JP4780598B2 - 密閉角形電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池缶の開口を塞ぐ蓋に出力端子が貫通状に取り付けられており、電極体から導出した集電リードがリード体を介して出力端子の下端に接続される密閉角形電池に関する。

特許文献１には、有底角筒形状の電池缶の開口上面を塞ぐ蓋と、この蓋に貫通状に取り付けた負極端子とを含んだ密閉角形電池が開示されている。前記負極端子は、蓋の上下に配した絶縁パッキングおよび絶縁体を介して蓋に取り付けられている。負極端子の下端には、リード体が接続されており、リード体の下面には、電池缶内の電極体から導出した負極集電リードが溶接してある。

電池の組み立てに際しては、まず蓋に対して負極端子、絶縁パッキング、絶縁体およびリード体を予め取り付けておく。そして、電極体を電池缶内に収容した状態で負極集電リードの上端部をリード体に溶接したのちに、蓋を電池缶の開口上面に嵌め込んで電池缶の開口周縁に蓋の外周縁をシーム溶接する。

特開２００４−１４３９５号公報（段落番号００２１、図１−２） 特開平１１−２５９９３号公報（図２） 特開平６−２０３８１７号公報（図１） 特開平６−１６３０７９号公報（図１）

リード体への負極集電リードの溶接後に、電池缶の開口上面に蓋を嵌め込んだときには、負極集電リードは折れ曲がった状態で電池缶内で収容される。このため、負極集電リードは、折れ曲がった分だけ電池缶の内面に接触しやすくなり、負極集電リードと電池缶とが短絡するおそれがある。

特許文献１では、断面コ字状の絶縁体の側壁で負極集電リードの側方を覆っており、これによって負極集電リードが電池缶の内面に接触することを防いでいる。ところが、特許文献１では、リード体も絶縁体の側壁で覆われており、絶縁体の側壁が邪魔になって、リード体に負極集電リードを溶接することが容易ではない。

この場合、特許文献２の図２に示すごとく、蓋とは別に枠状のスペーサーを形成して、先にスペーサーを電池缶内に収容しておき、リード体への負極集電リードの溶接後に、負極集電リードをスペーサー内に収容してもよいが、蓋を電池缶に嵌め込む際にスペーサーの上端と蓋との間に負極集電リードが挟み込まれて、負極集電リードと蓋とが短絡するおそれがあるところに問題がある。

そこで本発明の目的は、集電リードが蓋または電池缶の側壁と短絡することを防ぐことができながら、集電リードをリード体に容易に溶接できる密閉角形電池を提供することにある。

本発明が対象とする密閉角形電池は、上面に開口を有する有底角筒形状の電池缶１と、前記電池缶１の開口上面を塞ぐ蓋３と、前記電池缶１内に収容された電極体２と、前記蓋３に貫通状に取り付けられた出力端子１２と、前記蓋３の下面側に配されて前記出力端子１２を少なくとも前記蓋３の下面から絶縁する絶縁体１１と、前記絶縁体１１の下面側に配されて前記出力端子１２の下端に接続してある板状のリード体１７と、前記電極体２から上向きに導出した薄板状の集電リード７とを含んでいる。前記集電リード７の上端部が、前記リード体１７の下面に面接触状態で溶接してあって、前記集電リード７が、少なくとも前記電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がっている密閉角形電池において、前記絶縁体１１は、前記蓋３と前記リード体１７との間に挟まれた蓋側絶縁部２２と、この蓋側絶縁部２２の前後端のうちの少なくとも前端側から下向きに折り曲げられた側壁２５と、この側壁２５の下端から電池の前後方向の中央側へ延びた電極側絶縁部２７とを含んでいる。電池組み立て前の自由状態においては、前記蓋側絶縁部２２と前記側壁２５とが真っ直ぐになっている。ここでの絶縁体１１は、図７および図８に示すごとく前側壁２５のみを設けた場合と、図９に示すごとく前後に側壁２５・２６を設けた場合とが含まれる。また、蓋側絶縁部２２と側壁２５とが真っ直ぐに近い状態も含まれる。

上面に開口を有する有底角筒形状の電池缶１と、前記電池缶１の開口上面を塞ぐ蓋３と、前記電池缶１内に収容された電極体２と、前記蓋３に貫通状に取り付けられた出力端子１２と、前記蓋３の下面側に配されて前記出力端子１２を少なくとも前記蓋３の下面から絶縁する絶縁体１１と、前記絶縁体１１の下面側に配されて前記出力端子１２の下端に接続してある板状のリード体１７と、前記電極体２から上向きに導出した薄板状の集電リード７とを含んでいる。前記集電リード７の上端部が、前記リード体１７の下面に面接触状態で溶接してあって、前記集電リード７が、少なくとも前記電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がっている密閉角形電池において、前記絶縁体１１は、前記蓋３と前記リード体１７との間に挟まれた蓋側絶縁部２２と、前記電極体２の上側に配された電極側絶縁部２９と、前記蓋側絶縁部２２と前記電極側絶縁部２９とをつなぐ可撓性を有する薄板部３０とを含んでいる。また、前記絶縁体１１は、前記薄板部３０が前記集電リード７よりも前記電池缶１の前壁寄りに位置しているとともに、前記電極側絶縁部２９がその上面において上方へ突出する突起３２を有している。

集電リード７の下部が絶縁部材９で覆われていると、集電リード７の上部が電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がって集電リード７の下部が電池缶１の後側壁内面に接触しても、集電リード７と電池缶１とが短絡しないことになる。この場合、絶縁体１１の後側壁２６は省略できる。絶縁部材９は、絶縁テープや絶縁塗料などが該当する。

請求項１記載の本発明によれば、絶縁体１１の側壁２５・２６によって、折れ曲がった集電リード７が電池缶１の内面に接触することが防止される。電池組み立て前の自由状態においては、絶縁体１１の蓋側絶縁部２２と側壁２５・２６とがほぼ真っ直ぐになっているので、リード体１７の下面に集電リード７を溶接する際に、その溶接個所から電極側絶縁部２７までの距離を大きくとれて、電極側絶縁部２７が溶接の邪魔になり難く、したがって溶接の作業性の向上を図れる。そのうえで、絶縁体１１の電極側絶縁部２７で電極体２が押えられて、電極体２が電池缶１内でがたついたり、電極体２の上面が落下の衝撃で窪み変形したりすることなどが低減される。かかる効果のために別部材の絶縁板５を必要としないので、部品管理の低減などを図ることができる。

請求項２記載の本発明によれば、絶縁体１１の薄板部３０が、集電リード７よりも電池缶１の前壁寄りに位置していることで、電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がった集電リード７が電池缶１の前壁内面に接触することが防止される。

電池組み立て前の自由状態で絶縁体１１の薄板部３０をほぼ真っ直ぐにしておくことで、蓋側絶縁部２２と電極側絶縁部２９とがほぼ真っ直ぐになって、リード体１７の下面に集電リード７を溶接する際に、薄板部３０や電極側絶縁部２９が邪魔にならず、前記溶接の作業性が向上する。しかも、絶縁体１１の電極側絶縁部２９によって電極体２が押えられて、電極体２が電池缶１内でがたついたり、電極体２の上面が落下の衝撃で窪み変形したりすることなどが低減される。かかる効果のために別部材の絶縁板５を必要としないので、部品管理の低減などを図ることができる。

そのうえで、突起３２によって絶縁体１１の電極側絶縁部２９とリード体１７との間に隙間を確実に確保でき、この隙間に集電リード７が収容されることで、リード体１７と電極側絶縁部２９とで集電リード７が強く挟まれて破断することなどが防止される。

集電リード７の下部が絶縁部材９で覆われていると、集電リード７の上部が電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がって、集電リード７の下部が電池缶１の後壁内面に接触しても集電リード７と電池缶１とが短絡しないことになる。したがって、絶縁体１１の後側壁２６を省略できる。

（参考例１） 図１ないし図５は、本発明に係る密閉角形電池としてのリチウムイオン二次電池の参考例１を示しており、図３に示すごとく、上面に左右横長の開口を有する有底角筒形状の電池缶１と、電池缶１内に収容された電極体２および非水電解液と、電池缶１の開口上面を塞ぐ左右横長の蓋３と、電極体２の上側に配される薄板状の絶縁板５などを備えている。電池缶１は、アルミニウムまたはその合金からなる板材を深絞り加工して上下縦長の薄型に形成してあり、左右幅寸法が３４mm、上下高さ寸法が５０mm、前後厚み寸法が４mmである。

電極体２は、シート状の正極と負極とを微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを間にして渦巻状に巻回してなる。正極の電極からは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板状の正極集電リード６が上向きに導出されている。負極の電極からは、ニッケルや銅、あるいはこれらの複合体からなる薄板状の負極集電リード７が上向きに導出されている。正極集電リード６は、電極体２の巻回方向の外周側に配されており、正極集電リード６の導出部の下部側が絶縁テープ９で覆われている。負極集電リード７は、電極体２の巻回方向の内周側に配されており、負極集電リード７の導出部の下部側が絶縁テープ（絶縁部材）９で覆われている。

蓋３は、アルミニウム合金などの板材をプレス成形してなり、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁がレーザーでシーム溶接される。蓋３の中央には、図２に示すごとく、蓋３の上面側に配した絶縁パッキング１０と、蓋３の下面側に配した絶縁体１１とを介して負極端子（出力端子）１２が貫通状に取り付けられる。蓋３の左右方向の一端寄り（図２では右側）には、電解液を電池缶１内に注入するための注液孔１３が上下貫通状に形成されている。

注液孔１３は、電解液の注入後に栓１５で塞いで封口する。蓋３には、別に防爆用の溝１６を形成してある。なお、防爆用の溝を電池缶１に設けたり、電池缶１と蓋３との間のシーム溶接の強度を一部だけ弱くして防爆を図ったりする場合などには、防爆用の溝１６を蓋３に形成しなくてもよい。

絶縁体１１の下面側には、左右横長の薄板状のリード体１７が配されている。このリード体１７は、蓋３の中央から注液孔１３の反対側に延びており、負極端子１２をかしめることで負極端子１２の下端に接続固定されている。このリード体１７の下面に、負極集電リード７の上端部の露出部分がレーザー溶接されている。なお、リード体１７は、注液孔１３の下面に重ならない範囲で注液孔１３側に延びるように配してもよい。

正極集電リード６の上端部の露出部分は、図４に示すごとく蓋３の裏面において絶縁体１１と注液孔１３との間のスペースにレーザー溶接する。これで正極集電リード６が蓋３および電池缶１に導通して、蓋３および電池缶１が正極電位に帯電する。蓋３および電池缶１の任意の位置にアルミニウムとニッケルとからなるクラッド材を溶接することで、正極端子部を形成することができる（図示せず）。なお、正極集電リード６と蓋３、および負極集電リード７とリード体１７は、それぞれ二点以上をレーザー溶接されることで接続される。

絶縁板５は、厚さ寸法が0.２〜0.３mm程度のフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂やセラミックなどの材料で形成されていて、高い剛性を有する。絶縁板５の曲げ強さはＪＩＳ
Ｒ１６０１に準拠した測定方法で２００ＭＰａ以上が望ましく、２５０ＭＰａ以上がさらに望ましい。絶縁板５は、図１および図２に示すごとく、電極体２の上面のほぼ全域に対面する左右横長になっている。

絶縁板５は、図３に示すごとく、前後の外周縁に左右横長の切り欠き１９・１９がそれぞれ形成されており、正極集電リード６が、いずれか一方の切り欠き１９を通って絶縁板５の上方に導出される。絶縁板５の左右には、左右横長の透孔２０・２０がそれぞれ形成されており、負極集電リード７が、いずれか一方の透孔２０を通って絶縁板５の上方に導出される。

つまり、絶縁板５は、前後対称かつ左右対称になっており、前後左右あるいは裏表を逆向きにしても正負の集電リード６・７をそれぞれ切り欠き１９および透孔２０に確実に通せるようにしてある。これにより、絶縁板５の前後左右や裏表の向きを合わせて電池缶１に嵌め込まなくても済み、この分だけ電池の組み立て作業の手間が軽減される。

絶縁板５の左右両端部には、円形の連通孔２１・２１がそれぞれ設けられている。注液孔１３から注入された電解液が連通孔２１・２１を通って電池缶１の下部側に流れ込む分だけ、絶縁板５を配したことによる電解液の注入効率の低下が軽減される。絶縁板５の左右の外周縁は、左右の短辺部が円弧形状の電池にも対応できるように円弧形状になっている。

絶縁体１１は、ポリプロピレン樹脂などの可撓性を有する合成樹脂からなり、蓋３とリード体１７との間に挟まれた板状の蓋側絶縁部２２と、この蓋側絶縁部２２の前端側に連なる板状の前側壁２５と、蓋側絶縁部２２の後端側に連なる板状の後側壁２６とを含んでいる。蓋側絶縁部２２と前後の側壁２５・２６との境界には、前後の側壁２５・２６を下方へ折り曲げるためのＶ字状の溝２３をそれぞれ有している。

絶縁体１１は、図５に示すごとく、電池組み立て前の自由状態においては、蓋側絶縁部２２と前後の側壁２５・２６とがほぼ真っ直ぐになっている。そして、絶縁体１１は、図１に示すごとく、前後の側壁２５・２６を溝２３・２３でそれぞれ折り曲げて下向きにした状態で、電池缶１の開口内に嵌め込まれる。この状態で、蓋側絶縁部２２の前後端側から前後の側壁２５・２６がそれぞれ下方へ延びることになる。絶縁体１１の厚さ寸法は0.４mm程度である。絶縁体１１は、リード体１７よりも左右に長く、かつ防爆用の溝１６とほとんど重ならない左右長さ寸法に設定されている。

電極体２は、次のようにして作製される。負極集電リード７の下端基部は、図３に示すごとく、負極において巻回方向の内周側となる位置に溶接し、正極集電リード６の下端基部は、正極において巻回方向の外周側となる位置に溶接する。次いで、正極と負極とは、両者間にセパレータを挟んで、電池缶１の形状に合致するよう断面長円形状に巻回したのちにテープ止めする。また、正負の集電リード６・７の導出部の下部が、絶縁テープ９でそれぞれ覆われる。

前記密閉型電池の組み立てに際しては、まず蓋３に対して負極端子１２、絶縁パッキング１０、絶縁体１１およびリード体１７を予め取り付けておく。そして、正極集電リード６を絶縁板５の切り欠き１９を通して絶縁板５の上方に導出し、さらに負極集電リード７を絶縁板５の透孔２０を通して絶縁板５の上方に導出した状態で、電極体２および絶縁板５を電池缶１内に収容する。

次いで、図４に示すごとく、負極集電リード７の上端部の露出部分をリード体１７に導いてレーザー溶接し、正極集電リード６の上端部の露出部分を絶縁体１１と注液孔１３との間においてレーザー溶接する。この後、絶縁体１１の前後の側壁２５・２６を溝２３・２３でそれぞれ折り曲げて、蓋３を電池缶１の開口上面に嵌め込む。この際、正負の集電リード６・７は、図１に示すごとく前後に折れ曲がった状態で電池缶１内に収容される。次に、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁をレーザーでシーム溶接し、注液孔１３から電解液を注入したのち、最後に注液孔１３を栓１５で塞いで封口する（図２の状態）。

このように、負極集電リード７をリード体１７に溶接するときには、図５に示すごとく絶縁体１１は、蓋側絶縁部２２と前後の側壁２５・２６とがほぼ真っ直ぐになっているために、前後の側壁２５・２６が前記溶接の際の邪魔にならない。

絶縁体１１の蓋側絶縁部２２と前後の側壁２５・２６とで負極集電リード７を覆った状態で、蓋３と共に絶縁体１１と負極集電リード７とが電池缶１に嵌め込まれるので、図１に示すごとく、その際に折れ曲がる負極集電リード７の上部が、絶縁体１１の下端と蓋３との間に挟まれることがない。

電池の上下方向に衝撃が加わっても、高い剛性の絶縁板５が電極体２の上面のほぼ全域に面当たりするので、電極体２が落下の衝撃で部分的に窪み変形することがなく、したがって電極体２の変形による正極と負極との短絡が低減される。絶縁体１１の前後の側壁２５・２６は、蓋側絶縁部２２に対して前後に揺動可能であるために、設計変更で電池缶１の前後幅寸法が大きくなっても、前後の側壁２５・２６の間隔を広げて、前後の側壁２５・２６と電池缶１の前後壁との間に隙間が生じることを防ぐことができる。

（参考例２） 参考例２では、図６に示すごとく、参考例１の絶縁体１１から後側壁２６を省略してある。つまり、負極集電リード７はリード体１７に面接触させた状態で溶接され、溶接後に蓋３を電池缶１に嵌め込んだときには、負極集電リード７の上端部の露出部分は電池缶１の前壁寄りの位置で折れ曲がる。このため、負極集電リード７の露出部分と電池缶１の前壁内面との短絡を防ぐために、絶縁体１１の前側壁２５が必要である。

一方、負極集電リード７の下部は、絶縁テープ９で覆われているために電池缶１の後壁内面と接触しても短絡しないことになる。したがって、絶縁体１１の後側壁２６を省略することができる。その他の点は、参考例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例１） 実施例１では、図７に示すごとく、参考例１の絶縁体１１から後側壁２６を省略するとともに、絶縁板５に代えて、絶縁体１１の前側壁２５の下端から電池の前後方向の中央側へ延びる板状の電極側絶縁部２７を設けてある。電極側絶縁部２７は、電極体２の上面を押えるようになっており、電池缶１内で電極体２ががたつくことなどを低減している。その他の点は、参考例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例２） 実施例２では、図８に示すごとく、実施例１の絶縁体１１における前記電極側絶縁部２７を、実施例１よりも電池の前後中央側へ長く延ばしている。実施例２では、電極側絶縁部２７によって電池缶１内で電極体２ががたつくことなどが低減されるとともに、蓋３を電池缶１に嵌め込む際に、電極側絶縁部２７が負極集電リード７の下部を後方に押して、負極集電リード７の折れ曲がりを誘導する。つまり、負極集電リード７がいびつな状態で折れ曲がって切れたりすることなどが防がれる。その他の点は、参考例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例３） 実施例３では、図９に示すごとく、参考例１の絶縁板５に代えて、絶縁体１１の前後の側壁２５・２６の下端に、電池の前後中央側へ延びる電極側絶縁部２７・２７をそれぞれ設けてある。実施例３では、電極側絶縁部２７・２７が前後にそれぞれ設けられるので、電極体２の上面をよりしっかりと押えることができて、電池缶１内で電極体２ががたつくことなどがより低減される。その他の点は、参考例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例４） 実施例４では、図１０ないし図１２に示すごとく、絶縁体１１は、蓋３とリード体１７との間に挟まれた蓋側絶縁部２２と、電極体２の上側に配された電極側絶縁部２９と、蓋側絶縁部２２と電極側絶縁部２９とをつなぐ可撓性を有する薄板部３０とを含んでいる。

電極側絶縁部２９は、図１１および図１２に示すごとく、負極集電リード７を通してリード体１７へ導くための切り欠き３１と、電極側絶縁部２９の上面の左右両端と左右方向の中央部からそれぞれ上方へ突出する３個の突起３２とを有している。負極集電リード７の下部および正極集電リード６の下部は、それぞれ絶縁テープ９で覆われている。その他の点は、参考例１と同じであるので説明を省略する。

そして、蓋３を電池缶１に嵌め込んだときには、図１１に示すごとく各突起３２の上端が蓋３の裏面に当たって、リード体１７と電極側絶縁部２９との間の隙間を確保する。この隙間に負極集電リード７が収容される。実施例４では、参考例１の絶縁板５と同様に、絶縁体１１の電極側絶縁部２９が電極体２の上面のほぼ全域に面当たりするので、落下の衝撃などで電極体２が部分的に強く押されて窪み変形することがない。

図２のＡ−Ａ線断面図 参考例１の密閉角形電池の縦断正面図 参考例１の密閉角形電池の分解斜視図 参考例１の密閉角形電池の組み立て途中を示す縦断正面図 図４のＢ−Ｂ線断面図 参考例２の密閉角形電池の縦断側面図 実施例１の密閉角形電池の縦断側面図 実施例２の密閉角形電池の縦断側面図 実施例３の密閉角形電池の縦断側面図 図１１のＣ−Ｃ線断面図 実施例４の密閉角形電池の縦断正面図 実施例４の密閉角形電池の組み立て途中を示す縦断正面図

符号の説明

１ 電池缶
２ 電極体
３ 蓋
５ 絶縁板
６ 正極集電リード
７ 負極集電リード
９ 絶縁テープ
１１ 絶縁体
１２ 負極端子
１７ リード体
２０ 絶縁板の透孔
２２ 蓋側絶縁部
２３ 溝
２５ 前側壁
２６ 後側壁
２７・２９ 電極側絶縁部
３０ 薄板部
３２ 突起

Claims (3)

1. 上面に開口を有する有底角筒形状の電池缶と、前記電池缶の開口上面を塞ぐ蓋と、前記電池缶内に収容された電極体と、前記蓋に貫通状に取り付けられた出力端子と、前記蓋の下面側に配されて前記出力端子を少なくとも前記蓋の下面から絶縁する絶縁体と、前記絶縁体の下面側に配されて前記出力端子の下端に接続してある板状のリード体と、前記電極体から上向きに導出した薄板状の集電リードとを含んでおり、
   前記集電リードの上端部が、前記リード体の下面に面接触状態で溶接してあって、前記集電リードが、少なくとも前記電池缶の前壁寄りの位置で折れ曲がっている密閉角形電池において、
   前記絶縁体は、前記蓋と前記リード体との間に挟まれた蓋側絶縁部と、この蓋側絶縁部の前後端のうちの少なくとも前端側から下向きに折り曲げられた側壁と、この側壁の下端から電池の前後方向の中央側へ延びた電極側絶縁部とを含んでおり、
   電池組み立て前の自由状態においては、前記蓋側絶縁部と前記側壁とが真っ直ぐになっていることを特徴とする密閉角形電池。
2. 上面に開口を有する有底角筒形状の電池缶と、前記電池缶の開口上面を塞ぐ蓋と、前記電池缶内に収容された電極体と、前記蓋に貫通状に取り付けられた出力端子と、前記蓋の下面側に配されて前記出力端子を少なくとも前記蓋の下面から絶縁する絶縁体と、前記絶縁体の下面側に配されて前記出力端子の下端に接続してある板状のリード体と、前記電極体から上向きに導出した薄板状の集電リードとを含んでおり、
   前記集電リードの上端部が、前記リード体の下面に面接触状態で溶接してあって、前記集電リードが、少なくとも前記電池缶の前壁寄りの位置で折れ曲がっている密閉角形電池において、
   前記絶縁体は、前記蓋と前記リード体との間に挟まれた蓋側絶縁部と、前記電極体の上側に配された電極側絶縁部と、前記蓋側絶縁部と前記電極側絶縁部とをつなぐ可撓性を有する薄板部とを含んでおり、
   前記絶縁体は、前記薄板部が前記集電リードよりも前記電池缶の前壁寄りに位置しているとともに、前記電極側絶縁部がその上面において上方へ突出する突起を有していることを特徴とする密閉角形電池。
3. 前記集電リードの下部が、絶縁部材で覆われている請求項１又は２記載の密閉角形電池。

Images