JP2009146719A

JP2009146719A - 密閉型電池

Info

Publication number: JP2009146719A
Application number: JP2007322547A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡辺
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】圧入時に封止栓に加える力を小さく設定できながら、封止栓による注液孔の密封性を確実に維持できるようにする。
【解決手段】電池ケース６の蓋３に開設された注液孔１６を密封する封止栓１７が、注液孔１６に圧入される円柱形状の軸部２２と、軸部２２の上端周囲に張り出し形成される頭部２３とを一体に有している。注液孔１６は、該注液孔１６の過半上部を占めていて封止栓１７の軸部２２の径寸法よりも大径の遊嵌孔部１６ａと、遊嵌孔部１６ａの下側に隣接して形成される圧入孔部１６ｂとで形成される。そして、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６に圧入した状態において、封止栓１７の軸部２２の周面が注液孔１６の圧入孔部１６ｂを拡大変形させて注液孔１６を密封している。封止栓１７の頭部２３の外周縁部２５ａは蓋３に溶接してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池ケースに開設された電解液注入用の注液孔が、注液孔に圧入されて電池ケースに溶接される封止栓で密封されており、封止栓は、注液孔に圧入される円柱形状の軸部と、軸部の上端周囲に張り出し形成される頭部とを一体に有しており、封止栓の頭部の外周縁部が注液孔の周縁部に係る電池ケースに溶接してある密閉型電池に関する。

本発明に係る密閉型電池と同様の形態は、例えば特許文献１に見受けられる。そこでは、封止栓による注液孔の密封性をより確実にするために、封止栓の軸部を注液孔に圧入したうえで、封止栓の頭部を電池ケースに溶接している（特許文献１の段落番号００３０および図４参照）。注液孔の径寸法は封止栓の軸部の径寸法よりも小さくなっており、圧入の際には注液孔と封止栓の軸部との変形抵抗に抗して、封止栓を注液孔に強制的に押し込んでいる。

特開２００１−２９７７３９号公報（図４）

特許文献１の問題は、該特許文献１の図４に示すように封止栓（封止部材）の軸部が注液孔（注入口３Ａ）の内面全体に接触するため、注液孔と封止栓の軸部との変形抵抗が大きくなることが避けられず、大きな力で封止栓を注液孔に強制的に押し込む必要があって、封止栓の軸部や注液孔の内面に傷が発生することにある。この場合、注液孔の密封性が低下する。

本発明は以上のような密閉型電池が抱える問題を解決するためになされたものであり、圧入時に封止栓に加える力を小さく設定できながら、封止栓による注液孔の密封性を確実に維持できる密閉型電池を提供することを目的とする。

本発明が対象とする密閉型電池は、図３に示すように、電池ケース６に開設された電解液注入用の注液孔１６が、注液孔１６に圧入されて電池ケース６に溶接される封止栓１７で密封されており、封止栓１７は、注液孔１６に圧入される円柱形状の軸部２２と、軸部２２の上端周囲に張り出し形成される頭部２３とを一体に有しており、封止栓１７の頭部２３の外周縁部２５ａが注液孔１６の周縁部に係る電池ケース６に溶接してある。

注液孔１６は、図１に示すように、該注液孔１６の過半上部を占めていて封止栓１７の軸部２２の径寸法よりも大径の遊嵌孔部１６ａと、該遊嵌孔部１６ａの下側に隣接して形成される圧入孔部１６ｂとで形成されており、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６の遊嵌孔部１６ａを通して圧入孔部１６ｂに圧入した状態において、封止栓１７の軸部２２の周面が注液孔１６の圧入孔部１６ｂを拡大変形させて注液孔１６を密封していることを特徴とする。

具体的には、注液孔１６の圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３は、注液孔１６の周縁部に係る電池ケース６の厚み寸法Ｌ２の１０〜４０％の範囲内に設定されているものとすることができる。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４は、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．００５〜０．０２ｍｍ小径に設定されており、遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５が、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２〜０．０８ｍｍ大径に設定されている。ここでの封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１および注液孔１６の圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４は、圧入前の寸法を示している。

封止栓１７の軸部２２の上下高さ寸法は、注液孔１６の周縁部に係る電池ケース６の厚み寸法Ｌ２よりも大きく設定されているものとすることができる。

本発明に係る密閉型電池においては、注液孔１６が、該注液孔１６の過半上部を占めていて封止栓１７の軸部２２の径寸法よりも大径の遊嵌孔部１６ａと、該遊嵌孔部１６ａの下側に隣接して形成される圧入孔部１６ｂとで形成されているので、遊嵌孔部１６ａでは、封止栓１７の軸部２２との間にクリアランスを設けることができ、例えば封止栓１７の軸部２２が注液孔１６の内面全体に接触する形態に比べて、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の内面との上下方向の接触寸法を小さくでき、圧入時の注液孔１６と封止栓１７の軸部２２との変形抵抗を小さくすることができる。したがって、圧入時に封止栓１７に加える上下方向の力が小さくて済み、封止栓１７の軸部２２や注液孔１６の内面に傷が発生することを効果的に防ぐことができる。これにて注液孔１６の密封性が低下することを防止できるので、信頼性に優れた密閉型電池を得ることができる。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂを遊嵌孔部１６ａの下側に形成したので、電池ケース６に溶接される封止栓１７の頭部２３の外周縁部２５ａから注液孔１６の圧入孔部１６ｂまでの距離を長くとって、溶接の熱が圧入孔部１６ｂおよび該圧入孔部１６ｂに接触する封止栓１７の軸部２２の部分まで伝達されることを低減することができる。したがって溶接熱に起因して圧入孔部１６ｂや封止栓１７の軸部２２が変形することを効果的に防止することができ、注液孔１６の密封性を良好に維持できる。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３が、注液孔１６の周縁部に係る電池ケース６の厚み寸法Ｌ２の１０〜４０％の範囲内に設定されていると、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の圧入孔部１６ｂとの上下方向の接触寸法が確実に小さくなって、圧入時の注液孔１６と封止栓１７の軸部２２との変形抵抗を小さくすることができる一方で、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の圧入孔部１６ｂとの上下方向の接触寸法が小さくなり過ぎることが防がれて、密封不足による液漏れ等の不都合を生じるおそれもない。

圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４が封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．００５〜０．０２ｍｍ小径に設定され、遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５が封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２〜０．０８ｍｍ大径に設定されているので、遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとの間の段差面１６ｃの幅寸法Ｌ６は、最大でも０．０５ｍｍ程度となる。したがって電解液の注入の際に段差面１６ｃに電解液が載る可能性が小さくなり、段差面１６ｃ上に残留する電解液の蒸発等で、封止栓１７の頭部２３と電池ケース６の注液孔１６の周縁部との溶接部２７にピンホール等の溶接不良が生じることが抑制される。また、注液孔１６の遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとの径寸法の差が小さいので、遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとを一回のプレス加工で成形できて、電池ケース６の加工性が向上する点でも優れている。

封止栓１７の軸部２２の上下高さ寸法が注液孔１６の周縁部に係る電池ケース６の厚み寸法Ｌ２よりも大きく設定されていると、寸法公差によって封止栓１７の軸部２２の上下長さ寸法が若干短くなっても、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６の圧入孔部１６ｂに確実に圧入させて、圧入孔部１６ｂを確実に密封できる。

本発明に係る密閉型電池は、図３および図４に示すように、上面に左右横長の開口を有する有底筒形状の電池缶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。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、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、図４に示すように巻回状態で扁平状になっている。正極は、コバルト酸リチウム等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３および図４に示すように、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、黒鉛等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、ポリエチレン樹脂等の微多孔性薄膜フィルム等からなる。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、アルミニウム又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、アルミニウム又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レーザ等のレーザ光でシーム溶接される。これにて、図３に示す電池ケース６が形成される。蓋３の中央には、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。

図３において蓋３の左右方向の右端寄りには、平面視で円形となる電解液注入用の注液孔１６が上下貫通状に開設されている。注液孔１６から電池ケース６内に非水電解液を注入したのちに、注液孔１６に封止栓１７が圧入されて蓋３に溶接される。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、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に導通する。図３において蓋３の左右方向の左端寄りには、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および図４に示すように、注液孔１６に圧入される円柱形状の軸部２２と、軸部２２の上端周囲に横方向に張り出し形成される四角板状の頭部２３とを一体に有している。封止栓１７の軸部２２は、頭部２３の下面２３ａの中央よりやや右寄りの位置から下向きに突出し、頭部２３は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層２５と、該アルミニウム層２５上に形成されてニッケル又はニッケル合金で形成されたニッケル層２６とからなる。

封止栓１７の頭部２３のアルミニウム層２５は、図４に示すように、該アルミニウム層２５の外周縁部２５ａがニッケル層２６の外周縁よりも外側に張り出している。封止栓１７の軸部２２は、頭部２３のアルミニウム層２５と一体形成される。図１に示す封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１は1.４１ｍｍ、軸部２２の上下高さ寸法は１ｍｍ、頭部２３の上下厚さ寸法は０．３５ｍｍである。注液孔１６の周縁部である蓋３の上下厚み寸法Ｌ２は０．８ｍｍである。つまり、封止栓１７の軸部２２の上下高さ寸法は、蓋３の上下厚み寸法Ｌ２よりも大きく設定されている。そして、封止栓１７の頭部２３のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａが、図３に示すように注液孔１６の周縁部に係る蓋３の上面にＹＡＧレーザ等で溶接される。

注液孔１６は、図１および図２に示すように、該注液孔１６の過半上部を占めていて封止栓１７の軸部２２の径寸法よりも大径の遊嵌孔部１６ａと、該遊嵌孔部１６ａの下側に隣接して形成される圧入孔部１６ｂとで形成されており、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６の遊嵌孔部１６ａを通して圧入孔部１６ｂに圧入した状態において（図２の状態）、封止栓１７の軸部２２の周面が注液孔１６の圧入孔部１６ｂを拡大変形させて注液孔１６を密封する。具体的には、注液孔１６の圧入孔部１６ｂは、蓋３の下面３ａから０．２ｍｍの高さまで設定される。すなわち圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３は、蓋３の上下厚み寸法Ｌ２の２５％に設定される。圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４は、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０１ｍｍ小径に設定される。注液孔１６の遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５は、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２ｍｍ大径に設定される。

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き、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。

非水電解液の注入完了後に、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６に、例えば８０Ｎの力で圧入し、次いで封止栓１７の頭部２３のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａを蓋３の注液孔１６の周縁部にレーザ溶接する（図３の状態）。これにて、注液孔１６が、封止栓１７で密封される。この後、図５に示すように、封止栓１７の頭部２３のニッケル層２６の上面に、保護回路や外部機器等の正極リード３０が溶接され、負極端子１５の上面に、保護回路や外部機器等の負極リード３１が溶接される。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３は、蓋３の上下厚み寸法Ｌ２の１０〜４０％の範囲内に設定されることが望ましく、２０〜３０％の範囲内であることがより望ましい。圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３が蓋３の上下厚み寸法Ｌ２の１０％よりも小さくなると、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の圧入孔部１６ｂとの上下方向の接触寸法が小さくなり過ぎて、注液孔１６の密封性を維持できなくなる。圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３が蓋３の上下厚み寸法Ｌ２の４０％よりも大きくなると、圧入時の注液孔１６の圧入孔部１６ｂと封止栓１７の軸部２２との変形抵抗が大きくなり過ぎて、封止栓１７の軸部２２や注液孔１６の圧入孔部１６ｂに傷が生じ易くなる。

圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４は、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．００５〜０．０２ｍｍ小径に設定されることが望ましく、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０１〜０．０１５ｍｍ小径に設定されることがより望ましい。圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４が、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．００５ｍｍ未満の小径に設定されると、寸法公差によって注液孔１６の圧入孔部１６ｂと封止栓１７の軸部２２とが不完全に密着するおそれがあり、注液孔１６の密封性が不完全になる。圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４が、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２ｍｍを超える小径に設定されると、圧入時の注液孔１６と封止栓１７の軸部２２との変形抵抗が大きくなり過ぎて、封止栓１７の軸部２２や注液孔１６の圧入孔部１６ｂに傷が生じ易くなる。

注液孔１６の遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５は、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２〜０．０８ｍｍ大径に設定されることが望ましく、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０３〜０．０５ｍｍ大径に設定されることがより望ましい。遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５が、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２ｍｍ未満の大径に設定されると、寸法公差によって注液孔１６の遊嵌孔部１６ａと封止栓１７の軸部２２とが接して圧入時に注液孔１６の遊嵌孔部１６ａに変形抵抗が生じるおそれがある。遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５が、封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０８ｍｍを超える大径に設定されると、注液孔１６の圧入孔部１６ｂと遊嵌孔部１６ａとの間の段差面１６ｃ（図１）の幅寸法Ｌ６が大きくなり過ぎて、非水電解液の注入の際に段差面１６ｃに非水電解液が載り、段差面１６ｃ上に残留する電解液の蒸発等で、封止栓１７の頭部２３と蓋３の注液孔１６の周縁部との溶接部２７にピンホール等の溶接不良が生じるおそれがある。

このように、注液孔１６が、該注液孔１６の過半上部を占めていて封止栓１７の軸部２２の径寸法よりも大径の遊嵌孔部１６ａと、該遊嵌孔部１６ａの下側に隣接して形成される圧入孔部１６ｂとで形成されているので、遊嵌孔部１６ａでは、封止栓１７の軸部２２との間にクリアランスを設けることができ、例えば封止栓１７の軸部２２が注液孔１６の内面全体に接触する形態に比べて、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の内面との上下方向の接触寸法を小さくでき、圧入時の注液孔１６と封止栓１７の軸部２２との変形抵抗を小さくすることができる。したがって、圧入時に封止栓１７に加える上下方向の力が小さくて済み、封止栓１７の軸部２２や注液孔１６の内面に傷が発生することを効果的に防ぐことができる。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂを遊嵌孔部１６ａの下側に形成したので、蓋３に溶接される封止栓１７の頭部２３の外周縁部２５ａから注液孔１６の圧入孔部１６ｂまでの距離を長くとって、封止栓１７の頭部２３を蓋３に溶接する際の熱が、圧入孔部１６ｂおよび該圧入孔部１６ｂに接触する封止栓１７の軸部２２の部分まで伝達されることを低減することができる。したがって溶接熱に起因して圧入孔部１６ｂや封止栓１７の軸部２２が変形することを効果的に防止することができ、注液孔１６の密封性を良好に維持できる。

注液孔１６の圧入孔部１６ｂの上下高さ寸法Ｌ３が、蓋３の厚み寸法Ｌ２の１０〜４０％の範囲内に設定されていると、圧入時の注液孔１６と封止栓１７の軸部２２との変形抵抗を小さくすることができる一方で、封止栓１７の軸部２２と注液孔１６の圧入孔部１６ｂとの上下方向の接触寸法が小さくなり過ぎることが防がれて、密封不足による液漏れ等の不都合を生じるおそれもない。

圧入孔部１６ｂの径寸法Ｌ４が封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．００５〜０．０２ｍｍ小径に設定され、遊嵌孔部１６ａの径寸法Ｌ５が封止栓１７の軸部２２の径寸法Ｌ１よりも０．０２〜０．０８ｍｍ大径に設定されているので、遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとの間の段差面１６ｃの幅寸法Ｌ６（図１）は、最大でも０．０５ｍｍ程度となる。したがって非水電解液の注入の際に段差面１６ｃに非水電解液が載る可能性が小さくなり、段差面１６ｃ上に残留する非水電解液の蒸発等で、封止栓１７の頭部２３と蓋３との溶接部２７にピンホール等の溶接不良が生じることはない。また、注液孔１６の遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとの径寸法の差が小さいので、遊嵌孔部１６ａと圧入孔部１６ｂとを一回のプレス加工で成形できる。

封止栓１７の軸部２２の上下高さ寸法が蓋３の厚み寸法Ｌ２よりも大きく設定されていると、寸法公差によって封止栓１７の軸部２２の上下長さ寸法が若干短くなっても、封止栓１７の軸部２２を注液孔１６の圧入孔部１６ｂに確実に圧入させて、圧入孔部１６ｂを確実に密封できる。蓋３上の注液孔１６の縁に、封止栓１７の頭部２３を係合させるための凹部を形成していないので、該凹部がない分だけ蓋３上から非水電解液を除去し易くなる。

注液孔１６および封止栓１７は、必ずしも蓋３に設ける必要はなく、電池ケース６のいずれかの個所に設けてあればよい。例えば注液孔１６および封止栓１７は、電池缶１の底面や側面に設けてもよい。注液孔１６の段差面１６ｃは、テーパ面状に傾斜するように形成してもよい。

本発明に係る密閉型電池の注液孔および封止栓の拡大図である。注液孔に封止栓を圧入した状態を示す拡大断面図である。本発明に係る密閉型電池の要部の縦断正面図である。密閉型電池の分解斜視図である。密閉型電池にリードを接続した状態を示す平面図である。

符号の説明

１電池缶
３蓋
３ａ蓋の下面
６電池ケース
１６注液孔
１６ａ注液孔の遊嵌孔部
１６ｂ注液孔の圧入孔部
１７封止栓
２２軸部
２３頭部
２３ａ頭部の下面
２５ａ頭部の外周縁部

Claims

電池ケースに開設された電解液注入用の注液孔が、該注液孔に圧入されて前記電池ケースに溶接される封止栓で密封されており、前記封止栓は、前記注液孔に圧入される円柱形状の軸部と、該軸部の上端周囲に張り出し形成される頭部とを一体に有しており、前記頭部の外周縁部が前記注液孔の周縁部に係る前記電池ケースに溶接してある密閉型電池であって、
前記注液孔は、該注液孔の過半上部を占めていて前記封止栓の前記軸部の径寸法よりも大径の遊嵌孔部と、該遊嵌孔部の下側に隣接して形成される圧入孔部とで形成されており、
前記封止栓の前記軸部を前記注液孔の前記遊嵌孔部を通して前記圧入孔部に圧入した状態において、前記封止栓の前記軸部の周面が前記注液孔の前記圧入孔部を拡大変形させて前記注液孔を密封していることを特徴とする密閉型電池。
前記注液孔の前記圧入孔部の上下高さ寸法が、前記注液孔の周縁部に係る前記電池ケースの厚み寸法の１０〜４０％の範囲内に設定されている請求項１記載の密閉型電池。
前記注液孔の前記圧入孔部の径寸法が、前記封止栓の前記軸部の径寸法よりも０．００５〜０．０２ｍｍ小径に設定されており、
前記注液孔の前記遊嵌孔部の径寸法が、前記封止栓の前記軸部の径寸法よりも０．０２〜０．０８ｍｍ大径に設定されている請求項１又は２記載の密閉型電池。
前記封止栓の前記軸部の上下高さ寸法が、前記注液孔の周縁部に係る前記電池ケースの厚み寸法よりも大きく設定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉型電池。