(57)【要約】【課題】  アルミニウムまたはその合金製の外装容器を用いた封口特性が良好な密閉型電池を提供する。【解決手段】  密閉型電池（１）において、アルミニウムまたはその合金からなる電池外装容器（２）の壁面もしくは電池ヘッダ（３）に設けた電解液注液口（８）が、電池外装容器内側に面した小径部（１１）と電池外装容器外側に面した大径部（１０）とが段差部（１２）を介して連通し、大径部にはアルミニウムまたはその合金からなる外層と、アルミニウムよりも融点が高い金属層（１４）との積層体からなる封口部材（９）の外層（１３）が外側に面して装着されて電解液注液口の会合部との間で溶接によって封口された密閉型電池。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型電池において、アルミニウムまたはその合金からなる電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダに設けた電解液注液口が、電池外装容器内側に面した小径部と電池外装容器外側に面した大径部とが段差部を介して連通し、大径部にはアルミニウムまたはその合金からなる外層と、アルミニウムよりも融点が高い金属層との積層体からなる封口部材の外層が外側に面して装着されて電解液注液口の会合部との間で溶接によって封口されたことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
封口部材の電池外装容器の内面側には、アルミニウムよりも融点が高い金属の不働態化層、もしくはアルミニウム層が形成された積層体からなることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、特にアルミニウムまたはその合金製の電池外装容器を使用した密閉型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等の携帯用の電子機器をはじめとして電池を電源とする機器は、小型軽量化と共に機能の高度化が進んでいる。その結果、これらの機器に使用する電源用電池には、小型、軽量で容積あたり電池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、脱ドープする正極活物質および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水素電池等に比べて、容積あるいは質量当たりのエネルギー密度が大きな二次電池として各種の機器用の電源として利用されている。
【０００３】
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外装容器に収納した後に、外装容器の開口部に装着する電池ヘッダを装着して製造されている。
リチウムイオン電池等の有機電解液を使用したものにあっては、アルミニウムまたはその合金を電池外装容器として使用した場合には、アルミニウムが不働態として作用するので、正極側の部材として使用することが可能である。アルミニウムは、比重が小さな金属材料であるので、アルミニウムを電池外装容器とした電池は、質量が小さくて質量あたりの容量が大きな電池とすることができる。
【０００４】
図３は、従来の密閉型電池を説明する図である。
図３（Ａ）は、密閉型電池を説明する斜視図であり、図３（Ｂ）は電池ヘッダの平面図、図３（Ｃ）、および図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）においてＡ−Ａ’線で切断した電解液注液口の断面図である。
密閉型電池１は、アルミニウムまたはその合金製の電池外装容器２の開口部から電池要素を収納した後に、開口部に電池ヘッダ３を装着し、電池ヘッダ３の板状部４に設けた電解液注液口８に封口部材９を装着して電解液注液口８を封口して密閉されている。
【０００５】
図３（Ｃ）に示すように、電解液注液口８に封口部材９を装着した後に、封口部材９と電池ヘッダの板状部４との会合部にレーザ１５を照射し、封口部材９および板状体を溶融して一体化されており、封口部材９は、電池ヘッダ３を構成するアルミニウムまたはその合金と同様の組成の部材が用いられている。
封口部に照射されたレーザ１５によってアルミニウムが溶融した際に、電池内部の温度上昇によって電解液が加熱されて生成した電解液の蒸気によって溶融した部分にピンホールが形成される等の問題が生じることがあった。
【０００６】
そこで、図３（Ｄ）に示すように、外面に面した大径部１７と内面側の小径部１８から形成された封口部材９を用いたことによって、大径部と電池ヘッダとの会合部のアルミニウムの溶融によって、図３（Ｃ）に示すような封口部材を用いた場合に比べて封口不良が改善するものの、必ずしも充分なものではなかった。
【０００７】
これは、アルミニウムは融点が低いものの、熱伝導率、比熱、および溶融潜熱が大きいので、溶接には大量の熱量が必要となる。このためレーザ溶接のために照射した大量のエネルギーは、周囲にも伝わり溶融する必要がない部分が溶融したり、電解液が加熱によって蒸発して内圧が上昇し、電解液の蒸気が吹き出してピンホールが生じて封口不良が生じることに起因しているものと考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、アルミニウム、またはその合金からなる金属製の外装容器を用いた密閉型電池において、封口部材をレーザ溶接によって封口した電解液注液口にピンホールの発生等による封口不良が生じることがない、封口特性が良好な密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題は、密閉型電池において、アルミニウムまたはその合金からなる電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダに設けた電解液注液口が、電池外装容器内側に面した小径部と電池外装容器外側に面した大径部とが段差部を介して連通し、大径部にはアルミニウムまたはその合金からなる外層と、その下層にアルミニウムよりも融点が高い金属層とを設けた積層体からなる封口部材の外層を外側に面して装着されて電解液注液口の会合部との間で溶接によって封口された密閉型電池によって解決することができる。
また、封口部材の電池外装容器の内面側には、アルミニウムよりも融点が高い金属の不働態化層、もしくはアルミニウム層が設けられた積層体である前記の密閉型電池である。
アルミニウムよりも融点が高い金属層が、チタン、ステンレスから選ばれる金属であって、封口部材の電池外装容器の内面側に形成された前記の密閉型電池である。
また、封口部材の電池外装容器の内面側は、アルミニウムまたはその合金層で形成された少なくとも三層の積層体からなる前記の密閉型電池である。
封口部材の高融点金属層は、銅、軟鋼、ニッケルから選ばれる前記の密閉型電池である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の密閉型電池は、アルミニウムまたはその合金からなる電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダに設けた電解液注液口が、電池外装容器内側に面した小径部と電池外装容器外側に面した大径部とが段差を介して連通し、大径部にはアルミニウムまたはその合金からなる上層と、アルミニウムよりも融点が高い金属層との積層体からなる封口部材が、上層が外側に面して装着されて電解液注液口の会合部との間で溶接されており、アルミニウムよりも融点が高い金属層が、レーザ照射熱による金属材料の過剰な溶融の防止と、電解液の蒸発量を少なくし、溶接時に電池内圧の上昇が少なく、ピンホールの発生等がない封口特性が優れた密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、アルミニウムまたはその合金からなる外装容器を用いた密閉型電池において、電池ヘッダもしくは電池外装容器に形成した電解液注液口から電解液を注液し、次いで電解液注液口を封口する封口部材を電解液注液口に装着した後に、レーザ溶接によって封口した密閉型電池において、封口部材としてアルミニウムまたはその合金から層とアルミニウムよりも融点が高い金属層からなる積層体を装着したので、封口時に照射されたレーザによる電池外装容器内部の圧力の上昇によるピンホールの発生を防止でき、封口特性が優れた密閉型電池を形成可能であることを見出したものである。
【００１２】
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図１（Ａ）は、密閉型電池の全体を説明する斜視図であり、図１（Ｂ）は密閉型電池のヘッダを説明する平面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）においてＡ−Ａ’で切断した断面を説明する図である。
密閉型電池１は、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる角筒状の電池外装容器２に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、電池外装容器２の開口部に電池ヘッダ３が装着されて電池外装容器２との会合部が封口されている。
【００１３】
また、電池ヘッダ３の金属板４に電池外装缶とは極性が異なる電極端子５が絶縁性部材６によって絶縁して取り付けられている。
電池ヘッダ３には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放して電池の爆発の危険を回避する薄肉部あるいは凹部を形成した圧力開放弁７が形成されている。またヘッダには電解液注液口８が設けられており、電解液注液口８から電解液を注入した後に封口部材９を装着してレーザによって溶接して封口されている。
【００１４】
電池ヘッダ３の電解液注液口８部分の断面図を図１（Ｃ）で示すように、電池ヘッダ３の金属板４に設けた電解液注液口８は、密閉型電池の外面側に径が大きな大径部１０と内面側に径が小さな小径部１１を有し、両者が段差部１２によって結合している。外面側の大径部１０に合致した封口部材９が外面側から装着されている。
封口部材９は、密閉型電池の外面側に位置するアルミニウムまたはその合金からなる外層１３と、アルミニウムよりも融点が高い金属からなる金属層１４との積層体から構成されている。以下、アルミニウムよりも融点が高い金属層を高融点金属層とも称す。
【００１５】
封口部材９を電解液注液口８の大径部に装着した後に会合部にレーザ１５を照射すると、外層１３の下部に設けたアルミニウムよりも融点が高い金属層１４が存在しているために、レーザ１５は、高融点金属層１４に遮られるとともに、レーザの照射による熱の電池内部への到達を抑制することができ、電池ヘッダの金属板４の過度な溶融を防止し、更には、電解液の蒸発による密閉型電池の内部の圧力上昇およびそれに起因するピンホールの形成等の封口不良を防止することができる。
【００１６】
本発明の密閉型電池においては、高融点金属層を用いたので従来のレーザ溶接方法を適用する場合でも封口特性を向上することができるが、レーザ溶接の際にはレーザが上層のアルミニウムまたはその合金部分に集中するように焦点を設定して照射することがより好ましく、これによってレーザ照射によって加熱される場所を限定することが可能となって封口特性をより高めることが可能となる。
【００１７】
図２は、本発明の密閉型電池に使用可能な封口部材を説明する図である。
図２（Ａ）は、二層からなるものを示し、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は三層からなるものを示している。
本発明の密閉型電池に使用可能な封口部材９の外層１３は、密閉型電池の電池ヘッダあるいは電池外装容器の材料であるアルミニウムまたはその合金からなる金属で形成されたものを使用することが好ましく、これらの材料を使用することによって封口を良好なものとすることができる。
【００１８】
図２（Ａ）に示した封口部材９の外層１３の下層にアルミニウムよりも融点が高い金属からなる高融点金属層１４Ａが設けられている。封口部材９の密閉型電池の内面に面する側に高融点金属層１４Ａが露出した積層体の場合には、密閉型電池内部において陽分極された際に溶出することがないような金属材料を用いることが好ましく、具体的にはチタンあるいは耐食性ステンレス鋼を用いることが好ましく、耐食性ステンレス鋼としては、モリブデン、あるいはチタンを配合したステンレス鋼を挙げることができる。
【００１９】
本発明の封口部材は、アルミニウムまたはその合金からなる外層は、０．２ｍｍ以上の厚みとすることが好ましく、０．３ｍｍ以上の厚みとすることが好ましい。０．２ｍｍよりも薄い場合には溶接時の溶け込み深さが小さく封口部の強度が不充分なものとなり、ピンホールの発生等も生じやすくなる。
また、高融点金属層の厚みは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２０】
図２（Ｂ）で示した封口部材１０には、外層１３の下層にアルミニウムよりも融点が高い金属からなる高融点金属層１４Ｂが設けられ、更に密閉型電池内部に面した面に内層１６が設けられている。
内層１６は、外層または密閉型電池の外装容器と同じ材料を用いることができる。内層１６によって高融点金属層１４Ｂが被覆されているので、高融点金属層１４Ｂは電解液中における電気化学的特性を考慮する必要はない。したがって、アルミニウムよりも融点が高い金属であれば各種の金属を用いることが可能であって、軟鋼などの鉄系の金属材料、銅、ニッケル等から選ばれる金属を用いることができる。
【００２１】
本発明における封口部材は、アルミニウムまたはその合金と、ステンレス鋼等のアルミニウムよりも融点が高い金属を積層したクラッド体を所定の形状に打ち抜いて製造することができる。内層にもアルミニウムまたはその合金を積層した三層構造のものも同様に製造することが可能である。
【００２２】
クラッド体は各種の方法によって製造することができるが、冷間圧延接合によって作製することが好ましく、異種の金属を元の金属の厚み等を大きく変更せずに接合したものが好ましい。このためには、冷間圧延接合前に、接合される金属表面から酸化被膜等を除去して表面を活性化処理することが必要である。
例えば、減圧下で形成されるプラズマの作用によって表面をエッチングする等の方法によって活性化した金属面に減圧下で異種の金属を載置して、加熱することなく圧延することによって冷間接合することによって製造することができる。
【００２３】
以上の説明では、電池外装容器の開口部に装着する電池ヘッダに電解液の注液口を設けた例について述べたが、電解液注液口を電池外装容器本体の側面、底面等に設けた場合にも同様の構成の封口部材を装着して密閉型電池を作製することができる。
【実施例】
【００２４】
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
幅３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚さ４ｍｍのアルミニウム合金製のリチウムイオン電池の電池外装容器に、外面側に直径２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの大径部を、内面側に直径１ｍｍの小径部からなる電解液注液口を形成し、溶媒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）を５：３（容量比）で混合した混合溶媒を使用し、六フッ化リン酸リチウムを電解質とした電解液を電解液注液口から注液した。
電解液の後に、直径２．０１ｍｍ、上層のアルミニウムの厚さ０．４ｍｍ、下層のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の厚さ０．１ｍｍのクラッド体からなる封口部材を電解液注液口に圧入した後に、電解液注液口との会合部にレーザ照射して封口した。
作製した１００個のリチウムイオン電池について、封口部にピンホールが形成されたものの有無を確認したところ、ピンホールが生じたものはなかった。
【００２５】
比較例１
封口部材として、直径２．０１ｍｍ、厚み０．５ｍｍのアルミニウムを圧入してレーザ溶接した点を除き実施例１と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。作製した１００個の電池について封口部のピンホールの確認をしたところ、２個についてピンホールが生じていた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の密閉型電池は、アルミニウムまたはその合金からなる電池外装容器の壁面もしくは電池ヘッダに設けた電解液注液口が、電池外装容器内側に面した小径部と電池外装容器外側に面した大径部とが段差部を介して連通し、大径部にはアルミニウムまたはその合金からなる外層と、アルミニウムよりも融点が高い金属層との積層体からなる封口部材の外層が外側に面して装着されて電解液注液口の会合部との間で溶接によって封口されたので、レーザ溶接による封口時にピンホール等が生じることはなく、封口特性が優れた密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池に使用可能な封口部材を説明する図である。
【図３】図３は、従来の密閉型電池のヘッダ部を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…密閉型電池、２…電池外装容器、３…電池ヘッダ、４…金属板、５…電極端子、６…絶縁性部材、７…圧力開放弁、８…電解液注液口、９…封口部材、１０…大径部、１１…小径部、１２…段差部、１３…外層、１４，１４Ａ，１４Ｂ…アルミニウムよりも融点が高い金属層、１５…レーザ、１６…内層、１７…大径部、１８…小径部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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