JPWO2013132632A1 - 密閉型電池、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
密閉型電池は、ケース内を完全に密閉する必要があるが、封止材とケースとを溶接する際、注液口に付着した電解液によって溶接不良を招くおそれがある。
このような問題を解決するための技術が特許文献1に記載されている。
特許文献1に記載の密閉型電池においては、注液口にゴム製の封止栓を嵌入して注液口を封止することで、ケース内を密閉する。更に、封止栓における嵌入部分とは反対側の部分(図7における上側部分)に固定された板状の封止板を凹部に挿入し、レーザー溶接によって封止板とケースとを接合することで、ケース内を完全に密閉する。
このように、電解液が付着する可能性のある注液口を封止栓で封止した上で、レーザー溶接によって封止板とケースとを接合することにより、ケース内を確実に密閉すると共に、溶接不良の低減を図っている。
なお、説明の便宜上、図1における上下方向を電池1の上下方向と規定する。
前記電極体は、シート状に形成された一対の電極(正極及び負極)がセパレータを介して積層され、捲回されることによって作製されている。前記電極体は、前記電解液が含浸されることにより発電要素として機能する。
一対の端子13・13は、上下方向に沿って蓋部12を貫通し、上方に向けて突出している。
凹部12aは、蓋部12の上面がケース10の内部に向けて(下方に)窪むことによって形成されている。凹部12aは、平面視で円形状を有し、一定の深さ(上下寸法)で形成されている。凹部12aには、注液口12bが形成されている。
注液口12bは、ケース10の内部に前記電解液を注入するための貫通孔であり、平面視で円形状を有する。注液口12bは、凹部12aの中央部分に位置し、ケース10の内部と外部とが連通するように形成されている。
封止栓21は、注液口12bに嵌入される嵌入部21aと、凹部12aに当接する当接部21bとを有する。
嵌入部21aは、略円錐台状に形成されている。嵌入部21aにおける小径側の端部(下端部)の外径は、注液口12bの内径よりも若干小さく設定され、嵌入部21aにおける大径側の端部(上端部)の外径は、注液口12bの内径よりも若干大きく設定されている。
当接部21bは、環状に形成されると共に、下方に突出するように形成されている。当接部21bは、嵌入部21aにおける大径側の端部(上端部)の周囲に配置され、嵌入部21aと一体的に構成されている。
このように構成された封止栓21においては、嵌入部21aが注液口12bに嵌入されると、当接部21bの下端部が凹部12aの底面(上下方向に直交する面)に当接することとなる。
こうして、注液口12bに嵌入された嵌入部21aと、凹部12aに密着した当接部21bとによって、ケース10内が密閉される。
封止板22は、注液口12bを覆うように凹部12aに挿入された状態で、蓋部12に接合されている。詳細には、凹部12aに挿入された状態の封止板22の外周面と、凹部12aの内周面(上下方向に沿った面)とが、それらの全周に亘って、レーザー溶接によって連続的に接合されている。
こうして、蓋部12に接合された封止板22によって、ケース10内が完全に密閉される。
空間Sは、蓋部12の凹部12aと、封止栓21の当接部21bと、封止板22との間に形成され、体積が4[mm3]程度の微小な空間である。
断熱部材30は、ケース10及び封止板22よりも熱伝導率の低い素材から成る。例えば、ケース10及び封止板22がA1050−O材等の主成分がアルミニウムである素材から成る場合には、断熱部材30として、ステンレス鋼、チタン、ニッケル鋼、又はニッケルクロム鋼等の金属を採用可能である。
そのため、蓋部12と封止板22とがレーザー溶接によって接合される際、レーザー光が直接、空間Sに進入することが断熱部材30によって防止される。
また、断熱部材30は、ケース10及び封止板22よりも熱伝導率の低い金属から成る。
そのため、レーザー光からケース10及び封止板22を通して空間Sに伝わる熱量がよりも、レーザー光から断熱部材30を通して空間Sに伝わる熱量の方が小さくなる。
こうして、レーザー光から空間Sへの熱伝導を抑制することができる。
したがって、蓋部12と封止板22との溶接が完了して空間Sが密閉された際、空間Sに存在する気体がレーザー光の熱によって急激に膨張して、蓋部12及び封止板22の溶融部分がケース10の外部に流出することを抑制できる。
なお、断熱部材30として、熱伝導率の低い樹脂を採用することが考えられるが、その融点が、蓋部12及び封止板22よりも低くなり、溶接に悪影響を及ぼすおそれがあるため、このような樹脂は、断熱部材30として不適である。
また、断熱部材30として、既存のシムを採用可能である。
封止工程S10は、収納部11に前記電極体を収納し、収納部11と蓋部12とを溶接し、ケース10内に前記電解液を注入した後に行われる。
封止工程S10においては、まず、断熱部材30を蓋部12の凹部12aに設置する。
そして、減圧ポンプ等によってケース10内を減圧しつつ、二重封止部材20をケース10に取り付ける。
この時、ケース10の内部と外部との間に差圧が生じているため、封止栓21が凹部12aの底面(上下方向に直交する面)に吸着し、これに伴って封止板22が凹部12aに挿入されることとなる。
こうして、二重封止部材20の封止栓21によってケース10内が密閉され、蓋部12における凹部12aの内周面と、封止板22の外周面との境界部分の全域が断熱部材30によって塞がれる。
封止工程S10においては、凹部12aに挿入された状態の封止板22の外周面と、凹部12aの内周面(上下方向に沿った面)とを、それらの全周に亘って、レーザー溶接によって連続的に接合する。
この時、前述のように、空間Sには、蓋部12における凹部12aの内周面と、封止板22の外周面との境界部分の全域を塞ぐように、ケース10及び封止板22よりも低い熱伝導率を有する断熱部材30が設けられているため、密閉された空間Sに存在する気体がレーザー光の熱によって急激に膨張することに起因する溶接不良を抑制できる。
なお、溶接工程S20は、二重封止部材20の動きを規制するために、蓋部12及び封止板22に対して、予め部分的に溶接を行った状態で行うことが好ましい。
この場合には、図5に示すように、断熱部材30を封止板22の下面に固定する等して、蓋部12における凹部12aの内周面と、封止板22の外周面との境界部分の全域を塞ぐように、断熱部材30を空間Sに配置すればよい。
しかしながら、断熱部材30の厚みが、凹部12aの底面から封止板22の下面までの最短距離と略同一の場合、断熱部材30を凹部12aに設置するだけでよいため、断熱部材30の厚みを、凹部12aの底面から封止板22の下面までの最短距離と略同一に設定することが好ましい。
例えば、図6に示すように、断熱部材30を、環状の部材を径方向に沿って切断した形状として、凹部12aの内周面と封止板22の外周面との境界部分の一部を塞ぐような構成とすることも可能である。
この場合には、レーザー溶接の終了位置である位置Pを、凹部12aの内周面と封止板22の外周面との境界部分における断熱部材30が存在する位置に設定すればよい。
レーザー溶接は、位置Pから開始され、位置Pにて終了する。そのため、最終的に、位置Pにおける、凹部12aの内周面と封止板22の外周面との境界部分が溶接されることによって、空間Sが密閉されることとなる。
したがって、少なくとも、位置Pにおいて、レーザー光から空間Sへの熱伝導を抑制することができれば、密閉された空間Sに存在する気体がレーザー光の熱によって急激に膨張することに起因する溶接不良を抑制できるのである。
しかしながら、断熱部材30が環状の場合、位置Pを厳密に設定する必要がないため、断熱部材30を環状とすることが好ましい。
ここで、A1050−O材等の主成分がアルミニウムである素材の熱伝導率は、約200[W/(m・K)]であり、ステンレス鋼、チタン、ニッケル鋼、及びニッケルクロム鋼の熱伝導率は、概ね15〜20[W/(m・K)]である。
このように、ステンレス鋼、チタン、ニッケル鋼、及びニッケルクロム鋼の熱伝導率は、A1050−O材等の主成分がアルミニウムである素材の熱伝導率よりも極めて小さい。
断熱部材30の熱伝導率と、ケース10及び封止板22の熱伝導率との差が大きいほど、レーザー光から断熱部材30を通して空間Sに伝わる熱量が小さくなる。
そのため、ケース10及び封止板22を成す素材を、A1050−O材等の主成分がアルミニウムである素材とし、断熱部材30を成す素材を、ステンレス鋼、チタン、ニッケル鋼、又はニッケルクロム鋼とすることが好ましい。
10 ケース
11 収納部
12 蓋部
12a 凹部
12b 注液口
20 二重封止部材
21 封止栓(第一封止部材)
21a 嵌入部
21b 当接部
22 封止板(第二封止部材)
30 断熱部材
S 空間
Claims (5)
- 開口面を有する収納部、及び当該収納部の開口面を塞ぐ蓋部から構成されるケースを具備し、
前記蓋部には、前記ケースの内部に向けて窪んだ凹部が形成され、
前記凹部には、前記ケースの内部と外部とを連通する注液口が形成され、
前記注液口に嵌入される第一封止部材と、前記注液口を覆うように前記凹部に挿入された状態で前記蓋部に接合される第二封止部材とによって、前記ケース内が密閉される密閉型電池の製造方法であって、
前記第一封止部材を前記注液口に嵌入すると共に、当該注液口を覆うように前記第二封止部材を前記凹部に挿入して、前記注液口を封止する封止工程と、
前記凹部に挿入された状態の前記第二封止部材の外周面と、前記凹部の内周面とを、それらの全周に亘って、レーザー溶接によって連続的に接合する溶接工程と、を具備し、
前記封止工程においては、前記凹部と、前記第一封止部材と、前記第二封止部材との間に形成される微小な空間に、前記第二封止部材の外周面と前記凹部の内周面との境界部分の少なくとも一部を塞ぐように、前記ケース及び前記第二封止部材よりも低い熱伝導率を有する断熱部材を設け、
前記溶接工程においては、前記第二封止部材の外周面と前記凹部の内周面との境界部分における前記断熱部材が存在する位置にて溶接を終了させる、
ことを特徴とする、密閉型電池の製造方法。 - 前記第二封止部材は、主成分がアルミニウムである素材から成り、
前記断熱部材は、ステンレス鋼、チタン、ニッケル鋼、及びニッケルクロム鋼から成る群から選択される一種の金属から成る、
ことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電池の製造方法。 - 前記断熱部材は、前記凹部の内周面に沿った環状に形成される、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の密閉型電池の製造方法。 - 前記断熱部材は、前記凹部の底面から前記第二封止部材の内側面にかけて設けられる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の密閉型電池の製造方法。 - 開口面を有する収納部、及び当該収納部の開口面を塞ぐ蓋部から構成されるケースを具備し、
前記蓋部には、前記ケースの内部に向けて窪んだ凹部が形成され、
前記凹部には、前記ケースの内部と外部とを連通する注液口が形成され、
前記注液口に嵌入される第一封止部材と、前記注液口を覆うように前記凹部に挿入された状態で前記蓋部に接合される第二封止部材とによって、前記ケース内が密閉される密閉型電池であって、
前記凹部と、前記第一封止部材と、前記第二封止部材との間に形成される微小な空間に、前記第二封止部材の外周面と前記凹部の内周面との境界部分の全域を塞ぐように、前記ケース及び前記第二封止部材よりも低い熱伝導率を有する断熱部材が設けられ、
前記凹部に挿入された状態の前記第二封止部材の外周面と、前記凹部の内周面とは、それらの全周に亘って、レーザー溶接によって連続的に接合される、
ことを特徴とする密閉型電池。
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