JP2007035343A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電解液注液口の封口特性が良好な密閉型電池を提供する。
【解決手段】 アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池外装容器もしくは電池ヘッダー１に設けた電解液注液口２が段差部２ｃを介してつながる外側の大口径部２ａと、内側の小口径部２ｂを有し、段差部２ｃに小口径部２ｂを覆う第一封口体３を接続し、大口径部に開口部を塞ぐ第二封口体４を接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型電池に関し、とくに電解液を注入した後に電解液注液口を封口する封口部に特徴を有するリチウムイオン電池等の密閉型電池に関するものである。

携帯用の電子機器は、小型軽量化と共に機能の高度化が進んでいる。その結果、これらの電子機器に使用する電源用の電池には、小型、軽量で容積あたり容量が大きな電池が求められている。リチウムイオンをドープ及び脱ドープする正極活物質と負極活物質を用いたリチウムイオン電池は、従来から用いられているニッケルカドミウム電池や鉛電池に比べて、容積あるいは質量当りのエネルギー密度が大きな二次電池として小型の電子機器用の電源として利用されている。

リチウムイオン電池は、正極電極と負極電極をセパレータを介して巻回して製造した電池要素、あるいは正極電極と負極電極を積層した電池要素を金属製の電池外装容器に収納し、電池外装容器とは極性の異なる電極を絶縁性部材で絶縁した電極を備えた電池ヘッダーを取り付けて電池外装容器と電池ヘッダーとの嵌合部を封口した後、電解液注液口から所定の量の電解液を注液し、電解液注液口に封口体を装着してレーザー溶接等によって溶接し注液口を封止している。

図２は、従来の密閉型電池の電解液注液口の封口工程を説明する図であり、図２（ａ）は封口体を注液口に挿入する前の状態を切り口のみで示した説明図、図２（ｂ）は封口体を注液口に挿入し溶接した状態の説明図である。

電解液を注液した密閉型電池の電池ヘッダー１の、電解液の注液口大口径部２ａ及び電解液の注液口小口径部２ｂからなる電解液注液口２に封口体７を挿入し、封口体７と電池ヘッダー１の嵌合部にレーザー光６を照射すると、レーザー光照射部の金属が溶解し、注液口２を設けた電池ヘッダー１あるいは電池外装容器のレーザー光照射部の発熱により電池内部の温度が上昇し、内部の圧力上昇により電解液８の注液口２と封口体７の境界部からの漏出が発生し、レーザー光照射部への電解液８の付着により封口不良が発生することがあった。

特許文献１では、電解液注液口の内側にゴム等の弾性体を装着し、外側には金属製の封口体を装着して外側の金属製の封口体を電解液注液口の壁面と溶接した密閉型電池が提案されている。しかしながら、ゴム等の弾性体からなる封口体は、溶接時に加えられる熱によって軟化し内圧が高まった電池内部から電解液が漏出し、金属製の封口体の溶接が不充分なものとなって封口不良が生じる可能性があった。

特開２０００−２６８８１１号公報

本発明の課題は、電解液注液口に封口体を装着して封口する密閉型電池において、封口時に加えられる熱によって、電解液が漏出して溶接不良が生じることがない密閉型電池を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の密閉型電池は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる電池外装容器または電池ヘッダーに設けた電解液注液口が、段差部を介してつながる外側の大口径部と内側の小口径部を有し、前記段差部に前記小口径部を覆う第一封口体を接続し、前記大口径部に開口部を塞ぐ第二封口体を接続したことを特徴とする。また、前記第一封口体は、ニッケルとアルミニウムのクラッド材がよく、前記第一封口体の段差部への接続には抵抗溶接がよく、前記第二封口体はアルミニウムまたはアルミニウム合金がよく、前記第二封口体の大口径部への接続にはレーザー溶接がよい。

本発明の密閉型電池は、電解液注液口に段差部を介して小口径部と大口径部を形成し、段差部にニッケルとアルミニウムのクラッド材等からなる第一封口体を抵抗溶接等により接続した後に、大口径部にアルミニウム等からなる第二封口体を装着してレーザー溶接によって熱融着して接続、封口したので、レーザー光による熱融着時には、電池外装容器内部の圧力上昇による電解液注液口からの電解液の漏出がないので、電解液注液口の封口の際にはピンホール等が生じることがなく、封口特性が優れた密閉型電池を提供できる。

本発明の密閉型電池は、電解液の注液後、注液口に第一封口体を装着し、内部の電解液がレーザ溶接時に加えられた熱によって電池外装容器内の圧力が上昇して起こる電解液の漏出を一時的に防止した後に、第二封口体を装着して溶接することにより、注入口を完全に封止することが可能であることを見出したものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の密閉型電池を説明する図であり、図１（ａ）は密閉型電池を説明する斜視図であり、図1（ｂ）は密閉型電池の平面図であり、図１（ｃ）は注液口の封止工程を説明する断面図であり、図１（ｄ）は図１（ｂ）の電解液注液口の部分をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

本発明の密閉型電池は、電池缶内に電池要素を収納した後に、電池缶の開口部を電池ヘッダー１で封口したものであり、電池ヘッダー１は中央部に電極端子を有するとともに電解液注液口２を有している。

電池ヘッダー１の金属板に設けた電解液注液口２は、電池ヘッダーの電解液注液口の部分を図１（ｃ）に示すように、段差部２ｃを介して電池外装容器の外側に面する径が大きい大口径部２ａと電池外装容器の内側に面する径が小さい小口径部２ｂから構成されている。第一封口体３は、例えばニッケルとアルミニウムのクラッド材の円板あるいは角板からなり、図１（ｃ）に示すように、注液口の段差部２ｃに小口径部２ｂを覆うように載置し、例えば抵抗溶接電極５で押さえて抵抗溶接により接続する。

第一封口体３の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスとアルミニウムのクラッド材等注液口段差部の材質であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金と密着して接続できるものであればよい。また、接続方法としては、設備的に簡便である抵抗溶接以外にも超音波溶接等他の接続方法を用いることもできる。

第一封口体を注液口段差部に接続することにより、注液口を一時的に密閉し、電池外装容器内部の電解液の外部への漏出を防止する。第一封口体３は、小口径部２ｂにおいて電解液注液口を確実に封口できるように、小口径部２ｂの内径よりも大きな外径を有した平板状の部材が用いられる。また、第一封口体３は、第二封口体４を装着する際、第二封口体４が上部に突出しないよう、あるいは突出量が小さくなるように、その厚みを決めることが望ましい。

第一封口体の段差部２ｃへの接続の後、図１（ｄ）に示すように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第二封口体４を注液口大口径部２ａに嵌合し、注液口２と第二封口体４をレーザー溶接により完全に封止する。レーザー溶接の際に発生する熱により、電池外装容器を通して内部も熱的影響を受けて高温となり、内部の圧力が上がるが、注液口段差部２ｃに接続された第一封口体により、密閉されているため、内部の電解液等が漏出することがなく、溶接部への電解液の付着がなく欠陥部のない安定したレーザー溶接をすることができる。

なお、第一封口体は、レーザー溶接の際に発生する熱により電池内部の温度が上昇し、内部の圧力上昇によって発生する電解液の漏出を防止するため一時的に注液口を封止するものである。長期間の使用による電解液の微小な漏出を防止するために、第二封口体をレーザー溶接によって注液口の完全な封止を実現している。

幅３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ３００３）製の電池外装容器に電池要素を収納した後、図１に示すように、電解液の注液口大口径部２ａの直径３．０ｍｍ深さ０．５ｍｍで中心に小口径部２ｂの直径１．０ｍｍの貫通口を有した注液口２を設けた厚さ１．０ｍｍのアルミニウム合金（Ａ３００３）製の電池ヘッダー１を電池外装容器に嵌合しレーザー溶接して封口する。

電解液として六フッ化燐酸リチウムを、電解質としてジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）の混合溶媒に溶解したものを注液口２から注液した後、縦２．０ｍｍ、横２．０ｍｍ厚さ０．２ｍｍのニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる第一封口体を、注液口段差部２ｃに小口径部２ｂを完全に塞ぐように載置し、抵抗溶接の電極棒で押し付けながら通電し溶接を行った。

その後、直径３．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム円板からなる第二封口体を注液口大口径部２ａに嵌合し、注液口と第二封口体をレーザ溶接により封止した。作製した１０００個のリチウムイオン電池について、レーザー溶接後の封止不良を確認したところ、不良の発生はなかった。

（比較例）
封口体の構造を変更した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。図２に示すように、フランジ部の直径３．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの突出部の直径１．０ｍｍの封口体７を注液口２に圧入し、レーザー溶接を行った。作製した１０００個のリチウムイオン電池について、レーザー溶接後の封止不良を確認したところ、５個ピンホールによる溶接不良が発生した。

本発明の密閉型電池を説明する図、図１（ａ）は密閉型電池を説明する斜視図、図1（ｂ）は密閉型電池の平面図、図１（ｃ）は注液口の封止工程を説明する断面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）の電解液注液口の部分をＡ−Ａ線で切断した断面図。 従来の密閉型電池の電解液注液口の封口工程を説明する図、図２（ａ）は封口体を注液口に挿入する前の状態を切り口のみで示した説明図、図２（ｂ）は封口体を注液口に挿入し溶接した状態の説明図。

符号の説明

１ 電池ヘッダー
２ （電解液）注液口
２ａ （注液口）大口径部
２ｂ （注液口）小口径部
２ｃ （注液口）段差部
３ 第一封口体
４ 第二封口体
５ 抵抗溶接電極
６ レーザー光
７ 封口体
８ 電解液

Claims (2)

1. アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる電池外装容器または電池ヘッダーに設けた電解液注液口が、段差部を介してつながる外側の大口径部と内側の小口径部を有し、前記段差部に前記小口径部を覆う第一封口体を接続し、前記大口径部に開口部を塞ぐ第二封口体を接続したことを特徴とする密閉型電池。
2. 前記第一封口体がニッケルとアルミニウムのクラッド材からなり、前記段差部に抵抗溶接により接続し、前記第二封口体がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記大口径部にレーザー溶接により接続していることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。

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