JP2014167862A

JP2014167862A - 蓄電素子

Info

Publication number: JP2014167862A
Application number: JP2013039147A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yanagihara; 直人柳原
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-11

Abstract

【課題】衝撃等により電極端子部材が変形した場合でも、電解液漏れを防止する。
【解決手段】リチウムイオン角形二次電池は、電極群を浸潤する非水電解液が注入された電池容器を密封する電池蓋３および電池蓋３の貫通孔１３ａを塞ぐ正極端子部材６３を備えている。電池蓋３の外面側には絶縁板６４および正極接続板６２が積層されており、正極端子部材６３は、かしめ部６３ｃによって、正極接続板６２にかしめられている。正極端子部材６３の上面、正極接続板６２の一部、絶縁板６４の外周および電池蓋３における絶縁板６４の周縁部には、電解液漏れ防止用の絶縁層８０が被覆されている。
【選択図】図８

Description

この発明は、蓄電素子に関し、より詳細には、容器内に電解液が注入される蓄電素子に関する。

リチウムイオン等の角形二次電池では、電池蓋で密閉された電池容器内に正・負極電極が捲回された電極群が収容され、電極群を浸潤する電解液が注入されている。電池容器の外部、すなわち電池蓋には、正・負極電極に接続された正・負極端子部材が取り付けられている。
正・負極端子部材は、それぞれ、電池蓋に設けられた貫通孔に挿通されて、電池容器内部から電池蓋の外部に導出されている。このため、電池容器内に注入された電解液が、正・負極端子部材と電池蓋の間から漏れるのを防ぐためのシール構造が必要とされる。

シール構造として、通常、正・負極端子部材と電池蓋の貫通孔の間に、それぞれ、ガスケットといわれる筒状の絶縁性弾性部材、すなわちシール部材を介装し、正・負極端子部材の先端部を、ガスケットと共に電池蓋にかしめる構造が用いられている。
さらに、耐振動性および耐久性を向上するために、ガスケットの一端側にフランジ部を設け、フランジ部に同心状の突起を二重に設け、正・負極端子部材の鍔部により、フランジ部を電池蓋の内面側に圧接する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２４３５５９号公報

上記特許文献１に記載された構造では、衝撃に対する信頼性が十分でない。一般に、複数の角形二次電池をバスバーで接続して所望の電圧を出力する組電池が構成される。電池容器は、一対の幅広側面と一対の幅狭側面と底面および上面の開口を有する扁平直方体形状に形成されているが、例えば、バスバーで複数の二次電池を接続した組電池では、幅広側面に垂直方向の衝撃が加わると、正・負極端子部材が変形されるおそれがある。

本発明の蓄電素子は、正極電極と負極電極とがセパレータを介して積層された電極群と、前記電極群を浸潤する電解液と、開口部を有し、前記電極群および前記電解液を収容する容器と、前記容器の開口部を密封し、前記容器の内部に貫通する一対の貫通孔を有する蓋と、前記蓋に絶縁されて設けられ、前記電極群に対して充放電を行うために設けられた正極外部端子および負極外部端子を含む正極端子構成部および負極端子構成部とを備え、前記蓋の貫通孔から正極端子構成部および負極端子構成部の構成部材間を介して容器外部に漏洩する経路の終端部が絶縁層で被覆されている。

本発明によれば、絶縁層により電解液の漏れを防止することができる。

本発明に係る蓄電素子の一実施の形態としてのリチウムイオン角形二次電池の外観斜視図。図１に示されたリチウムイオン角形二次電池において、電解液漏れ防止用の絶縁層を形成する前の外観斜視図。図１に示されたリチウムイオン角形二次電池の分解斜視図。図３に図示された電極群を、その捲回終端部側を展開した状態の斜視図。図３に図示された電池蓋組立体の分解斜視図。図５に図示された電池蓋組立体を組み付けた状態の外観斜視図。図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。図１におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。図７に図示された従来の構造において、正極端子部材が変形した状態を示す断面図。本発明の実施形態において、正極端子部材が変形した状態を示す断面図。本発明の実施形態２であり、電解液漏れ防止構造を示す断面図。本発明の実施形態３であり、電池蓋組立体の分解斜視図。図１２に図示された電池蓋組立体を組み付け、絶縁層を形成した状態の断面図。

−実施形態１−
［リチウムイオン角形二次電池の全体構造］
以下、この発明の蓄電素子を、リチウムイオン角形二次電池を一実施の形態として、図面と共に説明する。
図１は、この発明のリチウムイオン角形二次電池（角形二次電池）の一実施の形態を示す外観斜視図であり、電解液漏れ防止用の絶縁層８０が設けられている。図２は、図１に示された角形二次電池において、電解液漏れ防止用の絶縁層８０を形成する前の外観斜視図である。また、図３は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。

角形二次電池１は、一対の幅広側面ＰＷと一対の幅狭側面ＰＮと底面ＰＢとを有する電池容器４を有し、この容器４の開口が電池蓋３により閉鎖され、全体として薄型のほぼ直方体形状を呈している。電池容器４内には、電極群４０（図４参照）が収容され、非水電解液８（図７参照）が注入されている。電池蓋３および電池容器４は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。

電池蓋３の中央部には、非水電解液８を注入するための注液口１１が設けられており、注液口１１は、電解液注入後に注液栓１５により封口される。注液栓１５は、例えば、レーザ溶接によって電池蓋３の注液口１１の周縁部に接合される。
また、電池蓋３には、過充電等により内部圧力が上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁１２が設けられている。開裂弁１２には、複数の開裂用の溝１２ａが形成されている。

電池容器４内に注入される非水電解液８としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

電池蓋３には、正極端子構成部６０と負極端子構成部７０とが設けられている。詳細は後述するが、正極端子構成部６０は、正極外部端子６１、正極接続板６２、正極端子部材６３等を備えており、負極端子構成部７０は、負極外部端子７１、負極接続板７２、負極端子部材７３等を備えている。

図１に図示されるように、電池蓋３に設けられた正極端子構成部６０および負極端子構成部７０の一部は絶縁層８０で被覆されている。より詳細には、正極端子構成部６０においては、正極外部端子６１および正極接続板６２における正極外部端子６１の近傍周縁部のみが露出し、その他の部分が、電池蓋３における正極端子構成部６０の周縁部と共に絶縁層８０で覆われている。また、負極端子構成部７０においては、負極外部端子７１および負極接続板７２における負極外部端子７１の近傍周縁部のみが露出し、その他の部分が、電池蓋３における負極端子構成部７０の周縁部と共に絶縁層８０で覆われている。絶縁層８０は、電解液漏れ防止の機能を有する。

図３に図示されるように、電池容器４の上面には開口部４ａが形成され、開口部４ａから絶縁ケース１６を介して、予め電極群４０が一体に接続された電池蓋組立体５０が収容される。電池蓋３は、電池容器４の開口部４ａを塞いだ状態で、レーザ溶接により電池容器４に接合される。

［電極群］
図４は、電極群４０の斜視図である。図４では、電極群４０は、その捲回終端部側を展開した状態で図示されている。
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、セパレータ４３、４４を介在して捲回軸Ｃ−Ｃの周囲に捲回して、扁平直方体状に形成されている。
正極電極４１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属からなる正極金属箔４１ａの表・裏両面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部４１ｂを有する。正極合剤塗工部４１ｂは、正極金属箔４１ａの一側縁に、正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未塗工部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤を塗工して形成される。
負極電極４２は、例えば、銅または銅合金等の銅系金属からなる負極金属箔４２ａの表・裏両面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部４２ｂを有する。負極合剤塗工部４２ｂは、負極合剤未塗工部４２ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未塗工部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに負極合剤を塗工して形成される。

正極合剤としては、例えば、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練したものを挙げることができる。

負極合剤としては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加したものを挙げることができる。

セパレータ４３、４４は、正極金属箔４１ａまたは負極金属箔４２ａを絶縁する役割を有している。負極電極４２の負極合剤塗工部４２ｂは、正極電極４１の正極合剤塗工部４１ｂよりも長さ方向（Ｘ方向）に大きく形成され、これにより正極合剤塗工部４１ｂは、必ず負極合剤塗工部４２ｂに挟まれるように構成されている。
電極群４０は、最外周の電極が負極電極４２とされ、さらにその外側にセパレータ４３が捲回される。最外周のセパレータ４３の終端部は、不図示の接着テープにより留められる。

図４に図示されるように、電極群４０の外形形状は、捲回方向（Ｙ方向）の両端部に形成された円弧部４０Ｔと、両円弧部４０Ｔの間に位置する一対の平坦部４０Ｐとにより形成される扁平直方体状である。
電極群４０は、軸芯（図示せず）の周囲に、負極電極４２、セパレータ４３、正極電極４１、セパレータ４４を積層状態で捲回して作製される。

電極群４０は、図３に図示されるように、一方の円弧部４０Ｔを下に向け、捲回軸Ｃ−Ｃを電池容器４の底面ＰＢと平行にして、電池容器４内に収容されている。電池容器４内に収容された状態では、電極群４０の一対の平坦部４０Ｐは、それぞれ、電池容器４の一対の幅広側面ＰＷにほぼ平行に対面している。

［電池蓋組立体］
図５は、図３に図示された電池蓋組立体５０の分解斜視図であり、図６は、図５に図示された電池蓋組立体５０を組み付けた状態の外観斜視図である。また、図７は、図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、図８は、図１におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
電池蓋３には、電池蓋３の長手方向の中心に対してほぼ対称に正極端子構成部６０と負極端子構成部７０とが設けられている。すなわち、電池蓋３と正極端子構成部６０および負極端子構成部７０により電池蓋組立体５０が構成される。電池蓋３には、上述した如く、注液口１１と開裂弁１２が設けられている他、一対の貫通孔１３ａ、１３ｂおよび一対の凹部１４ａ、１４ｂが設けられている。一対の貫通孔１３ａと１３ｂ、および一対の凹部１４ａと１４ｂは、電池蓋３の長手方向の中心に対してほぼ対称に設けられている。

正極端子構成部６０は、正極外部端子６１、正極接続板６２、正極端子部材６３、絶縁板６４、シール部材である絶縁ガスケット６５、および正極集電板２１を備えている。正極端子部材６３は、挿通部すなわち軸部６３ａ、フランジ部６３ｂおよびかしめ部６３ｃを有するフランジ付き円柱部材である。フランジ部６３ｂは、軸部６３ａより大きな径を有する。かしめ部６３ｃは、当初は、軸部６３ａと同一径に形成され、後述する如く、かしめにより軸部６３ａより大きな径に形成される。

正極集電板２１は、電池蓋３に平行な平坦状の本体部２１ａからほぼ直角に折曲された一対の接続片２１ｂを備えている。本体部２１ａには、正極端子部材６３の軸部６３ａが挿通される貫通孔２１ｃが形成されている。
絶縁ガスケット６５は、筒部６５ａと、筒部６５ａより大きい径の鍔部６５ｂとを有する鍔付き円筒部材であり、中央部に正極端子部材６３の軸部６３ａが嵌入される貫通孔６５ｃが形成されている。絶縁ガスケット６５は、ゴム等により形成されており、鍔部６５ｂを電池蓋３の内面側にして筒部６５ａが電池蓋３の貫通孔１３ａに挿通される。

絶縁板６４は、電池蓋３の外面側に配置され、絶縁ガスケット６５の筒部６５ａが挿通される貫通孔６４ａおよび電池蓋３の凹部１４ａに嵌入される突出部６４ｂを有する。突出部６４ｂの反対面側には平面視で矩形形状の溝部６４ｃが設けられている。絶縁板６４の上面側には、その外郭に沿って立壁が形成され、その立壁の内側には凹部６４ｄが形成されている。絶縁ガスケット６５の筒部６５ａを電池蓋３の内面側から貫通孔１３ａ内に挿通して鍔部６５ｂを電池蓋３の内面に圧接すると、絶縁ガスケット６５の上端が絶縁板６４の上面より上方に突出する。
正極外部端子６１は、軸部６１ａと台座部６１ｂとを有する。台座部６１ｂは、平面視で矩形形状を有し、絶縁板６４の溝部６４ｃ内に嵌入される。軸部６１ａには、雄ねじが形成されている。

正極接続板６２は、絶縁板６４の凹部６４ｄに嵌入される形状に形成されている。正極接続板６２には、電池蓋３の貫通孔１３ａとほぼ同じ径の貫通孔６２ａおよび正極外部端子６１の軸部６１ａが挿通される貫通孔６２ｂが設けられている。

正極外部端子６１、正極接続板６２、正極端子部材６３および正極集電板２１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。正極外部端子６１、正極接続板６２、正極端子部材６３および正極集電板２１は、絶縁板６４および絶縁ガスケット６５により電池蓋３と絶縁された状態で、相互に、電気的に接続されている。

負極端子構成部７０は、負極外部端子７１、負極接続板７２、負極端子部材７３、絶縁板７４、絶縁ガスケット７５および負極集電板２２を備えている。負極端子構成部７０と電池蓋３との取付け構造は、正極端子構成部６０と同様であり、負極外部端子７１、負極接続板７２、負極端子部材７３、絶縁板７４、絶縁ガスケット７５および負極集電板２２が、それぞれ、正極端子構成部６０における正極外部端子６１、正極接続板６２、正極端子部材６３、絶縁板６４、絶縁ガスケット６５および正極集電板２１に対応する部材であることを示すに留め、その詳細な説明を省略する。

負極外部端子７１、負極接続板７２、負極端子部材７３および負極集電板２２は、例えば、銅、銅合金等の銅系金属により形成されている。負極外部端子７１、負極接続板７２、負極端子部材７３および負極集電板２２は、絶縁板７４および絶縁ガスケット７５により電池蓋３と絶縁された状態で、相互に、電気的に接続されている。

ここで、電極群４０の正極電極４１を正極外部端子６１に電気的に接続する経路には正極接続構造体が設けられている。すなわち、正極接続構造体は、電極群４０の正極に一端が接続された正極集電板２１と、一端が正極集電板２１の他端に接続され、他端に正極挿通部６３ａが設けられた端子部材６３と、電池蓋３の上面において絶縁板６４により電池蓋３と絶縁されて配設され、一端には正極挿通部６３ａが挿通されて接続され、他端が正極外部端子６１に接続された接続板６２とを含む構造体である。
また、電極群４０の負極電極４２を負極外部端子７１に電気的に接続する経路には負極接続構造体が設けられている。すなわち、負極接続構造体は、電極群４０の負極に一端が接続された負極集電板２２と、一端が負極集電板２２の他端に接続され、他端に負極挿通部７３ａが設けられた端子部材７３と、電池蓋３の上面において絶縁板７４により電池蓋３と絶縁されて配設され、一端には負極挿通部７３ａが挿通されて接続され、他端が負極外部端子７１に接続された接続板７２とを含む構造体である。

正極端子構成部６０を電池蓋３に取り付ける手順の一例を下記に示す。
（１）絶縁板６４の突出部６４ｂを電池蓋３の凹部１４ａ内に嵌入すると共に、絶縁板６４の貫通孔６４ａを電池蓋３の貫通孔１３ａに位置合わせをする。
（２）正極外部端子６１の台座部６１ｂを絶縁板６４の溝部６４ｃに嵌入する。
（３）正極接続板６２の貫通孔６２ｂを正極外部端子６１の軸部６１ａに挿通すると共に、正極接続板６２を絶縁板６４の凹部６４ｄに嵌入する。この状態で、正極接続板６２の貫通孔６２ａと電池蓋３の貫通孔１３ａとが位置合わせされる。また、正極接続板６２の厚さは絶縁板６４の凹部６４ｄの深さより少し大きく、正極接続板６２の上面は絶縁板６４の上面より少し突出する。

（４）絶縁ガスケット６５の筒部６５ａを電池蓋３の内面側から貫通孔１３ａに挿通する。
（５）正極端子部材６３の軸部６３ａを正極集電板２１の貫通孔２１ｃに挿通し、フランジ部６３ｂで正極集電板２１を保持する。
（６）正極集電板２１を保持した正極端子部材６３の軸部６３ａを絶縁ガスケット６５の貫通孔６５ｃに挿通し、正極端子部材６３の軸部６３ａの上端を正極接続板６２の上面から突出させる。
（７）正極端子部材６３のフランジ部６３ｂにより絶縁ガスケット６５の鍔部６５ｂを電池蓋３の内面に圧接した状態で、正極端子部材６３の軸部６３ａの上端を正極接続板６２にかしめる。このかしめ加工により、正極端子部材６３の軸部６３ａの上端が拡大されかしめ部６３ｃが形成される。

なお、上記組み付けの手順は、一例であり、種々、順序を変更することができる。
また、負極端子構成部７０も、正極端子構成部６０と同様に、かしめ部７３ｃにより電池蓋３に取り付けられる。このようにして、図６に図示されるように、電池蓋３に正極端子構成部６０と負極端子構成部７０とが一体化された電池蓋組立体５０が形成される。

電池蓋組立体５０の正極集電板２１の一対の接続片２１ｂは、電極群４０の正極電極４１の正極合剤未塗工部４１ｃに接合され、負極集電板２２の一対の接続片２２ｂは、電極群４０の負極電極４２の負極合剤未塗工部４２ｃに接合される。接合は、例えば、超音波溶接等により行われ、これにより、電池蓋組立体５０および電極群４０が一体化される。そして、電池蓋組立体５０および電極群４０は、上述した如く、絶縁ケース１６を介して電池容器４内に収容される。

上述した如く、電池蓋３は、電池容器４の開口部４ａを塞いだ状態で電池容器４に溶接される。図１および図３に図示されるように、電池蓋３には、正・負極端子構成部６０，７０の周縁部、および、かしめ部６３ｃの周縁部を被覆するように電解液漏れ防止用の絶縁層８０が形成されている。

図８に図示されるように、正極端子部材６３のかしめ部６３ｃの外径は、電池蓋３の貫通孔１３ａ、絶縁板６４の貫通孔６４ａおよび正極接続板６２の貫通孔６２ａの径より大きい。かしめ部６３ｃは、貫通孔１３ａ、６４ａ、６２ａの全体を塞ぐシール部として機能する。

図１、図３および図８を参照して絶縁層８０の被覆領域、被覆箇所について説明する。絶縁層８０は、正極端子部材６３のかしめ部６３ｃの上面全体、正極接続板６２におけるかしめ部６３ｃの周縁部、および電池蓋３における絶縁板６４の周縁部を覆って形成されている。すなわち、電解液が一対の貫通孔１３ａ，１３ｂから電池容器４の外部に漏出する経路の終端部が電池蓋３の上面部において絶縁層８０で被覆されている。

ただし、正極外部端子６１、および正極接続板６２における正極外部端子６１の近傍周縁部には、絶縁層８０は塗布されていない。すなわち、正極外部端子６１、および正極接続板６２における正極外部端子６１の近傍周縁部の表面は外部に露出されている。正極接続板６２における正極外部端子６１の周縁部には、不図示のバスバーが載置され、正極外部端子６１の軸部６１ａの雄ねじ部に螺合されるナットにより、バスバーは正極外部端子６１の表面に密着して固定される。バスバーによって、複数の角形二次電池１が電気的に接続され、組電池である電池モジュールが構成される。

図７は、正極端子部材６３の周縁部に絶縁層８０を形成する前の状態、換言すれば、従来の構造の断面図である。例えば、複数の角形二次電池１が、バスバーにより接続されている状態で角形二次電池１の幅広側面ＰＷに衝撃が加わると、電池蓋３に設けられている正極端子構成部６０に不所望な荷重が作用するおそれがある。

図９は、図７に図示された従来の構造において、正極端子構成部６０と負極端子構成部７０に不所望な荷重が作用した状態を示す断面図である。
正極端子部材６３のかしめ部６３ｃが衝撃により変形し、かしめ部６３ｃと正極接続板６２との間に隙間が生じる。また、これに伴って、絶縁ガスケット６５と電池蓋３との間にも隙間が生じる。このため、電池容器４内に注入されている非水電解液８が、電池蓋３の貫通孔１３ａ、絶縁板６４の貫通孔６４ａおよび正極接続板６２の貫通孔６２ａを介して、かしめ部６３ｃと正極接続板６２との間の隙間から漏れ出す。これらの隙間が電解液の漏洩経路であるが、絶縁板６４と電池蓋３との間隙、接続板６２と絶縁板６４との間隙が電解液の漏洩経路となることもある。
すなわち、実施形態１の二次電池において、正極端子構成部６０と負極端子構成部７０は、蓋内面に位置するフランジ６３ｂと蓋上面のかしめ部６３ｃにより蓋３にかしめ固定されるものである。したがって、かしめ固定される部材の蓋上面側の箇所に電解液漏洩経路が形成される。

図１０は、正極端子部材６３の周縁部に絶縁層８０が形成されている実施形態の要部断面図である。
図９に図示されるように、正極端子部材６３のかしめ部６３ｃが衝撃により変形し、かしめ部６３ｃと正極接続板６２との間、および絶縁ガスケット６５と電池蓋３との間にも隙間が生じる。これにより、非水電解液８が、電池蓋３の貫通孔１３ａ、絶縁板６４の貫通孔６４ａおよび正極接続板６２の貫通孔６２ａ、およびかしめ部６３ｃと正極接続板６２との間の隙間に流出する。しかし、正極端子部材６３のかしめ部６３ｃの周縁部から正極接続板６２の貫通孔６２ａの周縁部までの領域は絶縁層８０により被覆されているため、非水電解液８の漏出は絶縁層８０により防止される。
換言すると、電解液が一対の貫通孔１３ａ，１３ｂから電池容器４の外部に漏出する経路の終端部が電池蓋３の上面部において絶縁層８０で被覆され、これにより電解液の漏洩が防止される。

絶縁層８０は、例えば、加熱溶融した樹脂を、ディスペンサーにより塗布し、冷却して固化することにより形成される。樹脂としては、熱可塑性ポリエチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂を挙げることができる。絶縁層の厚さは、正・負極端子部材６３、７３の上面からの厚さＴ（図８参照）を１．０ｍｍ以上とすることが好ましい。
なお、絶縁層８０は電池蓋組立体５０を製作する際に設けたり、電池蓋組立体５０を電池容器４に溶接し、電解液を注入し、注液口を注液栓で封止した後に設けたりしてもよい。

以上では、正極端子構成部６０に関する電解液漏洩とその防止用の絶縁層被覆について説明したが、負極端子構成部７０についても同様であり、その説明を省略する。

以上説明した実施形態１の二次電池は、電極群４０に対して充放電を行うために設けられた正極外部端子６１および負極外部端子７１を含む正極端子構成部６０および負極端子構成部７０を備える。正極端子構成部６０および負極端子構成部７０は、正極端子部材６３および負極端子部材７３を蓋内面側から蓋３の貫通孔１３ａ，１３ｂに挿通し、蓋上部に突出した上部をかしめ、そのかしめ部６３ｃ、７３ｃにより蓋３にかしめ固定されている。蓋３の貫通孔１３ａ，１３ｂと正極端子部材６３および負極端子部材７３との間にはシール部材６５，７５が介在して容器内部からの電解液の漏洩を防止している。二次電池に不所望の荷重が作用してかしめ部６３ｃ，７３ｃが変形すると、正極端子構成部６０および負極端子構成部７０の構成部材間を介して容器外部に電解液が漏洩し得る漏洩経路が形成されることがある。そこで、実施形態１の二次電池では、電解液漏洩経路の終端部を絶縁層８０で被覆して電解液の漏洩を防止している。

また、実施形態１の二次電池おいては、かしめ部６３ｃ、７３ｃのかしめ固定が緩むと、正極接続板６２と正極側の絶縁板６４との間の接合部、負極接続板７２と負極側の絶縁板７４との間の接合部、正極側の絶縁板６４と蓋３との間の接合部、および負極側の絶縁板７４と蓋３との間の接合部にそれぞれ漏洩経路が形成されることがある。そのため、その漏洩経路の終端部にも絶縁層８０を形成して電解液の漏洩を確実に防止している。

このような実施形態１の二次電池によれば、角形二次電池１に衝撃が加わり、正・負極端子部材６３、７３が変形し、正・負極端子部材６３、７３と電池蓋３との間に隙間が生じても、電解液漏れ防止用の絶縁層８０により非水電解液８の漏れを防止することができるという効果を奏する。

−実施形態２-
図１１は、本発明の実施形態２を示し、電解液漏れ防止構造を示す断面図である。
実施形態１では、正極端子部材６３は、電池蓋３の内面側にフランジ部６３ｂを有し、電池蓋３の外面側に配置された正極接続板６２に、正極端子部材６３の軸部６３ａの上端をかしめてかしめ部６３ｃを形成した構造であった。
実施形態２では、正極端子部材６３Ａは、電池蓋３の外面側に配置された正極接続板６２に圧接されるフランジ部６３ｃ₁を有し、電池蓋３の内面側にかしめ部６３ｂ₁を設けた構造を有する。かしめ部６３ｂ₁と電池蓋３の内面との間には、絶縁ガスケット６５の鍔部６５ｂと正極集電板２１が介装されており、正極端子部材６３Ａは、正極集電板２１にかしめられる。

実施形態２において、絶縁層８０は、正極端子部材６３のフランジ部６３ｃ₁の上面全体、正極接続板６２におけるフランジ部６３ｃ₁の周縁部、および電池蓋３における絶縁板６４の周縁部を覆って形成されている。この場合も、電解液が一対の貫通孔１３ａ，１３ｂから電池容器４の外部に漏出する経路の終端部が電池蓋３の上面部において絶縁層８０で被覆されている。このため、衝撃によりかしめ部６３ｂ₁が変形し、正極端子部材６３のフランジ部６３ｃ₁の周縁部と正極接続板６２との間に隙間が生じても、すなわち、正極端子構成部６０の構成部材間に隙間が生じても、この隙間である漏洩経路の終端を被覆する絶縁層８０により、非水電解液８の漏洩を防止することができる。

実施形態２の二次電池において、正極端子構成部６０と負極端子構成部７０は、蓋上面に位置するフランジ部６３ｃ₁と蓋内面ｃ₁のかしめ部６３ｂ₁により蓋３にかしめ固定されるものである。すなわち、かしめ固定される部材の蓋上面側の箇所に電解液漏洩経路が形成される。

−実施形態３−
図１２、図１３は本発明の実施形態３を示し、図１２は電池蓋組立体５０Ａの分解斜視図であり、図１３は図１２に図示された電池蓋組立体５０Ａを組み付け、絶縁層８０を形成した状態の断面図である。
電池蓋組立体５０Ａは、電池蓋３Ａに、正極端子構成部６０Ａと負極端子構成部７０Ａとを組み付けて構成されている。電池蓋３Ａには、一対の貫通孔１３ａ₁、１３ｂ₁が形成されている。一対の貫通孔１３ａ₁、１３ｂ₁は、電池蓋３Ａの長手方向の中心に対してほぼ対称に設けられており、正極端子構成部６０Ａと負極端子構成部７０Ａは、電池蓋３Ａの長手方向の中心に対してほぼ対称に取り付けられる。注液栓と開裂弁は図示を省略している。

正極端子構成部６０Ａは、正極集電板２１Ａ、絶縁ガスケット６５Ａおよび抜け止めワッシャ６６を備えている。正極集電板２１Ａおよび環状部材である抜け止めワッシャ６６はアルミニウム系金属により形成されている。
負極端子構成部７０Ａは、負極集電板２２Ａ、絶縁ガスケット７５Ａおよび抜け止めワッシャ７６を備えている。負極集電板２２Ａおよび抜け止めワッシャ７６は銅系金属により形成されている。

正極集電板２１Ａは、プレス加工により、本体部２１ａ₁、接続片２１ｂ₁、連結片２１ｂ₂および正極端子部６３Ｂが一体成型されたものである。正極端子部６３Ｂは、段付き筒型形状を有し、大径の下部筒部６３ｄと小径の上部筒部６３ｅを有する。上部筒部６３ｅには、天面部６３ｇ（図１３参照）が設けられている。大径の下部筒部６３ｄと小径の上部筒部６３ｅが正極挿通部である。
同様に、負極集電板２２Ａは、プレス加工により、本体部２２ａ₁、接続片２２ｂ₁、連結片２２ｂ₂および負極端子部７３Ｂが一体成型されたものである。
実施形態１の場合と同様に、正極集電板２１Ａの接続片２１ｂ₁は、図４に図示された電極群４０の正極合剤未塗工部４１ｃに接合され、負極集電板２２Ａの接続片２２ｂ₁は、電極群４０の負極電極４２の負極合剤未塗工部４２ｃに接合される。

絶縁ガスケット６５Ａは、筒部６５ａ₁と、筒部６５ａ₁より大きい径の鍔部６５ｂ₁とを有する鍔付き円筒部材であり、中央部に正極端子部６３Ｂの下部筒部６３ｄが挿通される貫通孔６５ｃ₁が形成されている。絶縁ガスケット６５Ａは、ゴム等により形成され、鍔部６５ｂ₁を電池蓋３Ａの内面側にして筒部６５ａ₁が電池蓋３Ａの貫通孔１３ａ₁に嵌入される。

抜け止めワッシャ６６は、貫通孔６６ａを有するリング状部材である。貫通孔６６ａの内径は、正極端子部６３Ｂの上部筒部６３ｅの外径より大きく、下部筒部６３ｄの外径より小さい径を有する。すなわち、抜け止めワッシャ６６の貫通孔６６ａの大きさは、正極端子部６３Ｂの上部筒部６３ｅは挿通するが、下部筒部６３ｄは挿通しない大きさである。また、抜け止めワッシャ６６の厚さは、正極端子部６３Ｂの上部筒部６３ｅの軸長よりも短いので、抜け止めワッシャ６６の上面は上部筒部６３ｅの天面部６３ｇより低くなる。その結果、後述するかしめ加工により、上部筒部６３ｅの天面部６３ｇによりワッシャ６６をかしめることできる。

電池蓋３Ａに正極端子構成部６０Ａを取り付ける手順の一例を示す。
電池蓋３Ａの貫通孔１３ａ₁に内面側から絶縁ガスケット６５Ａを挿通し、正極集電板２１Ａの正極端子部６３Ｂを絶縁ガスケット６５Ａの貫通孔６５ｃ₁に電池蓋３Ａの内面側から嵌入する。正極端子部６３Ｂの下部筒部６３ｄの外周面と電池蓋３Ａの貫通孔１３ａ_１との間には絶縁ガスケット６５Ａの筒部６５ａ₁が介在する。電池蓋３Ａの上面に突出した正極端子部６３Ｂの上部筒部６３ｅに抜け止めワッシャ６６を嵌入する。抜け止めワッシャ６６の上面から上方に突出した上部筒部６３ｅの天面部６３ｇと集電板本体部２１ａ_１とをかしめ治具で挟持してかしめることにより、正極端子構成部６０Ａを電池蓋３Ａに固定する。符号６３ｈががしめ部である。
正極集電板２１Ａと抜け止めワッシャ６６とは、絶縁ガスケット６５Ａにより電池蓋３Ａから絶縁された状態で電気的に接続されている。

負極端子構成部７０Ａと電池蓋３Ａとの取付け構造も、正極端子構成部６０Ａと同様であり、負極集電板２２Ａ、絶縁ガスケット７５Ａおよび抜け止めワッシャ７６が、それぞれ、正極端子構成部６０Ａにおける正極集電板２１Ａ、絶縁ガスケット６５Ａおよび抜け止めワッシャ６６に対応する部材であることを示すに留め、その詳細な説明を省略する。
負極端子構成部７０Ａにおいても、負極集電板２２Ａと抜け止めワッシャ７６とは、絶縁ガスケット７５Ａにより電池蓋３Ａから絶縁された状態で電気的に接続されている。

図１３に図示されるように、正極端子部６３の天面部６３ｇの外周縁、抜け止めワッシャ６６の上面全体、抜け止めワッシャ６６の外周面、および電池蓋３Ａにおける絶縁ガスケット６５Ａの近傍周縁部に絶縁層８０が形成されている。絶縁層８０が形成されていない正極端子部６３の天面部６３ｇは正極外部端子として使用され、バスバーが溶接される。
図示はしないが、負極端子構成部７０Ａにおいても同様であり、負極端子部７３の天面部７３ｇの外周縁、抜け止めワッシャ７６の上面全体、抜け止めワッシャ７６の外周側面、および電池蓋３Ａにおける絶縁ガスケット７５Ａの近傍周縁部に絶縁層８０が形成される。絶縁層８０が形成されていない負極端子部７３の天面部７３ｇは負極外部端子として使用され、バスバーが溶接される。

以上説明した実施形態３の発明による二次電池においては、正極端子構成部６０Ａおよび負極端子構成部７０Ａのそれぞれは、電極群４０の正極電極４１または負極電極４２に一端が接続され、他端に正極端子部６３Ｂまたは負極端子部７３Ｂが形成された正極集電板２１Ａまたは負極集電板２２Ａを含んでいる。正極端子部６３Ｂ、負極端子部７３Ｂはそれぞれの集電板２１Ａ，２２Ａに一体に形成され、正極挿通部である筒部６３ｄ，６３ｅおよび負極挿通部である筒部７３ｄ，７３ｅのそれぞれが蓋３Ａの貫通孔１３ａ_１，１３ｂ_１から蓋上面に突出している。上部筒部６３ｅ，７３ｅに抜け止めワッシャ６６、７６を外挿して筒部天面部６３ｇ、７３ｇをかしめることにより、正負極集電板２１Ａ，２２Ａが蓋３Ａにかしめ固定される。

二次電池に不所望の荷重が作用してかしめ部６３ｈ，７３ｈが変形すると、正極端子構成部６０Ａおよび負極端子構成部７０Ａの構成部材間を介して容器外部に電解液が漏洩し得る漏洩経路が形成されることがある。そこで、実施形態３の二次電池では、電解液漏洩経路の終端部を絶縁層８０で被覆して電解液の漏洩を防止している。詳細には、絶縁層８０は、正極端子部６３Ｂおよび負極端子部７３Ｂの頂部である天面部６３ｇ、７３ｇの周縁部から貫通孔１３ａ_１、１３ｂ_１の周縁に広がる蓋上面の領域にかけて設けられている。

実施形態３の二次電池においても、電解液が一対の貫通孔１３ａ_１，１３ｂ_１から電池容器４の外部に漏出する経路の終端部が電池蓋３の上面部において絶縁層８０で被覆されている。このため、衝撃により正極端子部６３Ｂ、７３Ｂが変形し、抜け止めワッシャ６６、７６と正極端子部６３Ｂ、７３Ｂおよび／または抜け止めワッシャ６６、７６と絶縁ガスケット６５Ａ、７５Ａとの間に隙間が生じても、これら隙間から非水電解液８が漏れ出すことが絶縁層８０により防止される。

なお、上記実施形態においては、絶縁層８０を塗布により形成するとして例示したが、絶縁層８０を低圧射出成型により形成するようにしてもよい。

上記実施形態においては、電極群４０を軸芯の周囲に捲回した捲回電極群として例示したが、電極群４０は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層するようにしてもよい。

本発明は、リチウムイオン角形二次電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池のように水溶性電解液を用いる角形二次電池にも適用が可能である。また、本発明は、電極群に浸潤される電解液が注入されたリチウムイオンキャパシタ等の蓄電素子にも適用が可能である。

その他、本発明は、種々、変形して適用することが可能であり、要は、電極群を浸潤する電解液が注入された容器を密封する蓋、および蓋の貫通孔を貫通する挿通部を有する正・負極端子構成部を備えた蓄電素子において、蓋の貫通孔から正・負極端子構成部の隙間を介して容器外部に漏洩する経路の終端部を絶縁層で被覆することにより、電解液の漏洩を防止する蓄電素子であればよい。

１リチウムイオン角形二次電池
２電池容器
３、３Ａ電池蓋
４電池容器
８非水電解液
２１、２１Ａ正極集電板
２２、２２Ａ負極集電板
４０電極群
５０、５０Ａ電池蓋組立体
６０、６０Ａ正極端子構成部
６１正極外部端子
６２正極接続板
６３、６３Ａ正極端子部材
６３ａ、７３ａ軸部
６３ｃ、７３ｃかしめ部
６３ｃ₁ フランジ部
６３ｇ、７３ｇ天面部
６３ｈ、７３ｈかしめ部
６３Ｂ正極端子部
６５、６５Ａ、７５、７５Ａ絶縁ガスケット
６４、７４絶縁板
６６、７６抜け止めワッシャ
７０、７０Ａ負極端子構成部
７１負極外部端子
７２負極接続板
７３、７３Ａ負極端子部材
７３Ｂ負極端子部
８０絶縁層

Claims

正極電極と負極電極とがセパレータを介して積層された電極群と、
前記電極群を浸潤する電解液と、
開口部を有し、前記電極群および前記電解液を収容する容器と、
前記容器の開口部を密封し、前記容器の内部に貫通する一対の貫通孔を有する蓋と、
前記蓋に絶縁されて設けられ、前記電極群に対して充放電を行うために設けられた正極外部端子および負極外部端子を含む正極端子構成部および負極端子構成部とを備え、
前記蓋の貫通孔から正極端子構成部および負極端子構成部の構成部材間を介して容器外部に前記電解液が漏洩し得る漏洩経路の終端部を絶縁層で被覆した蓄電素子。
請求項１に記載の蓄電素子において、
前記正極端子構成部および負極端子構成部は、
前記蓋の一対の貫通孔にシール部材を介してそれぞれが挿通された正極挿通部および負極挿通部を有し、
前記正極端子構成部および負極端子構成部は、前記正極挿通部および負極挿通部のそれぞれをかしめることで形成されたかしめ部により前記蓋に固定されており、
前記漏洩経路は、前記かしめ部によりかしめられた前記正極端子構成部および負極端子構成部の構成部材間の接合部である蓄電素子。
請求項２に記載の蓄電素子において、
前記正極端子構成部および負極端子構成部のそれぞれは、
前記電極群の正極電極または負極電極に一端が接続された正極集電板または負極集電板と、
一端が前記正極集電板または負極集電板の他端に接続されるとともに、前記正極挿通部または負極挿通部を有する正極端子部材または負極端子部材と、
前記蓋の上面において正極側または負極側の絶縁板により前記蓋と絶縁されてそれぞれが配設され、一端には前記正極挿通部または負極端挿通部が挿通されて接続され、他端が前記正極外部端子または負極外部端子に接続された正極接続板または負極接続板とを含み、
前記かしめ部は、前記正極挿通部および負極挿通部が前記正極接続板および前記負極接続板の貫通孔に挿入される上部または下部に設けられている蓄電素子。
請求項３に記載の蓄電素子において、
前記正極挿通部と前記正極接続板との間の隙間、および負極挿通部と前記負極接続板との間の隙間にそれぞれが形成された前記漏洩経路の終端部と、
前記正極接続板と正極側の前記絶縁板との間の隙間、および前記負極接続板と負極側の前記絶縁板との間の隙間にそれぞれが形成された前記漏洩経路の終端部と、
前記正極側の絶縁板と前記蓋の間の隙間、および前記負極側の絶縁板と前記蓋との間の隙間にそれぞれが形成された前記漏洩経路の終端部のそれぞれに前記絶縁層が形成されている蓄電素子。
請求項１または２に記載の蓄電素子において、
前記正極端子構成部および負極端子構成部のそれぞれは、
前記電極群の正極電極または負極電極に一端が接続され、他端に前記正極端子部または負極端子部が形成された正極集電板または負極集電板を含み、
前記正極端子部および負極端子部のそれぞれは、前記蓋の貫通孔を貫通して前記蓋の上面に突出する突出部を有し、前記突出部が前記正極外部端子および負極外部端子とされ、
前記絶縁層は、前記正極端子部および負極端子部と前記蓋の貫通孔との隙間から外部に電解液が漏洩する経路の終端部に設けられている蓄電素子。
請求項５に記載の蓄電素子において、
前記正極端子構成部および負極端子構成部のそれぞれは、さらに、前記蓋から突出する前記正極端子部または負極端子部に外挿された環状部材を有し、
前記正極端子部および負極端子部の頂部をかしめて前記正極集電板および負極集電板が前記環状部材とともに前記蓋に固定されており、
前記絶縁層は、前記正極端子部および負極端子部の頂部周縁部から前記貫通孔の周縁に広がる蓋上面の領域に設けられている蓄電素子。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電素子において、
前記電解液漏れ防止用の絶縁層は熱可塑性ポリエチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂である蓄電素子。