JP3378147B2 - 密閉型電池用防爆封口板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型電池、特に
リチウム二次電池などの高エネルギ密度を有する電池の
封口に用いられる密閉型電池用防爆封口板の製造方法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、ＡＶ機器あるいはパソコンなどの
電子機器のポータブル化、コードレス化（携帯型）が急
速に進んでおり、これらの駆動用電源としては、高容量
化した各種のアルカリ蓄電池やリチウム二次電池に代表
される非水電解液二次電池が適しており、さらに、これ
ら非水電解液二次電池は、高エネルギ密度で負荷特性の
優れた密閉型電池とすることが促進されている。 【０００３】ところで、エネルギ密度の高い密閉型電池
は、充電器を含む機器の故障や過充電あるいは誤使用な
どが生じた場合に、化学反応などに伴って電池内部に異
常にガスが発生し、内圧が過大となる。そのような場合
には電池が破裂したり、使用機器に損傷を与えるなどの
おそれがあるため、この種の電池には、電池内圧が設定
値を超えたときに弁体を開いてガスを排出する防爆安全
装置が従来から付加されている。さらに、非水電解液二
次電池では急激に温度上昇して発火の危険性もあるた
め、内部圧力を検知することにより、ガスの排出に先立
って通電電流を完全に遮断する確実な防爆安全機構が設
けられている。例えば、上部の弁体と通気孔を有する端
子板とを、それらの中央部の溶着部を通じて導電状態と
しておき、内部圧力が所定値に達したときに、この圧力
を端子板の通気孔を通じて受ける弁体が外方へ変形する
応力によって、弁体が端子板との溶着部から剥離して離
間することにより、通電電流を遮断する機構が知られて
いる（特開平６−１９６１５０号公報参照）。 【０００４】ところで、上記の防爆安全機構では、弁体
と端子板との所定部位同志を一定の内部圧力によって剥
離可能な低い溶着強度に設定して溶接する必要があるた
め、低い溶着強度に溶接が可能な超音波溶接が採用され
ている。しかしながら、超音波溶接は、振動発熱により
被溶接物の接合部の表面のみに溶融を起こさせるにすぎ
ないので、不安定要素が多いことから溶着強度にどうし
てもばらつきが生じる。上記の防爆安全機構では、溶着
部の溶着強度によって電流遮断圧力を設定しているの
で、電流遮断圧力は、溶接強度のばらつきに応じて相違
し、一定値に設定できない欠点がある。それにより、電
池内圧が所定値に上昇する以前に電流が遮断されてしま
ったり、逆に、電池内圧が所定値に上昇しているにも拘
わらず電流が遮断されないなどの不都合が生じることに
なる。 【０００５】そこで、本件出願人は、電池内圧の上昇に
よって電流を遮断する際に、溶接強度の影響を受けるこ
となく一定の電池内圧で高精度に電流を遮断できる防爆
封口板を既に提案している（特願平７−２８２７６２
号）。この防爆封口板を図４を参照しながら説明する
と、Ｃ字形状の薄肉部１ａを中央部に形成した上部金属
箔１と、上記薄肉部１ａよりも径の小さい円形の薄肉部
２ａを中央部に形成した下部金属箔２とを、両薄肉部１
ａ，２ａが同心状に対向する相対位置で各々の周縁部分
をリング状の絶縁ガスケット３を介在して重ね合わせて
固定し、両金属箔１，２の中央部位を互いに溶着した構
成としている。ここで、下部金属箔２の薄肉部２ａは上
部金属箔１の薄肉部１ａに対し低い破断強度に設定され
ている。 【０００６】上記防爆封口板は、両金属箔１，２が中央
部の溶着部Ｓのみを介して電気的に接続されており、電
流遮断圧力は、刻印手段で形成される薄肉部２ａの破断
強度によって設定されているため、溶着部Ｓの溶着強度
のばらつきの影響を受けない。すなわち、内部圧力が所
定値まで上昇したときに下部金属箔の薄肉部２ａが破断
され、下部金属箔２における薄肉部２ａの内方部位がく
り抜かれて上部金属箔１と一体に下部金属箔２から離間
し、通電電流が遮断される。電池内圧がさらに上昇した
場合には、上部の金属箔１の薄肉部１ａが開裂してガス
を排出する。したがって、溶着部Ｓは、剥離する必要が
なくなることから、レーザー溶接などによって強固な溶
接強度に形成できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上記防爆封口板は、上
述のような極めて顕著な防爆安全機能を発揮するもので
あるが、両金属箔１，２にレーザー溶接によって溶着強
度の高い溶着部Ｓを形成する手段に解決すべき問題が残
存している。すなわち、被溶接物が剛性体や厚みの大き
いものである場合には、それ自体が変形しないことから
支障なくレーザー溶接を行える。ところが、上記の金属
箔１，２は、０．０５〜０．２０ｍｍ程度の厚みの薄い
ものであって変形し易いため、これらをレーザー溶接に
よって相互に溶着するに際しては、図４に示すように、
固定治具７の平坦な上面で受け止められている下部の金
属箔２に対して、上部の金属箔１を下面が湾曲形状とな
った固定治具４によって下方に湾曲形状に撓ませて接触
させ、それらの接触部分にレーザー光Ｌを照射すること
が考えられる。 【０００８】しかしながら、レーザー溶接機８を設置す
る側の固定治具７には必然的にレーザー光Ｌの通過孔７
ａを設ける必要があり、一方、他方側の押え治具４に
は、少なくともレーザー光Ｌの照射対向箇所に熱影響を
避けるための空間４ａを設ける必要がある。したがっ
て、両金属箔１，２における溶着すべき箇所は、通過孔
７ａと空間４ａとの存在によって直接的に押さえること
ができず、それらの周囲を押さえられるだけである。そ
のため、両金属箔１，２の溶着すべき箇所には、治具
４，７を用いたとしても変形によって間隙が発生し易
く、その間隙によって下部金属箔２から上部金属箔１へ
の熱伝導が不十分となり、溶接不良や孔があくなどの不
都合が生じる。 【０００９】そこで本発明は、極めて薄い２枚の金属箔
をレーザー溶接などにより支障なく溶着することのでき
る構成を備えた密閉型電池用防爆封口板の製造方法を提
供することを目的とするものである。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の密閉型電池用防
爆封口板の製造方法は、中央部分が下方へ向け湾曲形状
に膨出するように予め加工された可撓性を有する凹状部
が設けられた上部金属箔と、中央部分が上方へ向け湾曲
形状に膨出するように予め加工された可撓性を有する凸
状部に易破断部が設けられた下部金属箔とを、対向させ
て上下に配置する工程と、前記両金属箔の各々の周縁部
分を、前記凹状部および前記凸状部の各々の周縁部から
の膨出寸法の和よりも小さい厚みの絶縁ガスケットを介
在して重ね合わせて、前記凹状部と前記凸状部との各々
の先端部位を互いに接触させる工程と、前記両金属箔に
おける各々の周縁部分を固定治具により上下方向から挟
み付けて固定する工程と、互いに接触する前記凹状部と
前記凸状部のそれぞれの先端部位を圧接状態でレーザー
溶接により相互に溶着して接続部を形成する工程と、を
有している。 【００１３】上記発明によれば、両金属箔の各々の周縁
部分を、凹状部および凸状部の各々の周縁部からの膨出
寸法の和よりも小さい厚みの絶縁ガスケットを介在して
重ね合わせるので、その重ね合わせる過程において、凹
状部および凸状部は、各々の先端部位が接触したのちに
僅かに撓められて、その復元力によって接触部分が互い
に強く押し付け合う。そのため、凹状部と凸状部との各
々の先端部位は、隙間のない状態で確実に密着するか
ら、その密着部分を常に欠陥のない溶着状態にレーザー
溶接できる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の一実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板を示す縦
断面図である。同図において、この密閉型電池用防爆封
口板は、可撓性を有する薄い上部金属箔１１と、この上
部金属箔１１に対設された下部金属箔１２と、両金属箔
１１，１２の各々の周縁部の間に介在されたリング状の
絶縁ガスケット１３と、上部金属箔１１の周縁部の上面
に載置されたリング状のＰＴＣ（Positive Temperature
Coefficient）素子１４と、このＰＴＣ素子１４上に載
置された４個の通気孔１７ａを有する金属キャップ１７
と、上記の各部材を挿入させて保持する４個の通気孔１
８ａを有するアルミニウム製の金属ケース１８とを備え
ている。 【００１５】上部金属箔１１は、例えば厚さ０．１５ｍ
ｍで外径が１２．７ｍｍの可撓性を有するアルミニウム
円板からなり、中央部分が下方に向け湾曲形状に膨出し
た凹状部１１ａと、この凹状部１１ａの中央部分に例え
ば外径４．０ｍｍのＣ型形状の刻印を用いて形成したＣ
字形状の薄肉部からなる大形易破断部１１ｂとを有して
いる。下部金属箔１２は、例えば厚さ０．１ｍｍで外径
が１３．５ｍの可撓性を有するアルミニウム円板からな
り、中央部分が上方に向け湾曲形状に膨出した凸状部１
２ａと、この凸状部１２ａの中央部分に例えば外径２．
５ｍｍのＯ型形状の刻印を用いて形成したＯ字形状の薄
肉部からなる小形易破断部１２ｂとを有している。 【００１６】両金属箔１１，１２は、大形易破断部１１
ｂと小形易破断部１２ｂとを同心状に対向させて、大形
易破断部１１ｂの内部に小形易破断部１２ｂが包含され
る状態で向き合っている。凹状部１１ａの中心部と凸状
部１２ａの中心部とは互いに圧接状態でレーザー溶接に
より溶着されて、接続部Ｓが形成されている。上記ＰＴ
Ｃ素子１４は、設定値以上の電流が流れる等により、所
定の温度域を超えると桁違いに電気抵抗値が増大する正
温度係数の抵抗素子である。 【００１７】上記密閉型電池用防爆封口板は、絶縁ガス
ケット１３を介在して重ね合わせた両金属箔１１，１２
の上にＰＴＣ素子１４および金属キャップ１７を重ね合
わせた状態で金属ケース１８内に挿入し、金属ケース１
８の上部を内方にかしめ加工して組み立てられている。
この防爆封口板を電池缶に挿入するに際しは、電池缶内
に収容した極板群の一方の極板（通常は正極）から導出
されたリード体１９を金属ケース１８に溶接により接続
し、極板群に電解液を注入後、防爆封口板を、その周囲
に絶縁ガスケット２０を介在させて電池缶の開口部内側
に装着する。そののちに、電池缶の上端部分が内方にか
しめ加工されると、防爆封口板が電池缶の開口部を密閉
する。 【００１８】このようにして組み立てられた密閉型電池
は、通電電流が極板、リード体１９、金属ケース１８、
下部金属箔１２から接続部Ｓを介して上部金属箔１１、
ＰＴＣ素子１４および金属キャップ１７に流れ、電池と
して機能する。上記防爆封口板を用いた密閉型電池では
防爆安全機能が３段階に作用する。先ず、第１の防爆安
全機能について説明する。過大な電流が流れた場合、Ｐ
ＴＣ素子１４は短時間で動作温度に達して抵抗値が増大
し、通電電流は大幅に減少維持される。それにより、外
部短絡あるいは過大電流での誤使用による電池の著しい
損傷を防止することができる。 【００１９】ところで、リチウム二次電池では、充電器
故障などによる無制御での過充電、あるいは逆充電、ま
たは多数直列過放電などが発生した場合、上記ＰＴＣ素
子１４の動作電流以下の電流値であっても、電池の安全
許容電流を超え、電池内圧力が上昇することが多い。こ
の場合、さらに継続して電池に電流が流れた場合には、
電解液および活物質の分解などを伴いながら電池温度が
急激に上昇して、大量のガスあるいは蒸気を発生させ、
発火あるいは爆発的破損に至ることがある。そこで、電
池内圧を検知して通電電流を完全に遮断する第２の防爆
安全機能が作用して、発火あるいは爆発的破損を未然に
防止する。 【００２０】すなわち、電池内圧が小径易破断部１２ｂ
の破断強度によって設定された所定値まで上昇すると、
小形易破断部１２ｂが破断する。それにより、図２に示
すように、下部金属箔１２における小形易破断部１２ｂ
の内方部分は、くり抜かれて上部金属箔１１と共に下部
金属箔１２から離れるため、接続部Ｓを通じてのみ互い
に導通していた両金属箔１１，１２が離間して通電電流
が遮断される。ここで、電流遮断圧力は従来封口板のよ
うに接続部Ｓの溶着強度に影響されないので、電池内圧
が設定値に達した時点で高精度に機能する。しかも、電
流遮断時には上部金属箔１１がそのままの状態を維持し
て電解液が漏れ出るのを阻止するので、従来封口板のよ
うに破断弁が開いて電解液がＰＴＣ素子１４に付着した
り、電解液が外部に漏出して他の機器を腐食したりする
といったことが生じない。 【００２１】そののちに、電池の電池内圧がさらに上昇
し続けた場合には、第３の防爆安全機能が作用する。す
なわち、大量のガスまたは蒸気が発生して電池の電池内
圧が大形易破断部１１ｂの破断強度によって設定された
所定値に達すると、大形易破断部１１ｂが破断して上部
金属箔１１の中央部が開裂され、充満していたガスが電
池外部に排出される。ここで、両金属箔１１，１２は小
径易破断部１２ｂが大形易破断部１１ｂ内に包含される
相対位置で溶着されていたので、くり抜かれて上部金属
箔１１に付着している下部金属箔１２の一部分は、上部
金属箔１１における大形易破断部１１ｂの破断により開
裂した通気口を塞ぐことがなく、大量のガス発生時にも
内部ガスを円滑に排出することができる。 【００２２】上記防爆封口板の特長とする構成は、電流
遮断圧力を小形易破断部１２ｂの破断強度によって設定
しているから、両金属箔１１，１２の接続部Ｓをレーザ
ー溶接などによって強固に溶接して形成できる点にあ
る。つぎに、接続部Ｓの形成手段について図３を参照し
ながら説明する。図３（ａ）に示すように、上部金属箔
１１の平坦な周縁部の下面から凹状部１１ａの先端部ま
での長さ寸法をｄ１、下部金属箔１２の平坦な周縁部の
上面から凸状部１２ａの先端部までの長さ寸法をｄ２、
絶縁ガスケット１３の厚みをＤとすると、上記防爆封口
板では、ｄ１＋ｄ２＞Ｄに設定されている。 【００２３】そして、接続部Ｓの形成に際して、図３
（ｂ）に示すように、絶縁ガスケット１３を介在して重
ね合わせた両金属箔１１，１２の周縁部を、上下の固定
治具２１，２２で挟み付けて固定する。このとき、上記
のｄ１＋ｄ２＞Ｄの寸法関係から明らかなように、凹状
部１１ａおよび凸状部１２ａの各々の中央部位、つまり
先端部位が互いに接触したのちに、さらに両金属箔１
１，１２が接近されるので、凹状部１１ａおよび凸状部
１２ａが僅かに撓められて、凹状部１１ａおよび凸状部
１２ａの各々の接触部分は、屈撓による復元力によって
互いに強く押し付け合って互いに圧接し、隙間が生じる
ことがない。この凹状部１１ａおよび凸状部１２ａの各
々の接触部分にレーザー溶接機８からレーザー光Ｌを照
射してレーザー溶接するので、溶接不良や穿孔が生じる
ことがなく、強固な溶着強度を有する接続部Ｓを歩留り
よく形成することができる。 【００２４】 【００２５】 【発明の効果】本発明の密閉型電池用防爆封口板の製造
方法によれば、両金属箔の各々の周縁部分を、凹状部お
よび凸状部の各々の周縁部からの膨出寸法の和よりも小
さい厚みの絶縁ガスケットを介在して重ね合わせるの
で、その重ね合わせる過程において、凹状部および凸状
部は各々の中央部位が接触したのちに僅かに撓められ
て、その復元力によって接触部分が互いに強く押し付け
合う。そのため、凹状部と凸状部との各々の中央部分
は、隙間のない状態で確実に接触するから、常に欠陥の
ない溶着状態にレーザー溶接できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池用防爆
封口板を示す縦断面図。 【図２】同上の密閉型電池用防爆封口板の作動状態の縦
断面図。 【図３】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池用防爆
封口板の製造方法の工程を示し、（ａ）は２枚の金属薄
を重ねる工程の縦断面図、（ｂ）は２枚の金属薄の溶接
工程の縦断面図。 【図４】従来の密閉型電池用防爆封口板の製造方法にお
ける２枚の金属薄の溶接工程を示す縦断面図。 【符号の説明】 １１ 上部金属箔 １１ａ 凹状部 １２ 下部金属箔 １２ａ 凸状部 １２ｂ 易破断部 １３ 絶縁ガスケット ２１，２２ 固定治具 Ｓ 接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 一雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 渡邉 和彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−3896（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−215747（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−105933（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−203818（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−147821（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−167605（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−199104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/12 101 H01M 2/04 H01M 2/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中央部分が下方へ向け湾曲形状に膨出す
   るように予め加工された可撓性を有する凹状部が設けら
   れた上部金属箔と、中央部分が上方へ向け湾曲形状に膨
   出するように予め加工された可撓性を有する凸状部に易
   破断部が設けられた下部金属箔とを、対向させて上下に
   配置する工程と、 前記両金属箔の各々の周縁部分を、前記凹状部および前
   記凸状部の各々の周縁部からの膨出寸法の和よりも小さ
   い厚みの絶縁ガスケットを介在して重ね合わせて、前記
   凹状部と前記凸状部との各々の先端部位を互いに接触さ
   せる工程と、 前記両金属箔における各々の周縁部分を固定治具により
   上下方向から挟み付けて固定する工程と、 互いに接触する前記凹状部と前記凸状部のそれぞれの先
   端部位を圧接状態でレーザー溶接により相互に溶着して
   接続部を形成する工程と、 を有する密閉型電池用防爆封口板の製造方法。