JP2021086813A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】より容易に電極を外部に取り出すことができる構成を備えた密閉型電池【解決手段】本発明に係る密閉型電池は、端子装着孔１８を有するケース部材１５と、ケース部材１５の内部に収容された電極体と、集電端子３０と、絶縁材４０と、を備える。集電端子３０は、ケース部材１５の内部に配置され、電極体に接続された電極体接続部３２と、ケース部材１５の外部に配置された外部接続部３４と、電極体接続部３２と外部接続部３４との間に位置し端子装着孔１８に挿通された軸部３３と、を有している。電極体接続部３２および外部接続部３４のうちの少なくとも一方は、端子装着孔１８に挿通可能な大きさに構成されている。絶縁材４０は、端子装着孔１８と集電端子３０との間を埋めるようにケース部材１５および集電端子３０と一体成形されている。【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池に関する。

密閉型電池において、電池ケースの内部に収容された電極体から電池ケースの外部に電極を取り出す技術が種々知られている。例えば、特許文献１には、ケース内部から外部に延出されるリベットを有する集電端子と、集電端子のリベットをかしめることにより集電端子と接続される外部端子と、ケースと集電端子および外部端子との間をシールしかつ絶縁するシール部材とを備えた密閉型電池が開示されている。特許文献１に開示された密閉型電池では、集電端子と外部端子とをかしめによって接続することによりケースの外部に電極が取り出されている。

また、例えば特許文献２には、内側端子を外側端子に挿入（圧入）することによって内側端子と外側端子とを接続する技術が開示されている。特許文献２によれば、外側端子と蓋体とガスケットとはインサート成形により一体化されてもよい、とされている。特許文献２によれば、外側電極とガスケットとを蓋体に一体成形する方法により部品点数を削減でき、組立工程を簡素化できる、とされている。その場合、蓋に外側端子が一体成形された後に外側電極に内側電極が圧入される。特許文献２に開示された密閉型電池では、内側端子と外側端子とを圧入によって接続することにより電池容器の外部に電極が取り出されている。

特開２０１３−１０５５３８号公報 特開２０１８−９７９７８号公報

ここでは、より容易に電極を外部に取り出すことができる構成を備えた密閉型電池を提案する。

ここで提案される密閉型電池は、端子装着孔を有するケース部材と、ケース部材の内部に収容された電極体と、集電端子と、絶縁材と、を備える。集電端子は、ケース部材の内部に配置され電極体に接続された電極体接続部と、ケース部材の外部に配置された外部接続部と、電極体接続部と外部接続部との間に位置し端子装着孔に挿通された軸部と、を有している。電極体接続部および外部接続部のうちの少なくとも一方は、端子装着孔に挿通可能な大きさに構成されている。絶縁材は、端子装着孔と集電端子との間を埋めるようにケース部材および集電端子と一体成形されている。

上記密閉型電池によれば、電極体接続部と外部接続部とを備えた集電端子をケース部材の端子装着孔に挿通し、絶縁材をケース部材および集電端子と一体成形すれば、従来の内側端子と外側端子との接合のようなプロセスを経ることなく電極をケース部材の外部に取り出すことができる。よって、密閉型電池において、より容易に電極を外部に取り出すことができる。

図１は、密閉型電池の斜視図である。 図２は、端子装着孔付近の断面図である。 図３は、蓋アッセンブリ製作のフローチャートの一例である。 図４は、成形金型の模式図である。 図５は、電極取出部の構成の他の一例を示す断面図である。

以下、密閉型電池の一実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は、模式図であり、必ずしも実際の実施品が忠実に反映されたものではない。以下では、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。ここでは、図中において、前、後、上、下、左、右は、それぞれＦ、Ｒｒ、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒで表す。ただし、前、後、上、下、左、右は説明の便宜上の方向に過ぎず、密閉型電池の設置態様等を限定するものではない。

図１は、密閉型電池１００の斜視図である。図１に示すように、密閉型電池１００は、電池ケース１０と、電極体２０と、集電端子３０と、絶縁材４０とを備えている。図１では、電池ケース１０のうちの一部品である蓋体１５に集電端子３０と絶縁材４０とが一体成形されたアッセンブリ部品（以下、蓋アッセンブリ１５Ａと呼ぶ）と、その他の部品とを分離して図示している。さらに図１では、一方側の電極に関して、蓋体１５と集電端子３０と絶縁材４０とを分離して図示している。

電池ケース１０は、ケース本体１１と蓋体１５とを備えている。ケース本体１１および蓋体１５は、電池ケース１０を構成するケース部材の一例である。ケース本体１１は、電極体２０と電解液とを収容している。ケース本体１１は、略直方体の扁平な角型の容器である。ケース本体１１は、対向する幅広面を構成する一対の側面の間の一側面が開口している。ケース本体１１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。

蓋体１５は、ケース本体１１の開口部１２に装着されるプレート状の部材である。図１では分離状態で図示しているが、密閉型電池１００の完成品では、蓋体１５はケース本体１１の開口部１２の周縁に溶接されている。蓋体１５も、例えば、アルミニウムまたはアルミ合金によって形成されている。蓋体１５は、密閉型電池１００の内部側を向いた内側面１６と外部側を向いた外側面１７とを有している。蓋体１５は、また、内側面１６と外側面１７とを貫通する端子装着孔１８を有している。端子装着孔１８は、蓋体１５の正極側と負極側に１個ずつ設けられている。端子装着孔１８によって電池ケース１０の内部と外部とは連通している。

蓋体１５の表面の一部には、粗面化処理がなされている。蓋体１５の粗面化処理された部分は、粗面化処理部１５ｂ（図２参照）を構成している。粗面化処理は、例えば、レーザーの照射やサンドブラスト等によって行われる。粗面化処理部１５ｂの場所については後述する。

電極体２０は、ケース本体１１に収容されている。電極体２０は、例えば、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態で、ケース本体１１に収容されている。電極体２０は、正極シート２１と、負極シート２２と、正極シート２１と負極シート２２との間に配置されたセパレータシート（図示省略）とを備えている。正極シート２１、負極シート２２、およびセパレータシートは、それぞれ長尺の帯状の部材である。正極シート２１、負極シート２２、およびセパレータシートは重ねられ、ケース本体１１内で捲回されている。

正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの金属箔（例えば、アルミニウム箔）の両面に、正極活物質を含む正極活物質層が形成された部材である。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。

負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの金属箔（例えば、銅箔）の両面に、負極活物質を含む負極活物質層が形成された部材である。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。

セパレータシートには、例えば、所要の耐熱性を有し、電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシートについても種々提案されており、特に限定されない。

ケース本体１１内で捲回された正極シート２１は、一端がケース本体１１内の左端付近にくるように配置される。負極シート２２は、一端がケース本体１１内の右端付近にくるように配置される。図１では分離状態で図示しているが、密閉型電池１００の完成品では、正極シート２１および負極シート２２には、それぞれ１つの集電端子３０が溶接されている。

蓋アッセンブリ１５Ａは、蓋体１５と、集電端子３０と、絶縁材４０とが一体成形で組み付けられたアッセンブリ部品である。集電端子３０は、一部が電池ケース１０の内部に配置され、他の一部が電池ケース１０の外部に配置されている。また前述のように図示は省略しているが、集電端子３０は、電池ケース１０の内部において電極体２０に接続されている。なお、負極側の集電端子３０は、例えば、銅または銅合金で形成されている。正極側の集電端子３０は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。

図２は、蓋体１５の端子装着孔１８付近の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１および図２に示すように、集電端子３０は、台座部３１と、電極体接続部３２と、軸部３３と、外部接続部３４とを備えている。なお、以下では、電極体２０の電極を電池ケース１０の外部に取り出す、端子装着孔１８付近の構成を「電極取出部」とも称する。

台座部３１は、四角形の平板状に構成され、水平方向に延びている。図２に示すように、台座部３１の前後方向の長さは端子装着孔１８よりも長い。図示は省略するが、左右方向に関しても、台座部３１の長さは端子装着孔１８よりも長い。台座部３１は、径方向の大きさが端子装着孔１８よりも大きい。

電極体接続部３２は、電池ケース１０の内部に配置され、電極体２０に接続されている。図１に示すように、電極体接続部３２は板状に形成され、台座部３１の後端から下方に延びている。電極体接続部３２は中間部で前方側に向かって屈折している。電極体接続部３２は、屈折部分よりも下方では再び下方に向かって延びている。この屈折により、電極体接続部３２の先端は、前後方向に関して台座部３１の中央部に位置している。

軸部３３は、電極体接続部３２と電池ケース１０の外部に配置された外部接続部３４との間に配置され、端子装着孔１８に挿通されている。軸部３３は、台座部３１から上方に延びている。図２に示すように、軸部３３の前後方向の長さは台座部３１および端子装着孔１８よりも短い。図示は省略するが、左右方向に関しても、軸部３３の長さは台座部３１および端子装着孔１８よりも短い。そのため、軸部３３は、端子装着孔１８の内周面とは離間している。

外部接続部３４は、軸部３３の上方に設けられている。外部接続部３４は、電池ケース１０の外部に配置されている。図２に示すように、外部接続部３４の前後方向の長さは台座部３１および端子装着孔１８よりも短く、軸部３３よりも長い。図示は省略するが、左右方向に関しても、外部接続部３４の長さは台座部３１および端子装着孔１８よりも短く、軸部３３よりも長い。外部接続部３４は、端子装着孔１８に挿通可能な大きさに構成されている。台座部３１、軸部３３、および外部接続部３４の大きさの差により、軸部３３は台座部３１および外部接続部３４に対してくびれたようになっている。

集電端子３０の表面の一部にも、粗面化処理がなされている。集電端子３０の粗面化処理された部分は、粗面化処理部３０ａを構成している。集電端子３０の粗面化処理部３０ａの場所についても後述する。

絶縁材４０は、端子装着孔１８と集電端子３０との間を埋めるように蓋体１５および集電端子３０と一体成形されている。より詳しくは、絶縁材４０は、端子装着孔１８の内部と、蓋体１５の内側面１６よりも電池ケース１０の内部側と、蓋体１５の外側面１７よりも電池ケース１０の外部側とに形成されている。絶縁材４０は、端子装着孔１８と集電端子３０の軸部３３との間に位置する筒状部４１と、蓋体１５の内側面１６に沿って水平方向に延びる第１鍔部４２と、蓋体１５の外側面１７に沿って水平方向に延びる第２鍔部４３とを有している。筒状部４１と第１鍔部４２と第２鍔部４３とは一体に形成されている。図２に示すように、第１鍔部４２および第２鍔部４３の前後方向の長さは、集電端子３０の台座部３１および外部接続部３４よりも長い。図示は省略するが、左右方向に関しても、第１鍔部４２および第２鍔部４３の長さは、集電端子３０の台座部３１および外部接続部３４よりも長い。

絶縁材４０は、例えば、ＰＦＡ樹脂により形成されている。ただし、絶縁材４０は、成形性、絶縁性、シール性、および電解液に対する耐性を備えた材料であればよく、ＰＦＡ樹脂には限定されない。他の好適な絶縁材４０の材料としては、例えば、ＰＰＳ樹脂が挙げられる。なお、絶縁材４０の成形時の温度と密閉型電池１００の使用時の温度との差を考慮し、蓋体１５の線膨張率と絶縁材４０の線膨張率とは近い方が好ましい。そこで、好適には、絶縁材４０には、ＰＦＡ樹脂等の他に、線膨張率を調整するためのフィラーが添加されてもよい。

蓋体１５の粗面化処理部１５ｂおよび集電端子３０の粗面化処理部３０ａは、それぞれ蓋体１５および集電端子３０のうち絶縁材４０と接する部分の少なくとも一部に形成される。粗面化処理は、処理対象物の表面に凹凸を形成することによりアンカー効果を高め、絶縁材４０との接合力を向上させるための表面処理である。図２に示すように、本実施形態では、蓋体１５の粗面化処理部１５ｂは、端子装着孔１８の周辺の内側面１６と、端子装着孔１８の周辺の外側面１７とに形成されている。集電端子３０の粗面化処理部３０ａは、軸部３３と、台座部３１の上面とに形成されている。ただし、蓋体１５の粗面化処理部および集電端子３０の粗面化処理部は、例えば、それぞれ蓋体１５および集電端子３０のうち絶縁材４０と接する部分すべてに形成されてもよい。

集電端子３０は、絶縁材４０によって蓋体１５に固定されている。蓋体１５の粗面化処理部１５ｂおよび集電端子３０の粗面化処理部３０ａにより、蓋体１５および集電端子３０は、それぞれ絶縁材４０に固定される。これにより、集電端子３０は、蓋体１５と接することなく蓋体１５に固定される。また、蓋体１５の粗面化処理部１５ｂおよび集電端子３０の粗面化処理部３０ａにより、蓋体１５および集電端子３０がそれぞれ絶縁材４０に密着するため、端子装着孔１８が絶縁材４０により封止される。

さらに、絶縁材４０は、集電端子３０の他の部位よりもくびれた軸部３３と端子装着孔１８との間を埋め、また、蓋体１５の内側面１６および外側面１７に沿って延びている。そのため、絶縁材４０は、蓋体１５に対して前後左右上下のいずれの方向にも動きを規制されている。また、集電端子３０は、絶縁材４０および蓋体１５に対して前後左右上下のいずれの方向にも動きを規制されている。そのため、たとえアンカー効果が働かない場合でも、集電端子３０および絶縁材４０は、蓋体１５に移動不能に固定されうる。

図３は、蓋アッセンブリ１５Ａ製作のフローチャートの一例である。本実施形態に係る蓋アッセンブリ１５Ａは、蓋体１５、集電端子３０、および絶縁材４０の一体成形により製作される。図３に示すように、一体成形プロセス（蓋体１５、集電端子３０、および絶縁材４０が準備された後の蓋アッセンブリ１５Ａの製作プロセス）は、部品セット工程Ｓ０１、位置決め工程Ｓ０２、上型セット工程Ｓ０３、射出成形工程Ｓ０４、上型リリース工程Ｓ０５、および部品取出工程Ｓ０６を含んでいる。

部品セット工程Ｓ０１では、成形金型に蓋体１５が装着される。図４は、成形金型６０の模式図である。ただし、図４では成形金型６０のうち下型６１だけが図示されており、上型は図示を省略している。図４では、図１等で密閉型電池１００の方向を示す際に使用した方向をそのまま使用する。ただし、これは成形金型６０の設置態様等を限定するものではない。

図４に示すように、下型６１は、本体６２と、２つのスライド部材６３とを備えている。本体６２は、蓋体１５を支持し、かつ位置決めしている。また、本体６２は、溶融樹脂が流れ込む凹部（図示省略）を備えている。部品セット工程Ｓ０１においては、集電端子３０を蓋体１５の端子装着孔１８に挿通した後、蓋体１５を下型６１の本体６２に装着する。集電端子３０の外部接続部３４は、端子装着孔１８に挿通可能な大きさに構成されている。そこで、集電端子３０は、外部接続部３４側から端子装着孔１８に挿通される。

下型６１の本体６２に蓋体１５と正負の集電端子３０を装着した後、例えばスイッチ押下などの所定の操作を行うと、位置決め工程Ｓ０２が開始される。位置決め工程Ｓ０２では、前方側に退避していた２つのスライド部材６３が後方に移動する。これにより本体６２とスライド部材６３とに集電端子３０が挟まれる。集電端子３０は、これにより支持され、位置決めされる。スライド部材６３の後面は、集電端子３０の電極体接続部３２の屈折した形状に対応する形状を有している。なお、集電端子の電極体接続部が屈折することなく上下方向に延びている場合には、スライド部材は特に必要でなく、可動部を備えない下型で対応可能である。集電端子の形状は特に限定されず、例えば、上記したように電極体接続部が平坦であってもよい。位置決め工程Ｓ０２の完了時、下型６１の凹部は、蓋体１５の端子装着孔１８と集電端子３０の台座部３１との間に位置する。

上型セット工程Ｓ０３では、下型６１とともに蓋体１５および集電端子３０を上下方向に挟むように図示しない上型が上方から降下する。上型は、下型と当接するシール部と、樹脂が流れ込む凹部と、凹部に接続されたゲート部とを備えている。ゲート部は、溶融樹脂の成形金型６０への入口である。ゲート部は、射出成形機の樹脂射出口に接続されている。上型の凹部は、蓋体１５を挟んで下型６１の凹部と向かい合っている。

射出成形工程Ｓ０４では、まず成形金型６０が加熱される。加熱温度は樹脂の種類によって異なるが１００度から２００度程度である。成形金型６０の加熱が完了すると、ゲート部から溶融樹脂が注入される。溶融樹脂は上型の凹部に充填され、さらに端子装着孔１８を通って下型６１の凹部に充填される。その後、成形金型６０と成形品とが冷却される。これにより、絶縁材４０と蓋体１５と集電端子３０とが一体成形される。

上型リリース工程Ｓ０５では、上型が上昇し下型６１から離間する。部品取出工程Ｓ０６では、成形品が下型６１から取り外される。なお、部品取出工程Ｓ０６の後に、樹脂のゲート部や成形バリを除去する工程があってもよい。

このように、本実施形態に係る密閉型電池１００によれば、集電端子３０は、電池ケース１０の内部に配置され電極体２０に接続された電極体接続部３２と、電池ケース１０の外部に配置された外部接続部３４と、電極体接続部３２と外部接続部３４との間に位置し端子装着孔１８に挿通された軸部３３と、を有し、外部接続部３４が端子装着孔１８に挿通可能な大きさに構成されている。さらに、端子装着孔１８と集電端子３０との間を埋めるように、絶縁材４０が蓋体１５および集電端子３０と一体成形されている。かかる電極取出部の構成によれば、電極体接続部３２と外部接続部３４とを備えた集電端子３０を蓋体１５の端子装着孔１８に挿通し、絶縁材４０を蓋体１５および集電端子３０と一体成形することにより、従来の内側端子と外側端子との接合のようなプロセスを経ることなく電極を電池ケース１０の外部に取り出すことができる。

かかる構成は、例えば、引用文献１に記載された構成と比較すると、電池ケースの内側および外側の２つの端子（集電端子および外部端子）が１つの集電端子３０で代替され、電池ケースの内側および外側の２つの絶縁材（ガスケットおよび絶縁部材）が一体成形で形成されることから部品点数を削減できるという利点を有する。また、蓋体１５と集電端子３０とが一体成形されるため、部品の寸法のばらつきの影響が出にくい。例えば、引用文献１に記載された電極取出部の場合には、部品の寸法のばらつきが積み上がるため、適切なかしめを行うために部品の寸法のばらつきを抑制する必要がある。

また、本実施形態に係る電極取出部の構成を引用文献２に記載された構成（蓋体とガスケットと外側端子を一体成形する構成）と比較すると、電池ケースの内側および外側の２つの端子（内側端子および外側端子）が１つの集電端子３０で代替されることから部品点数を削減できるという利点を有する。また、一体成形後には蓋アッセンブリ１５Ａが完成しており、一体成型後に内側端子と外側端子との圧入をさらに行う必要がないという利点を有する。

なお、集電端子および絶縁材の形状は上記した形状には限定されない。図５は、電極取出部の構成の他の一例を示す断面図である。図５に示すように、この変形例では、集電端子１３０は、水平方向に延びる外部接続部１３４を有している。軸部１３３および電極体接続部１３２は上下方向に延びており、外部接続部１３４と略直交している。外部接続部１３４は、ここでは、軸部１３３から前方に延びている。外部接続部１３４と蓋体１５の外側面１７との間（ここでは、外部接続部１３４の下方の空間）には、絶縁材１４０が成形されている。絶縁材１４０は、上記した外部接続部１３４と外側面１７との間の他に、軸部１３３と端子装着孔１８の内周面との間と、蓋体１５の内側面１６の内部側と、蓋体１５の外側面１７の外部側であって集電端子１３０よりも後方側と、に形成されている。絶縁材１４０は、これらの部分が一体成形されている。

外部接続部１３４と軸部１３３とを略直交させる加工（例えば、曲げ加工）は、集電端子１３０と蓋体１５との組付け前に行われてもよいし、集電端子１３０と蓋体１５との組付け後、絶縁材１４０の成形前に行われてもよい。また、絶縁材１４０の成形後に行われてもよい。

なお、上記した実施形態では、端子装着孔１８に挿通可能な大きさに構成され、一体成形の前に端子装着孔１８に挿通されるのは外部接続部３４または１３４であったが、電極体接続部であってもよい。集電端子は、電極体接続部および外部接続部のうちの少なくとも一方が端子装着孔に挿通可能なように構成されていればよい。

以上、ここで提案される密閉型電池について、種々説明した。特に言及されない限り、ここで挙げられた密閉型電池の実施形態は、本発明を限定しない。

１０ 電池ケース（ケース部材）
１１ ケース本体（ケース部材）
１２ 開口部
１５ 蓋体（ケース部材）
１５Ａ 蓋アッセンブリ
１５ｂ 粗面化処理部
１６ 内側面
１７ 外側面
１８ 端子装着孔
２０ 電極体
２１ 正極シート
２２ 負極シート
３０ 集電端子
３０ａ 粗面化処理部
３１ 台座部
３２ 電極体接続部
３３ 軸部
３４ 外部接続部
４０ 絶縁材
４１ 筒状部
４２ 第１鍔部
４３ 第２鍔部
６０ 成形金型
６１ 下型
６２ 本体
６３ スライド部材
１００ 密閉型電池
１３０ 集電端子
１３２ 電極体接続部
１３３ 軸部
１３４ 外部接続部
１４０ 絶縁材
Ｓ０１ 部品セット工程
Ｓ０２ 位置決め工程
Ｓ０３ 上型セット工程
Ｓ０４ 射出成形工程
Ｓ０５ 上型リリース工程
Ｓ０６ 部品取出工程

Claims (1)

1. 端子装着孔を有するケース部材と、
   前記ケース部材の内部に収容された電極体と、
   前記ケース部材の内部に配置され前記電極体に接続された電極体接続部と、前記ケース部材の外部に配置された外部接続部と、前記電極体接続部と前記外部接続部との間に位置し前記端子装着孔に挿通された軸部と、を有し、前記電極体接続部および前記外部接続部のうちの少なくとも一方は前記端子装着孔に挿通可能な大きさに構成された集電端子と、
   前記端子装着孔と前記集電端子との間を埋めるように前記ケース部材および前記集電端子と一体成形された絶縁材と、
   を備えた、密閉型電池。

Images