(57)【要約】【課題】安全性に優れた密閉型電池を低コストで提供する。【解決手段】有底筒状の外装缶２０の開口部に封口体１０をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池において、前記封口体１０は、電池外方に突出した外部端子部６を有する端子キャップ５と、前記端子キャップ５より電池内方に位置し、周辺部が前記端子キャップ５と通電可能に接続された安全弁３と、前記安全弁３より電池内方に位置し、電極タブ８を介して電極と電気的に接続され、周辺部に絶縁板２を介してその中央部が前記安全弁３と超音波溶接されることにより前記安全弁３と通電可能に接続された端子板１と、を有し、前記端子板１の中央部には、その残余の領域よりも肉厚の薄い薄肉部１ｂが設けられ、且つ当該薄肉部１ｂには、溶接部を囲むように、電池内圧が上昇したときに破断して前記安全弁３と前記端子板１との通電を阻止する破断溝１ｃが設けられ、前記破断溝１ｃは、溶接時のストレスを緩和する形状であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の外装缶（２０）の開口部に封口体（１０）をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池において、
前記封口体（１０）は、
電池外方に突出した外部端子部（６）を有する端子キャップ（５）と、
前記端子キャップ（５）より電池内方に位置し、周辺部が前記端子キャップ（５）と通電可能に接続された安全弁（３）と、
前記安全弁（３）より電池内方に位置し、電極タブ（８）を介して電極と電気的に接続され、周辺部に絶縁板（２）を介してその中央部が前記安全弁（３）と超音波溶接されることにより前記安全弁（３）と通電可能に接続された端子板（１）と、を有し、
前記端子板（１）の中央部には、その残余の領域よりも肉厚の薄い薄肉部（１ｂ）が設けられ、且つ当該薄肉部（１ｂ）には、溶接部を囲むように、電池内圧が上昇したときに破断して前記安全弁（３）と前記端子板（１）との通電を阻止する破断溝（１ｃ）が設けられ、
前記破断溝（１ｃ）は、溶接時のストレスを緩和する形状である、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記破断溝（１ｃ）の断面形状が、四角形以上の多角形である、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記破断溝（１ｃ）の先端部分の断面形状が、Ｒ化されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項４】
請求項３に記載の密閉型電池において、
前記Ｒの曲率半径が、０．０３〜０．２ｍｍである、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の密閉型電池において、
前記破断溝（１ｃ）の残肉厚をＡ、前記薄肉部（１ｂ）の肉厚をＢとしたとき、
０．４≦Ａ／Ｂ＜１が成立する、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれかに記載の密閉型電池において、
前記薄肉部（１ｂ）の肉厚が０．１〜０．５ｍｍである、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれかに記載の密閉型電池において、
前記破断溝（１ｃ）が、前記薄肉部（１ｂ）の外周縁よりも中央側に設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池の改良に関し、より詳しくは密閉型電池の密閉性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるため、携帯機器の駆動電源として広く利用されている。この非水電解質二次電池には、極めて反応性の高い物質が用いられているため、安全性の確保が重要となる。
【０００３】
非水電解質二次電池の安全性を高めるためには、電池を密閉化するとともに、電池内部で異常が生じた場合には速やかに通電を遮断する等の機構が不可欠である。このため、この種の電池の封口体には、電池内圧が上昇した場合に動作する電流遮断機構が組み込まれている。
【０００４】
電流遮断機構を組み込んだ密閉型電池に関する技術としては、下記特許文献１、２がある。
【０００５】
【特許文献１】特開2000-48801号公報
【特許文献２】特開平10-64499号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの技術では、電流遮断の作動圧にバラツキが生じたり、電流遮断機構を組み込んだ封口体の作製における溶接工程において、溶接のストレスにより機械的強度の弱い部分が破断して、歩留まりが低下したりするという問題があった。
【０００７】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであって、安全性に優れた密閉型電池を高い歩留まりで提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は次のように構成されている。
有底筒状の外装缶２０の開口部に封口体１０をカシメ固定することにより密閉した密閉型電池において、前記封口体１０は、電池外方に突出した外部端子部６を有する端子キャップ５と、前記端子キャップ５より電池内方に位置し、周辺部が前記端子キャップ５と通電可能に接続された安全弁３と、前記安全弁３より電池内方に位置し、電極タブ８を介して電極と電気的に接続され、周辺部に絶縁板２を介してその中央部が前記安全弁３と超音波溶接されることにより前記安全弁３と通電可能に接続された端子板１と、を有し、前記端子板１の中央部には、その残余の領域よりも肉厚の薄い薄肉部１ｂが設けられ、且つ当該薄肉部１ｂには、溶接部を囲むように、電池内圧が上昇したときに破断して前記安全弁３と前記端子板１との通電を阻止する破断溝１ｃが設けられ、前記破断溝１ｃは、溶接時のストレスを緩和する形状であることを特徴とする。
【０００９】
封口体１０は、図１に示すように、外装缶２０の開口部に絶縁ガスケット３０とともにカシメ固定されるため、端子板１の周辺部１ａにはカシメ固定による圧力や変形力が加えられる。このため、端子板１の周辺部１ａはある程度の強度が必要であり、ある程度の肉厚を確保する必要がある。この一方、端子板１には、電池内圧が上昇したときに破断して安全弁３と端子板１との通電を阻止する機能が求められる。このため、端子板１の溶接部の周囲には、溶接部（通電接触部）を囲うように、機械的強度の弱い部分（残肉厚が薄い部分）を設ける必要がある。また、所望の圧力で確実に端子板を破断させるためには、破断する基点となる部分（破断溝１ｃ）を設けることが好ましい。ここで、肉厚が厚い部分に直接、残肉厚の薄い破断溝１ｃを設けるためには、強い圧力を加える必要があるが、強い圧力を加えて破断溝１ｃを設けると、破断溝１ｃの残肉厚のバラツキが大きくなり、所望の圧力で確実に破断溝１ｃを破断させることができなくなる。上記構成では、図２（ｂ）に示すように、端子板１の中央部には、その残余の領域（周辺部１ａ）よりも肉厚の薄い薄肉部１ｂが設けられ、且つ当該薄肉部に破断溝１ｃが設けられている。このため、破断溝１ｃの形成に強い圧力を必要としない。よって、所望の圧力で確実に破断溝１ｃを破断させることができ、安全性が向上する。
【００１０】
また、端子板１と安全弁３とを超音波溶接する時に、残肉厚の薄い破断溝１ｃにストレス（振動によるストレス）がかかり、破断溝１ｃが破断してしまい、歩留まりが悪くなるという問題がある。ここで、破断溝１ｃの形状を、溶接時のストレスを緩和することができる形状とすると、このような問題が生じなくなる。このため、安全性に優れた密閉型電池を高い歩留まりで生産することができる。
【００１１】
ここで、ストレスを緩和可能な溝形状としては、破断溝の断面形状を四角以上の多角形状（図３参照）としたり、断面形状において、破断溝１ｃの先端部分をＲ化した形状（図２（ｂ）参照）としたりすることが好ましい。
【００１２】
破断溝１ｃの先端部分をＲ化（曲線化）した場合、Ｒの曲率半径を０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。また、Ｒの曲率半径を０．２ｍｍよりも大きくした場合、ストレス緩和の向上効果がほぼ上限に達するとともに、破断溝１ｃの大きさが大きくなりすぎて、所望の圧力で破断溝を破断させ難くなる。よって、断面形状において破断溝１ｃの先端部分をＲ化させた場合、Ｒの曲率半径を、０．０３〜０．２ｍｍとすることが好ましい。
【００１３】
上記構成において、前記破断溝１ｃの残肉厚をＡ、前記薄肉部１ｂの肉厚をＢとしたとき、０．４≦Ａ／Ｂ＜１が成立する構成とすることができる。
【００１４】
薄肉部１ｂに対する破断溝１ｃの相対的な厚み（Ａ／Ｂ）が小さすぎると、溶接によるストレスを確実に緩和できなくなるおそれがある。このため、Ａ／Ｂの値は、０．４以上であることが好ましい。また、Ａ／Ｂの値の上限値は特に設けなくてもよいが、所望の圧力で確実に破断溝１ｃを破断させるためには、Ａ／Ｂの値は０．８以下であることが好ましく、０．６以下であることがより好ましい。
【００１５】
上記構成において、前記薄肉部１ｂの肉厚が０．１〜０．５ｍｍである構成とすることができる。
【００１６】
薄肉部１ｂの肉厚が厚すぎると、破断溝１ｃの形成のために大きな圧力を必要とするため、破断溝１ｃの作動圧力のバラツキが大きくなるおそれがある。他方、薄肉部１ｂの肉厚が薄すぎると、破断溝１ｃを形成する際に端子板１が破断してしまうおそれがある。よって、薄肉部１ｂの肉厚を、上記範囲内に規制することが好ましい。
【００１７】
上記構成において、前記破断溝１ｃが、前記薄肉部１ｂの外周縁よりも中央側に設けられている構成とすることができる。
【００１８】
破断溝１ｃが薄肉部１ｂの外周縁に設けられていると、溶接の際のストレスを十分に緩和させることができなくなり、破断溝１ｃが破断するおそれがある。よって、破断溝１ｃは、薄肉部１ｂの外周縁よりも中央側に設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記で説明したように、本発明によると、所望の圧力で確実に作動する安全機構を備えた密閉型電池を生産性よく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】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は下記の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態にかかる密閉型電池の要部拡大断面図であり、図２（ａ）は、本実施の形態にかかる密閉型電池に用いる封口体の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の要部拡大断面図である。
【００２２】
図１、図２に示すように、封口体１０は、電極タブ８を介して正極または負極と電気的に接続される端子板１と、電池外方に突出した外部端子部６を有する端子キャップ５と、端子板１と端子キャップ５との間に介在し、中央部が電池内方側に突出した部分（通電接触部７）を有する安全弁３と、を備えている。また、端子板１の中央部には、その残余の領域（周辺部１ａ）よりも肉厚の薄い薄肉部１ｂが設けられ、当該薄肉部１ｂの電池内方面には、電池内圧が上昇した際に破断して端子板１と安全弁３との電気的接続を遮断する、平面視リング状の破断溝１ｃが設けられている。また、安全弁３と端子板１とが超音波溶接により固定されている。
【００２３】
また、封口体１０は、安全弁３が電流を遮断する際、安全弁３と端子板１との電気的接触を防止する絶縁板２と、安全弁３と端子キャップ５との間に介在する中間材４と、を備えている。また、安全弁３の電池外方面には、電池内圧が上昇した際に破断して開放孔を形成し、電池内部のガスを電池外部に放出させるためのノッチ３ａが設けられている。
【００２４】
なお、中間材４は、端子キャップ５と安全弁３（端子キャップ５にはある程度の強度が必要である一方、安全弁３には変形しやすいことが求められるため、通常異なる材料が用いられる）との溶接固定を容易にするためのものであり、本発明の必須の構成要素ではない。
【００２５】
また、図１に示すように、外装缶２０の内部には電極体４０が収容され、当該電極体の電極と封口体１０とが、電極タブ８により電気的に接続されている。また、外装缶２０の開口部は、絶縁ガスケット３０を介して封口体１０がカシメ固定されて封口されている。
【００２６】
この密閉型電池の電流遮断の動作を説明する。電池内圧が上昇すると、安全弁３の中央部が持ち上がるように変形し、この変形に伴い、端子板１の中央部が持ち上がるように変形する。電池内圧が所定の値になると、端子板１の薄肉部１ｂに設けられた平面視リング状の破断溝１ｃが破断して、端子板１と安全弁３との電気的な接続が遮断され、電流が遮断される。さらに電池内圧の上昇が進むと、安全弁３に設けられたノッチ３ａが破断して開放孔が形成され、電池内部のガスが開放孔を経由して電池外部に放出される。これにより電池の安全性が確保される。
【００２７】
本発明を、実験例を用いて詳細に説明する。
【００２８】
［実験１］
（実験例１）
〈封口体の作製〉
厚み０．５ｍｍのアルミニウム板を円形に打ち抜き、その中央部（直径３ｍｍの領域）を鍛造することにより、肉厚が０．１ｍｍである薄肉部１ｂを形成した。この後、平面視リング状で且つ先端部がＲ化された（Ｒの曲率半径が０．０３ｍｍ）の加圧ジグを、薄肉部１ｂに押し当ててプレスし、残肉厚が０．０６ｍｍである破断溝１ｃを形成し、端子板１を作製した。
【００２９】
アルミニウム板に、断面Ｖ字状のノッチを形成すると共に中心部をプレスし通電接触部７（凸部）を形成した後、所定形状に打ち抜いて、図２に示すような安全弁３を作製した。
この後、安全弁３の上面に、ニッケルめっきが施された鉄製の端子キャップ５を、ニッケル−アルミニウムクラッド材製の中間材４を介してレーザ溶接し、下面に、樹脂製の絶縁板２を介してアルミニウム製の端子板１を超音波溶接し、封口体１０を作製した。なお、中間材４のニッケル面は端子キャップ５と面し、アルミニウム面は安全弁３と面するように配置した。
【００３０】
〈仮電池の組み立て〉
圧力センサと加圧装置を組み込み、上記封口体１０により外装缶２０の開口を、絶縁ガスケット３０を介してカシメ封止することにより、実験例１に係る仮電池を作製した。
【００３１】
（実験例２）
端子板１に破断溝１ｃを設けなかったこと以外は、上記実験例１と同様にして、図５に示す実験例２に係る仮電池を作製した。なお、本実験例は、本発明の範囲外である。
【００３２】
〔作動圧力の測定〕
上記実施例１、２にかかる仮電池をそれぞれ３０個用意し、加圧装置により仮電池内部の圧力を上昇させて、電流が遮断される圧力を圧力センサにより測定した。この結果を、下記表１に示す。
【００３３】
【表１】
2009110808.tif 000003
【００３４】
上記表１から、薄肉部１ｂに破断溝１ｃを設けた実験例１の作動圧は１１．５〜１３．２ｋｇｆ／ｃｍ２と、薄肉部１ｂに破断溝１ｃを設けなかった実験例２の作動圧の１１．８〜１４．３ｋｇｆ／ｃｍ２よりも小さく、且つバラツキが小さいことがわかる。
【００３５】
このことは、次のように考えられる。薄肉部１ｂに薄肉部の肉厚よりも残肉厚が小さい破断溝１ｃを設けると、電池内圧の上昇時にこの破断溝１ｃを基点として端子板１が破断する。他方、破断溝１ｃを設けていないと、破断する際の基点位置にバラツキが生じる。このため、薄肉部１ｂに破断溝１ｃを設けた実験例１は、破断溝１ｃを設けていない実験例２よりも作動圧が小さくなるとともに、作動圧のバラツキが小さくなる。
【００３６】
［実験２］
（実験例３群）
下記表２に示すように、破断溝１ｃの残肉厚Ａと薄肉部の肉厚Ｂとを変化させたこと以外は、上記実験例１と同様にして、実験例３群にかかる封口体１０を、作製条件ごとにそれぞれ１０個作製した。なお、超音波溶接の出力は１０ジュールとした。
【００３７】
（実験例４群）
破断溝の先端形状を鋭角（６０°）としたこと以外は、上記実験例３群と同様にして、図６に示す実験例４群にかかる封口体１０を、作製条件ごとにそれぞれ１０個作製した。なお、本実験例群は、本発明の範囲外である。
【００３８】
〔超音波溶接によるクラックの発生数の確認〕
上記で作製した封口体の破断溝１ｃ付近の状態を目視により確認し、破れ、穴あきが発生していたものをＮＧと判定した。この結果を下記表２に示す。
【００３９】
【表２】
2009110808.tif 000004
【００４０】
上記表２から、破断溝の先端部分の断面形状が鋭角である実験例４群は、実験例３群よりも、同一作製条件におけるＮＧ発生数が多いことがわかる。
【００４１】
このことは、次のように考えられる。破断溝の先端部分の断面形状が鋭角であると、超音波溶接の際のストレスが破断溝先端部分に集中して作用するため、この先端部分が破れたり、穴あきが発生したりしやすくなる。他方、破断溝の先端部分の断面形状がＲ化されていると、超音波溶接の際のストレスが緩和されるので、破れや穴あきが発生しにくくなる。
【００４２】
また、薄肉部肉厚Ｂが０．２ｍｍであり、且つＡ／Ｂが０．３以下であるもの、薄肉部肉厚Ｂが０．１５ｍｍであり、且つＡ／Ｂが０．３以下であるもの、薄肉部肉厚Ｂが０．１ｍｍであり、且つＡ／Ｂが０．３であるものにおいては、破断溝の先端部分の断面形状がＲ化されているものにおいても、破れや穴あきが発生していることがわかる。
【００４３】
このことは、次のように考えられる。薄肉部の肉厚を０．２ｍｍ以下と薄くした場合、薄肉部の肉厚Ｂに対する破断溝の残肉厚Ａの比Ａ／Ｂが小さすぎると、超音波溶接によるストレスを緩和する効果が小さくなり、破れや穴あきが発生する。よって、薄肉部の肉厚Ｂが０．２ｍｍ以下の場合、Ａ／Ｂを０．４以上とすることが好ましい。また、薄肉部の肉厚Ｂが０．３ｍｍ以下の場合、Ａ／Ｂを０．３３以上とすることが好ましく、薄肉部の肉厚Ｂが０．４ｍｍ以下の場合、Ａ／Ｂを０．２５以上とすることが好ましく、薄肉部の肉厚Ｂが０．５ｍｍ以下の場合、Ａ／Ｂを０．２以上とすることが好ましい。
【００４４】
［実験３］
（実験例５群）
下記表３に示すように、薄肉部１ｂの直径Ｄ及び破断溝１ｃの直径Ｃ（図３参照）を変化させたこと以外は、上記実験例１と同様にして、実験例５群にかかる封口体１０を、作製条件ごとにそれぞれ１０個作製した。
【００４５】
〔超音波溶接によるクラックの発生数の確認〕
上記で作製した封口体の破断溝１ｃ付近の状態を目視により確認し、破れ、穴あきが発生していたものをＮＧと判定した。この結果を下記表３に示す。
【００４６】
【表３】
2009110808.tif 000005
【００４７】
上記表３から、破断溝１ｃを薄肉部１ｂの外周縁に設けた例（Ｃ＝Ｄ）では、ＮＧが発生しているのに対し、破断溝１ｃを薄肉部１ｂの外周縁よりも中央側に設けた例（Ｃ＜Ｄ）では、ＮＧが発生していないことがわかる。
【００４８】
このことは、次のように考えられる。破断溝１ｃが薄肉部１ｂの外周縁に設けられていると、超音波溶接の際のストレスを十分に緩和させることができなくなり、破れ、穴あきが発生する。他方、破断溝１ｃが薄肉部１ｂの外周縁よりも中央側に設けられていると、ストレスが十分に緩和されるので、破れ、穴あきが発生しない。
【００４９】
なお、上記実験例では、破断溝１ｃの断面形状を、先端部分がＲ化された形状としていたが、図４に示すように、断面形状が多角形であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上に説明したように、本発明によれば、安全性に優れた密閉型電池を、低コストで実現することができる。よって、産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる密閉型電池の要部断面図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態１にかかる密閉型電池の封口体の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の要部拡大断面図である。
【図３】図３は、実験例５にかかる封口体の端子板の薄肉部の直径及び破断溝の直径を説明する図である。
【図４】図４は、本発明にかかる端子板に設けられた破断溝の断面形状の変形例を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、実験例２にかかる密閉型電池の封口体の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部拡大断面図である。
【図６】図６（ａ）は、実験例４群にかかる密閉型電池の封口体の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  端子板
１ａ  周辺部
１ｂ  薄肉部
１ｃ  破断溝
２  絶縁板
３  安全弁
３ａ  ノッチ
４  中間材
５  端子キャップ
６  外部端子部
７  通電接触部
８  電極タブ
１０  封口体
２０  外装缶
３０  絶縁ガスケット
４０  電極体
【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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【図６】
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