(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶内に発電要素を収容し、蓋体により密閉してなる角形密閉式電池において、
上記外装缶または蓋体に電解液の注入口が設けられ、
上記外装缶または蓋体の注入口形成部分が外方に向かって突出する円錐台形状突部または角錐台形状突部とされ、
上記円錐台形状突部または角錐台形状突部を溶融可能な金属で溶接封口していることを特徴とする角形密閉式電池。
【請求項２】
上記突部の高さｈ１と外装缶または蓋体を構成する金属板の厚さｈ２とが０．５≦ｈ１／ｈ２≦１５なる関係にあることを特徴とする請求項１記載の角形密閉電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形密閉式電池に関するものであり、特に、電解液の注入口の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやいわゆるヘッドホンステレオ等、電子機器の高性能化、小型化には目覚ましいものがあり、これら電子機器の電源となる二次電池の重負荷特性の改善や高エネルギー密度化への要求も高まっている。
【０００３】
この種の二次電池としては、鉛二次電池やニッケルカドミウム二次電池等が知られており、さらに高性能なリチウムイオン二次電池も開発されている。
【０００４】
そして、電池形状としては、機器に搭載したときにスペースを有効に使えるという観点から、円筒形のものよりも角形のものが好まれる傾向にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、角形電池と円筒形電池とでは、電解液の注入方法が大きく異なり、円筒形電池の場合、予め電解液を注入した後に蓋体を取り付けて密閉するのに対して、角形電池の場合、蓋体や外装缶に電解液注入口を設けておき、蓋体を取り付けた後にこの注入口から電解液を注入するという方法が採用されている。
【０００６】
例えば、角形密閉式電池では、発電要素を内蔵した金属製の外装缶の開口部に金属製の蓋体をレーザにより溶接して固定し、蓋体に設けた注液口から電解液を注入した後、注液口を溶接封口するという方法が広く行われている。このとき、封口の方法としては、金属球を押圧して抵抗溶接する方法が一般的である。
【０００７】
しかしながら、蓋体の注液口に金属球を押圧して抵抗溶接する方法では、溶接部に微小なピンホールが発生して、電池を密閉できない場合がある。
【０００８】
この原因としては、注液口に金属球を押圧したときに蓋体が変形し、溶融した金属が均一に周囲に広がらず偏りを生ずることが挙げられる。
【０００９】
これを解消するために、溶接封口工程において、押圧力や溶接条件を調整したり、蓋体の板厚を大きくして蓋体の変形を抑えることが考えられるが、前者では例えば製造現場で電池の機種毎に条件設定をしなければならず煩雑であるという問題が、後者では電池重量が増大するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであって、工数の増加や電池重量の増大をもたらすことなく、封口工程における溶接不良を確実に防止することができる角形密閉式電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、外装缶内に発電要素を収容し、蓋体により密閉してなる角形密閉式電池において、上記外装缶または蓋体に電解液の注入口が設けられ、上記外装缶または蓋体の注入口形成部分が外方に向かって突出する円錐台形状突部または角錐台形状突部とされ、上記円錐台形状突部または角錐台形状突部を溶融可能な金属で溶接封口していることを特徴とするものである。
【００１２】
外装缶または蓋体の注入口形成部分を外方に向って突出する円錐台形状突部または角錐台形状突部とすることにより、この部分の強度が確保され、溶接封口工程で電極に押圧されることによる変形が抑えられる。その結果、溶接封口工程において溶融した金属球が偏り無く周囲に広がり、微小なピンホールの発生等が抑制される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した電池の構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明を適用した角形密閉式電池の一例を示すものである。この電池の基本構造は通常の角形密閉式電池と同じであり、外装缶１内に発電要素（正極及び負極をセパレータを介して積層したもの。図示は省略する。）を収容し、当該外装缶１の開口部を蓋板２で塞いでなるものである。
【００１５】
上記蓋板２は、鋼板を打ち抜いた後、絞り加工等によって外装缶１の開口部に合わせた形状に成形され、対極の端子３を挿入する端子孔４と、電解液の注入口５とを備える。
【００１６】
そして、この蓋板２の端子孔４には、ガスケット６を介して端子３が挿入され、先端をかしめることで蓋板２に固定一体化され、電池の一方の電極を構成している。例えば、電池缶１内に収容される発電要素のうちの正極と電気的に接続することで、正極端子として機能する。
【００１７】
なお、端子３の取り付け構造はこれに限られるものではなく、蓋板２に対して電気的な絶縁が保たれ、電池内部の密閉を保つような構造であれば構わない。また、蓋板２の作製方法も、上記絞り加工に限定されるものではなく、任意の作製方法を採用することができる。
【００１８】
一方、電解液の注入口５の周縁の形状は、外方（図中上方）に向かって突出する凸形状とされており、この蓋板２の突部７に注入口５が形成された形になっている。したがって、電解液の注入口５は、蓋板２の板面２ａよりも少し高いところに位置する。
【００１９】
上記蓋板２の突部７は、例えば蓋板２を外装缶１の開口部に合わせて絞り加工する際に同時に形成することができ、機械加工により蓋板２を叩き出すことにより容易に形成することができる。
【００２０】
また、上記突部７の形状は円錐台形状とし、その中心に注入口５が形成されるようにした。
【００２１】
上述の電池を作製する際には、先ず、上記外装缶１内に発電要素を入れた後、その開口部に蓋板２をレーザ溶接法により溶接固定する。そして、蓋板２に設けた注入口５より電解液を注入し、不織布等により余分な電解液を拭き取った後、図１に示すように、注入口５に金属球８を載せ、電極棒９で押圧しながら電流を流し、金属球８を溶かして溶接封口する。
【００２２】
図２は、溶接封口工程を示すものであり、電極棒９で金属球８を押圧しながら電流を流すと、ジュール熱によって瞬間的に金属球８が融点に達し、溶融状態の金属が周囲に向かって均一に広がり、封口が行われる。
【００２３】
このとき、本例の電池では、電解液の注入口５が外方に向かって突出する円錐台形状突部７に形成されているので、変形強度が大幅に向上し、電極棒９を押圧したときの注入口５周辺の変形量が小さなものとなる。したがって、融点に達した金属球８の広がりが一方向に偏ることがなくなり、微小なピンホール等がない状態で電池を密閉することが可能になる。これは、注入口５の封口の信頼性を高める上で非常に有効であり、これにより信頼性に優れた密閉式電池を提供することが可能になる。
【００２４】
実際、上記構造の電池を作製し、穴あき等の溶接不良の発生について調べたところ、１１５２１個中不良数４個であり、不良率は０．０３５％と非常に低いレベルに抑えることができた。
【００２５】
なお、上記突部７は、外方に向かって突出する突部であることが必要で、これにより金属球８を用いた封口溶接を円滑に行うことができる。突部７が内方に向かう突部（電池の外観では凹部）であると、封口溶接を行うことができない。
【００２６】
上記のように電解液の注入口５を蓋板２の突部７に形成することで、封口の信頼性を大幅に高めることが可能であるが、このとき、突部７の高さｈ1 と、蓋板２の板厚ｈ2 との比が、
０．５≦ｈ1／ｈ2≦１５
なる関係を満足することが好ましい。
【００２７】
上記突部７の高さ（注入口５が形成される部分の高さ）が低すぎると、強度の向上が不十分となり、電極棒９で押圧されたときに容易に変形してしまい、融点に達した金属球８の広がりが一方向に偏る虞れがある。この場合には、微小なピンホールが生じやすく、電池の密閉性が不十分なものとなり易い。
【００２８】
逆に、突部７の高さが高すぎると、電池の高さ方向の寸法を無用に大きくすることになり、機器等に搭載するときに余分なスペースが必要となる等の不都合が生ずる。
【００２９】
これに対して、突部７の高さを上記の範囲内とすれば、溶接封口工程において注入口５の周縁の変形がほとんどなく、融点に達した金属球８の広がりが一方向に偏ることがなくなる。このことは実験により確認済みである。
【００３０】
上記の例では、蓋板２に電解液の注入口５を設け、この部分を突部７としたが、電解液の注入口を外装缶１に設けた場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００３１】
図３は、外装缶１に電解液の注入口５を設けた電池の一例を示すものであるが、基本的な構造は先の例の電池と同様である。
【００３２】
すなわち、この例の電池も外装缶１内に発電要素（正極及び負極をセパレータを介して積層したもの。図示は省略する。）を収容し、当該外装缶１の開口部を蓋板２で塞いでなるものである。
【００３３】
上記蓋板２は、鋼板を打ち抜いた後、絞り加工等によって外装缶１の開口部に合わせた形状に成形され、対極の端子３を挿入する端子孔４を備える。
【００３４】
そして、この蓋板２の端子孔４には、ガスケット６を介して端子３が挿入され、先端をかしめることで蓋板２に固定一体化され、電池の一方の電極を構成している。例えば、電池缶１内に収容される発電要素のうちの正極と電気的に接続することで、正極端子として機能する。
【００３５】
ただし、この例では、電解液の注入口５が外装缶１の蓋板２に近い部分に設けられており、外装缶１の注入口５形成部分が絞り加工等によって外方に向かって突出する突部１０とされている。
【００３６】
したがって、電解液の注入口５は、外装缶１の周面１ａよりも少し高いところに位置する。
【００３７】
このように外装缶１に電解液の注入口５を設けた場合にも、電解液を注入し余分な電解液を拭き取った後に、図３に示すように金属球８を電極棒９で押圧しながら電流を流し、金属球８を溶かして溶接封口するが、外装缶１の注入口５形成部分を突部１０としているので、強度が大幅に向上し、電極棒９を押圧したときの注入口５周辺の変形量を小さなものとすることができる。
【００３８】
実際、外装缶１に突部１０を設け、ここに電解液の注入口５を設けた構造の電池を作製し、穴あき等の溶接不良の発生について調べたところ、４７５５個中不良数３個であり、不良率は０．０６３％と非常に低いレベルに抑えることができた。
【００３９】
上記のように電解液の注入口５を外装缶１の突部１０に形成するによっても、封口の信頼性を大幅に高めることが可能であるが、このとき、突部１０の高さｈ1 と、外装缶１を構成する鋼板の板厚ｈ2 との比は、やはり
０．５≦ｈ1／ｈ2≦１５
なる関係を満足することが好ましい。
【００４０】
上記の範囲内であれば、溶接封口工程において注入口５周縁の変形がほとんどなく、融点に達した金属球８の広がりが一方向に偏ることはない。したがって、封口部の信頼性に優れた密閉電池を提供することが可能である。
【００４１】
次に、突部の形状について検討したので、これについて述べる。
【００４２】
先の例では、蓋板２に形成した突部７、あるいは外装缶１に形成した突部１０のいずれもが円錐の頂部を切り落とした，いわゆる円錐台形状としたが、ここでは四角錐の頂部を切り落とした，いわゆる角錐台形状とした。
【００４３】
図４は、蓋板２に形成した角錐台形状の突部７の平面図（図４Ａ）及び断面図（図４Ｂ）である。
【００４４】
突部７の形状を変更しても、変形に対する強度が向上し、電極棒９を押圧する力による注入口５の変形量が小さくなるという点で、先の例と何ら変わるところはなかった。
【００４５】
実際、蓋板２に角錐台形状の突部７を設け、ここに電解液の注入口５を設けた構造の電池を作製し、穴あき等の溶接不良の発生について調べたところ、４６８８個中不良数４個であり、不良率は０．０８５％と非常に低いレベルに抑えることができた。
【００４６】
突部７の形状にかかわらず、微小なピンホール等がない状態で電池を密閉することが可能であり、封口部の信頼性に優れた密閉式電池を提供することが可能である。
【００４７】
以上、本発明を適用した角形密閉式電池の構成例について説明してきたが、比較のために、従来構造の電池における溶接不良の発生について説明する。
【００４８】
図５は、従来構造の電池の一例を示すもので、基本的な構造は図１に示す電池と同じであるが、電解液の注入口が蓋板に孔を開けただけの構造となっている。
【００４９】
すなわち、この電池も、外装缶１０１内に発電要素（正極及び負極をセパレータを介して積層したもの。図示は省略する。）を収容し、当該外装缶１０１の開口部を蓋板１０２で塞いでなるものである。
【００５０】
上記蓋板１０２は、鋼板を打ち抜いた後、絞り加工等によって外装缶１０１の開口部に合わせた形状に成形され、対極の端子１０３を挿入する端子孔１０４と、電解液の注入口１０５とを備える。
【００５１】
そして、この蓋板１０２の端子孔１０４には、ガスケット１０６を介して端子１０３が挿入され、先端をかしめることで蓋板１０２に固定一体化され、電池の一方の電極を構成している。
【００５２】
一方、電解液の注入口１０５は、単に蓋板１０２の孔を開けただけのものであり、その周縁の形状は平坦面である。
【００５３】
このような構造の電池では、電解液の注入口１０５は蓋板１０２と同一の面に位置し、この面に垂直な方向の力に対して強度が低い。
【００５４】
したがって、金属球１０７を電極棒１０８で押圧すると、図６に示すように注入口１０５の周縁部分が容易に変形し、溶けた金属球１０７の広がりに偏りが生ずる。均一に広がらないということは、溶接部に微小なピンホールが発生し易いということであり、電池を十分に密閉することができないという問題が生ずる。
【００５５】
実際、上記従来構造の電池を作製し、穴あき等の溶接不良の発生について調べたところ、２５３３個中不良数２５個であり、不良率は０．９８７％と先の各例に比べて１桁以上高い値であった。
【００５６】
これを解消するために、溶接封口工程での押圧力や溶接条件を調整してみたが、ピンホールの発生を完全になくすことは困難であった。また、このような調整は、電池の機種毎に行う必要があり、実際の製造現場では工数がかかりすぎて現実的ではない。
【００５７】
別の方法として、蓋板１０２の板厚を大きくして機械的強度を高めるという方法も考えられるが、この場合には電池の重量が増大するという問題が生ずる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明においては、外装缶または蓋体の注入口形成部分を外方に向って突出する円錐台形状突部または角錐台形状突部としているので、変形強度が大幅に向上し、溶接電極を押圧したときの注入口周辺の変形量を小さなものとすることができる。
さらに、注入口に金属球を載置し溶接する際に、溶融状態の金属が周囲に向って均一に広がり、封口が行われ、工数の増加や電池重量の増大をもたらすことなく、封口部における溶接不良を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した角形密閉式電池の一構成例を示すもので、蓋板に電解液の注入口を設けた電池の構成例を示す要部概略断面図である。
【図２】注入口形成部分を拡大して示す要部概略断面図である。
【図３】外装缶に電解液の注入口を設けた電池の一構成例を示す要部概略断面図である。
【図４】角錐形状とした突部の例を示す要部概略平面図及び要部概略断面図である。
【図５】従来構造の角形密閉式電池の一例を示す要部概略断面図である。
【図６】注入口周縁の変形状態を示す要部概略断面図である。
【符号の説明】
１  外装缶、２  蓋板、５  注入口、７，１０  突部
【図１】
0003738544.tif 000002
【図２】
0003738544.tif 000003
【図３】
0003738544.tif 000004
【図４】
0003738544.tif 000005
【図５】
0003738544.tif 000006
【図６】
0003738544.tif 000007