JP3659475B2 - 電池用端子および電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉性に優れた電池用端子であり、特に非水系電解質電池用として好適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、蓄電池等の電池用端子(以下、端子という)は、図3の断面図で示すように、その内周面全面および外周面の一部にそれぞれモリブデン−マンガン等から成るメタライズ層14、15が被着され、アルミナ(Al2O3)セラミックス等から成る略円筒状の絶縁基体11の内側(内周面側)に、アルミニウム(Al)等から成る略円柱状の金属端子12をその両端が絶縁基体11から突出するようにして挿通し、メタライズ層14と金属端子12とが、アルミニウムロウ材16を介して接合されるとともに、メタライズ層15とアルミニウムから成る円環状のフランジ13とが、アルミニウムロウ材17を介して容器蓋の円形開口に接合されることにより、蓄電池の内部は密閉封止されていた。
【0003】
また、蓄電池の内部は、金属端子12の下端部が蓄電池の一方の電極板Eに接続されるとともに、フランジ13が蓄電池の容器蓋Lの円形開口に溶接によって接合されることにより蓄電池の一方の端子として機能していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の蓄電池用の端子を、非水系電解質電池用の端子として用いた場合には、この端子はエチレンカーボネート等を主成分とする非水系電解液に晒されることになってしまい、この端子を備えた非水系電解質電池に電流を流すと、端子を構成している絶縁基体11と金属端子12との接合材、すなわち少なくとも7%の珪素(Si)成分を含有するアルミニウムロウ材16(JIS Z 3263)中の珪素成分および金属端子12中の珪素成分が、非水系電解液に溶解していき、その結果アルミニウムロウ材16にはボイドが多数発生し、非水系電解質電池の外部に非水系電解液が流れ出てしまう。つまり、非水系電解質電池の内部を密閉封止することが困難になるという問題点を有していた。
【0005】
なお、この端子を備えた非水系電解質電池に電流を流していない状態でも、アルミニウムロウ材16の珪素成分、絶縁基体11の珪素成分および金属端子12の珪素成分が、ごく微量ではあるが非水系電解液に溶解していくこととなり、非水系電解質電池の内部を密閉封止することが困難になるという問題点を有していた。
【0006】
また、アルミニウムロウ材16や銀ロウ材等のロウ材を介して、絶縁基体11と金属端子12とを接合するためには、絶縁基体11の接合部にメタライズ層14を被着しておかなければならず、メタライズ層14用の金属ペーストの印刷塗布工程、所定の温度での焼成工程、ロウ付け工程等の製造工程を必要とするので、製造コストが上昇する等の問題点を有していた。
【0007】
従って、本発明は上記事情に鑑み完成されたものであり、その目的は、非水系電解質電池等の電池内部の密閉性の劣化を防ぎ、電池の寿命を長期にわたって安定化させることが可能な端子を安価に提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用端子は、電池の容器蓋の開口にその側部が接合され、かつ、電池の内外を貫通するとともに内面がテーパー形状とされた貫通孔が形成された絶縁基体と、前記貫通孔に挿入接合されかつ一端側が電池内の電極板に接続され、側面がテーパー形状とされた金属端子とを具備し、前記金属端子は前記貫通孔に摩擦圧接により直接接合されていることを特徴とするものである。
【0009】
本発明の電池用端子によれば、特に非水系電解質電池用の端子の場合に関し、この電池内部の密閉性を優れたものとすることにより、電池の性能を長期にわたり安定化させ長寿命化することが可能となる。すなわち、本発明による電池用端子構造は、絶縁基体の貫通孔の内周面側に摩擦圧接法により金属端子を直接接合することにより、接合用のロウ材を不要としたことから、ロウ材の劣化により電池内部の密閉性が損なわれることがなく、電池の性能を長期にわたって安定したものとすることができる。また、メタライズ層を絶縁基体に被着させてロウ付けする等の製造工程を必要としないので、製造コストの削減が可能となり安価に提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の端子について以下に詳細に説明する。図1は本発明の端子の1実施形態の断面図であり、図1において、1は絶縁基体、2は金属端子、3はフランジである。本発明の絶縁基体1はアルミナや窒化アルミニウム(AlN)などのセラミックスから成る略円筒状のものであり、金属端子2とフランジ3とを電気的に絶縁して保持している。絶縁基体1の外形形状は略円筒状に限らず、多角柱状,円錐等の錐形の台状等、種々の形状とし得る。
【0011】
また絶縁基体1は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化カルシウム,酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダを添加して調製した原料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するととともに所定圧力でプレスして成形し、しかる後に得られた成形体を大気中にて約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【0012】
また、この絶縁基体1は、非水系電解質電池に組み込んだ後に電流を流さない状態であっても、非水系電解液中に溶解される絶縁基体1の珪素成分の量を極めて少なくするように、珪素成分の含有量が極めて少ないアルミナセラミックス、特に高純度アルミナセラミックス(アルミナの純度99重量%以上)を用いることが好ましい。
【0013】
また、絶縁基体1は、電池の容器蓋の開口にその側部が接合され、かつ電池の内外を貫通する貫通孔が形成される。その貫通孔の内周面側に、貫通孔の全長(深さ)よりも長い略円柱状の金属端子2の両端部を絶縁基体1から突出させた状態で、摩擦圧接法により強固かつ接合界面が緻密になるように、金属端子2が直接接合される。これにより、非水系電解質電池内部が密閉されることになる。
【0014】
本発明の金属端子2は、その下端側が非水系電解質電池の電極板Eに接続されることで、電極板Eへの導電路として機能するとともに、その側面は絶縁基体1に摩擦圧接され接合されることとなる。
【0015】
この金属端子2は、絶縁基体1に摩擦圧接される際に、絶縁基体1が硬くて脆い性質を有するセラミックスから成るので、摩擦圧接開始時の衝突や熱応力によって絶縁基体1が破損するのを有効に防止できるように、延性に富み、熱伝導性の非常に高い材料で、さらに導電路として機能するよう導電性に優れた材料であり、さらには摩擦圧接で接合される絶縁基体1と同一元素を含有する材料が好ましく、具体的にはアルミニウムや銅等の金属材料がよい。
【0016】
また、金属端子2は、例えばアルミニウムから成る場合には、非水系電解質電池に組み込んだ後に、特に電流を流した際に非水系電解液中に溶解する金属端子2の珪素成分の量が極めて多くなる。この珪素成分の溶解を極めて少なくするために、珪素成分の含有率が0.6%未満の非常に高純度のアルミニウム(JISH 4000等)を用いることが好ましい。また金属端子2は、非水系電解質電池に組み込んだ後に、電流を流さない状態であっても、ごく微量ではあるが珪素成分が非水系電解液中に溶解されていくので、この溶解する珪素成分の量を極めて少なくするために、上記高純度のアルミニウム(JIS H 4000等)を用いることが同様に好ましい。
【0017】
すなわち、金属端子2は、アルミニウムを材料とし非水系電解質電池用の端子の一部材として用いる場合、上記高純度のアルミニウムを材料として用いることが好ましい。
【0018】
このように、摩擦圧接法によって直接接合される絶縁基体1と金属端子2とは、非水系電解質電池に電流を流しても、あるいは電流を流さない状態にある場合であっても、珪素成分が非水系電解液に溶解する量を、少なくとも7%の珪素成分を含有するアルミニウムロウ材を用いた従来の場合に比較して非常に微量とすることができる。さらに、珪素成分の含有量が非常に少ない材料からなる絶縁基体1および金属端子2を用いた場合には、非水系電解液に溶解する珪素量がさらに微量なものとなる。その結果、非水系電解質電池内部の密閉性を経時的に損なっていくことがなくなる。本発明の摩擦圧接法の接合条件の一例を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
この摩擦圧接法による直接接合は、貫通孔を有する絶縁基体1を貫通孔の中心軸線を中心に回転させ、摩擦により発熱するように、断面の直径が貫通孔の径よりもやや大きくかつ延性に富む等の特性を有する円柱状(棒状)の金属端子2を、貫通孔中に圧力をかけながら挿入することにより、接合面を摩擦で加熱軟化させて接合させる。また、その条件は、脆性材料である絶縁基体1との接合なので、絶縁基体1の破損防止およびそれらの接合を強固なものと成すためには、絶縁基体1の回転数、金属端子2との摩擦圧力およびその摩擦時間を制御する必要がある。また、回転を急激に止めることにより、絶縁基体1と適当に軟化した金属端子2とを圧力をかけて反応させるアプセット圧力やその時間(アプセット時間)を制御することによって、接合を強固なものとすることができる。
【0021】
一方、絶縁基体1の外周側面(側部)に接合されるフランジ3は、金属端子2と同様に高純度のアルミニウムから成る円環体であり、摩擦圧接法によって接合される。その接合条件については表1と同じである。そして、このフランジ3を非水系電解質電池の容器蓋Lの開口に溶接することによって、本発明の端子が非水系電解質電池の容器蓋Lに固定され、電池内部を密閉する。
【0022】
ただし、このフランジ3には電流が流れることはないので、フランジ3中の珪素成分が非水系電解液に溶解する量は微量であるが、例えばフランジ3がアルミニウムから成る場合、溶解される珪素成分の量をさらに微量なものとし非水系電解質電池内部の密閉性を維持するために、金属端子2と同様に上記高純度アルミニウムを材料として用いることが好ましい。
【0023】
また、フランジ3は、上述したように電流が流れないことから、絶縁基体1の外周側面の一部に被着したメタライズ層とアルミニウムから成る円環状のフランジ3とが、アルミニウムロウ材を介して接合されていても良い。その場合、従来アルミニムロウ材は少なくとも7%の珪素成分を含有するので、万一非水系電解液に珪素成分が全て溶解してしまえば、アルミニウムロウ材中のボイドが多くなり、その結果非水系電解質電池内部の密閉性が損なわれることとなるので、上記高純度のアルミニウムを材料として用い、摩擦圧接法によってフランジ3と絶縁基体1とを接合することが好ましい。
【0024】
なお、他の実施形態として、図2に示すように金属端子2が接合される絶縁基体1の貫通孔の内側をテーパー形状とし、絶縁基体1との接合面積を広くしても良い。この場合、接合面積を広くすることによって、絶縁基体1と金属端子2との接合がより強固になるとともに、非水系電解質電池内部の密閉性もより高いものと成すことが可能である。
【0025】
また、さらに他の実施形態として、金属端子2を有底の中空構造としても良く、端子を軽量化することが可能となる。
【0026】
このように、本発明の端子は、絶縁基体1の貫通孔の内周面側に金属端子2を摩擦圧接法によって直接接合し、絶縁基体1の外周側面にフランジ3をロウ付け法,または摩擦圧接法によって接合し、金属端子2の下端側を非水系電解質電池内の電極板Eに接続するとともに、フランジ3を非水系電解質電池の容器蓋Lの開口に溶接することによって、製品としての非水系電解質電池となる。
【0027】
上記実施形態においては、主に非水系電解質電池の場合について説明したが、本発明の端子は非水系電解質電池用に限らず他の電池にも適用できることはいうまでもない。
【0028】
かくして、本発明の端子によれば、特に非水系電解質電池用の端子の場合に関し、絶縁基体1の貫通孔の内周面側に金属端子2をロウ材を用いずに摩擦圧接法によって直接接合したことから、非水系電解質電池に組み込んだ後に電流を流しても、ロウ材等の珪素成分が非水系電解液中に溶解することがなく、従って電池内部の密閉性が損なわれていくことがなく、電池の性能を長期にわたって安定化させ長寿命なものとすることが可能となる。
【0029】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【0030】
【発明の効果】
本発明は、金属端子が絶縁基体の貫通孔に挿入され摩擦圧接により直接接合されていることにより、接合用のロウ材を不要とし、特に非水系電解質電池用の端子の場合に、ロウ材の劣化により電池内部の密閉性が経時的に損なわれることがなく、電池の性能を長期にわたって安定化させ長寿命なものとすることができる。また、メタライズ層を絶縁基体に被着させてロウ付けする等の製造工程を必要としないので、製造コストの削減が可能となり安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池用端子の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の電池用端子の他の実施形態を示す断面図である。
【図3】従来の電池用端子の断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
2:金属端子
Claims (2)
- 電池の容器蓋の開口にその側部が接合され、かつ、電池の内外を貫通するとともに内面がテーパー形状とされた貫通孔が形成された絶縁基体と、前記貫通孔に挿入接合されかつ一端側が電池内の電極板に接続され、側面がテーパー形状とされた金属端子とを具備し、前記金属端子は前記貫通孔に摩擦圧接により直接接合されていることを特徴とする電池用端子。
- 請求項1記載の電池用端子と、フランジを介して前記絶縁基体に接合された容器蓋と、前記金属端子の前記一端側に接続された電極板とを具備していることを特徴とする電池。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP30168399A JP3659475B2 (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 電池用端子および電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP30168399A JP3659475B2 (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 電池用端子および電池 |
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JP2001126714A JP2001126714A (ja) | 2001-05-11 |
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ID=17899891
Family Applications (1)
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JP30168399A Expired - Lifetime JP3659475B2 (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 電池用端子および電池 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3659475B2 (ja) |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30168399A patent/JP3659475B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JP2001126714A (ja) | 2001-05-11 |
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