(57)【要約】【課題】発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された非水電解液二次電池において、開裂弁と蓋板の接合を十分にして気密性を確保する。また、開裂弁が、製造や組み立ての過程の外力により、開裂面の反り、歪み、または損傷を生じないようにする。【解決手段】蓋板１０１に、貫通孔２０６が設けられ、貫通孔２０６に通じ電池内に向かって垂下した筒体２０２を備えている。筒体２０２には金属製開裂弁１０２が装着されている。開裂弁１０２は、筒体２０２先端の開口を覆う開裂面２０９と開裂面周縁から立ち上がった立壁部２０５で構成され、筒体２０２に装着された開裂弁１０２は、立壁部２０５の内周面が筒体２０２の外周面に当接し、立壁部２０５と筒体２０２とが全周に亘ってレーザ溶接により接合されている。【選択図】    図２
2015109194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された構造を有する非水電解液二次電池において、
前記蓋板には、貫通孔が設けられ、前記貫通孔に通じ電池外に向かって立設された筒体又は前記貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備え、
前記筒体には金属製開裂弁が装着され、前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部で構成され、
前記金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接しており、前記立壁部と筒体とが全周に亘ってレーザ溶接により接合されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記立壁部には金属製リングが外挿され、前記金属製リングの外周縁に沿って、立壁部と筒体とが全周に亘ってレーザ溶接により接合されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された構造を有する非水電解液二次電池において、
前記蓋板には、貫通孔が設けられ、前記貫通孔に通じ電池外に向かって立設された筒体又はその貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備え、
前記筒体には金属製開裂弁が装着され、前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部と前記立壁部先端に設けた鍔部で構成され、
筒体に装着された前記金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接し、鍔部が蓋板の内側面に当接し、鍔部と蓋板とがレーザ溶接により接合されていることを特徴とすることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項４】
立壁部に外挿された金属製リングが鍔部に当接し、鍔部と蓋体とがレーザ溶接により前記金属製リングの上面から接合されていることを特徴とする請求項３記載の非水電解液二次電池。
【請求項５】
発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された構造を有する非水電解液二次電池において、
前記蓋板には、貫通孔が設けられ、前記貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備え、
前記筒体には前記金属製開裂弁が装着され、前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部で構成され、
筒体に装着された前記金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接していることを特徴とする非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池に係り、特に電池内圧開放のために安全弁を設けたリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な用途に二次電池が用いられている。その用途は、携帯電話など小型電子機器の電源、電気自動車駆動用の電源、家庭の電力貯蔵用の電源などである。これら用途に使用される二次電池は、小型で高容量、高エネルギー密度である非水電解液二次電池、とりわけ、リチウムイオン電池が大半を占めている。
【０００３】
このリチウムイオン電池は、電解液としてエチレンカーボネート（ＥＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などカーボネート系の有機材料を使用している。有機系電解液を使用するリチウムイオン電池は、内部短絡などの電池異常時に電池内部温度が上昇すると、電解液がガス化して電池内圧が上昇することがある。このため、リチウムイオン電池は、電池容器の蓋板などに、上昇した電池内圧を開放するための開裂弁を備えている。
【０００４】
この開裂弁は、厚さ数十μｍの金属箔に溝部が形成されている。電池内圧が所定値に達したときに金属箔がその溝部で開裂するように、溝部の深さが設計されている。電池の異常時に、金属箔が強度の小さい溝部で開裂して、電解液から発生したガスが電池外部に放出され、電池容器自体の破損は防止される。
【０００５】
例えば特許文献１に示されるように、従来の開裂弁は、電池容器の蓋板などに貫通孔を設け、この貫通孔を塞ぐように、蓋板に金属箔をレーザ溶接により固定して構成されている。しかしながら、前記金属箔は、厚さ数十μｍの金属箔に所定の圧力以上で開裂するように設計された溝部が形成されているため、溝部の形成過程や開裂弁の組立過程で、平坦な金属箔に歪や反りが発生することが多くなる。
このため、蓋板などへのレーザ溶接による金属箔の接合が不十分となる場合があり、電池容器の密閉性が十分に得られないという問題があった。また、その接合が不十分であった場合に、開裂弁の金属箔が所定の圧力で開裂しないという問題もあった。
【０００６】
上述の問題に対して、特許文献２は、図５に示すような構成を提案している。すなわち、蓋板１０１の貫通孔２０６の壁面に段部６０２を形成して、この段部６０２に開裂弁１０２を設置する。開裂弁１０２は、溝部２０４を形成した開裂面２０９を底面にしてその周縁から立壁部２０５が立ち上がった断面凹形状を有している。開裂面２０９を段部６０２に載置するとともに、段部６０２から立ち上がった貫通孔２０６の内壁面に立壁部２０５の外周面を当接させる。開裂面２０９の内側には開裂弁１０２を押えるために環状板６０１が配置され、環状板６０１と開裂面２０９と段部６０２がレーザ溶接されている。開裂弁１０２の断面凹形状が、その製造や組み立て過程で起こる開裂弁１０２の歪みや反りを無くし、立壁部２０５の外周面が段部６０２から立ち上がった貫通孔２０６の内壁面に当接することにより、開裂弁１０２が傾いて段部６０２に載置されることを無くして、開裂弁と蓋体の接合が不十分になる問題を解決しようとしている。
【０００７】
しかしながら、段部６０２を設けた結果、貫通孔２０６の周縁にできる角６ａの存在が問題となる。すなわち、開裂弁１０２を段部６０２に載置する際に、厚さ数十μｍの金属箔からなる開裂面２０９や溝部２０４が角６ａに接触して損傷する心配がある。また、押さえ板としての環状板６０１が、製造、組み立ての際に外部からの力が加わることにより変形していた場合は、溶接が不十分になり液漏れが起こり、所定の電池内圧以下でも開裂弁１０２が開裂してしまうという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２０８８８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された非水電解液二次電池において、開裂弁と蓋板の接合を十分にして気密性を確保することである。また、開裂弁が、製造や組み立ての過程の外力により、開裂面の反り、歪み、または損傷を生じないようにして、開裂弁が所定の電池内圧に達する前に開裂しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る非水電解液二次電池は、発電要素が収容された電池容器が開裂弁を備えた蓋板で密閉された構造を有する。前記蓋板には、貫通孔が設けられ、その貫通孔に通じ電池外に向かって立設された筒体又はその貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備えている。前記筒体には金属製開裂弁が装着されている。前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部で構成され、前記筒体に装着された金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接し、立壁部と筒体とが全周に亘ってレーザ溶接により接合されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
上記発明において、さらに、立壁部には金属製リングが外挿され、この金属製リングの外周縁に沿って、立壁部と筒体とが全周に亘ってレーザ溶接により接合されていてもよい（請求項２）。
【００１２】
本発明に係る第２の非水電解液二次電池は、蓋板には、貫通孔が設けられ、その貫通孔に通じ電池外に向かって立設された筒体又はその貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備えている。前記筒体には金属製開裂弁が装着されている。前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部と前記立壁部先端に設けた鍔部で構成され、筒体に装着された金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接し、前記鍔部が蓋板の内側面に当接し、鍔部と蓋板とがレーザ溶接により接合されていることを特徴とする（請求項３）。
【００１３】
上記請求項３の発明において、立壁部に外挿された金属製リングが鍔部に当接し、鍔部と蓋体とがレーザ溶接により前記金属製リングの上面から接合されていてもよい（請求項４）。
【００１４】
さらに、本発明に係る第３の非水電解液二次電池は、蓋板には、貫通孔が設けられ、その貫通孔に通じ電池内に向かって垂下した筒体を備えている。前記筒体には金属製開裂弁が装着されている。前記金属製開裂弁は、前記筒体先端の開口を覆う開裂面と開裂面周縁から立ち上がった立壁部で構成され、筒体に装着された金属製開裂弁は、前記立壁部の内周面が筒体の外周面に当接していることを特徴とする（請求項５）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、開裂面の周縁から立ち上がった立壁部が形成されているため、溝部を形成した開裂面に、開裂弁製造過程や組み立て過程で反りや歪みが生じにくくなる。また、立壁部に反りや歪みが生じている場合には、筒体との不整合により開裂弁を筒体に外挿することができないので、事前に製品不良の判断を行える。筒体に立壁部を外挿する構成であるので、組み立ての際に、開裂面が蓋板に触れることがなく、開裂面や溝部の損傷がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用する非水電解液二次電池の例を示す全体図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す開裂弁の部分の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す開裂弁の部分の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す開裂弁の部分の断面図である。
【図５】従来の開裂弁の部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、明細書および図面において実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付する。
【００１８】
本実施形態では、開裂弁が蓋板に設けられた非水電解液二次電池について説明する。開裂弁は、配置上の制約がなければ、電池容器の壁面に設けられてもよい。
この非水電解液二次電池は、図１に示すように、金属製の電池容器１０６の開口にステンレス鋼製の蓋板１０１を嵌め込んで、接合部をレーザ溶接により密閉している。この電池容器１０６に発電要素１０５が収納されている。
【００１９】
（実施例１）
図２は、本実施例における蓋板１０１とこれに設けられる開裂弁１０２とを示す断面図である。
【００２０】
蓋板１０１に電池内部に通じる貫通孔２０６が形成されている。蓋板の内側面２１０には、貫通孔２０６から筒体２０２が垂下している。筒体２０２の内径を貫通孔２０６の径と同一としているが、発電要素１０５と正極端子１０３、負極端子１０４を接続するタブ１０７や他の電池部材に対する位置的制約がない限り、筒体２０２の内径はこれより大きくても良い。
さらに、ここでは貫通孔２０６及び筒体２０２の横断面形状と開裂弁１０２の開裂面２０９の平面形状を円形として説明するが、形状は四角形、楕円形等の形態を採っても良い。開裂面２０９が筒体２０２先端の開口を覆うように、開裂弁１０２が配置される。開裂弁１０２は、厚さ数十μｍ程度の金属箔で形成されており、所定の電池内圧で開裂するようにした溝部２０４が形成された開裂面２０９と、開裂面２０９の周縁から立ち上がった立壁部２０５で構成されている。
開裂面２０９に形成された溝部２０４の形状をここでは十字形としたが、所定の電池内圧で確実に開裂するのであれば、どのような形状でも良い。
立壁部２０５の内径は筒体２０２の外径と同一となるように形成されている。筒体２０２に開裂弁１０２を外挿し、開裂面２０９が筒体２０２先端の開口を覆ったとき、立壁部２０５の内周面は筒体２０２の外周面に当接する。
そして、立壁部２０５と筒体２０２とがレーザ溶接により全周に亘って接合されている。これにより、筒体２０２先端の開口（貫通孔２０６）は完全に封口される。
【００２１】
立壁部２０５がレーザ溶接時の熱により破断するのを防ぎ、かつ筒体２０２へ十分に溶け込ませ、開裂弁が所定の電池内圧に達する前に破壊されないようにする必要がある。本実施例では、立壁部２０５の厚みaを０．５mmとした。厚みaは、「開裂面２０９の厚み≦a≦レーザ溶接で溶接可能な厚み」とすることが望ましく、好ましくは０．２〜１０mmである。
また、立壁部２０５の高さｃは、筒体２０２の長さｂと略同一であることが望ましい。
【００２２】
開裂面２０９と立壁部２０５とがなす角度αは、９０°未満であると、開裂弁１０２を筒体２０２に装着しがたくなるため、９０°≦α＜１８０°であることが好ましく、本実施例では９０°とした。
さらに、蓋板の内側面２１０と筒体２０２とがなす角度βは、角度αと一致するように、９０°≦β＜１８０°であることが好ましい。
【００２３】
（実施例２）
図３は、本実施例における蓋板１０１と開裂弁１０２とを示す概略断面図である。
【００２４】
開裂面２０９の厚みに対して十分に厚いニッケル等の金属製リング２０８を用いる構成を付加する以外は、基本的には実施例１と同様である。本実施例では０．１mmの厚みを有するニッケル製リングを使用した。
立壁部２０５の外形と略同一の内径を有する金属製リング２０８を立壁部２０５に外挿した後、外周面側から溶接する。
【００２５】
本実施例では、金属製リング２０８を外挿することにより、レーザ溶接の熱が開裂弁１０２へ必要以上に伝達されることを抑制し、溶接時の熱による開裂弁の破断や開裂圧力への影響といった不具合を回避でき、開裂弁１０２の信頼性が向上する。
また、金属製リング２０８が製造過程や組み立て過程で変形していたとしても、開裂弁１０２と金属製リング２０８とは、両者が接合される部分で接触しているので、溶接が不十分であることによる、電解液漏れや所定の電池内圧以下での開裂弁の開裂が起こるという問題も無くなる。
【００２６】
（実施例３）
図４に示すように、開裂弁１０２は、立壁部２０５先端に半径外方に向かう鍔部２０７を有する形状でも良い。この場合、筒体２０２に装着された開裂弁１０２は、立壁部２０５の内周面が筒体２０２の外周面に当接し、鍔部２０７が蓋板の内側面２１０に当接し、鍔部２０７と蓋板１０１とがレーザ溶接により接合される。
【００２７】
本実施例では、レーザ溶接に際し、開裂部２０９への熱の伝導を低減することができる。
また、鍔部２０７にその製造過程や組み立て過程で反りが生じていた場合に、レーザ溶接前に鍔部２０７を蓋板の内側面２１０に圧接し矯正しても、開裂面２０９や溝部２０４に力が加わることはないので、開裂弁１０２の性能に悪影響はない。そのため、レーザ溶接前に、鍔部２０７を蓋板の内側面２１０に圧接して、鍔部２０７が蓋板の内側面２１０と良好に接するように矯正することが望ましい。
【００２８】
鍔部２０７の厚みｄは、レーザ溶接時に発生した熱によって鍔部２０７が破断せず、かつ鍔部２０７を蓋板１０１に十分に溶け込ませ、所定の電池内圧に達する前に開裂弁１０２が破壊されないように、開裂面２０９の厚み≦ｄ≦レーザ溶接で溶接可能な厚みとすることが望ましく、０．２mm≦ｄ≦１０mmとすることが好ましい。
また、立壁部２０５の高さｃは、筒体２０２の高さｂと略同一であることが望ましい。
【００２９】
（実施例４）
上記実施例３において、ニッケル製の十分に厚い金属製リング２０８を立壁部２０２に外挿し、金属製リング２０８を鍔部２０７に当接させている。そして、鍔部２０７と蓋体１０１とがレーザ溶接により金属製リング２０８の上面から接合されている。
本実施例では、鍔部２０７の厚みｄを開裂面２０９の厚みと略同一としても、開裂弁１０２が所定の電池内圧に達する前に開裂するといった悪影響の問題を回避でき、構造上の信頼性が向上する。
【００３０】
以上の各実施例では、蓋板１０１に、貫通孔２０６に通じ電池内に向かって垂下した筒体２０２を備えた場合を説明した。この貫通孔２０６に通じる筒体２０２は、蓋板１０１に電池外に向かって立設されていても良い。
【００３１】
（実施例５）
本実施例は、実施例１において、筒体２０２に開裂弁１０２を外挿し、開裂面２０９が筒体２０２先端の開口を覆ったとき、立壁部２０５の内周面は筒体２０２の外周面に当接する構成である。立壁部２０５の内周面は筒体２０２の外周面を密接させてあるので、立壁部２０５と筒体２０２とのレーザ溶接を行なっていない。
【符号の説明】
【００３２】
１０１…蓋板、１０２…開裂弁、１０３…正極端子、１０４…負極端子、１０５…発電要素、１０６…電池容器、２０２…筒体、２０４…溝部、２０５…立壁部、２０６…貫通孔、２０７…鍔部、２０８…金属製リング、２０９…開裂面、２１０…蓋板の内側面、６０１…環状板、６０２…段部。
【図１】
2015109194.tif 000003
【図２】
2015109194.tif 000004
【図３】
2015109194.tif 000005
【図４】
2015109194.tif 000006
【図５】
2015109194.tif 000007