JP2012182070A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】製造の関係上、避けられない現象に起因する影響を低減でき、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れる電池を提供することを課題とする。
【解決手段】電池１０は、貫通孔３３を含む外装３０と、外部端子４０と、樹脂製の絶縁部材５０と、拘束リング３５とを具備する。拘束リング３５は、絶縁部材５０の外周側面に接した状態で、貫通孔３３の周縁部外方側に配置され、貫通孔３３の周縁部を電池内方側からプレスして塑性変形させて、塑性変形された外装３０の一部（膨出部３３ａ）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。このとき、拘束リング３５は、気密溝４１に対応する位置に配置されている。
【選択図】図３

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。

従来、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利用されている（例えば、特許文献１参照）。
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、電池のシール性を十分に高く維持する必要がある。

上記のように蓋部にバーリング部を設ける場合、製造上の理由で蓋部とバーリング部の間の角がＲ形状となり、バーリング部と絶縁部材の間に部分的に隙間が生じることが知られている。そして、バーリング部へのプレス時に、蓋部の角がＲ形状によって生じる隙間に向かって塑性流動して、端子締結に寄与しない方向に変形する。このため、端子締結に寄与する絶縁部材への圧縮力が低減してしまう。

特開２０１０−１２９３６５号公報

本発明は、製造の関係上、避けられない現象に起因する影響を低減でき、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れる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絶縁部材と、前記外装よりも高強度の材料によって構成されるとともに、前記外装の貫通孔周縁の外方側、かつ、前記絶縁部材の外周側面に接するように配置される拘束部材と、を具備し、前記外装の貫通孔周縁を内方側から外方側へ向けてプレスして塑性変形させ、当該塑性変形された外装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、外周側面に凹部を有し、前記拘束部材は、前記外部端子の凹部に対応した位置に配置される。

前記拘束部材は、前記外装の内方側において絶縁部材と接する位置が、前記外部端子の凹部の外方側端部と内方側端部との間に位置するように配置されることが好ましい。

前記拘束部材の内方側における内周縁部は、内方側端面から内周面に向かって内方側から外方側に傾斜する形状に形成されるとともに、前記拘束リングの内周縁部の形状を利用して、前記プレスによる外装の変形を前記外部端子側に誘導することが好ましい。

本発明によれば、製造の関係上、避けられない現象に起因する影響を低減でき、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断面図である。 外装と外部端子の固定部を示す拡大断面図である。 外部端子の気密溝と拘束リングの位置関係を示す図である。

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り、非水電解質電池である。
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。
蓋部３２は、外部端子４０・４０が貫通可能な貫通孔３３・３３を有する。貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、蓋部３２の厚み方向に貫通している。

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及び図３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、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、貫通孔３３の周縁部の外側面側、かつ、絶縁部材５０の外周側面に接するように、拘束リング３５を配置する。
拘束リング３５は、外装３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の材料で製造されるリング状の部材であり、外部端子４０を拘束して固定する拘束部材であるとともに、蓋部３２の貫通孔３３周囲の強度を補強するための補強部材でもある。拘束リング３５の内径は、貫通孔３３の内径と略同一である。

外部端子４０の外周側面における軸方向中途部には、気密溝４１が形成されている。気密溝４１は、外部端子４０の周方向に沿って、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）の凹部であり、所定の溝幅を有する。
電池１０では、気密溝４１の位置と拘束リング３５の位置とが対応するようにそれぞれ配置されている。言い換えれば、気密溝４１と拘束リング３５とが一部において必ず対向するように気密溝４１の位置と拘束リング３５の位置とが設定されることが好ましく、特に、拘束リング３５の内方側（蓋部３２と接する側）の端部が気密溝４１の溝内部に対応する位置に配置されることが好ましい。

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、貫通孔３３の外方側の周縁部に拘束リング３５を配置した状態で、外装３０の内方側から貫通孔３３の内周縁部を押圧してかしめることによって、蓋部３２の一部が塑性変形して、貫通孔３３の内周面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３３ａが形成される。
このとき、プレスの背面側に高強度部材の拘束リング３５が存在することにより、プレスの圧力が逃げることなく、径方向内側に向けて働くこととなる。これにより、膨出部３３ａが確実に内側に受けて膨出するように形成される。

内側に膨出した膨出部３３ａ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３３ａ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、外部端子４０及び絶縁部材５０にそれぞれ圧迫力が付与されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。特に、絶縁部材５０が気密溝４１内に入り込むとともに、そ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との気密性が確保される。
また、気密溝４１の位置に対応する位置に、蓋部３２よりも高強度の拘束リング３５を配置することにより、気密溝４１への食い付き力が低減することを防止している。

図３（ａ）に示すように、拘束リング３５の内周縁部は、チャンファー加工により面取りが施される。言い換えれば、拘束リング３５の外装３０の内方側における内周縁部は、内方側端面から内周面に向かって内方側から外方側に傾斜する形状に形成されている。
このため、拘束リング３５を蓋部３２の貫通孔３３にセットした状態では、拘束リング３５の内周縁部と貫通孔３３の間に隙間が存在することとなる。

図３（ｂ）に示すように、貫通孔３３の内周縁部をプレスする際に、拘束リング３５の内周縁部の形状によって、膨出部３３ａが拘束リング３５の内周縁部に案内されて、カット形状に沿って塑性流動する。このように、膨出部３３ａの膨出方向を拘束リング３５によって外部端子４０側へ規制することによって、締結に寄与する塑性流動を最大限に利用し、圧縮力を効率的に発生させることが可能となる。
また、プレス後の膨出部３３ａの外周側一部には拘束リング３５が存在することとなり、締結力が良好に維持される。

以上のように、拘束リング３５の縁部にはチャンファー加工が施されているが、このチャンファー加工によるカット形状を利用して、蓋部３２の変形方向、すなわち膨出部３３ａの膨出方向を外部端子４０側へ誘導している。
拘束リング３５の面取り形状に沿って誘導される蓋部３２は、径方向内側へ向かって塑性流動し、絶縁部材５０を圧縮する方向へ変形する。これにより、蓋部３２をプレスしてかしめる際の締結力を確保できる。すなわち、製造の関係上、拘束リング３５の内周縁部にチャンファー加工、丸め加工等が施される場合でも、良好なかしめ締結を実現でき、シール性に優れた電池１０を提供できる。
特に、電池１０は、リチウムイオン二次電池（非水電解質電池）であり、外装３０内への水分の混入を嫌うが、本実施形態の外部端子４０と外装３０の固定形態によれば、良好なシール性を維持でき、電池性能の低下を回避できる。

以下、図４を参照して、気密溝４１と拘束リング３５との位置関係に関する条件について説明する。
上述のように膨出部３３ａは、拘束リング３５の内周縁部のカット形状に案内されて面取り角度に沿って膨出している。これにより、内方側からプレスされる際の、膨出部３３ａの外方側の膨出端部は、拘束リング３５の内方側周縁部におけるカット端部付近に位置する。つまり、膨出部３３ａは、プレス前に拘束リング３５の内方側の内周縁部と絶縁部材５０の外周側面が接触する部分の内方側端部まで塑性変形することとなる。

本実施形態では、膨出部３３ａの変形は、拘束リング３５の内周縁部と蓋部３２との隙間に沿って誘導されるため、係る隙間に向かって変形する箇所の変形量が最も大きくなる。つまり、絶縁部材５０への圧縮力が大きくなる位置は、拘束リング３５の内方側の内周縁部近傍となる。
すなわち、膨出部３３ａによる圧縮力を絶縁部材５０及び外部端子４０に十分に伝達するためには、膨出部３３ａが気密溝４１の内方側又は外方側の何れかのエッジラインにかかっていれば良く、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示すように、拘束リング３５の内方側の内周縁部（図示における下側の内周縁部）と絶縁部材５０の外周面との接触部が気密溝４１の内方側エッジラインと外方側エッジラインの間に収まっていれば良い。

なお、拘束リング３５の内周縁部はチャンファー加工によるカット形状に限らず、丸め加工によるＲ形状としても良く、拘束リング３５を蓋部３２の貫通孔３３周縁に配置した際に蓋部３２との間に隙間を形成し、かつ、蓋部３２へのプレス時に蓋部３２の塑性変形の方向を外部端子４０側、つまり絶縁部材５０の圧縮方向に誘導可能な形状であれば適用可能である。

１０ 電池
３０ 外装
３３ 貫通孔
３５ 拘束リング
４０ 外部端子
４１ 気密溝（凹部）
５０ 絶縁部材

Claims (3)

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絶縁部材と、
   前記外装よりも高強度の材料によって構成されるとともに、前記外装の貫通孔周縁の外方側、かつ、前記絶縁部材の外周側面に接するように配置される拘束部材と、を具備し、
   前記外装の貫通孔周縁を内方側から外方側へ向けてプレスして塑性変形させ、当該塑性変形された外装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、外周側面に凹部を有し、
   前記拘束部材は、前記外部端子の凹部に対応した位置に配置される電池。
2. 前記拘束部材は、前記外装の内方側において絶縁部材と接する位置が、前記外部端子の凹部の外方側端部と内方側端部との間に位置するように配置される請求項１に記載の電池。
3. 前記拘束部材の内方側における内周縁部は、内方側端面から内周面に向かって内方側から外方側に傾斜する形状に形成されるとともに、
   前記拘束リングの内周縁部の形状を利用して、前記プレスによる外装の変形を前記外部端子側に誘導する請求項１又は２に記載の電池。

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