JP3612629B2

JP3612629B2 - 非水系電池

Info

Publication number: JP3612629B2
Application number: JP07455995A
Authority: JP
Inventors: 都司佐瀬; 正隆山下
Original assignee: 株式会社京浜理化工業; 株式会社エイ・ティーバッテリー
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JPH08250083A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、外装容器を貫通して正極若しくは負極が配設される非水系電池に係り、特に気密性、絶縁性に優れた封止電極ピン構造を有する非水系電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、携帯電話、携帯用ノートパソコン、ビデオムービー等の小型でコードレスで用いられる携帯用電子機器がめざましく普及している。そして、このような機器には、小型で高容量化が図れるリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水系電解液の電池が多く用いられてきている。
【０００３】
このような非水系電池にあっては、その高い起電力に起因して正極端子の材質としてはチタン、モリブデン等を含有する特殊なステンレス、金、白金、アルミニウム等の限られた材料しか用いることができなかった。特に、この正極端子が電池蓋若しくは電池缶からなる外装容器を貫通して配設され、高い密閉性を求められる融着ガラスを用いるハーメチックシール方式の電池にあっては、電極ピンの材料は融着ガラスの熱膨張係数と近い値であることが必要であり、このことからチタン、モリブデン等を含有する特殊なステンレス等にその材料が限定されていた。
【０００４】
しかし、このチタン、特殊なステンレスはいずれも加工性及び溶接性に大きな難点があるとともに、高価であることから、加工性及び溶接性に問題があり且つ高価なチタン、特殊なステンレスを用いることなく、例えば正極端子であれば加工性に優れ且つ廉価なアルミニウム若しくはアルミニウム合金を、また負極端子であれば銅、ニッケル、ニッケルメッキを施した鉄、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０等の汎用ステンレス等を用いることが可能であるとともに、高い密閉性が得られる非水系電池を実現すべく本願発明者により、図１５に示す如き封止電極ピン構造が案出された。
【０００５】
この封止電極ピン構造は、電池蓋若しくは電池缶からなる外装容器２１に穿設された孔部２１ａに対し、ポリテトラフルオロエチレン等の電気的絶縁性を有し機械的強度に優れかつ可撓性を有する合成樹脂製の筒状の封止部材２２を収納し、この封止部材２２と外装容器２１の表裏に配設したＰＰＴＡアラミドやポリイミド等からなる高強度で耐熱性、耐薬品性に優れた絶縁フィルム２３と、一方の絶縁フィルム２３上に配設し、かしめにより生じる尖鋭なかえりで破断することのない強度を有する金属製のワッシャー体２４に対し、金属製の電極ピン２５を挿通するとともに、この電極ピン２５の両端をかしめることで、図１６に示す如く、外装容器２１の孔部２１ａを優れた気密性で封止するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した封止電極ピン構造にあっては、電極ピンをかしめる力がばらついたり、電極ピン２５をかしめる際に封止部材２２を孔部２１ａの中央に固定しておくことが難しく封止部材２２が孔部２１ａの中央でなく上下どちらかにずれたりした場合には、好適なかしめ構造とならずに気密性に対する信頼性が薄らぐ恐れがあった。
【０００７】
そこで、本発明にあっては、気密性、絶縁性に優れた封止電極ピン構造を有する非水系電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成すべく、本発明の非水系電池は、電池の外装容器に穿設された孔部に挿通された電極ピン外周と前記孔部との間には、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる封止部材を介在させてなることを特徴とするものである。
【０００９】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入し前記封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記電極ピンの両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とするものである。
【００１０】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめるとともに、前記封止部材を加熱して膨張させて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とするものである。
【００１１】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、電池をリチウムイオン二次電池としてもよい。
【００１３】
【作用】
電池の外装容器に穿設された孔部に挿通された電極ピン外周と前記孔部との間には、非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる封止部材を介在させたことで、孔部と電極ピン外周との間に介在する封止部材を加熱・膨張させることにより、孔部と電極ピン間の隙間をなくして確実な気密封止状態が得られる。
【００１４】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入し前記封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記電極ピンの両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材は孔部と電極ピンとの間に加圧状態で介在して微小な間隙を埋め、外装容器の孔部における気密性、絶縁性を好適に保持する。
【００１５】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめるとともに、前記封止部材を加熱して膨張させて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材は孔部と電極ピンとの間に加圧状態で介在して微小な間隙を埋め、外装容器の孔部における気密性、絶縁性を好適に保持する。
【００１６】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材が外装容器の孔部に精度良く固着されて、電極ピンのかしめ作業を好適な状態で確実に行うことができ、また封止部材が位置ずれすることなく組立作業性にも優れる。
【００１７】
【実施例】
図１〜図３は、本発明の非水系電池の第１の実施例を示し、図１は非水系電池の組立て過程を示す要部断面図、図２は組立て状態の分解図、図３は分解図であり、１は貫通孔２を穿設した電池蓋若しくは電池缶からなる外装容器、３はこの外装容器１の貫通孔２に挿入され電気的絶縁性を有しかつ熱膨張性を有する合成樹脂製で、パッキン及びガスケットの機能を発揮する筒状の封止部材、４は柱状部４ａの一端に鍔縁４ｂを形成した金属製の電極ピン、５はポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡアラミド）、ポリイミド等からなる高強度で、耐熱性、耐薬品性に優れた絶縁フィルム、６は電極ピン４をかしめる際に尖鋭なかえりが生じても破断することのない強度を有する金属製のワッシャー体、７はニッケル、ニッケルメッキを施した鉄等からなる導電性を有するリードタブであり、絶縁フィルム５、ワッシャー体６及びリードタブ７には、外装容器１の貫通孔２と連通する孔部をそれぞれ設けている。
【００１８】
本発明の非水系電池における電極ピン４を正極とした場合、電極ピン４の材質としてはアルミニウム、アルミニウム合金、チタニウムが好適であり、特にアルミニウムやアルミニウム合金は加工性、溶接性に優れかつ廉価であることから最適である。そして、負極となる外装容器１の材質をステンレス、ニッケルメッキ鋼板等とする。また、電極ピン４を負極とした場合、電極ピン４の材質としては加工性、溶接性に優れた銅、ニッケル、ニッケルメッキを施した鉄、銅、軟質のステンレスが好適であり、ステンレスのなかでも汎用品であるＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ３０５等が使用可能である。この際、正極となる外装容器１の材質はアルミニウム、アルミニウム合金とする。
【００１９】
電極ピン４は、その柱状部４ａの外径を貫通孔２よりも小さく且つ封止部材３の内径と略同一か若干小さくするとともに、柱状部４ａの長さを外装容器１、絶縁フィルム５の２枚分、ワッシャー体６、リードタブ７を加えた厚さをよりも大きくする。また、鍔縁４ｂの外径は貫通孔２よりも大きいものとする。
【００２０】
封止部材３は、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで熱膨張性を発揮させてなる熱膨張チューブである。本発明に用いる封止部材３の熱膨張性としては、加熱することで径方向にのみ膨張し、長さ方向にはほとんど膨張しないものであり、そしてこの膨張状態は冷却しても元に戻ることのない非可逆なものである。当然のことながら、封止部材３はシール材としての耐侯性、耐電解液性、シール性、機械特性等を要求されるものである。
【００２１】
絶縁フィルム５は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡアラミド）若しくはポリイミドをフィルム状としたもので、耐熱性、耐電解液性、絶縁性に優れるとともに、１０〜１００μｍという厚さでも高強度で優れた機械的特性を発揮し得るものである。また、非水系電池における総高の制約が緩く、電極ピン部の厚さが３〜５ｍｍで差し支えなければ、０．１〜１ｍｍ程度の樹脂板、ゴム板等の絶縁板体を用いてもよい。
【００２２】
本実施例において、外装容器１の厚さを０．４ｍｍ、貫通孔２の内径を２．３ｍｍ、また封止部材３の外径を２．２〜２．３ｍｍ、内径を１．２〜１．３ｍｍとした上で、図１に示す如く、貫通孔２に対し封止部材３が上下均等に配置されるべく、柱状部４ａに絶縁フィルム５と封止部材３を挿入した電極ピン４を、位置決め用の治具８の凹欠した面に載置してこれを外装容器１にセットし、この状態で封止部材３をリフロー、高周波加熱等により短時間に約２００℃に加熱した。これにより、図２に示す如く、貫通孔２と嵌合している封止部材３の中央部分は貫通孔２の内径よりも膨張しないものの、その上下の端部は外径が約２．７ｍｍ、内径が１．６〜１．７ｍｍに膨張した。そして、これらを冷却し治具８を取り除いても封止部材３及び絶縁フィルム５と電極ピン４は貫通孔２から脱落することなく確実に係合する。
【００２３】
そして、図２に示す如く、封止部材３の膨張した下方部分が開いて外装容器１の下面に平板状に当接するまで電極ピン４を上方へ押動付勢するとともに、外装容器１の上面に、貫通孔２と連通させて絶縁フィルム５、ワッシャー体６及びリードタブ７を配設する。そして、電極ピン４の柱状部４ａが、封止部材３、絶縁フィルム５、ワッシャー体６及びリードタブ７を挿通し、封止部材３の上端から柱状部４ａ先端を突出させる。この状態で電極ピン４の両端部をかしめ、電極ピン４の両端間で封止部材３、絶縁フィルム５、ワッシャー体６、リードタブ７及び外装容器１を圧接挟持する。かしめ方法として、インパクトに限らずプレス、冷間揺動プレス等でもよい。これにより、図３に示す如く、電極ピン４が外装容器１から確実に絶縁されつつ、貫通孔２が気密封止される。
【００２４】
また、図４〜図５は本発明の非水系電池の第２の実施例を示し、まず図４に示す如く、封止部材３を位置決めの治具８を用いて外装容器１の貫通孔２の好適な位置にセットし、封止部材３を加熱してその上下部分を図５に示す如く膨張させる。そして、外装容器１の貫通孔２に対応する部分の両面に貫通孔２を連通して絶縁フィルム５と、更に上方の絶縁フィルム５上にワッシャー体６とリードタブ７を配設する。そして、電極ピン４の柱状部４ａが、封止部材３、絶縁フィルム５、ワッシャー体６及びリードタブ７を挿通し、封止部材３の上端から柱状部４ａ先端を突出させる。この状態で電極ピン４の両端をかしめることで、図３の如く構成されるものである。この場合には、膨張した封止部材３が貫通孔２に精度良く固着されて、電極ピン４のかしめ作業を好適な状態で確実に行うことができる。
【００２５】
図６〜図８は、本発明の非水系電池の第３の実施例を示し、この実施例において封止部材３は、外装容器１の厚さと略同一の長さを有する筒体３ａの下端に鍔縁３ｂを設けた形状からなり、この鍔縁３ｂは前述した第１及び第２の実施例における下方の絶縁フィルム５の機能を発揮する。このような形状の封止部材３は、射出成形等により成形することができる。そして、この封止部材３の筒体３ａを貫通孔２に係合させ、外装容器１の上面に絶縁フィルム５、ワッシャー体６及びリードタブ７を配設するとともに、これらを電極ピン４の柱状部４ａが挿通して、図７に示す如く、電極ピン４の両端をかしめる。この状態で、封止部材３を加熱すると、図８に示す如く、封止部材３が径方向に膨張して貫通孔２と電極ピン４との間の微小な隙間をなくして確実な気密封止状態を得ることができる。
【００２６】
図９〜図１１は、本発明の非水系電池の第４の実施例を示し、この実施例にあっては、外装容器１の厚さの約半分の長さの筒体３ａの一端に、上述した第３の実施例と同様に絶縁フィルムの機能を発揮する鍔縁３ｂを設けてなる封止部材３を２個用いている。この封止部材３を、外装容器１の貫通孔２部分にサンドイッチ状に両面から配設するとともに、これとその上面に配設したワッシャー体６を電極ピン４の柱状部４ａが挿通して、図１０に示す如く、電極ピン４の両端をかしめる。そして、封止部材３を加熱すると、図１１に示す如く、封止部材３が径方向に膨張して貫通孔２と電極ピン４との間の微小な隙間をなくして確実な気密封止状態を得ることができる。
【００２７】
図１２〜図１４は、本発明の非水系電池の第５の実施例を示し、この実施例にあっては、外装容器１の厚さと略同一の長さを有する筒体３１ａの下端に鍔縁３１ｂを設けた形状の封止部材３１と、絶縁フィルムの代わりとなるリング状の封止部材３２の２個を外装容器１の貫通孔２部分にサンドイッチ状に両面から配設するとともに、これとその上面に配設したワッシャー体６を電極ピン４の柱状部４ａが挿通して、図１３に示す如く、電極ピン４の両端をかしめる。そして、封止部材３を加熱すると、図１４に示す如く、封止部材３１，３２が径方向に膨張して貫通孔２と電極ピン４との間の微小な隙間をなくして確実な気密封止状態を得ることができる。電極ピン４の柱状部４ａの先端にはかしめ易いように孔部４ｃを設けている。
【００２８】
従来の非水系電池における封止電極ピン構造にあっては、かしめた電極ピン部分の厚さは３〜５ｍｍと厚いものであったが、本発明の非水系電池を上述の如き構成とすることで、２．５ｍｍ以下と極めて薄くすることができ、このことは非水系電池の電池容量を向上させることとなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の非水系電池によれば、電池の外装容器に穿設された孔部に挿通された電極ピン外周と前記孔部との間に、非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる封止部材を介在させたことで、孔部と電極ピンとの間に介在する封止部材を加熱・膨張させることにより、孔部と電極ピン間の隙間をなくして確実な気密封止状態が得られる。
【００３０】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入し前記封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記電極ピンの両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材は孔部と電極ピンとの間に加圧状態で介在して微小な間隙を埋め、外装容器の孔部における気密性、絶縁性を好適に保持する。
【００３１】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめるとともに、前記封止部材を加熱して膨張させて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材は孔部と電極ピンとの間に加圧状態で介在して微小な間隙を埋め、外装容器の孔部における気密性、絶縁性を好適に保持する。
【００３２】
または、電池の外装容器に穿設された孔部に、合成樹脂材からなり径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する筒状の封止部材を収納し、この封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことで、封止部材が外装容器の孔部に精度良く固着されて、電極ピンのかしめ作業を好適な状態で確実に行うことができ、また封止部材が位置ずれすることなく組立作業性にも優れる。
【００３３】
また、本発明の電池をリチウムイオン二次電池とした場合には、従来高い密閉性を求められ融着ガラスによる封止構造を用いることで電極ピンの材質を加工性及び溶接性に問題があり且つ高価なチタン、特殊なステンレスとすることが余儀なくされていたが、本発明によれば、チタン、特殊なステンレスを用いることなく、例えば正極端子であれば加工性に優れ且つ廉価なアルミニウム若しくはアルミニウム合金を、また負極端子であれば銅等を用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非水系電池の第１の実施例の組立状態を示す要部断面図である。
【図２】本発明の非水系電池の第１の実施例の要部分解図である。
【図３】本発明の非水系電池の第１の実施例の要部断面図である。
【図４】本発明の非水系電池の第２の実施例の組立状態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の非水系電池の第２の実施例の要部分解図である。
【図６】本発明の非水系電池の第３の実施例の要部分解図である。
【図７】本発明の非水系電池の第３の実施例の要部断面図である。
【図８】本発明の非水系電池の第３の実施例の要部断面図である。
【図９】本発明の非水系電池の第４の実施例の要部分解図である。
【図１０】本発明の非水系電池の第４の実施例の要部断面図である。
【図１１】本発明の非水系電池の第４の実施例の要部断面図である。
【図１２】本発明の非水系電池の第５の実施例の要部分解図である。
【図１３】本発明の非水系電池の第５の実施例の要部断面図である。
【図１４】本発明の非水系電池の第５の実施例の要部断面図である。
【図１５】従来の非水系電池の要部分解図である。
【図１６】従来の非水系電池の要部断面図である。
【符号の説明】
１外装容器
２貫通孔
３封止部材
３ａ筒体
３ｂ鍔縁
４電極ピン
４ａ柱状部
４ｂ鍔縁
５絶縁フィルム
６ワッシャー体
７リードタブ
８治具

Claims

電池の外装容器に穿設された孔部に挿通された電極ピン外周と前記孔部との間には、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる封止部材を介在させてなることを特徴とする非水系電池。
電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入し前記封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記電極ピンの両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とする非水系電池。
電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめるとともに、前記封止部材を加熱して膨張させて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とする非水系電池。
電池の外装容器に穿設された孔部に、４フッ化エチレン−パーフロロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を特殊な分子構造とすることで径方向に対する非可逆的熱膨張性を有する合成樹脂材からなる筒状の封止部材を収納し、この封止部材を加熱して膨張させるとともに、前記封止部材に電極ピンを挿入しその両端部をかしめて前記外装容器の孔部を気密封止したことを特徴とする非水系電池。
電池がリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の非水系電池。