JP5120867B2 - Sealed battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン電池などの密閉型電池に関する。 The present invention relates to a sealed battery such as a lithium ion battery.
特許文献1・2には、電池缶の上面開口を蓋で塞いだ電池ケース内に電極体や電解液などを収容した密閉型電池が開示されている。この密閉型電池では、蓋に設けた注液孔から電池缶内に電解液を注入し、次いで前記注液孔に封止栓を嵌合させて封止栓の上端周縁部を注液孔の上端周縁部にレーザなどを用いてシーム溶接することで、注液孔を封止栓で密封状に封口している。
前記電解液の注入後にあっては、注液孔の上面の周縁付近などに電解液が若干残留することがある。この状態で停電などのトラブルによって製造が一時停止すると、前記残留した電解液の溶媒が蒸発して電解質が析出する。 After the injection of the electrolytic solution, the electrolytic solution may remain slightly in the vicinity of the periphery of the upper surface of the injection hole. In this state, when the production is temporarily stopped due to a trouble such as a power failure, the solvent of the remaining electrolytic solution evaporates and the electrolyte is deposited.
特許文献1では、封止栓で注液孔を封口する際に、封止栓の頭部(鍔)の下面が注液孔の周縁付近に押し当たる。その注液孔の周縁付近に電解液が残留していると、前述のごとく電解質が析出したときには、封止栓を注液孔に嵌合した際に封止栓の頭部の下面が前記析出した電解質に当たって、封止栓が斜めに傾いた状態で注液孔に挿入され、あるいは析出した電解質の厚さの分だけ、注液孔の周縁付近が封止栓の頭部で余分に押し下げられて蓋が変形する。 In Patent Document 1, when the liquid injection hole is sealed with the sealing plug, the lower surface of the head (鍔) of the sealing plug is pressed against the periphery of the liquid injection hole. If the electrolyte remains in the vicinity of the periphery of the liquid injection hole, when the electrolyte is deposited as described above, the bottom surface of the head of the sealing plug is deposited when the sealing plug is fitted into the liquid injection hole. The electrolyte plug is inserted into the injection hole with the sealing plug tilted obliquely, or the periphery of the injection hole is pushed down by the head of the sealing plug by the thickness of the deposited electrolyte. The lid is deformed.
これらの場合、封止栓の頭部の下面と注液孔の周縁部との間に隙間が生じてしまい、封止栓と注液孔との溶接部にピンホールなどが発生する。この結果、電池の密封性が保てなくなる。 In these cases, a gap is formed between the lower surface of the head portion of the sealing plug and the peripheral portion of the liquid injection hole, and a pinhole or the like is generated at the welded portion between the sealing plug and the liquid injection hole. As a result, the sealing performance of the battery cannot be maintained.
特許文献2では、注液孔の上部の内周面が下窄まりのテーパ面になっており、それに合わせて封止栓の頭部の側面が下窄まりのテーパ面になっている。そして、封止栓で注液孔を封口する際には、封止栓の頭部のテーパ面が、注液孔のテーパ面に沿って押し当たった状態で嵌合する(特許文献2の段落番号0010参照)。前記注液孔のテーパ面には電解液が残留しないために、封止栓の頭部のテーパ面と注液孔のテーパ面との間に、前述の電解質の析出に起因する隙間が生じることがない。
In
ところが、特許文献2では、封止栓の頭部が下窄まりのテーパ状になっている分だけ封止栓の上端周縁部の厚さが小さくなっており、封止栓の上端周縁部と注液孔の上端周縁部との境に沿って溶接した際には、封止栓の上端周縁部の溶融が不十分になる(特許文献2の図1(D)参照)。
However, in
このため、封止栓の上端周縁部と注液孔の上端周縁部との溶接が不十分になって、注液孔の密封性が低下する。レーザでの照射時間を長くすると、封止栓の上端周縁部の溶融量が向上するが、溶接の熱が電池内に伝わってしまい、電極体の変形などを招くおそれがある。 For this reason, welding with the upper-end peripheral part of a sealing stopper and the upper-end peripheral part of a liquid injection hole becomes inadequate, and the sealing performance of a liquid injection hole falls. When the irradiation time with the laser is lengthened, the amount of melting at the peripheral edge of the upper end of the sealing plug is improved, but the heat of welding is transferred into the battery, which may cause deformation of the electrode body.
また、電池の製造ラインでは、パーツフィーダで封止栓の上下の向きを揃え、かつ封止栓を整列させた状態で製造ラインに供給することになる。この際、パーツフィーダでは、封止栓の頭部の下面側をガイドレールに載せて、封止栓を適正な姿勢に整列させることになるが、特許文献2では、封止栓の頭部の全体がテーパ状になっているために、前記ガイドレールに載せたときには封止栓が傾いた姿勢になる。この場合、製造ラインにおいて封止栓の供給エラーが生じるおそれがある。 Moreover, in the battery production line, the parts plugs are supplied to the production line with the top and bottom directions of the sealing plugs aligned and the sealing plugs aligned. At this time, in the parts feeder, the lower surface side of the head portion of the sealing plug is placed on the guide rail to align the sealing plug in an appropriate posture. Since the whole is tapered, the sealing plug is inclined when it is placed on the guide rail. In this case, there is a possibility that a supply error of the sealing plug may occur in the production line.
そこで本発明の目的は、電解液が注液孔に残留し難くして封止栓を注液孔に確実に封口できるうえ、封止栓と注液孔とを確実に溶接できる密閉型電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sealed battery in which the electrolytic solution is less likely to remain in the injection hole and the sealing plug can be reliably sealed to the injection hole and the sealing plug and the injection hole can be reliably welded. It is to provide.
本発明が対象とする密閉型電池は、図1に示すごとく、電池ケース6に設けた注液孔16から電池ケース6内に電解液を注入したのちに、注液孔16に封止栓17を嵌合させて封止栓17の上端周縁部を注液孔16の上端周縁部に溶接することで、注液孔16が封口されている。ここでは、電池ケース6の外面側を上、電池ケース6の内面側を下に定義した。
As shown in FIG. 1, the sealed battery targeted by the present invention injects electrolytic solution into the battery case 6 from the
本発明は、図1および図3に示すごとく、封止栓17が、注液孔16の上端周縁部に溶接される頭部22と、その頭部22の下面22cの中央から下向きに延出する軸部23とを有しており、封止栓17の頭部22の下面22cは、封止栓17の上下方向に対してほぼ垂直になっており、注液孔16は、封止栓17の頭部22が嵌合する嵌合凹部26と、封止栓17の軸部23が嵌入する嵌入部27とを有しており、注液孔16の嵌合凹部26の内周面は、電池ケース6の外表面であって注液孔16の周縁を形成する面に対してほぼ垂直方向に延びる垂直内面部26aと、垂直内面部26aの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部26bと、テーパ内面部26bの下端につながっていて封止栓17の頭部22の下面22cを受け止める受止面部26cとを有しており、注液孔16の嵌合凹部26の受止面部26cは、注液孔16の上下方向に対してほぼ垂直な面になっており、封止栓17の頭部22の外周面は、前記下面22cと、注液孔16の垂直内面部26aに対面する垂直外面部22aと、注液孔16のテーパ内面部26bに対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部22bとを有することを特徴とする。
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 3, the
封止栓17の頭部22や軸部23は、横断面で円形や四角形などの形状が含まれる。この封止栓17の形状に合わせて、注液孔16の嵌合凹部26や嵌入部27の形状が設定される。前記封止栓17のテーパ外面部22bおよび前記注液孔16のテーパ内面部26bは、下窄まりの円錐形状の場合や四角錘形状の場合などが含まれる。
The
注液孔16の嵌合凹部26の受止面部26cは、嵌入部27側の内縁からテーパ内面部26b側の外縁までの幅寸法L1が小さいほど、受止面部26c上に残留する電解液の量を少なくできるが、前記幅寸法L1を小さくし過ぎると、封止栓17の頭部22の下面22cを確実に受け止めることができなくなる。したがって、前記嵌合凹部26の受止面部26cの前記幅寸法L1は、0.1〜0.4mmの範囲に設定することが好ましい。
The
封止栓17の上端周縁部と注液孔16の上端周縁部とを確実に溶接するうえでは、封止栓17と注液孔16との両方が適正に溶融し、かつ適度な溶接深さになることが好ましく、その点からは封止栓17の上端周縁部と注液孔16の上端周縁部との両方が垂直な面であって、かつその垂直面の上下寸法が大きいことが好ましい。つまり、注液孔16の嵌合凹部26の垂直内面部26aの上下寸法L2と、封止栓17の頭部22の垂直外面部22aの上下寸法L3とが、それぞれ0.1mm以上であることが好ましく、0.25mm以上であることがより好ましい。注液孔16の垂直内面部26aの上下寸法L2や封止栓17の垂直外面部22aの上下寸法L3の上限値は、大きくなり過ぎると、注液孔16のテーパ内面部26bや封止栓17のテーパ外面部22bなどを形成できなくなるために、電池ケース6の厚さ寸法に応じて決定される。
In order to reliably weld the upper peripheral edge of the
注液孔16の嵌合凹部26の受止面部26cに対するテーパ内面部26bの傾斜角度d1が小さくなり過ぎると、テーパ内面部26b上に電解液が残留するおそれがある。前記テーパ内面部26bの傾斜角度d1が大きくなり過ぎると、前記受止面部26cに対して注液孔16の上端周縁の周方向の長さ寸法を大きくできなくなり、その分だけ溶接時の熱が、注液孔16周辺に集中して電池内に過度に伝わってしまい、電極体の変形などを招くおそれがある。したがって、前記テーパ内面部26bの傾斜角度d1は、30〜60°の範囲であることが好ましく、40〜50°の範囲であることがより好ましい。
If the inclination angle d1 of the tapered
注液孔16と封止栓17との間への電解液の侵入を防止するなどの点から、注液孔16の嵌入部27には、封止栓17の軸部23が圧入されることが好ましい。
The
本発明によれば、注液孔16にテーパ内面部26bを設けたことにより、注液孔16の上端面を大きくできながら、注液孔16の受止面部26cの面積を小さくできる。したがって、注液孔16から電池ケース6内に電解液を注入した際に、注液孔16の受止面部26c上に残留する電解液の量を少なくでき、その残留電解液の溶媒が蒸発して電解質が析出しても、その量を少なくできる。つまり、前述の電解質の析出に起因して、注液孔16の受止面部26cと、封止栓17の頭部22の下面22cとの間に隙間が生じることが抑制され、封止栓17の上端周縁部と注液孔16の上端周縁部との溶接部にピンホールなどが発生することを防止できる。この結果、電池の密封性が確実に得られる。
According to the present invention, by providing the tapered
しかも、前述のごとく注液孔16の上端面を大きくできるので、封止栓17の上端周縁を注液孔16の上端周縁にレーザなどで溶接する際に、その溶接の熱が狭い面積に集中することが低減できる。これにより、溶接の熱が電池内に過度に伝わって電極体2の変形などを招くことを防止できる。さらに、注液孔16のテーパ内面部26bの形成部分では、電池ケース6の上下方向の肉厚が大きくなるので、その分だけ注液孔16の形成部分の電池ケース6の強度が大きくなる。したがって、封止栓17を注液孔16に嵌合する際に、注液孔16の周縁部分の電池ケース6がたわむことを確実に防止できる。
Moreover, since the upper end surface of the
封止栓17の頭部22の上端部と、注液孔16の上端部とが、それぞれ垂直になっているので、封止栓17の頭部22の上端部と注液孔16の上端部とをレーザなどで溶接する際には、封止栓17の頭部22の上端部と注液孔16の上端部とを均等に溶融できて、封止栓17と注液孔16とを確実に溶接できる。
Since the upper end of the
しかも、電池の製造ラインで、パーツフィーダで封止栓の上下の向きを揃え、かつ封止栓を整列させた状態で製造ラインに供給する際には、封止栓17の頭部22の下面22cを基準にして封止栓17を適正な姿勢に整列でき、封止栓17を適正な姿勢で確実に製造ラインに供給できることになる。
In addition, when the battery plug is supplied to the manufacturing line in a state where the upper and lower directions of the sealing plugs are aligned with the parts feeder and the sealing plugs are aligned, the lower surface of the
本発明に係る密閉型電池は、図1および図2に示すごとく、上面に左右横長の開口を有する有底角筒形状の電池缶1と、電池缶1内に収容された電極体2および非水電解液と、電池缶1の開口上面を塞いで密封する左右横長の蓋3と、蓋3の内側に配置されるプラスチック製の絶縁体5とを含む。電池缶1の左右幅寸法は29.0mm、上下高さ寸法は46.0mm、前後厚み寸法は4.2mmである。電池缶1と蓋3とによって電池ケース6が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the sealed battery according to the present invention includes a bottomed rectangular tube-shaped battery can 1 having a horizontally long opening on the upper surface, an
電極体2は、図1に示すごとく、帯状の正極と帯状の負極との間に帯状のセパレータを介在させた状態で渦巻状に巻回して作製される。電極体2は、巻回状態で図2に示す扁平状になっている。正極は、コバルト酸リチウムなどの正極活物質を含有する正極活物質層が帯状の正極集電体の裏表両面に形成されており、図1および図2に示すごとく、正極集電体から薄板状の正極集電リード10が導出される。
As shown in FIG. 1, the
負極は、黒鉛などの負極活物質を含有する負極活物質層が帯状の負極集電体の裏表両面に形成されており、負極集電体から薄板状の負極集電リード11が導出される。セパレータは、ポリエチレン樹脂などの微多孔性薄膜フィルムなどからなる。非水電解液は、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを混合した溶媒にLiPF6 を溶解させて作製した。
In the negative electrode, negative electrode active material layers containing a negative electrode active material such as graphite are formed on both sides of a strip-shaped negative electrode current collector, and a thin plate-shaped negative electrode
電池缶1は、アルミニウム合金などの板材の深絞り成形品である。蓋3は、アルミニウム合金などの板材のプレス成形品であり、電池缶1の開口周縁に蓋3の外周縁がレーザなどでシーム溶接される。これによって、電池ケース6が形成される。蓋3の中央には、図1に示すごとく、上側の絶縁パッキング12および下側の絶縁板13を介して負極端子15が貫通状に取り付けられる。蓋3の左右方向の右端寄りには、電解液を電池缶1内に注入するための注液孔16が上下貫通状に形成されている。注液孔16は、封止栓17で塞がれる。つまり、注液孔16に封止栓17を嵌合させてから、封止栓17の上端周縁部を注液孔16の上端周縁部にレーザなどで溶接する。
The battery can 1 is a deep drawn product of a plate material such as an aluminum alloy. The
負極端子15の下端には、蓋3の内面において左右横長の薄板からなるリード体19が接続される。リード体19は、注液孔16の反対側に延びており、前記絶縁板13で蓋3と絶縁されている。このリード体19の下面には、負極集電リード11が溶接される。正極集電リード10は、蓋3の裏面において絶縁板13と注液孔16との間のスペースに溶接される。これで正極集電リード10が蓋3および電池缶1に導通して、蓋3および電池缶1が正極電位に帯電する。蓋3の左右方向の一端寄り(図2の左端寄り)には、開裂ベント20が形成されており、開裂ベント20は、電池内圧が異常上昇したときに開裂して電池内圧を解放する。
Connected to the lower end of the
封止栓17は、図3に示すごとく、注液孔16の上端周縁部に溶接される円盤状の頭部22と、その頭部22の下面22cの中央から下向きに延出する円柱状の軸部23とを有している。封止栓17の頭部22の下面22cは、封止栓17の軸心(上下方向)に対して垂直となる水平面になっており、さらに封止栓17の上面22dに対してほぼ平行になっている。頭部22の外径寸法は、軸部23の外径寸法よりも大きくなっている。頭部22の上下厚さ寸法は0.5mmである。
As shown in FIG. 3, the sealing
注液孔16は、封止栓17の頭部22が嵌合する円柱面状の嵌合凹部26と、封止栓17の軸部23が貫通状に圧入(嵌入)される円柱面状の嵌入部27とを有する。嵌合凹部26の内周面は、蓋3の上面3aに対して垂直方向に延びる垂直内面部26aと、垂直内面部26aの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部26bと、テーパ内面部26bの下端につながっていて封止栓17の頭部22の下面22cを受け止める受止面部26cとを有する。前記蓋3の上面3aが、電池ケース6の外表面であって注液孔16の周縁を形成する面を構成する。
The
注液孔16の受止面部26cは、注液孔16の軸心(上下方向)に対して垂直となる水平面になっている。注液孔16の嵌合凹部26の垂直内面部26aの上下寸法L2は0.3mmである。蓋3の上下厚さ寸法は0.8mm、注液孔16の嵌入部27の上下寸法は0.3mmである。注液孔16の受止面部26cは、嵌入部27側の内縁からテーパ内面部26b側の外縁までの幅寸法L1が0.3mmである。
The receiving
封止栓17の頭部22の外周面は、前記下面22cと、注液孔16の垂直内面部26aに対面する円柱面状の垂直外面部22aと、垂直外面部22aの下端につながっていて注液孔16のテーパ内面部26bに対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部22bとを有する。テーパ外面部22bの下端に前記下面22cがつながっている。
The outer peripheral surface of the
封止栓17の垂直外面部22aの外径寸法は、注液孔16の垂直内面部26aの内径寸法よりもわずかに小さくなっている。封止栓17のテーパ外面部22bと、注液孔16のテーパ内面部26bとの間にはわずかに隙間があいている。封止栓17の垂直外面部22aの上下寸法L3は0.3mmである。
The outer diameter size of the vertical
注液孔16の受止面部26cに対するテーパ内面部26bの傾斜角度d1は45°である。封止栓17の頭部22のテーパ外面部22bの傾斜角度は、注液孔16のテーパ内面部26bの傾斜角度d1に等しく設定される。封止栓17のテーパ外面部22bは、C0.15〜C0.25のC面取加工で形成される。
The inclination angle d1 of the tapered
封止栓17の軸部23の外周面は、蓋3の上面に対して垂直方向に形成された円柱面状の垂直面部23aと、垂直面部23aの下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成された案内面部23bとを有する。案内面部23bは、封止栓17を注液孔16へ嵌合する際に、封止栓17の軸部23を注液孔16の嵌入部27へ案内する。封止栓17の上面には、図1に示すリング状の溝25が形成されている。
The outer peripheral surface of the
注液孔16の嵌入部27の内径寸法は、圧入前の封止栓17の軸部23の外形寸法に等しく、あるいはわずかに小さく設定してある。封止栓17を注液孔16に圧入したときには、図1に示すごとく、封止栓17の軸部23の下部が注液孔16の下側に突出する。
The inner diameter dimension of the
電池の組み立てに際しては、蓋3に対して、前述のように負極端子15、絶縁パッキング12、絶縁板13およびリード体19をそれぞれ取り付けておく。そして、電極体2および絶縁体5を電池缶1内に収容したのちに、負極集電リード11をリード体19に、正極集電リード10を蓋3にそれぞれ前述の要領で溶接する。次いで、電池缶1の開口周縁に蓋3をシーム溶接したのちに、電池缶1内を真空減圧して注液孔16から非水電解液を注入する。
When assembling the battery, the
前記注入完了後に、注液孔16に封止栓17を挿入して、注液孔16の嵌入部27に封止栓17の軸部23を圧入し、次いで注液孔16の嵌合凹部26内に入り込んだ封止栓17の頭部22の上端周縁に沿ってレーザでシーム溶接することで、注液孔16が、封止栓17で塞がれた状態に封口される。
After completion of the injection, the sealing
前記封止栓17は、電池ケース6のいずれかの個所に設けてあればよく、例えば電池缶1の底面や側面に設けてもよい。
The sealing
1 電池缶
3 蓋
16 注液孔
17 封止栓
22 頭部
22a 垂直外面部
22b テーパ外面部
22c 下面
23 軸部
23a 垂直面部
23b 案内面部
26 嵌合凹部
26a 垂直内面部
26b テーパ内面部
26c 受止面部
27 嵌入部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery can 3
Claims (5)
前記封止栓は、前記注液孔の上端周縁部に溶接される頭部と、その頭部の下面の中央から下向きに延出する軸部とを有しており、
前記封止栓の頭部の下面は、前記封止栓の上下方向に対して垂直になっており、
前記注液孔は、前記封止栓の頭部が嵌合する嵌合凹部と、前記封止栓の軸部が嵌入する嵌入部とを有しており、
前記嵌合凹部の内周面は、前記電池ケースの外表面であって前記注液孔の周縁を形成する面に対して垂直方向に延びる垂直内面部と、前記垂直内面部の下端につながっていて下窄まりのテーパ面状に形成されたテーパ内面部と、前記テーパ内面部の下端につながっていて前記封止栓の頭部の下面を受け止める受止面部とを有しており、
前記受止面部は、前記注液孔の上下方向に対して垂直な面になっており、
前記封止栓の頭部の外周面は、前記下面と、前記注液孔の垂直内面部に対面する垂直外面部と、前記注液孔のテーパ内面部に対面する下窄まりのテーパ面状のテーパ外面部とを有することを特徴とする密閉型電池。 After injecting the electrolyte into the battery case from the liquid injection hole provided in the battery case, a sealing plug is fitted into the liquid injection hole, and the upper peripheral edge of the sealing plug is the upper end of the liquid injection hole. In the sealed battery in which the liquid injection hole is sealed by welding to the peripheral part,
The sealing plug has a head portion welded to the upper peripheral edge of the liquid injection hole, and a shaft portion extending downward from the center of the lower surface of the head portion,
The lower surface of the head of the sealing plug is perpendicular to the vertical direction of the sealing plug,
The liquid injection hole has a fitting recess into which a head portion of the sealing plug is fitted, and a fitting portion into which a shaft portion of the sealing plug is fitted,
An inner peripheral surface of the fitting recess is connected to a vertical inner surface portion extending in a direction perpendicular to a surface forming the outer periphery of the battery injection hole and a lower end of the vertical inner surface portion. A tapered inner surface formed in a tapered shape, and a receiving surface connected to the lower end of the tapered inner surface and receiving the lower surface of the head of the sealing plug,
The receiving surface portion is a surface perpendicular to the vertical direction of the liquid injection hole,
The outer peripheral surface of the head of the sealing plug has a tapered surface with a bottom surface facing the lower inner surface, a vertical outer surface facing the vertical inner surface of the liquid injection hole, and a taper inner surface of the liquid injection hole. And a tapered outer surface portion.
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