JP2004079469A

JP2004079469A - 密閉型二次電池

Info

Publication number: JP2004079469A
Application number: JP2002241837A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Inoue; 井上　俊彦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】電池ケースのシール部における耐電解液性および耐水分透過性ともに優れ、厳しい使用環境にも十分に耐える密閉型二次電池を提供する。
【解決手段】電極構造体８と電解液９とからなる発電要素２を電池ケース１に収納し、電池ケース１を構成するケース本体３と蓋板４との間をＯリング５とガスケット６とにより二重にシールした密閉型二次電池において、電池内部側をシールするＯリング５を、耐電解液性の高いゴム材料、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）またはフッ素系ゴムから形成し、電池外部側をシールするガスケット６を、耐水分透過性の高い樹脂材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口端部を蓋板により封口してなる密閉型二次電池に係り、特に電気自動車、ハイブリッド車等の自走車両に向けて好適な密閉型二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド車に用いられる大容量（高出力）二次電池は、振動が大きく、しかも高温、多湿の環境での使用となるため、振動や熱あるいは湿気に対して十分なる耐性を有する密閉構造とする必要がある。
そこで、例えば、特開２０００−３０６７５号公報に記載の二次電池においては、発電要素を収納したケース本体の開口端部に蓋板を装着し、前記ケースと前記蓋板との間を、電池内部側と電池外部側とに分離して配置したＯリングとパッキンとによりシールした二重シール構造としている。このような二重シール構造の二次電池によれば、万一、電池内部側をシールするＯリングが破れた場合でも、電池外部側のパッキンによりシール性が保たれるので、電池寿命が延長し、電池に対する信頼性も高まるようになる。
【０００３】
ところで、ケース本体と蓋板とのシール部の密封性を考える場合、機械的な緩みを別にすれば、耐電解液腐食性および耐電解液透過性を含む耐電解液性と耐水分透過性とが重要となる。このような観点で上記公報に記載の二重シール構造の二次電池をみると、シール部材としてのＯリングおよびパッキンに、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）またはフッ素系ゴムを用いており、前記した耐電解液性（耐電解液腐食性、耐電解液透過性）としては十分である、といえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、ゴム製シール部材の水分透過量は、シール面粗度が規格内で、圧縮率が規定範囲（ＥＰＤＭ製Ｏリングの場合は、８〜３０％）であれば、一般にゴムバルク部分からの水分透過量が律速となり、したがって、耐水分透過性を高めるには、できるだけ径の小さいシール部材を使用するのがよいことになる。しかし、大容量二次電池では、集電部、端子部の発熱を抑えるため、広い導通面積を確保する必要があり、必然的に、用いるシール部材としても大型のものが必要となって、耐水分透過性の面で不利となる。すなわち、上記公報に記載の二次電池のように、ＯリングはもとよりパッキンについもＥＰＤＭやフッ素系ゴムを用いているものでは、二重シール構造により若干ゴムバルク長が延びるとはいえ、大容量二次電池に適用した場合に耐水分透過性が不十分となり、前記したように高振動で、かつ高温多湿の環境で使用される電気自動車やハイブリッド車への適用に、問題が残る。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、電池ケースのシール部における耐電解液性および耐水分透過性ともに優れ、厳しい使用環境にも十分に耐える密閉型二次電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発電要素を収納したケース本体の開口端部に蓋板を装着し、前記ケース本体と前記蓋板との間を、電池内部側と電池外部側とに分離して配置した２つのシール部材によりシールした密閉型二次電池において、前記電池内部側のシール部材を耐電解液性の高いゴム材料から形成すると共に、前記電池外部側のシール部材を耐水分透過性の高い樹脂材料から形成したことを特徴とする。このように耐電解液性の高いシール部材と耐水分透過性の高いシール部材とで二重にシールすることで、密封性は安定的に維持されかつ電池性能も安定的に維持される。
本発明において、上記耐電解液性の高いゴム材料および上記耐水分透過性の高い樹脂材料の種類は任意であるが、該ゴム材料としてはエチレン・プロピレン・ジエンゴムまたはフッ素系ゴムを、該樹脂材料としてはポリプロピレン（ＰＰ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をそれぞれ用いるのが望ましい。
また、上記電池内部側のシール部材および電池外部側のシール部材の形態は任意であるが、電池内部側のシール部材としてはラジアル方向に圧縮されたＯリングを、電池外部側のシール部材としてはアキシャル方向に圧縮されたガスケットまたはパッキンをそれぞれ用いることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態である密閉型二次電池の要部構造を示したものである。本密閉型二次電池は、円筒形電池として構成されており、円筒形をなす電池ケース１内には発電要素２が収納保持されている。
【０００７】
上記電池ケース１は、有底円筒状の金属製ケース本体３と、このケース本体３の開口端部に装着されたプラスチック製の蓋板４と、ケース本体３と蓋板４との間を二重にシールするＯリング５およびガスケット６（シール部材）とから構成されており、その蓋板４には、電極端子７がインサート成形により埋込まれている。一方、発電要素２は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回してなる渦巻状電極構造体８を電解液９に浸漬させた構造となっており、その電極構造体８と前記蓋板４側の電極端子７との間は短冊状のリード１０により接続されている。電極構造体８は、その上端が蓋板４の間に介装した円筒状絶縁スペーサ１１により押えられて、電池ケース１内に位置固定されている。なお、電極端子７およびリード１０は、電極構造体８を構成する前記正極板および負極板に対応して各一系列設けられるが、ここでは、説明の便宜のため、一系列だけを示している。また、蓋板４には、電解液９を電池ケース１内に注入するための注入管もインサート成形により埋込まれているが、これについても、図示省略する。
【０００８】
本実施の形態において、上記発電要素２の種類は任意であるが、リチウムイオン二次電池の場合は、正極板としてＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等あるいはこれらの複合酸化物が用いられ、負極板として黒鉛、結晶化度の低い炭素等の炭素材料が用いられ、電解液９としてＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６等のリチウム塩をＥＣ（エチレンカーボネート）、ＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＥＣ（ジエチルカーボネート）等の有機溶媒に溶解させた有機電解液が用いられる。
【０００９】
ここで、上記電池ケース１を構成するケース本体３は、その開口端部側に段部１２と該段部１２に続く拡径部１３とを備えており、一方、蓋板４は、その下面側に前記ケース本体３に嵌合可能な筒状部１４を備えると共に、その上面側に前記ケース本体３の拡径部１２に嵌合可能なフランジ部１５を備えている。蓋板４の筒状部１４には環状溝１６が形成されており、この環状溝１６内には前記Ｏリング５が、ラジアル方向に圧縮された状態で収納されている。また、前記フランジ部１５を含む蓋板４の上面には環状の受座１７が形成されており、この受座１７には、前記ガスケット６が、ケース本体３の開口端縁をカーリング加工してなる折曲片１８によりアキシャル方向に圧縮された状態で配置されている。
【００１０】
しかして、上記Ｏリング５は、前記した有機電解液に対する耐電解液腐食性および耐電解液透過性（耐電解液性）の高いゴム材料、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素系ゴム等のゴム材料から形成され、一方、上記ガスケット６は、耐水分透過性の高い樹脂材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料から形成されている。
【００１１】
上記した二次電池を組立てるには、予め用意した蓋板４中の電極端子７に発電要素２を構成する電極構造体８から延ばしたリード１０を溶接により接続し、さらに蓋板４と電極構造体８とを絶縁スペーサ１１を介してサブアセンブリする。次に、蓋板４の環状溝１４にＯリング５を嵌着し、前記サブアセンブリを終えた蓋板４と電極構造体８とを一体にケース本体３に収め、蓋板４のフランジ部１５をケース本体３の段部１２に着座させる。次に、蓋板４の受座１７上にガスケット６を位置決め載置し、続いてケース本体３の開口縁部を専用の加工機によりカーリング加工する。このカーリング加工によりケース本体３の開口縁部が内径側へ折曲させられ、その折曲片１８によりガスケット６が蓋板４に圧着されると共に、蓋板４がケース本体３の段部１２に押圧固定される。その後は、前記注入管を通して電池ケース１内に電解液９を所定量注入し、これにて密閉型二次電池は完成する。
【００１２】
上記のように構成された密閉型二次電池は、電池内部側がＯリング５により、電池外部側がガスケット６によりそれぞれシールされているので、万一、電池内部側のＯリング５が損傷することがあっても、電池外部側のガスケット６により密封性が維持される。特に本実施の形態においては、電池内部側をシールするＯリング５として、有機電解液に対する耐電解液腐食性および耐電解液透過性（耐電解液性）の高いゴム材料を用いているので、密封性はより安定し、しかも、電池外部側をシールするガスケット６として、耐水分透過性の高い樹脂材料を用いているので、電解液９に対する水分混入は抑制され、電池性能は安定的に維持される。
【００１３】
【実施例】
ケース本体３と蓋板４との間を、前記図１に示した態様でＥＰＤＭ製のＯリング５とＰＴＦＥ製のガスケット６とで二重にシールした、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池ケース１内に、ＬｉＰＦ_６をＥＣとＤＥＣとの混合溶媒（ＥＣ／ＤＥＣ＝３／７）に１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解させた電解液９を収納した複数の模擬電池（発明品）を完成させ、この模擬電池を室温６５℃、相対湿度ＲＨ９５％の雰囲気に放置して、水分透過量を１０００時間まで追跡調査した。また、比較のため、前記Ｏリング５およびガスケット６として、同じＥＰＤＭ製のものを用いた複数の模擬電池（比較品）を完成させ、同様に水分透過量を１０００時間まで追跡調査した。なお、水分透過量の測定は、所定時間経過するごとに蓋板４を解体し、内部の電解液を一定量（５ｍｌ）のサンプルを採取してカールフィッシャ法により行った。
図２は、その結果を示したものである。なお、図中のプロット点は、サンプルの採取数３（ｎ＝３）の平均値である。図２に示す結果より、水分透過量は、本発明品および比較品ともに時間の経過に応じて直線的に増加するが、その増加程度は、比較品の方が本発明品に比べて２．５倍程大きくなっており、本発明品が耐水分透過性に著しく優れていることが確認できた。
【００１４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る密閉型二次電池によれば、電池内部側のシール部材を耐電解液性の高いゴム材料から、電池外部側のシール部材を耐水分透過性の高い樹脂材料からそれぞれ形成したので、耐電解液性および耐水分透過性ともに優れたものとなり、振動が大きくかつ高温多湿の環境での使用にも十分に耐えるものとなって、電気自動車、ハイブリッド車等の自走車両に向けてきわめて有用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る密閉型二次電池の要部構造を示す断面図である。
【図２】本密閉型二次電池の耐水分透過性を従来の二次電池と比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１　電池ケース
２　発電要素
３　ケース本体
４　蓋板
５　Ｏリング
６　ガスケット
７　電極端子

Claims

発電要素を収納したケース本体の開口端部に蓋板を装着し、前記ケース本体と前記蓋板との間を、電池内部側と電池外部側とに分離して配置した２つのシール部材によりシールした密閉型二次電池において、前記電池内部側のシール部材を耐電解液性の高いゴム材料から形成すると共に、前記電池外部側のシール部材を耐水分透過性の高い樹脂材料から形成したことを特徴とする密閉型二次電池。
耐電解液性の高いゴム材料がエチレン・プロピレン・ジエンゴムまたはフッ素系ゴムであり、耐水分透過性の高い樹脂材料がポリプロピレンまたはポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型二次電池。
電池内部側のシール部材がラジアル方向に圧縮されたＯリングであり、電池外部側のシール部材がアキシャル方向に圧縮されたガスケットまたはパッキンであることを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型二次電池。