JP2012009288A

JP2012009288A - 封止具及び密閉式電池

Info

Publication number: JP2012009288A
Application number: JP2010144402A
Authority: JP
Inventors: Akira Kojima; 亮小島
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP5400711B2

Abstract

【課題】密閉式電池の封止具として金属製封止体と樹脂製スリーブを用い、金属製封止体と樹脂製スリーブの間の密着が失われても、電池内部の気密を保つことのできる封止具を提供する。
【解決手段】密閉式電池の開口部を封止する封止具であって、軸部１２と、軸部１２よりも直径の大きい大径部１３とを有する金属芯１と、軸部１２の一部と大径部１３を袋状に包み込み、大径部１３を包み込む部分の内径が軸部１２を包み込む部分の内径よりも大きい、有底でつば付きの金属製筒状部材２と、有底であって、開口側から金属製筒状部材２の一部が挿入されたつば付きの樹脂製スリーブ３とを備える。金属製筒状部材２は、金属芯１を金属製筒状部材２から引き抜いていくと、大径部１３により径方向に押し広げられて変形する。樹脂製スリーブ３は、金属製筒状部材２の変形により、径方向に押し広げられて密閉式電池を封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉式電池の開口部を封止する封止具と、封止具を用いる密閉式電池に関する。

非水電解液二次電池等の、外気と電池内部を完全に遮断する必要のある密閉式電池では、簡便で信頼性の高い封口方法や封止体（封止具）が求められている。簡便で信頼性の高い封口方法としては、注液口等の開口部に対し、樹脂製のガスケットを介してかしめ封口する方法や、金属製の封止蓋を溶接する方法等、種々の封口方法が提案されている。樹脂製のガスケットを介した封口方法の発展例としては、特許文献１に開示されているように、金属製封止体と樹脂製スリーブを封止体として使用した封口方法がある。

特許文献１に開示されている封口方法では、電池容器の開口部と金属製封止体との間に無底円筒状の樹脂製スリーブを介在させて、封止体としている。この封止体の構造では、電池容器の被封止部品（蓋板等）と樹脂製スリーブとの間の接触面、及び樹脂製スリーブと金属製封止体との間の接触面により、電池の密閉が維持されている。この封口方法では、それぞれの接触面が密着を保っていることが、電池内部を外気から遮断する要件となっている。

特開２０１０−１５８６７号公報

特許文献１に開示されている技術では、無底円筒状の樹脂製スリーブを封止具（封止体）に用いている。この場合、樹脂製スリーブとスリーブ内部の金属製封止体との接触面が密着を失ったときには、樹脂製スリーブが無底であるために、外気は、樹脂製スリーブと金属製封止体との間を通って電池内部に侵入する。この結果、電池は密閉を損ない、電解液に水分が入って電池性能が低下することがある。

本発明は、密閉式電池の封止具（封止体）として金属製封止体と樹脂製スリーブを用い、金属製封止体と樹脂製スリーブの間の密着が失われても、電池内部の気密を保つことのできる封止具（封止体）を提供することを目的とする。また、この封止具を用いる密閉式電池を提供することを目的とする。

本発明による封止具は、以下のような基本的特徴を有する。

密閉式電池の開口部を封止する封止具であって、軸部と、この軸部よりも直径の大きい大径部とを有する金属芯と、前記金属芯の軸部の一部と大径部を袋状に包み込み、前記大径部を包み込む部分の内径が前記軸部を包み込む部分の内径よりも大きい、有底でつば付きの金属製筒状部材と、有底であって、開口側から前記金属製筒状部材の一部が挿入されたつば付きの樹脂製スリーブとを備える。前記金属製筒状部材は、前記金属芯を前記金属製筒状部材から引き抜いていくと、前記大径部により径方向に押し広げられて変形する。前記樹脂製スリーブは、前記金属製筒状部材の変形により、径方向に押し広げられて密閉式電池を封止する。

本発明によれば、金属製封止体と樹脂製スリーブを密閉式電池の封止具（封止体）に用いた場合において、金属製封止体と樹脂製スリーブの間の密着が失われても、電池内部の気密を保つことができる。従って、密閉式電池の信頼性を向上させることができる。

本実施例による封止具の、密閉式電池を封止する前の状態の一例を示す断面図である。本実施例による封止具の、密閉式電池を封止するときの状態の一例を示す断面図である。底面部の形状を半球面とした、有底の樹脂製スリーブの外観図である。本実施例による封止具を用いた密閉式電池の構造を示す分解斜視図である。有底の樹脂製スリーブの底面部が平面で構成されている場合の、封止具の一例を示す断面図である。図５に示した封止具を用いて密閉式電池を封止するときの、封止具の状態の一例を示す断面図である。本実施例による封止具の、密閉式電池を封止した状態の一例を示す断面図である。樹脂製スリーブが無底である封止具の、密閉式電池を封止した状態を示す断面図である。

本発明による封止具（封止体）は、密閉式電池の開口部を封止するために用いることができる。封止する開口部の用途は限定しないが、非水電解液二次電池に用いる場合には、電解液の注液口に用いるのが最もよい。以下の実施例では、本発明による封止具を、電解液の注液口に用いる場合について説明する。

図４は、本実施例による封止具を用いた密閉式電池の構造を示す分解斜視図である。図４に示した密閉式電池１０は、本実施例での封止具の電池全体における位置づけを説明するために例示するものであって、この電池構造によって本発明による封止具がなんら限定を受けるものではないことは言うまでもない。

密閉式電池１０では、発電要素である捲回群９が、電池容器５の中に収められている。電池容器５は蓋８を有し、蓋８には、外部端子６とガス放出弁７が設けられている。捲回群９は、電解液に浸漬された状態で電池容器５内に保持され、外部端子６を通じて電気エネルギーの出入力を行う。ガス放出弁７は、電池内部に異常が生じてガスが発生した場合などに、内圧を開放して電池容器５の破裂を防ぐ。

密閉式電池１０の内部と外気の密閉は、図４のイ部に示される封止具１１によって保たれている。本実施例による封止具１１は、金属芯１と、金属製封止体である金属製筒状部材２と、有底の樹脂製スリーブ３を有する。封止具１１の構造は、以降に詳述する。封止具１１は、蓋８に設けられた穴（開口部）に嵌合する。この穴は、本実施例では電解液の注液口を兼ねている。電解液を電池容器５の内部に注入後、封止具１１によって蓋８の穴を密栓して、密閉式電池を製作する。

図１と図２を用いて、本実施例による封止具を説明する。図１は、密閉式電池を封止する前の封止具の状態の一例を示す断面図である。図２は、密閉式電池を封止するときの封止具の状態の一例を示す断面図である。図１と図２において、同一の符号は同一の要素を示す。

図１に示すように、本実施例による封止具は、軸部１２と大径部１３を有する金属芯１と、有底の金属製筒状部材２と、有底の樹脂製スリーブ３とで構成され、電池容器５に設けられた穴（電池容器５の蓋８に設けられた穴）を封止する。

金属芯１の大径部１３は、軸部１２よりも直径が大きく、金属芯１の一端にある。軸部１２の一部と大径部１３は、金属製筒状部材２に袋状に包み込まれるように配置される。軸部１２は、金属芯１を金属製筒状部材２から引き抜くときのために、一部が金属製筒状部材２から突出している。また、軸部１２には、大径部１３に近い部分に、径を細くする等して脆弱部分１６が設けられている。

金属製筒状部材２は、金属芯１の大径部１３より硬度が小さい（軟らかい）金属でできた封止体であり、一端が有底となって閉じられており、もう一端は開口部となっている。この開口部にはつばが設けられており、金属製筒状部材２のその他の部分よりも外径が大きくなっている。金属製筒状部材２のつばが付いていない部分の外径は、有底の樹脂製スリーブ３の内径とほぼ同一である。また、金属製筒状部材２の内径は、金属芯１の軸部１２の直径とほぼ同一である。ただし、大径部１３を包み込む部分の内径は、大径部１３の直径とほぼ同一であり、軸部１２を包み込む部分の内径よりも大きくなっている。

有底の樹脂製スリーブ３は、底面部４と側面部１４を有する筒状で、一端が底面部４で閉じられており、別の一端が開口部となっている。この開口部から、金属製筒状部材２が挿入される。なお、金属製筒状部材２は、つばにより有底の樹脂製スリーブ３に支持されるので、つばが設けられていない部分が有底の樹脂製スリーブ３の内部に挿入される。

有底の樹脂製スリーブ３は、電池容器５に設けられた穴（電池容器５の蓋８に設けられた穴）を封止するために、この穴に挿入される。有底の樹脂製スリーブ３の外径は、電池容器５に設けられた穴の径とほぼ同一である。ただし、有底の樹脂製スリーブ３の開口部にはつばが設けられており、この部分の外径は、穴の径よりも大きくなっている。また、有底の樹脂製スリーブ３の底面部４の形状は、半球面になっており、底面部４と側面部１４は滑らかに接続されている。

本実施例による封止具によって電池容器５の穴（蓋８の穴）を密栓するには、まず、封止具を図１に示した状態に設定する。すなわち、金属製筒状部材２の内部に金属芯１を挿入し、外部より圧力をかけて、金属製筒状部材２の軸部１２を包み込む部分の内径が金属芯１の軸部１２の直径とほぼ同一であり、大径部１３を包み込む部分の内径が金属芯１の大径部１３の直径とほぼ同一となるように、塑性変形させる。このようにして、金属製筒状部材２が金属芯１の軸部１２の一部と大径部１３を袋状に包み込むようにする。この状態の金属製筒状部材２を有底の樹脂製スリーブ３の内部に挿入し、この有底の樹脂製スリーブ３を電池容器５に設けられた穴に挿入する。金属製筒状部材２の、金属芯１の大径部１３を包み込む部分の内径は、軸部１２を包み込む部分の内径よりも、大きくなっている。軸部１２の一部（大径部１３を有していない方の一端を含む部分）は、金属製筒状部材２の開口部から外に突出しているものとする。有底の樹脂製スリーブ３は、つばにより電池容器５に支持されており、電池容器５の内部に落ち込まないようになっている。有底の樹脂製スリーブ３のつばと、金属製筒状部材２のつばは、接触している。

図１に示した状態から、専用の工具を用いて、金属製筒状部材２と有底の樹脂製スリーブ３をそれぞれのつばにより電池容器５の上面（蓋８）に押し付けた状態で、金属芯１の軸部１２をチャックして電池容器５の外部方向（図１の上方向）に引き抜く。

金属製筒状部材２は、金属芯１の大径部１３よりも硬度が小さい。すなわち、金属芯１の大径部１３は、金属製筒状部材２よりも硬い。従って、図２に示すように、金属芯１の大径部１３は、金属製筒状部材２の内径を押し広げながら電池容器５の外部方向（図２の上方向）に移動する。これに伴い、金属製筒状部材２の外径もまた、塑性変形によって増大する。

金属製筒状部材２が径方向に押し広げられて変形することにより、有底の樹脂製スリーブ３は、金属製筒状部材２から圧縮を受けて径方向に押し広げられ、電池容器５と密着する。このように、有底の樹脂製スリーブ３は、金属製筒状部材２及び電池容器５と密着し、電池を封止して密閉する。

このとき、有底の樹脂製スリーブ３も塑性変形により径（内径と外径）が増大し、底面部４も径が広がるので、底面部４と側面部１４との境界は応力を受ける。有底の樹脂製スリーブ３の底面部４は半球面状であり、底面部４と側面部１４は滑らかに接続されているので、底面部４の全体に均等に応力が分布し、有底の樹脂製スリーブ３の破断等の不具合を防ぐことができる。

図５と図６を用いて、有底の樹脂製スリーブの底面部が平面である場合について説明する。図５と図６において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。

図５は、有底の樹脂製スリーブ３の底面部４が平面である場合の封止具の一例を示す断面図である。底面部４と側面部１４は、滑らかに接続されておらず、直角に交わっている。図６は、図５に示した封止具を用いて密閉式電池を封止するときの、封止具の状態の一例を示す断面図である。

図５に示すように、有底の樹脂製スリーブ３の底面部４が平面である場合には、金属芯１の軸部１２を引き抜いていくと、図６に示すように、変形による応力が、直角をなす側面部１４と底面部４の境界部分１５に集中する。このため、有底の樹脂製スリーブ３は、境界部分１５で破断しやすくなる。従って、有底の樹脂製スリーブ３の底面部４の形状は、半球面とするのが好ましい。

図３は、底面部４の形状を半球面とした、有底の樹脂製スリーブ３の外観図である。図３に示した有底の樹脂製スリーブ３は、金属製筒状部材２を挿入して金属芯１を引き抜くといった工程に必要十分な内部空間を有し、かつ、底面部４の形状が変形による応力を緩和するのに適切な半球面であり、本発明による封止具に好ましい形状となっている。

なお、有底の樹脂製スリーブ３の底面部４の形状は、厳密に半球面でなくてもよく、略半球面であってもよい。また。半球面や略半球面でなくても、曲面であればよく、さらには、多面体で構成されていてもよい。すなわち、底面部４と側面部１４が滑らかに接続され、底面部４の全体に応力が分布して破断等の不具合を防ぐことができる形状であれば、底面部４は、どのような形状であってもよい。

金属芯１には、図１と図２に示したように、脆弱部分１６が設けられている。金属芯１を電池容器５から引き抜いていくと、工具により脆弱部分１６が破断する。この結果、金属芯１の大径部１３は、金属製筒状部材２の内部に残る。

図７は、密閉式電池を封止した封止具の状態の一例を示す断面図である。図７において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。

上述したように、金属芯１の脆弱部分が破断し、大径部１３と軸部１２の一部が金属製筒状部材２の開口部に係止されている。金属製筒状部材２は、大径部１３が係止されている部分とこの部分より密閉式電池の内部側の部分では、大径部１３により径方向に押し広げられたため、内径が大径部１３の径と実質的に等しくなっている。有底の樹脂製スリーブ３は、金属製筒状部材２の径方向への変形により、電池容器５に設けられた穴に接して電池容器５を封止している部分よりも、密閉式電池の内部側の方が、内径と外径が大きくなっている。有底の樹脂製スリーブ３は、電池容器５と金属製筒状部材２に密着しているため、密閉式電池は密閉される。本実施例による封止具は、このようにして密閉式電池を封止する。

本発明のように樹脂製スリーブ３が有底であると、無底である場合に比べて、樹脂製スリーブ３の内面と金属製筒状部材２の外面との密着が損なわれても、樹脂製スリーブ３と電池容器５との密着が保たれていれば、電池の密閉を保持できるという効果がある。

図８は、樹脂製スリーブが無底である封止具の、密閉式電池を封止した状態を示す断面図である。図８において、図７と同一の符号は、図７と同一または共通する要素を示す。樹脂製スリーブ３’は、無底であり、図７に示した底面部４を有していない。図８に示したような封止具では、樹脂製スリーブ３’と金属製筒状部材２との間の密着が失われた場合には、外気が樹脂製スリーブ３’と金属製筒状部材２との間を通って電池内部に侵入し、電池は密閉を損なってしまう。

本発明による封止具の効果を確認するために、次のようなリークテストを行った。樹脂製スリーブとして、有底のものと無底のものを用意し、それぞれを金属製筒状部材と組み合わせて、封止具を２種類作製した。それぞれの封止具を用いて、リークテスト用の容器を封止した。なお、金属製筒状部材の外周面には、樹脂製スリーブの側面部に圧接する部分に、取付鉛直方向（図１の上下方向）に沿って、ケガキ針であらかじめ傷をつけておいた。この傷により、金属製筒状部材と樹脂製スリーブの間の密着が失われる。また、リークテスト用の容器には、封止具で封止した穴とは別の穴を設け、この別途設けた穴にヘリウムリークテスタのヘッドを取り付けた。

このようにして実施したリークテストの結果、無底の樹脂製スリーブを組み合わせた封止具を用いて容器を封止した場合には、１０^−６Ｐａレベルの明らかなリークが認められた。一方、有底の樹脂製スリーブを組み合わせた封止具を用いて容器を封止した場合には、１０^−９Ｐａ以上の密閉性が得られた。

以上の結果から、本発明による封止具を用いると、金属製筒状部材と樹脂製スリーブの間の密着が失われても、電池内部の気密を保つことができ、密閉式電池の信頼性を向上させることが可能であることがわかった。

１…金属芯、２…金属製筒状部材、３，３’…樹脂製スリーブ、４…底面部、５…電池容器、６…外部端子、７…ガス放出弁、８…蓋、９…捲回群、１０…密閉式電池、１１…封止具、１２…軸部、１３…大径部、１４…側面部、１５…境界部分、１６…脆弱部分。

Claims

密閉式電池の開口部を封止する封止具であって、
軸部と、この軸部よりも直径の大きい大径部とを有する金属芯と、
前記金属芯の軸部の一部と大径部を袋状に包み込み、前記大径部を包み込む部分の内径が前記軸部を包み込む部分の内径よりも大きい、有底でつば付きの金属製筒状部材と、
有底であって、開口側から前記金属製筒状部材の一部が挿入されたつば付きの樹脂製スリーブと、を備え、
前記金属製筒状部材は、前記金属芯を前記金属製筒状部材から引き抜いていくと、前記大径部により径方向に押し広げられて変形し、
前記樹脂製スリーブは、前記金属製筒状部材の変形により、径方向に押し広げられて密閉式電池を封止する、
ことを特徴とする封止具。
前記樹脂製スリーブは、前記底面の形状が半球面または略半球面である請求項１記載の封止具。
前記樹脂製スリーブは、前記底面が曲面で構成される請求項１記載の封止具。
前記樹脂製スリーブは、前記底面が多面体で構成される請求項１記載の封止具。
開口部を有する密閉式電池であって、
前記開口部は請求項１〜４のいずれか１項記載の封止具により密閉されることを特徴とする密閉式電池。
封止具により密閉された開口部を有する密閉式電池であって、
前記封止具は、
有底でつば付きの金属製筒状部材と、
有底であって、開口側から前記金属製筒状部材の一部が挿入され、前記密閉式電池の開口部及び前記金属製筒状部材に密着した、つば付きの樹脂製スリーブと、
前記金属製筒状部材の開口部に係止された金属芯と、を備える、
ことを特徴とする密閉式電池。
前記密閉式電池は非水電解液二次電池であり、前記密閉式電池の開口部は電解液の注液口である請求項５または６記載の密閉式電池。