JP2012084311A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子部材と蓋部材とを樹脂成形で一体化した蓋サブアッシのシール耐久性を向上させる電池を提供すること。
【解決手段】電池１００は，インサート成形された樹脂部３３によって，電極端子部材３１と蓋部材２０との間を絶縁する。さらに，電極端子部材３１は，蓋部材２０を挿通する部位に，ストレート形状の挿通部３１３を有し，さらに電池ケース１０の内側に，カーブ形状の内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂを有する。そして，樹脂部３３は，これらの内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂから離間するように，インサート成形によって電極端子部材３１と蓋部材２０とを一体化する。
【選択図】 図３

Description

本発明は，電池ケースに収納された発電要素を蓋部材で封止する電池に関する。さらに詳細には，発電要素に接続し，蓋部材を挿通する電極端子部材を，インサート成形によって蓋部材に固定した蓋サブアッシを有する電池に関するものである。

電池は，携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器，ハイブリッド車両や電気自動車等の車両など，多岐にわたる分野で利用されている。このような電池は，缶体のケースに発電要素を収納し，ケースの開口部に蓋部材を溶接することで，発電要素を封止している。また，蓋部材には，電極端子部材を挿通させるための挿通孔があり，一端を発電要素と電気的に接続する電極端子部材の端部が挿通孔を介して蓋部材から延出している。

この電極端子部材の蓋部材への固定方法としては，例えば，電極端子部材と蓋部材との絶縁と，電極端子部材と蓋部材との隙間の封止とを兼ねるシール部材が利用されている。このシール部材に，電極端子部材と蓋部材とをそれぞれ嵌め合わせることで，電極端子部材と蓋部材とをシール部材を介して固定する。しかし，この固定方法は，部品点数が多く，製造工程も煩雑であり，低コスト化を妨げる傾向にある。また，振動等の外乱によってシール部材と被シール部材との間に隙間が生じやすく，品質保証も難しい。

そこで，電極端子部材と蓋部材とをインサート成形によって一体化し，蓋サブアッシとする方法が提案されている（例えば，特許文献１）。インサート成形による従来の端子構造としては，例えば，図５に示すように，正極端子部材３１の蓋部材２０への挿通箇所を樹脂部３３０で充填する。この固定方法では，部品点数が少なく，製造工程もシンプルである。また，振動等の外乱に強く，高品質となる。なお，正極端子部材３１および蓋部材２０の表面には，あらかじめ，樹脂との接着性を向上させるため，有機めっき処理による接着層が形成される。

特開２００９−１０４７９３号公報

しかしながら，前記した従来の端子構造には，次のような問題があった。すなわち，電極端子部材には，湾曲部分が幾つか存在する。従来，図５に示したように，正極端子部材３１の湾曲部（例えば，図５の点線枠部）を含めてインサート成形を行うことで，湾曲部を樹脂部３３０が覆う構成になっている。このような構成にすることで，正極端子部材３１と樹脂部３３０とのシール長を確保し，そのシール強度の向上が図られていた。

しかし，正極端子部材３１の湾曲部（特に内側部分）では，めっき処理時に液だまりが生じやすい。そのため，表面の接着層が不均一になりやすく，湾曲部で剥離が進行してしまうことがある。その結果，電解液による浸食が著しくなり，反ってシール耐久性を欠くことがわかった。

本発明は，前記した従来の電池が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，電極端子部材と蓋部材とを樹脂成形で一体化した蓋サブアッシのシール耐久性を向上させる電池を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた電池は，発電要素と，発電要素を収納し，開口面を有する電池ケースと，電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と，蓋部材に形成された挿通孔を通じて蓋部材を挿通し，一方の端部を発電要素に接続し，他方の端部を蓋部材上に延出する金属製の電極端子部材と，電極端子部材と蓋部材との間を絶縁するとともに，インサート成形によって電極端子部材を蓋部材に固定する樹脂部とを有する電池にであって，電極端子部材は，蓋部材を蓋部材に非接触で挿通するストレート形状の挿通部と，蓋部材よりも電池ケース内側に位置するカーブ形状の内側湾曲部とを有し，電極端子部材の表面には，樹脂部と接着させるための表面処理が施され，樹脂部は，電極端子部材のうち，挿通部と接し，内側湾曲部と離間していることを特徴としている。

本発明の電池は，インサート成形された樹脂部によって電極端子部材と蓋部材との間を絶縁するものである。さらに，電極端子部材は，蓋部材の挿通孔を介して蓋部材を挿通する部位に，ストレート形状の挿通部を配置し，電池ケースの内側に，カーブ形状の内側湾曲部を少なくとも１つ配置している。樹脂部は，電極端子部材と蓋部材とが接しないように，さらには樹脂部自身が電極端子部材の内側湾曲部と離間するように，インサート成形によって形成される。なお，金属製の電極端子部材を樹脂部と接着させるには，あらかじめ，電極端子部材の表面に，有機めっき処理等の表面処理が施される。より具体的には，例えば，トリアジンチオール化合物またはシランカップリング剤で表面処理を行う。

本発明の電池では，表面処理が不均一な内側湾曲部を樹脂部に接着させず，表面処理が均一に施される挿通部を樹脂部に接着させる。この構成により，シール強度が部分的に弱くなる可能性が低くなり，結果としてシール耐久性の向上が期待できる。

また，本発明の電池の電極端子部材は，挿通部と接続し，蓋部材よりも電池ケース外側に位置するカーブ形状の外側湾曲部と，外側湾曲部と接続するストレート形状の平板部とを有し，樹脂部は，電極端子部材のうち，外側湾曲部および平板部と接しているとよい。

すなわち，電極端子部材は，電池ケース外側にもカーブ形状の部位である外側湾曲部を設ける。そして，樹脂部を，挿通部に加え，外側湾曲部および外側湾曲部に接続する平板部と接触させる。この構成にすることで，樹脂部の電極端子部材とのシール箇所をストレート形状の挿通部のみとする場合と比較して，シール箇所の面積（シール面積）が大きくなる。つまり，シール箇所を挿通部のみとすると，シール耐久性の向上は期待できるものの，シール面積不足が懸念される。シール面積が不足すると，シール強度が低下し，ボルト締めのトルク等によって剥離が生じるおそれがある。一方で，蓋部材よりも外側では，電解液による浸食の可能性が低い。そこで，蓋部材よりも外側では電極端子部材を湾曲し，シール面積が大きくしてシール強度を高める。これにより，シール強度の確保とシール耐久性の向上との両立が期待できる。

また，本発明の電池の電極端子部材の平板部は，一方の面を樹脂部と接触し，他方の面を露出するとよい。

すなわち，電極端子部材の平板部を，一方の面を樹脂部と接させ，他方の面を露出させる。この構成にすることで，電極端子部材の熱引けがよくなる。つまり，電極端子部材には，電池ケース内に篭った熱が伝わる。また，電極端子部材自身の導電抵抗によって熱が生じる。ここで，平板部の両面を樹脂部で覆うと，シール面積は大きくなるものの，電極端子部材に伝わった熱が逃げ難くなる。そして，電極端子部材が高温になり過ぎると，樹脂部を劣化させるおそれがある。そこで，平板部の一面を開放し，放熱性を高める。これにより，樹脂劣化を抑制しつつ，シール強度の確保とシール耐久性の向上との両立が期待できる。

本発明によれば，電極端子部材と蓋部材とを樹脂成形で一体化した蓋サブアッシのシール耐久性を向上させる電池が実現される。

実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の構成を示す斜視透視図である。 図１に示したリチウムイオン電池の，電極端子と蓋体とを接合した蓋サブアッシの構造を示す斜視図である。 図２に示した蓋サブアッシの，Ａ方向から見た奥行き方向断面の構造を示す断面図である。 シール剥離長と試験時間との関係を示す図である。 従来の形態にかかる端子の接合構造を示す断面図である。

以下，本発明にかかる電池を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，以下の形態では，ハイブリッド自動車に車載されるリチウムイオン電池に本発明を適用する。

［リチウムイオン電池の構成］
本形態のリチウムイオン電池１００は，図１に示すように，発電要素６０と，発電要素６０を収容し，リチウムイオン電池１００の外殻を形成する角型の外装部５０とを有する密閉型の二次電池である。図１は，外装部５０を透視した状態を示している。なお，以下の説明では，説明の便宜上，外装部５０の長手方向（図１中のＸ方向）を「幅方向」，外装部５０の高さ方向（図１中のＹ方向）を「高さ方向」，外装部５０の奥行き方向（図１中のＺ方向）を「奥行き方向」とする。

また，外装部５０は，容器となる電池ケース１０と，電池ケース１０の開口面を封止する蓋部材２０とを有している。電池ケース１０は，アルミニウム，アルミニウム合金，めっき鋼板，ステンレス鋼板等の金属材からなり，蓋部材２０は，アルミニウム，めっき鋼板，ステンレス鋼板等の金属材からなる。電池ケース１０や蓋部材２０に利用する金属材は，成形が容易であって，剛性があるものであればよい。外装部５０の内側全面には，不図示の絶縁フィルムが貼付されている。

電池ケース１０は，有底矩形の箱体，すなわち上面が開口した直方体をなしている。電池ケース１０は，発電要素６０を収納しており，矩形板状の蓋部材２０にてその開口面を塞ぐことによって発電要素６０を密封をしている。具体的に，外装部５０は，電池ケース１０と蓋部材２０とがレーザ溶接によって一体となっている。

蓋部材２０には，蓋部材２０を挿通し，蓋部材２０から外装部５０の外側に向けて突出する正極端子部材３１および負極端子部材３２が取り付けられている。正極端子部材３１は，発電要素６０の正極板６１（アルミ箔）との溶接を考慮して，純アルミによって形成される。一方，負極端子部材３２は，発電要素６０の負極板６２（銅箔）との溶接を考慮して，純銅によって形成される。

正極端子部材３１の蓋部材２０への取り付け箇所には，樹脂部３３が介在し，正極端子部材３１と蓋部材２０との間を絶縁している。樹脂部３３には，例えばＰＰＳ樹脂が適用可能である。樹脂部３３は，インサート成形によって形成される部材であり，正極端子部材３１および蓋部材２０と一体となっている。なお，正極端子部材３１と蓋部材２０との接合箇所の詳細については後述する。

同様に，負極端子部材３２の蓋部材２０への取り付け箇所には，樹脂部３４が介在し，負極端子部材３２と蓋部材２０との間を絶縁している。樹脂部３４についても，インサート成形によって形成される部材であり，負極端子部材３２および蓋部材２０と一体となっている。

樹脂部３３，３４は，正極端子部材３１および負極端子部材３２と蓋部材２０とを金型にセットし，溶融した成形樹脂を金型内に射出することによって形成される。つまり，樹脂部３３と樹脂部３４とは，同時に形成される。

また，蓋部材２０，正極端子部材３１および負極端子部材３２の全面には，インサート成形によって形成される樹脂部３３，３４との接合性を向上させるための表面処理が施されている。具体的に本形態では，有機めっきによる接着層が形成されている。

また，蓋部材２０には，その幅方向の中央部に，安全弁２３が設けられている。安全弁２３は，蓋部材２０と一体的に形成され，蓋部材２０の一部となっている。安全弁２３は，蓋部材２０の他の部分よりも厚さが薄い薄膜状に形成されるとともに，Ｖ字状の溝を有する破断部が形成されている。安全弁２３は，電池ケース１０内部の圧力が所定値に達した際に，破断部が破断するようになっている。

また，蓋部材２０には，その幅方向の中央部よりも負極端子部材３２側に，電解液を電池ケース１０内に注入するための注液口２４が設けられている。電解液は，電池ケース１０と蓋部材２０とをレーザ溶接した後，注液口２４を介して注入される。

発電要素６０は，帯状の正極板６１と負極板６２とをセパレータを挟んで捲回し，扁平状にしたものである。正極板６１は，帯状のアルミ箔の両面に不図示の正極活物質層を担持している。この正極活物質層には，例えば，正極活物質のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂ ），導電剤のアセチレンブラック，および結着剤のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）が含まれる。また，負極板６２は，帯状の銅箔の両面に不図示の負極活物質層を担持している。この負極活物質層には，例えば，グラファイトおよび結着剤が含まれる。また，セパレータは，多孔質のポリプロピレン樹脂シートからなる。

また，電池ケース１０内に注入される電解液は，エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを，体積比でＥＣ：ＥＭＣ＝３：７に調整した混合有機溶媒に，溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）を添加し，リチウムイオンを１ｍｏｌ／ｌの濃度とした有機電解液である。正極板６１，正極活物質層，負極板６２，負極活物質層，セパレータ，電解液に利用される物質は，一例であり，一般的にリチウムイオン電池に利用されるものを適宜選択すればよい。

また，正極板６１は，屈曲した箇所を複数有する板状の正極端子部材３１と接合され，負極板６２は，同じく屈曲した箇所を複数有する板状の負極端子部材３２と接合されている。具体的に，正極端子部材３１は，発電要素６０の幅方向の一方の端部に露出する正極板６１と接合している。一方，負極端子部材３２は，他方の端部に露出する負極板６２と接合している。

［端子部材の接合構造］
続いて，正極端子部材３１の封止蓋２０への接合構造について説明する。なお，負極端子部材３２については，基本的に正極端子部材３１と同じ構造であるため，説明を省略する。

図２は，樹脂部３３，３４のインサート成形後の，正極端子部材３１，負極端子部材３２および蓋部材２０を一体化した状態，すなわち蓋サブアッシとした状態を示している。また，図３は，図２の蓋サブアッシについて，正極端子部材３１と封止蓋２０との接合箇所の奥行き方向断面をＡ方向から見た断面を示している。

正極端子部材３１は，電池ケース１０の内部において，発電要素６０の正極板６１と電気的かつ機械的に接続している。一方で，蓋部材２０に形成された挿通孔２６を通じて外装部５０の外部（蓋部材２０上）に延出している。さらに，正極端子部材３１は，蓋部材２０の上方で，蓋部材２０の中央部側に位置するボルト３５に向かって幅方向に折れ曲がる形状，すなわち略Ｌ字状をなしている。なお，以下の説明では，正極端子部材３１のうち，挿通孔２６よりも電池ケース１０内側に位置する部位を内側部位とし，挿通孔２６よりも上側に位置する部位を外側部位とする。

また，正極端子部材３１は，外側部位の端部３１９がリング状をなし，そのリング状の端部３１９は蓋部材２０上に配置された金属製のボルト３５と嵌合している。負極端子部材３２についても，外側部位の端部が，蓋部材２０上に配置された金属製のボルト３６と嵌合している。

また，正極端子部材３１は，蓋部材２０の挿通孔２６を，その挿通孔２６の中央で，蓋部材２０と非接触で挿通するストレート形状の挿通部３１３を有している。また，正極端子部材３１は，内側部位ないし外側部位に位置し，屈曲加工によって形成されたカーブ形状の湾曲部を複数有している。

本形態では，正極端子部材３１の内側部位に，正極板６１の配置に合わせて奥行き方向に湾曲する内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂを有している。一方，外側部位には，同じく奥行き方向に湾曲する外側湾曲部３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃを有している。

具体的に，正極端子部材３１の内側部位の湾曲部としては，挿通部３１３の端部と接続し，奥行き方向に湾曲する内側湾曲部３１２ｂと，内側湾曲部３１２ｂによって折り曲げられた正極端子部材３１について，高さ方向下側に湾曲する内側湾曲部３１２ａとが設けられている。内側湾曲部３１２ａは，正極板６１と接続する接合部３１０と連結する連結部３１１と接続している。

一方，正極端子部材３１の外側部位の湾曲部としては，一方を挿通部３１３の端部と接続し，他方を蓋部材２０と平行するように奥行き方向に延出する平板部３１８の端部と連続する外側湾曲部３１４ａと，一方を平板部３１８と連続し，他方を蓋部材２０と直交するように高さ方向の上側に延出する平板部３１６の端部と連続する外側湾曲部３１４ｂと，一方を平板部３１６の端部と連続し，他方を蓋部材２０と平行するようにボルト３５側に延出する平板部３１７の側面と連続する外側湾曲部３１４ｃとが設けられている。そして，外側湾曲部３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃによって，図３に示したように，断面コの字形状をなしている。

外側湾曲部３１４ａと外側湾曲部３１４ｂとを繋ぐ平板部３１８は，一方の面が樹脂部３３と接している。そして，他方の面は露出しており，外側湾曲部３１４ｃと連続する平板部３１７との間には隙間が設けられている。

すなわち，正極端子部材３１の樹脂部３３との接触部位をストレート形状の挿通部３１３のみとすると，樹脂部３３とのシール箇所の面積（シール面積）が小さく，シール面積不足が懸念される。シール面積が不足すると，シール強度が低下する。一方で，蓋部材２０よりも上側では，剥離が生じたとしても電解液による浸食の可能性が低い。そこで，平板部１８が樹脂部３３と接触することでシール面積を大きくし，シール強度を高める。また，平板部でシール面積を稼ぐことができるため，樹脂量を減らすこともできる。

また，正極端子部材３１には，電池ケース１０内に篭った熱が伝わる。さらには，正極端子部材３１自身の導電抵抗によっても熱が生じる。ここで，平板部３１８全体を樹脂部３３で覆うと，シール面積はより確保されるものの，正極端子部材３１に伝わった熱が逃げ難くなる。正極端子部材３１が高温になり過ぎると，樹脂部３３を劣化させるおそれがある。そこで，本形態では，平板部３１８の一面を開放し，放熱性を高めることで，樹脂劣化を抑制しつつ，シール強度を確保する。

さらに，インサート成形によってなる樹脂部３３は，正極端子部材３１の挿通部３１３，３１８，外側部位の外側湾曲部３１４ａ，３１４ｂと接している。一方で，正極端子部材３１の内側部位の内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂとは接していない。すなわち，樹脂部３３の内側部位では，正極端子部材３１とのシール部分は，均一に表面処理が施されるストレート部のみであり，シール耐久性を低下させる湾曲部は存在しない構成になっている。この構成により，シール強度が部分的に弱くなる可能性が低くなり，結果としてシール耐久性の向上が期待できる。

［実施例］
続いて，本発明の効果を検証するための試験結果について説明する。本試験では，図３の端子構造（樹脂部の内側部位に電極端子部材の湾曲部が存在しない構造）を有するリチウムイオン二次電池（構成Ａ：本発明）と，図５の端子構造（樹脂部の内側部位に電極端子部材の湾曲部が存在する構造）を有するリチウムイオン二次電池（構成Ｂ：従来品）とを，サンプルとして用意した。

そして，本試験では，各サンプルについて，６５度の温度環境下で，充電および放電を繰り返し行った後，樹脂部３３のシール剥離長を計測した。図４は，シール剥離長と試験時間との関係を示している。

図４に示すように，本発明のリチウムイオン二次電池である構成Ａでは，試験時間が１０００時間に達した段階であっても，シール剥離長が０．５ｍｍにも満たなかった。一方，従来品のリチウムイオン二次電池である構成Ｂでは，試験時間が５００時間の段階で，シール剥離長が既に２ｍｍを超え，１０００時間の段階では，シール剥離長が３ｍｍにも達していた。この結果から，本発明のリチウムイオン二次電池の方が，樹脂部のシール耐久性に優れていることが判る。

以上詳細に説明したように本形態のリチウムイオン二次電池１００は，インサート成形された樹脂部３３によって，正極端子部材３１と蓋部材２０との間を絶縁している。さらに，正極端子部材３１は，蓋部材２０を挿通する部位に，ストレート形状の挿通部３１３を配置し，電池ケース１０の内側に，カーブ形状の内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂを配置している。そして，樹脂部３３は，これらの内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂから離間し，正極端子部材３１と蓋部材２０とを固定している。すなわち，電池１００は，インサート成形の際，樹脂３３が内側湾曲部３１２ａ，３１２ｂに接しないようにし，表面処理が均一に施される挿通部３１３と接するようにしている。この構成により，シール強度が弱くなる部位が発生する可能性が低くなり，結果としてシール耐久性の向上が期待できる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，リチウムイオン電池は，車載用に限らず，家電製品やパソコン等の電池利用機器に利用されるものであってもよい。また，電池はリチウムイオン電池に限るものではない。すなわち，ニッケル水素電池やニッカド電池等の二次電池でも，また一次電池であっても本発明を適用できる。

また，実施の形態の正極端子部材３１では，平板部３１８の片面を露出し，熱引きを良くしているが，両面を樹脂部３３に接するように埋めてもよい。この構成により，樹脂３３との接触面積が大きくなり，シール強度の強化が期待できる。

また，実施の形態の正極端子部材３１では，平板部３１８の片面を樹脂３３と接し，シール強度を確保しているが，両面を樹脂部３３に非接触となるように構成してもよい。この構成により，正極端子部材３１の湾曲部がすべて樹脂部３３と非接触となり，部分的にシール強度が弱くなる可能性がより低くなる。

また，実施の形態の正極端子部材３１は，シール強度を向上させるため，あるいはボルト３５と嵌合するため，蓋部材２０の外側の位置に，複数の外側湾曲部３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃを設けているが，蓋部材２０よりも外側の形状は，湾曲部がないストレート形状であってもよい。一方で，蓋部材２０の内側の位置には，少なくとも１つの湾曲部が設けられる。

１０ 電池ケース
２０ 蓋部材
２６ 挿通孔
３１ 正極端子部材（電極端子部材）
３２ 負極端子部材（電極端子部材）
３３ 樹脂部
３４ 樹脂部
６０ 発電要素
１００ リチウムイオン電池（電池）
３１２ａ 内側湾曲部
３１２ｂ 内側湾曲部（内側湾曲部）
３１３ 挿通部（挿通部）
３１４ａ 外側湾曲部（外側湾曲部）
３１４ｂ，３１４ｃ 外側湾曲部
３１６，３１７ 平板部
３１８ 平板部（平板部）

Claims (3)

1. 発電要素と，
   前記発電要素を収納し，開口面を有する電池ケースと，
   前記電池ケースの開口面を閉塞する蓋部材と，
   前記蓋部材に形成された挿通孔を通じて前記蓋部材を挿通し，一方の端部を前記発電要素に接続し，他方の端部を前記蓋部材上に延出する金属製の電極端子部材と，
   前記電極端子部材と前記蓋部材との間を絶縁するとともに，インサート成形によって前記電極端子部材を前記蓋部材に固定する樹脂部と，
   を有する電池において，
   前記電極端子部材は，
   前記蓋部材を前記蓋部材に非接触で挿通するストレート形状の挿通部と，
   前記蓋部材よりも前記電池ケース内側に位置するカーブ形状の内側湾曲部と，を有し，
   前記電極端子部材の表面には，前記樹脂部と接着させるための表面処理が施され，
   前記樹脂部は，
   前記電極端子部材のうち，前記挿通部と接し，前記内側湾曲部と離間していることを特徴とする電池。
2. 請求項１に記載する電池において，
   前記電極端子部材は，
   前記挿通部と接続し，前記蓋部材よりも前記電池ケース外側に位置するカーブ形状の外側湾曲部と，
   前記外側湾曲部と接続するストレート形状の平板部と，を有し，
   前記樹脂部は，
   前記電極端子部材のうち，前記外側湾曲部および前記平板部と接していることを特徴とする電池。
3. 請求項２に記載する電池において，
   前記電極端子部材の平板部は，
   一方の面を前記樹脂部と接触し，他方の面を露出していることを特徴とする電池。

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