JP4127618B2 - 密閉型の電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉型の電池、すなわち電池ケースの開口を蓋で密閉した電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型の電池には、電池ケースの開口を密閉する蓋が備えられる。蓋には、端子取り付け孔が貫通状に設けられ、この端子取り付け孔に正極または負極の端子（出力端子）が取り付けられる。端子は、外径が端子取り付け孔の内径よりも小さい軸部と、軸部の基端側にあって外径が端子取り付け孔の内径よりも大きな頭部とを有する構成で、絶縁パッキング（ガスケットともいう）を介して端子取り付け孔に抜け外れ不能にかしめ固定される。端子と蓋との間は、前記絶縁パッキングによりシールされて気密・液蜜状態に保たれるとともに電気的にも絶縁される。
【０００３】
このように密閉型の電池においては、蓋と端子との間を絶縁およびシールするために絶縁パッキングが使用される。この種の絶縁パッキングは、例えば特開２０００−２０８１３０公報に記載されている。これは、図５に示すように、端子９の頭部２０と蓋６とで挟持されるフランジ部２３と、蓋６に設けられた端子取り付け孔１２に内嵌するボス部２４とを有し、ボス部２４に軸挿通孔２５を上下貫通状に設けた構成である。そして、ボス部２４の軸挿通孔２５に端子９の軸部２１を挿通して、これらを端子取り付け孔１２に取り付けた状態で、軸部２１の先端部分（頭部２０と反対側のかしめ軸部２２となる部分）をかしめたときに、当該軸部２１が僅かに膨張変形して、絶縁パッキング８に設けられた軸挿通孔２５に密着することにより、軸部２１と絶縁パッキング８との間がシールされ、同時に、軸部２１に外嵌する絶縁パッキング８のボス部２４が膨張変形して、端子取り付け孔１２の周辺部に密着することにより、絶縁バッキング８と蓋６との間がシールされるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような絶縁パッキングとして、従来においては通常、所要の耐熱性を有する比較的グレードの高い耐熱樹脂からなるプレス成形品（一体成形品）が使用されている。絶縁パッキングの成形材料に耐熱樹脂が使用されるのは、薄型の電池ケースに蓋をレーザ溶接等により取り付けるような場合、溶接が行われる蓋の周縁部から絶縁パッキングまでの距離が僅かしか存在しなくなるため、耐熱性に乏しい比較的グレードの低い樹脂を用いると溶接熱の影響で絶縁パッキングが変形・変質したり溶融したりする可能性があるからである。また、射出成形品や打ち抜き品ではなくプレス成形品が使用されるのは、上記のような耐熱樹脂を用いて射出成形を行うのは困難であること、板状樹脂素材をプレス等で打ち抜くだけで上記のようなフランジ部とボス部とを備えた比較的複雑な構造のものを製造することは不可能もしくは非常に困難であることによる。
【０００５】
ところが、プレス成形品は、射出成形品や打ち抜き品に比べて製造コストが高く、成形材料として用いられている耐熱樹脂も、それほど耐熱性の高くないグレードの低い樹脂やゴムに比べると材料単価が高いといった問題がある。コスト面でこのような問題があるにも拘らず、密閉型の電池において上記のような耐熱樹脂のプレス成形品からなる絶縁パッキングが使用されているのは、先に述べたような事情があったからである。たとえ、グレードの低い樹脂やゴムを用いて射出成形や打ち抜きにより安価な絶縁パッキングが得られたとしても、気密・液蜜性を十分に確保できなかったり、溶接熱の影響で変形・変質・溶融したりしたのでは、密閉型の電池における蓋と端子との間の絶縁およびシール手段として用いることはできない。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、絶縁パッキングの構造を改良することにより、耐熱性やシール性を犠牲にすることなく絶縁パッキングの低コスト化を図り、ひいては安価で且つ耐熱性および気密・液蜜性に優れた密閉型の電池を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図１および図２に例示したような密閉型の電池に適用されるものである。電池には、電池ケース１の開口を塞ぐ蓋６に端子取り付け孔１２が貫通状に設けられている。端子取り付け孔１２には、軸部２１の一端に頭部２０を有する端子（出力端子）９が嵌合されており、その状態で端子９が絶縁パッキング８を介してかしめ固定されている。蓋６と端子９との間は絶縁パッキング８によりシールされているとともに電気的にも絶縁されている。
【０００８】
このような密閉型の電池において、本発明は、次のように構成したものである。すなわち、前記絶縁パッキング８を、蓋６の外面側に配置される外側パッキング８１と、蓋６の内面側に配置される内側パッキング８２とで構成し、これらの外側パッキング８１および内側パッキング８２に軸挿通孔８１ａ・８２ａをそれぞれ貫通状に設ける。そして、これらの軸挿通孔８１ａ・８２ａに端子９の軸部２１を挿通・嵌合した状態で、外側パッキング８１を蓋６と端子９の頭部２０とで挟持するとともに、内側パッキング８２を、蓋６と、端子９の軸部２１の他端に形成されたかしめ軸部２２とで挟持した構成とする。
【０００９】
具体的には、外側パッキング８１および内側パッキング８２における各軸挿通孔８１ａ・８２ａの周縁部が、端子９のかしめ固定に伴う両パッキング８１・８２の変形により端子取り付け孔１２における蓋６と軸部２１との間に所定量だけ入り込んでボス状となるようにし、これらのボス状部８１ｂ・８２ｂによって蓋６と軸部２１との間をシールする構成とする。その場合、気密・液蜜性をさらに高める目的で、外側パッキング８１におけるボス状部８１ｂと内側パッキング８２におけるボス状部８２ｂとの間に、端子９のかしめ固定に伴う両ボス状部８１ｂ・８２ｂの形成により圧力が高められた密閉空間Ｓを形成する。なお、密閉型の電池においては一般に電池内圧力が一定値を越えたときに作動して内圧を外部に開放する安全弁（後述する防爆用の開裂ベント）が備えられるが、端子９のかしめ固定に伴うボス状部８１ｂ・８２ｂの形成にあたっては、絶縁パッキング８によるシールを一層確実なものとするために、密閉空間Ｓ内の圧力が前記の安全弁の作動圧よりも高くなるようにしておくのが望ましい。
【００１０】
本発明における外側パッキング８１および内側パッキング８２では、これらに設けられた軸挿通孔８１ａ・８２ａの周縁部が、端子９のかしめ固定に伴う両パッキング８１・８２の変形により端子取り付け孔９における蓋６と軸部２１との間に所定量だけ入り込んでボス状となるから、端子取り付け孔９への組み付け前の状態においてあらかじめボス部を形成しておく必要はない。したがって、外側パッキング８１および内側パッキング８２のいずれにも、板状素材を打ち抜いて軸挿通孔８１ａ・８２ａを形成しただけの打ち抜き品を使用することができる（図４参照）。
【００１１】
絶縁パッキング８は、電池ケース１に蓋６を溶接する際の溶接熱により溶融したり変質したりするものであってはならない。その意味では外側パッキン８１および内側パッキング８２のいずれにも比較的グレードの高い所要の耐熱性を有する耐熱樹脂を用いるのが確実であるが、この種の耐熱樹脂はゴム等に比べると高価である。そこで、位置関係等からみて溶接熱の影響を受けやすい外側パッキング８１には所要の耐熱性を有する耐熱樹脂を用い、これに比べると溶接熱の影響を受けにくい内側パッキング８２には、例えばフッ素系ゴム等のゴムを用いるのが好ましい。この種のゴムは、耐熱樹脂よりも安価であり、シール性も優れているからである。先に述べたように、内側パッキング８２は外側パッキング８１に比べて溶接熱の影響を受けにくいので、上記のようなゴムを内側パッキング８２の材質として使用しても、溶接熱の影響で変質したり溶融したりすることはない。
【００１２】
【作用】
本発明の密閉型の電池によれば、蓋６の外面側では外側パッキング８１がこれを挟持している蓋６と端子９の頭部２０とに密着し、蓋６の内面側では内側パッキング８２がこれを挟持している蓋６と端子９のかしめ軸部２２（図１に例示したように内側パッキング８２とかしめ軸部２２との間に押さえ板１０等の他の部材を介在させている場合には、当該他の部材）とに密着するから、絶縁バッキング８を構成しているこれら二つのパッキング８１・８２によって蓋６の内面側および外面側の両方から端子９まわりがシールされることとなる。これにより、端子９まわりを気密・液蜜状態に保つことができる。
【００１３】
外側パッキング８１および内側パッキング８２における各軸挿通孔８１ａ・８２ａの周縁部が、端子９のかしめ固定に伴う両パッキング８１・８２の変形により端子取り付け孔１２における蓋６と軸部２２との間に所定量だけ入り込んでボス状となり、これらのボス状部８１ｂ・８２ｂによって蓋６と軸部２２との間がシールされることにより、端子６まわりの気密・液蜜性が一層高められる。
【００１４】
端子取り付け孔１２における蓋６と軸部２２との間に、端子９のかしめ固定に伴う上記両パッキングにおけるボス状部８１ｂ・８２ｂの形成により圧力が高められた密閉空間Ｓが形成され、しかも内側パッキング８２の材質にシール性に優れたゴムが用いられていることで、電池内の電解液や電池内部で発生したガスが内側パッキング８２と蓋６との界面や内側パッキング８２と端子９との界面を通って端子取り付け孔１２内に滲出するといった事態を確実に防止することができる。
【００１５】
本発明では、絶縁パッキング８として、従来のようにフランジ部とボス部とを有する比較的複雑な構造のプレス成形品を使用するのではなく、所定位置に軸挿通孔８１ａ・８２ａを形成しただけの単純な構造の外側パッキング８１および内側パッキング８２を使用するので、この種のパッキングを板状素材の打ち抜きにより製造することができる。すなわち、外側パッキング８１および内側パッキング８２には、両者を合わせても従来のプレス成形品よりかは安価な打ち抜き品を用いることができる。
【００１６】
外側パッキング８１に耐熱樹脂を使用し、内側パッキング８２に耐熱樹脂よりも材料コストの安いゴムを使用することで、絶縁パッキング８１のすべてを耐熱樹脂で製作した場合に比べてコストを低減できる。溶接熱の影響を受けやすい外側パッキング８１には耐熱樹脂を使用しているので、溶接熱によって外側パッキング８１が変形・変質したり溶融したりするといった不具合が生じることもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、この発明を角形のリチウムイオン二次電池に適用した例を示す。図２において、電池は、上面が開口する縦長角箱状の電池ケース１と、電池ケース１内に装填される電極体２および電解液と、電池ケース１の開口を塞ぐ封口構造などで構成されている。電池ケース１はニッケル板を深絞り加工して形成されており、正極側の出力端子を兼ねている。その底壁の下面には、正極端子板３が溶接されている。電極体２は、ＬｉＣｏＯ₂ を活物質とするシート状の正極と、黒鉛を活物質とするシート状の負極とを、セパレータを間にして渦巻状に巻回した後、電池ケース１の断面形状に合致するように全体を断面四角形状に押し潰し変形して形成されている。シート状の正極および負極からは、それぞれ、導電タブ４・５が上向きに導出されている。符号１７は電極体２の下端周面に巻装した絶縁テープである。
【００１８】
封口構造は、電池ケース１の上面開口を塞ぐ蓋６と、蓋６の内側に配置されるプラスチック製のインシュレータ７と、蓋６に対して絶縁パッキング８を介してかしめ固定される負極端子（出力端子）９と、負極端子９と同時にかしめ固定される押さえ板１０などで構成されている。
【００１９】
蓋６は、図１ないし図３に示すように、アルミニウム合金板を素材にしたプレス成形品からなり、その板面中央に絶縁パッキング８用の平面視で円形の端子取り付け孔１２を貫通形成し、端子取り付け１２の一側板面に防爆用の開裂ベント１３を設け、他側板面に電解液用の注入孔１４を設けた構成である。端子取り付け孔１２の上面側の開口周縁壁には、後述する外側パッキング８１用の受座１５が凹み形成されている。開裂ベント１３は、断続的に周回する切溝で囲まれていて、電池ケース１の内圧が一定値を越えると、切溝が破断してガスを放出する。注入孔１４は、電解液を注入したのちプラグ１６で閉鎖され、プラグ１６を蓋６に対して溶接することにより密封される。
【００２０】
図１において、負極端子９は、頭部２０と、頭部２０の下面に突設した軸部２１と、軸部２１の下端に形成したかしめ軸部２２とを有するアルミニウム製の軸体からなる。かしめ軸部２２は、下向きに開口する筒軸からなり、これの筒壁の下半側を拡径し反転状にかしめ変形することで、図１に示したように負極端子９が蓋６の端子取り付け孔１２に固定される。頭部２０は、平面視が長円状の端子部２０ａと、端子部２０ａの下面に突設した断面円形の首部２０ｂとからなる。首部２０ｂの下面には軸部２１が突設されている。軸部２１には、絶縁パッキング８との密着性を高める目的で、図１に示した状態において、首部２０ｂ側に下すぼまり状のテーパ部２１ａが形成され、かしめ軸部２２側に上すぼまり状のテーパ部２１ｂが形成されている。
【００２１】
このような負極端子９と蓋６との間をシールし且つ電気的に絶縁する手段として、先の絶縁パッキング８が装着されている。この絶縁パッキング８は、蓋６の外面側に配置された耐熱樹脂製の外側パッキング８１と、蓋の内面側に配置されたゴム製の内側パッキング８２とで構成されている。これらの外側パッキング８１および内側パッキング８２には、軸挿通孔８１ａ・８２ａがそれぞれ貫通状に設けられており、これらの軸挿通孔８１ａ・８２ａに負極端子９の軸部２１が挿通・嵌合されている。この状態で、外側パッキング８１が蓋６と負極端子９の頭部２０とで挟持されているとともに、内側パッキング８２が蓋６と負極端子９のかしめ軸部２２とで挟持されている。そして、これらの両パッキング８１・８２によって、蓋６と負極端子９との間が気密・液蜜状態にシールされ、かつ電気的にも絶縁された状態となっている。
【００２２】
なお、内側パッキング８２と負極端子９のかしめ軸部２２との間には、先に述べた押さえ板１０が介装されているが、この押さえ板１０は金属製で、負極端子９のかしめ時にかしめ軸部２２側からの押圧力が内側パッキング８２の下面のほぼ全体に加わるようにして、当該内側パッキング８２の上面全体が蓋６の内面（裏面）に密着した状態となるようにする。この押さえ板１０には、負極端子９の軸部２１が挿通される軸挿通孔１０ａが貫通形成されているとともに、先に述べた負極側の導電タブ５が溶接されている（図２参照）。
【００２３】
上記の外側パッキング８１および内側パッキング８２には、それぞれ、図４に示すように所定位置に軸挿通孔（かしめに伴って変形する前の軸挿通孔）８１ａ・８２ａを貫通形成した板状の打ち抜き品が用いられている。図４に示した状態において、各軸挿通孔８１ａ・８２ａの直径は、蓋６に設けられた端子取り付け孔１２の内径とほぼ同じか、それよりも僅かに小さく、さらに負極端子９の軸部２１の外径（両テーパ部２１ａ・２１ｂ間に位置する部分の外径）と同じか、それよりも僅かに小さい。
【００２４】
蓋６に設けられた端子取り付け孔１２に負極端子９をかしめ固定する際、外側パッキング８１および内側パッキング８２は、図４に示すように配置されて、蓋６、負極端子９、押さえ板１０と一体化される。具体的には、蓋６の外面側に外側パッキング８１を、蓋６の内面側に内側パッキング８２および押さえ板１０をそれぞれ所定の状態に配置したうえで、外側パッキング８１の軸挿通孔８１ａから蓋６の端子取り付け孔１２、内側パッキング８２および押さえ板１０の各軸挿通孔８２ａ・１０ａに順番に負極端子９の軸部２１を挿通して、当該軸部２１の先端部分を押さえ板１０の軸挿通孔１０ａから突出させる。そして、この突出した軸部２１の先端部分をかしめて外側に拡径変形させる（かしめ軸部２２を形成する）ことにより、端子取り付け孔１２に負極端子９をかしめ固定して、当該負極端子９、外側パッキング８１、蓋６、内側パッキング８２、押さえ板１０を一体化する。
【００２５】
このようにすると、図１に示したように、外側パッキング８１は、蓋６と負極端子９の頭部２０および軸部２１とで挟持されて、これらと密着し、内側パッキング８２は、蓋６と負極端子９のかしめ端部２２（直接的には押さえ板１０）および軸部２１とで挟持されて、これらと密着する。こうして、端子取り付け孔１２に取り付けられた負極端子９の周辺部が、蓋６の外面側に配置された外側パッキング８１と、蓋６の内面側に配置された内側パッキング８２とにより、二重にシールされた状態となる。これにより、蓋６と、その端子取り付け孔１２に取り付けられた負極端子９との間が気密・液蜜状態に保たれる。
【００２６】
ところで、上記のようにして負極端子９と蓋６との間に外側パッキンク８１および内側パッキング８２を挟み込んだ状態で軸部２１の先端部分をかしめると、かしめに伴う締めつけにより外側パッキング８１および内側パッキング８２が変形する。この時、両パッキング８１・８２における各軸挿通孔８１ａ・８２ａの周縁部は、端子取り付け孔１２内の壁面と軸部２１の外周面とで規制されてこれらの面に密着しつつ、両者間の隙間に所定量だけ入り込んでボス状となる。言い換えれば、かしめに伴う締めつけにより、外側パッキング８１および内側パッキング８２における各軸挿通孔８１ａ・８２ａの周縁部が、軸部２１が挿通されている端子取り付け孔１２の上端側の隙間を埋めるように流動・変形して、図１に示したように、端子取り付け孔１２内に所定量だけ入り込むことによりボス状となる。同時に、端子取り付け孔１２における軸部２１と蓋６との間には、当初の状態から両パッキング８１・８２におけるボス状部８１ｂ・８２ｂの形成により体積が減少した分だけ、かしめ前に比べて圧力が高められた密閉空間Ｓが形成される。その結果、端子取り付け孔１２における負極端子９の軸部２０と蓋６との間のシール性が一層向上する。
【００２７】
以上のようにして負極端子９まわりが外側パッキング８１および内側パッキング８２によって確実にシールされるのであるが、この場合に用いられている外側パッキング８１および内側パッキング８２は、所定位置に軸挿通孔８１ａ・８２ａを形成しただけの単純な構造の打ち抜き品である。このような打ち抜き品は、従来から用いられている比較的複雑な構造のプレス成形品、すなわちフランジ部とボス部とをあらかじめ具備してなる従来のプレス形成品に比へると低コストで製造できる。しかも、外側パッキング８１には耐熱樹脂製の打ち抜き品が使用されているものの、内側パッキング８２には耐熱樹脂からなるものに比べて材料コストが一般的に安価なゴム製の打ち抜き品が使用されているから、この点においても全体が耐熱樹脂からなる従来の絶縁パッキングに比べるとコスト的に有利である。実際、外側パッキング８１および内側パッキング８２は、両者を合わせても従来の絶縁パッキングよりも低コストである。本発明の電池では、蓋６と負極端子９との間をシールする絶縁パッキング８として、従来のものよりも低コストの上記のような外側パッキング８１および内側パッキング８２を使用したことにより、その分だけコストの低減が図れることとなる。
【００２８】
電池全体の組み立ては、次のような手順で行う。まず電池ケース１にインシュレータ７を内嵌装着する。次いで、蓋６に負極端子９等を一体的に組み付けてなる上記の組立体における押さえ板１０に負極側の導電タブ５を溶接し、蓋６の内面に正極側の導電タブ４を溶接する。この後、蓋６を電池ケース１に内嵌したうえで、蓋６と電池ケース１との嵌合面を溶接して封止する。このとき、溶接熱の影響を受けやすい外側パッキング８１には耐熱樹脂が使用されているので、溶接熱によって外側パッキング８１が変形・変質したり溶融したりすることはない。最後に注入孔１４から電解液をケース内へ注入したうえで、注入孔１４にプラグ１６を内嵌し溶接して、注入孔１４を封止し電池を完成する。
【００２９】
なお、上記の例では、出力端子９を負極側の端子としたが、これを正極側の端子としてもよい。また首部２０ｂを省略して、頭部２０の下面に軸部２１を直接設けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る密閉型の電池では、所定位置に軸挿通孔８１ａ・８２ａを形成しただけの単純な構造の外側パッキング８１および内側パッキング８１を絶縁パッキング８として使用したので、フランジ部とボス部とを有する比較的複雑な構造のプレス成形品からなる絶縁パッキングを使用していた従来のものに比べて、コストを低減することができる。しかも、蓋６に取り付けられた出力端子９の周辺部は、上記の外側パッキング８１および内側パッキング８２によって二重にシールされるから、電池内の電解液や電池内部で発生したガスが出力端子９の周辺部から外部に漏出するといった事態も確実に防止できる。内側パッキング８２に比べて溶接熱の影響を受けやすい外側パッキング８１を耐熱樹脂で形成することで、溶接熱による外側パッキング８１の変形・変質・溶融を回避することができる。こうして安価で且つ耐熱性および気密・液蜜性に優れた密閉型の電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明を適用した密閉型の電池の一例を示す縦断正面図である。
【図３】電池の平面図である。
【図４】蓋に外側パッキングおよび内側パッキング等を介して出力端子を組み付ける前の状態を示す斜視図である。
【図５】従来の密閉型の電池における出力端子周辺部の構造を例示した断面図である。
【符号の説明】
１ 電池ケース
６ 蓋
３ 缶本体
８ 絶縁パッキング
９ 出力端子（負極端子）
１２ 端子取り付け孔
８１ 外側パッキング
８２ 内側パッキング
８１ａ・８２ａ 軸挿通孔
８１ｂ・８２ｂ ボス状部
Ｓ 密閉空間

Claims (3)

1. 電池ケースの開口を塞ぐ蓋に端子取り付け孔が貫通状に設けられており、この端子取り付け孔に、軸部の一端に頭部を有する端子（出力端子）が嵌合されて、絶縁パッキングを介してかしめ固定されていることにより、蓋と端子との間が前記絶縁パッキングにより絶縁およびシールされた密閉型の電池であって、
   前記絶縁パッキングが、蓋の外面側に配置される外側パッキングと、蓋の内面側に配置される内側パッキングとで構成されており、
   これらの外側パッキングおよび内側パッキングには軸挿通孔がそれぞれ貫通状に設けられており、
   これらの軸挿通孔に端子の軸部を挿通・嵌合した状態で、外側パッキングが蓋と端子の頭部とで挟持されているとともに、内側パッキングが、蓋と、端子の軸部の他端に形成されたかしめ軸部とで挟持されており、
   外側パッキングおよび内側パッキングにおける各軸挿通孔の周縁部は、端子のかしめ固定に伴う両パッキングの変形により端子取り付け孔における蓋と端子の軸部との間に所定量だけ入り込んでボス状となっており、
   これらのボス状部によって蓋と端子の軸部との間がシールされている端子取り付け孔における蓋と端子の軸部との間には、端子のかしめ固定に伴う両パッキングにおけるボス状部の形成により圧力が高められた密閉空間が形成されていることを特徴とする密閉型の電池。
2. 外側パッキングおよび内側パッキングには、いずれも打ち抜き品が用いられている請求項１記載の密閉型の電池。
3. 外側パッキングは耐熱樹脂からなり、内側パッキングはゴムからなる請求項１または２記載の密閉型の電池。

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