JP4807089B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、小型角形の非水電解質二次電池等のように、発電要素を収容した金属製容器の上端開口部を金属製蓋で封止した電池に関するものである。

小型角形の従来の非水電解質二次電池の構成例を図８に示す。この非水電解質二次電池は、金属製容器１の内部に発電要素２を収納し、開口部に金属製蓋３を嵌入させたものである。金属製蓋３には、金属製の端子４が取り付けられている。端子４は、本体が金属製蓋３の外面に配置され、裏面側の一部がこの金属製蓋３を貫通して内面側に突出している。また、この端子４は、絶縁封止材を介して、金属製蓋３とは絶縁されると共に、貫通部が封止されている。発電要素２は、ここでは長円筒形の巻回型のものを例示する。この発電要素２は、帯状の正極と負極を帯状のセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、正極に接続された正極リード５と負極に接続された負極リード６が端面から突出している。そして、正極リード５と負極リード６のいずれか一方は、一部が金属製蓋３の内面側に突出する端子４に接続固定され、他方は金属製蓋３の内面側に接続固定される。従って、端子４に負極リード６が接続固定されて負極端子となる場合には、正極リード５が接続固定される金属製蓋３や金属製容器１が正極端子となる。この発電要素２が金属製容器１に収納されて、金属製容器１の開口部に金属製蓋３が嵌入されると、周囲の境界部が溶接により溶着されて封止される。

非水電解質二次電池では、上記金属製容器１と金属製蓋３は、これらが正極端子となる場合には、アルミニウムやアルミニウム合金が用いられ、負極端子となる場合には、鉄やステンレス綱が用いられる。また、正極リード５は、薄いアルミニウム合金板が用いられ、負極リード６は、薄いニッケル合金板が用いられるのが一般的である。なお、以下では、説明を分かりやすくするために、金属製容器１と金属製蓋３が正極端子となり、アルミニウム合金からなる場合を示す。

上記正極リード５と負極リード６を金属製蓋３と端子４に接続する構造としては、金属製蓋３の内面に正極接続板を接続固定すると共に、この金属製蓋３の内面側に突出した端子４に負極接続板を接続固定し、これらの正極接続板と負極接続板に正極リード５と負極リード６を溶接により接続固定したものが従来からあった（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、正極リード５を金属製蓋３の内面に接続固定するために正極接続板を用いたのでは、部品点数と製造工程が増加し、製造コストを上昇させることになる。そこで、図９に示すように、正極リード５を金属製蓋３の内面に直接溶接したものも従来からあった。

ところが、負極リード６は、これを溶接するために用いられる適度な厚さの負極接続板７に確実に接続固定されるが、正極リード５は、厚い金属製蓋３に直接溶接されるために、溶接強度を確実に得ることができないおそれがある。このため、例えば非水電解質二次電池が振動を受けて発電要素２が金属製容器１の内部で動き、正極リード５が金属製蓋３とは反対側に引っ張られると、この金属製蓋３の内面との溶接部が剥がれるおそれがあるという問題が生じていた。しかも、負極リード６は、例えば負極接続板７に溶接した後に、この負極接続板７を折り曲げることにより、発電要素２との間に無駄なスペースが生じるのを防ぐことができるが、正極リード５は、直接金属製蓋３の内面に溶接されるために、発電要素２との間に溶接作業のためのスペースを確保する必要が生じ、このスペースが非水電解質二次電池の容積エネルギー密度を低下させる原因になるという問題も発生していた。

また、上記問題を解消するために、図１０に示すように、正極リード５を金属製蓋３の側面と金属製容器１の開口縁部の内面との間に挟持させて接続固定する構造も従来からあった。ところが、金属製容器１の開口部に嵌入させた金属製蓋３に正極リード５を挟むと、その部分の金属製容器１の開口縁部がこの正極リード５の厚さ分だけ押し広げられて金属製蓋３との間の隙間が広がることになるので、溶接の際にピンホールが発生するおそれがあるという問題が生じる。しかも、鉄やステンレス鋼からなる金属製容器１と金属製蓋３との間にニッケル合金板からなる負極リード６を挟持させた場合には、溶接された鉄やステンレス鋼とニッケル合金による異種金属の界面が外部に露出して腐食が発生するという問題もあり、アルミニウム合金製の金属製容器１と金属製蓋３の間にアルミニウム合金板の正極リード５を挟持させる場合でも、これらの合金組成の相違により同様の問題が生じるおそれがある。
特開２００３−２８２０３１号公報（第３図）

本発明は、金属製容器と金属製蓋との接合部に設けられた空隙部にリードを挟持させて接合することにより、リードの接合部が容易に剥がれることのない電池を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、発電要素を収納した金属製容器の開口部に金属製蓋で封止した電池において、金属製容器と金属製蓋との接合部に電池内部と電池外部とを連通することなく設けられた空隙部に、発電要素から導出されたリードが挟持されるとともに、リードが金属製容器と金属製蓋の少なくとも片方に接合されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、空隙部が金属製容器と金属製蓋の接合部の金属製蓋に形成された凹部であることを特徴とする。

請求項３の発明は、空隙部が金属製容器と金属製蓋の接合部の金属製容器に形成された凹部であることを特徴とする。

本発明によれば、リードが金属製容器と金属製蓋との接合部に設けられた空隙部に挟持されて接合されるので、このリードの接合部が容易に剥がれるようなことがなくなる。また、このリードは、金属製蓋と金属製容器を組み合わせる前に接合することもできるが、その場合であっても、この金属製蓋と発電要素との間に溶接等の作業用の広いスペースを確保する必要がなくなり、電池のエネルギー密度を低下させることがなくなる。しかも、このリードは、空隙部に収容されるので、金属製容器と金属製蓋との接合部に隙間を生じさせることがなく、ピンホールが発生するおそれもなくなる。さらに、このリードは、空隙部が電池外部に連通しないので、外部に露出することがなく、異種金属の界面で腐食が生じるようなこともなくなる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。なお、これらの図においても、図８〜図１０に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、従来例と同様に、小型角形の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池は、図１に示すように、金属製容器１の内部に発電要素２を収納し、開口部に金属製蓋３を嵌入したものである。金属製容器１は、アルミニウム合金製の角形の容器である。

金属製蓋３は、上記金属製容器１の開口部に嵌入するような細長い方形のアルミニウム合金板であり、この金属製容器１の開口部に嵌入させたときに外側に露出する面が外面となり、金属製容器１内を向く面が内面となる。そして、この金属製蓋３の四方の側面は、金属製容器１の開口縁部の内面に嵌入するために、これら内外面に対してそれぞれ垂直な面となっている。ただし、この金属製蓋３の側面における外面側を除いた部分には、内面側ほど内側に傾斜した斜面３ａが形成されている。即ち、この金属製蓋３の四方の側面は、外面側の一部のみが本来の垂直面となり、それよりも内面側の部分は、それぞれ徐々に内側に傾斜した斜面３ａとなる。

上記金属製蓋３には、図２に示すように、端子４が取り付けられている。端子４は、ニッケル合金製の方形の板材であり、裏面中央部にピン状に突出した突起４ａが設けられている。この端子４は、方形の板材からなる本体が絶縁封止材８を介して金属製蓋３の外面の中央部に配置され、裏面中央から突出した突起４ａを金属製蓋３の貫通孔を通して内面側に突出させている。また、この突起４ａは、絶縁封止材９を介して金属製蓋３の内面に配置された負極接続板７の貫通孔も貫通し、さらに内側に突出した先端部をかしめることにより負極接続板７に接続固定されている。そして、この端子４の突起４ａの先端部を負極接続板７にかしめることにより絶縁封止材８、９を金属製蓋３に圧接して、この金属製蓋３に対して端子４を絶縁すると共に、突起４ａの貫通部を封止している。

発電要素２は、ここでも、従来例と同様の構造の長円筒形の巻回型のものを示す。従って、この発電要素２の端面からは、薄いアルミニウム合金板からなる正極リード５と、薄いニッケル合金板からなる負極リード６が突出している。

上記発電要素２の端面から突出した負極リード６は、従来例と同様に、先端部が負極接続板７にスポット溶接により接続固定されている。負極接続板７は、ここでは、絶縁封止材９を介して金属製蓋３の内面に配置された本体から折れ曲がった部分を有するものを用い、この折れ曲がった部分に負極リード６の先端部が接続固定される。そして、この負極接続板７の折れ曲がった部分を、図２に示すように、さらに本体と折り重なるように折り曲げることにより、発電要素２と金属製蓋３との間のスペースを狭めることができる。

また、この発電要素２の端面から突出した正極リード５は、図１に示すように、先端部が金属製蓋３の側面の斜面３ａにスポット溶接により接合されている。この正極リード５の先端部を金属製蓋３の斜面３ａに接合する溶接作業には、発電要素２と金属製蓋３との間のスペースが不要となるので、上記のようにこれらのスペースを十分に狭めた状態で作業を行うことができる。

上記のようにして正極リード５と負極リード６の先端部を金属製蓋３の斜面３ａと負極接続板７に接続した発電要素２は、金属製容器１に挿入することにより収納される。また、金属製蓋３は、この発電要素２の収納に伴って金属製容器１の開口部に嵌入される。すると、金属製蓋３の斜面３ａと金属製容器１の開口縁部の内面との間には、電池内部側ほど隙間が広くなる空隙部が形成される。また、この空隙部に配置された正極リード５は、図２に示すように、先端部の先端側の一部が金属製蓋３の斜面３ａと金属製容器１の開口縁部の内面との間で圧接されて挟持されることになる。そして、金属製蓋３が完全に嵌入されると、この金属製蓋３の周囲と金属製容器１の開口縁部との境界部をＴＩＧ溶接やレーザ溶接等により溶着することにより内部を封止して非水電解質二次電池を完成する。なお、非水電解液は、通常は、この後に、金属製容器１や金属製蓋３に開口させておいた注液口から注入されることになり、予備充電後に封口される。

上記構成の非水電解質二次電池は、正極リード５の先端部が、金属製蓋３の斜面３ａに溶接されるだけでなく、この金属製蓋３の斜面３ａと金属製容器１の開口縁部の内面との間の空隙部に挟持されるので、振動等を受けて発電要素２が金属製容器１内で動いたとしても、この正極リード５の溶接部が容易に剥がれるようなことがなくなる。また、この正極リード５は、発電要素２と金属製蓋３との間にスペースがなくても金属製蓋３に溶接することができるので、このスペースが広くなりすぎることによるエネルギー密度の低下を避けることができるようになる。しかも、この正極リード５は、先端が金属製蓋３の斜面３ａよりも外面側に突出することがないので、この金属製蓋３の側面と金属製容器１の開口縁部の内面との間に隙間を生じさせたり、これらの間から外部に露出することがなく、金属製蓋３を封止するための溶接を行っても、ピンホールが発生するようなおそれが生じない。

なお、上記実施形態では、金属製蓋３の四方の側面の全ての面に斜面３ａを形成する場合を示したが、正極リード５の先端部を接合する部分だけに斜面３ａを形成するようにしてもよい。また、このような斜面３ａによる空隙部に代えて、図３に示すような凹部３ｂを形成することもできる。凹部３ｂは、金属製蓋３の本来の側面から正極リード５の厚さよりも僅かに浅く窪んだ部分であり、この金属製蓋３の側面における外面側を除いた部分に形成される。この凹部３ｂに正極リード５の先端部を接合して、金属製蓋３を金属製容器１の開口部に嵌入させると、図４に示すように、正極リード５の先端部が金属製蓋３の凹部３ｂと金属製容器１の開口縁部の内面との間で圧接されて挟持されることになり、これによって斜面３ａに接合した場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記では、正極リード５の先端部を予め金属製蓋３の斜面３ａや凹部３ｂに接合する場合を示したが、この正極リード５の先端部は、金属製容器１の開口縁部の内面における開口端を除いた部分に接合しておくこともできる。さらに、この正極リード５の先端部は、金属製蓋３を金属製容器１の開口部に嵌入させる際には、金属製蓋３と金属製容器１のいずれにも接合せず、金属製蓋３の嵌入後にスポット溶接等によって金属製蓋３や金属製容器１に溶着させて接合することも可能である。

また、上記では、金属製蓋３に斜面３ａや凹部３ｂを形成する場合を示したが、図５に示すように、金属製容器１の開口縁部の内面に凹部１ａを形成してもよい。この凹部１ａは、金属製容器１の開口縁部の本来の内面から正極リード５の厚さよりも僅かに浅く窪んだ部分であり、この金属製容器１の内面における開口側を除いた部分から、少なくとも金属製蓋３が嵌入される位置よりも奥まで形成される。この凹部１ａに正極リード５の先端部を接合して、金属製蓋３を金属製容器１の開口部に嵌入させると、正極リード５の先端部が金属製容器１の凹部１ａと金属製蓋３の側面との間で圧接されて挟持されることになり、これによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、金属製蓋３が金属製容器１の開口部に嵌入される場合について示したが、この金属製蓋３は、図６に示すように、金属製容器１の開口端面を覆うように配置することもできる。そして、この場合は、金属製蓋３の内面の縁部に凹部３ｃを形成すればよい。この凹部３ｃは、金属製蓋３の本来の内面から正極リード５の厚さよりも僅かに浅く窪んだ部分であり、この金属製蓋３の内面における周縁側を除いた部分から、少なくとも金属製容器１の開口端と重なる位置よりも内側まで形成される。この凹部３ｃに正極リード５の先端部を接合して、金属製蓋３を金属製容器１の開口端面に押圧した状態で、周囲の境界部を溶接により溶着して封止すると、正極リード５の先端部が金属製蓋３の凹部３ｃと金属製容器１の開口端面との間で圧接されて挟持されることになり、これによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この場合は、金属製蓋３の内面の縁部の凹部３ｃに代えて、金属製容器１の開口端面に凹部を形成することもできる。

また、上記では、金属製蓋３に斜面３ａや凹部３ｂ、３ｃを形成したり、金属製容器１に凹部１ａを形成することにより空隙部を設ける場合を示したが、図７に示すように、金属製蓋３の周縁部と金属製容器１の開口端部を段状に形成し、この金属製蓋３を金属製容器１の開口部に嵌入させたときに、金属製蓋３の周縁部の内面と金属製容器１の開口部の段状の端面との間に空隙部１０が形成されるようにしてもよい。この空隙部１０は、正極リード５の厚さよりも僅かに狭い隙間であり、電池内部には通じるが電池外部には通じないようになっている。この空隙部１０の金属製蓋３の内面又は金属製容器１の開口端面に正極リード５の先端部を接合して、金属製蓋３を金属製容器１の開口部に嵌入させて押圧した状態で、周囲の境界部を溶接により溶着して封止すると、正極リード５の先端部が空隙部１０で圧接されて挟持されることになり、これによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、このような空隙部１０は、図７に示すような場合に限らず、金属製容器１と金属製蓋３の組み合わせ形状に応じて任意に形成することができる。

また、上記実施形態では、発電要素２から１本の正極リード５のみが突出する場合を示したが、複数本の正極リード５が突出していてもよく、これらの正極リード５の先端部をそれぞれ金属製蓋３と金属製容器１の接合部の空隙部に挟持させて接合させればよい。

また、上記実施形態では、正極リード５の接合にスポット溶接を用いる場合を示したが、レーザ溶接や超音波溶接等の他の溶接を用いたり、ロウ付けや半田付けを用いることもできる。ここで、接合とは、機械的な挟持・圧接以外の方法により接続と固定を行う手段をいい、接続固定手段の一種である。

また、上記実施形態では、負極リード６をスポット溶接により負極接続板７に接続固定する場合を示したが、この負極リード６を端子４に接続固定する手段は任意である。さらに、端子４も、必ずしも金属製蓋３に取り付ける必要はなく、金属製容器１に取り付けられていてもよい。そして、この端子４の構成によっては、負極接続板７を用いることなく負極リード６を接続固定することもできる。

また、上記実施形態では、正極リード５を金属製蓋３や金属製容器１に接続固定する場合を示したが、負極リード６をこの金属製蓋３や金属製容器１に挟持して接合するようにしてもよい。この場合、金属製蓋３や金属製容器１は、鉄やステンレス鋼が用いられ、この間にニッケル合金からなる負極リード６が挟持されることになるが、この負極リード６の先端がこれら金属製蓋３と金属製容器１の間から外部に露出することはないので、金属製蓋３の周囲と金属製容器１の開口縁部との境界部が溶接により封止されても、異種金属の界面で腐食が生じるようなおそれは生じない。

また、上記実施形態では、小型角形の金属製容器１と金属製蓋３を用いる場合を示したが、これらの形状は任意であり、例えば円筒状の金属製容器１の開口部に円板状の金属製蓋３を嵌合させるものであってもよい。金属製蓋３がこのように円板状である場合に、この金属製蓋３の側面の全周に斜面３ａを形成すると、この斜面３ａはテーパ状となる。さらに、上記実施形態では、金属製容器１の開口部に嵌合させた金属製蓋３を封止するためにＴＩＧ溶接やレーザ溶接等を用いる場合を示したが、この封止手段は任意である。

また、上記実施形態では、長円筒形の巻回型の発電要素２を用いる場合を示したが、この発電要素２は、円筒形等の他の巻回型のものを用いてもよく、積層型のものを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、他の電池にも同様に実施可能である。

本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 本発明の第２の実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大組み立て斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 本発明の第３の他の実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 本発明の第４の他の実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 本発明の第５の他の実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための組み立て斜視図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。 他の従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すための部分拡大縦断面側面図である。

符号の説明

１ 金属製容器
２ 発電要素
３ 金属製蓋
３ａ 斜面
３ｂ 凹部
５ 正極リード

Claims (3)

1. 発電要素を収納した金属製容器の開口部に金属製蓋で封止した電池において、
   金属製容器と金属製蓋との接合部に電池内部と電池外部とを連通することなく設けられた空隙部に、発電要素から導出されたリードが挟持されるとともに、リードが金属製容器と金属製蓋の少なくとも片方に接合されたことを特徴とする電池。
2. 空隙部が金属製容器と金属製蓋の接合部の金属製蓋に形成された凹部であることを特徴とする、請求項１記載の電池。
3. 空隙部が金属製容器と金属製蓋の接合部の金属製容器に形成された凹部であることを特徴とする、請求項１記載の電池。

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