JP2013171693A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接速度を遅くすることなく、封止キャップと蓋体とのレーザ溶接による接合部の溶接品質を向上できる密閉型電池を提供する。
【解決手段】電池ケース３０の蓋体２０に嵌合することにより、蓋体２０に形成される電解液注入口２３を封止する封止キャップ１０を備え、蓋体２０に嵌合された封止キャップ１０と電解液注入口２３との間には空間Ｓが形成され、封止キャップ１０の周縁部が蓋体２０にレーザ溶接によって接合されるリチウムイオン二次電池５０であって、蓋体２０に嵌合された封止キャップ１０の周縁部の接合面１１及び蓋体２０の接合面２１は、それぞれ封止キャップ１０の周縁部の接合面１１と蓋体２０の接合面２１との間隙Ｇが下方に向かうほど大きくなるように形成され、封止キャップ１０の底部には、間隙Ｇと空間Ｓとを連通する溝１２が形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、密閉型電池の封止キャップの封止構成の技術に関する。

密閉型電池とは、電解液を電池ケースに封入したものであって、例えばリチウムイオン二次電池等が良く知られている。電池ケースには、電解液を注入するための電解液注入口が形成されている。電解液注入口は、製造工程において、電解液を注入した後に塞がれるものである。

例えば、特許文献１は、電解液注入口を塞ぐ構成として、電解液注入口に封止キャップを被せ、封止キャップの周縁部を蓋体にレーザ溶接によって接合する構成を開示している。以下、特許文献１に開示される封止キャップを従来の封止キャップとする。

図５を用いて、従来の封止キャップ１１０による電解液注入口１２３の封止構成について説明する。
なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、封止キャップ１１０による電解液注入口１２３の封止構成を正面断面図にて表している。

封止キャップ１１０は、蓋体１２０にレーザ溶接によって接合されるものである。封止キャップ１１０は、中央に凸部が形成される円盤形状に形成されている。蓋体１２０には、キャップ溝１２２と、電解液注入口１２３と、が形成されている。

電解液注入口１２３の封止構成としては、封止キャップ１１０がキャップ溝１２２に嵌合した状態において、封止キャップ１１０の周縁部の端面（以下、接合面１１１）と、蓋体１２０のキャップ溝１２２の外周部の端面（以下、接合面１２１）とがレーザ溶接によって接合される。

ここで、封止キャップ１１０の外径寸法は、封止キャップ１１０及び蓋体１２０の製作時の寸法公差を考慮して、キャップ溝１２２の外径寸法よりも若干小さいものとして形成される。そのため、封止キャップ１１０がキャップ溝１２２に嵌合したときには、封止キャップ１１０の接合面１１１とキャップ溝１２２の接合面１２１の間に大きく隙間が空く状態（図５（Ａ）に示す状態）と、封止キャップ１１０の接合面１１１とキャップ溝１２２の接合面１２１とが密着する状態（図５（Ｂ）に示す状態）と、が想定される。

図５（Ａ）に示すように、封止キャップ１１０の接合面１１１とキャップ溝１２２の接合面１２１との間に大きく隙間が空く状態では、レーザがこの隙間を通過して蓋体１２０のキャップ溝１２２に直接照射され、レーザが蓋体１２０におけるキャップ溝１２２の底面に直接的に熱が入って過熱状態となって、穴あきの原因となる。

図５（Ｂ）に示すように、封止キャップ１１０の接合面１１１とキャップ溝１２２の接合面１２１とが密着する状態では、溶接ビードの終端近くでは、封止キャップ１１０の接合面１１１とキャップ溝１２２の接合面１２１とが密着した下方にガス溜まりが残り、溜まったガスが溶接終了時に外側へ噴出し溶接欠陥となる。

上述した溶接欠陥を防止するためには、溶接時に溶接出力を低く抑え、溶接速度を遅くすることによって対応せざるを得ない。しかし、溶接出力を低く抑え、溶接速度を遅くすることによって、加工時間が長くなり、生産効率が低減する。

そこで、リチウムイオン二次電池等の密閉型電池では、封止キャップの封止構成として、溶接速度を遅くすることなく、封止キャップと蓋体とのレーザ溶接による接合部の溶接欠陥を低減することが求められている。

特開２００９−２５９７０１号公報

本発明の解決しようとする課題は、溶接速度を遅くすることなく、封止キャップと蓋体とのレーザ溶接による接合部の溶接品質を向上できる密閉型電池を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、電池ケースの蓋体に嵌合することにより、前記蓋体に形成される電解液注入口を封止する封止キャップを備え、前記蓋体に嵌合された前記封止キャップと前記電解液注入口との間に空間が形成され、前記封止キャップの周縁部が前記蓋体にレーザ溶接によって接合される密閉型電池であって、前記蓋体に嵌合された前記封止キャップの周縁部の接合面及び前記蓋体の接合面は、それぞれ前記封止キャップの周縁部の接合面と前記蓋体の接合面との間隙が下方に向かうほど大きくなるように形成され、前記封止キャップの底部には、前記封止キャップの周縁部の接合面と前記蓋体の接合面との間隙と、前記封止キャップと前記電解液注入口との間の空間とを連通する溝が形成されるものである。

請求項２においては、請求項１記載の密閉型電池であって、前記封止キャップの周縁部の接合面及び前記蓋体の接合面には、それぞれテーパー部が形成されるものである。

本発明の密閉型電池によれば、溶接速度を遅くすることなく、封止キャップと蓋体とのレーザ溶接による接合部の溶接品質を向上できる。

リチウムイオン二次電池の構成を示す平面図、正面図及び側面図。 封止キャップの構成を示す底面図及び側面断面図。 電解液注入口の周囲構成を示す正面断面図。 封止キャップの封止構成を示す正面断面図。 従来の封止キャップの封止構成を示す正面断面図。

図１を用いて、リチウムイオン二次電池５０の構成について説明する。
なお、図１（Ａ）ではリチウムイオン二次電池５０を平面視にて表し、図１（Ｂ）ではリチウムイオン二次電池５０を正面視にて表し、図１（Ｃ）ではリチウムイオン二次電池５０を側面視にて表している。

リチウムイオン二次電池５０は、本発明の密閉型電池に係る実施形態である。リチウムイオン二次電池５０は、電解液を電池ケース３０に封入した密閉型の構造をしている。リチウムイオン二次電池５０は、蓋体２０と、電池ケース３０と、を具備している。

電池ケース３０は、直方体形状の角型ケースに構成されている。電池ケース３０の内部には、扁平形状の捲回電極体（図示略）及び電解液が収容されている。蓋体２０は、電池ケース３０の上部に開口される開口部を塞ぐように、電池ケース３０の上部に設けられている。

蓋体２０は、正極端子５１と、負極端子５２と、電解液注入口２３と、封止キャップ１０と、を具備している。正極端子５１は、外部接続用の端子であって、蓋体２０の表面側に突出して設けられている。同様に、負極端子５２は、外部接続用の端子であって、蓋体２０の表面側に突出して設けられている。正極端子５１は、蓋体２０の長手方向における一端側に配置され、負極端子５２は、蓋体２０の長手方向における他端側に配置されている。

電解液注入口２３は、リチウムイオン二次電池５０の製造工程において、電池ケース３０内に電解液を注入するための孔である。電解液注入口２３は、蓋体２０における正極端子５１と負極端子５２との間の位置に形成されている。なお、電解液注入口２３の詳細な構成について、詳しくは後述する。

封止キャップ１０は、電解液注入口２３を封止するものである。封止キャップ１０は、電解液注入口２３の上方に設けられている。なお、封止キャップ１０の詳細な構成について、詳しくは後述する。

図２を用いて、封止キャップ１０の詳細な構成について説明する。
なお、図２（Ａ）では封止キャップ１０を底面視にて表し、図２（Ｂ）では封止キャップ１０を図２（Ａ）のＡＡ断面における断面視にて表している。また、図２（Ｂ）では、接合面１１の一部を拡大して表している。以下では、図２に示す、高さ方向及び径方向に従って説明する。

封止キャップ１０は、略円盤形状に構成されている。封止キャップ１０には、接合面１１と、溝１２と、凸部１３と、が形成されている。凸部１３は、封止キャップ１０の略中央部に上方に向かって凸となるように形成されている。封止キャップ１０の凸部１３よりも外周側の部分は底部を形成しており、溝１２は、封止キャップ１０の前記底部において、径方向に沿って放射状に複数本（本実施形態では８本）が形成されている。溝１２は、封止キャップ１０における凸部１３の内側と、前記底部の周縁部端面側（接合面１１側）とを連通している。

接合面１１は、封止キャップ１０における前記底部の周縁部端面であって、テーパー部１１Ａとストレート部１１Ｂとで形成されている。ストレート部１１Ｂは、接合面１１の上部に形成されている。ストレート部１１Ｂは、高さ方向において、接合面１１の全体長さの略１／５の長さにて形成されている。

テーパー部１１Ａは、接合面１１の中央部から下部に形成されており、ストレート部１１Ｂの下方に位置している。テーパー部１１Ａは、高さ方向において、接合面１１の全体長さの略４／５の長さにて形成されている。テーパー部１１Ａは、接合面１１の上下中央部（ストレート部１１Ｂの下端）から下方へいくに従って、外周側から内周側に向かうように傾斜して形成されている。テーパー部１１Ａは、鉛直方向から傾斜角度θ１だけ内周に向かって傾斜して形成されている。

図３を用いて、電解液注入口２３の周囲の構成について説明する。
なお、図３（Ａ）ではリチウムイオン二次電池５０を正面視にて表し、図３（Ｂ）では電解液注入口２３の周囲の構成を拡大して正面断面視にて表し、図３（Ｃ）ではさらに接合面２１を拡大して表している。以下では、図３に示す、高さ方向に従って説明する。

上述したように、電解液注入口２３は、リチウムイオン二次電池５０の製造工程において、電池ケース３０内に電解液を注入するための孔であって、蓋体２０の略中央部に形成されている。電解液注入口２３の上端には、電解液注入口２３を仮封止するための仮封止材２５が接合されており、電解液注入口２３の周囲には、キャップ溝２２と接合面２１とが形成されている。

仮封止材２５は、電解液注入口２３の上端部にて、電解液注入口２３を覆うように設けられている。本実施形態の仮封止材２５は、樹脂シートで形成されている。

キャップ溝２２は、蓋体２０の電解液注入口２３の周囲において、リング状に形成される溝である。キャップ溝２２の外径寸法は、キャップ溝２２及び封止キャップ１０の寸法公差を考慮して、封止キャップ１０の外径寸法よりも若干大きく形成されている。これにより、封止キャップ１０がキャップ溝２２に確実に嵌合可能となっている。

接合面２１は、蓋体２０におけるキャップ溝２２の外周側端面であって、テーパー部２１Ａとストレート部２１Ｂとで形成されている。ストレート部２１Ｂは、接合面２１の上部に形成されている。ストレート部２１Ｂは、高さ方向において、接合面１１の全体長さの略１／５の長さにて形成されている。

テーパー部２１Ａは、接合面２１の中央部から下部に形成されており、ストレート部２１Ｂの下方に位置している。テーパー部２１Ａは、高さ方向において、接合面１１の全体長さの略４／５の長さにて形成されている。テーパー部２１Ａは、接合面２１の上下中央部（ストレート部２１Ｂの下端）から下方へ向かうに従って、外周側から内周側に向かうように傾斜して形成されている。また、テーパー部２１Ａは、鉛直方向から傾斜角度θ２だけ内周に向かって傾斜して形成されている。

ここで、特記すべき事項として、傾斜角度θ２は、上述した傾斜角度θ１より十分小さいものとする。言い換えれば、上述した傾斜角度θ１は、傾斜角度θ２より十分大きい。

図４を用いて、封止キャップ１０による電解液注入口２３の封止構成について説明する。
なお、図４（Ａ）では封止キャップ１０による電解液注入口２３の封止構成を正面断面視にて表し、図４（Ｂ）では封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１とを拡大して表している。また、図４では、封止キャップ１０の周縁部が蓋体２０にレーザ溶接によって接合される前の状態を表している。

図４に示す封止キャップ１０による電解液注入口２３の封止構成は、封止キャップ１０が蓋体２０にレーザ溶接によって接合される前の状態の構成であって、封止キャップ１０が蓋体２０のキャップ溝２２に嵌合されている状態である。

封止キャップ１０は、蓋体２０のキャップ溝２２に嵌合される。このとき、封止キャップ１０には凸部１３が形成されているため、封止キャップ１０と電解液注入口２３との間には空間Ｓが形成される。

また、封止キャップ１０が蓋体２０のキャップ溝２２に嵌合されている状態では、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１とが対向しており、キャップ溝２２の外径寸法が封止キャップ１０の外径寸法よりも若干大きく形成されているため、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１との間には、間隙Ｇが形成される。

また、封止キャップ１０の接合面１１のテーパー部１１Ａの傾斜角度θ１がキャップ溝２２の接合面２１のテーパー部２１Ａの傾斜角度θ２よりも十分大きく形成されているため、テーパー部１１Ａとテーパー部２１Ａとの間の間隙Ｇは、下方に向かうほど、その隙間が大きくなるように形成される。

また、接合面１１におけるストレート部１１Ｂと接合面２１におけるストレート部２１Ｂとの間の間隙Ｇの直下方には、接合面２１のテーパー部２１Ａが位置している。

また、封止キャップ１０の溝１２は、封止キャップ１０の凸部１３の内側と周縁部端面側（接合面１１側）とを連通するものであるため、封止キャップ１０が蓋体２０のキャップ溝２２に嵌合されている状態では、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１との間隙Ｇと、封止キャップ１０の凸部１３の内側と電解液注入口２３との間に形成される空間Ｓとは、溝１２によって連通されることになる。

リチウムイオン二次電池５０の効果について説明する。
リチウムイオン二次電池５０によれば、封止キャップ１０と蓋体２０とのレーザ溶接による接合部の溶接欠陥を低減できる。

すなわち、封止キャップ１０が蓋体２０のキャップ溝２２に嵌合されるときに、封止キャップ１０がキャップ溝２２の中心から片寄って嵌合されて、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１との間に大きく隙間が空く状態となっても、蓋体２０の接合面２１にテーパー部２１Ａが形成されているため、接合面１１におけるストレート部１１Ｂと接合面２１におけるストレート部２１Ｂとの間の間隙Ｇの直下方に、接合面２１のテーパー部２１Ａが位置することとなる。

また、テーパー部２１Ａが形成されている部分の蓋体２０の厚みは、キャップ溝２２の底面が形成されている部分の蓋体２０の厚みよりも厚くなっているため、レーザがストレート部１１Ｂとストレート部２１Ｂとの間を通過して、キャップ溝２２の接合面２１であるテーパー部２１Ａに直接照射されても、レーザがキャップ溝２２の底面に直接的に照射された場合のように過熱状態となることがなく、穴あき発生を防止して溶接品質を安定させることができる。

また、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１との間隙Ｇと、封止キャップ１０と電解液注入口２３との間に形成される空間Ｓが溝１２によって連通されているため、溶接ビードの終端近くでは、封止キャップ１０の接合面１１とキャップ溝２２の接合面２１とが接合された部分の下方の間隙Ｇに存在するガスは、溝１２を通過して空間Ｓへ排出される。また、間隙Ｇは下方へいくに従って大きくなっているため、前記ガスは間隙Ｇ内を周方向へ拡散することが容易となる。これにより、溶接ビードの終端近くにおける間隙Ｇにガス溜まりが残ることがなく、溶接終了時に前記ガスが外側へ噴出し溶接欠陥となることを防止できる。

さらに、上述したような溶接欠陥を防止できるため、実際の溶接時には、溶接出力を低く抑え、溶接速度を遅くすることもなく、加工時間を短縮でき、生産効率が上昇する。つまり、溶接速度を遅くすることなく、封止キャップと蓋体とのレーザ溶接による接合部の溶接品質を向上することができる。

また、本実施形態の封止キャップ１０の接合面１１にテーパー部１１Ａを形成する加工は、従来の封止キャップ１１０（図４参照）を加工する際の金型に改良を加えるのみで加工できるため、製品自体のコストアップは発生しない。

同様に、本実施形態の蓋体２０のキャップ溝２２の接合面２１にテーパー部２１Ａを形成する加工は、従来の蓋体１２０（図４参照）を加工する際の金型に改良を加えるのみで加工できるため、製品自体のコストアップは発生しない。

１０ 封止キャップ
１１ 接合面
１２ 溝
２０ 蓋体
２１ 接合面
２２ キャップ溝
２３ 電解液注入口
３０ 電池ケース
５０ リチウムイオン二次電池
Ｇ 間隙
Ｓ 空間

Claims (2)

1. 電池ケースの蓋体に嵌合することにより、前記蓋体に形成される電解液注入口を封止する封止キャップを備え、前記蓋体に嵌合された前記封止キャップと前記電解液注入口との間に空間が形成され、前記封止キャップの周縁部が前記蓋体にレーザ溶接によって接合される密閉型電池であって、
   前記蓋体に嵌合された前記封止キャップの周縁部の接合面及び前記蓋体の接合面は、それぞれ前記封止キャップの周縁部の接合面と前記蓋体の接合面との間隙が下方に向かうほど大きくなるように形成され、
   前記封止キャップの底部には、前記封止キャップの周縁部の接合面と前記蓋体の接合面との間隙と、前記封止キャップと前記電解液注入口との間の空間とを連通する溝が形成される、
   密閉型電池。
2. 請求項１記載の密閉型電池であって、
   前記封止キャップの周縁部の接合面及び前記蓋体の接合面には、それぞれテーパー部が形成される、
   密閉型電池。

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