JP2012226834A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】電池１０は、外装３０と、外部端子４０と、絶縁部材５０と、外装３０の蓋部３２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拘束リング３５と、を具備する。バーリング部３４をプレスすることにより、外部端子４０を蓋部３２に固定する。バーリング部３４と絶縁部材５０の部材間、又は、絶縁部材５０と外部端子４０の部材間のうち少なくとも一方は、テーパ係合する。
【選択図】図２

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。

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。
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。

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、貫通孔が形成される蓋部を有する外装と、一部を前記蓋部の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、前記蓋部と外部端子の間に介装される樹脂製の絶縁部材と、前記蓋部の貫通孔の周縁に位置し、当該蓋部の外方へ向けて突出するバーリング部と、を具備し、前記バーリング部の突出側端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記絶縁部材を介して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、前記バーリング部と絶縁部材の部材間、又は、絶縁部材と外部端子の部材間のうち少なくとも一方は、テーパ係合する。

前記テーパ係合は、前記バーリング部と絶縁部材の部材間、又は、絶縁部材と外部端子の部材間の何れか一方であり、かつ、前記テーパ係合する部材間以外の部材間において、前記絶縁部材が当該テーパ係合しない部材に対してインサート成形されることが好ましい。

前記テーパ係合する部材間の接触面は、前記絶縁部材の外周側面と前記バーリング部の内周側面であり、前記バーリング部は、電池内方側から外方側に向けて縮径するテーパ状に形成さ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。 外装と外部端子の固定部の一形態を示す図である。 バーリング部へのプレスの様子を示す図である。 外装と外部端子の固定部の別形態を示す図である。 外装と外部端子の固定部の別形態を示す図である。

［電池の全体構成］
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貫通孔３３・３３に固定される。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。また、集電端子４５と外部端子４０とは、別体として構成して接合しても良いし、一体的に構成しても良い。

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）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）等の合成樹脂（スーパーエンプラ）が挙げられる。

［外装と外部端子の固定形態］
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、外装３０の各貫通孔３３の周縁部には、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。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、拘束リング３５が配置される。
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、バーリング部３４を外周側から拘束することによって、バーリング部３４の径方向の強度を補強する。拘束リング３５の内径は、バーリング部３４の外径と略同一である。

バーリング部３４は、突出方向に沿ってテーパ状に形成される。バーリング部３４のテーパ方向は、径方向外側から内側に向かう方向であり、基端部から突出端部に向けて縮径するテーパ状に形成される。バーリング部３４の内周側面及び外周側面は、外装３０の内方側から外方側に向かって縮径するテーパ面として形成される。
このように、蓋部３２においては、外部端子４０及び絶縁部材５０が固定される貫通孔３３の内周面がテーパ状に形成されている。

拘束リング３５の内周側面は、バーリング部３４の外周側面のテーパ形状に対応するようにテーパ状に形成され、バーリング部３４の外周側面とテーパ係合する。拘束リング３５の底部側の内径は、バーリング部３４の基端部の外径と略同一であり、外装３０の内側から外側に向かって縮径する。
このように、拘束リング３５とバーリング部３４との係合部分をテーパ状に形成することによって、拘束リング３５をバーリング部３４の外周に配置する際にテーパ係合させて隙間なく密着させることができる。すなわち、拘束リング３５の内径とバーリング部３４の外径の寸法公差を考慮して寸法精度を高くする必要がなく、製造コストを低減できる。

絶縁部材５０の外周側面は、バーリング部３４の内周側面のテーパ形状に対応するようにテーパ状に形成される。絶縁部材５０の外周側面は、外装３０の内側から外側に向かって縮径するテーパ面として形成され、バーリング部３４の内周側面とテーパ係合する。
また、絶縁部材５０は、外部端子４０の外周にインサート成形されることにより一体化されている。絶縁部材５０の内周側面には、樹脂収縮による圧迫力が作用し、絶縁部材５０が外部端子４０に隙間なく密着する。

また、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）の凹部であり、溝両端部にエッジラインを有する。気密溝４１は、所定の溝幅を有する。
絶縁部材５０を外部端子４０の周囲にインサート成形することにより、気密溝４１の内部に絶縁部材５０を入り込ませることが可能となり、絶縁部材５０と外部端子４０の間の密着度をより向上できる。

図２（ｂ）に示すように、外部端子４０及び絶縁部材５０を蓋部３２のバーリング部３４（貫通孔３３）にセットする際は、外部端子４０及び絶縁部材５０を電池内側から貫通孔３３に挿入することによって、テーパ状に形成されるバーリング部３４の内周側面及び絶縁部材５０の外周側面が互いに係合して、隙間なく密着した状態で配置される。
このとき、バーリング部３４の内周側面と絶縁部材５０の外周側面との間に寸法誤差が生じていても、テーパ係合させることによってその誤差を吸収できる。言い換えれば、テーパ状に形成されるバーリング部３４及び絶縁部材５０によって、貫通孔３３の径方向における寸法誤差を吸収できるため、寸法公差を大きく取れる。

図３に示すように、貫通孔３３内に絶縁部材５０をインサートした外部端子４０を配置し、バーリング部３４の周囲に拘束リング３５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の一部が塑性変形して、内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成される。
このとき、バーリング部３４の外周側に高強度材料の拘束リング３５が存在することにより、かしめ時の押圧力が逃げることがなく、径方向内側に向けて働くこととなる。これにより、膨出部３４ａが確実に内側に向けて膨出するように形成される。また、拘束リング３５の内周側面のテーパ形状に沿って反力が発生するため、締結方向への変形が促進される。

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、膨出部３４ａにより絶縁部材５０にそれぞれ圧迫力が付与されて、外部端子４０及び絶縁部材５０が蓋部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、固定部が容易に緩むことがない。

以上のように、電池１０では、絶縁部材５０とバーリング部３４はテーパ係合によって隙間なく密着し、外部端子４０と絶縁部材５０はインサート成形によって隙間なく密着しているため、これらの間のシール性が向上する。従って、外装３０と外部端子４０の固定部におけるシール性に優れた電池１０を提供できる。
また、テーパ係合している箇所では、径方向の寸法誤差が吸収されるため、各部材に求められる寸法精度の許容度合いが大きくなる。これにより、各部材を製造する際のコストを低減できる。

また、絶縁部材５０を外部端子４０にインサート成形により一体化することにより、これらの間の密着度を向上でき、上記シール性の向上に寄与する。
また、バーリング部３４のテーパ形状は、電池１０の内方側から外方側に向かって縮径する形状であり、貫通孔３３は、径方向内側に向かって傾斜するテーパ面を有するため、インサート成形により一体構造となっている絶縁部材５０及び外部端子４０の抜け止めとして機能する。

［外装と外部端子の固定形態の別形態］
以下、図４を参照して、外装３０と外部端子４０の固定部におけるテーパ係合の別形態について説明する。
図４（ａ）に示すように、バーリング部３４は、蓋部３２の外側面から垂直方向に突出するように形成され、蓋部３２の貫通孔３３内に絶縁部材５０がインサート成形されている。そして、絶縁部材５０の内周側面がテーパ状に形成され、このテーパ形状に対応するように外部端子４０の外周側面がテーパ状に形成される。
絶縁部材５０の内周側面は、外装３０の内側から外側に向けて拡径するテーパ面として形成される。外部端子４０の外周側面は、テーパ面として形成される絶縁部材５０の内周側面に対応するテーパ面として形成される。

図４（ｂ）に示すように、絶縁部材５０がインサートされた蓋部３２のバーリング部３４の周囲に拘束リング３５を配置し、外部端子４０を絶縁部材５０の内周に挿入する。これにより、テーパ面として形成される外部端子４０の外周側面と絶縁部材５０の内周側面とがテーパ係合し、隙間なく密着した状態で配置される。
そして、バーリング部３４の突出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の一部が塑性変形して、内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成される。膨出部３４ａにより絶縁部材５０にそれぞれ圧迫力が付与されて、外部端子４０及び絶縁部材５０が蓋部３２に固定される。

以上のように、本実施形態では、絶縁部材５０と外部端子４０の間をテーパ係合させ、かつ、蓋部３２と絶縁部材５０をインサート成形により一体化している。
この場合でも、同様にテーパ係合によるシール性の向上、及び、寸法公差の緩和という効果、並びに、インサート成形によるシール性の向上という効果を奏する。

なお、上述の二形態では、絶縁部材５０が巻装される外部端子４０と外装３０の固定部において、外装３０の蓋部３２（バーリング部３４）、絶縁部材５０、外部端子４０のうち、蓋部３２と絶縁部材５０の間の接触面、又は、絶縁部材５０と外部端子４０の間の接触面何れか一方をテーパ係合させて、残りの接触面において、絶縁部材５０をインサート成形することによって一体構造とすることによって、固定部におけるシール性の向上を図っている。
しかしながら、図５に示すように、インサート成形を用いずに、上記二つの接触面の両方をテーパ係合させる形態でも良く、同様にテーパ係合によって隙間なく密着させて、シール性を向上し、寸法公差を大きくすることが可能である。

１０ 電池
３０ 外装
３３ 貫通孔
３４ バーリング部
３５ 拘束リング（拘束部材）
４０ 外部端子
５０ 絶縁部材

Claims (3)

1. 貫通孔が形成される蓋部を有する外装と、
   一部を前記蓋部の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、
   前記蓋部と外部端子の間に介装される樹脂製の絶縁部材と、
   前記蓋部の貫通孔の周縁に位置し、当該蓋部の外方へ向けて突出するバーリング部と、を具備し、
   前記バーリング部の突出側端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記絶縁部材を介して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、
   前記バーリング部と絶縁部材の部材間、又は、絶縁部材と外部端子の部材間のうち少なくとも一方は、テーパ係合する電池。
2. 前記テーパ係合は、前記バーリング部と絶縁部材の部材間、又は、絶縁部材と外部端子の部材間の何れか一方であり、かつ、前記テーパ係合する部材間以外の部材間において、前記絶縁部材が当該テーパ係合しない部材に対してインサート成形される請求項１に記載の電池。
3. 前記テーパ係合する部材間の接触面は、前記絶縁部材の外周側面と前記バーリング部の内周側面であり、前記バーリング部は、電池内方側から外方側に向けて縮径するテーパ状に形成される請求項１又は２に記載の電池。

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