KR20080089160A

KR20080089160A - 밀폐형 전지와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080089160A
Application number: KR1020080014245A
Authority: KR
Inventors: 에이지 오꾸따니; 아쯔시 오오바야시; 도모까즈 야마나까; 요시꾸미 미야모또; 류우지 오오시따
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2008-10-06
Also published as: US8439983B2; JP2008251411A; CN101276898B; CN101276898A; US20080241679A1; JP5121279B2

Abstract

본 발명의 과제는 전극 단자와 집전 부품을 확실하게 용접함으로써, 우수한 전지 성능의 발휘가 가능한 밀폐형 전지와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

부극 단자(18)를 원반 형상의 단자부(180)와, 선단부(187)에 있어서 외부에 연통하는 중공부(185)를 갖는 본체부(181)와, 집전 부품(22)의 삽입 관통구 부근에 형성된 원뿔대부(코오킹 씌움 영역)(182)로 구성한다. 원뿔대부(182)의 바닥면(C)은, 집전 부품(22)의 하방의 주면부(B)에 밀착하도록 코오킹 압접한다. 그리고 원뿔대부(182)와 집전 부품(22)을, 원뿔대부(182)의 주연 영역에 있어서 복수의 용접 스폿부(183)가 형성되도록 레이저 용접한다.

부극 단자, 단자부, 선단부, 중공부, 본체부, 원뿔대부

Description

밀폐형 전지와 그 제조 방법 {SEALED BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 밀폐형 전지와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 제조시에 있어서, 전극 단자와 집전 부품과의 용접을 양호하게 행하기 위한 기술에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화기나 휴대 정보 단말(PDA) 등의 휴대형 전자 기기가 급속하게 보급되고 있다.

이들 전자 기기에는, 높은 에너지 밀도의 전원으로서, 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지 등의 밀폐형 전지가 많이 사용되고 있다.

밀폐형 전지는, 일반적으로 바닥이 있는 사각형 등의 형상을 갖는 외장 캔에, 전극체가 전해액과 함께 수납되고, 밀봉판에 의해 내부가 밀봉되어 이루어진다. 전극체는, 예를 들어 띠 형상의 세퍼레이터를 개재시켜 정부 양극판을 겹치고, 이것을 소용돌이 형상으로 권취하여 성형한 구성을 갖는다. 부극(負極)판은 리드 탭을 통해 집전 부품에 접속되고, 당해 집전 부품은 밀봉체에 배치된 전극 단자(부극 단자)와 접속된다. 정극(正極)판은 리드 탭을 통해 정극 단자를 겸하는 외장 캔에 접속된다.

밀폐형 전지의 제조 공정은, 일례로서, 우선 알루미늄 합금으로 이루어지는 사각형 외장 캔에 상기 전극체를 수납한다. 한편, 도5의 단면도에 도시하는 바와 같이, 밀봉판(160)과 스페이서(20), 집전 부품(22) 등을 상기 순으로 겹치고, 이들에 대해 중공부(185)를 선단부(187)에 구비하는 본체부(181)를 갖는 전극 단자 부재(18x)를, 당해 본체부(181)에 있어서 가스켓(17)을 통해 삽입 관통시킨다[도5의 (a) 내지 도5의 (b)]. 그리고 삽입 관통 후, 본체부(181)를 부분적으로 그 길이 방향과 직교하는 방향으로 직경 확대하여, 판 형상부(182x)를 형성한다.

계속해서 판 형상부(182x)와 집전 부품(22)을 각 주면부(B, C')에 있어서 밀착시키면서, 이들을 단계적(여기서는 2단계)으로 나누어 코오킹 압접한다[도5의 (c) 내지 도5의 (d)]. 여기서 코오킹 압접만으로는, 판 형상부(182x)와 집전 부품(22) 사이에 전해액 등이 침입하면 전기 저항치가 불안정하게 되기 때문에, 코오킹 압접 영역의 일부를, 판 형상부(182x)의 하방 주면부(E)의 주면에 대해 수직 방향 부근으로부터 레이저 조사하여 용접한다[도6의 (a)].

그 후, 집전 부품(22)에는, 전극체로부터 연장시킨 리드 탭을 접속하고, 외장 캔의 개구부에 밀봉판(160)을 장착하여 양자를 용접한다. 전지 내부에는 밀봉판(160)에 형성한 주입구로부터 전해액을 주입하고, 그 후 주입구를 밀봉 마개로 막아서 밀폐한다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-272604호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2001-291506호 공보

그러나, 종래의 밀폐형 전지의 제조 공정에서는, 이하와 같이 전극 단자와 집전 부품과의 용접이 충분히 행해지지 않아, 전지 성능의 불량이 발생할 수 있는 문제가 있다.

즉 도6의 (a)에 나타내는 예에 따르면, 판 형상부(182x)의 주연에는, 집전 부품(22)의 주면부(B)의 평면 방향에 대해 각도 θ1이 예각으로 되는 단부면을 갖는 경사 단부(184x)가 형성된다. 여기서, 영역(S1)에서의 판 형상부(182x)와 집전 부품(22)과의 용접시에, 판 형상부(182x)의 주면부(E)의 주면에 대해 수직 방향 부근으로부터 레이저를 조사하면, 경사 단부(184x) 주변의 주면부(E)에 의한 차폐를 받아, 당해 경사 단부(184x) 바로 아래의 집전 부품(22)의 주면부(B) 부근으로의 레이저 조사가 이루어지지 않는다. 따라서, 레이저 조사시에는 경사 단부(184x)의 부근만이 열에너지를 받아 용해하고, 집전 부품(22)과의 용입이 발생하지 않는 경우가 있다. 또한, 경사 단부(184x)와 그 바로 아래의 주면부(B)와의 사이에는 간극이 존재하기 때문에, 레이저의 에너지는 집전 부품(22)측에는 전달되지 않고 경사 단부(184x)에 집중되므로, 과열에 의해 부재가 스패터에 의해 결락되는 문제도 발생할 수 있다.

이와 같은 용접 불량에 의한 각 문제는, 전극 단자와 집전 부품과의 도통 안정성을 손상시키거나, 스패터에 의해 결락된 부재의 혼입에 의해 단락이 발생할 수 있다. 따라서, 양호한 전지 성능을 얻기 위해서는 조급하게 해결해야 할 과제이 다.

본 발명은 이와 같은 과제에 비추어 이루어진 것이며, 전극 단자와 집전 부품을 확실하게 용접함으로써, 우수한 전지 성능의 발휘가 가능한 밀폐형 전지와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 세퍼레이터를 개재시켜 정부극판을 겹쳐 이루어지는 전극체가, 주면부를 갖는 집전 부품에 전기적으로 접속되고, 본체부를 갖는 전극 단자가 당해 본체부에 있어서 상기 집전 부품에 삽입 관통되고, 전극체 및 집전 부품이 외장체 내에 밀폐되어 이루어지는 밀폐형 전지이며, 전극 단자는 집전 부품의 삽입 관통구로부터 노출된 본체부의 영역에 원뿔대부를 갖고, 당해 원뿔대부는 집전 부품의 주면부에 바닥면이 밀착하도록 형성되고, 원뿔대부의 바닥면과 상기 집전 부품의 주면부가 코오킹 압접되고, 또한, 원뿔대부와 집전 부품이, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접되어 있는 것으로 했다.

여기서 상기 본체부는 개방된 선단부를 갖고, 상기 원뿔대부는 당해 개방된 선단부의 주위가 상기 직경 확대에 의해 변형하여 이루어지는 것으로 할 수 있다.

또한, 원뿔대부와 집전 부품은, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 에너지 빔 조사에 의해 스폿 용접하는 것도 가능하다.

또한 본 발명은, 밀폐형 전지의 제조 방법이며, 주면부를 갖는 집전 부품에 대해, 그 주면부에 본체부를 갖는 단자 부재를 당해 본체부에 있어서 삽입 관통시 키고, 삽입 관통한 본체부를 부분적으로 직경 확대하여 판 형상부를 형성함으로써 집전 부품과 단자 부재를 코오킹 압접시키는 직경 확대 스텝과, 판 형상부를 성형함으로써, 바닥면이 상기 주면부와 대향하도록 원뿔대부를 형성하는 성형 스텝과, 원뿔대부의 바닥면과 집전 부품의 주면부를 서로 코오킹 압접시킨 상태에서, 원뿔대부와 집전 부품을, 원뿔대부의 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접하는 용접 스텝을 거치는 것으로 했다.

여기서 성형 스텝에서는, 판 형상부의 주연을 압박형으로 변형시켜 원뿔대부를 형성할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 밀폐형 전지의 제조 방법이며, 주면부를 갖는 집전 부품에 대해, 선단부가 막자사발 형상으로 개방된 본체부를 갖는 단자 부재를 당해 본체부에 있어서 삽입 관통시키는 삽입 관통 스텝과, 삽입 관통한 본체부를 부분적으로 직경 확대시킴으로써 바닥면이 상기 주면부와 대향된 원뿔대부를 형성하면서 집전 부품과 단자 부재를 코오킹 압접시키는 직경 확대 스텝과, 원뿔대부의 바닥면과 집전 부품의 주면부를 서로 코오킹 압접시킨 상태에서, 원뿔대부와 집전 부품을, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접하는 용접 스텝을 거치는 것으로 했다.

또한, 본원에서 언급하는 원뿔대부의「상면」및「바닥면」이라 함은, 상기 순으로 원뿔대 형상에 있어서「면적이 큰 면」및「면적이 작은 면」을 가리킨다.

또한, 본원에서 언급하는「뿔대」라 함은 실질적인 형상을 가리키고, 실제 제조 공정에 있어서의 공차를 고려한 것으로 한다.

이상의 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 집전 부품에 삽입 관통된 전극 단자의 본체부는 원뿔대부를 구비하고, 또한, 당해 원뿔대부에 있어서, 상면보다 면적이 넓은 바닥면이 집전 부품의 주면부에 근접하도록 배치된다.

이로 인해, 원뿔대부의 바닥면은, 그 전체면에서 집전 부품의 주면부와 간극 없이 밀착할 수 있고, 또한, 원뿔대부의 상면을 그 수직 방향 부근으로부터 내려보면, 원뿔대부의 바닥면의 주연 단부와 그 주변의 집전 부품의 영역은, 원뿔대부의 테이퍼 형상의 경사 단부의 주위에서 함께 외부에 노출되어 있다.

따라서, 상기 원뿔대부의 상면에 수직인 방향으로부터, 레이저 조사 등에 의해 용접을 행할 때에는, 조사되는 레이저는 원뿔대부의 바닥면의 주연 단부와 그 주변의 집전 부품의 영역에 걸쳐 양호하게 조사된다. 그 결과, 원뿔대부와 집전 부품은 함께 용해하고, 용입되어 응고됨으로써 치우침이 없는 용접 부분이 형성된다.

그 결과, 종래와 같이, 레이저 용접시에 전극 단자만이 용해되어 집전 부품에 용입되지 않아, 용접 불량을 발생시키거나, 스패터 결락에 의해 내부 단락을 발생시키는 등의 문제를 억제하여 우수한 용접 부분을 형성할 수 있다.

따라서 본 발명에서는, 예를 들어 사용시에 전극 단자와 집전 부품 사이에 전해액이 침입하는 등의 상태가 되어도, 용접 불량에 의한 내부 저항의 상승을 방지하여, 안정된 전지 성능의 발휘를 기대할 수 있는 것이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 설명하지만, 당연히 본 발명은 이들 형식에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.

<제1 실시 형태>

1. 밀폐형 전지의 구성

도1은 본 발명의 일 적용예인 밀폐형 전지[이하, 단순히「전지(1)」라 칭함]의 구성을 도시하는 단면 사시도이다.

전지(1)는 사각형 리튬 이온 전지이며, 주로 밀봉체(16), 전극체(14), 사각형 외장 캔(15)[이하, 단순히「외장 캔(15)」이라 함]의 각 부품으로 구성된다. 여기서 당해 전지(1)는, 일례로서, 세로 42.5 ㎜(z방향) × 가로 33.7 ㎜(x방향) × 깊이(y방향) 4.2 ㎜인 사이즈로 제작되어 있다.

외장 캔(15)은, 판 형상의 알루미늄 합금 재료를 드로잉 가공하여 이루어지는 바닥이 있는 사각형의 외장체이다. 그 하우징의 내부에는, 소용돌이 형상의 전극체(14) 및 소정의 전해액이 수납된다. 당해 외장 캔(15)의 개구부(151)는 밀봉체(16)에 있어서의 밀봉판(160)의 주연부(161)와 레이저 용접되어, 내부가 밀봉되어 있다.

밀봉체(16)는, 알루미늄 합금의 판체를 펀칭하여 이루어지는 밀봉판(160)과, 그 하방의 주면측에 배치된 스페이서(20)를 갖고, 또한 가스켓(17)을 통해 밀봉판(160)의 주면 중앙부와 스페이서(20)를 삽입 관통하도록 부극 단자(18)가 배치된 구성을 갖는다. 밀봉판(160) 상의 부호 21은, 제조시에 전해액을 주액한 후 충전 밀봉되는 주액구 흔적이다.

부극 단자(18)는 니켈로 이루어지고, 도2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전지 외부에 배치되는 원반 형상의 단자부(180)와, 외부에 연통하는 중공부(185)를 갖는 본체부(181)와, 본체부(181)의 선단부(187)에 있어서 부분적으로 형성된 원뿔대부(코오킹 씌움 영역)(182)로 이루어진다. 본 제1 실시 형태에서는, 집전 부품(22)의 삽입 관통구로부터 노출된 전극 단자(18)의 본체부(181)의 영역에 원뿔대부(182)가 배치되어 있는 점이 종래 구성과 다르다.

원뿔대부(182)의 바닥면(C)은, 집전 부품(22)의 삽입 관통구 주변에 있어서의 주면부(B)에 밀착하도록 코오킹 압접되고, 도2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 복수의 용접 스폿부(183)에 있어서 레이저 용접되어 있다. 또한, 도2의 (b)에서는 용접 스폿부(183)를 2군데 설치하는 예를 나타내고 있지만, 당연히 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 복수의 용접 스폿부를 서로 겹치도록, 일정 범위에 걸쳐 연속하여 설치하도록 해도 좋다.

스페이서(20)는 절연 재료(폴리프로필렌 등)를 사출 성형하여 구성되고, 외장 캔(15)의 개구부(151) 부근에서 전극체(14)를 외장 캔(15)의 내부를 향해 홀드하고, 당해 전극체(14)를 진동 방지하는 역할을 한다.

집전 부품(22)은 니켈로 이루어지고, 스페이서(20)의 하방의 주면 중앙에 있는 삽입 관통구 부근에 있어서, 상기 원뿔대부(182)와 코오킹 압접 및 레이저 용접되도록 배치된다. 당해 집전 부품(22)은, 니켈로 이루어지는 리드 탭(19)을 통해, 전극체(14)의 부극판(12)과 저항 접속된다.

전극체(14)는, 각각 띠 형상의 정극판(11), 세퍼레이터(13), 부극판(12), 세퍼레이터(13)를 순차 적층시키고, 이것을 권취하여, 측면으로부터 눌러 찌부러뜨려 편평 단면 형상으로 성형한 것이다.

또한, 전극체(14)의 체적은 에너지 밀도를 확보하는 관점으로부터, 외장 캔(15)의 용적에 대해 가능한 한 크게 설정하는 것이 바람직하다.

정극판(11)은, 알루미늄 등의 정극 코어체 표면에, 정극 활물질인 코발트산 리튬(LiCoO₂ 등)을 주체로 하여, 도전제와 결착제를 혼합한 정극 혼합제를 도포하여 이루어진다. 당해 정극판(11)은, 외장 캔(15)의 내면과 도전성 탭(도시되지 않음)으로 전기적으로 접속된다. 이에 의해 외장 캔(15)이 정극 단자의 역할을 겸한다.

부극판(12)은, 구리 등의 부극 코어체 표면에, 부극 활물질인 탄소질 재료를 주체로 하여, 결착제를 혼합한 부극 혼합제를 도포하여 이루어진다.

세퍼레이터(13)는, 폴리에틸렌제의 미다공성 필름이며, 정극판(11)과 부극판(12)의 절연에 이용된다. 그 내열 온도는 120 ℃ 정도로 설정되어 있다.

또한, 도1에서 세퍼레이터(13)는 편의상, 정부극판(11, 12)과 대략 동일 사이즈인 직사각 형상으로 도시하고 있지만, 당해 세퍼레이터의 상하 어느 하나를 주머니 형상으로 하고, 그 중에 정극판(11)을 넣어 부극판(12)과 절연을 도모하도록 해도 좋다.

전극체(14)에 함침되는 전해액은, 1MLiPF₆-EC/DMC(EC : DMC = 30 : 70의 체적비, 25 ℃) 등의 비수계의 조성으로 구성된다.

이상의 구성을 갖는 리튬 이온 전지(1)에 따르면, 충전시에는 정극판(11)에 있어서 코발트산 리튬 중의 리튬이 이온으로 되어(LiCoO₂ → Li₁ _- _xCoO₂ + xLi⁺ + xe^-), 리튬 이온 Li⁺이 전해액 중을 유통하여 부극판(12)측으로 이동한다.

한편 부극판(12)측에서는, 리튬 이온 Li⁺은 흑연을 구성하는 탄소 결정의 층 내에 도입된다.

그리고 방전시에는 이것과 반대의 전지 반응이 발생하고, 외부 전력(일례로서 800 mAh)이 취출된다.

여기서 전지(1)는, 부극 단자(18)의 원뿔대부(182)와 집전 부품(22)과의 용접 부분 주변의 구성에 특징을 갖는다. 즉 도4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 부극 단자(18)의 원뿔대부(182)는, 면적이 큰 바닥면(C)이 그 전체면에 있어서 집전 부품(22)의 주면부(B)에 밀착되고, 면적이 작은 상면(D)이 집전 부품(22)으로부터 먼 위치에 배치되어 있다.

이에 의해, 원뿔대부(182)의 테이퍼 형상 단부면을 갖는 경사 단부(184)와 주면부(B)와 평면 방향 사이의 각도 θ2는 둔각으로 조정된다. 또한, 각도 θ2가 취할 수 있는 구체적인 범위로서는, 120°이상 150°이하의 범위로 하는 것이 적절하다.

이 원뿔대부(182)에 따르면, 제조시에 상면(D)의 평면에 대해 수직 방향(역z방향) 또는 그 부근의 각도(수직 각도로부터 10°정도 경사진 조사 각도를 포함함) 로부터 레이저를 조사한 경우, 집전 부품(22)과 원뿔대부(182)에 대해, 그 바닥면(C)의 주연을 포함하는 영역에 레이저 조사할 수 있고, 이들을 모두 용해시켜, 용입 후에 응고시킴으로써 양호한 스폿 용접이 이루어진다.

이하, 이 특징에 대해, 밀봉체(16)의 제조 공정과 함께 설명한다.

2. 밀봉체(16)의 제조 공정

본 제1 실시 형태의 제조 공정에서는, 이하에 도시하는 바와 같이, 원뿔대부(182)의 성형 스텝과, 집전 부품(22) 및 원뿔대부(182)의 용접 스텝을 순차 거치는 것으로 하고 있다.

우선 최초로, 단자 부재(18x)[코오킹 압접 전의 부극 단자(18)]를 준비한다[전술한 도5의 (a)]. 그리고 절연 부재인 가스켓(17)을 개재시켜, 단자 부재(18x)를 밀봉판(160), 스페이서(20), 집전 부품(22)에 순차 삽입 관통시킨다[도5의 (b)].

다음에, 소정의 압박형(型)을 이용하여, 본체부(181)의 길이 방향에 교차하는 방향(여기서는 수평 방향)으로 중공부(185)를 직경 확대시키는 직경 확대 스텝을 행한다. 이에 의해 단계적[여기서는 (c) 및 (d)의 2단계]으로 코오킹 처리를 행하고, 선단부(187)의 주위를 변형시켜, 판 형상부(182x)를 형성한다[도5의 (d)].

계속해서 도3에 도시하는 바와 같이, 판 형상부(182)와 상보적인 오목부를 갖고, 당해 오목부의 주연에 소정 각도(예를 들어 2π-θ2)의 경사부(A₁)를 갖는 가공 펀치(형)(A)를 준비한다. 그리고 당해 형(A)을, 판 형상부(182x)의 주연에 경 사부(A₁)가 접촉하도록 압입하여, 판 형상부(182x)를 부분적으로 변형 가공시키는 성형 스텝을 행한다[도3의 (a)]. 이 추가 가공에 의해, 판 형상부(182x)가 원뿔대부(182)로서 성형된다[도3의 (b)]. 그리고 원뿔대부(182)의 성형과 동시에, 집전 부품(22)의 주면부(B)의 평면 방향에 대한 경사 단부(184)의 단부면 사이의 각도 θ2는 둔각으로 조정되게 된다[도3의 (b)].

계속해서, 원뿔대부(182)의 상면(D)의 평면 방향에 대해, 수직 방향 또는 그 부근의 방향으로부터 레이저를 조사하고, 용접 스텝을 행한다. 레이저의 조사 범위는, 적어도 집전 부품(22)의 주면부(B)와 원뿔대부(182)에 있어서, 당해 원뿔대부(182)의 주연을 포함하는 영역으로 한다.

이때, 영역(S2)에 있어서 원뿔대부(182)의 바닥면(C)은, 그 전체면에서 집전 부품(22)의 주면부(B)와 양호하게 밀착되어 있고, 또한, 원뿔대부(182)의 주연과 주면부(B)의 경계 영역은 레이저에 대해 노출되어 있다. 따라서, 조사된 레이저의 에너지는, 집전 부품(22) 및 경사 단부(184)의 쌍방으로 치우침 없이 전달되어, 양자가 함께 용해ㆍ용입을 거쳐 응고한다. 이에 의해, 용접부에는 용접 스폿부(너깃)(183)가 형성된다. 이상에서 밀봉체(16)가 구성된다.

이와 같이 본 제1 실시 형태에서는, 용접 스텝에서 조사되는 레이저에 대해 경사 단부(184)와 그 주변의 주면부(B)가 모두 노출되어 있어, 종래와 같이 집전 부품(22)이 판 형상부(182x)의 주연에서 차단되는 일이 없다. 그 결과, 용접 불량이나 부재의 스패터 결락 등의 문제의 발생을 억제하여, 집전 부품(22) 및 원뿔대 부(182)를 양호하게 용접할 수 있다.

또한, 코오킹 압접 처리의 방법에 따라서는, 주면부(B)에 대해 원뿔대부(182)의 바닥면(B)은 반드시 그 전체면에서는 밀착되지 않고, 그 주연 영역에 있어서 밀착되는 경우도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라도, 용접 스텝에 있어서 레이저 조사되는 영역(S2)에서는, 집전 부품(22)과 원뿔대부(22)는 함께 밀착된 부분에 대해 레이저 조사되므로, 양호한 용접 스폿부(183)가 형성된다.

<제2 실시 형태>

제2 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와의 차이를 중심으로 설명한다.

제1 실시 형태에서는, 성형 스텝시에 코오킹 압접에서 판 형상부(182x)의 단부를 형(A)에 의해 변형시키고, 이에 의해 원뿔대부(182)를 형성하는 것으로 했지만, 본 발명은 이 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.

도4는 본 제2 실시 형태의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도4에 나타내는 방법과 같이, 단자 부재(18a)에 있어서, 본체부(181)의 선단부에 중공부(185)를 형성하고, 또한, 당해 중공부(185)의 개방된 선단부 주위에 막자사발 형상의 경사부(186)를 형성한 것을 이용할 수도 있다.

이와 같은 형상의 단자 부재(18a)를 이용하면, 제조시에는 이것을 밀봉판(160), 스페이서(20), 집전 부품(22)에 삽입 관통시킨 후[삽입 관통 스텝, 도4의 (a) 내지 도4의 (b)], 1회째의 코오킹 압접 처리에서 중공부(185)를 눌러 넓힌다. 그리고 2회째의 코오킹 압접 처리에서 중공부(185)를 더 넓히고[도4의 (c)], 이것을 직경 확대시킴으로써 원뿔대부(182)를 형성한다[직경 확대 스텝, 도4의 (d)]. 이 예에서는, 경사부(186)가 최종적으로 원뿔대부(182)의 경사 단부(184)로 된다.

이 방법에 따르면, 코오킹 압접 처리 후에 형(A)을 이용하지 않아도, 경사부(186)가 제1 실시 형태에 있어서의 경사 단부(184)와 동등한 구성으로 된다. 또한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 바닥면(C)은 그 전체면에 있어서, 주면부(B)에 대해 밀착된다. 따라서, 이와 같은 단자 부재(18a)를 이용하는 본 제2 실시 형태에 따르면, 원뿔대부(182)와 집전 부품(22)과의 용접 스텝에 있어서 제1 실시 형태와 같은 효과가 발휘되는 것 외에, 제조 공정의 가일층의 간략화를 기대할 수 있는 것이다.

<실시예의 제작>

상기 제1 실시 형태의 전지를 실시예로서 제작하고, 각종 실험에 의해 성능 평가를 행했다.

(레이저 용접의 품질 평가)

원뿔대부(182)를 구비하는 전지(1)를 실시예로 하고, 판 형상부(182x)를 구비하는 점만이 실시예와 다른 전지를 비교예로서 제작했다. 이들 전지에 대해, 부극 단자와 집전 부품과의 레이저 용접을 행하고, 당해 용접 부분에 있어서의 용접 불량의 발생 유무를 육안으로 확인했다. 레이저 조사의 조건으로서는, 펄스 폭 1.6 ms, 피치 0.22 ㎜, 출력 1.0 J/p, 조사 각도 10°로 했다.

이 실험 결과를 표1에 나타낸다.

[표1]

레이저 용접의 품질 평가 결과

* 4.2 × 33.7 × 42.5 (㎜) 사이즈의 실시예ㆍ비교예 전지를 제작했다.

* 레이저 조사 조건으로서, 펄스 폭 1.6 ms, 피치 0.22, 출력 1.0 J/p, 조사 각도를 10°, 원뿔대부 단부면의 테이퍼각을 30°내지 60°의 범위로 했다.

실험의 결과는 표1에 나타내어지는 바와 같이, 비교예에서는 판 형상부(182x)의 주연 단부(184x)만이 용해하여, 집전 부품(22)에 용입되지 않고 접촉한 것뿐인 것(용접 불량품)이 확인되었다. 또한, 판 형상부(182x)에 있어서 스패터에 의한 부재의 결락이 발생한 것(스패터품)도 용접 불량품수보다는 적지만 확인되었다.

한편, 실시예에서는 비교예에 비해 용접 불량이 대폭 개선되어, 500개의 개체 중에 있어서의 용접 불량은 전무했다. 이것으로부터 실시예에서는, 원뿔대부(182)의 이용에 의해 안정된 용접 스폿부(183)의 형성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다.

(전지 신뢰성 평가)

상기 레이저 용접을 행한 실시예 및 비교예의 각 전지에 대해, 소정의 낙하 시험, 히트 쇼크 시험, 고온 가습 시험을 각각 행하여, 각 시험 후의 전지 신뢰성을 내부 저항치의 상승치로 평가했다. 시험 수는 N = 10개로 했다.

각 시험 조건과 시험 결과를 표2에 나타낸다.

[표2]

전지 신뢰성의 평가 결과

*1 ; 방전 상태의 전지를 콘크리트 위 1.65 m로부터 낙하했다.

*2 ; 만충전 상태의 전지에 대해, -30 ℃에서 30분 방치 후, 70 ℃에서 30분 방치하는 사이클을 1000 사이클 반복했다.

*3 ; 만충전 상태의 전지를 70 ℃에서 습도 90 ％인 분위기에 20일 방치했다.

*4 ; 계속 충격에 의해, 부극 단자와 집전 부품이 분리(3개 발생/10개)되었다.

낙하 시험에 의해, 비교예의 스패터 발생품, 용접 불량품 모두 내부 저항의 큰 상승이 발생하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 이들 비교예가 모두 부극 단자(18x)와 집전 부품(22)과의 접속 부분에 있어서 소정의 용접이 이루어지고 있지 않기 때문에, 낙하의 충격ㆍ진동에 의해 당해 접속 부분에 전해액이 침입하여, 양자의 도통이 불안정해지는 것이 기인하고 있다고 생각된다. 또한, 용접 불 량품에서는, 전지 내부에 기계적 부가가 계속적으로 가해짐으로써, 집전 부품(22)과 부극 단자(18x)가 분리되어 버리는 문제점이 확인되었다(3개/10p 발생). 이 경우, 상기 스패터 결락이 발생한 전지와 같은 도통 불안정이 발생했다.

이에 대해 실시예에서는, 원뿔대부(182)의 이용에 의해 부극 단자(18)와 집전 부품(22)이 확실하게 용접되어 있기 때문에, 낙하의 충격ㆍ진동을 받아 상기 전해액의 침입이 발생해도, 양호한 전기 도통성이 확보되어 내부 저항치의 상승이 억제된 것이라 생각된다.

이와 같은 실시예에 있어서의 안정된 전기 도통성은, 히트 쇼크 시험 및 고 온 가습 시험에 있어서도 대략 마찬가지로 확인할 수 있었다. 즉, 각 시험 실시 후는, 실시예 및 비교예 모두 내부 저항치의 증가는 발생하지만, 실시예는 그 상승치의 변동ㆍ크기가 작은 면에 있어서, 명백하게 비교예보다도 우수하다고 할 수 있다.

이상의 각 실험을 기초로 하는 실시예의 결과로부터, 본 발명의 우위성이 확인되었다.

<그 밖의 사항>

상기 실시 형태에서는, 본 발명을 리튬 이온 전지에 적용하는 예에 대해 설명했지만, 당연히 전지의 종류는 이것에 한정되지 않고, 이 밖에, 니켈 수소 전지 등 각종 전지에 적용해도 좋다.

또한 상기 제1 실시 형태에서는, 띠 형상의 정부극판(11, 12)을 세퍼레이터(13)를 개재시켜 권취하는 권취체 구조의 전극체(14)에 대해 예시했지만, 직사 각(적층) 형상의 전극, 세퍼레이터를 적층하여 이루어지는 구성의 전극체를 이용해도 좋다.

각 실시 형태에서는, 전극 단자(18)에 있어서 원뿔대부(182)를 형성하는 구성과 제조 방법을 예시했지만, 전극 단자(18)의 본체부(181)가 사각 기둥 형상 또는 다각 형상인 경우, 각 실시 형태에 기재된 제조 방법을 실시하면, 사각뿔대부 또는 다각뿔대부가 형성되는 경우도 있다. 여기서 본 발명은, 본체부(181)에 형성되는 뿔대부는 원뿔대부(182)에 한정되는 것은 아니고, 이와 같은 사각뿔대부 또는 다각뿔대부를 형성해도 좋다.

또한 본 발명은, 집전 부품(22)과 전극 단자(18)의 용접 불량의 문제에 대해, 단자 부재(18x)의 판 형상부(182x)를 원뿔대부(182) 등의 형상으로 가공함으로써 해결하는 것이기 때문에, 판 형상부(182x)의 용접 예정 부위만에 있어서 도2에 도시하는 테이퍼 형상의 단부면을 갖는 경사 단부(184)를 형성하도록 가공해도 좋다. 이와 같은 구성이라도, 각 실시 형태와 같은 효과를 기대할 수 있다.

또한, 스폿 용접부(183)는 레이저 용접으로 형성하는 예에 한정되지 않고, 전자 빔이나 그 밖의 에너지 빔을 이용해도 좋다. 또한 스폿 형상도 외관으로부터 인식되는 형상으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 각 스폿이 근접함으로써 전체적으로 선 형상 흔적으로 되는 용접부(183)를 형성해도 좋다.

본 발명의 밀폐형 전지와 그 제조 방법은, 예를 들어 일반 전원용 사각형 리튬 이온 전지 등의 제조 방법에 적용하는 것이 가능하다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 사각형 밀폐 전지의 구성을 도시하는 단면도.

도2는 제1 실시 형태의 전지의 집전 부품과 정극 단자 주변의 구성을 도시하는 도면.

도3은 제1 실시 형태의 전지의 제조 공정의 일부(밀봉체의 제조 공정)를 나타내는 도면.

도4는 제2 실시 형태의 전지의 제조 공정의 일부(밀봉체의 제조 공정)를 나타내는 도면.

도5는 종래의 전지의 제조 공정의 일부(밀봉체의 제조 공정)를 나타내는 도면.

도6은 종래의 전지의 제조 공정(밀봉체의 제조 공정)과 그 문제를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐형 전지

2 : 전극체

11 : 정극판

12 : 부극판

13 : 세퍼레이터

14 : 전극체

15 : 외장 캔

16 : 밀봉체

17 : 가스켓

18 : 부극 단자

18a, 18x : 단자 부재

19 : 부극 리드

20 : 스페이서

21 : 주액구

160 : 밀봉판

180 : 단자부

181 : 본체부

182 : 원뿔대부

182x : 판 형상부

183 : 스폿 용접부(너깃)

184, 184x : 경사 단부

185 : 중공부

186 : 경사부

187 : 선단부

Claims

세퍼레이터를 개재시켜 정부극판을 겹쳐 이루어지는 전극체가, 주면부를 갖는 집전 부품에 전기적으로 접속되고, 본체부를 갖는 전극 단자가 당해 본체부에 있어서 상기 집전 부품에 삽입 관통되고, 전극체 및 집전 부품이 외장체 내에 밀폐되어 이루어지는 밀폐형 전지이며,

전극 단자는 집전 부품의 삽입 관통구로부터 노출된 본체부의 영역에 원뿔대부를 갖고, 당해 원뿔대부는 집전 부품의 주면부에 바닥면이 밀착하도록 형성되고,

원뿔대부의 바닥면과 상기 집전 부품의 주면부가 코오킹 압접되고, 또한, 원뿔대부와 집전 부품이, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
제1항에 있어서, 상기 본체부는 개방된 선단부를 갖고, 상기 원뿔대부는, 당해 개방된 선단부의 주위가 상기 직경 확대에 의해 변형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 원뿔대부와 집전 부품이, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 에너지 빔에 의해 스폿 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
주면부를 갖는 집전 부품에 대해, 그 주면부에 본체부를 갖는 단자 부재를 당해 본체부에 있어서 삽입 관통시키고, 삽입 관통한 본체부를 부분적으로 직경 확대하여 판 형상부를 형성함으로써 집전 부품과 단자 부재를 코오킹 압접시키는 직경 확대 스텝과,

판 형상부를 성형함으로써, 바닥면이 상기 주면부와 대향하도록 원뿔대부를 형성하는 성형 스텝과,

원뿔대부의 바닥면과 집전 부품의 주면부를 서로 코오킹 압접시킨 상태에서, 원뿔대부와 집전 부품을, 원뿔대부의 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접하는 용접 스텝을 거치는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조 방법.
제4항에 있어서, 성형 스텝에서는, 판 형상부의 주연을 압박형(型)에 의해 변형시켜 원뿔대부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조 방법.
주면부를 갖는 집전 부품에 대해, 선단부가 막자사발 형상으로 개방된 본체부를 갖는 단자 부재를 당해 본체부에 있어서 삽입 관통시키는 삽입 관통 스텝과,

삽입 관통한 본체부를 부분적으로 직경 확대시킴으로써, 바닥면이 상기 주면부와 대향된 원뿔대부를 형성하면서 집전 부품과 단자 부재를 코오킹 압접시키는 직경 확대 스텝과,

원뿔대부의 바닥면과 집전 부품의 주면부를 서로 코오킹 압접시킨 상태에서, 원뿔대부와 집전 부품을, 원뿔대부의 바닥면 주연을 포함하는 영역에 있어서 용접 하는 용접 스텝을 거치는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조 방법.