JP2018060616A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】注液栓溶接の歩留まり改善の効果を得る密閉型電池を提供する。【解決手段】蓋６に設けられた注入口９は、電池内に電解液を注入する貫通穴と、その周囲には注液栓との嵌合の為の凹部を有している。注液栓１１は、第１の溶接部位の最外形よりも内側に第２の溶接部位の凹部を有している。注液栓１１の第１の溶接部位若しくは、第２の溶接部位を溶接し注液栓で注入口を封止する。その際にスパッタなどにより溶接不良が生じた場合のみ、第１の溶接部位若しくは、第２の溶接部位で最初に使用していない部位を使って注液栓と注入口を溶接することで、溶接不良により密閉型電池を廃棄することなく、歩留の改善の効果を得ることが出来る。【選択図】図３

Description

本発明は、電池容器の注液口を注液栓で塞いで密閉する密閉型電池に関する。

従来、例えば、電気自動車や据置型電力供給装置などの電源として用いられる大電流充放電用途の密閉型電池では、正負極がセパレータを介して配置された電極群が電解液に浸潤されて電池容器に収容されている。このような電極群には、正負極をセパレータを介して捲回した捲回式電極群や、正負極をセパレータを介して積層した積層式電極群が広く知られている。また、電解液には、鉛電池等で用いられる水系電解液のほか、リチウムイオン二次電池等で用いられている非水系電解液が知られている。

電池容器には、一般に、電解液を注入するための注液口が形成されており、密閉型電池は、電解液の注液後、注液口が封止栓で封止された密閉構造が採られている。このような密閉構造を採る電池として、注液栓をレーザ溶接により電池容器に溶接して注液口を封止した密閉型電池（例えば、特許文献１参照）が開示されている。

特開２０１５−２１９９６２号公報

しかしながら、特許文献１の記載にもあるように、密閉型電池においては、電池容器を密閉する必要があるが、注液口を塞いだ注液栓を電池容器に溶接する際、注液口に付着した電解液によって溶接不良が生じ、電池容器の密閉が不完全となるおそれがある。

本発明は、上記事案に鑑み、注液栓を電池容器にレーザ溶接する際の歩留まりを改善する密閉型電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の密閉型電池は、注液口を有する電池容器と、前記注液口を塞いだ状態で前記電池容器に溶接された注液栓とを備えた密閉型電池であって、前記注液栓には、複数の環状溶接部位が同心上に配設されており、該複数の環状溶接部位の少なくとも一つが前記電池容器に溶接されていることを特徴とする。

本発明によれば、封止栓をレーザ溶接する際の歩留まりを改善することができる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

角形二次電池の外観斜視図。 角形二次電池の分解斜視図。 実施例１における注液栓の溶接後の状態を示す平面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 図４の分解図。 実施例２における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図。 図６の分解図。 実施例３における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図。 図８の分解図。 実施例４における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図。 図１０の分解図。 注液栓の溶接方法を説明するフローチャート。

本発明は、密閉型電池に係り、特に、正極と負極が間にセパレータを介して積層配置された電極群および電解液を収容する電池容器と、電池容器に形成され電解液を注液するための注液口と、注液口を塞いで電池容器に溶接される注液栓とを備えた密閉型電池に関する。
次に、本発明の密閉型電池の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、密閉型電池の例として角形二次電池について説明するが、本発明は、かかる実施の形態の構成に限定されるものではない。

［実施例１］
図１は、角形二次電池の外観斜視図である。図１に示す二次電池は、電池容器を構成する電池缶１および蓋６を備える。電池缶１内には発電体３（図２）が収納され、電池缶１は蓋６によって封止される。蓋６は電池缶１に溶接されて電池容器が構成される。蓋６には、正極外部端子１３と、負極外部端子１２とが設けられている。発電体３から正極集電板８と正極外部端子１３、及び、負極集電板４と負極外部端子１２を介して外部負荷に電力が供給される。また、外部で発電された電力は正極外部端子１３と正極集電板８、及び、負極外部端子１２と負極集電板４を介して発電体３に充電される。

蓋６にはガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、二次電池の安全性が確保される。

図２は、角形二次電池の分解斜視図である。図２を参照して、二次電池の電池缶１内に収容される電池の構成を説明する。

二次電池の電池缶１内には、絶縁シート２を介して発電体３が収容されている。発電体３は、セパレータを介して正負極体を扁平形状に捲回した電極群であり、捲回軸方向の両端面側には、正極合剤および負極合剤が塗布されていない電極泊露出面（不図示）が設けられている。発電体３の電極泊露出面である正極接続部と負極接続部には、それぞれ正極集電板８と負極集電板４の一端が接続されている。正極集電板８と負極集電板４の他端は正極外部端子１３と負極外部端子１２にそれぞれカシメと溶接により接続されている。正極集電板８と負極集電板４、及び、正極外部端子１３と負極外部端子１２とを、蓋６から電気的に絶縁するため、ガスケット５および絶縁部材７が蓋６に設けられている。

蓋６には、電池缶１内に電解液を注入する注液口９が設けられている。注液口９は、電池容器内に電解液を注入した後に、注液栓１１によって封止される。

次に、図３から図５を参照して、注液栓１１の注液口９への溶接構造について説明する。図３は、実施例１における注液栓の溶接後の状態を示す平面図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図、図５は、図４の分解図である。

注液口９は、電池缶１内に電解液を注入するための貫通穴と、その貫通穴の周囲に注液栓１１との嵌合の為の凹部を有している。貫通穴は、電池容器の内部と外部との間を連通する円形の穴部９ａにより形成されている。そして、凹部９ｂは、電池容器の外側に露出するように、穴部９ａを拡径することによって形成されている。穴部９ａは、一定の内径を有する内周面を有している。凹部９ｂは、蓋６の表面と平行な平坦状の底面と、穴部９ａよりも径の大きい内周面９ｃを有している。

注液栓１１は、注液口９の穴部９ａを閉塞する閉塞部１１ａと、閉塞部１１ａから拡径されて注液口９の凹部９ｂに嵌入される嵌入部１１ｂとを有している。閉塞部１１ａは、注液口９の穴部９ａに嵌入される直径の円筒形状を有し、嵌入部１１ｂは、閉塞部１１ａの端部から径方向に広がり注液口９の凹部９ｂに嵌入される直径のフランジ形状を有しており、注液栓１１は、円筒形状の閉塞部１１ａとフランジ形状の嵌入部１１ｂとからなる断面ハット形状を有している。

注液栓１１の閉塞部１１ａは、蓋６を貫通して電池容器の内部に突出して、注液口９の穴部９ａの内周面に閉塞部１１ａの外周面が対向している。そして、注液栓１１の嵌入部１１ｂは、注液口９の凹部９ｂの底面に嵌入部１１ｂの下面が対向し、かつ、注液口９の凹部９ｂの内周面９ｃに嵌入部１１ｂの外周面が対向している。嵌入部１１ｂの上面は、蓋６の上面と面一になっている。

注液栓１１は、複数の環状溶接部位が同心上に配設されており、複数の環状溶接部位の少なくとも一つが電池容器に溶接されている。複数の環状溶接部位は、多重に配設されていれば良く、必ずしも同心上に配置されている必要はない。

本実施例では、図３及び図４に示すように、第１の環状溶接部位と、第１の環状溶接部位よりも内側（注液栓１１の径方向中心側）に配置された第２の環状溶接部位とを有している。そして、図３及び図４には、第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位の両方が電池容器の蓋６に溶接された状態が示されている。

第１の環状溶接部位は、嵌入部１１ｂの外縁に配設され、第２の環状溶接部位は、嵌入部１１ｂでかつ嵌入部１１ｂの外縁よりも閉塞部１１ａ寄りの位置に配設されている。第２の環状溶接部位は、嵌入部１１ｂに凹設された凹溝１１ｃを有する。凹溝１１ｃは、第２の環状溶接部位に沿って設けられている。

第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位は、レーザ溶接によって溶接されており、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２が形成されている。第１の溶接部２１と第２の溶接部２２は、電池容器の外側から、すなわち、蓋６の上方からレーザを照射することによって形成される。

第１の溶接部２１は、第１の環状溶接部位である注液栓１１の嵌入部１１ｂの外周面と注液口９の凹部９ｂの内周面９ｃとの境界部分にレーザを照射した突き合わせ溶接により形成されたものであり、第２の溶接部２２は、第２の環状溶接部位である注液栓１１の嵌入部１１ｂの凹溝１１ｃにレーザを照射して注液栓１１を厚さ方向に貫通するように溶融させた貫通溶接により形成されたものである。第１の溶接部２１は、図３に示すように、第１の環状溶接部位に沿って全周に亘って連続して設けられており、閉曲線を形成する。そして、第２の溶接部２２も、同様に図３に示すように、第２の環状溶接部位（凹溝１１ｃ）に沿って全周に亘って連続して設けられており、閉曲線を形成する。

注液栓１１は、第１の環状溶接部位の最外形よりも内側に第２の環状溶接部位の凹溝１１ｃを有している。そして、その凹溝１１ｃの底厚は、注液栓１１を溶接したときに溶融した金属の表面張力による溶融部位の溶断を防止する上で0.1ｍｍ以上であることが望ましい。

次に、注液栓１１の溶接方法について説明する。図１２は、注液栓の溶接方法を説明するフローチャートである。

まず、第１の溶接工程Ｓ１０１では、注液栓１１の第１の環状溶接部位、又は、第２の環状溶接部位のいずれか一方を蓋６に溶接して、注液栓１１により注液口９を封止する（１回目の溶接）。そして、密閉検査工程Ｓ１０２で、注液栓１１により注液口９が密閉されているか否かの検査が行われる。例えば、スパッタ等により溶接不良が生じていた場合には、検査ＮＧの判定がなされる。密閉性の検査は、公知の方法により行われる。例えば、リークチェック装置のチャンバー内に、第１の環状溶接部位を溶接した角形二次電池を配置し、ガスを充填して加圧し、チャンバー内の圧力が安定しない場合に、電池容器は密閉されていない、と判断する。

密閉検査工程Ｓ１０２で検査ＮＧと判定された場合は、第２の溶接工程Ｓ１０３に移行する。そして、第２の溶接工程Ｓ１０３において、第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位のうち、１回目の溶接で使用していない方の環状溶接部位を電池容器に溶接する（２回目の溶接）。

したがって、１回目の溶接で溶接不良が生じていたとしても、２回目の溶接で密閉性を確保することができる。従来は、注液栓１１の溶接不良が生じていた場合には廃棄するしかなく、無駄が多かったが、本実施例によれば、２回目の溶接で密閉性を確保することにより製品として使用することができ、無駄をなくすことができる。したがって、溶接不良の歩留まりの改善の効果を得ることができる。

本実施例では、溶接する順番として、第１の環状溶接部位を第２の環状溶接部位よりも先に溶接している。第２の環状溶接部位は、第１の環状溶接部位よりも電池容器の内部に近く、電解液が付着しやすい。したがって、電解液が付着していた場合に、第２の環状溶接部位を先に溶接すると、溶接不良が発生するおそれがある。

一方、第１の環状溶接部位は、第２の環状溶接部位と比較すると電解液が付着しにくく、第２の環状溶接部位を先に溶接する場合よりも溶接不良が発生する確率が低い。また、電解液が付着していた場合に、第１の環状溶接部位を先に溶接すると、第１の環状溶接部位を溶接したときに生じる溶接熱を用いて、電解液を蒸発させることができる。したがって、次に第２の環状溶接部位を溶接するときには、電解液が付着しておらず、溶接不良の発生確率をさらに低くすることができる。

本実施例によれば、１回目の溶接で溶接不良が生じた場合に、もう１つの環状溶接部位を使って注液栓を溶接することができるので、溶接不良により密閉型電池を廃棄するのを防ぐことができ、歩留まりの改善の効果を得ることが出来る。

また、本実施例では、第１の溶接工程Ｓ１０１において第１の環状溶接部位を突き合わせ溶接する。したがって、第２の環状溶接部位を貫通溶接する場合と比較して、より少ないエネルギで溶接することができ、省エネルギ化を図ることができる。また、貫通溶接部は、蓋６に穴をあけないように、レーザの精密なエネルギ制御が必要とされるが、突き合わせ溶接は、そのような精密な制御は必要とされず、制御が簡単である。

また、本実施例では、注液栓１１の閉塞部１１ａが、蓋６を貫通して電池容器の内部に突出しているので、電解液が注液口９まで這い上がりにくく、電解液が付着するのを積極的に防ぐことができる。
なお、上述の実施例では、第２の環状溶接部位に凹溝１１ｃが設けられている構成を例に説明したが、凹溝１１ｃは貫通溶接をより容易にするためのものであり、必須の構成ではない。したがって、第２の環状溶接部位に凹溝１１ｃを設けなくてもよい。

［実施例２］
図６は、実施例２における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図、図７は、図６の分解図である。なお、実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

注液栓４１は、注液口９の凹部に嵌入される円形の平板形状を有している。注液栓４１は、注液口９の穴部９ａを閉塞する閉塞部４１ａと、閉塞部４１ａから拡径されて注液口９の凹部９ｂに嵌入される嵌入部４１ｂとを有している。そして、注液栓４１の嵌入部４１ｂは、注液口９の凹部９ｂの底面に嵌入部４１ｂの下面が対向し、かつ、注液口９の凹部９ｂの内周面９ｃに嵌入部４１ｂの外周面が対向している。嵌入部４１ｂの上面は、蓋６の上面と面一になっている。

本実施例では、第１の環状溶接部位は、嵌入部４１ｂの外縁に配設され、第２の環状溶接部位は、嵌入部４１ｂでかつ嵌入部４１ｂの外縁よりも閉塞部４１ａ寄りの位置に配設されている。第２の環状溶接部位は、嵌入部１１ｂに凹設された凹溝４１ｃを有する。

そして、図６及び図７に示す例では、第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位の両方が電池容器の蓋６に溶接された状態が示されている。第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位は、レーザ溶接によって溶接されており、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２が形成されている。

本実施例によれば、実施例１と比較して形状が簡単であり、安価に製造できる。また、実施例１では、嵌入部１１ｂの外周面と、閉塞部１１ａの外周面の２箇所について寸法精度が要求されるが、本実施例では、嵌入部４１ｂの外周面の１箇所についての寸法精度のみでよく、注液栓４１の製造が容易である。

［実施例３］
図８は、実施例３における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図、図９は、図８の分解図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

注液栓５１は、円形の平板形状を有しており、その円形の外縁に沿ってリング状に立ち上がるリブが設けられた構造を有する。注液栓５１は、注液口９の穴部９ａを閉塞する閉塞部５１ａと、閉塞部５１ａから拡径されて注液口９の凹部９ｂに嵌入される嵌入部５１ｂとを有している。嵌入部５１ｂの最外周部には、リング状に立ち上がるリブが設けられている。
注液栓５１の嵌入部５１ｂは、注液口９の凹部９ｂの底面に嵌入部５１ｂの下面が対向し、かつ、注液口９の凹部９ｂの内周面９ｃに嵌入部５１ｂの外周面が対向している。

本実施例では、第１の環状溶接部位は、嵌入部５１ｂの外縁に配設され、第２の環状溶接部位は、嵌入部５１ｂでかつ嵌入部５１ｂの外縁よりも閉塞部５１ａ寄りの位置に配設されている。第２の環状溶接部位は、嵌入部５１ｂに凹設された凹溝５１ｃを有する。

そして、図８及び図９に示す例では、第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位の両方が電池容器の蓋６に溶接された状態が示されている。第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位は、レーザ溶接によって溶接されており、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２が形成されている。

本実施例によれば、実施例２と比較して、注液栓５１の剛性を高くすることができ、また、注液栓５１が注液口９に確実に嵌入されたか否かが容易に判断できる。例えば、実施例２の場合、溶接の熱により注液栓４１が変形して、注液口９から浮き上がるおそれがある。これに対して、本実施例では、注液栓５１の剛性が高く、注液栓５１を注液口９に軽圧入することにより、注液栓５１の変形を防ぎ、注液口９からの浮き上がりを防止することができる。また、本実施例では、注液栓５１を形成する板材の厚さを実施例２よりも薄くすることができ、安価に製造することができる。

［実施例４］
図１０は、実施例４における注液栓の溶接後の状態を示す図４に対応する断面図、図１１は、図１０の分解図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、第２の環状溶接部位の内側に第３の環状溶接部位を配設したことである。第３の環状溶接部位は、嵌入部６１ｂでかつ第２の環状溶接部位よりも閉塞部６１ａ寄りの位置に配設されている。第３の環状溶接部位は、嵌入部６１ｂに凹設された凹溝６１ｄを有する。

そして、図１０及び図１１に示す例では、第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位と第３の環状溶接部位が電池容器の蓋６に溶接された状態が示されている。第１の環状溶接部位と第２の環状溶接部位と第３の環状溶接部位は、レーザ溶接によって溶接されており、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２と第３の溶接部位２３が形成されている。

本実施例では、第１の環状溶接部位を溶接して密閉性の検査を行う。そして、検査ＮＧと判定された場合に、第２の環状溶接部位を溶接して密閉性の検査を行う。そして、検査ＮＧと判定された場合に、第３の環状溶接部位を溶接する。したがって、１回目の密閉性の検査で検査ＯＫと判定された場合には、第１の溶接部２１のみが形成された状態となっている。そして、２回目の密閉性の検査で検査ＯＫと判定された場合には、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２が形成された状態となっている。

本実施例によれば、１回目の溶接と２回目の溶接の両方で溶接不良が生じていたとしても、３回目の溶接で密閉性を確保することができる。したがって、溶接不良により密閉型電池を廃棄するのを防ぐことができ、歩留まりの改善の効果を得ることが出来る。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 電池缶
２ 絶縁シート
３ 捲回群（発電体）
４ 負極集電板
５ ガスケット
６ 蓋
７ 絶縁部材
８ 正極集電板
９ 注液口
１０ ガス排出弁
１１ 注液栓
１２ 負極外部端子
１３ 正極外部端子
２１ 第１の溶接部
２２ 第２の溶接部
４１ 注液栓（フラット形状）
５１ 注液栓（リング状リブ付）

Claims (10)

1. 注液口を有する電池容器と、前記注液口を塞いだ状態で前記電池容器に溶接された注液栓とを備えた密閉型電池であって、
   前記注液栓には、複数の環状溶接部位が同心上に配設されており、
   該複数の環状溶接部位の少なくとも一つが前記電池容器に溶接されていることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記複数の環状溶接部位は、第１の環状溶接部位と、該第１の環状溶接部位よりも内側に配置された第２の環状溶接部位とを有し、
   前記第１の環状溶接部位と前記第２の環状溶接部位のうち、少なくとも前記第１の環状溶接部位が前記電池容器に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記注液口は、前記電池容器の内部と外部との間を連通する円形の穴部と、該穴部を拡径した凹部とを有し、
   前記注液栓は、前記穴部を閉塞する閉塞部と、該閉塞部から拡径されて前記凹部に嵌入される嵌入部とを有し、
   前記第１の環状溶接部位は、前記嵌入部の外縁に配設され、
   前記第２の環状溶接部位は、前記嵌入部でかつ該嵌入部の外縁よりも前記閉塞部寄りの位置に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
4. 前記第２の環状溶接部位は、前記嵌入部に凹設された凹溝を有することを特徴とする請求項３に記載の密閉型電池。
5. 前記注液栓は、円筒形状の前記閉塞部とフランジ形状の前記嵌入部とからなる断面ハット形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の密閉型電池。
6. 前記注液栓は、前記凹部に嵌入される円形の平板形状を有することを特徴とする請求項３に記載の密閉型電池。
7. 前記注液栓は、前記凹部に嵌入される円形の平板形状を有しており、該円形の外縁に沿ってリング状に立ち上がるリブが設けられた構造を有することを特徴とする請求項３に記載の密閉型電池。
8. 前記複数の環状溶接部位は、第１の環状溶接部位と、該第１の環状溶接部位よりも内側に配置された第２の環状溶接部位と、該第２の環状溶接部位よりも内側に配置された第３の環状溶接部位とを有し、
   前記第１の環状溶接部位のみが前記電池容器に溶接され、あるいは、前記第１の環状溶接部位と前記第２の環状溶接部位が前記電池容器に溶接され、あるいは、前記第１の環状溶接部位と前記第２の環状溶接部位と前記第３の環状溶接部位が前記電池容器に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
9. 前記注液口は、前記電池容器の内部と外部との間を貫通する円形の穴部と、該穴部を拡径した凹部とを有し、
   前記注液栓は、前記穴部を閉塞する閉塞部と、該閉塞部から拡径されて前記凹部に嵌入される嵌入部とを有し、
   前記第１の環状溶接部位は、前記嵌入部の外縁に配設され、
   前記第２の環状溶接部位は、前記嵌入部でかつ該嵌入部の外縁よりも前記閉塞部寄りの位置に配設され、
   前記第３の環状溶接部位は、前記嵌入部でかつ前記第２の環状溶接部位よりも前記閉塞部寄りの位置に配設されていることを特徴とする請求項８に記載の密閉型電池。
10. 電池容器の注液口を注液栓で塞いで該注液栓を前記電池容器に溶接する溶接方法であって、
    前記注液栓には、複数の環状溶接部位が同心上に配設されており、
    前記複数の環状溶接部位のいずれか一つを前記電池容器に溶接する第１の溶接工程と、
    前記電池容器が密閉されているか否かを検査する密閉検査工程と、
    前記電池容器が密閉されていないと判断された場合に、前記複数の環状溶接部位のうちの他の一つを前記電池容器に溶接する第２の溶接工程と、を含むことを特徴とする注液栓の溶接方法。

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