JP2014007051A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスケットに高圧縮率のシール部を有するシール構造の電池であって，高温時にガスケットにクラックが生じることを抑制する電池を実現すること。
【解決手段】電池は，ケースを閉塞する蓋部材（１１３）と，挿通部（１３２）を有する集電端子部材（１３５）と，蓋部材と集電端子部材とを電気的に絶縁するインシュレータ（１８０）と，蓋部材と集電端子部材との間をシールするガスケット（１７０）とを備え，蓋部材は，下面から上下方向の下方に突起する突起部（２２３）を有し，ガスケットは，上下方向と直交する方向である内外方向上，突起部と同じ位置であり，突起部によって圧接されるシール部（２３１）を有し，内外方向上，シール部と異なる位置であってシール部の周りに，少なくとも一部がガスケットと集電端子部材とによって囲まれた隙間（２４１，２４３）が，少なくとも１つ存在する。
【選択図】図４
【解決手段】電池は，ケースを閉塞する蓋部材（１１３）と，挿通部（１３２）を有する集電端子部材（１３５）と，蓋部材と集電端子部材とを電気的に絶縁するインシュレータ（１８０）と，蓋部材と集電端子部材との間をシールするガスケット（１７０）とを備え，蓋部材は，下面から上下方向の下方に突起する突起部（２２３）を有し，ガスケットは，上下方向と直交する方向である内外方向上，突起部と同じ位置であり，突起部によって圧接されるシール部（２３１）を有し，内外方向上，シール部と異なる位置であってシール部の周りに，少なくとも一部がガスケットと集電端子部材とによって囲まれた隙間（２４１，２４３）が，少なくとも１つ存在する。
【選択図】図４
Description
本発明は，発電要素をケース内に収容し，ケースの開口部を蓋部材で閉塞する電池に関する。さらに詳細には，発電要素と電気的に接続し，蓋部材を挿通する集電端子部材を備え，蓋部材と集電端子部材とをガスケットを挟んでシールするシール構造に関する技術である。
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。例えば，車両分野で利用される電池は，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，当該開口部を封止している。また，蓋部材には，厚さ方向に貫通する貫通孔があり，発電要素と電気的に接続する集電端子部材の挿通部が，貫通孔を介して蓋部材から延出している。
この集電端子部材についての蓋部材への固定方法としては，例えば特許文献１に示すように，円筒形状の集電端子部材の挿通部を，外部接続端子，インシュレータ，蓋部材，ガスケットのそれぞれに形成された開口部に挿通させ，当該挿通部の上端を，当該挿通部の中心軸より外周側に広げてかしめることで仮止めし，さらに広げられた挿通部の上端と外部接続端子の上面とをレーザ溶接することで固定する技術が開示されている。特許文献１に開示されている電池では，蓋部材と集電端子部材との間をガスケットでシールし，蓋部材の開口部からのガス漏れを抑制している。
近年，集電端子部材周辺のシール性のさらなる向上を図るため，蓋部材のガスケットとの接触面に，挿通部の軸方向（かしめ方向と同じ）に突起する突起部を設け，ガスケットの一部を圧縮したシール構造が注目されている。このようにガスケットの一部に高圧縮率となる部位（以下，「シール部」とする）を有するシール構造においては，次のような問題がある。
すなわち，電池は，例えば充放電時に一時的に高温状態になる。そのため，蓋部材や集電端子部材に，アルミニウム等の高線膨張係数を有する金属を利用し，同様に，ガスケットに，ＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等の高線膨張係数を有する樹脂を利用すると，高温時に各部材の膨張作用によってガスケットが圧迫される。その結果としてガスケットのシール部がさらに高圧縮状態となり，ガスケットにクラックが発生するおそれが生じる。
本発明は，前記のシール構造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，ガスケットに高圧縮率のシール部を有するシール構造の電池であって，高温時にガスケットにクラックが生じることを抑制する技術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，開口部を有し，前記発電要素を収容するケースと，前記ケースの開口部に溶接され，前記開口部を閉塞する蓋部材と，一端が前記発電要素と電気的に接続し，他端が前記蓋部材と対向する集電板と，一端が前記集電板と電気的に接続し，他端が前記蓋部材を前記蓋部材の厚さ方向となる上下方向に挿通して前記蓋部材の外側に延出する挿通部とを有し，前記挿通部の他端にはかしめによって拡径され，外部接続端子と電気的に接続するかしめ部が存在する集電端子部材と，前記蓋部材の上面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材とを電気的に絶縁するインシュレータと，前記蓋部材の下面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材との間をシールするガスケットとを備え，前記蓋部材は，下面から前記上下方向の下方に突起する突起部を有し，前記ガスケットは，前記上下方向と直交する方向である内外方向上，前記突起部と同じ位置であり，前記突起部によって圧接されるシール部を有し，前記内外方向上，前記シール部と異なる位置であって前記シール部の周りに，少なくとも一部が前記ガスケットと前記集電端子部材とによって囲まれた隙間が，少なくとも１つ存在することを特徴としている。
本発明の電池は，高温状態となると，ガスケットや集電端子部材が膨張する。その際，本発明の電池は，ガスケットのシール部の周りに設けられた隙間を有するので，その隙間が，膨張分の少なくとも一部を受け入れることができる。従って，ガスケットのシール部が過圧縮になる可能性を低減できる。その結果として，ガスケットにクラックが発生する不具合を抑制することが期待できる。なお，隙間は，シール部の内側であっても外側であっても両方であってもよい。また，ガスケットの材料としては，フッ素系樹脂（例えばＰＦＡ）が好適である。
さらに，前記隙間は，前記シール部よりも前記内外方向上，前記挿通部側であって，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に，少なくとも１つ介在するとよい。電池が高温になると集電端子部材などの膨張が生じる。あるいは，製造工程中のかしめ時にも，集電端子部材の挿通部がある程度拡径する。集電端子部材とインシュレータとが隣接していると，これらの膨張や拡径によって，集電端子部材がインシュレータを押圧する可能性がある。インシュレータへの押圧力が大きいと，インシュレータにクラックが発生するおそれがある。そのため，インシュレータ周りに隙間を介在させることで，インシュレータにクラックが発生する不具合を抑制することが期待できる。
さらに，前記ガスケットは，前記内外方向上，前記蓋部材と前記集電部材との間を充填し，さらに前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在し，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記隙間は，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記ガスケットの上方に存在するとよい。インシュレータ周りにガスケットが介在していれば，インシュレータに対する集電部材の衝撃を少なくすることが期待できる。さらに，インシュレータ周りに介在するガスケットの上方に隙間があれば，その部分のガスケットの上方へ向かう膨張分を受け入れられる。
さらに，前記集電部材の前記挿通部は円柱形状であり，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記ガスケットは，前記集電部材の前記挿通部の外側全周に介在するとよい。インシュレータと集電部材とを組み付ける際，全周にガスケットが介在すれば，インシュレータと集電部材との位置ずれ（軸心のずれ）を抑制することが期待できる。
さらに，前記隙間は，前記シール部よりも前記内外方向上，前記挿通部側と，前記挿通部とは反対側との２箇所に介在するとよい。このように隙間が端子側とその反対側との両方に介在することで，ガスケットが内外方向のどちらの方向に膨張したとしても，確実に膨張分を受け入れられる。従って，ガスケットのシール部が過圧縮になる可能性をより低減できる。
なお，本明細書には，発電要素と，開口部を有し，前記発電要素を収容するケースと，前記ケースの開口部に溶接され，前記開口部を閉塞する蓋部材と，一端が前記発電要素と電気的に接続し，他端が前記蓋部材と対向する集電板と，一端が前記集電板と電気的に接続し，他端が前記蓋部材を前記蓋部材の厚さ方向となる上下方向に挿通して前記蓋部材の外側に延出する挿通部とを有し，前記挿通部の他端にはかしめによって拡径され，外部接続端子と電気的に接続するかしめ部が存在する集電端子部材と，前記蓋部材の上面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材とを電気的に絶縁するインシュレータと，前記蓋部材の下面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材との間をシールするガスケットとを備え，前記蓋部材は，下面から前記上下方向の下方に突起する突起部を有し，前記ガスケットは，前記上下方向と直交する方向である内外方向上，前記蓋部材と前記集電端子部材との間を充填し，さらにその一部は，前記インシュレータと前記集電端子部材との間に介在することを特徴とする電池が開示されている。
本発明によれば，ガスケットに高圧縮率のシール部を有するシール構造の電池であって，高温時にガスケットにクラックが生じることを抑制した電池が実現される。
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二次電池に本発明を適用する。
［電池の構成］
図１は，実施形態にかかる電池１００の断面図である。図２は，図１のＢ部及びＣ部の拡大図である。なお，Ｃ部における部材のうちＢ部と異なるものについては，図２において符号を括弧書きしている。図３は，図１に示した電池１００に組み込まれる蓋サブアッシ１１５の一部を分解した斜視図である。
図１は，実施形態にかかる電池１００の断面図である。図２は，図１のＢ部及びＣ部の拡大図である。なお，Ｃ部における部材のうちＢ部と異なるものについては，図２において符号を括弧書きしている。図３は，図１に示した電池１００に組み込まれる蓋サブアッシ１１５の一部を分解した斜視図である。
本実施形態にかかる電池１００は，図１に示すように，開口１１１ｄを有する矩形箱状の電池ケース本体１１１と，電池ケース本体１１１の内部に収容された電極体１５０とを備えるリチウムイオン二次電池である。さらに，電池１００は，電池ケース本体１１１の開口１１１ｄを閉塞する板状の電池ケース蓋１１３を備えている。電池ケース本体１１１と電池ケース蓋１１３とは，溶接により一体となっており，電池ケース１１０を構成している。
電池ケース蓋１１３は，矩形板状の金属（本形態ではアルミニウム）であり，その長手方向（図１において左右方向）の両端部には，この電池ケース蓋１１３を貫通する円形状の貫通孔１１３ｈ，１１３ｋが形成されている。また，電池ケース蓋１１３の長手方向の中央部には，安全弁１１３ｊが設けられている。この安全弁１１３ｊは，電池ケース蓋１１３と一体的に形成されて，電池ケース蓋１１３の一部をなしている。
安全弁１１３ｊは，電池ケース蓋１１３の他の部分よりも厚さが薄く形成されると共に，その上面には溝部１１３ｊｖが形成されている（図３参照）。これにより，安全弁１１３ｊは，電池ケース１１０内部の圧力である内圧が所定圧力に達した際，溝部１１３ｊｖが破断し，電池ケース１１０の内部のガスが外部に放出される構造になっている。
また，電池ケース蓋１１３の安全弁１１３ｊと貫通孔１１３ｋとの間には，電解液（図示なし）を電池ケース１１０内に注入するための注液口１１３ｎが形成されている（図１参照）。この注液口１１３ｎは，注液栓１１３ｍにより封止されている。
電極体１５０は，正極板，負極板，及びセパレータを扁平形状に捲回した扁平型の捲回電極体である。正極板は，アルミニウム箔からなる正極基材と，この正極基材の表面の一部に配置された正極合材層とを有している。正極合材層は，正極活物質とアセチレンブラックからなる導電材とＰＶＤＦ（結着剤）とを含んでいる。負極板は，銅箔からなる負極基材と，この負極基材の表面の一部に配置された負極合材層とを有している。負極合材層は，負極活物質とＳＢＲ（結着剤）とＣＭＣ（増粘剤）とを含んでいる。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。なお，正極板，正極活物質，負極板，負極活物質，セパレータ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二次電池に利用されるものを適宜選択すればよい。
また，正極板の正極基材（負極板の負極基材）のうち，正極合材層（負極合材層）が塗工されている部位を，合材塗工部とし，正極合材層（負極合材層）が塗工されていない部位を，合材未塗工部とする。電極体１５０は，捲回軸方向（図１において左右方向）の一方の端部に正極板の合材未塗工部１５１ｂが露出しており，他方の端部に負極板の合材未塗工部１５８ｂが露出している。
さらに，電池１００は，電池ケース本体１１１の内部で電極体１５０に接続すると共に，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈ，１１３ｋを通じて外部に延出する電極端子ユニット（正極端子ユニット１３０及び負極端子ユニット１４０）を備えている。
正極端子ユニット１３０は，正極集電端子部材１３５と正極外部端子部材１３７と正極締結部材１３９（ボルト）とにより構成されている（図１，図３参照）。このうち，正極集電端子部材１３５は，金属（本形態ではアルミニウム）からなり，一端が電極体１５０に接続し，他端が電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈを通じて外部に延出している。正極外部端子部材１３７は，金属からなり，電池ケース蓋１１３上（電池ケース１１０の外部）に位置し，電池ケース１１０の外部において正極集電端子部材１３５と電気的に接続している。正極締結部材１３９は，金属からなり，電池ケース蓋１１３上（電池ケース１１０の外部）に位置し，正極外部端子部材１３７に電気的に接続されている。
詳細には，正極集電端子部材１３５は，集電板頭部１３１と挿通部１３２と集電板本体１３４とかしめ部１３３とを有している（図１〜図３参照）。このうち，集電板頭部１３１は，矩形板状をなし，電池ケース本体１１１の内部に位置している。挿通部１３２は，集電板頭部１３１の上面１３１ｆから突出する円柱形状で，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈを挿通している。かしめ部１３３は，挿通部１３２の上端に連なった部位であり，かしめられて（挿通部１３２の上端部が拡径するように変形されて）円盤状をなし，正極外部端子部材１３７に電気的に接続している。集電板本体１３４は，集電板頭部１３１の下面１３１ｂから電池ケース本体１１１の底面１１１ｂ側に延びる形態で，電極体１５０の正極板の合材未塗工部１５１ｂに溶接されている。これにより，正極集電端子部材１３５と電極体１５０とが電気的かつ機械的に接続されている。
正極外部端子部材１３７は，側面視略Ｚ字状をなしている。正極外部端子部材１３７は，かしめ部１３３により固定される固定部１３７ｆ，正極締結部材１３９と接続する接続部１３７ｇ，及び，固定部１３７ｆと接続部１３７ｇとを連結する連結部１３７ｈを有している。固定部１３７ｆには，これを貫通する貫通孔１３７ｂが形成されており，この貫通孔１３７ｂ内には，正極集電端子部材１３５の挿通部１３２が挿通されている。また，接続部１３７ｇにも，これを貫通する貫通孔１３７ｃが形成されている。
正極締結部材１３９は，金属製のボルトであり，矩形板状の頭部１３９ｂと，円柱状の軸部１３９ｃとを有している。軸部１３９ｃのうち先端側の部位は，ネジ部１３９ｄとなっている。正極締結部材１３９の軸部１３９ｃは，正極外部端子部材１３７の貫通孔１３７ｃを挿通している。
負極端子ユニット１４０は，負極集電端子部材１４５と負極外部端子部材１４７と負極締結部材１４９（ボルト）とにより構成されている（図１，図３参照）。このうち，負極集電端子部材１４５は，金属（本形態では銅）からなり，一端が電極体１５０に接続し，他端が電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｋを通じて外部に延出している。負極外部端子部材１４７は，金属からなり，電池ケース蓋１１３上（電池ケース１１０の外部）に位置し，電池ケース１１０の外部において負極集電端子部材１４５と電気的に接続している。負極締結部材１４９は，金属からなり，電池ケース蓋１１３上（電池ケース１１０の外部）に位置し，負極外部端子部材１４７に電気的に接続されている。
詳細には，負極集電端子部材１４５は，集電板頭部１４１と挿通部１４２と集電板本体１４４とかしめ部１４３とを有している（図１〜図３参照）。このうち，集電板頭部１４１は，矩形板状をなし，電池ケース本体１１１の内部に位置している。挿通部１４２は，集電板頭部１４１の上面１４１ｆから突出する円柱形状で，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｋを挿通している。かしめ部１４３は，挿通部１４２の上端に連なった部位であり，かしめられて（挿通部１３２の上端部が拡径するように変形されて）円盤状をなし，負極外部端子部材１４７に電気的に接続している。集電板本体１４４は，集電板頭部１４１の下面１４１ｂから電池ケース本体１１１の底面１１１ｂ側に延びる形態で，電極体１５０の負極板の合材未塗工部１５８ｂに溶接されている。これにより，負極集電端子部材１４５と電極体１５０とが電気的かつ機械的に接続されている。
負極外部端子部材１４７は，側面視略Ｚ字状をなしている。負極外部端子部材１４７は，かしめ部１４３により固定される固定部１４７ｆ，負極締結部材１４９と接続する接続部１４７ｇ，及び，固定部１４７ｆと接続部１４７ｇとを連結する連結部１４７ｈを有している。固定部１４７ｆには，これを貫通する貫通孔１４７ｂが形成されており，この貫通孔１４７ｂ内には，負極集電端子部材１４５の挿通部１４２が挿通されている。また，接続部１４７ｇにも，これを貫通する貫通孔１４７ｃが形成されている。
負極締結部材１４９は，金属製のボルトであり，矩形板状の頭部１４９ｂと，円柱状の軸部１４９ｃとを有している。軸部１４９ｃのうち先端側の部位は，ネジ部１４９ｄとなっている。負極締結部材１４９の軸部１４９ｃは，負極外部端子部材１４７の貫通孔１４７ｃを挿通している。
さらに，電池１００は，正極端子ユニット１３０（詳細には，正極集電端子部材１３５）と電池ケース蓋１１３との間に介在し，両者を電気的に絶縁するとともに両者間をシールするガスケット１７０を備えている。ガスケット１７０は，負極端子ユニット１４０（詳細には，負極集電端子部材１４５）と電池ケース蓋１１３との間にも介在している。
具体的に，ガスケット１７０は，電気絶縁性の樹脂（本形態ではＰＦＡ）からなり，本体部１７１と外側バーリング部１７３と内側バーリング部１７５とを有している（図２，図３参照）。このうち，本体部１７１は，平板矩形状をなし，その中央部に，正極端子ユニット１３０（負極端子ユニット１４０）の挿通部１３２（挿通部１４２）を挿通させる円形の貫通孔１７１ｂを有している。本体部１７１は，正極端子ユニット１３０（負極端子ユニット１４０）の集電板頭部１３１（集電板頭部１４１）の上面１３１ｆ（上面１４１ｆ）と電池ケース蓋１１３の下面１１３ｃとの間に介在している。
外側バーリング部１７３は，本体部１７１の周縁に位置し，本体部１７１の下面１７１ｇから突出する四角環状の側壁部である。この外側バーリング部１７３は，集電板頭部１３１（集電板頭部１４１）の外周側面１３１ｇ（外周側面１４１ｇ）を取り囲んでいる。外側バーリング部１７３によって，電池ケース蓋１１３の下面１１３ｃと，集電板頭部１３１（集電板頭部１４１）の外周側面１３１ｇ（外周側面１４１ｇ）との沿面距離が確保される。
内側バーリング部１７５は，本体部１７１の上面１７１ｆから突出する円筒形状で，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈ（貫通孔１１３ｋ）内に存在している。この内側バーリング部１７５の筒内には，正極端子ユニット１３０の挿通部１３２（負極端子ユニット１４０の挿通部１４２）が挿通している。内側バーリング部１７５によって，電池ケース蓋１１３と，正極端子ユニット１３０の挿通部１３２（負極端子ユニット１４０の挿通部１４２）とが電気的に絶縁される。
さらに，電池１００は，電気絶縁性の樹脂からなり，電池ケース蓋１１３上に配置されたインシュレータ１８０を備えている。インシュレータ１８０は，正極端子ユニット１３０（詳細には，正極外部端子部材１３７及び正極締結部材１３９）と電池ケース蓋１１３との間に介在し，両者を電気的に絶縁する。なお，インシュレータ１８０は，負極端子ユニット１４０（詳細には，負極外部端子部材１４７及び負極締結部材１４９）と電池ケース蓋１１３との間にも介在している。
具体的にインシュレータ１８０は，正極締結部材１３９の頭部１３９ｂ（負極締結部材１４９の頭部１４９ｂ）が配置される頭部配置部１８１と，正極外部端子部材１３７の固定部１３７ｆ（負極外部端子部材１４７の固定部１４７ｆ）が配置される締結配置部１８３とを有している。締結配置部１８３には，これを貫通する貫通孔１８３ｂが形成されており，この貫通孔１８３ｂ内には，正極端子ユニット１３０の挿通部１３２（負極端子ユニット１４０の挿通部１４２）が挿通している。
本実施形態では，電池ケース蓋１１３と，電極端子ユニット（正極端子ユニット１３０及び負極端子ユニット１４０）と，ガスケット１７０，１７０と，インシュレータ１８０，１８０とにより，蓋サブアッシ１１５が構成されている。具体的には，正極端子ユニット１３０のかしめ部１３３と集電板頭部１３１との間に，正極外部端子部材１３７，インシュレータ１８０，電池ケース蓋１１３，及び，ガスケット１７０を挟んで固定すると共に，負極端子ユニット１４０のかしめ部１４３と集電板頭部１４１との間に，負極外部端子部材１４７，インシュレータ１８０，電池ケース蓋１１３，及び，ガスケット１７０を挟んで固定することで，これらが一体となった蓋サブアッシ１１５を形成している。
なお，蓋サブアッシ１１５において，ガスケット１７０の本体部１７１は，正極端子ユニット１３０（負極端子ユニット１４０）の集電板頭部１３１（集電板頭部１４１）の上面１３１ｆ（上面１４１ｆ）と電池ケース蓋１１３の下面１１３ｃとの間に挟まれて，自身の厚み方向（図２において上下方向）に弾性的に圧縮されて配置されている。さらに，ガスケット１７０の内側バーリング部１７５は，自身の軸線方向（図２において上下方向）に弾性的に圧縮され，その先端１７５ｂが，インシュレータ１８０に密接している。
［シール部周辺の構成］
次に，正極集電端子部材１３５によってかしめ固定されている範囲について，図４を参照してさらに詳細に説明する。なお，図４に示したのは，常温における電池１００の一部である。以下では，正極端子の構成について代表して説明するが，負極端子についても同様である。
次に，正極集電端子部材１３５によってかしめ固定されている範囲について，図４を参照してさらに詳細に説明する。なお，図４に示したのは，常温における電池１００の一部である。以下では，正極端子の構成について代表して説明するが，負極端子についても同様である。
図２に示したように，正極集電端子部材１３５のかしめ部１３３と集電板頭部１３１との間には，電池ケース蓋１１３を含む複数の部材が挟み込まれている。かしめ部１３３のかしめ方向は，電池ケース蓋１１３の厚さ方向であり，以下ではこの方向を単に上下方向という。かしめ部１３３は，電池ケース蓋１１３より上側であり，図１に示したように，電池１００について，電池ケース蓋１１３の外側に形成されている。
かしめ部１３３によって固定されている部材の重なり部分をさらに拡大して，図４に示す。図４中の上下方向が前述の上下方向である。また，図４中で左端には，正極集電端子部材１３５の挿通部１３２の一部が表れている。挿通部１３２の軸心が，図２に示したように，中心軸ＡＸである。そして，中心軸ＡＸおよび挿通部１３２に直交する方向が内外方向であり，以下では，挿通部１３２に近い側を内側，挿通部１３２から遠い側を外側という。図４中では，図中で左側が内側，図中で右側が外側である。
図４に示すように，挿通部１３２の外側には，上から順に，正極外部端子部材１３７，インシュレータ１８０，電池ケース蓋１１３，ガスケット１７０，集電板頭部１３１が重ねられている。電池ケース蓋１１３の上側の面である蓋上面２２１は，インシュレータ１８０に押しつけられており，電池ケース蓋１１３の下側の面である下面１１３ｃは，ガスケット１７０に押しつけられている。
電池ケース蓋１１３の下面１１３ｃには，下方に突起する突起部２２３が形成されている。図４に示すように，突起部２２３は，電池ケース蓋１１３の最も内側に形成されている。突起部２２３は，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈの内壁面を下方へ延長した形状であり，全周にわたって形成されて略円筒形状をなしている。突起部２２３のうち少なくとも突起下面２２４は，ガスケット１７０に接触し，ガスケット１７０を圧迫している。突起下面２２４は，突起部２２３の下方の頂部のうち，上下方向に直交する面である。
ガスケット１７０のうち，突起部２２３の突起下面２２４に圧迫されている円環状の範囲が，シール部２３１である。シール部２３１によって，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈの周りは，全周にわたって確実にシールされている。
また，集電板頭部１３１の上面１３１ｆのうち，突起部２２３の突起下面２２４の少なくとも一部と対向する範囲は，突起部２２３と協同してガスケット１７０のシール部２３１を圧迫するシール対向部２３２となっている。つまり，突起部２２３とシール部２３１とシール対向部２３２とは，内外方向について同じ位置にある。そして，ガスケット１７０は，シール部２３１において，突起部２２３とシール対向部２３２とによって上下方向に挟まれ，シール部２３１の周辺と比較して高圧縮となっている。
集電板頭部１３１の上面１３１ｆには，図４に示すように，シール対向部２３２より外側に，凹部２３５が形成されている。凹部２３５の上面は，シール対向部２３２より外側で，下方ほど外側に広がるテーパ面２３６と，テーパ面２３６の外側に連続する水平面２３７とを有している。水平面２３７は，上下方向に直交する面である。なお，図４では，水平面２３７を集電板頭部１３１の外側端部まで連続して形成しているが，途中まででもよい。
一方，ガスケット１７０の本体部１７１は，前述したように平板矩形状であり（図３参照），本体部１７１の下面は，圧縮されていない状態では平面状となっている。そして，ガスケット１７０のうち高圧縮となっているのはシール部２３１のみであるので，凹部２３５の上方の範囲では，ガスケット１７０の本体部１７１の下面は，ほぼ平面となっている。従って，凹部２３５の上方には，ガスケット１７０との間に隙間２４１ができている。つまり，凹部２３５の上面の少なくとも一部は，ガスケット１７０の下面と接触していない。この隙間２４１は，単なる空間であり，特に何かを充填されているわけではない。
さらに，図４に示すように，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈの内径は，挿通部１３２の外径より大きい。そして，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈと挿通部１３２との内外方向の間には，ガスケット１７０の内側バーリング部１７５が介在している。そして，電池ケース蓋１１３と挿通部１３２とは，内側バーリング部１７５によって絶縁されている。そして，内側バーリング部１７５は，ガスケット１７０のうち，シール部２３１より内側に位置している。
また，内側バーリング部１７５の上方には，インシュレータ１８０が配置されている。インシュレータ１８０の貫通孔１８３ｂの内径は，挿通部１３２の外径より僅かに大きく，インシュレータ１８０と挿通部１３２との間には隙間２４３が形成されている。また，インシュレータ１８０の貫通孔１８３ｂの内径は，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈの内径より小さく，内側バーリング部１７５の内径より大きい。
隙間２４３は，内側バーリング部１７５の上方で，インシュレータ１８０と挿通部１３２との間であり，これら内側バーリング部１７５とインシュレータ１８０と挿通部１３２とに囲まれている。隙間２４３の上方には，図４に示すように，正極外部端子部材１３７が配置されている。また，隙間２４３は，シール部２３１より内側に位置している。
さらに，ガスケット１７０の内側バーリング部１７５の一部は，隙間２４３の下方に入り込んでスペーサ部２４５となっている。スペーサ部２４５は，挿通部１３２とインシュレータ１８０との間に全周にわたって介在している。従って，インシュレータ１８０は，挿通部１３２と接触していない。なお，隙間２４３も，単なる空間であり，特に何かを充填されているわけではない。
このスペーサ部２４５は，前述したかしめ部１３３（図２参照）のかしめを行う際に，内側バーリング部１７５の一部が隙間２４３に向かって拡張されることにより形成される。かしめを行う前のガスケット１７０には，スペーサ部２４５に相当する突起は形成されていない。ただし，ガスケット１７０にあらかじめスペーサ部２４５に相当する突起が形成されていてもよい。
本形態のガスケット１７０は，前述したようにフッ素系樹脂のＰＦＡによって形成されている。また，正極集電端子部材１３５，電池ケース蓋１１３，正極外部端子部材１３７はいずれもアルミニウムによって形成されている。また，インシュレータ１８０は，ＰＡ６６（ポリアミド６６）によって形成されている。
アルミニウムとＰＦＡとは，いずれも，線膨張係数の比較的高い材料である。そして電池１００は，使用中においてある程度まで温度上昇し，使用を停止していると温度低下する。そのため，正極集電端子部材１３５，電池ケース蓋１１３，正極外部端子部材１３７およびガスケット１７０は，電池１００の使用により，ある程度の範囲内で膨張および収縮を繰り返す。
電池１００では，各部材が膨張したときにおいても，ガスケット１７０が過圧縮状態となることは好ましくない。ガスケット１７０が過圧縮状態となると，場合によってはクラックが入るおそれがあるからである。特に，シール部２３１は，元々高圧縮状態であり，過圧縮状態となりやすい。その一方で，ガスケット１７０は，各部材の収縮時においても，良好なシール性が求められている。
本形態のガスケット１７０は，シール部２３１より外側の箇所で隙間２４１に，シール部２３１より内側の箇所で隙間２４３に，それぞれ対向している。これらの隙間２４１，２４３はいずれも単なる空間である。そのため，各金属部材およびガスケット１７０の膨張分をその隙間２４１，２４３で受けることができる。その結果，図５に示すように，ガスケット１７０の一部が隙間２４１，２４３の内部に入り込む。図５は，高温状態におけるガスケット１７０の形状の例である。
つまり，電池１００の温度が上昇すると，ガスケット１７０は，シール部２３１のシール性を維持したまま，シール部２３１より外側の膨張分を隙間２４１に，シール部２３１より内側の膨張分を隙間２４３に吸収させることができる。従って，ガスケット１７０のシール部２３１が，過圧縮状態となることは避けられる。そのために，隙間２４１，２４３は，電池１００が到達する可能性のある温度範囲内で，最大の膨張分まで吸収可能な大きさ以上の大きさとしておくことが好ましい。
本形態の電池１００は，上記構成を有しているので，温度上昇時のガスケット１７０および他部材の膨張分を，隙間２４１，２４３によって受けることができる。従って，ガスケット１７０は，過圧縮状態とならず，クラックが入る可能性は極めて低い。さらに，本形態のガスケット１７０は，膨張・収縮してもシール部２３１においては適切な圧縮状態が維持されるので，良好なシール性を維持できる。
次に，電池１００の製造時について説明する。前述したように，蓋サブアッシ１１５の製造工程の一部として，正極集電端子部材１３５の端部を拡径してかしめ部１３３を形成するかしめ工程がある。かしめ工程では，図３に示したように，下から順に正極集電端子部材１３５，ガスケット１７０，電池ケース蓋１１３，インシュレータ１８０，正極締結部材１３９，正極外部端子部材１３７を重ね，正極集電端子部材１３５の上端部をかしめる。
かしめ工程においては，集電板頭部１３１とかしめ部１３３との間で，他の部材が上下方向に圧迫されるとともに，挿通部１３２はある程度外向きへ膨張する。本形態のインシュレータ１８０は，貫通孔１８３ｂの内径を，かしめ後の挿通部１３２の外径より大きいものとしているので，かしめ工程においても，挿通部１３２からの貫通孔１８３ｂに外向きの力が直接掛かることはない。つまり，かしめ工程においてインシュレータ１８０が破損することは防止されている。
また，挿通部１３２の外径がインシュレータ１８０の貫通孔１８３ｂの内径より小さいと，インシュレータ１８０の位置が安定しない。つまり，貫通孔１８３ｂの軸心が挿通部１３２の軸心と異なる位置で固定されてしまうおそれがある。
本形態の電池１００は，インシュレータ１８０と挿通部１３２との間の全周に，ガスケット１７０の一部が入り込んでスペーサ部２４５となっているので，周方向におけるインシュレータ１８０と挿通部１３２との間隔のばらつきは防止されている。つまり，スペーサ部２４５が，インシュレータ１８０と挿通部１３２との軸心位置を合わせる位置決め効果を発揮する。従って，インシュレータ１８０を径方向について正しく位置決めすることができる。
すなわち，本形態の電池１００は，インシュレータ１８０の貫通孔１８３ｂと挿通部１３２との間にスペーサ部２４５を介在させているので，かしめ工程でのインシュレータ１８０の破損や軸心ずれといった不具合の起きるおそれはない。さらに，スペーサ部２４５の上方に隙間２４３が設けられているので，電池１００が高温となった場合のスペーサ部２４５の膨張分を，隙間２４３で受けることができる。
以上詳細に説明したように本形態の電池１００によれば，電池ケース蓋１１３の突起部２２３と，ガスケット１７０のシール部２３１との圧接によって，電池の内外がシールされている。さらに，電池１００は，シール部２３１より外側の隙間２４１と，シール部２３１より内側の隙間２４３とを有しているので，温度上昇によるガスケット１７０の膨張分をこれらの隙間２４１，２４３が受け入れることができる。従って，ガスケット１７０に高圧縮率のシール部２３１を有するシール構造の電池１００であって，高温時にガスケット１７０にクラックが生じることを抑制した電池１００となっている。
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，車両用の電池１００に限らず，家庭用の電池にも適用可能である。
例えば，車両用の電池１００に限らず，家庭用の電池にも適用可能である。
また本形態では，突起部２２３は，電池ケース蓋１１３の貫通孔１１３ｈの内壁面を下方へ延長して形成されているとしたが，これに限るものではない。下面１１３ｃのうち，内壁面より外側の箇所において下方に突起する突起部としてもよい。
また本形態では，隙間がシール部２３１より外側（隙間２４１）と内側（隙間２４３）との両側にそれぞれ１箇所ずつあるとしたが，これに限るものではない。例えば，内側と外側とのいずれか一方のみとしてもよい。ただし，両側にある方が，シール部２３１の内側の膨張分と外側の膨張分との両方を吸収できるため，より好ましい。また，内外方向により多くの箇所に隙間を設けてもよい。ただしその場合には，シール性に考慮して配置することが好ましい。また例えば，隙間２４１，隙間２４３はそれぞれ全周にわたって形成されているとしたが，必ずしも全周に形成されていなくてもよい。周方向に，いくつかに分断されたものであってもよい。
また本形態では，スペーサ部２４５が，全周にわたって形成されているとしたが，必ずしも全周に形成されていなくてもよい。例えば，周方向の数カ所に点状のスペーサ部を設けることとしてもよい。このようになっていても，インシュレータ１８０と挿通部１３２との間の圧力を受けることができる。ただし，スペーサ部は，円周方向について，バランスよく配置されていることが好ましい。さらに，スペーサ部が全周にわたって設けられていれば，より確実な位置決め効果が得られる。
また本形態では，凹部２３５にテーパ面２３６があるとしたが，テーパ面２３６に代えて，水平面２３７に垂直な面としてもよい。ただし，テーパ面２３６とする方が，ガスケット１７０が追従しやすいので好ましい。また，テーパ面２３６に限らず，なめらかに広がる曲面としてもよい。
また本形態の図１〜図３では，かしめ部１３３として，上面が略円盤状になめらかな形状となっているものを示した。しかしながら，例えば図６に示すように，上面の外周よりやや内側に部分的に凹溝２５１があり，凹溝２５１の外側に，凹溝２５１の内側より上方へ盛り上がった箇所がある段差形状となっていてもよい。特に，ロータリーかしめ装置を使用してかしめ工程を実施した場合に，このような形状となる場合がある。
１００ 電池
１１０ 電池ケース
１１１ｄ 開口
１１３ 電池ケース蓋
１３２ 挿通部
１３３ かしめ部
１３４ 集電板本体
１３５ 正極集電端子部材
１５０ 電極体
１８０ インシュレータ
２２３ 突起部
２３１ シール部
２４１，２４３ 隙間
２４５ スペーサ部
１１０ 電池ケース
１１１ｄ 開口
１１３ 電池ケース蓋
１３２ 挿通部
１３３ かしめ部
１３４ 集電板本体
１３５ 正極集電端子部材
１５０ 電極体
１８０ インシュレータ
２２３ 突起部
２３１ シール部
２４１，２４３ 隙間
２４５ スペーサ部
Claims (5)
- 発電要素と，
開口部を有し，前記発電要素を収容するケースと，
前記ケースの開口部に溶接され，前記開口部を閉塞する蓋部材と，
一端が前記発電要素と電気的に接続し，他端が前記蓋部材と対向する集電板と，一端が前記集電板と電気的に接続し，他端が前記蓋部材を前記蓋部材の厚さ方向となる上下方向に挿通して前記蓋部材の外側に延出する挿通部とを有し，前記挿通部の他端にはかしめによって拡径され，外部接続端子と電気的に接続するかしめ部が存在する集電端子部材と，
前記蓋部材の上面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材とを電気的に絶縁するインシュレータと，
前記蓋部材の下面と接し，前記蓋部材と前記集電端子部材との間をシールするガスケットとを備え，
前記蓋部材は，下面から前記上下方向の下方に突起する突起部を有し，
前記ガスケットは，前記上下方向と直交する方向である内外方向上，前記突起部と同じ位置であり，前記突起部によって圧接されるシール部を有し，
前記内外方向上，前記シール部と異なる位置であって前記シール部の周りに，少なくとも一部が前記ガスケットと前記集電端子部材とによって囲まれた隙間が，少なくとも１つ存在することを特徴とする電池。 - 請求項１に記載する電池において，
前記隙間は，前記シール部よりも前記内外方向上，前記挿通部側であって，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に，少なくとも１つ介在することを特徴とする電池。 - 請求項２に記載する電池において，
前記ガスケットは，前記内外方向上，前記蓋部材と前記集電部材との間を充填し，さらに前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在し，
前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記隙間は，前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記ガスケットの上方に存在することを特徴とする電池。 - 請求項３に記載する電池において，
前記集電部材の前記挿通部は円柱形状であり，
前記インシュレータと前記集電部材の前記挿通部との間に介在する前記ガスケットは，前記集電部材の前記挿通部の外側全周に介在することを特徴とする電池。 - 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載する電池において，
前記隙間は，前記シール部よりも前記内外方向上，前記挿通部側と，前記挿通部とは反対側との２箇所に介在することを特徴とする電池。
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