JP2000113865A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密閉形の二次電池で、外部端子への電気的接
続を容易にすると共に外部端子と蓋の短絡の恐れを無く
し、さらに安定した電池抵抗をもつようにする。 【解決手段】 二次電池の蓋体５に外部端子１２の取出
孔７を設け、この取出孔７を介して段付きのリベット１
３の段部１３ａにガスケット１０、１１により絶縁状態
で蓋体５を挟持し、ガスケット１１の外側から外部端子
１２と一体にかしめて固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池に関するあ
ものであり、外部端子への電気的接続を容易にすると共
に外部端子と蓋の短絡の恐れを無くし、さらに安定した
電池抵抗をもつ二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンなどの電子機器の小型
化、軽量化、コードレス化に伴い、その駆動電源として
小型、軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が
可能な二次電池が要望されている。この種の二次電池と
しては、負極活物質にリチウム、リチウム合金等を用
い、正極活物質としてバナジウム、チタン、モリブデ
ン、ニオブなどの酸化物、硫化物、セレン化物を用いた
ものが知られている。最近では負極活物質にカーボンを
用い、正極活物質にはリチウムコバルト酸化物、リチウ
ムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物を用いたリ
チウムイオン二次電池の開発、商品化が成されている。

【０００３】また、電池形状としてコイン形、筒形の他
に機器の薄型化、省スペース化の要請から角形、長円形
などの収納時に体積効率の優れた電池の要求も高まって
いる。

【０００４】これらの構造のリチウムイオン二次電池等
の非水電解二次電池は、電圧がおおよそ３〜４．２Ｖの
範囲と作動電圧が高いため、電気化学的溶解の問題から
正極端子の材料は、アルミニウム、チタン等に限定され
ている。

【０００５】また、角形リチウムイオン二次電池の正極
端子構造の多くは、リベットに蓋体や合成樹脂製のガス
ケットと外部端子とを挟んでリべットかしめで固定し、
外部端子を電解液から隔離することにより電気化学的溶
解の問題を解決している。なお、外部端子は電気的接続
を容易にするために鉄、ステンレスあるいはニッケル
等、リベットはアルミニウムもしくはアルミニウム合金
で形成されている。

【０００６】すなわち、図５（Ａ）に示すように蓋体２
５に孔設され正極端子の取出孔２７に蓋体２５の下側か
ら、蓋体２５の上下にガスケット３０、３１が蓋体２５
を挟持する状態で座付のリベット３３を貫通させ、図５
（Ｂ）に示すようにガスケット３０、３１の上に外部端
子３２を載置してリベット３３の先端を潰して全体を締
め付けてかしめ固定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部端
子とリべットの電気的接続を確実にするために、リベッ
トのかしめを強くすると、かしめた際にガスケットが潰
れすぎて外部端子と蓋体の距離が極端に近くなる。その
ため、落下などの衝撃がかしめ部に加わると、外部端子
が電位差のある蓋体と短絡する問題が発生していた。

【０００８】また、そのような短絡を回避するために強
いかしめを行なわずに固定すると、電池パツクの組立で
外部端子にリード接続後、リードに回転力が加わると外
部端子がリベットに対し容易に回転し、外部端子とリベ
ットの電気的接続の劣化による電池抵抗が増加する問題
が発生する。

【０００９】本発明は、これらの事情に基づいてなされ
たもので、一体固定された電池の蓋体を持つ二次電池に
おいて、外部端子への電気的接続を確実・容易にすると
ともに、安定した電池抵抗をもつ二次電池を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による解決手段に
よれば、開口部を有する金属からなる外装缶と、この外
装缶内に収納され、セパレータを挟んで対峙された正極
および負極を有する発電要素と、前記外装缶の開口部に
接合された金属製の蓋体と、この蓋体に固定され前記発
電要素に電気的に接続された外部端子と、前記蓋体また
は前記外装缶に設けられ電解液を前記外装缶内に注液す
るための注液孔とを具備した密閉形の二次電池におい
て、前記蓋体は、前記外部端子の取出孔が設けられ、こ
の取出孔を介して段付きのリベットの段部でガスケット
により電気絶縁され、かつ、このガスケットと外部端子
と一体に前記ガスケットに挟さまれて前記リベットによ
るかしめにより固着され、この固着により前記外部端子
が前記リベットで挟まれる縦断面構造を形成しているこ
とを特徴とする二次電池である。

【００１１】また本発明による解決手段によれば、前記
リベットの段部は、同心状で頭部から先端にいくに従っ
て直径が小さくなっていることを特徴とする二次電池で
ある。

【００１２】また本発明による解決手段によれば、前記
リベットは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金か
らなることを特徴とする二次電池である。

【００１３】また本発明による解決手段によれば、前記
外部端子は、周縁部が孔が設けられた部分より高く形成
され、前記リべットでかしめられた際にリベットの潰し
部が前記周縁部より低くなるようにかしめられているこ
とを特徴とする二次電池である。

【００１４】また本発明による解決手段によれば、前記
外部端子に設けられた孔は、前記リベットの先端の段部
を通過可能であり、かつ、前記リベットの次の段部を通
過不可能であることを特徴とする二次電池である。

【００１５】また本発明による解決手段によれば、前記
外部端子は、非円形状の孔が孔設されていることをを特
徴とする二次電池である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる二次電池に
角形リチウムイオン二次電池を例として図面を参照して
説明する。ここで、角型とは発電要業を含む外装缶を切
断したときの断面形状が長方形であることを意味する
が、各コーナ部にアールが付けられるものも含む。

【００１７】図１は本発明に関する密閉電池、例えば角
型密閉リチウムイオン二次電池を示す断面図である。

【００１８】有底矩形筒状をなす外装缶１は、例えば、
負極端子を兼ね、底部内面に図示しない絶縁フィルムが
配置されている。発電要素である電極体２は、外装缶１
内に収納されている。電極体２は、負極とセパレータと
正極とを負極が最外周に位置するように渦巻き状に捲回
した後、偏平状にプレス成形することにより作製したも
のである。

【００１９】また、中心付近にリード取出孔３を有する
矩形筒状をなす合成樹脂の保持部材４は、外装缶１の内
部の電極体２上に配置されている。

【００２０】金属製の蓋体５は、外装缶１の上端部開口
部にレーザ溶接等により気密に接合されている。蓋体５
には、中央部付近に正極端子の取出用孔７が開口されて
いる。また、蓋体５の中央部から見て一方側には電解液
の注液孔６が開口され、この注液孔６には外装缶１内に
電解液を注液した後に注液孔６を塞ぐ栓体８が装着され
ている。また蓋体５の他方側には薄膜に形成された防爆
用の安全弁９が設けられている。

【００２１】蓋体５に孔設された正極端子の取出用孔７
には、図２（Ａ）で示すように、蓋体５の下側から貫通
して段付きのリベット１３が部品を挟圧してかしめられ
ている。リベット１３の段部Ａ１３ａには蓋体５の上下
にガスケットＡ１０とガスケットＢ１１が蓋体５を挟持
する状態で係合し、ガスケットＢ１１の上に外部端子１
２を載置してリベット１３の先端である段部Ｂ１３ｂを
潰して潰し部１３ｃを形成し全体を締め付け固定してい
る。従って、蓋体５はガスケットＡ１０とガスケットＢ
１１により挟まれて電気絶縁が保持された状態で、機械
的にも強固に固定されている。なお、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）のかしめ前の状態を示している。

【００２２】また、図３は図２（Ａ）で用いるかしめ部
品をかしめ順序に従って分解し並べた各部品の斜視図で
ある。

【００２３】リベット１３は、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金からなる段付き構造で、頭部１３ｈから段
部Ａ１３ａ及び段部Ｂ１３ｂで構成され、各直径が頭部
１３ｈ、段部Ａ１３ａ及び段部Ｂ１３ｂの順に小さくな
るように同心円筒状に形成されている。また、段部Ａ１
３ａの高さは段部Ａ１３ａが挟圧する蓋体５の板厚、ガ
スケットＡ１０とガスケットＢ１１の板厚の和とほぼ同
じである。また、段部Ｂ１３ｂの高さは外部端子１２の
板厚よりもかしめ代分大きくしたものに形成されてい
る。

【００２４】外部端子１２は、周縁部１２ａが中央部１
２ｂより高く、中央部１２ｂに矩形状の孔が孔設され、
この孔の面積はリベット１３の段部Ｂ１３ｂの断面積よ
り大きくリべット１３の段部Ａ１３ａの断面積より小さ
く形成されている。外部端子ｌ２の材料としては、ステ
ンレス、ニッケルメッキが施された鉄、ニッケルメッキ
が施されたステンレス等が用いられる。

【００２５】ガスケットＢ１１は、ポリプロピレン等の
合成樹脂で形成され、断面凹状の有底角筒形状を有し、
この有底角筒部の底部には孔１１ａが設けられている。

【００２６】ガスケットＡ１０は矩形部ｌ０ａと中央上
部に形成される円筒部１０ｂからなり、矩形部１０ａの
中心部には円筒部１０ｂの中空部につながる孔１０ｃが
設けられている。材質はポリプロピレン等の合成樹脂に
より形成されている。

【００２７】これらの構成により蓋体５は、かしめ前
は、リべット１３がガスケットＡ１０、蓋体５、ガスケ
ットＢ１１を段部Ａ１３ａに係合させ、その状態で段部
Ｂ１３ｂに外部端子１２を係合させた後に、段部Ｂ１３
ｂの先端を潰し、潰し部１３ｃを形成してかしめること
で、図３（Ａ）のように一体固定される。この際、リべ
ット１３の潰し部１３ｃが外部端子１２の周縁部１２ａ
より低くなるようにかしめる。

【００２８】このかしめの力は強くかしめても外部端子
１２が段部Ａ１３ａによってリベット１３の軸方向への
進行が抑止されるため、挟みこまれたガスケットＡ１
０、ガスケットＢ１１を所定寸法のみ変形させるので、
それらを損傷することはなく、常に一定の挟圧状態が維
持され外部端子１２と蓋体５の距離も所定距離が確実に
保持され電気絶縁が保たれる。また、十分なかしめ圧が
得られるので機械的な固定状態も強固で安定したかしめ
固着となる。

【００２９】なお、ガスケットＡ１０、ガスケットＢ１
１の形状は、上記の形状でなくても例えば、図４で示す
ようにガスケットＡ１０が矩形状の平板に孔を持つ形状
で、ガスケットＢ１１がリベット１３の段部Ａ１３ａで
係合しても同様な作用が得られる。また、その他の組合
わせでも、ガスケットで外部端子１２とリベット１３を
蓋体５とを電気絶縁して分離する構造であれば、それぞ
れ設計に応じて任意に選択することができる。

【００３０】また、リべット頭部１３ｈにはリード取出
孔３を通して正極リード１４の一端が溶接されている。
正極リード１４の他端は電極体２の正極に接続されてい
る。これによりリベット１３を介して外部端子１２が機
能する。

【００３１】外装缶１は、例えばステンレスまたは、ニ
ッケルメッキが施された鉄で形成され、外装缶１内に図
示しない負極、正極、セパレータおよび電解液等を収納
している。

【００３２】負極は、例えばリチウムイオンが出し人れ
される炭素質物質を含むぺーストを銅薄板のような集電
体に保持させた構造である。

【００３３】正極は、例えばリチウムコバルト酸化物、
リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物のよ
うな活物質を含むぺーストをアルミニウム薄板のような
集電体の両面に保持させた構造である。

【００３４】セパレータとしては、例えば、ポリエチレ
ンのような合成樹脂からなる多孔性フィルムが用いられ
る。

【００３５】電解液としては、例えば、過塩素酸リチウ
ム、ホウフッ化リチウム、六フツ化燐酸リチウム等の電
解質をエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート
のような有機溶媒で溶解したもの等が用いられる。

【００３６】以上に述べたようにこれらの構成により、
リべット１３は２つの段部１３ａ、１３ｂを形成し、段
部Ａ１３ａの直径が段部Ｂ１３ｂの直径より大きくした
ので、外部端子ｌ２を中央部の孔面積が段部Ｂ１３ｂの
断面積より大きく段部Ａ１３ａの断面積より小さいもの
を使用することで、かしめる際に外部端子１２が段部Ａ
１３ａに入り込むことがないため、ガスケットＡ１０、
ガスケットＢ１１の潰しすぎることを避けることがで
き、外部端子１２と蓋体５の電気的な短絡を防ぐことが
できる。

【００３７】また、外部端子１２が段部Ａ１３ａと段部
Ｂ１３ｂの潰し部１３ｃによって挟圧されることによっ
て、外部端子１２とリベット１３の電気的接続を確実に
行なうことができ、外部端子１２と外装缶１との電気抵
抗が安定する。

【００３８】また、外部端子１２は、ステンレス、ニッ
ケルメツキが施された鉄、ニッケルメッキが施されたス
テンレス等により形成されており、段部Ｂ１３ｂの潰し
部１３ｃが外部端子１２の周縁部より低くなるようにか
しめることにより、この電池をパック化する際に外部端
子１２の周縁部上で電気的接続を確実かつ容易に行うこ
とができる。

【００３９】さらに外部端子１２の中央部を矩形状の孔
にすることにより、かしめ後、矩形の孔にリベット１３
の潰し部１３ｃが満たされるため、外部端子１２に回転
力が加わっても外部端子１２がリべット１３に対し回転
するのが困難になり、外部端子１２とリベット１３の電
気的接続が劣化することはなく、外部端子１２と外装缶
１の電気抵抗は変化しない。なお、矩形状でなくても非
円形状の孔であれば同様の作用が得られるので形状は任
意に設計することができる。

【００４０】なお、上記実施の形態では、この発明を角
形二次電池に適用した場合で説明したが、この発明では
円筒形二次電池でも同様に適用できる。

【００４１】二次電池は、携帯電話等に用いられる際
に、使用者のミスで携帯電話ごと落下することがしばし
ば発生する。その際に内蔵されている二次電池も衝撃を
受けるため、耐衝撃性能は実用上極めて重要である。し
たがって、次に、上述の実施の形態により製造した二次
電池と従来の二次電池との性能比較の試験を行なった。
その結果は以下の通りである。

【００４２】（試験サンプル） サンプルＡ…上記の実施の形態で示した二次電池で、図
２（Ａ）の蓋体を用いたリチウムイオン二次電池。

【００４３】サンプルＢ…上記の実施の形態で示した二
次電池で、図４の蓋体を用いたリチウムイオン二次電
池。

【００４４】サンプルＣ…比較例として、従来の技術で
示した二次電池で、図５（Ｂ）の蓋体を用いたリチウム
イオン二次電池。

【００４５】（試験結果） 試験１．サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣを、各２
０個づつ４．２０Ｖ充電後に、１５０ｃｍの高さから樫
の木の面に正極端子を下向状態で落下試験を行なった。

【００４６】

【表１】 ＊４．１９Ｖ以下の場合はそれ以降の落下を中止した。

【００４７】試験２．サンプルＡ、サンプルＢ、サンプ
ルＣを、各２０個づつ外部端子を無理に４５度回転さ
せ、再び元に戻す試験を行つた。

【００４８】

【表２】 表１からも明らかなように、試験１において、サンプル
ＡおよびサンプルＢの落下試験では５０回後でも４．１
９Ｖ以下になるものは無かった。しかしながら、比較例
であるサンプルＣでは、２０回後で１個、４０回後で２
個、５０回後で３個が４．１９V 以下になった。これら
の電池を分解調査した結果、リべットかしめ部分のガス
ケットが割れて、外部端子と蓋体が接触し短絡したこと
が原因であった。

【００４９】また、表２の結果から試験２では、回転試
験においてもサンプルＡおよびサンプルＢは、通常回ら
ない外部端子を無理に回転させたが電池抵抗の変化はい
ずれも２ｍΩ以下であつた。これらの回転時のリべット
かしめ部分を見ると、いずれもリベットと外部端子が一
緒に回転していた。

【００５０】これに対し比較例のサンプルＣでは、２ｍ
Ω以下が３個、２〜２０ｍΩが１５個、２０ｍΩ以上変
化したものが２個見られた。サンプルＡおよびサンプル
Ｂよりも回転しやすく、回転時のリベットかしめ部分を
見ると、リベットと外部端子は相対して回転しており、
リベットと外部端子間のかしめ抵抗が増大したことが原
因であった。

【００５１】以上の試験の結果から明らかなように本発
明は、落下試験のようなリベットかしめ部分に機械的衝
撃が加わっても外部端子と蓋体との電気的な短絡を恐れ
ることなく、また、回転試験のようにリベットかしめ部
分に回転力が加わっても安定した電池抵抗を持った電池
を提供することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば外
部端子への電気的接続を確実かつ容易にするとともに、
外部端子と蓋体やリベットとの電気的な短絡を防止し、
落下による衝撃等の機械的な外力が加わっても安定した
電気抵抗を有する二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する密閉電池、例えば角型密閉リチ
ウムイオン二次電池を示す断面図。

【図２】（Ａ）本発明に関する密閉電池の蓋体のかしめ
後の断面側面図、（Ｂ）本発明に関する密閉電池の蓋体
のかしめ前の断面側面図。

【図３】本発明に関する密閉電池の蓋体の構成部品の分
解図。

【図４】本発明に関する密閉電池の別の蓋体のかしめ後
の断面側面図

【図５】（Ａ）従来の密閉電池の蓋体のかしめ前の断面
側面図、（Ｂ）従来の密閉電池の蓋体のかしめ後の断面
側面図。

【符号の説明】

１…外装缶、２…電極体、５…蓋体、１０…ガスケット
Ａ、１１…ガスケットＢ、１３…リベット、１３ａ…段
部Ａ、１３ｂ…段部Ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿左美 義明 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社エイ・ティーバッテリー内 Ｆターム(参考） 5H011 AA04 CC02 CC06 CC08 DD12 EE02 FF04 5H022 AA09 BB03 CC03 EE04 KK03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を有する金属からなる外装缶と、
   この外装缶内に収納され、セパレータを挟んで対峙され
   た正極および負極を有する発電要素と、前記外装缶の開
   口部に接合された金属製の蓋体と、この蓋体に固定され
   前記発電要素に電気的に接続された外部端子と、前記蓋
   体または前記外装缶に設けられ電解液を前記外装缶内に
   注液するための注液孔とを具備した密閉形の二次電池に
   おいて、 前記蓋体は、前記外部端子の取出孔が設けられ、この取
   出孔を介して段付きのリベットの段部でガスケットによ
   り電気絶縁され、かつ、このガスケットと外部端子と一
   体に前記ガスケットに挟さまれて前記リベットによるか
   しめにより固着され、この固着により前記外部端子が前
   記リベットで挟まれる縦断面構造を形成していることを
   特徴とする二次電池。
2. 【請求項２】 前記リベットの段部は、同心状で頭部か
   ら先端にいくに従って直径が小さくなっていることを特
   徴とする請求項１記載の二次電池。
3. 【請求項３】 前記リベットは、アルミニウムあるいは
   アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１乃
   至２のいずれかに記載の二次電池。
4. 【請求項４】 前記外部端子は、周縁部が孔が設けられ
   た部分より高く形成され、前記リべットでかしめられた
   際にリベットの潰し部が前記周縁部より低くなるように
   かしめられていることを特徴とする請求項１記載の二次
   電池。
5. 【請求項５】 前記外部端子に設けられた孔は、前記リ
   ベットの先端の段部を通過可能であり、かつ、前記リベ
   ットの次の段部を通過不可能であることを特徴とする請
   求項１記載の二次電池。
6. 【請求項６】 前記外部端子は、非円形状の孔が孔設さ
   れていることをを特徴とする請求項１記載の二次電池。