JP5224324B2

JP5224324B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP5224324B2
Application number: JP2007267146A
Authority: JP
Inventors: 真由美山本; 義久藤原
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: CN101409332B; KR101406895B1; HK1129159A1; JP2009099281A; KR20090037834A; CN101409332A

Description

本発明は、電池ケースの開口上面を塞ぐ蓋と、蓋に設けた電解液注入用の注液口と、この注液口に装着される封止栓とを有する密閉型電池に関し、封止栓による注液口のシール特性の向上を図る技術に関する。

本発明に係る密閉型電池においては、注液口を凹部を有する段付き状に形成し、この注液口に頭部を有する封止栓を装着したうえで、該頭部の外周縁と凹部の周縁部とを溶接することで注液口を封口するが、同様の封口構造は、例えば特許文献１にも見受けられる。

かかる特許文献１では、電池ケースの開口上面を塞ぐ蓋に上下貫通状に注入孔を形成し、この注入孔のまわりに、上向きの受面を有する円状の凹部を形成して、注液口としている。また、封止栓は、注入孔に上方から挿入される軸部と、軸部の上端に張り出し形成されて、凹部の受面に受け止められる円形の頭部とを備えるものとしている。そして、凹部内に封止栓を装着したうえで、頭部の外周縁と凹部の周縁部に対してレーザー光を照射して溶融させることで、注液口を封止栓で封口している。

特開２００６−４０６９０号公報

上記封口構造の問題は、注液口および封止栓の寸法公差に起因して、「すきまばめ」や「しまりばめ」などの嵌め合い具合が変化することが避けられず、結果として、注液口に封止栓を装着することが困難となったり、溶接不良が生じることにある。すなわち、注液口や封止栓は、プレス加工により形成された微細部品であり、ある程度の部品寸法のばらつき、すなわち寸法公差を認めている。このため、注入孔の内径寸法が寸法公差を含む最小値であり、軸部の外径寸法が寸法公差を含む最大値である場合には、注入孔内への軸部の挿入が不可能となるおそれがある（しまりばめ）。

逆に、注入孔の内径寸法が寸法公差を含む最大値であり、軸部の外形寸法が寸法公差を含む最小値である場合には、装着状態において注液口の内部で封止栓が遊動するおそれがある（すきまばめ）。このように装着状態において封止栓が遊動すると、封止栓が凹部内で偏心して軸ズレが発生し、結果として、凹部と封止栓との接触部分もしくは隙間部分で溶接不良が生じて、液漏れが生じるおそれがあった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、注液口および封止栓の寸法公差に起因する嵌め合い具合のばらつきを無くして、封止栓による注液口のシール性の向上を図ることにある。

本発明に係る密閉型電池は、外装缶２の開口上面を塞ぐ蓋５と、前記蓋５に設けた電解液注入用の注液口１７と、この注液口１７に装着される金属製の封止栓１８とを有している。前記注液口１７は、前記蓋５に上下貫通状に形成された注入孔１９と、該注入孔１９のまわりに形成された上向きの受面２０を有する円状の凹部２１とを有する。前記封止栓１８は、前記注入孔１９に上方から挿入される軸部２５と、該軸部２５の上端に張り出し形成されて、前記凹部２１の受面２０に受け止められる円形の頭部２６とを有し、前記軸部２５の軸心位置には、上方開口を有する拡開変形用の操作穴３０が凹み形成されている。前記操作穴３０は、内径寸法が均一な小径部３１と、該小径部３１の上端に設けられた下窄まりテーパー状の被押圧面３３とを含む。前記封止栓１８の前記頭部２６が前記受面２０に受け止められる状態において、前記軸部２５の下端部が前記注入孔１９の下端縁を越えて前記外装缶２の内側へ侵入しており、かつ、前記操作穴３０の前記小径部３１が、前記注入孔１９の下端縁よりも下方まで形成されている。前記注入孔１９の内周面と、該内周面に対向する前記軸部２５の外周面とが、上下方向にわたって径寸法が均一なストレート状に形成されている。そして、前記操作穴３０に上方開口より操作ピン２９を押し込み、前記軸部２５を拡開変形させると、該軸部２５の外周面が前記注入孔１９の内周面に押圧する密着状態となるように構成されており、かかる密着状態で、前記頭部２６の外周縁と前記凹部２１の周縁部とを溶接することで前記注液口１７が封口されていることを特徴とする。

寸法公差を含む軸部２５の最大外径寸法（Ｄ１）は、寸法公差を含む前記注入孔１９の最小内径寸法（Ｄ２）よりも小さく設定されており、寸法公差を含む頭部２６の最大外径寸法（Ｄ３）は、寸法公差を含む前記凹部２１の最小内径寸法（Ｄ４）よりも小さく設定されているものとする。

本発明に係る密閉型電池によれば、操作穴３０に操作ピン２９を押し込んで、封止栓１８の軸部２５を拡開変形させることにより、軸部２５の外周面を注入孔１９の内周面に押圧させて、該注入孔１９に軸部２５を強力に密着させることができる。これにより、注入孔１９の内周面と軸部２５の外周面との間の密着性を高めて、封止栓１８の軸部２５と注液口１７の注入孔１９とのシール性の向上を図ることができるので、注液口１７からの液漏れを確実に防ぐことができる。

何よりも、軸部２５を拡開変形させることで、軸部２５と注入孔１９との間の密着性の向上を図る形態であるから、製作上の封止栓１８や注液口１７の寸法公差の吸収しながら、注液口１７を確実にシールすることができる。つまり、本発明によれば、製作上の寸法公差に起因する軸部２５と注液孔１９との間の嵌め合い具合のばらつきを一掃して、軸部２５により注液孔１９を確実に溶接固定することができ、液漏れの無い信頼性に優れた密閉型電池を確実に得ることができる点で優れている。

操作穴３０の上端部に、下窄まりテーパー状の被押圧面３３が形成されていると、該被押圧面３３をガイド面として、操作ピン２９を軸部２５の軸心位置に確実に位置させながら、操作ピン２９の押し込み操作を行うことができる。これにより、軸部２５を周方向に均一に拡開変形させることができるので、封止栓１８の軸部２５の外周面の全周を注液口１７の注入孔１９の内周面に均一に押し当てることができる。

寸法公差を含む軸部２５の最大外径寸法（Ｄ１）が、寸法公差を含む前記注入孔１９の最小内径寸法（Ｄ２）よりも小さく設定されていると、所謂「しばりばめ」状態となって、注液口１７への封止栓１８の装着不可能となることがない。したがって、確実に注液口１７内に封止栓１８を落とし込んで、仮止め状態としたうえで、操作ピン２９による拡開変形作業、次いで溶接作業を行って、注液口１７を封止栓１８で確実にシールすることができる。注液口１７への封止栓１８の仮止め装着が不可能となることに起因する、歩留まり率の低下を抑えて、生産性の向上を図ることができる点でも優れている。

図１ないし図５は本発明に係る密閉型電池を、電池パックを構成する素電池に適用した実施例を示す。図２において素電池１は、上面が開口する扁平筒状の外装缶２を基体にして、その内部に電極体３と電解液を収容し、外装缶２の開口をプラスチック製のインシュレータ４と、金属製の封口板（蓋）５で封止して構成する。外装缶２および封口板５の両端は丸められている。

電極体３は、ＬｉＣｏＯ₂ を活物質とする正極シートと、黒鉛を活物質とする負極シートと、これら両シートを絶縁するセパレータシートとを積層したうえで渦巻状に巻き込み、さらに全体を扁平に押し潰して形成してある。正極シートと負極シートとからは、導電タブ７・８が上向きにそれぞれ導出されている。電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とを混合してなる溶媒に、ＬｉＰＦ₅ を溶解してなる。

図１に示すように、封口板５の上面中央には負極端子９が配されており、正極端子１０は封口板５又は外装缶２が兼ねている。封口板５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材とするプレス成形品からなり、その盤面中央には、絶縁パッキン１１および負極端子９が通る円形の端子取付孔が内外貫通状に設けてある。封口板５の上面には、端子取付孔まわりに受座が凹み形成されている。封口板５の内面側には絶縁板１２が配置されており、絶縁板１２の下側には金属製の押さえ板１３が配されている。

外装缶２は、アルミニウム、アルミニウム合金、あるいはステンレス鋼材を素材とする深絞り成形品からなり、封口板５は、外装缶２の開口内面に嵌め込んだ状態でレーザー溶接によって固定される。インシュレータ４は、有底皿状のプラスチック成形品であり、底部には、電極体の導電タブ７・８の挿入を許すスリット１５・１５が上下貫通状に形成されている。

図１において、封口板５の左右方向の一端側には、防爆用の開裂ベント１６が設けてあり、封口板５の他端側には電解液注入用の注液口１７を設けてある。開裂ベント１６は、外装缶２の内圧が一定値を超えると、破断して外装缶２内のガスを放出する。電解液注入後に、注液口１７は封止栓１８により密封封止される。

図３に示すように、注液口１７は、封口板５に上下貫通状に形成された注入孔１９と、注入孔１９のまわりに形成された上向きの受面２０を有する円状の凹部２１とからなる段付状に形成されている。注入孔１９は、上下方向にわたって内径寸法が均一なストレート状に形成されている。同様に凹部２１は、上下方向にわたって内径寸法が均一なストレート状に形成されている。

この注液口１７を密封封止する封止栓１８は、アルミニウムなどの金属を素材とするものであり、注入孔１９に上方から挿入される軸部２５と、該軸部２５の上端に張り出し形成されて、凹部２１の受面２０に受け止められる円形の頭部２６とを備える。凹部２１に頭部を嵌合して受け止められることにより、封止板５に対する封止栓１８の下方への抜け止めが図られている。

軸部２５は上下方向に外径寸法が均一なストレート部２７と、該ストレート部２７の下端に設けられて、下方に行くに従って漸次径寸法が小さくなる、下窄まりテーパー状のガイド部２８とを備える。ストレート部２７の肉厚５０は、０．１ｍｍ以上であり、かつ封止栓１８の小径部３１の底部から先端までの肉厚６０は０．１ｍｍ以上である。

軸部２５の軸心位置には、操作ピン２９を上方より押し込み操作したときに、軸部２５を拡開変形させるための操作穴３０が凹み形成されている。操作穴３０は、内径寸法が均一な下方の小径部３１と、該小径部３１よりも大きな内径寸法を有する大径部３２と、小径部３１の上端に設けられて、操作ピン２９で押圧される下窄まりテーパー状の被押圧面３３とで構成される。操作ピン２９の下端には、下窄まりテーパー状の押圧面３４が形成されている。

図３に示すように、寸法公差を含む軸部２５のストレート部２７の最大外径寸法Ｄ１は、寸法公差を含む注入孔１９の最小内径寸法Ｄ２よりも小さく設定されている。また、寸法公差を含む頭部の最大外径寸法Ｄ３は、寸法公差を含む凹部の最小内径寸法Ｄ４よりも小さく設定されている。したがって、上方より封止栓１８を注液口１７に落としこんだとき、軸部２５および頭部２６が注液口１７の注入孔１９および凹部２１に引っ掛かることなく、図４に示すような仮止め状態とすることができる。

次に、電解液注入後の注液口１７のシール作業について、図４および図５を参照して説明する。まず、図４に示すように、注液口１７の上方より封止栓１８を落とし込んで仮止め状態とする。先の述べたように、注液口１７および封止栓１８は、Ｄ１＜Ｄ２、Ｄ３＜Ｄ４の関係を満たしているため、軸部２５の外周面と注入孔１９の内周面との間、および頭部２６の外周面と凹部２１の周側面との間には、僅かなクリアランスができる。また繰り返すが、Ｄ１＜Ｄ２、Ｄ３＜Ｄ４の関係を満たしているため、上方より注液口１７に封止栓１８を落とし込んだとき、軸部２５および頭部２６が注入孔１９および凹部２１に引っ掛かることなく、スムーズに図４に示すような仮止め状態とすることができる。

次に、図５に示すように、操作穴３０の小径部３１に上方開口より操作ピン２９を押し込んで、軸部２５を拡開変形させる。これにより、軸部２５のストレート部２７の外周面が注入孔１９の内周面に押圧された密着状態とすることができる。つまり、軸部２５を拡開変形することで、軸部２５の外周面と注入孔１９の内周面との間のクリアランスを埋めて、軸部２５を注入孔１９に密着させることができる。以上のような操作ピン２９の押し込み操作においては、頭部２６の外径寸法は殆ど変化しない。

かかる密着状態から、図１に示すように、頭部２６の外周縁と凹部２１の周縁部との境界部に対して、上方よりレーザー溶接を行う。この溶接作業は、頭部２６の外周縁の全周にわたって行われ、これにより注液口１７を完全に封口することができる。上記の溶接作業においては、頭部２６の外周縁と凹部２１の周縁部との間の僅かなクリアランスを埋めるように、溶接作業が行われる。図１において、符号４０は、レーザー溶接による溶接箇所を示す。

以上のように本実施形態に係る注液口１７の封口構造においては、操作穴３０に操作ピン２９を押し込んで、封止栓１８の軸部２５を拡開変形させることにより、軸部２５の外周面を注入孔１９の内周面に押圧させて、該注入孔１９に軸部２５を強力に密着させることができる。

これにより、注入孔１９の内周面と軸部２５の外周面との間の全周にわたる密着性を高めることができるので、封止栓１８の軸部２５と注液口１７の注入孔１９とのシール性の向上を図ることができる。したがって、注液口１７からの液漏れを確実に防いで、素電池１の信頼性の向上を図ることができる。

加えて、封止栓１８の頭部２６と注液口１７の凹部２１との間に、わずかなクリアランスが形成された状態で溶接作業を進めることができるので、溶接作業時等において受面２０上に残る電解液が気化してガスが発生した場合にも、これをクリアランスから逃がすことができる。このように受面２０上の残留電解液を除去できるようにしていると、溶接作業後に残留電解液の気化圧を受けて、封止栓１８が抜け外れる不具合を解消することができる。

何よりも、軸部２５を拡開変形させることで、軸部２５と注入孔１９との間の密着性の向上を図ることができるので、製作上の封止栓１８や注液口１７の寸法公差の吸収しながら、注液口１７を確実にシールすることができる。つまり、この封口構造によれば、製作上の寸法公差に起因する封止栓１８と注液口１７との間の嵌め合い具合のばらつきを一掃して、封止栓１８により注液口１７を確実に溶接固定することができ、液漏れの無い信頼性に優れた密閉型電池を確実に得ることができる点で優れている。

操作穴３０の上端部に、下窄まりテーパー状の被押圧面３３が形成されていると、該被押圧面３３をガイド面として、操作ピン２９を軸部２５の軸心位置に確実に位置させながら、押し込み操作を行うことができる。これにより、軸部２５を周方向に均一に拡開変形させることができるので、封止栓１８の軸部２５の外周面の全周を注液口１７の注入孔１９の内周面に均一に押し当てることができる。

寸法公差を含む軸部２５の最大外径寸法（Ｄ１）が、寸法公差を含む注入孔１９の最小内径寸法（Ｄ２）よりも小さく設定されており、寸法公差を含む頭部２６の最大外径寸法（Ｄ３）が、寸法公差を含む凹部２１の最小内径寸法（Ｄ４）よりも小さく設定されていると、所謂「しばりばめ」状態となって、注液口１７への封止栓１８の装着不可能となることがない。したがって、確実に注液口１７内に封止栓１８を落とし込んで、仮止め状態としたうえで、操作ピン２９による拡開変形作業、次いで溶接作業を行って、注液口１７を封止栓１８で確実にシールすることができる。注液口１７への封止栓１８の仮止め装着が不可能となることに起因する、歩留まり率の低下を抑えて、生産性の向上を図ることができる点でも優れている。

本発明に係る密閉型電池の要部の縦断面図である。本発明に係る密閉型電池の分解斜視図である。本発明に係る密閉型電池の封口構造を説明するための図である。本発明に係る密閉型電池の封口手順を説明するための図である。本発明に係る密閉型電池の封口手順を説明するための図である。

符号の説明

１密閉型電池（素電池）
２外装缶
５蓋（封口板）
１７注液口
１８封止栓
１９注入孔
２０受面
２１凹部
２５軸部
２６頭部
２９操作ピン
３０操作穴
３３被押圧面

Claims

外装缶の開口上面を塞ぐ蓋と、前記蓋に設けた電解液注入用の注液口と、この注液口に装着される金属製の封止栓とを有しており、
前記注液口は、前記蓋に上下貫通状に形成された注入孔と、該注入孔のまわりに形成された上向きの受面を有する円状の凹部とを有し、
前記封止栓は、前記注入孔に上方から挿入される軸部と、該軸部の上端に張り出し形成されて、前記凹部の受面に受け止められる円形の頭部とを有し、前記軸部の軸心位置には、上方開口を有する拡開変形用の操作穴が凹み形成されており、
前記操作穴は、内径寸法が均一な小径部と、該小径部の上端に設けられた下窄まりテーパー状の被押圧面とを含み、
前記封止栓の前記頭部が前記受面に受け止められる状態において、前記軸部の下端部が前記注入孔の下端縁を越えて前記外装缶の内側へ侵入しており、かつ、前記操作穴の前記小径部が、前記注入孔の下端縁よりも下方まで形成されており、
前記注入孔の内周面と、該内周面に対向する前記軸部の外周面とが、上下方向にわたって径寸法が均一なストレート状に形成されており、
前記操作穴に上方開口より操作ピンを押し込み、前記軸部を拡開変形させると、該軸部の外周面が前記注入孔の内周面に押圧する密着状態となるように構成されており、
かかる密着状態で、前記頭部の外周縁と前記凹部の周縁部とを溶接することで前記注液口が封口されていることを特徴とする密閉型電池。
寸法公差を含む軸部の最大外径寸法が、寸法公差を含む前記注入孔の最小内径寸法よりも小さく設定されており、
寸法公差を含む頭部の最大外径寸法が、寸法公差を含む前記凹部の最小内径寸法よりも小さく設定されている請求項１記載の密閉型電池。