JP2000294225A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 電池缶に設けた開孔部に内部に貫通孔を
有する絶縁性部材を介在させて、該貫通孔に発電要素に
導電接続した電極導出ピンをかしめて固着した密閉型電
池において、電極導出ピンが焼き鈍し処理したアルミニ
ウムまたはその合金からなる密閉型電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液電池に
関し、とくにアルミニウムからなる電極端子を絶縁性の
部材を用いて電池缶と隔離して設けた非水電解液電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の電子機器の電源として各種の電池
が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコ
ーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用い
られており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二
次電池等の非水電解液電池が用いられている。機器の小
型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有
効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用
いられている。角型電池においては、電池の一方の電極
として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電
極端子が取り付けられている。

【０００３】図４に、角型電池の一例を説明する図を示
す。ステンレス鋼、ニッケルめっきを表面に施した軟鋼
等からなる角筒状の金属容器１（以下、電池缶とも称
す）に、発電要素のジェリーロールが収納されており、
電池缶１の上端２には、金属板３に設けた凹部３Ａに導
電接続用端子４（以下、正極導出ピンとも称す）を外部
絶縁板１４、正極引出端子１５を介して取り付けて構成
した電極ヘッダ５の上面と電池缶の上端２とが同一平面
となるように取り付けて封口したものであり、電極ヘッ
ダ５の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力
を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部６、
電解液を注液し、電解液の注液後に封口する小孔１２が
設けられており、小孔１２から電解液を注入し、ステン
レス鋼等の金属からなる部材を埋め込み、溶接して封口
している。

【０００４】図５は、電極ヘッダの一例を説明する図で
あり、図５（Ａ）は、分解斜視図であり、図５（Ｂ）
は、組み立てた電極ヘッダの断面を説明する図である。
アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電性の良好
な金属からなる正極導出ピン４のフランジ４Ａ上にポリ
プロピレン、フッ素樹脂等からなる内部絶縁板１３を設
け、次に表面に周囲の肉厚より薄くした防爆機能を有す
る薄肉部６、および電解液の注液用の小孔１２を具備
し、上面に設けた凹部３Ａに貫通孔を有するステンレス
鋼、ニッケルめっきを施した軟鋼板等からなる金属板３
を挿入し、次にポリプロピレン、フッ素樹脂等からなる
外部絶縁板１４を挿入し、次にニッケル板、ニッケルめ
っきを施した鉄板、銅板、洋白板等からなる電極引出端
子板１５を順次挿入して、正極導出ピンの先端４Ｂを上
下からかしめて正極引出端子１５とともに導電接続用端
子を形成し、一体化された電極ヘッダ５を作製してい
る。また、正極導出ピン４の下部には、ポリイミド、フ
ッ素樹脂等の絶縁体１７によって保護された正極タブ１
６が導電接続されている。

【０００５】このような、電極ヘッダは、正極導出ピン
をかしめて、電極ヘッダを一体化して各構成部材の間を
封止することによって電池の密閉化を図っているが、正
極導出ピン部での短絡や、密閉性が充分ではない電池が
生じることがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極導出ピ
ンをかしめて封止した電極封止構造を有する電池におい
て、電極導出ピンの変形が均等で、絶縁性、気密性に優
れ、信頼性の高い密閉型電池を提供することを課題とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電池缶に設け
た開孔部に内部に貫通孔を有する絶縁性部材を介在させ
て、該貫通孔に発電要素に導電接続した電極導出ピンを
かしめて固着した密閉型電池において、電極導出ピンが
焼き鈍し処理したアルミニウムまたはその合金からなる
密閉型電池である。電極導出ピンが柱状部とつば部から
構成されており、絶縁性部材の、電極導出ピンのつば部
に接する板状部と、電極導出ピンの柱状部に接する貫通
孔部が一体に形成されているとともに、絶縁性部材の貫
通孔部の高さが電極導出ピンと反対の極性の部材よりも
上に延びたものである前記の密閉型電池である。絶縁性
部材上には、電極導出ピンと導電接続し外部回路を導電
接続するニッケル製の電極引出端子板が配置されている
前記の密閉型電池である。リチウムイオン二次電池であ
る前記の密閉型電池である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の密閉型電池は、電極導出
ピンをかしめて密閉した電池において、短絡や電池の漏
洩を漏洩が起こる原因を鋭意検討した結果、これらの問
題が、電極導出ピンの変形に起因することを見いだした
ものである。

【０００９】すなわち、図６は、電極導出ピンをかしめ
て密閉した従来の電池の密閉構造を説明する図である。
正極導出ピン４をかしめると、正極導出ピン４は均等に
変形せず、中央部が変形し、内部絶縁板の柱状部上部１
３Ｃが正極導出ピンの柱状部４Ｂと金属板３に押されて
大きく変形し、正極導出ピン４と金属板３の間に接触が
生じ短絡を起こしたり、あるいは正極導出ピン４の変形
の大きな部分１８の割れによって生じた金属片が金属板
３と接触して短絡を生じたり、あるいは内部絶縁板や外
部絶縁板との間に空隙が生じ、空隙、あるいはひび割れ
部分によって電池の密閉性が損なわれることが生じる。

【００１０】こうした問題を解決する手段として、内部
絶縁板、あるいは外部絶縁板の材質として変形した場合
でも密閉性が良好な物質を用いる等の手段が考えられる
が、絶縁性あるいは密閉特性が充分なものを得ることは
できなかった。本発明者等は、電極導出ピンとして電極
導出ピンの作製後に焼き鈍し処理を行ったものを用いる
ことによって、かしめの際にひび割れを生じたり、柱状
部が大きく変形せず、絶縁性および密閉性が良好である
ことを見出したものである。

【００１１】図１は、本発明の密閉型電池の電極導出ピ
ンを使用した封止部を説明する図であり、かしめ前の各
部材の状態を説明する図である。アルミニウムまたはア
ルミニウム合金等の導電性の良好な金属からなる正極導
出ピン４のつば部４Ａ上にポリプロピレン、あるいはテ
トラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレ
ン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性
フッ素樹脂等からなる内部絶縁板１３を設けている。内
部絶縁板の板状部１３Ａと、正極導出ピンの柱状部４Ｂ
を被覆する内部絶縁板の柱状部１３Ｂは一体に構成され
ている。また、内部絶縁板１３の板状部１３Ａの上面に
は、凹部３Ａに内部絶縁板の柱状部１３Ｂを貫通する貫
通孔を有するステンレス鋼、ニッケルめっきを施した軟
鋼板等からなる金属板３を挿入し、次にポリプロピレ
ン、フッ素樹脂等からなる外部絶縁板１４を挿入し、さ
らに、ニッケル板、ニッケルめっきを施した鉄板、銅
板、洋白板等からなる電極引出端子板１５を順次挿入し
て、正極導出ピンを上下からかしめて正極引出端子板１
５とともに導電接続用端子を形成し、一体化された電極
ヘッダ５を形成している。また、内部絶縁板の柱状部１
３Ｂは、電極導出ピンと極性が逆である金属板よりも上
部にまで延びており、正極導出ピンの変形量が大きくな
った場合でも正極導出ピンと金属板の間で導電接続が形
成されないようにされている。

【００１２】図２は、本発明の密閉型電池の電極導出ピ
ンをかしめた場合の各部材の状態を説明する図である。
電極導出ピン４のかしめによって、電極導出ピン４は上
部が変形すると共に、柱状部４ｂも変形を起こすが、電
極導出ピンの変形量はわずかであり、その結果、内部絶
縁板１３、金属板３、外部絶縁板１４の各部材の変形量
も小さなものとなる。内部絶縁板１３は、内部絶縁板の
板状部１３Ａと柱状部１３Ｂとが一体に形成されている
と共に、内部絶縁板の柱状部上部１３Ｃは、金属板３の
上部に位置し、電極導出ピン４と金属板３との間の絶縁
を確実なものにしている、さらに、電極導出ピンの変形
量が小さいことから電極導出ピンに割れやひびが生じる
ことはなく、その結果、電極導出ピンと内部絶縁板との
間の気密性が保持されるので、密閉特性が良好な電池を
得ることができる。更に、正極導出ピン上部４Ｃは、か
しめ後もほぼ円形の形状を維持し、正極引出端子板１５
の中央部に位置することとなり、導電体を接続する場合
にも位置あわせが容易となる。

【００１３】本発明の密閉型電池では、電極導出ピンの
焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとと
もに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じ
にくくなったことによって絶縁性部材との間の密閉性等
が良好となったものと考えられる。

【００１４】本発明において用いることができる電極導
出ピンは、アルミニウムまたはその合金の線材から冷間
加工によって製造したかしめピンを焼き鈍しすることに
よって得ることができる。焼き鈍しは、かしめピンを、
３００ないし３５０℃、好ましくは３３０ないし３５０
℃において加熱処理した後に、徐冷することによって製
造することができる。加熱処理は、３００℃より低けれ
ば十分ではなく、また、３５０℃よりも高いと、アルミ
ニウムの酸化が大きくなったり、軟化変形が生じるので
好ましくない。加熱処理時間は、０．８〜１．５時間と
することが好ましい。アルミニウムは、大気中では酸化
皮膜で表面が覆われているので、焼き鈍しの際の加熱処
理は、不活性気体中での加熱であっても大気中での加熱
のいずれでも良い。

【００１５】一方、本発明の電極導出ピンは、焼き鈍し
によって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によっ
て加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かし
め後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないも
のと同様の硬度を示すこととなり、密閉特性や電極導出
ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。

【００１６】また、図３に、電極導出ピンをかしめた場
合の断面図を示すように、正極端子板１５は、中央部が
電極導出ピンの変形によって変形する。正極引出端子板
１５には、ニッケル板、ニッケルめっきを施した鉄板、
銅板、洋白板等を用いることができるが、これらの金属
のなかでも正極導出ピンのかしめによる変形量は、硬度
が大きなニッケル板が最も小さい。ニッケル板を用いた
場合には、正極引出端子板１５の反りが小さく、正極引
出端子板１５の下面の延長部が電極導出ピンの中央部で
なす角度θ電極導出ピンをかしめた場合に電極導出ピン
と正極引出端子板との接触が良好となり、インピーダン
スを小さくすることができるとともに、経時変化によっ
て接触部のインピーダンスの増加を小さくすることがで
きる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明
する。 実施例１および比較例１ 柱状部の高さ０．０９ｍｍの内部絶縁板に、直径１．８
ｍｍ、長さ３．８ｍｍのアルミニウム製の焼き鈍し条件
の異なる電極導出ピンを挿入し、内部絶縁板の柱状部を
電池缶と結合する厚さ０．５ｍｍの金属板の穴に挿入し
て、外部絶縁板、電極引出端子板を挿入しかしめて電池
ヘッダーを作製した。得られた電極ヘッダーの電極導出
ピンにリチウムイオン二次電池の発電要素の正極側の導
電タブを導電接続し、他方の導電タブを電池缶内壁に導
電接続した後に電極ヘッダーを電池缶に溶接し、次いで
電解液を注入して縦５０ｍｍ、横３４ｍｍ、厚さ９ｍｍ
の角型電池を作製した。

【００１８】得られた密閉型電池を満充電後、 （１）２０℃から８５℃まで、３０分間で温度上昇 （２）８５℃において１時間保持 （３）８５℃から２０℃まで、３０分間で冷却 （４）８５℃から−４０℃まで３０分間で冷却 （５）−４０℃に１時間保持 （６）−４０℃から２０℃まで、３０分間で温度上昇 の１サイクル４時間の温度サイクル試験を５サイクル実
施した後に、重量を測定し、試験前後の温度変化が１ｍ
ｇ以下のものを漏れ無しとするともに、正極導出ピンの
外観を検査した。

【００１９】電池の密閉性の試験結果を表１に示す。ま
た、かしめ前の電極導出ピンおよびかしめ後の電極導出
ピンを樹脂に封入した後に平面研磨をしたのちに、表面
の８箇所の硬度を、ビッカース硬度測定装置（アカシ製
微小硬さ試験機 ＭＶＫ−Ｈ１）によって、荷重２４
５ｍＮ（２５ｇ）、荷重保持時間１０ｓで測定し、その
平均値を求めた。かしめた後の電池ヘッダーを分解し
て、電極導出ピンの表面のひび割れ状況を５０倍の顕微
鏡によって観察するとともに、外観の観察ではひび割れ
のないものについて、表面を１重量％の濃度の塩酸でエ
ッチングを行った後に、５０倍の顕微鏡によって観察し
てひび割れの有無を観察した。

【００２０】

【表１】 熱処理温度 漏れ個数 硬度 ひび割れ (℃) (個/試験個数) かしめ前 かしめ後 外観 エッチング後 試料１ ３３０ ０／７５ 24.2 36.3 なし なし 試料２ ３４０ ０／６７ 23.2 37.7 なし なし 試料３ ３５０ ０／６７ 25.1 35.9 なし なし 試料４ 熱処理なし ２／１００ 42.1 43.0 あり −

【００２１】実施例２および比較例２ ニッケル板あるいは洋白製のそれぞれ厚さ０．３ｍｍの
電極引出端子板を用いて、アルミニウム製の電極導出ピ
ンをかしめる際にかしめ厚さを変えた電池を製造し電極
引出端子板の下面の延長部が電極導出ピンの中央部にお
いてなす角度、すなわち図３におけるθを測定し、その
結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例３および比較例３ ニッケル板あるいは洋白製のそれぞれ厚さ０．３ｍｍの
電極引出端子板を用いて、アルミニウム製の電極導出ピ
ンを２．４５ｍｍの厚さにかしめた電池を製造し、電池
の内部抵抗を製造直後と６０℃、ＲＨ９０％において２
週間放置後のものについて測定した。測定は、正極端子
をアルミニウムピンとした場合と、電極引出端子とした
場合について行い、その結果を表３に示す。表３に示す
ように、洋白については、アルミニウムピンと電極引出
端子板との間の導電接続が時間の経過とともに低下し内
部抵抗が増加することを示している。

【００２４】

【表３】 製造直後内部抵抗(mΩ) ２週間放置後内部抵抗(mΩ) 引出端子の種類 Ａｌピン 引出端子板 Ａｌピン 引出端子板 試料６ ニッケル ５１ ５２ ８５ ８６ 試料７ ニッケル ５０ ５０ ８２ ８２ 試料８ ニッケル ４９ ４９ ８７ ８６ 試料９ ニッケル ５０ ５１ ８９ ８９ 試料10 ニッケル ５０ ５１ ８４ ８５ 試料11 洋白 ５１ ５１ ８８ １０８ 試料12 洋白 ５０ ５１ ８７ １２６ 試料13 洋白 ５０ ５１ ８７ ９０ 試料14 洋白 ５０ ５０ ９０ ９７ 試料15 洋白 ５１ ５１ ８４ １００

【００２５】

【発明の効果】本発明の密閉型電池は、正極導出ピンと
して焼き鈍し処理したアルミニウムまたはその合金を用
いたので、絶縁部材を介してかしめた場合には、均等な
変形が生じ、正極導出ピンのひび割れ等は生じないの
で、絶縁不良や気密不良等の問題が生じることはない信
頼性の高い密閉型電池を得ることができる。

【００２６】また、電極引出端子板としてニッケルを用
いた場合には、かしめの際の電極引出端子板の変形量が
小さくなり、電極引出端子板と正極導出ピンとの間で安
定した接触が得られるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の密閉型電池の電極導出ピンを
使用した封止部を説明する図であり、かしめ前の各部材
の状態を説明する図である。

【図２】図２は、本発明の密閉型電池の電極導出ピンを
かしめた場合の各部材の状態を説明する図である。

【図３】図３は、本発明の密閉型電池の電極導出ピンを
かしめた場合の電極引出端子板の変形を説明する図であ
る。

【図４】図４は、角型電池の一例を説明する図である。

【図５】図５は、電極ヘッダの一例を説明する図であ
る。

【図６】図６は、電極導出ピンをかしめて密閉した従来
の電池の密閉構造を説明する図である。

【符号の説明】

１…金属容器、電池缶、２…電池缶の上端、３…金属
板、３Ａ…凹部、４…導電接続用端子または正極導出ピ
ン、４Ａ…正極導出ピンのつば部、４Ｂ…正極導出ピン
の柱状部、４Ｃ…正極導出ピンの先端部、５…電極ヘッ
ダ、６…薄肉部、７…底部絶縁体、８…ジェリーロー
ル、９…上部絶縁板、１０…保護膜、１１…負極タブ、
１２…小孔、１３…内部絶縁板、１３Ａ…内部絶縁板の
板状部、１３Ｂ…内部絶縁板の柱状部、１３Ｃ…内部絶
縁板の柱状部上部、１４…外部絶縁板、１５…電極引出
端子板、１６…正極タブ、１７…絶縁体、１８…変形の
大きな部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 隆之 栃木県宇都宮市針ヶ谷町484番地 エヌイ ーシーモリエナジー株式会社内 (72)発明者 大嶋 勤 栃木県宇都宮市針ヶ谷町484番地 エヌイ ーシーモリエナジー株式会社内 (72)発明者 水野 弘行 栃木県宇都宮市針ヶ谷町484番地 エヌイ ーシーモリエナジー株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA09 BB03 CC03 CC08 EE03 EE04 5H029 AJ12 CJ03 DJ05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池缶に設けた開孔部に内部に貫通孔を
   有する絶縁性部材を介在させて、該貫通孔に発電要素に
   導電接続した電極導出ピンをかしめて固着した密閉型電
   池において、電極導出ピンが焼き鈍し処理したアルミニ
   ウムまたはその合金からなることを特徴とする密閉型電
   池。
2. 【請求項２】 電極導出ピンが柱状部とつば部から構成
   されており、絶縁性部材の電極導出ピンのつば部に接す
   る板状部と、電極導出ピンの柱状部に接する貫通孔部が
   一体に形成されているとともに、絶縁性部材の貫通孔部
   の高さが電極導出ピンと反対の極性の部材よりも上に延
   びたものであることを特徴とする請求項１記載の密閉型
   電池。
3. 【請求項３】 絶縁性部材上には、電極導出ピンと導電
   接続し外部回路を導電接続するニッケル製の電極引出端
   子板が配置されていることを特徴とする請求項１または
   ２記載の密閉型電池。
4. 【請求項４】 リチウムイオン二次電池であることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の密閉型電
   池。