JP3812380B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、特に電池缶の極性と異なる極性の電池端子を絶縁性部材を介して取り出す電極端子となる電極引出板を有する密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００３】
図３に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
密閉型電池１は、ステンレス鋼、ニッケルめっきを表面に施した軟鋼等からなる角筒状の金属容器２（以下、電池缶とも称す）に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、電池缶２の上端には、金属板３に、外部絶縁板４Ａ、正極側の電極引出板５を、正極側の電極導出ピン６によって一体化して構成したヘッダ７を電池缶２の開口部に取り付けて封口したものであり、ヘッダ７の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部８、電解液を注液し、電解液の注液後に封口する小孔９が設けられており、小孔９から電解液を注入した後にステンレス鋼等の金属からなる部材を埋め込み、溶接して封口している。
【０００４】
図４は、ヘッダの一例を説明する図であり、図４（Ａ）は、断面図であり、図４（Ｂ）は、ヘッダの分解斜視図であり、電極導出ピンのかしめ前の状態を説明する図である。
ステンレス鋼、ニッケルめっきを施した軟鋼板等からなる金属板３に設けた貫通孔１０に下部よりポリプロピレン、フッ素樹脂等からなる内部絶縁板４Ｂを取り付け、上部には外部絶縁板４Ａを載置して、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電性の良好な金属からなるつば部６Ａを有する電極導出ピン６を内部絶縁板４Ｂに設けた孔を貫通させ、電極引出板５を装着して、電極導出ピンのつば部６Ａと柱状部６Ｂの先端を上下からかしめることによってヘッダ７が形成される。
作製されたヘッダ７の電極導出ピン６のつば部６Ａに、電池要素に接合し絶縁性部材１１で被覆された導電タブ１２を接合した後に電池缶の開口部に嵌合させて周囲をレーザー溶接を行って封口される。
ヘッダの組立時に電極導出ピン６はかしめによって押し潰されて、電極引出板５の平面と接触し、電極導出ピンと正極引出板５との間に導電接続が形成されるが、かしめによって押し潰された正極導出ピンは膨らんで正極引出板の平板状の表面および円筒状の壁面に均一に押し付けられるので、接触面では圧力が分散されて充分な接触が形成されないことがあった。
電極導出ピン６と電極引出板５との接触が不充分であると経時的に電極導出ピンと正極引出板との間のインピーダンスが大きくなるという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極導出ピンをかしめて封止した電極封止構造を有する電池において、絶縁性、気密性に優れ、電極導出ピンと電極引出板との導電接触が良好で、経時的な変化が小さく信頼性が高い密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電池缶の極性と異種の極性の電極引出板を絶縁性部材を取り付けて電極導出ピンを貫通させてかしめて固着したヘッダを有する密閉型電池において、電極引出板に設けた電極導出ピンの貫通孔の周囲の電極引出板上には環状突起部が形成されており、環状突起部の内壁面は、電極引出板の板状体部の貫通孔の内壁面と同一の面、もしくは板状体部の貫通孔の内壁面よりも内側に位置する密閉型電池によって解決することができる。
環状突起部は、突起の先端ほど環の中心軸に垂直な面と交わる断面積が小さい前記の密閉型電池である。
環状突起部は、貫通孔にバーリング加工を施して形成したものである前記の密閉型電池である。
電極引出板は、表面にめっきが施されたものである前記の密閉型電池である。
電極引出板は、表面に金めっきが施されたものである前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、電極導出ピンをかしめて電極引出板を一体化し、電極引出端子部を形成した密閉型電池において、電極導出ピンをかしめた際に電極引出板に設けた環状突起部の先端が、アルミニウム製の電極導出ピンの表面に形成された酸化皮膜を突き破るようにして接触する結果、良好な導電性を長期にわたって維持可能であることを見いだしたものである。また、電解液が付着して腐食が進行しやすい環境においても良好な導電性の確保が可能であることを見いだしたものである。
【０００８】
そして、突起の先端部ほど環の中心軸に垂直な面と環状突起部とが交わる断面積が小さなものとするとともに、環状突起部の内壁面が貫通孔の内壁面と同一の面、もしくは板状体部の貫通孔の内壁面よりも内側に位置するようにすることによって、電極導出ピンをかしめた場合に電極導出ピンが膨らんで電極導出ピンの外周部と環状突起部の内壁面とが密着接触性を高めることができる。また、電極導出ピンはかしめによって変形する際に、環状突起部の先端部を支点にして折れ曲がるために、電極導出ピンと環状突起部との間の導電接触と密着性が共に向上する。
このような環状突起部は、電極引出板の貫通孔にパンチを進出させて貫通孔に円筒状に立ち上がり部を形成するバーリング加工によって形成することができる。
【０００９】
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図１（Ａ）は、密閉型電池の電極引出端子部分を説明する断面図であり、図１（Ｂ）は、ヘッダ７の組立前の各部材の説明する斜視図である。
密閉型電池を形成するヘッダ７の金属板３には、上下から外部絶縁板４Ａ、内部絶縁板４Ｂを配置し、外部絶縁板４Ａの上部に電極引出板５を設けて電極導出ピン６をかしめることによって封口して一体化したものである。電極導出ピン６のつば部６Ａには、電池要素の電池電極に接合した絶縁性部材１１で保護された導電タブ１２が接合されている。
また、電極引出板５には、電極導出ピンを貫通する内壁面と同一の内壁面を有する環状突起部５Ａを有している。環状突起部は、突起の先端ほど環の中心軸に垂直な面と交わる断面積が小さく形成されている。
電極導出ピンがかしめによって変形すると、環状突起部５Ａの先端部は電極導出ピンに食い込み、両者の間で電気的接続と良好な密閉状態が形成される。
【００１０】
以上の説明においては、ヘッダの金属板と、電極導出ピンおよび電極引出板との間の絶縁性の確保を外部絶縁板と内部絶縁板を配置することによって形成することを記載したが、絶縁性部材を金属板に一体に形成したものであっても良い。
【００１１】
インサートモールド等によって絶縁性部材がヘッダを構成する蓋体部分の金属板に一体に形成された場合には、絶縁性部材を複数の部材によって構成した場合に比べて、厚みを薄くすることができるので、ヘッダの小型化が可能となる。さらに、ヘッダの組立工程数を減少することが可能となる。
絶縁性部材としては、ポリプロピレン、あるいはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性フッ素樹脂等を挙げることができる。
【００１２】
ヘッダの外面に位置する外部絶縁板４Ａの上面に設ける電極引出板としては、ニッケル板、ニッケルめっきを施した軟鋼板、銅板、洋白板等を用いることができる。
また、これらの電極引出板としては、表面に更にめっきを施したものが好ましい。めっきは、電極引出板と電極導出ピンとの接触抵抗を低下させる効果と共に、電極端子部に付着した電解液によって電極端子部の化学的な腐食および接触電位差による電気化学的な溶出および腐食を防止する点で有効である。
電極引出板にめっきする金属としては、金等の貴金属、銀、錫等を挙げることができるが、とくに耐食性が大きな金等の貴金属を用いて行うことが好ましい。
【００１３】
また、電極導出ピンとしては、アルミニウムまたはその合金からなる金属素材を電極導出ピンの形状に加工後に焼き鈍しを行ったものを用いることが好ましい。 電極導出ピンは焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとともに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じにくくなったことによって絶縁性部材との間の密閉性等が良好とものとなる。
【００１４】
電極導出ピンは焼き鈍しによって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によって加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かしめ後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないものと同様の硬度を示すので、封口特性の低下、あるいは電極導出ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。
【００１５】
図２は、本発明の密閉型電池の電極引出板を説明する図であり、図２（Ａ）は斜視図であり、図２（Ｂ）は断面図である。
電極引出板５には、貫通孔の壁面に沿って環状突起部５Ａが設けられている。環状突起部内壁面５Ｂは、板状体部の貫通孔内壁面５Ｃよりも内側に位置するか同一面であることが好ましい。
このような形状とすることにより、環状突起部内壁面５Ｂにおいて、かしめによって変形した電極導出ピンとの接触が良好なものとなる。
環状突起部５Ａは、貫通孔を形成した板状体にパンチ等を用いて貫通孔の内壁面を筒状に立ち上げるバーリング加工によって形成することができる。
環状突起部５Ａの高さは０．１５ｍｍないし０．２５ｍｍとすることが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
長辺が８ｍｍ、短辺が３．２ｍｍの長方形状のニッケルめっき軟鋼板の中央に設けた直径１．９ｍｍの貫通孔に外部絶縁板、および内部絶縁板を装着し、直径１．９ｍｍの孔を中央に有し、孔の壁面はバーリング加工によって板状体の表面から０．２ｍｍの高さを有し、頂点の外径が２．０ｍｍの環状突起部を設けたニッケル板製の電極引出板を載置して、直径１．８ｍｍの円柱状のアルミニウム製の電極導出ピンを内部絶縁板側から貫通させて、電極導出ピンの上下からかしめてヘッダを製造した。
高さ４７ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚さ８ｍｍのニッケルめっき軟鋼製の電池缶にリチウムイオン電池の電池要素を収納し、ヘッダを溶接した後に、電解液注入口から電解液を注液し、次いで電解液中液口を封口して密閉型電池を製造した。
作製した５０個の電池を以下の評価方法によって評価を行い、不良個数を表１に示す。
【００１７】
（評価方法）
１．常温放置
２５℃において２カ月間放置した後のインピーダンス増加を測定し、インピーダンス増加が５５ｍΩ以下のものを良好とし、５５ｍΩよりも大きなものを不良とした。
２．電解液付着
電極端子部に電解液を付着させたものを、２５℃において２カ月間放置した後のインピーダンス増加を測定し、インピーダンス増加が５５ｍΩ以下のものを良好とし、５５ｍΩよりも大きなものを不良とした。
３．高温高湿放置
電池に組み立てる前のヘッダの単体を、恒温恒湿槽において６０℃９０％ＲＨの条件で１週間放置した後に組み立てた電池を２５℃において２カ月間放置した後のインピーダンス増加を測定し、インピーダンス増加が５５ｍΩ以下のものを良好とし、５５ｍΩよりも大きなものを不良とした。
４．電解液付着高温高湿放置
電池に組み立てる前のヘッダの単体を、電解液に１２時間浸漬した後に、洗浄後恒温恒湿槽において６０℃９０％ＲＨの条件で１週間放置した後に組み立てた電池を２５℃において２カ月間放置した後のインピーダンス増加を測定し、インピーダンス増加が５５ｍΩ以下のものを良好とし、５５ｍΩよりも大きなものを不良とした。
【００１８】
実施例２
電極引出板に金めっきを施した点を除いて実施例１と同様に作製した電池を実施例１に記載の評価方法によって評価を行いその結果を表１に示す。
【００１９】
比較例１
環状突起を設けなかった点を除いて実施例１と同様に電池を作製し、実施例１に記載の評価方法によって電池の特性の評価を行い、その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、電極導出ピンをかしめて電極引出板と導電接続を形成して作製した外部接続端子として、電極引出板の貫通孔の部分に環状突起部が形成されているものを用いたので、電極導出ピンと電極引出板との間で強く接触しているので、電極導出ピンと電極引出板との間の接触抵抗の経時変化を防止することができる。また電極端子部に電解質が存在した場合にも、電極導出ピンおよび電極引出板の腐食等が進行しないので、電気的特性に優れ、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池の電極引出板を説明する図である。
【図３】図３は、角型電池の一例を説明する図を示す。
【図４】図４は、ヘッダの一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…金属容器、３…金属板、４Ａ…外部絶縁板、４Ｂ…内部絶縁板、５…電極引出板、５Ａ…環状突起部、５Ｂ…突起部内壁面、５Ｃ…貫通孔内壁面、６…電極導出ピン、６Ａ…つば部７…ヘッダ、８…薄肉部、９…小孔、１０…貫通孔、１１…絶縁性部材、１２…導電タブ

Claims (1)

1. 電池缶の極性と異種の極性の電極引出板を絶縁性部材を取り付けて電極導出ピンを貫通させてかしめて固着したヘッダを有する密閉型電池において、電極引出板に設けた電極導出ピンの貫通孔の周囲の電極引出板上には環状突起部が形成されており、環状突起部の内壁面は、電極引出板の板状体部の貫通孔の内壁面と同一の面、もしくは板状体部の貫通孔の内壁面よりも内側に位置することを特徴とする密閉型電池。

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