JP2019040774A

JP2019040774A - 密閉型電池

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Publication number: JP2019040774A
Application number: JP2017162779A
Authority: JP
Inventors: 友寛大野; Tomohiro Ono; 雄太根本; Yuta Nemoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-08-25
Also published as: JP6836720B2

Abstract

【課題】内部端子と外部端子とが強固に密着して内部端子と外部端子との間の低抵抗を実現し得る密閉型電池を提供すること。【解決手段】本発明により提供される密閉型電池は、電池ケース２０と外部端子３０と内部端子１０とを備える。内部端子１０は、台座部１４と軸部１２とかしめ部１６とを有する。かしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６との間の少なくとも一方には、弾性を有する導電ペースト層６０が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型電池に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末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。この種の二次電池においては、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電極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、一方の電極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密閉型電池が広く知られている。この種の密閉型電池に関する従来技術として特許文献１が開示されている。

特開２００９−２５９５２４号公報

特許文献１には、電池ケースと外部端子と内部端子（カシメ部材）とをカシメ加工によって一体に組み付けた後、カシメ加工部と外部端子とをレーザ溶接することが提案されている。同文献には、かかる構成によって、内部端子と外部端子とが強固に接合されるとともに、カシメ加工部と外部端子との間の電気抵抗が小さい電池を実現し得ることが記載されている。しかし、製造コスト等の観点から溶接を控えたいという要望がある。そのため、溶接を用いなくても、内部端子と外部端子とが強固に密着して両端子間の低抵抗を実現し得る、新規な端子接続構造が求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、内部端子と外部端子とが強固に密着して両端子間の低抵抗を実現し得る密閉型電池を提供することである。

本発明により提供される密閉型電池は、電極体と、前記電極体を収容する電池ケースと、前記ケースの外側に設けられた外部端子と、前記ケースの内側に設けられた内部端子と
を備える。前記内部端子は、前記ケースの内側に位置する台座部と、前記台座部から突設して前記ケースの貫通孔および前記外部端子の貫通孔を貫通するように設けられた軸部と、前記軸部の前記台座部が位置する側とは反対側の端部に設けられ、前記外部端子の貫通孔から外側に突出して該外部端子の貫通孔を囲む周縁部分にかしめられたかしめ部と、を有する。前記かしめ部と前記外部端子の前記周縁部分との間、および、前記軸部と前記外部端子の前記貫通孔の内周面との間の少なくとも一方に、弾性を有する導電ペースト層が形成されている。かかる構成によれば、弾性を有する導電ペースト層を介して内部端子と外部端子とが強固に密着するので、両端子間の接触抵抗が小さい密閉型電池を提供することができる。

一実施形態に係る密閉型電池の要部断面を示す図である。実施例に係る密閉型電池の要部断面を示す図である。

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に本実施形態に係る密閉型電池１００の要部断面を示す。図１に示すように、密閉型電池１００は、内部端子１０と電池ケース２０と外部端子３０とを備えている。また、ガスケット４０とインシュレータ５０とを備えている。

＜電池ケース＞
電池ケース２０は、扁平直方体形状における幅狭面の一つが開口部となっている箱形（すなわち有底四角筒状）のケース本体と、その開口部を塞ぐ蓋体とを備える。電池ケース２０を構成する材質は、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る。放熱性等の観点から、本体および蓋体のほぼ全体が金属製（例えばアルミニウム製、ステンレススチール（ＳＵＳ）製、スチール製等）である電池ケース２０を好ましく採用し得る。電池ケース２０の上面（ここでは蓋体）には、捲回電極体と電気的に接続される外部端子３０が配置されている。また、電池ケース２０には、後述する内部端子１０の軸部１２が挿通される貫通孔２２が形成されている。なお、この実施形態において、リチウムイオン二次電池１００は角型電池であるが、かかる電池の形状は角型に限定されず、円柱形状等の任意の形状であってよい。

＜外部端子＞
外部端子３０は、電池ケース２０の外側に設けられている。外部端子３０は、かしめ加工前における内部端子１０の軸部１２を挿通可能な貫通孔３２が設けられている。貫通孔３２は、電池ケース２０の貫通孔２２に対応する位置に形成されている。貫通孔３２は、内部端子１０の軸部１２を嵌合する程度の大きさの内径を有している。外部端子３０の構成材料としては、アルミニウム等の金属材料を好ましく採用することができる。

＜インシュレータ＞
インシュレータ５０は、外部端子３０と電池ケース２０とを絶縁する部材である。インシュレータ５０は、電池ケース２０における電池の外側に位置する外面に配置されている。インシュレータ５０は、電池ケース２０の貫通孔２２に対応する位置に貫通孔５２を有する。この貫通孔５２は、内部端子１０の軸部１２を嵌合する程度の大きさの内径を有している。インシュレータ５０は、内部端子１０のかしめ（リベッティング）加工により、貫通孔５２を囲む部分が電池ケース２０と外部端子３０との間に挟み込まれて軸部１２の軸方向に圧縮されている。インシュレータ５０の構成材料としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、脂肪族ポリアミド等の樹脂材料を好ましく採用することができる。

＜ガスケット＞
ガスケット４０は、内部端子１０の軸部１２を挿通させる貫通孔４２が設けられている。ガスケット４０は、貫通孔４２を囲む部分が電池ケース２０と内部端子１０の台座部１４との間に挟み込まれて圧縮されることにより、内部端子１０（台座部１４）と電池ケース２０とを絶縁するとともに、電池ケース２０の貫通孔２２をシールする。ガスケット４０は、電池ケース２０の貫通孔２２に内側から挿入されて内部端子１０の軸部１２と電池ケース２０との直接接触を阻む（絶縁する）筒部４４を有する。筒部４４は中空円筒状の形状を有している。筒部４４は、その外周面が貫通孔２２の内周面に接触し、かつ、その内周面が内部端子１０の軸部１２の外周面に接触するように設けられている。ガスケット４０の構成材料としては、使用する電解液に対して耐性を示す各種の樹脂材料を適宜選択して用いることができる。例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素化樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）等の樹脂材料を採用することができる。

＜内部端子＞
内部端子１０は、金属材料（銅やアルミニウム）等の導電性材料により構成されている。内部端子１０は、電池ケース２０に設けられた貫通孔２２に挿通されている。内部端子１０は、電池ケース２０の外部で外部端子３０に接続され、電池ケース２０の内部で電極体に電気的に接続されている。内部端子１０は、外部端子３０と電極体とを電気的に接続している。

この実施形態では、内部端子１０は、電池ケース２０および外部端子３０を貫通する軸部１２と、該軸部１２の一端部の外周面に設けられた台座部１４とを有している。軸部１２は、電池ケース２０の貫通孔２２に挿通され、電池ケース２０を軸方向に貫通して延びている。また、軸部１２は、電池ケース２０の外部において、さらにインシュレータ５０の貫通孔５２および外部端子３０の貫通孔３２に挿通され、インシュレータ５０および外部端子３０を軸方向に貫通している。台座部１４は、電池ケース２０内において、軸部１２の一端部の外周面に設けられている。台座部１４は、内部端子１０の軸方向に対して直交する方向に延出した鍔形状を有している。この実施形態では、台座部１４は、電池ケース（ここでは蓋体）２０の内面と略平行に広がるとともに、電池ケース２０と電極体との間に配置されている。

内部端子１０と外部端子３０とは、かしめ（リベッティング）加工によって該内部端子１０が該外部端子３０にかしめられることで、電池ケース２０に固定される。具体的には、外部端子３０とインシュレータ５０と電池ケース２０とガスケット４０とを積層した積層部分を貫通するように、内部端子１０の軸部１２を電池ケース２０の外側に突出させ、該突出部分を積層部分の積層方向（内部端子の軸方向）に圧縮力が加わるように、外部端子３０の貫通孔３２を囲む周縁部分３４にかしめ加工して外部端子３０とインシュレータ５０と電池ケース２０とガスケット４０とを圧着固定する。この実施形態では、かしめ加工は、貫通孔２２を囲む電池ケース２０の壁面と台座部１４との間にガスケット４０を挟み、さらに該壁面と外部端子３０との間にインシュレータ５０を挟んで行われる。かかるリベッティングにより、電池ケース２０と外部端子３０との間でインシュレータ５０が圧縮されるとともに、外部端子３０と電池ケース２０とインシュレータ５０と内部端子１０とが一体に固定される。また、上記かしめ加工により、電池ケース２０と台座部１４の間でガスケット４０が圧縮され、これにより電池ケース２０の貫通孔２２がシールされる。なお、図１において、内部端子１０（軸部１２）は、かしめ加工後の形状を示している。内部端子１０（軸部１２）の先端には、かしめ部１６が形成されている。

＜導電ペースト層＞
ここに開示される密閉型電池１００は、内部端子１０のかしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６との間の少なくとも一方に、弾性を有する導電ペースト層６０が形成されている。なお、ここでいう「弾性を有する」とは、弾性率が５００ＭＰａ以下であることを意味し、「導電性を有する」とは、体積抵抗率が１５×１０^−３Ω・ｃｍ以下であることを意味する。この実施形態では、導電ペースト層６０は、内部端子１０のかしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６との間の双方に形成されている。導電ペースト層６０は、内部端子１０のかしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４とが接触している部分の全域に設けられている。また、導電ペースト層６０は、内部端子１０の軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６とが接触している部分の全域に（軸部１２の全周にわたって）設けられている。導電ペースト層６０は、内部端子１０と外部端子３０とが接触している部分の一部に選択的に設けられてもよい。

導電ペースト層６０は、弾性および導電性を有するペーストからなる。導電ペースト層６０は、例えば、導電性粒子と樹脂とを含み得る。導電性粒子としては、銀、金、銅、ニッケルおよびカーボン等の導電性粒子が挙げられる。樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。導電ペースト層６０の材料の一例として、セメダイン株式会社製の低温硬化形フレキシブル導電性接着剤「ＳＸ−ＥＣＡシリーズ」が挙げられる。

導電ペースト層６０の弾性率としては、外力を受けた際に外部端子３０の動きに追従する等の観点から、例えば５００ＭＰａ以下であり、好ましくは４００ＭＰａ以下、より好ましくは３００ＭＰａ以下、さらに好ましくは２５０ＭＰａ以下である。また、導電ペースト層６０の弾性率は、典型的には１００ＭＰａ以上であり、好ましくは１５０ＭＰａ以上、より好ましくは１８０ＭＰａ以上、特に好ましくは２００ＭＰａ以上である。導電ペースト層６０の体積抵抗率としては、例えば１５×１０^−３Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは１０×１０^−３Ω・ｃｍ以下、より好ましくは６×１０^−３Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは３×１０^−３Ω・ｃｍ以下、特に好ましくは２×１０^−３Ω・ｃｍ以下である。また、導電ペースト層６０の体積抵抗率は、典型的には０．１×１０^−３Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは０．５×１０^−３Ω・ｃｍ以上、より好ましくは０．８×１０^−３Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１×１０^−３Ω・ｃｍ以上である。

本実施形態に係る密閉型電池１００は、電極体と、電極体を収容する電池ケース２０と、ケース２０の外側に設けられた外部端子３０と、ケース２０の内側に設けられた内部端子１０とを備える。内部端子１０は、ケース２０の内側に位置する台座部１４と、台座部１４から突設してケース２０の貫通孔２２および外部端子３０の貫通孔３２を貫通するように設けられた軸部１２と、軸部１２の台座部１４が位置する側とは反対側の端部に設けられ、外部端子３０の貫通孔３２から外側に突出して該外部端子３０の貫通孔３２を囲む周縁部分３４にかしめられたかしめ部１６とを有する。そして、かしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６との間に、弾性を有する導電ペースト層６０が形成されている。

このように、内部端子１０のかしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、内部端子１０の軸部１２と外部端子３０の貫通孔３２の内周面３６との間に導電ペースト層６０を設けることにより、内部端子１０および外部端子３０の表面凹凸に起因する隙間を埋めて両端子１０、３０の密着性が向上する。その結果、両端子１０、３０の導通経路が確実に確保され、端子間の接触抵抗を下げることができる。また、弾性力（柔軟性）のある導電ペースト層６０を内部端子１０と外部端子３０との間に挟むことで、外力を受けた際に、外部端子３０の動きに導電ペースト層６０が追従することで、上記外力を吸収することができる。このことにより、端子接続部分の機械的強度が向上し、良好な端子間密着性（ひいては導電経路）を長期にわたって維持することができる。さらに、レーザ溶接等の溶接を行わなくても端子間密着性および導通経路が十分に確保されるため、従来のようなかしめ部と外部端子とをレーザ溶接するといった溶接工程が不要となり、製造プロセスを簡素化できる。

本発明者は、かかる密閉型電池１００の作用効果について試験的に評価した。

ここで、評価用電池として角型のリチウムイオン二次電池を用意した。この電池は、図１および図２に示すように、電池ケース２０と、ケース２０の外側に設けられた外部端子３０と、ケース２０の内側に設けられた内部端子１０とを備えている。内部端子１０は、ケースの内側に位置する台座部１４と、台座部１４から突設してケース２０の貫通孔および外部端子３０の貫通孔を貫通するように設けられた軸部１２と、外部端子３０の貫通孔３２から外側に突出して貫通孔３２を囲む周縁部分３４にかしめられたかしめ部１６とを有している。かしめ部１６と外部端子３０の周縁部分３４との間、および、軸部１２と外部端子３０の貫通孔の内周面との間には、導電ペースト層６０が形成されている。ここでは、導電ペーストとしては、セメダイン株式会社製の低温硬化形フレキシブル導電性接着剤「ＳＸ−ＥＣＡ４８」を使用した。導電ペースト層の塗布面積（導通面積）は１５ｍｍ^２とした。内部端子と外部端子間の導通抵抗を測定したところ、２０μΩ以下であった。

上記サンプルの電池について、端子接続部に左右方向（ｘ方向）、前後方向（ｙ方向）、上下方向（ｚ方向）の振動を加える振動試験を実施した。振動条件は、（１）「低温環境、加速度：十数Ｇ、数十ｍｓｅｃ」×ｘｙｚ各数回、（２）通常環境、錘：数十グラム、加速度：十数Ｇ、周波数：数十Ｈｚ」×ｘｙｚ各数千万回とした。その結果、各振動試験後においても両端子間の密着性が良好に維持され、十分な耐久性を有することが確認できた。

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。

１０内部端子
１２軸部
１４台座部
１６かしめ部
２０電池ケース
２２貫通孔
３０外部端子
３２貫通孔
３４周縁部分
３６内周面
４０ガスケット
４２貫通孔
５０インシュレータ
５２貫通孔
６０導電ペースト層
１００密閉型電池

Claims

電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースと、
前記ケースの外側に設けられた外部端子と、
前記ケースの内側に設けられた内部端子と
を備え、
前記内部端子は、
前記ケースの内側に位置する台座部と、
前記台座部から突設して前記ケースの貫通孔および前記外部端子の貫通孔を貫通するように設けられた軸部と、
前記軸部の前記台座部が位置する側とは反対側の端部に設けられ、前記外部端子の貫通孔から外側に突出して該外部端子の貫通孔を囲む周縁部分にかしめられたかしめ部と
を有し、
前記かしめ部と前記外部端子の前記周縁部分との間、および、前記軸部と前記外部端子の前記貫通孔の内周面との間の少なくとも一方に、弾性を有する導電ペースト層が形成されている、密閉型電池。