JP3848438B2 - Method for manufacturing explosion-proof sealing plate for sealed battery - Google Patents
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Description
【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密閉型の非水電解液電池における電池ケースの開口部の封口に用いられ、電池内圧が設定値まで上昇した場合に通電電流を完全に遮断する機能を備えた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、コードレス化が急速に進んでおり、特に時計やカメラなどの携帯型機器の駆動電源としては、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(有機溶媒系電解液)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の非水電解液電池では、電池内部で発生するガスを対極で消費する、所謂ノイマン方式を採用できないため、過充電や過放電を避ける必要がある。ところが、充電器を含む関連機器の故障による過充電あるいは誤使用などによる外部短絡などが生じた場合には、電池内部の発電要素が化学反応を起こし、例えば、過充電や短絡などによる異常反応により電解液や活物質が分解し、その内部発熱に伴って電池内部に異常にガスが発生し、電池内圧が過大となる。このような問題の発生を未然に確実に防止するために、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機構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、過充電状態となった場合に充電電流が流れ続けるため、電解液や活物質が分解し続けて急激に温度上昇するおそれもある。そこで、従来から、この種の電池には、電池内圧が所定値に上昇したの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。
【0004】
このような防爆安全機構を備えた防爆封口板として、例えば、図5に示すような構成のものが提案されている。(特願平7-282762号)。この防爆封口板は、下部金属箔弁体1と上部金属箔弁体2とが、各々の周縁部間に絶縁ガスケット3を介在して重ね合わされるとともに、下部金属箔弁体1の上方へ向け湾曲状に膨出した平面視円形の凸状部1aと上部金属箔弁体2の下方へ向け湾曲状に膨出した平面視円形の凹状部2aとの各々の中央部位を互いに溶接した溶着部4のみを介して電気的に接続されている。通常時には、通電電流が極板(図示せず)、リード体7、金属ケース8および下部金属箔弁体1から溶着部4を介して上部金属箔弁体2、導電性スペーサ9および正極端子を兼ねる金属キャップ10に至る通電経路に流れ、電池として正常に機能する。
【0005】
そして、電池に異常事態が発生して電池内圧が上昇した場合には、その圧力が金属ケース8の通気口8aから下部金属箔弁体1の通気孔(図示せず)を介して上部金属箔弁体2に対し上方への押し上げ力として作用し、さらに、上部金属箔弁体2に溶着部4を介して連結された下部金属箔弁体1には、上部金属箔弁体2により引き上げ力が作用する。この電池内圧が、下部金属箔弁体1に平面視円形の薄肉に形成された易破断部11の破断強度により設定された所定値以上に上昇すると、易破断部11は、上部金属箔弁体2の凹状部2aが上方へ凸状に反転する応力により剪断力を受け、破断する。
【0006】
それにより、下部金属箔弁体1の凸状部1aにおける易破断部11により囲まれた部分がくり抜かれて上部金属箔弁体2と一体となって下部金属箔弁体1から離間し、上記通電経路が開放されて通電電流が遮断され、内部発熱の継続を防止する。また、何らかの原因により電池の内部温度が上昇し続けて電池内圧がさらに上昇した場合には、上部金属箔弁体2の平面視C字形状の薄肉部12が開裂し、ガスが金属キャップ10のガス排出孔13から電池の外部に排出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような防爆安全機構では、電流遮断を行うための電池内圧、つまり電流遮断圧力の設定が二次電池としての安全性を確保する上で特に重要となる。すなわち、電流遮断圧力をあまりにも高く設定すると、電池内圧の検知により電流を遮断しても、電池内部での化学反応が停止しなくなって異常発熱が継続し、逆に、電流遮断圧力をあまりにも低く設定すると、通常の使用条件である充電時の発熱において電流が遮断されてしまい、二次電池としての使用期間が短くなって不経済となる。したがって、二次電池としての使用性と安全性とを共に確保するためには、電池内圧の適当な圧力範囲内で確実、且つ安定に電流が遮断される必要がある。
【0008】
ここで、下部金属箔弁体1の易破断部11をその破断強度により設定された電池内圧で確実に破断させるためには、下部金属箔弁体1と上部金属箔弁体2とが溶着部4を介して確実、且つ安定に連結されていることが必須条件となる。この溶着部4の形成には、強固な溶着強度に形成できるレーザー溶接が一般的に用いられており、このレーザー溶接を行う場合には、両弁体1,2の凸状部1aおよび凹状部2aの各々の被溶接部位を互いに密着状態に安定に保持する必要がある。そこで、被溶接部位間に所要の接触状態を確保するために、両弁体1,2を押えピンなどの治具により両側から挟み付けて一定圧力で接触させるようにしている。
【0009】
しかしながら、治具により挟み込み過ぎると、凸状部1aまたは凹状部2a が異常に変形して被溶接部位間に隙間ができてしまい、レーザー光が照射される一方の部材から他方の部材への熱伝導が不十分となり、形成された溶着部4にはその溶着強度にばらつきが生じ、さらには溶接不良が発生することもある。この溶着部4の溶着強度のばらつきは、同じ電池内圧での上部金属箔弁体2による下部金属箔弁体1の引き上げ力のばらつき、つまり電流遮断圧力のばらつきとなり、電池内圧が易破断部11の破断強度で設定した所定値に達した時点で確実に電流を遮断することができなくなる。
【0010】
逆に、治具による挟み込みが少な過ぎると、凸状部1aと凹状部2aとの接触面積がレーザースポット径よりも小さくなって溶着強度が低下する。そのため、従来の密閉型防爆封口板は電流遮断圧力に高い信頼性を得ることができない。しかも、凸状部1aと凹状部2aとの接触面積が小さ過ぎる場合、レーザー光のエネルギー密度によってはレーザー照射部分に孔があき易くなり、特に、凹状部2aに孔があくと、上部金属箔弁体2による密閉性が確保できなくなり、電流遮断機能が得られない欠陥が生じる。
【0011】
また、図5は円筒形電池の封口に適用する防爆封口板を示してあり、両弁体1,2の凸状部1aおよび凹状部2aは、円形の開口部を有する電池ケースに対応していずれも平面視円形に形成されている。一方、角形電池では、その電池ケースが水平断面形状が細長いほぼ長方形状になっているから、この電池用の防爆封口板の金属ケースは、電池ケースに対応した細長いほぼ長方形状の水平断面形状、つまり開口部の長さ寸法が幅寸法に比し格段に大きい容器形状に形成される。
【0012】
そのため、この封口板の上部金属箔弁体に形成する平面視円形の凹状部は、その径が金属ケースの幅寸法に規制されて極めて小さくなる。これにより、凹状部の受圧面積が小さくなるのに伴って凹状部を反転させるのに必要な圧力が大きくなり、易破断部を、その破断強度により設定された電池内圧つまり設定された電流遮断圧力で破断させることができない問題がある。
【0013】
そこで本発明は、上述の問題点を解消し、上下の弁体を確実、且つ安定に溶接できる構成を備えて信頼性の高い電流遮断機能を得られ、さらには角形電池においても所定の電池内圧で確実に電流を破断できる密閉型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。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明の密閉型電池用防爆封口板の製造方法は、導電性および可撓性を有する上部および下部の両金属箔弁体を、各々の周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わせた状態で金属製封口ケース内に挿入する工程と、前記両金属箔弁体を前記封口ケースに挿入する工程の以前または以後において、前記両金属箔弁体の各々の周縁部を一対の押え治具により前記絶縁ガスケット、さらには前記封口ケースを介して挟持固定する工程と、前記両金属箔弁体を挟持固定した状態において、一対のうちの少なくとも一方の先端部分が中央の平面部の周囲に湾曲部を有する形状となった一対の成形ピンを、前記封口ケースにおける上部開口部および底部の通気口をそれぞれ挿通させ、または挿通させずに互いに近接する方向に作動させることにより、前記両成形ピンで前記両金属箔弁体を同時にプレス成形加工して、前記両金属箔弁体にそれぞれ互いに密着状態に接触する凹状部および凸状部を成形加工する工程と、前記凹状部と前記凸状部との接触部分をレーザー溶接で溶接して接続部を形成する工程と、前記上部金属箔弁体上に導電性スペーサおよび金属キャップを順次重ね合わせたのちに、前記封口ケースの開口部を内方にかしめ加工する工程と、を有している。
【0020】
この製造方法では、上部金属箔弁体の凹状部または下部金属箔弁体の凸状部の少なくとも一方に、中央の平坦面の周囲から湾曲して斜め方向へ延びる断面逆台形状または断面台形状を容易に、且つ確実に成形加工することができ、両金属箔弁体の凹状部と凸状部の各々の中央部分に、レーザー溶接機から照射するレーザー光のスポット径よりも大きな面積を有し、且つ隙間なく弾力的に密着した接触面を安定に形成することができる。したがって、易破断部をその破断強度により設定された電池内圧で確実に破断させることができ、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる密閉型電池用防爆封口板を容易に、且つ生産性良く製造することができる。
【0021】
また請求項2記載の発明の密閉型電池用防爆封口板の製造方法は、導電性および可撓性を有する上部および下部の両金属箔弁体を、各々の周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わせた状態で金属製封口ケース内に挿入する工程と、前記両金属箔弁体を前記封口ケースに挿入する工程の以前または以後において、前記上部金属箔弁体に下方へ膨出する凹状部を、前記下部金属箔弁体に上方へ膨出する凸状部をそれぞれ成形加工して、前記凹状部と前記凸状部との各々の中央部位を接触させる工程と、前記封口ケースにおける上部開口部および底部の通気口をそれぞれ通じて加圧ガスを前記凹状部および前記凸状部に作用させて、前記凹状部と前記凸状部との接触面積を増大させる工程と、前記凹状部と前記凸状部との接触部分をレーザー溶接で溶接して接続部を形成する工程と、前記上部金属箔弁体上に導電性スペーサおよび金属キャップを順次重ね合わせたのちに、前記封口ケースの開口部を内方にかしめ加工する工程と、を有している。
【0022】
この製造方法では、両金属箔弁体に、各々の中央部位がそれぞれ互いに接触する凹状部と凸状部を予め成形加工したのちに、加圧ガスで両弁体を挟み付けるように作用させることにより、凹状部と凸状部とが隙間なく弾力的に密着する接触面を徐々に増大させるようにしたので、凹状部と凸状部との間にレーザー光のスポット径よりも大きな面積を有する接触面を極めて円滑に形成することができる。それにより、この製造方法においても、溶着強度にばらつきのない所要の接続部を歩留りよく形成して、易破断部をその破断強度により設定された電池内圧で確実に破断させることができ、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる密閉型電池用防爆封口板を容易に、且つ生産性良く製造することができる。
【0023】
【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、図2は図1のA−A線断面図である。この実施の形態では、角形の密閉型電池の開口部を封口するための封口板を例示してあり、したがって、図1は水平断面が細長い長方形状となる封口板の長さ方向に沿った切断線での縦断面図で、図2は幅方向に沿った切断線での縦断面図である。
【0024】
この防爆封口板は、可撓性および導電性を有する薄い上部金属箔弁体17と、この上部金属箔弁体17に対設された可撓性および導電性を有する薄い下部金属箔弁体18と、両弁体17,18の各々の周縁部間に介在された絶縁ガスケット19と、上部金属箔弁体17の周縁部の上面に重ね合わされた導電性スペーサ20と、この導電性スペーサ20上に載置され、複数の排気孔21aを有する金属キャップ21と、複数の通気口22aを有し、上記の各部材を積層状態で挿入させて保持するアルミニウム製の封口ケース22とを備えている。
【0025】
上部金属箔弁体17は、厚さが0.06mm、長さが27.3mm、幅が3.5 mmの細長い長方形のアルミニウム薄板からなり、その中央部に下方へ向け膨出した凹状部23と、この凹状部23の周囲にほぼC字形状の刻印を用いて形成された易破断性の薄肉部24とを有している。凹状部23は、上部金属箔弁体17の形状に対応した平面視長方形状に形成されており、例えば、図1に示す長さ寸法Lが20mm、図2に示す幅寸法Dが1mm、周縁部の下面からの突出長が0.36mmに設定されている。すなわち、凹状部23は、図1と図2との比較から明らかなように、長さ方向の縦断面形状が幅方向の縦断面形状よりも長くなっている。さらに、凹状部23は、下方に向け膨出した底部に平面視長方形状の平坦面23aを有し、且つ平坦面23aの周端部から湾曲して斜め上方へ向け延びる長さ方向の受圧面23Bおよび幅方向の受圧面23bとを有する形状に成形加工されている。
【0026】
したがって、凹状部23は、図1に示す長さ方向に沿った切断線での断面形状および図2に示す幅方向に沿った切断線での断面形状のいずれもがほぼ逆台形状になっている。
【0027】
一方、下部金属箔弁体18は、厚さが0.08mm、長さが27.8mm、幅が4mmの細長い長方形のアルミニウム薄板からなる。この下部金属箔弁体18における凹状部23との対向箇所には、上方へ向け膨出する凸状部27が設けられ、この凸状部27は、一対の切り込み線を1.8 mmの間隔で平行に幅方向に向け形成することにより、一辺が1.8 mmの正方形状になっている。さらに、凸状部27が幅方向において上方に向け凸状に膨出されていることにより、凸状部27の両側部には切り込み線による一対の通気孔28,28が設けられている。さらに、凸状部の両端部には、図2に示すように、所定の破断強度を有する薄肉に形成された一対の易破断部29が配設されている。両弁体17,18は、凹状部23の平坦面23aと凸状部27との接触部位を局部的にレーザー溶接することにより互いに溶着されてなる接続部Sのみを介して電気的導通状態に連結されている。また、両弁体17,18は、上記接続部Sが通気口22aに対向させて封口ケース22内に収納されている。
【0028】
上記封口板は、両弁体17,18が各々の周縁部間に絶縁ガスケット19を介在して重ね合わせた状態で封口ケース22内に挿入されたのちに、凹状部23の平坦面23aと凸状部27との接触部位を局部的にレーザー溶接して接続部Sが形成され、つぎに、導電性スペーサ20および金属キャップ21を封口ケース22内に順次挿入して上部金属箔弁体17上に重ね合わせた状態で封口ケース22の上部を内方にかしめ加工して組み立てられている。この封口ケース22のかしめ加工時に内方に屈曲される絶縁ガスケット19の上部は、封口ケース22と金属キャップ21との間に介在して、それらを絶縁する。この封口板は、封口ケース22に正極リード体(図示せず)を接続したのちに、図1に2点鎖線で示すように、周囲に絶縁ガスケット30を介在して、発電要素が収納されている電池ケース31の開口部に挿入され、電池ケース31の内方へ突出した環状の支持部32に支持される。そののちに、電池ケース31の上端部分が内方にかしめ加工されることにより、封口板が電池ケース31を密閉する。
【0029】
次に、上記密閉型電池用防爆封口板の作用について説明する。通電電流は、正極板(図示せず)、正極リード体、封口ケース22、下部金属箔弁体18から接続部Sを介して上部金属箔弁体17、導電性スペーサ20および金属キャップ21に至る通電経路に流れ、電池として正常に機能する。ところで、リチウム二次電池などでは、充電器の故障などによる無制御での過充電や短絡などが発生した場合、電池の安全許容電流を超え、電池内圧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ると、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、過大量のガスあるいは蒸気を発生させるおそれがある。そこで、電池内圧を検知して通電電流を完全に遮断する防爆安全機能が作用する。
【0030】
すなわち、電池内圧は、封口ケース22の通気口22aから下部金属箔弁体18の一対の通気孔28,28を通じて凹状部23の受圧面23A,23aに押し上げ力として作用する。この電池内圧が下部金属箔弁体18の一対の易破断部29,29の各々の破断強度の和によって設定された所定値まで上昇すると、凹状部23が反転して上方へ向け凸状に変形し、それによって下部金属箔弁体18の凸状部27が引き上げられて易破断部29,29に剪断力が作用し、易破断部29,29が破断する。それにより、凸状部27は上部金属箔弁体17と一体となって下部金属箔弁体18から分離するため、接続部Sを通じてのみ導通していた両弁体17,18が離間して上記通電経路が遮断され、通電電流も遮断されて内部発熱の継続を防止する。ここで、上部金属箔弁体17の薄肉部24は易破断部29よりも高い破断強度に設定されており、上部金属箔弁体17は、電流遮断時にそのままの状態を維持して、電池ケース31内の電解液が漏れ出るのを防止するため、電解液が外部に漏出して電池使用機器を腐食するといったことが生じない。
【0031】
また、上記のように電流が遮断されても、何らかの原因により、電池の内部温度の上昇が止まらずに電池内圧が上昇し続けた場合には、大量のガスまたは蒸気が発生する。それにより、電池内圧が上部金属箔弁体17の薄肉部24の破断強度によって設定された所定値に達すると、その薄肉部24が開裂し、充満していたガスが金属キャップ21の排気孔21aから電池の外部に排出される。ここで、凸状部27は、上部金属箔弁体17におけるC字形状の薄肉部24で囲まれた部分よりも小さい形状であって、薄肉部24内に包含される相対位置で対設されている。したがって、離間して上部金属箔弁体17に付着している凸状部27は、上部金属箔弁体17における薄肉部24の破断により開口したガス排出孔を塞ぐことがなく、大量のガス発生時にも内部ガスを迅速に外部排出することができる。
【0032】
この防爆封口板は、両弁体17,18の凹状部23および凸状部27を確実、且つ安定に溶接して溶着強度にばらつきのない接続部Sを形成できる構成を備えている。すなわち、上部金属箔弁体17の凹状部23は、長さ方向に沿った切断線での断面形状および幅方向に沿った切断線での断面形状のいずれもがほぼ逆台形状に成形加工されて、底部に平坦面23aを有している。そのため、封口板の組み立てに際して、両金属箔弁体17,18が各々の周縁部間に絶縁ガスケット19を介在して重ね合わされたときに、下部金属箔弁体18における湾曲形状に上方に膨出する形状に成形加工された凸状部27は、その中央部分が平坦面23aに沿うように変形して平坦面23aに密着する。したがって、平坦面23aと凸状部27との間には、レーザー光のスポット径よりも大きな面積を有し、且つ隙間なく弾力的に密着した接触面が安定に形成されるから、この接触面にレーザー光を照射して相互に溶接することにより、溶着強度にばらつきのない所要の接続部Sを、溶接不良や穿孔の発生を防止して歩留りよく形成できる。
【0033】
また、上記防爆封口板は、この実施の形態のように角形電池に適用した場合において、上部金属箔弁体17の凹状部23を上方へ反転させるのに必要な圧力を低く設定でき、上述の溶着強度にばらつきのない接続部Sを有していることと合わせて、易破断部29の破断強度により設定した電流遮断圧力に高い信頼性を得られる。すなわち、上部金属箔弁体17の凹状部23は、細長い長方形状の開口部を有する角形電池に対応して、長さ方向の断面形状が幅方向の断面形状よりも格段に長い平面視長方形状を有しており、角形電池の幅寸法に対応した半径の平面視円形の凹状部とした従来封口板に比較して、長さ方向の断面形状が幅方向の断面形状に対し大きくなった分だけ長さ方向の受圧面23Bの面積が大きくなっている。それにより、上部金属箔弁体17の凹状部23を上方へ反転させるのに必要な圧力は受圧面23Bの面積が大きくなった分だけ低く設定できるから、凹状部23を、電池内圧が易破断部29の破断強度により設定した所定値に達した時点で確実に反転させることができる。
【0034】
つぎに、上記防爆封口板の製造方法について説明する。本発明の一実施の形態に係る製造方法は、接続部Sの形成に先立って両弁体17,18にそれぞれ凹状部23および凸状部27を成形加工する工程のみが従来方法と相違するだけである。すなわち、図3に示すように、一対の切り込み線および易破断部29を予め形成した下部金属箔弁体18、絶縁ガスケット19、薄肉部24を予め形成した上部金属箔弁体17を、封口ケース22内に順次挿入して、両弁体17,18を各々の周縁部間に絶縁ガスケット19を介在して重ね合わせる。
【0035】
つぎに、筒状の下部押え治具33および上部押え治具34をそれぞれ封口ケース22および上部金属箔弁体17の周縁部に圧接させて、両弁体17,18の各々の周縁部を絶縁ガスケット19を介在して挟持固定する。続いて、下部成形ピン37および上部成形ピン38を、矢印で示すように互いに近接する方向に作動させて、両弁体17,18に対し同時にプレス成形加工を行う。ここで、下部成形ピン37は先端部の幅方向断面形状がほぼ半球状になっており、上部成形ピン38は、先端の平面視長方形の平面部38aの周囲に湾曲部38bを有する形状になっている。また、下部成形ピン37は封口ケース22の通気口22aを挿通して下部金属箔弁体18を支障なくプレス加工する。
【0036】
したがって、上部金属箔弁体17には、上部成形ピン38による加圧により塑性変形されることにより、平面部38aにより平坦面23aが、且つ湾曲部38bにより平坦面23aの周囲が湾曲されて受圧面23B,23bがそれぞれ成形加工され、図1および図2に示した凹状部23が得られる。一方、下部金属箔弁体には、下部成形ピン37による加圧により塑性変形されて、凸状部27の中央部が凹状部23の平坦面23aに沿うよう変形されながら押し付けられ、幅方向において上方に向け凸状に膨出した凸状部27が成形加工されるとともに、凸状部27の膨出によって凸状部27の両側に一対の通気孔28,28が形成される。したがって、平坦面23Aと凸状部27との間には、レーザー光のスポット径よりも大きな面積を有し、且つ隙間なく弾力的に密着した接触面が安定に形成される。
【0037】
上述の凹状部23および凸状部27の成形加工が終了したならば、凹状部23と凸状部27の接触部分にレーザー溶接機からレーザー光を照射して接続部Sを形成する。このレーザー溶接に際しては、レーザー光を上方から上部金属箔弁体17に向け照射して溶接を行いながら、封口ケース22の通気口22aを通して下方からも溶接状態の良否を容易に識別することができるとともに、通気口22aが熱退避用空間として機能するので、安定した溶接加工を行え、溶着強度にばらつきのない所要の接続部Sを歩留りよく形成できる。なお、レーザー光を通気口22aを通じて下方から下部金属箔弁体18に向け照射して溶接を行うこともできる。また、接続部Sを形成したのちは、従来工法と同様に、導電性スペーサ20および金属キャップ21を封口ケース22内に順次挿入して上部金属箔弁体17上に重ね合わせ、その状態で封口ケース22の上部を内方にかしめ加工することにより、封口板が出来上がる。
【0038】
図4は本発明の他の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板の製造方法における両弁体17,18にそれぞれ凹状部23および凸状部27を成形加工する工程を示す縦断面図である。この製造方法では、両弁体17,18を、その周縁部に絶縁ガスケット19を介在して重ね合わせた状態で封口ケース22内に挿入したのちに、両弁体17,18の各々の中央部位を押えピンなどの既存の治具により両側から挟み付けて互いに接触させ、図4に示すように、仮の凹状部23および凸状部27を予め成形加工する。
【0039】
つぎに、一対のガス吐出ノズル39,40を、それぞれ封口ケース22の通気口22aおよび封口ケース22の開口部に対向するよう配置するとともに、レーザー溶接機41を両弁体17,18の接触部位に向けて配置する。そして、両ノズル39,40からそれぞれ加圧ガスGを吐出させて凹状部23および凸状部27に対し互いに近接する方向に加圧し、その加圧状態においてレーザー溶接機41からレーザー光Rを照射して両弁体17,18の接触部位を相互にレーザー溶接し、接続部Sを形成する。この溶接時に、加圧ガスGによる挟み付け作用により凹状部23および凸状部27とが隙間なく弾力的に密着する接触面が円滑に増大していき、レーザー光のスポット径よりも大きな面積を有する接触面が形成され、その接触面にレーザー溶接が行われていく。それにより、溶着強度にばらつきのない所要の接続部Sを歩留りよく形成でき、図1および図2に示した防爆封口板を得られる。
【0042】
【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、両金属箔弁体の凹状部と凸状部の各々の中央部分に、レーザー溶接機のレーザー光のスポット径よりも大きな面積を有し、且つ隙間なく弾力的に密着した接触面を安定に形成することができ、易破断部をその破断強度により設定された電池内圧で確実に破断させることができ、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる密閉型電池用防爆封口板を容易に且つ生産性良く製造することができる。
【0043】
本発明の他の密閉型電池用防爆封口板の製造方法によれば、両金属箔弁体の各々の中央部位にそれぞれ互いに接触する凹状部と凸状部を成形したのちに、加圧ガスで両弁体を挟み付けるように作用させることにより、凹状部と凸状部とが隙間なく弾力的に密着する接触面を増大させるようにしたので、凹状部と凸状部との間にレーザー光のスポット径よりも大きな面積を有する接触面を極めて円滑に形成することができ、溶着強度にばらつきのない所要の接続部を歩留りよく形成して、易破断部をその破断強度により設定された電池内圧で確実に破断させることができ、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる密閉型電池用防爆封口板を容易に、且つ生産性良く製造することができる。
【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長さ方向の切断線により切断した縦断面図。
【図2】図1のA−A線断面図。
【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要部工程を示す縦断面図。
【図4】本発明の他の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要部工程を示す縦断面図。
【図5】従来の密閉型電池用防爆封口板の縦断面図。
【符号の説明】
17 上部金属箔弁体
18 下部金属箔弁体
19 絶縁ガスケット
20 導電性スペーサ
21 金属キャップ
22 封口ケース
22a 通気口
23 凹状部
23a 平坦面
23B,23b 受圧面
27 凸状部
29 易破断部
31 電池ケース
33 下部押え治具
34 上部押え治具
37 下部成形ピン
38 上部成形ピン
38a 平面部
38b 湾曲部
39,40 ガス吐出ノズル
41 レーザー溶接機
S 接続部
G 加圧ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used for sealing a battery case opening in a sealed non-aqueous electrolyte battery having a high energy density such as a sealed battery, particularly a lithium secondary battery, and the battery internal pressure rises to a set value. Explosion-proof seal for sealed batteries with a function to completely cut off the energizing currentPlankIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electronic devices such as AV devices and personal computers are rapidly becoming portable and cordless. Especially, as a drive power source for portable devices such as watches and cameras, various types of alkaline storage batteries and lithium secondary batteries with high capacities are used. Non-aqueous electrolyte (organic solvent-based electrolyte) secondary batteries typified by batteries are suitable. Furthermore, these non-aqueous electrolyte secondary batteries should be sealed with high energy density and excellent load characteristics. Has been promoted.
[0003]
By the way, in a sealed nonaqueous electrolyte battery having a high energy density, a so-called Neumann method that consumes gas generated inside the battery as a counter electrode cannot be adopted, and it is necessary to avoid overcharge and overdischarge. However, when an external short circuit occurs due to overcharge or misuse due to failure of related equipment including a charger, the power generation element inside the battery causes a chemical reaction, for example, due to an abnormal reaction due to overcharge or short circuit. The electrolytic solution and the active material are decomposed, and gas is abnormally generated inside the battery as the internal heat is generated, so that the internal pressure of the battery becomes excessive. In order to prevent such problems from occurring in advance, this type of battery has conventionally been provided with an explosion-proof safety mechanism that opens the valve body and discharges gas when the internal pressure of the battery exceeds a set value. ing. Furthermore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, a charging current continues to flow in an overcharged state, so the electrolyte and active material may continue to decompose and the temperature may rise rapidly. Therefore, conventionally, this type of battery is provided with a reliable explosion-proof safety mechanism that completely cuts off the energization current prior to gas discharge by detecting that the internal pressure of the battery has increased to a predetermined value. .
[0004]
As an explosion-proof sealing plate provided with such an explosion-proof safety mechanism, for example, one having a configuration as shown in FIG. 5 has been proposed. (Japanese Patent Application No. 7-282762). In this explosion-proof sealing plate, the lower metal
[0005]
When an abnormal situation occurs in the battery and the internal pressure of the battery rises, the pressure is transferred from the
[0006]
Thereby, the portion surrounded by the easily breakable portion 11 in the convex portion 1a of the lower metal
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the explosion-proof safety mechanism as described above, the setting of the battery internal pressure for interrupting the current, that is, the setting of the current interrupting pressure is particularly important for ensuring the safety of the secondary battery. In other words, if the current cutoff pressure is set too high, even if the current is cut off by detecting the battery internal pressure, the chemical reaction inside the battery will not stop and abnormal heat generation will continue. If it is set low, the current is cut off during heat generation during charging, which is a normal use condition, and the use period as a secondary battery is shortened, which is uneconomical. Therefore, in order to ensure both usability and safety as a secondary battery, it is necessary to interrupt the current reliably and stably within an appropriate pressure range of the battery internal pressure.
[0008]
Here, in order to reliably break the easily breakable portion 11 of the lower metal
[0009]
However, if it is sandwiched too much by a jig, the convex portion 1a or the
[0010]
On the other hand, when the pinching by the jig is too small, the contact area between the convex portion 1a and the
[0011]
FIG. 5 shows an explosion-proof sealing plate applied to the sealing of a cylindrical battery. The convex part 1a and the
[0012]
Therefore, the concave portion having a circular shape in plan view formed on the upper metal foil valve body of the sealing plate is extremely small because the diameter thereof is regulated by the width dimension of the metal case. As a result, as the pressure receiving area of the concave portion decreases, the pressure required to invert the concave portion increases, and the easily breakable portion is set to the battery internal pressure set by its breaking strength, that is, the set current cutoff pressure. There is a problem that it cannot be broken.
[0013]
Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned problems, provides a structure capable of reliably and stably welding the upper and lower valve bodies, and provides a highly reliable current interruption function. Sealed explosion-proof sealing plate that can reliably break currentManufacturing methodIs intended to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the claim 1The manufacturing method of the explosion-proof sealing plate for a sealed battery according to the invention is such that both upper and lower metal foil valve bodies having conductivity and flexibility are overlapped with each other with an insulating gasket interposed between the peripheral portions. Before or after the step of inserting into the metal sealing case and the step of inserting the both metal foil valve bodies into the sealing case, the peripheral edge of each of the metal foil valve bodies is a pair of holding jigs. In the state of sandwiching and fixing the insulating gasket and further through the sealing case, and in the state of sandwiching and fixing both the metal foil valve bodies, at least one tip portion of the pair has a curved portion around the central flat portion. By operating the pair of forming pins having the shape having the upper opening portion and the bottom vent hole in the sealing case in directions close to each other without being inserted, respectively, The both metal foil valve bodies are press-molded at the same time with both molding pins, and the concave portion and the convex portion that are in close contact with each other are molded into the two metal foil valve bodies; The step of welding the contact portion with the convex portion by laser welding to form a connection portion, and after sequentially superposing a conductive spacer and a metal cap on the upper metal foil valve body, the opening portion of the sealing case And inwardly caulking.
[0020]
In this manufacturing method, at least one of the concave portion of the upper metal foil valve body or the convex portion of the lower metal foil valve body is a cross-section inverted trapezoid shape or a cross-section trapezoid shape that is curved from the periphery of the central flat surface and extends obliquely. Can be easily and reliably formed, and the center of each of the concave and convex portions of both metal foil valve bodies has an area larger than the spot diameter of the laser beam irradiated from the laser welding machine. In addition, it is possible to stably form a contact surface that is elastically in close contact with no gap. Therefore,The easily breakable portion can be reliably broken at the battery internal pressure set by its breaking strength, and high reliability can be obtained for the current breaking pressure.An explosion-proof sealing plate for a sealed battery can be manufactured easily and with high productivity.
[0021]
The invention of claim 2The method for manufacturing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery is a method in which both upper and lower metal foil valves having conductivity and flexibility are overlapped with an insulating gasket interposed between the peripheral portions. Before or after the step of inserting into the sealing case and the step of inserting both the metal foil valve bodies into the sealing case, the lower metal foil is provided with a concave portion that bulges downward in the upper metal foil valve body. Forming a convex portion that bulges upward in the valve body and bringing the central portions of the concave portion and the convex portion into contact with each other; and an upper opening and a bottom vent in the sealing case And increasing the contact area between the concave portion and the convex portion by applying pressurized gas to the concave portion and the convex portion, respectively, and contact between the concave portion and the convex portion. Weld the parts with laser welding to A step of forming, after which said upper metal Hakuben allowed on sequentially superimposed conductive spacer and a metal cap body, and a, a step of caulking the opening portion of the sealing case inward.
[0022]
In this manufacturing method, after both the metal foil valve bodies are preliminarily molded with a concave portion and a convex portion whose central portions are in contact with each other, the two valve bodies are made to sandwich the valve bodies with pressurized gas. As a result, the contact surface where the concave portion and the convex portion are elastically in close contact with each other is gradually increased, so that the area between the concave portion and the convex portion is larger than the spot diameter of the laser beam. The contact surface can be formed very smoothly. As a result, even in this manufacturing method, it is possible to form a required connection portion having a uniform welding strength with a high yield.The easily breakable part can be reliably broken at the battery internal pressure set by its breaking strength, and high reliability can be obtained for the current breaking pressure.An explosion-proof sealing plate for a sealed battery can be manufactured easily and with high productivity.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. In this embodiment, a sealing plate for sealing the opening of a rectangular sealed battery is illustrated, and therefore FIG. 1 is a cut along the length direction of the sealing plate whose horizontal cross section is an elongated rectangular shape. FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along a cutting line along the width direction.
[0024]
The explosion-proof sealing plate includes a thin upper metal
[0025]
The upper metal
[0026]
Accordingly, the
[0027]
On the other hand, the lower metal
[0028]
The sealing plate is inserted into the sealing
[0029]
Next, the operation of the above-described sealed battery explosion-proof sealing plate will be described. The energization current reaches from the positive electrode plate (not shown), the positive electrode lead body, the sealing
[0030]
That is, the battery internal pressure acts as a pushing force from the
[0031]
Even if the current is interrupted as described above, a large amount of gas or vapor is generated when the internal pressure of the battery continues to increase without stopping the increase in the internal temperature of the battery for some reason. Thereby, when the internal pressure of the battery reaches a predetermined value set by the breaking strength of the
[0032]
This explosion-proof sealing plate has a configuration that can reliably and stably weld the
[0033]
Further, when the explosion-proof sealing plate is applied to a prismatic battery as in this embodiment, the pressure required to reverse the
[0034]
Next, a method for manufacturing the explosion-proof sealing plate will be described. The manufacturing method according to an embodiment of the present invention is different from the conventional method only in the step of forming the
[0035]
Next, the cylindrical
[0036]
Accordingly, the upper metal
[0037]
When the above-described forming of the
[0038]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a process of forming the
[0039]
Next, a pair of
[0042]
【The invention's effect】
According to the method of manufacturing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery of the present invention, an area larger than the spot diameter of the laser beam of the laser welding machine is provided in the central part of each of the concave part and the convex part of both metal foil valve bodies. And can stably form a contact surface that is elastically adhered without gaps,The easily breakable portion can be reliably broken at the battery internal pressure set by its breaking strength, and high reliability can be obtained for the current breaking pressure.An explosion-proof sealing plate for a sealed battery can be easily manufactured with high productivity.
[0043]
According to another method for manufacturing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery of the present invention, after forming a concave portion and a convex portion that are in contact with each other at the central portion of each of the metal foil valve bodies, By acting so that both valve bodies are sandwiched, the contact surface where the concave portion and the convex portion are elastically closely contacted with no gap is increased, so the laser beam is interposed between the concave portion and the convex portion. The contact surface having an area larger than the spot diameter can be formed very smoothly, and a required connection portion having no variation in welding strength is formed with a high yield.The easily breakable portion can be reliably broken at the battery internal pressure set by its breaking strength, and high reliability can be obtained for the current breaking pressure.An explosion-proof sealing plate for a sealed battery can be manufactured easily and with high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view taken along a cutting line in a length direction showing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing main steps of a method for manufacturing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing main steps of a method for manufacturing an explosion-proof sealing plate for a sealed battery according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a conventional explosion-proof sealing plate for a sealed battery.
[Explanation of symbols]
17 Upper metal foil disc
18 Lower metal foil valve
19 Insulation gasket
20 Conductive spacer
21 Metal cap
22 Sealing case
22a Vent
23 Concave part
23a flat surface
23B, 23b Pressure receiving surface
27 Convex part
29 Easy break
31 Battery case
33 Lower presser jig
34 Upper presser jig
37 Lower molding pin
38 Upper molding pin
38a Plane part
38b Curved part
39, 40 Gas discharge nozzle
41 Laser welding machine
S connection
G Pressurized gas
Claims (2)
前記両金属箔弁体を前記封口ケースに挿入する工程の以前または以後において、前記両金属箔弁体の各々の周縁部を一対の押え治具により前記絶縁ガスケット、さらには前記封口ケースを介して挟持固定する工程と、
前記両金属箔弁体を挟持固定した状態において、一対のうちの少なくとも一方の先端部分が中央の平面部の周囲に湾曲部を有する形状となった一対の成形ピンを、前記封口ケースにおける上部開口部および底部の通気口をそれぞれ挿通させ、または挿通させずに互いに近接する方向に作動させることにより、前記両成形ピンで前記両金属箔弁体を同時にプレス成形加工して、前記両金属箔弁体にそれぞれ互いに密着状態に接触する凹状部および凸状部を成形加工する工程と、
前記凹状部と前記凸状部との接触部分をレーザー溶接で溶接して接続部を形成する工程と、
前記上部金属箔弁体上に導電性スペーサおよび金属キャップを順次重ね合わせたのちに、前記封口ケースの開口部を内方にかしめ加工する工程と、
を有する密閉型電池用防爆封口板の製造方法。Inserting both conductive and flexible upper and lower metal foil valve bodies into a metal sealing case in a state of being overlapped with an insulating gasket interposed between the respective peripheral edges;
Before or after the step of inserting the two metal foil valve bodies into the sealing case, a peripheral edge of each of the two metal foil valve bodies is interposed between the insulating gasket and further the sealing case by a pair of holding jigs. Sandwiching and fixing, and
In a state in which both the metal foil valve bodies are sandwiched and fixed, a pair of forming pins in which at least one tip portion of the pair has a curved portion around a central flat portion is formed as an upper opening in the sealing case. The both metal foil valve bodies are simultaneously press-molded with the both molding pins by inserting the vents in the top and bottom portions or operating them in the directions close to each other without being inserted. Forming a concave portion and a convex portion that are in close contact with each other, respectively,
Forming a connection portion by welding a contact portion between the concave portion and the convex portion by laser welding;
A step of caulking the opening of the sealing case inward after sequentially superposing a conductive spacer and a metal cap on the upper metal foil valve body;
The manufacturing method of the explosion-proof sealing board for sealed batteries which has this.
前記両金属箔弁体を前記封口ケースに挿入する工程の以前または以後において、前記上部金属箔弁体に下方へ膨出する凹状部を、前記下部金属箔弁体に上方へ膨出する凸状部をそれぞれ成形加工して、前記凹状部と前記凸状部との各々の中央部位を接触させる工程と、
前記封口ケースにおける上部開口部および底部の通気口を通じて加圧ガスを前記凹状部および前記凸状部に作用させて、前記凹状部と前記凸状部との接触面積を増大させる工程と、
前記凹状部と前記凸状部との接触部分をレーザー溶接で溶接して接続部を形成する工程と、
前記上部金属箔弁体上に導電性スペーサおよび金属キャップを順次重ね合わせたのちに、前記封口ケースの開口部を内方にかしめ加工する工程と、
を有する密閉型電池用防爆封口板の製造方法。Inserting both conductive and flexible upper and lower metal foil valve bodies into a metal sealing case in a state of being overlapped with an insulating gasket interposed between the respective peripheral edges;
Before or after the step of inserting the two metal foil valve bodies into the sealing case, a concave portion that bulges downward on the upper metal foil valve body, and a convex shape that bulges upward on the lower metal foil valve body. Forming each part, and contacting each central part of the concave part and the convex part;
Increasing the contact area between the concave portion and the convex portion by applying a pressurized gas to the concave portion and the convex portion through the upper opening and the bottom vent in the sealing case;
Forming a connection portion by welding a contact portion between the concave portion and the convex portion by laser welding;
A step of caulking the opening of the sealing case inward after sequentially superposing a conductive spacer and a metal cap on the upper metal foil valve body;
The manufacturing method of the explosion-proof sealing board for sealed batteries which has this.
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