JP2005056648A - 密閉型電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓋の端子取付孔と出力端子との間の安定したシールを確実に図れる密閉型電池を提供する。
【解決手段】電池ケース1の上面開口を塞ぐ蓋7に、端子取付孔13を設ける。端子取付孔13に絶縁パッキング9を介して正極端子11を嵌合する。正極端子11は、頭部16と軸部17とを有する。絶縁パッキング9は、フランジ部28と、正極端子11の軸部17が挿通するとともに端子取付孔13に内嵌する筒部29とを有する。正極端子11の軸部17を上下に圧縮してかしめることにより、軸部17が下拡がりのテーパー状に拡径変形して、正極端子11が絶縁パッキング9を介して蓋7に固定される。
【選択図】図1

Description

本発明は、メーターの電源やバックアップ用の電源などに用いられるリチウム電池やリチウムイオン二次電池などの密閉型電池に関する。
密閉型電池では、電池ケースの上面開口を塞ぐ蓋に、端子取付孔が貫通状に設けられており、この端子取付孔に正極端子(出力端子)が絶縁パッキングを介して取り付けられている。正極端子は、外径が端子取付孔の内径よりも小さい軸部と、この軸部の上端側にあって外径が端子取付孔の内径よりも大きな頭部とを有する。絶縁パッキングは、正極端子の頭部と蓋とで挟まれるフランジ部と、正極端子の軸部が挿通した状態で前記端子取付孔に内嵌する筒部とを有している。
そして、正極端子が、絶縁パッキングを介して端子取付孔に抜け外れ不能にかしめ固定されている。この絶縁パッキングで正極端子と蓋との間がシールされて気密・液密状態に保たれるとともに電気的に絶縁される。
特許文献1では、正極端子の軸部の下端を外側に拡がるように折り曲げる形式のかしめ加工を行なっており、折り曲げ部分と正極端子の頭部とで絶縁パッキングを介して蓋の端子取付孔の周縁を挟み込んで、正極端子を蓋に固定している。
特許文献1では、かしめ時に正極端子の軸部の上下中央部が、膨れて絶縁パッキングの筒部の内面に押し当たって、前記軸部と絶縁パッキングの筒部の内面との密着性および絶縁パッキングの筒部の外面と蓋の端子取付孔との密着性を向上させて、シール性を高めている。
特開2001−210284号公報(段落番号0010、図1) 特開2001−185100号公報(段落番号0013−0014、図1)
特許文献1では、製造誤差による正極端子の軸部の長さ寸法のばらつきや、かしめ加工の精度などによって、前記軸部の折り曲げ長さが電池毎にばらついた場合、電池によっては、前記折り曲げ部分と正極端子の頭部とによる蓋の挟持力に不十分なものが生じる。この場合、正極端子と蓋との間のシール性が低くなるところに問題がある。また、前記軸部の上下中央部を十分に膨らますことは難しく、この点からも正極端子と蓋端子取付孔との間のシール性が低くなる。そこで本発明は、これらの課題を解決するにある。
本発明に係る密閉型電池は、図1および図2に示すごとく、電池ケース1の上面開口を塞ぐ蓋7と、蓋7に貫通状に設けられた端子取付孔13と、端子取付孔13に絶縁パッキング9を介して嵌合された出力端子11とを有する。出力端子11は、外径が端子取付孔13の内径よりも大きな頭部16と、頭部16の下面から下向きに突設され、かつ外径が端子取付孔13の内径よりも小さな軸部17とを有する。絶縁パッキング9は、出力端子11の頭部16と蓋7とで挟まれるフランジ部28と、端子取付孔13に出力端子11の軸部17が挿通した状態で端子取付孔13に内嵌する筒部29とを有する。そして、出力端子11をかしめることにより、出力端子11が絶縁パッキング9を介して蓋7に固定されるようになっている。
本発明は、かかる密閉型電池において、出力端子11の軸部17を上下に圧縮してかしめることにより、前記軸部17が下拡がりのテーパー状に拡径変形していることを特徴とする。
出力端子11の軸部17は、上端での外径寸法d1と、下端での外径寸法d2との比が、d2/d1=1.05〜1.2に設定されている。
詳しくは、図1および図2に示すごとく、蓋7の下側に、パッキング挿通孔36を貫通形成した絶縁板10と、軸挿通孔37を貫通形成した押さえ板12とが順に配置されている。パッキング挿通孔36には、出力端子11の軸部17を挿通した絶縁パッキング9の筒部29の下端部が内嵌する。軸挿通孔37には、絶縁パッキング9の筒部29から突出した出力端子11の軸部17の下端部が内嵌する。そして、出力端子11の軸部17が下拡がりのテーパー状に拡径変形することにより、出力端子11の軸部17によって押さえ板12が絶縁板10を介して蓋7側に押し付けられている。
蓋7の上面において端子取付孔13の開口周縁壁には、図1に示すごとく、受座14を凹み形成し、絶縁パッキング9のフランジ部28の下部を蓋7の受座14に嵌合することができる。
本発明によれば、出力端子11の軸部17を上下に圧縮して下拡がりのテーパー状に拡径変形させるので、出力端子11の軸部17への圧縮力を一定にしておくことで、製造誤差などで出力端子11の軸部17の長さ寸法が電池毎に若干ばらついても、出力端子11の軸部17の拡径変形量をほぼ一定にできる。このため、電池を量産しても、出力端子11の軸部17が絶縁パッキング9の筒部29の内面を押す力や、軸部17が押さえ板12の軸挿通孔37の内面を斜め上向きに押す力がほぼ安定し、これによって蓋7の端子取付孔13と出力端子11との間のシール性を安定して得ることができる。
特に、出力端子11の軸部17の上端での外径寸法d1と、下端での外径寸法d2との比が、d2/d1=1.05〜1.2に設定されていると、表1に示すごとく、蓋7の変形も小さく、また正極端子11と絶縁パッキング9と絶縁板10と押さえ板12とが蓋7に確実に一体化して、蓋7の端子取付孔13と正極端子11との間のシールを確実に行なうことができる。
出力端子11の軸部17を下拡がりのテーパー状に拡径変形して、押さえ板12を絶縁板10を介して蓋7側に押し付けると、絶縁板10が蓋7と押さえ板12とで挟持されてこれらと密着し、蓋7と押さえ板12との間がしっかりとシールされる。さらに押さえ板12と出力端子11の頭部16とが、絶縁板10と絶縁パッキング9のフランジ部28とを介して蓋7の端子取付孔13の周縁をしっかりと挟み、出力端子11と絶縁パッキング9と絶縁板10と押さえ板12とが蓋7に確実に一体化し、蓋7の端子取付孔13と正極端子11との間のシール性をより高めることができる。
絶縁パッキング9のフランジ部28の下部が、蓋7側の受座14に嵌合していると、蓋7の端子取付孔13と正極端子11との間のシール性を高めるうえに、絶縁パッキング9のフランジ部28が蓋7の上側へ突出するのを抑え、この分だけ電池全体の上下方向の長さ寸法を小さくできる。
図1ないし図3は、本発明が対象とする密閉型電池を示しており、図2に示すごとく、上面が開口する有底円筒形状の電池ケース1と、電池ケース1内に装填される電極体および非水電解液と、電池ケース1の上面開口を塞ぐ封口構造などを有している。電池ケース1は、ステンレス鋼板あるいは鉄にニッケルメッキした鋼板を深絞り加工して形成されており、負極側の出力端子を兼ねている。電池は、外形寸法が17mm、高さ寸法が45mmの円筒形状になっている。
電極体は、二酸化マンガンを活物質とするシート状の正極2と、リチウム箔からなる負極3とを、微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータ4を間にして渦巻状に巻回してある。正極2および負極3からは、導電タブ5・6が上向きにそれぞれ導出されている。負極3は、外周面がセパレータ4で被覆されており、ニッケル集電体を介して電池ケース1の内面に溶接されている。
非水電解液としては、プロピレンカーボネイト(PC)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比1:1で混合した溶媒に、LiCF3 SO3 を0.5モル/リットルの割合で溶解した溶液を用いた。
封口構造は、電池ケース1の上面開口を塞ぐ円板状の蓋7と、蓋7の内側に配置されるプラスチック製のインシュレータ8と、絶縁用の円環状の絶縁板10と、蓋7に対して絶縁用の絶縁パッキング9および前記絶縁板10を介してかしめ固定される正極側の出力端子(正極端子)11と、正極端子11でかしめ固定される円環状の金属製押さえ板12とを含む。
蓋7は、ステンレス鋼板あるいは鉄にニッケルメッキした鋼板を素材にしたプレス成形品からなり、電池ケース1の開口周縁にレーザーでシール溶接してある。蓋7の中央には、図3に示すごとく、絶縁パッキング9および正極端子11が通る円形の端子取付孔13を貫通状に設けてある。蓋7の上面には、端子取付孔13の開口周縁壁に受座14が凹み形成されている。
正極端子11は、円盤状の頭部16と、頭部16の下面中央から下向きに突設された円柱状の軸部17と、軸部17の下端面に上向きに形成された円錐状の凹み18とを有するステンレス鋼板製の軸体からなる。その頭部16の外径は端子取付孔13の内径よりも大きく寸法設定されており、軸部17の外径は端子取付孔13の内径よりも小さく寸法設定されている。正極端子11の軸部17の外径寸法は、かしめ前は2.4mmになっており、当該軸部17の上端から下端にかけて同一寸法になっている。
正極端子11の頭部16の下面には、断面円形の首部22が突設されており、首部22の下面中央に前記軸部17が配されている。首部22の外周面は、下すぼまりのテーパ状に形成されている。
軸部17の上端は、下すぼまり状のテーパ部23を介して前記首部22に接続されている。首部22および軸部17の上端側をテーパ状に形成したことで、絶縁パッキング9との密着性が高まる。頭部16の下面外周寄りには、円柱形状の複数個の小突起26が、正極端子11の軸部17の外周りに等間隔で下向きに突設されている。
絶縁パッキング9は、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性および絶縁性を有する合成樹脂からなり、円環状のフランジ部28と、フランジ部28の中央から下向きに突設された円筒状の筒部29とを有する。絶縁パッキング9のフランジ部28の下部は、図1に示すごとく蓋7の受座14に嵌合する。
絶縁パッキング9の筒部29の中央に設けた挿通孔30には、正極端子11の軸部17が挿通する。正極端子11の軸部17の下端部は、絶縁パッキング9の筒部29の下側に突出する。図3において挿通孔30の上端側は、下すぼまりのテーパ状に形成されており、挿通孔30の下端側は下拡がりのテーパ状に形成されている。絶縁パッキング9の筒部29の下端外周側には、下すぼまり状のテーパ部31が形成されている。
蓋7の受座14において、絶縁パッキング9のフランジ部28の下面が接する箇所での外周寄りには、円錐状の3個の小突起33が周方向に等間隔で上向きに突設されている。図1の組立状態で蓋7の小突起33は、正極端子11の小突起26よりも端子取付孔13の径方向の外側に位置ずれしており、図1の組立状態で蓋7の小突起33と正極端子11の小突起26とが干渉することを防いでいる。
蓋7の上面の端子取付孔13の開口周縁には、端子取付孔13まわりに周回壁34が突出形成されており、蓋7の下面には、端子取付孔13の外周まわりに周回壁35が突出形成されている。蓋7の上面の周回壁34は、絶縁パッキング9のフランジ部28の下面に食い込んで蓋7と絶縁パッキング9との密着性を高める。蓋7の下面の周回壁35は、絶縁板10の上面に食い込んで蓋7と絶縁板10との密着性を高める。
絶縁板10は、絶縁パッキング9と同様に、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性、耐熱性および絶縁性を有する合成樹脂からなる。押さえ板12は、ステンレス鋼板の金属板からなる。絶縁板10としては、パッキング挿通孔36を貫通形成した打ち抜き品を用いる。絶縁板10は、蓋7の下面と押さえ板12とで挟み込む。
絶縁パッキング9の挿通孔30の直径寸法は、正極端子11の軸部17の外径寸法とほぼ同じか、それよりも僅かに小さい。絶縁パッキング9の筒部29の外径寸法は、蓋7の端子取付孔13の直径寸法とほぼ同じか、それよりも僅かに大きい。
絶縁板10のパッキング挿通孔36の直径寸法は、蓋7の端子取付孔13の内径寸法よりも大きく、かつ絶縁パッキング9のテーパ部31の外径寸法よりも小さい。これにより、図1の組立状態で絶縁パッキング9のテーパ部31が、絶縁板10のパッキング挿通孔36の内面に密着状に内嵌する。
押さえ板12としては、軸挿通孔37を貫通形成した打ち抜き品を用いる。軸挿通孔37の上端側は下すぼまりのテーパ状に形成されており、軸挿通孔37の下端側は下拡がりのテーパ状に形成されている。
正極端子11、絶縁パッキング9、絶縁板10、押さえ板12を図1に示す状態に組み立てた際に、正極端子11の軸部17の下端が押さえ板12より下側に突出するように、正極端子11の軸部17の上下方向の長さ寸法が設定される。正極端子11をかしめ固定することで、正極端子11と絶縁パッキング9と絶縁板10と押さえ板12とが蓋7に一体化する。
具体的には、蓋7の下側に絶縁板10と押さえ板12とを順に配置し、絶縁パッキング9の筒部29を蓋7の上面側から蓋7の端子取付孔13に通し、テーパ部31を絶縁板10のパッキング挿通孔36に内嵌する。また正極端子11の軸部17が、絶縁パッキング9の挿通孔30に通される。この際、正極端子11の軸部17の下端が、押さえ板12の軸挿通孔37を通って押さえ板12の下側に突出する。
かしめる際には前記正極端子11の頭部16を冶具などで押さえ、正極端子11の軸部17を頭部16側、すなわち上下に圧縮して、図1に示すごとく正極端子11の軸部17を下拡がりのテーパー状に拡径変形させる。この軸部17の拡径変形に伴なって、軸部17の周面が絶縁パッキング9の筒部29の内面を外側に押し、絶縁パッキング9の筒部29の外面が蓋7の端子取付孔13の内面に押し付けられる。これにより、正極端子11と蓋7の端子取付孔13との間が、絶縁パッキング9でしっかりとシールされた状態となる。
前記正極端子11の軸部17のかしめ加工中には、前記軸部17の周面が次第に斜め上向きに傾くとともに、軸部17の下側ほど外形寸法が大きくなる。このため、正極端子11の軸部17の周面が、押さえ板12の軸挿通孔37の内面を斜め上向きに押し、押さえ板12が絶縁板10を介して蓋7側に押し付けられる。これにより、絶縁板10が蓋7と押さえ板12とで挟持されてこれらと密着し、蓋7と押さえ板12との間がしっかりとシールされた状態となる。
前記押さえ板12の蓋7側への押圧により、蓋7の端子取付孔13の周縁が、押さえ板12(直接的には絶縁板10)と正極端子11の頭部16(直接的には絶縁パッキング9のフランジ部28)とでしっかりと挟まれる。この状態で正極端子11と絶縁パッキング9と絶縁板10と押さえ板12とが蓋7に一体化し、蓋7と、その端子取付孔13に取り付けた正極端子11との間が気密・液密状態に保たれるとともに電気的に絶縁される。
正極端子11の頭部16が絶縁パッキング9のフランジ部28に押し付けられることで、図1に示すごとく、正極端子11の頭部16の各小突起26が、絶縁パッキング9のフランジ部28の上面に食い込むとともに、蓋7の各小突起33が、絶縁パッキング9のフランジ部28の下面に押し付けられて食い込む。蓋7の各小突起33の食い込みで絶縁パッキング9が蓋7に対して廻り止めされ、正極端子11の各小突起26の食い込みで正極端子11が絶縁パッキング9を介して蓋7に廻り止めされる。
なお、押さえ板12は、前述のように金属製であるため、正極端子11のかしめ時に軸部17による押圧力が、押さえ板12を介して絶縁板10の下面のほぼ全体に加わり、当該絶縁板10の上面全体が蓋7の内面(裏面)に密着した状態となる。正極端子11の軸部17の下端面には、先に述べた正極側の導電タブ5が溶接されている(図2)。
電池全体の組み立てに際しては、まず電池ケース1の内面に負極側の導電タブ6を溶接し、電池ケース1内にインシュレータ8を装着する。次いで、蓋7に正極端子11などを一体的に組み付けてなる前記組立体(図1)において、正極端子11の軸部17の下端に正極側の導電タブ5を溶接する。
次に、電池ケース1内へ非水電解液を注入する。この後、蓋7を電池ケース1の上端に内嵌して、蓋7と電池ケース1との嵌合面をレーザー溶接してシールする。このとき、溶接熱の影響を受けやすい絶縁パッキング9には耐熱樹脂が使用されているので、溶接熱によって絶縁パッキング9が変形・変質したり溶融したりすることはない。これにより、電池が完成する。
本発明の電池による蓋7の変形確認と、水圧試験と、漏液試験とを行なった。かしめ後の蓋7の変形確認としては、図4に示す蓋7の外周上縁と、受座14の外周上縁との高さ寸法の差hを求めた。この差hが大きいほど蓋7は大きく変形したことになる。
水圧試験としては、1ml/分の量の水を電池に噴き付けて、電池に2MPaの圧力を印加し、正極端子11の状態変化を観察した。漏液試験としては、60℃、90%RHの環境下で60日間保存したときの電池の漏液の有無を観察した。
(実施例1) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、図1に示す正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と、正極端子11の下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.05になるように拡径変形した。なお、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1は2.4mmになっている
(実施例2) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.1になるように拡径変形した。その他は実施例1と同一とした。
(実施例3) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.2になるように拡径変形した。その他は実施例1と同一とした。
(比較例1) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と、正極端子11の下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.025になるように拡径変形した。その他は実施例1と同一とした。
(比較例2) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.25になるように拡径変形した。その他は実施例1と同一とした。
(比較例3) 正極端子11の軸部17を上下に圧縮して、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.35になるように拡径変形した。その他は実施例1と同一とした。
〈測定〉 本発明の実施例1〜3に係る電池と、比較例1〜3の電池とをそれぞれ30個ずつ用意して、前記蓋7の変形確認と水圧試験と漏液試験とを行った。表1は、その結果を示す。
Figure 2005056648
表1に示すごとく、実施例1〜3および比較例1では、蓋7の変形確認で蓋7の外周上縁と受座14の外周上縁との高さ寸法の差hの平均が0.5mm以下と小さく、製品として許容できる範囲内の変形に納まっている。比較例2・3では、前記高さ寸法の差hの平均が1.0〜1.8mmと大きく、蓋7の変形が目立って製品として適さない。
但し、比較例1は、水圧試験で正極端子11が蓋7から飛び出した。これは、かしめによる正極端子11の軸部17の拡径変形量が小さいために、正極端子11が抜けやすくなっていたためと考えられる。実施例1〜3では、正極端子11に変化がなく、軸部17による絶縁パッキング9への押圧力が十分であることが判る。
また、比較例1では、漏液試験で30個のうち、25個の電池で液漏れが観察された。これは、軸部17による絶縁パッキング9および押さえ板12への押圧力が小さく、蓋7の端子取付孔13と正極端子11との間のシール性が低くなっているためと考えられる。実施例1〜3では、30個全てに液漏れがなく、蓋7の端子取付孔13と、正極端子11との間のシールが適正かつ確実に行なわれていることが判る。
比較例3では、漏液試験で30個のうち、6個の電池で液漏れが観察された。これは、比較例3では前記高さ寸法の差hが1.8mmと大きく変形しているため、蓋7の端子取付孔13と絶縁パッキング9との間や、絶縁パッキング9と正極端子11との間に隙間が生じたためと考えられる。
このように、実施例1〜3、すなわち正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と、正極端子11の下端の外径寸法d2との比が、d2/d1=1.05〜1.2の範囲内になるかしめ加工であれば、蓋7の変形も小さく、また正極端子11と絶縁パッキング9と絶縁板10と押さえ板12とが蓋7に確実に一体化し、蓋7の端子取付孔13と、正極端子11との間のシールを確実に行なうことができる。
蓋7の変形を考えると、正極端子11の軸部17の上端の外径寸法d1と下端の外径寸法d2との比が小さいほうがよく、従って、d2/d1=1.05にすることがより好ましい。
なお、首部22を省略して、頭部16の下面に軸部17を直接設けてもよい。絶縁パッキング9や絶縁板10は、絶縁性を有するゴムなどで形成してもよい。
本発明の密閉型電池の封口構造の要部を示す縦断面図 密閉型電池の全体の縦断面図 封口構造の各部材の縦断面図 蓋の変形を示す縦断面図
符号の説明
1 電池ケース
7 蓋
9 絶縁パッキング
10 絶縁板
11 正極端子(出力端子)
12 押さえ板
13 端子取付孔
14 受座
16 正極端子の頭部
17 正極端子の軸部
28 絶縁パッキングのフランジ部
29 絶縁パッキングの筒部
36 絶縁板のパッキング挿通孔
37 押さえ板の軸挿通孔

Claims (4)

  1. 電池ケースの上面開口を塞ぐ蓋と、前記蓋に貫通状に設けられた端子取付孔と、前記端子取付孔に絶縁パッキングを介して嵌合された出力端子とを有し、
    前記出力端子は、外径が前記端子取付孔の内径よりも大きな頭部と、前記頭部の下面から下向きに突設され、かつ外径が前記端子取付孔の内径よりも小さな円柱状の軸部とを有し、
    前記絶縁パッキングが、前記出力端子の前記頭部と前記蓋とで挟まれるフランジ部と、前記端子取付孔に前記出力端子の前記軸部が挿通した状態で前記端子取付孔に内嵌する筒部とを有し、
    前記出力端子をかしめることにより、前記出力端子が前記絶縁パッキングを介して前記蓋に固定される密閉型電池において、
    前記出力端子の前記軸部を上下に圧縮してかしめることにより、前記軸部が下拡がりのテーパー状に拡径変形していることを特徴とする密閉型電池。
  2. 前記出力端子の前記軸部は、上端での外径寸法d1と、下端での外径寸法d2との比が、d2/d1=1.05〜1.2に設定されている請求項1記載の密閉型電池。
  3. 前記蓋の下側に、パッキング挿通孔を貫通形成した絶縁板と、軸挿通孔を貫通形成した押さえ板とが順に配置されており、
    前記パッキング挿通孔には、前記出力端子の前記軸部を挿通した前記絶縁パッキングの前記筒部の下端部が内嵌しており、
    前記軸挿通孔には、前記絶縁パッキングの前記筒部から突出した前記出力端子の前記軸部の下端部が内嵌しており、
    前記出力端子の前記軸部が下拡がりのテーパー状に拡径変形することにより、当該出力端子の前記軸部によって前記押さえ板が前記絶縁板を介して前記蓋側に押し付けられる請求項1又は2記載の密閉型電池。
  4. 前記蓋の上面において前記端子取付孔の開口周縁壁に受座を凹み形成して、前記絶縁パッキングの前記フランジ部の下部を前記受座に嵌合した請求項3記載の密閉型電池。
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