JP4191411B2 - 二次電池容器およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内圧の上昇に破壊されることにより、内圧の異常上昇を防止する機能を持った二次電池容器、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、さまざまな分野で二次電池が用いられている。例えば、小型のものであれば、携帯電話機やビデオカメラ等の電子機器の電源として用いられている。また、大型のものであれば、電気自動車の電源や家庭用等の電力貯蔵装置として用いられている。このような用途に用いられる二次電池として、従来からの鉛二次電池やニッケル・カドミウム二次電池に代わって、より軽量でコンパクトなリチウム二次電池が普及しつつある。
【０００３】
このリチウム二次電池は、有機材料の電解液を使用しており、例えば、短絡などによる大電流の放出に伴って電池内部の温度が上昇すると、電解液がガス化して電池容器内部の圧力が上昇することがある。
図８および図９は、このような場合に電池容器内のガスを放出して容器自体の破損を防止するための安全弁を備えたリチウム二次電池の一従来例を示すものである。
符号１０１は容器、１０２は安全弁の弁体、１０３は内部の電極に接続された陽極端子、１０４は内部の他の電極に接続された陰極端子である。この一従来例にあっては、容器１０１の内圧が上昇すると、容器１０１の上面板１０５に貫通孔１０６を覆って設けられた弁体１０２が破壊され、内部の高圧ガスが放出されて、容器１０１自体の破損が防止される。
【０００４】
前記弁体１０２は、上面板１０５より薄い板材からなり、図９に示すように、溶接部１０７を介して上面板１０５に溶接されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記弁体１０２の溶接には、レーザ溶接が用いられるが、図９に示すような溶接構造では、弁体１０２の機能が確実に発揮されない場合がある。具体的には、弁体１０２を構成する板材は、容器１０１内の圧力上昇によって確実に破壊されることが必要であるため、極めて薄く、このため、溶接に際して、上面板１０５と弁体１０２とを充分にとけ込ませて、溶接部１０７の厚さを確保することが難しいという問題がある。
【０００６】
そして、溶接部１０７の厚さが不十分であると、二次電池容器に求められる密閉性が得られないだけでなく、弁体１０２が破壊されるべき圧力以下で溶接部１０７が破壊されると、二次電池が所定の性能を発揮することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、弁体と二次電池容器とを確実に溶接してその信頼性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、前記容器に設けられた貫通孔の周囲に厚さ方向へ突出する環状に形成され、半径方向外方へ環状に突出する第一のフランジ部を有する突出部を設け、該突出部の前記第一のフランジ部に重ねて、前記貫通孔を覆う板状の弁体を設け、該弁体の上に前記第一のフランジ部との間に弁体を挟む第二のフランジ部を設け、前記第一のフランジ部、前記弁体、及び、前記第二のフランジ部の外周に互いを溶け込ませた溶接部を設けたことを特徴とする。
また本発明は、複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、前記容器に設けられた貫通孔の周囲に厚さ方向へ突出する環状に形成され、半径方向外方へ環状に突出する第一のフランジ部を有する突出部を設け、該突出部の前記第一のフランジ部に、前記貫通孔を覆う板状の弁体を重ね、該弁体の上に前記第一のフランジ部との間に該弁体を挟むように第二のフランジ部を重ね、前記突出部の前記第一のフランジ部の外周と前記弁体の外周と前記第二のフランジ部の外周とを溶接して互いに溶け込ませたことを特徴とする。
また本発明は、互いに重ねられた前記突出部の前記第一のフランジ部と弁体と前記第二のフランジ部とを互いに接近する方向へ付勢してこれらを一体に保持し、この状態で前記溶接を行うことを特徴とする。
また本発明は、前記容器、前記弁体及び前記第二のフランジ部を、これらと平行な平面内で回転させながら、これらの外周を溶接することを特徴とする。
また本発明は、前記容器、前記弁体及び前記第二のフランジ部を一方向へ回転させながら溶接する工程と、他方向へ回転させながら溶接する工程とによって、前記第一のフランジ部、前記弁体及び前記第二のフランジ部の全周を溶接することを特徴とする。
また本発明は、前記容器の下方および前記第二のフランジ部の上方のいずれか一方に設けられた磁石と、いずれか他方に設けられて該磁石の磁力の作用を受ける強磁性体とによって前記付勢を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は第１参考例を示すものである。二次電池容器の一部をなす上面板１０５の貫通孔１０６の周囲には、突出部１０が設けられている。この突出部１０の上部にはラプチャと呼ばれる板状の弁体１０２が前記貫通孔１０６およびその周囲の突出部１０を覆って設けられている。これら突出部１０および弁体１０２は、図１に示すように重ねられ、この状態で外周に沿ってレーザ溶接機等により溶接を施して、図中破線で示すように溶接部１１を形成することにより一体化され、貫通孔１０６が密閉されるようになっている。
【００１０】
この溶接にあっては、外周に沿って溶接機のトーチを移動させることにより、環状の突出部１０の半径方向内方へ上面板１０５および弁体１０２の双方をとけ込ませながら溶接するので、溶接部１１に十分な厚さを持たせて必要な強度および密閉性を確保することができる。
【００１１】
図２は第２参考例を示すものである。この参考例は、突出部１０の周囲に半径方向外方へ突出する環状のフランジ部１２を設け、このフランジ部１２に弁体１０２の外周部を重ねて、外周をレーザ溶接したものである。前記フランジ部１２は、弁体１０２とほぼ等しい厚さに構成され、溶接に際して、フランジ部１２と弁体１０２との吸熱量をできるだけ等しくするよう配慮されている。
【００１２】
この参考例では、図２の状態で外周をレーザ溶接することにより、フランジ部１２と弁体１０２とにほぼ均等にエネルギーを吸収させて両者を十分にとけ込ませてさらに十分な強度および密閉性を確保することができる。
【００１３】
図３は本発明の第１実施形態を示すものである。この実施形態では、前記第２参考例における弁体１０２の上に、さらに前記フランジ部１２とほぼ同じ板厚の第２のフランジ部１３を重ねて、これらの外周を溶接したものである。この実施形態では、フランジ部１２、弁体１０２、フランジ部１３が互いに重ねられているので、これらの外周を溶接して互いに溶け込ませることにより、前記第２参考例の場合よりもさらに大きな溶接部１１を確保することができる。
【００１４】
図４〜図６は本発明の第２実施形態を示すものである。この実施形態は、上記参考例及び実施形態における溶接に際して治具を用いたものである。図４は前記第１参考例の弁体１０２に押さえ治具を適用した例を示している。符号２０は椀型に形成された押さえ部材であって、この押さえ部材２０は、突出部１０、弁体１０２の上に重ねられ、これらが全体として、挟持部材２３に挟持されている。この挟持部材２３の下部材２１は上面板１０５の下側に設けられ、また上部材２２は弁体１０２の上側に設けられて、弁体１０２を突出部１０に押し付けて固定するようになっている（なお図４は、弁体１０２が突出部１０に密着する直前の状態を示している）。
【００１５】
この実施形態にあっては、挟持部材２３によって弁体１０２が突出部１０に固定されているので、これらの外周を溶接するに際してこれらを互いに位置決めすることができる。この溶接は、前記上面板１０５等をターンテーブル（図示略）の上に載せ、軸線Ｃを中心として回転させることにより行うことができる。なお、図４における角度αは、レーザ溶接機等の先端部を被溶接部の前方側へ傾ける角度である前進角であり、角度βは、レーザ溶接機等の先端部を回転中心Ｃから倒れる方向へ傾ける角度である内向角である。この溶接は、図６に示すように、挟持部材２３が設けられた位置を中心として、前記ターンテーブルを略１８０度ずつ反対方向へ回転させることにより、挟持部材２３による挟持位置を避けながら行われる。
【００１６】
図７は本発明の第３実施形態を示すものである。この実施形態は、軸２４を中心として回転するターンテーブル２５上に中心を一致させて上面板１０５を置き、さらに弁体１０２を載せて押さえ部材２０により押さえ、さらに上方に設けられた磁石２６を設けて弁体１０２を固定するようにしたものである。すなわち、前記ターンテーブル２５を鋼などの強磁性体により構成することにより、前記磁石２６との間に作用する磁力によって弁体１０２を固定することができる。
【００１７】
この実施形態にあっては、前記弁体１０２が磁石２６によって固定されているから、例えば図７に示すようにレーザ溶接機のトーチ２７を半径方向外方から接近させた場合であっても、弁体１０２、上面板１０５、さらには磁石２６等の軸２４を中心とする回転軌跡と干渉することがない。したがって、前記トーチ２７を被溶接部に近接させた状態でターンテーブル２５を３６０度にわたって回転させることにより、１行程で弁体１０２の全周を溶接することができる。
【００１８】
なお、前記前進角αは、レーザ溶接に際して、被溶接部からの溶接光の反射による溶接機の損傷を防止すべく設けられるもので、表１に示すように、前進角を５度〜１５度にすることにより、レーザ溶接機で通常用いられるパルス当たりのエネルギー（Ｊ／Ｐ）を変化させた場合にも、所望の品質の溶接を行うことができる。
【表１】

表１において、○は管理水準以上の気密性および良好な外観が得られ、△は、管理水準以上の気密性が得られ、外観にやや不良が見られたことを示している。このように、前進角を所定範囲とすることにより、パルスエネルギーの許容範囲が広がるため、溶接部に必要なエネルギーを与えて、より確実に弁体を取り付けることができる。
【００１９】
なお、第２実施形態および第３実施形態に適用された溶接用治具等は、第１参考例の形状の上面板や弁体のみならず、第２参考例や第１実施形態、さらには、他の態様にも適用することができるのはもちろんである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、二次電池用容器を構成する金属板の少なくともいずれかの面に、容器内が所定以上の圧力となることにより破壊されて容器内外を連通する安全弁の弁体を設けたものであって、前記容器に設けられた貫通孔の周囲に厚さ方向へ突出する環状に形成され、半径方向外方へ環状に突出する第一のフランジ部を有する突出部を設け、該突出部の前記第一のフランジ部に重ねて、前記貫通孔を覆う板状の弁体を設け、該弁体の上に前記第一のフランジ部との間に弁体を挟む第二のフランジ部を設け、前記第一のフランジ部、前記弁体、及び、前記第二のフランジ部の外周に互いを溶け込ませた溶接部を設けたから、溶接部の肉厚を十分に確保して良好な気密性あるいは強度を発揮することができる。また本発明は、前記溶接に際して、互いに重ねられた前記突出部の前記第一のフランジ部と弁体と前記第二のフランジ部とを互いに接近する方向へ付勢してこれらを一体に保持し、この状態で前記溶接を行うから、弁体の位置がずれることなく溶接を行うことができる。また本発明は、前記容器、前記弁体及び前記第二のフランジ部を、これらと平行な平面内で回転させながらレーザ溶接機等のトーチを接近させて溶接を行うから、弁体の溶接を能率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１参考例の要部の縦断面図。
【図２】 第２参考例の要部の縦断面図。
【図３】 第１実施形態の要部の縦断面図。
【図４】 第２実施形態の要部の縦断面図。
【図５】 第２実施形態の要部の他の断面における縦断面図。
【図６】 第２実施形態の平面図。
【図７】 第３実施形態の縦断面図。
【図８】 一従来例の斜視図。
【図９】 一従来例の要部の縦断面図。
【符号の説明】
１０ 突出部１１ 溶接部１２ フランジ部１３ （第２の）フランジ部２０ 押さえ部材２１ 下部材２２ 上部材２３ 挟持部材２５ ターンテーブル２６ 磁石１０２ 弁体１０５ 上面板１０６ 貫通孔

Claims (6)

1. 複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、
   前記容器に設けられた貫通孔の周囲に厚さ方向へ突出する環状に形成され、半径方向外方へ環状に突出する第一のフランジ部を有する突出部を設け、
   該突出部の前記第一のフランジ部に重ねて、前記貫通孔を覆う板状の弁体を設け、
   該弁体の上に前記第一のフランジ部との間に弁体を挟む第二のフランジ部を設け、
   前記第一のフランジ部、前記弁体、及び、前記第二のフランジ部の外周に互いを溶け込ませた溶接部を設けたことを特徴とする二次電池容器。
2. 複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、
   前記容器に設けられた貫通孔の周囲に厚さ方向へ突出する環状に形成され、半径方向外方へ環状に突出する第一のフランジ部を有する突出部を設け、
   該突出部の前記第一のフランジ部に、前記貫通孔を覆う板状の弁体を重ね、
   該弁体の上に前記第一のフランジ部との間に該弁体を挟むように第二のフランジ部を重ね、
   前記突出部の前記第一のフランジ部の外周と前記弁体の外周と前記第二のフランジ部の外周とを溶接して互いに溶け込ませたことを特徴とする二次電池容器の製造方法。
3. 互いに重ねられた前記突出部の前記第一のフランジ部と弁体と前記第二のフランジ部とを互いに接近する方向へ付勢してこれらを一体に保持し、この状態で前記溶接を行うことを特徴とする請求項２に記載の二次電池容器の製造方法。
4. 前記容器、前記弁体及び前記第二のフランジ部を、これらと平行な平面内で回転させながら、これらの外周を溶接することを特徴とする請求項２または３に記載の二次電池容器の製造方法。
5. 前記容器、前記弁体及び前記第二のフランジ部を一方向へ回転させながら溶接する工程と、他方向へ回転させながら溶接する工程とによって、前記第一のフランジ部、前記弁体及び前記第二のフランジ部の全周を溶接することを特徴とする請求項４に記載の二次電池容器の製造方法。
6. 前記容器の下方および前記第二のフランジ部の上方のいずれか一方に設けられた磁石と、いずれか他方に設けられて該磁石の磁力の作用を受ける強磁性体とによって前記付勢を行うことを特徴とする請求項５に記載の二次電池容器の製造方法。

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