JP2019133802A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】外部接続部材が上下動した際の集電部材の塑性変形を好適に抑制し、シール性を好適に維持できる密閉型電池を提供する。【解決手段】ここで開示される密閉型電池１は、ケース１０と、上端部５０ａがケース１０を貫通する長尺の集電部材５０と、一方の端部４２に集電部材５０の上端部５０ａが挿通され、他方の端部４４に外部機器が接続される外部接続部材４０と、ケース１０と外部接続部材４０との間に配置される絶縁ホルダ６２と、ケース１０と集電部材５０との間に配置される内部シール材６４とを備えている。そして、かかる密閉型電池１では、集電部材５０の上端部５０ａに形成された円板状の笠部５２によって、外部接続部材４０と絶縁ホルダ６２と内部シール材６４とがケース１０に固定されており、外部接続部材４０の耐力が集電部材５０の笠部５２の耐力よりも小さい。【選択図】図３

Description

本発明は、密閉型電池に関する。詳しくは、電極端子が設けられたケースと、当該ケースに収容された電極体とを備えた密閉型電池に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、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。かかる二次電池は、例えば、密閉されたケース内に電解液と電極体とが収容された、いわゆる密閉型電池として構築される。そして、この密閉型電池には、車両のモーターや他の電池等の外部機器と接続される電極端子が設けられている。

かかる密閉型電池の電極端子近傍の構造の一例を図６に示す。図６に示すように、密閉型電池１００の電極端子１２０は、ケース１１０に取り付けられており、外部接続部材１４０と、集電部材１５０とを備えている。集電部材１５０は、高さ方向Ｚに延びる長尺な導電部材であって、下端部がケース１１０内部の電極体（図示省略）と接続されている。一方、集電部材１５０の上端部１５０ａは、ケース１１０を貫通して外部に露出している。また、外部接続部材１４０は、密閉型電池１００の幅方向Ｘに沿って延びる板状の導電性部材であって、当該外部接続部材１４０の一方の端部には集電部材１５０の上端部１５０ａが挿通されている。また、外部接続部材１４０の他方の端部は、バスバー１３０と接合されており、当該バスバー１３０を介して外部機器（車両のモーターや他の電池など）と電気的に接続される。

そして、この密閉型電池１００の集電部材１５０の上端部１５０ａには、円板状の笠部１５２が形成されている。かかる笠部１５２は、カシメ加工によって集電部材１５０の上端部を押圧変形させることによって形成される。かかるカシメ加工で円板状の笠部１５２を形成することによって、外部接続部材１４０がケース１１０に固定されると共に、集電部材１５０と外部接続部材１４０とが凝着されて導通経路が形成される。また、このカシメ加工の圧力によって、絶縁ホルダ１６２と内部シール材１６４とがケース１１０に保持されてケース１１０内が密閉される。
特許文献１には、集電部材の上端部をカシメ加工で押圧変形させる技術の一例が記載されている。

特開２０１６−１０５３５５号公報

しかしながら、上記した構造の密閉型電池１００では、電極端子１２０の近傍で種々の問題が発生することがあり、かかる問題の解決が望まれていた。
例えば、上記の密閉型電池１００がバスバー１３０を介して外部機器に接続されている状態で衝撃や振動が加えられ、図７に示すように外部接続部材１４０に上下動が生じると、集電部材１５０の笠部１５２が大きく塑性変形する恐れがある。このような場合、内部シール材１６４を保持する圧力が減少し、ケース１１０内部の密閉性（シール性）が低下する恐れがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、外部接続部材が上下動した際の集電部材の塑性変形を好適に抑制し、シール性を好適に維持できる密閉型電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池が提供される。

ここで開示される密閉型電池は、電極体を収容するケースと、下端部がケース内で電極体と電気的に接続されると共に、上端部がケースを貫通して当該ケースの外部に露出する長尺の集電部材と、ケースの外部に設けられた板状の導電部材であって、一方の端部に集電部材の上端部が挿通され、他方の端部に外部機器が接続される外部接続部材と、ケースと外部接続部材との間に配置される絶縁ホルダと、ケースと集電部材との間に配置される内部シール材とを備えている。かかる密閉型電池では、集電部材の上端部に円板状の笠部が形成されており、当該円板状の笠部によって、外部接続部材と絶縁ホルダと内部シール材とがケースに固定されている。
そして、ここで開示される密閉型電池は、外部接続部材の耐力が集電部材の笠部の耐力よりも小さくなるように構成されている。

一般的な密閉型電池では、カシメ加工を適切に行うために、集電部材が比較的に柔らかな素材で構成されており、当該集電部材は、外部接続部材よりも塑性変形が生じやすい
これに対して、ここで開示される密閉型電池は、外部接続部材の耐力が集電部材の笠部の耐力よりもが小さくなるように構成されている。このように、耐力が小さく比較的に変形し易い外部接続部材を用いると、振動等によって外部接続部材に上下動が生じた際に、集電部材の笠部が外部接続部材にめり込むように外部接続部材が変形する。このため、ここで開示される密閉型電池によれば、外部接続部材が上下動した場合であっても、集電部材の塑性変形を好適に抑制することができるため、内部シール材を保持するための圧力を好適に維持し、ケースの密閉性を好適に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 図１に示す密閉型電池の電極端子近傍の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池において外部接続端子が上下動した状態を説明する電極端子近傍の構造の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の電極端子近傍の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の電極端子近傍の構造を模式的に示す断面図である。 従来の密閉型電池の電極端子近傍の構造を模式的に示す断面図である。 従来の密閉型電池において外部接続端子が上下動した状態を説明する電極端子近傍の構造の断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池の一例としてリチウムイオン二次電池を説明する。なお、ここで開示される密閉型電池は、電極体がケース内に収容されていればよく、特に限定されない。したがって、ここで開示される密閉型電池は、リチウムイオン二次電池の他に、ニッケル水素電池などに適用することもできる。

また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、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（例えば、電極体や電解液の構成および製法などのリチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）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。

１．密閉型電池の構造
（１）全体構造
図１は本実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す斜視図である。なお、図１中の符号Ｘは密閉型電池の幅方向を示し、符号Ｙは厚み方向を示し、符号Ｚは高さ方向を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１は、扁平な角型のケース１０を備えている。かかる密閉型電池１のケース１０は、上面が開口した角型のケース本体１２と、当該ケース本体１２上面の開口部を塞ぐ板状の蓋体１４とから構成されている。かかるケース１０は、アルミニウムなどの軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成されていることが好ましい。

上述のケース１０の内部には、電極体７０と電解液（図示省略）とが収容されている。図１に示す電極体７０は、セパレータを介してシート状の正極と負極とを捲回させた捲回電極体であるが、かかる電極体の構造は特に限定されない。なお、電極体や電解液の材料については、従来の一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを特に制限なく使用することができるため詳細な説明を省略する。

そして、この密閉型電池１では、電極端子２０がケース１０上面の蓋体１４に設けられており、当該電極端子２０に、車両のモーターや他の電池等の外部機器と接続するための接続部材（バスバー）が接続される。以下、電極端子２０の具体的な構造について説明する。

（２）電極端子の構造
図２は図１に示す密閉型電池１の電極端子２０近傍の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１の電極端子２０は、集電部材５０と、外部接続部材４０と、絶縁部材６０とを備えている。なお、図２中の符号３０は、上記したバスバーを示している。以下、各々の部材について説明する。

（ａ）集電部材
図１に示すように、集電部材５０は、密閉型電池１の高さ方向Ｚに沿って延びる長尺の導電部材であって、下端部５１がケース１０内で電極体７０と電気的に接続されている。一方、図２に示すように、集電部材５０の上端部５０ａは、ケース１０の蓋体１４と、後述する外部接続部材４０と絶縁部材６０とを貫通してケース１０の外側に露出している。
そして、集電部材５０の上端部５０ａには、円板状の笠部５２が形成されており、当該円板状の笠部５２によって、外部接続部材４０と絶縁部材６０とが蓋体１４（ケース１０）に固定されている。この円板状の笠部５２は、カシメ加工によって集電部材５０の上端部５０ａを押圧変形させることによって形成される。

（ｂ）外部接続部材
外部接続部材４０は、ケース１０の外部に配置された平坦な板状の導電部材であって、密閉型電池１の幅方向Ｘに沿って延びている。本実施形態に係る密閉型電池１では、外部接続部材４０の一方の端部４２に集電部材５０の上端部５０ａが挿通され、他方の端部４４の上面にバスバー３０が接合される。これによって、外部接続部材４０と集電部材５０とを介して電極体７０（図１参照）とバスバー３０とが接続され、他の電池やモーターなどの外部機器と密閉型電池１とが電気的に接続される。なお、外部接続部材４０とバスバー３０とを接合する手段は特に限定されず、レーザー溶接や摩擦接合などを用いることができる。

（ｃ）絶縁部材
本実施形態に係る密閉型電池１では、電極端子２０の構成部材とケース１０との導通防止と、ケース１０内部の密閉性（シール性）の維持のために、絶縁ホルダ６２と内部シール材６４とからなる絶縁部材６０が蓋体１４に取り付けられている。絶縁ホルダ６２は、蓋体１４の上面（外面）と外部接続部材４０との間に配置されており、外部接続部材４０が蓋体１４と接触して導通することを防止している。一方、内部シール材６４は、ケース１０内部に配置されており、蓋体１４と集電部材５０との間に配置されている。なお、絶縁部材６０を構成する各部材には、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましく用いられる。
また、内部シール材６４には、環状の突起６４ａが形成されている。この内部シール材６４の突起６４ａは、蓋体１４と絶縁ホルダ６２に形成された孔に挿通されている。この内部シール材６４の環状の突起６４ａが、集電部材５０の笠部５２から所定の圧力で押圧されることによってケース１０内部が適切に密閉される。

（３）集電部材と外部接続端子の耐力
そして、本実施形態に係る密閉型電池１は、外部接続部材４０の耐力が集電部材５０の笠部５２の耐力よりも小さくなるように構成されている。換言すれば、本実施形態では、外部接続部材４０の方が、集電部材５０よりも容易に塑性変形するように構成されている。これによって、外部接続部材４０が上下動した際の集電部材５０の塑性変形を好適に抑制し、ケース１０の密閉性（シール性）を好適に維持することができる。以下、具体的に説明する。

図６に示すような一般的な密閉型電池１００では、笠部１５２を形成するためのカシメ加工を容易に行うために、比較的に柔らかな（耐性の低い）金属材料（例えば、１０００系アルミニウムなど）が集電部材１５０に用いられている。このため、図７に示すように、外部接続部材１４０が上下動して集電部材１５０の笠部１５２に応力が掛かった際に、当該笠部１５２が大きく塑性変形してケース１１０内のシール性が低下する恐れがある。
このような笠部１５２の塑性変形を抑制するために、従来の技術では、外部接続部材１４０に耐力の高い金属材料を使用したり、断面Ｚ字状に折り曲げた外部接続部材を使用したりすることによって、外部接続部材１４０の上下動自体を抑制していた。しかし、このような技術では、想定外に大きい外力が加わり、外部接続部材１４０が上下動すると、笠部１５２の塑性変形が避けられないため、依然としてケース１１０内のシール性が低下する可能性が残されていた。

これに対し、図２に示す本実施形態に係る密閉型電池１は、外部接続部材４０の上下動が生じたとしても、集電部材５０の笠部５２の塑性変形を抑制することができるように構築されている。具体的には、本実施形態に係る密閉型電池１は、部接続部材４０の耐力が集電部材５０の笠部５２の耐力よりも小さくなるように構成されている。このような密閉型電池１の外部接続部材４０に大きな外力が加わった場合を以下に説明する。

図３は本実施形態に係る密閉型電池において外部接続端子が上下動した状態を説明する電極端子近傍の構造の断面図である。図３に示すように、バスバー３０を介して外部接続部材４０に大きな外力が加わると、外部接続部材４０に上下動が生じる。このとき、本実施形態では、外部接続部材４０の耐力が集電部材５０の耐力よりも小さくなるように構成されているため、外部接続部材４０の方が集電部材５０よりも容易に変形する。従って、外部接続部材４０が大きく上下動したとしても、笠部５２が外部接続部材４０にめり込むだけであり、笠部５２自体に大きな塑性変形が生じないため、内部シール材６４を保持する圧力を好適に維持することができる。
このように、本実施形態に係る密閉型電池１によれば、外部接続部材４０が上下動した際の集電部材５０の塑性変形を好適に抑制することができるため、内部シール材６４を好適に保持してケース１０の密閉性（シール性）を維持することができる。

なお、外部接続部材４０の耐力を、集電部材５０の笠部５２の耐力よりも小さくする方法は特に限定されず、種々の手段を採用することができる。
かかる手段の一例として、外部接続部材４０に、集電部材５０よりも剛性の低い材料を使用するという手段が挙げられる。これによって、外部接続部材４０を集電部材５０よりも変形させ易くすることができるため、笠部５２（集電部材５０）の塑性変形をより好適に抑制することができる。

また、上述の態様では、外部接続部材４０と集電部材５０の各々の材料を異ならせているが、外部接続部材４０と集電部材５０の材料は同じであってもよい。例えば、外部接続部材４０と集電部材５０とが同じ材料で構成されている場合には、外部接続部材４０に切り欠きを形成したり、外部接続部材４０の厚みを薄くしたりするなどの手段を採用することによって、外部接続部材４０の強度を低下させて、当該外部接続部材４０を変形させ易くすることができる。但し、応力集中による外部接続部材４０の強度低下などを防止するという点を考慮すると、上述の態様のように外部接続部材４０と集電部材５０を構成する金属材料を異ならせた方が好ましい。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態には限定されず、上述の実施形態に係る密閉型電池を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施形態では、平坦な板状の外部接続部材４０が用いられている。しかし、外部接続部材の形状は、上述した実施形態には限定されない。具体的には、図４に示すように、断面Ｚ字状に折り曲げた外部接続部材４０Ａを使用することもできる。このような断面Ｚ字状に折り曲げた外部接続部材４０Ａを使用することによって、外力が加わった際の外部接続部材４０の上下動を抑制できるため、より好適に集電部材５０の笠部５２の塑性変形を抑制することができる。

また、上述した実施形態では、外部接続部材４０にバスバー３０を接合することによって、外部接続部材４０とバスバー３０とを電気的に接続している。
しかし、外部接続部材４０とバスバー３０とを接続するための構造は、これに限定されず、例えば、図５に示すようなボルト８０とナット８２を用いた構造を採用することもできる。かかる図５に示す構造の密閉型電池１では、外部接続部材４０の他方の端部４４にボルト挿通孔４４ａが形成されており、当該ボルト挿通孔４４ａを挿通する柱状のボルト８０がケース１０外部の絶縁ホルダ６２上に設けられている。かかる構造の密閉型電池１では、貫通孔を有するバスバー３０にボルト８０を挿通させて、当該ボルト８０にナット８２を締め込むことによって、外部接続部材４０とバスバー３０とを接続することができる。そして、このようなボルト８０を有する密閉型電池１の場合であっても、外部接続部材４０の耐力を、集電部材５０の耐力よりも小さくすることによって、外部接続部材４０が上下動した際の集電部材５０の塑性変形を抑制し、ケース１０の密閉性（シール性）を維持することができる。
なお、このようなボルト８０を有する密閉型電池１は、必要に応じてバスバー３０を付け替えることができるため、上述した図２に示される密閉型電池１に比べて汎用性を向上させることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１、１００ 密閉型電池
１０、１１０ ケース
１２ ケース本体
１４ 蓋体
２０、１２０ 電極端子
３０、１３０ バスバー
４０、４０Ａ、１４０ 外部接続部材
４２ （外部接続部材の）一方の端部
４４ （外部接続部材の）他方の端部
４４ａ ボルト挿通孔
５０、１５０ 集電部材
５０ａ、１５０ａ 集電部材の上端部
５１ 集電部材の下端部
５２、１５２ 笠部
６０、１６０ 絶縁部材
６２、１６２ 絶縁ホルダ
６４、１６４ 内部シール材
６４ａ 環状の突起
７０ 電極体
８０ ボルト
８２ ナット
Ｘ （密閉型電池の）幅方向
Ｙ （密閉型電池の）厚み方向
Ｚ （密閉型電池の）高さ方向

Claims (1)

1. 電極体を収容するケースと、
   下端部が前記ケース内で前記電極体と電気的に接続されると共に、上端部が前記ケースを貫通して当該ケースの外部に露出する長尺の集電部材と、
   前記ケースの外部に設けられた板状の導電部材であって、一方の端部に前記集電部材の上端部が挿通され、他方の端部に外部機器が接続される外部接続部材と、
   前記ケースと前記外部接続部材との間に配置される絶縁ホルダと、
   前記ケースと前記集電部材との間に配置される内部シール材と
   を備え、
   前記集電部材の上端部に円板状の笠部が形成されており、当該円板状の笠部によって、前記外部接続部材と前記絶縁ホルダと前記内部シール材とが前記ケースに固定される密閉型電池であって、
   前記外部接続部材の耐力が前記集電部材の笠部の耐力よりも小さい、密閉型電池。
   

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