注液口の厚みと略等しい円柱状のくびれ部と、くびれ部より外方に突出しかつ突出した箇所よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部とから形成されていると、液口栓を注液口に挿入した際に、注液口の周囲壁上端部と円錐台部との接触部（図３（ｂ）の符号Ａ参照）での気密性が向上するとともに、注液口の周囲壁下端部と円錐台部との接触部（図３（ｂ）の符号Ｂ参照）での気密性も向上するようになる。これにより、注液口との嵌合状態が良好な液口栓が得られ、封止不良が発生せず、かつ歩留まりが向上した密閉型電池を提供することが可能となる。

この場合、液口栓に金属製の板状体と封止部のくびれ部との間にくびれ部の平面の面積よりも広い面積を有する板状の取付部が形成されていると、金属製の板状体と封止部との接着面積が増大するため、金属製の板状体と封止部との接着力が向上して強固に結合させることが可能となる。また、円錐台部の最大径に対する注液口の直径の比率が８９％以上で、９５％以下であると、注液口の周囲壁上端部と円錐台部との接触部（図３（ｂ）の符号Ａ参照）での気密性がさらに向上するとともに、注液口の周囲壁下端部と円錐台部との接触部（図３（ｂ）の符号Ｂ参照）での気密性もさらに向上するようになる。このことから、円錐台部の最大径に対する注液口の直径の比率は、８９％以上で９５％以下にするのが望ましいということができる。なお、弾性を有する封止部はゴムにより形成されており、金属製の板状体はアルミニウムにより形成されているのが望ましい。

以下に、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明の密閉型電池を模式的に示す斜視図である。図２は本発明の液口栓と封口体に設けられた注液口を示す図であり、図２（ａ）は液口栓を模式的に示す半断面図であり、図２（ｂ）注液口を模式的に示す半断面図である。図３は図２の注液口に液口栓を装着する様子を示す図であり、図３（ａ）は液口栓が注液口に装着される状態を模式的に示す半断面図であり、図３（ｂ）は液口栓が注液口に完全に装着された状態を模式的に示す半断面図である。

１．負極板の作製
まず、（００２）面の面間隔（ｄ₀₀₂）が０．３３６ｎｍで、ｃ軸方向の結晶子の大きさ（Ｌｃ）が２００ｎｍで平均粒径が２０μｍの塊状黒鉛の粉末を用意した。ついで、この黒鉛粉末と、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）とのディスパージョン（固形分は４８質量％）を水に分散させた後、増粘剤となるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加、混合して負極スラリーを調製した。なお、塊状黒鉛とＳＢＲとＣＭＣとの乾燥後の質量組成比が塊状黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９５：３：２となるように調製した。

ついで、銅箔からなる負極集電体を用意し、上述のように作製した負極スラリーをこの負極集電体の両面に、負極集電体の単位面積当たり１００ｇ／ｍ²をドクターブレード法により塗布して、負極活物質層を形成した。この後、１００℃で２時間真空乾燥させた後、黒鉛材料の充填密度が１．６ｇ／ｃｍ³になるように圧延し、所定の形状に切断して帯状の負極板を作製した。

２．正極板の作製
平均粒径５μｍのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）粉末と導電剤としての人造黒鉛粉末を質量比で９：１の割合で混合して正極合剤を調製した。この正極合剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を５質量％溶解した結着剤溶液とを固形分の質量比で９５：５となるように混練して、正極スラリーを調製した。

ついで、アルミニウム箔からなる正極集電体を用意し、上述のように作製した正極スラリーを正極集電体の両面に、正極集電体の単位面積当たり２４０ｇ／ｍ²をドクターブレード法により塗布して、正極合剤層を形成した。この後、１５０℃で２時間真空乾燥させた後、正極合剤の充填密度が３．２ｇ／ｃｍ³になるように圧延し、所定の形状に切断して帯状の正極板を作製した。

３．非水電解液電池（密閉型電池）の作製
ついで、上述のようにして作製した負極板と正極板とを用い、これらの間にポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介在させて重ね合わせて渦巻状に巻回した。ついで、これを扁平になるように押しつぶして平板状の電極群を作製した後、この平板状の電極群を正極端子を兼ねるアルミニウム製の外装缶１１の開口部１１ａより挿入した。ついで、電極群の上部にスペーサを配置した後、図示しない電極群の負極板より延出する負極集電タブを封口体１２に設けられた端子板の内底部に溶接した。一方、図示しない電極群の正極板より延出する正極リードを外装缶１１と封口体１２との間に挟み込むようにして、封口体１２を外装缶１１の開口部１１ａに配置した。ついで、外装缶１１の開口部１１ａの周壁と封口体１２との間をレーザ溶接した。

この場合、封口体１２には端子板（図示せず）とともに、電解液を注液するための注液口１３が形成されている。そして、この注液口１３より電解液（例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）との等体積混合溶媒（ＥＣ：ＤＭＣ＝５０：５０）に、ＬｉＰＦ₆を１モル／リットル溶解したもの）を外装缶１１内に注液した。この後、この注液口１３に液口栓２０を挿入した後、液口栓２０の周囲を封口体１２にレーザ溶接することにより外装缶１１内が密封されることとなる。これにより、設計容量が７００ｍＡｈで角形（厚み：５ｍｍ、幅：３０ｍｍ、高さ：４８ｍｍ）の非水電解液電池を作製した。

ここで、注液口１３の周囲には箱形形状の凹部１３ａが形成されており、この凹部１３ａの中心部に封口体１２を貫通する注液口１３が形成されている。この場合、封口体１２の厚みは０．８ｍｍとなるように形成されている。また、注液口１３の直径が１．１ｍｍで厚みが０．４ｍｍになるように形成されているとともに、注液口１３の周囲に形成された凹部１３ａの深さが０．４ｍｍになるように形成されている。

一方、液口栓２０は注液口１３を密封する弾性を有する封止部２１と、この封止部２１を保持して注液口１３の周囲に形成された凹部１３ａの端部に溶着される金属製の板状体２５とから形成されている。この場合、封止部２１に弾性を持たせるためにゴム製（例えば、ＥＰゴム等）とされている。また、板状体２５としては外装缶１１の材質に等しいアルミニウム製とされている。そして、板状体２５に封止部２１を接着するには、まず、板状体２５にポリオレフィン系接着剤をスクリーン印刷などにより塗布しておき、これを加硫型に入れて、板状体２５の上にゴムを加硫して封止部２１を形成するにしている。

なお、封止部２１は金属製の板状体２５に接着されるために所定の面積（後述するくびれ部２３の平面の面積よりも広く、板状体２５の平面の面積と等しいかこれよりも若干狭い面積）を有する板状の取付部２２と、この取付部２２との付け根部に形成されて、注液口１３の径（ｔ２：この場合は１．１ｍｍ）と略等しくかつ注液口の厚み（この場合は０．４ｍｍ）と略等しい円柱状に形成されたくびれ部２３と、このくびれ部２３より外方に突出しかつ突出した箇所（最大径はｔ１）よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部２４とから形成されている。

そして、円錐台部２４の最大径ｔ１が１．１４６ｍｍで、この最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２（＝１．１ｍｍ）の比率Ｒ（Ｒ＝（ｔ２／ｔ１）×１００％）が９６％のものを液口栓ａとした。同様に、ｔ１が１．１５８ｍｍで比率Ｒが９５％のものを液口栓ｂとし、ｔ１が１．１８３ｍｍで比率Ｒが９３％のものを液口栓ｃとし、ｔ１が１．２０９ｍｍで比率Ｒが９１％のものを液口栓ｄとし、ｔ１が１．２３６ｍｍで比率Ｒが８９％のものを液口栓ｅとし、ｔ１が１．２９４ｍｍで比率Ｒが８５％のものを液口栓ｆとした。また、ｔ１が１．１２２ｍｍで比率Ｒが９８％のもの（図５の従来例（符号４０）のもの）を液口栓ｘとした。

ここで、液口栓ａを用いて形成された非水電解液電池を電池Ａとし、液口栓ｂを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｂとし、液口栓ｃを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｃとし、液口栓ｄを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｄとし、液口栓ｅを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｅとし、液口栓ｆを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｆとした。また、液口栓ｘを用いて形成された非水電解液電池を電池Ｘとした。

４．工程不良率および密閉性の測定
（１）工程不良率の測定
ついで、上述のように各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｘを作製する際に、注液口１３に各液口栓２０（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｘ）を挿入した際の液口栓２０の脱落、および金属製の板状体２５を注液口１３の周囲に形成された凹部１３ａの端部にレーザ溶接した際の溶接不良などからなる工程不良率を求めると、下記の表１に示すような結果となった。なお、工程不良率を求める際の母体数としては、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおいては１０００個とし、電池Ｘにおいては５００００個とした。

（２）密閉性の測定
また、上述のようにして作製された各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｘを満充電した後、封口体１２が下向きとなる状態で静置し、温度が７２℃で、湿度が９０％の高温多湿の雰囲気中に１０日間放置して、高温多湿試験を行った。この高温多湿試験後の電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｘの質量を測定して、の高温多湿試験前に測定した各電池の質量に対する質量減少率を求めると、下記の表１に示すような結果となった。なお、質量減少率を求める際の母体数も、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおいては１０００個とし、電池Ｘにおいては５００００個とした。

さらに、上述のようにして作製された各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｘを満充電した後、封口体１２が下向きとなる状態で静置した。この後、低温側温度が−３０℃で、高温側温度が７２℃となるようにしてそれぞれ３０分ずつ放置する熱サイクルを１サイクルとし、このような熱サイクルを２００サイクル繰り返すという熱衝撃試験を行った。この熱衝撃試験後に各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｘの質量を測定して、熱衝撃試験前の各電池の質量に対する質量減少率を求めると、下記の表１に示すような結果となった。なお、この熱衝撃試験においては、低温状態と高温状態との間の温度変化は直ちになされるように配慮した。また、質量減少率を求める際の母体数も、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおいては１０００個とし、電池Ｘにおいては５００００個とした。

上記表１の結果から明らかなように、液口栓の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒが９８％の従来例の液口栓ｘを用いた電池Ｘにおいては、工程不良率が０．４０％と大きく、かつ高温多湿試験や熱衝撃試験における質量減少率も大きいことが分かる。一方、くびれ部２３ととともに円錐台部２４を備えた液口栓２０を用いた電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、電池Ｘと比較して、工程不良率や、高温多湿試験や熱衝撃試験における質量減少率が低下していることが分かる。

但し、くびれ部２３と円錐台部２４を備えた液口栓２０を用いても電池Ｆのように、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒが８５％、即ち、注液口１３の直径ｔ２に対して円錐台部２４の最大径ｔ１が大きすぎる場合は、注液口１３に液口栓２０を挿入しても、円錐台部２４の最大径部が注液口１３の下端に達するまで充分に押し込めない場合があって、工程不良率が上昇した結果となった。このため、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒは８９％以上にするのが望ましいということができる。

また、くびれ部２３と円錐台部２４を備えた液口栓２０を用いても電池Ａのように、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒが９６％、即ち、注液口１３の直径ｔ２に対して円錐台部２４の最大径ｔ１が小さすぎる場合は、注液口１３に液口栓２０を挿入して円錐台部２４の最大径部が注液口１３の下端に達しても、この下端部での注液口１３の角部と円錐台部２４との密着力が充分でないため、工程不良率が上昇するとともに、高温多湿試験や熱衝撃試験における質量減少率が上昇する結果となった。このため、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒは９５％以下にするのが望ましいということができる。

これらに対して、電池Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおいては、電池Ａ，Ｆと比較して、工程不良率や、高温多湿試験や熱衝撃試験における質量減少率が低下していることが分かる。これは、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒが８９％以上で、９５％以下であると、注液口１３の周囲壁上端部と円錐台部２４との接触部Ａ（図３（ｂ）参照）での気密性が向上するとともに、注液口１３の周囲壁下端部と円錐台部２４との接触部Ｂ（図３（ｂ）参照）での気密性も向上するようになったためと考えられる。
以上のことから、円錐台部２４の最大径ｔ１に対する注液口１３の直径ｔ２の比率Ｒは、８９％以上で９５％以下にするのが望ましいということができる。

なお、上述した実施の形態においては、本発明の密閉型電池を非水電解液電池に適用する例についてのみ説明したが、本発明はこれに限らず、アルカリ蓄電池、鉛蓄電池などのような密閉型電池に適用できることは明らかである。

本発明の密閉型電池を模式的に示す斜視図である。本発明の液口栓と封口体に設けられた注液口を示す図であり、図２（ａ）は液口栓を模式的に示す半断面図であり、図２（ｂ）注液口を模式的に示す半断面図である。図２の注液口に液口栓を装着する様子を示す図であり、図３（ａ）は液口栓が注液口に装着される状態を模式的に示す半断面図であり、図３（ｂ）は液口栓が注液口に完全に装着された状態を模式的に示す半断面図である。従来例の密閉型電池を模式的に示す斜視図である。従来例の液口栓と封口体に設けられた注液口を示す図であり、図５（ａ）は液口栓を模式的に示す半断面図であり、図５（ｂ）注液口を模式的に示す半断面図である。図５の注液口に液口栓を装着する様子を示す図であり、図６（ａ）は液口栓が注液口に装着される状態を模式的に示す半断面図であり、図６（ｂ）は液口栓が注液口に完全に装着された状態を模式的に示す半断面図である。

符号の説明

１０…密閉型電池、１１…外装缶、１１ａ…開口部、１２…封口体、１３…注液口、１３ａ…凹部、２０…液口栓、２１…封止部、２２…取付部、２３…くびれ部、２４…円錐台部、２５…板状体

Claims

注液口が形成された封口体により金属製外装缶の開口部が密封されるとともに前記封口体に形成された注液口が液口栓により密封された密閉型電池であって、
前記液口栓は前記注液口を密封する弾性を有する封止部と、該封止部を保持して前記注液口の周囲に形成された凹部の端部に溶着される金属製の板状体とからなり、
前記封止部は前記金属製の板状体との付け根部側に形成されて、前記注液口の径と略等しくかつ該注液口の厚みと略等しい円柱状のくびれ部と、該くびれ部より外方に突出しかつ該突出した箇所よりテーパー状にすぼまるように形成された円錐台部とからなることを特徴とする密閉型電池。
前記金属製の板状体と前記封止部の前記くびれ部との間に前記くびれ部の平面の面積よりも広い面積を有する板状の取付部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
前記注液口の直径は前記封止部の前記円錐台部の最大径に対して８９％以上で９５％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型電池。
前記弾性を有する封止部はゴムにより形成されており、前記金属製の板状体はアルミニウムにより形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の密閉型電池。