JP2014011150A

JP2014011150A - 電池容器

Info

Publication number: JP2014011150A
Application number: JP2012149416A
Authority: JP
Inventors: Yuji Suzuki; 裕士鈴木; Masahiro Yamada; 将博山田; Yasutoshi Hojo; 康利方城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】電池容器において、高い気密性を確実に提供可能とする。
【解決手段】電池を出し入れするための開口１１を有する箱体１０と、開口を密閉するための蓋体２０とを有し、開口の外側を平パッキン３０によりシールする電池容器において、平パッキンの両面の少なくとも一方は、蓋体のシール面２０ａ又は箱体のシール面１０ａに当接するパッキンシール面であり、パッキンシール面に当接するシール面には、開口を取り囲む溝１０ｂ，２０ｂが形成され、溝内を負圧にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池を気密に収納するための電池容器に関する。

この種の電池容器として、気密性を確保するために、蓋体と箱体との間にＯリングを設けることが特許文献１に開示されている。

特開平０８−３１５８５４号公報特開２００８−１３０２６０号公報

しかしながら、この種の電池容器では、例えば、リング溝が僅かに深く形成されただけで、Ｏリングを十分に弾性変形させることができず、高い気密性を提供することができなくなってしまう。

従って、本発明の目的は、電池容器において、高い気密性を確実に提供可能とすることである。

本発明に係る電池容器は、電池を出し入れするための開口を有する箱体と、前記開口を密閉するための蓋体とを有し、前記開口の外側を平パッキンによりシールする電池容器において、前記平パッキンの両面の少なくとも一方は、前記蓋体のシール面又は前記箱体のシール面に当接するパッキンシール面であり、前記パッキンシール面に当接する前記シール面には、前記開口を取り囲む溝が形成され、前記溝内を負圧にすることを特徴とする。

本発明の一態様では、本発明に係る電池容器において、前記平パッキンの両面がパッキンシール面として、前記蓋体のシール面及び前記箱体のシール面に当接し、前記蓋体のシール面及び前記箱体のシール面には、いずれにも前記開口を取り囲んで負圧にされる溝が形成され、前記平パッキンには貫通穴が形成され、前記貫通穴を介して、前記蓋体のシール面の溝と前記箱体のシール面の溝とが連通することを特徴とする。

本発明によれば、平パッキンのパッキンシール面は、溝内の負圧により吸引されて、パッキンシール面に当接する蓋体のシール面又は箱体のシール面に密着するために、高い気密性を確実に提供することができる。

本発明の一態様では、一方の溝内に発生させた負圧が低くても、両方の溝内の負圧を等しくすることができ、高い気密性をさらに確実に提供することができる。

本発明による電池容器の第一実施形態を示す概略全体断面図である。本発明による電池容器の第二実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本発明による電池容器の第三実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本発明による電池容器の第四実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本発明による電池容器の第五実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。図５のＡ矢視図である。本発明による電池容器内に収納した金属空気電池を発電させる場合を示す概略断面図である。金属空気電池の概略断面図である。

金属空気電池（例えば、リチウム空気電池）は、酸素を正極活物質として用いるため、小型軽量化が可能となる。しかし、外気や水分が浸入すると、電池を構成する材料が劣化する恐れがあり、高い気密性を必要とする。そのために、金属空気電池を気密に収納するための電池容器が必要となる。

図１は、本発明による電池容器の第一実施形態を示す概略全体断面図である。同図において、１０は電池を出し入れするための開口１１を有する箱体であり、２０は箱体１０の開口１１を密閉するための蓋体である。箱体１０及び蓋体２０は、例えばステンレス等の金属製又は樹脂製とすることができる。

箱体１０の開口１１の外側には、フランジ部１２が形成されている。一般的には、フランジ部１２と蓋体２０との間には、Ｏリングが配置されて気密性が提供される。しかしながら、Ｏリングは、Ｏリング溝の高い加工精度を必要とし、例えば、Ｏリング溝が僅かに深く形成されただけで、Ｏリングを十分に弾性変形させることができず、高い気密性を提供することができなくなってしまう。

それにより、本実施形態の電池容器は、このようなＯリングを使用することなく、箱体１０の開口１１を蓋体２０により密閉するようになっており、箱体１０のフランジ部１２に形成されたシール面１０ａと蓋体２０に形成されたシール面２０ａとの間には、ゴム等の弾性体により形成されたリング状の平パッキン３０が配置されている。

本実施形態において、平パッキン３０の両面が、蓋体２０のシール面２０ａと箱体１０のシール面１０ａとに当接するパッキンシール面として機能する。開口１１の外側に位置する箱体１０のシール面１０ａ及び箱体１０の開口１１の外側に位置する蓋体２０のシール面２０ａには、リング状の溝１０ｂ及び２０ｂが形成されている。

このように構成された本実施形態の電池容器において、箱体１０のフランジ部１２の外側から溝１０ｂの容積を小さくするように押圧してフランジ部１２を弾性変形させると共に蓋体２０の外側から溝２０ｂの容積を小さくするように押圧して蓋体２０を弾性変形させ、溝１０ｂ及び２０ｂ内の空気を外部へ流出させる。

それにより、フランジ部１２の弾性変形が僅かに戻る際に溝１０ｂの容積が拡大して箱体１０のシール面１０ａの溝１０ｂ内が負圧となると共に、蓋体２０の弾性変形が僅かに戻る際に溝２０ｂの容積が拡大して蓋体２０のシール面２０ａの溝２０ｂ内も負圧となり、平パッキン３０の箱体１０側のパッキンシール面は、溝１０ｂ内の負圧により吸引されて、箱体１０のシール面１０ａに密着すると共に、平パッキン３０の蓋体２０側のパッキンシール面は、溝２０ｂ内の負圧により吸引されて、蓋体２０のシール面２０ａに密着するために、繰り返し収納可能な電池容器において、リング溝の高い加工精度を必要とするＯリングを使用することなく、高い気密性を確実に提供することができる。

本実施形態においては、平パッキン３０の両面をパッキンシール面としたが、例えば、平パッキン３０を箱体１０のフランジ部１２に気密に接着すれば、蓋体２０のシール面２０ａに当接する面だけがパッキンシール面となる。この場合には、フランジ部１２には溝１０ｂは形成されない。また、平パッキン３０を蓋体２０に気密に接着すれば、箱体１０のシール面１０ａに当接する面だけがパッキンシール面となる。この場合には、蓋体２０には溝２０ｂは形成されない。

このように、本実施形態の電池容器によれば、溶接気密容器とは異なり、繰り返し使用することができる。また、本実施形態の電池容器に使用される平パッキンには損傷し易い凸部がないために、気密性が悪化することはない。また、平パッキンは、箱体の開口が円形の場合だけでなく任意の形状の場合に対応することができる。

図２は、本発明による電池容器の第二実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本実施形態と図１に示す第一実施形態との違いは、例えば金属製の固定金具４０が設けられていることだけである。図２に示すように、本実施形態においては、コの字断面を有する固定金具４０よって、箱体１０のフランジ部１２の溝１０ｂの容積を小さくするようにフランジ部１２がかしめられると共に蓋体２０の溝２０ｂの容積を小さくするように蓋体２０がかしめられ、溝１０ｂ及び２０ｂ内の空気を外部へ流出させる。

それにより、図１に示す第一実施形態と同様に、フランジ部１２のかしめによる弾性変形が僅かに戻る際に溝１０ｂの容積が拡大して箱体１０のシール面１０ａの溝１０ｂ内が負圧となると共に、蓋体２０のかしめによる弾性変形が僅かに戻る際に溝２０ｂの容積が拡大して蓋体２０のシール面２０ａの溝２０ｂ内も負圧となり、平パッキン３０の箱体１０側のパッキンシール面は、溝１０ｂ内の負圧により吸引されて、箱体１０のシール面１０ａに密着すると共に、平パッキン３０の蓋体２０側のパッキンシール面は、溝２０ｂ内の負圧により吸引されて、蓋体２０のシール面２０ａに密着するために、繰り返し収納可能な電池容器において、リング溝の高い加工精度を必要とするＯリングを使用することなく、高い気密性を確実に提供することができる。

図２に示すように、詳細には、第一実施形態及び第二実施形態において、平パッキン３０の箱体１０側のパッキンシール面は、溝１０ｂ内の負圧により吸引されて溝１０ｂ内へ隆起し、箱体１０のシール面１０ａに密着すると共に、平パッキン３０の蓋体２０側のパッキンシール面は、溝２０ｂ内の負圧により吸引されて溝２０ｂ内へ隆起し、蓋体２０のシール面２０ａに密着する。

本実施形態において、固定金具４０は、箱体１０のフランジ部１２及び蓋体２０の全周を取り囲むように配置されても良く、この場合には、固定金具４０は、取り付けを可能とするように、周囲方向に複数に分割される（例えば、二分割、三分割、又は四分割等）。また、複数の固定金具４０が、箱体１０のフランジ部１２及び蓋体２０の周囲に等間隔で配置されて、フランジ部１２及び蓋体２０を部分的にかしめて、溝１０ｂ及び２０ｂの容積を小さくするようにしても良い。

固定金具４０等によって、接着したように平パッキン３０をフランジ部１２に気密に密着させることができれば、蓋体２０のシール面２０ａに当接する面だけをパッキンシール面とすることができる。この場合には、フランジ部１２には溝１０ｂは形成されない。また、固定金具４０等によって、接着したように平パッキン３０を蓋体２０に気密に接着させることができれば、箱体１０のシール面１０ａに当接する面だけをパッキンシール面とすることができる。この場合には、蓋体２０には溝２０ｂは形成されない。

図３は本発明による電池容器の第三実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本実施形態と図１に示す第一実施形態との違いは、箱体１０’のフランジ部１２’の溝１０ｂ’及び蓋体２０’の溝２０ｂ’には、負圧配管５０が連通していることである。本実施形態においては、負圧配管５０の継ぎ手５１に真空ポンプ（図示せず）を接続して箱体１０’のフランジ部１２’の溝１０ｂ’内及び蓋体２０’の溝２０ｂ’内を負圧にする。負圧配管５０には閉鎖弁５２が設けられており、真空ポンプを継ぎ手５１から外しても、閉鎖弁５２を予め閉鎖することにより、フランジ部１２’の溝１０ｂ’内及び蓋体２０’の溝２０ｂ’内の負圧を維持することができる。

こうして、平パッキン３０の箱体１０’側のパッキンシール面は、溝１０ｂ’内の負圧により吸引されて溝１０ｂ’内へ隆起し、箱体１０’のシール面１０ａ’に密着すると共に、平パッキン３０の蓋体２０’側のパッキンシール面は、溝２０ｂ’内の負圧により吸引されて溝２０ｂ’内へ隆起し、蓋体２０’のシール面２０ａ’に密着するために、繰り返し収納可能な電池容器において、リング溝の高い加工精度を必要とするＯリングを使用することなく、高い気密性を確実に提供することができる。

本実施形態において、負圧配管５０は、フランジ部１２’を介して溝１０ｂ’に連通し、蓋体２０’を介して溝２０ｂ’に連通するようにしたが、平パッキン３０の外周面に負圧配管を接続して、平パッキン３０内を介して、溝１０ｂ’及び溝２０ｂ’へ負圧配管を連通させるようにしても良い。

図４は本発明による電池容器の第四実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図である。本実施形態と図１に示す第一実施形態との違いは、箱体１０”のシール面１０ａ”には内側及び外側の二つの溝１０ｂ”が形成され、蓋体２０”のシール面２０ａ”にも内側及び外側の二つの溝２０ｂ”が形成されていることである。第一実施形態、第二実施形態、又は第三実施形態と同様な方法により、箱体１０”のシール面１０ａ”の二つの溝１０ｂ”内は負圧とされ、蓋体２０”のシール面２０ａ”の二つの溝２０ｂ”内も負圧とされる。

それにより、平パッキン３０”の箱体１０”側のパッキンシール面は、二つの溝１０ｂ”内の負圧により吸引されて二つの溝１０ｂ”内へ隆起し、箱体１０”のシール面１０ａ”にさらに確実に密着すると共に、平パッキン３０の蓋体２０”側のパッキンシール面は、二つの溝２０ｂ”内の負圧により吸引されて二つの溝２０ｂ”内へ隆起し、蓋体２０”のシール面２０ａ”にさらに確実に密着するために、繰り返し収納可能な電池容器において、リング溝の高い加工精度を必要とするＯリングを使用することなく、より高い気密性を確実に提供することができる。

このように、箱体のフランジ部に形成される溝の数を多くするほど、箱体のシール面と平パッキンとの密着性を高めることができ、蓋体に形成される溝の数を多くするほど、蓋体のシール面と平パッキンとの密着性を高めることができる。第四実施形態において、箱体１０”のフランジ部１２”に形成される溝１０ｂ”を一つにし、又は、蓋体２０”に形成される溝２０ｂ”を一つにし、箱体１０”のフランジ部１２”に形成される溝１０ｂ”の数と、蓋体２０”に形成される溝２０ｂ”の数とを異ならせるようにしても良い。

また、図４に示すように、平パッキン３０”に、箱体１０”のシール面１０ａ”に形成される溝１０ｂ”と、蓋体２０”のシール面２０ａ”に形成される溝２０ｂ”とを連通する貫通穴３１”を形成するようにしても良い。それにより、第一実施形態又は第二実施形態の方法によって、箱体１０”及び蓋体２０”の一方の溝内に発生させた負圧が低くても（大気圧側）、箱体１０”及び蓋体２０”の両方の溝内の負圧を等しくすることができ、高い気密性をさらに確実に提供することができる。

第一実施形態又は第二実施形態において、第四実施形態のように、平パッキンに、箱体のシール面に形成される溝と、蓋体のシール面に形成される溝とを連通する貫通穴を設けるようにしても良い。貫通穴は、少なくとも一つ設けられていれば、箱体及び蓋体の両方の溝内の負圧を等しくすることができる。

図５は本発明による電池容器の第五実施形態を示す平パッキン近傍の概略拡大断面図であり、図６は図５のＡ矢視図である。本実施形態と図１に示す第一実施形態との違いは、箱体１０のフランジ部１２と、蓋体２０とがヒンジ６０により接続されている。それにより、蓋体２０が箱体１０から離れることがなく、蓋体２０により箱体１０の開口１１を密閉する際に、蓋体２０を位置決めする必要がない。

ヒンジ６０の一方側がネジ６１により蓋体２０に固定され、ヒンジ６０の他方側がネジ６２により箱体１０のフランジ部１２に固定される。蓋体２０により箱体１０の開口１１を密閉する際には、前述したように、平パッキン３０の溝１０ａ及び２０ａ内への隆起によって平パッキン３０の厚さは薄くなるために、図６に示すように、ヒンジ６０におけるネジ６１用のネジ穴６３は長穴とされ、平パッキン３０の厚さが薄くなることに追従して、蓋体２０が箱体１０のフランジ部１２へ近づくことを可能としている。

このように、蓋体と箱体とがヒンジにより接続される場合には、平パッキンの厚さが薄くなることに追従して、箱体と蓋体とが接近することを可能とするように、蓋体をヒンジに可動に取り付けるか、又は、箱体をヒンジに可動に取り付けるようにすることが好ましい。

図７は、金属空気電池を本発明による電池容器内に収納して発電させる場合を示す概略断面図である。電池容器は、図１に示す第一実施形態と同様なものとして例示したが、他の実施形態と同様なものとしても良い。

図７に示すように、蓋体２０及び箱体１０を有する電池容器内に収納した金属空気電池１００を発電させる場合には、電池容器の外側へ電流を導くために、金属空気電池から延在するリード線２００及び３００が電池容器を気密に貫通していなければならない。図７に示す例においては、箱体１０の側壁を正極側リード線２００及び負極側リード線３００がそれぞれに気密パッキン２０１及び３０１を介して貫通している。電池容器内には、例えば二つの金属空気電池１００が収納されており、二つの金属空気電池１００は、接続線４００により電気的に直列に接続されている。

電池容器内を正極活物質の酸素によって満たすことにより、電池容器内の金属空気電池１００を発電させることができる。また、図７に示すように、電池容器に酸素透過膜７０を配置して、外気の酸素を電池容器内へ供給するようにしても、電池容器内の金属空気電池１００を発電させることができる。また、ポンプにより酸素ボンベから電池容器内へ酸素を供給するようにしても良い。

酸素透過膜７０は、外気の酸素だけを電池容器内へ供給するものであり、図７においては、例えば蓋体２０に配置されている。酸素透過膜７０は、例えばイットリア部分安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる緻密な固体電解質７１を有し、固体電解質７１により蓋体２０に形成された開口が塞がれている。固体電解質７１は、酸素イオン伝導性を有しているが、水分や気体は不透過であるために、固体電解質７１を介して水分及び外気が電池容器内へ侵入することはない。酸素透過膜７０は、固体電解質７１を外側電極７２及び内側電極７３により挟み込んだ構造を有している。７４は外側電極７１を覆う多孔質材である。

図８は、例えば図７において電池容器に収納されている金属空気電池を示す図である。同図において、金属空気電池１００は、空気極（正極）１０１及び固体電解質層１０３を備える発電要素１１１と、負極１０２とが、空気極ケース１０６及び負極ケース１０７で構成される電池ケース内に収容されている。発電要素１１１と負極１０２は、固体電解質層１０３が、空気極１０１と負極１０２との間に介在するように、積層されている。空気極ケース１０６及び負極ケース１０７は、ガスケット１０８により固定されており、電池ケース内の密封性が確保されている。電池ケースは、ラミネートとしても良い。

空気極１０１は、空気極層１０５と、空気極層１０５の集電を行う空気極集電体１０４とから構成されている。空気極層１０５は、酸素の酸化還元反応場であり、導電性材料（例えばカーボンブラック）、第１のイオン性液体（例えば、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド）、及び結着材（例えば、ポリフッ化ビニリデン）を含む固体状の空気極合材から形成されている。空気極集電体１０４は、多孔質構造を有する導電性材料（例えば、金属メッシュ）から構成されており、空気極１０６に設けられた空気孔１０９から取り込まれた空気が、空気集電体１０４を経て空気極層１０５に供給される。

負極１０２は、金属（例えば、Ｌｉ金属）からなる。すなわち、伝導イオン種である金属イオンを放出・取り込み可能な負極活物質を含んでいる。水分は、負極１０２を劣化させるために、水分を電池容器内へ侵入させないようにすることが好ましい。

電解質層１０３は、第２のイオン性液体（例えば、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド）及び第２の支持電解質塩（例えば、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド）を含む液体電解質と、第２の無機粒子（例えば、ＳｉＯ₂）と、を含む固体電解質合材から形成されている。

このように構成された金属空気電池１００は、空気極１０１がイオン性液体（第１のイオン性液体）を含有する空気極層１０５を備えているために、空気極１０１における酸素の取り込み性が向上し、空気極１０１での酸素還元反応が促進される。すなわち、空気極１０１の過電圧を低減させることができ、金属空気電池の作動電圧を向上させることができる。また、空気極１０１がイオン性液体を含むことによって空気極１０１と隣接する固体電解質層１０３との界面における金属イオン伝導性も向上する。しかも、イオン性液体は難燃性である。

金属空気電池は、空気極（正極）において、正極活物質である酸素の酸化還元反応が行われ、負極において、金属の酸化還元反応が行われ、空気極と負極との間に介在する電解質層によって金属イオンが伝導される電池である。金属空気電池の種類としては、リチウム空気電池以外にも、ナトリウム空気電池、カリウム空気電池、マグネシウム空気電池、カルシウム空気電池、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池等を挙げることができる。金属空気電池は、一次電池であっても、二次電池であっても良い。

１０、１０’、１０” 箱体
１１開口
１０ａ、１０ａ’、１０ａ” シール面
１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ” 溝
１２、１２’、１２” フランジ部
２０、２０’、２０” 蓋体
２０ａ、２０ａ’、２０ｂ” シール面
２０ｂ、２０ｂ’、２０ｂ” 溝
３０、３０’、３０” 平パッキン
３１” 貫通穴

Claims

電池を出し入れするための開口を有する箱体と、前記開口を密閉するための蓋体とを有し、前記開口の外側を平パッキンによりシールする電池容器において、前記平パッキンの両面の少なくとも一方は、前記蓋体のシール面又は前記箱体のシール面に当接するパッキンシール面であり、前記パッキンシール面に当接する前記シール面には、前記開口を取り囲む溝が形成され、前記溝内を負圧にすることを特徴とする電池容器。
前記平パッキンの両面がパッキンシール面として、前記蓋体のシール面及び前記箱体のシール面に当接し、前記蓋体のシール面及び前記箱体のシール面には、いずれにも前記開口を取り囲んで負圧にされる溝が形成され、前記平パッキンには貫通穴が形成され、前記貫通穴を介して、前記蓋体のシール面の溝と前記箱体のシール面の溝とが連通することを特徴とする請求項１に記載の電池容器。