JP2019050081A - 密閉型電池および密閉型電池の製造方法 - Google Patents

密閉型電池および密閉型電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】接続板と遮断弁とが好適に接合されており、かつ、遮断弁を所望の圧力で安定して反転させることができる電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供する。【解決手段】ここで開示される密閉型電池１は、電池ケース５０と、集電端子１０と、外部露出端子２０と、電池ケース５０の内圧が所定の圧力を超えた際に集電端子１０から外部露出端子２０への導電経路を遮断する電流遮断機構Ｓとを備えている。かかる電流遮断機構Ｓは、通気孔１４が形成されている接続板１２と、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部４２とが形成されている遮断弁４０とを備えている。そして、この密閉型電池１では、接続板１２の接合領域１５と遮断弁４０の反転部４２の下面とが接触しており、接合領域１５と反転部４２との境界を覆うように溶射接合部４５が形成され、溶射接合部４５を介して遮断弁４０と接続板１２とが接合されている。【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池に関する。詳しくは、内圧上昇によって作動する電流遮断機構を備えた密閉型電池と、当該密閉型電池を製造する方法に関する。
リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。これらの二次電池は、例えば、密閉された電池ケース内に電極体と電解質とが収容された、いわゆる密閉型電池として構築される。かかる密閉型電池の電池ケースには、電池ケース内の電極体と他の二次電池やモーター等の外部機器とを電気的に接続する電極端子が設けられている。
この種の密閉型電池では、充電装置の故障等によって充電中に過剰な電流が電極体に流れ込む、いわゆる過充電が生じることがある。このような過充電が生じると、電池反応が急速に進行して電池ケース内で多量のガスが発生するため、内圧上昇で電池ケースが損傷するおそれがある。このような過充電の進行を未然に防止するため、密閉型電池には、電池ケースの内圧が上昇した際に電極体から電極端子に至る導電経路を遮断する機構（電流遮断機構）が設けられている。
電流遮断機構を備えた密閉型電池の一例として、図７に示すような密閉型電池１００が挙げられる。かかる密閉型電池１００は、電池ケース１５０内の電極体（図示省略）と電気的に接続される集電端子１１０と、該集電端子１１０と電気的に接続されると共に一部が電池ケース１５０の外部に露出する外部露出端子１２０とを備えている。そして、この密閉型電池１００では、集電端子１１０と外部露出端子１２０との間に電流遮断機構Ｓが配置されている。
この電流遮断機構Ｓは、集電端子１１０の上端に形成された接続板１１２と、接続板１１２の上に配置される板状の絶縁部材であるスペーサ１３０と、スペーサ１３０上に配置される板状の遮断弁１４０とを備えている。遮断弁１４０には、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部１４２が形成されており、この反転部１４２は、スペーサ１３０の開口部１３６を通って、接続板１１２の通気孔１１４周囲の領域（接合領域１１６）と接触している。
そして、図８に示すように、遮断弁１４０の反転部１４２と、接続板１１２の接合領域１１６とが接触している部分にはレーザーＬが照射される。これによって、溶融した遮断弁１４０と接続板１１２とが混ざり合って溶接接合部１４５が形成され、当該溶接接合部１４５を介して遮断弁１４０と接続板１１２とが接合される。
そして、上記構成の密閉型電池１００で過充電が生じると、電池ケース１５０の内圧上昇によって遮断弁１４０の反転部１４２が上方に反転し、破断溝１１８が形成されている箇所で接続板１１２が破断する。これによって、集電端子１１０と外部露出端子１２０との電気的な接続が切断されるため、過充電の進行を未然に防止することができる。
特許文献１には、このような構造の電流遮断機構を備えた密閉型電池の一例が開示されている。
特開２０１５−１４４０９５号公報
しかしながら、上記した電流遮断機構を備えた密閉型電池では、遮断弁１４０が反転する圧力（電流遮断機構Ｓの作動圧）が安定せず、適切なタイミングで導電経路を遮断することができなくなることがあった。
具体的には、上述の密閉型電池１００では、レーザーＬを照射している間に遮断弁１４０や接続板１１２が非常に高い温度（６００℃程度）まで加熱されることがある。そして、遮断弁１４０の反転部１４２は、反転圧を考慮して他の部分よりも薄く形成されている（厚み０．３ｍｍ程度）ため、レーザーＬ照射中の熱によって上方に反るように変形する熱歪みが生じることがあった。このような熱歪みが生じた反転部１４２では反転圧が大きく低下するため、設計時に意図した圧力よりも低い圧力で電流遮断機構が作動してしまう恐れがある。
また、レーザー出力などの諸条件の調整が非常に困難であり、出力が強すぎるとレーザーＬが接続板１１２と遮断弁１４０を貫通することがある。このような場合、形成後の溶接接合部１４５に貫通孔が形成され、当該貫通孔から電池ケース１５０内のガスが抜ける恐れがある。この場合には、過充電が進行して十分な量のガスが発生しているにも関わらず、反転部１４２が反転しなくなるため、適切なタイミングで導電経路を遮断することができなくなる。
また、接続板１１２と遮断弁１４０との位置決めが適切に行われていない状態でレーザー溶接を行うと、溶接接合部１４５が適切に形成されず、接合領域１１６と反転部１４２との間に隙間（クリアランス）が生じる恐れがある。このような場合も、溶接接合部１４５が形成されていない隙間からガスが抜ける恐れがあるため、適切なタイミングで導電経路を遮断することができなくなる。
本発明は、上記した課題を解決するべく創出されたものであり、接続板と遮断弁とが好適に接合されており、かつ、遮断弁を所望の圧力で安定して反転させることができる電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供することを目的とする。
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池が提供される。
ここで開示される密閉型電池は、電極体を収容する電池ケースと、電池ケースの内部で電極体と電気的に接続される集電端子と、電池ケースの内部で集電端子と電気的に接続されると共に、一部が電池ケースの外部に露出する外部露出端子と、集電端子から外部露出端子への導電経路に配置されており、電池ケースの内圧が所定の圧力を超えた際に導電経路を遮断する電流遮断機構とを備えている。
かかる密閉型電池の電流遮断機構は、集電端子の上端に形成された板状の導電性部材であって、中央部に通気孔が形成されている接続板と、外部露出端子と電気的に接続されていると共に、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部とが形成されている遮断弁とを備えている。
そして、ここで開示される密閉型電池では、接続板の通気孔の周縁部に形成された接合領域と、遮断弁の反転部の下面とが接触しており、接合領域と反転部との境界を覆うように溶射接合部が形成され、溶射接合部を介して遮断弁と接続板とが接合されている。
本発明者は、上述した種々の問題を解決するために、遮断弁と接続板との接合に、レーザー溶接とは異なる新たな技術を用いることを考えた。しかし、レーザー溶接以外の一般的な接合技術（抵抗接合、摩擦接合、圧着など）を用いた場合でも、遮断弁の歪み、破損、接合不良などの問題が発生する恐れがあった。
このことから、本発明者は、通常の接合では使用されないような技術を利用して、遮断弁と接続板とを接合することを検討した。そして、種々の実験と検討を行った結果、遮断弁と接続板との接合を行うに際して、溶融させた金属材料を放出し、当該金属材料を対象に付着させる溶射技術を利用することに思い至った。
具体的には、ここで開示される密閉型電池において用いられる溶射技術は、物体表面に被膜を形成するために使用される技術であって、形成される被膜の強度が低いため、一般的な金属部材同士の接合には用いられていなかった。
しかし、本発明者は、密閉型電池の電流遮断機構では、遮断弁の反転部が反転するまで遮断弁と接続板との接合が維持されていれば良いため、レーザー溶接のような遮断弁と接続板とを一体化する強固な接合を行う必要はないと考えた。
そして、かかる知見に基づいて種々の実験と検討を行った結果、密閉型電池の遮断弁と接続板とを接合する際に、溶融した金属材料を付着させる溶射技術を利用できることを見出した。そして、かかる溶射技術を用いた場合は、レーザー溶接と比較して非常に低い温度（２００℃以下）で遮断弁と接続板とを接合することができるため、遮断弁の熱歪みや貫通孔の形成などの種々の問題を好適に防止できることが分かった。
ここで開示される密閉型電池は、上記の知見に基づいてなされたものであり、遮断弁と接続板との境界を覆うような溶射接合部が形成されており、当該溶射接合部を介して遮断弁と接続板とが接合されている。
かかる溶射接合部は、レーザー溶接で遮断弁と接続板とを一体化させた溶接接合部（図８の符号１４５参照）とは異なり、遮断弁と接続板とを覆うように金属材料を溶射することによって形成される。上述の通り、このような溶射接合部は、レーザー溶接で形成される溶接接合部に比べて非常に低温で形成することができるため、熱歪みによって遮断弁の反転圧が低下することを好適に防止できる。また、レーザー溶接とは異なり、遮断弁や接続板を熱で溶融させる技術ではないため、接合部分に貫通孔が形成されることもない。さらに、溶射接合部は、金属材料を付着させることで形成されるため、遮断弁と接続板との位置決めが適切に行われていない状態で接合を行ったとしても、遮断弁と接続板との間の隙間を埋めることができる。
以上のように、ここで開示される密閉型電池によれば、レーザー溶接によって生じていた種々の問題が発生することを好適に防止することができるため、接続板と遮断弁とを好適に接合し、遮断弁を所望の圧力で安定して反転させることができる。
ここで開示される密閉型電池の好ましい一態様では、接続板の接合領域が、通気孔に向かってテーパー状に厚みが薄くなるように形成されている。
このように、テーパー状の接合領域を形成することによって、接続板と溶射接合部の接触面積を十分に確保し、溶射接合部を接続板に好適に接着させることができる。これによって、より強固に反転部と接続板とを接合することができる。
また、ここで開示される密閉型電池の好ましい他の一態様では、テーパー状に形成された接合領域の先端の角度が２０°〜４０°である。
上述の態様のように、接続板の接合領域をテーパー状にする場合には、かかる接合領域の先端の角度を適切に調整すると好ましい。例えば、テーパー状の接合領域の先端の角度を小さくし過ぎると、接合領域の先端の強度が低下して破損する恐れがある。一方、角度を大きくし過ぎると、接続板と溶射接合部との接触面積が小さくなる恐れがある。このことを考慮すると、接合領域の先端の角度は２０°〜４０°であると好ましく、例えば３０°程度に設定するとより好ましい。
また、ここで開示される密閉型電池の好ましい他の一態様では、溶射接合部が、接続板と遮断弁と同種の金属材料によって構成されている。
これによって、溶射された金属材料を接合領域と反転部に好適に付着させることができるため、反転部と接続板とを好適な強度で接合することができる。
また、ここで開示される密閉型電池の好ましい他の一態様では、溶射接合部がアルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されている。
上記したように、溶射接合部は、接続板と遮断弁と同種の金属材料によって構成されていると好ましい。例えば、密閉型電池の正極側では、電極体から電極端子への導電経路にアルミニウム製の導電部材が好ましく用いられる。このため、正極側に設けられた接続板と遮断弁とを好適に接合するには、溶射接合部にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いると好ましい。
また、ここで開示される密閉型電池の好ましい他の一態様では、溶射接合部の厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。
溶射接合部の厚みが薄すぎると、接続板と遮断弁との接合強度が低下する恐れがある。一方、溶射接合部を厚くしすぎても、一定の厚みを超えた時点で効果が飽和するため、製造効率が低下するのみである。このことを考慮すると、溶射接合部の厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内（例えば、０．５ｍｍ）に設定すると好ましい。
なお、本明細書において「溶射接合部の厚み」とは、反転部の下面からの溶射接合部の厚み（図３中の符号Ｔ参照）を複数の測定点において測定し、当該複数の測定点における測定結果の中の最も大きな値（最大厚み）を指すものとする。
また、本発明の他の一態様として、以下の構成の密閉型電池の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）が提供される。
ここで開示される密閉型電池の製造方法は、電極体を収容する電池ケースと、電池ケースの内部で電極体と電気的に接続される集電端子と、電池ケースの内部で集電端子と電気的に接続されると共に、一部が電池ケースの外部に露出する外部露出端子と、集電端子から外部露出端子への導電経路に配置されており、電池ケースの内圧が所定の圧力を超えた際に導電経路を遮断する電流遮断機構とを備えた密閉型電池を製造する方法である。
この密閉型電池の電流遮断機構は、集電端子の上端に形成された板状の導電性部材であって中央部に通気孔が形成されている接続板と、外部露出端子と電気的に接続されていると共に、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部とが形成されている遮断弁とを備えている。
そして、ここで開示される製造方法は、接続板の通気孔の周縁部に形成された接合領域と、遮断弁の反転部の下面とを接触させる工程と、接合領域と反転部との境界を覆うように金属材料を溶射することによって溶射接合部を形成する工程とを備えている。
ここで開示される製造方法は、上述した態様に係る密閉型電池を製造する方法である。
この製造方法では、接続板の接合領域と遮断弁の反転部とを接触させた状態で、接合領域と反転部との境界を覆うように金属材料を溶射する。このように、溶射技術を利用して溶射接合部を形成することによって、レーザー溶接を行わずに遮断弁と接続板とを好適に接合することができるため、レーザー溶接によって生じていた種々の問題が発生することを好適に防止することができる。従って、ここで開示される製造方法によれば、接続板と遮断弁とが好適に接合されており、かつ、遮断弁を所望の圧力で安定して反転させることができる電流遮断機構を適切に構築することができる。
ここで開示される密閉型電池の製造方法の好ましい一態様では、プラズマ溶射、フレーム溶射、アーク溶射、コールドスプレーの何れかを用いて、接合領域と反転部との境界に金属材料を溶射する。
これらの溶射技術を用いて溶射接合部を形成することによって、熱歪みの発生や貫通孔の形成などの問題を生じさせることなく、十分な強度で遮断弁と接続板とを接合することができる。なお、上述の溶射技術の中でも、プラズマ溶射は、特に低温（１００℃〜１５０℃、例えば１２０℃）で、十分な強度を有する溶射接合部を形成することができるため特に好ましい。
また、ここで開示される密閉型電池の製造方法の好ましい他の一態様では、金属材料を溶射する溶射ノズルの先端から接合領域と反転部の境界への距離を２５０ｍｍ〜３５０ｍｍに設定する。
一般的な溶射技術では、溶融した金属材料を放出する溶射ノズルが用いられる。このとき、溶射ノズルの先端と溶射対象（接合領域と反転部の境界）との距離（溶射距離）が近すぎると、放出された金属材料によって溶射対象が傷付けられる恐れがある。一方、溶射距離が遠すぎると、十分な厚みの溶射接合部を効率良く形成することが難しくなる。このことを考慮すると、溶射接合部を形成する際の溶射距離は、２５０ｍｍ〜３５０ｍｍの範囲内（例えば３００ｍｍ）に設定することが好ましい。
本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の電流遮断機構の近傍を模式的に示す断面図である。 図２に示す遮断弁の反転部近傍を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の電流遮断機構を模式的に示す底面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造における溶射接合部を形成する工程を説明する拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の遮断弁の反転部近傍を模式的に示す拡大断面図である。 従来の密閉型電池の電流遮断機構の近傍を模式的に示す断面図である。 従来の密閉型電池の遮断弁の反転部近傍を模式的に示す拡大断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池を説明する。以下の説明に用いる図面では、同じ作用を奏する部材・部位に同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解質の構成および製法等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
１．密閉型電池の全体構成
図１は本実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態に係る密閉型電池の電流遮断機構の近傍を模式的に示す断面図である。また、図３は図２に示す遮断弁の反転部近傍を模式的に示す拡大断面図であり、図４は本実施形態に係る密閉型電池の電流遮断機構を模式的に示す底面図である。
なお、図１〜図４の各図における符号Ｘは密閉型電池１の長さ方向を示し、符号Ｙは厚み方向を示し、符号Ｚは高さ方向を示している。
図１に示すように、この密閉型電池１は、扁平な角型の電池ケース５０を備えている。電池ケース５０は、上面が開放された角型のケース本体５４と、当該ケース本体５４上面の開口部を塞ぐ蓋体５２とを備えている。なお、電池ケース５０を構成する各部品には、例えば、アルミニウム等の金属材料や樹脂材料などを用いることができる。
電池ケース５０の内部には、電極体９０と電解質（図示省略）とが収容されている。図１に示される電極体９０は、セパレータを介して正極シートと負極シートとを積層させ、当該積層体を捲回した捲回電極体である。なお、電極体の構造や材料は、従来の一般的な密閉型電池と同様のものを制限なく採用することができ、本発明を特徴づけるものではないため、ここでは詳細な説明は省略する。また、電解質についても同様に、従来の一般的な密閉型電池の電解質に用いられる材料を制限なく使用することができる。
また、電池ケース５０の上面をなす蓋体５２には、電極端子８０が設けられている。この電極端子８０は、柱状の導電部材であり、他の二次電池、車両のモーター、充電装置などの外部機器と接続できるように構成されている。
２．導電経路
本実施形態に係る密閉型電池１では、電池ケース５０外に露出した電極端子８０と、電池ケース５０内に収容された電極体９０とが電気的に接続されている。次に、本実施形態に係る密閉型電池１における電極体９０から電極端子８０への導電経路について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池１では、電極体９０から電極端子８０への導電経路を構築するために、集電端子１０と、遮断弁４０（図２参照）と、外部露出端子２０と、外部接続端子７０とが用いられている。また、本実施形態に係る密閉型電池１では、所望の部材が適切な箇所で絶縁されるようにスペーサ３０と絶縁部材６０とが用いられている。以下、本実施形態における導電経路を構成する各部材について説明する。
（１）集電端子
図１に示すように、集電端子１０は、電池ケース５０の内部で電極体９０と電気的に接続される導電性部材である。具体的には、集電端子１０は、高さ方向Ｚに延びる長尺な板状部材であり、下端部１０ａが電極体９０と接続されている。
一方、図２に示すように、集電端子１０の上端には、板状の導電性部材である接続板１２が形成されている。この接続板１２は、例えば、板状の集電端子１０の上端部を長さ方向Ｘに折り曲げることによって形成される。図２〜図４に示すように、かかる接続板１２の中央部には、円形の通気孔１４が形成されている。
詳しくは後述するが、この通気孔１４の周囲には接合領域１５が設けられており、当該接合領域１５に遮断弁４０の反転部４２が接合されている。本実施形態においては、かかる接続板１２の接合領域１５が通気孔１４に向かって厚みが薄くなるようにテーパー状に形成されている。なお、かかるテーパー状の接合領域１５の先端の角度θ（図３参照）は、２０°〜４０°であると好ましく、例えば３０°に設定される。
また、接続板１２の下面の通気孔１４の周囲には破断溝１８が形成されている。図４に示すように、破断溝１８は、通気孔１４を囲むように連続して環状に形成されている。かかる破断溝１８が形成されている箇所は、接続板１２の他の部分よりも薄くなっており（０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、例えば０．０４ｍｍ程度）、所定の圧力が加わった際に、容易に破断させることができる。
（２）スペーサ
図２に示すように、スペーサ３０は、集電端子１０の接続板１２の上面に配置された板状の絶縁部材であって、例えば、ポリアミド樹脂等の絶縁性樹脂によって構成されている。このスペーサ３０の中央部には、接続板１２の通気孔１４よりも大きな径の開口部３６が形成されている。また、スペーサ３０には、集電端子１０の接続板１２を貫通する固定用突起３４が形成されている。この固定用突起３４の下端部は、熱カシメ処理によって変形されており、これによってスペーサ３０が接続板１２に固定されている。
（３）遮断弁
遮断弁４０は、スペーサ３０上に配置される板状の導電性部材である。本実施形態に係る密閉型電池１では、この遮断弁４０を介して、集電端子１０（接続板１２）と外部露出端子２０とが電気的に接続されている。具体的には、遮断弁４０の中央部には、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部４２が形成されている。そして、このドーム状の反転部４２は、スペーサ３０の開口部３６を通過して、接続板１２の通気孔１４の周縁部（接合領域１５）と接触している。詳しくは後述するが、図３および図４に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１では、かかる反転部４２と接合領域１５との境界を覆うように溶射接合部４５が形成されており、当該溶射接合部４５を介して遮断弁４０と接続板１２とが接合されている。
（４）外部露出端子
図２に示すように、外部露出端子２０は、下端部に円板状の導電板２０ａが取り付けられた筒状の導電部材である。外部露出端子２０の導電板２０ａは、遮断弁４０の周縁部の上面と接合されている。一方、外部露出端子２０の筒状部分は、蓋体５２を貫通して電池ケース５０の外部に露出している。そして、筒状部分の上端部２０ｂがカシメ加工によって径方向外方に折り曲げられることによって、後述の絶縁部材６０と外部接続端子７０とが蓋体５２に固定される。
（５）外部接続端子
図１に示すように、外部接続端子７０は、密閉型電池１の長さ方向Ｘに沿って延びる板状の導電性部材である。外部接続端子７０の一方の端部には外部露出端子２０が挿通されており、他方の端部には電極端子８０が挿通されている。そして、この外部接続端子７０を介して、外部露出端子２０と電極端子８０とが電気的に接続されている。
以上のように、本実施形態に係る密閉型電池１では、集電端子１０、遮断弁４０（図２参照）、外部露出端子２０、外部接続端子７０によって、電極体９０から電極端子８０への導電経路が構築されている。
（６）絶縁部材
また、図２に示すように、本実施形態では、導電経路を構成する導電性部材（外部露出端子２０、外部接続端子７０、電極端子８０など）が蓋体５２と導通することを防止するために絶縁部材６０が設けられている。
かかる絶縁部材６０は、ポリアミド樹脂等から構成されており、シール部材６２と絶縁ホルダ６４とを備えている。シール部材６２は、蓋体５２の下側に配置されており、外部露出端子２０と蓋体５２とが導通することを防止している。一方、図１に示すように、絶縁ホルダ６４は、蓋体５２の上面に載置され、外部接続端子７０や電極端子８０が蓋体５２と導通することを防止している。
３．電流遮断機構
本実施形態に係る密閉型電池１には電流遮断機構Ｓが設けられている。かかる電流遮断機構Ｓは、上述した集電端子１０から外部露出端子２０への導電経路に配置されており、電池ケース５０の内圧が所定の圧力を超えた際に導電経路を遮断する。
具体的には、本実施形態における電流遮断機構Ｓは、上述した各部材のうち、集電端子１０の接続板１２と、スペーサ３０と、遮断弁４０とから構成されている。そして、下方に向かって湾曲した遮断弁４０の反転部４２と、接続板１２の接合領域１５とが接合されることによって遮断弁４０と集電端子１０とが電気的に接続されている。
かかる電流遮断機構Ｓを備えた密閉型電池１では、過充電時に生じるガスによって電池ケース５０の内圧が上昇すると、下方に湾曲していた反転部４２が高さ方向Ｚの上方に向かって反転する。これによって、破断溝１８が形成されている箇所で接続板１２が破断して遮断弁４０と接続板１２とが離間するため、遮断弁４０と集電端子１０との電気的な接続が遮断される。
ここで、本実施形態に係る密閉型電池１では、図３に示すように、溶射接合部４５を介して遮断弁４０と接続板１２とが接合されている。すなわち、本実施形態では、遮断弁４０の反転部４２の下面と、接続板１２の接合領域１５の上面とが接触しており、接続板１２の接合領域１５と遮断弁４０の反転部４２との境界を覆うように溶射接合部４５が形成されている。
具体的には、本実施形態に係る密閉型電池１では、通気孔１４に向かってテーパー状に厚みが薄くなるように接続板１２の接合領域１５が形成されており、当該接合領域１５の下面が傾斜している。そして、溶射接合部４５は、テーパー状の接合領域１５の下面と、遮断弁４０の反転部４２の下面の両方を覆うように形成されている。また、図４に示すように、溶射接合部４５は、通気孔１４の外周縁（接合領域１５）を全周に亘って覆うように環状に連続して形成されている。これによって、溶射接合部４５を介して遮断弁４０と接続板１２とが接合される。
次に、溶射接合部４５を形成する手順について説明する。図５は本実施形態に係る密閉型電池の製造における溶射接合部を形成する工程を説明する拡大断面図である。
ここでは、先ず、接続板１２の接合領域１５の上面と、遮断弁４０の反転部４２の下面とを接触させる。具体的には、下方に湾曲した反転部４２が、スペーサ３０の開口部３６を通過して接続板１２の接合領域１５の上面と接触するように、遮断弁４０と接続板１２との位置決めを行う。
次に、接合領域１５と反転部４２との境界を覆うように金属材料を溶射して溶射接合部４５を形成する。例えば、プラズマ溶射を用いて金属材料の溶射を行う際には、図５に示すような溶射ノズルＰを備えたプラズマ溶射装置（図示省略）が用いられる。
ここでは、先ず、反転部４２と接合領域１５との境界と対向するように溶射ノズルＰを配置する。この状態でプラズマ溶射装置の内部にプラズマを生じさせ、当該プラズマ溶射装置内に金属材料の粉末を供給することによって金属材料の粉末を溶融させる。そして、溶融した金属材料を、溶射ノズルＰから放出して反転部４２と接合領域１５との境界に付着させる。これによって、反転部４２と接合領域１５との境界を覆うような溶射接合部４５が形成され、当該溶射接合部４５を介して接続板１２と遮断弁４０とが接合される。
このように、本実施形態に係る密閉型電池１では、反転部４２と接合領域１５とを覆うように形成された溶射接合部４５によって、遮断弁４０と接続板１２とが接合されている。この溶射接合部４５は、従来のレーザー溶接で形成される溶接接合部１４５（図８参照）と異なり、非常に低温（２００℃以下）で形成されるため、遮断弁４０の反転部４２に熱歪みが生じて反転圧が低下することを好適に防止できる。
また、レーザー溶接で溶接接合部１４５を形成する従来技術と異なり、遮断弁４０や接続板１２が溶融されていないため、接合部位に貫通孔が形成されることもない。このため、過充電によって発生したガスが貫通孔から抜けて、適切なタイミングで電流遮断機構が作動しなくなることも防止できる。
また、本実施形態では、溶射技術を用いて、遮断弁４０と接続板１２との境界に金属材料を付着させている。このため、遮断弁４０の反転部４２と接続板１２の接合領域１５との間に若干の隙間が生じていたとしても、かかる隙間を埋めるように溶射接合部４５を形成することができる。このため、反転部４２と接合領域１５との隙間からガスが抜けて、適切なタイミングで電流遮断機構が作動しなくなることも防止できる。
以上のように、本実施形態によれば、遮断弁４０に過剰な熱を加えることなく、接続板１２と遮断弁４０とを好適に接合することができるため、遮断弁４０を所望の圧力で安定して反転させることができる電流遮断機構Ｓを構築することができる。
また、レーザー溶接を使用する従来技術では、レーザー照射中に火花が発生して導電性の異物が拡散し、当該異物が電池ケース内に混入して電池性能を大きく低下させる恐れがある。
これに対して、本実施形態では、レーザー溶接のような火花が発生することがないため、導電性異物が拡散して電池ケース内に混入することを好適に防止できる。なお、本実施形態では金属材料を溶射しているが、かかる金属材料は、溶射ノズルを向けた先（狙い位置）に好適に付着させることができるため、導電性異物が拡散するレーザー溶接と異なり、導電性異物が電池ケース内に混入する恐れは殆どない。
なお、本実施形態における溶射接合部４５は、接続板１２や遮断弁４０と同種の金属材料によって構成されていると好ましい。このように同種の金属材料で構成することによって、各々の部材を好適に付着させて接続板１２と遮断弁４０とを強固に接合することができる。例えば、電流遮断機構Ｓを正極側に設ける場合には、アルミニウム製の接続板１２と遮断弁４０とが好ましく用いられるため、溶射接合部４５についてもアルミニウム（又はアルミニウム合金）を用いると好ましい。
また、溶射接合部４５の厚みＴは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定されていると好ましく、例えば０．５ｍｍに設定されていると好ましい。かかる範囲内に溶射接合部４５の厚みＴを設定することによって、好適な接合強度を有する溶射接合部４５を効率良く形成することができる。
また、プラズマ溶射によって溶射接合部４５を形成する際には、溶射対象（反転部４２と接合領域１５との境界）と溶射ノズルＰの先端との距離（溶射距離Ｄ）を２５０ｍｍ〜３５０ｍｍの範囲内（例えば、３００ｍｍ）に設定すると好ましい。溶射ノズルＰ先端からの溶射距離Ｄが近すぎると、放出された金属材料によって接続板１２や遮断弁４０が傷つけられる恐れがある。一方、かかる溶射距離Ｄが遠すぎると、十分な厚みの溶射接合部４５を迅速に形成することが難しくなるため、製造効率が低下する恐れがある。
４．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態に係る密閉型電池を説明したが、ここで開示される密閉型電池は、上述の実施形態に限定されず、種々の変形や変更を行うことができる。
例えば、上述した実施形態では、テーパー状の接合領域１５が接続板１２に形成されている（図３参照）。しかし、接続板１２の接合領域１５は、必ずしもテーパー状に形成されている必要はなく、図６に示すように、略垂直な内周縁部１５ａを有していてもよい。
この場合でも、遮断弁４０の反転部４２と接続板１２の接合領域１５との境界を覆うように溶射接合部４５を形成することによって遮断弁４０と接続板１２とを接合することができる。但し、好適な接合面積を確保するという観点から、接続板１２の接合領域１５の形状は、図３に示すようなテーパー状の方が好ましい。
また、図４に示すように、上述した実施形態では、環状の破断溝１８が連続して形成されている。しかし、破断溝は必ずしも連続して形成されている必要はなく、接続板の通気孔を囲むように複数の破断溝が所定の間隔を空けて形成されていてもよい。この場合でも、遮断弁の反転部が反転した際に、破断溝が形成されている箇所で接続板を破断させることができる。
また、電池ケースの内圧上昇に応じて遮断弁を適切に反転させることができれば、破断溝は必ずしも形成されていなくてもよい。具体的には、ここで開示される密閉型電池では、溶射接合部の厚みを変更することによって、遮断弁と接続板との接合強度を容易に調整することができる。このため、電池ケースの内圧が所望の圧力になった際に、溶射接合部が剥離（又は破断）し、遮断弁の反転部が反転するように溶射接合部の厚みを調整すれば、破断溝を形成しなくても所望の作動圧で電流遮断機構を作動させることができる。
また、上述の実施形態では、プラズマ溶射を用いて溶射接合部４５を形成していた。しかし、溶射接合部４５を形成する技術は、プラズマ溶射に限定されず、一般的な溶射技術を特に制限なく使用することができる。かかる溶射技術の具体例としては、フレーム溶射、アーク溶射、コールドスプレーなどが挙げられる。これらの溶射技術を用いた場合でも、好適な溶射接合部４５を形成することができる。但し、溶射技術の中でも、プラズマ溶射は、より低温（１００℃〜１５０℃、例えば１２０℃）で金属材料を溶射し、溶射接合部４５を形成することができるため特に好ましい。
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、かかる試験例の説明は本発明を限定することを意図したものではない。
A．第１の試験
本試験では、レーザー溶接を用いて電流遮断機構を作製した密閉型電池と、プラズマ溶射を用いて電流遮断機構を作製した密閉型電池とを比較した。以下、具体的な試験内容を説明する。
１．密閉型電池の構築
ここでは、遮断弁と接続板との接合方法が異なる１１種類の密閉型電池（サンプル１〜１１）を構築した。
（１）サンプル１〜１０
サンプル１〜１０の密閉型電池１００を構築する際には、図７および図８に示すように、レーザー溶接によって溶接接合部１４５を形成した。
具体的には、厚み０．３ｍｍの反転部１４２を備えた遮断弁１４０を用い、当該遮断弁１４０の反転部１４２を集電端子１１０の接続板１１２（厚み：０．２ｍｍ）に接触させた。そして、反転部１４２と接続板１１２との接触部分にレーザーＬを照射し、反転部１４２と接続板１１２とを溶融させて溶接接合部１４５を形成した。なお、かかる溶接接合部１４５の形成ではファイバーレーザーを使用し、各サンプルでレーザー出力と、処理時間と、入熱量を異ならせた（表１参照）。
なお、本試験例で使用した遮断弁１４０は、０．９Ｍｐａの圧力が加えられた際に反転部１４２が反転するように設計されている。
（２）サンプル１１
サンプル１１では、図２〜図４に示すように、プラズマ溶射によって溶射接合部４５を形成した点を除いて、上述のサンプル１〜１０と同じ条件で密閉型電池を作製した。
サンプル１１では、Ｏｅｒｌｉｋｏｎ Ｍｅｔｃｏ社製のプラズマ溶射装置（９ＭＣ）を使用した。具体的には、プラズマ溶射装置にアルミニウム粉末（５４ＮＳ−１）を供給し、電流５００Ａ、電圧７８Ｖの条件で装置内にプラズマを生じさせ、当該プラズマによってアルミニウム粉末を溶融した。そして、プラズマ溶射機にＡｒ・Ｈ２混合ガス（Ａｒガス流量：１７５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２ガス流量：１８Ｌ／ｍｉｎ）を供給し、溶融したアルミニウムとＡｒ・Ｈ２混合ガスとを溶射ノズルの先端から放出させた。そして、放出させたアルミニウムを、密閉型電池の反転部４２と接合領域１５の境界に付着させることによって溶射接合部４５を形成した。なお、サンプル１１では、反転部４２と接合領域１５の境界から溶射ノズルへの距離（溶射距離Ｄ）を３００ｍｍに設定した。
２．評価試験
（１）接合状態の確認
サンプル１〜１１の密閉型電池の遮断弁と接続板の接合部分を切断し、当該接合部分の状態を光学顕微鏡で観察した。観察結果を表１に示す。なお、表１中の「貫通」とは、遮断弁と接続板との接合部分（溶接接合部若しくは溶射接合部）に貫通孔が形成されている状態を指す。また、表１中の「未溶接」とは、遮断弁と接続板との間に隙間が形成されている場合を指す。
（２）接合面積の測定
上述したように接合状態を確認した結果、接合状態が良好であったサンプルについて、５個ずつ密閉型電池を作製した。そして、各々の密閉型電池に対して、接続板（集電端子）を引っ張って接続板と遮断弁との接合部分を破断させて接続板と遮断弁とを離間させた。そして、破断部分をマイクロスコープで観察し、遮断弁と接続板とが接合していた箇所の面積（接合面積）を測定した。かかる接合面積の測定結果の平均値を表１に示す。
（３）反転圧の評価
上記した接合面積の測定と同様に、接合状態が良好なサンプルについて、５個ずつ密閉型電池を作製した。そして、各々の密閉型電池の電池ケース内を加圧して、遮断弁の反転部が反転した際の圧力を測定した。そして、測定結果の平均値を表１に示す。
Figure 2019050081
表１に示すように、レーザー溶接を用いて遮断弁と接続板とを接合すると、接続板と遮断弁との接合部に貫通孔が形成されたり、接続板と遮断弁との間に隙間が形成されたりする可能性があることが分かった。一方、レーザー溶接を用いた場合でも出力等の諸条件を調整すれば、サンプル３、５のように比較的に良好な接合を行うことができた。しかし、このサンプル３、５では、遮断弁が０．９ＭＰａで反転するように設計されていたにも関わらず、当該反転圧が０．７ＭＰａ程度まで低下した。これは、レーザー溶接時の熱によって遮断弁の反転部に熱歪みが生じたためと考えられる。
これに対して、プラズマ溶射を使用したサンプル１１では、貫通や接合不良などの発生が好適に抑制されていた。さらに、サンプル１１では、遮断弁の反転圧が０．８８ＭＰａであり、熱歪みによる反転圧の低下が好適に抑制されていた。このことから、プラズマ溶射を利用して接続板と遮断弁とを接合することによって、安定した圧力で作動する電流遮断機構を構築できることが分かった。
また、好適な接合が得られたサンプル３、５、１１を比較すると、サンプル１１では、サンプル３、５よりも広い接合面積が確保されていた。この結果より、プラズマ溶射で溶射接合部を形成し、当該溶射接合部を介して接続板と遮断弁と接合した場合には、従来よりも広い接合面積を確保できるため、十分な接合強度が得られることが分かった。
Ｂ．第２の試験
本試験では、接続板と遮断弁の境界と溶射ノズルとの距離（溶射距離Ｄ）を異ならせてプラズマ溶射を行った。以下、具体的な試験内容を説明する。
本試験例では、下記の表２に記載の通り、３種類の密閉型電池（サンプル１２〜１４）を作製した。これらのサンプル１２〜１４のうち、サンプル１２では、上記の第１の試験のサンプル１１と同じ条件で密閉型電池を作製した。そして、サンプル１３、１４では、溶射ノズルからの溶射距離Ｄを異ならせたことを除いてサンプル１２と同じ条件で密閉型電池を作製した。
そして、本試験では、上述した第１の試験と同様に、密閉型電池の遮断弁と接続板の接合部分を切断し、当該接合部分の状態を光学顕微鏡で観察し、各サンプルの接合状態を確認した。結果を表２に示す。
Figure 2019050081
表２に示すように、サンプル１２〜１４の何れにおいても、接続板と遮断弁とが好適に接合されており、かつ、遮断弁の反転部の熱歪みも見られなかった。
しかし、サンプル１３では、接続板や遮断弁に傷が生じていた。この傷は、反転圧にほぼ影響のない非常に微小なものであったが、接続板や遮断弁に若干の強度低下が見られた。これは、溶射ノズルからの溶射距離Ｄが近すぎたためと考えられる。
一方、サンプル１４では、適切な厚みの溶射接合部を形成するのに若干の時間を要した。これは、溶射ノズルからの溶射距離Ｄが遠くなり過ぎて、金属材料を溶射する際の効率が低下したためと考えられる。
このことから、溶射ノズルからの溶射距離Ｄは、サンプル１２のように、２５０ｍｍ〜３５０ｍｍ（例えば３００ｍｍ）に設定することが好ましいことが分かった。
また、本試験では、サンプル１２の遮断弁にサーモラベルを取り付けて、溶射接合部を形成している間の熱履歴を調べた。その結果、溶射接合部を形成している間の遮断弁の最高温度は１２０℃であり、レーザー溶接を行う際のような高温（６００℃以上）にはならないことが確認された。
以上、実施形態に基づいて本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１、１００ 密閉型電池
１０、１１０ 集電端子
１０ａ 集電端子の下端部
１２、１１２ 接続板
１４、１１４ 通気孔
１５ 接合領域
１５ａ 内周縁部
１８、１１８ 破断溝
２０、１２０ 外部露出端子
２０ａ 導電板
２０ｂ 外部露出端子の上端部
３０、１３０ スペーサ
３４ 固定用突起
３６、１３６ 開口部
４０、１４０ 遮断弁
４２、１４２ 反転部
４５ 溶射接合部
５０、１５０ 電池ケース
５２ 蓋体
５４ ケース本体
６０ 絶縁部材
６２ シール部材
６４ 絶縁ホルダ
７０ 外部接続端子
８０ 電極端子
９０ 電極体
１４５ 溶接接合部
Ｄ 溶射距離
Ｌ レーザー
Ｓ 電流遮断機構
Ｔ 溶射接合部の厚み
Ｐ 溶射ノズル
Ｘ 長さ方向
Ｙ 厚み方向
Ｚ 高さ方向

Claims (9)

  1. 電極体を収容する電池ケースと、
    前記電池ケースの内部で前記電極体と電気的に接続される集電端子と、
    前記電池ケースの内部で前記集電端子と電気的に接続されると共に、一部が前記電池ケースの外部に露出する外部露出端子と、
    前記集電端子から前記外部露出端子への導電経路に配置されており、前記電池ケースの内圧が所定の圧力を超えた際に前記導電経路を遮断する電流遮断機構と
    を備えた密閉型電池であって、
    前記電流遮断機構は、
    前記集電端子の上端に形成された板状の導電性部材であって、中央部に通気孔が形成されている接続板と、
    前記外部露出端子と電気的に接続されていると共に、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部とが形成されている遮断弁と
    を備えており、
    前記接続板の通気孔の周縁部に形成された接合領域と、前記遮断弁の反転部の下面とが接触しており、前記接合領域と前記反転部との境界を覆うように溶射接合部が形成され、前記溶射接合部を介して前記遮断弁と前記接続板とが接合されている、密閉型電池。
  2. 前記接続板の接合領域が、前記通気孔に向かってテーパー状に厚みが薄くなるように形成されている、請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 前記テーパー状に形成された前記接合領域の先端の角度が２０°〜４０°である、請求項２に記載の密閉型電池。
  4. 前記溶射接合部が、前記接続板と前記遮断弁と同種の金属材料によって構成されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
  5. 前記溶射接合部がアルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されている、請求項４に記載の密閉型電池。
  6. 前記溶射接合部の厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の密閉型電池。
  7. 電極体を収容する電池ケースと、
    前記電池ケースの内部で前記電極体と電気的に接続される集電端子と、
    前記電池ケースの内部で前記集電端子と電気的に接続されると共に、一部が前記電池ケースの外部に露出する外部露出端子と、
    前記集電端子から前記外部露出端子への導電経路に配置されており、前記電池ケースの内圧が所定の圧力を超えた際に前記導電経路を遮断する電流遮断機構と
    を備えた密閉型電池を製造する方法であって、
    前記電流遮断機構が、前記集電端子の上端に形成された板状の導電性部材であって中央部に通気孔が形成されている接続板と、前記外部露出端子と電気的に接続されていると共に、下方に向かってドーム状に湾曲した反転部とが形成されている遮断弁とを備え、
    前記接続板の通気孔の周縁部に形成された接合領域と、前記遮断弁の反転部の下面とを接触させる工程と、
    前記接合領域と前記反転部との境界を覆うように金属材料を溶射することによって溶射接合部を形成する工程と
    を備えた、密閉型電池の製造方法。
  8. プラズマ溶射、フレーム溶射、アーク溶射、コールドスプレーの何れかを用いて、前記接合領域と前記反転部との境界に金属材料を溶射する、請求項７に記載の密閉型電池の製造方法。
  9. 前記金属材料を溶射する溶射ノズルの先端から前記接合領域と前記反転部の境界への距離を２５０ｍｍ〜３５０ｍｍに設定する、請求項７または請求項８に記載の密閉型電池の製造方法。

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