(57)【要約】【課題】薄型に構成した扁平角形電池に安全弁構造を設ける。【解決手段】凹部５とその周囲に溶接代８を形成した本体ケース２に極板群４を収納し、溶接代８上に蓋板３を被せて溶接代８で溶接するとき、溶接線Ｗ上に部分的に溶接強度を低下させて易破断部３０を形成し、内圧が異常上昇したとき易破断部３０の溶接を破断させて内圧を外部放出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースが形成され、前記凹部内に極板群を収容して前記フランジに周辺部を重ね合わせて配設された金属製の蓋板とフランジとの間が溶接により接合されてなる扁平角形電池において、
前記蓋板とフランジとの間を溶接する溶接線上に部分的に溶接強度を低下させた易破断部位が形成されてなることを特徴とする扁平角形電池。
【請求項２】
金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースを形成し、前記凹部内に極板群を収容し、金属製の蓋板の周辺部を前記フランジに重ね合わせ、蓋板とフランジとの間を溶接により接合する扁平角形電池の製造方法において、
前記蓋板とフランジとの間を全周にわたって溶接する溶接線上の所定部位において、蓋板とフランジとの間の溶接強度を低下させるように溶接制御して溶接することを特徴とする扁平角形電池の製造方法。
【請求項３】
溶接制御は、溶接線上の所定部位において溶接電流を減少させるように制御する請求項２に記載の扁平角形電池の製造方法。
【請求項４】
溶接制御は、溶接線上の所定部位において溶接電極の移動速度を増加させるように制御する請求項２に記載の扁平角形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形電池の薄型化を可能にする構造を備えた電池に関し、特に異常上昇した内圧を外部放出する安全弁構造を設けた扁平角形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やＰＤＡなどの携帯電子機器は、高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、それに適用する電池に小型、薄型にして高エネルギー密度であることが要求され、これに対応する電池として扁平角形のリチウムイオン二次電池の需要が増加している。携帯電子機器の最近の傾向は、小型化よりむしろ薄型化の方向にあり、ポケットやバッグに入れやすく、使いやすさを損なうことがないため、薄型化を競う商品も見受けられる。
【０００３】
機器の薄型化を達成するためには、その電源である電池に薄型化が要求されるが、現在実用化されている電池ケースの製造方法では薄型化に限度がある。即ち、電池ケースは絞り加工や扱き加工によって有底角筒に電池ケースを形成し、極板群を収容した電池ケースの開口部を封口板によって封口する構造であるため、電池を薄型化するためには、電池ケースは加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるように形成することになる。しかし、断面形状が長方形又は長円形に形成された電池ケースの短辺寸法が小さくなるほどに加工が困難になり、極板群を電池ケース内に挿入することも困難になる。現状の扁平角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を根本的に変える必要があり、電池ケースを半殻体に形成した本体ケースと、その開放部を閉じる蓋板とによって構成し、本体ケース内に極板群を収容し、蓋体により本体ケースの開放部を閉じる電池構造が開発されている。
【０００４】
例えば、半殻体に形成された容器内に極板群を収容し、容器の開口部に蓋板を配し、蓋板の周囲を容器にレーザー溶接することにより容器内を封止した電池が知られている（特許文献１参照）。このような半殻体の容器の大きな開口部を蓋板で封止する構造は、半殻体に形成された本体ケースの開口端に電池蓋が嵌まり合う段差部を形成し、極板群を本体ケース内に収容して後、前記段差部に電池蓋を嵌め込み、電池蓋と本体ケースとをその周囲でレーザー溶接することにより本体ケース内を封止した電池も知られている（特許文献２）。また、鍔部を設けた一対の半殻体の部材の凹部内に極板群を収容し、鍔部で両部材をレーザー溶接することにより、極板群を収容した両部材の間を封止した電池も知られている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５０５１７号公報（第３〜４頁、図１）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−５２６５８号公報（第４〜６頁、図１）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−１６７７４４号公報（第５〜８頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギー密度の高い電池、特にリチウムイオン二次電池では外部短絡や過充電、高温保存等に曝されたときにも破裂や発火等の事態に陥らないようにする構造が要求されており、ＰＴＣ素子や電池保護回路等の電気的安全構造や安全弁等の機械的安全構造が設けられる。電気的安全構造は外付けとして構成することも可能であるが、機械的安全構造は電池自体に設ける必要がある。安全弁構造は、開口部に箔状板を貼り合わせたクラッド材や溝の形成により外装ケースの板厚を部分的に薄くして異常内圧により破断しやすい部位を設けた構造や、開口部に設けた弾性体の弁体が異常内圧により開口する構造などが一般に採用されている。
【０００９】
しかし、薄型化を目的として構成される扁平角形電池においては、従来技術に係る安全弁構造を適用することは困難で、扁平角形電池に適した安全弁構造を開発する必要がある。
【００１０】
本発明が目的ところは、電池ケースを溶接接合するときの溶接強度を制御することにより異常内圧を外部放出する安全弁構造を形成した扁平角形電池とその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明は、金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースが形成され、前記凹部内に極板群を収容して前記フランジに周辺部を重ね合わせて配設された金属製の蓋板とフランジとの間が溶接により接合されてなる扁平角形電池において、前記蓋板とフランジとの間を溶接する溶接線上に部分的に溶接強度を低下させた易破断部が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、溶接時に溶接強度を部分的に低下させて易破断部が形成されるので、扁平角形電池が外部短絡や過充電、高温等の原因により内圧が異常上昇したとき、易破断部の溶接部分が破断して異常内圧は外部放出されるので、別途安全弁を設けることなく電池の破裂を防止することができる。易破断部の形成位置は、電池内圧が異常上昇したときに最も膨らみが生じやすい長辺側中央部が好適である。
【００１３】
また、本願第２発明は、金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に本体ケースを形成し、前記凹部内に極板群を収容し、金属製の蓋板の周辺部を前記フランジに重ね合わせ、蓋板とフランジとの間を溶接により接合する扁平角形電池の製造方法において、前記蓋板とフランジとの間を全周にわたって溶接する溶接線上の所定部位において、蓋板とフランジとの間の溶接強度を低下させように溶接制御して溶接することを特徴とする。
【００１４】
上記製造方法によれば、本体ケースのフランジ部位と蓋体の周辺部との間を溶接するときに、所定部位の溶接強度が低下するように溶接制御されるので、溶接強度を低下させた部位は電池内圧が異常上昇したとき破断し、異常内圧を外部放出する安全弁として機能する。
【００１５】
上記溶接制御は、溶接線上の所定部位において溶接電流を減少させるように制御する方法、あるいは溶接線上の所定部位において溶接電極の移動速度を増加させるように制御する方法によって実施することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る扁平角形電池１の外観形状を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成されたものである。この扁平角形電池１は、図２に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された本体ケース２と、その開放部を閉じる蓋板３とにより電池ケース５０が形成されており、本体ケース２の凹部５内に極板群４を収容し、本体ケース２の開放部を蓋体３で封止するように構成されている。
【００１８】
図２に示すように、本体ケース２は、金属板をプレス加工して段差部６を設けた凹部５を形成すると共に、凹部５の周囲にフランジ状に溶接代８を設けて形成される。前記段差部６は正極及び負極の外部接続端子を形成する部位で、ここでは段差部６に形成された端子孔７に外ガスケット１１及び内ガスケット１２で本体ケース２と絶縁すると共に気密性を確保して正極外部接続端子とするリベット１０が締結固定される。また、段差部６には電解液の注入口１４が形成されている。
【００１９】
前記本体ケース２の凹部５内には、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群４が収容される。極板群４の正極板から引き出された正極リード１５は前記リベット１０に接合され、負極板から引き出された負極リード１６は段差部６上に接合される。
【００２０】
尚、前記極板群４は、図３に示すように、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回する巻回方向が異なり、正極リード１５を正極板の巻端から引き出し、負極リード１６を負極板の巻端から引き出した極板群４ａを用いることができ、正極リード１５のリベット１０への接合、負極リード１６の段差部６上への接合が容易となる。
【００２１】
極板群４を収容した本体ケース２の開放部上には蓋板３が被せられ、蓋板３の周辺部と前記溶接代８との間が溶接されることにより、電池ケースの凹部５は蓋板３によって封止される。溶接方法は、レーザ溶接、電子ビーム溶接、シーム溶接などが好適である。
【００２２】
溶接代８と蓋板３の間を溶接するときに、長辺側の一方辺に部分的に溶接強度を低下させた易破断部３０を形成する。易破断部３０は、平常状態においては電池ケース内の密閉性を維持して電解液の漏出を防止し、外部短絡、過充電等の原因により内圧が異常上昇したとき、易破断部３０が破断して異常内圧を外部放出して電池ケースの破裂を防止する。
【００２３】
溶接代８と蓋板３との間を溶接する溶接方法としてシーム溶接を適用した場合の前記易破断部３０の形成方法について以下に説明する。
【００２４】
シーム溶接は、図４に示すように、溶接代８とそれに重ね合わされた蓋板３の周辺部とを挟んで上下に上回転電極３１、下回転電極３２を配し、上回転電極３１に下回転電極３２方向に加圧力を加えた状態で回転移動させ、溶接電源３５から上回転電極３１と下回転電極３２との間に溶接電流を流して上回転電極３１及び下回転電極３２の進行方向に連続したナゲットを形成して溶接代８と蓋板３の周辺部との間を溶接し、本体ケース２の凹部５内を密閉状態に封止する。シーム溶接は、図１に破線で示す溶接線Ｗ上でなされるが、溶接線Ｗ上の長手方向の一方辺の中央部に部分的に溶接強度を低下させた易破断部３０を形成して安全弁構造が構成される。
【００２５】
易破断部３０は扁平角形電池１の平常状態においては本体ケース２内の密閉性を維持して電解液の漏出を防止し、扁平角形電池１が外部短絡、過充電、高温等の原因により内圧が異常上昇したときには、溶接部位から破断して異常内圧を外部放出し、扁平角形電池１の破裂を防止する安全弁としての動作が要求される。
【００２６】
シーム溶接のおける溶接条件因子は、上回転電極３１と下回転電極３２との間の溶接電流、加圧力及び移動速度であり、溶接電流を断続的に印加する断続通電方式では、通電時間と休止時間との比率が加わる。溶接強度を低下させるには、溶接線Ｗ上の易破断部３０を形成する部位において、制御が容易な溶接条件因子の何れか、もしくは複数の組み合わせを実施することにより、その部位の溶接強度を低下させることができる。最も好適な溶接強度の制御は、溶接電流を易破断部３０において減少させる方法が制御が容易で好ましいものとなる。溶接電流を減少させた易破断部３０では、溶接代８と蓋板３との接触部分が抵抗発熱する発熱量が減少するので、発熱に伴う溶融体積、即ちナゲットの形成量も減少するので、易破断部３０での溶接強度が低下する。
【００２７】
レーザー溶接を用いた場合は、本体ケース２の溶接代８に重なる蓋板３の外周部上からレーザー照射することにより蓋板３の外周部と溶接代８との間を溶接接合して本体ケース２の凹部５内を密閉状態に封止する。図５に示すように、本体ケース２の一方長辺の凹部５形成の角部分に、レーザー溶接の溶接ラインに一部が位置するように易破断凹部４１を形成しておくと、溶接ラインにおける溶接幅が易破断凹部４１の形成部分では狭くなり、前述のシーム溶接の易破断部３０と同様に溶接強度を低下させた部位が形成され、凹部５内の内圧が異常上昇したとき、溶接強度の低い易破断部３０の溶接が破断して異常内圧を外部放出する安全弁構造が形成される。
【００２８】
また、溶接ラインの易破断部３０の形成部位上においてレーザー溶接の溶接強度を低下させて易破断部３０を形成することもできる。レーザー溶接における溶接強度の制御には、レーザーパルスのパルス幅及び時間を制御するのが容易な手段となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、金属板を半殻体に加工した電池ケースの開放部に金属製の蓋体を溶接することによって封止する構造において、溶接時に安全弁構造を形成することができるので、別途安全弁を設ける工程を設ける必要がなく、安全弁とする部材が不要であるためコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る扁平角形電池の外観形状を示す斜視図。
【図２】同上扁平角形電池の各構成要素を示す分解斜視図。
【図３】極板群の構成が異なる扁平角形電池の各構成要素を示す分解斜視図。
【図４】シーム溶接の構成を示す模式図。
【図５】レーザー溶接による易破断部の形成構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１　扁平角形電池
２　本体ケース
３　蓋板
４　極板群
５　凹部
６　段差部
８　溶接代（フランジ）
３０　易破断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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