JP5420315B2 - Sealed battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは安全弁付き封口体を備えた密閉型電池の封口体構造に関する。 The present invention relates to a sealed battery, and more particularly to a sealed battery structure of a sealed battery provided with a sealed body with a safety valve.
非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるため、携帯機器や電動工具等の駆動電源として広く利用されている。 Nonaqueous electrolyte secondary batteries have high energy density and high capacity, and are therefore widely used as drive power sources for portable devices and electric tools.
非水電解質二次電池は、可燃性の有機溶媒を用いるため、電池の安全性の確保が求められている。このため、電池を密閉する封口体に、電池内圧が上昇した場合に動作する電流遮断機構を組み込むことが行われている。 Since non-aqueous electrolyte secondary batteries use a flammable organic solvent, it is required to ensure the safety of the battery. For this reason, a current interrupting mechanism that operates when the battery internal pressure rises is incorporated into a sealing body that seals the battery.
図1に、電流遮断機構を組み込んだ封口体を備えた密閉型電池を示す。図1に示すように、封口体10は、端子キャップ5と、端子キャップの電池内方面に位置する安全弁3と、安全弁の電池内方面に位置する端子板1と、安全弁3と端子板1とを離隔し絶縁する絶縁板2とを有している。ここで、端子キャップ5と安全弁3との導電接触を保つために、端子キャップのフランジ部5bに設けられたザグリ穴5cに安全弁の周縁部3bに設けられたピン状突起3cがはめ込まれ、リベット固定により両者が固定されている。さらに、安全弁3の中心付近は電池内方に向かって凸状形状をなし、凸状形状の頂点付近が端子板1に溶接されており(通電接触部3a)、端子板1上の通電接触部周囲には、端子板1の厚みを薄くしてなる破砕溝が形成されている。
FIG. 1 shows a sealed battery provided with a sealing body incorporating a current interruption mechanism. As shown in FIG. 1, the
この密閉型電池の電流遮断機構の動作について説明する。電池内圧が上昇したとき、安全弁3が電池外方に押し上げられ、安全弁3の通電接触部3aに接続された端子板1の破砕溝が破断して、端子キャップ5への電流供給が遮断される。
The operation of the current interruption mechanism of the sealed battery will be described. When the battery internal pressure rises, the
このような電流遮断機構においては、安全弁は上記動作をスムースに行える必要があり、その材料には変形しやすいことが求められ、他方、端子キャップは外部環境に面するため、その材料には一定の強度が求められる。このため、安全弁にはアルミニウム系の材料が用いられ、端子キャップには鉄系の材料が用いられている。 In such a current interruption mechanism, the safety valve needs to be able to perform the above operation smoothly, and its material is required to be easily deformed. On the other hand, since the terminal cap faces the external environment, the material is constant. Strength is required. For this reason, an aluminum-based material is used for the safety valve, and an iron-based material is used for the terminal cap.
ところで、電動工具など大電流で放電する用途に用いる非水電解質二次電池は、放電時に電池温度が80℃以上の高温となることがある。そして、電池の使用によって繰り返し高温に曝されると、絶縁板2やガスケット30等の樹脂製部品の弾力性が失われる。樹脂製部品の弾性が失われると、樹脂製部品の周囲に位置する端子キャップ5と安全弁3との接触が緩み、電池の内部抵抗が上昇したり不安定になったりしやすくなる。よって、端子キャップ5と安全弁3と固定をより強固なものとすることが望まれている。
By the way, the battery temperature of the non-aqueous electrolyte secondary battery used for the purpose of discharging with a large current such as an electric tool may become a high temperature of 80 ° C. or higher during discharging. When the battery is repeatedly exposed to high temperatures, the elasticity of resin parts such as the
封口体に関する技術としては、下記特許文献1が挙げられる。
The following
特許文献1は、円筒状部とこの円筒状部の外周に設けられ複数の孔を有するつば部を形成した電池キャップと、電池キャップの板厚よりも大きい突出高さを持つ複数の凸状部を設けた金属板とより構成され、電池キャップの孔部を金属板の凸状部に嵌め合わせ、電池キャップの孔部より突出した金属板の凸状部の端面を圧接して両者を固定した封口体を開示している。しかし、この技術では、電池キャップと金属板との電気的接続が圧接であり、電池内部抵抗が安定しないという問題がある。
本発明は上記課題を解決するものであり、導電性に優れた安全弁付き封口体を備えた密閉型電池を提供することを目的とする。 This invention solves the said subject, and it aims at providing the sealed battery provided with the sealing body with a safety valve excellent in electroconductivity.
上記課題を解決するための密閉型電池の製造方法に関する本発明は、有底筒状の外装缶20の開口部に封口体10をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池の製造方法において、前記封口体10は、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部5aと、前記外部端子部5aの周縁に位置するフランジ部5bと、前記フランジ部5bに設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴5cと、を有する端子キャップ5と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部3aと、前記通電接触部3aの周縁に位置する周辺部3bと、前記周辺部3bに設けられたピン状突起3cと、を有する安全弁3と、を準備する準備ステップと、前記安全弁のピン状突起3cを前記端子キャップの穴5cにはめ込み、前記ピン状突起3cの先端部を押しつぶして、前記ピン状突起3cと前記穴5cとをリベット固定するリベット固定ステップと、を備え、前記端子キャップ5の穴5cの電池内方面側には、角落し部5dが設けられていることを特徴とする。
The present invention relating to a method for manufacturing a sealed battery for solving the above-described problems is directed to a method for manufacturing a sealed battery that is sealed by caulking and fixing a sealing
精度の高い(立ち上がりが垂直な)ピン状突起を作製することは難しいので、図6に示すように、ピン状突起3cの根元部分にR部3dが発生する。このため、このようなピン状突起を備える安全弁と端子キャップとをリベット固定するとき、図7(a)に示すように、端子キャップの穴5cの電池内側端部と、ピン状突起3cの根元R部3dとが接触するため、両者間に隙間が生じる。この後、電池カシメを行うと、カシメによる力がこの隙間を生めるように作用して、リベットの頭部分と穴上面との間に隙間ができ、両者間の抵抗が大きくなる。しかし、上記構成では、角落し部5dが形成されていることにより、図7(b)に示すように、ピン状突起3cの根元R部3dとの接触が防止されるので、両者の間に隙間ができにくい。よって、電池カシメを行っても、両者の接触が良好に保たれる。したがって、高い導電性を有する安全弁付き封口体を備えた密閉型電池が得られる。
Since it is difficult to produce a pin-shaped protrusion with high accuracy (a vertical rise), an
なお、ピン状突起を形成後に、根元R部を削り取っても同様の効果が得られるが、この方法は微細加工を必要とするため、コスト高になる。他方、端子キャップの穴5c側の加工は、プレスや切削等により容易に(低コストで)行うことができる。
Although the same effect can be obtained by removing the root R portion after forming the pin-shaped protrusions, this method requires a fine processing, and thus costs are increased. On the other hand, the processing of the terminal cap on the
角落し部の形状としては、テーパ状とすることが好ましい。 The shape of the angle drop part is preferably tapered.
角落し部の幅は、端子キャップの厚みの15〜30%であることが好ましく、角落し部の高さは、端子キャップの厚みの15〜30%であることが好ましい。 The width of the corner drop portion is preferably 15 to 30% of the thickness of the terminal cap, and the height of the corner drop portion is preferably 15 to 30% of the thickness of the terminal cap.
上記構成において、前記リベット固定部近傍の前記端子キャップに高エネルギー線を照射し、溶接する溶接ステップをさらに備える構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure further equipped with the welding step which irradiates and welds the high energy beam to the said terminal cap of the said rivet fixed part vicinity.
上記方法では、端子キャップ側に高エネルギー線を照射して溶接しているが、この方法によると、高エネルギー線により端子キャップの融点の高い鉄系材料が溶融し、この溶融した鉄系材料が、照射スポットの近傍に位置するリベット固定部に流れ込み、溶融鉄材料の有する熱エネルギーにより、リベット固定部のアルミニウム系材料(安全弁のピン状突起)が溶融する。これにより、両者がさらに強固に固定されるので、導電性がより高まる。 In the above method, the terminal cap side is irradiated with a high energy ray and welded. According to this method, the high energy ray melts the iron-based material having a high melting point of the terminal cap, and the molten iron-based material is melted. Then, it flows into the rivet fixing part located in the vicinity of the irradiation spot, and the aluminum-based material (pin-like protrusion of the safety valve) of the rivet fixing part is melted by the thermal energy of the molten iron material. Thereby, since both are fixed more firmly, electroconductivity increases more.
ここで、高エネルギー線を安全弁側に照射した場合、次のような問題が生じる。
(1)融点の低いアルミニウム系材料を溶かす程度のエネルギーを加えた場合、融点の高い鉄系材料がほとんど溶融しないため、良好な溶接が行えない。
(2)融点の高い鉄系材料を溶かす程度のエネルギーを加えた場合、融点の低いアルミニウム系材料が蒸散してしまい、良好な溶接が行えない。
Here, when a high energy ray is irradiated to the safety valve side, the following problems occur.
(1) When an energy that melts an aluminum-based material having a low melting point is applied, an iron-based material having a high melting point hardly melts, so that good welding cannot be performed.
(2) When energy to the extent that an iron-based material having a high melting point is dissolved is applied, the aluminum-based material having a low melting point is evaporated, and good welding cannot be performed.
ここで、鉄系材料とは、鉄及び鉄合金を意味し、アルミニウム系材料とは、純アルミニウム及びアルミニウム合金を意味する。 Here, the iron-based material means iron and an iron alloy, and the aluminum-based material means pure aluminum and an aluminum alloy.
高エネルギー線としては、エネルギーの制御が容易なレーザ光線を用いることが好ましい。 As the high energy beam, it is preferable to use a laser beam whose energy is easily controlled.
また、溶融鉄材料を効率的にリベット固定部に流し込むために、高エネルギー線を端子キャップ5の穴の壁面に照射することが好ましい。
Further, in order to efficiently flow the molten iron material into the rivet fixing portion, it is preferable to irradiate the wall surface of the hole of the
また、リベット固定の後に端子キャップと安全弁とが回転することを防止するため、端子キャップの穴の数と、安全弁のピン状突起の数とを、それぞれ2以上とすることが好ましい。また、コストと効果の兼ね合いから、上限をそれぞれ4つとすることが好ましい。 In order to prevent the terminal cap and the safety valve from rotating after rivet fixation, it is preferable that the number of holes in the terminal cap and the number of pin-shaped protrusions of the safety valve be 2 or more, respectively. Moreover, it is preferable to set the upper limit to four each from the balance of cost and effect.
ここで、安全弁のピン状突起の直径と端子キャップの穴の電池内方側の径のクリアランスは0.01〜0.1mmであることが好ましい。安全弁のピン状突起の高さは、端子キャップの電池内方側の穴電池外方側に0.3〜0.7mm突出することが好ましい。端子キャップの穴の電池外方側の径は、電池内方側の径より0.2〜0.7mm大きいことが好ましい。 Here, the clearance between the diameter of the pin-shaped protrusion of the safety valve and the diameter of the terminal cap hole on the inner side of the battery is preferably 0.01 to 0.1 mm. It is preferable that the height of the pin-shaped protrusion of the safety valve protrudes 0.3 to 0.7 mm toward the outer side of the hole battery on the battery inner side of the terminal cap. The diameter of the terminal cap hole on the battery outer side is preferably 0.2 to 0.7 mm larger than the diameter on the battery inner side.
また、端子キャップと安全弁との溶接は、リベット固定部の外周を全て囲うように行ってもよく、1点から数点のスポット溶接であってもよい。 Further, the welding of the terminal cap and the safety valve may be performed so as to surround the entire outer periphery of the rivet fixing portion, or may be spot welding of one to several points.
上記密閉型電池の製造方法にかかる本発明により製造される密閉型電池は、以下に示す2つの構成(溶接の有無による2つの構成)となる。 The sealed battery manufactured by the present invention according to the above-described method for manufacturing a sealed battery has the following two configurations (two configurations depending on the presence or absence of welding).
有底筒状の外装缶20の開口部に封口体10をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池において、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部5aと、前記外部端子部5aの周縁に位置するフランジ部5bと、前記フランジ部5bに設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴5cと、を有する端子キャップ5と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部3aと、前記通電接触部3aの周縁に位置する周辺部3bと、前記周辺部3bに設けられたピン状突起3cと、を有する安全弁3と、前記安全弁のピン状突起3cが前記端子キャップの穴5cにはめ込まれ、前記ピン状突起3cの先端部が押しつぶされたリベット固定部と、を有し、前記端子キャップ5の穴5cの電池内方面側には、角落し部5dが設けられていることを特徴とする。
In a sealed battery sealed by caulking and fixing the sealing
有底筒状の外装缶20の開口部に封口体10をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池において、前記封口体10は、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部5aと、前記外部端子部5aの周縁に位置するフランジ部5bと、を有する端子キャップ5と、アルミニウム系材料からなり、前記端子キャップ5より電池内方に位置し、電池内方に突出した通電接触部3aと、前記通電接触部3aの周縁に位置する周辺部3bと、を有する安全弁3と、前記端子キャップ5のフランジ部5bと前記安全弁3の周辺部3bとが溶接された溶接部7とを、有し、前記溶接部7は、前記フランジ部5bの電池内方面と電池外方面との間に位置し、前記溶接部7の中央部には前記安全弁材料が存在し、且つその周縁に前記端子キャップ材料と前記安全弁材料とが渾然一体となった溶融凝固領域9を
有し、前記溶接部7の電池内方面側に位置する前記端子キャップ5には穴5cが設けられ、当該穴5cに前記安全弁3の一部が挿入され、前記穴5cに角落し部5dが設けられていることを特徴とする。
In a sealed battery that is sealed by caulking and fixing the sealing
上記本発明によると、導電性に優れた安全弁付き封口体を得る事ができ、これを用いてなる密閉型電池の電流取り出し効率を高めることができる。 According to the present invention, a sealing body with a safety valve excellent in conductivity can be obtained, and the current extraction efficiency of a sealed battery using this can be increased.
(実施の形態1)
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施の形態にかかる密閉型電池の要部拡大断面図である。
(Embodiment 1)
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the sealed battery according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態にかかる密閉型電池は、外装缶20内に電極体40及び電解液が収容され、絶縁ガスケット30を介して封口体10がカシメ固定されて密閉される。
As shown in FIG. 1, in the sealed battery according to the present embodiment, the
また、本実施の形態にかかる密閉型電池に用いる封口体10は、電極タブ8を介して正極または負極と電気的に接続される端子板1と、電池外方に突出した外部端子部を有する端子キャップ5と、端子板1と端子キャップ5との間に介在し、電池内部圧力が上昇した際に変形して、端子板1と端子キャップ5との電気的接続を遮断する安全弁3と、安全弁3が電流を遮断する際、安全弁3と端子板1との電気的接触を防止する絶縁部材2と、を備えている。そして、電極体40の一方の電極と端子板1とが、電極タブ8を介して接続されている。
Moreover, the sealing
図2に、本発明に用いる端子キャップ5及び安全弁3を示す。端子キャップ5は、図2(a)に示すように、電池外方に突出した外部端子部5aと、外部端子部5aの周縁に位置するフランジ部5bと、フランジ部5bに設けられたザグリ穴5cと、ザグリ穴の電池内方面側に設けられた角落し部5dと、を有する。安全弁3は、図2(b)に示すように、電池内方に突出した通電接触部3aと、通電接触部3aの周縁に位置する周辺部3bと、周辺部3bに設けられたピン状突起3cと、を有する。図3(c)に示すように、ピン状突起3cがザグリ穴5cにはめ込まれ、ピン状突起3cの先端が押しつぶされ、リベット固定により両者が固定されている。このため、ザグリ穴5cの径は、電池外側>テーパ部の電池内側端部>小径部となっている。
FIG. 2 shows the
ここで、ザグリ穴5cとは、図2(a)に示すような、大径部と小径部とを備える穴を意味する。ザグリ穴であると、大径部と小径部との境界の段差部分を用いて良好にリベット固定を行うことができる。しかし、このような形状以外の穴であっても、穴の径が電池外側>電池内側であれば、この径の差を用いてリベット固定を行うことができる。
Here, the
このような端子キャップ5と、安全弁3とは、次のようにして固定される。
安全弁3の上面に、端子キャップ5を配置し、端子キャップ5のザグリ穴5cに安全弁3のピン状突起3cをはめ込む(図3(a)参照)。
この後、リベット固定具51a,bを用いて上下方向から押圧し、ピン状突起3cの先端部をつぶして、リベット固定部を形成する(図3(b)、(c)参照)。
Such a
The
Then, it presses from the up-down direction using
リベット固定後に、安全弁3の周辺部3bと端子キャップ5のフランジ部5bとを、高エネルギー線(例えば、レーザ)を用いて溶接してもよい。この溶接方法を図8に示す。
After the rivet is fixed, the
図8(a)に示すように、リベット固定部近傍の端子キャップに高エネルギー線(例えばレーザ)を照射する。これにより、融点の高い端子キャップ材料が溶融し、溶融した端子キャップ材料がリベット固定部に流れ込み、リベット固定部の融点の低い安全弁材料が溶融する。冷却後には、図8(b)に示すように、端子キャップ5と安全弁3との溶接部7は、端子キャップ5のフランジ部5bの電池内方面と電池外方面との間に位置し、溶接部7の中央部には安全弁3の材料であるアルミニウムが存在し、且つその周縁に端子キャップ5の材料である鉄と安全弁3の材料であるアルミニウムとが渾然一体となった溶融凝固領域9が形成される。なお、同図では、図中左側のみがレーザ照射された状態を示している。
As shown in FIG. 8A, the terminal cap near the rivet fixing portion is irradiated with high energy rays (for example, laser). As a result, the terminal cap material having a high melting point melts, the molten terminal cap material flows into the rivet fixing portion, and the safety valve material having a low melting point of the rivet fixing portion melts. After cooling, the welded
上記構造のリチウムイオン二次電池の作製方法について説明する。 A method for manufacturing the lithium ion secondary battery having the above structure will be described.
<正極の作製>
コバルト酸リチウム(LiCoO2)からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)からなる結着剤とを、質量比90:5:5の割合で量り採り、これらをN−メチル−2−ピロリドンからなる有機溶剤等に溶解させた後、混合し、正極活物質スラリーを調製する。
<Preparation of positive electrode>
A ratio of 90: 5: 5 mass ratio of a positive electrode active material made of lithium cobaltate (LiCoO 2 ), a carbon-based conductive agent such as acetylene black or graphite, and a binder made of polyvinylidene fluoride (PVDF). The sample is dissolved in an organic solvent composed of N-methyl-2-pyrrolidone and then mixed to prepare a positive electrode active material slurry.
次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、アルミニウム箔(厚み:20μm)からなる正極芯体の両面に、この正極活物質スラリーを均一な厚みで塗布する。 Next, using a die coater or a doctor blade, this positive electrode active material slurry is applied to both surfaces of a positive electrode core made of aluminum foil (thickness: 20 μm) with a uniform thickness.
この極板を乾燥機内に通して上記有機溶剤を除去し、乾燥極板を作製する。この乾燥極板を、ロールプレス機を用いて圧延し、裁断して、正極板を作製する。 This electrode plate is passed through a dryer to remove the organic solvent, and a dry electrode plate is produced. The dried electrode plate is rolled using a roll press and cut to produce a positive electrode plate.
本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる正極活物質としては、上記コバルト酸リチウム以外にも、例えばニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、マンガンニッケルコバルト酸リチウム(LiMnxNiyCozO2、x+y+z=1)、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した酸化物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。 As the positive electrode active material used in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, for example, lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate, in addition to the above lithium cobaltate Lithium such as (LiFePO 4 ), lithium manganese nickel cobaltate (LiMn x Ni y Co z O 2 , x + y + z = 1), or an oxide obtained by substituting some of the transition metals contained in these oxides with other elements The transition metal composite oxides can be used alone or in admixture of two or more.
<負極の作製>
人造黒鉛からなる負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比98:1:1の割合で量り採り、これらを適量の水と混合し、負極活物質スラリーを調製する。
<Production of negative electrode>
A negative electrode active material made of artificial graphite, a binder made of styrene butadiene rubber, and a thickener made of carboxymethylcellulose are weighed in a mass ratio of 98: 1: 1 and mixed with an appropriate amount of water. A negative electrode active material slurry is prepared.
次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、銅箔(厚み:15μm)からなる負極芯体の両面に、この負極活物質スラリーを均一な厚さで塗布する。 Next, using a die coater or a doctor blade, this negative electrode active material slurry is applied to both surfaces of a negative electrode core made of copper foil (thickness: 15 μm) with a uniform thickness.
この極板を乾燥機内に通して水分を除去し、乾燥極板を作製する。その後、この乾燥極板を、ロールプレス機により圧延し、裁断して、負極板を作製する。 The electrode plate is passed through a dryer to remove moisture, and a dried electrode plate is produced. Then, this dry electrode plate is rolled by a roll press machine and cut to produce a negative electrode plate.
ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる負極材料としては、例えば天然黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、あるいはこれらの焼成体等の炭素質物、または前記炭素質物と、リチウム、リチウム合金、およびリチウムを吸蔵・放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる1種以上との混合物を用いることができる。 Here, as a negative electrode material used in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, for example, natural graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a carbonaceous material such as a fired body thereof, or the carbon A mixture of the material and one or more selected from the group consisting of lithium, a lithium alloy, and a metal oxide capable of occluding and releasing lithium can be used.
<電極体の作製>
上記正極と負極とポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとを、巻き取り機により捲回し、絶縁性の巻き止めテープを設け、巻回電極体を完成させる。
<Production of electrode body>
The positive electrode, the negative electrode, and a separator made of a polyethylene microporous film are wound by a winder, and an insulating winding tape is provided to complete a wound electrode body.
〈封口体の作製〉(準備ステップ)
ニッケルメッキされた鉄板の中心部を、プレス金型61を用いてプレスして外部端子部5a(凸部)を形成する(図4(a)参照)。
<Preparation of sealing body> (Preparation step)
The central portion of the nickel-plated iron plate is pressed using a
この後、フランジ部5b(凸部の外周部分)に打ち抜き穴を開ける(図4(b)参照)。
Thereafter, a punched hole is made in the
この後、穴を上方向からプレス金型62を用いてプレスして、穴の直径を部分的に広げる(図4(c)参照)。このとき、プレスされた反対面側は、穴の径が図4(b)に示す状態よりも小さくなる。
Thereafter, the hole is pressed from above using a
この後、再度穴を打ち抜くことによりプレスにより狭まった穴を拡大する(図4(d)参照)。 Thereafter, the hole narrowed by the press is expanded by punching the hole again (see FIG. 4D).
この後、プレス金型63でプレスすることにより、穴の電池内側部分の角を落として角落し部5dを形成する(図4(e)参照)。
Thereafter, by pressing with a
この後、円盤状に打ち抜いて、ザグリ穴5cを備える端子キャップ5を作製する(図4(f)参照)。
Thereafter, a
アルミニウム板の中心部をプレス金型71を用いてプレスし、通電接触部(凹部3a)を形成する(図5(a)参照)。
The center part of the aluminum plate is pressed using a
この後、周辺部3b(凸部の外周部分)を下面からプレス金型72a,b,cを用いて押圧してピン状突起3cを形成する(図5(b)参照)。
その後円盤状に打ち抜いて、安全弁3を作製する(図5(c)参照)。
Thereafter, the
Thereafter, it is punched into a disc shape to produce the safety valve 3 (see FIG. 5C).
なお、この作製方法では、ピン状突起3cの反対面に、押圧による変形によって凹形状の部分が形成されるが(図5(c)参照)、この凹形状の部分は本発明の必須の構成要素ではない。
In this manufacturing method, a concave portion is formed on the opposite surface of the pin-
本実施の形態では、各部のサイズは以下のとおりとする。端子キャップ5の直径L1は16.5mm、厚みは0.5mm、ザグリ穴5dの外径L3は1.4mm、ザグリ穴5dの内径L4は1.0mm、内径部の高さL2は0.2mm、角落し部5dの幅L10は0.1mm(端子キャップの厚みの20%)、角落し部5dの高さL11は0.1mm(端子キャップの厚みの20%)である。また、安全弁3の直径は16.5mm、厚みは0.4mm、ピン状突起3eの高さL7は0.5mm、直径L8は0.9mmである。また、安全弁のピン状突起3e及び端子キャップのザグリ穴5dの数は、それぞれ3とする。
In the present embodiment, the size of each part is as follows. The diameter L1 of the
(リベット固定ステップ)
この後、上記安全弁3の上面に、上記端子キャップ5を配置し、端子キャップ5のザグリ穴5cに安全弁3のピン状突起3cをはめ込む(図3(a)参照)。
この後、リベット固定具51a,bを用いて上下方向から押圧し、ピン状突起3cの先端部をつぶして、リベット固定部を形成する(図3(b)、(c)参照)。
(Rivet fixing step)
Thereafter, the
Then, it presses from the up-down direction using
(溶接ステップ)
リベット固定部近傍の端子キャップの穴の壁面にレーザ光線を照射し(図8(a)参照)、リベット固定部を溶接する(図8(b)参照)。
(Welding step)
A laser beam is applied to the wall surface of the hole of the terminal cap near the rivet fixing portion (see FIG. 8A), and the rivet fixing portion is welded (see FIG. 8B).
この後、この安全弁3の下面に、ポリプロピレン製の絶縁板2を介してアルミニウム製の端子板1を溶接し、封口体10を作製する。
Thereafter, an
<電解液の作製>
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:1:8の割合(1気圧、25℃と換算した場合における)で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのLiPF6を1.0M(モル/リットル)の割合で溶解したものを電解液とする。
<Preparation of electrolyte>
An electrolyte salt is added to a nonaqueous solvent in which ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 1: 8 (when converted to 1 atm and 25 ° C.). As an electrolytic solution, LiPF 6 dissolved at a rate of 1.0 M (mol / liter) is used.
ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる非水溶媒としては、上記の組み合わせに限定されるものではなく、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のリチウム塩の溶解度が高い高誘電率溶媒と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の低粘性溶媒とを混合させて用いることができる。さらに、前記高誘電率溶媒や低粘性溶媒をそれぞれ二種以上の混合溶媒とすることもできる。また、電解質塩としては、上記LiPF6以外にも、例えばLiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiClO4またはLiBF4等を単独で、あるいは2種以上混合して用いることができる。 Here, the non-aqueous solvent used in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is not limited to the above combinations, and for example, lithium salts such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and γ-butyrolactone. A high-dielectric-constant solvent with high solubility of diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, anisole, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, cyclohexanone, acetonitrile, pro It can be used by mixing with a low viscosity solvent such as pionitrile, dimethylformamide, sulfolane, methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, ethyl propionate. Furthermore, the high dielectric constant solvent and the low viscosity solvent can be used as a mixed solvent of two or more. In addition to the LiPF 6 described above, for example, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiClO 4, or LiBF 4 may be used alone or in combination of two or more. Can be used.
<電池の組み立て>
上記電極体の正極集電体と角形外装缶の缶底とを溶接し、上記電解液と外装缶内に注液し、封口体の端子板と負極集電体と電極タブ8を介して電気的に接続した後、外装缶の開口部を、ポリプロピレン製ガスケットを介してカシメ加工して封止し、直径18mm、高さ65mmの、本実施の形態にかかる電池を組み立てる。
<Battery assembly>
The positive electrode current collector of the electrode body and the bottom of the rectangular outer can are welded, injected into the electrolytic solution and the outer can, and electricity is supplied through the terminal plate of the sealing body, the negative electrode current collector, and the
(実施例1)
溶接ステップを行わなかったこと以外は、上記実施の形態と同様にして、実施例1に係る電池を作製した。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の数は、それぞれ3とした。
Example 1
A battery according to Example 1 was fabricated in the same manner as in the above embodiment except that the welding step was not performed. In addition, the number of pin-shaped protrusions of the safety valve and the holes of the terminal cap was 3 respectively.
(実施例2)
上記実施の形態と同様にして、実施例2に係る電池を作製した。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の数は、それぞれ3とした。
(Example 2)
A battery according to Example 2 was fabricated in the same manner as in the above embodiment. In addition, the number of pin-shaped protrusions of the safety valve and the holes of the terminal cap was 3 respectively.
(比較例1)
端子キャップの穴に角落し部を設けなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1に係る電池を作製した(図6参照)。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の数は、それぞれ3とした。
(Comparative Example 1)
A battery according to Comparative Example 1 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the corner drop portion was not provided in the hole of the terminal cap (see FIG. 6). In addition, the number of pin-shaped protrusions of the safety valve and the holes of the terminal cap was 3 respectively.
(比較例2)
端子キャップの穴に角落し部を設けなかったこと以外は、上記実施例2と同様にして、比較例2に係る電池を作製した(図6参照)。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の数は、それぞれ3とした。
(Comparative Example 2)
A battery according to Comparative Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the corner drop portion was not provided in the hole of the terminal cap (see FIG. 6). In addition, the number of pin-shaped protrusions of the safety valve and the holes of the terminal cap was 3 respectively.
〔抵抗の測定〕
上記の実施例及び比較例で作製された各電池をそれぞれ30個ずつ作製した。このとき、リベットカシメ後、レーザ溶接後、最終的に電池缶の開口部を封止した後(以下、この時点を「電池カシメ後」と称する。)の各工程段階の封口体、及び定電流1250mA(1It)で電圧が4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が62.5mA(0.05It)となるまで充電後、75℃、湿度90%の恒温槽に10日間保存した後の電池の封口体の電気抵抗を測定した。この結果を下記表1に示す。
(Measurement of resistance)
Thirty pieces of each battery produced in the above examples and comparative examples were produced. At this time, after rivet caulking, after laser welding, and finally after sealing the opening of the battery can (hereinafter, this point is referred to as “after battery caulking”), the sealing body at each process step, and the constant current The battery is charged at 1250 mA (1 It) until the voltage reaches 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V until the current reaches 62.5 mA (0.05 It). The electrical resistance of the battery seal after storage for a day was measured. The results are shown in Table 1 below.
上記表1において、括弧外数値は平均値、括弧外数値はバラツキを示す。 In Table 1 above, numerical values outside the parentheses are average values, and numerical values outside the parentheses indicate variations.
上記表1から、端子キャップの穴に角落し部を形成した実施例1は、電池カシメ後の抵抗が0.71mΩ、保存後の抵抗が0.78mΩであるのに対し、端子キャップの穴にテーパを形成していない比較例1は、電池カシメ後が12.99mΩ、保存後が16.73mΩと、きわめて大きいことがわかる。 From Table 1 above, in Example 1 in which a corner drop portion was formed in the terminal cap hole, the resistance after caulking was 0.71 mΩ and the resistance after storage was 0.78 mΩ, whereas in the terminal cap hole, It can be seen that Comparative Example 1 in which no taper is formed is extremely large at 12.99 mΩ after battery caulking and 16.73 mΩ after storage.
このことは、次のように考えられる。実施例1、比較例1ともに、安全弁と端子キャップのリベット固定部での接触のみである。また、上記製造方法では、ピン状突起の根本部分にR部が生じてしまう。ここで、端子キャップのザグリ穴5cに角落し部を形成していない比較例1では、図7(a)に示すように、端子キャップの穴5cの電池内側端部と、ピン状突起3cの根元R部3dとが接触するため、両者間に隙間が生じる。この後、電池カシメを行うと、カシメによる力がこの隙間を生めるように作用して、リベットの頭部分と穴上面との間に隙間ができ、両者間の抵抗が大きくなる。また、保存によるガスケットの弾性の低下によって、両者の固定が弱まり、保存後の導電性がさらに低下する。
This is considered as follows. In both Example 1 and Comparative Example 1, only the contact between the safety valve and the terminal cap at the rivet fixing portion is performed. Moreover, in the said manufacturing method, R part will arise in the root part of a pin-shaped protrusion. Here, in Comparative Example 1 in which a corner drop portion is not formed in the
他方、実施例1では、ザグリ穴5cに角落し部5dが形成されているため、図7(b)に示すように、ピン状突起3cの根元R部3dとの接触が防止されるので、両者の間に隙間ができにくい。よって、電池カシメを行っても、両者の接触が良好に保たれる。これにより、高い導電性が維持される。
On the other hand, in Example 1, since the
また、上記表1から、端子キャップの穴にテーパを形成した実施例2は、電池カシメ後の抵抗が0.11mΩ、保存後の抵抗が0.12mΩであるのに対し、端子キャップの穴にテーパを形成していない比較例2は、電池カシメ後が0.13mΩ、保存後が0.14mΩと、17〜18%大きいことがわかる。 Also, from Table 1 above, Example 2 in which the hole in the terminal cap was tapered had a resistance after the caulking of 0.11 mΩ and a resistance after storage of 0.12 mΩ, whereas the resistance in the terminal cap hole was 0.12 mΩ. It can be seen that Comparative Example 2 having no taper is 17 to 18% larger, 0.13 mΩ after battery caulking and 0.14 mΩ after storage.
このことは、次のように考えられる。実施例2、比較例2ともに、レーザ溶接を行っているので、実施例1、比較例1よりも導電性は高い。しかし、リベット固定時に生じる隙間の影響が、レーザ溶接により強固に固定した後のカシメ固定時にも現れるので、比較例2の導電性が実施例2よりも低くなる。 This is considered as follows. Since both Example 2 and Comparative Example 2 perform laser welding, the conductivity is higher than that of Example 1 and Comparative Example 1. However, since the influence of the gap generated at the time of rivet fixing appears also at the time of caulking after firmly fixing by laser welding, the conductivity of Comparative Example 2 is lower than that of Example 2.
以上説明したように、本発明によると、導電性に優れた安全弁付き封口体を実現でき、これを備えた密閉型電池の電流の取り出し効率を向上できる。よって、産業上の意義は大きい。 As described above, according to the present invention, a sealing body with a safety valve excellent in conductivity can be realized, and the current extraction efficiency of a sealed battery equipped with the same can be improved. Therefore, the industrial significance is great.
1 端子板
2 絶縁板
3 安全弁
3a 通電接触部
3b 周辺部
3c ピン状突起
3d 根本R部
5 端子キャップ
5a 外部端子部
5b フランジ部
5c ザグリ穴
5d 角落し部
7 溶接部
8 電極タブ
9 溶融凝固領域
10 封口体
20 外装缶
30 絶縁ガスケット
40 電極体
51 リベット固定具
61 プレス金型
62 プレス金型
63 プレス金型
71 プレス金型
72 プレス金型
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記封口体(10)は、
鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部(5a)と、前記外部端子部(5a)の周縁に位置するフランジ部(5b)と、前記フランジ部(5b)に設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴(5c)と、を有する端子キャップ(5)と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部(3a)と、前記通電接触部(3a)の周縁に位置する周辺部(3b)と、前記周辺部(3b)に設けられたピン状突起(3c)と、を有する安全弁(3)と、を準備する準備ステップと、
前記安全弁のピン状突起(3c)を前記端子キャップの穴(5c)にはめ込み、前記ピン状突起(3c)の先端部を押しつぶして、前記ピン状突起(3c)と前記穴(5c)とをリベット固定するリベット固定ステップと、
を備え、
前記端子キャップ(5)の穴(5c)の電池内方面側には、角落し部(5d)が設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。 In the method of manufacturing a sealed battery sealed by caulking and fixing the sealing body (10) to the opening of the bottomed cylindrical outer can (20),
The sealing body (10)
An external terminal portion (5a) made of an iron-based material and projecting outward from the battery, a flange portion (5b) located at the periphery of the external terminal portion (5a), and provided on the flange portion (5b), A terminal cap (5) having a hole (5c) having a smaller diameter on the inner side of the battery than on the outer side of the battery, and an energizing contact portion (3a) made of an aluminum-based material and projecting inward of the battery, Preparation step for preparing a safety valve (3) having a peripheral part (3b) located at the periphery of the energization contact part (3a) and a pin-like protrusion (3c) provided on the peripheral part (3b) When,
The pin-shaped protrusion (3c) of the safety valve is fitted into the hole (5c) of the terminal cap, and the tip of the pin-shaped protrusion (3c) is crushed so that the pin-shaped protrusion (3c) and the hole (5c) are A rivet fixing step for fixing rivets;
With
On the battery inner surface side of the hole (5c) of the terminal cap (5), a corner drop part (5d) is provided.
A method for producing a sealed battery, comprising:
前記角落し部(5d)の形状が、テーパ状である、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。 In the manufacturing method of the sealed battery according to claim 1,
The shape of the angle drop part (5d) is tapered.
A method for producing a sealed battery, comprising:
前記角落し部(5d)の幅が、前記端子キャップ(5)の厚みの15〜30%であり、前記角落し部(5d)の高さが、前記端子キャップ(5)の厚みの15〜30%である、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。 In the manufacturing method of the sealed battery according to claim 1 or 2,
The width of the corner drop part (5d) is 15 to 30% of the thickness of the terminal cap (5), and the height of the corner drop part (5d) is 15 to 15% of the thickness of the terminal cap (5). 30%,
A method for producing a sealed battery, comprising:
前記リベット固定ステップの後、リベット固定部近傍の前記端子キャップに高エネルギー線を照射し、溶接する溶接ステップをさらに備える、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。 In the manufacturing method of the sealed battery according to claim 1, 2, or 3,
After the riveting step, further comprising a welding step of irradiating a high energy beam to the terminal cap of rivets fixing the vicinity, welded,
A method for producing a sealed battery, comprising:
前記高エネルギー線が、レーザである、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。 In the manufacturing method of the sealed battery according to claim 4,
The high energy beam is a laser;
A method for producing a sealed battery, comprising:
鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部(5a)と、前記外部端子部(5a)の周縁に位置するフランジ部(5b)と、前記フランジ部(5b)に設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴(5c)と、を有する端子キャップ(5)と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部(3a)と、前記通電接触部(3a)の周縁に位置する周辺部(3b)と、前記周辺部(3b)に設けられたピン状突起(3c)と、を有する安全弁(3)と、前記安全弁のピン状突起(3c)が前記端子キャップの穴(5c)にはめ込まれ、前記ピン状突起(3c)の先端部が押しつぶされたリベット固定部と、を有し、
前記端子キャップ(5)の穴(5c)の電池内方面側には、角落し部(5d)が設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池。 In a sealed battery sealed by caulking and fixing a sealing body (10) to an opening of a bottomed cylindrical outer can (20),
An external terminal portion (5a) made of an iron-based material and projecting outward from the battery, a flange portion (5b) located at the periphery of the external terminal portion (5a), and provided on the flange portion (5b), A terminal cap (5) having a hole (5c) having a smaller diameter on the inner side of the battery than on the outer side of the battery, and an energizing contact portion (3a) made of an aluminum-based material and projecting inward of the battery, A safety valve (3) having a peripheral part (3b) located at the periphery of the energization contact part (3a), and a pin-like protrusion (3c) provided on the peripheral part (3b); and a pin shape of the safety valve A protrusion (3c) fitted into the hole (5c) of the terminal cap, and a rivet fixing portion in which the tip of the pin-shaped protrusion (3c) is crushed,
On the battery inner surface side of the hole (5c) of the terminal cap (5), a corner drop part (5d) is provided.
A sealed battery characterized by that.
前記封口体(10)は、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部(5a)と、前記外部端子部(5a)の周縁に位置するフランジ部(5b)と、を有する端子キャップ(5)と、アルミニウム系材料からなり、前記端子キャップ(5)より電池内方に位置し、電池内方に突出した通電接触部(3a)と、前記通電接触部(3a)の周縁に位置する周辺部(3b)とを、有する安全弁(3)と、前記端子キャップ(5)のフランジ部(5b)と前記安全弁(3)の周辺部(3b)とが溶接された溶接部(7)と、を有し、
前記溶接部(7)は、前記フランジ部(5b)の電池内方面と電池外方面との間に位置し、前記溶接部(7)の中央部には前記安全弁材料が存在し、且つその周縁に前記端子キャップ材料と前記安全弁材料とが渾然一体となった溶融凝固領域(9)を有し、
前記溶接部(7)の電池内方面側に位置する前記端子キャップ(5)には穴(5c)が設けられ、当該穴(5c)に前記安全弁(3)の一部が挿入され、
前記穴(5c)に角落し部(5d)が設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池。 In a sealed battery sealed by caulking and fixing a sealing body (10) to an opening of a bottomed cylindrical outer can (20),
The said sealing body (10) consists of an iron-type material, and has the external terminal part (5a) which protruded outward of the battery, and the flange part (5b) located in the periphery of the said external terminal part (5a) A cap (5), made of an aluminum-based material, located inward of the battery from the terminal cap (5) and projecting inward of the battery, and on the periphery of the energized contact portion (3a) A safety valve (3) having a peripheral part (3b) positioned, and a welded part (7) in which a flange part (5b) of the terminal cap (5) and a peripheral part (3b) of the safety valve (3) are welded. ) And
The welded portion (7) is located between the battery inner surface and the battery outer surface of the flange portion (5b), the safety valve material is present at the center of the welded portion (7), and the peripheral edge thereof. The terminal cap material and the safety valve material have a melt-solidified region (9) in which
A hole (5c) is provided in the terminal cap (5) located on the battery inner surface side of the weld (7), and a part of the safety valve (3) is inserted into the hole (5c),
A corner drop part (5d) is provided in the hole (5c),
A sealed battery characterized by that.
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