JP2016054109A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】内部端子と外部端子とが強固に接合された電池を提供すること。【解決手段】ここで提案される電池は、電極体に接続された台座部３４と、該台座部３４からケースの外側へ突出した突出部３３とを有する内部端子３０と、ケースの外側に配設され、内部端子３０の突出部３３に接続された外部端子とを備える。外部端子は、内部端子３０の突出部を挿入可能な貫通孔を有している。内部端子３０の突出部３３は、その先端が貫通孔に挿入された状態でかしめられている。ここで突出部の先端をかしめる前の状態において、突出部３３の先端は、中空の筒状に形成されている。突出部３３の外周面３３ａには、台座部３４から突出部３３の高さＨの３／４Ｈまでの領域に切り込み３５が形成されている。切り込み３５の深さは、突出部３３の先端の筒壁３８の厚みの１／２以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、電池に関し、詳しくは、内部端子と外部端子とがかしめにより接続された構造の電池に関する。

近年、リチウムイオン二次電池その他の電池（例えば特許文献１）は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。この種の電池においては、電池ケースの内部に電極体を収容し、当該電極体と接続する内部端子を電池ケースの上端（蓋体）に引き出した電池構造が知られている。例えば、一方の内部端子が電池ケースの蓋体に引き出され、該蓋体にガスケットを介してかしめ固定された電池が知られている。

特開２０１４−００６９７５号公報

ところで、この種の電池においては、電極体と接続する内部端子を外部端子を介して電池ケースの蓋体に取り付けて内部端子を構成したものがある。この場合、内部端子と外部端子との接合は十分な接合強度を確保するためにかしめ処理により行われることが多い。すなわち、電池ケースの蓋体から突出した内部端子の先端をかしめて外部端子と接合し、一体化された内部端子を作製している（例えば特許文献１等）。

しかしながら、上述した従来の方法では、内部端子と外部端子とをかしめる際に端子間に隙間が生じるため、接合強度が低下しがちである。両者の接合強度をさらに強固なものにできれば、その接触抵抗が低減または安定化し、非常に有益である。本発明は、かかる点に鑑みて成されたものであり、その主な目的は内部端子と外部端子とを強固に接合し得る電池を提供することである。

本発明によって提供される電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体を収容する電池ケースとから構成された電池である。この電池は、前記電極体に接続された台座部と、該台座部から前記ケースの外側へ突出した突出部とを有する内部端子と、前記ケースの外側に配設され、前記内部端子の突出部に接続された外部端子とを備える。前記外部端子は、前記内部端子の突出部を挿入可能な貫通孔を有している。また、前記内部端子の突出部は、その先端が前記貫通孔に挿入された状態でかしめられている。ここで前記突出部の先端をかしめる前の状態において、前記突出部の先端は、中空の筒状に形成されている。また、前記突出部の外周面には、前記台座部から前記突出部の高さＨの３／４Ｈまでの領域に切り込みが形成されている。そして、前記切り込みの深さは、前記突出部の先端の筒壁の厚みの１／２以下である。かかる構成によれば、内部端子と外部端子とが強固に接合された電池を提供することができる。

なお、本明細書では、上下方向を規定する際に、電池ケースに固定した内部端子の軸方向において、突出部が位置する側を上方向とし、台座部が位置する側を下方向として規定する。また、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する概念である。ここに開示される技術は、典型的には二次電池に適用される。

一実施形態に係る電池の要部を示す分解側面模式図である。 一実施形態に係る電池の要部断面図である。 リベッティング前の内部端子の要部断面を模式的に示す図である。 リベッティング後の内部端子および外部端子の要部断面を表す断面ＳＥＭ像である。

以下、本発明のいくつかの好適な実施形態例を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回型の電極体（捲回電極体）と非水系の液状電解質（電解液）とを扁平な角形（箱形）のケースに収容した形態の密閉型リチウムイオン二次電池を製造する場合を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

図１は本実施形態に係る電池１００の要部を示す分解側面模式図であり、図２は本実施形態に係る電池１００の要部断面図である。図１および図２に示すように、電池１００は、電池ケース２０と、電極端子３０、４０と、ガスケット５０と、インシュレータ７０とを備えている。電極端子３０、４０は、内部端子３０と外部端子４０とを備えている。より詳細には、電極端子３０、４０は、主としてケース２０の内側に位置する内部端子３０と、主としてケース２０の外側に位置する外部端子４０とが接続された構成を有する。

電池ケース２０（ここでは蓋体２６）は、図２に示すように、電極体８０を電解液とともに収容するケースであり、その一部に端子引出孔２２が設けられている。端子引出孔２２は、内部端子３０をケースの内部から外部に引き出すための引出孔であり、ケース２０の外面２４ａと内面２４ｂとを貫通するように設けられている。電池ケース２０を構成する材質としては、一般的なリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様のもの等を適宜使用することができ、特に制限はない。放熱性等の観点から、金属製（例えばアルミニウム製）のケース２０を好ましく使用し得る。

内部端子３０は、リベット状の集電端子であり、端子引出孔２２の外形よりも（径方向の）外周側に広がった台座部３４と、台座部３４から突設した突出部（リベット部）３２を有する。台座部３４は、ケース２０の引出孔２２の外形よりも外周側に広がった板状部材であり、その下面に集電部３６が取り付けられている。集電部３６は、蓋体２６に対して略垂直に延びる板状（帯状）部材であり、電極体８０の正極または負極と電気的に接続されている。ここでは台座部３４と集電部３６とが一体に形成されているが、台座部３４と集電部３６とを別体としてもよい。

突出部（リベット部）３２は、ケース内側から端子引出孔２２および外部端子４０の貫通孔（リベット孔）４２を貫通するように配置されている。端子引出孔２２および外部端子４０の貫通孔（リベット孔）４２に上記突出部（例えば略円筒形状）３２を貫通させてリベッティングする（かしめる）ことにより、内部端子３０と外部端子４０とが接続（締結）されている。

ここで図２の二点鎖線は、リベッティング前の突出部３３を表している。図３はリベッティング前の内部端子３０の要部断面図であり、図４はリベッティング後の内部端子３０および外部端子４０の要部断面を示すＳＥＭ像である。図２および図３に示すように、突出部の先端をかしめる前の状態において、突出部３３の先端は、中空の筒状に形成されている。そして、突出部３３の先端の筒壁３８を径方向の外周側に拡径し、外部端子４０の上面（平面部）４７に押し広げることにより突出部３２の先端がかしめられている。

また、突出部３３の外周面３３ａには、切り込み３５が形成されている。この実施形態では、切り込み３５は、突出部３３の周方向に沿う環状の切り込み（凹部）であり、図示した例では、台座部３４から突出部３３の高さＨの１／２Ｈの位置に形成されている。このような切り込み３５を突出部３３の外周面３３ａに設けることにより、突出部３３の先端の筒壁３８を外周側に拡径して外部端子４０の上面（平面部）４７に押し広げた際に、突出部３３の外周面３３ａと外部端子４０の上面４７との間に空隙が生じ難くなり、内部端子３０と外部端子４０とを強固に接合することができる。また、内部端子３０と外部端子４０との密着性が向上することにより、経年による外部要因（例えば結露）による腐食を抑制でき、両端子３０、４０間の接触抵抗の上昇を抑えることができる。

上記切り込み３５は、図２および図４に示すように、リベッティング後において、突出部３２の先端（かしめ部位）が押し付けられる外部端子４０の上面（平面部）４７と接触しない位置に形成されているとよい。例えば、外部端子４０が上面（平面部）４７と斜面部４３（図４）と垂直部４５（図４）とを有する場合、切り込み３５は、リベッティング後において、外部端子４０の上面（平面部）４７と接触せず、かつ、斜面部４３および垂直部４５の何れか一方（好ましくは斜面部４３）と接触するような位置に形成されているとよい。より具体的には、図３に示すように、台座部３４から突出部３３の先端までの高さをＨとすると、切り込み３５は、台座部３４から突出部３３の高さＨの３／４Ｈまでの領域（好ましくは台座部３４から１／２Ｈ〜３／４Ｈまでの領域）に形成され得る。これにより、かしめ時の空隙を防いで内部端子３０と外部端子４０との密着性をより確実に向上させることができる。

切り込み３５の深さｔは、図３に示すように、リベッティング前の突出部３３の先端の筒壁３８の（最小）厚みＴに対して、概ねｔ≦１／２Ｔであるとよい。切り込み３５の深さｔは、１／５Ｔ≦ｔ≦１／２Ｔであることが好ましく、３／１０Ｔ≦ｔ≦１／２Ｔであることがより好ましい。このような切り込み３５の深さｔの範囲内であると、内部端子３０と外部端子４０との密着性を確実に向上させることができる。

切り込み３５の幅ｗとしては特に限定されないが、リベッティング前の突出部３３の先端の筒壁３８の（最小）厚みＴに対して、概ね１／２０≦ｗ≦１／５Ｔであることが好ましい。切り込み３５の幅ｗは、概ね１／１５Ｔ≦ｗ≦１／８Ｔであることがより好ましく、例えば１／１０Ｔ≦ｗ≦１／８Ｔであることが特に好ましい。このような切り込み３５の幅ｗの範囲内であると、突出部３３の先端を外周側に拡径して外部端子４０の上面（平面部）に押し広げる際に、内部端子３０と外部端子４０との密着性を確実に向上させることができる。

外部端子４０は、図１および図２に示すように、上記リベッティング前において突出部３３を挿通可能な貫通孔４２が設けられた第一接続部４４と、この第一接続部から蓋体２６の長手方向中央側に続き、ケース２０の外方に階段状に持ち上がって形成された第二接続部４６とを有する。第二接続部４６には、ボルト６０の脚部６２を挿通可能なボルト挿通孔４８が形成されている。このボルト挿通孔４８にボルト６０の脚部６２を下から上に通し、第二接続部４６から上方に突出した脚部６２に外部（他の電池の端子、外部回路等であり得る。）接続用の接続部材（図示せず）を装着してナットを締め付けることにより、外部端子４０に接続部材を連結（固定）することができる。内部端子３０および外部端子４０の構成材料としては導電性のよい金属材料が好ましく、典型的にはアルミニウムや銅が用いられる。

ガスケット５０は、内部端子３０の突出部（リベット部）３２を挿通させる開口５６が設けられた取付部５４を有する。取付部５４は、開口５６を囲む部分がケース２０と台座部３４との間に挟み込まれて圧縮されることにより、内部端子３０（台座部３４）とケース２０とを絶縁するとともに、端子引出孔２２をシールする。取付部５４は、端子引出孔２２に内側から挿入されて突出部３２と蓋体２６との直接接触を阻む（絶縁する）筒部５２を有する。取付部５４の下面（電極体側の面）には、内部端子３０の台座部３４を下方（すなわちケースの内方）から受け入れ可能な窪み５８が形成されている。この窪み５８は、台座部３４の下端面が窪み５８の内側に収まるように形成されている。

インシュレータ７０は、蓋体２６における電池の外側に位置する外面２４ａに配置され、端子の外部露出部分の周囲を覆っている部材である。この実施形態では、インシュレータ７０は、蓋体２６の外面（平板状蓋体２６の上面）と外部端子４０の第一接続部４４との間に挟まれる取付部７４と、外部端子の第二接続部４６と蓋体２６との間に延びる延長部７６とを有する。取付部７４は、蓋体２６の端子引出孔２２に対応する位置に貫通孔７２を有する。この貫通孔７２は、内部端子３０の突出部３２を嵌合する程度の大きさの内径を有している。また、取付部７４は、蓋体２６の外面に沿って広がる皿部７８を有する。この皿部７８の窪みに合わせて外部端子４０の第一接続部４４が配置されている。取付部７４は、突出部３２の先端のリベッティングにより、貫通孔７２を囲む部分が蓋体２６と第一接続部４４との間に挟み込まれて端子軸方向に圧縮されている。

延長部７６には、インシュレータ７０の長手方向（蓋体２６の長手方向と一致する。）を長辺とする長方形状の開口形状を有するボルト挿通孔７７が形成されている。本実施形態に係る二次電池は、頭部６４がボルト挿通孔７７に挿入されることで回転が制限され、かつ脚部６２がボルト挿通孔７７を通して突出するように配置（装着）されたボルト６０を含んで構成されている。

ガスケット５０およびインシュレータ７０は、それぞれフッ素ゴム（例えば、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体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン−プロピレン系（ＦＥＰＭ）、等のフッ素ゴム）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴムなどの絶縁性を有する弾性部材であり得る。

続いて、内部端子３０と、ガスケット５０と、インシュレータ７０と、外部端子４０とを電池ケース２０の端子引出孔２２に取り付ける方法について説明する。

上記内部端子３０（突出部３３）のリベッティングは、端子引出孔２２を囲む蓋体２６の内面２４ｂと台座部３４との間にガスケット５０を挟み、さらに蓋体２６の外面２４ａと外部端子４０の第一接続部４４との間にインシュレータ７０を挟んで行われる。具体的には、内部端子３０の突出部３３を、ガスケット５０の開口５６に挿し込み、該突出部３３を筒部５２に装着する。そして、ガスケット５０とともに、内部端子３０の突出部３３を、電池ケース２０の端子引出孔２２にケース２０の内側から挿し込む。そして、端子引出孔２２から突出した、電極端子３０の突出部３３にインシュレータ７０を取り付け、電池ケース２０の上に配置する。さらに、突出部３３に外部端子４０の第一接続部４４を取り付け、インシュレータ７０の上に配置する。この状態で、かしめ治具（例えば回転ヘッドを有するロータリかしめ機）を用いて、突出部３３の先端の筒壁３８を外径側に広げるように、突出部３３の先端をかしめる。かかるリベッティングにより、蓋体２６と第一接続部４４との間でインシュレータ７０が圧縮されるとともに、内部端子３０および外部端子４０が相互に密着して蓋体２６に固定される。その際、内部端子３０の突出部３３の外周面３３ａには切り込み３５が形成されているので、内部端子３０および外部端子４０間に空隙が生じ難く、両端子３０、４０間が強固に接合される。また、かかるリベッティングにより、蓋体２６と台座部３４との間でガスケット５０が圧縮され、これにより端子引出孔２２がシールされる。

以下、上述した電池１００について、種々のサンプルを作製し、その性能を評価した。すなわち、図２に示すように、蓋体２６の内面２４ｂと内部端子３０の台座部３４との間にガスケット５０を挟み、さらに蓋体２６の外面２４ａと外部端子４０の第一接続部４４との間にインシュレータ７０を挟んだ。そして、内部端子３０の突出部３３の先端の筒壁３８を外周側に拡径し、外部端子４０の上面に押し広げることにより突出部３２の先端をかしめ、これにより内部端子３０と外部端子４０とを接合した。

実施例１のサンプルでは、突出部３３の切り込み３５は、台座部３４から突出部３３の高さＨ（図３）の３／４Ｈとなる位置に形成した。切り込み３５の深さｔは１／２Ｔ、幅ｗは１／１０Ｔとした。他のサンプルは、それぞれ内部端子３０の構成が実施例１とは異なり、それ以外の部材（外部端子４０、ガスケット５０、インシュレータ７０等）は実施例１と共通している。各サンプルの構成を表１に纏めて示す。

各サンプルの電池を６０℃、相対湿度９５％の高温高湿度環境下で１０００時間保持する腐食試験を実施した。そして、腐食試験前後においてＩＶ抵抗をそれぞれ測定し、腐食試験前後における抵抗上昇率（＝腐食評価試験後のＩＶ抵抗／腐食評価試験前のＩＶ抵抗）を算出した。結果を表１に示す。

表１に示されるように、切り込み３５を台座部３４から突出部３３の高さＨの３／４Ｈまでの領域に形成し、かつ切り込み３５の深さｔを１／２Ｔ以下とした実施例１〜５の電池は、腐食試験前後において抵抗の上昇が殆どなく、腐食耐久性に優れていた。これに対し、突出部３３に切り込み３５を設けなかった比較例１の電池は、内部端子３０と外部端子４０との密着性が悪く、内部端子３０と外部端子４０との接続部分に腐食が生じたため、腐食試験後における抵抗上昇率が増大した。また、突出部３３に切り込み３５を設けた場合でも、該切り込み３５の位置を１／１Ｈおよび７／８Ｈとした比較例２、３の電池は、実施例１〜５に比べて、腐食試験後における抵抗上昇率が増大傾向となった。また、切り込み３５の深さｔを４／５Ｔとした比較例４の電池も、実施例１〜５に比べて、腐食試験後における抵抗上昇率が増大傾向となった。このことから、切り込み３５を台座部３４から突出部３３の高さＨの３／４Ｈまでの領域に形成し、かつ切り込み３５の深さｔを１／２Ｔ以下とすることにより、内部端子３０と外部端子４０との密着性に優れた電池を実現し得ることが確認された。

以上、本発明を好適な実施形態により説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん種々の改変が可能である。

２０ 電池ケース
２６ 蓋体
３０ 内部端子
３２ 突出部（リベッティング後）
３３ 突出部（リベッティング前）
３４ 台座部
３８ 筒壁
４０ 外部端子
４２ 貫通孔
５０ ガスケット
６０ ボルト
７０ インシュレータ
８０ 電極体
１００ 電池

Claims (1)

1. 正極および負極を備える電極体と、該電極体を収容する電池ケースとから構成された電池であって、
   前記電極体に接続された台座部と、該台座部から前記ケースの外側へ突出した突出部とを有する内部端子と、
   前記ケースの外側に配設され、前記内部端子の突出部に接続された外部端子と
   を備え、
   前記外部端子は、前記内部端子の突出部を挿入可能な貫通孔を有しており、
   前記内部端子の突出部は、その先端が前記貫通孔に挿入された状態でかしめられており、
   ここで前記突出部の先端をかしめる前の状態において、
   前記突出部の先端は、中空の筒状に形成されており、
   前記突出部の外周面には、前記台座部から前記突出部の高さＨの３／４Ｈまでの領域に切り込みが形成されており、
   前記切り込みの深さは、前記突出部の先端の筒壁の厚みの１／２以下である、電池。