JP3594404B2

JP3594404B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3594404B2
Application number: JP13368296A
Authority: JP
Inventors: 尚垣内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH09320551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池の構造に関し、詳しくは電池収納容器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密閉型電池の構造概要を、図４及び図５に基づいて説明する。図４中、１０１は、負極端子を兼ねる有底金属ケースであり、この内部に正負両電極や電解液などからなる発電要素が収納されている。１０２は、金属ケース１０１の開口端縁にレーザー溶接等により溶接され、前記開口を封口する封口板である。この封口板１０２の中央には透孔が設けられている。１０３は、中空リベット形状をした正極集電部材（他方極集電部材）である。この正極集電部材１０３は、ガスケット１０４を間に介在させた状態で前記封口板１０２の透孔に取り付けられている。
【０００３】
前記正極集電部材１０３の上方には、内部に安全弁機構１１２を有する正極キャップ１１１（他方極外部端子）が、下端を前記集電部材１０３の座部に接触させた状態で固定配置されている。この正極キャップ１１１は、正極外部端子を兼ねるとともに、電池内部で発生したガスを電池外に逃がす役割を担っている。また、封口板１０２の下側（電池内部側）には、封口板１０２の下面に当接させて絶縁板１０５が配置され、この絶縁板１０５の下には集電タブ端子板１０６が配置されている。この集電タブ端子板１０６の内周端部は、前記正極集電部材１０３に接触せられるとともに、正極から導出する正極タブ端子（他方極タブ端子）１０７に溶接されたリード１０８の他端が溶接されている。
【０００４】
更に、絶縁板１０２と発電要素との間にはスペーサ１０９、１１０が配置されており、このスペーサ部材により発電要素が金属ケース内に固定される構造となっている。なお、スペーサ１１０は、スペーサ１０９の対向する面を支持するとともに、リード１０８の中間部を支える役割を担うものである。
【０００５】
図４に示す以上のような構造の電池では、封口板の下面全面に当接・配置された絶縁板１０５が、リード１０８などの異極性部材と封口板１０２との接触を防止するとともに、極板から脱落する活物質片等の発電要素が封口板１０２へ付着することを確実に防止する。したがって、異極性部材の接触等に起因する内部短絡が発生しない。
【０００６】
ところが、絶縁板を封口板の下面全面に当接・配置した構造においては、次のような問題が発生する。すなわち、密閉型電池では、電池組立ての最終段階において、金属ケースと封口板とを溶接する作業（封口工程）が行われるが、ここにおいて溶接部付近の絶縁板が、溶接熱により溶融・気化し、気化ガスが未だ溶融状態にある溶接部を通過して外部に逃げるという現象が生じる。このため、当該溶接部に多数のピンホールが形成され、良好な溶接が成しえない。
【０００７】
このような構造（図４）に対し、実開平７−１４５５８号公報では、封口板１０２よりも外形寸法を小さくした絶縁板２０５を用いた構造（図５）が示されている。この構造であると、溶接部１１３の直下に絶縁板が存在しないので、絶縁板の溶融・気化に起因するピンホールが発生しない。しかしながら、封口板よりも外形寸法を小さくした絶縁板を用いた場合、封口板の露出部において、封口板とリード部材が接触する恐れがあり、また発電要素から剥離した活物質等が封口板に付着して、内部短絡等のトラブルを発生する恐れがある。つまり、図５に示す構造では、内部短絡の防止という絶縁板の本来的機能が損なわれるという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、絶縁板の本来的機能を損なうことなく、絶縁板の溶融・気化に起因する溶接不良を防止できる電池構造を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。即ち、請求項１記載の発明は、発電要素が収納された、一方極外部端子を兼ねる有底金属ケース（１）と、前記金属ケース（１）の上方開口端部に嵌合され溶接されて、前記金属ケース（１）の開口を閉塞する封口板（２）と、該封口板（２）の中央部付近に形成された透孔に、ガスケット（４）を介在させて装着される中空リベット形状の他方極集電部材（３）と、外周側面が前記金属ケース（１）の内壁に接触し、かつ前記封口板（２）の下面全面を覆うように配置された絶縁板（５、２５）と、を含み構成された密閉型電池であって、前記封口板（２）の外周側面と前記金属ケース（１）の上方開口端部の内壁とが溶接された溶接部（１３）の直下に、溶接熱の伝導を和らげる緩衝空間としての空隙部（１４、２４）が設けられており、前記空隙部（１４、２４）が、前記絶縁板（５、２５）の外周縁に面取り部又は丸み付け部を設けることにより形成したものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の密閉型電池において、前記空隙部（１４、２４）が、封口板（２）に沿う空間幅長が前記溶接部（１３）の最大溶接幅長の１／２〜３．０であり、金属ケース（１）の側壁に沿う空間深さ長が、溶接部（１３）の溶接深さの１／２〜３．０であることを特徴とする。
【００１２】
【実施の形態】
図に基づいて、本発明にかかる密閉型電池の実施の形態を説明する。図１、２は、本発明にかかる密閉型電池（角形タイプ）の断面構造を示す図であり、図１、２の（Ａ）は電池の長径面の断面構造図、（Ｂ）は短径面の断面構造図である。なお、図１、２においては、本発明の要部を構成する絶縁板以外の部材については共通の符号を付し、機能が共通する部材であることを示した。
【００１３】
図中、１は上方に開孔を有する有底の金属ケースであり、この金属ケース１内に正極、負極、セパレータ、及び電解質からなる発電要素が収納されている。この金属ケース１は、冷間圧延鋼板などの導電性材料で構成されており、一方極（正極又は負極）の外部端子を兼ねている。
【００１４】
２は、中央部付近に透孔を有する封口板である。この封口板は、通常、金属ケース１と同一の材料（例えば、冷間圧延鋼板）で構成されている。３は、中空リベット形状をした他方極集電部材である。４は、電気絶縁性のガスケットであり、封口板（２）の透孔側面と他方集電部材３との間に介在されて、両者を電気絶縁するとともに液漏れ、ガス漏れを防止する部材である。
【００１５】
５は、電気絶縁性の絶縁板であり、この絶縁板の外周端部には面取り部が形成されている。この絶縁板５は、異極性の部材との接触を防止し内部短絡を防止するために使用されるものであり、ナイロン樹脂などから構成される。
【００１６】
６は、集電タブ端子板である。７は、他方極電極（正極又は負極）から導出された集電タブである。８は、集電タブ端子板６と集電タブ７とを電気的に接続するためのリードである。９は、発電要素を金属ケース１内に支持固定する等のためのスペーサであり、１０はスペーサ９の一部を構成する部材である。このスペーサ部材１０は、スペーサ９の相対向する面を支持するとともに、リード８を支え案内する役割をもっている。１１は、電極キャップである。電極キャップ１１は、他方極の外部端子を兼ね、また内部に安全弁機構１２を内蔵しており、電池内圧が一定以上となったときには安全弁の作動により、電池内部のガスが外部に逃げる構造になっている。
【００１７】
これらの部材から、次のようにして密閉型電池が組み立てられる。
【００１８】
先ず、封口板２の透孔部にガスケット４を配置し、ガスケット４の透孔部に他方極集電部材３を差し込むとともに、他方封口板２の下面に絶縁板５を当てがい、更にこの下に集電タブ端子板６を位置させ、前記他方極集電部材３の中空部および座部をかしめて各部材を封口板に固定する。また、封口板と一体化した他方極集電部材３の上方座部に、安全弁機構１２を設置した電極キャップ１１の外周下面が接触するようにして電極キャップ１１を電気抵抗溶接等で溶接する。また、発電要素を形成する他方極から導出する集電タブ７にリード８を溶接接続した後に、発電要素を金属ケース１内に収納し電解液を注液する。
【００１９】
続いて、この発電要素の上部にスペーサ９（１０を含む）を設置し、リード８のもう一方の先端部を集電タブ端子６に接続する。この状態で、封口板２と金属ケース１とを嵌合させ、嵌合部をレーザー溶接し、電池を密閉する。
【００２０】
なお、前記集電タブ端子板６は、リード８と他方極集電部材３を電気的に接続する機能とともに、他方極集電部材３をかしめたとき、絶縁板５を下側から支える座金としても機能する部材であるが、リード８を他方極集電部材３に直接接続することも可能である。よって、集電タブ端子板６は、本発明における必須の構成部材とはならない。
【００２１】
ところで、上記絶縁板５は、外周面が金属ケース１の内壁に当接するように配置され、封口板２の下面全面を覆うように配置され、かつこの絶縁板５の外周面の角（封口板２側の角）には面取り部が設けてある。したがって、金属ケース１と封口板２と絶縁板５とで囲まれる電池内の隅部には、空隙部１４が形成され、この空隙部は溶接部１３直下に位置する。それゆえ、この空隙部１４が、溶接熱が絶縁板に伝わるのを緩和する断熱空間として機能する。つまり、本発明にかかる電池では、電池組立て工程における溶接熱により絶縁板が溶融・気化したり、また分解ガスが発生するといったことが防止できるので、気化ガスを原因とする溶接不良（ピンホールの発生）が抑制できる。
【００２２】
ここで、上記の如く、空隙部１４は断熱空間としての機能を担うものであるので、空隙部１４の空間形状や容積は、伝導する温度や、溶融領域の大きさ（溶接幅や溶接深度）を考慮して好適に設計するのがよい。具体的には、封口板（２）に沿う空間長（以下、空間幅長とする）を最大溶接幅長の１／２〜３．０とし、金属ケース（１）の側壁に沿う空間長（以下、空間深さ長とする）を、溶接深さ長の１／２〜３．０とするのが好ましく、通常、前記空間幅長及び空間深さ長を、それぞれ溶接幅長、溶接深さ長と同等になるようにすれば十分な効果が得られる。
【００２３】
なお、空間幅長が溶接幅長の１／２未満であると、断熱空間幅が不足するので、高温の溶接熱が直接絶縁板に達する恐れが高まる。また、空間深さ長が溶接深さ長の１／２未満であると、空間厚みが不足するので十分な断熱効果が得られない。その一方、空間幅長及び空間深さ長を、それぞれ溶接幅長及び溶接深さ長の３．０倍を超えるものとしてもさほど効果が期待できず、絶縁板の強度の低下を招来する。
【００２４】
前記空隙部は、図１の絶縁板５の如く、外周縁を面取りする方法や、図２の絶縁板２５の如く、外周縁を丸み付け形状とすることにより容易に形成することができる。なお、ここにいう面取りには、図３ａの形状が含まれ、丸み付け形状には、凸アール形状（絶縁板２５）や凹アール形状（図３ｂ）が含まれる。
【００２５】
また、上記では角形電池での例を示したが、本発明は、金属ケースと封口板をレーザー溶接法や電子ビーム溶接法等を用いて溶接し密閉するタイプの円筒形、方形等の種々の形状の電池に適用できる。
【００２６】
【実施例】
図１に示す本発明にかかる密閉型電池、および図４、５に示す従来構造の密閉型電池を作製した。そして、これらの電池の漏液発生率と内部短絡発生率を比較し、本発明の効果を確認した。
【００２７】
（実施例）
前記金属ケース１として、高さ６４ｍｍ、外形１７ｍｍ×８ｍｍの直方体形状の冷間圧延鋼板からなる開口を有する有底金属ケース（板厚０．５ｍｍ）を用いた。また、封口板２としては、板厚０．５ｍｍ、全長１６ｍｍ×７ｍｍの冷間圧延鋼板を用いた。
【００２８】
他方、絶縁板５としては、板厚２ｍｍ、全長１６ｍｍ×７ｍｍのナイロン樹脂からなる絶縁板を用意し、この絶縁板の外周端部を図３ａに示すように面取りしたものを用いた。
【００２９】
上記部材を用い、前記実施の形態の部で記載した方法により、実施例にかかる密閉型電池を組み立て、封口板２と金属ケース１とはレーザー溶接により溶接した。レーザー溶接における溶接部１３（レーザー溶接）の溶接幅は、全長０．５ｍｍ（金属ケース側、封口板側ともに０．２５ｍｍづつ）であり、溶接深さは、０．２ｍｍであった。なお、溶接幅及び溶接深さとは、溶接時に金属が溶融する幅及び深さをいう。
【００３０】
（比較例１）
絶縁板の外周端部に面取り面を形成しなかったこと以外は、上記実施例と同様にして、図４に示す比較例１電池（従来例電池）を作製した。
【００３１】
（比較例２）
上記実施例で用いた絶縁板よりも全長が小さく、また外周端部に面取り面を形成しないものを絶縁板（図５の２０５）として用いたこと以外は、上記実施例と同様にして図５に示す比較例２電池（従来例電池）を作製した。比較例２で用いた絶縁板の全長は、１３ｍｍ×４ｍｍであった。よって、封口板２の外周側に１．５ｍｍ幅の露出部（絶縁板で覆われていない部分）ができる。
【００３２】
（試験結果）
上記の各電池を１万個づつ作製し、同一の条件で充放電を１サイクル行った後に、レーザー溶接部からの漏液の有無、及び内部短絡の発生の有無を調べた。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１から、次のことが明らかになる。封口板の下面全面が絶縁板で覆われている実施例電池及び比較例１電池は、封口板の下面の一部が露出している比較例２電池に比べて、内部短絡発生率が顕著に小さかった。この事実から、内部短絡発生率を低下させるためには、封口板の下面全面を絶縁板で覆う必要がある。
【００３５】
一方、漏液発生率の面からは、溶接部付近に空隙部が形成された実施例電池は、空隙部が形成されていない比較例１電池に比べ、漏液発生率が顕著に小さかった。実施例電池と比較例１電池とは、本発明にかかる空隙部の有無のみが異なるものであるので、両電池間における漏液発生率の違いは、溶接部の良否（ピンホールの多さ）に起因すると考えられる。即ち、比較例１電池では、レーザー溶接に際し、溶接部付近の絶縁板が溶融・気化した結果、溶接部にピンホール（気化ガスの逃げ道）が多く形成される。これに対し実施例電池では、溶接部付近に溶接熱を断熱する空隙が形成されているので、絶縁板の溶融・気化現象が生じなかったものと考えられる
【００３６】
【発明の効果】
以上から明らかなように、封口板より小径の絶縁板を用いることなく、絶縁板と封口板と金属ケースとの３部材が会合する電池内部の隅部に空隙部を形成する構成の本発明によれば、封口板の露出がないので、封口板に異極性部材が接触すること等に起因する内部短絡が防止できるとともに、溶接温度の影響を受ける部分には溶接熱に対する緩衝空間としての空隙部が形成されているので、絶縁板の溶融・気化に起因する溶接不良が防止できる。しかも、前記空隙部は、殆どコストを要せずに形成することができる。
【００３７】
したがって、本発明によれば、液漏れや内部短絡の生じない信頼性の高い密閉型電池を安価に提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる密閉型電池の一態様（実施例）を示す断面構造図である。
【図２】本発明にかかる密閉型電池の他の態様を示す断面構造図である。
【図３】本発明にかかる絶縁板形状の他の態様を示す図である。
【図４】従来の密閉型電池（比較例１）の断面構造図である。
【図５】従来の密閉型電池（比較例２）の断面構造図である。
【符号の説明】
１金属ケース
２封口板
３他方極集電部材
４ガスケット
５、２５絶縁板
１３溶接部
１４、２４空隙部

Claims

発電要素が収納された、一方極外部端子を兼ねる有底金属ケース（１）と、
前記金属ケース（１）の上方開口端部に嵌合され溶接されて、前記金属ケース（１）の開口を閉塞する封口板（２）と、
該封口板（２）の中央部付近に形成された透孔に、ガスケット（４）を介在させて装着される中空リベット形状の他方極集電部材（３）と、
外周側面が前記金属ケース（１）の内壁に接触し、かつ前記封口板（２）の下面全面を覆うように配置された絶縁板（５、２５）と、
を含み構成された密閉型電池であって、
前記封口板（２）の外周側面と前記金属ケース（１）の上方開口端部の内壁とが溶接された溶接部（１３）の直下に、溶接熱の伝導を和らげる緩衝空間としての空隙部（１４、２４）が設けられており、
前記空隙部（１４、２４）が、前記絶縁板（５、２５）の外周縁に面取り部又は丸み付け部を設けることにより形成したものであることを特徴とする密閉型電池。
前記空隙部（１４、２４）は、封口板（２）に沿う空間幅長が前記溶接部（１３）の最大溶接幅長の１／２〜３．０であり、金属ケース（１）の側壁に沿う空間深さ長が、溶接部（１３）の溶接深さの１／２〜３．０であることを特徴とする、請求項１記載の密閉型電池。