JP5328206B2 - 角形密閉電池 - Google Patents

Description

本発明は、角形外装缶を用いた電池の電池シール性と封口溶接強度を高める技術に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン等の移動情報端末の高機能化・小型化および軽量化が急速に進展しており、その駆動電源として、高いエネルギー密度を有し、高容量である非水電解質二次電池が広く利用されている。特に、正負極板をセパレータを介して渦巻状に巻き取り、扁平状にプレスしてなる扁平渦巻状電極体を角形の外装缶を用いた非水電解質二次電池は、大電流を取り出せるとともに、移動情報端末に実装しやすいことから、上記用途に広く用いられている。

このような角形密閉電池は、有底角形の外装缶の開口部と、封口板と、端子板と、絶縁ガスケットと、端子リベットと、絶縁板とを有し、絶縁ガスケット及び絶縁板をかしめることにより、端子板および端子リベットが封口板に固定される構造の封口体とを嵌め合わせ、該嵌合部をレーザ溶接することによって、密閉されている。電池の小型・軽量化に伴い、外装缶の薄肉化やデッドスペースの有効利用が図られているが、これに伴い、衝撃を受けた際に溶接部が破壊されやすくなるという問題があった。この問題を解決するために、レーザ強度を高め、溶接深度を大きくすることが行われているが、レーザ熱によって主にポリオレフィン系樹脂やフッ素樹脂系等の樹脂の成形品からなる絶縁ガスケットや絶縁板等が熱ダメージを受けて劣化し、当該部分から電解液が漏液するという問題があった。

密閉型電池に関する技術としては、下記特許文献１、２が挙げられる。

特開2000-268781号公報 特開2002-304973号公報

これらの特許文献は、金属製の封口板へのレーザ溶接時の熱伝導を制御することを目的としている。一方で電池の小型化に伴い、レーザ溶接部分とガスケット等の樹脂部品とが近接するようになり、特許文献に記載の対策を施しても樹脂製部品がレーザ熱の影響を抑制することが困難となっていた。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、電池シール性と封口溶接強度に優れた角形密閉電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、次のように構成されている。
開口を有する角形外装缶と、前記開口に嵌合される封口体と、を有し、前記外装缶と前記封口板との嵌合部がレーザ溶接されてなる角形密閉電池において、前記封口体が、封口板と、端子板と、絶縁ガスケットと、端子リベットと、絶縁板とを有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造であり、前記封口板の前記絶縁板と接する部分の近傍に、段差部が設けられており、前記封口板は、前記絶縁板を介して前記端子リベットを挿通する挿通孔と、前記挿通孔に隣接して前記絶縁板をかしめるための凸部と、前記封口板の凸部に隣接し、電池内方面に設けられた凹部を有する前記封口板の段差部を備えており、前記封口板の段差部において前記絶縁板が前記封口板と接触しておらず、前記凸部は、前記封口板の他の部分よりも電池内方側に突出しており、前記絶縁板は、前記封口板と前記端子リベットとでかしめられる部分が前記絶縁板の他の部分より厚いことを特徴とする。

この構成によると、絶縁板に加えられるレーザ熱が、封口板の絶縁板と接する部分の近傍にある段差部により緩和されるため、絶縁板の熱ダメージが小さくなるため、より高いレーザ出力を用いて溶接深度を高めた場合においても、絶縁板の熱ダメージによる電池シール性低下が起こり難くなる。よって、電池シール性と封口溶接強度に優れた角形密閉電池を実現できる。

また、絶縁板１４は封口板１３と端子リベット１５によってかしめられる部分の厚みが絶縁板１４の他の部分より厚く成形されていると、絶縁板１４が圧縮されて封口板への固定や電池シール性が安定し、かつ電池内で絶縁板の占める体積を抑制することができるので好ましい。

上記で説明したように、本発明によると、電池シール性と封口溶接強度に優れた角形密閉電池を得ることができる。

（実施の形態）
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いながら説明する。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る角形密閉電池は、アルミニウム合金からなる有底角形の外装缶２と、封口体１と、が嵌め合わされ、該嵌合部がレーザ溶接されている。図１（ｂ）に示すように、封口体１は、アルミニウム合金からなる封口板１３と、ニッケルからなる端子板１１と、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）樹脂からなる絶縁ガスケット１２と、ニッケルからなる端子リベット１５と、ポリプロピレンからなる絶縁板１４とを有している。

図２に、封口体の端子近傍の断面図を示す。図２（ａ）は封口体の各部品を示す図であり、図２（ｂ）はかしめ前の状態を示す図であり、図２（ｃ）は、かしめ後の状態を示す図である。図２（ｃ）に示すように、封口体は、絶縁ガスケット１２及び絶縁板１４をかしめることにより、端子板１１および端子リベット１５が封口板１３に固定される構造である。

ここで、図２に示すように、封口板の絶縁板と接する部分の近傍に、段差部が設けられている。
電池の大きさは、厚み４．６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ４３ｍｍである。

（実験）
レーザ溶接条件と溶接強度および電池シール性との関係を調べるために、試験用セル（電極体、電解液を有しないもの）を作製し、後述する試験を行った。

（試験用セル１）
上記実施の形態と同様にして、試験用セル１を作製した。なお、レーザ出力は２１５Ｗとし、この値を１００％とした。また、図３に示すように、段差部の凹部深さを０．０８ｍｍとし、長さを４ｍｍとした。

（試験用セル２）
レーザ出力を、上記試験用セル１の３％増しとしたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル２を作製した。

（試験用セル３）
レーザ出力を、上記試験用セル１の６％増しとしたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル３を作製した。

（試験用セル４）
図４に示すように、段差部が設けられていない封口体を用いたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル４を作製した。

（試験用セル５）
レーザ出力を、上記試験用セル４の３％増しとしたこと以外は、上記試験用セル４と同様にして、試験用セル５を作製した。

（試験用セル６）
レーザ出力を、上記試験用セル４の６％増しとしたこと以外は、上記試験用セル４と同様にして、試験用セル６を作製した。

〔溶接深度の測定〕
上記で作製した各試験用セルを熱硬化性樹脂で固定して断面出しを行った後、３〜５％濃度の硝酸に浸し、１〜２Ｖで通電処理することにより金属面のエッチングを行い、この後、エッチングにより現れた端子リベット近傍の溶接溶け込み状態を拡大投影観察することにより測定した。この結果を下記表１に示す。なお、各試験用セルは５つずつ用意した。

〔絶縁板溶け量の測定〕
上記で作製した各試験用セルの封口体から端子板、ガスケット、外装缶、封口板を取り除き、端子リベットが挿通されている状態の絶縁板の天面から溶けが発生した部分の径（長辺方向、短辺方向）を測定した。この結果を下記表１に示す。なお、各試験用セルは５つずつ用意した。

上記表１において、括弧外数値は平均値を示し、括弧内数値はバラツキを示す。

上記表１から、封口板に段差部を設けた試験用セル１〜３は、それぞれ、封口板に段差部を設けていない試験用セル４〜６と比較し、同一レーザ条件において溶接深度に大きな差がないものの、絶縁板溶け量が大幅に小さくなっていることがわかる。

このことは、次のように考えられる。図４に示すように、従来の封口体では、かしめ圧縮によって封口板１３と絶縁板１４とが直接接触するので、絶縁板１４にレーザ熱が伝わりやすい。他方、図３に示すように、封口板に段差部を設けると、かしめ圧縮によっても封口板１３と絶縁板１４とが直接接触することがないので、溶接深度に悪影響を与えることなく、絶縁板に加えられるレーザ熱を、封口板の絶縁板と接する部分の近傍にある段差部により緩和することができる。よって、絶縁板の熱ダメージが小さくなる。このため、段差部を設けていない場合に比べ、同一レーザ条件においては絶縁板溶け量が小さくなり、高いレーザ出力を用いて溶接強度を高めた場合においても、絶縁板の熱ダメージを、弱いレーザ出力である場合と同等以下程度に抑制できる（試験用セル３、４参照）。つまり、絶縁板の熱ダメージが抑制されるので、電池シール性も向上される。

〔追加事項〕
段差部の大きさとしては、凹部の深さが０．０４〜０．１ｍｍ程度であることが好ましく、長さが３〜５ｍｍであることが好ましい。凹部がこの範囲の大きさであると、絶縁板への熱影響をなくし、かつ封口板の強度を損ねることがないので好ましい。

以上に説明したように、本発明によれば、絶縁板に加えられる熱ダメージを低減でき、高いレーザ出力を用いて溶接強度を高めた場合においても信頼性の高い角形密閉型電池を提供できる。よって、産業上の利用可能性は大きい。

図１は、本発明電池の封口板を示す図であって、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は断面図である。 図２は、本発明電池の封口体の端子近傍の断面を示す図であって、図２（ａ）は封口体の各部品を示す図であり、図２（ｂ）はかしめ前の状態を示す図であり、図２（ｃ）は、かしめ後の状態を示す図である。 図３は、試験用セル１〜３の封口体の端子近傍の断面を示す図であって、図３（ａ）はレーザ溶接前の状態を示し、図３（ｂ）はレーザ溶接後の状態を示す図である。 図４は、試験用セル４〜６の封口体の端子近傍の断面を示す図であって、図４（ａ）はレーザ溶接前の状態を示し、図４（ｂ）はレーザ溶接後の状態を示す図である。

符号の説明

１ 封口体
２ 外装缶
１１ 端子板
１２ 絶縁ガスケット
１３ 封口板
１４ 絶縁板
１５ 端子リベット

Claims (3)

1. 開口を有し、電極体と電解質が収納される角形外装缶と、前記開口に嵌合される封口体と、を有し、前記外装缶と前記封口板との嵌合部がレーザ溶接されてなる角形密閉電池において、
   前記封口体が、封口板と、端子板と、前記端子板と前記封口板とを絶縁する絶縁ガスケットと、端子リベットと、前記封口板と前記電極体とを絶縁する絶縁板とを有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造であり、
   前記封口板の前記絶縁板と接する部分の近傍に、段差部が設けられており、
   前記封口板は、前記絶縁板を介して前記端子リベットを挿通する挿通孔と、前記挿通孔に隣接して前記絶縁板をかしめるための凸部と、前記封口板の凸部に隣接し、電池内方面に設けられた凹部を有する前記封口板の段差部を備えており、前記封口板の段差部において前記絶縁板が前記封口板と接触しておらず、
   前記凸部は、前記封口板の他の部分よりも電池内方側に突出しており、
   前記絶縁板は、前記封口板と前記端子リベットとでかしめられる部分が前記絶縁板の他の部分より厚い、
   ことを特徴とする角形密閉電池。
2. 前記封口板の凹部の、前記凸部をのぞく前記封口板の電池内方の面からの深さが、０．０４〜０．１ｍｍである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の角形密閉電池。
3. 前記絶縁板は、ポリプロピレンからなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の角形密閉電池。