JP2012119223A - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外装を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子を固定する電池において、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供することを課題とする。
【解決手段】集電端子４５の平板部４６は、蓋部３２の内側面に沿って設けられる部位であり、絶縁部材５０を介して外装３０（蓋部３２）の内側面に沿って配置される。平板部４６を外装３０の内側面に向かってプレスすることによって、集電端子４５と外装３０との間に圧迫力を発生させる。平板部４６に対するプレス方向の延長線上には、蓋部３２の内側面に設けられる受け溝３２ａが配置される。この受け溝３２ａによって、圧迫力によって変形する絶縁部材５０の変形を許容するとともに、その内部に絶縁部材５０の一部が入り込むことによって蓋部３２と絶縁部材５０間のシールを強固にしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池に関し、特に、外部端子を外装に固定する技術に関する。

電池の外装は、電池の発電要素を収納する。外装の外側面には、外装を貫通して外方に突出する外部端子（正極端子及び負極端子）が固定される。外部端子は、発電要素と電気的に接続されており、外部端子を通じて電池内部と外部との電力のやり取りが行われる。

電池がリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である場合は、電池内部に水分が浸入すると電池性能に影響することが知られている。このため、電池の密閉度を十分に高くする必要がある。
さらに、外部端子と外装の固定部においては、外部端子が電池から抜け落ちないための抜け落ち性、外部端子の周囲から電池内部の電解液、若しくは電池内部で発生するガスが漏れ出ないための気密性、並びに外部端子と外装の絶縁性等が求められている。すなわち、外装と外部端子の間のシール性を十分に確保する要請がある。

特許文献１には、外装の蓋部から外部端子が突出して設けられる電池において、蓋部と外部端子との間に絶縁部材を介装し、蓋部における絶縁部材の周辺にバーリング部を設け、バーリング部の突出方向と直交する方向からバーリング部をプレスしてかしめることによって、外部端子を締結固定する技術が開示されている。
しかしながら、電池の繰り返し使用に伴って冷却・昇温の冷熱サイクルが繰り返されると、かしめ締結部が徐々にかしめ前の形状に戻ろうとする作用が働いて緩み、シール性能が悪化して、外装と外部端子の固定部のシール性が不十分となる場合がある。

特開２００５−３０２６２５号公報

本発明は、外装を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子を固定する電池において、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供することを課題とする。

本発明の第一態様に係る電池は、貫通孔を有する外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子と、前記外装と外部端子の間に介装される絶縁部材と、前記外装の貫通孔の周縁に位置し、当該外装の外方へ向けて突出するバーリング部と、前記バーリング部の外周に配置され、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材と、を具備し、前記バーリング部をプレスして塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記外部端子と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって外部端子を貫通孔に固定する電池であって、前記集電端子の一部の部位は、前記絶縁部材を介して前記外装の内側面に沿って配置され、係る部位を外装の内側面に向かってプレスすることによって、当該集電端子と外装との間に圧迫力を発生させる。

前記外装は、前記集電端子へのプレス位置に対応する位置に、前記絶縁部材の変形を許容するための受け溝を有することが好ましい。

前記集電端子へのプレスは、前記バーリング部へのプレスと同軸上で行われることが好ましい。

本発明の第二態様に係る電池の製造方法は、貫通孔を有する外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子と、前記外装と外部端子の間、並びに、前記外装と集電端子の間に介装される絶縁部材と、を具備する電池を製造する方法であって、前記貫通孔の周縁に、前記外装の外方へ向けて突出するバーリング部を設けるとともに、前記バーリング部の外周に、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材を配置し、前記外装の貫通孔に前記絶縁部材を介して前記外部端子及び集電端子を配置し、前記バーリング部を前記外装の外方側からプレスして塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔に固定すると同時に、前記集電端子を前記外装の内側面に向かってプレスして塑性変形させることにより、前記集電端子と前記外装との間に圧迫力を発生させる。

前記集電端子へのプレスは、前記バーリング部へのプレスと同軸上で行われることが好ましい。

本発明によれば、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供できる。

電池の概略構成を示す図である。 外装と外部端子との固定部を示す拡大断面図である。 集電端子と外部端子の接合部を示す拡大図である。 外部端子を外装に固定する際のプレスを示す図である。

図１を参照して、本発明に係る電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子４０・４０と、外部端子４０・４０と外装３０との間に介装される絶縁部材５０・５０と、を具備する。

発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。

外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。

外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
各集電端子４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。

外部端子４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。

外部端子４０・４０は、絶縁部材５０・５０を介して蓋部３２に固定される。絶縁部材５０は、外部端子４０の周囲を巻装し、外装３０と外部端子４０とを電気的に絶縁する。
絶縁部材５０の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が挙げられる。

以下では、図２を参照して、外装３０と外部端子４０の固定形態について説明する。
図２（ａ）に示すように、外装３０は、外部端子４０・４０が貫通可能な貫通孔３３・３３を有し、各貫通孔３３の周囲に外装３０の外側に向けて突出するバーリング部３４が形成される。

貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、外装３０の厚み方向に貫通している。
バーリング部３４は、貫通孔３３の周縁に、外装３０の内側から外側へ向けて垂直に突出して設けられる厚肉部位である。バーリング部３４は、外装３０の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。

バーリング部３４の外周部には、補強リング３５が嵌合される。
補強リング３５は、外装３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の金属材料（例えば鉄）で成形されたリング状の部材であり、バーリング部３４の径方向にかかる外力に対する強度を補強する補強部材である。補強リング３５の内径は、バーリング部３４の外径と略同一に形成される。

絶縁部材５０は、上記のように、外装３０と外部端子４０を絶縁する絶縁性に加えて、電池１０内部の気密性を確保するための部材としても機能する。
具体的には、図２（ｂ）に示すように、貫通孔３３内に絶縁部材５０を巻装した外部端子４０を配置し、バーリング部３４の突出側端面の内周部を押圧してかしめることによって、バーリング部３４の内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成されている。
このとき、バーリング部３４の外周側には、バーリング部３４よりも高強度の材料からなる補強リング３５が配置されていることによって、かしめ時の押圧力が外側に緩和されることが防止されるため、膨出部３４ａは内側（外部端子４０側）に向けて膨出する。

内側に膨出した膨出部３４ａは、絶縁部材５０を圧迫し、この圧迫力が絶縁部材５０への面圧として付与される。絶縁部材５０において膨出部３４ａによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて弾性変形し、この弾性変形により生じる外力が外部端子４０への面圧として付与される。
このように、バーリング部３４の端面の内周部を上方からプレスし、かしめることによって、内側に膨出する膨出部３４ａが形成され、膨出部３４ａからの面圧が絶縁部材５０を介して外部端子４０に伝達される。係る面圧によって外部端子４０が圧迫されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。
このとき、膨出部３４ａは、プレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、絶縁部材５０と外部端子４０とを締結固定しているため、外装３０、絶縁部材５０、及び外部端子４０間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池１０を使用する際の冷熱サイクルを受けても、膨出部３４ａは変形し難く、固定部が緩むことがない。

外部端子４０の軸方向中途部には、気密溝４１が形成される。気密溝４１は、外部端子４０の周方向に沿って、その外周全周に亘って形成される半円状（又は半楕円状等、溝端部にエッジラインを有する形状）の溝であり、所定の溝幅を有する。
絶縁部材５０が上記のように弾性変形し、外部端子４０の気密溝４１内に入り込むとともに、気密溝４１のエッジラインに食い付くことによって、絶縁部材５０と外部端子４０とが強固に密着し、気密性が確保される。
なお、バーリング部３４の端面に対するプレス時に、プレス下端と気密溝４１の外方側エッジラインとが略同じ位置になるように設定することが好ましく、これにより、膨出部３４ａの塑性変形量が最も大きい位置に気密溝４１のエッジラインが位置することになり、絶縁部材５０と外部端子４０との密着度を効率良く向上できる。

図３に示すように、外部端子４０の下端部（電池内側端部）には、径方向に延出するフランジ４４が形成される。外部端子４０と集電端子４５とは、フランジ４４の下面にて接合される。
集電端子４５は、外部端子４０のフランジ４４と対向するように延出される平板部４６を具備する。平板部４６は、集電端子４５の上端部を形成し、外装３０（蓋部３２）の内側面に沿って配置される。言い換えれば、平板部４６は、蓋部３２の延在方向と平行に配置されている。フランジ４４の下面と平板部４６の上面が接合されることによって、外部端子４０と集電端子４５が電気的に接続される。平板部４６と蓋部３２の間には絶縁部材５０が介装され、集電端子４５と蓋部３２の間の絶縁性が確保されている。

図３に示すように、集電端子４５の平板部４６の一部は、外装３０の内側面に向けてプレスされている。より具体的には、平板部４６の下面において、フランジ４４の外周面よりも外周側、かつ、貫通孔３３の内周面よりも外周側であって、バーリング部３４の略下方に位置する部位が、外装３０の内方側から外方側（図示において上方）に向けてプレスされ、上方に向けて膨出する膨出部４６ａが形成されている。膨出部４６ａは、外部端子４０の軸心を中心とする円形状に形成される。
集電端子４５の平板部４６の一部が絶縁部材５０に向けて塑性変形して膨出部４６ａを形成し、膨出部４６ａによって集電端子４５と絶縁部材５０の間の密着度を向上する。従って、外部端子４０と外装３０の固定部において、気密溝４１によるシールポイントに加えて、集電端子４５へのプレスによるシールポイントを確保でき、シール性を向上している。

また、図３に示すように、蓋部３２の内側面の、上記平板部４６へのプレス位置に対応する位置、つまり膨出部４６ａの膨出方向の延長線上には、受け溝３２ａが形成される。受け溝３２ａは、端部にエッジラインを有する凹部であり、平板部４６へのプレス形態に応じた形状を有する。すなわち、受け溝３２ａは、膨出部４６ａによって圧迫力を受けて弾性変形する絶縁部材５０の変形を許容するための溝として形成されている。なお、受け溝３２ａは、貫通孔３３の周囲に設けられ、外部端子４０と同軸上に位置するように設けられる。
平板部４６へのプレスによって、一部が塑性変形して膨出部４６ａが形成される。膨出部４６ａにより、絶縁部材５０に圧迫力が付与され、絶縁部材５０が上方に向けて弾性変形する。このとき、絶縁部材５０の一部が受け溝３２ａ内に入り込むとともに、エッジラインに食い付くことにより、蓋部３２と絶縁部材５０とが強固に密着する。

以上のように、集電端子４５の平板部４６には、電池１０の内側から外側に向けたプレスが行われる。これにより、平板部４６の一部が膨出して膨出部４６ａが形成されて、集電端子４５が絶縁部材５０に圧着し、さらに絶縁部材５０を外装３０に向けて押圧する。このように、外装３０と外部端子４０の固定部におけるシールポイントが二箇所となり、電池１０のシール性を向上できる。
さらに、平板部４６へのプレス位置の延長線上に受け溝３２ａを配置することによって、プレスによって弾性変形する絶縁部材５０の一部を受け溝３２ａ内に入り込ませて、絶縁部材５０と蓋部３２の間の密着度を向上でき、シール性の向上に寄与できる。

以下、図４を参照して、外部端子４０、集電端子４５及び絶縁部材５０を外装３０の蓋部３２に固定する際のプレス方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、絶縁部材５０を巻装して、集電端子４５を接合した状態の外部端子４０を蓋部３２の貫通孔３３内に配置する。補強リング３５は、蓋部３２のバーリング部３４の外周に嵌合している。

次に、図４（ｂ）に示すように、一体的に配置された蓋部３２、外部端子４０、及び集電端子４５を治具６０にセットする。治具６０は、集電端子４５に下方から当接するとともに、集電端子４５をプレスするものであり、上面に円環状の凸部６１を有する。
凸部６１は、治具６０の上面から上方に突出する部位であり、蓋部３２に設けられる受け溝３２ａに応じた位置に設けられる。言い換えれば、凸部６１は、受け溝３２ａと同軸上、つまり外部端子４０と同軸上に位置する。凸部６１の断面形状としては、四角、三角、半円形状等が好ましい。

そして、図４（ｃ）に示すように、パンチ６５を用いて、バーリング部３４の突出側端部の内周部をプレスする。パンチ６５は、先端にプレス刃を有する円筒形状に形成される工具であり、そのプレス刃によってバーリング部３４の上端部をプレスしてかしめる。すなわち、パンチ６５は、バーリング部３４及び外部端子４０と同軸上に位置するプレス刃によって、外部端子４０の軸方向に沿ってプレスする。パンチ６５は、移動装置６６に固定されており、移動装置６６を作動させることによって、パンチ６５が上下方向に移動し、プレスが行われる。
パンチ６５の外周側には、バーリング部３４の外周に配置される補強リング３５を押さえるリング押さえ６７が設けられる。リング押さえ６７は、ばね６８を介して移動装置６６に支持される。すなわち、パンチ６５によるバーリング部３４へのプレスは、リング押さえ６７及びばね６８によって補強リング３５に荷重を加えて、補強リング３５の脱落を防止した状態で行われる。
移動装置６６を作動させて、パンチ６５によってバーリング部３４をプレスすると同時に、パンチ６５の荷重を受けて、蓋部３２、外部端子４０、及び集電端子４５が治具６０に押し付けられ、凸部６１によって集電端子４５がプレスされる。

これにより、バーリング部３４の内周側に膨出部３４ａが形成されて、絶縁部材５０を径方向に圧迫してシールすると同時に、平板部４６の上方に膨出部４６ａが形成されて、絶縁部材５０を軸方向に圧迫してシールする。
より具体的には、膨出部３４ａによる圧迫力を受けた絶縁部材５０は、外部端子４０の径方向内側に弾性変形し、その一部が気密溝４１に入り込み、そのエッジラインに食い付くことによって、バーリング部３４の内周面と外部端子４０の外周面との間の気密性を確保する。また、膨出部４６ａによる圧迫力を受けた絶縁部材５０は、外部端子４０の軸方向上方に弾性変形し、その一部が受け溝３２ａに入り込み、そのエッジラインに食い付くことによって、蓋部３２の内側面と集電端子４５の上端面との間の気密性を確保する。
以上のように、バーリング部３４へのプレスと集電端子４５へのプレスを同時に行うことによって、貫通孔３３に外部端子４０を締結固定するための工程に対して、工数を増加することなく集電端子４５と蓋部３２との間の気密性を確保でき、電池１０のシール性を向上できる。

電池１０の内部には電解液が充填されるが、鉄製の外部端子４０とアルミ製又は銅製の集電端子４５との間の接合部に電解液が浸入すると電食反応が進むため、外部端子４０と集電端子４５を異種金属にて構成する場合は、異種金属間の接合部への電解液の浸入を確実に防止する必要がある。
これに対して、本実施形態では、集電端子４５における外部端子４０との接合部である平板部４６に対するプレスによって、集電端子４５の平板部４６と絶縁部材５０との間の密着性を十分に確保しているため、接合部への電解液の浸入を防止できるという効果を奏する。従って、外部端子４０・４０の材質に高強度、かつ、コスト的に有利な鉄を採用できる。

また、パンチ６５のプレス刃と治具６０の凸部６１は、同軸上に配置されている。
これにより、パンチ６５と治具６０によって、ワークである蓋部３２、外部端子４０、及び集電端子４５を挟み込むため、押圧力を効率的に伝達でき、パンチ６５及び治具６０によるかしめ締結部において十分な面圧を確保できる。
なお、本実施形態のように、治具６０の凸部６１による集電端子４５へのプレス位置をパンチ６５によるプレス位置と軸方向に沿って同様の位置、つまり、その延長線上に設定することがさらに好ましく、係る場合、プレス時の強度バランスが保たれるため、上下方向からの押圧力をより効率的に利用できる。

なお、本実施形態の絶縁部材５０は、低コスト化、加工工程の簡素化を図って一体構造を採用しているが、バーリング部３４の内周面である貫通孔３３と外部端子４０の外周面の間を絶縁する第一絶縁部材と、集電端子４５の平面部４６と蓋部３２の内側面の間を絶縁する第二絶縁部材の分割構造としても良い。この場合でも、平板部４６をプレスすることによって平板部４６と第二絶縁部材の密着度を向上でき、本実施形態と同様の効果を奏する。

１０ 電池
３０ 外装
３２ 蓋部
３２ａ 受け溝
４０ 外部端子
４４ フランジ
４５ 集電端子
４６ 平板部
５０ 絶縁部材
６０ 治具
６１ 凸部
６５ パンチ

Claims (5)

1. 貫通孔を有する外装と、
   一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、
   前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子と、
   前記外装と外部端子の間に介装される絶縁部材と、
   前記外装の貫通孔の周縁に位置し、当該外装の外方へ向けて突出するバーリング部と、
   前記バーリング部の外周に配置され、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材と、を具備し、
   前記バーリング部をプレスして塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記外部端子と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって外部端子を貫通孔に固定する電池であって、
   前記集電端子の一部の部位は、前記絶縁部材を介して前記外装の内側面に沿って配置され、係る部位を外装の内側面に向かってプレスすることによって、当該集電端子と外装との間に圧迫力を発生させる電池。
2. 前記外装は、前記集電端子へのプレス位置に対応する位置に、前記絶縁部材の変形を許容するための受け溝を有する請求項１に記載の電池。
3. 前記集電端子へのプレスは、前記バーリング部へのプレスと同軸上で行われる請求項１又は２に記載の電池。
4. 貫通孔を有する外装と、
   一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、
   前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子と、
   前記外装と外部端子の間、並びに、前記外装と集電端子の間に介装される絶縁部材と、を具備する電池を製造する方法であって、
   前記貫通孔の周縁に、前記外装の外方へ向けて突出するバーリング部を設けるとともに、前記バーリング部の外周に、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材を配置し、
   前記外装の貫通孔に前記絶縁部材を介して前記外部端子及び集電端子を配置し、
   前記バーリング部を前記外装の外方側からプレスして塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔に固定すると同時に、前記集電端子を前記外装の内側面に向かってプレスして塑性変形させることにより、前記集電端子と前記外装との間に圧迫力を発生させる電池の製造方法。
5. 前記集電端子へのプレスは、前記バーリング部へのプレスと同軸上で行われる請求項４に記載の電池の製造方法。

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