JP5456967B2 - アルミ角形２次電池ケース - Google Patents

Description

この発明は、薄型化したアルミ角形２次電池ケースに関するものである。

アルミ製の角形２次電池ケースは、角形のケースとそのケース上方の開口に取り付ける封口板とで構成され、前記封口板に、安全弁を例えばコイニングなどのプレス成型で形成したものがある。

このような電池ケースは、主に、リチウムイオン電池やキャパシタのケースとして用いられており、車載用として使用することが考えられている。そのため、省スペースを図り、エネルギー密度の向上を図るため、ケースの薄型化が求められている。

ところが、このような薄型化に伴う第１の問題として、封口板に関するものがある。

すなわち、封口板は、ケースの薄型化に伴って幅を細くすると、封口板に形成する安全弁の幅も狭くなり、有効受圧面が小さくなる。そのため、内圧上昇による弁部の開裂が十分に行なわれない問題があった。また、このとき、薄型化のためにケースを薄肉化するとケースの耐圧が低くなるため、弁の作動圧を低く設定して確実に開裂する必要があった。

また、第２の問題として、ケースの薄肉化に関するものがある。すなわち、開口（口元）端の部分が、歪んだり、折れ曲がったりして、不安定に（弱く）なり、封口板の取り付けに問題を生じる恐れがあった。特に、薄肉化による強度不足のため、組み立ての最終工程（溶接前の）で行なわれる脱脂洗浄後の乾燥の際の加熱によって内在していた残留応力が解放されて、開口（口もと）に変形を来たすことが考えられる。

このような第１の封口板に関する問題を解決する一つの方法として、例えば、（特許文献１）には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、封口板１の安全弁２に帯状端子板３を取り付けて安全弁２が確実に開裂するようにしたものが記載されている。

すなわち、この封口板１は、金属製のキャップ端子４の下に可撓性を有する金属製の安全弁２を設け、その安全弁２の下に絶縁リング５を設けて、前記リング５の下に金属製の有孔板６を配置し、その有孔板６の中央孔６ａに、帯状端子板３を挿入して溶着した構造となっている。前記帯状端子板３は、リボン状の金属板を凸型に折り曲げて形成したもので、電池の内圧が上昇すると、上昇した内圧が前記端子板３の凸部に集まり、安全弁２の中央部を持ち上げて破断する。

また、第２の薄肉化に関する問題を解決する応用可能な方法の一つとして、例えば、（特許文献２）には、リチウム２次電池などの２次電池ケースの変形を防止するため、補強板を用いる方法が記載されている。

すなわち、この補強板を用いるものは、上方が開口した電池ケースの開口近傍の所定位置に、電池ケースの変形を防止する補強板をレーザ溶接により固定したもので、補強板の上に封口板を載置する。こうすることで、電池ケースを圧縮成型時の圧力によって、座屈させることなく、安定したカシメ金型による圧縮成型ができるというものである。
特開平８−１５３５１０号公報 特開平１１−２０４１３１号公報

しかしながら、上記の第１の問題を解決するために、封口板に帯状端子板を取り付けるものでは（特許文献１）、有効受圧面が小さくなっても確実に開裂が行われると考えられるが、凸型に折り曲げた端子板を溶着しなければならないので、プレスによる一体成型で製造することができない。そのため、部品コストや製造コストが余計に掛かる。また、用意した端子板を封口板に溶着しなければならないので作業工程も増える。しかも、帯状端子板の凸部と金属製の安全弁との溶着の仕方で、封口板の作動圧が変化したり、可撓性の金属製安全弁の厚みや溶着面積で封口板の作動圧が変化したりするため、全ての箇所を協調して調整しなければならず、調整が難しいと考えられるなどの課題がある。

また、上記の第２の問題を解決するために、補強板を用いる方法では（特許文献２）、補強板を新たに準備しなければならず、組立の際には、補強板を溶接する工程が増えるため、部品コストや製造コストが余計に掛かる。さらに、補強板を追加した分だけ、電池が重くなるなどの課題がある。

そこで、この発明の課題は、先ず、第１に、薄型化の際に、帯状端子板などを用いなくても十分に開裂できるようにして、プレス一体成型で安全弁を形成した封口板を使えるようにすることである。次に、補強板を使わずに、その薄肉化により弱体化するケースの開口（口元）部分の剛性を増すことができるようにすることである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、プレス成型で安全弁を形成した封口板を、ケース上方の開口にレーザ溶接で取り付けるアルミ角形２次電池ケースにおいて、上記ケースの材厚を薄くして容量を変えずにケース幅を縮小するとともに、ケースの開口を広げて、その広げた開口に、安全弁の受圧面積を大きくした封口板を取り付けるようにした構成を採用したのである。

このような構成を採用することにより、ケースの開口（口元）を広げて、幅の広い封口板を取り付けられるようにする。このような幅の広い封口板は、安全弁を形成するための十分なスペースを確保できるので、有効受圧面積の大きな安全弁をプレス一体成型で作ることができる。このとき、安全弁の有効受圧面積を大きくしたので、低い内圧でも開裂が十分起きるようにできる。また、開裂時の開放面積を大きくして解放量を多くできるので安全性の向上も図れる。さらに、プレス一体成型で封口板を形成するので組み立て後に作動圧を調整する必要はない。また、このとき、ケースの開口のみを広げたので、広げたケースの開口に封口板を溶接する場合、溶接位置をケース内の電池材料よりも外側にできるので、溶接のパワーを最大限にする事ができる。

また、このとき、請求項２の発明では、開口は端部を外向きに折り曲げて広げたものとし、その先端を立ち上げて封口板を取り付け、取り付けた封口板とその下方に形成されたケース内への入口との間に隙間を形成した構成を採用したのである。

このような構成を採用することにより、上記請求項１の作用効果に加え、開口の折り曲げた端部は、折り曲げにより補強板を用いなくても強度を増すことができる。また、ケースの内圧は、隙間を介して封口板の安全弁に加わるので、安全弁の幅がケース内の入り口よりも大きな場合でも作動させることができる。このように、安全弁の大きさを大きくして作動圧を設定できるので、作動圧の設定範囲を広げられる。

この発明は、上記のように構成したことにより、プレス一体成型で形成した封口板を用いて、ケースの薄型化ができる。その際、封口板の構造も簡単なので組み立ても容易にできる。しかも、構造が簡単なので、信頼性も高く安価にできる。さらに、開口を折り曲げ加工で広げるようにすれば、薄肉化した開口（口元）も強化できる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、この形態のアルミ角形２次電池ケースは、角形ケース（以下、ケース）１０とケース１０上方の開口１２に取り付ける封口板１１とで構成されている。

ケース１０は、幅ａを薄くして薄型化を図ったもので、その際、薄肉化により内容量の低下を抑えたものである。また、ケース１０上方の開口（口元）１２は、図２のように広げてある。

すなわち、ケース１０の上方の開口１２は、図２のように、例えば、絞り加工などによって外向きに９０度折り曲げ、その先端を垂直に立ち上げて封口板１１との接合部を形成してある。このように、この開口１２の部分は、折り曲げたことによって剛性を増すようにしており、封口板１１の取り付けの際に、歪みや折れ曲がりなどが起き難いようにして、組み立てが容易にできるようにしてある。このとき、立ち上げた垂直部分の高さは封口板１１の厚さと同じにして封口板１１が突出しないようにしてある。

封口板１１は、プレス一体成型にて形成したもので、アルミニウム合金製の基材をケース１０の開口１２に合わせた角形に形成し、その周囲にフランジを設けて前記ケース１０の開口１２に接合するようにしたものである。また、この封口板１１の中央に、基材を薄膜に形成して安全弁１３を設け、その安全弁１３の両側に、後工程によって端子を取り付けるための貫通孔１６を設けた構造としてある。なお、符号９は注液孔である。

安全弁１３は、例えば、コイニングによる補助成型により、刻印を成型したしたもので、その幅は、図２のように、ケース１０の幅近くにまで広げてある。このように、安全弁１３の幅を広げられるのは、ケース１０の開口１２を広げて、その広げた部分で封口板１１のフランジ部分を支持するようにしたことによるものである。

また、こうして開口１２の幅を広げることで、安全弁１３を大きくできるので、内圧の上昇が低い場合でも、開裂するのに十分な受圧面積にできる。このように、開口１２を広げることで、調整作業を難しくする帯状端子板３などを用いなくても規定の圧力で開裂するようにしたのである。

このように構成されるケース１０と封口板１１は、脱脂洗浄して乾燥後に、ケース１０に電池材料を収容したのち、開口１２に封口板１１を嵌め、図２のように、周囲をレーザ溶接でもって溶着１５する。

このとき、ケース１０の開口（口もと）１２は、折り曲げたことによって剛性を増しているので、乾燥の際に加えられた熱により残留応力が生じても歪みや折れ曲がりなどを起こさない。そのため、ケース１０の開口１２へ容易に封口板１１を嵌めることができる。また、補強板を用いないので軽量化が図れ、部品や工程数の増加がないので、低コストにできる。

こうして組み立てた２次電池のケース１０の内圧が、いま、何らかの原因で高くなると、その圧力は、開口１２に取り付けた封口板１１の安全弁１３に加わる。このとき、安全弁１３は、有効な受圧面積を有しているので、内圧の上昇に応じた変形量を生じて規定の圧力（薄肉化により低下したケースの耐圧以下）に達すると、開裂（破断）して内圧を低下させることができる。

このように安全弁１３の受圧面積を大きくできるので、開裂を低圧で行なえる。そのため、薄型化（薄肉化）によって耐圧の低くなったケースに使用できる。また、開裂面積を大きくできるので、圧力の解放量を大きくして、安全弁１３の開裂性能を安定させることも可能である。

この実施例１は、ケース１０の開口１２の他の態様を示すもので、図３の断面図に示すように、例えば、絞り加工などにより、端部を外向きに広げて傾斜させ、ラッパ状（上向き）にして、その先端を垂直に立ち上げ、封口板１１の接合部を形成したもので、開口１２の周囲をケース１０の幅よりも広くしてある。

そのため、このラッパ状の開口１２に封口板１１を取り付けると、図３のように、封口板１１と、封口板１１の下方に形成されたケース１０内への入り口１７との間に隙間ｄを形成するようにしてある。このようにして設けた隙間ｄは、ケース１０内からの急激な圧力の増加を分散して上方の安全弁１３全体に均一に加えることができる。例えば、図３の破線１９で示すように、安全弁１３の大きさがケース１０の入り口１７よりも大きな場合でも作動させることができる。したがって、安全弁１３の大きさをケース１０の入り口１７の大きさに関わらずに変えられるので、作動圧の設定範囲を広げられる。他の構成及び作用効果は実施形態と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

実施例２は、ケース１０と封口板１１の嵌合隙間を極小として、レーザ溶接を強固にできるようにしたもので、図４の断面図に示すように、ケース１０の開口の先端を外向きに折り曲げて、周囲に溶着用のフランジを設け、そのフランジと当接するフランジを封口板１１の周囲を延長して形成したものである。

このように構成される封口板１１とケース１０は、ケース１０に電池材料を収容したのち、開口１２に封口板１１を嵌め、図４のように、フランジ同士を当接させて周囲をレーザ溶接でもって溶着１５する。このため、レーザ溶接の深度を深くできるので、接合強度を向上して、アルミ角形２次電池ケースの耐圧性能を飛躍的に向上できる。他の構成及び作用効果は実施形態及び実施例１と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

実施例３は、図５に示すように、ケース１０の開口１２の他の態様を示すもので、開口１２の中央部分を両端の部分より広くしたものである。このとき、開口１２の形状（中央部分の幅を広くした部分）は、実施形態のように９０°広げたものや実施例１のラッパ状のどちらでも良い。また、これ以外の形状であっても開口１２を広げたものであればよい。

一方、封口板１１は、開口１２に合わせて安全弁１３を形成する中央部分の幅を広くして、その機能に支障が無いようにしたもので、強度の向上と小型化を図ることができるというものである。他の構成及び作用効果は実施形態及び実施例１、２と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

この実施例４は、図６に示すように、本願の２次電池を一つのセル２０として複数個のセル２０を並列に配置したもので、各セル２０は、電気的には直列に接続されている。そして、このように配置することにより、図６の矢印のような冷却用の風をセル２０間に通すようにしたものである。

すなわち、セル２０は、図７のように、開口１２同士を並列に並べるだけで、ケース１０の広げた開口１２が当接して、スペーサを使用することなく間隙ｂを形成できる。そのため、設置や取替えを容易に行なえるというものである。他の構成及び作用効果は実施形態及び実施例１〜３と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

この実施例５は、図８に示すように、図７の間隔ｂを調整できるようにしたものである。すなわち、セル２０を上下に段差を設けて立体的に配置することにより、間隔ｂを小さくできるというものである。そのため、図８のように、クランクを形成したバスバー２５を接続して段差の付いた電極を接続できるようにしてある。他の構成及び作用効果は実施形態及び実施例１〜４と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

この発明は、２次電池ケースのスリム化を複雑な機構を用いないで実現できる。そのため、調整作業も不要で、安価にできるので、例えばリチウム電池ケース、キャパシタ用ケース、燃料電池ケースとして、自動車、船舶、家庭用・・・の電源として利用するのに好適である。

実施形態の分解斜視図 実施形態の断面図 実施例１の断面図 実施例２の断面図 実施例３の分解斜視図 実施例４の斜視図 実施例４の作用説明図 実施例５の作用説明図 （ａ）従来例の断面図、（ｂ）（ａ）の分解斜視図

符号の説明

１０ 角形ケース
１１ 封口板
１２ 開口
１３ 安全弁
１５ 溶着
１７ 入り口
ａ 幅
ｂ 間隙
ｄ 隙間

Claims (2)

1. プレス成型で安全弁（１３）を形成した封口板（１１）を、ケース（１０）上方の開口（１２）にレーザ溶接で取り付けたアルミ角形２次電池ケースにおいて、
   上記ケース（１０）の開口（１２）を広げて、その広げた開口（１２）に、安全弁（１３）の受圧面積を大きくした封口板（１１）を取り付けたアルミ角形２次電池ケース（１０）。
2. 上記開口（１２）は、端部を外向きに折り曲げて広げたものとし、その先端を立ち上げて封口板（１１）を取り付け、取り付けた封口板（１１）とその下方に形成されたケース内への入口との間に隙間（ｄ）を形成した請求項１に記載のアルミ角形２次電池ケース（１０）。

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