JP5305428B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池に関し、特にリチウムイオン二次電池に好適な封止構造に関するものである。

携帯用の電子機器は、小型軽量化と共に機能の高度複合化が進むことにより消費電力が増大している。

その結果、これらの電子機器に使用されるバッテリー電源用の電池には、小型、軽量でエネルギー密度が大きく、且つ、繰り返し充電使用の可能な電池が要求されている。

リチウムイオンをドープ、及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二次電池は、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りのエネルギー密度が大きく、さらに、充電を繰り返し行ってもメモリ効果を生じないので小型の電子機器用のバッテリー電源として利用されている。

代表的な密閉型電池であるリチウムイオン二次電池は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して巻回した電池要素、あるいは正極電極と負極電極を積層した電池要素を金属製の電池缶に収納し、電池缶とは極性の異なる電極を絶縁性部材で絶縁した電極を備えた蓋体を取り付けて電池缶と蓋体とを封口し、電池缶あるいは蓋体に大径部である凹部を設け、この凹部の底に小径部である開孔部を設けて、大径部と小径部とが段部を介して連通されてなるように設けられた電解液を注入する注液孔から所定の量の電解液を注入し、注液孔に嵌合する形状のフランジを有する封止栓を挿入し、レーザー溶接機等を用いて封止栓と注液孔とが接する部位を溶接することにより注液孔を封口して構成している。

図６は、従来の密閉型電池を説明する図であり、図６（ａ）は、密閉型電池の斜視図で、図６（ｂ）は、密閉型電池の上面図である。

従来の密閉型電池は、アルミニウム合金からなる電池缶２内に電池要素（図示せず）を収納した後に電池缶２の開口部に嵌合する蓋体３を取り付け封口したものであり、蓋体３には、定められた位置に絶縁部材８で絶縁された電極４が設けられると共に注液孔５と安全弁６とが設けられている。

図７は、従来の密閉型電池の注液孔部分を説明する図で、図７（ａ）は、注液孔の封口工程を説明する断面図であり、図７（ｂ）は、図６（ｂ）の注液孔部分をＧ−Ｈ線で切断した断面図である。

電解液（図示せず）を注入する注液孔５は、板状のアルミニウム合金をプレス加工等によって蓋体３に大径部５１と小径部５２とが段部５３を介して連通するように設けて形成している。

封止栓７は、注液孔５の大径部５１に嵌合する側周面７１を備える円板状のフランジ７０と、注液孔５の小径部５２に嵌合する先端を細く窄めた略円柱状の突起部７２を設けて形成している。

電解液を注入した密閉型電池の蓋体３の注液孔５に封止栓７を挿入し、注液孔５の大径部５１と封止栓７の側周面７１とが接する面にレーザー光（図示せず）を照射して溶接することにより、溶接部９を形成して注液孔５を封口している。

この封口工程では、注液孔５の段部５３等に付着した電解液の残渣が、溶接によって生じる発熱により、蒸発し、この際に生じる圧力によってピンホールやブローホール等の封口不良を発生する恐れがあった。

特許文献１では、封止栓を挿入する前に注液孔の段部に対してレーザー光を照射して注入作業時に付着した電解液の残渣を蒸発させて除去することで溶接不良の発生を防止した密閉型電池が提案されている。

しかしながら、特許文献１の方法では、封止栓を挿入する前に注液孔にレーザー光を照射することにより注液孔が変形して封口不良を生じたり、レーザー光の反射光が注液口内部に照射されることにより電池内部の電池要素が破損する恐れがあった。

特許文献２では、電解液の注液孔の内側にゴム等の弾性体を装着し、外側には平板状の金属製の押え板を装着して外側の金属製の封止栓と注液孔とが接する部位を溶接した密閉型電池が提案されている。

しかしながら、特許文献２の方法では、ゴム等の弾性体からなる封止栓が溶接時の熱の影響によって軟化変形し、ここから熱によって発熱する残渣が噴出するため封止栓の溶接が不十分なものとなって封口不良を生じる恐れがあった。

特開２０００−２１４３７号公報 特開２０００−２６８８１１号公報

本発明の課題は、電解液注液孔に封止栓を装着して溶接封口する密閉型電池において、封口時に加えられる熱の影響があっても封口不良を生じることがない密閉型電池を提供することにある。

本発明は、アルミニウム合金からなる電池缶あるいは、電池缶開口部を封口する蓋体に設けた大径部である凹部を設け、この凹部の底に小径部である開孔部を設け、大径部と小径部とが段部を介して連通された電解液の注液孔に、柱状の突起部が植立された板状のフランジを備えた封止栓を装着して溶接封止した密閉型電池であって、封止栓のフランジの側面にフランジの厚みを貫通する少なくとも一つ以上の溝を有する封止栓を注液孔に挿入して注液孔、すなわち、電池缶本体または蓋体と封止栓とが接する面にレーザー光を照射して溶接することにより、注液孔を封口した密閉型電池である。

前記凹部および凹部に装着する封止栓のフランジの形状は、円板状、楕円状、角板状のいずれでもよいが、製造上は円板状が好ましい。

なお、フランジを円板状にした場合は、前記フランジの外径は、前記注液孔の大径部よりも小さい径となるようにしてフランジの全側面すなわち側周面と注液孔の大径部との間に一定の距離を保つ空隙を有するよう構成しても良い。

さらに、前記フランジには、突起部を植立した側の陵部、すなわち、フランジの側面とフランジの底面が成す陵部に面取り部を設けることで溝または空隙と小径部を導通するように構成するのが好ましい。

封止栓を注液孔に装着した後、レーザー溶接機を用いて封止栓と注液孔とが接する面を溶接する場合は、フランジの側面の、溝以外の部分を溶接した後に、溝を最後に溶接して封口する。

複数の溝を設けた場合は、フランジの一つの溝を残して、その他の部分を全て封口した後に、残り一つの溝を最後に溶接して封口する。

フランジの全側面と大径部の間に空隙を設けた場合は、溶接の順序を考慮することがない。すなわち、フランジの一端から溶接を始め、連続して空隙を溶接して封口することが可能となり、製造上好ましい。

密閉型電池の注液孔に装着する封止栓の形状をこのように構成することにより、注液孔の段部に付着した電解液の残渣がレーザー溶接の熱によって気化して蒸発する際の逃げ道となり、残渣の噴出によって生じる圧力を低減し、ピンホールやブローホール等による溶接不良を抑制することができる。

複数の溝を設けた場合、同時に全ての溝を溶接しないのは、最後のレーザー溶接に至るまでに既に十分な熱が加えられ、電解液の残渣が気化して蒸発した後をレーザー溶接することになり、ピンホールやブローホール等の溶接不良を生じないようにするためである。

また、フランジの外径を注液孔の大径部よりも小さい径となるようにしてフランジの全側面と注液孔の大径部との間に空隙を設けることにより、レーザー溶接の熱によって気化して蒸発する際の逃げ道を作り、残渣の噴出によって生じる圧力を低減し、ピンホールやブローホール等による溶接不良を抑制することができる。

さらに、フランジの突起部側の陵部に面取り部を設け、溝や空隙と小径部を導通することにより、注液孔の段部に付着した電解液の残渣が気化して蒸発する際の逃げ道を確保して、残渣の噴出によって生じる圧力を低減し、ピンホールやブローホール等による溶接不良を抑制することができる。

本発明によれば、アルミニウム合金からなる電池缶または前記電池缶の蓋体に凹部を設け、前記凹部の底に開孔部を設けた電解液の注液孔に、前記凹部に嵌合する板状のフランジと、前記フランジの底面に前記開孔部に挿入する柱状の突起部が植立されてなる封止栓を前記注液孔に挿入して、前記フランジと、前記電池缶または前記蓋体を溶接封口した密閉型電池であって、前記フランジの側面に前記フランジの厚み方向に貫通する溝を設けてなることを特徴とする密閉型電池が得られる。

本発明によれば、前記フランジの前記側面と前記底面が成す陵部に面取り加工を施してなることを特徴とする密閉型電池が得られる。

本発明により、封止栓を注液孔に挿入してレーザー溶接を行うときに注液孔の段部に電解液の残渣があった場合でも、レーザー溶接によって生じる熱によって電解液の残渣が気化して蒸発するときに生じる圧力を低減する溝を封止栓に設けることにより、レーザー光による封口工程において、ピンホールやブローホール等の溶接不良がない安定したレーザー溶接を行うことが可能となり、封口不良のない密閉型電池を提供することが可能となった。

本発明の密閉型電池は、アルミニウム合金からなる電池缶に電池要素部を収納し、電池缶に蓋体を取り付けて封口した後、電池缶あるいは蓋体に大径部と小径部とが段部を介して連通するように設けられた電解液を注入する注液孔から電解液を注入し、注液孔の小径部に嵌合する先端が細く窄めた柱状の突起部と板状のフランジを備えた封止栓を挿入したものをレーザー溶接により、注液孔と封止栓のフランジとが接する面を溶接して注液孔を封口する。

前記封止栓のフランジには、フランジの側面にフランジの厚み方向を貫通する少なくとも一つ以上の溝を有するように構成する。

また、注入孔の段部に面するフランジの陵部には、面取り加工を施し、面取り部を有するように構成する。

なお、封止栓のフランジの側面に設けられた溝は、フランジの上面中心を高さ方向に貫通する軸に対して少なくとも一つ以上の対となるよう点対称に構成するのが良い。

また、注入孔の大径部の内周面と封止栓のフランジの全側面との距離が一定となるように構成しても良い、すなわち、円板状のフランジを用いる場合は、注入孔の大径部の径に対してフランジの側周面の外径を小さくなるように構成するのが良い。

以下に実施例を用いて、本発明の実施の形態を詳述する。

（実施例１）
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図であり、図１（ａ）は、密閉型電池の斜視図であり、図１（ｂ）は、密閉型電池の上面図であり、図1（ｃ）は、図１（ｂ）の注液孔部分をＥ−Ｆ線で切断した断面図である。

本発明の密閉型電池は、幅３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚さ４ｍｍのアルミニウム合金（合金番号：Ａ３００３）製の電池缶２に電池要素（図示せず）を収納した後に、電池缶２とは極性の異なる電極４を絶縁性部材８で絶縁したものと大径部と小径部とが段部を介して連通している階段状の注液孔５と安全弁６とを有し、アルミニウム合金（合金番号：Ａ３００３）製の蓋体３を電池缶２に嵌合し溶接にて封口した。

電解液（図示せず）は、六フッ化リン酸リチウムを電解質としてジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）を主とした混合溶媒に溶解したものを用いた。

蓋体３に設けられた電解液の注液孔５は、蓋体３を構成する厚さ１．０ｍｍの板状のアルミニウム合金に中心の軸が等しい直径２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの大径部５１と直径１．２ｍｍの小径部５２とが段部５３を介して連通し、貫通孔を形成した。

図２は、本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図であり、図２（ａ）は、封止栓の側面図であり、図２（ｂ）は、封止栓の平面図である。

封止栓７ａは、アルミニウム合金製で直径２．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの略円板状のフランジ７０ａとフランジ７０ａの中心軸上に注液孔５の小径部５２に嵌合する先端を窄めて垂直に設けた直径１．２ｍｍ、高さ０．７ｍｍの円柱状の突起部７２とにより形成した。

フランジ７０ａには、直交するＸ軸とＹ軸とが外周面７１ａと交わる位置に中心軸に向かって深さ０．１ｍｍ、円周方向に幅０．２ｍｍの凹状の溝７３ａをフランジ７０ａの側周面７１ａにフランジの厚みを貫通するように設け、さらに、フランジ７０ａには、突起部７２側の陵部に０．１ｍｍ×４５°の面取り部７４ａを設けた。

図３は、密閉型電池の注液孔の封口を説明する図であり、図３（ａ）は、注液孔に封口工程を説明する断面図であり、図３（ｂ）は、図１（ｂ）の注液孔部分をＥ−Ｆ線で切断した封口後の断面図である。

電解液を注入した密閉型電池の蓋体３に設けられた注液孔５に封止栓７ａを挿入し、注液孔５の大径部５１と封止栓７ａのフランジ７０ａの側周面７１ａとが接する面に順次溝７３ａを埋めていくようにレーザー溶接機にてレーザー光を照射して溶接することにより、溶接部９を形成して注液孔５を封口したリチウムイオン二次電池を５００個作製して封口不良の検査を行ったところ、不良の発生はなかった。

（実施例２）
図４は、本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図であり、図４（ａ）、封止栓の側面図であり、図４（ｂ）は、封止栓の平面図である。

封止栓７ｂは、アルミニウム合金製で直径２．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円柱状のフランジを中心より等しい距離でＸ軸とＹ軸とに平行に溝７３ｂを設けたフランジ７０ｂとフランジの中心軸上に垂直に設けた先端を細く窄めた直径１．２ｍｍ、高さ０．７ｍｍの円柱状の突起部７２とにより形成した。

フランジ７０ｂは、円柱状のフランジの側周面７１ｂと直交するＸ軸とＹ軸とが交わる位置にフランジの中心に向かって深さ０．１ｍｍの位置でＸ軸とＹ軸とに平行となる溝７３ｂを設け、さらに、フランジ７０ｂには、突起部７２側の陵部の外周上に０．１ｍｍ×４５°の面取り部７４ｂを設けた。なお、２点鎖線で示す想像線は、注液孔５の大径部５１を示している。

本発明の密閉型電池は、封止栓７ｂを図４のように溝７３ｂの形状を変更した以外は実施例１と同様の部材と工程にてリチウムイオン電池を作製した。

電解液を注入した密閉型電池の蓋体３に設けられた注液孔５に封止栓７ｂを挿入し、注液孔５の大径部５１と封止栓７ｂのフランジ７０ｂの側周面７１ｂとが接する面に順次溝７３ｂを埋めていくようにレーザー溶接機にてレーザー光を照射して溶接することにより、溶接部９を形成して注液孔５を封口したリチウムイオン二次電池を５００個作製して封口不良の検査を行ったところ、不良の発生はなかった。

（実施例３）
図５は、本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図であり、図５（ａ）、封止栓の側面図であり、図５（ｂ）は、封止栓の平面図である。

封止栓７ｃは、アルミニウム合金製で直径１．９ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの略円柱状のフランジ７０ｃとフランジの中心軸上に垂直に設けた先端を細く窄めた直径１．２ｍｍ、高さ０．７ｍｍの円柱状の突起部７２とにより形成した。

フランジ７０ｃには、突起部７２側の陵部に０．０３ｍｍ×４５°の面取り部７４ｃを設けた。なお、２点鎖線で示す想像線は、注液孔５の大径部５１を示している。

本発明の密閉型電池は、封止栓７ｃを図４のように円筒状の空隙７３ｃを形成した以外は実施例１と同様の部材と工程にてリチウムイオン二次電池を作製した。

電解液を注入した密閉型電池の蓋体３に設けられた注液孔５に封止栓７ｃを挿入し、注液孔５の大径部５１と封止栓７ｃのフランジ７０ｃの側周面７１ｃとが接する面に順次空隙７３ｃを埋めていくようにレーザー溶接機にてレーザー光を照射して溶接することにより、溶接部９を形成して注液孔５を封口したリチウムイオン電池を５００個作製して封口不良の検査を行ったところ、不良の発生はなかった。
（比較例）

封止栓の構造を変更した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。

図７に示すように、封止栓７のフランジ部に空隙部が生じないように注液孔５と嵌合するように形成した。

電解液を注入した密閉型電池の蓋体３に設けられた注液孔５に封止栓７を挿入し、注液孔と封止栓７とが接する面にレーザー溶接機にてレーザー光を照射して溶接することにより、溶接部９を形成して注液孔５を封口してリチウムイオン二次電池を作製した。

作製した５００個のリチウムイオン二次電池について、レーザー溶接後の封口不良を検査したところ、３個のピンホール、ブローホールによる溶接不良が発生した。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の密閉型電池を用いることにより、携帯用の電子機器に使用されるバッテリー電源において、注液孔の封口不良のないリチウムイオン二次電池を提供することができる。

本発明の密閉型電池を説明する図。図１（ａ）は、斜視図。図１（ｂ）は、上面図。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の注液孔部分をＥ−Ｆ線で切断した断面図。 本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図。図２（ａ）は、側面図。図２（ｂ）は、平面図。 密閉型電池の注液孔の封口を説明する図。図３（ａ）は、注液孔に封口工程を説明する断面図。図３（ｂ）は、図１（ｂ）の注液孔部分をＥ−Ｆ線で切断した封口後の断面図。 本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図。図４（ａ）は、側面図。図４（ｂ）は、平面図。 本発明の密閉型電池の封止栓を説明する図。図５（ａ）は、側面図。図５（ｂ）は、平面図。 従来の密閉型電池を説明する図。図６（ａ）は、斜視図。図６（ｂ）は、上面図。 従来の密閉型電池を説明する図。図７（ａ）は、注液孔の封口工程を説明する断面図。図７（ｂ）は、図６（ｂ）の注液孔部分をＧ−Ｈ線で切断した断面図。

符号の説明

２ 電池缶
３ 蓋体
４ 電極
５ 注液孔
６ 安全弁
７、７ａ、７ｂ、７ｃ 封止栓
８ 絶縁部材
９ 溶接部
５１ 大径部
５２ 小径部
５３ 段部
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ フランジ
７１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ 側周面
７２ 突起部
７３、７３ａ、７３ｂ 溝
７３ｃ 空隙
７４、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ 面取り部

Claims (2)

1. アルミニウム合金からなる電池缶または前記電池缶の蓋体に凹部を設け、前記凹部の底に開孔部を設けた電解液の注液孔に、前記凹部に嵌合する板状のフランジと、前記フランジの底面に前記開孔部に挿入する柱状の突起部が植立されてなる封止栓を前記注液孔に挿入して、前記フランジと、前記電池缶または前記蓋体を溶接封口した密閉型電池であって、前記フランジの側面に前記フランジの厚み方向に貫通する溝を設けてなることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記フランジの前記側面と前記底面が成す陵部に面取り加工を施してなることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。

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