JP2009301828A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液注入用の注液孔を封止する封口体が、その封口体の係合部を軸に回転することを防いで、封止体の頭部を電池ケースに適正に接合できるようにする。
【解決手段】本発明の密閉型電池は、電池ケース６に開設された電解液注入用の円形の注液孔１６を封止する封止体１７を有する。封止体１７は、左右方向に伸びていて外部リード３４が接合される平板状の頭部２２と、該頭部２２の下面２２ａから下向きに突出して注液孔１６に係合する円柱状の係合部２３とを有する。そして、封止体１７の係合部２３を注液孔１６に係合したのちに、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に溶接接合することで、注液孔１６が封止される。封止体１７の頭部２２および電池ケース６には、封止体１７が係合部２３を軸に回転することを阻止する廻り止め手段３０が設けられる。
【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円形の注液孔を封止する封止体を有するリチウムイオン二次電池等の密閉型電池に関する。

本発明に係る密閉型電池の公知例としては、例えば特許文献１の図３に示す密閉型電池を挙げることができる。かかる密閉型電池では、前記封止体が、電池ケースの表面に沿って左右方向に伸びる長方形状の頭部と、該頭部の下面から下向きに突出して注液孔に係合する円柱状の係合部とを有しており、封止体の係合部を注液孔に係合したのちに、封止体の頭部を電池ケースにレーザ溶接等で溶接することで、注液孔が封止体で封止される。そして、その封止体の頭部に、保護回路又は外部機器等に接続された外部リードが溶接される。

特開２００３−３１７７０３号公報（図３）

特許文献１に記載の密閉型電池にあっては、封止体の頭部を電池ケースに溶接する前の段階で振動又は衝撃等が加わると、封口体が係合部を軸に回転して封止体の頭部が適正な姿勢からずれる可能性がある。この場合、例えば封止体の頭部の一部が電池ケースからはみ出し、その一部に他の電池等が接触する等によって封止体の係合部が注液孔から外れるおそれがある。また、封止体の頭部が適正な姿勢からずれることで、自動溶接機によって封止体の頭部の所定部分、例えば外周縁部を電池ケースに溶接する場合に、その溶接を正確に行うことができなくなる。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、封口体が係合部を軸に回転することを防いで、封止体の頭部を電池ケースに適正に接合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、電池ケース６に開設された電解液注入用の円形の注液孔１６を封止する封止体１７を有する密閉型電池を対象とする。前記封止体１７が、電池ケース６の表面に沿って所定方向に伸びて外部リード３４が接合される平板状の頭部２２と、該頭部２２の下面２２ａから下向きに突出して注液孔１６に係合する円柱状の係合部２３とを有している。そして、封止体１７の係合部２３を注液孔１６に係合したのちに、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に接合することで、注液孔１６が封止される。封止体１７の頭部２２および電池ケース６には、封止体１７が係合部２３を軸に回転することを阻止する廻り止め手段３０が設けられていることを特徴とする。

廻り止め手段３０が、封止体１７の頭部２２の下面２２ａ又は電池ケース６に設けた係合突起３１と、該係合突起３１に対応して電池ケース６又は封止体１７の頭部２２の下面２２ａに設けてあって、係合突起３１が嵌め込まれる係合凹部３２とからなるものとすることができる。

封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａが、電池ケース６の注液孔１６の周縁部にレーザ溶接されることで、封止体１７の頭部２２が電池ケース６に接合されるようになっており、廻り止め手段３０が、電池ケース６に設けてあって封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａに当接する突起３７・４０・４３を含み、該突起３７・４０・４３を用いて封止体１７が係合部２３を軸に回転することを阻止しており、レーザ溶接の際に突起３７・４０・４３が溶融するものとすることができる。

電池ケース６は、少なくとも表面側がアルミニウムやアルミニウム合金で形成されており、封止体１７の頭部２２は、電池ケース６側に配置された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、アルミニウム層２５上に配置されてアルミニウムとは異なる金属又は金属合金で形成された異種金属層２６とからなり、アルミニウム層２５は異種金属層２６よりも大形に形成されていて、アルミニウム層２５の外周縁部２５ａが異種金属層２６の外周縁２６ａよりも外側に張り出しており、封止体１７は、レーザ溶接法によってアルミニウム層２５の外周縁部２５ａが電池ケース６に接合されるものとすることができる。

本発明に係る密閉型電池によれば、封止体１７が係合部２３を軸に回転することが廻り止め手段３０によって阻止されるので、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に接合する前に、例えば振動又は衝撃が電池に加わっても、それによって封止体１７が回転して頭部２２が適正な姿勢からずれることがない。

したがって、前記封止体１７の回転によって、例えば封止体１７の頭部２２の一部が電池ケース６からはみ出し、その頭部２２の一部に他の電池等が接触して、封止体１７の係合部２３が注液孔１６から外れることを確実に防止できる。また、封止体１７の頭部２２が適正な姿勢からずれることがないので、例えば自動溶接機によって封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａを電池ケース６にレーザ溶接する場合に、レーザ光を封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａに正確に照射することができ、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に確実に接合することができる。

廻り止め手段３０が、封止体１７の頭部２２の下面２２ａ又は電池ケース６に設けた係合突起３１と、電池ケース６又は封止体１７の頭部２２の下面２２ａに設けた係合凹部３２とからなると、廻り止め手段３０を係合突起３１と係合凹部３２との簡単な構成で形成でき、この分だけ廻り止め手段３０を設けることによる電池のコスト上昇を抑えることができる。

封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａに当接して封止体１７の回転を阻止する突起３７・４０・４３が、レーザ溶接の際に溶融するものであると、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａを電池ケース６の注液孔１６の周縁部にレーザ溶接したときには、突起３７・４０・４３が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａと電池ケース６の注液孔１６の周縁部との溶接部に溶け込んで、その形跡を残さない。これにて、突起３７・４０・４３が、封止体１７の頭部２２に外部リード３４を接合する際の邪魔になること等を防止できる。

封止体１７のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａが異種金属層２６の外周縁２６ａよりも外側に張り出していると、レーザ溶接の際にアルミニウム層２５にレーザ光を直接照射して、該アルミニウム層２５のみを溶融して電池ケース６に接合することができる。つまり、アルミニウム層２５と共に異種金属層２６を溶融しなくても済み、この分だけレーザ光の照射エネルギーを低く抑えることができる。

（第１実施形態） 図１ないし図４に、本発明に係る密閉型電池の第１実施形態を示す。この密閉型電池は 図１および図２に示すように、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内に収容される電極体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２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１および図２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。

電池ケース６の電池缶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。電池ケース６の蓋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の開口周縁の上端に蓋３の外周縁の段差部を載置した状態でＹＡＧレーザ等でシーム溶接される。これにて、図１に示す電池ケース６が形成される。蓋３の中央には、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、図１および図２に示すように、電解液注入用の円形の注液孔１６が上下貫通状に開設される。そして、注液孔１６から電池ケース６内に非水電解液が注入されたのちに、注液孔１６が封止体１７で塞がれて封止される（図１の状態）。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と絶縁される。このリード体１９の下面に負極集電リード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１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。

封止体１７は、電池ケース６の蓋３の表面に沿って左右方向（所定方向）に伸びており、後述する外部リード３４が溶接接合される四角形の平板状の頭部２２と、該頭部２２の下面２２ａの中央から下向きに突出して注液孔１６に係合する円柱状の係合部２３とを有する。封止体１７の頭部２２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上に配置されてアルミニウムとは異なる金属であるニッケル又はニッケル合金で形成されたニッケル層（異種金属層）２６とからなる。封止体１７の係合部２３は、頭部２２のアルミニウム層２５と一体形成されており、その下端がテーパ状に形成される。

封止体１７の頭部２２と、該頭部２２の下面２２ａに臨む蓋３の表面部分とには、図１および図２に示すように、封止体１７が係合部２３を軸に回転することを阻止する廻り止め手段３０が設けられている。廻り止め手段３０は、封止体１７の頭部２２の下面の一端側（図１では右側）に設けた係合突起３１と、該係合突起３１に対応して蓋３に設けてあって係合突起３１が嵌め込まれる係合凹部３２とからなる。そして、封止体１７の係合部２３を注液孔１６に係合する際に、封止体１７の係合突起３１が蓋３の係合凹部３２に嵌め込まれる。

封止体１７の係合突起３１は、封止体１７の係合部２３の径方向に伸びる左右横長の直方体形状に形成され、蓋３の係合凹部３２は、封止体１７の係合部２３の径方向に伸びる左右横長に形成される。係合凹部３２の左右方向の長さ寸法は、図３に示すように、係合突起３１の左右方向の長さ寸法よりも大きくなっている。係合凹部３２の前後方向の長さ寸法は、係合突起３１の前後方向の長さ寸法よりも僅かに大きくなっている。これにて、封止体１７が係合部２３を軸に回転しようとしたときに、係合突起３１の前後の側面が、係合凹部３２の前後の内面に当接して、封止体１７の回転を阻止する。

係合凹部３２の深さ寸法は、図４に示すように係合突起３１の突出寸法よりも大きくなっている。係合突起３１の突出寸法は０．３ｍｍである。係合突起３１の前後方向の長さ寸法は０．６ｍｍ、左右方向の長さ寸法は１．０ｍｍである。なお、係合突起３１の下端の左右両縁は、それぞれ傾斜状に切り欠けられている。

封止体１７の頭部２２は、図３および図４に示すように、アルミニウム層２５がニッケル層２６よりも大形に形成されており、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２６ａよりも外側に張り出している。かかる封止体１７は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材と、ニッケル又はニッケル合金からなる板材とを上下に重ね合わせて圧延機で圧接接合されたクラッド材を用いており、プレス加工機で頭部２２が形成されるとともにアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材の一部で係合部２３および係合突起３１が形成される。このとき、頭部２２のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａがニッケル層２６の外周縁２６ａよりも外側に張り出すように形成される。頭部２２のアルミニウム層２５の厚さ寸法は０．１５ｍｍ、ニッケル層２６の厚さ寸法は０．２ｍｍである。係合部２３の上下寸法は１．０ｍｍである。

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をそれぞれかしめ加工等によって取り付けておき、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、封止体１７の係合部２３を注液孔１６に係合するとともに、封止体１７の係合突起３１を蓋３の係合凹部３２に嵌め込む（図４の状態）。次いで、封止体１７の頭部２２のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａを、その全周にわたって蓋３における注液孔１６の周縁部にＹＡＧレーザ等でレーザ溶接して接合する。これにて、注液孔１６が、封止体１７で塞がれて封止される。この後、図１に示すように、封止体１７の頭部２２のニッケル層２６の上面に、保護回路又は外部機器等の正極の外部リード３４がスポット溶接され、負極端子１５の上面に、保護回路又は外部機器等の負極の外部リード３５がスポット溶接される。正負の各外部リード３４・３５は、ニッケル又はニッケル合金の層を有するクラッド材等からなる。

このように、封止体１７の係合突起３１が蓋３の係合凹部３２に嵌め込まれるので、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に溶接接合する前に、例えば振動又は衝撃が電池に加わっても、封止体１７が係合部２３を軸に回転することがない。したがって、前記回転によって封止体１７の頭部２２が適正な姿勢（図３の姿勢）からずれて、例えば頭部２２の一部が電池ケース６からはみ出し、その頭部２２の一部に他の電池等が接触して、封止体１７の係合部２３が注液孔１６から外れるようなことがない。

また、封止体１７の頭部２２が適正な姿勢からずれることがないので、例えば自動溶接機によって封止体１７の頭部２２のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａを電池ケース６にレーザ溶接する際に、レーザ光を封止体１７のアルミニウム層２５の外周縁部２５ａに正確に照射して、封止体１７の頭部２２を電池ケース６に確実に接合することができる。そして、レーザ光が、封止体１７の頭部２２のニッケル層２６には当たらないことで、レーザ光による熱でニッケル層２６が溶けて飛び散るスパッタの発生を防止することができ、スパッタの発生に伴うピンホール等の溶接不良の発生を確実に防止することができる。

（第２実施形態） 次に、本発明の第２実施形態に係る密閉型電池を図５および図６を用いて説明する。第２実施形態では、廻り止め手段３０が、蓋３の上面に設けてあって封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの前後縁にそれぞれ当接して、封止体１７の頭部２２を挟み込む前後一対の挟持突起３７・３７を含んでいる。つまり、この廻り止め手段３０は、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの前後縁と、蓋３の挟持突起３７・３７とで構成される。前後の挟持突起３７・３７は、封止体１７の頭部２２の右端寄りの位置に配置される。その他の点は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

第２実施形態では、振動等で封止体１７が係合部２３を軸に回転しようとしても、挟持突起３７・３７が封止体１７の頭部２２の前後縁に当接していることで前記回転が阻止されて、封止体１７の頭部２２が適正な姿勢（図５の姿勢）からずれることが防止される。

レーザ溶接の際には、レーザ光が挟持突起３７・３７にも照射されて、挟持突起３７・３７が溶融する。これにて、挟持突起３７・３７が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａと電池ケース６の注液孔１６の周縁部との溶接部に溶け込んで、その形跡をほぼ残さないことになる。これによって挟持突起３７・３７が、封止体１７の頭部２２に外部リード３４を接合する際の邪魔になること等を防止できる。前後の挟持突起３７・３７は、封止体１７の頭部２２の左右の端寄りの位置に配置されることが好ましいが、注液孔１６の前後に配置してもよい。

（第３実施形態） 次に、本発明の第３実施形態に係る密閉型電池を図７を用いて説明する。第３実施形態では、廻り止め手段３０が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの一端（図７では右側）に切り欠き状に設けた凹入部３９と、蓋３の上面に設けてあって前記凹入部３９に嵌まり込む係合突起４０とで構成される。つまり、この廻り止め手段３０は、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの凹入部３９と、蓋３の係合突起４０とで構成される。その他の点は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

第３実施形態では、蓋３の係合突起４０が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの凹入部３９に嵌まり込んで、凹入部３９の内面を構成する封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａに当接するので、振動等で封止体１７が係合部２３を軸に回転しようとしても、その回転が阻止されて、封止体１７の頭部２２が適正な姿勢（図７の姿勢）からずれることが防止される。レーザ溶接の際には、レーザ光が係合突起４０にも照射されて係合突起４０が溶融する。これにて、係合突起４０が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａと電池ケース６の注液孔１６の周縁部との溶接部に溶け込んで、その形跡をほぼ残さないことになり、係合突起４０が、封止体１７の頭部２２に外部リード３４を接合する際の邪魔になること等を防止できる。

（第４実施形態） 次に、本発明の第４実施形態に係る密閉型電池を図８を用いて説明する。第４実施形態では、廻り止め手段３０が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａの一端（図８では右側）から外方へ突出するように設けられた膨出部４２と、蓋３の上面に設けてあって封止体１７の膨出部４２の前後縁にそれぞれ当接して、膨出部４２を挟み込む前後一対の挟持突起４３・４３とで構成される。つまり、この廻り止め手段３０は、封止体１７の頭部２２の膨出部４２と、蓋３の挟持突起４３・４３とで構成される。その他の点は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

第４実施形態では、振動等で封止体１７が係合部２３を軸に回転しようとしても、蓋３の挟持突起４３・４３が封止体１７の頭部２２の膨出部４２に当接していることで前記回転が阻止されて、封止体１７の頭部２２が適正な姿勢（図８の姿勢）からずれることが防止される。レーザ溶接の際には、レーザ光によって挟持突起４３・４３および膨出部４２が溶融する。これにて、挟持突起４３・４３および膨出部４２が、封止体１７の頭部２２の外周縁部２５ａと電池ケース６の注液孔１６の周縁部との溶接部に溶け込んで、その形跡をほぼ残さないことになり、挟持突起４３・４３および膨出部４２が、封止体１７の頭部２２に外部リード３４を接合する際の邪魔になること等を防止できる。

封止体１７の係合部２３は、合成ゴム等であってもよい。この場合、係合部２３は、頭部２２の下面２２ａに接着剤等で固定されることになる。係合部２３は、注液孔１６に対して遊びを有する状態で係合されてもよい。注液孔１６および封止体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および封止体１７は、電池缶１の底面や側面に設けてもよい。

封止体１７の頭部２２の下面２２ａに係合凹部３２を設け、蓋３に係合突起３１を設けてもよい。係合突起３１および係合凹部３２を複数箇所に設けてもよい。封止体１７の頭部２２と挟持突起３７・３７との間、凹入部３９と係合突起４０との間および膨出部４２と挟持突起４３・４３との間に遊びを有してもよい。

封止体１７は、ニッケル層２６に代えてステンレス鋼やステンレス合金等からなる金属層で形成してもよい。電池缶１や蓋３は、少なくとも表面側がアルミニウムやアルミニウム合金の層で形成されるクラッド材で作製してもよい。

本発明に係る密閉型電池の第１実施形態の縦断正面図である。 第１実施形態の密閉型電池の分解斜視図である。 第１実施形態の密閉型電池の要部の平面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る密閉型電池の第２実施形態の要部の平面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る密閉型電池の第３実施形態の要部の平面図である。 本発明に係る密閉型電池の第４実施形態の要部の平面図である。

符号の説明

６ 電池ケース
１６ 注液孔
１７ 封止体
２２ 頭部
２２ａ 下面
２３ 係合部
２５ アルミニウム層
２５ａ 外周縁部
２６ ニッケル層
２６ａ 外周縁
３０ 廻り止め手段
３１ 係合突起
３２ 係合凹部
３４ 外部リード
３７ 挟持突起
４０ 係合突起
４３ 挟持突起

Claims (4)

1. 電池ケースに開設された電解液注入用の円形の注液孔を封止する封止体を有する密閉型電池であって、
   前記封止体が、電池ケースの表面に沿って所定方向に伸びて外部リードが接合される平板状の頭部と、該頭部の下面から下向きに突出して前記注液孔に係合する円柱状の係合部とを有しており、前記封止体の係合部を前記注液孔に係合したのちに、前記封止体の頭部を前記電池ケースに接合することで、前記注液孔が封止されており、
   前記封止体の頭部および前記電池ケースには、前記封止体が前記係合部を軸に回転することを阻止する廻り止め手段が設けられていることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記廻り止め手段が、前記封止体の頭部の下面又は前記電池ケースに設けた係合突起と、該係合突起に対応して前記電池ケース又は前記封止体の頭部の下面に設けてあって、前記係合突起が嵌め込まれる係合凹部とからなる請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記封止体の頭部の外周縁部が、前記電池ケースの前記注液孔の周縁部にレーザ溶接されることで、前記封止体の頭部が前記電池ケースに接合されるようになっており、
   前記廻り止め手段が、前記電池ケースに設けてあって前記封止体の頭部の外周縁部に当接する突起を含み、該突起を用いて前記封止体が前記係合部を軸に回転することを阻止しており、
   前記レーザ溶接の際に前記突起が溶融する請求項１記載の密閉型電池。
4. 前記電池ケースは、少なくとも表面側がアルミニウムやアルミニウム合金で形成されており、
   前記封止体の頭部は、前記電池ケース側に配置された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と、該アルミニウム層上に配置されてアルミニウムとは異なる金属又は金属合金で形成された異種金属層とからなり、
   前記アルミニウム層は前記異種金属層よりも大形に形成されていて、該アルミニウム層の外周縁部が前記異種金属層の外周縁よりも外側に張り出しており、
   前記封止体は、前記レーザ溶接法によって前記アルミニウム層の外周縁部が前記電池ケースに接合される請求項１ないし３のいずれかに記載の密閉型電池。

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