JP2011222137A - 密閉型電池用の封口装置、及び密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液が漏れることを抑制できる密閉型電池用の封口装置を提供する。
【解決手段】密閉型電池用１の封口装置４は、開口部２１を有した蓋１１と、ガスケット１２と、金属リベット１５と、弾性部材１８とを具備する。ガスケット１２は、気液分離膜１３を保持した保持部２４と、開口部２１に挿入された筒部２５とを有する。金属リベット１５は、筒部２５の内側に挿入された挿入部３１と、封止詮１６を受ける本体部３２と、挿入部３１から筒部２５の外側へ突出した先端部３３とを有し、挿入部３１が径方向に膨らんで筒部２５を開口部２１の内周面２１ａに押し付けるように先端部３３がカシメ固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外郭内に電解液が入れられたリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の密閉型電池、及びそれら密閉型電池用の封口装置に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の密閉型電池は、充放電で電解液からガスが発生し、容器内の圧力が上昇して容器が膨らむことや、内部抵抗の増大による性能の悪化などが生じる場合がある。そのため、密閉型電池は、容器の側面又は上面に圧力開放弁を設け、容器内の圧力が所定以上の圧力になると圧力開放弁が開となり、容器内のガスを外部に放出する機構を有している。

特開２００６−１７９５４７号公報 特開平５−１５９７６５号公報

ところで、内部で発生するガスと電解液とを分離する気液分離膜を有する密閉型電池の場合、気液分離膜を保持する部材と外郭との間の気密性が安定しにくく、この隙間から電解液が漏れるおそれがある。

本発明の目的は、電解液が漏れることを抑制できる密閉型電池、及び密閉型電池用の封口装置を提供することにある。

請求項１の発明の密閉型電池用の封口装置は、開口部を有した蓋と、ガスケットと、金属リベットと、弾性部材とを具備する。ガスケットは、気液分離膜を保持した保持部と、前記開口部に挿入され、前記開口部の内周面に接する筒部とを有する。金属リベットは、前記筒部の内側に挿入され、前記気液分離膜に対向したガス抜き孔を有した挿入部と、前記ガス抜き孔を開閉可能に塞ぐ封止詮を受ける本体部と、前記挿入部から前記筒部の外側へ突出した先端部とを有し、前記挿入部が径方向に膨らんで前記筒部を前記開口部の内周面に押し付けるように前記先端部がカシメ固定されている。弾性部材は、前記ガス抜き孔の内圧が所定以上になったときに前記封止詮が開くように前記封止詮を付勢している。

この封口装置において、請求項２の発明のように、前記気液分離膜は前記ガスケットに溶着又は接着されていることが好ましい。また上記封口装置において、請求項３の発明のように、前記ガスケットの保持部は、前記蓋の内面に接するとともに、前記金属リベットのカシメ固定によって前記蓋の内面に押し付けられていることが好ましい。

請求項４の発明の密閉型電池は、請求項１乃至３のいずれかに記載の封口装置と、前記封口装置が取り付けられ、電解液を収容する容器本体とを備えている。

請求項１乃至４の発明で蓋とは、容器本体の開口部（開放口）を塞いで、この容器本体を密閉してこの容器本体とともに外郭を形成する部材を指している。請求項１から４の発明で封止詮は、弾性部材とは別に形成された部材であっても、部品点数を削減するために弾性部材の一部をなしてこれに一体に形成されたものであってもよい。

請求項４の密閉型電池としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等を挙げることができる。リチウムイオン二次電池は、密閉された金属製の外郭内に、充放電でリチウムイオンを放出及び吸蔵できる正極と、充放電でリチウムイオンを吸蔵及び放出できる負極と、これら両極間に介在されるセパレータを収容するとともに、電解液を収容した構成を有している。ニッケル水素二次電池は、密閉された金属製の外郭内に、水酸化ニッケル及びＹｂ化合物を含む正極板と、水素吸蔵合金を含む負極板と、これら両極間に介在されるセパレータを収容するとともに、電解液を収容した構成を有している。請求項１から３の封口装置は、電解液が収容された前記各密閉型電池の外郭の一部をなして、この外郭内の異常ガス圧を外部に逃がすための弁装置として使用される。

請求項１から４の封口装置及びこれを備えた密閉型電池では、金属リベットの先端部がカシメ固定されることで前記挿入部が径方向に膨らみ、前記筒部を前記開口部の内周面に押し付けている。これにより、筒部と開口部の内周面との間の隙間（すなわち、気液分離膜を保持したガスケットと外郭との間の隙間）がより密着し、この隙間の気密性が向上している。このため、上記隙間を通じて電解液が漏れることが少なくなる又は漏れることが無くなる。

本発明によれば、電解液が漏れることを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の断面図。 図１中に示された封口装置の分解斜視図。 図１中に示された金属リベットのカシメ固定前の状態を示す断面図。 図１中に示された金属リベットのカシメ固定後の状態を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る密閉型電池の断面図。

（第１の実施形態）
図１乃至図４を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る密閉型電池１を示す。密閉型電池１は、密閉された外郭２と、この外郭２に収容された電池として必要な正負の電極やセパレータ等（図示しない）とを備えている。また外郭２内には、電解液が収容されている。外郭２は、図１に示すように、容器本体３と、封口装置４とを備えている。

容器本体３は、例えば金属製であり、その一端に開放口３ａを有し、図示しない他端は閉じられている。封口装置４は、開放口３ａを塞いで容器本体３の一端に連結されている。この連結は、容器本体３の開放口３ａの外周縁と封口装置４の外周縁とをレーザ溶接等により溶接することでなされている。この溶接により容器本体３と封口装置４との間がシールされて外郭２の気密が確保されている。

図１及び図２に示すように、封口装置４は、蓋１１（封口板）、樹脂ガスケット１２、気液分離膜１３、金属ワッシャー１４、金属リベット１５（弁座体）、封止詮１６（弁体）、カバー１７、及び金属バネ１８を備えている。

蓋１１は、金属製、例えばアルミニウム合金製である。蓋１１は、容器本体３の開放口３ａを塞ぐ大きさで、この開放口３ａに溶接されている。蓋１１は、外部に露出される第１の面１１ａと、この第１の面１１ａとは反対側に位置し、外郭２の内部に臨む第２の面１１ｂとを有する。蓋１１は、例えばその中央部に開口部２１を有する。開口部２１は、蓋１１を貫通しており、外郭２の内部を外部に通じさせている。開口部２１は、例えば円状に形成されている。

図２に示すように、蓋１１は、カバー１７が取り付けられる取付部２２を有する。取付部２２は、開口部２１の周囲に設けられている。取付部２２は、第１の面１１ａに対して窪んだ窪み面２２ａを有する。窪み面２２ａは、カバー１７の周縁部４９（後述）の厚さに対応して第１の面１１ａに対して窪んでいる。

樹脂ガスケット１２は、本発明でいう「ガスケット」の一例であり、気液分離膜１３を保持するホルダである。図１乃至図３に示すように、樹脂ガスケット１２は、蓋１１の第２の面１１ｂに取り付けられ、外郭２の内部に配置されている。樹脂ガスケット１２は、気液分離膜１３を保持した保持部２４と、蓋１１の開口部２１に挿入された筒部２５とを有する。換言すれば、樹脂ガスケット１２は、大径円筒部（保持部２４）と、小径円筒部（筒部２５）とを有した段付き筒状に形成されている。

保持部２４は、外郭２の内部に位置している。保持部２４は、開口部２１よりも大きく形成されており、蓋１１の第２の面１１ｂに接している。保持部２４は、第１の面２４ａと、第２の面２４ｂとを有する。第１の面２４ａは、蓋１１の第２の面１１ｂと略平行に形成され、蓋１１の第２の面１１ｂ（すなわち蓋１１の内面）に密接している。保持部２４の第２の面２４ｂは、第１の面２４ａとは反対側に位置し、外郭２の内部に臨んでいる。

図１に示すように、保持部２４は、それぞれ筒状の窪みとして形成された第１の凹部２７と、第２の凹部２８とを有する。第１の凹部２７は、保持部２４の第２の面２４ｂ（例えば下面）に設けられている。第１の凹部２７は、気液分離膜１３を収容する凹部であり、気液分離膜１３よりも一回り大きな内径、及び気液分離膜１３の厚さと略同じ又はそれより一回り大きな深さを有している。気液分離膜１３は、第１の凹部２７に取り付けられ、保持部２４の下端部に配置されている。

気液分離膜１３は、例えばＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で作られた網目板を複数枚積層し、それが単品の状態では図２に示すように円板状をなしている。気液分離膜１３は、同じく樹脂系の樹脂ガスケット１２に例えば溶着され、樹脂ガスケット１２に融着している。これにより、気液分離膜１３の周縁部と樹脂ガスケット１２とが一体となり、気液分離膜１３と樹脂ガスケット１２との間の気密性が高められている。気液分離膜１３は、開口部２１に対向している。気液分離膜１３は、外郭２内の液体が外部に流出することを防止する。

なお気液分離膜１３は、樹脂ガスケット１２に例えば接着で取り付けられていてもよい。接着であっても接着層が気液分離膜１３と樹脂ガスケット１２との間の隙間を埋めるので、高い気密性が確保できる。

第２の凹部２８は、第１の凹部２７の中央部に設けられており、第１の凹部２７からさらに窪んでいる。第２の凹部２８は、金属ワッシャー１４及び金属リベット１５の先端部３３（後述）を収容する凹部であり、金属ワッシャー１４よりも一回り大きな内径、及び金属リベット１５の先端部３３よりも大きな深さを有している。図１に示すように、第２の凹部２８は、第１の面２４ａと略平行な天井面２４ｃを有する。金属ワッシャー１４は、第２の凹部２８に収容され、天井面２４ｃに接している。

図１に示すように、筒部２５は、蓋１１の開口部２１に挿入され、開口部２１の内周面２１ａに接している。筒部２５の外径は、開口部２１の内径と略同じに設定されている。つまり、筒部２５は開口部２１に嵌合し、筒部２５の外周面２５ａが開口部２１の内周面２１ａに密接している。筒部２５は、その内側に軸方向に延びた貫通孔２９（リベット挿入口）を有する。貫通孔２９は、蓋１１の開口部２１と略同心状に形成されている。貫通孔２９は、筒部２５を貫通し、外郭２の外部に通じるとともに、第２の凹部２８に開口している。

図３に示すように、金属リベット１５は、封止詮１６を受ける弁座体であるとともに、樹脂ガスケット１２を固定する固定部材でもある。金属リベット１５は、挿入部３１と、本体部３２と、先端部３３とを有する。換言すれば、金属リベット１５は、大径円筒部（本体部３２）と、小径円筒部（挿入部３１）とを有した段付き筒状に形成されている。

図３に示すように、挿入部３１は、樹脂ガスケット１２の筒部２５の内側（すなわち貫通孔２９）に挿入され、筒部２５を貫通している。挿入部３１は、貫通孔２９の内周面２９ａに接している。挿入部３１の外径は、貫通孔２９の内径と略同じに設定されている。つまり、挿入部３１は筒部２５に嵌合し、挿入部３１の外周面３１ａが貫通孔２９の内周面２９ａに密接している。挿入部３１は、軸方向に延びたガス抜き孔３５を有する。ガス抜き孔３５は、挿入部３１及び先端部３３を貫通し、外郭２の内部に開口し、気液分離膜１３に対向している。換言すれば、気液分離膜１３と挿入部３１との間に、先端部３３を収容する保持部２４の第２の凹部２８が形成されている。

本体部３２は、外郭２の外部に位置している。本体部３２は、開口部２１よりも大きく形成され、窪み面２２ａに接している。本体部３２は、第１の面３２ａと、第２の面３２ｂとを有する。第１の面３２ａは、窪み面２２ａと略平行に形成され、窪み面２２ａに密接している。第２の面３２ｂは、第１の面３２ａと反対側に位置している。

本体部３２は、封止詮１６が収容される内部空間としての凹部３６（弁受け凹部）を有する。凹部３６は、第２の面３２ｂに開放されている。上記ガス抜き孔３５は、凹部３６に開口し、凹部３６を介して外郭２の外部に通じている。図１に示すように、凹部３６には、ガス抜き孔３５を開閉可能に塞ぐ封止詮１６が収容される。本体部３２は、封止詮１６を受ける弁受け部である。

図３に示すように、先端部３３は、挿入部３１の挿入端に設けられている。先端部３３は、筒部２５の貫通孔２９を超えて延び、筒部２５の外側に突出している。先端部３３は、保持部２４の第２の凹部２８内に突出している。

図４に示すように、樹脂ガスケット１２は、金属リベット１５と金属ワッシャー１４によりカシメ固定され、金属リベット１５、蓋１１、樹脂ガスケット１２の接触面の気密性能が確保される。具体的には、金属リベット１５の先端部３３が、挿入部３１が径方向に膨らんで筒部２５を開口部２１の内周面２１ａに押し付けるようにカシメ固定されている。

より詳しく述べると、先端部３３は、金属ワッシャー１４にカシメ固定される。すなわち、先端部３３は金属ワッシャー１４に向けて押し潰され、金属ワッシャー１４に密接している。この先端部３３を金属ワッシャー１４に向けて押し潰す過程で、挿入部３１は軸方向に圧縮され、径方向に膨らむ。

その結果、挿入部３１は、樹脂ガスケット１２の筒部２５を、蓋１１の開口部２１の内周面２１ａに向けて押し付ける。これにより、挿入部３１の径方向（第１の方向Ｄ１）において、挿入部３１、筒部２５、及び開口部２１の内周面２１ａが互いに密着し、これらの部材の間に高い気密性が確保される。また、先端部３３を金属ワッシャー１４に向けて押し潰す過程で、挿入部３１の軸方向（第２の方向Ｄ２）においても、保持部２４、蓋１１、及び金属リベット１５が互いに密着し、これらの部材の間の高い気密性が確保される。つまり、保持部２４が蓋１１に向かって押し付けられ、保持部２４の第１の面２４ａが蓋１１の第２の面１１ｂにより密着する。

なお、図１、図３及び図５において、比較的大きく変形した挿入部３１が描かれているが、これは説明の便宜上、模式的に示したものであり、実際の製品においてはこれほど大きな変形は必要ない。挿入部３１が僅かであっても径方向に膨らめば、気密性の向上が期待できる。

図１に示すように、封止詮１６は、本体部３２の凹部３６に収容されている。封止詮１６は、金属又は合成樹脂等からなる。封止詮１６は、大径部４１と、小径部４２と、凸部４３とを有する。大径部４１は、凹部３６の底面３６ａに接している。大径部４１は、挿入部３１のガス抜き孔３５よりも大きく形成され、ガス抜き孔３５を開閉可能に塞いでいる。

小径部４２は、大径部４１に対してガス抜き孔３５とは反対側に設けられている。この大径部４１と小径部４２との径の違いにより、金属バネ１８を受けるバネ受け部４４が形成されている。凸部４３は、大径部４１の中央部から突出し、ガス抜き孔３５に挿入されている。

図１に示すように、カバー１７は、外郭２の外部に設けられ、蓋１１に取り付けられている。カバー１７は、金属製、例えばアルミニウム合金製であり、蓋１１の表面に溶接止めされている。カバー１７は、金属リベット１５及び封止詮１６を覆っている。このカバー１７の内面と金属リベット１５及び封止詮１６との間には隙間が形成されている。

カバー１７は、天井壁４６及び周壁４７を含む中央部４８と、周縁部４９とを有する。天井壁４６は、蓋１１と略平行に広がっている。周壁４７は、天井壁４６の周縁部から蓋１１に向かって延びている。周縁部４９は、周壁４７の下端部から蓋１１と略平行に広がっている。天井壁４６には、金属バネ１８を支持する支持部５１が設けられている。支持部５１は、封止詮１６に向いて凸状になっている。

また天井壁４６には、ガス放出孔５２が設けられている。これにより、ガス抜き孔３５を通じてカバー１７内に放出されたガスが外部に排出可能になっている。なおガス放出孔５２は、周壁４７やその他の部位に設けられてもよい。カバー１７は、合成樹脂製であってもよい。周縁部４９は、例えば蓋１１の窪み面２２ａに嵌め込まれ、この窪み面２２ａに固定されている。

金属バネ１８は、弾性部材の一例である。金属バネ１８の一端部は、封止詮１６のバネ受け部４４に当接している。金属バネ１８の他端部は、カバー１７の支持部５１に当接している。金属バネ１８は、封止詮１６とカバー１７との間で圧縮されている。金属バネ１８は、ガス抜き孔３５の内圧が所定以上になったときに封止詮１６が開くように、封止詮１６をガス抜き孔３５に向けて付勢している。

次に、本実施形態に係る密閉型電池１の作用について説明する。
密閉型電池１を使用すると、充放電で電解液からガスが発生し、外郭２内の圧力が上昇する。このとき、電池内部で発生したガスは、気液分離膜１３によって電解液から分離され、ガスのみが気液分離膜１３を通過する。これにより、電解液が容器外部に流出することが防止される。

そして、ガス抜き孔３５の内圧が所定圧力以上になると、封止詮１６が金属バネ１８の付勢力に抗して動かされ、ガス抜き孔３５が金属リベット１５の凹部３６に連通する。これにより、気液分離膜１３を通過したガスは、ガス抜き孔３５、金属リベット１５の凹部３６、カバー１７のガス放出孔５２を通じて、密閉型電池１の外部に排出される。

このように、充放電で発生したガスを開放弁で外部へ排出することで、容器内の圧力が上昇して容器が膨らむことや、内部抵抗が大きくなる等による性能悪化を抑制することができる。一方で、電池内部の圧力よりも外気圧が高い場合は、封止詮１６がガス抜き孔３５を塞ぐことになるので、外部から容器内へ外気の侵入が阻止され、電解液の性能劣化が防止される。

このような構成の密閉型電池１によれば、電解液が漏れることを抑制することができる。例えば気液分離膜を保持する部材が外郭に単に取り付けられただけの密閉型電池では、気液分離膜を保持している部材と外郭との間の隙間の気密性が安定せず、この隙間から電解液が漏れるおそれがある。

一方で、本実施形態に係る密閉型電池１は、気液分離膜１３を保持した樹脂ガスケット１２が外郭２の開口部２１に挿入される筒部２５を有し、封止詮１６を受ける金属リベット１５が前記筒部２５の内側に挿入される挿入部３１を有し、この金属リベット１５の先端部３３がカシメ固定されている。そしてこのカシメ固定により、金属リベット１５の挿入部３１が径方向に膨らむように変形し、筒部２５を開口部２１の内周面２１ａに押し付けている。このため、金属リベット１５と樹脂ガスケット１２との間、及び樹脂ガスケット１２と外郭２との間がより密着性を高め、これによりこれら部材間に高い気密性が確保されている。このため、気液分離膜１３を保持している部材（樹脂ガスケット１２）と外郭２との間の隙間の気密性が安定し、この隙間から電解液が漏れることが抑制されている。

さらに本実施形態に係る密閉型電池１では、樹脂ガスケット１２が外郭２の内面に接する面を有し、さらに前記カシメ固定によって樹脂ガスケット１２が外郭２の内面に押し付けられている。これにより、鉛直方向（第２の方向Ｄ２）においても、樹脂ガスケット１２と外郭２とがより密着性を高め、これによりこれら部材間に高い気密性が確保されている。このため、気液分離膜１３を保持している部材（樹脂ガスケット１２）と外郭２との間の隙間の気密性がより安定し、この隙間から電解液が漏れる可能性がさらに抑制されている。

また、例えば気液分離膜を挟持して保持する密閉型電池では、気液分離膜の設置が安定せず、気液分離膜とこれを保持する部材との間の隙間から電解液が漏れるおそれがある。

一方で、本実施形態に係る密閉型電池１では、気液分離膜１３は、樹脂ガスケット１２に溶着又は接着されている。これにより、気液分離膜１３とこれを保持する部材（樹脂ガスケット１２）と間の隙間の気密性が高められ、この隙間から電解液が漏れることが抑制されている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る密閉型電池１について、図５を参照して説明する。なお上記第１の実施形態の構成と同一または類似の機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態に係るカバー１７は、蓋１１（外郭２）には直接には取り付けられていない。カバー１７は、例えば金属リベット１５に係合する係合部６１（爪部）を有する。金属リベット１５に対してカバー１７を押し込むことによって、係合部６１が金属リベット１５に係合し、組立が完了する。上記説明した以外の構成は、上記第１の実施形態と同じである。

このような構成の密閉型電池１によれば、上記第１の実施形態と同様に、電解液が漏れることを抑制することができる。さらに本実施形態に構成によれば、組立作業を簡略化することができる。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態に係る密閉型電池１について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。第１及び第２の実施形態に係る各構成要素は、適宜組み合わせて用いることができる。また、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

１…密閉型電池、２…外郭、３…容器本体、４…封口装置、１１…蓋、１２…樹脂ガスケット、１３…気液分離膜、１４…金属ワッシャー、１５…金属リベット、１６…封止詮、１７…カバー、１８…金属バネ、２１…開口部、２４…保持部、２５…筒部、３１…挿入部、３２…本体部、３３…先端部、３５…ガス抜き孔。

Claims (4)

1. 開口部を有した蓋と、
   気液分離膜を保持した保持部と、前記開口部に挿入され、前記開口部の内周面に接する筒部とを有したガスケットと、
   前記筒部の内側に挿入され、前記気液分離膜に対向したガス抜き孔を有した挿入部と、前記ガス抜き孔を開閉可能に塞ぐ封止詮を受ける本体部と、前記挿入部から前記筒部の外側へ突出した先端部とを有し、前記挿入部が径方向に膨らんで前記筒部を前記開口部の内周面に押し付けるように前記先端部がカシメ固定された金属リベットと、
   前記ガス抜き孔の内圧が所定以上になったときに前記封止詮が開くように前記封止詮を付勢した弾性部材と、
   を具備したことを特徴とする密閉型電池用の封口装置。
2. 前記気液分離膜は、前記ガスケットに溶着又は接着されたことを特徴とする請求項１に記載の封口装置。
3. 前記ガスケットの保持部は、前記蓋の内面に接するとともに、前記金属リベットのカシメ固定によって前記蓋の内面に押し付けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の封口装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の封口装置と、前記封口装置が取り付けられ、電解液を収容する容器本体とを備えたことを特徴とする密閉型電池。

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