JP2012138202A - 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】電池１０は、外装３０と、外部端子４０と、樹脂製の絶縁部材５０と、外装３０の貫通孔３３の周縁に位置し、外装３０の外方へ向けて突出するバーリング部３４と、バーリング部３４の外周に配置される補強リング３５と、を具備する。外部端子４０は、絶縁部材５０にインサート成形された上で、貫通孔３３に配置され、バーリング部３４の突出側端面をプレスして塑性変形させて、塑性変形されたバーリング部３４の一部（膨出部３４ａ）により外部端子４０と貫通孔３３との間に圧迫力を発生させることによって外部端子４０を貫通孔３３に固定する。
【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、前記外装と外部端子の間に介装される樹脂製の絶縁部材と、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、前記バーリング部の突出側端面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、前記外部端子は、前記絶縁部材にインサート成形される。

前記外部端子は、前記プレスの端部に相当する位置に溝を具備し、前記インサート成形の際に、前記絶縁部材は前記溝の内部に入り込むことが好ましい。

本発明の電池の製造方法は、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、前記外装と外部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、前記絶縁部材を外部端子にインサート成形し、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、前記インサート成形によって一体成形された外部端子及び絶縁部材を配置し、前記バーリング部をプレスして塑性変形させることにより、前記絶縁部材を介して前記貫通孔に面圧を付与して前記外部端子を前記貫通孔に固定する。

前記外部端子は、前記プレスの端部に相当する位置に溝を具備し、前記インサート成形の際に、前記絶縁部材を前記溝の内部に入り込ませることが好ましい。

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。 外装と外部端子の固定部を示す拡大断面図である。 外部端子に絶縁部材をインサート成形した様子を示す図である。 外部端子を外装に固定する形態を示す図である。 電池の別形態を示す図である。 別形態の電池における外部端子を外装に固定する形態を示す図である。

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、樹脂製の部材であり、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）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）等の合成樹脂が挙げられる。

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、三角形状等、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、バーリング部３４の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（高さ）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と絶縁部材５０は、樹脂製の絶縁部材５０を金属製の外部端子４０にインサート成形することにより、一体成形されている。
具体的には、外部端子４０と集電端子４５を接合させた状態で、これらの部材を適宜の金型内に設置し、その周囲に絶縁部材５０をインサート成形する。これにより、図３に示すように、外部端子４０と、その周囲（気密溝４１の溝内部を含む）を隙間無く取り囲む絶縁部材５０とによって構成される一体構造が得られる。このとき、絶縁部材５０の樹脂収縮による圧縮力が外部端子４０の外周面に付与されている。

そして、図４に示すように、一体的に構成される外部端子４０と絶縁部材５０とを蓋部３２の貫通孔３３内にセットした状態で、バーリング部３４の上端部をプレスする。これにより、バーリング部３４の内周部を内側に向けて塑性変形させて膨出部３４ａを形成し、膨出部３４ａによって絶縁部材５０に面圧を付与する。このようにして、外部端子４０及び絶縁部材５０が外装３０の貫通孔３３にかしめ固定される。

上記インサート成形に際して、絶縁部材５０の収縮によって外部端子４０の外周面に圧縮力が付与され、絶縁部材５０と外部端子４０の間の密着力が増大している。すなわち、絶縁部材５０を介して外部端子４０を外装３０に固定する際、膨出部３４ａによって絶縁部材５０に付与される面圧に加えて、絶縁部材５０の収縮による面圧が外部端子４０に付与されることにより、絶縁部材５０と外部端子４０の間に大きな密着力を確保できる。従って、本実施形態によれば、絶縁部材５０を介して外部端子４０を外装３０に固定する際の固定部におけるシール性を向上できる。

また、インサート成形により、絶縁部材５０が外部端子４０の周囲に隙間無く配置されることとなるため、絶縁部材５０の内周側面と外部端子４０の外周側面との間に寸法公差が発生しない。このように、インサート成形により部品公差のばらつきを吸収することができ、部品間の公差に起因するシール性の低下を防止できる。
さらに、外部端子４０及び絶縁部材５０は、一体成形された状態で貫通孔３３内にセットされる。このため、外部端子４０と絶縁部材５０間での位置ずれが発生せず、プレス加工時の各部品の配置を容易に調整できる。従って、外部端子４０を外装３０に固定する際の加工精度を高く保つことができる。

また、インサート成形することにより、外部端子４０に設けられる気密溝４１の溝内部に絶縁部材５０が予め入り込んだ状態で、膨出部３４ａから絶縁部材５０に面圧が付与されることになる。このため、絶縁部材５０は、気密溝４１の形状に応じて変形することなく気密溝４１に対してダイレクトに密着できる。従って、絶縁部材５０がより強い力で気密溝４１へ食い付くこととなるため、シール性向上に寄与できる。

以下、図５及び図６を参照して、電池１０の別実施形態について説明する。
図５に示すように、本実施形態では、バーリング部３４の外周に配置される補強リング３５に代えて、補強部材３６が配置される。また、外部端子４０は、バーリング部３４の内周面と対向する位置に二つの気密溝４１・４１を有する。

補強部材３６は、補強リング３５と同様に外装３０を構成する材料よりも高強度の材料によって構成され、バーリング部３４の蓋部３２の外側面から突出する部位を上方から被装する。より詳細には、補強部材３６は、バーリング部３４の外径に応じた内径を有する円筒部３６ａ及び底部３６ｂを有する有底の筒状部材として形成されるとともに、底部３６ｂの中央に外部端子４０及び絶縁部材５０が貫通可能な孔部３６ｃを有する。

補強部材３６には、孔部３６ｃの内周側面から下方に向けて加圧部３６ｄが形成されている。加圧部３６ｄは、底部３６ｂから下方に向けて所定距離だけ突出して設けられる。加圧部３６ｄの突出量は、バーリング部３４へのプレス量であり、気密溝４１との位置関係等を考慮して適宜設定されている。
このように、本実施形態の電池１０では、補強部材３６を用いてバーリング部３４の周囲を被装するとともに、加圧部３６ｄによって上端面をプレスしてかしめている。なお、適宜のプレス装置（不図示）を用いて補強部材３６の底部３６ｂを押圧することによって、補強部材３６によるプレスが行われる。

補強部材３６によるバーリング部３４へのプレスと同時に、蓋部３２の内側面を加圧治具３７によってプレスする。加圧治具３７は、補強部材３６と同軸上に配置され、補強部材３６によるバーリング部３４へのプレス時に蓋部３２を固定するために用いられる治具である。
加圧治具３７は、円筒形状に形成され、上面から上方に向けて加圧部３７ａが突出して設けられる。加圧部３７ａは、適宜の突出量を持って形成されており、加圧部３７ａによって、蓋部３２の内側面がプレスされてかしめられる。つまり、本実施形態では、補強部材３６によってバーリング部３４の上端面をプレスすると同時に、加圧治具３７によって蓋部３２の内側面をプレスする。

加圧治具３７（加圧部３７ａ）のプレスにより、蓋部３２の内周部から径方向内側に向けて膨出部３２ａが形成される。加圧部３７ａによって押圧される部位の周囲には蓋部３２の厚みが十分に存在しているため、膨出部３２ａは蓋部３２の径方向内側に向けて膨出する。
膨出部３２ａによって絶縁部材５０に面圧を付与することで、絶縁部材５０が弾性変形して気密溝４１に食い付く。このように、本実施形態では、外部端子４０の下部に位置する気密溝４１において、すなわち蓋部３２が厚みを有する部位においての気密性も確保している。

以下、図６を参照して、絶縁部材５０を介して外部端子４０を外装３０の貫通孔３３に固定する際の工程について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、インサート成形により一体成形された外部端子４０及び絶縁部材５０を貫通孔３３内にセットし、補強部材３６をバーリング部３４の上方から被せる。このとき、絶縁部材５０は、インサート成形時の収縮によって、外部端子４０の周囲（気密溝４１・４１の溝内部を含む）に密着した状態で配置される。

次に、図６（ｂ）に示すように、前記プレス装置によって、補強部材３６を下方に向けて押圧することによって、蓋部３２を加圧治具３７に押し付けて、加圧部３７ａによって蓋部３２を上方に向けて押圧する。これにより、バーリング部３４をかしめて膨出部３４ａを形成し、蓋部３２をかしめて膨出部３２ａを形成する。
このとき、補強部材３６の円筒部３６ａによって、バーリング部３４の径方向外側への変形が規制されて、膨出部３４ａが径方向内側に向けて塑性変形するとともに、蓋部３２の厚みによって、蓋部３２の径方向外側への変形が規制されて、膨出部３２ａが径方向内側に向けて塑性変形する。
膨出部３４ａ・３２ａによって、絶縁部材５０に面圧が付与され、絶縁部材５０から外部端子４０に対して内側に向けた面圧が発生する。このようにして、インサート成形による樹脂収縮の圧迫力に加えて、膨出部３４ａ・３２ａからの圧迫力を受けて、外部端子４０が絶縁部材５０を介して外装３０に固定される。

以上のように、本実施形態においても同様に、絶縁部材５０を外部端子４０にインサート成形することにより、これらの間の密着度を向上し、かつ、公差のばらつきを吸収するという効果を奏する。また、インサート成形により、絶縁部材５０が気密溝４１・４１に予め入り込むことによって、気密溝４１・４１における密着力を増大することができ、シール性の向上に寄与する。
さらに、本実施形態では、外装３０の表裏面の両側からプレスしてかしめることによって、二箇所でシールすることにより、外装３０と外部端子４０との固定部におけるより良好なシール性を実現できる。

１０ 電池
３０ 外装
３３ 貫通孔
３４ バーリング部
３５ 補強リング（補強部材）
４０ 外部端子
４１ 気密溝（溝）
５０ 絶縁部材

Claims (4)

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、
   前記外装と外部端子の間に介装される樹脂製の絶縁部材と、
   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、
   前記バーリング部の突出側端面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、
   前記外部端子は、前記絶縁部材にインサート成形される電池。
2. 前記外部端子は、前記プレスの端部に相当する位置に溝を具備し、
   前記インサート成形の際に、前記絶縁部材は前記溝の内部に入り込む請求項１に記載の電池。
3. 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、
   前記外装と外部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、
   前記絶縁部材を外部端子にインサート成形し、
   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、前記インサート成形によって一体成形された外部端子及び絶縁部材を配置し、
   前記バーリング部をプレスして塑性変形させることにより、前記絶縁部材を介して前記貫通孔に面圧を付与して前記外部端子を前記貫通孔に固定する電池の製造方法。
4. 前記外部端子は、前記プレスの端部に相当する位置に溝を具備し、
   前記インサート成形の際に、前記絶縁部材を前記溝の内部に入り込ませる請求項３に記載の電池の製造方法。

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