JP2014139906A - 密閉電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極体と、電池ケースと、外部接続端子と、集電体と、電流遮断機構と、集電体ホルダとを備える密閉電池であって、集電体ホルダの固定部は、電池ケースの内方に向けて突出する軸部と、該軸部の先端で該軸部よりも軸に対して直交する方向の寸法の大きい頭部とを有し、集電体には集電体ホルダの固定部の軸部が貫通する孔部が設けられ、集電体ホルダには電池ケースの外方側表面から軸部の内部に陥入する凹部が設けられており、ここで、電池ケースは、集電体ホルダの凹部に嵌合する突起部を有するとともに、電池ケースの前記突起部と集電体ホルダの凹部とが嵌合されており、集電体ホルダの軸部は集電体の孔部を貫通するとともに、頭部が集電体を係止している構成とする。
【選択図】図7D
Description
しかしながら、かかる構成においては、集電体ホルダの固定部において熱板の当接部分近傍にしか熱が伝わらない場合に、例えば図10Aに示すような、集電体ホルダの固定部と形成された頭部との間に未溶融部Xが発生する可能性が残されていた。かかる未溶融部Xが発生すると、図10A中にt1で示す集電体ホルダの残肉高さが低くなり、蓋体に集電体および電極体を固定するに十分な強度(熱かしめ強度ともいう。)が得られないおそれがあった。
そこで、かかる未溶融部Xの発生を防ぐために、例えば図10Bに示すように、集電体の孔部の周縁に凸部Tを形成し、かつ、熱かしめ処理時に集電体をも加熱することで、上記の未溶融部Xへの入り熱を確保して未溶融部Xの発生を防ぐことも可能ではある。しかしながら、かかる場合においても、図10B中にt2で示す集電体ホルダの残肉高さが低くなり、集電体ホルダの十分な熱かしめ強度が得られないおそれがあった。また、熱かしめ強度を確保するために集電体ホルダの残肉高さt2を高くすると、集電体表面から突出する頭部の厚みが大きくなり、相対的に電池ケース内の電極体の収容スペースが小さくなってしまう。
また、集電体ホルダの軸部は集電体の孔部を貫通するとともに、集電体ホルダの頭部が集電体を係止しており、隙間を生じることなく各部材を固定することができる。これにより、電流遮断機構に振動および衝撃が加わるのを抑制することができる。
突起部は、上記未溶融部への熱伝導効率を高めるために熱伝導性に優れる材料から構成されるのが好ましく、更には、例えば、高強度な材料から構成されるのが好ましい。したがって、かかる突起部は、例えば、各種の金属材料(金属間化合物および合金等を含む。)から構成されるのが好ましい。これにより、未溶融部の発生をより確実に防止することができ、かつ、高強度の電流遮断機構の取り付け構造が実現される。
上記の熱かしめ処理が施される集電体ホルダの少なくとも軸部および頭部は、例えば、加熱により溶解又は軟化し、その後の冷却によって固化する材料を好ましく用いることができる。本発明においては、例えば、各種の熱可塑性樹脂を好ましく用いることができる。これにより、可逆的に軟化および溶融させることが可能な熱可塑性樹脂を用いて上記の密閉電池を簡便に構成することが可能となる。
上記構成の密閉電池における熱かしめ処理においては、集電体ホルダの固定部を先端からだけではなく、突起部を通じてその裏側からも加熱することができ、未溶融部の発生を防ぐことができる。したがって、集電体ホルダの固定部の軸部から頭部に至る表面には、未溶融部による陥入部分が形成されることがない。これによって、熱かしめ強度(固定部の頭部の厚み方向での引張り強度)の低下がなく、集電体ホルダの固定部の軸方向の強度が向上され、また、集電体ホルダと集電体とが強固に結合されている密閉電池が提供される。
上記の構成によると、集電体の孔部の電池ケース内方側の開孔部は面取りされているため、これに沿って形成される集電体ホルダの固定部の頭部は軸部に近づくにつれて厚みが増す構成となる。これにより、熱かしめ強度がさらに高められ、集電体ホルダの固定部の軸方向の強度が向上され、また、集電体ホルダと集電体とが強固に結合されている密閉電池が提供される。
かかる構成によると、集電体に埋設する形で集電体ホルダの頭部が形成される。したがって、集電体から集電体ホルダの頭部が突出することがなく、電池ケース内の電極体の収容空間をより多く確保することが可能となる。これにより、例えば、電池ケースに収容される電極体をより大型化することができ、電池容量を増加させることが可能となる。
かかる構成によると、集電体ホルダの固定部の頭部の軸方向の厚みを確保することができ、軸方向の引張り強度を十分に高めることが可能となる。このように集電体ホルダと集電体との熱かしめ強度が向上されることで、集電体により大型の電極体が接合される場合であっても、集電体がかかる電極体を電池ケース内で所定の位置に確実に保持することが可能となる。
かかる構成によると、集電体ホルダの固定部の未溶融部が発生しやすい場所に対しても、突起部を通じてより確実に入熱することができる。したがって、該未溶融部の発生を未然に防止することができ、十分な熱かしめ強度を有するかしめ部を形成することが可能となる。
本発明の密閉電池における集電体ホルダの固定部の頭部は、上述したいずれかの形態が実現されていれば、製法に依らず上記の通りの効果を同様に発揮することができる。しかしながら、かかる頭部は熱かしめ処理により好適に形成することができ、また、熱かしめ処理により形成する際に未溶融部の発生を防止できるというかかる処理に特有の効果も発現し得る。したがって、この集電体ホルダの固定部の頭部が熱かしめ処理により形成される場合において、本願発明の構成がより効果的に作用し得るために好ましい。
電池ケースの突起部と集電体ホルダの凹部とは、互いに嵌め合わされている限りにおいて嵌め合わせの形態に特に制限はない。
しかしながら、例えば、電池ケースの突起部の大きさに対して集電体ホルダの凹部の大きさが僅かに小さく形成されている場合、これらは圧入により嵌合することができ、かかる嵌合により両者を一体化することができる。これにより、密閉電池の製造において電池ケースと集電体ホルダとの固定を容易に行うことが可能となる。
例えば、電極体50は、図3に示されるように、正極集電箔上に正極活物質層を備える正極シート52と、負極集電箔上に負極活物質層を備える負極シート54とが、2枚のセパレータ56により互いに絶縁された状態で積層され、捲回された捲回電極体50とすることができる。ここで、正極シート52、負極シート54およびセパレータ56の積層に際して、正極活物質層が備えられず正極集電箔が露出した露出部が一方の端部にはみ出し、負極活物質層が備えられず負極集電箔が露出した露出部が他方の端部にはみ出した状態で重ね合わせて、捲回することで、電極体50の一方の端部に正極集電箔を、他方の端部に負極集電箔を渦巻き状に突出させることができる。かかる捲回電極体50は、電池ケース10の形状に対応させて扁平に拉げさせるようにしてもよい。このように形成した電極体50の一方の端部に突出している正極集電箔に正極集電体40を、他方の端部に突出している負極集電箔に負極集電体90を溶接等により接合することで、電極体50において発生される電力を外部接続端子110,120を以て取り出し可能とするとともに、電池ケース10内での電極体50の位置決めを行うことができる。
図中の110は上述の通り正極外部端子であって、電池ケース10の外方に突出するように形成されている。70は正極外部接続端子押さえであって、正極外部端子が貫通する穴を備えている。かかる正極外部接続端子押さえ70により正極外部接続端子110を電池ケース10の蓋体12の外部に固定するとともに、正極外部接続端子110と電流遮断機構との間の導電経路が構成される。
12は、上述の通り蓋体であって、電池ケース10のケース本体18の開口を封止する。蓋体12には、電池ケース10内部に収容される電極体50の正・負極52,54と、
電池ケース10外部に形成される外部接続端子110,120との間の導電経路を形成するための穴部16が設けられている。
蓋体12は、本実施形態では、図4Bおよび図5(a)に示すように、内面側の導電経路を形成するための穴部16の周縁で、略正方形の頂点に相当する位置に4つの突起部14(14a〜14d)を有している。かかる突起部14(14a〜14d)は、蓋体12と集電体ホルダ20とを嵌め合わせる際に使用される。そしてまた、かかる突起部14(14a〜14d)は、後述する集電体ホルダ20と集電体40との熱かしめ処理に際し、熱かしめ構造の裏面側(この図では、電池ケース10外側に相当する。)からかしめ部に効果的な入熱を行うために用いられる。かかる裏面側からの入熱により、集電体ホルダ20のかしめ部における未溶融部の発生を防止することができる。かかる突起部14の長さは集電体ホルダ20の素材や各部の設計寸法等にもよるため一概には言えないが、おおよその目安として、その先端が、後述する集電体ホルダ20の軸部24の基端から軸部24の軸方向の長さの2/3以上、例えば、4/5以上の位置に達する長さであるのが好ましい。突起部14がかかる長さを有することで、未溶融部が発生しやすい集電体ホルダ20の固定部22の軸部24から頭部26に至る部分の溶融不良を解消し、集電体ホルダ20のかしめ部と集電体40との良好な溶着を実現することができる。かかる蓋体12の素材は厳密には特に限定されないものの、少なくとも突起部14は、アルミニウムおよびアルミニウム合金等に代表される良導電性の金属材料により構成されているのが好ましい。
なお、ここで、蓋体12の突起部14(14a〜14d)の突出方向に直交する断面形状と、電池ケース10の凹部28(28a〜28d)の軸方向に直交する断面形状とを比較したときに、電池ケース10の凹部28(28a〜28d)の断面形状の少なくとも一部を若干小さく形成しておくのも好ましい。例えば、ほんのわずかだけ小さい相似形状に形成することができる。あるいは、凹部28(28a〜28d)内の側壁面に断面寸法が小さくなるように突起等を形成する等しておくことも好ましい形態である。かかる構成によると、蓋体12と集電体ホルダ20との嵌合を圧入構造として実現することができる。圧入により蓋体12と電池ケース10とを嵌合させることで、以後、かかる2部材を一体化して1部材として取り扱うことが可能となり、密封電池1の組み立てをより簡便に行うことができる。また、熱かしめ処理の際に突起部14から固定部22への入熱がより効率的に行われる。
ここで、集電体ホルダ20と集電体40との間には、リード部材32および変形部材34が配置される。リード部材32および変形部材34は、例えば、集電体ホルダ20から突出される4つの固定部22(22a〜22a)によって固まれる空間に配置することができる。なお、固定部22(22a〜22a)の基端の形状をリード部材32の形状に合わせて形成することで、リード部材32および変形部材34の位置決めを行うこともできる。
図7Aに示したように、ここに開示される集電体ホルダ20には、集電体40を固定する固定部22が備えられている。この固定部22は、密封電池1の組み付け前の状態では、ホルダ20本体から軸部24が立ち上がるとともに、その先端に頭部形成用部分26’が設けられている。そして集電体ホルダ20には、さらに、電池ケース10の外方側の表面から軸部24の内部に陥入する凹部28が設けられている。蓋体12には、集電体ホルダ20の凹部28に嵌合する突起部14が備えられている。集電体40には、集電体ホルダ20の固定部22の軸部24が貫通する孔部42が設けられている。
このような状態の固定部22の先端(頭部形成用部分26’)側から熱板200を当接させ、かかる熱板200を図中の矢印で示すように押し下げることで、樹脂材料からなる頭部形成用部分26’が溶融されて、図7Bに示すように変形を始める。また、蓋体12の下方から熱板220を当接させることで、蓋体12の突起部14が加熱され、突起部14全体から集電体ホルダ20の軸部24の凹部28近傍に入熱される。軸部24は突起部14からの入熱により内部から加熱溶融される。ここで、熱板200は、固定部22に当接させる面に、例えば、熱かしめ処理により形成する固定部22の頭部26に対応する凹部202備えることができる。また、熱板200,220は、図示されないヒータ等によって加熱される。
なお、集電体40の電池ケース10の外方側の表面からは、熱板220により蓋体12の突起部14を介して軸部24に入熱される。このため、軸部24および頭部形成用部分26’はかかる突起部14からの入熱によっても溶融される。したがって、集電体ホルダ20の軸部24および頭部26は集電体40およびその孔部42の内部ならびに蓋体12の突起部14とも密な溶着を実現することができる。そして、この図の場合、集電体ホルダ20の固定部の軸部24から頭部26に至る表面は角部Kを形成しているが、集電体40の孔部42から電池ケース10内方側表面に至る表面もこの角部Kに沿って形成される。これによって、図7Dに示すように、集電体ホルダ20の軸部24が集電体40の孔部42を貫通するとともに、頭部26が集電体40を係止して、蓋体12、集電体ホルダ20および集電体40が隙間を生じることなく緊密に一体化される。すなわち、図6Bに示されるような、蓋体12、集電体ホルダ20および集電体40の接続形態が実現される。
また、集電体ホルダ20の固定部22には蓋体12の突起部14からも入熱があるため、固定部22全体へ熱を短時間で伝えることができ、熱かしめ処理に要する時間を短縮することが可能となる。
ここに開示される密閉電池1においては、蓋体12に突起部14が設けられており、集電体ホルダ20の裏面側からも入熱することができる。したがって、このような集電体ホルダ20の軸方向での引張り強度の低下の問題を解消し得るものである。
例えば、集電体40の孔部42の電池ケース10内方側の開孔部には、例えば図8Aに示すように、面取りCが施されていてもよい。この場合、面取りC面に十分な入熱が可能なように、面取りC面と蓋体12の突起部14の先端との距離が広がりすぎないことが好ましい。集電体40の開孔部をこの様な形態にした場合であっても、上記のとおりの熱かしめ処理により電体ホルダ20の固定部22の軸部24および頭部形成用部分26’は十分に溶融されて、未溶融部は発生しない。したがって、固定部22の軸部24から頭部26に至る表面は、面取りC表面に沿って形成されることとなる。かかる構成によると、集電体ホルダ20の固定部22の頭部26の軸方向の厚みであって、軸部24と頭部26との境界部近傍の厚みは、集電体40の面取りCの分に対応して厚みを増して形成されることになる。これにより、電体ホルダ20の固定部22の軸方向での引張り強度を向上させることができる。
なお、図8Aには、面取り面として、集電体40の開孔部の角を平面で落としたいわゆるC面を形成した場合について例示しているが、面取りの形態はこのC面に限定されることなく、角を曲面で落としたいわゆるR面等、様々な形態であってもよい。
負極端子120は、図4Aに示されるように、正極外部端子110と同様、電池ケース10の外方に突出するように形成されている。そして、負極外部端子120は、負極外部接続端子押さえ72によって、電池ケース10の蓋体12の外部に固定される。また、これら負極外部接続端子120および押さえ72は、負極外部絶縁部材62によって蓋体12と絶縁されている。かかる負極外部絶縁部材62は、正極の場合と同様に、一般的に樹脂材料により構成されている。
負極集電体90は、典型的には、上記の蓋体12との安定した固定を実現する固定部と、かかる固定部から電池ケース10の内方に延びて電極体50の負極54と接合されるアーム部とから構成される。アーム部は、例えば、溶接等により負極54と接合される。固定部には、上方に向かって伸びる円筒部が備えられている。かかる円筒部は、負極外部接続端子押さえ72、外部絶縁部材62、蓋体12および内部絶縁部材92のそれぞれに互いに対応するように設けられた穴部を貫通し、その先端部においてかしめることで、これらの部材を挟み込む状態で緊密に固定することができる。かかる構成により、負極外部接続端子120(押さえ72)と電極体50との間を電気的に接続するとともに、電極体50の位置決めを行うことができる。なお、図4Aにおいて、負極集電体90の円筒部はかしめた後の形状を示している。
10 電池ケース
12 蓋体
14 突起部
16 穴部
18 ケース本体
20 集電体ホルダ
22 固定部
24 軸部
26 頭部
26’ 頭部形成用部分
28 凹部
30 電流遮断機構
32 リード部材
34 変形部材
36 反転部
40 集電体
42 孔部
44 段部
46 易破断部
50 電極体
52 正極
54 負極
56 セパレータ
60,62 外部絶縁部材
70,72 外部接続端子押さえ
90 負極集電体
92 内部絶縁部材
110 正極外部接続端子
120 負極外部接続端子
130 液注栓
140 安全弁
Claims (11)
- 電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースと、
前記電池ケースの外方に突出して形成された外部接続端子と、
前記電池ケース内に収容され、前記電極体と電気的に接続される集電体と、
前記外部接続端子と前記集電体とを電気的に接続する導電経路に配設され、該導電経路を遮断しうる電流遮断機構と、
絶縁性材料からなり、前記電池ケースの内面に配設されるとともに、前記集電体を固定する固定部が備えられた集電体ホルダと、を備える密閉電池であって、
前記集電体ホルダの固定部は、電池ケースの内方に向けて突出する軸部と、該軸部の先端で該軸部よりも軸に対して直交する方向の寸法の大きい頭部とを有し、
前記集電体には前記集電体ホルダの前記固定部の軸部が貫通する孔部が設けられ、
前記集電体ホルダには電池ケースの外方側表面から前記軸部の内部に陥入する凹部が設けられており、
ここで、
前記電池ケースは、前記集電体ホルダの前記凹部に嵌合する突起部を有するとともに、前記電池ケースの前記突起部と前記集電体ホルダの前記凹部とが嵌合されており、
前記集電体ホルダの前記軸部は前記集電体の孔部を貫通するとともに、前記頭部が前記集電体を係止している、密閉電池。 - 前記電池ケースの少なくとも前記突起部は、金属材料からなる請求項1に記載の密閉電池。
- 集電体ホルダの少なくとも前記軸部および前記頭部は、熱可塑性樹脂からなる請求項1または2に記載の密閉電池。
- 前記集電体ホルダの固定部の前記軸部から前記頭部に至る表面は、前記集電体の孔部から前記電池ケース内方側表面に至る表面に沿って形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の密閉電池。
- 前記集電体ホルダの固定部の前記頭部の前記軸方向の厚みであって、前記軸部と前記頭部との境界部近傍の厚みは、前記軸部の軸方向の長さの1/2以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の密閉電池。
- 前記電池ケースの前記突起部は、その先端が前記集電体ホルダの前記軸部の基端から前記軸部の軸方向の長さの2/3以上の位置に達する長さである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の密閉電池。
- 前記集電体の孔部の前記電池ケース内方側の開孔部は面取りが施されており、前記集電体ホルダの固定部の前記軸部から前記頭部に至る表面は、前記面取り表面に沿って形成されている、請求項4に記載の密閉電池。
- 前記集電体の孔部の前記電池ケース内方側の開孔部は、前記集電体ホルダの固定部の前記頭部を受ける係止段部が設けられており、
前記集電体ホルダの固定部の前記軸部から前記頭部に至る表面は、前記係止段部に沿って形成されるとともに、
前記集電体の電池ケース内方側表面と、前記集電体ホルダの固定部の前記頭部とは、面一である、請求項4に記載の密閉電池。 - 前記集電体ホルダの固定部における前記頭部は、熱かしめ処理により前記軸部の軸方向延長位置にあった部材が溶融されて形成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の密閉電池。
- 前記電池ケースの前記突起部と、前記集電体ホルダの前記凹部とは、圧入により嵌合されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の密閉電池。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の密閉電池であって、車両に搭載されて車両駆動用電源として用いられる、密閉電池。
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