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技術 密閉型電池

出願人 NECトーキン栃木株式会社
発明者 大角哲博
出願日 1999年12月24日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 1999-367118
公開日 2001年7月6日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-185099
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工 中空体の製造 特定物品の製造 電池の電槽・外装及び封口
主要キーワード 仮止め箇所 係止効果 電極接続端子 導電接続用 カメラ一体型ビデオレコーダ ガス溶接 電池使用機器 溶接部位
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

密閉型電池蓋体による封口の際に、蓋体の嵌合を確実また容易に行う。

解決手段

電池缶の上部の開口部に蓋体を溶接によって封口した密閉型電池において、側面に少なくとも1個の凹部を形成した蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に電池缶の外面から押圧して蓋体の凹部で電池缶の缶壁係止した後にレーザー溶接によって封口した密閉型電池。

概要

背景

小型の電子機器用電源として電池が用いられている。とくに携帯電話ノート型パソコンカメラ一体型ビデオレコーダ等の電源としては、小型で大容量の密閉型電池であるリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。電池使用機器においては、一般には直方体状の電池収納部が用いられている。このような直方体状の形状の機器の電池収納部においては、円筒形状の電池では無効な容積が大きくなるという問題があった。さらに、電池収納部の厚さによって円筒型の電池の径が制限を受けるので、小型、あるいは薄型の機器においては、円筒型の電池に代えて、厚みの薄い角柱状の密閉型電池が用いられている。これらの角型の密閉型電池は、発電要素収納したステンレスニッケルメッキ鋼板アルミニウム等からなる電池缶開口端部に電池蓋溶接することによって製造されている。

角型の密閉型電池の組立工程では、蓋体溶接方法としては、アーク溶接抵抗溶接ガス溶接に比べて、溶接部位置決め精度が高く溶接部周囲への熱的影響が少ないレーザー溶接による方法がひろく用いられている。レーザー溶接を用いた封口方法では、角型の金属缶の一端に形成された開口部に金属板から形成された蓋体を嵌入し、嵌合部をレーザー溶接している。しかしながら、溶接後の密閉容器検査において、溶接部からの電解液漏洩や溶接部の耐圧不足発見される場合があった。本発明者らは、溶接不良品の分解、断面観察からこのような密閉不良が以下の原因に基づく見いだした。

図4は、電池缶の封口方法を説明する図である。図4(A)は、電池缶の外観を示す斜視図であり、図4(B)および図4(C)は、図4(A)において、A−A’線で切断した断面図であり、電池内部の発電要素を省略した図である。電池缶1の上端の開口端部2に蓋体3を嵌入し、図4(B)に示すように蓋体3の外周縁を電池缶1の開口端部2の内周に突き合わせた状態を保ちつつ嵌合部の所定部位レーザー4を照射してレーザー溶接する。

ところが、溶接部位における電池缶1の蓋体係止性が低下すると、図4(C)に示すように、溶接部位において蓋体3が電池缶1の内側へ落ち込んだり、またはその反動により溶接部位の反対側において蓋体3が電池缶1の外側へ持ち上げられたりして蓋体3が斜めにずれるために、蓋体3と電池缶との接触部へのレーザー4の焦点距離が一定しなくなり、焦点合致しない部分では十分にエネルギーが与えられなくなる。また、持ち上げられた部分では、持ち上げられた蓋体によって、レーザーの照射部の影が生じ溶接不良が生じる場合があることが判明した。また、蓋体が正確に装着されていないものについて人手手直しをすることも考えられるが、自動化工程において大量生産を行う場合には人手で手直しを行うことは事実上不可能である。

また、レーザー溶接によって電池缶と蓋体との密着をより確実なものとするために、角型の電池缶の嵌合部の互いに離れた3カ所以上の仮止め箇所を仮止めした後に、嵌合部の全周をレーザー溶接することが特開平8−315790号公報において提案されている。また、特開平9−288999号公報にも、レーザー溶接、スポット溶接によって仮止めした後に、レーザー溶接によって蓋体を溶接して密閉することが記載されている。ところが、レーザー溶接等の溶接による仮止めでは蓋体の熱的な変形等から蓋体の一部が跳ね上がり、嵌合部の間隙が増加したり、あるいは平行度が悪化し、その結果、レーザー溶接の密閉不良個所が生じることがあった。

概要

密閉型電池の蓋体による封口の際に、蓋体の嵌合を確実また容易に行う。

電池缶の上部の開口部に蓋体を溶接によって封口した密閉型電池において、側面に少なくとも1個の凹部を形成した蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に電池缶の外面から押圧して蓋体の凹部で電池缶の缶壁を係止した後にレーザー溶接によって封口した密閉型電池。

目的

本発明は、レーザー溶接等によって密閉型電池の蓋体を溶接して封口する際に、蓋体の位置ずれ等を生じることなく溶接することができ、確実な封口が可能な密閉型電池を提供することを課題とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

電池缶の上部の開口部に嵌合した蓋体溶接によって封口した密閉型電池において、側面に少なくとも1個の凹部を形成した蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に電池缶の外面から押圧して蓋体の凹部で電池缶の缶壁係止した後に、蓋体と電池缶の内壁面との境界部をレーザー溶接によって封口したものであることを特徴とする密閉型電池。

請求項2

蓋体の凹部は蓋体の対辺の少なくとも2カ所に設けたものであることを特徴とする密閉型電池。

技術分野

0001

本発明は、電池缶の開口部に蓋を嵌合して溶接によって封口した電池に関し、特に角型電池の嵌合部に蓋体を嵌合して溶接する際に封口不良等が生じることがない密閉型電池に関する。

背景技術

0002

小型の電子機器用電源として電池が用いられている。とくに携帯電話ノート型パソコンカメラ一体型ビデオレコーダ等の電源としては、小型で大容量の密閉型電池であるリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。電池使用機器においては、一般には直方体状の電池収納部が用いられている。このような直方体状の形状の機器の電池収納部においては、円筒形状の電池では無効な容積が大きくなるという問題があった。さらに、電池収納部の厚さによって円筒型の電池の径が制限を受けるので、小型、あるいは薄型の機器においては、円筒型の電池に代えて、厚みの薄い角柱状の密閉型電池が用いられている。これらの角型の密閉型電池は、発電要素収納したステンレスニッケルメッキ鋼板アルミニウム等からなる電池缶の開口端部に電池蓋を溶接することによって製造されている。

0003

角型の密閉型電池の組立工程では、蓋体の溶接方法としては、アーク溶接抵抗溶接ガス溶接に比べて、溶接部位置決め精度が高く溶接部周囲への熱的影響が少ないレーザー溶接による方法がひろく用いられている。レーザー溶接を用いた封口方法では、角型の金属缶の一端に形成された開口部に金属板から形成された蓋体を嵌入し、嵌合部をレーザー溶接している。しかしながら、溶接後の密閉容器検査において、溶接部からの電解液漏洩や溶接部の耐圧不足発見される場合があった。本発明者らは、溶接不良品の分解、断面観察からこのような密閉不良が以下の原因に基づく見いだした。

0004

図4は、電池缶の封口方法を説明する図である。図4(A)は、電池缶の外観を示す斜視図であり、図4(B)および図4(C)は、図4(A)において、A−A’線で切断した断面図であり、電池内部の発電要素を省略した図である。電池缶1の上端の開口端部2に蓋体3を嵌入し、図4(B)に示すように蓋体3の外周縁を電池缶1の開口端部2の内周に突き合わせた状態を保ちつつ嵌合部の所定部位レーザー4を照射してレーザー溶接する。

0005

ところが、溶接部位における電池缶1の蓋体係止性が低下すると、図4(C)に示すように、溶接部位において蓋体3が電池缶1の内側へ落ち込んだり、またはその反動により溶接部位の反対側において蓋体3が電池缶1の外側へ持ち上げられたりして蓋体3が斜めにずれるために、蓋体3と電池缶との接触部へのレーザー4の焦点距離が一定しなくなり、焦点合致しない部分では十分にエネルギーが与えられなくなる。また、持ち上げられた部分では、持ち上げられた蓋体によって、レーザーの照射部の影が生じ溶接不良が生じる場合があることが判明した。また、蓋体が正確に装着されていないものについて人手手直しをすることも考えられるが、自動化工程において大量生産を行う場合には人手で手直しを行うことは事実上不可能である。

0006

また、レーザー溶接によって電池缶と蓋体との密着をより確実なものとするために、角型の電池缶の嵌合部の互いに離れた3カ所以上の仮止め箇所を仮止めした後に、嵌合部の全周をレーザー溶接することが特開平8−315790号公報において提案されている。また、特開平9−288999号公報にも、レーザー溶接、スポット溶接によって仮止めした後に、レーザー溶接によって蓋体を溶接して密閉することが記載されている。ところが、レーザー溶接等の溶接による仮止めでは蓋体の熱的な変形等から蓋体の一部が跳ね上がり、嵌合部の間隙が増加したり、あるいは平行度が悪化し、その結果、レーザー溶接の密閉不良個所が生じることがあった。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、レーザー溶接等によって密閉型電池の蓋体を溶接して封口する際に、蓋体の位置ずれ等を生じることなく溶接することができ、確実な封口が可能な密閉型電池を提供することを課題とするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の課題は、電池缶の上部の開口部に嵌合した蓋体を溶接によって封口した密閉型電池において、側面に少なくとも1個の凹部を形成した蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に電池缶の外面から押圧して蓋体の凹部で電池缶の缶壁を係止した後に、蓋体と電池缶の内壁面との境界部をレーザー溶接によって封口したものである密閉型電池である。また、蓋体の凹部は蓋体の対辺の少なくとも2カ所に設けたものである前記の密閉型電池である。

発明を実施するための最良の形態

0009

本発明の密閉型電池は、電池缶の開口部へ嵌合する蓋体として、蓋体の側面の電池缶の壁面に面する部分に凹部を形成したものを用い、蓋体を電池缶の開口部へ嵌合した後に、電池缶の外面を押圧して凹部に電池缶の壁面を係止した後に、蓋体と電池缶の接触面にレーザーを照射して封口することによって、蓋体の嵌合不良とその後のレーザー溶接によっても溶接不良が生じることがない密閉型電池が得られることを見出したものであります。

0010

本発明の密閉型電池を図面を参照して説明する。図1は、本発明の密閉型電池を説明する図であり、斜視図である。本発明の密閉型電池は、電池缶1の上端の開口端部に、対辺上に凹部7を設けた蓋体3を嵌合し、電池缶1の開口端部2を外部から押圧してかしめることによって蓋体3を電池缶1の開口端部2に仮止めした後に、蓋体3と電池缶1の缶壁との境界部10にレーザーを照射することによって封口したものである。

0011

図2は、本発明の密閉型電池の製造工程を説明する図である。図2(A)は、電池缶1を上部から見た開口端部2を示す平面図であり、通常の角型状の電池缶と同様に開口端部は、長方形もしくは正方形の形状を有している。図2(B)は、本発明の電池缶1の開口端部2に嵌合する蓋体3を説明する平面図である。蓋体3には、導電接続用電極接続端子5が設けられており、蓋体3の側面の長辺側6の対辺上には凹部7が形成されている。本発明の密閉型電池は、図2(C)に示すように、図2(A)で示した電池缶の開口部へ、図2(B)で示した蓋体を電池缶の開口部へ嵌合した後に、電池缶1の対向する長辺の両側から蓋体の凹部7の外側から凸部8を設けたかしめ治具9によって電池缶1をかしめることによって、蓋体の両側面に設けた凹部に電池缶の内壁面を係止して電池缶の開口端部に蓋体3を仮止めする。この後、図2(D)に示すように、蓋体と電池缶の内壁との境界部10に沿ってレーザー4を照射して電池缶と蓋体を溶融しレーザー溶接によって封口するものである。

0012

以上のように、本発明の密閉型電池においては、長辺側の対辺に予め凹部を形成した蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に、電池缶の外部から蓋体の凹部に向けてかしめて電池缶の内壁面を蓋体の凹部に係合することによって蓋体を確実に仮固定し、その後レーザー照射によって封口するので、蓋体が熱によって変形して嵌合不良が生じることはなく、蓋体の外周部と電池缶の内壁面との境界部の間隙を所定の大きさに保持した状態で蓋体と電池缶の缶壁とを溶融させて溶接することができる。

0013

図3は、蓋体に設ける凹部を説明する図である。図3(A)に示すように、蓋体3の長辺側6の対辺に3個の凹部7を設けたものであり、一方の辺に設けた複数の凹部は、その相互の間隔Wは、長辺の長さの半分以上の大きさとすることが好ましく、それによって嵌合した蓋体をかしめて仮止めする際にはより安定した固着が可能となる。また、凹部7は、多角形状、曲面状等の形状とすることができるが、三角形状とすることによって係止効果を大きくすることができる。また、凹部7の深さhは、長辺が34mm、短辺が7mm程度の小型の電池の蓋の場合には、0.1mm程度の大きさとすることが好ましい。

0014

また、図3(B)は、蓋体の他の例を説明する図である。蓋体3の長辺側6の対辺に4個の凹部7を設けたものであり、それぞれの辺に設けた凹部相互の間隔は、図3(A)に示したものと同様に長辺の長さの半分以上の大きさとすることが好ましい。

0015

以下に実施例を示し本発明を説明する。
実施例1
板厚0.4mmのニッケルめっき軟鋼板を用いた、高さ48mm、幅34mm、厚さ8mmの電池缶に、リチウムマンガン複合酸化物を塗布した正極と炭素質材料を塗布した負極とをセパレータを介して積層した後に、巻回し電池要素を収納した。電極取出端子を中央に設けた、長辺の幅33.2mm、短辺の幅7.2mm、板厚0.5mmの蓋体の一方の長辺側の中央部に深さ0.1mmの三角形状の凹部を形成し、対辺には中央部からの距離が等しく相互の間隔が20mmの凹部を形成した。蓋体を電池缶の開口部に嵌合した後に、凹部に相当する位置に突起を有するかしめ治具によって、電池缶の外部から蓋体の凹部に相当する位置を3.92MPa(40kg/cm2)以上の圧力で押圧してかしめた。蓋体に凹部を設けてかしめることによって、電池缶と蓋体との境界部で形成される間隔を一定に保持することができるので、蓋体と電池缶との境界部にレーザーを照射した場合には、信頼性が大きな封口を形成することができる。

0016

本発明の方法によって製造した電池と、蓋体に凹部を形成しないしていない電池について、電解液漏液検査を行ったところ、蓋体に凹部を形成していない電池では、1000個の電池について、1〜5個の不良品が発生していたが、本発明の蓋体に凹部を形成した電池では不良品は発生しなかった。

発明の効果

0017

本発明は、電池缶の開口部に嵌合する蓋体の側面に凹部を設け、電池缶を凹部上から押圧してかしめることによって蓋体を電池缶の開口部に仮止めすることによって、蓋体と電池缶との境界部における間隙を一体の大きさに保持することができるので、境界部のレーザー溶接による封口工程においても蓋体の装着不良に起因するレーザー溶接不良を防止することができる。

図面の簡単な説明

0018

図1図1は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図2図2は、本発明の密閉型電池の製造工程を説明する図である。
図3図3は、蓋体に設ける凹部を説明する図である。
図4図4は、電池缶の封口方法を説明する図である。

--

0019

1…電池缶、2…開口端部、3…蓋体、4…レーザー、5…電極接続端子、6…長辺側、7…凹部、8…凸部、9…かしめ治具、10…境界部

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