JP2007265769A - 電池ケースの蓋体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂の熱収縮による応力を低減して変形を防止できる電池ケースの蓋体の提供。
【解決手段】開口部の形状に対応する本体部１１と１組の電極端子１２及び１３と両者の間に充填された絶縁密封部材１４１及び１４２とを有し、電極端子１２及び１３並びに本体部１１が絶縁密封部材１４１及び１４２に接合される部分に共有結合にて結合された有機化合物層をもつ。そして、絶縁密封部材１４１及び１４２は本体部１１の広がり方向において複数個に分割されている。すなわち、絶縁密封部材と本体部との間の接合部分の面積が大きいと絶縁密封部材を形成する樹脂の収縮による本体部への影響が大きくなるので、絶縁密封部材を本体部の広がり方向において複数個に分割することで応力を小さくしている。つまり、絶縁密封部材は複数に分割されることで、分割された１つ１つの絶縁密封部材における収縮量の絶対値が小さくなり本体部に加わる応力も小さくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池ケースの蓋体に関し、特に角形電池における電池ケースの蓋体に関する。

従来技術としては、図５に示すように、有底筒状ケース９２の開口部を閉塞すると共に、各電極（図略）に接続された１対の電極端子９１２及び９１３を備える電気二重層キャパシタの蓋体９１において、開口部の外周側に配設された中空筒状の第１の電極端子９１２と、電極端子９１２の内周側に所定の間隔を存して配設された第２の電極端子９１３と、両電極端子９１２及び９１３間にインサート成形された小片状のガラスファイバーを含む樹脂成形体からなる絶縁密封部材９１４とを備え、両電極端子９１２及び９１３の表面に形成され各電極端子９１２及び９１３と化学的に結合している有機化合物層と化学的に結合していることを特徴とする構成が開示されている（特許文献１）。
特開２００２−２３７４３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された蓋体では、電極端子と樹脂が有機化合物層を介して強固に結合しているために、インサート成形などにより形成された樹脂からなる絶縁密封部材が冷却固化される際の収縮により、蓋体の反り変形が発生し、該蓋体とケースとの溶接に不具合が生じる課題がある。特に蓋体の形状が角型形状の場合は、蓋体の曲げ強度が低いので、更に蓋体の反り変形量が増大する不具合が生じる。また、反り変形が生じないとしても蓋体には大きな応力が加わり、長期にわたる使用後に密閉性が低下するなどの影響が発現するおそれもある。

本発明は上記実情に鑑み完成されたものであり、樹脂の熱収縮により発生する内部応力を低減することで、反り変形の発生を防止できる電池ケースの蓋体を提供することを解決すべき課題とする。

本発明の電池ケースの蓋体は、正負極をもつ電極体及び電解質を収納する一部が開口した電池ケース本体部の該開口部を閉塞する電池ケースの蓋体であって、
前記開口部に概ね対応する外形をもち、金属板から形成される本体部と、
前記電極体の正負極に接続された１組の電極端子と、
該本体部及び該電極端子の間に充填することで両者の間を接合し且つ該１組の電極端子の間を絶縁する絶縁密封部材と、を有し、
前記１組の電極端子若しくは前記本体部が前記絶縁密封部材に接合される部分には、該絶縁密封部材と、該１組の電極端子若しくは該本体部との双方に共有結合にて結合された有機化合物層をもつものである。

そして、上記課題を解決する本発明の電池ケースの蓋体は、（ａ）前記絶縁密封部材は前記本体部の広がり方向において複数個に分割されていることを特徴とするもの、又は、（ｂ）前記絶縁密封部材は、前記本体部の表裏面のそれぞれに接合されており、該本体部の表側に接合される接合面の形状と、該本体部の裏面に接合される接合面の形状とが概ね同じ形状であることを特徴とするもののいずれかである。

すなわち、絶縁密封部材と本体部との間の接合部分の面積が大きい（長さが長い）と絶縁密封部材を形成する樹脂の収縮による本体部への影響が大きくなるので、（ａ）のように絶縁密封部材を前記本体部の広がり方向において複数個に分割することで応力を小さくしている。つまり、絶縁密封部材は複数に分割されることで、分割された１つ１つの絶縁密封部材における収縮量の絶対値が小さくなり本体部に加わる応力も小さくなる。また、（ｂ）のように本体部の表裏面に同じような形状になるように絶縁密封部材を形成することで、絶縁密封部材の収縮により本体部の表裏面に加わる応力が同程度になり本体部の歪み発生が抑制される。ここで、（ａ）及び（ｂ）の両方の構成を組み合わせた電池ケースの蓋体を実現することも可能である。

そして、曲げ強度を向上する目的で前記本体部は外周部に配設された補強リブをもつことが望ましい。

ここで、前記絶縁密封部材は、非強化型PPS又はPPが採用できる。また、前記有機化合物層としてはトリアジンジチオール重合膜が採用できる。

このような蓋体の歪み発生は前記開口部の形状が細長形状である場合に顕著であるので、そのような蓋体に適用することが望ましい。

本発明の電池ケースの蓋体は上記構成を有することで以下の作用効果を発揮する。すなわち、本発明の電池ケースの蓋体は、絶縁密封部材を成形する際に発生する収縮により発生する歪みを小さくすることができる。

本発明の電池ケースの蓋体について以下実施形態に基づき詳細に説明する。本実施形態の電池ケースの蓋体は電池ケース本体部の開口部を閉塞する部材である。電池ケースは内部に電極体及び電解質を収納する部材であり、電極体や電解質を収納するために一部が開口する電池ケース本体部とその開口部を閉塞する蓋体とから構成される。電池ケース本体部の開口部は電池の使用時には閉塞される必要があるが、特に電池が非水電池である場合には水分の侵入を抑制するために密閉性を向上することが求められるので本実施形態の電池ケースの蓋体を採用することが望ましい。電池ケース本体部は金属から形成されることが望ましい。

本実施形態の電池ケースの蓋体は本体部と電極端子とを有する。本体部と電極端子との間には絶縁密封部材が充填されている。本体部は金属板から形成されている。本体部の形状は電池ケース本体部の開口部に概ね対応する外形をもつ。本体部を開口部に嵌め込んだ後、溶接などにて接合できる。角型電池のように、電池ケース本体部の開口部の形状が細長形状である場合に蓋体の歪み発生のおそれが高いので、本実施形態の電池ケースの蓋体を適用する効果が高い。

本体部はリブが形成されていることが望ましい。リブは本体部の外周部に形成することが望ましい。外周部のリブはプレス加工などの方法にて本体部の外周部を折り曲げることで簡単に形成することができる。

電極端子は電池ケース内に収納されている電極体の正負極に接続されており、正極に接続されている正極側の電極端子と負極に接続されている負極側の電極端子とからなる１組の部材である。ここで、正極側及び負極側の一方は前述の本体部にて兼用させることができる。

絶縁密封部材は本体部と電極端子との間に充填・形成されている。絶縁密封部材は１組の電極端子の間を絶縁すると共に電極端子及び本体部に密着することで電池ケースの内部を密閉状態とする部材である。絶縁密封部材は本体部及び電極端子を所定位置に保持した状態でインサート成形を行うことで形成できる。

本体部又は電極端子と絶縁密封部材との間には有機化合物層が形成されている。有機化合物層は、本体部又は電極端子と、絶縁密封部材との接合される部分の双方との間で共有結合にて結合されている。

有機化合物層を形成する有機化合物としては、トリアジンチオール誘導体又はシランカップリング剤を例示することができる。これらの有機化合物により本体部及び電極端子の絶縁密封部材が接合される部分に有機化合物層を形成する。特にトリアジンチオール類を採用することが望ましく、更にはトリアジンジチオール類を採用することが望ましい。

トリアジンチオール誘導体としては、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオール、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオール・モノナトリウム、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオール・トリエタノールアミン、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオール・ジ（テトラブチルアンモニウム塩）、６−アニリノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−アニリノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、・モノナトリウム、６−ジブチルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−ジブチルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・モノナトリウム、６−ジブチルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・ジ（テトラブチルアンモニウム塩、６−ジアリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−ジアリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・モノナトリウム、６−ジチオクチルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−ジチオクチルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・モノナトリウム、６−ジラウリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−ジラウリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・モノナトリウム、６−ステアリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−ステアリルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオールモノカリウム、６−オレイルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール、６−オレイルアミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール・モノカリウム等の化合物を挙げることができる。

本体部及び電極端子の表面にトリアジンチオール誘導体からなる有機化合物層を形成するには電着にて行うことができる。具体的には、これらトリアジンチオール誘導体の水溶液を電着溶液とした上で、本体部及び電極端子のうちの有機化合物層を形成する部材を陽極、白金板，チタン板，カーボン板等を陰極とし、両極間に電流を通じて、低温にて電着処理を行う。

また、シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシシラン）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−イミダゾールメチルトリメトキシシラン、Ｎ−イミダゾールメチルトリエトキシシラン、２−（Ｎ−イミダゾール）エチルトリメトキシシラン、２−（Ｎ−イミダゾール）エチルトリエトキシシラン、３−（Ｎ−イミダゾール）プロピルトリメトキシシラン、３−（Ｎ−イミダゾール）プロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−メチルイミダゾールメチルトリメトキシシラン、Ｎ−２−イソプロピルイミダゾールメチルトリメトキシシラン、Ｎ−２−エチル−４−メチルイミダゾールメチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。また、シランカップリング剤水溶液の市販薬剤として、日本パーカライジング株式会社製パルコート３７５１（商品名）、パルコート３８４１（商品名）等を用いることができる。特に、前記イミダゾールシラン化合物は、耐熱性が高く良好な密着性を保持することができる。

本体部及び電極端子の表面にシランカップリング剤からなる有機化合物層を形成するには、本体部及び電極端子の表面を洗浄、乾燥した後、常温でシランカップリング剤水溶液中に数秒から数分間浸漬する。そして、シランカップリング剤水溶液から引き上げた後、水洗することなしに乾燥させることで有機化合物層を形成できる。

本体部及び電極端子は、シランカップリング剤またはトリアジンチオール誘導体と共有結合を生成するために、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、チタン、タンタル等を用いることができる。特に、トリアジンチオール誘導体及びシランカップリング剤との親和性に優れていることから、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが望ましい。

また、絶縁密封部材としては、トリアジンチオール誘導体又はシランカップリング剤と共有結合を生成するために、ポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン、ナイロン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。特に有機化合物層との接合性に優れることから、ＰＰＳ、ＰＰを好適に用いることができる。更にはフィラーを含有しない非強化型樹脂（例えば非強化型ＰＰＳや非強化型ＰＰ）を採用することが望ましい。ガラスなどから形成されるフィラーは電解質と反応するおそれがあるからである。

（第１実施形態）
本実施形態における絶縁密封部材は前記本体部の広がり方向において複数個に分割されている。ここで複数に分割されることにより絶縁密封部材と本体部との間で接合された部分の面積が小さくなるので、各々の部分で同程度の収縮が発生したとしてもそれぞれの部位においては発生する応力の絶対値は小さくなる。

絶縁密封部材を分割する例としては、電極端子が２つある場合、それぞれの電極端子の周辺部で本体部との間に充填（２つに分割して）することができる。更に、蓋体に安全弁などが形成される場合に、その安全弁の周辺についても独立して絶縁密封部材を形成することができる。このように、絶縁密封部材を充填するにあたり、最小限の大きさにすることで発生する応力の値を小さくできる。

（第２実施形態）
本実施形態における絶縁密封部材は、前記本体部の表裏面のそれぞれに接合される。そして、本体部の表側に接合される接合面の形状と、本体部の裏面に接合される接合面の形状とが概ね同じ形状とする。本体部の表裏面における接合面の形状を概ね同じ形状とすることで表面における応力と裏面における応力とが釣り合うようになり、本体部への影響を小さくすることができる。

本発明の電池ケースの蓋体について、以下、実施例に基づき詳細に説明する。本実施例の電池ケースの蓋体１は、図１及び図２に示すように、本体部１１と電極端子（正極端子）１２と電極端子（負極端子）１３と絶縁密封部材１４１、１４２とを有する。この電池ケースの蓋体１は電池ケース本体部２の開口部に嵌め込んで接合（例えば溶接などにて接合する）することで、密閉された電池ケースを形成する。電極端子１２及び１３は図示しない電極体の正負極にそれぞれ電気的に接続されている。

本体部１１はアルミニウム板から構成され、電極端子１２及び１３が貫通する貫通孔１１ａ及び１１ｂが形成されている。電極端子１２及び１３は、この貫通孔１１ａ及び１１ｂ内であって本体部１１に接触しない状態で配設される。本体部１１と電極端子１２及び１３との位置関係の維持、及び、両者の間を密閉・接合する目的で、両者の間にＰＰ又はＰＰＳから構成される絶縁密封部材１４１及び１４２が充填・形成されている。

本体部１１並びに電極端子１２及び１３の表面にはトリアジンジチオールから構成される有機化合物層をもつ。この有機化合物層はトリアジンジチオール重合膜である。具体的にはトリアジンジチオール水溶液中に、本体部１１並びに電極端子１２及び１３を陰極として浸漬した上で、白金などを陽極として電流を流すことでトリアジンジチオール重合膜を形成する。

絶縁密封部材１４１及び１４２は本体部１１並びに電極端子１２及び１３を所定位置に配置した状態でインサート成形を行うことで形成する。インサート成形を行うことで、本体部１１並びに電極端子１２及び１３の表面に形成されている有機化合物層との間で共有結合を形成する反応が進行し、絶縁密封部材１４１及び１４２は、本体部１１並びに電極端子１２及び１３との間で強固に接合される。

ここで、絶縁密封部材１４１及び１４２の形状としては、図２に示す断面図からもあきらかなように、本体部１１の広がり方向（図２における左右方向であって、電極端子１２、１３が並ぶ方向）において２つに分割されている。また、本体部１１の表裏面において概ね同じ形状の接合面をもつように、絶縁密封部材１４１及び１４２が形成されている。

絶縁密封部材１４１及び１４２の形状として、以上、説明したような形状を採用することで、インサート成形を行った後に本体部１１に加わる応力が小さくなる。すなわち、絶縁密封部材を２つに分割して、本体部１１の広がり方向の大きさを小さくしたことで各々の絶縁密封部材１４１及び１４２において接合面に加わる応力が小さくなる。また、表裏面において接合面を同じ形状にしたことで、応力が表裏面で打ち消し合い、本体部１１を曲げる方向の応力が小さくできる。

図３及び図４にその他の電池ケースの蓋体を示す。図３に示す電池ケースの蓋体９１’は絶縁密封部材１４３が分割されておらず一体となっている。そのために、インサート成形後の収縮による応力が接合面の長さに応じて大きくなり、図１及び図２に示した電池ケースの蓋体１よりも大きな応力が本体部１１に加わることになる。しかしながら、絶縁密封部材１４３が接合する面の形状が表裏面で同じ形状にしているので、表裏面での応力のバランスが良くなり、曲げる方向への応力は小さくできる。

図４に示す電池ケースの蓋体９１”は絶縁密封部材１４４が分割されておらず図３に示す電池ケースの蓋体９１’のように大きな応力が加わると共に、表裏面のそれぞれで絶縁密封部材１４４が接合される接合面の形状（面積）が異なり、表裏面でのバランスが悪くなる。図４に示す電池ケースの蓋体９１”では表面側の接合面の大きさが裏面の接合面よりも大きいので表面側の方に大きな収縮方向の応力が加わり表面側が凹になる方向に歪みが発生する。

本実施例の電池ケースの蓋体を備えた電池の外観図である。 本実施例の電池ケースの蓋体を備えた電池の断面図である。 他の実施例の電池ケースの蓋体を備えた電池の断面図である。 比較例の電池ケースの蓋体を備えた電池の断面図である。 従来技術の電池ケースの蓋体を備えた電池の断面図である。

符号の説明

１、９１、９１’、９１”…電池ケースの蓋体
１１…本体部 １１ａ、１１ｂ…貫通孔 １２、１３、９１２、９１３…電極 １４１、１４２、１４３、１４４、９１４…絶縁密封部材
２…電池ケース本体部

Claims (6)

1. 正負極をもつ電極体及び電解質を収納する一部が開口した電池ケース本体部の該開口部を閉塞する電池ケースの蓋体であって、
   前記開口部に概ね対応する外形をもち、金属板から形成される本体部と、
   前記電極体の正負極に接続された１組の電極端子と、
   該本体部及び該電極端子の間に充填することで両者の間を接合し且つ該１組の電極端子の間を絶縁する絶縁密封部材と、を有し、
   前記１組の電極端子若しくは前記本体部が前記絶縁密封部材に接合される部分には、該絶縁密封部材と、該１組の電極端子若しくは該本体部との双方に共有結合にて結合された有機化合物層をもち、
   前記絶縁密封部材は前記本体部の広がり方向において複数個に分割されていることを特徴とする電池ケースの蓋体。
2. 正負極をもつ電極体及び電解質を収納する一部が開口した電池ケース本体部の該開口部を閉塞する電池ケースの蓋体であって、
   前記開口部に概ね対応する外形をもち、金属板から形成される本体部と、
   前記電極体の正負極に接続された１組の電極端子と、
   該本体部及び該電極端子の間に充填することで両者の間を接合し且つ該１組の電極端子の間を絶縁する絶縁密封部材と、を有し、
   前記１組の電極端子若しくは前記本体部が前記絶縁密封部材に接合される部分には、該絶縁密封部材と、該１組の電極端子若しくは該本体部との双方に共有結合にて結合された有機化合物層をもち、
   前記絶縁密封部材は、前記本体部の表裏面のそれぞれに接合されており、該本体部の表側に接合される接合面の形状と、該本体部の裏面に接合される接合面の形状とが概ね同じ形状であることを特徴とする電池ケースの蓋体。
3. 前記本体部は外周部に配設された補強リブをもつ請求項１又は２に記載の電池ケースの蓋体。
4. 前記絶縁密封部材は、非強化型PPS又はPPである請求項１〜３のいずれかに記載の電池ケースの蓋体。
5. 前記有機化合物層がトリアジンジチオール重合膜である請求項１〜４のいずれかに記載の電池ケースの蓋体。
6. 前記開口部の形状が細長形状である請求項１〜５のいずれかに記載の電池ケースの蓋体。

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