JP2006134625A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液注液口の封口特性が良好な密閉型電池を提供する。
【解決手段】密閉型電池１において、電池外装容器２の壁面もしくは電池ヘッダー３に設けた電解液注液口５が、電池外装容器２の内側に面した小径部５ａと、小径部５ａと連通する電池外装容器外側に面した大径部５ｂを有し、小径部５ａには金属製の第一封口体６が挿入され、大径部５ｂには第二封口体７が溶接されて封口されたものである密閉型電池。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型電池に関し、とくに電解液を注入した後に電解液注液口を封口した封口部に特徴を有した封口特性が良好な密閉型電池に関するものである。

携帯用の電子機器は、小型軽量化と共に機能の高度化が進んでいる。その結果、これらの電子機器に使用する電源用の電池には、小型、軽量で容積あたり容量が大きな電池が求められている。
リチウムイオンをドープ、および脱ドープする正極活物質と負極活物質を用いたリチウムイオン電池は、従来から用いられているニッケルカドミウム電池や鉛電池に比べて、容積あるいは質量当たりのエネルギー密度が大きな二次電池として小型の電子機器用の電源として利用されている。

リチウムイオン電池は、正極電極と負極電極をセパレータを介して巻回して製造した電池要素、あるいは正極電極と負極電極を積層した電池要素を金属製の電池外装容器に収納した後に、電池外装容器とは極性の異なる電極を絶縁性部材で絶縁した電極を備えた蓋体を取り付けて電池外装容器と蓋体との会合部を封口している。
次いで、電解液注液口から所定の量の電解液を注液した後に、電解液注液口に封口体を装着してレーザ溶接等によって溶接して一体化して封口されている。
レーザ溶接等による溶接の際に、溶接の熱によって電池内圧の上昇の結果、電解液注液口から電解液が噴出したり、噴出した電解液が付着し、溶接が不充分なものとなり封口不良が生じることがあった。

図４は、従来の電解液注液方法および封口工程を説明する図である。
図４（Ａ）に斜視図を示し、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に電解液注液口の断面を拡大して示す。
密閉型電池１に、図４（Ｂ）のように電解液注液口５から電解液１０を注液した場合には、電解液注液口５およびその周辺部に電解液が付着したり、あるいは図４（Ｃ）に示すように封口体１５を圧入して、図４（Ｄ）に示すように封口体１１と電池ヘッダー３の会合部にレーザ９を照射すると、図４（Ｃ）に示す封口体１１の圧入時に噴出した電解液１０、あるいはレーザ照射によって分解した生成物によってピンホールが発生したり、レーザの照射による温度上昇によって生じた内圧上昇により電解液の噴出１２が発生して封口不良が生じることがあった。

そこで、電解液注液口に弾性体を封口体として使用すると共に、封口体が電池外装容器内部の圧力上昇時に脱落することを防止するために、電池外装容器の蓋体または電池外装容器の表面に封止蓋をレーザ溶接によって取り付けた密閉型電池が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、ゴム等の弾性体からなる封口体は、溶接時に加えられる熱によって軟化し内圧が高まった電池内部から電解液が噴出し、封止蓋の溶接が不充分なものとなって、封口不良が生じる可能性があった。
特開平１１−２７３６３８号公報

本発明は、電解液注液口に封口体を装着して封口した密閉型電池において、封口時に加えられる熱によって、電解液が噴出して溶接不良が生じることがない密閉型電池を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、密閉型電池において、電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダに設けた電解液注液口が、電池外装容器内側に面した小径部と、小径部と連通する電池外装容器外側に面した大径部を有し、小径部には金属製の第一封口体が挿入され、大径部には第二封口体が溶接されて封口された密閉型電池によって解決することができる。
また、電解液注液口の小径部と大径部は段差部を介して連通している前記の密閉型電池である。
第二封口体は、中央部の両面または電池外装容器の内側に面する側が周囲に比べて厚みが薄い前記の密閉型電池である。

本発明の密閉型電池は、電解液注液口に小径部と大径部を形成し、小径部に金属製の第一封口体を装着した後に、大径部に第二封口体を装着してレーザ溶接によって熱融着して封口したので、レーザによる熱融着時には、電池外装容器内部の圧力上昇による電解液注液口からの電解液の噴出がないので、電解液注液口の封口の際にはピンホール等が生じることはなく、封口特性が優れた密閉型電池とすることができる。

本発明は、電池外装容器の缶壁面に設けた電解液注液口、もしくは電池外装容器の開口部に装着する電池ヘッダに設けた電解液注液口に、封口体を挿入して封口体を電解液注液口の壁面との会合部を溶接した際に生じる電解液注液口の封口不良を防止した密閉型電池提供するものである。すなわち、金属製の第一封口体を装着した後に、第二封口体を装着して溶接することにより、溶接時に加えられた熱によって電池外装容器内の圧力が上昇して電解液の噴出が起こるのを防止することが可能であることを見いだしたものである。

電解液注液口の内側にゴム等の弾性体を装着し、外側には金属製の封口体を装着して外側の金属製の封口体を電解液注液口の壁面と溶接した密閉型電池が知られているが、電解液注液口に装着したゴム等の弾性体は溶接の際に加えられた熱に起因する温度上昇による内圧の上昇時の電解液噴出を確実に防止することは困難であったが、本発明のように、電解液注液口を電池外装容器の内側に面する小径部と、電池外装容器の外側に面する大径部から形成し、小径部には金属製の第一封口体を挿入して小径部を封口した後に、大径部に第二封口体を装着して溶接して封口することによって溶接時の加熱による内圧の上昇による電解液の噴出を確実に防止し、封口特性が良好で、封口工程の電解液による汚染のない密閉型電池を提供するものである。

以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の密閉型電池の一例を説明する図である。
図１（Ａ）は、密閉型電池を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、密閉型電池を上部からみた平面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）において、電解液注液口部分をＡ−Ａ’線で切断した断面を示す図である。
本発明の密閉型電池１は、電池外装容器２内に電池要素を収納した後に、電池外装容器２の開口部に電池ヘッダ３を装着したものであり、電池ヘッダ３は中央部に電極端子４を有するとともに、電解液注液口５を有している。

電解液注液口５は、電池外装容器２の内部側は小径部５ａと外部側の大径部５ｂからなり、小径部５ａと大径部５ｂは段差部５ｃによって連通している。
小径部５ａには、金属製の第一封口体６が挿入されて封口されており、大径部５ｂには第二封口体７が挿入されている。また、第二封口体７と電池ヘッダ３の会合部は、レーザ照射によって溶融封口した融着部８が形成されて確実に封口されている。

第一封口体６は、金属製であり、電池外装容器の材料と同一の材料、あるいは異種の材料のいずれでも良い。
また、第一封口体６には、小径部５ａにおいて電解液注液口を確実に封口できるように、小径部５ａの内径よりも大きな外径を有した、球状体、円柱体状の部材が用いられる。
また、第一封口体６は、小径部５ａに挿入して封口した場合には、上部に突出しないもの、あるいは突出量が小さくするように、その大きさを決めることが好ましい。

電解液注液口５の小径部５ａと大径部５ｂは、段差部５ｃで結合されているので、大径部５ｂに第二封口体７を装着してレーザ９を照射した際には、直進したレーザ９は段差部５ｃによって遮断され、小径部５ａあるいは第一封口体６にレーザが照射されることはなく、レーザ照射による電解液の加熱を防止することができる。

図２は、本発明の実施例を説明する図である。図２（Ａ）は、電解液注液口の一例を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の電解液注液口に装着する第二封口体の平面図、図２（Ｃ）は、電解液注液口の他の例の断面図である。
図２（Ａ）に示す電解液注液口５の小径部５ａは、段差部５ｃを介して外側に面した大径部５ｂとつながっている。
小径部５ａに装着された第一封口体６は、球状体等を上部から圧入して小径部５ａを密閉したものであるが、第一封口体６は小径部５ａの径に比べて大きく作製されている。また、小径部５ａは、形成時に加工硬化によって壁面が硬くなっているために、小径部を形成した材料と同様の金属材料からなる第一封口体６を圧入した際には、第一封口体６は硬度が大きな小径部５ａの壁面で変形をして保持されて確実に密閉される。

また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、大径部５ｂに装着した第二封口体７は、中央部には円状の凹部７ａ、７ｂを有し、中央部が周囲に比べて厚みが薄いものである。
これによって、充分な封口特性を保持した状態で、第一封口体と第二封口体との相互の干渉を防止することができ、同時に、第二封口体の電池外装容器の外面からの突出量を小さなものとすることができる。

第二封口体に形成する凹部は、第一封口体６と衝突する可能性がある内面側のみに形成したものでも目的を達することができるが、第二封口体７を装着する際には、凹部を形成した面を常に段差部側となるように装着する必要があるので、組立工程を簡単に、しかも確実に実現するためには、両面に対称な凹部を形成することが好ましい。
凹面を両面に、しかも点対称な位置に形成した部材を第二封口体とすることによって、組立時に特定の面を段差部側に向ける等の工程は省くことができる。

また、図２（Ｃ）は、本発明の他の実施例を説明する図であり、球状体からなる第一封口体６は、小径部５ａの上部から圧入されて密閉されたものであるが、小径部５ａには上部ほど径が大きなテーパ部５ｄが形成されている。
テーパ部５ｄは、図２（Ｃ）に示したもののように一様な傾きの傾斜面が形成されているものに限らず、傾きが異なる複数の傾斜面から形成されているものであっても良い。また、テーパ部５ｄが、その下部に円筒状部につながっているものであっても良い。

また、小径部５ａの壁面は、小径部５ａの加工の際に加工硬化によって硬化しているので、第一封口体６を圧入した場合には、第一封口体は壁面によって変形して小径部の封口を実現することができる。小径部５ａにテーパ部５ｄを形成した場合には、テーパ部５ｄの下部の最小径よりも充分な大きな第一封口体６を用いることができる。その結果、第一封口体６を圧入した際に、圧入に条件の異常等が生じても第一封口体６が小径部５ａの下端部から脱落することを防止できる。更に、テーパ部が存在しているために、小径部に圧入される第一封口体の量を大きくすることができるので、小径部の上部への第一封口体６の突出量を小さくすることも可能となり、第二封口体の厚さを厚くすることができる等の封口工程での自由度を増すことが可能となる。

図３は、電解液注液口の形成方法の一例を説明する図であり、電池ヘッダの金属板に電解注液口の形成工程を説明する断面図である。
図３（Ａ）は大径部の形成工程を説明する図であり、電池ヘッダの形成用の金属板３の所定の位置に、座ぐり治具１３によって大径部５ｂおよび段差部５ｃを形成し、次いで、図３（Ｂ）に示すように、穴形成治具１４によって小径部５ａを形成し、小径部５ａの上部にテーパ部を形成する場合には、小径部５ａの形成後にテーパ形成治具によって形成することができる。
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。

幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ４ｍｍのアルミニウム製のリチウムイオン電池の電池外装容器に、電池外装容器側の小径部が直径０．６ｍｍ、長さすなわち深さが０．５ｍｍであり、電池外装容器の外面側の直径２ｍｍ、深さ０．５ｍｍである平面状の段差部とが結合された電解液注液口を形成した。
溶媒としてジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）を５：３（容量比）で混合した混合溶媒を使用し、六フッ化リン酸リチウムを電解質とした電解液を注液口から注液した。

注液の後に、小径部に外形が直径０．７ｍｍのアルミニウム製の球状体を圧入した後に、電解液注液口の大径部に、直径２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、中央の両面のそれぞれに深さが０．２ｍｍで等しい直径１．２ｍｍの凹部が形成されたアルミニウム製の第二封口体を装着した後に、第二封口体と電解液注液口との会合部にレーザを照射して封口した。
作製した５００個のリチウムイオン電池について、レーザ溶接による封口部のピンホールの形成の有無を確認したところ、ピンホールが生じたものはなかった。

比較例１
第一封口体として、直径１ｍｍ、長さ０．５ｍｍのＥＰＭＡゴム製の封口体を小径部に装着した点を除き、実施例１と同様にして密閉型電池を作製した。
作製した５００個のリチウムイオン電池について封口部のピンホールの確認をしたところ、１個についてピンホールが生じていた。

本発明の密閉型電池は、電解液注液口を小径部と大径部を形成し、小径部に金属製の第一封口体を装着して封口した後に、大径部に第二封口体を装着してレーザ溶接によって熱融着したので、レーザによる熱融着時には、電解液注液口からの電解液の噴出がなく、電解液注液口の封口の際にはピンホール等が生じることはなく、封口特性が優れたものを得ることができる。

図１は、本発明の密閉型電池の一例を説明する図である。 図２は、本発明の実施例を説明する図である。 図３は、電解液注液口の形成方法の一例を説明する図である。 図４は、従来の電解液注液方法および封口工程を説明する図である。

符号の説明

１…密閉型電池、２…電池外装容器、３…電池ヘッダ、４…電極端子、５…電解液注液口、５ａ…小径部、５ｂ…大径部、５ｃ…段差部、５ｄ…テーパ部、６…第一封口体、７…第二封口体、７ａ、７ｂ…凹部、８…融着部、９…レーザ、１０…電解液、１１…封口体、１２…電解液の噴出、１３…座ぐり治具、１４…穴形成治具

Claims (3)

1. 密閉型電池において、電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダーに設けた電解液注液口が、電池外装容器の内側に面した小径部と、小径部と連通する電池外装容器外側に面した大径部を有し、小径部には金属製の第一封口体が挿入され、大径部には第二封口体が溶接されて封口されたものであることを特徴とする密閉型電池。
2. 電解液注液口の小径部と大径部は段差部を介して連通していることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
3. 第二封口体は、中央部の両面もしくは電池外装容器の内側に面する側が周囲に比べて厚みが薄いことを特徴とする請求項１または２記載の密閉型電池。

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