JP2006216358A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉性に優れた密閉型電池を提供する。
【解決手段】封口板はガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に上下に設けられている上部および下部金属箔を備え、上下部金属箔の中央部には凹凸状の膨らみ部が設けられ、両金属箔は絶縁ガスケットを介して積重固定されていると共に両金属箔の各膨らみ部の接触面が溶接されて電気的に導通され、有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の接触面を何点か溶接して電気的に接続され、絶縁ガスケットには上部金属箔が載置される内底面に、その外周に沿って小突起部が設けられ、上部金属箔の上面部に金属板、金属板の上面部に端子を兼ねた金属キャップにより構成され、有底皿形状の金属ケ−スを内側にかしめて密閉している密閉型電池であって、有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接の位置が、絶縁ガスケットの小突起頂点より内周側に小突起幅の１／４の位置から外周側への範囲となるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は密閉型電池、特にリチウム二次電池など高エネルギー密度を有する電池に用いられる密閉型電池に関するものである。

従来、ＡＶ機器、ノート型パソコン、或いは携帯型通信機器などの駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池が主に用いられていたが、近年では、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展して定着するに従って、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望が、ますます強くなっている。このような要望に応える電池として、小型・軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特徴を有するリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が、開発され主流になっている。

この非水電解液二次電池は、リチウム含有遷移金属化合物を正極活物質とする正極と、炭素材料を負極活物質とする負極とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液を電池ケースに収納した電池である。

しかしながら、電子機器の高機能化等に伴う消費電力の増加に伴い、さらなる高容量化、高エネルギー密度化、長寿命化が強く要望されており、容量に寄与しないセパレータや集電体を薄くし、極板の充填密度を上げているため正負極間の距離が狭くなり、電池内の空間体積も減少している。また、電子機器の小型化に伴い各構成要素が高密度で実装されていることから、発熱が大きく電池が使用される使用環境は６０℃を超える過酷な条件になる場合がある。

このような現状において、充電器の故障や充電制御不能により、過充電状態に陥った場合でも電池の安全性を確保できることが重要になっている。

過充電状態に陥った場合の電池の安全性を確保する方法として、電池内圧が所定の値を超えると、電流遮断機構を作動させる防爆型密閉電池が知られており、過充電状態が進んで電池内部の化学変化によりガスが発生・充満しそのガスの充満により電池内圧が上昇し、所定の値に達すると、電流遮断機構が作動し充電電流を遮断する。これにより、電池内部の異常反応の進行を停止させ、急激な電池温度の上昇を防ぎ、安全性を確保するものである。

安全機構を有する封口板は、一般的に、リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のガスケットを用い、上下部金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記ガスケットのリング状基部を介在させ、両金属箔の周縁部の上面には、金属板と外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、金属キャップ、上部金属箔、ガスケット、下部金属箔がガスの通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、この金属ケースの開口端部内側にかしめて密封した構造をしている。

前記封口板において、異常時に電池内部に発生したガスによる内部圧力の上昇によって、防爆安全装置や防爆安全機構が的確に作動するために、気密性を確保する必要がある。有底皿形状の金属ケースとキャップとの間に配する絶縁ガスケットの圧縮率を３０〜８０％となるようにかしめた構造になっている。このような電池用防爆封口板を用いることにより、電池内圧を検知して所定の内圧値で防爆安全装置や防爆安全機構が作動する。また
、長期信頼性確保のために、封口板の端子としての機能が低下しないよう有底皿形状の金属ケースと下部金属箔を溶接して電気的に接続させている。絶縁ガスケットの上部金属箔が載置される内底面に、外周に沿って長円形の小突起を設け、さらに気密性を確保するのもある（特許文献１）。絶縁ガスケットに小突起が設けられている場合、金属ケースと下部金属箔を溶接位置は小突起よりも内周にある。

また、前記封口板の前記金属板は、温度上昇に伴い抵抗値が上昇する素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｎｅｔ：以下ＰＴＣと略す）と代用することで、異常時に電池温度が急激に上がった場合の安全機構としての役割を果たす。
特開平１１−１９１４０４号公報

しかしながら、このような従来の密閉型電池の封口板は、長期信頼性確保のための有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接が、設備の溶接条件のばらつきによって、金属箔に微小孔が発生することがまれに有る。溶接部の微小孔からのガス漏れによる気密性の低下が、感圧式の防爆安全装置や防爆安全機構の作動に誤作動を生じさせる恐れがある。

そのため、溶接部に微小孔があるものをリーク検査により取り除いている。リーク検査は封口板のガス通気孔を有する有低皿状の金属ケースの下側から加圧して、反対側への漏れ量が閾値を超えたものを取り除く。わずかな漏れ量も検知するため、不良率が高くなり歩留まりが悪くなる。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するもので、溶接による微小孔があったとしても、密閉性に優れた密閉型電池を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するための本発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる電池であり、前記封口板は、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に上下に配して設けられている上部および下部金属箔を備え、下部金属箔の中央部には凸状、上部金属箔の中央部には凹状の膨らみ部が設けられており、前記両金属箔は絶縁ガスケットを介して積重固定されているとともに、両金属箔の各膨らみ部の接触面が溶接されて電気的に導通されており、さらに有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の接触面を何点か溶接して電気的に接続されており、絶縁ガスケットには上部金属箔が載置される内底面に、その外周に沿って小突起部が設けており、前記上部金属箔の上面部に金属板、さらに金属板の上面部に端子を兼ねた金属キャップにより構成され、前記有底皿形状の金属ケ−スを内側にかしめて密閉している密閉型電池であって、有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接の位置が、絶縁ガスケットの小突起頂点より内周側に小突起幅の１／４の位置から外周側への範囲となるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接の位置が、絶縁ガスケットの小突起より外周側となるようにして配設されているため、溶接による微小孔があったとしても、絶縁ガスケット小突起部の高い圧縮力により電池内部の液やガスが小突起部でせき止められ、微小孔からの漏れを防ぎ、気密性のすぐれた防爆封口板を得ることが出来る。したがって、防爆安全機構を的確に作動する安全性の高い密閉型電池を得ることができる。

本発明の密閉型電池は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉し
た電池である。前記封口板は、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に上下に配して設けられている上部および下部金属箔を備えている。下部金属箔の中央部には凸状、上部金属箔の中央部には凹状の膨らみ部が設けられている。前記両金属箔は絶縁ガスケットを介して積重固定されているとともに、両金属箔の各膨らみ部の接触面が溶接され、電気的に導通している。さらに、有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の接触面を溶接して電気的に接続されている。絶縁ガスケットには上部金属箔が載置される内底面に、その外周に沿って小突起部が設けている。前記上部金属箔の上面部に金属板、さらに金属板の上面部に端子を兼ねた金属キャップにより構成されている。前記有底皿形状の金属ケ−スを内側にかしめて密閉している。このような密閉型電池において、前記有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接の位置が、絶縁ガスケットの小突起頂点より内周側に小突起幅の１／４の位置から外周側への範囲となるように構成されている。

小突起頂点より内外周に小突起幅の１／４の範囲は、小突起形状が多角形や半円形などどんな形状であっても、圧縮した場合、容易に圧縮が可能であり、小突起部内でも局所的にさらに高い押さえ圧を得ることができる。そのため微小孔が発生するような溶接であったとしても、絶縁ガスケット小突起頂点より内周側に小突起幅の１／４の位置から外周側に溶接位置があれば、小突起部によって液やガスの漏れが抑えられて微小孔からの漏れを防ぎ、防爆安全機構を的確に作動する安全性の高い密閉型電池を得ることができる。

本発明の密閉型電池用防爆封口板は、リング状基部とその周縁部から上方へ延出した筒状部からなる絶縁性のガスケットを用ており、上下部金属箔の中央部同士が溶接により電気的に接続し、両金属箔の周縁部の間に前記ガスケットのリング状基部を介在させしている。両金属箔の周縁部の上面には、ＰＴＣと外部端子を兼ねた金属キャップとが載置され、金属キャップ、上部金属箔、ガスケット、下部金属箔がガスの通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に収納され、この金属ケースの開口端部内側にかしめて密封した構造をしている。前記下部金属箔は有底皿形状の金属ケースと溶接されており、前記絶縁ガスケットの上部金属箔が載置される内底面に、外周に沿って長円形の小突起を設けてある。このような封口板において前記有底皿形状の金属ケースと前記下部金属箔の溶接の位置を、前記絶縁ガスケットの長円形小突起の頂点から内周側に小突起の幅を超えない範囲、もしくは小突起外周側にする。そうすることで、溶接による微小孔があったとしても、絶縁ガスケット小突起部は圧縮率が高いので電池内部の圧力が高まっても、小突起部によって液やガスの漏れが抑えられて微小孔からの漏れを防ぐことが出来る。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。

図１に本発明に関する密閉型電池用防爆封口板の概略断面図を示す。図２に図１の絶縁ガスケットの小突起７の概略拡大図を示す。

図１において、密閉型電池用防爆封口板は上部金属箔１に対接された下部金属箔２、両金属箔１、２の各々の周縁部の間に介在されたリング状の絶縁ガスケット３、上部金属箔１と接する面に設けられた絶縁ガスケットの小突起７、上部金属箔１の上面に載置されたＰＴＣ４、ＰＴＣ４の上面に載置された金属キャップ５、各部材を挿入させて保持する底部中央に通気孔を有する金属ケース６にて構成されている。また、上部金属箔１には凹状の膨らみ部、下部金属箔２には凸状の膨らみ部が設けられ、両膨らみ部は接触するようになっており、この接触面は溶接されている。そして、下部金属箔２と金属ケース６は接触面で複数箇所が溶接されている。ここで使用する小突起７の幅は０．２ｍｍとする。

ここで、下部金属箔２と金属ケース６の溶接する場合、溶接部に微小孔を故意的に発生させる条件で溶接を行った。その溶接位置は絶縁ガスケットの小突起７の頂点位置を基準
に封口板の内周側を正、外周側を負として表した。比較例１は封口板内周側０．１４ｍｍの所に溶接したため、＋０．１４ｍｍとした。実施例１は封口板内周側に小突起幅の１／４の位置０．０５ｍｍの所に溶接したため、＋０．０５ｍｍとした。実施例２は封口板外周側０．０６ｍｍの所に溶接したため、―０．０６ｍｍとした。実施例３は封口板外周側０．１６ｍｍの所に溶接したため、―０．１６ｍｍとした。実施例４は封口板外周側０．２０ｍｍの所に溶接したため、―０．２０ｍｍとした。以上のように比較例１および実施例１〜４の封口板を組み立てた。各封口板を１０００個ずつ用いてリーク検査を行った。リーク検査の方法は、封口板のガス通気孔を有する有低皿状の金属ケースの下側から窒素ガスを５８８ｋＰａで加圧して、封口板の金属キャップから漏れ出る窒素ガスのリーク量を測定した。窒素ガスのリーク量が６．５×１０^-6Ｐａ・ｍ³／ｓ以上の場合を不良と見なし、その発生率を調べた。その結果を表１に示した。

表１より、下部金属箔と金属性ケースの溶接位置が絶縁ガスケットの小突起の位置より内周側にあると、比較例１のようにリーク発生率が７．０％と高くなった。溶接位置が絶縁ガスケットの小突起幅の１／４範囲内にあると、実施例１のようにリーク発生率が０．５％と極めて低くなった。また、絶縁ガスケットの小突起より外周側にあると、実施例２〜５にようにリーク発生率が０．７％〜２．７％と低くなった。このことより下部金属箔と金属ケースの溶接部に微小孔があっても、溶接位置を絶縁ガスケットの小突起の位置より外周側にすることで高い気密を保持できる封口板を得られることがわかる。

本発明の密閉型電池は、密閉性が高く防爆安全性に優れた封口板を有する密閉型電池であり、ポータブル用電源等として有用である。

本発明の密閉型電池用防爆封口板の概略断面図 図１の絶縁ガスケットの小突起の概略拡大図

符号の説明

１ 上部金属箔
２ 下部金属箔
３ 絶縁ガスケット
４ ＰＴＣ
５ 金属キャップ
６ 金属ケース
７ 絶縁ガスケットの小突起

Claims (1)

1. 発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる電池であり、前記封口板は、ガス通気孔を有する有底皿形状の金属ケースの内部に上下に配して設けられている上部および下部金属箔を備え、下部金属箔の中央部には凸状、上部金属箔の中央部には凹状の膨らみ部が設けられており、前記両金属箔は絶縁ガスケットを介して積重固定されているとともに、両金属箔の各膨らみ部の接触面が溶接されて電気的に導通されており、さらに有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の接触面を溶接して電気的に接続されており、絶縁ガスケットには上部金属箔が載置される内底面に、その外周に沿って小突起部が設けており、前記上部金属箔の上面部に金属板、さらに金属板の上面部に端子を兼ねた金属キャップにより構成され、前記有底皿形状の金属ケ−スを内側にかしめて密閉している密閉型電池であって、
   前記有底皿形状の金属ケースと下部金属箔の溶接の位置が、絶縁ガスケットの小突起頂点より内周側に小突起幅の１／４の位置から外周側への範囲となるように構成された密閉型電池。