JP2008010264A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】封止栓を注液孔の周縁部に溶接する際に、その溶接ビートにピンホールなどの溶接不良が発生することを低減する密閉型電池を提供する。
【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、注液孔１６に封止栓１７を嵌入して封止栓１７の頭部２２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を封口する。封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃが、下窄まり状に形成されている。注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が圧入する嵌合凹部２６と、嵌合凹部２６の下面から電池ケース６内に向けて連通する連通部２７とを有している。注液孔１６の嵌合凹部２６の下面２６ａと連通部２７の内面２７ａとが接する稜角部２９が、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃに食い込んで密着している。
【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１〜３には、電極体や電解液などを電池缶に収容し、その電池缶の上面開口を蓋で塞いで電池ケースを形成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たのちに、注液孔に封止栓を嵌入して封止栓の頭部の上端周縁部を注液孔の上端周縁部にレーザ溶接することで、注液孔を封止栓で封口している。

特開２００６−４０６９０号公報（図２） 特開２００２−３５８９４８号公報（図１） 特開平１１−２５９３６号公報（図４）

前記注液孔を封止栓で封口する際に、封止栓の頭部の上端周縁部と、注液孔の上端周縁部との間に隙間が介在していると、溶接ビードにピンホールなどの溶接不良が生じてしまって、注液孔の密封性が低下するおそれがある。

これに対して、封止栓の頭部を注液孔の上端部に圧入して、封止栓の頭部の上端周縁部と注液孔の上端周縁部とを密着させることで、前記ピンホールなどの溶接不良を防止することが考えられる。ところが、前記封止栓を注液孔に圧入する際に、封止栓の頭部と注液孔の内面との間に電解液が侵入していると、前記侵入した電解液が前記溶接のときに溶接熱で突沸し、溶接ビードに前記ピンホールなどの溶接不良が生じてしまうところに問題がある。

また、前記注液孔は、例えばプレス加工で蓋に穿孔されるが、近年の電池の小型薄型化に対応して蓋の前後左右の幅寸法も小さくなっている。つまり、注液孔から蓋の周縁までの寸法が小さくなっており、これに伴って前記プレス加工の際に蓋が容易に歪んで、注液孔も歪んでしまうことがある。この場合、封止栓の頭部を注液孔に適正に圧入できなくなって、前記溶接不良が生じてしまうところに問題がある。

そこで本発明の目的は、封止栓を注液孔の周縁部に溶接する際の溶接不良を低減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および図２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を嵌入して封止栓１７の頭部２２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。

本発明は、図１および図３に示すごとく、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃが、下窄まり状に形成されており、注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が圧入する嵌合凹部２６と、嵌合凹部２６の下面２６ａから電池ケース６内に向けて連通する連通部２７とを有しており、注液孔１６の嵌合凹部２６の下面２６ａと連通部２７の内面２７ａとが接する稜角部２９が、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃに食い込んでいることを特徴とする。ここでの封止栓１７は、頭部２２のみで形成されている場合も含まれる。また、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。

詳しく説明すると、封止栓１７は、頭部２２の下面２２ａから下向きに延出する軸部２３を有しており、この封止栓１７の軸部２３が、注液孔１６の連通部２７内に挿入されている。また、封止栓１７の軸部２３は、隙間を介して注液孔１６の連通部２７の内面２７ａに臨んでいる。

封止栓１７の硬度と、注液孔１６の稜角部２９の硬度が異なることが好ましい。すなわち、注液孔１６の稜角部２９の行動が封止栓１７の硬度よりも大きい場合には、注液孔１６の稜角部２９が封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃに確実に食い込み、一方、封止栓１７の硬度が、注液孔１６の稜角部２９の硬度よりも大きい場合には、注液孔１６の稜角部２９が変形して、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃとの対向面積が増加し、密着性が向上するためである。

具体的には、図４に示すごとく、注液孔１６は、連通部２７よりも開口断面積が小さい捨て穴３１が電池ケース６に打ち抜き加工されたのちに、捨て穴３１の上部側に重ねて嵌合凹部２６がプレス加工で形成されているとともに、嵌合凹部２６が形成されたのちの捨て穴３１に重ねて連通部２７が打ち抜き加工で形成されている。

本発明によれば、封止栓１７の頭部２２が注液孔１６の嵌合凹部２６に圧入するので、封止栓１７の頭部２２の上端周縁部と、注液孔１６の上端周縁部との間に隙間が生じることがない。

そのうえで、注液孔１６の稜角部２９が、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃに食い込んだ場合には、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃと注液孔１６の内面とを確実に密着させることができる。同様に、注液孔１６の稜角部２９が変形した場合には、注液孔１６の稜角部２９の変形した部分が、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃとの密着性を向上させる。したがって、電池ケース６内の電解液が、封止栓１７の頭部２２の下部２２ｃよりも封止栓１７の上端側に上がることが阻止され、封止栓１７の頭部２２の上端周縁部を注液孔１６の上端周縁部に溶接する際の熱で、前記封止栓１７の上端側に上がった電解液が突沸して封止栓１７の上端周縁に噴出して、溶接ビートにピンホールなどの溶接不良を生じさせることを確実に防止できる。

封止栓１７の軸部２３が、隙間を介して注液孔１６の連通部２７の内面２７ａに臨んでいると、製造誤差などで封止栓１７の頭部２２に対して軸部２３がずれていたり、注液孔１６の嵌合凹部２６に対して連通部２７がずれていたりしても、そのずれ分を封止栓１７の軸部２３と、注液孔１６の連通部２７の内面２７ａとの間の隙間で吸収できて、封止栓１７の頭部２２を注液孔１６の嵌合凹部２６に確実に圧入できる。

注液孔１６が、捨て穴３１を電池ケース６に打ち抜き加工したのちに、捨て穴３１の上部側に重ねて嵌合凹部２６をプレス加工で形成し、嵌合凹部２６を形成したのちの捨て穴３１に重ねて連通部２７を打ち抜き加工で形成すると、嵌合凹部２６を形成する際に上下に圧縮される捨て穴３１の周縁部３２が捨て穴３１の内部空間に膨出して、前記圧縮に伴う圧力を逃がすので、嵌合凹部２６を形成する際の圧力で、電池ケース６の肉壁が注液孔１６の外側へ押されて、電池ケース６が歪んでしまうことが軽減される。

これにより、注液孔１６の嵌合凹部２６を適正な開口形状に正確に形成できて、封止栓１７の頭部２２を注液孔１６の嵌合凹部２６に確実に圧入できる。

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３４mm、上下高さ寸法は４６mm、前後厚み寸法は４mmである。蓋３の上下寸法は0.８mmである。

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、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、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の板材の深絞り成形品である。蓋３は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金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ＹＡＧレーザでシーム溶接される。これによって、図１に示す電池ケース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、平面視で円形の注液孔１６が上下貫通状に形成されている。注液孔１６から電池ケース６内に非水電解液が注入される。電解液の注入後に注液孔１６は、封止栓１７で塞がれて封口される。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１および図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２２ａ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の下部２２ｃが、下窄まり状に形成されている。つまり、封止栓１７の頭部２２は、封止栓１７の上面１７ａから下側へ垂直方向に延びる垂直部２２ｂと、垂直部２２ｂの下端につながる下窄まり状のテーパ部（下部）２２ｃとを有している。テーパ部２２ｃの下端が、前記頭部２２の下面２２ａにつながっている。

封止栓１７の軸部２３は、前記頭部２２の下面２２ａから垂直方向に延びる垂直柱部２３ａと、垂直柱部２３ａの下端につながる下窄まり状の案内部２３ｂとを有している。案内部２３ｂは、封止栓１７で注液孔１６を封口する際に、封止栓１７の軸部２３を注液孔１６内へ案内するためのものである。

封止栓１７の上面１７ａには、図１に示すごとく、その上面１７ａの周縁と同心円状に形成されたリング状の溝２５が設けられている。前記溝２５を設けたことで、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際に、その溶接熱が封止栓１７の中心側に伝わることを抑えて、溶接熱が封止栓１７に集中することを低減している。また、前記溝２５を設けた分だけ、封止栓１７の上面１７ａの表面積が増加して放熱効果が向上する。封止栓１７は、前記溝２５より内側の部分が溝２５より外側の部分よりも低くなっている。

注液孔１６は、封止栓１７の頭部２２が圧入する円柱面状の嵌合凹部２６と、嵌合凹部２６の下面２６ａから電池ケース６内に向けて連通する円柱面状の連通部２７とを有する。注液孔１６の嵌合凹部２６は、蓋３の上面３ａに対して垂直方向に延びており、連通部２７も蓋３の上面３ａに対して垂直方向に延びている。嵌合凹部２６の内径寸法は、連通部２７の内径寸法よりも大きくなっている。

前記蓋３の上面３ａの一部が、電池ケース６の外表面であって注液孔１６の周縁部を形成する。注液孔１６の下面２６ａの内周側が連通部２７につながっており、連通部２７内に封止栓１７の軸部２３が挿入される。嵌合凹部２６の下面２６ａは、蓋３の上面３ａと平行に形成されている。つまり、注液孔１６の嵌合凹部２６の下面２６ａと連通部２７の内面２７ａとが接する稜角部２９は、図３に示すごとく、断面でほぼ直角形状になっている。

封止栓１７の頭部２２の垂直部２２ｂの外径寸法は、軸部２３の垂直柱部２３ａの外径寸法よりも大きくなっており、1.９〜2.０mmである。封止栓１７の軸部２３の垂直柱部２３ａの外径寸法は1.０mmであるのに対して、1.９７５mmである。また、封止栓１７の頭部２２の上下厚さ寸法は0.６５mm、垂直部２２ｂの上下寸法は0.４６mm、軸部２３の上下寸法は0.８mmである。

注液孔１６の嵌合凹部２６の内径寸法は、封止栓１７の頭部２２の垂直部２２ｂの外径寸法と等しい、あるいはわずかに小さくなっている。嵌合凹部２６の上下寸法は0.４mmである。また、今回用いた注液孔１６の連通部２７の内径寸法は、1.９７０mmであり、封止栓１７の頭部２２の垂直部２２ｂの外径寸法1.９７５mmよりも小さいが、封止栓１７の軸部２３の垂直柱部２３ａの外径寸法の1.０mmよりも大きくなっている。つまり、封止栓１７の軸部２３は、隙間を介して注液孔１６の連通部２７の内面２７ａに臨むことになる。

そして、封止栓１７を注液孔１６に嵌入したときには、図１に示すごとく、封止栓１７の頭部２２のテーパ部２２ｃに前記注液孔１６の稜角部２９が食い込む。これにより、封止栓１７のテーパ部２２ｃと注液孔１６の内面とが確実に密着し、電池ケース６内の電解液が、封止栓１７の頭部２２のテーパ部２２ｃよりも封止栓１７の上端側に上がることが阻止される。

封止栓１７の頭部２２のテーパ部２２ｃの傾斜角度は、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。なお、今回用いた封止栓の傾斜角度は４５°である。

注液孔１６は次のようにして形成される。まず、図４の（ａ）に示すごとく、蓋３に対して、注液孔１６の連通部２７よりも開口断面積が小さい、すなわち連通部２７よりも内径寸法が小さい捨て穴３１をプレス装置で打ち抜き加工する。次いで、嵌合凹部形成用のプレス装置によって、蓋３に嵌合凹部２６をプレス加工する。つまり、嵌合凹部形成用のプレス装置のポンチは、嵌合凹部２６の上下寸法分だけ蓋３の上面３ａに押し込まれる。この際、嵌合凹部形成用のプレス装置のポンチが、捨て穴３１の上面側の周縁部に当たって下方へ押す。

これに伴って、捨て穴３１の周縁部３２が、プレス装置のポンチとダイスとで上下に圧縮されながら押し下げられ、捨て穴３１の内部空間の下部側へ膨出する（図４の（ｂ）の状態）。この後、連通部形成用のプレス装置のポンチとダイスとによって、図４の（ｃ）に示すごとく、捨て穴３１の膨出した周縁部３２を削り落とすとともに、連通部２７を打ち抜き加工する。これにより、図３に示す注液孔１６が形成される。

つまり、捨て穴３１を先に形成しておくことで、注液孔１６の嵌合凹部２６を形成する際に上下に圧縮される捨て穴３１の周縁部３２が捨て穴３１の内部空間に膨出して、前記圧縮に伴う圧力を逃がし、これによって嵌合凹部２６を形成する際の圧力で、蓋３の肉壁が注液孔１６の径方向の外側へ押されて、蓋３が歪んでしまうことが軽減される。

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の嵌合凹部２６に封止栓１７の頭部２２を圧入するとともに、注液孔１６の稜角部２９を封止栓１７のテーパ部２２ｃに食い込ませて密着させる。次いで、封止栓１７の頭部２２の上端周縁部と、注液孔１６の嵌合凹部２６の上端周縁部とをＹＡＧレーザでシーム溶接することで、注液孔１６が、図１に示すごとく、封止栓１７で塞がれた状態に封口される。

前記注液孔１６および封止栓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。

前記説明では、封止栓１７の頭部２２のテーパ部２２ｃに、注液孔１６の稜角部２９を食い込ませたが、封止栓１７の頭部２２の垂直部２２ｂを頭部２２の下面２２ａまで延ばして、封止栓１７の頭部２２の垂直部２２ｂの外周面と、頭部２２の下面２２ａとがほぼ垂直に接する稜角部を形成するとともに、注液孔１６の嵌合凹部２６の下部を下窄まり状のテーパ面にする。そして、封止栓１７の稜角部が、注液孔１６のテーパ面に食い込むようにしてもよい。

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 注液孔の断面と封止栓とを示す側面図 注液孔の形成工程を説明するための平面図

符号の説明

１ 電池缶
３ 蓋
６ 電池ケース
１６ 注液孔
１７ 封止栓
１７ａ 上面
２２ 頭部
２２ａ 下面
２２ｂ 垂直部
２２ｃ テーパ部
２３ 軸部
２３ａ 垂直柱部
２６ 嵌合凹部
２６ａ 下面
２７ 連通部
２７ａ 内面
２９ 稜角部
３１ 捨て穴

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入して前記封止栓の頭部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、前記頭部の下部が下窄まり状に形成されており、
   前記注液孔は、前記封止栓の頭部が圧入する嵌合凹部と、前記嵌合凹部の下面から電池ケース内に向けて連通する連通部とを有しており、
   前記嵌合凹部の下面と前記連通部の内面とが接する稜角部が、前記封止栓の頭部の下部に食い込んでいることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記封止栓は、前記頭部の下面から下向きに延出する軸部を有しており、
   前記封止栓の軸部が、前記注液孔の連通部内に挿入されている請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記封止栓の軸部が、隙間を介して前記注液孔の連通部の内面に臨んでいる請求項２記載の密閉型電池。
4. 前記封止栓と、前記注液孔稜角部の硬度が異なる請求項１又は２又は３記載の密閉型電池。
5. 前記注液孔は、前記連通部よりも開口断面積が小さい捨て穴が前記電池ケースに打ち抜き加工されたのちに、前記捨て穴の上部側に重ねて前記嵌合凹部がプレス加工で形成されているとともに、前記嵌合凹部が形成されたのちの前記捨て穴に重ねて前記連通部が打ち抜き加工で形成されている請求項１又は２又は３又は４記載の密閉型電池。

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