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密閉型電気化学デバイス用封口体
本発明は、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス用封口体に関する。
電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスで金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体は知られている。例えば、特許文献1に示すように、電池ケースの開口端をアルミニウムや銅あるいはこれらの合金などの電気導体からなる封口板で封止して一方の電極をなし、他方の電極となる電極端子をポリプロピレンやフッ素樹脂などの熱溶着性のある合成樹脂からなる絶縁部材(本願のガスケット)と一体に成形することにより、各部材間の隙間を確実に封止して電池ケース内部の電解液の外部への漏出を防止するリチウム電池などの密閉型電池の封口体である。
しかし、このような電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスで金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した場合には、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離して、電解液が漏れ出るという課題がある。
このような課題を解消するための密閉型電気化学デバイス用封口体として、特許文献2および特許文献3に、それぞれ、キャパシタ用封口体およびリチウム電池用封口体が提案されている。
特許文献2において、アルミニウム製上蓋(本願の金属封口板)および一対の外部端子(本願の金属端子)が合成樹脂製シール部材(本願のガスケット)と射出成形などで一体化されるに際し、上蓋の表面に放射状の線状溝や凹部や凸部にシール部材の合成樹脂材が食い込まれるようにして成形することにより、上蓋もしくは外部端子に対して外部から円周方向の回転力が加えられてもシール部材との接合面に滑りが生じないようにして上蓋や外部端子にそれを回そうとする外力が加えられてもシール部材との間に剥離が生じ難くするようにして良好な液密性が維持されるようにしたキャパシタの封口体が提案されている。
特許文献3において、箱状になった電池ケースの解放面側(すなわち開口端)を蓋体(本願の金属封口板)で覆い、一端を前記電池ケース内部に収納し、他端を電池ケース外部に突出させる金属製の端子を蓋体に貫通して取り付けて、合成樹脂材でインサート成形するに際し、電池ケース外部側に突出する端子の周囲を囲むインサート成形部の突出部の樹脂層の厚みを薄くし、端子の変形に追従可能な厚みとして、端子とインサート成形樹脂との界面(境界面)で、インサート成形樹脂の熱収縮による剥離やクラックの発生を抑えるようにした電池用端子構造が提案されている。
ところが、特許文献2の提案においては、金属封口板および金属端子とガスケットとの金属材および合成樹脂材という熱膨張率の差により発生する剥離対策は考慮されていない。一方、特許文献3は、金属端子とガスケットとの金属材および合成樹脂材という熱膨張率の差により発生する金属端子とガスケットとの境界面における剥離対策は考慮されているが、密閉型電気化学デバイスに使用する金属封口板は熱応力を受けやすいにもかかわらず、金属封口板とガスケットとの境界面における剥離対策が考慮されていないので、剥離対策は十分ではないという問題がある。
特開2010−55992号公報の明細書段落番号0022 特開平10−64769号公報 特開2009−104793号公報
本発明は、上記の問題点を解消するために、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した場合、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離して、電解液が漏れ出ることになるので、これを防止する密閉型電気化学デバイス用封口体を提供することを目的とする。
請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させて端子装着孔の内周面を壁面とする第1の壁部を前記金属封口板に環状に設け、金属端子の軸と交叉しその端縁を前記金属端子の軸方向に突出させて前記金属封口板の端子装着孔の内周面に対面した壁面を有する第2の壁部を前記金属端子の軸の外周面に環状に設けるとともに、これら第1の壁部および第2の壁部を前記ガスケットに埋設させたことを特徴とする。また、請求項2に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて入り江状の空間が形成されたことを特徴とする。また、請求項3に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記金属封口板の端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして、前記環状のエッジでできた端子装着孔の内周面を壁面としたことを特徴とする。さらに、請求項4に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項1から請求項3の何れか一つに記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記金属端子の軸の外周面に環状に設けた第2の壁部は、軸方向に突出しかつ離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしたことを特徴とする。
請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させて端子装着孔の内周面を壁面とする第1の壁部を前記金属封口板に環状に設けて前記ガスケットに埋設させているので、成形工程や密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにおける熱応力により金属封口板の表面のガスケットの合成樹脂材が金属端子の軸と交叉する方向に膨張するのを阻止することができ、金属端子の軸と交叉しその端縁を前記金属端子の軸方向に突出させて前記金属封口板の端子装着孔の内周面に対面した壁面を有する第2の壁部を前記金属端子の軸の外周面に環状に設けて前記ガスケットに埋設させているので、成形工程や密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにおける熱応力により金属端子の外周面のガスケットの合成樹脂材が金属端子の軸方向に膨張するのを阻止するので、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離しにくくなり、電解液が漏れ出ることを防止することができる。また、前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて入り江状の空間となる壁面としているので、軸方向の長さ(壁の高さ)を大きくし、しかもカーリングで合成樹脂材を食い込ませて、さらにカーリングで形成された入り江状の空間で合成樹脂材を包囲する結果、より一層、合成樹脂材の熱膨張を阻止しやすくなる。また、前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記金属封口板の端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして、前記環状のエッジでできた端子装着孔の内周面を壁面としているので、上記カーリング加工の壁面よりは合成樹脂材の熱膨張の阻止作用は劣るが、軸方向の長さ(壁の高さ)が金属封口板の板厚と同程度となり、密閉型電気化学デバイスの小型化に有利である。さらに、前記金属端子の軸の外周面に環状に設けた第2の壁部は、軸方向に突出しかつ離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしているので、金属端子の軸の外周面にて合成樹脂材を包囲しやすくでき、金属端子の軸とガスケットとの境界面にクラックや剥離がさらに生じにくくなる。
本発明の実施形態1で封口体の断面図である。 同上で封口体の平面図である。 同上で封口体の要部の左半部断面図である。 本発明の実施形態2で封口体の断面図である。 同上で封口体の要部の左半部断面図である。 従来の封口体の要部の左半部断面図で、金属材と合成樹脂材の接合作用を示す説明図である。 封口体を設けた密閉型電気化学デバイス本体の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の密閉型電気化学デバイスは電解液を有するキャパシタやリチウム電池などであり、図7は、封口体を設けた密閉型電気化学デバイス本体の断面図である。この密閉型電気化学デバイスの本体は円板(楕円を含む)状や矩形状の金属封口板1が開口端のある有底の円筒状または直方体状の箱型ケース7をレーザ接合などで閉蓋されることにより密閉された容器となる本体である。この本体内にはリード81、82、正負極素子部10および電解液9が気密状態に設けられている。この金属封口板1には、端子部100が設けられており、端子部100は金属端子2を有する。この金属端子2の端面22と正負極素子部10とはリード81を介して電気接続されており、金属封口板1と正負極素子部10とはリード82を介して電気接続されることにより、金属封口板1は、正極端子と負極端子の何れか一方の端子となる。この場合、端子部100は、正極端子または負極端子の何れか一方の端子を有することを示しているが、金属端子2を一対用意して、それぞれガスケット3介して封口板1と電気絶縁されるようにして、正極端子と負極端子の両方を有する構成でもよい。
(実施形態1)
図1から図3において、金属封口板1は、矩形状の板材で、アルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできている。その中央位置には、打ち抜き加工により、丸孔または角孔が形成されており、その孔が端子装着孔4となり、その周縁には下方すなわち下面1a環状に突出した壁面を有する第1の壁部5が形成されており、その外周面は端子装着孔4の部位においては、端子装着孔4の内周面となっている。さらに、この環状に突出した第1の壁部5は絞り加工すなわち、端子装着孔4の周縁を金属端子2の軸23から離れた方向に湾曲されたカーリング加工によりその先端の端縁5Aがエッジ形状となり、金属端子2と反対方向に湾曲されており、金属封口板1の下面1aと端縁5Aの部位とで入り江状の空間5Bを形成している。
金属端子2は、外部接続端子となる上端21と、正負極素子部と電気接続される下端22と、上端21と下端22とを連結する軸23とを有する。この軸23は端子装着孔4の孔形状に合わせて丸棒または角棒で、全体が銅(その合金を含む)やアルミニウム(その合金を含む)などでできており、この軸23の外周面には端子装着孔4の内周面と対面して第2の壁部6が環状に形成されている。この第2の壁部6は金属端子2の軸23と交叉する方向に突出した壁面を有し、この壁面はその端縁が基部よりも幅広となるようにすなわち、端縁の軸方向CDの長さが基部の軸方向CDの長さよりも大きくするようにテーパ状の壁面とすることにより、その端縁が軸方向CDに突出した環状のエッジ61となっている。この場合、複数個(実施例では2個)の壁面を軸方向CDに離間して金属端子2の軸23の外周面に設けることにより、これら壁面で囲まれた入り江状の空間62が形成される。
このように、金属封口板1に第1の壁部5が環状に設けられており、金属端子2の軸23の外周面に第2の壁部6が環状に設けられた状態で、金属封口板1の端子装着孔4に合成樹脂材でできたガスケット3を介して金属端子2を配置させるようにして金属封口板1および金属端子2の金属材をガスケット4の合成樹脂材に射出成形などの方法で、一体に成形することにより、第1の壁部5および第2の壁部6をガスケット3に埋設させてなる密閉型電気化学デバイス用封口体となる。このガスケット3の合成樹脂材としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリブチレンナフタレート系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂などの熱可塑性樹脂が例示される。金属封口板1と金属端子2とをガスケット3に一体に成形するに際して、端子装着孔4において金属封口板1と金属端子2との距離dは、電気化学デバイス用封口体において電気化学デバイスの充放電による温度変化が繰り返される環境に配置されるため、金属材と合成樹脂材の熱膨張率の違いから金属封口板1とガスケット3との境界面や金属端子2とガスケット3との境界面にクラックや剥離が生じやすくなるので、金属材と合成樹脂材の選択により適宜設定すればよい。
さらに、金属封口板1と金属端子2とをガスケット3に一体に成形するに際し、予め、金属封口板1および金属端子2の表面にシラン系のカップリング剤などの化学的処理剤の被覆層を形成して後、ガスケット3と一体に射出成形するようにしてもよい。なお、シラン系のカップリング剤などの化学的処理剤としては、メルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤が例示できる。
次に、金属封口板1に設ける第1の壁部5および金属端子2の軸23の外周面に設ける第2の壁部6のそれぞれの作用について、第1の壁部5および第2の壁部6を有しない密閉型電気化学デバイス用封口体(図6参照)と対比して以下、説明する。
図6に示す従来の金属封口板Pと金属端子QとをガスケットRに一体に成形して得られた密閉型電気化学デバイス用封口体においては、電気化学デバイスの充放電による温度変化が繰り返される環境に配置されるため、金属材と合成樹脂材の熱膨張率の違いから、ガスケットRは、金属封口板Pの上面Pbや下面Paにおいて金属端子Qの軸Q3と交叉する方向ABに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなり、金属端子Qの上端Q1と下端Q2とが連結される軸Q3の外周面において金属端子の軸方向CDに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなる。さらには、このガスケットRは、金属端子Qの下端Q2とガスケットRとにおいて、金属端子Qの軸と交叉する方向ABに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなり、その結果、金属封口板PとガスケットRとの境界面Pa1、Pb1や金属端子QとガスケットRとの境界面Q3a、Q2aにクラックや剥離が生じやすくなる。
一方、本発明の密閉型電気化学デバイス用封口体にあっては、端子装着孔4の部位に第1の壁部5および第2の壁部6をガスケット3の合成樹脂材に埋設させて、第1の壁部5と金属端子2の外周面との距離dは、金属材と合成樹脂材の選択により適宜設定すればよいが、第1の壁部5はその壁面が金属端子2の軸23と対面するように金属封口板1に設けられており、第2の壁部6はその壁面が金属端子2の軸23と交叉するように金属端子2の軸23の外周面に設けられているので、ガスケット3の合成樹脂材は第1の壁部5にて金属封口板1の下面1aで金属端子2の軸と交叉する方向ABの膨張・収縮が緩和され、第2の壁部6にて金属端子2の軸方向CDの膨張・収縮が緩和される。その結果、金属封口板1とガスケット3との境界面や金属端子2とガスケット3との境界面にクラックや剥離が生じにくくなる。この場合、好ましい例として、上述のように第1の壁部5および第2の壁部6に入り江状の空間5B、62を有することにより、ガスケット3の合成樹脂材がそれぞれ金属封口板1の下面1aおよび金属端子2の軸23の外周面に包囲されるので、ガスケット3の合成樹脂材がそれぞれ金属封口板1の下面1aおよび金属端子2の軸23の外周面から離れた方向に膨張しようとするのを阻止して、金属封口板1とガスケット3との境界面や金属端子2とガスケット3との境界面にクラックや剥離がさらに生じにくくなる。
なお、第1の壁部5は、図1および図3において、端子装着孔4の周縁を下面1a方向に環状に突出させて例示しているが、上面1b方向に環状に突出させてもよい。
(実施形態2)
図4および図5は、第1の壁部の異なる実施形態で、図7に示す密閉型電気化学デバイス本体に適用する密閉型電気化学デバイス用封口体を示し、実施形態1と同様な金属端子2を用い、ガスケット3を介して実施形態1とは異なる金属封口板11を用いている。
以下、第1の壁部について実施形態1とは異なる部位を説明する。
金属封口板11は、実施形態1の金属封口板1の厚さよりは大きい、矩形状の板材で、アルミニウム(その合金を含む)などの金属材でできている。その中央位置には、丸孔または角孔が形成されており、その孔が端子装着孔41となり、その下面11aには研削加工により下方に開口し周縁に金属端子2の外周面との距離dの位置で環状のエッジ51aが形成された環状の凹溝51bを有する第1の壁部51が形成されており、その外周面は端子装着孔41の部位においては、端子装着孔41の内周面となっている。この凹溝51bの開口は底部よりも小さくなるようにテーパ状の壁面にすることが好ましく、その断面形状としては台形や三角形が例示できる。
この端子装着孔41には実施形態1と同様な第2の壁部6を有する金属端子2が配置されており、第1の壁部51および第2の壁部6はガスケット3に埋設させるように、金属封口板11と金属端子2の金属材はガスケット3の合成樹脂材に一体に成形されている。
このように実施形態2の密閉型電気化学デバイス用封口体においても、第1の壁部51は金属端子2の軸23と対面する壁面を有するように金属封口板11に環状に設けられており、第2の壁部6は金属端子2の軸23と交叉する壁面を有するように金属端子2の軸23の外周面に設けられているので、ガスケット3の合成樹脂材は第1の壁部51にて金属封口板11の下面11aで、金属端子2の軸と交叉する方向ABの膨張・収縮が緩和され、ガスケット3の合成樹脂材は第2の壁部6にて金属端子2の軸方向CDの膨張・収縮が緩和される。その結果、金属封口板11とガスケット3との境界面や金属端子2とガスケット3との境界面にクラックや剥離が生じにくくなる。この場合、第1の壁部51は金属封口板11の端子装着孔41の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして端子装着孔41の内周面を壁面としているので、軸方向の長さ(壁の高さ)が金属封口板11の板厚と同程度となり、実施形態1のカーリング加工の壁面に比し、密閉型電気化学デバイスの小型化に有利である。
第1の壁部51は、図4および図5において、端子装着孔41の周縁を下面11a方向に環状に突出させて例示しているが、上面11b方向に環状に突出させてもよいし、下面11aおよび上面11bの両方向に環状に突出させてもよい。
本発明の封口体は、金属封口板に端子部を設けて、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスの封口体に有用である。
1、11 金属封口板
2 金属端子
3 ガスケット
4、41 端子装着孔
5、51 第1の壁部
6 第2の壁部

Claims (4)

  1. 金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させて端子装着孔の内周面を壁面とする第1の壁部を前記金属封口板に環状に設け、金属端子の軸と交叉しその端縁を前記金属端子の軸方向に突出させて前記金属封口板の端子装着孔の内周面に対面した壁面を有する第2の壁部を前記金属端子の軸の外周面に環状に設けるとともに、これら第1の壁部および第2の壁部を前記ガスケットに埋設させたことを特徴とする密閉型電気化学デバイス用封口体。
  2. 前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて入り江状の空間が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。
  3. 前記金属封口板に環状に設けた第1の壁部は、前記金属封口板の端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして、前記環状のエッジでできた端子装着孔の内周面を壁面としたことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。
  4. 前記金属端子の軸の外周面に環状に設けた第2の壁部は、軸方向に突出しかつ離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしたことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一つに記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。
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