JPWO2015068353A1 - 密閉型電池用封口体及び密閉型電池 - Google Patents
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Abstract
本発明にかかる封口体は、導電性の端子キャップと、前記端子キャップと電気的に接続された導電性の防爆弁と、前記防爆弁との当接面を有する導電性の端子板と、前記防爆弁と前記端子板の間に配置された絶縁板とを、備えた密閉型電池用封口体であって、前記当接面の内周部には前記防爆弁と前記端子板との溶接部が形成され、前記溶接部の平面形状が閉じられた領域を画定する形状、Ｃ字形状又は渦巻形状であり、前記端子板には前記溶接部の周囲を囲むノッチ部が形成されており、前記溶接部の破断圧力は前記ノッチ部の破断圧力より大きいことを特徴とする。
Description
本発明は、電池内圧が所定値に達したときに電流を遮断する安全機構を備える封口体及びこれを用いた密閉型電池に関する。
近年、スマートフォンを含む携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯型ゲーム機等の移動・携帯型電子機器が数多く登場しており、これらの駆動電源として密閉型電池が用いられている。密閉型電池の中でも特に、繰り返しの充放電が可能な非水電解質二次電池は、軽量で高容量であることから広く利用されている。
密閉型電池は、誤使用や充電機器の故障などによって、過充電された場合、電解液の分解に伴って電池内部の圧力が上昇することになる。密閉型電池が過充電され続けると、密閉型電池の封口体の突出や外装缶の破断などにより、電解液が周囲に飛散して、密閉型電池を収納する電子機器を損傷させることになる。そこで密閉型電池には、電池内部の圧力が所定値に達したときに電流を遮断する安全機構が備えられている。
特許文献１には電池内部の圧力が所定値に達したときに、封口体内部の隔壁と極板の導電リードに接続された溶接板との溶接部を破断させることによって電流を遮断する安全機構が開示されている。一方、特許文献２には電池内部の圧力が所定値に達したときに、封口体内部の上部金属箔と下部金属箔との溶接部ではなく、下部金属箔に設けられた薄肉の易破断部を破断させることによって、電流を遮断する安全機構が開示されている。特許文献３には、封口体内部の上部金属箔と下部金属箔とを、レーザー溶接することが開示されている。
特許文献１に記載されているように、隔壁と溶接板のような２つの金属箔の溶接部を破断させる場合は、その破断圧力のバラツキを抑制することが困難であるという課題がある。また、隔壁と溶接板との溶接部を破断させるという構成上、その溶接強度を大きくすることができないため、密閉型電池が振動や落下といった衝撃を受けた場合に、その溶接部が破断してしまうという課題がある。
隔壁と溶接板のような２つの金属箔の溶接部を破断させるのではなく、特許文献２に記載されているように下部金属箔に設けられた薄肉の易破断部を破断させる構成とすれば、上記課題は解決されるように思われる。しかし、密閉型電池はその用途によって、電流を遮断させるべき電池内部の圧力値が異なる場合がある。そのため、特許文献２に開示された技術によれば、密閉型電池の用途毎に下部金属箔の薄肉の易破断部の厚みを変更しなければならなくなる。すると、密閉型電池の用途毎に下部金属箔を別部品とすることになるため、密閉型電池の製造工程が煩雑となり、製造コストが上昇してしまうことになる。このような課題については、特許文献２及び３において、何ら検討されていない。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電流遮断圧のバラツキが少なく、電流遮断圧の変更が容易な安全機構を有する封口体及びその封口体を備えた密閉型電池を提供することを目的とする。
本発明は、導電性の端子キャップと、前記端子キャップと電気的に接続された導電性の防爆弁と、前記防爆弁との当接面を有する導電性の端子板と、前記防爆弁と前記端子板の間に配置された絶縁板とを、備えた密閉型電池用封口体であって、前記当接面の内周部には前記防爆弁と前記端子板との溶接部が形成され、前記溶接部の平面形状が閉じられた領域を画定する形状、Ｃ字形状又は渦巻形状であり、前記端子板には前記溶接部の周囲を囲むノッチ部が形成されており、前記溶接部の破断圧力は前記ノッチ部の破断圧力より大きい、ことを特徴とする密閉型電池用封口体に関する。
上記の「前記溶接部の破断圧力は、前記ノッチ部の破断圧力より大きい」とは、電池内部の圧力が上昇した場合に前記ノッチ部が先に破断する構成であることを意味している。つまり本発明においては、前記ノッチ部の破断圧力が電流遮断圧に一致することになる。
本発明においては、前記溶接部を形成するために高エネルギー線を用いることが好ましい。高エネルギー線を用いれば、溶接部の平面形状を、閉じられた領域を画定する形状、Ｃ字形状又は渦巻形状とすることが容易だからである。
さらに、本発明は上記の封口体を備えた密閉型電池に関する。
本発明によれば、電池内部の圧力が所定値に達したときに、端子板のノッチ部が破断して電流を遮断することになるため、その破断圧力のバラツキを小さくすることができる。また本発明によれば、防爆弁と端子板との溶接部の形状を相似的に変化させることで、ノッチ部の破断圧力、すなわち電流遮断圧を変化させることができる。つまり、本発明によれば、密閉型電池の用途毎に端子板のノッチ部の残肉厚みを変化させる必要がなくなるため、密閉型電池の製造工程の簡素化及び製造コストの削減が可能となる。
以下、本発明を実施するための形態を説明するが、本発明は下記の実施形態によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
本発明において、防爆弁は電池内部の圧力が所定値に達したときに破断して、電池内部のガスを排出する機能を有する。そのため防爆弁には可撓性の金属、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。また、防爆弁と溶接される端子板にもアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。防爆弁と端子板との当接面に溶接部を形成するには、超音波溶接又は高エネルギー線による溶接を用いることができる。本発明においては、端子板に薄肉のノッチ部が形成されているため、高エネルギー線による溶接を用いることが好ましい。高エネルギー線としては、電子ビーム及びレーザー光のいずれも使用することができる。なお、防爆弁と端子板との当接面を形成するために、防爆弁と端子板の少なくとも一方に、当接面に向かって突出する突起部を形成することが好ましい。
本発明において、端子板に形成されるノッチ部はプレス加工によって形成することができる。このノッチ部の平面形状は、防爆弁と端子板との溶接部の周囲を囲むように形成されていることが好ましい。ノッチ部が溶接部の周囲を完全に囲っている必要はなく、ノッチ部はＣ字形のような形状をとることもできる。しかし、最も好ましい態様としては、ノッチ部の形状を溶接部の外形と同一にすることが挙げられる。このような形状とすれば、溶接部の外形からノッチ部までの距離が均一となるため、溶接部の形状を相似的に変化させた場合、その変化量とノッチ部の破断圧力の変化量との間の相関性が高くなり、破断圧力の調整が容易となる。ノッチ部の断面形状は特に制限はないが、Ｖ字形又はＵ字形とすることが好ましい。なお、ノッチ部は端子板の電池内部側及び電池外部側のどちらの面に形成してもよいが、電池外部側に形成することが好ましい。
本発明において、「閉じられた領域を画定する形状」に特に制限はないが、その好ましい態様としては、円形状、楕円形状及び多角形状が挙げられる。中でも、溶接部の形状としては円形状が最も好ましい。また、防爆弁と端子板との溶接部の平面形状は、Ｃ字形状又は渦巻形状であってもよい。これらの形状と上記の閉じられた領域を画定する形状は、一本の線で描かれた形状であること及び二次的な形状であることで共通しており、いずれの形状であっても本発明の効果が奏されることになる。この点については、後に実験例の結果とともに詳述する。
本発明において、端子キャップと防爆弁とは電気的に接続されている。端子キャップと防爆弁はいずれも導電性の材料から構成されているので、これらは物理的に接触していれば十分である。端子キャップと防爆弁とが共に金属材料から構成されている場合は、それらを高エネルギー線によって溶接することもできる。これにより、端子キャップと防爆弁との間の電気抵抗を低減することができる。
本発明において、端子板に形成されたノッチ部が破断したときに、防爆弁と端子板の間に流れる電流を遮断するために、防爆弁と端子板の間には絶縁板が配置されている。絶縁板の形状に特に制限はないが、中央部に開口部を有する環状の形状であることが好ましい。このような形状であれば、防爆弁と端子板との当接面を絶縁板の開口部内に配置させる一方で、当接面以外の部分は確実に絶縁することができる。さらに、端子キャップと防爆弁との間には、ＰＴＣ素子を配置することができる。これにより、密閉型電池の安全性をさらに高めることができる。
本発明にかかる密閉型電池には、ニッケルカドミウム電池及びニッケル水素電池に代表される水溶液系の密閉型電池、並びにリチウムイオン電池に代表される非水系の密閉型電池のいずれも含まれる。
以下、本発明を実施するための形態について、図１に記載された本発明の一実施態様である実験例を用いて、より具体的に説明する。
本実験例にかかる封口体は、ニッケルめっきされた鉄製の端子キャップ１０１、アルミニウム製の防爆弁１０２、開口部を有する絶縁板１０３及びアルミニウム製の端子板１０４で構成されている。
端子キャップ１０１は、電池外部側に突出する凸部と、その周囲部に配置されたフランジ部を有し、フランジ部と防爆弁１０２とがレーザー光で溶接されている。防爆弁１０２と端子板１０４とは、絶縁板１０３の開口部内に形成された当接面１０７の内周部で溶接されている。この当接面１０７を形成するために、防爆弁１０２の中心部には直径２ｍｍの突起部が形成されている。また、端子板１０４の厚みは０．５ｍｍであるが、防爆弁１０２との当接面１０７の近傍には厚みが０．１５ｍｍの薄肉部１０７が形成されている。防爆弁１０２と端子板１０４との当接面１０７の内周部には、図２に示すようにレーザー光によって平面形状が円形状である溶接部１０８が形成されている。さらに端子板１０４には、溶接部１０８の周囲に平面形状が円形状であるノッチ部１０５が形成されている。このノッチ部１０５は、残肉厚みが６０μｍ、断面形状がＶ字形状となるように形成されている。
防爆弁１０２と端子板１０４との当接面１０７の内周部に形成される円形状の溶接部１０８の直径が、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ及び１．４４ｍｍとなるように、それぞれ３０個の封口体を作製した。図１及び図２において、溶接部１０８の直径をφＡと示した。このように作製した封口体の電流遮断圧を測定し、溶接部１０８の直径毎にそれぞれの電流遮断圧の平均値を算出した。図３に、溶接部１０８の直径と電流遮断圧の平均値との相関関係を示した。
本実験例のように防爆弁１０２と、ノッチ部１０５を形成した端子板１０４とを溶接する場合、溶接部１０８の平面形状を円形状とすることで、ノッチ部１０５の残肉厚みを変化させることなく、溶接部１０８の直径を変化させるだけで、電流遮断圧を変化させることが可能であることがわかる。図３に示された結果は、溶接部１０８からノッチ部１０５までの距離が電流遮断圧に影響するパラメータであること示唆しているものと考えられる。したがって、溶接部１０８の平面形状が１つの閉じられた形状であれば、その形状を相似的に変化させることにより、溶接部１０８の平面形状の外形からノッチ部１０５までの距離が一様に変化することになるため、本発明のような効果が奏されることになると考えられる。また、溶接部１０８の平面形状がＣ字形状及び渦巻形状であっても、それらの形状を相似的に変化させることにより、溶接部１０８の平面形状の外形からノッチ部１０５までの距離が一様に変化することになるので、本発明の効果が奏されることになると考えられる。
以上のとおり、本発明によれば端子板のノッチ部厚みではなく、防爆弁と端子板との溶接条件を変更させるだけで、電流遮断圧を変化させることができるため、製造工程の簡素化及び製造コストの削減が可能となる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は大きい。
１０１ 端子キャップ
１０２ 防爆弁
１０３ 絶縁板
１０４ 端子板
１０５ ノッチ部
１０６ 薄肉部
１０７ 当接面
１０８ 溶接部
φＡ 溶接部の直径
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Claims (5)
- 導電性の端子キャップと、前記端子キャップと電気的に接続された導電性の防爆弁と、前記防爆弁との当接面を有する導電性の端子板と、前記防爆弁と前記端子板の間に配置された絶縁板とを、備えた密閉型電池用封口体であって、
前記当接面の内周部には前記防爆弁と前記端子板との溶接部が形成され、前記溶接部の平面形状が閉じられた領域を画定する形状であり、
前記端子板には前記溶接部の周囲を囲むノッチ部が形成されており、
前記溶接部の破断圧力は前記ノッチ部の破断圧力より大きい、
ことを特徴とする密閉型電池用封口体。 - 前記溶接部の平面形状が円形状である請求項１に記載の密閉型電池用封口体。
- 導電性の端子キャップと、前記端子キャップと電気的に接続された導電性の防爆弁と、前記防爆弁との当接面を有する導電性の端子板と、前記防爆弁と前記端子板の間に配置された絶縁板とを、備えた密閉型電池用封口体であって、
前記当接面の内周部には前記防爆弁と前記端子板との溶接部が形成され、前記溶接部の平面形状がＣ字形状又は渦巻形状であり、
前記端子板には前記溶接部の周囲を囲むノッチ部が形成されており、
前記溶接部の破断圧力は前記ノッチ部の破断圧力より大きい、
ことを特徴とする密閉型電池用封口体。 - 前記溶接部が高エネルギー線によって形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池用封口体。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の前記密閉型電池用封口体を備える密閉型電池。
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