(57)【要約】【課題】封口板を構成する皿板、安全弁膜、ＰＴＣ素子及びキャップ状端子板の積層面を介した漏液の発生を防止し、高い信頼性と電池特性の劣化も抑制した密閉型電池を提供する。【解決手段】キャップ状端子板、ＰＴＣ素子、安全弁膜、及び皿板が隣接する他の要素に対して溶着、あるいは溶接にて一体化され、且つこの溶接或いは溶着が施された部位を液密とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とセパレータおよび電解液からなる発電要素を正、負いずれか一方極の端子を兼ねる電池ケースに収容し、この電池ケースの開口部を他方極の端子をなす封口板で閉塞した密閉型電池であって、
前記封口板は、中央部に凸部を有し、かつその上面または側面部にガス抜き孔を設けたキャップ状端子板、このキャップ状端子板の下側に配置され、中央部にガス抜き孔を設けたＰＴＣ素子、前記発電要素の一方の電極に接続され、中央部にガス抜き孔を有する皿板、この皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、前記皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属製の安全弁膜を要素とし、前記キャップ状端子板、ＰＴＣ素子、安全弁膜、及び皿板が隣接する他の要素に対して溶着、あるいは溶接にて一体化され、且つこの溶接、或いは溶着が施された部位を液密とすることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
正極と負極とセパレータおよび電解液からなる発電要素を正、負いずれか一方極の端子を兼ねる電池ケースに収容し、この電池ケースの開口部を他方極の端子をなす封口板で閉塞した密閉型電池であって、
前記封口板は、中央部に凸部を有し、かつその上面または側面部にガス抜き孔を設けたキャップ状端子板、このキャップ状端子板の下側に配置され、中央部にガス抜き孔を設けたＰＴＣ素子、前記発電要素の一方の電極に接続され、中央部にガス抜き孔を有する皿板、この皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、前記皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属と樹脂とのラミネート材からなる安全弁膜を備えてなり、ＰＴＣ素子は前記キャップ状端子板及び皿板に対して溶着、あるいは溶接にて一体化され、前記安全弁膜が前記ＰＴＣ素子及び皿板に対して接着され、前記溶接、溶着が施された部位、及び接着が施された部位を液密とすることを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
前記溶着がクリームハンダにてなされた請求項１又は２記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素を収容した電池ケースの開口部を閉塞すると共に、内部にＰＴＣ素子が配置された封口板を備え、この封口板における耐漏液性を向上させた密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池は、高容量を有することから携帯機器の電源に加え、幅広い分野で使用されている。特に、リチウム若しくはその合金からなる負極、非水電解液を用いた密閉型電池（以下、非水電解液電池）は、長期間の保存、使用に対して電池特性の劣化を極めて小さく、且つ使用可能な温度範囲が広いことから、前記機器の電源だけでなく、ガスメータの電源、車載用緊急通報システムの電源といった高い信頼性が容易される分野では必要不可欠な電池である。
【０００３】
非水電解液電池は、上述のように高いエネルギー密度を有しており、電池の異状放電、短絡等に起因する安全性の低下を回避するために、ＰＴＣ素子、及び防爆機能を封口板に備えている。この封口板は、一方の極板に電気的に接続された皿板上に、安全弁膜、ＰＴＣ素子及びキャップ状の端子板を載置した形態としている。
【０００４】
電池の内圧が上昇した場合には、封口板のガス抜き孔の間に配された安全弁膜が上方に膨れ上がる。そして、安全弁膜が所定以上に膨れあがると、キャップ状端子板内側に安全弁膜に対向して備えられた切刃が、安全弁膜を破断し、通気路を形成することで、電池内のガスは安全弁膜の破断部を通り抜け、ＰＴＣ素子、キャップ状端子板の各ガス抜き孔を通って、電池外部に排出される。
【０００５】
また、電池内の温度が上昇した場合には、ＰＴＣ素子の抵抗値が増大し絶縁体として機能して、キャップ状端子板から電池内にそれ以上の電流が流れ込まないようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成を有する封口板は、その製造工程で安全弁膜、ＰＴＣ素子、キャップ状端子板が載置された皿板をシーマ等によりカシメて一体化している。しかし、カシメ時に、皿板は偏心等の不良を起こし易く、また生産性の低下を招いてしまう。さらにカシメ状態の不良は、高温保存時の際に耐漏液性を低下させる主因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明者らは、皿板、安全弁膜、ＰＴＣ素子及びキャップ状端子板を載置した封口板を電池ケースの開口部に配置した後、電池ケースの封口により封口板の要素を固定、保持する構成を採用することで、組立工程の容易化、簡素化をはかると同時に、封口板の耐漏液性を向上させることを提案した。
【０００８】
この提案に基づく封口板を用いた密閉型電池は、バックアップ用電源の用途として長期間にわたって保存、或いは使用される使用様態、特に高温環境下で長期間保存される使用様態では、皿板上に載置された各要素の積層面間に電解液が侵入することがあり、さらに侵入した電解液がキャップ状端子板のガス抜き孔から電解液が漏液することがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述のような封口板の積層面を介した漏液の発生を防止する封口板を備えるものであり、高い信頼性を有するだけでなく、電池特性の劣化も抑制した密閉型電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願の第１の発明に係る密閉型電池は、正極と負極とセパレータおよび電解液からなる発電要素を正、負いずれか一方極の端子を兼ねる電池ケースに収容し、この電池ケースの開口部を他方極の端子をなす封口板で閉塞した構成を有し、さらに前記封口板は、中央部に凸部を有し、かつその上面または側面部にガス抜き孔を設けたキャップ状端子板、このキャップ状端子板の下側に配置され、中央部にガス抜き孔を設けたＰＴＣ素子、前記発電要素の一方の電極に接続され、中央部にガス抜き孔を有する皿板、この皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、前記皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属製の安全弁膜を備えてなり、前記キャップ状端子板、ＰＴＣ素子、安全弁膜、及び皿板の要素が隣接する他の要素に対して溶着、あるいは溶接にて一体化する点、且つこの溶接、或いは溶着が施された部位を液密とする点に特徴を有する。
【００１１】
このような構成を有する電池は、皿板状に載置された安全弁膜、ＰＴＣ素子、キャップ状端子板の各積層面、すなわち隣接する要素との接触面に、ハンダ等を用いた溶着、あるいは抵抗溶接やレーザー溶接等の溶接手段により溶着／溶接部位を形成している。これらの部位は、積層面全体を溶着部位とすること、或いは接触面の全周にわたる溶接部位、例えば少なくとも一畝の連続した溶接部位とすることで、液密とされる。これにより、封口板を構成する要素は電気的に接続されているだけでなく、液密性が付与されることで、積層面間への電解液の侵入を阻止し、封口板を介した漏液の発生を確実に抑制するものである。
【００１２】
また、本願の第２の発明に係る封口板は、中央部に凸部を有し、かつその上面または側面部にガス抜き孔を設けたキャップ状端子板、このキャップ状端子板の下側に配置され、中央部にガス抜き孔を設けたＰＴＣ素子、前記発電要素の一方の電極に接続され、中央部にガス抜き孔を有する皿板、この皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、前記皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属と樹脂とのラミネート材からなる安全弁膜を備えてなり、前記ＰＴＣ素子が前記キャップ状端子板及び皿板に対して溶着、あるいは溶接にて一体化される点、前記安全弁膜が前記ＰＴＣ素子及び皿板に対して接着される点、及び前記溶接／溶着が施された部位、及び接着が施された部位が液密とされる点に特徴を有する。
【００１３】
この第２の発明は、安全弁膜に樹脂ラミネートされた金属薄板を用いており、ＰＴＣ素子及び皿板で安全弁膜を挟持した形態となっている。安全弁膜は、表面に樹脂ラミネー層が形成されることから、安全弁膜と皿板及びＰＴＣ素子との積層面は接着により一体化される。接着には、耐有機電解液性を優れ、樹脂及びＰＴＣ素子の主面に配される金属部位、及び皿板との接着性に優れた材料が用いられる。この材料としては、エポキシ系やアクリル系（ホットメルト）接着剤が好ましい。また、安全弁膜は、樹脂ラミネート層の存在により、導電性を有しておらず、通電経路とならない。そこで、導電性を確保するために、ＰＴＣ素子と皿板とを電気的に接続している。
【００１４】
一方、ＰＴＣ素子は、キャップ状端子板、及び皿板に対してハンダや導電性接着剤等を用いた溶着、あるいは抵抗溶接やレーザー溶接等の手段により溶接されることで、電気的な接続を行うと共に、封口板に液密性を付与している。
【００１５】
このような構成によれば、通電経路となる部位の積層面は、溶着或いは溶着部位を形成し、ＰＴＣ素子とキャップ状端子板及び皿板を一体化しており、且つ樹脂部位と金属部位とを接続する安全弁膜と皿板及びＰＴＣ素子との接続部位は、接着により一体化されるために耐漏液性が向上する。さらに通電経路となる部位は溶接、溶着にて電気伝導性を向上させ、通電経路以外の部位を接着剤にて一体化することで、生産性を改善している。
【００１６】
また、本願発明に係る上記の各密閉型電池は、前記溶着にクリームハンダを用いるのが好ましい。クリームハンダは、皿板、安全弁膜、ＰＴＣ素子、キャップ状端子板の積層面に塗布される。そして、皿板状に各要素を配置した後、電気炉や高周波炉等に挿入することでクリームハンダを溶融し、封口板を加圧することで各要素の一体化がなされる。この製造法は、従来の封口板の組立工程と比較すると、クリームハンダの塗布工程、及び塗布されたクリームハンダを溶融させる工程が増加している。しかし、工数の増加が最少に抑えられており、生産の悪化を招くものではない。また、クリームハンダを溶融させる工程において、ＰＴＣ素子へヒートショックが付加され、ＰＴＣ素子の抵抗値を下げる効果も得られる。
【００１７】
作製された封口板は、クリームハンダによる溶着部位が各要素の積層面間に形成されることで、要素間の接触抵抗が減少しており、従来構成の封口板に比して放電特性を改善する効果も奏する。また、各要素の積層面全体にクリームハンダを塗布することで、溶接部位の面積が最大化され、封口板の液密性を大幅に向上させる効果も得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施形態を説明する。この実施形態は、上述した第１及び第２の発明を具現化した一例を示したものであり、以下の記載内容に限定するものではない。
【００１９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る密閉型電池の封口板は、中央部に凸部を有し、上面または側面部にガス抜き孔を設けたキャップ状端子板、このキャップ状端子板の下側に配置され、中央部にガス抜き孔を設けたＰＴＣ素子、前記発電要素の一方の電極に接続され、中央部にガス抜き孔を有する皿板、この皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、前記皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属製の安全弁膜を備える。
【００２０】
皿板は、シート状の鋼板をプレス加工することで所定形状に打ち抜き、中央部に円形或いは方形状のガス抜き孔を打ち抜くことで作成される。さらにプレス加工を施し、中央部を電池ケース側に突出させ、平坦面を形成した形状としても良い。皿板の外周形状は、電池ケースの封口部形状に応じて設定され、厚み方向の形状は封口部位の形状等の種々因子を考慮し、決定される。皿板の下面は、電池ケースの開口部に配置される際に、ケースに収容された正負極板の何れか一方から延出された接続リードを接続する。この時、前記平坦面を形成した皿板では、前記平坦面と皿板の上部に配置される安全弁膜との間に間隙が存在し、接続リードを溶接する際の安全弁膜への熱影響、応力付加の影響を回避できる。
【００２１】
安全弁膜は、金属薄板、好ましくはアルミニウム箔からなり、電池の内圧上昇にともなって、上方に膨れる。この時、キャップ状端子板の内頂部に切刃を設けた構成では、切刃によって安全膜が破断され、未設置の構成では、安全弁膜の破断強度を調整することで、電池内圧が所定値以上に上昇しない。また、ＰＴＣ素子は、上述した皿板と同様に封口部の形状に応じた外周形状に打ち抜かれ、中央部に円形或いは方形状のガス抜き孔を形成し、ドーナツ状とされる。ＰＴＣ素子は導電性高分子材料の表裏面に金属薄板を一体化した構造を有しており、封口板の他の要素に対して溶着、及び溶接による接続が可能である。
【００２２】
キャップ状端子板は、中央部に凸部を有し、上面または側面部にガス抜き孔を設けた形態である。この端子板は、ステンレス鋼板等をプレス加工にて所定の外観形状に打ち抜いた後、さらに中央部を突出させるようにプレス加工を施している。凸部は、封口板の様態に完成した際に、皿板及びＰＴＣ素子の中央部に形成したガス抜き孔と連通する様に形状を規定している。また、安全弁膜を切刃にて破断させる構成を採用した場合には、凸部の頂面の一部を、先端が鋭利な形状で折り曲げることで切刃が形成される。
【００２３】
上述の様に形成された封口板の各要素は、皿板上に安全弁膜、ＰＴＣ素子及びキャップ状端子板を載置し、以下に記す方法にて一体化される。
【００２４】
第１の方法としては、抵抗溶接を用いた方法である。この方法としては、先ず皿板上に安全弁膜を配置し、両者を抵抗溶接にて一体化する。この抵抗溶接は皿板の中央部に形成されたガス抜き孔の周縁を取り囲む様に連続した溶接部位を形成する。引き続いて、安全弁体上にＰＴＣ素子を配置し、上記と同様に抵抗溶接を実施する。この時、安全弁体と皿板は既に抵抗溶接により一体化されており、抵抗溶接による電流はＰＴＣ素子と安全弁体との積層面に集中する。この電流集中により生じた発熱にて、ＰＴＣ素子と安全弁膜の溶接がなされる。同様にＰＴＣ素子とキャップ状端子板の間にて抵抗溶接を施すことで接合がなされる。作製された封口板は、各要素の積層面が抵抗溶接にて一体化されており、溶接部位が封口板の外周から中央のガス抜き孔への連通を断っているので、液密性を獲得できる。
【００２５】
上記の作製方法に代えて、ＰＴＣ素子とキャップ状封口板を予め一体化しておき、安全弁膜及び皿板と一体化する方法を採用しても良く、各要素を一体化するのであれば、その順序は問わない。また、安全弁膜と皿板との界面は、安全弁膜によって外部との連通が遮断されていることから、導電性のみを確保する構成としても良い。
【００２６】
第２の方法としては、レーザー溶接を用いた方法である。この方法では、レーザー溶接が各要素の積層面の外周縁、或いはガス抜き孔の内周縁に沿って施される。このため、同一径を有する要素を重ね合わせた場合、積層面の縁部は両者の側面部分となる。ＰＴＣ素子の金属部分、及び安全弁膜は極薄に形成されていることから、側面方向からのレーザー溶接は生産の悪化を来す虞がある。そこで、接続される要素の外周縁、若しくは内周縁の径を相違させることで、前記縁部を一方の要素の積層面上に露呈させ、この部位にレーザー溶接を施すことで、要素を一体化できる。
【００２７】
第３の方法としては、クリームハンダを用いる方法である。この方法では、クリームハンダを要素の積層面に塗布した状態で各要素を積層し、加熱及び加圧を施すことによって一体化を行う。
【００２８】
本実施形態では、封口板を構成する要素を溶着、溶接する方法として上述した３つの手法を個別に説明した。これらの方法に加えて、超音波や高周波溶着による方法、導電性を有する接着剤（銀系導電性接着剤、Ｎｉ系導電性接着剤）を用いる方法や、導電性ペーストや拡散接合による方法を採用しても良い。さらに、要素毎に異なる一体化方法を用いても良い。
【００２９】
このように本実施形態に係る封口板は、積層面に液密性を有する。このため、封口板への電解液の侵入を阻止し、封口板を介した漏液の発生を確実に抑制することで、高温保存時などにおける電池の耐漏液性を大幅に向上させることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る密閉型電池の封口板は、キャップ状端子板、ＰＴＣ素子、皿板に加え、皿板のガス抜き孔を閉塞し、電池の内圧上昇時に膨脹、破断する機能を有し、皿板とＰＴＣ素子との間に配される金属と樹脂とのラミネート材からなる安全弁膜を備える。キャップ状端子、ＰＴＣ素子及び皿板は、第１の実施形態にて適用されるものとほぼ同一であり、その詳細な説明は省略する。本実施形態におけるＰＴＣ素子は、前記キャップ状端子板及び皿板に対して溶着、あるいは溶接にて一体化される。一方、安全弁膜は、ＰＴＣ素子及び皿板に対して接着される。そして、これら溶接／溶着が施された部位、及び接着が施された部位を設けることで、封口板を介した漏液の発生が抑制される。
【００３１】
安全弁膜は、皿板及びＰＴＣ素子に接する面に接着層を形成し、これらを一体化することで作製される。接着層には、耐有機電解液性に加えて、金属及びラミネート層を形成する樹脂との接着性に優れることが要求される。接着層を形成する接着の例としては、２液混合型のエポキシ樹脂、アクリル系のホットメルト接着剤等が用いられる。
【００３２】
一方、ＰＴＣ素子と皿板及びキャップ状端子板との溶着／溶接は、第１の実施形態と同様の接合方法が適用される。特にクリームハンダを使用する方法では、接着層がハンダ溶融時の熱影響を受け易いことから、耐熱性の低い接着剤を使用する場合には、予め一体化を施しておくのが好ましい。また、熱硬化形の接着剤を用いる場合には、クリームハンダの溶融工程おいて接着層の硬化もなされる。このため、工程の簡素化に加え、一体化が確実になされ、封口板の耐漏液性を一層向上させるものである。
【００３３】
また、安全弁膜は表面をラミネート層が形成されているために、皿板とＰＴＣ素子との導電性を確保する必要がある。そこで、皿板及びＰＴＣ素子に比べて安全弁膜を小径とし、その外周に導電性を確保するためのスペーサーを配置し、一体化することで導電性は確保される。このスペーサーは、キャップ状端子板とＰＴＣ素子との一体化と同様に、第１の実施形態と同様の接合方法が適用される。
【００３４】
さらに、前記のスペーサーに代えて、皿板に突起を形成し、ＰＴＣ素子との導電性を確保する構成として良い。この構成は、皿板の主面にＰＴＣ素子側に突出した円錐状の突起部が設け、突起によりＰＴＣ素子との導電性を確保するものである。この突起は、ガス抜き孔の周縁に沿って、且つ等間隔をおいて設けられた３個以上の円錐状の突起や、複数個の円弧形の突条を設け、突条が円を描く形状とされる。この突起を介して、ＰＴＣ素子と皿板との抵抗溶接を実施することで、両者の一体化がなされる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る密閉型電池の部分断面図である。本発明に係る電池の主たる要素である封口板は、皿板７、安全弁膜６、ＰＴＣ素子４、キャップ状端子板１の順で載置された構成を有しており、電池ケース１０の開口部に配されている。図１から明らかなように、封口板はガスケット８を介してカシメ固定されており、電池ケースを封口している。また、電池ケース１０に収容された発電要素の一方極の極板に接続される。本実施例では、正極板に接続されたリード板９は、皿板７の底面に溶接されている。キャップ状端子板１はガス抜き孔２を有している。本実施例では、このガス抜き孔２はキャップ状端子板１の凸部３の上面から側面にかけた部位に形成されたものを用いた。
【００３７】
この封口板は、皿板７、安全弁膜６、ＰＴＣ素子４、キャップ状端子板１の各積層面の全体に、クリームハンダを塗布した後、これを溶融させた状態で、封口板の厚み方向に加圧を施することで得られたものである。得られた封口板は、溶着部位５を介して隣接する要素と接合されており、且つ溶着部位５が積層面の全体に形成されることから、ガスケット８を介して封口板へ達した電解液が、積層面に侵入するのを抑制している。
【００３８】
上記の構成を有する封口板を使用し、正極に二酸化マンガン、負極に金属リチウムを用いた円筒形の非水電解液電池を作製した（電池Ａ）。また、比較例として、各要素の一体がなされていない従来構成の封口板を用いた非水電解液電池を作製した（電池Ｂ）。尚、作製個数は、３００個ずつとした。
【００３９】
作製された電池の耐漏液性を検討するために、高温環境下における保存試験を実施した。試験条件は、８５℃の高温環境下に１ヶ月間とし、保存後における漏液の発生有無を顕微鏡による目視検査を行った。その結果を（表１）に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
（表１）に示したように、高温保存時における耐漏液性を向上させることができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の封口板は、電池の高温保存時における耐漏液性を向上させることができるものであり、その工業的価値は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例における封口板を備えた電池の部分断面図
【符号の説明】
１　　キャップ状端子板
２　　ガス抜き孔
３　　凸部
４　　ＰＴＣ素子
５　　溶着部位
６　　安全弁膜
７　　皿板
８　　絶縁パッキング
９　　リード板
【図１】
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