JP6047676B2 - Prismatic secondary battery - Google Patents
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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。 The present invention relates to a prismatic secondary battery used for in-vehicle applications, for example.
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。
In recent years, lithium ion secondary batteries with high energy density have been developed as power sources for electric vehicles and the like. In a secondary battery for in-vehicle use, since a large current flows as compared with that for a mobile phone or the like, it is important to prevent moisture from being mixed in or leakage of an electrolytic solution, and sealing is an issue. For example,
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。
In
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。 An object of the present invention is to provide a highly reliable prismatic secondary battery by preventing metal foreign matter from being mixed into a battery by sputtering when welding a battery lid to a metal battery can.
上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、蓄電体と、前記蓄電体を収容し、開口を有する電池容器と、前記電池容器の開口を塞ぎ、当該電池容器と溶接されている蓋を有する二次電池において、前記蓋は、前記開口と対向する閉塞部と、前記閉塞部よりも当該蓋の外周端部側に設けられた凸部と、当該凸部よりも外周端部側に設けられ前記電池容器と当接する当接部と、を有し、前記電池容器の側壁は開口側に段差部を有し、前記段差部に前記当接部が当接すると共に、前記段差部に隣接して前記凸部が配置されることを特徴とする。 The prismatic secondary battery of the present invention that solves the above problems includes a power storage unit, a battery container that houses the power storage unit and has an opening, a cover that closes the opening of the battery container and is welded to the battery container. In the secondary battery according to the aspect of the invention, the lid includes a closed portion that faces the opening, a convex portion provided on the outer peripheral end side of the lid with respect to the closed portion, and an outer peripheral end side of the convex portion. A contact portion that contacts the battery container, the side wall of the battery container has a stepped portion on the opening side, the contact portion contacts the stepped portion, and is adjacent to the stepped portion. The protrusions are arranged.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when welding a battery cover to a battery can, mixing of the metal foreign material into the battery by sputtering can be prevented, and a highly reliable square secondary battery can be provided. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
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。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
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。 The prismatic secondary battery according to the present embodiment has a rectangular bottom wall, a rectangular tubular side wall rising from the bottom wall, and an opening opened upward at the upper end of the side wall. And a battery lid that is welded to the upper end of the side wall of the battery can and seals the opening. The battery lid protrudes into the battery can and protrudes into the side of the battery can. A contact portion lid that has a convex portion that faces the inner surface of the battery can and continues along the circumferential direction of the side wall portion over the entire circumference, and that contacts the upper end of the side wall portion of the battery can outside the convex portion. It is characterized in that the thickness is thicker than half of the lid thickness of the closing portion that closes the opening inside the convex portion and thinner than the lid thickness of the closing portion.
[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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external perspective view of a prismatic secondary battery according to the present embodiment.
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。
The square secondary battery C <b> 1 includes a battery can 1 and a lid (battery lid) 6. In the battery can 1, a power generator 3 (see FIG. 2) is housed, and the opening 1 a of the battery can 1 is sealed with a
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。 Next, with reference to FIG. 2, the structure in the battery can 1 of the square secondary battery C1 will be described.
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。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery according to the present embodiment.
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。
The battery can 1 of the prismatic secondary battery C1 has a so-called square shape, and is open upward at the rectangular
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。
Since the power generating
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。
At least a part of the positive
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。
The other end of the positive electrode
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。
In order to electrically insulate the positive
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。
As the material for the battery can 1 and the
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。
The positive external terminal 8A and the negative
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。
A positive electrode connection portion 12A for connecting the positive electrode
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。
The positive electrode connecting portion 12A and the negative electrode connecting portion 12B have cylindrical shapes that protrude from the lower surfaces of the positive electrode
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。
The positive electrode
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。 FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which a part of the power generator is developed.
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。
The
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。
The
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。 FIG. 4 is a perspective view of the lid as viewed from the lower surface side (inside the secondary battery), and FIG. 5 is a plan view showing the lower surface of the lid (inside the secondary battery).
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。
The
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。
And the
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。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a joint portion between the battery can and the lid, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing an exploded state of FIG.
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。
The abutting
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。
The
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。
The
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。 FIG. 10 is a diagram for explaining a comparative example for explaining the operational effects of the present embodiment, and corresponds to FIG.
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。
The prismatic secondary battery of the comparative example shown in FIG. 10 has a flat plate shape in which the
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。
In particular, when the distal end depth of the welded
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。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
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。
In the case of laser welding, when the distal end depth of the welded
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。
And when the depth of the welded
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。
In the above-described embodiment, the case where the
[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described below with reference to FIGS. 8, 9, and 11. FIG.
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。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a joint portion between the battery can and the lid, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing an exploded state of FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
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。
What is characteristic in this embodiment is that a
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。
A
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。
The
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。 FIG. 11 is a diagram for explaining a comparative example for explaining the operational effects of the present embodiment, and corresponds to FIG.
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。
The prismatic secondary battery of the comparative example shown in FIG. 11 has a flat plate shape in which the
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。
In laser welding, if the distal end depth of the welded
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。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the
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。
As described above, when the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
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
1 Battery Can
4A Positive current collector (current collector terminal)
4B Negative electrode
8A Positive external terminal (external terminal)
8B Negative electrode external terminal 12A Positive electrode connection part 12B Negative
Claims (2)
前記蓄電体を収容し、開口を有する電池容器と、
前記電池容器の開口を塞ぎ、当該電池容器と溶接されている蓋を有する二次電池において、
前記蓋は、前記開口と対向する閉塞部と、前記閉塞部よりも当該蓋の外周端部側に設けられた凸部と、当該凸部よりも外周端部側に設けられ前記電池容器と当接する当接部と、を有し、
前記電池容器の側壁は開口側に段差部を有し、
前記段差部に前記当接部が当接すると共に、前記段差部に隣接して前記凸部が配置されることを特徴とする二次電池。 A power storage unit;
A battery container containing the power storage unit and having an opening;
In the secondary battery having a lid that closes the opening of the battery container and is welded to the battery container,
The lid includes a closed portion facing the opening, a convex portion provided on the outer peripheral end side of the lid with respect to the closed portion, and an outer peripheral end portion side of the convex portion. An abutting portion that contacts,
The side wall of the battery container has a step on the opening side,
The secondary battery according to claim 1, wherein the contact portion is in contact with the step portion, and the convex portion is disposed adjacent to the step portion.
前記凸部は前記電池蓋の前記電池容器と溶接する部分と対応して設けられることを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 1,
The secondary battery is characterized in that the convex portion is provided corresponding to a portion of the battery lid to be welded to the battery container.
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