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JP5227752B2 - 密閉型電池、及びこの密閉型電池を用いた電池パックと、この電池パックを搭載した電子機器 - Google Patents

密閉型電池、及びこの密閉型電池を用いた電池パックと、この電池パックを搭載した電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池などの密閉型電池、及びこの密閉型電池を用いた電池パックと、この電池パックを搭載した電子機器に関する。
下記文献１−３には、電極体や電解液などを電池缶に収容し、その電池缶の上面開口を蓋で塞いで電池ケースを形成した密閉型電池が開示されている。この密閉型電池では、蓋に設けた注液孔から電池缶内に電解液を注入し、次いで封止栓やプレートなどからなる封止体で注液孔を塞いだのち、その封止体を注液孔の周縁部となる蓋の上面にレーザなどを用いて溶接することで、注液孔を封止体で封口している。
このような密閉型電池は、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの外部機器に電源として装着されるようになっている。封止体には、保護回路等に接続されるリードが溶接される。このリードは、耐食性などに優れたニッケルなどで形成されているのに対して、電池缶や蓋はアルミニウムやアルミニウム合金で形成されている。
したがって、封止体は、蓋との溶接の適合性の上から、アルミニウムやアルミニウム合金で形成することが好ましいが、アルミニウムやアルミニウム合金と、ニッケルとの溶接の適合性はよくない。
つまり、封止体をアルミニウムやアルミニウム合金で形成すると、その封止体にリードを溶接したときには、ビード内に隙間（ボイド）などの溶接不良が生じてしまい、溶接強度が低下する。
この対策としては、特許文献１−３に示すように、アルミニウムやアルミニウム合金からなるアルミニウム層の上側に、ニッケルやニッケル合金からなるニッケル層を接合したクラッド材で封止体を形成することになる。そして、アルミニウム層側を蓋に溶接したうえで、ニッケル層の上面にリードを溶接する。
特開２００２−３７３６４２号公報（図１−２） 特開２００３−３１７７０３号公報（図１−３） 特開２００６−１２８２９号公報（図２ａ・図３）
密閉型電池、電池パック及びこれらを用いた電子機器の信頼性向上のためには、外力が加わる場合においても、漏液などの現象が起こりにくい設計が必要である。ＹＡＧレーザなどを用いたレーザ溶接では、封止体が狭いスペースに配されていても容易に溶接できるために、封止体はレーザで蓋に溶接することになる。
しかしながら、特許文献１−３では、封止体のアルミニウム層の上面全体をニッケル層が覆っているために、ニッケル層の上方からレーザが照射されることになる（特許文献１の図２及び特許文献３の図３参照）。
この場合、溶接部では、封止体のアルミニウム層が溶ける一方で、封止体のニッケル層も溶けてしまう。このため、ビード内に隙間などの溶接不良が生じ、溶接強度が低下するという問題がある。
このように溶接強度が低下した状態で、封止体を形成するクラッド材に、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子又は保護回路に接続するリードを接合し、そのリードに外力が加わった場合には、封止体が外れ漏液してしまう恐れがあった。
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、電池ケースと封止体との溶接強度、及び封止体とリードとの溶接強度のバランスを考慮し、漏液の恐れの少ない密閉型電池、及びこの密閉型電池を用いた電池パックと、この電池パックを搭載した電子機器を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の密閉型電池は、電池ケースに設けた注液孔と、前記注液孔を塞いだ封止体とを備え、前記電池ケース内に電解液を注入した状態で、前記封止体を前記注液孔の周辺部に溶接して、前記注液孔を前記封止体で封口している密閉型電池であって、前記電池ケースは、外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、前記封止体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム層と、ニッケル又はニッケル合金で形成された異種金属層とを上下に接合した金属体で形成されており、前記金属体のアルミニウム層が、前記電池ケース側に配されているとともに、前記アルミニウム層の周縁部が、前記異種金属層を溶融させない程度にまで、前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出しており、前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部に溶接されており、前記金属体に、ＰＴＣ素子又は保護回路に接続するリードが接合されており、前記リードと前記電池ケースとをそれぞれチャックで固定し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで垂直に引張った場合における前記リードと前記金属体との接合強度は、前記封止体と前記注液孔の周辺部との接合強度より小さいことを特徴とする。
本発明の電池パックは、前記密閉型電池を備えた電池パックであって、前記リードは、正極端子及び保護回路に接合されており、前記保護回路のうち、前記リードの接合部分の反対側に第２のリードが接合され、前記第２のリードは、ＰＴＣ素子を介して負極端子に接合されている。
本発明の電子機器は、密閉型電池を備えた電池パックを搭載した電子機器であって、前記密閉型電池は、電池ケースに設けた注液孔と、前記注液孔を塞いだ封止体とを備え、前記電池ケース内に電解液を注入した状態で、前記封止体を前記注液孔の周辺部に溶接して、前記注液孔を前記封止体で封口している密閉型電池であって、前記電池ケースは、外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、前記封止体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム層と、ニッケル又はニッケル合金で形成された異種金属層とを上下に接合した金属体で形成されており、前記金属体のアルミニウム層が、前記電池ケース側に配されているとともに、前記アルミニウム層の周縁部が、前記異種金属層を溶融させない程度にまで、前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出しており、前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部に溶接されており、前記金属体に、ＰＴＣ素子又は保護回路に接続するリードが接合されており、前記リードと前記電池ケースとをそれぞれチャックで固定し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで垂直に引張った場合における前記リードと前記金属体との接合強度は、前記封止体と前記注液孔の周辺部との接合強度より小さいことを特徴とする。
本発明によれば、リードに外力が加わった場合でも、封止体が外れて漏液することを防止することができる。
本発明の密閉型電池によれば、リードと金属体との接合強度は、封止体と注液孔の周辺部との接合強度より小さいので、リードに外力が加わった場合でも、封止体が外れて漏液することを防止することができる。
前記本発明の密閉型電池においては、前記封止体は、正極端子であることが好ましい。
また、前記金属体のアルミニウム層が、前記電池ケース側に配されているとともに、前記アルミニウム層の周縁部が、前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出しており、前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部に溶接されていることが好ましい。この構成によれば、アルミニウム層の周縁部のみを、電池ケースにおける注液孔の周辺部にレーザなどで容易に溶接することができる。つまり、溶接の際に封止体の異種金属層も一緒に溶けてしまうことを防止でき、アルミニウム層と異種金属層との両方が溶けて溶接不良が生じることを防止でき、これによって溶接強度が低下することを防止できる。
また、前記封止体は、前記注液孔の周辺部に溶接される頭部と、前記頭部の下面から下向きに突出する軸部とを有しており、前記封止体の軸部が、前記注液孔に挿入されており、前記封止体の頭部が、前記アルミニウム層の上側に前記異種金属層を接合した前記金属体で形成されていることが好ましい。この構成によれば、封止体の軸部が注液孔に挿入されると、軸部によって封止体は電池ケースに確実に位置決めがされる。したがって、封止体で注液孔を確実に塞ぐことができるうえ、自動溶接機を用いた場合でも封止体を注液孔の周辺部に確実に溶接することができる。また、軸部が注液孔に挿入される分だけ、注液孔を封止体でより確実に封口することができる。
また、前記封止体の軸部が、前記頭部の前記アルミニウム層と一体形成されていることが好ましい。この構成によれば、軸部を有する封止体の作製が容易になる。
また、前記アルミニウム層の周縁部が、０．１ｍｍ以上の突出寸法だけ前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出していることが好ましい。この構成によれば、溶接部が異種金属層に及びにくくすることができる。
また、前記電池ケースは、外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることが好ましい。この構成によれば、封止体のアルミニウム層と電池ケースとの溶接の適合性を向上させることができる。
また、前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部にレーザで溶接されていることが好ましい。
前記本発明の電池パックにおいては、前記リードは、負極端子側に延出し上方への折れ曲がり部を形成したもの、前記密閉型電池の厚み方向に延出した部分を曲げたもの、又は前記負極端子と反対側に延出した部分を曲げたものであることが好ましい。この構成によれば、保護回路の空間保持精度を確保し易くなる。
また、前記リードが、前記正極端子上又は前記正極端子の端部から５ｍｍ以内の位置に上方への折り曲げ部を有することが好ましい。この構成によれば、保護回路の位置決め精度の確保に有利になる。
また、前記保護回路が前記負極端子の上部に位置し、前記第２のリードは、前記正極端子に対して反対側に延出したもの、又は前記密閉型電池の厚み方向に延出した部分を曲げたものであり、前記保護回路とその下に位置する前記負極端子との間に樹脂製の絶縁部を有することが好ましい。
また、前記封止体が樹脂で覆われて樹脂部を形成しており、かつ前記密閉電池と前記樹脂部との境界部がラベルで被覆されていることが好ましい。この構成によれば、電池缶をラベルで確実に被覆でき、絶縁性向上に有利になる。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る密閉型電池の縦断正面図である。図１では、密閉型電池の上部を部分的に示しており、あわせて、封止体１７の近傍の拡大図を示している。図２は、本実施の形態に係る密閉型電池の分解斜視図である。
図１、図２に示した密閉型電池は、電池缶１内に、電極体２及び非水電解液を収容している。電池缶１は、上面に左右横長の開口を有する有底角筒形状である。電池缶１の開口上面は、左右横長の蓋３により、塞がれ密封されている。このことにより、電池ケース６（図１）を形成している。蓋３の内側にはプラスチック製の絶縁体５が配置されている。
電池缶１の一例として、左右幅寸法を３４ｍｍ、上下高さ寸法を４６ｍｍ、前後厚み寸法を４ｍｍとしたものが挙げられる。
図１では、注液孔１６を封止体（封止栓）１７で塞いで封口している。この封口は、電池ケース６に設けた注液孔１６から電池ケース６内に電解液を注入したのちに、封止体１７を注液孔１６の周辺部に溶接したものである。
封止体１７は、図１及び図２に示すように、蓋３の上面であって注液孔１６の周辺部に溶接される四角板状の頭部２２と、頭部２２の下面２２ａ（図１）の中央よりやや右寄りの位置から下向きに突出する円柱状の軸部２３とを有している。
図１では、封止体１７の軸部２３は、注液孔１６に対して圧入状態で挿入されている。軸部２３は、図１に示すように注液孔１６内に収まっていてもよいが、注液孔１６から突出してもよい。
封止体１７の頭部２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成したアルミニウム層２５と、アルミニウムとは異なる金属又はその金属合金で形成した異種金属層であるニッケル層２６とを上下に接合した金属体で形成している。軸部２３はアルミニウム層２５と一体に形成している。アルミニウム層２５は、電池ケース６側に配置している。
ニッケル層２６はニッケル以外の金属の層に代えてもよく、このような金属として、例えばステンレス鋼又は銅が挙げられる。また、アルミニウム層２５とニッケル層２６との間に、一又は複数の金属層を配してもよい。
封止体１７は、例えば次のように作製される。まず、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材と、ニッケル又はニッケル合金からなる板材とを上下に合わせた状態で、それらを熱間圧延や鍛接などで互いに圧着する。このことにより、アルミニウム層２５とニッケル層２６とを上下に接合したクラッド板が作製できる。
次いで、前記のクラッド板から封止体１７の頭部２２とほぼ同寸法の四角形状の板を切断する。この板に対してプレス加工機で鍛造を行うことにより、軸部２３を形成する。あわせて、頭部２２のアルミニウム層２５の周縁部２５ａをニッケル層２６の周縁２６ａよりも外側に突出させる。このことにより、封止体１７が作製される。
封止体１７の頭部２２は、図２に示すように、アルミニウム層２５がニッケル層２６よりも大形に形成されている。アルミニウム層２５の周縁部２５ａは、例えば０．４ｍｍの張り出し寸法Ｌ１分だけ、ニッケル層２６の周縁２６ａよりも外側に張り出している。
頭部２２のアルミニウム層２５の厚さ寸法は、例えば０．１５ｍｍ、ニッケル層２６の厚さ寸法は、例えば０．２ｍｍである。軸部２３の上下厚さ寸法の一例として、０．６ｍｍ程度や１ｍｍとしたものが挙げられる。
アルミニウム層２５が薄過ぎると、異種金属層であるニッケル層２６と接合するリードに対し十分な接合強度が確保しにくくなる。また厚過ぎると溶接エネルギーを高くする必要があり、溶接性が悪くなる。このため、アルミニウム層２５の厚みは、０．１ｍｍ以上が好ましい。また１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以下がさらに好ましい。
ニッケル層２６は、薄過ぎると剥れ易くなり、厚過ぎると作業性が悪くなり、また抵抗が高くなる。このため、ニッケル層２６の厚さ寸法は、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０５ｍｍ以上がより好ましく、０．０８ｍｍ以上がさらに好ましい。また０．５ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以下がさらに好ましい。これらの好ましい数値範囲は、ニッケル層２６を他の金属に代えた場合も同様である。
アルミニウム層２５とニッケル層２６とを接合した金属体は、加工の容易性から、前記のようにクラッド板を用いて加工したものであることが望ましい。ただし、この金属体はクラッド板だけでなく、めっきや、蒸着により異種金属層を形成したものであってもよい。
図１、２に示した電極体２は、帯状の正極と帯状の負極との間に、帯状のセパレータを介在させた状態で、帯状の正極及び負極を渦巻状に巻回して作製したものである。セパレータは、ポリエチレン樹脂などの微多孔性薄膜フィルムなどから形成したものである。
電極体２は、巻回状態で図２に示したように扁平状になっている。正極は、コバルト酸リチウムなどの正極活物質を含有する正極活物質層を、帯状の正極集電体の裏表両面に形成したものである。図１及び図２に示したように、正極集電体から薄板状の正極集電リード１０を導出している。
負極は、黒鉛などの負極活物質を含有する負極活物質層を、帯状の負極集電体の裏表両面に形成したものである。図１及び図２に示したように、負極集電体から薄板状の負極集電リード１１を導出している。
電池缶１は、アルミニウム又はアルミニウム合金の板材の深絞り成形品である。蓋３は、アルミニウム又はアルミニウム合金の板材のプレス成形品であり、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁がＹＡＧレーザでシーム溶接される。これによって、図１に示す電池ケース６が形成される。蓋３の中央には、図１に示すように、上側の絶縁パッキング１２及び下側の絶縁板１３を介して負極端子１５が貫通状に取り付けられている。
蓋３の左右方向の右端寄りには、平面視で円形の注液孔１６を、蓋３を上下に貫通するように形成している。注液孔１６から電池ケース６内に、非水電解液が注入される。非水電解液は、例えばエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを混合した溶媒にＬｉＰＦ6を溶解させて作製することができる。
電解液の注入後に、注液孔１６は封止体１７で塞がれる。負極端子１５の下端には、蓋３の内面において左右横長の薄板であるリード体１９が接続される。リード体１９は、注液孔１６の反対側に延びており、絶縁板１３により蓋３と絶縁されている。このリード体１９の下面には、負極集電リード１１を溶接している。
正極集電リード１０は、蓋３の裏面に溶接される。このことにより、正極集電リード１０が蓋３及び電池缶１に導通して、蓋３及び電池缶１が正極電位に帯電する。蓋３の左右方向の一端寄り（図２の左端寄り）には、開裂ベント２０を形成しており、開裂ベント２０は、電池内圧が異常上昇したときに、開裂して電池内圧を解放する。
アルミニウム層２５は、蓋３に溶接しており、溶接部２９を形成している。溶接部２９は、アルミニウム層２５の周縁部２５ａのみに形成されて、ニッケル層２６には及ばないようにすることが望ましい。このためには、アルミニウム層２５の周縁部２５ａが、０．１ｍｍ以上の突出寸法Ｌ１（図２）だけニッケル層２６の周縁よりも封止体１７の外側に突出していることが好ましい。突出寸法Ｌ１は０．２ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上がさらに好ましい。
突出寸法Ｌ１が０．１ｍｍよりも小さいと、溶接部２９がニッケル層２６に及ぶおそれがある。突出寸法Ｌ１が大きいほど溶接が容易になるが、アルミニウム層２５の周縁部２５ａが、負極端子１５や絶縁パッキング１２などに近づき過ぎるおそれがある。このため、突出寸法Ｌ１の上限値は、絶縁パッキング１２などとの距離などに基づいて決定することになるが、１ｍｍ以下とすることが好ましい。以上より、突出寸法Ｌ１の好ましい範囲として、例えば０．３−０．５ｍｍの範囲が挙げられる。
また、図１の拡大図において、２９ａ（溶接部２９のニッケル層２６側の境界）の位置は、２６ａ（ニッケル層２６の周縁）の位置より、例えば０．２ｍｍ外側である。２９ａの位置は、２６ａの位置より、平均で０．１ｍｍ以上外側であることが好ましく、平均で０．２ｍｍ以上外側であることがより好ましい。これはニッケル層２６から溶接部２９を外すことにより、スパッタによる金属の飛散が少なくなり注液の信頼性が増すからである。
一方、溶接部２９とニッケル層２６との間の距離が大き過ぎると、突出寸法Ｌ１（図２）も大きくなる。このため、２６ａと２９ａとの間の距離も、突出寸法Ｌ１の好ましい上限に合わせて、１ｍｍ以下が好ましい。
電池の組み立てに際しては、蓋３に対して、前記のように負極端子１５、絶縁パッキング１２、絶縁板１３及びリード体１９をそれぞれ取り付けておく。そして、電極体２及び絶縁体５を電池缶１内に収容した後に、負極集電リード１１をリード体１９に、正極集電リード１０を蓋３に、それぞれ前記の要領で溶接する。次いで、電池缶１の開口周縁に蓋３をシーム溶接した後に、電池缶１内を真空減圧して注液孔１６から非水電解液を注入する。
電解液の注入完了後に、封止体１７は、図１に示すように、アルミニウム層２５の周縁部２５ａが電池ケース６の蓋３に溶接される。この溶接は、注液孔１６に軸部２３をはめ込んで、頭部２２を固定した状態で、アルミニウム層２５の周縁部２５ａを溶接する。
この溶接は、例えばアルミニウム層２５の最外周縁を中心線とし、これに沿ってＹＡＧレーザ溶接機を用いて溶接する。溶接条件は、例えば光ファイバ（ＳＩ）径を０．６ｍｍとし、出射ユニットによるレーザビーム径を０．４５ｍｍとしたものが挙げられる。
レーザ溶接前において、軸部２３が注液孔１６に挿入された後の取り外し強度は、４９ｍＮ以上とすることが好ましい。これにより、注液孔１６の密閉がより信頼性の高いものになるからである。
溶接後は、アルミニウム層２５の下面は、蓋３の上面に接している（図１参照）。これにより、注液孔１６が、封止体１７で塞がれて封口される。
図３は、本実施の形態に係る電池パックの一例の分解斜視図である。図３に示したように、封止体１７のニッケル層２６の上面に、基板状の保護回路４２に接続する正極のリード４１が、抵抗溶接やレーザ溶接などでスポット溶接される。一方、負極端子１５の上面には、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子４５に接続する負極のリード４３が抵抗溶接やレーザ溶接などでスポット溶接される。また、負極のリード４３と蓋３との間には樹脂製の保持材４６が配されている。
正極のリード４１は、ニッケル又はニッケル合金の層を有するクラッド材などからなり、ニッケル面が封止体１７のニッケル層２６に接した状態で封止体１７に溶接される。
正極のリード４１及び負極のリード４３は、それぞれ平板状であってもよく、Ｌ字状、Ｕ字状又はコ字状などに折り曲げられた形状であってもよい。
正極のリード４１は、保護回路４２の空間保持精度を確保するために、負極端子１５側に延出し上方への折れ曲がり部を形成したもの（図３）、電池の厚み方向に延出した部分を曲げたもの（図５、６）、又は負極端子１５と反対側に延出した部分を曲げたもの（図４）であることが望ましい。
製造を容易にさせる観点では、正極のリード４１は、負極端子１５側に向けるのがより望ましい。また、正極のリード４１の途中に上方への折れ曲がり部４１ａを形成することにより、保護回路４２と負極端子１５とが接触しないようにすることができる。
上方への折れ曲がり部４１ａは、封止体１７上で形成するか、封止体１７の端部から５ｍｍ以内の位置にあることが望ましい。封止体１７から離れると、保護回路４２の位置決め精度が悪くなり易いからである。
また、正極のリード４１の上方への折れ曲がり部からリード４１の先端４１ｂまでの距離は５ｍｍ以内が望ましい。この５ｍｍ以内は、折れ曲がり部が封止体１７から離れているときは、封止体からの距離も含めて５ｍｍ以内である。折れ曲がり部からリード４１の先端４１ｂまでの距離を１０ｍｍにしたところ、封口体１７上や縁部からリード４１を立ち上げた場合（０ｍｍ）に比べて、部品類の安定性が悪く、樹脂成形時の不良が多くなるためである。
図４は、本実施の形態に係る電池パックの別の一例の分解斜視図である。図３では正極リード４１はＬ字状に曲げられているが、図４ではＵ字状に曲げられている。正極リード４１は、例えば、厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍニッケル製である。
正極リード４１の封止体１７のニッケル層２６上への溶接として、例えば抵抗溶接機（ＭＩＣＲＯ ＤＥＮＳＨＩ ＭＩＲＯ−３００２）の直径１．５ｍｍの電極を用いて、電圧（ＶＯＬＴ１）＝５．０Ｖ、パルス幅（ＷＥＬＤ １−Ｔ）＝１．５ｍｓｅｃ、電圧（ＶＯＬＴ２）＝１０．０Ｖ、パルス幅（ＷＥＬＤ ２−Ｔ）＝２．５ｍｓｅｃ、パルス数（ＷＥＬＤ−Ｔ）1回、加圧力９．８Ｎの条件で溶接することが挙げられる。このことは、図３の電池パックにおいても同様である。
封止体１７に接合した正極のリード４１は、クラッド板で形成した封止体１７の縁部から上方に曲げられており、リード４１の上方部分を保護回路４２に接合する。正極のリード４１の上方への折れ曲がり部からリード４１の先端までの距離は３ｍｍである。
さらに、保護回路４２の他方の反対側から延出したリード４４は、負極のリード４５ａとＰＴＣ素子４５とを介して、負極端子１５に接合される。また、負極のリード４５ａと蓋３との間には樹脂製の保持材４６が配されている。
図３及び図４において、保護回路４２は、ポリアミド樹脂で成形した樹脂部４７で覆われており、かつ後に図８を用いて説明するように、密閉電池と樹脂部４７との境界部４９（図８）がラベル４８で被覆される。
なお、図３及び図４において、樹脂部４７は、保護回路４２の外側の一面のみを覆っているように図示している。樹脂部４７は、保護回路４２と、蓋３との間の隙間を埋め尽くすように充填されていてもよい。また、樹脂部４７には、保護回路４２に設けられている外部接続端子３５の位置に合わせて窓部３６が備えられている。樹脂部４７は、ポリアミド樹脂に代えて、ポリウレタン樹脂を用いても同様の効果が得られる。
図５は、封止体１７とリード４１との接続状態の別の実施の形態を示す平面図である。図６は、図５の状態から各種部品を取り付けた状態を示している。図７は、電池パックの完成状態の一例における縦断正面図を示している。
図５において、正極のリード４１が封止体１７のニッケル層２６に接合されている。リード４１は、電池ケース６の厚み方向に延出している。図５では、リード４１は平板状であるが、図６の状態では、Ｕ字状に曲げられている。図７の例では、Ｕ字状に曲げられたリード４１は、保護回路４２に接合されている。
図７は、保護回路４２が樹脂部４７で覆われている様子を示している。図７では内部構造を理解し易いように、保護回路４２の下部の空間には、樹脂部４７は図示してないが、少なくともリード４１を溶接した封止体１７部分は樹脂で覆われている。このことは、前記の図３、４の電池パックについても同様である。
図８は、電池缶１をラベル４８で覆う様子を示した図である。密閉電池と樹脂部４７との境界部４９がラベル４８で被覆される。このことにより、電池缶１をラベル４８で確実に被覆でき、絶縁性向上に有利になる。
以上説明した本実施の形態に係る電池パックは、例えば厚み１５ｍｍの携帯電話に装着することにより、電子機器を作製することができる。
なお、前記実施の形態において、封止体１７の軸部２３（図１、２）は、合成ゴムなどの合成樹脂であってもよい。この場合、軸部２３は、頭部２２の下面２２ａに、接着剤などで固定することになる。封止体１７の軸部２３は、注液孔１６に対して遊びを有する状態で挿入してもよい。
また、軸部２３を省いて、封止体１７を頭部２２のみで形成してもよい。この場合でも、アルミニウム層２５の周縁部２５ａは、ニッケル層２６の周縁よりも封止体１７の外側に突出するのが望ましい。
注液孔１６及び封止体１７は、必ずしも蓋３に設ける必要はなく、電池ケース６のいずれかの個所に設けてあればよい。例えば、注液孔１６及び封止体１７は、電池缶１の底面や側面に設けてもよい。
封止体１７は、ニッケル層２６に代えて、例えばステンレス鋼やステンレス合金などからなる金属層を、アルミニウム層２５に接合したクラッド板から形成してもよい。電池缶１や蓋３は、少なくとも外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金の層で形成されたクラッド体で作製してもよい。
以下、本実施の形態について、実験結果を参照しながら、さらに具体的に説明する。各種サンプルを作製し、正極のリード４１と封止体１７との接合強度を測定した。具体的には、正極のリード４１と電池本体とをそれぞれチャックで固定し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで垂直に引張り、接合強度を測定した。測定機器としては、オートグラフ(島津製作所製：ＡＧＳ−５００Ｇ)を用いた。
（実験１）
厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍのニッケル製の正極のリード４１を封止体１７の頭部２２のニッケル層２６に、抵抗溶接機（ＭＩＣＲＯ ＤＥＮＳＨＩ ＭＩＲＯ−３００２）で直径１．５ｍｍの電極を用いて、電圧（ＶＯＬＴ１）＝５．０Ｖ、パルス幅（ＷＥＬＤ １−Ｔ）＝１．５ｍｓｅｃ、電圧（ＶＯＬＴ２）＝１０．０Ｖ、パルス幅（ＷＥＬＤ ２−Ｔ）＝２．５ｍｓｅｃ、パルス数（ＷＥＬＤ−Ｔ）1回、加圧力９．８Ｎの条件で溶接した。
リード４１を引き剥がすための引き剥がし強度は４３Ｎであり、十分な接合強度を有していた。また、剥れた部位は、正極のリード４１のみであり、封止体１７は、なお密閉性を保ったまま接合されていた。
すなわち、実験１の構成は、リード４１とニッケル層２６との接合強度は、封止体１７と注液孔１６の周辺部との接合強度より小さくなっていると考えることができる。
（実験２）
実験１と同様にして、厚み０．１５ｍｍで幅３ｍｍの正極のリード４１を用いた。引き剥がし強度は７３Ｎであり、剥れた部位は、実験１の０．１ｍｍ厚み品と同様に、正極のリード４１のみであった。
すなわち、実験２の構成についても、実験１の構成と同様に、リード４１とニッケル層２６との接合強度は、封止体１７と注液孔１６の周辺部との接合強度より小さくなっていると考えることができる。
（実験３）
封止体１７の頭部２２を、厚さ０．０２ｍｍのアルミニウム層２５と、厚さ０．１ｍｍのニッケル層２６とのクラッド板を所定の寸法に切断したものとした。軸部２３は、頭部２２にゴムを接着したものとした。
他の条件は、実験１と同じにして引き剥がし試験を行ったところ、１５Ｎで封止体１７と電池ケース６との溶接部分が外れてしまい。電池に開口部ができてしまった。
すなわち、実験３の構成は、実験１の構成とは異なり、リード４１とニッケル層２６との接合強度は、封止体１７と注液孔１６の周辺部との接合強度より大きくなっていると考えられる。
（実験４）
封止体の頭部２２を、厚さ０．０８ｍｍアルミニウム層２５と、厚さ０．１ｍｍのニッケル層２６とのクラッド板を所定の寸法に切断したものとした。突出寸法Ｌ１（図２）は、０．２ｍｍになるように加工した。軸部２３は、頭部２２にゴムを接着したものとした。
他の条件は、実験１と同じにして引き剥がし試験を行ったところ、引き剥がし強度は４３Ｎであり、十分な接合強度を有していた、また、剥れた部位は正極のリード４１のみであり、封止体は、なお密閉性を保ったまま接合されていた。
（実験５）
封止体の頭部２２を、厚さ０．０５ｍｍアルミニウム層２５と、厚さ０．１ｍｍのニッケル層２６とのクラッド板を所定の寸法に切断したものとした。突出寸法Ｌ１（図２）は、０．１ｍｍになるように加工した。軸部２３は、頭部２２にゴムを接着したものとした。
他の条件は、実験１と同じにして引き剥がし試験を行ったところ、引き剥がし強度は４２Ｎであり、十分な接合強度を有していた。また、剥れた部位は正極のリード４１のみであり、封止体１７は、なおゴム部で密閉性を保ったまま接合されていたが、アルミニウム層２５の一部に剥れた箇所もあった。
（実験６）
実験１の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、図３のパック電池を作製した。これを１．５ｍの高さから１００回落下させたが、封止体１７部分は強固に密閉されていた。
（実験７）
実験１の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、図４のパック電池を作製した。これを１．５ｍの高さから１００回落下させたが、封止体１７部分は強固に密閉されていた。
（実験８）
実験１の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、図５のパック電池を作製した。これを１．５ｍの高さから１００回落下させたが、封止体１７部分は強固に密閉されていた。
（実験９）
実験３の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、パック電池を作製した。これを１．５ｍの高さから１００回落下させたところ、電解液が染み出してきた。電池を分解すると封止体部分は外れていた。
（実験１０）
実験３の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、図３のパック電池を作製した。ただしラベルは貼らなかった。これを１．５ｍの高さから１００回落下させたところ、液が漏れだしてきた。電池を分解すると封止体１７部分は外れていた。
（実験１１）
実験３の接合条件で封止体１７、リード４１を接合して、図４のパック電池を作製した。ただしラベルは貼らず、封止体１７周りの樹脂の充填もしなかった。
これを１．５ｍの高さから１００回落下させたところ、早い段階から液が電池から飛び出してきた。電池を分解すると封止体１７部分は外れていた。
（実験１２）
実験１の接合条件で図４のパック電池を作製した。これを厚み１５ｍｍの携帯電話裏面に装着後、１．５ｍの高さから１００回落下させたが、封止体部分は強固に密閉されていた。
（実験１３）
実験３の接合条件で図４のパック電池を作製した。これを厚み１５ｍｍの携帯電話裏面に装着しテープで固定後、１．５ｍの高さから１００回落下させたところ、液が染み出してきた。電池を分解すると封止体部分は外れていた。
前記の実験結果によれば、リード４１とニッケル層２６との接合強度を、封止体１７と注液孔１６の周辺部との接合強度より小さくした構成は、リード４１に外力が加わった場合に、封止体１７の外れによる漏液を防止することができる構成であるといえる。
本発明の電池パックは、さまざまな電子機器、例えばノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバー、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバ、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダー、ラジオ、ヘッドフォンステレオ、携帯プリンタ、ハンディクリーナー、ポータブルＣＤ、ビデオムービー、ナビゲーションシステムなどの小型機器用の電源や、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、オーブン電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥機、ゲーム機器、照明機器、玩具、センサー機器、ロードコンディショナー、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、セキュリティシステム、電力貯蔵システムなどの大型・中型機器の電源や補助電源、バックアップ電源として使用することができる。
また、民生用途の他、宇宙用途にも用いることができる。なかでも特に、小形携帯機器では高容量化の効果が高くなり、重量３ｋｇ以下の携帯機器に使用することが望ましく、１ｋｇ以下の携帯機器に使用することがより望ましい。これは本発明の構造をとることにより、電極部を電池の一面に集中できることでよりコンパクトな設計が可能であり、落下などの衝撃に対しても漏液しにくいなど信頼性も優れているからである。
また、携帯機器の重量の下限については特に限定されないが、ある程度の効果を得るためには、電池の重量と同程度、例えば１０ｇ以上であることが望ましい。
機器の厚みは３０ｍｍ以下が望ましい、より望ましくは２０ｍｍ以下であり、さらに望ましくは１５ｍｍ以下である。これは機器の厚みが薄いほど、電池の膨れの影響が機器の表面に発現し易いからである。この場合、本発明の構造では膨れや衝撃により多少封止体に外力が加わっても、接合強度のバランスをとっているので、漏液による電子機器や携帯機器へのダメージを与えにくくなっている。また容量確保のためには、機器の厚みはある程度の厚みがあることが望ましく、２ｍｍ以上が望ましい。
以上のように本発明によれば、リードに外力が加わった場合でも、封止体が外れて漏液することを防止することができるので、本発明は、前記のようなさまざまな電子機器の電源や補助電源、バックアップ電源として有用である。
本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の縦断正面図。 本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の分解斜視図。 本発明の一実施の形態に係る電池パックの一例の分解斜視図。 本発明の一実施の形態に係る電池パックの別の一例の分解斜視図。 本発明の別の実施の形態に係る封止体とリードとの接続状態を示す平面図。 図５の状態から各種部品を取り付けた状態を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る電池パックの完成状態の一例における縦断正面図。 本発明の一実施の形態に係る電池缶をラベルで覆う様子を示した図。
符号の説明
１ 電池缶
３ 蓋
６ 電池ケース
１５ 負極端子
１６ 注液孔
１７ 封止体
２２ 頭部
２２ａ 下面
２３ 軸部
２５ アルミニウム層
２５ａ 周縁部
２６ ニッケル層
２６ａ ニッケル層の周縁
２９ 溶接部
３５ 外部接続端子
３６ 窓部
４１ 正極のリード
４２ 保護回路
４３ 負極のリード
４４ 保護回路のリード
４５ ＰＴＣ
４６ 樹脂製の保持材
４７ ポリアミド樹脂
４８ ラベル
Ｌ１ 突出寸法

Claims (12)

  1. 電池ケースに設けた注液孔と、前記注液孔を塞いだ封止体とを備え、前記電池ケース内に電解液を注入した状態で、前記封止体を前記注液孔の周辺部に溶接して、前記注液孔を前記封止体で封口している密閉型電池であって、
    前記電池ケースは、外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、
    前記封止体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム層と、ニッケル又はニッケル合金で形成された異種金属層とを上下に接合した金属体で形成されており、
    前記金属体のアルミニウム層が、前記電池ケース側に配されているとともに、前記アルミニウム層の周縁部が、前記異種金属層を溶融させない程度にまで、前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出しており、
    前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部に溶接されており、
    前記金属体に、ＰＴＣ素子又は保護回路に接続するリードが接合されており、
    前記リードと前記電池ケースとをそれぞれチャックで固定し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで垂直に引張った場合における前記リードと前記金属体との接合強度は、前記封止体と前記注液孔の周辺部との接合強度より小さいことを特徴とする密閉型電池。
  2. 前記封止体は、正極端子である請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 前記封止体は、前記注液孔の周辺部に溶接される頭部と、前記頭部の下面から下向きに突出する軸部とを有しており、
    前記封止体の軸部が、前記注液孔に挿入されており、
    前記封止体の頭部が、前記アルミニウム層の上側に前記異種金属層を接合した前記金属体で形成されている請求項１又は２に記載の密閉型電池。
  4. 前記封止体の軸部が、前記頭部の前記アルミニウム層と一体に形成されている請求項３に記載の密閉型電池。
  5. 前記アルミニウム層の周縁部が、０．１ｍｍ以上の突出寸法だけ前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出している請求項１から４のいずれかに記載の密閉型電池。
  6. 前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部にレーザで溶接されている請求項１から５のいずれかに記載の密閉型電池。
  7. 請求項１から６のいずれかに記載の密閉型電池を備えた電池パックであって、
    前記リードは、正極端子及び保護回路に接合されており、
    前記保護回路のうち、前記リードの接合部分の反対側に第２のリードが接合され、前記第２のリードは、ＰＴＣ素子を介して負極端子に接合されている電池パック。
  8. 前記リードは、負極端子側に延出し上方への折れ曲がり部を形成したもの、前記密閉型電池の厚み方向に延出した部分を曲げたもの、又は前記負極端子と反対側に延出した部分を曲げたものである請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記リードが、前記正極端子上又は前記正極端子の端部から５ｍｍ以内の位置に上方への折り曲げ部を有する請求項７に記載の電池パック。
  10. 前記保護回路が前記負極端子の上部に位置し、
    前記第２のリードは、前記正極端子に対して反対側に延出したもの、又は前記密閉型電池の厚み方向に延出した部分を曲げたものであり、
    前記保護回路とその下に位置する前記負極端子との間に樹脂製の絶縁部を有する請求項７から９のいずれかに記載の電池パック。
  11. 前記封止体が樹脂で覆われて樹脂部を形成しており、かつ前記密閉電池と前記樹脂部との境界部がラベルで被覆されている請求項７から１０いずれかに記載の電池パック。
  12. 密閉型電池を備えた電池パックを搭載した電子機器であって、
    前記密閉型電池は、
    電池ケースに設けた注液孔と、前記注液孔を塞いだ封止体とを備え、前記電池ケース内に電解液を注入した状態で、前記封止体を前記注液孔の周辺部に溶接して、前記注液孔を前記封止体で封口している密閉型電池であって、
    前記電池ケースは、外面側がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、
    前記封止体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム層と、ニッケル又はニッケル合金で形成された異種金属層とを上下に接合した金属体で形成されており、
    前記金属体のアルミニウム層が、前記電池ケース側に配されているとともに、前記アルミニウム層の周縁部が、前記異種金属層を溶融させない程度にまで、前記異種金属層の周縁よりも前記封止体の外側に突出しており、
    前記アルミニウム層の周縁部が、前記注液孔の周辺部に溶接されており、
    前記金属体に、ＰＴＣ素子又は保護回路に接続するリードが接合されており、
    前記リードと前記電池ケースとをそれぞれチャックで固定し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで垂直に引張った場合における前記リードと前記金属体との接合強度は、前記封止体と前記注液孔の周辺部との接合強度より小さいことを特徴とする電子機器。
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