JP2016105374A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能が良好な密閉型電池を提供すること。【解決手段】ここで提案される密閉型電池１００は、端子引出孔２２を有する電池ケース２０と、台座部３４から突設したリベット部３２を有する電極端子３０と、ケース２０と電極端子３０との隙間をシールするシール部材５０とを備える。シール部材５０は、筒部５２の一端から外径方向に平板状に延びた平板部５４を備える。平板部５４は、ケース２０の内面２４と、電極端子３０の台座部３４との間に挟まれている。ケース２０の内面２４は、平板部５４と接触している部位に突起２６が形成されている。リベット部３２の先端は、平板部５４を端子軸方向に圧縮するように一定圧にてかしめられている。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の密閉型電池に関し、詳しくは、電極端子と電池ケースとの隙間がシール部材でシールされた構造の密閉型電池に関する。

近年、リチウムイオン二次電池その他の密閉型電池（例えば特許文献１）は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。

特開２０１２−０２８２４６号公報

密閉型電池の一つの代表的な構成として、電極体および電解質（典型的には非水電解質）が電池ケース（外装容器）に収容され、電極端子（正極端子および負極端子のうち少なくとも一方）が上記ケースに設けられた端子引出孔を貫通して該ケースの内部から外部に引き出された構成が挙げられる。上記端子引出孔は、典型的には、前記端子引出孔の開口部を囲むケース壁面と電極端子との間に介在された環状のシール部材（ガスケット）によってシールされている（例えば特許文献１等）。

この種のシール構造の一つとして、図５に示したシール構造が検討されている。図５の例では、ケース２１０の端子引出孔２１２に電極端子２３０のリベット部２３４を貫通させ、ケース２１０の内面２１４と電極端子２３０の台座部２３２との間にシール部材２２０の平板部２２２を配置する。そして、かしめ治具を用いてリベット部２３４の先端２３４ａを端子軸方向に加圧してかしめることにより、ケース２１０の内面２１４と電極端子２３０の台座部２３２との間でシール部材２２０の平板部２２２を圧縮する。これにより、ケース２１０と電極端子２３０との隙間を塞いで端子引出孔２１２のシール性（気密性）を確保している。

しかしながら、図５に示した構造では、シール部材２２０の圧縮を平板部２２２で行っているため、圧縮範囲が広い。そのため、シール部材２２０全体の反力は大きくなるものの、単位面積当たりの反力が小さく、十分なシール性能が得られないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、シール性能が良好な密閉型電池を提供することである。

本発明によって提供される密閉型電池は、端子引出孔を有する電池ケースと、台座部から突設したリベット部を有するリベット状の電極端子であって、該リベット部がケース内側から前記ケースの端子引出孔を貫通するように設けられた電極端子と、前記ケースと前記電極端子との間に設けられ、前記ケースと前記電極端子との隙間をシールするシール部材とを備える。前記シール部材は、前記リベット部の外周に装着される筒部と、該筒部の一端から外径方向に平板状に延びた平板部とを備える。前記平板部は、前記ケースの内面と、前記電極端子の台座部との間に挟まれている。前記ケース内面および前記台座部の少なくとも一方は、前記平板部と接触している部位に突起が形成されている。そして、前記リベット部の先端は、前記平板部を端子軸方向に圧縮するように一定圧にてかしめられている。かかる構成によれば、シール性能が良好な密閉型電池を提供することができる。

なお、本明細書では、上下方向を規定する際に、電池ケースに固定したリベット端子の軸方向において、リベット部が位置する側を上方向とし、台座部が位置する側を下方向として規定する。また、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する概念である。ここに開示される技術は、典型的には二次電池およびその製造に適用される。

一実施形態に係る電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電池の寸法を示す図である。 従来の電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。

以下、本発明のいくつかの好適な実施形態例を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回型の電極体（捲回電極体）と非水系の液状電解質（電解液）とを扁平な角形（箱形）のケースに収容した形態の密閉型リチウムイオン二次電池を製造する場合を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

図１および図２に、本実施形態に係る密閉型電池１００の要部断面を示す。図２は、図１の要部断面をさらに拡大した図である。なお、図２では、便宜上、各部材２０、５０、３０に隙間を開けた状態で図示している。図１および図２に示すように、密閉型電池１００は、電池ケース２０と第１シール部材（ガスケット）５０と電極端子３０とを備えている。また、第２シール部材（ガスケット）７０と外部端子４０とを備えている。

電池ケース（ここでは蓋体）２０は、電極体８０を電解液とともに収容するケースであり、その一部に端子引出孔２２が設けられている。端子引出孔２２は、電極端子３０をケースの内部から外部に引き出すための引出孔であり、ケース２０の外面と内面２４とを貫通するように設けられている。電池ケース２０を構成する材質としては、一般的なリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様のもの等を適宜使用することができ、特に制限はない。放熱性等の観点から、金属製（例えばアルミニウム製）のケース２０を好ましく使用し得る。

電極端子３０は、リベット状の電極端子であり、端子引出孔２２の外形よりも外周側に広がった台座部３４と、台座部３４から突設したリベット部３２を有する。台座部３４は、ケース２０の引出孔２２の外形よりも外周側に広がった板状部材であり、その下面に集電部３６が取り付けられている。集電部３６は、電極体８０の正極または負極と電気的に接続されている。ここでは台座部３４と集電部３６とが一体に形成されているが、台座部３４と集電部３６とを別体としてもよい。電極端子３０の構成材料としては導電性のよい金属材料が好ましく、例えばアルミニウムが用いられる。

リベット部３２は、ケース内側から端子引出孔２２を貫通するように配置されている。そして、リベット部３２の先端を放射状に拡径し、外部端子４０の上面に押し広げることによりリベット部３２がかしめられている。図１の二点鎖線は、かしめる前のリベット部３３を表している。

第１シール部材５０と第２シール部材７０とは、それぞれフッ素ゴム（例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン−プロピレン系（ＦＥＰＭ）、等のフッ素ゴム）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴムなどの絶縁性を有する弾性部材である。第１シール部材５０と第２シール部材７０とは、電極端子３０と、電池ケース２０との隙間に装着され、電極端子３０と電池ケース２０とを絶縁するとともに、当該電極端子３０が装着される部位において電池ケース２０のシール性を確保している。

この実施形態では、第２シール部材７０は、電池ケース２０の外側において端子引出孔２２の周囲を覆うように配置される略円板状の部材である。

第１シール部材５０は、筒部５２と、平板部５４とを備えている。筒部５２は、第１シール部材５０の一端（上端）に設けられている。平板部５４は、筒部５２の一端（下端）から外径方向に平板状（この実施形態では、円板状）に延びている。第１シール部材５０の筒部５２は、電極端子３０のリベット部３２の外周に装着され、電極端子３０のリベット部３２とともに、端子引出孔２２に挿し込まれる。第１シール部材５０の平板部５４は、端子引出孔２２からケース２０の内側に沿って延び、ケース２０の内面２４と、電極端子３０の台座部３４との間に挟まれている。

電池ケース２０の内面２４のうち第１シール部材５０の平板部５４と接触している部位には、突起２６が形成されている。この実施形態では、突起２６は、端子引出孔２２の周縁に沿ってリング状に形成されている。突起２６の先端は面取りされている。

電極端子３０と、第１シール部材５０と、第２シール部材７０と、外部端子４０とは、電池ケース２０の端子引出孔２２に取り付けられている。

ここでは、例えば、電極端子３０のリベット部３２に、第１シール部材５０の筒部５２を装着する。そして、第１シール部材５０とともに、電極端子３０のリベット部３２を、電池ケース２０の端子引出孔２２にケース２０の内側から挿し込む。そして、端子引出孔２２から突出した、電極端子３０のリベット部３２に第２シール部材７０を取り付け、電池ケース２０の上に配置する。さらに、リベット部３２に外部端子４０を取り付け、第２シール部材７０の上に配置する。この状態で、かしめ治具（例えば回転ヘッドを有するロータリかしめ機）を用いて、リベット部３２の先端が外径側に広がるように、リベット部３２の先端を一定圧（例えば２５００Ｎ〜３０００Ｎ）にて押しつぶし、電極端子３０を電池ケース２０にかしめる。これにより、電極端子３０と、第１シール部材５０と、第２シール部材７０と、外部端子４０とが、電池ケース２０の端子引出孔２２に取り付けられている。
その際、リベット部３２のかしめ部分と台座部３４との間で、第１シール部材５０の平板部５４、ケース２０、第２シール部材７０および外部端子４０を挟持してこれらを押圧することにより、第１シール部材５０の平板部５４が端子軸方向に圧縮され、ケース２０の内面２４と台座部３４とが平板部５４を挟んで密着する。また、ケース２０の内面２４のうち平板部５４と接触している部位には、突起２６が形成されているので、該突起２６によって平板部５４がさらに圧縮され、平板部５４に高圧縮部５６（図２）が形成される。このことによって、ケース２０と電極端子３０間のシール性が確保されている。

本実施形態に係る密閉型電池１００は、端子引出孔２２を有する電池ケース２０と、台座部３４から突設したリベット部３２を有するリベット状の電極端子３０であって、該リベット部３２がケース内側からケース２０の端子引出孔２２を貫通するように設けられた電極端子３０と、ケース２０と電極端子３０との間に設けられ、ケース２０と電極端子３０との隙間をシールする第１シール部材５０とを備える。第１シール部材５０は、リベット部３２の外周に装着される筒部５２と、該筒部５２の一端（下端）から外径方向に平板状に延びた平板部５４とを備える。平板部５４は、ケース２０の内面２４と、電極端子３０の台座部３４との間に挟まれている。ケース２０の内面２４は、平板部５４と接触している部位に突起２６が形成されている。そして、リベット部３２の先端は、第１シール部材５０の平板部５４を端子軸方向に圧縮するように一定圧にてかしめられている。

かかる構成によれば、図２に示すように、ケース２０の内面２４に形成された突起２６によって平板部５４に高圧縮部５６が形成され、高圧縮部５６から高い反力Ｃ１が得られる。そのため、ケース２０と電極端子３０間の十分なシール性を確保することができる。また、図３に示すように、何らかの事情で突起２６の高さが低くなり、高圧縮部５６からの反力Ｃ１が不十分になった場合でも、リベット部３２を一定圧にてかしめているため、高圧縮部５６以外の部位での圧縮率が上がり（反力Ｃ１が小さくなった分、反力Ｃ２が大きくなり）、シール性能の低下を補うことができる。したがって、高圧縮部５６からの反力Ｃ１が不十分になった場合でも、ケース２０と電極端子３０間の高いシール性を維持することができる。

突起２６の高さＨ（図２）としては特に限定されないが、シール性確保の観点から、未圧縮のときの平板部５４の厚みＤ（図４）に対する突起２６の高さＨの比（Ｄ／Ｈ）が、概ね１／５≦（Ｄ／Ｈ）であることが適当であり、好ましくは１／４≦（Ｄ／Ｈ）であり、特に好ましくは１／３≦（Ｄ／Ｈ）である。（Ｄ／Ｈ）の上限値は特に限定されないが、圧縮容易性等の観点から（Ｄ／Ｈ）≦１／２であることが好ましく、（Ｄ／Ｈ）≦２／５であることがより好ましい。未圧縮のときの平板部５４の厚みＤの具体例としては、概ね０．３ｍｍ〜１ｍｍであり、好ましくは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ(例えば０．６ｍｍ)である。突起２６の高さＨの具体例としては、概ね０．０６ｍｍ〜０．５ｍｍであり、好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ(例えば０．２ｍｍ)である。

突起２６の幅Ｗ１（図２）としては特に限定されないが、シール性確保の観点から、平板部５４の幅Ｗ２に対する突起２６の幅Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ２）が、概ね１／１０≦（Ｗ１／Ｗ２）であることが適当であり、好ましくは１／８≦（Ｗ１／Ｗ２）であり、特に好ましくは１／７≦（Ｗ１／Ｗ２）である。（Ｗ１／Ｗ２）の上限値は特に限定されないが、圧縮容易性等の観点から（Ｗ１／Ｗ２）≦１／５であることが好ましく、（Ｗ１／Ｗ２）≦１／６であることがより好ましい。平板部５４の幅Ｗ２の具体例としては、概ね２ｍｍ〜４ｍｍであり、好ましくは２．５ｍｍ〜３ｍｍ（例えば２．８ｍｍ）である。突起２６の幅Ｗ１の具体例としては、概ね０．２ｍｍ〜０．８ｍｍであり、好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ（例えば０．４ｍｍ）である。

この実施形態では、図２に示すように、電極端子３０の台座部３４に段差（更なる突起）３８が形成されている。この段差３８によって第１シール部材５０の高圧縮部５６をさらに圧縮することができる。段差３８の高さとしては、概ね０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍあり、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．２ｍｍ（例えば０．１ｍｍ）である。なお、ケース２０、電極端子３０および第１シール部材５０の各寸法の一例を図４に示している。

以上、本発明を好適な実施形態により説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん種々の改変が可能である。

２０ 電池ケース
２２ 端子引出孔
２４ 電池ケ―スの内面
２６ 突起
３０ 電極端子
３２ リベット部
３４ 台座部
３６ 集電部
３８ 段差
４０ 外部端子
５０ 第１シール部材
５２ 筒部
５４ 平板部
５６ 高圧縮部
７０ 第２シール部材
８０ 電極体
１００ 密閉型電池

Claims (1)

1. 端子引出孔を有する電池ケースと、
   台座部から突設したリベット部を有するリベット状の電極端子であって、該リベット部がケース内側から前記ケースの端子引出孔を貫通するように設けられた電極端子と、
   前記ケースと前記電極端子との間に設けられ、前記ケースと前記電極端子との隙間をシールするシール部材と
   を備え、
   前記シール部材は、前記リベット部の外周に装着される筒部と、該筒部の一端から外径方向に平板状に延びた平板部とを備え、
   前記平板部は、前記ケースの内面と、前記電極端子の台座部との間に挟まれており、
   前記ケースの内面および前記台座部の少なくとも一方は、前記平板部と接触している部位に突起が形成されており、
   前記リベット部の先端は、前記平板部を端子軸方向に圧縮するように一定圧にてかしめられている、密閉型電池。

Images