JP2007035343A - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
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する封口部に特徴を有するリチウムイオン電池等の密閉型電池に関するものである。 The present invention relates to a sealed battery, and more particularly to a sealed battery such as a lithium ion battery having a feature in a sealing portion that seals an electrolyte solution injection port after injecting an electrolyte solution.
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及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。 Portable electronic devices are becoming smaller and lighter and have advanced functions. As a result, batteries for power supplies used in these electronic devices are required to be small, light and large in capacity per volume. Lithium ion batteries using positive and negative electrode active materials that dope and de-dope lithium ions are secondary batteries that have a larger energy density per volume or mass than conventional nickel cadmium and lead batteries. As a battery, it is used as a power source for small electronic devices.
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、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電池ヘッダーを取り付けて電池外装容器と電池ヘッダーとの嵌合部を封口した後、電解液注液口から所定の量の電解液を注液し、電解液注液口に封口体を装着してレーザー溶接等によって溶接し注液口を封止している。 A lithium ion battery is a battery element manufactured by winding a positive electrode and a negative electrode through a separator, or a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are stacked in a metal battery outer container. What is a battery outer container? After attaching a battery header equipped with an electrode with different polarities insulated by an insulating member and sealing the fitting part between the battery outer container and the battery header, a predetermined amount of electrolyte is injected from the electrolyte inlet. Then, a sealing body is attached to the electrolyte solution injection port and welded by laser welding or the like to seal the solution injection port.
図2は、従来の密閉型電池の電解液注液口の封口工程を説明する図であり、図2(a)は封口体を注液口に挿入する前の状態を切り口のみで示した説明図、図2(b)は封口体を注液口に挿入し溶接した状態の説明図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining a sealing step of an electrolyte injection port of a conventional sealed battery, and FIG. 2 (a) is an illustration showing only a cut state before the sealing body is inserted into the injection port. FIG. 2 and FIG. 2B are explanatory views showing a state in which the sealing body is inserted into the liquid injection port and welded.
電解液を注液した密閉型電池の電池ヘッダー1の、電解液の注液口大口径部2a及び電解液の注液口小口径部2bからなる電解液注液口2に封口体7を挿入し、封口体7と電池ヘッダー1の嵌合部にレーザー光6を照射すると、レーザー光照射部の金属が溶解し、注液口2を設けた電池ヘッダー1あるいは電池外装容器のレーザー光照射部の発熱により電池内部の温度が上昇し、内部の圧力上昇により電解液8の注液口2と封口体7の境界部からの漏出が発生し、レーザー光照射部への電解液8の付着により封口不良が発生することがあった。
The sealing
特許文献1では、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提案されている。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漏出し、金属製の封口体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。
In
本発明の課題は、電解液注液口に封口体を装着して封口する密閉型電池において、封口時に加えられる熱によって、電解液が漏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にある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sealed battery in which a sealing body is attached to an electrolyte injection port and sealed, so that the electrolyte does not leak due to heat applied at the time of sealing and a welding failure does not occur. There is to do.
前記課題を解決するため、本発明の密閉型電池は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる電池外装容器または電池ヘッダーに設けた電解液注液口が、段差部を介してつながる外側の大口径部と内側の小口径部を有し、前記段差部に前記小口径部を覆う第一封口体を接続し、前記大口径部に開口部を塞ぐ第二封口体を接続したことを特徴とする。また、前記第一封口体は、ニッケルとアルミニウムのクラッド材がよく、前記第一封口体の段差部への接続には抵抗溶接がよく、前記第二封口体はアルミニウムまたはアルミニウム合金がよく、前記第二封口体の大口径部への接続にはレーザー溶接がよい。 In order to solve the above-described problems, the sealed battery of the present invention includes an outer large-diameter portion and an inner portion where an electrolyte injection port provided in a battery outer container or a battery header made of aluminum or an aluminum alloy is connected via a stepped portion. The first sealing body that covers the small-diameter portion is connected to the stepped portion, and the second sealing body that closes the opening portion is connected to the large-diameter portion. Further, the first sealing body is preferably a clad material of nickel and aluminum, resistance welding is good for connection to the step portion of the first sealing body, and the second sealing body is preferably aluminum or aluminum alloy, Laser welding is preferable for connection to the large-diameter portion of the second sealing body.
本発明の密閉型電池は、電解液注液口に段差部を介して小口径部と大口径部を形成し、段差部にニッケルとアルミニウムのクラッド材等からなる第一封口体を抵抗溶接等により接続した後に、大口径部にアルミニウム等からなる第二封口体を装着してレーザー溶接によって熱融着して接続、封口したので、レーザー光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漏出がないので、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がなく、封口特性が優れた密閉型電池を提供できる。 The sealed battery of the present invention has a small-diameter portion and a large-diameter portion formed in the electrolyte injection port through a step portion, and the first sealing body made of a clad material of nickel and aluminum or the like is resistance-welded to the step portion. After the connection, the second sealing body made of aluminum or the like was attached to the large-diameter portion, and heat-welded by laser welding to connect and seal, so the pressure inside the battery outer container increased during heat-sealing with laser light. As a result, there is no leakage of the electrolyte solution from the electrolyte solution injection port, so that no pinhole or the like is generated when the electrolyte solution injection port is sealed, and a sealed battery having excellent sealing characteristics can be provided.
本発明の密閉型電池は、電解液の注液後、注液口に第一封口体を装着し、内部の電解液がレーザ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起こる電解液の漏出を一時的に防止した後に、第二封口体を装着して溶接することにより、注入口を完全に封止することが可能であることを見出したものである。 In the sealed battery of the present invention, after the electrolyte solution is injected, the first sealing body is attached to the injection port, and the pressure in the battery outer container increases due to the heat applied to the electrolyte solution during laser welding. It has been found that the injection port can be completely sealed by temporarily preventing leakage of the electrolytic solution and then mounting and welding the second sealing body.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の密閉型電池を説明する図であり、図1(a)は密閉型電池を説明する斜視図であり、図1(b)は密閉型電池の平面図であり、図1(c)は注液口の封止工程を説明する断面図であり、図1(d)は図1(b)の電解液注液口の部分をA−A線で切断した断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a sealed battery of the present invention, FIG. 1A is a perspective view illustrating a sealed battery, and FIG. 1B is a plan view of the sealed battery. 1 (c) is a cross-sectional view illustrating a sealing step of the liquid injection port, and FIG. 1 (d) is a cross-sectional view of the electrolyte solution injection port portion of FIG. 1 (b) cut along line AA. is there.
本発明の密閉型電池は、電池缶内に電池要素を収納した後に、電池缶の開口部を電池ヘッダー1で封口したものであり、電池ヘッダー1は中央部に電極端子を有するとともに電解液注液口2を有している。
In the sealed battery of the present invention, after the battery element is housed in the battery can, the opening of the battery can is sealed with the
電池ヘッダー1の金属板に設けた電解液注液口2は、電池ヘッダーの電解液注液口の部分を図1(c)に示すように、段差部2cを介して電池外装容器の外側に面する径が大きい大口径部2aと電池外装容器の内側に面する径が小さい小口径部2bから構成されている。第一封口体3は、例えばニッケルとアルミニウムのクラッド材の円板あるいは角板からなり、図1(c)に示すように、注液口の段差部2cに小口径部2bを覆うように載置し、例えば抵抗溶接電極5で押さえて抵抗溶接により接続する。
The electrolyte
第一封口体3の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスとアルミニウムのクラッド材等注液口段差部の材質であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金と密着して接続できるものであればよい。また、接続方法としては、設備的に簡便である抵抗溶接以外にも超音波溶接等他の接続方法を用いることもできる。
The material of the first sealing
第一封口体を注液口段差部に接続することにより、注液口を一時的に密閉し、電池外装容器内部の電解液の外部への漏出を防止する。第一封口体3は、小口径部2bにおいて電解液注液口を確実に封口できるように、小口径部2bの内径よりも大きな外径を有した平板状の部材が用いられる。また、第一封口体3は、第二封口体4を装着する際、第二封口体4が上部に突出しないよう、あるいは突出量が小さくなるように、その厚みを決めることが望ましい。
By connecting the first sealing body to the liquid injection port step portion, the liquid injection port is temporarily sealed, and leakage of the electrolytic solution inside the battery outer container to the outside is prevented. The first sealing
第一封口体の段差部2cへの接続の後、図1(d)に示すように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第二封口体4を注液口大口径部2aに嵌合し、注液口2と第二封口体4をレーザー溶接により完全に封止する。レーザー溶接の際に発生する熱により、電池外装容器を通して内部も熱的影響を受けて高温となり、内部の圧力が上がるが、注液口段差部2cに接続された第一封口体により、密閉されているため、内部の電解液等が漏出することがなく、溶接部への電解液の付着がなく欠陥部のない安定したレーザー溶接をすることができる。
After the connection of the first sealing body to the
なお、第一封口体は、レーザー溶接の際に発生する熱により電池内部の温度が上昇し、内部の圧力上昇によって発生する電解液の漏出を防止するため一時的に注液口を封止するものである。長期間の使用による電解液の微小な漏出を防止するために、第二封口体をレーザー溶接によって注液口の完全な封止を実現している。 The first sealing body temporarily seals the liquid injection port in order to prevent leakage of the electrolyte generated due to the internal temperature rising due to the heat generated during laser welding and the internal pressure increase. Is. In order to prevent minute leakage of the electrolytic solution due to long-term use, the second sealing body is completely sealed by laser welding of the second sealing body.
幅30mm、高さ48mm、厚さ5mmのアルミニウム合金(A3003)製の電池外装容器に電池要素を収納した後、図1に示すように、電解液の注液口大口径部2aの直径3.0mm深さ0.5mmで中心に小口径部2bの直径1.0mmの貫通口を有した注液口2を設けた厚さ1.0mmのアルミニウム合金(A3003)製の電池ヘッダー1を電池外装容器に嵌合しレーザー溶接して封口する。
After the battery element is housed in a battery outer container made of an aluminum alloy (A3003) having a width of 30 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm, as shown in FIG. A
電解液として六フッ化燐酸リチウムを、電解質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)の混合溶媒に溶解したものを注液口2から注液した後、縦2.0mm、横2.0mm厚さ0.2mmのニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる第一封口体を、注液口段差部2cに小口径部2bを完全に塞ぐように載置し、抵抗溶接の電極棒で押し付けながら通電し溶接を行った。
A solution prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate as an electrolytic solution and a mixed solvent of diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) as an electrolyte was injected from the
その後、直径3.0mm、厚さ0.3mmのアルミニウム円板からなる第二封口体を注液口大口径部2aに嵌合し、注液口と第二封口体をレーザ溶接により封止した。作製した1000個のリチウムイオン電池について、レーザー溶接後の封止不良を確認したところ、不良の発生はなかった。
Thereafter, a second sealing body made of an aluminum disc having a diameter of 3.0 mm and a thickness of 0.3 mm was fitted into the injection port large-
(比較例)
封口体の構造を変更した以外は実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製した。図2に示すように、フランジ部の直径3.0mm、厚さ0.5mmの突出部の直径1.0mmの封口体7を注液口2に圧入し、レーザー溶接を行った。作製した1000個のリチウムイオン電池について、レーザー溶接後の封止不良を確認したところ、5個ピンホールによる溶接不良が発生した。
(Comparative example)
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the structure of the sealing body was changed. As shown in FIG. 2, a
1 電池ヘッダー
2 (電解液)注液口
2a (注液口)大口径部
2b (注液口)小口径部
2c (注液口)段差部
3 第一封口体
4 第二封口体
5 抵抗溶接電極
6 レーザー光
7 封口体
8 電解液
1 Battery Header 2 (Electrolytic Solution)
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