JP4214569B2 - 非水電解液電池とその封口板および封口板の製造法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電池の封口板構造に関し、とくにクラッド板を用いた封口板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器、パソコン等のコードレス化、ポータブル化に伴いその駆動用電源である電池に対し、小型、軽量、高エネルギー密度化の要望が強まっている。特にリチウム二次電池は高エネルギー密度を有する電池であり次世代の主力電池として期待され、その潜在的市場規模も大きい。また形状としては通信機の薄型化、あるいは、スペースの有効利用の観点からも角薄型の要望が高まっている。特に今日軽量化という意味からアルミニウムをケースに用いることが主流となりつつある。さらに薄型化に対して様々な取り組みがなされ特に電池厚みに最も影響を及ぼす封口板構造について種々提案（特開平９−１５３３６７号公報、ＵＳＰ５５８５２０７号公報）されている。
【０００３】
これらの提案に示される封口板においては、封口板蓋板と端子を樹脂を介して絶縁しているが、端子はリベットでありこれをかしめることにより液密を保っている。また、特開昭５９−５１４５８号公報や特開平６−６８８６３号公報では封口板蓋板と端子の絶縁をガラスまたはセラミックからなる絶縁層で行うハーメチックシール方式を採用した電池封口板が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の角薄型が進み通信機用途では現在５ｍｍ程度のものに移行しつつあり、将来さらなる薄型化が要望されている。電池の薄型化に伴い当然封口板も薄くなり端子取り出しスペースが窮屈になる。従って樹脂を絶縁層にして端子を兼ねたリベットでかしめる方式では非常に小さい部品となり耐漏液性の信頼性が極めて低くなるといった課題がある。
【０００５】
一方、ハーメチックシール方式ではある程度の薄型化が可能で薄型電池用封口板として有望である。しかし封口板蓋板の材料が鉄、ニッケルあるいはステンレスといった金属は容易にハーメチックシールが可能だがアルミニウムは非常に困難で信頼性がかなり劣る。
【０００６】
通信機用途の電池では電池の軽量化が強く切望され電池ケースにアルミニウムが用いられる場合が多くこの場合、封口板蓋板がアルミニウム以外の金属であると封口板と電池ケースをレーザー溶接する事が不可能である。従ってアルミニウムを電池ケースに用いる場合、従来はハーメチックシールを採用した封口板は使用されていない。
【０００７】
本発明は、このようなハーメチックシールを採用した端子を備えた封口板においても、電池ケースと溶接可能な封口板構造を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
封口板蓋板を２種以上の金属板のクラッド板とする。ハーメチックシールが容易にできる金属と、ケース材料と同じ材質のものの金属板をクラッド処理し張り合わせる。このことでハーメチックシール困難なケース材料であっても、まずハーメチック容易な金属部分でハーメチックシールを行い、次にケース材料と同じ金属材質の部分でケースとレーザー溶接する。
【０００９】
このようにすることで、例えばケース材料にアルミニウムのようにハーメチックシールが非常に困難である金属でも以下に示すように使用可能となる。封口板材料としてアルミニウムとステンレスを張り合わせたクラッド板を用いるとステンレス部分でハーメチックシールを行いアルミニウム部分でケースとレーザー溶接できる。
【００１０】
このようにした封口板を用いることによりハーメチックシールという薄型化に有利な封口板構造技術を生かしつつ、アルミニウム電池ケースを用いた電池の軽量化が同時に実現可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の封口板の構造断面図である。
１はステンレス板である。２はアルミニウム板であり、１及び２をクラッド処理により張り合わせ封口板蓋板としている。３はガラスの絶縁層であり封口板蓋板のステンレス製の部分とステンレス製の端子棒とを絶縁固定するいわゆるメタル−ガラス−メタルの接合でハーメチックシール部分である。実施例ではステンレス板及びステンレス端子棒を用いた場合を示したが他のハーメチックシール可能な金属の鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製でもよい。
【００１３】
図２に示した本発明の角形非水電解液電池は以下のようにして作製した。正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンを固形分の重量比で１００：３：１０の割合で混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着、乾燥し、圧延した後所定の大きさに切断したものである。これにアルミニウム製の正極リード板を溶接している。負極板は、炭素質材料を主材料とし、これとスチレンブタジエンゴム系結着剤とを重量比で１００：５の割合で混合したものを銅箔の両面に塗着、乾燥、圧延した後所定の大きさに切断したものである。これに、ニッケル製の負極リードを溶接している。セパレーターはポリエチレン製の微多孔フィルムである。正極板、負極板をセパレータを介して巻き回し上面が長円形の極板群に整形する。この極板群を角形アルミケースに挿入し正極リードをケースの内壁に超音波融着にて接続する。一方負極リードは封口板の端子４に抵抗溶接で接続する。その後に電解液を所定量注入する。電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）をモル比で１：３で混合した溶媒に溶質として六フッ化リン酸リチウムを１モル／１の濃度で溶解したものを用いた。電解液注入後、封口板とケースをレーザー溶着にて接合し電池を封口するが、図２に示したように封口板のアルミニウム合金部分とアルミニウム合金製電池ケース５をレーザー溶着にて接合する。このようにした封口板を用いることによりハーメチックシールという薄型化に有利な封口板構造技術を生かしつつ、アルミニウムケースを用いた電池の軽量化が同時に実現可能となる。
【００１４】
封口板蓋板の厚みが薄くなると図１に示したような封口板構造ではハーメチックシール部分の体積が小さくなり信頼性が低下する。このような問題を解決するために図３に示した封口板構造にすることで信頼性を確保することが可能である。この構造はステンレス層の部分を絞り加工で筒状７にし、この筒内にハーメチックシール部分を設けることでハーメチックシール部分の体積を確保し液密信頼性を高めると同時に端子の固定を確実にする。更に、ステンレス層の保護の目的でブロンアスファルトピッチなどの保護塗料を図３の１０の部分に塗布し皮膜を形成する。この構造は封口板蓋板の厚みが薄くなったときにより有効となる。蓋板の厚みが０．５ｍｍの場合に図１の構成の封口板を用いた電池と図３の構成の封口板を用いた電池の耐漏液性試験結果を（表１）に示した。図３の場合の筒部は０．５ｍｍとした。耐漏液試験は４５℃ＲＨ９０％の恒温恒湿試験層内で１ヶ月保存した場合の漏液率で示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
図４に図３に示した構成の封口板作製概略を示した。ステンレス鋼製フープ材及びアルミニウム製フープ材にあらかじめ端子取り付け用の穴（１３，１４）をあけ図４（Ａ）に示すようにクラッド加工する。このとき次工程の絞り加工のために１３及び１４の穴径は１３＜１４とする（図４（Ｂ））。この後にフープ状のまま絞り加工を施し筒状に成形する。断面を図４（Ｃ）に示した。さらにフープ状のまま端子を挿入しハーメチックシールする（図５）。このフープ材を所定の寸法、例えば図５注に示した点線の位置で打ち抜き封口板とする。また、１５はフープ材の位置出しを行うためのパイロット穴である。このような作成方法により封口板の生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００１７】
また、本実施例では封口板蓋板に１つの端子しか取り出していない場合を示したが、正負極両方の２端子を取り出す場合も同様の製造方法で作成可能であり、これを用いた電池も作成可能である。この場合は正極リードケースに溶着するのではなく端子に溶着させる。
【００１８】
なお、以上の説明では、アルミニウム板を用いたがアルミニウム合金板でも良く、またステンレス製の端子及び封口板蓋板を用いたが、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製の端子及び封口板蓋板材料の片側で構成した場合も同様に実施可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、非水電解液二次電池において、ハーメチックシールを採用した端子を備えた薄型封口板においても、アルミニウムなどの軽量電池ケースと溶接可能な封口板構造を提供すると同時に、生産性の高い封口板製造法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明の非水電解液電池用封口板の断面図
（Ｂ）同封口板の上面図
【図２】本発明の角形電池の斜視図
【図３】（Ａ）他の本発明の封口板の断面図
（Ｂ）同封口板の上面図
【図４】（Ａ）本発明の封口板作製用フープ材をクラッド加工した時の様子を示す図
（Ｂ）同クラッド加工したフープ材のＢ−Ｂ’断面図
（Ｃ）同フープ材の穴部を筒状に成形した時の様子を示すＢ−Ｂ’断面図
【図５】本発明の封口板作製後のフープ材の様子を示す図
【符号の説明】
１ ステンレス鋼板
２ アルミニウム板
３ ガラス絶縁層
４ 電極端子
５ 電池ケース
７ 筒状突起部
１０ 保護塗料皮膜
１１ ステンレス鋼製フープ材
１２ アルミニウム製フープ材
１５ パイロット穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電池の封口板構造に関し、とくにクラッド板を用いた封口板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器、パソコン等のコードレス化、ポータブル化に伴いその駆動用電源である電池に対し、小型、軽量、高エネルギー密度化の要望が強まっている。特にリチウム二次電池は高エネルギー密度を有する電池であり次世代の主力電池として期待され、その潜在的市場規模も大きい。また形状としては通信機の薄型化、あるいは、スペースの有効利用の観点からも角薄型の要望が高まっている。特に今日軽量化という意味からアルミニウムをケースに用いることが主流となりつつある。さらに薄型化に対して様々な取り組みがなされ特に電池厚みに最も影響を及ぼす封口板構造について種々提案（特開平９−１５３３６７号公報、ＵＳＰ５５８５２０７号公報）されている。
【０００３】
これらの提案に示される封口板においては、封口板蓋板と端子を樹脂を介して絶縁しているが、端子はリベットでありこれをかしめることにより液密を保っている。また、特開昭５９−５１４５８号公報や特開平６−６８８６３号公報では封口板蓋板と端子の絶縁をガラスまたはセラミックからなる絶縁層で行うハーメチックシール方式を採用した電池封口板が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の角薄型が進み通信機用途では現在５ｍｍ程度のものに移行しつつあり、将来さらなる薄型化が要望されている。電池の薄型化に伴い当然封口板も薄くなり端子取り出しスペースが窮屈になる。従って樹脂を絶縁層にして端子を兼ねたリベットでかしめる方式では非常に小さい部品となり耐漏液性の信頼性が極めて低くなるといった課題がある。
【０００５】
一方、ハーメチックシール方式ではある程度の薄型化が可能で薄型電池用封口板として有望である。しかし封口板蓋板の材料が鉄、ニッケルあるいはステンレスといった金属は容易にハーメチックシールが可能だがアルミニウムは非常に困難で信頼性がかなり劣る。
【０００６】
通信機用途の電池では電池の軽量化が強く切望され電池ケースにアルミニウムが用いられる場合が多くこの場合、封口板蓋板がアルミニウム以外の金属であると封口板と電池ケースをレーザー溶接する事が不可能である。従ってアルミニウムを電池ケースに用いる場合、従来はハーメチックシールを採用した封口板は使用されていない。
【０００７】
本発明は、このようなハーメチックシールを採用した端子を備えた封口板においても、電池ケースと溶接可能な封口板構造を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
封口板蓋板を２種以上の金属板のクラッド板とする。ハーメチックシールが容易にできる金属と、ケース材料と同じ材質のものの金属板をクラッド処理し張り合わせる。このことでハーメチックシール困難なケース材料であっても、まずハーメチック容易な金属部分でハーメチックシールを行い、次にケース材料と同じ金属材質の部分でケースとレーザー溶接する。
【０００９】
このようにすることで、例えばケース材料にアルミニウムのようにハーメチックシールが非常に困難である金属でも以下に示すように使用可能となる。封口板材料としてアルミニウムとステンレスを張り合わせたクラッド板を用いるとステンレス部分でハーメチックシールを行いアルミニウム部分でケースとレーザー溶接できる。
【００１０】
このようにした封口板を用いることによりハーメチックシールという薄型化に有利な封口板構造技術を生かしつつ、アルミニウム電池ケースを用いた電池の軽量化が同時に実現可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の封口板の構造断面図である。
１はステンレス板である。２はアルミニウム板であり、１及び２をクラッド処理により張り合わせ封口板蓋板としている。３はガラスの絶縁層であり封口板蓋板のステンレス製の部分とステンレス製の端子棒とを絶縁固定するいわゆるメタル−ガラス−メタルの接合でハーメチックシール部分である。実施例ではステンレス板及びステンレス端子棒を用いた場合を示したが他のハーメチックシール可能な金属の鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製でもよい。
【００１３】
図２に示した本発明の角形非水電解液電池は以下のようにして作製した。正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンを固形分の重量比で１００：３：１０の割合で混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着、乾燥し、圧延した後所定の大きさに切断したものである。これにアルミニウム製の正極リード板を溶接している。負極板は、炭素質材料を主材料とし、これとスチレンブタジエンゴム系結着剤とを重量比で１００：５の割合で混合したものを銅箔の両面に塗着、乾燥、圧延した後所定の大きさに切断したものである。これに、ニッケル製の負極リードを溶接している。セパレーターはポリエチレン製の微多孔フィルムである。正極板、負極板をセパレータを介して巻き回し上面が長円形の極板群に整形する。この極板群を角形アルミケースに挿入し正極リードをケースの内壁に超音波融着にて接続する。一方負極リードは封口板の端子４に抵抗溶接で接続する。その後に電解液を所定量注入する。電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）をモル比で１：３で混合した溶媒に溶質として六フッ化リン酸リチウムを１モル／１の濃度で溶解したものを用いた。電解液注入後、封口板とケースをレーザー溶着にて接合し電池を封口するが、図２に示したように封口板のアルミニウム合金部分とアルミニウム合金製電池ケース５をレーザー溶着にて接合する。このようにした封口板を用いることによりハーメチックシールという薄型化に有利な封口板構造技術を生かしつつ、アルミニウムケースを用いた電池の軽量化が同時に実現可能となる。
【００１４】
封口板蓋板の厚みが薄くなると図１に示したような封口板構造ではハーメチックシール部分の体積が小さくなり信頼性が低下する。このような問題を解決するために図３に示した封口板構造にすることで信頼性を確保することが可能である。この構造はステンレス層の部分を絞り加工で筒状７にし、この筒内にハーメチックシール部分を設けることでハーメチックシール部分の体積を確保し液密信頼性を高めると同時に端子の固定を確実にする。更に、ステンレス層の保護の目的でブロンアスファルトピッチなどの保護塗料を図３の１０の部分に塗布し皮膜を形成する。この構造は封口板蓋板の厚みが薄くなったときにより有効となる。蓋板の厚みが０．５ｍｍの場合に図１の構成の封口板を用いた電池と図３の構成の封口板を用いた電池の耐漏液性試験結果を（表１）に示した。図３の場合の筒部は０．５ｍｍとした。耐漏液試験は４５℃ＲＨ９０％の恒温恒湿試験層内で１ヶ月保存した場合の漏液率で示した。
【００１５】
【表１】
図４に図３に示した構成の封口板作製概略を示した。ステンレス鋼製フープ材及びアルミニウム製フープ材にあらかじめ端子取り付け用の穴（１３，１４）をあけ図４（Ａ）に示すようにクラッド加工する。このとき次工程の絞り加工のために１３及び１４の穴径は１３＜１４とする（図４（Ｂ））。この後にフープ状のまま絞り加工を施し筒状に成形する。断面を図４（Ｃ）に示した。さらにフープ状のまま端子を挿入しハーメチックシールする（図５）。このフープ材を所定の寸法、例えば図５注に示した点線の位置で打ち抜き封口板とする。また、１５はフープ材の位置出しを行うためのパイロット穴である。このような作成方法により封口板の生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００１７】
また、本実施例では封口板蓋板に１つの端子しか取り出していない場合を示したが、正負極両方の２端子を取り出す場合も同様の製造方法で作成可能であり、これを用いた電池も作成可能である。この場合は正極リードケースに溶着するのではなく端子に溶着させる。
【００１８】
なお、以上の説明では、アルミニウム板を用いたがアルミニウム合金板でも良く、またステンレス製の端子及び封口板蓋板を用いたが、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製の端子及び封口板蓋板材料の片側で構成した場合も同様に実施可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、非水電解液二次電池において、ハーメチックシールを採用した端子を備えた薄型封口板においても、アルミニウムなどの軽量電池ケースと溶接可能な封口板構造を提供すると同時に、生産性の高い封口板製造法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明の非水電解液電池用封口板の断面図
（Ｂ）同封口板の上面図
【図２】本発明の角形電池の斜視図
【図３】（Ａ）他の本発明の封口板の断面図
（Ｂ）同封口板の上面図
【図４】（Ａ）本発明の封口板作製用フープ材をクラッド加工した時の様子を示す図
（Ｂ）同クラッド加工したフープ材のＢ−Ｂ’断面図
（Ｃ）同フープ材の穴部を筒状に成形した時の様子を示すＢ−Ｂ’断面図
【図５】本発明の封口板作製後のフープ材の様子を示す図
【符号の説明】
１ ステンレス鋼板
２ アルミニウム板
３ ガラス絶縁層
４ 電極端子
５ 電池ケース
７ 筒状突起部
１０ 保護塗料皮膜
１１ ステンレス鋼製フープ材
１２ アルミニウム製フープ材
１５ パイロット穴
Claims (4)
- ２種以上の金属板を貼り合わせたクラッド板を用い、その一部には電極端子設置用の穴部を設けていて、前記金属板のうち少なくとも１種類はガラスまたはセラミックからなる絶縁層の形成が容易なステンレス、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製であり、この金属板の穴部と電極端子との間にガラスまたはセラミックからなる絶縁層を配し、クラッド板を構成する金属種のうちのその他の１種は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である非水電解液電池用封口板。
- 極板群と電解液を内部に収容するアルミニウムまたはアルミニウム合金製角形ケースと、この角形ケースの開口部を封口する封口板とを備え、前記封口板は２種以上の金属板を貼り合わせたクラッド板を用い、その一部には電極端子設置用の穴部を設けていて、前記金属板のうち少なくとも１種類はガラスまたはセラミックからなる絶縁層の形成が容易なステンレス、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製であり、この金属板の穴部と電極端子との間にガラスまたはセラミックからなる絶縁層を配し、クラッド板を構成する金属種のうちのその他の１種は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である非水電解液電池。
- 長尺薄板状の金属フープに連続的に電極端子設置用穴部を設ける工程と、前記穴部を設けた金属フープ２枚を穴部同士が一致するように重ねてこれらを圧着する工程と、前記各穴部に電極端子を設置し、穴部と電極端子との間にセラミック製あるいはガラス製の絶縁層を配する工程と、このフープを所定の形状に切断加工して封口板を作製する非水電解液二次電池用封口板の製造法であって、金属フープ２枚のうちの一方がアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、さらにもう一方が、ステンレス、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製であり、前記各穴部に電極端子を設置し、穴部と電極端子との間にセラミック製あるいはガラス製の絶縁層を配する工程において、前記ステンレス、鉄、ニッケルあるいはニッケルメッキした鉄製金属フープの穴部に、セラミック製あるいはガラス製の絶縁層を配することを特徴とする非水電解液二次電池用封口板の製造法。
- 金属フープ２枚を穴部同士が一致するように重ねてこれらを圧着した後、前記穴部の周囲を一方に折り曲げて筒状部分を形成し、その内側に電極端子を設置する請求項３記載の非水電解液二次電池用封口板の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23245598A JP4214569B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 非水電解液電池とその封口板および封口板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23245598A JP4214569B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 非水電解液電池とその封口板および封口板の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000067826A JP2000067826A (ja) | 2000-03-03 |
| JP4214569B2 true JP4214569B2 (ja) | 2009-01-28 |
Family
ID=16939565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23245598A Expired - Fee Related JP4214569B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 非水電解液電池とその封口板および封口板の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4214569B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190121622A (ko) * | 2018-04-18 | 2019-10-28 | (주)케이엔제이브레이즈 | 리튬 전지 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011080469B4 (de) * | 2011-08-04 | 2023-12-28 | Varta Microbattery Gmbh | Batterie mit neuartiger Poldurchführung |
| WO2022071298A1 (ja) * | 2020-09-29 | 2022-04-07 | 株式会社Ｇｓユアサ | 蓄電素子 |
-
1998
- 1998-08-19 JP JP23245598A patent/JP4214569B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190121622A (ko) * | 2018-04-18 | 2019-10-28 | (주)케이엔제이브레이즈 | 리튬 전지 |
| KR102043800B1 (ko) | 2018-04-18 | 2019-12-02 | (주)케이엔제이브레이즈 | 리튬 전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000067826A (ja) | 2000-03-03 |
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