JP4198652B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
これらの目的には、従来から用いられているニッケルカドミウム電池や鉛電池に比べて、容積あるいは質量当たりのエネルギー密度が大きな二次電池としてリチウムイオンをドープ、および脱ドープする正極活物質と負極活物質を用いたリチウムイオン電池等の非水電解質電池が利用されている。
図3(A)に示すように、密閉型電池1の電池外装容器2に電池要素を収納した後に、電池外装容器の開口部に電池ヘッダ3を装着して、電池外装容器2と電池ヘッダ3との会合部をレーザー溶接した後に、電池ヘッダに設けた電解液注液口5から電解液12を注液する。次いで、図3(B)に示すように、電解液注液口5に液口栓7を装着する。
このような液口栓の場合には、熱融着に使用するレーザーが、液口栓と電解液注液口の会合部の隙間を通じて電池缶の内部への直接到達を防止できるので、電池内部の直接加熱による電解液の沸騰、あるいは噴き出し現象を防止することが可能となるものの、レーザー照射による熱を原因とする内圧の上昇によって電解液が吹き出して封口特性を悪化させることを防止することはできなかった。
また、照射するレーザーの出力を小さくすることによって、電解液の噴き出し等の現象を防止しようとすると、溶着部の金属の溶け込みが浅くなって、熱膨張、収縮の歪みによりクラックが発生し、その部分から電解液が漏洩したり、外部から水分が浸入するおそれがあった。
そこで、電解液注液口を周囲から熱的に隔離するとともに、液口栓の熱容量を小さくすることによって、電解液注液口に近接して電解液が存在していた場合であっても電解液の噴き出しを生じることなく、また少ない熱量で確実な熱融着が可能な密閉型電池を提供することが可能であることを見出したものである。
図1は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図1(A)は、密閉型電池を説明する斜視図である。図1(B)は、密閉型電池を上部からみた平面図であり、図1(C)は、図1(B)において、電解液注液口部分をA−A’線で切断した上部の断面を異なる縮尺で示す図である。
本発明の密閉型電池1は、電池外装容器2内に電池要素を収納した後に、電池缶2の開口部に電池ヘッダ3を装着して、電池外装容器2と電池ヘッダ3とを熱融着して一体化している。電池ヘッダ3には中央部に絶縁性部材を介して、電極端子4を有し、電解液注液口5および電池内圧の異常上昇時に開裂して圧力を開放する圧力開放弁6を有している。
また、電解液注液口5の電池ヘッダ3の壁面には、電解液注液口5と同心円状に凹部8が形成されており、液口栓7の中央の外面に面した部分には、凹部9が形成されており、液口栓7と電解液注液口5との会合部はレーザ溶接によって熱融着部10を形成して電解液注液口5が封口されている。
その結果、電極端子4の絶縁物の過度の温度上昇、あるいは電池内部の加熱等を防止することができる。また、液口栓7に設けた凹部によって液口栓の熱容量を小さくするとともに、不必要な熱の拡散を抑制することができる。
また、凹部は、熱の拡散の抑制のみではなく、溶接時の熱膨張、歪みを吸収する作用も有しており、クラックの発生が少なくなるという効果も得られる。
図2(A)に示すように、密閉型電池1の電池外装容器2内に電池要素を収納した後に、電池缶2の開口部に電池ヘッダ3を装着して、会合部をレーザ溶接によって接合した後に、中央部に凹部9を有する液口栓7を電解液注液口5の貫通部15および段差部16と嵌合するように挿入し、図2(B)に示すように、液口栓7の上面を電池ヘッダ3の上面とを実質的に同一面とする。
次いで、図2(C)に示すように、電解液注液口5と液口栓7との会合部にレーザ10を照射して電池ヘッダ3および液口栓7を溶融して両者の融着接合部11を形成する。
更に、液口栓7の上部の外面に面した部分には凹部9が設けられている。凹部によって、液口栓7の熱容量は小さなものとなるので、レーザの照射量が同一の場合には凹部9を設けない場合に比べてより大きな温度上昇が実現できる。また、凹部9の存在によって液口栓7の下部への熱拡散を小さくすることができ、レーザの照射による電池内部への影響を小さなものとすることができる。
液口栓7に設ける凹部9の径および深さは、電解液注液口の大きさ、電池ヘッダの厚さ等に応じて適宜定めることができるが、液口栓7の熱容量を小さくするとともに、熱拡散を妨げる作用を大きくするために、液口栓7に設けた凹部9の強度に問題を生じない程度に大きくし、また凹部9の先端部9Aを深くすることが好ましい。
電解液注液口に形成する段差部の深さdは、レーザによって溶け込み量以上の大きさとすることが必要であるので、アルミニウム製の外装缶の場合には、0.1mm以上とすることが必要である。
また、熱伝達を抑制するために設けた電池ヘッダに電解液注液口に同心状に設けた凹部8と、液口栓の上部に設ける凹部9との間の距離、すなわちa+bは、レーザによって形成されるビード径以上の大きさとすることが好ましい。大きささがビード径よりも小さい場合には、凹部とビードが重なる結果、凹部を設けた効果を充分に得ることはできなくなる。
また、液口栓に設ける凹部9の深さfは、段差部の深さdと同じかそれ以上、液口栓の高さの3/4以下の深さとすることが好ましい。液口栓の高さの3/4よりも大きい場合には液口栓の強度の低下が生じるので好ましくない。
また、液口栓に設ける凹部の断面形状は、電池ヘッダの凹部の断面形状と同様に各種の形状をとることができるが、電池ヘッダに設けた凹部の深さまでは垂直の壁面の方が熱拡散の抑制の点からは好ましい。
一例を挙げれば、板厚e:1.0mmの場合には、
a+b:0.6〜1.0mm
c :0.3〜0.5mm
d :0.2〜0.4mm
f :0.2〜0.5mm
とすることが挙げられる。
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
長さ1.0mmの液口栓は、段差部および電解液注液口の貫通孔部に嵌合する形状とし、外面には、直径0.4mm、深さ0.3mmの凹部を形成した。
電解液注液口から電解液を内容積の90%の充填率で充填した後に、電解液注液口の液口栓との会合部に対して120Wのレーザを照射したところ、溶着部には、0.15mmの溶け込み量を確保することができた。
また、封口部のピンホールを調べたところ、ピンホールの発生率は作製した電池の個数の0.5%以下であった。
電池ヘッダおよび液口栓に凹部を形成しない点を除き実施例1と同様にレーザの出力を変えて照射し、溶け込み量を測定したところ、0.15mmの溶け込み量を確保するためには、220Wの出力が必要であった。
また、得られた密閉型電池の封口部のピンホールの確認をしたところ、作製した電池の6%の個数にピンホールが生じていた。
Claims (1)
- 密閉型電池において、電池外装容器の壁面または電池ヘッダ壁面に設けた電解液注液口は中央に貫通孔を有し、その周囲には外面よりも低い段差部を有しており、電解液注液口の周囲の壁面に電解液注液口と同心円状の凹部を有し、電解液注液口に装着した液口栓は、電解液注液口の貫通孔および段差部に嵌合し、液口栓の外面には凹部を有しており、液口栓と電解液注液口の壁面との会合部は溶着して封口されたものであることを特徴とする密閉型電池。
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