JP2001135358A

JP2001135358A - 密閉二次電池

Info

Publication number: JP2001135358A
Application number: JP35398999A
Authority: JP
Inventors: Goro Watanabe; 吾朗渡辺; Akira Nakano; 昭中野; Yoshiaki Ebine; 美明恵比根; Toshihiko Inoue; 俊彦井上; Tomoyasu Takeuchi; 友康竹内
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電池のシール構造が安全弁機能を備えた密閉
二次電池を提供すること。【解決手段】アルミ材料による有底筒状の電槽缶１２
内に正極シートと負極シートとをセパレータシートを介
して重合した電極発電体１６が装着され、電極発電体１
６の負極シートと電気的に接続される負極側集電端子部
材２４が電槽缶１２の内底面より外方へ突設されると共
に、電極発電体１６の正極シートと電気的に接続される
正極側集電端子部材２２の封口蓋部２８が電槽缶１２の
正極側開口縁に密閉状に、かつ予め設定された所定の内
圧で破壊される強度、すなわち、１５〜２０ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２程度となるようにレーザ光の照射によって溶接され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉二次電池に関
し、更に詳しくは、例えば円筒型をしたリチウムイオン
二次電池などの電池構造、特に二次電池の両端に設けら
れる正極側及び負極側の集電端子部材を含む全体の電池
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の密閉二次電池の電池構造
としては、例えば、特開平８−１１５７４４号公報、あ
るいは特開平９−９２３３５号公報などに示されるもの
が知られている。例えば、特開平８−１１５７４４号公
報に示される円筒型二次電池は、ニッケル（Ｎｉ）メッ
キスチール管よりなる負極缶に、正極シートと負極シー
トをセパレータシートを介して渦巻状に巻回した電極発
電体を装着し、負極側にはニッケル（Ｎｉ）メッキスチ
ール製のシール蓋（封口蓋）を溶接により被着し、正極
側にはアルミニウム（Ａｌ）製のシール蓋（封口蓋）を
絶縁性ガスケットを介してかしめ加工により被着したも
のである。

【０００３】また特開平９−９２３３５号公報に示され
たものは、ステンレス（ＳＵＳ）鋼管よりなる電槽缶の
両端に同じＳＵＳ製のシール蓋をレーザ光の照射により
密閉状に溶接した構造のもので、正極端子及び負極端子
の電池からの突出面には導線（あるいはブスバー）を挟
みつけて固定するためボルトが螺着されている。尚、こ
の場合も正極端子及び負極端子とシール蓋とは絶縁され
ている。

【０００４】またこれらの公報には示されないが、ステ
ンレス鋼板の深絞り加工により成形した有底円筒型状の
電槽缶に、正極シートと負極シートとをセパレータシー
トを介して渦巻状に巻回した電極発電体を装着し、該電
極発電体の負極シートから導かれる負極集電リードを電
槽缶の内底面に抵抗溶接などにより止着し、電極発電体
の正極シートから導かれる正極集電リードは正極端子に
同じく抵抗溶接などにより止着し、正極側の電槽缶開口
縁に封口蓋を絶縁性ガスケットを介してかしめ加工など
により密閉状に装着した構成のものも知られている。そ
してこれらの例はいずれも電槽缶そのものが負極電極を
構成したものである。電槽缶内にはいずれも電解液が充
填され、特にリチウムイオン二次電池などでは非水系の
有機電解液が用いられている。

【０００５】そしてこの種の二次電池は、電池使用中に
過充電になったり、短絡状態になったりすると電解液が
分解してガスが発生し、電池の内圧が上昇することがあ
るため、これの回避のために例えば、特公昭６２−２５
９３４２号公報、あるいは特開平１−２２０３６８号公
報などに示されるように、電槽缶や封口蓋にガス抜き穴
を設けてそこに薄肉の金属箔や樹脂プレートを貼り付け
た安全弁機構を備え、電池が異常発熱あるいは電解液の
分解により電池の内圧が異常に上昇した場合にその金属
箔や樹脂プレートが破壊し、電池の内圧を外に逃して電
池爆発を未然に防止しようというものもある。更に、使
用電池が数アンペア程度の二次電池では、過電流が流れ
た時の加熱ヒューズとなるポリスイッチ板（ＰＴＣ素
子）を取付けたり、安全弁の破壊動作と共に通電が遮断
されたりするものも実用化されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電槽缶
にステンレス鋼板を使用したものでは材料コスト高にな
り、特に有底筒状の深絞り缶とすれば更に加工コストも
高くなる。またＮｉメッキ鋼板の場合は溶接により封缶
するとＮｉメッキが消失するためかしめ加工により封缶
することが望ましいが、かしめ加工ではその封缶部の気
密性が不十分であるために電解液が漏出したり、あるい
はかしめ封缶部の透湿性に問題がある。

【０００７】更に電槽缶や封口蓋に安全弁機構を設けた
り、電槽缶内にＰＴＣ素子や通電遮断機構を設けたりす
ることも加工工程数の増加等により加工コスト高を招く
こととなり、特に後者の通電遮断機構を設ける場合は電
槽缶内に電池出力に寄与しないデッドスペースが生じて
単電池の単位体積当たりの電池出力が低くなり、また電
池のコンパクト化を妨げるという問題もある。

【０００８】更に又、有底筒状の電槽缶の場合には、負
極側の集電リードを電槽缶の内底面に溶接するのに抵抗
溶接の場合であっても、あるいは特開平８−２９３２９
９号公報に示されるようなレーザ溶接に依る場合であっ
ても、電槽缶の内底面に負極集電リードを溶接する作業
はやり難いという問題もある。

【０００９】本発明の解決しようとする課題は、電槽缶
のシール構造が安全弁機能を備えた密閉二次電池を提供
することにある。これにより別途安全弁機構を設ける必
要がなく、また安全弁機構を設けることによる電池内の
デッドスペースの回避により単電池としての単位体積当
たりの電池出力の向上、あるいは電池のコンパクト化を
図らんとするものである。更に材料コストの低減、加工
コストの低廉化を期すものである。

【００１０】更に本発明は、この密閉二次電池を直列に
継いだ時の全体の長さを短縮し、省スペースの接続構造
とすることによりモジュールとしてのトータル的な電池
実装効率の向上を達成しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明の密閉二次電池は、請求項１に記載のよう
に、電槽缶内に正極シートと負極シートとをセパレータ
シートを介して重合した電極発電体が装着され、該電極
発電体の負極シートと電気的に接続される負極集電端子
部材、および正極シートと電気的に接続される正極集電
端子部材の少なくとも一方が前記電槽缶の閉塞端面もし
くは封口蓋より外方へ突設されると共に、該封口蓋が該
電槽缶の開口縁に密閉状に、かつ予め設定された所定の
内圧で破壊される強度で接合されていることを要旨とす
るものである。

【００１２】上記構成を有する密閉二次電池によれば、
電池使用時に電解液の分解等により電池内圧が上昇した
場合には電槽缶とその開口縁に接合される封口蓋との接
合箇所が破壊されて電池内の分解ガスが放出され、電池
の爆発が未然に防止される。つまり安全弁としての機能
が働くことになる。この場合、接合方法としては、レー
ザ溶接などの溶接方法のほか、接着剤に依るもの、ある
いはカシメ加工等により接合するものであってもよい。

【００１３】そして二次電池の形状としては、あらゆる
形状のものが含まれる。また、電槽缶（ケース）には閉
塞端面を持つ有底缶のものと、パイプ管のものとがあ
り、有底缶の場合にはその開口縁に１枚の封口蓋が接合
され、パイプ管の場合にはその両開口縁にそれぞれ封口
蓋が接合される（封口蓋２枚）こととなる。さらに電槽
缶そのものは、負極または正極を構成するものであって
も、あるいは極性を有しない中性のものであってもいず
れの場合であってもよい。

【００１４】請求項１に対応する密閉二次電池として
は、図１に示した構成のものが例として挙げられる。図
１（ａ）と（ｂ）は筒型の密閉二次電池で、（ｃ）
（ｄ）（ｅ）は箱形の密閉二次電池の例である。そして
（ａ）（ｃ）（ｅ）は正極集電端子部材と負極集電端子
部材とがいずれも突設されており、（ｂ）と（ｄ）は一
方の集電端子部材のみが突設されたものである。尚、電
槽缶が極性を有しない場合、正極集電端子部材と負極集
電端子部材を（ｃ）に示したように互いに反対側の面に
設けてもよいし、（ｅ）に示したように同一面に設ける
ようにしてもよい。

【００１５】また本発明では、請求項２に記載のよう
に、負極集電端子部材もしくは正極集電端子部材が封口
蓋としての形状及び機能を有し、これらの集電端子部材
が電槽缶の開口縁に密閉状に、かつ予め設定された所定
の内圧で破壊される強度で接合されていることが好まし
い。これにより電槽缶の開口縁への集電端子部材の取り
付けが容易となり、また部品点数の削減により製造工程
の簡略化や製造コストの低廉化が図られる。

【００１６】この請求項２の対応図としては、図２
（ａ）〜（ｄ）に示した構成のものが挙げられる。図
中、白抜きの材料は鉄系材料などであり、黒塗りの材料
はアルミ（Ａｌ）系材料である。図２（ａ）（ｂ）は電
槽缶（ケース）そのものが鉄系材料などにより負極を構
成するもので、（ａ）は管タイプの電槽缶（ケース）、
（ｂ）は有底缶タイプの電槽缶（ケース）の例を示して
いる。そして（ａ）の場合には、正極集電端子が一方の
開口端に被着される封口蓋に絶縁性ガスケットを介して
突設され、（ｂ）の場合には電槽缶（ケース）の内底面
よりやはり絶縁性ガスケットを介して突設されるもので
あるが、（ａ）（ｂ）いずれの場合も、負極集電端子と
封口蓋とが一体化されて電槽缶（ケース）の開口縁に密
閉状態で接合されている。

【００１７】一方、図２（ｃ）（ｄ）は電槽缶（ケー
ス）そのものがアルミ（Ａｌ）系材料により正極を構成
するもので、（ｃ）はパイプ管タイプの電槽缶（ケー
ス）、（ｄ）は有底缶タイプの電槽缶（ケース）の例を
示している。そして（ｃ）の場合には、負極集電端子が
一方の開口端に被着される封口蓋に絶縁性ガスケットを
介して突設され、（ｄ）の場合には電槽缶（ケース）の
内底面よりやはり絶縁性ガスケットを介して突設される
ものであるが、（ｃ）（ｄ）いずれの場合も、正極集電
端子と封口蓋とが一体化されて電槽缶（ケース）の開口
縁に密閉状態で接合されている。

【００１８】また、本発明では請求項３に記載のよう
に、負極側集電端子部材と正極側集電端子部材のいづれ
か一方の外表面に係合軸部を設け、他方には該係合軸部
と一体的に連結される係合穴部を設けた構成とするとよ
い。これにより、各単電池セルを直列に継ぐときに一方
の電池セルの係合軸部を相手方の電池セルの係合穴部に
連結させることによって全体の電池長さを短かくするこ
とができ、省スペース接続構造によりモジュールとして
のトータル的な電池実装効率の向上が図られることとな
る。

【００１９】この請求項３の対応図としては、図３に示
した構成のものが、一例として挙げられる。すなわち、
この図３に示したものは、前述の図２（ｃ）に示した密
閉二次電池を直列に継いだ状態を示しており、一方の二
次電池の正極集電端子に係合穴部を設け、この係合穴部
に別の二次電池の負極集電端子の係合軸部を嵌合や螺着
などの手段により連結させることにより二次電池を直列
に継いでいる。

【００２０】そして本発明では、請求項４に記載のよう
に、電槽缶はアルミニウム材料により形成され、その開
口縁に接合される封口蓋若しくは封口蓋としての形状及
び機能を有する集電端子部材も同じくアルミニウム材料
により構成されているとよい。これにより材料コスト、
加工コストの低廉化が図れることはもとより、レーザ溶
接の場合その出力を選定し、溶け込み深さ並びに接合部
破壊圧力を比較的小さいバラツキの範囲内に設定するこ
とができ、従って圧力解放安全機構としての機能は安定
したものとなる。そして電槽缶とその開口縁に接合され
る封口蓋との接合箇所は適度の安定した一定の破壊強度
によって電池内圧の上昇時の安全弁としての機能が確実
に働くことになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本
発明の一実施形態としての密閉二次電池の概略構成を示
したものである。この図４に示した密閉二次電池１０
は、リチウムイオン二次電池の例を示している。この二
次電池１０は、アルミニウム（Ａｌ）材料（Ａ３００３
−Ｈ１８材）の深絞り加工により成形した有底筒状の電
槽缶１２内に、充放電の発電要素として正極シートと負
極シートとをセパレータシートを介して巻芯１４の周り
に巻回した電極発電体１６が収容され、その電槽缶１２
内の空隙には非水系の有機電解液が充填されている。

【００２２】この場合正極シートは、アルミ箔などによ
る集電体シートの両面に、コバルト酸リチウム（ＬｉＣ
ｏＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、あ
るいはニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）などの正極
活物質がグラファイトのような導電剤、及びポリフッ化
ビニリデンなどの結着剤と混合されて塗工されている。
また負極シートは、銅（Ｃｕ）箔などによる集電体シー
トの両面に、カーボンやグラファイトなどの負極活物質
がやはりポリフッ化ビニリデンのような結着剤と混合さ
れて塗工されている。更にセパレータシートは、絶縁性
の、かつイオン移動性を有するように多孔質であるポリ
オレフィン系樹脂シート（ポリプロピレン、ポリエチレ
ンまたは両者をハイブリッドしたもの）などが用いられ
ている。

【００２３】そして前記巻芯１４は、例えばプラスチッ
ク材料による絶縁軸１８の一端に正極端子部材と同材質
のアルミ軸２０が同軸に螺合連結されてなるもので、該
アルミ軸２０の他端には同じくアルミニウム材料製の正
極集電端子部材２２がやはり螺合により設けられてお
り、他方前記絶縁軸１８の他端には銅（Ｃｕ）材料によ
る負極集電端子部材２４が同じく螺合により設けられて
いる。

【００２４】そして前記正極集電端子部材２２は前記電
極発電体１６の正極シートより集電する正極集電部２６
とこの二次電池１０の正極側開口部に被着される封口蓋
部２８とが一体的に成形されたものであり、前記電極発
電体１６の正極シートと該正極集電端子部材２２の正極
集電部２６とは正極集電リード３０を介して電気的に接
続されている。

【００２５】また前記負極集電端子部材２４は、前記電
極発電体１６の負極シートより集電する負極集電部３２
の他端面に同じく銅（Ｃｕ）製の負極端子ボルト３４が
突設され、負極集電部３２と電極発電体１６の負極シー
トとは負極集電リード３６を介して電気的に接続される
一方、前記負極端子ボルト３４は電槽缶１２の内底面に
プレス打抜きにより開設された貫通孔より外方に突設さ
れ、電槽缶１２の外底面側より座金３８及びナット４０
による締付けにより固定されている。この際電槽缶１２
の貫通孔の内周縁には絶縁性のガスケット４２が介挿さ
れ、電槽缶１２と前記負極集電端子部材２４とは電気的
に絶縁されている。

【００２６】そして該負極集電端子部材２４に負極端子
ボルト３４が突設されていることに関連し、前記正極集
電端子部材２２の外表面には、該負極端子ボルト３４が
螺合される雌ねじ穴４４が設けられている。そして該正
極集電端子部材２２はその封口蓋部２８の外周縁を電槽
缶１２の正極側開口縁に沿ってレーザ光線の照射により
溶接することにより密閉状のシール構造とされている。

【００２７】またこの実施例では、電槽缶１２内に装填
される非水系有機電解液として、エチレンカーボネート
（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを３：７
の体積比で混合した溶液中に６フッ化リン酸リチウム
（ＬｉＰＦ_６）を１モル／ｌとなるように溶解したもの
が用いられている。

【００２８】この図４に示した二次電池１０を製作する
に際しては、絶縁軸１８とアルミ軸２０とからなる軸芯
１４に、正極シート、負極シート及びセパレータシート
からなる電極発電体１６を巻回形成し、絶縁軸１８側に
は負極集電端子部材２４を螺着すると共に、アルミ軸２
０側には正極集電端子部材２２を螺着する。そして電極
発電体１６の正極シートと正極集電端子部材２２の正極
集電部２６との間に正極集電リード３０を超音波印加に
より接続し、電極発電体１６の負極シートと負極集電端
子部材２４の負極集電部３２との間には負極集電リード
３６を同じく超音波印加により接続する。

【００２９】そしてこの電極発電体１６を負極集電端子
部材２４側から電槽缶１２内に挿入し、負極端子ボルト
３４を電槽缶１２内の内底面に形成される貫通孔より突
出させ、座金３８を介してナット４０により締付け固定
する。そして電槽缶１２内にその開口側から電解液を装
填し、しかる後、正極集電端子部材２２の封口蓋部２８
を電槽缶１２の開口縁に被着して、その周縁に沿ってレ
ーザ光線を照射することにより電槽缶１２を密閉状にシ
ールするものである。

【００３０】しかしてこのように構成された密閉二次電
池によれば、正極集電端子部材２２と電槽缶１２とのア
ルミ溶接部位の耐圧強度が丁度電池内圧の上昇によって
破壊される程度の１５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度となっ
ている。そのために、電池の使用中に過充電や短絡（シ
ョート）状態となって電解液が分解し、ガスが発生して
電池内圧が上昇した時に、その正極集電端子部材２２と
電槽缶１２とのアルミ溶接部位が電池内圧の上昇に耐え
切らなくなって破壊され、そこから電池内のガスが逃げ
るために電池そのものの爆発が未然に回避されることと
なる。

【００３１】そしてこの二次電池１０によれば、正極側
のシール構造が電槽缶１２の開口縁と正極集電端子部材
２２の封口蓋部２８とを溶接した接合構造をなすもので
あって、Ｎｉメッキ鋼板を電槽缶や封口蓋に使った場合
のようにかしめ加工するものではないから、電池として
の気密性が良く、内部の電解液やガスが不用意に漏出す
るようなことは回避される。勿論、接着剤による接合、
あるいはカシメ加工によるものであっても構わない。

【００３２】またこの二次電池１０によれば、電槽缶１
２の開口縁と正極集電端子部材２２の封口蓋部２８との
接合構造が、電池内圧の上昇による爆発を未然に防止す
るという安全弁機能を兼ね備えるものであるから、従来
電槽缶内にＰＴＣ素子や通電遮断機構を設けていたよう
なことも必要でなくなり、それに伴なって電槽缶内に電
池出力に寄与しないデッドスペースが生じることも回避
され、単電池そのものをコンパクトにでき、また単位電
池の体積当たりの電池出力効率も良くなる。

【００３３】更にこの二次電池１０のように、アルミ材
料の深絞り缶により電槽缶１２を構成したものでは材料
コストや加工コストが安くできるし、その電槽缶１２の
内底面に穴を穿けて負極集電端子部材２４を突出させる
構造とすれば、負極集電リード３６を電極発電体１６の
負極シートと負極集電端子部材２４の負極集電部３２と
に接続する作業が電池の外で行えるために、負極集電リ
ード３６の接続作業が確実に行え、その作業性も良いこ
とになる。

【００３４】図５は、本発明の第２の実施形態に係る密
閉二次電池の概略構成を示したものである。この図５に
示した二次電池５０は、図４に示した第一の実施形態に
用いられているような巻芯１４は用いられていない。こ
の第２の実施形態ではそのような巻芯１４を用いること
なく、正極側及び負極側の両集電端子部材２２ａ、２４
ａの対向面側に夫々短軸状の巻芯部５２、５４が一体的
に設けられ、両巻芯部５２、５４間を所定間隔に保った
状態でその周りに正極シートと負極シートとをセパレー
タシートを介して巻回し、電極発電体１６としたもので
ある。

【００３５】そしてこの二次電池５０の場合も、この電
極発電体１６を負極集電端子部材２４ａ側から電槽缶１
２内に挿入し、負極端子ボルト３４を電槽缶１２の内底
面より突出させ、座金３８及びナット４０により締付け
固定した後、電槽缶１２内にその開口側から電解液を装
填し、しかる後、正極集電端子部材２２ａの封口蓋部２
８を電槽缶１２の開口縁に被着して、その周縁に沿って
レーザ光線を照射することにより電槽缶１２を密閉状に
シールしている。この第２の実施形態に係る二次電池５
０の場合も、電池内圧の上昇により正極集電端子部材２
２ａと電槽缶１２との接合部位が破壊され、電池そのも
のの爆発が未然に回避されることとなる。

【００３６】そしてこの第２の実施形態に係る二次電池
５０の場合も、第一の実施形態の二次電池１０と同様、
正極側のシール構造が電槽缶１２の開口縁と正極集電端
子部材２２ａの封口蓋部２８とを溶接した接合構造をな
すものであるから、電池としての気密性が良く、内部の
電解液やガスが不用意に漏出するようなことは回避さ
れ、またその接合構造が、電池内圧の上昇による爆発を
未然に防止するという安全弁機能を兼ね備えるものであ
るから、電槽缶内にデッドスペースが生じることもな
く、単位電池の体積当たりの電池出力効率も良い。更に
アルミ材料の深絞り缶により電槽缶１２を構成すること
により、材料コストや加工コストが安くできるし、負極
集電リード３６の接続作業が電池外で行えることによる
作業性も良くなる。

【００３７】次に上記構成を有する単電池を直列に継い
で使用する場合を説明する。次の図６は、前述の図４に
示した第一の実施形態に係る密閉二次電池１０を単電池
として直列に継いだ状態を示している。この図６に示し
た状態からわかるように、一方の単電池１０ａの正極集
電端子部材２２に形成される雌ねじ穴４４に他方の単電
池１０ｂの負極集電端子部材２４の負極端子ボルト３４
が螺合され、該単電池１０ｂの正極集電端子部材２２の
雌ねじ穴４４に別の単電池１０ｃの負極集電端子部材２
４の負極端子ボルト３４が螺合されている。この連結状
態の時の単電池セルの長さは、図中「Ｌｐ」で表され、
実際の単電池セルの長さは、Ｌｐ＝１９０ｍｍであっ
た。

【００３８】これに対して図７には比較例としての密閉
二次電池６０の概略構成を示し、図８にはその図７に示
した実施形態の二次電池６０を直列に継いだ状態を示し
ている。この図７に示した二次電池６０は、従来技術で
説明したように、電槽缶６２にステンレス（ＳＵＳ）パ
イプを一定の長さに切断したものを使用し、その両端に
同じくステンレス製の封口蓋６４ａ、６４ｂをレーザ光
線の照射溶接により被着したものである。

【００３９】すなわち、この図７に示した密閉二次電池
６０は、図４に示した本発明の第一の実施形態と同一の
構成部材と同一の構成については同一の符号を付して説
明すると、絶縁軸１８とアルミ軸２０とからなる軸芯１
４に、正極シート、負極シート及びセパレータシートか
らなる電極発電体１６を巻回形成し、絶縁軸１８側には
図４に示した負極集電端子部材２４と同一の構成の負極
集電端子部材を螺着すると共に、アルミ軸２０側には図
４に示した正極集電端子部材２２とは異なる構成の正極
集電端子部材６６を螺着する。つまりこの正極集電端子
部材６６は、正極集電部２６のみを有し、封口蓋部２８
に相当する構成は有しない。また正極集電部２６の端面
には雌ねじ穴４４ではなくて、負極集電端子部材２４と
同様に端子ボルト（正極端子ボルト）６８が設けられて
いる。

【００４０】そして電極発電体１６の正極シートと正極
集電端子部材２２の正極集電部２６との間に正極集電リ
ード３０を超音波印加により接続し、電極発電体１６の
負極シートと負極集電端子部材２４の負極集電部３２と
の間には負極集電リード３６を同じく超音波印加により
接続した後、この電極発電体１６を負極集電端子部材２
４側から電槽缶６２内に挿入し、負極端子ボルト３４を
負極側の封口蓋６４にガスケット４２を介して貫挿し、
座金３８を介してナット４０により締付け固定すると共
に、正極集電端子部材２２の正極端子ボルト６８を正極
側の封口蓋６４ａにやはりガスケット４２を介して貫挿
し、同じく座金３８を介してナット４０により締付け固
定する。そして正極側と負極側の封口蓋６４ａ、６４ｂ
を電槽缶６２の両開口縁に夫々被着して、その周縁に沿
ってレーザ光線を照射することにより電槽缶６２を密閉
状にシールするものである。

【００４１】尚、この比較例の二次電池６０において
は、正極側の封口蓋６４にガス抜き穴７０を設け、この
ガス抜き穴７０にニッケル（Ｎｉ）箔による防爆シール
７２がレーザ溶接により接合され、電池内圧が上昇した
時にこの防爆シール７２が破裂して内部ガスが外気へ放
出されて電池の爆発が回避されるようになっている。

【００４２】また図８に示した二次電池の直列状態にお
いては、一方の単電池６０ａの正極集電端子部材６６の
正極端子ボルト６８と他方の単電池６０ｂの負極集電端
子部材２４の負極端子ボルト３４とを連結コネクター７
４により連結し、該単電池６０ｂの正極集電端子部材６
０ｂの正極端子ボルト６８と別の単電池６０ｃの負極集
電端子部材２４の負極端子ボルト３４とをやはり連結コ
ネクター７４により連結している。この連結状態の時の
単電池セルの長さは、図中「Ｌｃ」で表され、実際の単
電池セルの長さは、Ｌｃ＝２０５ｍｍであった。

【００４３】次の表１は、上記した本発明の第一及び第
二の実施形態のもの（実施例１及び２）と比較例のもの
についての電池構成の仕様を比較して示している。この
表１に示した数値からわかるように、実施例１及び２の
アルミ有底缶は肉厚０．８ｍｍ^ｔとなっており、比較例
のステンレスパイプの肉厚は０．３ｍｍ^ｔである。また
実施例１及び２についてはアルミ製の封口蓋が正極側に
１個のみ使用される（蓋の板厚は１ｍｍ^ｔ）のに対して
比較例ではステンレス製の封口蓋が正極側と負極側の２
個使用されている。したがって封缶の溶接は、実施例１
及び２の場合は１箇所のみであるのに対して、比較例は
正極側と負極側の２箇所で行われる。

【００４４】また安全弁については、実施例１及び２の
場合はアルミ溶接部に所定圧力の電池内圧が印加された
時に破壊されるようになっており、比較例の場合は正極
側の封口蓋のガス抜き穴７０に被着される防爆シール７
２が破壊されるようになっている。その他構成上の違い
として、実施例１及び２については電槽缶の極性が「正
極」であるのに対して比較例のものは極性を有しない。
この点については従来一般に知られているもの、例えば
１８６５０サイズ小型電池などでは電槽缶の極性が「負
極」となっている。

【００４５】尚、組み付け部品点数についても表１に示
しているが、封口蓋の数以外にもガスケット、ワッシャ
ー（座金）、ナット、連結コネクター等の数や要否が実
施例１及び２と比較例とでは異なり、比較例の方が部品
点数が多い。そして単電池を直列に継いだ状態を示した
図６と図８との比較からわかるようにこの二次電池を直
列に継いだときの単電池セル１個当たりの長さが実施例
１及び２の場合はＬｐ＝１９０ｍｍであるのに対して比
較例の場合はＬｃ＝２０５ｍｍとなり、実施例１及び２
の場合は正極集電端子部材２２に雌ねじ穴４４を設けて
負極集電端子部材２４の負極端子ボルト３４をその雌ね
じ穴４４に螺着させた構成とすることにより全体の長さ
を短くすることができている。

【００４６】

【表１】

【００４７】次の図９は、本発明の上記第一及び第２の
実施形態の二次電池において正極集電端子部材２２の封
口蓋部２８を電槽缶１２の開口縁にレーザ溶接するとき
のパルスＹＡＧレーザ出力（Ｗ）と溶接部溶け込み深さ
（ｍｍ）との関係を示している。この図９に示されるよ
うに、パルスＹＡＧレーザ出力（Ｗ）を上げるにつれて
溶接部溶け込み深さ（ｍｍ）が段々と深くなっていくこ
とを示している。

【００４８】また次の図１０は、パルスＹＡＧレーザ出
力（Ｗ）と溶接部破壊圧力（ｋｇｆ／ｃｍ^２）との関係
を示している。電池使用中の電池内圧の上昇により電槽
缶の圧力開放部位が破壊されて欲しい破壊圧力は１５〜
２０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度であるとされている。したがっ
てそのためにはパルスＹＡＧレーザ出力を２００〜３５
０Ｗ、好ましくは２５０〜３００Ｗの範囲とすれば溶接
部が理想的な圧力解放機能を動作することになる。

【００４９】本発明は、上記した実施の形態に何等限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、リ
チウムイオン二次電池の例で説明したが、これに把われ
るものではなく各種のアルカリ二次電池、あるいはニッ
ケル水素電池などのニッケル系二次電池などにも適用さ
れる。

【００５０】また、上記第一および第二の実施形態にお
いては、正極集電端子部材２２，２２ａを電槽缶１２に
接合する構造を示したが、逆に負極集電端子部材２４，
２４ａを電槽缶１２に接合する構造とすることもでき
る。この場合には銅（Ｃｕ）材料もしくは鉄系材料、Ｎ
ｉ系材料とした負極集電端子部材２４，２４ａに合わせ
電槽缶１２を銅もしくは鉄系材料、Ｎｉ系材料のパイプ
あるいは深絞り缶とし、正極集電端子部材２２，２２ａ
は絶縁性のガスケットを介して電槽缶１２に取り付けら
れることになる。

【００５１】さらに、上記第一および第二の実施形態に
おいては、図１１（ａ）に概略構成を示したように、有
底筒状の電槽缶１２の開口端縁に集電端子部材を兼ねた
封口蓋２８をレーザ溶接するようにしたが、図１１
（ｂ）に対比される実施形態の概略構成を示したよう
に、中空パイプ状の電槽缶１２ａの両開口端縁にレーザ
溶接により封口蓋２８，２８ａを接合するものであって
もよい。この場合には勿論どちらか一方の封口蓋は、正
極集電端子部材か負極集電端子部材を兼ね備えるもの
で、他方の封口蓋には反対極の集電端子部材が絶縁性ガ
スケットにより絶縁された状態で貫挿されることにな
る。

【００５２】尚、本発明の密閉二次電池の外観形態とし
ては、図１２に示したように、円筒型のほか、矩形（四
角型）、トラック形、楕円形など各種のものが挙げられ
る。本発明が円筒型のものに限られないことは、本発明
の趣旨より明らかである。

【００５３】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の密閉二次電池
によれば、電槽缶の開口縁に密閉状に接合される封口蓋
が電池使用中に予め設定される電池内圧まで上昇した時
にその接合箇所において破壊され、内部ガスが放出され
ることにより電池の爆発トラブルが回避される。そのた
めに、従来のように電池の爆発トラブルの回避のため安
全弁機構を特別に設ける必要はなく、また電槽缶内にＰ
ＴＣ素子等の安全弁装置を設ける必要もないことから、
電槽缶内に電池出力に寄与しないデッドスペースが生じ
ることが回避され、電池単体当たりの電池出力の向上あ
るいは同等の電池出力を得れば良いとすれば電池の小型
化が図れるものである。

【００５４】そして請求項２に記載のように、正極集電
端子部材もしくは負極集電端子部材が封口蓋としての形
状及び機能を有する構成とすれば、絶縁シール用のガス
ケットや集電端子部材を電槽缶の内底面や封口蓋に締付
け固定するためのナット等の部品点数の削減により製造
工程の簡略化や製造コストの低廉化も期待できるもので
ある。

【００５５】更に請求項３に記載のように、電池の一方
に突設される係合軸部と電池の他方に形成される係合穴
部とを連結することにより電池を直列に継げることがで
きれば、電池出力を上げることができることはもとよ
り、電池を直列に継いだ時の全長長さを短縮することが
できて省スペース接続構造によりモジュールとしての電
池体積実装効率の向上も図れるものである。

【００５６】更にまた請求項４に記載のように、電槽缶
をアルミニウム材料により形成することにより、従来の
ステンレス鋼を用いたものよりも材料コストの低廉化が
図れ、また電槽缶とそれに接合される封口蓋もしくは封
口蓋としての形状と機能を有する集電端子部材をアルミ
ニウム材料とすることにより、レーザ溶接による接合な
どの場合にはその溶け込み深さや接合部破壊圧力のバラ
ツキを小さくすることができて電池内圧上昇時の安全弁
としての機能は安定したものとなり、さらに電池使用中
に電池内部で発生した熱を外部へ効果的に放散させるこ
とができるので電池発熱による電池出力の低下やガス破
裂が極力回避されて、一層安全性の高い電池が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に対応する密閉二次電池の外
観構成例を示した図である。

【図２】本発明の請求項２に対応する密閉二次電池の断
面構成例を示した図である。

【図３】本発明の請求項３に対応する密閉二次電池の接
続構成例を示した図である。

【図４】本発明の第一の実施形態である密閉二次電池の
概略構成図である。

【図５】本発明の第二の実施形態である密閉二次電池の
概略構成図である。

【図６】図４に示した密閉二次電池を直列に継いだ状態
を示した図である。

【図７】比較例としての密閉二次電池の概略構成図であ
る。

【図８】図７に示した密閉二次電池を直列に継いだ状態
を示した図である。

【図９】本発明においてアルミ製の電槽缶の開口縁に同
じくアルミ製の封口蓋をレーザ溶接する時のパルスＹＡ
Ｇレーザ出力（Ｗ）と溶接部溶け込み深さ（ｍｍ）との
関係を示した図である。

【図１０】図９に関連し、パルスＹＡＧレーザ出力
（Ｗ）と溶接部破壊圧力（ｋｇｆ／ｃｍ^２）との関係を
示した図である。

【図１１】本発明の密閉二次電池の接合構造の形態を２
種類示したもので、（ａ）は有底缶に上蓋をレーザ溶接
する例、（ｂ）は、中空パイプに上下蓋をレーザ溶接す
る例である。

【図１２】本発明の密閉二次電池の外観形態として各種
のものを例示した図である。

【符号の説明】

１０密閉二次電池１０ａ、１０ｂ、１０ｃ単電池１２電槽缶１６電極発電体２２、２２ａ正極集電端子部材２４、２４ａ負極集電端子部材２８封口蓋部３４負極端子ボルト４４雌ねじ穴５０密閉二次電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｗ (72)発明者渡辺吾朗愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者中野昭愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者恵比根美明愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者井上俊彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者竹内友康愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H011 AA04 AA13 CC06 DD06 DD12 FF03 KK00 5H012 AA01 BB02 DD17 FF01 JJ02 5H022 AA09 AA18 AA19 CC03 CC08 CC12 CC19 EE04 KK01 5H028 AA01 AA05 BB01 BB04 BB05 BB07 CC05 CC07 CC12 EE01 HH00 5H029 AJ12 AJ14 AK03 AL06 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ06 BJ14 BJ27 CJ04 CJ05 CJ07 DJ02 DJ03 DJ04 DJ05 DJ07 EJ01 HJ00 HJ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電槽缶内に正極シートと負極シートとを
セパレータシートを介して巻回した電極発電体が装着さ
れ、該電極発電体の負極シートと電気的に接続される負
極集電端子部材、および正極シートと電気的に接続され
る正極集電端子部材の少なくとも一方が前記電槽缶の閉
塞端面もしくは封口蓋より外方へ突設されると共に、該
封口蓋が該電槽缶の開口縁に密閉状に、かつ予め設定さ
れた所定の内圧で破壊される強度で接合されていること
を特徴とする密閉二次電池。
【請求項２】前記負極集電端子部材もしくは前記正極
集電端子部材が前記封口蓋としての形状及び機能を有
し、該集電端子部材が前記電槽缶の開口縁に密閉状に、
かつ予め設定された所定の内圧で破壊される強度で接合
されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉二次
電池。
【請求項３】前記負極集電端子部材と前記正極集電端
子部材のいずれか一方の外表面には係合軸部が設けら
れ、他方には該係合軸部と一体的に連結される係合穴部
が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の密閉二次電池。
【請求項４】前記電槽缶はアルミニウム材料により形
成され、該電槽缶の開口縁に接合される前記封口蓋もし
くは封口蓋としての形状及び機能を有する集電端子部材
もアルミニウム材料により構成されていることを特徴と
する請求項１、２又は３に記載の密閉二次電池。