JP5475206B1 - 角形二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明の角形二次電池（Ｃ１）は、電池缶（１）と蓋（６）を溶接する際のスパッタによる金属異物の電池内部への混入を防止することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の角形二次電池（Ｃ１）は、角形の電池缶（１）と、電池缶（１）の開口部（１ａ）を封止する電池蓋（６）とを有している。そして、電池蓋（６）は、電池缶（１）内に突出して電池缶（１）の側壁部（２１）の内面に対向し側壁部（２１）の周方向に沿って全周に亘って連続する凸部（５１）を有している。そして、電池蓋（６）は、凸部（５１）よりも外側で電池缶（１）の側壁部（２１）の上端に当接する当接部（５２）の蓋厚さ（Ｔｕ）が、凸部（５１）よりも内側で開口部（１ａ）を閉塞する閉塞部（５４）の蓋厚さ（Ｔｔ）の半分よりも厚くかつ閉塞部（５４）の蓋厚さＴｔよりも薄い厚さを有している。

Description

本発明は、例えば車載用途等に使用される角形二次電池に関する。

近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途の二次電池では、携帯電話用などと比較して大電流が流れるために、水分の混入や電解液の漏れの防止が重要であり密閉性が課題となる。例えば、特許文献１には、電池缶の中に捲回群を収容して電解液を注液した後に、電池缶に蓋を溶接して電池筐体を密閉する構造が開示されている。また、特許文献２には、角形二次電池において蓋の裏面に凸部を設けた構造が開示されている。

特開2010-97770号公報 特開2004-31027号公報

特許文献１では、電池筐体を密閉するために電池缶と電池蓋を溶接により接合している。溶接による接合は、信頼性は向上するものの、溶接の際に発生するスパッタが金属異物として電池内部に混入して、微小短絡の原因となる恐れがある。

本発明は、金属製の電池缶に電池蓋を溶接する際に、スパッタによる電池内への金属異物の混入を防止し、信頼性の高い角形二次電池を提供することを目的としている。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、矩形の底壁部と、該底壁部から立ち上がる角筒状の側壁部と、該側壁部の上端で上方に向かって開放された開口部とを有する角形の電池缶と、該電池缶の側壁部の上端に溶接されて前記開口部を封止する電池蓋とを有する角形二次電池であって、前記電池蓋は、前記電池缶内に突出して前記電池缶の側壁部の内面に対向し前記側壁部の周方向に沿って全周に亘って連続する凸部を有しており、該凸部よりも外側で前記電池缶の側壁部の上端に当接する当接部の蓋厚さが、前記凸部よりも内側で前記開口部を閉塞する閉塞部の蓋厚さの半分よりも厚くかつ前記閉塞部の蓋厚さよりも薄い厚さを有していることを特徴としている。

本発明によれば、電池缶に電池蓋を溶接する際に、スパッタによる電池内への金属異物の混入を防止し、信頼性の高い角形二次電池を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態に係わる角形二次電池の外観斜視図。 第１の実施形態に係わる角形二次電池の分解斜視図。 発電体の一部を展開した状態を示す分解斜視図。 第１の実施形態に係わる蓋を下面側から見た斜視図。 第１の実施形態に係わる蓋の下面を示す平面図。 第１の実施形態に係わる電池缶と蓋の接合部分を示す断面図。 図６の分解状態を示す断面図。 第２の実施形態に係わる電池缶と蓋の接合部分を示す断面図。 図８の分解状態を示す断面図。 従来例を説明する図。 他の従来例を説明する図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ以下に詳細に説明する。

本実施の形態に係わる角形二次電池は、矩形の底壁部と、底壁部から立ち上がる角筒状の側壁部と、側壁部の上端で上方に向かって開放された開口部とを有する角形の電池缶と、電池缶の側壁部の上端に溶接されて開口部を封止する電池蓋とを有する角形二次電池であって、電池蓋は、電池缶内に突出して電池缶の側壁部の内面に対向し前記側壁部の周方向に沿って全周に亘って連続する凸部を有しており、凸部よりも外側で電池缶の側壁部の上端に当接する当接部の蓋厚さが、凸部よりも内側で開口部を閉塞する閉塞部の蓋厚さの半分よりも厚くかつ閉塞部の蓋厚さよりも薄い厚さを有していることを特徴としている。

［第１の実施形態］
図１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図である。

角形二次電池Ｃ１は、電池缶１および蓋（電池蓋）６を備える。電池缶１内には、発電体３（図２を参照）が収納され、電池缶１の開口部１ａが蓋６によって封止されている。蓋６は、電池缶１にレーザ溶接により接合されて、これら電池缶１と蓋６によって密閉された電池容器が構成される。蓋６には、正極外部端子８Ａと、負極外部端子８Ｂが設けられている。正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを介して発電体３（図２を参照）に充電され、また外部負荷に電力が供給される。蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池Ｃ１の安全性が確保される。

次に、図２を参照して、角形二次電池Ｃ１の電池缶１内の構成を説明する。

図２は、本実施形態に係わる角形二次電池の分解斜視図である。

角形二次電池Ｃ１の電池缶１は、いわゆる角形であり、矩形の底壁部２２と、底壁部２２から立ち上がる角筒状の側壁部２１と、側壁部２１の上端で上方に向かって開放された開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁シート２を介して発電体３が収容されている。発電体３は、セパレータを介して正極体と負極体を扁平形状に捲回した電極群であり、捲回軸方向の両端面側には、正極合剤および負極合剤が塗布されていない電極箔露出部３１ｃ、３２ｃが設けられている。

発電体３は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。発電体３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入され、他方の湾曲部側が上部開口側に配置される。

発電体３の平面部でかつ電極箔露出部である正極接続部３１ｄと負極接続部３２ｄは、少なくとも一部が束ねられて平板状とされており、それぞれ正極集電板（集電端子）４Ａの一端と負極集電板（集電端子）４Ｂの一端に重ね合わされて接続されている。

正極集電板４Ａの他端と負極集電板４Ｂの他端は、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂにそれぞれ接続されている。正極集電板４Ａには、過大電流が流れた場合に電流を遮断する電流遮断手段（ヒューズ）４４が設けられている。電流遮断手段４４は、例えば、正極集電板４Ａの一部に狭い幅の箇所を設けて、かかる部分が過大電流により溶断して正極集電板４Ａを発電体３側と正極外部端子８Ａ側に分離する構成を有している。尚、本実施形態では、電流遮断手段４４は、正極集電板４Ａに設けたが、負極集電板４Ｂに設けてもよく、或いは正極集電板４Ａと負極集電板４Ｂの両方に設けてもよい。また、電流遮断手段４４は、異常時に電流を遮断する構成であればよく、上記した構成に限定されるものではない。

正極集電板４Ａと負極集電板４Ｂ、及び、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを、それぞれ蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、角形二次電池Ｃ１を密閉する。

電池缶１及び蓋６の材料には、金属製材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。正極集電板４Ａ及び正極外部端子８Ａの材料には、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。負極集電板４Ｂ及び負極外部端子８Ｂの材料には、銅または銅合金が用いられている。

正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂは、図示していないバスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で蓋６と平行になる構成を有している。

正極外部端子８Ａの溶接接合部の下面には、正極外部端子８Ａと正極集電板４Ａとを接続するための正極接続部１２Ａが一体に設けられている。そして、負極外部端子８Ｂの溶接接合部の下面には、負極外部端子８Ｂと負極集電板４Ｂとを接続するための負極接続部１２Ｂが一体に設けられている。

正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂの下面からそれぞれ突出して先端が蓋６の貫通孔６Ａ、６Ｂに挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、蓋６を貫通して正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂの基部４１Ａ、４１Ｂよりも電池缶１の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂを蓋６に一体に固定している。正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂと蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂは、蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１Ａ、４１Ｂと、基部４１Ａ、４１Ｂの側端で折曲されて、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、発電体３の正極接続部３１ｄ、負極接続部３２ｄに対向して重ね合わされた状態で接続される接続端部４２Ａ、４２Ｂを有している。基部４１Ａ、４１Ｂには、正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂが挿通される開口穴４３Ａ、４３Ｂがそれぞれ形成されている。

図３は、発電体の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。

発電体３は、セパレータ３３を介して正極体３１と負極体３２を扁平形状に捲回した電極群である。正極体３１は、正極箔３１ａの両面に正極合剤３１ｂを塗布したものであり、正極箔３１ａの幅方向一方側には、未塗布の正極箔露出部３１ｃを持つ。

負極体３２は、負極箔３２ａの両面に負極合剤３２ｂを塗布したものであり、負極箔３２ａの幅方向他方側には、未塗布の負極箔露出部３２ｃを持つ。正極箔露出部３１ｃと負極箔露出部３２ｃは、それぞれ捲回軸方向において反対側に位置するように捲回される。

図４は、蓋を下面側（二次電池内部側）からみた斜視図、図５は、蓋の下面（二次電池内部側）を示す平面図である。

蓋６は、電池缶１の開口部１ａを閉塞する大きさの平板形状を有している。蓋６には、貫通孔６Ａ、６Ｂ、注液口９、ガス排出弁１０が配置されている。蓋６は、略一定の蓋厚さで開口部１ａを閉塞するように拡がる閉塞部５４と、閉塞部５４よりも外側で閉塞部５４よりも薄い蓋厚さで蓋６の外周端に全周にわたって延在して電池缶１の側壁部２１の端部（上端）に当接する当接部５２と、を有している。

そして、当接部５２の内側には、電池缶１内に突出して電池缶１の側壁部２１の内面に対向し側壁部２１の周方向に沿って全周に亘って連続する凸部５１が設けられている。さらに、凸部５１の内側には溝５３が設けられている。溝５３は、閉塞部５４に凹設されている。

図６は、電池缶と蓋の接合部分を示す断面図、図７は、図６の分解状態を示す断面図である。

蓋６の当接部５２は、電池缶１の側壁部２１の端部に当接された状態で、電池缶１の外側である側方（図中左側）からレーザ溶接され、蓋６の当接部５２と電池缶１の側壁部２１の端部との間に溶接部６１が形成されて互いに接合される。溶接部６１は、蓋６の外周端に全周に亘って連続して形成されて、電池缶１の開口部を封止する。

凸部５１は、電池缶１の側壁部２１の内面に対向する。この際、凸部５１が、電池缶１の側壁部２１の内側に無理なく嵌まるように、凸部５１の寸法公差は、電池缶１の側壁部２１の内側寸法より小さく設定されており、凸部５１と電池缶１の側壁部２１との間に隙間が生じることもある。

蓋６の全周に亘る当接部５２、凸部５１、溝５３は、プレス加工により容易に成形することができる。凸部５１は、閉塞部５４よりも蓋厚さの薄い当接部５２及び溝５３を形成するときに生ずる余肉を用いて形成することができる。凸部５１は、当接部５２から電池缶１内に突出する高さが所定高さＬとなるように形成されている。これにより、電池缶１の側壁部２１の端部と蓋６とが対向する長さ距離を高さＬ分だけ長くすることができる。

図１０は、本実施形態の作用効果を説明するための比較例を説明する図であり、図６に対応するものである。

図１０に示す比較例の角形二次電池は、蓋１０６が一定の厚さＴｃを有する平板形状を有している。そして、その蓋１０６の当接部１５２を、電池缶１０１の側壁部１２１の端部に載せて、側方から側壁部１２１と当接部１５２との間をレーザ溶接している。レーザ溶接のスパッタＳは、側壁部１２１の端部と蓋１０６の当接部１５２との間を通過して、電池缶１の内部に落下するおそれがある。

特に、溶接部１６１の先端深さを深くしてより確実に封止しようとした場合、溶接部１６１の先端深さが深くなるのに応じて側壁部１２１の端部と蓋６の当接部１５２との間の隙間の長さ距離Ｈが短くなり、スパッタＳが電池缶１内に侵入しやすくなる。

これに対して、本実施形態では、図６に示すように、蓋６に凸部５１を設けて、電池缶１の側壁部２１の端部との間に形成される隙間の長さ距離を、凸部５１の分だけ長く確保している。したがって、側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間を電池缶１の外側からレーザ溶接して接合した場合に、スパッタを側壁部２１の内壁面２１ａ又は凸部５１の対向面５１ａに積極的に付着させて側壁部２１と凸部５１との間に留まらせることができる。したがって、スパッタが側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間の隙間を通過して電池缶１の内部に落下するのを効果的に防ぐことができる。

レーザ溶接の場合、溶接部６１の先端深さを深くすると、それに応じて基端側の溶接幅も拡がる。したがって、より深く溶接して確実に封止するには、当接部５２が所定の蓋厚さを有する必要がある。本実施形態では、当接部５２の蓋厚さＴｕを、閉塞部５４の蓋厚さＴｔの半分よりも厚く、かつ閉塞部５４の蓋厚さＴｔよりも薄い厚さに設定しており（Ｔｔ＞Ｔｕ＞（Ｔｔ／２））、溶接部６１の溶接代をなるべく広く確保し、溶接部６１の深さを深くできるようになっている。

そして、溶接部６１の深さを深くすると、その代わりに、側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間の隙間の長さ距離Ｈは短くなるが、本実施形態では、蓋６に凸部５１を設けて、電池缶１の側壁部２１の端部との間に形成される隙間の長さ距離を、凸部５１の高さＬの分だけ長く確保している。したがって、スパッタが側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間の隙間を通過して電池缶１の内部に落下するのを効果的に防ぐことができる。以上により、蓋６を電池缶１の外側からレーザにより溶接する際に、スパッタによる電池缶１内への金属異物の混入を防止し、信頼性の高い角形二次電池Ｃ１を提供することができる。

なお、上述の実施の形態では、凸部５１の内側に溝５３を設ける場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、凸部５１を所定高さに形成できればよく、溝５３は必須ではない。

［第２の実施形態］
次に、第２実施の形態について図８、図９、図１１を用いて以下に説明する。

図８は、電池缶と蓋の接合部分を示す断面図、図９は、図８の分解状態を示す断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施形態において特徴的なことは、電池缶１の側壁部２１の端部に段差２３を設けて、電池蓋６を電池缶１の側壁部２１の内側に嵌入させ、電池蓋６と電池缶１の側壁部２１との間を電池缶１の上方からレーザ溶接して接合し、電池缶１を封止する構成としたことである。

電池缶１の側壁部２１の端部には、段差２３が設けられている。段差２３は、側壁部２１の端部の内側に周状に連続して設けられている。段差２３には、蓋６の当接部５２が当接しており、側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間が電池缶１の外側である上方からレーザ溶接によって溶接される。これにより、電池缶１の側壁部２１の端部との間に溶接部６２が形成される。溶接部６２は、蓋６の外周に沿って全周に亘って連続して形成され、電池缶１の開口部を封止する。

凸部５１は、電池缶１の側壁部２１の内側に対して全周に亘って対向する。この際、凸部５１が、電池缶１の側壁部２１の内側に無理なく嵌まるように、凸部５１の寸法公差は、電池缶１の側壁部２１の内側寸法より小さく設定されており、凸部５１と電池缶１の側壁部２１との間に隙間が生じることもある。

図１１は、本実施形態の作用効果を説明するための比較例を説明する図であり、図８に対応するものである。

図１１に示す比較例の角形二次電池は、蓋１０６が一定の厚さＴｃを有する平板形状を有している。そして、その蓋１０６の当接部１５２を、側壁部１２１の端部の段差１２３に載せて、蓋１０６の上方から側壁部１２１と当接部１５２との間をレーザ溶接して接合している。したがって、側壁部１２１と当接部１５２とが対向する長さ距離が短く、レーザ溶接のスパッタＳは、側壁部１２１の段差１２３と蓋１０６の当接部１５２との間を通過して、電池缶１の内部に落下するおそれがある。

レーザ溶接では、溶接部１６２の先端深さを深くすると、それに応じて基端側の溶接幅も拡がる。したがって、溶接部１６２は、できるだけ電池缶１の内側（図中右側）の位置に配置することが望ましい。したがって、段差１２３は、側壁部１２１の内面からの凹み量Ｔｓを小さくする必要がある。したがって、側壁部１２１の端部と蓋６の当接部１５２との間の隙間の長さ距離が短くなり、スパッタＳが電池缶１内に侵入しやすくなる。

これに対して、本実施形態では、図８に示すように、蓋６に凸部５１を設けて、電池缶１の側壁部２１の端部との間に形成される隙間の長さ距離を、凸部５１の分だけ長く確保している。したがって、側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間を電池缶１の外側からレーザ溶接した場合に、スパッタを側壁部２１又は凸部５１に積極的に付着させて側壁部２１と凸部５１との間に留まらせることができる。したがって、スパッタが側壁部２１の端部と蓋６の当接部５２との間の隙間を通過して電池缶１の内部に落下するのを効果的に防ぐことができる。

以上により、蓋６を電池缶１の外側からレーザにより溶接する際に、スパッタによる電池内への金属異物の混入を防止し、信頼性の高い角形二次電池Ｃ１を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 電池缶
１ａ 開口部
３ 発電体（電極群）
４Ａ 正極集電板（集電端子）
４Ｂ 負極集電板
６ 蓋（電池蓋）
８Ａ 正極外部端子（外部端子）
８Ｂ 負極外部端子
１２Ａ 正極接続部
１２Ｂ 負極接続部
２１ 側壁部
２２ 底壁部
５１ 凸部
５２ 当接部
５３ 溝
５４ 閉塞部
６１、６２ 溶接部
Ｃ１ 角形二次電池

Claims (5)

1. 底を形成する矩形の底壁部と、側壁を形成する角筒状の側壁部と、該側壁部の上端で上方に向かって開放された開口部とを有する角形の電池缶と、該電池缶の側壁部の上端に溶接されて前記開口部を封止する電池蓋と、を有する角形二次電池であって、
   前記電池蓋は、
   前記開口部を閉塞する閉塞部と、
   該閉塞部よりも外側で全周に亘って連続して前記側壁部の上端に当接する当接部と、
   前記閉塞部から前記底壁部に向かって突出する凸部と、を有し、
   前記当接部の蓋厚さが前記閉塞部の蓋厚さよりも薄く、
   前記凸部は、前記当接部を形成する際に生じる余肉を用いて形成され、前記側壁部の内面に沿って全周に亘って連続することを特徴とする角形二次電池。
2. 前記電池蓋は、前記凸部の内周に沿って前記電池蓋の内面に設けられた溝部を有し、
   前記凸部は、前記当接部を形成する際に生じる余肉に加え、前記当接部と前記溝部を形成する際に生じる余肉を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記当接部と前記側壁部は、前記電池缶の側方からレーザ溶接されることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
4. 前記側壁部の上端は、第一の面と該第一の面よりも低い位置に設けられた第二の面から構成され、
   前記第二の面は、前記第一の面よりも前記電池缶の内周側に周状に連続して設けられ、
   前記当接部は、前記第二の面に当接し、
   前記電池蓋は、前記側壁部の内側に嵌入していることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
5. 前記第一の面と前記当接部との間は、前記電池缶の上方からレーザ溶接されることを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池。

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