(57)【要約】【課題】薄型化された電池に膨らみ方向圧力が加わったときに電池ケースが膨出して厚さに変化が生じることを防止する構造を備えた扁平角形電池を提供する。【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で溶接して扁平角形電池１に形成する。極板群４の膨張や内圧上昇により膨らみ方向圧力が加わったとき、蓋板３に形成された窪み２０内で膨らみが吸収されるので、電池全体の厚さに影響が生じない。【選択図】　図２
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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、
前記本体ケース及び／又は蓋板に、電池厚さを減少させる方向に窪み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、
前記本体ケースに比して前記蓋板の変形強度を低く形成すると共に、蓋板に電池厚さを減少させる方向に窪み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３】
本体ケースの板厚に比して蓋板の板厚が薄く形成されてなる請求項２に記載の扁平角形電池。
【請求項４】
本体ケースの剛性に比して蓋板の剛性が小さく形成されてなる請求項２に記載に扁平角形電池。
【請求項５】
窪みは、その周囲に襞部位が形成されてなる請求項１〜４いずれか一項に記載の扁平角形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形電池の薄型化を可能にする構造を備えた扁平角形電池に関し、それを装着する機器に電池ケースの膨らみの影響が及ばないようにする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より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断面形状が長方形又は長円形の有底角形に形成し、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、開口部形状の短辺長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の凹部内に極板群を収容し、平板もしくは半殻体の蓋体により本体ケース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扁平形の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電池ケースの大きな開口部を平板で封止する構造は、半殻体に形成された電池ケースの開口端に電池蓋が嵌まり合う段差部を形成し、極板群を電池ケース内に収容して後、前記段差部に電池蓋を嵌め込み、電池蓋と電池ケースとをその周囲でレーザー溶接することにより電池ケース内を封止したものが知られている（特許文献２参照）。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３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２１３２８６号公報（第５〜７頁、図４）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−５２６５８号公報（第５〜７頁、図１）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−１６７７４４号公報（第５〜９頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池は充放電や経年変化に伴って極板に膨張が発生し、扁平角形電池の場合には極板の膨張はそれを収容した電池ケースに膨らみを生じさせる。また、電池が高温環境下に曝されたり、外部短絡や過充電などの原因によって高温になると、正負極活物質と電解液との反応や電解液の分解、気化が生じ、それらは発熱を伴うために反応が加速されてガスが発生し、内圧の上昇により電池ケースに膨らみを生じさせる。
【０００９】
従来の携帯電子機器等においては、角形電池に膨らみが発生することを見越して角形電池と機器壁面との間に隙間を設け、角形電池の膨らみを隙間で吸収して機器に影響を与えることを防止している。しかし、機器内の隙間を設けるための無駄なスペースが必要になるため、機器の薄型化を阻害することになる。薄型化を優先するがために隙間を設けることなく角形電池を機器に装着すると、角形電池に接する機器壁面が外部に膨出する変形が生じたり、機器の内部構成要素に接触したり圧迫を加えることもある。
【００１０】
前述の従来構成のように薄型化を追求した扁平角形電池では、電池ケースの板厚も薄くなり、軽量化のためにアルミニウムやアルミニウム合金などの剛性に劣る板材が用いられ、全表面積のうち広幅平坦面が占める面積が大きくなるため、極板の膨張や内圧上昇により電池ケースに膨らみが発生しやすくなる。また、扁平形状の電池ケースは広幅平坦面が厚さ方向の両面に形成されるため、電池ケースの膨らみが両面に発生し、その影響を抑止するための構造の形成が困難となる。
【００１１】
本発明が目的とするところは、薄型化された角形電池に発生しやすい電池ケースの膨らみの影響を機器に与えない構造を設けた扁平角形電池を提供することにある。
【００１２】
【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、前記本体ケース及び／又は蓋板に、電池厚さを減少させる方向に窪みが形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、本体ケース及び／又は蓋板に電池厚さを減少させる方向に形成された窪みは、凹部内に収容された極板群を圧縮するように押圧するので極板群の膨張を抑制し、極板群が膨張したときや電池内圧が上昇したときには窪みは外方に押し出されるが、窪みの形成深さを膨らみの予想量以上に形成しておくことにより、窪みの形成深さ内で外方に膨出するため、電池としての厚さに変化が生じ難く、電池の膨らみによる機器への影響が抑制される。
【００１４】
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形電池において、前記本体ケースに比して前記蓋板の変形強度を低く形成すると共に、蓋板に電池厚さを減少させる方向に窪みが形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、極板群が膨張したときや電池内圧が上昇したとき、変形強度が低い蓋板の窪みは外方に押し出されるが、窪みの形成深さを膨らみの予想量以上に形成しておくことにより、窪みの形成深さ内で外方に膨出するため、電池としての厚さに変化が生じ難く、電池の膨らみによる機器への影響が抑制される。また、電池内部からの膨らみ方向への圧力は変形強度の低い蓋板側に及ぶので、本体ケース側に膨らみが生じ難いので、電池が接する機器壁面が外部に膨出する変形が生じたり、機器の内部構成物に接触したり圧迫を加えることがない。
【００１６】
上記構成において、本体ケースの板厚に比して蓋板の板厚を薄く形成すること、あるいは、本体ケースの剛性に比して蓋板の剛性を小さく形成することにより、蓋板の変形強度を本体ケースより低くして、電池内部からの膨らみ方向の圧力で蓋板側を変形させ、本体ケースが変形することを抑制することができる。
【００１７】
また、上記第１及び第２発明の構成において、窪みは、その周囲に襞部位を形成することにより、窪みの外方への膨らみが本体ケース及び／又は蓋板全体に及ぶことが襞部位の変形により吸収され、窪み面のみが膨らむようになり、電池ケース全体が変形することが抑制される。
【００１８】
【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。
【００１９】
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が構成されており、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、本体ケース２の凹部５内は蓋板３によって封止される。溶接方法としては、特に限定されるものではないが、レーザ溶接、電子ビーム溶接、シーム溶接、超音波溶接などの方法を用いることができ、溶接代と蓋板３とを接合することによって凹部５内は封止される。
【００２４】
封止された凹部５内には、前記電解液注入口１４から所定量の電解液が注入され、注入完了後に電解液注入口１４には封栓１３が挿入され、段差部に封栓１３を溶接することにより凹部５内は密封される。
【００２５】
上記製造手順により製造された扁平角形電池１は、図１に示すように段差部６上に形成されたリベット１０を正極外部接続端子とし、段差部６の面を負極外部接続端子として外部接続の用に供することができる。正極及び負極の外部接続端子が段差部６上に形成されていることにより、外部接続端子に接続したリードを扁平角形電池１の厚さ内で処理することができる。また、外部接続端子に接触接続させる場合にも扁平角形電池１の厚さ内に接触構造を構成することができる。従って、薄型に構成した扁平角形電池１の特質を損なうことなく機器に装着することができる。
【００２６】
上記構成になる扁平角形電池１を構成する蓋板３に形成された窪み２０は、極板群４の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケース５０に膨らみが生じたとき、膨らみを窪み２０の形成深さ内で吸収して、扁平角形電池１の厚さに変化が生じないようにするもので、以下に窪み２０の形成構造について、図４及び図５を参照して説明する。
【００２７】
図４は、電池ケース５０の長手方向断面を示すもので、本体ケース２と蓋板３とは同一材質の金属板をプレス加工して形成されている。４辺固定の長方形板の等分布荷重での変形量の計算式から、本体ケース２の変形量をδ１、ヤング率をＥ１、板厚をｔ１、蓋板３の変形量をδ２、ヤング率をＥ２、板厚をｔ２としたとき、（δ１／δ２）＝（Ｅ２／Ｅ１）×（ｔ２／ｔ１）３で表すことができる。本体ケース２と蓋板３の材質が同じ場合、δ１を０．０５ｍｍに抑制し、δ２の許容値を０．４０ｍｍとすると、蓋板３の板厚は本体ケース２の板厚の１／２にすることが好ましい。
【００２８】
この本体ケース２と蓋板３とは、本体ケース２の周囲にフランジ状に形成された溶接代８と蓋板３の周辺部との間が溶接により接合され、本体ケース２の凹部５内が封止される。図示省略しているが、前述したように凹部５内には極板群４と電解液が封入されて扁平角形電池１に構成される。
【００２９】
極板群４は熱膨張や経年変化により膨らみが生じたとき、本体ケース２及び蓋板３の表面積中の大部分を占める平面部位を外方に押し出す作用が及んで扁平角形電池１の厚さに変化が生じる恐れがある。また、高温に曝された場合に電解液の分解、気化等により凹部５内の内圧が上昇した場合にも膨らみが生じて扁平角形電池１の厚さに変化が発生する恐れがある。このような内部からの膨らみ圧力が加わったとき、電池ケース５０の最も変形強度の低い面に影響が及ぶことになる。
【００３０】
前述のように蓋板３は本体ケース２より材厚が薄く形成されているので、変形圧力が加わったとき蓋板３が変形して、本体ケース２に変形が及ぶことを抑制することができる。また、蓋板３は大きな平面部位を有しているので、内部圧力が加わったとき外方に膨出する変形が生じやすくなっているが、その中央の大部分に窪み２０が形成されていることにより、蓋板３の外方への膨出は窪み２０に及び、弧状に膨出を生じさせる。しかし、窪み２０の形成深さ内で膨出が発生するので、扁平角形電池１としての厚さに変化が生じないようにすることができる。
【００３１】
図５に示すように、窪み２０の周囲に凹凸形成した襞部位２１を形成すると、蓋板３に接する極板群４に膨張が生じた場合のように、蓋板３全体に内部から加圧が加わった場合にも襞部位２１で変形が生じるので、蓋板３の周囲には影響が及ばず、窪み２０のみが外方に膨出し、扁平角形電池１の厚さ変化をより効果的に抑制することができる。
【００３２】
以上説明した実施形態の構成においては、本体ケース２と蓋板３の材厚が異なるようにして変形強度に差があるようにしているが、本体ケース２を構成する板材の剛性が蓋板３を構成する板材の剛性より大きくなるようにしても、本体ケース２の変形強度の方が大きくなるように構成することができる。前述した４辺固定の長方形板の等分布荷重での変形量の計算式から、本体ケース２及び蓋板３の板厚が同じ場合、δ１を０．０５ｍｍに抑制し、δ２の許容値を０．３０ｍｍとすると、本体ケース２のヤング率Ｅ１に対して蓋板３のヤング率Ｅ２を１／６にするのが好ましく、変形圧力が加わったときに蓋板３側を変形させ、本体ケース２の変形を抑制することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電池ケース内に収容した極板群の膨張や内圧の上昇が生じて電池ケースに膨出方向の力が作用したとき、本体ケースより変形強度が低く形成された蓋板の窪みが外方に膨らむので、電池ケース全体の厚さに影響が及ばず、扁平角形電池を装填した機器に膨らみによる影響を与えることがなく、機器の電池収容空間に膨らみを予想した無駄な空間を設けることなく扁平角形電池を装着することができ、機器の薄型化の達成に寄与できるものとなる。
【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】蓋板に形成した窪みを示す電池ケースの長手方向断面図。
【図５】窪み形成の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１　扁平角形電池
２　本体ケース
３　蓋板
４、４ａ　極板群
５　凹部
６　段差部
８　溶接代
２０　窪み
２１　襞部位
【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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