JP2014035997A

JP2014035997A - 電池用シール材

Info

Publication number: JP2014035997A
Application number: JP2012178469A
Authority: JP
Inventors: Takashi Harayama; 貴司原山; Kazuyuki Kusama; 和幸草間
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: JP6017884B2

Abstract

【課題】シール材の材料としてＰＦＡを採用した場合の、ＰＦＡへの熱ダメージを考慮した電池用シール材を提供する。
【解決手段】電極体を収納するケースの開口部を蓋で塞いでケース内を密閉し、前記蓋を介して端子を外部に取り出すとともに、前記端子と蓋との間にシール材を配置した状態で前記端子をかしめることにより、前記端子がシール材を介して蓋に固定される密閉型電池に用いられる電池用シール材であって、前記シール材の材料はＰＦＡであり、前記ＰＦＡは、比重が２．１５以上、かつ、少なくともシール部の表面粗さが０．０５［μｍ］以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池用シール材に関する。

密閉型電池の端子取り出し部では、ケースの内側から延出される集電端子の周囲にシール材を配置した状態で、集電端子をかしめて変形させることによってシール材を圧縮して、集電端子とケースとの間をシールするとともに、集電端子をケースに締結するかしめ構造が採用される（例えば、特許文献１参照。）。

電池内部には電解液が充填されているため、シール材には使用する電解液に対する耐性が求められる。例えば特許文献１では、ＰＰ、ＰＥ等のポリオレフィン系樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、又は、ＰＰＳ、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等のポリマー材料が例示されている。

特開２０１０−２８２８４８号公報

上記のような材料のうち、透湿性が低く、成形性にも優れるＰＦＡが次のシール材材料として注目されている。ただし、電池発熱時、電池製造時等に、端子付近が高温（ＰＦＡのガラス転移温度である９０℃以上）になることから、ＰＦＡへの熱ダメージを考慮する等、解決すべき課題がある。
本発明は、シール材の材料としてＰＦＡを採用した場合の、ＰＦＡへの熱ダメージを考慮した電池用シール材を提供する。

本発明の電池用シール材は、電極体を収納するケースの開口部を蓋で塞いでケース内を密閉し、前記蓋を介して端子を外部に取り出すとともに、前記端子と蓋との間にシール材を配置した状態で前記端子をかしめることにより、前記端子がシール材を介して蓋に固定される密閉型電池に用いられる電池用シール材であって、前記シール材の材料はＰＦＡであり、前記ＰＦＡは、比重が２．１５以上、かつ、少なくともシール部の表面粗さが０．０５［μｍ］以下である。
前記シール材のシール部とは、前記端子との当接部であり、前記かしめによる変形力を受ける部位のことを指す。なお、シール材においてシール部を含む外周部全域の表面粗さを０．０５［μｍ］以下としても良い。

本発明によれば、シール材の材料としてＰＦＡを採用した場合の、ＰＦＡへの熱ダメージを考慮した電池用シール材を提供できる。

密閉型電池を示す図である。ＰＦＡの比重と回復率との関連を示すグラフである。ＰＦＡの表面粗さとシールに必要な圧縮率との関連を示すグラフである。密閉型電池の製造方法を示すフローである。

図１は密閉型電池１の概略構成を示す。
密閉型電池１は、ケース２内に発電要素となる電極体３及び電解液等を収納する。ケース２の開口面には蓋４が溶接され、これによりケース２の開口部が塞がれて密閉される。

蓋４の外方には、外部接続用の外部端子５が設けられる。各外部端子５は、絶縁樹脂６を介して絶縁された状態で蓋４に固定される。また、外部端子５は、集電端子７によって電極体３と接続されている。
集電端子７は、ケース２内で電極体３と接合され、蓋４を介して外部に取り出されて外部端子５と接続される。集電端子７も同様に絶縁樹脂６及びガスケット８を介して蓋４に対して絶縁された状態で固定される。

より詳細には、集電端子７の一部は、蓋４、ガスケット８、絶縁樹脂６及び外部端子５の一部を貫通した状態で蓋４の外方に向けて突出し、その先端部がかしめられることによって、絶縁部材６及びガスケット８を介して蓋４及び外部端子５に締結される。
このように、集電端子７の一部が変形して接合部１０が形成され、かしめ時の押圧力によってガスケット８に圧縮力が付与される。ガスケット８が圧縮されることによって接合部１０のシール性能が確保される。

以上のように、ガスケット８は、密閉型電池１の端子取り出し部のシール材として機能する。
ガスケット８は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）を材料とする。ＰＦＡによって構成されるガスケット８がシール材として機能するためには、密閉型電池１の使用条件下（特に、電池高負荷時等の高温条件下）でシール性を維持することが必要となる。

本実施形態のガスケット８の材料となるＰＦＡは、比重が２．１５以上であり、かつ、少なくともシール部の表面粗さが０．０５［μｍ］以下のものを用いる。
まず、比重を２．１５以上とすることで、ＰＦＡの結晶化度を高くして高温での非晶質部位の軟化現象の低減を図る。これとともに、表面粗さを０．０５［μｍ］以下することで、かしめ締結時の効果的な圧縮を実現して、低い圧縮率でもシール性を確保することができるようにしている。このようにして、ガスケット８に必要な耐熱性とシール性を両立している。
つまり、ＰＦＡの結晶化度を高くすることによってガスケット８の回復率が低下することの背反を、ガスケット８の表面粗さを小さくして（表面を滑らかにして）、かしめ締結時の面圧のかかり具合を一定にすることで低い圧縮率でのシールを実現している。

［比重について］
ＰＦＡの比重を大きくするということは、ＰＦＡの非晶質部の割合を少なくして結晶化度を高くすることを意味する。
本実施形態では、ＰＦＡの比重を所定値以上に大きくすることによって、密閉型電池１の端子取り出し部周辺がＰＦＡのガラス転移温度以上となった場合に生じ得るへたり等の劣化を防止している。

図２に比重の異なるＰＦＡに対して行った耐久試験の結果を示す。
耐久試験は、（１）比重を２．１５とした本実施形態のＰＦＡと、比重を１．８とした従来のＰＦＡ（Ａ）と、比重を１．７５とした従来のＰＦＡ（Ｂ）のそれぞれのＰＦＡを用いて構成されるガスケットを用意し、（２）それぞれのガスケットを３０％圧縮して１００℃の温度雰囲気下で４時間放置した後の回復率（元寸法へ戻った寸法／圧縮した寸法×１００）を計測することにより行った。

図２に示すように、比重を２．１５以上とすることで、回復率が大きく増加している（３５％程度）ことが分かる。従来（Ａ）（Ｂ）では、回復率が２５％程度と低く、高温条件下に曝された後の回復率が低くなっていることが分かる。
これは、ＰＦＡの非晶質部位のガラス転移による急激な軟化に起因するものであり、高温雰囲気下に曝された後に十分な回復率を得るためには比重を少なくとも２．１５以上とすることが好ましいことが分かる。

［表面粗さについて］
ガスケット８の表面粗さは、かしめ締結時のガスケット８と蓋４との当たり具合を示す指標であり、小さければ小さいほど均一な面での接触が可能となる。
本実施形態では、ガスケット８の表面粗さを小さくすることによって、蓋４との当たりを良くして圧縮効率を向上することによって、低い圧縮率でのシール確保を実現するとともに、長寿命化にも貢献している。

図３に表面粗さとシールに必要な圧縮率との関係を示す。
シールに必要な圧縮率（シール可否）は、Ｈｅガスリーク量の多少によって決定され、それを満たす最小の圧縮率を「シールに必要な圧縮率」として定義する。リーク試験において、本実施形態のガスケット８の表面粗さは０．０５［μｍ］とし、従来のガスケットの表面粗さは０．５［μｍ］として、同一の条件により蓋にかしめ締結した状態でＨｅガスのリーク量を計測した。

図３に示すように、表面粗さを０．０５［μｍ］以下とすることで、シールに必要な圧縮率を低くすることができる（２％程度）ことが分かる。これに対して、従来のガスケットでは、必要な圧縮率が８％程度と高い。シールに必要な圧縮率が高い場合、ガスケットの材料を比重２．１５以上のＰＦＡとしたときに、かしめ荷重を大きくする必要があり、蓋の反り等、周辺部材へ悪影響を与える可能性があり好ましくない。
従って、低い圧縮率でのシール性確保を実現するためには、表面粗さを少なくとも０．０５［μｍ］以下とすることが好ましいことが分かる。

図４は密閉型電池の製造工程の一部を示す。
密閉型電池１の製造工程では、電極体３に集電端子７を接合し、集電端子７の周囲にガスケット８を配置した状態で集電端子７をかしめて蓋４に締結する蓋Ｓ／Ａ製造工程、電極体３をケース２内に収納して蓋４を溶接し、密閉する封缶工程、電池セルを９０℃以上の高温雰囲気下に曝して電極体３を乾燥するセル乾燥工程が順に行われた後に、初期充電、エージング処理等の適宜の後工程が行われる。

このように、密閉型電池１には、使用時の他に、製造時に高温雰囲気下に曝される状態がある。本実施形態では、ガスケット８の材料として、比重２．１５以上かつ表面粗さ０．０５［μｍ］以下のＰＦＡを用いているため、製造段階でのシール耐久性（耐熱性）も有する。

１：密閉型電池、２：ケース、４：蓋、６：絶縁部材、７：集電端子、８：ガスケット（シール材）

Claims

電極体を収納するケースの開口部を蓋で塞いでケース内を密閉し、
前記蓋を介して端子を外部に取り出すとともに、前記端子と蓋との間にシール材を配置した状態で前記端子をかしめることにより、前記端子がシール材を介して蓋に固定される密閉型電池に用いられる電池用シール材であって、
前記シール材の材料はＰＦＡであり、前記ＰＦＡは、比重が２．１５以上、かつ、少なくともシール部の表面粗さが０．０５［μｍ］以下であることを特徴とする電池用シール材。