JP5644792B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは、電極端子が設けられる電池ケースの蓋体と、前記電極端子との間の沿面距離を確保するための構成に関する。

従来、充放電要素（電極体を構成する正極、負極およびセパレータ等）および電解液を電池ケース内に封入して構成される密閉型電池が知られている。このような密閉型電池では、例えば電池ケースは、ケース本体とケース本体の開口部を閉塞する蓋体とを有しており、前記蓋体と電極端子とを樹脂からなる絶縁部材を介して一体化するとともに、前記蓋体とケース本体との合わせ目をレーザ溶接することにより電池ケースが形成されていた。
特許文献１には、密閉型電池として、電池ケースを有底四角筒状のケース本体と前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋体とで構成し、前記蓋体と電極端子とを樹脂からなる絶縁部材を介して一体化するとともに、前記蓋体とケース本体との溶接部（接合部）を電池ケース側面に設けた構成の密閉型電池が開示されている。

ここで、電極端子が絶縁部材を介して一体化された蓋体とケース本体との合わせ目をレーザ溶接により接合して電池ケースを形成する場合、その生産性を考慮すると、蓋体とケース本体との溶接部を、前述の特許文献１に記載のように電池ケース側面に設けるよりも、蓋体の上面側へ設ける方が好ましいと考えられる。
しかし、蓋体とケース本体との溶接部の位置を蓋体の上面側とした場合、蓋体上方から電池ケースの縦方向にレーザを照射して溶接（即ち、縦打ち溶接）することになるが、このように縦打ち溶接した場合、溶接部から発生するスパッタが前記絶縁部材に付着するといった問題が生じる。

具体的には、図８に示す密閉型密閉型電池１０１の電池ケース１０２は、上面が開口した有底四角筒状に形成されるケース本体１２１、およびケース本体１２１の上面の開口部を閉塞する蓋体１２２を有している。ケース本体１２１と蓋体１２２との合わせ目は蓋体１２２の上面側に配置されており、前記合わせ目に対して上方からレーザ光を照射して縦打ち溶接することで、ケース本体１２１と蓋体１２２とを接合している。

蓋体１２２には正極端子および負極端子となる電極端子１０３・１０３が取り付けられており（図８には一つの電極端子１０３のみ示している）、各電極端子１０３は外部端子部材１３２及びバスバ締結部材１３３を備えている。バスバ締結部材１３３は外部端子部材１３２に接続されており、外部端子部材１３２は電池ケース１０２内に収容されている電極体１０４に接続されている。また、外部端子部材１３２は外部絶縁部材１０７を介して蓋体１２２に取り付けられている。
蓋体１２２と電極端子１０３の外部端子部材１３２とは外部絶縁部材１０７により絶縁されており、外部端子部材１３２と蓋体１２２との間には、外部絶縁部材１０７の厚み寸法（外部絶縁部材１０７の側面における上下方向の寸法）分の沿面距離が存在している。

前述のように、ケース本体１２１と蓋体１２２との合わせ目を電池ケース１０２の上方から縦打ち溶接する際には、図９に示すように、溶接部からスパッタが発生し、発生したスパッタ成分であるアルミニウムが、溶接部に近接する外部絶縁部材１０７の側面に蒸着することとなる。
このように外部絶縁部材１０７の側面にアルミニウムが蒸着すると、外部絶縁部材１０７による外部端子部材１３２と蓋体１２２との間の沿面距離が減少し、外部端子部材１３２と蓋体１２２との間の絶縁性が低下するという問題が生じる。

特開２０１０−２８２８４７号公報

そこで、本発明においては、電池ケースのケース本体と蓋体との合わせ目を、蓋体の上方から縦打ち溶接した場合でも、電池ケースの蓋体と電極端子との間の沿面距離を確保することができる密閉型電池を提供するものである。

上記課題を解決する密閉型電池は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、ケース本体と前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋体とで電池ケースを形成する際に、前記蓋体と電極端子とを絶縁部材を介して一体化した後に、前記蓋体と前記ケース本体との合わせ目が縦打ち溶接により接合される密閉型電池であって、前記絶縁部材は、前記蓋体の外側面と前記電極端子との間に介装されるとともに、前記ケース本体と蓋体との溶接部に対向する外周側面を有し、前記絶縁部材の外周側面に、周方向に沿って凹溝を形成し、前記凹溝は、少なくとも前記ケース本体と蓋体との溶接部に対向する前記外周側面に形成される。

本発明によれば、ケース本体と蓋体との合わせ目を、蓋体の上方から縦打ち溶接した場合でも、蓋体と電極端子との間に沿面距離を確保することができ、蓋体と電極端子との間の絶縁性を確保することが可能となる。

本発明に係る密閉型電池を示す斜視図である。 密閉型電池の電極端子部を示す斜視図である。 密閉型電池の電極端子部の、蓋体の短手側の側面断面を示す図である。 溶接部からのスパッタがインシュレータの外周側面に飛散する様子を示す側面断面図である。 溶接後における蓋体と電極端子との間の沿面距離を示す側面断面図である。 第二の実施形態に係るインシュレータを用いた密閉型電池を示す側面断面図である。 第三の実施形態に係るインシュレータを用いた密閉型電池を示す側面断面図である。 従来の密閉型電池の電極端子部を示す側面断面図である。 従来の密閉型電池において、溶接部からのスパッタがインシュレータの外周側面に飛散する様子を示す側面断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１〜図３に示すように、本発明に係る密閉型電池の一実施形態である密閉型電池１は、充放電要素４と、充放電要素４を内部に収容する電池ケース２と、電極端子３と、絶縁部材（以降、「インシュレータ」と記載する）７とを備えた角型のリチウムイオン二次電池である。密閉型電池１の電池ケース２は、蓋体２２と電極端子３とを樹脂からなるインシュレータ７を介して一体化した後に、蓋体２２とケース本体２１とを溶接することにより形成される。

充放電要素４は、正極と負極とをセパレータを介して積層し、複数回巻回されてなる電極体である。正極及び負極の積層部分には、それぞれ正極活物質又は負極活物質を含む合材が担持されている。充放電要素４は、積層部分における正極・負極間の化学反応により充放電が行われる。

電池ケース２は、充放電要素４及び電解液（図示せず）を内部に収容する直方体形状の金属製の部材である。電池ケース２は、ケース本体２１及び蓋体２２等により角型の電池容器として形成される。

ケース本体２１は、一面（図２では、上面）が開口された有底の角筒状の部材であり、内部に充放電要素４及び電解液が収容される。ケース本体２１は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により構成されている。
蓋体２２は、ケース本体２１の開口部内側に応じた形状（本実施形態では、平面視略矩形状）を有する平板状部材であり、ケース本体２１の開口部を閉塞するための部材である。ケース本体２１は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により構成されている。

蓋体２２の長手方向両端部には、電極端子３・３が取り付けられている。電極端子３・３は、それぞれ充放電要素４の正極および負極と接続されている。
蓋体２２における、電極端子３・３の間（本実施態様では、蓋体２２の長手方向の略中央）に、電池ケース２の内圧が上昇した場合に当該電池ケース２の内外を連通させて内圧を開放するための安全弁２３が設けられている。

蓋体２２は、ケース本体２１の開口部を閉塞した状態（蓋体２２がケース本体２１内に嵌合した状態）で、レーザ溶接によりケース本体２１と接合され、蓋体２２とケース本体２１との境界部分には当該境界部分が溶融凝固した溶接部２５が形成される。このレーザ溶接の際には、図３に示す矢印方向に向けて（蓋体２２の上方から前記境界部分に向けて）レーザ光が照射され、蓋体２２とケース本体２１との境界部が溶接される（電池ケース２の縦方向にレーザ光が照射されるので「縦打ち溶接」ともいう）。当該縦打ち溶接により、蓋体２２とケース本体２１とが接合され、蓋体２２とケース本体２１とが一体化される。

電極端子３・３は、一方（図１（ａ）において右端側）が正極端子であり、他方（図１（ａ）において左端側）が負極端子である。電極端子３・３は、それぞれ外部端子部材３２及びバスバ締結部材３３を備えており、外部端子部材３２及びバスバ締結部材３３は、それぞれ通電可能な金属から形成されている。
各電極端子３・３は、電池ケース２の内部において充放電要素１の正極及び負極に集電端子を介して電気的に接続される。電極端子３・３は、密閉型電池１０の外部との充放電のための接続経路となる端子である。電極端子３・３は、インシュレータ７を介して蓋体２２に固定される。

外部端子部材３２は、側面視略Ｚ字状に屈曲した金属製端子部材（Ｚ端子とも呼ばれる）であり、蓋体２２の長手方向内側に位置するバスバ締結部３２ａと、蓋体２２の長手方向外側に位置するシールかしめ部３２ｂとを有する。
シールかしめ部３２ｂは、蓋体２２との間にインシュレータ７を介装した状態で、充放電要素４の正極または負極と接続される集電端子のリベット部６によりかしめられることで、インシュレータ７を介して蓋体２２に固定されている。
このように、密閉型電池１においては、電極端子３・３と蓋体２２とが、インシュレータ７・７を介して一体化されている。

バスバ締結部３２ａにはバスバ締結部材３３が接続されており、バスバ締結部材３３を介してバスバ（板状の接続具）が接続可能となっている。
そして、複数の密閉型電池１を接続して組電池を構成する際に、隣接する電池間において、例えば一方の密閉型電池１における正極側のバスバ締結部材３３と他方の密閉型電池１における負極側のバスバ締結部材３３とが、バスバにより接続される。

インシュレータ７は、絶縁性を備えた樹脂部材からなる平面視長方形状の部材であって、電池ケース２の蓋体２２と電極端子３・３との間に介装され、その間を電気的に絶縁するものである。
インシュレータ７は、平面視において、外部端子部材３２と略同じ形状および大きさに形成されており、所定の厚みを有している。

また、インシュレータ７の外周側面７１には、周方向に沿って凹溝７２が形成されている。凹溝７２は、インシュレータ７の厚み方向の途中部に形成されており、その幅寸法（インシュレータ７の厚み方向の寸法）が寸法ａ、深さ寸法（インシュレータ７の厚み方向および周方向と直交する方向の寸法）が寸法ｂとなるように形成されている。
また、本実施形態では、凹溝７２は、インシュレータ７の外周側面の全周にわたって形成されている。

インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２を形成した場合、ケース本体２１と蓋体２２とを溶接する前における、蓋体２２と電極端子３との間の沿面距離は、インシュレータ７の外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分の上下寸法ｃ、凹溝７２の下面７２ｃの深さ寸法（外周側面７１から凹溝７２の底側面７２ｂまでの最短寸法）ｂ、凹溝７２の底側面７２ｂの上下寸法ａ、凹溝７２の上面７２ａの深さ寸法ｂ、および外周側面７１における凹溝７２よりも上方の部分の上下寸法ｄを合計したものとなる。
なお、ここで、沿面距離とは、２つの導電性部材間（蓋体２２と電極端子３との間）の、絶縁物（インシュレータ７）の表面に沿った最短距離のことをいう。

密閉型電池１においては、ケース本体２１と蓋体２２との合わせ目を蓋体２２の上方から縦打ち溶接した場合に、溶接部から発生するスパッタがインシュレータ７の外周側面７１等に付着することとなるが、インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２が形成されているため、蓋体２２と電極端子３との間の沿面距離を確保することが可能となっている。

図４に示すように、凹溝７２が形成されたインシュレータ７を介して電極端子３・３を固定した蓋体２２とケース本体２１との合わせ目に、蓋体２２の上方からレーザ光を照射して、蓋体２２とケース本体２１とを縦打ち溶接する場合、溶接部から発生するスパッタがインシュレータ７の外周側面７１等に付着することとなる。
溶接部からのスパッタが付着する箇所は、具体的には、インシュレータ７の外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂ、外周側面７１における凹溝７２よりも上方の部分７１ａ、および凹溝の上面７２ａにおける外周側面側の一部となる。
一方、凹溝７２の上面７２ａにおける底側面７２ｂ側の一部、底側面７２ｂ、および下面７２ｃには、溶接部からのスパッタは付着しない。

つまり、インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２を形成した場合、溶接部からのスパッタは溶接部を中心として直線的に放射状に飛散するため、凹溝７２の上面７２ａにおける底側面７２ｂ側の一部、底側面７２ｂ、および下面７２ｃは、溶接部からは、外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂの影になって、溶接部からのスパッタが到達せずスパッタが付着しない。
そして、スパッタが付着しない部分の表面は絶縁性を有しているため、インシュレータ７においては、ケース本体２１と蓋体２２との溶接後においても、当該部分の沿面距離が残存することとなる。

また、ケース本体２１と蓋体２２との溶接後に残存する、蓋体２２と電極端子３との間の沿面距離は、以下のような寸法となる。
図５に示すように、溶接部から飛散するスパッタは、飛散する方向が、蓋体２２の表面からの角度が所定の角度θ以下の方向であれば、外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂにより遮られて、それ以上遠くには届かない。従って、溶接部と外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂの上端とを結ぶ線の延長線（図５に示す破線）と、凹溝７２の上面７２ａとの交点Ｐが、スパッタが付着する部分と付着しない部分との境界となる。

つまり、外周側面７１の凹溝７２よりも下方の部分７１ｂに遮られてスパッタが付着しない部分は、凹溝７２の上面７２ａにおける交点Ｐよりも底側面７２ｂ側の部分、底側面７２ｂ、および下面７２ｃであり、その沿面距離は、凹溝７２の上面７２ａにおける交点Ｐから底側面７２ｂまでの深さ方向の寸法ｅ、凹溝７２の底側面７２ｂの上下寸法ａ、および凹溝７２の下面７２ｃの深さ寸法ｂを合計したものとなる。
また、前記寸法ｅは、次式数１にて表すことができるため、前記沿面距離は、次式数２のようにも表すことができる。

なお、数２におけるＡは、溶接部からインシュレータ７の外周側面７１までの最短寸法である。

このように、密閉型電池１においては、インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２を形成することで、ケース本体２１と蓋体２２との合わせ目を、蓋体２２の上方から縦打ち溶接した場合でも、蓋体２２と電極端子３との間に、数２に示す沿面距離を確保することができ、蓋体２２と電極端子３との間の絶縁性を確保することが可能となっている。

また、本実施形態においては、溶接部と外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂの上端とを結ぶ線の延長線が凹溝７２の上面７２ａと交わる場合（つまり、交点Ｐが上面７２ａ上にある場合）について説明したが、寸法ａ、寸法ｂ、寸法ｃ、および寸法Ａの大きさによっては、溶接部と外周側面７１における凹溝７２よりも下方の部分７１ｂの上端とを結ぶ線の延長線が凹溝７２の底側面７２ｂと交わる場合（つまり、交点Ｐが底側面７２ｂ上にある場合）もある。
この場合、スパッタが付着しない部分は、底側面７２ｂにおける交点Ｐよりも下面７２ｃ側の部分、および下面７２ｃであり、その沿面距離は、底側面７２ｂにおける交点Ｐから下面７２ｃまでの上下寸法、および凹溝７２の下面７２ｃの深さ寸法ｂを合計したものとなる。
なお、寸法ａ、寸法ｂおよび寸法ｃ等の各寸法、即ち凹溝７２の幅寸法や、深さ寸法や、形成位置等は、必要とする沿面距離に応じて適宜決定することができる。

本実施形態では、インシュレータ７に形成される凹溝７２は、インシュレータ７の外周側面７１の全周にわたって形成されているが、インシュレータ７の外周側面７１のうち、少なくともケース本体２１と蓋体２２との溶接部２５に対向する外周側面７１にのみ形成されていればよい。
すなわち、インシュレータ７は、蓋体２２の短手方向の両側に位置する外周側面７１、および蓋体２２の長手方向の外側に位置する外周側面７１といったように、近傍に溶接部２５が配置されていて当該溶接部２５と対向している外周側面７１のみに凹溝７２が形成され、蓋体２２の長手方向の内側に位置する外周側面７１といったように、近傍に溶接部２５が位置しておらず溶接部２５とは対向していない外周側面７１には凹溝７２が形成されていないインシュレータ７に構成することもできる。

また、インシュレータ７は、次のように構成することもできる。
図６に示す、インシュレータ７の第二の実施形態においては、その外周側面７１に周方向に沿って凸部７３が形成されている。図６に示すインシュレータ７の突部７３は、外周側面７１の上部に形成されている。

このように、インシュレータ７の外周側面７１に凸部７３を形成した場合、溶接部から発生するスパッタは、凸部７３よりも下方に位置する外周側面７１、凸部７３の下面７３ｃ、および凸部７３の側面７３ｂには付着するが、凸部７３の上面７３ａには、凸部７３により遮られて付着しない。
つまり、ケース本体２１と蓋体２２との溶接後においても、凸部７３の上面７３ａ部分に沿面距離が残存することとなる。
これにより、インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２を形成した場合と同様に、蓋体２２と電極端子３との間の絶縁性を確保することが可能となっている。

さらに、インシュレータ７は、次のように構成することもできる。
図７に示す、インシュレータ７の第三の実施形態においては、その外周側面７１の下端部に周方向に沿って凹陥部７４が形成されている。
凹陥部７４は、インシュレータ７の下端部を外周側面７１の側から水平方向内側へ切り欠いたものであり、上面７４ａおよび底側面７４ｂを有している。上面７４ａは蓋体２２の表面と対向している。また、上面７４ａの深さ方向（外周側面７１と直交する水平方向）途中部には、上面７４ａから下方に突出する突起部７４ｃが周方向に沿って形成されている。

このように、インシュレータ７の外周側面７１に、突起部７４ｃを有する凹陥部７４を形成した場合、溶接部から発生するスパッタは、外周側面７１、凹陥部７４における突起部７４ｃよりも外側の上面７４ａ、突起部７４ｃの外側面には付着するが、凹陥部７４における突起部７４ｃよりも内側の部分には、突起部７４ｃにより遮られて付着しない。具体的には、凹陥部７４における突起部７４ｃの内側面、突起部７４ｃよりも内側の上面７４ａ、および底側面７４ｂにはスパッタが付着しない。
つまり、ケース本体２１と蓋体２２との溶接後においても、凹陥部７４における突起部７４ｃの内側面、突起部７４ｃよりも内側の上面７４ａ、および底側面７４ｂの部分に沿面距離が残存することとなる。
これにより、インシュレータ７の外周側面７１に凹溝７２を形成した場合と同様に、蓋体２２と電極端子３との間の絶縁性を確保することが可能となっている。

１ 密閉型電池
２ 電池ケース
３ 電極端子
４ 充放電要素
７ インシュレータ（絶縁部材）
２１ ケース本体
２２ 蓋体
２５ 溶接部
３２ 外部端子部材
３２ａ バスバ締結部３２ａ
３２ｂ シールかしめ部
３３ バスバ締結部材
７１ 外周側面
７２ 凹溝
７２ａ 上面
７２ｂ 底側面
７２ｃ 下面

Claims (1)

1. ケース本体と前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋体とで電池ケースを形成する際に、前記蓋体と電極端子とを絶縁部材を介して一体化した後に、前記蓋体と前記ケース本体との合わせ目が縦打ち溶接により接合される密閉型電池であって、
   前記絶縁部材は、前記蓋体の外側面と前記電極端子との間に介装されるとともに、前記ケース本体と蓋体との溶接部に対向する外周側面を有し、
   前記絶縁部材の外周側面に、周方向に沿って凹溝を形成し、
   前記凹溝は、少なくとも前記ケース本体と蓋体との溶接部に対向する前記外周側面に形成される、
   ことを特徴とする密閉型電池。

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