JP2007323860A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液が注液孔に残留し難いうえ、封止栓と注液孔とを確実に溶接できるようにする。
【解決手段】注液孔１６から電池ケース６内に電解液を注入したのちに、封止栓１７を注液孔１６に溶接して注液孔１６を封口する。封止栓１７は、頭部２２と、頭部２２の下面２２ｃから下向きに延出する軸部２３とを有する。注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が嵌合する嵌合凹部２６と、封止栓１７の軸部２３が圧入する嵌入部２７とを有する。注液孔１６の嵌合凹部２６は、垂直内面部２６ａと、下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部２６ｂと、封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃを受け止める受止面部２６ｃとを有する。封止栓１７の頭部２２は、下面２２ｃと、注液孔１６の垂直内面部２６ａに対面する垂直外面部２２ａと、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂに対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部２２ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの密閉型電池に関する。

特許文献１・２には、電池缶の上面開口を蓋で塞いだ電池ケース内に電極体や電解液などを収容した密閉型電池が開示されている。この密閉型電池では、蓋に設けた注液孔から電池缶内に電解液を注入し、次いで前記注液孔に封止栓を嵌合させて封止栓の上端周縁部を注液孔の上端周縁部にレーザなどを用いてシーム溶接することで、注液孔を封止栓で密封状に封口している。

特開２０００−１０６１５６号公報（図５） 特開２００２−３５８９４８号公報（図１）

前記電解液の注入後にあっては、注液孔の上面の周縁付近などに電解液が若干残留することがある。この状態で停電などのトラブルによって製造が一時停止すると、前記残留した電解液の溶媒が蒸発して電解質が析出する。

特許文献１では、封止栓で注液孔を封口する際に、封止栓の頭部（鍔）の下面が注液孔の周縁付近に押し当たる。その注液孔の周縁付近に電解液が残留していると、前述のごとく電解質が析出したときには、封止栓を注液孔に嵌合した際に封止栓の頭部の下面が前記析出した電解質に当たって、封止栓が斜めに傾いた状態で注液孔に挿入され、あるいは析出した電解質の厚さの分だけ、注液孔の周縁付近が封止栓の頭部で余分に押し下げられて蓋が変形する。

これらの場合、封止栓の頭部の下面と注液孔の周縁部との間に隙間が生じてしまい、封止栓と注液孔との溶接部にピンホールなどが発生する。この結果、電池の密封性が保てなくなる。

特許文献２では、注液孔の上部の内周面が下窄まりのテーパ面になっており、それに合わせて封止栓の頭部の側面が下窄まりのテーパ面になっている。そして、封止栓で注液孔を封口する際には、封止栓の頭部のテーパ面が、注液孔のテーパ面に沿って押し当たった状態で嵌合する（特許文献２の段落番号００１０参照）。前記注液孔のテーパ面には電解液が残留しないために、封止栓の頭部のテーパ面と注液孔のテーパ面との間に、前述の電解質の析出に起因する隙間が生じることがない。

ところが、特許文献２では、封止栓の頭部が下窄まりのテーパ状になっている分だけ封止栓の上端周縁部の厚さが小さくなっており、封止栓の上端周縁部と注液孔の上端周縁部との境に沿って溶接した際には、封止栓の上端周縁部の溶融が不十分になる（特許文献２の図１（Ｄ）参照）。

このため、封止栓の上端周縁部と注液孔の上端周縁部との溶接が不十分になって、注液孔の密封性が低下する。レーザでの照射時間を長くすると、封止栓の上端周縁部の溶融量が向上するが、溶接の熱が電池内に伝わってしまい、電極体の変形などを招くおそれがある。

また、電池の製造ラインでは、パーツフィーダで封止栓の上下の向きを揃え、かつ封止栓を整列させた状態で製造ラインに供給することになる。この際、パーツフィーダでは、封止栓の頭部の下面側をガイドレールに載せて、封止栓を適正な姿勢に整列させることになるが、特許文献２では、封止栓の頭部の全体がテーパ状になっているために、前記ガイドレールに載せたときには封止栓が傾いた姿勢になる。この場合、製造ラインにおいて封止栓の供給エラーが生じるおそれがある。

そこで本発明の目的は、電解液が注液孔に残留し難くして封止栓を注液孔に確実に封口できるうえ、封止栓と注液孔とを確実に溶接できる密閉型電池を提供することにある。

本発明が対象とする密閉型電池は、図１に示すごとく、電池ケース６に設けた注液孔１６から電池ケース６内に電解液を注入したのちに、注液孔１６に封止栓１７を嵌合させて封止栓１７の上端周縁部を注液孔１６の上端周縁部に溶接することで、注液孔１６が封口されている。ここでは、電池ケース６の外面側を上、電池ケース６の内面側を下に定義した。

本発明は、図１および図３に示すごとく、封止栓１７が、注液孔１６の上端周縁部に溶接される頭部２２と、その頭部２２の下面２２ｃの中央から下向きに延出する軸部２３とを有しており、封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃは、封止栓１７の上下方向に対してほぼ垂直になっており、注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が嵌合する嵌合凹部２６と、封止栓１７の軸部２３が嵌入する嵌入部２７とを有しており、注液孔１６の嵌合凹部２６の内周面は、電池ケース６の外表面であって注液孔１６の周縁を形成する面に対してほぼ垂直方向に延びる垂直内面部２６ａと、垂直内面部２６ａの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部２６ｂと、テーパ内面部２６ｂの下端につながっていて封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃを受け止める受止面部２６ｃとを有しており、注液孔１６の嵌合凹部２６の受止面部２６ｃは、注液孔１６の上下方向に対してほぼ垂直な面になっており、封止栓１７の頭部２２の外周面は、前記下面２２ｃと、注液孔１６の垂直内面部２６ａに対面する垂直外面部２２ａと、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂに対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部２２ｂとを有することを特徴とする。

封止栓１７の頭部２２や軸部２３は、横断面で円形や四角形などの形状が含まれる。この封止栓１７の形状に合わせて、注液孔１６の嵌合凹部２６や嵌入部２７の形状が設定される。前記封止栓１７のテーパ外面部２２ｂおよび前記注液孔１６のテーパ内面部２６ｂは、下窄まりの円錐形状の場合や四角錘形状の場合などが含まれる。

注液孔１６の嵌合凹部２６の受止面部２６ｃは、嵌入部２７側の内縁からテーパ内面部２６ｂ側の外縁までの幅寸法Ｌ１が小さいほど、受止面部２６ｃ上に残留する電解液の量を少なくできるが、前記幅寸法Ｌ１を小さくし過ぎると、封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃを確実に受け止めることができなくなる。したがって、前記嵌合凹部２６の受止面部２６ｃの前記幅寸法Ｌ１は、0.１〜0.４mmの範囲に設定することが好ましい。

封止栓１７の上端周縁部と注液孔１６の上端周縁部とを確実に溶接するうえでは、封止栓１７と注液孔１６との両方が適正に溶融し、かつ適度な溶接深さになることが好ましく、その点からは封止栓１７の上端周縁部と注液孔１６の上端周縁部との両方が垂直な面であって、かつその垂直面の上下寸法が大きいことが好ましい。つまり、注液孔１６の嵌合凹部２６の垂直内面部２６ａの上下寸法Ｌ２と、封止栓１７の頭部２２の垂直外面部２２ａの上下寸法Ｌ３とが、それぞれ0.１mm以上であることが好ましく、0.２５mm以上であることがより好ましい。注液孔１６の垂直内面部２６ａの上下寸法Ｌ２や封止栓１７の垂直外面部２２ａの上下寸法Ｌ３の上限値は、大きくなり過ぎると、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂや封止栓１７のテーパ外面部２２ｂなどを形成できなくなるために、電池ケース６の厚さ寸法に応じて決定される。

注液孔１６の嵌合凹部２６の受止面部２６ｃに対するテーパ内面部２６ｂの傾斜角度ｄ１が小さくなり過ぎると、テーパ内面部２６ｂ上に電解液が残留するおそれがある。前記テーパ内面部２６ｂの傾斜角度ｄ１が大きくなり過ぎると、前記受止面部２６ｃに対して注液孔１６の上端周縁の周方向の長さ寸法を大きくできなくなり、その分だけ溶接時の熱が、注液孔１６周辺に集中して電池内に過度に伝わってしまい、電極体の変形などを招くおそれがある。したがって、前記テーパ内面部２６ｂの傾斜角度ｄ１は、３０〜６０°の範囲であることが好ましく、４０〜５０°の範囲であることがより好ましい。

注液孔１６と封止栓１７との間への電解液の侵入を防止するなどの点から、注液孔１６の嵌入部２７には、封止栓１７の軸部２３が圧入されることが好ましい。

本発明によれば、注液孔１６にテーパ内面部２６ｂを設けたことにより、注液孔１６の上端面を大きくできながら、注液孔１６の受止面部２６ｃの面積を小さくできる。したがって、注液孔１６から電池ケース６内に電解液を注入した際に、注液孔１６の受止面部２６ｃ上に残留する電解液の量を少なくでき、その残留電解液の溶媒が蒸発して電解質が析出しても、その量を少なくできる。つまり、前述の電解質の析出に起因して、注液孔１６の受止面部２６ｃと、封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃとの間に隙間が生じることが抑制され、封止栓１７の上端周縁部と注液孔１６の上端周縁部との溶接部にピンホールなどが発生することを防止できる。この結果、電池の密封性が確実に得られる。

しかも、前述のごとく注液孔１６の上端面を大きくできるので、封止栓１７の上端周縁を注液孔１６の上端周縁にレーザなどで溶接する際に、その溶接の熱が狭い面積に集中することが低減できる。これにより、溶接の熱が電池内に過度に伝わって電極体２の変形などを招くことを防止できる。さらに、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂの形成部分では、電池ケース６の上下方向の肉厚が大きくなるので、その分だけ注液孔１６の形成部分の電池ケース６の強度が大きくなる。したがって、封止栓１７を注液孔１６に嵌合する際に、注液孔１６の周縁部分の電池ケース６がたわむことを確実に防止できる。

封止栓１７の頭部２２の上端部と、注液孔１６の上端部とが、それぞれ垂直になっているので、封止栓１７の頭部２２の上端部と注液孔１６の上端部とをレーザなどで溶接する際には、封止栓１７の頭部２２の上端部と注液孔１６の上端部とを均等に溶融できて、封止栓１７と注液孔１６とを確実に溶接できる。

しかも、電池の製造ラインで、パーツフィーダで封止栓の上下の向きを揃え、かつ封止栓を整列させた状態で製造ラインに供給する際には、封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃを基準にして封止栓１７を適正な姿勢に整列でき、封止栓１７を適正な姿勢で確実に製造ラインに供給できることになる。

本発明に係る密閉型電池は、図１および図２に示すごとく、上面に左右横長の開口を有する有底角筒形状の電池缶１と、電池缶１内に収容された電極体２および非水電解液と、電池缶１の開口上面を塞いで密封する左右横長の蓋３と、蓋３の内側に配置されるプラスチック製の絶縁体５とを含む。電池缶１の左右幅寸法は２9.０mm、上下高さ寸法は４6.０mm、前後厚み寸法は4.２mmである。電池缶１と蓋３とによって電池ケース６が形成される。

電極体２は、図１に示すごとく、帯状の正極と帯状の負極との間に帯状のセパレータを介在させた状態で渦巻状に巻回して作製される。電極体２は、巻回状態で図２に示す扁平状になっている。正極は、コバルト酸リチウムなどの正極活物質を含有する正極活物質層が帯状の正極集電体の裏表両面に形成されており、図１および図２に示すごとく、正極集電体から薄板状の正極集電リード１０が導出される。

負極は、黒鉛などの負極活物質を含有する負極活物質層が帯状の負極集電体の裏表両面に形成されており、負極集電体から薄板状の負極集電リード１１が導出される。セパレータは、ポリエチレン樹脂などの微多孔性薄膜フィルムなどからなる。非水電解液は、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを混合した溶媒にＬｉＰＦ₆ を溶解させて作製した。

電池缶１は、アルミニウム合金などの板材の深絞り成形品である。蓋３は、アルミニウム合金などの板材のプレス成形品であり、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁がレーザなどでシーム溶接される。これによって、電池ケース６が形成される。蓋３の中央には、図１に示すごとく、上側の絶縁パッキング１２および下側の絶縁板１３を介して負極端子１５が貫通状に取り付けられる。蓋３の左右方向の右端寄りには、電解液を電池缶１内に注入するための注液孔１６が上下貫通状に形成されている。注液孔１６は、封止栓１７で塞がれる。つまり、注液孔１６に封止栓１７を嵌合させてから、封止栓１７の上端周縁部を注液孔１６の上端周縁部にレーザなどで溶接する。

負極端子１５の下端には、蓋３の内面において左右横長の薄板からなるリード体１９が接続される。リード体１９は、注液孔１６の反対側に延びており、前記絶縁板１３で蓋３と絶縁されている。このリード体１９の下面には、負極集電リード１１が溶接される。正極集電リード１０は、蓋３の裏面において絶縁板１３と注液孔１６との間のスペースに溶接される。これで正極集電リード１０が蓋３および電池缶１に導通して、蓋３および電池缶１が正極電位に帯電する。蓋３の左右方向の一端寄り（図２の左端寄り）には、開裂ベント２０が形成されており、開裂ベント２０は、電池内圧が異常上昇したときに開裂して電池内圧を解放する。

封止栓１７は、図３に示すごとく、注液孔１６の上端周縁部に溶接される円盤状の頭部２２と、その頭部２２の下面２２ｃの中央から下向きに延出する円柱状の軸部２３とを有している。封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃは、封止栓１７の軸心（上下方向）に対して垂直となる水平面になっており、さらに封止栓１７の上面２２ｄに対してほぼ平行になっている。頭部２２の外径寸法は、軸部２３の外径寸法よりも大きくなっている。頭部２２の上下厚さ寸法は0.５mmである。

注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が嵌合する円柱面状の嵌合凹部２６と、封止栓１７の軸部２３が貫通状に圧入（嵌入）される円柱面状の嵌入部２７とを有する。嵌合凹部２６の内周面は、蓋３の上面３ａに対して垂直方向に延びる垂直内面部２６ａと、垂直内面部２６ａの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部２６ｂと、テーパ内面部２６ｂの下端につながっていて封止栓１７の頭部２２の下面２２ｃを受け止める受止面部２６ｃとを有する。前記蓋３の上面３ａが、電池ケース６の外表面であって注液孔１６の周縁を形成する面を構成する。

注液孔１６の受止面部２６ｃは、注液孔１６の軸心（上下方向）に対して垂直となる水平面になっている。注液孔１６の嵌合凹部２６の垂直内面部２６ａの上下寸法Ｌ２は0.３mmである。蓋３の上下厚さ寸法は0.８mm、注液孔１６の嵌入部２７の上下寸法は0.３mmである。注液孔１６の受止面部２６ｃは、嵌入部２７側の内縁からテーパ内面部２６ｂ側の外縁までの幅寸法Ｌ１が0.３mmである。

封止栓１７の頭部２２の外周面は、前記下面２２ｃと、注液孔１６の垂直内面部２６ａに対面する円柱面状の垂直外面部２２ａと、垂直外面部２２ａの下端につながっていて注液孔１６のテーパ内面部２６ｂに対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部２２ｂとを有する。テーパ外面部２２ｂの下端に前記下面２２ｃがつながっている。

封止栓１７の垂直外面部２２ａの外径寸法は、注液孔１６の垂直内面部２６ａの内径寸法よりもわずかに小さくなっている。封止栓１７のテーパ外面部２２ｂと、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂとの間にはわずかに隙間があいている。封止栓１７の垂直外面部２２ａの上下寸法Ｌ３は0.３mmである。

注液孔１６の受止面部２６ｃに対するテーパ内面部２６ｂの傾斜角度ｄ１は４５°である。封止栓１７の頭部２２のテーパ外面部２２ｂの傾斜角度は、注液孔１６のテーパ内面部２６ｂの傾斜角度ｄ１に等しく設定される。封止栓１７のテーパ外面部２２ｂは、Ｃ0.１５〜Ｃ0.２５のＣ面取加工で形成される。

封止栓１７の軸部２３の外周面は、蓋３の上面に対して垂直方向に形成された円柱面状の垂直面部２３ａと、垂直面部２３ａの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成された案内面部２３ｂとを有する。案内面部２３ｂは、封止栓１７を注液孔１６へ嵌合する際に、封止栓１７の軸部２３を注液孔１６の嵌入部２７へ案内する。封止栓１７の上面には、図１に示すリング状の溝２５が形成されている。

注液孔１６の嵌入部２７の内径寸法は、圧入前の封止栓１７の軸部２３の外形寸法に等しく、あるいはわずかに小さく設定してある。封止栓１７を注液孔１６に圧入したときには、図１に示すごとく、封止栓１７の軸部２３の下部が注液孔１６の下側に突出する。

電池の組み立てに際しては、蓋３に対して、前述のように負極端子１５、絶縁パッキング１２、絶縁板１３およびリード体１９をそれぞれ取り付けておく。そして、電極体２および絶縁体５を電池缶１内に収容したのちに、負極集電リード１１をリード体１９に、正極集電リード１０を蓋３にそれぞれ前述の要領で溶接する。次いで、電池缶１の開口周縁に蓋３をシーム溶接したのちに、電池缶１内を真空減圧して注液孔１６から非水電解液を注入する。

前記注入完了後に、注液孔１６に封止栓１７を挿入して、注液孔１６の嵌入部２７に封止栓１７の軸部２３を圧入し、次いで注液孔１６の嵌合凹部２６内に入り込んだ封止栓１７の頭部２２の上端周縁に沿ってレーザでシーム溶接することで、注液孔１６が、封止栓１７で塞がれた状態に封口される。

前記封止栓１７は、電池ケース６のいずれかの個所に設けてあればよく、例えば電池缶１の底面や側面に設けてもよい。

本発明に係る密閉型電池の縦断正面図 密閉型電池の分解斜視図 封止栓および注液孔の断面を示す拡大図

符号の説明

１ 電池缶
３ 蓋
１６ 注液孔
１７ 封止栓
２２ 頭部
２２ａ 垂直外面部
２２ｂ テーパ外面部
２２ｃ 下面
２３ 軸部
２３ａ 垂直面部
２３ｂ 案内面部
２６ 嵌合凹部
２６ａ 垂直内面部
２６ｂ テーパ内面部
２６ｃ 受止面部
２７ 嵌入部

Claims (5)

1. 電池ケースに設けた注液孔から前記電池ケース内に電解液を注入したのちに、前記注液孔に封止栓を嵌合させて前記封止栓の上端周縁部を前記注液孔の上端周縁部に溶接することで、前記注液孔が封口される密閉型電池において、
   前記封止栓は、前記注液孔の上端周縁部に溶接される頭部と、その頭部の下面の中央から下向きに延出する軸部とを有しており、
   前記封止栓の頭部の下面は、前記封止栓の上下方向に対して垂直になっており、
   前記注液孔は、前記封止栓の頭部が嵌合する嵌合凹部と、前記封止栓の軸部が嵌入する嵌入部とを有しており、
   前記嵌合凹部の内周面は、前記電池ケースの外表面であって前記注液孔の周縁を形成する面に対して垂直方向に延びる垂直内面部と、前記垂直内面部の下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部と、前記テーパ内面部の下端につながっていて前記封止栓の頭部の下面を受け止める受止面部とを有しており、
   前記受止面部は、前記注液孔の上下方向に対して垂直な面になっており、
   前記封止栓の頭部の外周面は、前記下面と、前記注液孔の垂直内面部に対面する垂直外面部と、前記注液孔のテーパ内面部に対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部とを有することを特徴とする密閉型電池。
2. 前記注液孔の嵌合凹部の受止面部は、前記嵌入部側の内縁から前記テーパ内面部側の外縁までの幅寸法が0.１〜0.４mmの範囲である請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記注液孔の嵌合凹部の垂直内面部の上下寸法と、前記封止栓の頭部の垂直外面部の上下寸法とが、それぞれ0.１mm以上である請求項１又は２記載の密閉型電池。
4. 前記注液孔の受止面部に対する前記テーパ内面部の傾斜角度が、３０〜６０°の範囲である請求項１又は２又は３記載の密閉型電池。
5. 前記封止栓の軸部が、前記注液孔の嵌入部に圧入されている請求項１又は２又は３又は４記載の密閉型電池。

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