JP2015005479A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子における外装体に対する外部端子の位置ずれを防止する。【解決手段】外部端子５Ａ，５Ｂと蓋４の上面４ａとの間には上側パッキン８Ａ，８Ｂが介装されている。上側パッキン８Ａ，８Ｂには、外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂを収容する凹部１１Ａ，１１Ｂが形成されている。外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂと凹部１１Ａ，１１Ｂとの間に隙間１２Ａ，１２Ｂが形成されている。隙間１２Ａ，１２Ｂに充填材を充填して充填部１３Ａ，１３Ｂが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子に関する。

特許文献１には、蓄電素子の正負の外部端子を加締により蓋（電極体と集電体が収容されたケース本体の開口を閉鎖し、ケース本体と共に外装体を構成する。）に固定した構造が開示されている。外部端子は集電体に接続され、集電体は電極体に接続されている。外部端子の外部回路と接続される部分（外部接続部）と蓋体の外面との間には、絶縁樹脂製のパッキンが介装されている。このパッキンには外部接続部を収容する凹部が形成されている。

外部端子の外部接続部とパッキンの凹部のいずれにも、不可避の寸法公差があるので、凹部の外形寸法は外部接続部の外形寸法よりも大きく設計される。そのため、実際の製品では、凹部と外部接続部の間に隙間が設けられている。

外部端子の外部接続部には、外部回路との接続部材（例えばバスバー）が溶接やナット締めで連結され、この接続部材から外力（例えばトルク）が作用する。前述のように外部端子の外部接続部とパッキンの凹部との間には寸法公差による隙間が設けられている。そのため、接続部材から外部接続部に作用する外力により、外部端子が蓋に対して微細な位置ずれ（例えば回転）を起こす。外部端子と共に集電体も蓋体に対して微細な位置ずれを起こし、集電体に接続された電極体に機械的な負荷がかかり、蓄電素子の性能低下をまねく。

特許文献１に記載されたものを含む従来の蓄電素子では、前述したパッキンとの凹部と外部端子の接続部との間の隙間に起因する外部端子の外装体（例えば蓋）に対する位置ずれ防止について、十分に検討されていない。

特開２０１２−１２４１３２号公報

本発明は、蓄電素子における外装体に対する外部端子の位置ずれ防止を課題とする。

本発明は、外装体の外面に配置されて外部回路に接続される外部接続部を備える外部端子と、前記外部接続部と前記外装体の前記外面との間に介装され、前記外部接続部が収容された凹部を備えるパッキンと、前記外部接続部の側部と前記凹部の側壁面により画定された第１の隙間と、前記隙間に充填された充填材からなる第１の充填部とを備える、蓄電素子を提供する。

外部端子の外部接続部とパッキンの凹部との間の第１の隙間に、充填材を充填して第１の充填部を設けている。言い換えれば、外部接続部と凹部の間の第１の隙間を第１の充填部により埋めている。第１の充填部を設けることで、外部接続部と凹部との間には、外部端子のパッキンに対する相対的な変位ないし移動（回転を含む）を許容する間隙がなくなる。その結果、外部接続部に外力が作用しても外部端子のパッキンに対する位置ずれ（例えば回転）を防止でき、それによって外装体に対する外部端子の位置ずれ（例えば回転）を防止できる。

前記充填材は、例えば熱硬化性樹脂である。

前記外部接続部の前記側部と前記第１の充填部のうちの一方に形成された窪み部と、前記外部接続部の前記側部と前記第１の充填部のうちの他方に形成されて前記窪み部と係合する突起部とを設けてもよい。

突起部と窪み部との係合により、より確実に外部端子のパッキンに対する位置ずれを防止できる。

外装体は前記外面から突出する突出部を備え、前記パッキンは前記突出部が貫通する貫通孔が設けられた止め部を備えてもよい。この場合、前記突出部と前記貫通孔の孔壁との間の第２の隙間に充填された充填材からなる第２の充填部を備えてもよい。

外装体の突出部とパッキンの貫通孔の孔壁との間の第２の隙間に第２の充填部を設けることで、パッキンの外装体に対する位置ずれを防止でき、それによって外装体に対する外部端子の位置ずれをより確実に防止できる。

前記突出部に拡径部を設けることで、前記パッキンの前記止め部を加締固定してもよい。

外部端子の外部接続部とパッキンの凹部との間の隙間を、充填材を充填して形成した第１の充填部で埋めているので、外装体に対する外部端子の位置ずれ（回転を含む）を防止し、この位置ずれに起因する蓄電素子の性能低下を防止できる。

本発明の第１実施形態に係る電池の斜視図。 本発明の第１実施形態に係る電池の平面図。 本発明の第１実施形態に係る電池の側面図。 本発明の第２実施形態に係る電池の斜視図。

（第１実施形態）
図１から図３は、本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１（以下単に電池１という）を示す。

電池１の外装体２（本実施形態ではアルミニウム製）は、ケース本体３と、ケース本体３の開口を閉じる蓋４で構成されている。本実施形態の外装体２は扁平な直方体状の外観を呈する。ケース本体３内には、電極体と正負の集電体が収容され、電解液が充填されている（いずれも図示せず）。電極体はセパレータを介在して巻回又は積層されたフィルム状の正極（本実施形態でアルミニウム箔）と負極（本実施形態では銅箔）を備える。電極体の正負のリード部には、集電体が機械的及び電気的に接続されている。

長方形状の蓋４の一端側に正極の外部端子５Ａが配置され、他端側に負極の外部端子５Ｂが配置されている。

外部端子５Ａ，５Ｂは、蓋４の上面（外面）４ａに配置される板状部６Ａ，６Ｂを備える。板状部６Ａ，６Ｂには、バスバーのような接続部材が溶接されて外部回路に接続される。

正極の外部端子５Ａは、板状部６Ａの下面から下方に突出する円筒状の軸部７を備える。軸部７は蓋４を貫通してケース本体３の内部に突出している。この軸部７の下端には拡径部７ａが設けられ、それによって正極の外部端子５Ａが蓋４に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５Ａの板状部６Ａと拡径部７ａとの間に、絶縁樹脂製の上側パッキン８Ａ、蓋４、絶縁樹脂性の下側パッキン（図示せず）、及び正極側の集電体（図示せず）が挟み込まれることで、正極の外部端子５Ａが蓋４に固定されている。蓋４の上面４ａと正極の外部端子５Ａの板状部６Ａとの間に上側パッキン８Ａが介装され、蓋４の下面（内面）４ｂと正極側の集電体との間に下側パッキンが介装されている。本実施形態では、正極の外部端子５Ａと正極側の集電体はアルミニウム製である。

負極の外部端子５は、板状部６Ｂとは別体のリベット９を備える。板状部６Ｂに形成された貫通孔にリベット９の上端の顎部９ａが圧入され、それによって軸部９ｂが板状部６Ｂの下面から下方に突出するように、リベット９が板状部６Ｂに固定されている。軸部９ｂは蓋４を貫通してケース本体３の内部に突出している。軸部９ｂの下端には拡径部９ｃが設けられ、それによって負極の外部端子５Ｂが蓋４に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５Ｂの板状部６Ｂと拡径部９ｃとの間に、絶縁樹脂性の上側パッキン８Ｂ、蓋４、絶縁樹脂性の下側パッキン（図示せず）、及び負極側の集電体（図示せず）が挟み込まれることで、負極の外部端子５Ｂが蓋４に固定されている。蓋４の上面４ａと負極の外部端子５Ｂの板状部６Ｂとの間に上側パッキン８Ｂが介装され、蓋４の下面４ｂと負極側の集電体との間に下側パッキンが介装されている。本実施形態では、負極の外部端子５Ｂは板状部６Ｂがアルミニウム製でリベット９が銅製であり、負極側の集電体は銅製である。

本実施形態における正負の外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂは、概ね扁平な直方体状であり、図２に最も明瞭に示すように、上端面（端部）６ａの形状は概ね長方形状である。板状部６Ａ，６Ｂは上端面６ａの外周縁から図示しない下端面（上端面と同形状）に向けて延びる４面の側面（側部）６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅを備える。上端面６ａの長辺に相当する側面６ｂ，６ｃが互いに対向し、上端面６ａの短辺に相当する側面６ｄ，６ｅが互いに対向する。

上側パッキン８Ａ，８Ｂの上面には外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂを収容する有底の凹部１１Ａ，１１Ｂが形成されている。図２に最も明瞭に示すように、凹部１１Ａ，１１Ｂの平面視での形状は、四隅が角面に面取取された長方形状である。具体的には、凹部１１Ａ，１１Ｂは、板状部６Ａ，６Ｂの側面６ｂ，６ｃ（長辺）と対向する側壁面１１ｂ，１１ｃと板状部６Ａ，６Ｂの側面６ｄ，６ｅ（短辺）と対向する側壁面１１ｄ，１１ｅとを備え、これらの側壁面１１ｄ〜１１ｅの接続部分に面取の側壁面１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉが設けられている。

凹部１１Ａ，１１Ｂの平面視での外形輪郭は、外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂの外形輪郭よりも十分大きく設定している。これにより、外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂの側面６ｂ〜６ｅと凹部１１Ａ，１１Ｂの側壁面１１ｂ〜１１ｅとの間に、平面視で外部端子５Ａ，５Ｂを取り囲むように、板状部６Ａ，６Ｂの上端面６ａ側が開口した有底の隙間（第１の隙間）１２Ａ，１２Ｂが形成されている。具体的には、凹部１１Ａ，１１Ｂの側壁面１１ｄは板状部６Ａ，６Ｂの短辺の一方を構成する側面６ｄに対して間隔ｔ１を隔てて配置され、凹部１１Ａ，１１Ｂの側壁面１１ｅは板状部６Ａ，６Ｂの短辺の他方を構成する側面６ｅに対して間隔ｔ２を隔てて配置されている。また、凹部１１Ａ，１１Ｂの側壁面１１ｂ，１１ｃは、板状部６Ａ，６Ｂの長辺を構成する側面６ｂ，６ｃに対して間隔ｔ３，ｔ４を隔てて配置されている。さらに、凹部１１Ａ，１１Ｂの側壁面１１ｆ〜１１ｉも、板状部６Ａ，６Ｂの隅部に対して間隔を隔てて配置されている。

隙間１２Ａ，１２Ｂには充填材を充填して充填部（第１の充填部）１３Ａ，１３Ｂを設けている。充填部１３Ａ，１３Ｂを設けるための充填材としては、隙間１２Ａ，１２Ｂへの充填時には隙間１２Ａ，１２Ｂの全体に拡がるような流動性を有するが、その後に必要な強度を有するよう硬化する材料を使用できる。例えば、エポキシ樹脂のような熱可塑性樹脂を充填材として使用できる。

外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂの側面６ｅ（蓋４の端部側に位置する側面）には、板状部６Ａ，６Ｂの上端面６ａの中央に向けて部分的に窪んだ窪み部６ｆを設けている。本実施形態では窪み部６ｆの断面形状は半円状である。隙間１２Ａ，１２Ｂに充填材を充填する際に、窪み部６ｆ内にも充填材が進入する。そのため、充填部１３Ａ，１３Ｂは窪み部６ｆに係合する突起部１３ａを備えている。

上側パッキン８Ａ，８Ｂは、凹部１１Ａ，１１Ｂが形成された部分から蓋４の中央に向けて延びるタブ状部（止め部）１４Ａ，１４Ｂを備える。タブ状部１４Ａ，１４Ｂには本実施形態では断面円形の貫通孔１４ａが板厚方向に貫通するように設けられている。蓋４の上面には突出する本実施形態では短円筒状のピン部（突出部）１６Ａ，１６Ｂが設けられている。ピン部１６Ａ，１６Ｂは貫通孔１４ａに挿通され、タブ状部１４Ａ，１４Ｂを貫通している（ピン部１６Ａ，１６Ｂの先端はタブ状部１４Ａ，１４Ｂよりも図において上方に位置している）。

上側パッキン８Ａ，８Ｂのタブ状部１４Ａ，１４Ｂに設けた貫通孔１４ａの直径は、蓋４の上面４ａに設けたピン部１６Ａ，１６Ｂの外径よりも十分大きく設定している。つまり平面視での貫通孔１４ａの輪郭は、ピン部１６Ａ，１６Ｂの外径輪郭よりも十分大きく設定している。これによりピン部１６Ａ，１６Ｂの外周面とタブ状部１４Ａ，１４Ｂの貫通孔１４ａの孔壁との間には、平面視でピン部１６Ａ，１６Ｂを取り囲む円形を呈するように、板状部６Ａ，６Ｂの上端面６ａ側が開口した有底の隙間（第２の隙間）１７Ａ，１７Ｂが形成されている。具体的には、貫通孔１４ａの孔壁は、ピン部１６Ａ，１６Ｂの外周面に対して間隔ｔ’を隔てて対向している。

外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂと凹部１１Ａ，１１Ｂとの隙間１２Ａ，１２Ｂと同様に、ピン部１６Ａ，１６Ｂとタブ状部１４Ａ，１４Ｂの貫通孔１４ａの隙間１７Ａ，１７Ｂにも、例えばエポキシ樹脂のような熱可塑性樹脂を充填して硬化させ、充填部（第２の充填部）１８Ａ，１８Ｂを設けている。

前述のように、外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂには、外部回路との接続のためにバスバーのような接続部材が溶接される。この接続部材から外部端子５Ａ，５Ｂに伝達される外力は、外部端子５Ａ，５Ｂを蓋４に対して変位ないし移動させるように作用する。特に、本実施形態では軸部７，９ｂに拡径部７ａ，９ｃを設けることで、外部端子５Ａ，５Ｂを蓋４に加締固定しているので、接続部材から外部端子５Ａ，５Ｂに伝達される外力は、軸部７，９ｂ回りに外部端子５Ａ，５Ｂを蓋４に対して相対的に回転させようとするトルクとして作用しやすい。

本実施形態では、外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂと上側パッキン８Ａ，８Ｂの凹部１１Ａ，１１Ｂとの間の隙間１２Ａ，１２Ｂを充填部１３Ａ，１３Ｂにより埋めている。この充填部１３Ａ，１３Ｂを設けることで、板状部６Ａ，６Ｂと凹部１１Ａ，１１Ｂとの間には、外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する相対的な変位ないし移動（特に、軸部７，９ｂ回りの回転）を許容する間隙がなくなる。その結果、板状部６Ａ，６Ｂに溶接されたバスバーのような接続部材からの外力が作用しても、外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する位置ずれ（特に、軸部７，９ｂ回りの回転）を防止できる。その結果、蓋４に対する外部端子５Ａ，５Ｂの位置ずれ（特に、軸部７，９ｂ回りの回転）を防止できる。外部端子５Ａ，５Ｂの蓋４に対する位置ずれを防止することで、外部端子５Ａ，５Ｂに接続された集電体の位置ずれにより電極体に機械的な負荷がかかり、蓄電素子の性能低下を招くのを防止できる。また、上側パッキン８Ａ，８Ｂと外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂとの間の隙間を充填部１３Ａ，１３Ｂを埋めることで、外装体２の内部空間（本実施形態ではケース本体３と蓋４によって画定される）の気密性を向上できる。

前述のように、充填部１３Ａ，１３Ｂに設けた突起部１３ａが外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂの側面６ｅに設けられた窪み部６ｆに係合している。この係合により、板状部６Ａ，６Ｂに外力が作用することによる外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する位置ずれ（特に、軸部７，９ｂ回りの回転）をより確実に防止できる。充填部１３Ａ，１３Ｂに設けた突起部１３ａと外部端子５Ａ，５Ｂの窪み部６ｆの組み合わせに加え、又はこの組み合わせに代えて、充填部１３Ａ，１３Ｂに窪み部を設け、この窪み部に外部端子５Ａ，５Ｂの板状部６Ａ，６Ｂの側面に設けた突起部を係合させてもよい。この構成によっても外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する位置ずれを防止できる。外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する位置ずれ防止効果が得られる限り、窪み（充填部１３Ａ，１３と外部端子５Ａ，５Ｂのうちの一方に形成）とそれに係合する突起部（充填部１３Ａ，１３と外部端子５Ａ，５Ｂのうちの他方に形成）の位置及び個数は、特に限定されない。

本実施形態では、蓋４のピン部１６Ａ，１６Ｂと上側パッキン８Ａ，８Ｂの貫通孔１４ａとの隙間１７Ａ，１７Ｂを充填部１８Ａ，１８Ｂにより埋めている。この充填部１８Ａ，１８Ｂを設けることで、蓋４に対する上側パッキン８Ａ，８Ｂの変位ないし位置ずれを防止できる。蓋４に対する上側パッキン８Ａ，８Ｂの位置ずれを防止することによっても、上側パッキン８Ａ，８Ｂの凹部１１Ａ，１１Ｂに板状部６Ａ，６Ｂが収容された外部端子５Ａ，５Ｂの蓋４に対する位置ずれを防止できる。

充填部１３Ａ，１３Ｂ，１８Ａ，１８Ｂを構成するための充填材に求められる特性としては以下がある。まず、硬化前は隙間１２Ａ，１２Ｂ，１７Ａ，１７Ｂの全体に確実に充填できる流動性を有することが求められる。一方、硬化後は相対的な位置ずれ（充填部１３Ａ，１３Ｂについては外部端子５Ａ，５Ｂの上側パッキン８Ａ，８Ｂに対する位置ずれで、充填部１８Ａ，１８Ｂについては上側パッキン８Ａ，８Ｂの蓋４に対する位置ずれ）を防止できる程度の強度を有することが求められる。隙間１２Ａ，１２Ｂの寸法（間隙ｔ１〜ｔ４）と隙間１７Ａ，１７Ｂの寸法（間隙ｔ’）についても同様に、充填材を隙間１２Ａ，１２Ｂ，１７Ａ，１７Ｂの全体に充填でき、かつ充填材の硬化後は相対的な位置ずれを防止できる程度の強度を有する充填部１３Ａ〜１８Ｂが得られるように設定される。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係る電池１を示す。この第２実施形態では、ピン部１６Ａ，１６Ｂの先端に拡径部１６ａを設け、それによって上側パッキン８Ａ，８Ｂのタブ状部１４Ａ，１４Ｂを蓋４に対して加締固定している。タブ状部１４Ａ，１４Ｂを蓋４に対して加締固定することで、より確実に蓋４に対する上側パッキン８Ａ，８Ｂの変位ないし位置ずれを防止できる。

第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

リチウムイオン二次電池を例に本発明を説明したが、本発明はリチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池を含む種々の蓄電素子に適用できる。

ボルト状の接続部にバスバーのような接続部材をナットで締め付け、それによって外部端子と外部回路を接続する場合がある。かかる接続構造を有する蓄電素子に対しても本発明を適用できる。

１ 電池
２ 外装体
３ ケース本体
４ 蓋
４ａ 上面
４ｂ 下面
５Ａ，５Ｂ 外部端子
６Ａ，６Ｂ 板状部
６ａ 上端面
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ 側面
６ｆ 窪み部
７ 軸部
７ａ 拡径部
８Ａ，８Ｂ 上側パッキン
９ リベット
９ａ 顎部
９ｂ 軸部
９ｃ 拡径部
１１Ａ，１１Ｂ 凹部
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ 側壁面
１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ 側壁面
１２Ａ，１２Ｂ 隙間（第１の隙間）
１３Ａ，１３Ｂ 充填部（第１の充填部）
１３ａ 突起部
１４Ａ，１４Ｂ タブ状部
１４ａ 貫通孔
１６Ａ，１６Ｂ ピン部
１６ａ 拡径部
１７Ａ，１７Ｂ 隙間（第２の隙間）
１８Ａ，１８Ｂ 充填部（第２の充填部）

Claims (7)

1. 外装体の外面に配置されて外部回路に接続される外部接続部を備える外部端子と、
   前記外部接続部と前記外装体の前記外面との間に介装され、前記外部接続部が収容された凹部を備えるパッキンと、
   前記外部接続部の側部と前記凹部の側壁面により画定された第１の隙間と、
   前記隙間に充填された充填材からなる第１の充填部と
   を備える、蓄電素子。
2. 前記充填材は熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記外部接続部の前記側部と前記第１の充填部のうちの一方に形成された窪み部と、
   前記外部接続部の前記側部と前記第１の充填部のうちの他方に形成されて前記窪み部と係合する突起部と
   を備える、請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。
4. 外装体は前記外面から突出する突出部を備え、
   前記パッキンは前記突出部が貫通する貫通孔が設けられた止め部を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記突出部と前記貫通孔の孔壁との間の第２の隙間に充填された充填材からなる第２の充填部を備える、請求項４に記載の蓄電素子。
6. 前記突出部に拡径部を設けることで、前記パッキンの前記止め部を加締固定している、請求項４又は請求項５に記載の蓄電素子。
7. 外装体の外面に配置されて外部回路に接続される外部接続部を備える外部端子と、
   前記外部接続部と前記外装体の前記外面との間に介装されパッキンと、
   前記外装体の前記外面から突出する突出部と、
   前記突出部が貫通する貫通孔が設けられた前記パッキンの止め部と、
   前記突出部と前記貫通孔の孔壁との間の隙間に充填された充填材からなる充填部と
   を備える、蓄電素子。

Images