JPH11339737A - 角形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種携帯機器に使用される角形電池におい
て、角形ケースと封口板を嵌合する際の隙間を発生する
ことなく確実に溶接し密閉することができ、高い信頼性
を有する角形電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 封口板２と角形ケース１の寸法バラツキ
に対応し、安定したレーザ溶接を行うため封口板２の周
縁部に角形ケース１の内径と同寸法の凹形段差２ｂを設
け、さらに角形ケース１の肉厚のバラツキに対応するた
めケース開口部の内側方向であって肉厚の異なる部分に
段差１ａを形成して封口板２と角形ケース１がレーザ溶
接された角形電池としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型で軽量の角形
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信機，ＡＶ機器，パソコンのコ
ードレス化やポータブル化に伴い、その駆動用電源であ
る電池に対して小型で軽量かつ高エネルギー密度化の要
望が強まっている。特に、リチウム二次電池は高エネル
ギー密度を有する電池でありポータブル機器の主力電源
として期待され、その潜在的市場規模も大きい。また、
形状としては機器の薄型化、あるいは機器のスペースの
有効利用の観点からも角形電池の要望が高まっている。

【０００３】特に通信機においては、本体の軽量化に伴
い電池に対しても小型で軽量が強く要望されている。そ
の軽量化を達成するための手段として、角形ケースおよ
び封口板にアルミニウムを主成分とする材料が用いられ
ている場合があり、その封口方法は、角形ケースの内径
と同寸法の封口板を角形ケースに嵌入して溶接する特開
平８−７７９８３号公報に開示されている方法や、角形
ケースの外径と同寸法の封口板を角形ケースに覆合して
溶接する特開平９−２５９８４１号公報に開示されてい
る方法などが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような封口手段では、角形ケースの寸法や肉厚のバラツ
キ、封口板の寸法のバラツキ、角形ケースに封口板を嵌
入したり覆合したりする際の位置のズレにより、角形ケ
ースと封口板を溶接すると、角形ケースと封口板の間に
隙間を生じて溶接不良を発生する。

【０００５】そこで本発明は、角形ケースと封口板との
間に隙間を発生することなく、確実に両者を溶接するこ
とができ、高い信頼性を有する小型で軽量の角形電池を
提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、極板群
を内部に収納する角形ケースと、この角形ケースの開口
部を封口する封口板を備え、前記角形ケースと封口板
は、レーザ溶接された角形電池において、前記封口板は
外径寸法が角形ケースの外径寸法と同寸法であり、角形
ケースの内径寸法と同寸法の凹形段差を有する構成と
し、前記角形ケースは、内側部分に開口部に近接する薄
肉部分とその薄肉部分の下方に厚肉部分を設けて前記薄
肉部分と厚肉部分とは段差をもって連接する構成として
いる。

【０００７】従って前記角形ケースについては、開口部
のケース内側部分に薄肉部分が厚肉部分に連接して設け
てあるため、角形ケースの寸法や肉厚のバラツキを低減
することができる。また、封口板については、外径寸法
が角形ケースの外径寸法と同寸法であり、角形ケースの
内径寸法と同寸法の凹形段差を有しているため封口板の
寸法にバラツキが生じた場合においても、凹形段差によ
って嵌合するため角形ケースと封口板の間に隙間は発生
しない。従って、角形ケースと封口板を嵌合しレーザ溶
接する際のズレによる溶接不良の発生を抑制することが
でき、信頼性の高い電池を得ることができる。

【０００８】また、前記封口板の凹形段差は封口板の外
周部全周に加工されている場合、または凹形段差が封口
板外周部の一部に加工されている場合のいずれにおいて
も同様に角形ケースと封口板の溶接不良を抑制すること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】角形ケースは開口部のケース内側
部分にケース内側方向に向って段付き加工による段差を
形成して薄肉部分と厚肉部分を設けることができるので
あるが、その薄肉部分は角形ケースの肉厚に対して０．
０１〜０．２ｍｍ薄く、段の深さは角形ケースの高さ方
向に対して０．７〜２．０ｍｍにするとよい。

【００１０】また、封口板の凹形段差の段付け深さにつ
いては、０．１〜０．７ｍｍにするとよい。

【００１１】また、極板群を内部に収納する角形ケース
と、この角形ケースの開口部を封口し、電解液を注液す
る注液孔を有する封口板を備え、前記角形ケースと封口
板は、レーザ溶接される角形電池において、前記封口板
は外径寸法が角形ケースの外径寸法と同寸法であり、角
形ケースの内径寸法と同寸法の凹形段差を電解液を注液
する注液孔の周囲を除いて形成し、しかも前記角形ケー
スは、開口部のケース内側部分にケース内側方向に向っ
て段付き加工などによる段差による開口部近くの薄肉部
分とその薄肉部分下方の厚肉部分を連接する構造にする
ことができる。次に、電解液を封口板の注液孔から注入
した後、注液孔に鍔付の栓体を挿入して、その栓体の鍔
部分をレーザにより溶接することで密閉し電池を構成す
る。

【００１２】従って前記角形ケースについては、ケース
内側部分にケース内側方向に向って段付き加工などによ
る段差によって薄肉部分と厚肉部分が連接されているた
め角形ケースの寸法や肉厚のバラツキを低減することが
でき、封口板については外径寸法が角形ケースの外径寸
法と同寸法であり、角形ケースの内径寸法と同寸法の凹
形段差を注液孔の周囲を除いて有しているため封口板の
寸法にバラツキが生じた場合においても、凹形段差によ
って嵌合するため角形ケースと封口板の間に隙間は発生
しない。従って、角形ケースと封口板を嵌合しレーザ溶
接する際のズレによる溶接不良の発生を抑制することが
できる。また、電解液を注液する注液孔の周囲に凹形段
差がないため、電解液の注入後に鍔付の栓体を挿入して
レーザ溶接する際に栓体の鍔部分が凹形段差に乗り上げ
ることがなく隙間を生じレーザ溶接不良が発生すること
はない。

【００１３】また、本発明の角形電池では、極板群と電
解液を内部に収納する角形ケースと、この角形ケースの
開口部を封口する封口板と、封口板の中央部に挿入され
た端子を兼ねるリベットと、封口板とリベットを絶縁す
る樹脂製の上部絶縁ガスケットを備える構成とし、リベ
ットと下部絶縁ガスケットを介してリベットと極板群の
同極性の集電用リードとを電気的に接続する金属製のワ
ッシャーを設け、角形ケースと封口板は、レーザ溶接さ
れる。そして、前記封口板は外径寸法が角形ケースの外
径寸法と同寸法であり、角形ケースの内径寸法と同寸法
の凹形段差を有する構造であって、前記角形ケースは、
内側部分にケース内側方向に向って段付き加工によって
肉厚の異なる段差を設ける構成として実施できる。

【００１４】また、封口板の周縁部の一部に凹形段差を
有するものや封口板に注液孔を設けた構造を有し、前記
注液孔の周囲を除いて周縁部に凹形段差を有するもので
あってもよい。

【００１５】以下、本発明の具体的な実施例を図面を参
照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の角形電池の封口部の
一例を示す断面図である。図１において、１はアルミニ
ウム製の角形ケースであり、１ａは開口部のケース内側
部分にケース内側方向に向う段付き加工により肉厚を異
にする部分に形成された段差である。２は封口板であ
り、２ａはアルミニウム製の平板の周縁部に凹形段差２
ｂを有する蓋板であり、前記蓋板２ａには防爆弁３が設
けられている。この封口板２は角形ケース１とレーザ溶
接されており、角形ケース１に設けられた段差１ａと封
口板２の周縁部に凹形段差２ｂを有する蓋板２ａを密着
させることで信頼性の高いレーザ溶接状態が得られてい
る。４はニッケルメッキされた鉄製の端子を兼ね、封口
板２の中央部に配設されたリベット、５は封口板２とリ
ベット４を絶縁する上部絶縁ガスケット、６はニッケル
メッキされた鉄製のワッシャー、７は封口板２とワッシ
ャー６を絶縁する下部絶縁ガスケットである。このリベ
ット４は封口板２の中央部の開口部に上部絶縁ガスケッ
ト５を介して挿入され、リベット４の下部に下部絶縁ガ
スケット７を介してワッシャー６を配設した後、リベッ
ト４をかしめることによりリベット４とワッシャー６と
を電気的に接続するとともに、蓋板２ａとの絶縁も確保
している。８は正極板，負極板をセパレータを介して巻
回し、長円形にプレス圧縮された極板群である。９は正
極板から取り出したアルミニウム製の正極集電用リード
で、蓋板２ａに溶接されている。また、１０は負極板か
ら取り出したニッケル製の負極集電用リードで、ワッシ
ャー６に溶接されている。従って、電池としては角形ケ
ース１が正極で、リベット４からなる端子が負極とな
る。

【００１６】そして、封口板２は角形ケース１の開口部
にレーザ溶接部１１で溶接により固着されている。

【００１７】（実施の形態２）図２は、本発明の角形電
池の封口部の他の例を示す断面図である。図２におい
て、蓋板２ａに開けられた注液孔１２と注液孔１２を塞
ぐ栓体１３を備えていること、ならびに前記注液孔１２
の周囲には角形ケース１の内径寸法と同寸法の凹形段差
を設けていないこと以外は実施の形態１と同じである。

【００１８】

【実施例】本発明の角形非水電解液電池用防爆弁装置を
装着した電池の実施例として、以下に示すように電池を
作製した。

【００１９】（実施例１）正極板は、活物質であるＬｉ
ＣｏＯ₂ に導電剤としてカーボンブラックを、また結着
剤としてポリ四フッ化エチレンの水性ディスバージョン
を固形分の重量比で１００：３：１０の割合で混合した
ものをアルミニウム箔の両面に塗着，乾燥し、圧延した
後、所定の大きさに切断したものである。これにアルミ
ニウム製の正極集電用リードを溶接している。

【００２０】負極板は、炭素質材料を主材料とし、これ
とスチレンブタジエンゴム系結着剤を重量比で１００：
５の割合で混合したものを銅箔の両面に塗着，乾燥し、
圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これ
にニッケル製の負極集電用リードを溶接している。セパ
レータは、ポリエチレン製の微多孔フィルムである。正
極板，負極板をセパレータを介して巻回し上面が長円形
の極板群とした。

【００２１】次に、極板群の正極集電用リードを封口板
に溶接し角形ケースに挿入し、電解液を所定量注液す
る。電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートをモル比で１：３の割合で混合した溶媒に溶質
として六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃
度で溶解したものを用いた。注液後、封口板と角形ケー
スをレーザ溶接により封口した。図１に示したように、
正極集電用リード９はアルミニウム製の封口板２の蓋板
２ａにレーザスポット溶接し、負極集電用リード１０は
ニッケルメッキされた鉄製のワッシャー６に抵抗溶接し
た。

【００２２】次に、前記封口板を用いた電池組立工程に
おける封口板と角形ケースのレーザ溶接について説明す
る。従来の封口方法は、角形ケースの内径と同寸法の封
口板を角形ケースの開口部に嵌入し溶接する方法や角形
ケースの外径と同寸法の封口板を角形ケースに覆合し溶
接する方法などが行われている。しかし、封口板の寸法
や、角形ケースの寸法、肉厚のバラツキにより封口板と
角形ケースの当接部に隙間が発生し、レーザ溶接封口時
に溶接不良が多発する課題がある。

【００２３】本発明の封口板および角形ケースは、レー
ザ溶接封口時に封口板、角形ケースを嵌合させる際の隙
間を発生することなく安定した溶接ができるようにする
ものである。そこで本実施例では、封口板と角形ケース
の寸法のバラツキに対応し、安定したレーザ溶接を行う
ため封口板の周縁部に角形ケースの内径と同寸法の凹形
段付け加工する方法による凹形段差を設け、しかも角形
ケースの肉厚のバラツキに対応するため角形ケースの開
口部の内側方向に段付け加工する方法による段差を設け
て、角形ケースと封口板を組み合わせた電池を電池Ａと
して評価した。次に、前記角形ケースを用い封口板の周
縁部の一部に角形ケースの内径と同寸法の凹形段付け加
工による凹形段差を形成して封口板と組み合わせた電池
を電池Ｂとして評価した。また従来の方法として、角形
ケースと、角形ケースの内径と同寸法の封口板を組み合
わせた電池を電池Ｃとして評価した。これらの電池での
封口板と角形ケースのレーザ溶接時の溶接状態を比較し
た。

【００２４】表１に各電池の５００セルをレーザ溶接し
た時の溶接不良発生率を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示したように、本発明の前記図１で
示した封口板２および角形ケース１においては、従来の
封口板と角形ケースの組み合わせに対して飛躍的にレー
ザ溶接時の溶接不良の発生率が低減できることが判っ
た。

【００２７】（実施例２）正極板，負極板は実施例１と
同じものを用い、実施例１と同様に極板群を構成した。

【００２８】極板群の正極集電用リードを封口板に溶接
し角形ケースに挿入し、封口板と角形ケースをレーザ溶
接により封口した。図２に示すように、正極集電用リー
ド９はアルミニウム製の封口板２の蓋板２ａにレーザス
ポット溶接し、負極集電用リード１０はニッケルメッキ
された鉄製のワッシャー６に抵抗溶接した。

【００２９】次に、電解液を注液孔から所定量注液す
る。本実施例では、注液孔の先端にゴム製のリングが取
り付けてあるパイプを差し込む。パイプは、３方コック
が備えてあり、一方は電池に、一方は真空ポンプに、も
う一方は電解液が入ったポンプに接続されている。

【００３０】パイプを通して電池内を真空ポンプで減圧
にする。次に、コックを切り替え電解液をポンプから注
入する方法で注液を行った。一度電池内を減圧にするこ
とで電解液の注入が容易になる。電解液には、エチレン
カーボネートとジエチルカーボネートをモル比で１：３
の割合で混合した溶媒に溶質として六フッ化リン酸リチ
ウムを１モル／リットルの濃度で溶解したものを用い
た。

【００３１】注液孔を有する封口板を用いた電池組立工
程における封口板と角形ケースのレーザ溶接と注液孔を
塞ぐための栓体のレーザ溶接について説明する。従来の
封口方法は、角形ケースの内径と同寸法の封口板を角形
ケースに嵌入して溶接する方法や角形ケースの外径と同
寸法の封口板を角形ケースに覆合して溶接する方法など
が行われている。しかし、封口板の寸法や角形ケースの
寸法、肉厚のバラツキにより封口板と角形ケースの当接
部に隙間が発生し、レーザ溶接封口時に溶接不良が多発
する課題がある。

【００３２】本発明の封口板および角形ケースは、レー
ザ溶接封口時に封口板，角形ケースを嵌合させる際の隙
間を発生することなく安定した溶接ができるようにする
ものである。また、注液孔を塞ぐための栓体をレーザ溶
接する際の安定した溶接ができるようにするものであ
る。そこで本実施例では、封口板と角形ケースの寸法の
バラツキに対応し、安定したレーザ溶接を行うため封口
板の注液孔の周囲を除いた周縁部に凹形段付け加工によ
る凹形段差を設け、さらに角形ケースの肉厚のバラツキ
に対応するため角形ケースの開口部の内側方向に段付け
加工による段差を設けて封口板と角形ケースとを組み合
わせた電池を電池Ｄとして評価した。次に、前記角形ケ
ースを用い封口板の周縁部に凹形段付け加工による凹形
段差を形成した封口板と角形ケースとを組み合わせた電
池を電池Ｅとして評価した。また従来の方法として、角
形ケースと、角形ケースの内径と同寸法の封口板を組み
合わせた電池を電池Ｆとして評価した。これらの電池で
の封口板と角形ケースのレーザ溶接時の溶接状態と注液
孔を塞ぐ栓体のレーザ溶接時の溶接状態を比較した。

【００３３】表２に各電池の５００セルをレーザ溶接し
た時の溶接不良発生率と注液孔を塞ぐ栓体のレーザ溶接
時の溶接不良発生率を示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示したように、本発明の図２に示し
た構造の封口板２および角形ケース１においては、従来
の封口板と角形ケースの組み合わせに対して封口板と角
形ケースのレーザ溶接および封口板と栓体のレーザ溶接
時の溶接不良の発生率を飛躍的に低減できることが判っ
た。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、角形ケー
スと封口板を嵌合する際の隙間を発生することなく、そ
れにより確実に溶接することができ、高い信頼性を有す
る小型で軽量の角形電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角形電池の封口部の一例を示す断面図

【図２】本発明の角形電池の封口部の他の例を示す断面
図

【符号の説明】 １ 角形ケース １ａ 段差 ２ 封口板 ２ａ 蓋板 ２ｂ 凹形段差 ３ 防爆弁 ４ リベット ５ 上部絶縁ガスケット ６ ワッシャー ７ 下部絶縁ガスケット ８ 極板群 ９ 正極集電用リード １０ 負極集電用リード １１ レーザ溶接部 １２ 注液孔 １３ 栓体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極板群と電解液を内部に収容する角形ケ
   ースと、この角形ケースの開口部を封口する封口板を備
   え、前記角形ケースと封口板は、レーザ溶接により固着
   される角形電池において、前記封口板は外径寸法が角形
   ケースの外径寸法と同寸法であり、角形ケースの内径寸
   法と同寸法の凹形段差を有しており、前記角形ケース
   は、内側部分に開口部に近接する薄肉部分とその薄肉部
   分の下方に厚肉部分を設けて前記薄肉部分と厚肉部分と
   は段差をもって連接されていることを特徴とする角形電
   池。
2. 【請求項２】 封口板には凹形段差を部分的に設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の角形電池。
3. 【請求項３】 極板群を内部に収容する角形ケースと、
   この角形ケースの開口部を封口し、電解液を注液する注
   液孔を有する封口板を備え、前記角形ケースと封口板
   は、レーザ溶接により固着される角形電池において、前
   記封口板は外径寸法が角形ケースの外径寸法と同寸法で
   あり、角形ケースの内径寸法と同寸法の凹形段差を前記
   注液孔の周囲を除いた部分に有しており、注液孔は電解
   液注液後にレーザにより封口板に溶接した栓体によって
   密閉したことを特徴とする角形電池。