JPWO2005036675A1 - 電源装置用外装缶、電源装置用外装蓋、および当該外装缶又は外装蓋を使用した電源装置 - Google Patents

Abstract

端子金属板や電極金属板の外側への突出体積をできるだけ少なくすることで、電池容量を増やすことができる電源装置用外装缶、電源装置用外装蓋および電源装置を提供する。 本発明の電源装置用外装缶１は、一端側に開口部４を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞３が形成された実質的に薄厚直方体状のものであり、外装缶を構成する壁面の少なくとも一つには、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部２が設けられており、凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっている。又、本発明の電源装置は、このような構造を有した外装缶の内部空洞に電気供給源が収容されたものである。本発明は、外装缶の開口部を封止する外装蓋に上記凹部２が設けられたものでもある。

Description

本発明は、各種電源として使用される電池、コンデンサー、キャパシター等に使用されるケース（外装材）や蓋他の外装部材（電源装置用外装缶、電源装置用外装蓋）に関するものである。また、本発明は、このような外装缶の内部に電気供給源が収容された構造を有した電源装置、及び、このような外装蓋によって外装缶の開口部が封止された電源装置に関するものでもある。

ノートブック型パソコンや携帯電話等の電源となる密閉角型二次電池には、長寿命化、小型化、軽量化などが要求される他、内部圧力上昇による膨れ変形が防止できる構造であることが必要とされており、内部圧力上昇による膨れ変形を防止するのに適した構造の電池外装缶としては、例えば下記の特許文献１及び２に記載されるものが提案されている。下記の特許文献１に記載される密閉型角型電池は、外装缶の強度を補強するために、外装缶の各コーナ部の厚みを、外装缶の直線部分の厚みよりも大きくした構造を有するものであり、下記の特許文献２に記載される密閉型角型電池は、長径部の直線部分の厚みを短径部の直線部分の厚みより厚くした構造を有するものである。
特開平７−３２６３３１号公報 特開平１０−２８４０１６号公報

また、最近では、内部圧力上昇による膨れ変形の防止と共に、特に小型リチウムイオン電池においては、容積や重量当たりの電池容量を増やすことが研究の大きな課題となっており、内容物の容量が理論的な限界に達しているために、電池容量を損なわない外装材についても課題を解決する手段が研究されている。
ところで、密閉角型二次電池は、一般的には、ステンレスやスチールやアルミニウムやアルミニウム合金製の外装材（外装缶）の内部に、負極構成部材、セパレータ部材、正極構成部材および非水性電解液から成る発電要素が収容され、外装材の開口部が蓋材を溶接するなどして密閉された構造を有しており、このような二次電池等の電源装置の場合、電気供給源として使用する際に、負極構成部材側および／または正極構成部材側に、外部との通電をとるための端子や電極と呼ばれる金属板を各種の溶接やめっき等の表面処理によって取り付ける必要がある。この金属板の厚みは、通常の場合、溶接性と強度を持たせる目的で数十μｍ以上が必要であるとされており、このため、上記の特許文献１及び２の密閉型角型電池であっても、これらの厚みを持つ金属箔／板を、電池の外装材の外側に前述の方法で取り付けた場合には、結果的にこれらの厚み分だけ容量／重量当たりの電池容量が損なわれることになる。

本発明は、上述の問題点を解決し、内部圧力上昇による膨れ変形に対する強度を低下させることなく、電池等の外装缶の外側に取り付けられる端子や電極と呼ばれる金属板の取り付け方法を改善し、この厚み分の電池容量を損なわないようにすることで実装高率を高めることが可能な電源装置用外装缶、電源装置用外装蓋および電源装置を提供することを課題とする。
本発明者等は、前述の問題を解決するため検討した結果、強度的に許容される範囲で、外装缶又は外装蓋に他の部分より肉厚の薄い部分を形成して、金属箔／板の厚みの全部または一部をこの薄肉部分に収めることによって、収められた肉厚分だけ電池容量が増やせることを見い出し、本発明を完成した。

前記課題を解決可能な本発明の電源装置用外装缶は、一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶であって、当該外装缶を構成する壁面の少なくとも一つには、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられており、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、内部空洞が形成された所要形状の外装缶の前記内部空洞に、電気を供給するための電気供給源が収容されており、前記外装缶を構成する壁面の少なくとも一つに、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられ、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とするものである。

更に、本発明の電源装置用外装蓋は、一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶の前記開口部を封止するための外装蓋であって、当該外装蓋には、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられており、当該凹部には貫通孔が存在せず、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶の、前記内部空洞に、電気を供給するための電気供給源が収容され、当該外装缶の開口部が外装蓋によって封止された構造を有する電源装置であって、前記外装蓋には、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられ、当該凹部には貫通孔が存在せず、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とするものでもある。

本発明の効果としては、外装缶に薄肉部分と厚肉部分とが存在することによって、材料強度を厚肉部分で保持し、薄肉部分に端子金属板の全部または一部を収めることで、強度を低下させることなく全体的な厚さを薄くでき、電池の容量を増す効果が得られる。又、外装缶又は外装蓋に、端子金属板の全部または一部を収容し得る凹部が設けられていることによって、通電端子及び／又は電極を溶接等（抵抗溶接、高周波溶接他）の工法を用いて固定する場合、最初の「位置決め」が容易になり、溶接時も位置ずれが発生し難いので、その結果として、溶接ミスによる不良率を低減できる。

図１は、本発明の電源装置用外装缶の好ましい一例における外観を示す斜視図であり、外装缶１の底面側に長方形状の凹部２が設けられている。 図２は、図１とは異なる形状（一定幅の溝状）の凹部２が底面に設けられた本発明の電源装置用外装缶の外観を示す斜視図である。 図３は、（ａ）は凹部を形成する前の外装缶底部分の縦断面形状を示す図であり、（ｂ）は凹部を形成した後の外装缶底部分の縦断面形状を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）の側面図である。 図４は、（ａ）は、本発明の電源装置用外装缶を製造する際の凹部形成工程として特に好ましいプレス法による加工工程を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のノックアウト５の内部構造を示す図であり、（ｃ）は、膨らみ防止部材８の外観の一例を示す斜視図である。 図５は、本発明の電源装置用外装蓋（端子リベットが絶縁シール部材によって外装蓋から電気的に絶縁され、外装缶の内部に収容された電源装置と電気接続されるタイプのもの）の一例を示す斜視図である。 図６は、従来の電源装置用外装蓋の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 外装缶
２ 凹部
３ 内部空洞
４ 開口部
５ ノックアウト
６ 凹部形成パンチ
７ 上型パンチ
８ 膨らみ防止部材
９、９’ 外装蓋
１０ 通電端子
１１ 安全弁
１２ 凹部
１３ 絶縁シール部材
１４ 端子リベット

以下、近年、携帯電話等の電源用に大量に使用されている角型アルミニウム合金製のケースと蓋を有するリチウムイオン電池の外装缶部材として好ましい具体例を図面に示して、本発明を詳細に説明する。

図１に示されるように、本発明の電源装置用外装缶は、一端側に開口部４を有する（図１の外装缶にあっては上方が開口している）実質的に薄厚直方体状の外装缶１であって、この外装缶１には、電気を供給するための電気供給源としての、負極構成部材、セパレータ部材、正極構成部材および非水性電解液から成る発電要素を収容可能な大きさの内部空洞３が形成されている。そして、この外装缶１を構成する壁面の少なくとも一つには、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部２が設けられており、凹部２の位置における壁面厚みが、凹部の周囲部分の壁面厚みよりも薄くなっている。本発明では、図１に示されるようにして、凹部２が外装缶１の底面中央部分に設けられたものが一般的であるが、凹部２は周壁面に設けられても良く、凹部２の形状についても、図１のような長方形状のものに限定されるものではない。
又、図２に示した本発明の電源装置用外装缶１も、図１の場合と同様に、上方側に開口部４を有した実質的に薄厚直方体状の形態を有したものであって、この外装缶１の底面には、長手方向に沿って一定幅の溝状の凹部２が設けられている。ただし、本発明における電源装置用外装缶１は、図１及び図２に例示されるような薄厚直方体状の形状に限定されるものではなく、直方体状であっても円筒状であっても良い。

図１及び図２に例示した形態を有する本発明の外装缶の壁面厚みとしては、アルミニウム製のケースの場合、凹部２を形成する前においては、図３（ａ）に示されるように、一般的には底面が０．４〜０．６ｍｍ、側面が０．１５〜０．３ｍｍであり、この外装缶の開口面を覆うことが可能な蓋材の厚みとしては０．８〜１．０ｍｍが一般的である。
そして、アルミニウムから成る本発明の電源装置用外装缶１の場合、底面部分には、電気を取り出すための正極端子として０．０８〜０．２ｍｍ厚みのＮｉ端子板や、Ａｌ／Ｎｉ０．１５ｍｍ厚みのクラッドされた端子板をアルミニウム側がケース側に来るように溶接で取り付け、さらにこの端子に０．０８〜０．１ｍｍ厚のＮｉやＣｕのリード線を取り付けることが多いために、図３（ｂ）（ｃ）に示されるような０．１〜０．２５ｍｍ以上の深さで底面中央部分に、取り付ける端子の幅以上の凹部（薄肉部分）を形成する。このような凹部を有した本発明の外装缶の場合、端子の厚みの全部〜約２／３を凹部内に収容することができ、取り付けた端子が外装缶の外側に大きく突出しないことによって、電池容量の低下を防止することができる。すなわち、本発明では、端子や電極を取り付けるための凹部２を設けることにより、電池外装缶の凹部が形成された面の面積×凹部深さだけ電池の内容量が増加する。本発明の外装缶の材質は特に限定されるものではなく、一般的なアルミニウムのほかに、ステンレスやスチールなどであっても良い。
尚、外装缶に取り付けられる端子には、前述のクラッド材やＮｉリード線の他に、０．０５〜０．２ｍｍ厚程度のＣｕ他のアルミニウムケースとは異なる金属単体の端子を各種の溶接の他、拡散接合（常温、加熱雰囲気）させたり、同じく湿式（めっき）や乾式（スパッタリング）の表面処理方法を用いて、ＮｉやＣｕ他の金属を表面に形成することもでき、これらの場合でも底面部分に形成された凹部（薄肉部分）によって、端子の厚みの全部または一部を収容することができる。

次に、本発明の電源装置用外装缶を製造する際の工程について説明する。本発明の外装缶は、市販のトランスファープレス機（例えば１１ステージのものや１３ステージのものなど）を用いた深絞り成形によって製造することができ、プレス法にて外装缶を成型する過程で凹部を形成するのが一般的であるが、凹部形成方法はこれに限定されるものではなく、切削法などにより凹部を形成しても良い。図４（ａ）には、本発明の電源装置用外装缶を製造する際の凹部形成工程として特に好ましいプレス法による加工工程が示されており、最終工程または最終工程の一つ前の工程において、ノックアウト５に所望形状の凹部形成パンチ６を挿入固定し（図４（ｂ）参照）、このノックアウトをトランスファープレス機内に設置し、図４（ａ）に示されるようにして、プレス下死点において上型パンチ７で外装缶１の底面部分を加圧し、凹部形状を形成させる。この際、下死点においては、加圧による缶底の肉厚の幅方向の動きを制御するために、外装缶１の外側寸法の溝を設けて膨らみを抑制させるが、一般的には、図４（ｃ）に示されるような外観を有する膨らみ防止部材８の中央部分に設けた空洞内に外装缶１の下側部分を挿入する。本発明では、上記の凹部形成加工によって凹部の壁面厚みは薄くなるが、その周辺部分の厚みが若干大きくなることで外装部材としての強度が低下することはない。尚、上記プレス工程では、ノックアウト５を交換することによって、外装缶の壁面に形成する凹部の大きさや深さを任意に変えることができる。

又、上記の外装缶を使用した本発明の電源装置にあっては、内部空洞が形成された所要形状（一般的には薄厚直方体状）の外装缶の前記内部空洞に、電気を供給するための電気供給源が収容されており、前記外装缶を構成する壁面の少なくとも一つに、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられ、前記凹部の壁面厚みが当該凹部の周囲部分よりも薄く、このような凹部が存在することによって、凹部を有しない従来品に比べて、電池外装缶の凹部が形成された面の面積×凹部深さだけ電池の内容量が増加する。
このような構造の本発明の電源装置は、前述の構造を有した外装缶の内部空洞に電気供給源を収容した後、開口部を蓋材により封鎖して外装缶を密封した状態とすることにより製造でき、本発明の電源装置の具体例としては、電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池など）やコンデンサー、キャパシター等が挙げられる。

尚、本発明の電源装置用外装蓋は、図５に示されるようにして、一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された外装缶１の開口部を封止するためのものであり、この外装蓋９には、通電端子１０及び／又は電極（図示されていない）を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部２が設けられており、凹部２の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっている。図５における符号１１は、電池内部圧力が上昇した時などに部分的に破壊が起こるようになった膜状の弁（安全弁）である。又、この本発明の外装蓋９には、樹脂製の絶縁シール部材１３を収容するための凹部１２に貫通孔が設けられており、金属製の端子リベット１４が外装蓋９を貫通して内部電源と電気接続されるようになっており、通電端子又は電極が内部電極と導通しておらず、外装蓋と絶縁されることなく、外装蓋と同じ極性になっている。
本発明では、外装缶と外装蓋の少なくとも一箇所に前述の凹部２が設けられていれば良く、凹部２が設けられる位置については適宜選択できる。
これに対して、従来の電源装置用外装蓋としては、図６に例示されるような構造のものが挙げられ、この外装蓋は、図５の外装蓋と同様に、樹脂製の絶縁シール部材１３及び金属製の端子リベット１４が外装蓋９’を貫通して内部電源と電気接続されるようになっているが、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容するための凹部は設けられていない。

本発明の電源装置用外装蓋に設けられた凹部の周囲部分に対する、外装蓋の凹部の具体的な厚み範囲としては、角形ＬＩＢに利用する場合は、凹部の深さが外装缶と同じく０．１〜０．２５ｍｍが一般的である。
本発明の電源装置は、上記の構造を有した外装蓋により、図５に示されるようにして、電気供給源が収容された外装缶の開口部が封止されたものでもあり、外装蓋に設けられた凹部に、通電端子及び／又は電極が少なくとも部分的に収容された構造であるために、従来の製品よりも容量が大きなものとなる。

壁面の少なくとも一つに凹部（薄肉部分）を有した本発明の外装缶は、電池、コンデンサー、キャパシター他の電源装置の外装材として実用可能であり、このような外装缶を用いることによって、従来の製品よりも容量の大きな電源機器（電源装置）が得られる。又、通電端子や電極を少なくとも部分的に収容可能な凹部が設けられた本発明の電源装置用外装蓋も、大容量の電源機器の製造に有用である。

Claims (4)

1. 一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶であって、当該外装缶を構成する壁面の少なくとも一つには、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられており、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする電源装置用外装缶。
2. 内部空洞が形成された所要形状の外装缶の前記内部空洞に、電気を供給するための電気供給源が収容されており、前記外装缶を構成する壁面の少なくとも一つに、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられ、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする電源装置。
3. 一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶の前記開口部を封止するための外装蓋であって、当該外装蓋には、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられており、当該凹部には貫通孔が存在せず、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする電源装置用外装蓋。
4. 一端側に開口部を有し、電気を供給するための電気供給源を収容可能な内部空洞が形成された所要形状の外装缶の、前記内部空洞に、電気を供給するための電気供給源が収容され、当該外装缶の開口部が外装蓋によって封止された構造を有する電源装置であって、前記外装蓋には、通電端子及び／又は電極を少なくとも部分的に収容した状態で取り付け可能な凹部が設けられ、当該凹部には貫通孔が存在せず、前記凹部の壁面厚みが、当該凹部の周囲部分よりも薄くなっていることを特徴とする電源装置。

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