JP4135208B2 - 電解液密封用シール部材およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液密封用シール部材およびリチウムイオン二次電池に関する。
詳しくは、円板部の外面と円筒部の外面が交差する角に面取り部を設けることにより、シール性能を向上させようとした電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、リチウムイオン二次電池の電池容器において、電解液を密封するためのシール部材としては、弾力性を有する材料からなる電解液密封用シール部材が用いられてきた。
【0003】
ここで、従来の電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池について図3を参照しながら説明する。
図3AおよびBにおいて、電解液密封用シール部材2は、円板部2aをその構成要素の一つとしている。また、この円板部2aのY軸方向の上の方には、円筒部2bが円板部2aと一体的に形成されている。また、この円板部2aのY軸方向の下の方には、他の円筒部が円板部2aと一体的に形成されている。
【0004】
図において、電池容器3は、図面上Y軸方向の下の方に底(図示せず)を有し、またY軸方向の上の方には開口部3aを有するほぼ円筒形状を有する容器である。
また、電池容器3の開口部3aの近くで、開口部3aが存在する端部から少し電池容器3の中心側に位置するところにくびれ部4が形成されている。
【0005】
このくびれ部4において、図面上Y軸方向の上の方には上部4aがある。この上部4aの外側には湾曲部4eがある。また、この湾曲部4eの図面上Y軸方向の上の方には折り曲げ部4cが連続している。
【0006】
上述した電解液密封用シール部材2を用いて電池容器3をシールするには、図3Aに示すように、まず電解液密封用シール部材2を、電池容器3の中心軸に電解液密封用シール部材2の中心軸を合わせながら、電池容器3の開口部3aから挿入する。
次に、円板状のキャップ5を電解液密封用シール部材2の円筒部2bの内側に入れる。
【0007】
次に、図3Cに示すように、くびれ部4の上部4aと電池容器3の折り曲げ部4cとの間に、キャップ5を介して電解液密封用シール部材2を圧力をかけて挟み付ける。
【0008】
この結果、上部4aの内面とこれに接する電解液密封用シール部材の外面2cとの間、キャップ5の下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の円板部2aの内側の面との間、キャップ5の上側の面とこれに接する電解液密封用シール部材の内側の面との間、および、電池容器3の折り曲げ部の内側の面とこれに接する電解液密封用シール部材の外側の面との間は、圧縮力を受け密封状態になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池では、キャップ5の下の面と電解液密閉用シール部材の内側の面、および、電池容器のくびれ4の上部4aの内側の面とこれに接する電解液密閉用シール部材の外面2cとの間には、大きな圧力が発生せず、その分だけシール性能が低下することになり、電解液が漏れるという不良が発生した。
【0010】
これらの欠点を防止するため、電解液密閉用シール部材を載せる上部4aを長くしたり、湾曲部4eに極力湾曲が生じないようにしたり、または、折り曲げ部4cと上部4aとの間に大きな力をかけたりする等の対策が採られていた。
しかし、これらの対策を採ったとしても、電解液が漏れるという不良を防止するには十分ではなかった。
【0011】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シール性能に優れた電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解液密封用シール部材は、中心に穴を有する円板部と、円板部の平面方向に対してほぼ直角方向にその中心軸を持ち、円板部の外周に連続する円筒部と、円板部の外面と円筒部とが交差する角に設けられ、電池容器に収容された際に、電池容器のくびれ部の上部内面に接触し、電池容器の折り曲げ部と上部内面との間の湾曲部内面に接触しない面取り部とを備える。
【0013】
また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電池容器の開口部の近くに設けられたくびれ部と、中心に穴を有し、外面がくびれ部の上部内面に接する円板部と、この円板部の平面方向に対してほぼ直角方向にその中心軸を持ち、円板部の外周に連続する円筒部と、電池容器の折り曲げ部と上部内面との間の湾曲部と、円板部の外面と円筒部の外面が交差する角に設けられ、上部内面に接触し、電池容器の折り曲げ部と上部内面との間の湾曲部内面に接触しない面取り部と、面取り部と、湾曲部内面との間に設けられた空隙部と、くびれ部の上部と電池容器の折り曲げ部との間に介在するキャップと、を備える。
【0014】
本発明の電解液密封用シール部材およびリチウムイオン二次電池によれば、円板部の外面と円筒部の外面が交差する角に面取り部を設けることにより、キャップの下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材の内側の面との間、および、電池容器の上部内面とこれに接する電解液密閉用シール部材の外面との間には大きな圧縮応力が発生する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、電解液密封用シール部材に係る発明の実施の形態について図1および図2を参照しながら説明する。
図1において、図1Aは本発明の実施の形態に係る電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を模式的に表したものであり、図1Bは本発明の実施の形態に係る電解液密封用シール部材の断面形状を模式的に表したものでり、図1Cは本発明の実施の形態に係る電解液密封用シール部材を適用した電池容器における電解液密封用シール部材と電池容器との関係を模式的に表したものである。
【0016】
図1AおよびBにおいて、電解液密封用シール部材2は、円板部2aをその構成要素の一つとしている。この円板部2aは、図に示すように、中心に穴を有している。すなわち、この円板部2aは、円板部2aの平面方向に対して直角方向(Y軸方向)にある円板部2aの中心軸とその中心軸を共有する円形の穴を有している。
【0017】
また、この円板部2aのY軸方向の上の方には、円筒部2bが円板部2aと一体的に形成されている。この円筒部2bは、円板部2aの平面方向に対してほぼ直角方向(Y軸方向)にその中心軸を持ち、また円板部2aの外周に連続している。
【0018】
また、この円板部2aのY軸方向の下の方には、円筒部2hが円板部2aと一体的に形成されている。この円筒部2hは、円板部2aの平面方向に対してほぼ直角方向(Y軸方向)にその中心軸を持ち、また円板部2aの内周に連続している。
【0019】
図において、円板部2aの外面2cと円筒部2bの外面2dが交差する角には面取り部2eを設けている。すなわち、円板部2aの外面2cはY軸方向に垂直な平面を形成し、また、円筒部2bの外面2dは円筒部2bの中心軸をその中心軸とする円筒形状の曲面を形成している。この円板部2aの外面2cと円筒部2bの外面2dとは交差することにより円形状の交差線を形成している。これは円板部2aと円筒部2bの連続するところに生じた角、すなわち電解液密封用シール部材2をその中心軸を含む平面で切断したときに円板部2aと円筒部2bの接続した所の外側に形成される角である。この角は上述のとおり断面形状からほぼ90度の角度を有している。しかし、ここでは図に示すように、この角に面取り部2eを設けているのである。この面取り部2eの形状は、断面形状において、Y軸に対してほぼ45度の角度を有する直線とした。
【0020】
この面取り部2eの形状は、断面形状において、上述のようにY軸に対してほぼ45度の角度を有する直線としたが、面取り部2eの形状はこれらの形状に限るわけではなく、たとえば直線であってもその角度をY軸に対して45度ばかりでなくこれよりも鋭角にするとかまたは鈍角にすることもできる。また、緩やかな曲率を有する円弧状とすることもできる。さらに、断面形状を曲線にするときは円弧状ばかりでなく楕円形状などのその他の関数曲線、または関数形として表せないその他の曲線とすることもできる。またさらに、直線とこれらの曲線との組み合わせとすることもできる。この面取り部2eをどの程度の大きさで面取りするかについては後に詳述する。
【0021】
図に示すように、本発明の実施の形態に係る電解液密封用シール部材においては、上述の面取り部2eを設けるほかに、円板部2aに凸部2fを設けることができる。
すなわち、電解液密封用シール部材2の円板部2aの外面2c上に、円板部2aの中心軸とその中心軸を共有するリング状の凸部2fを設けるものである。この凸部2fは、図1AおよびBに示すように、電解液密封用シール部材2の中心軸を含む平面による断面において長方形状を有するものであり、円板部2aに一体的に形成したものである。
【0022】
図2に示すように、凸部2fの厚さ、すなわちY軸方向の厚さは円板部の厚さをtとしたときに、その厚さtを含めてt1で表すものとして、ここでは円板部2aの厚さtの1.5倍、すなわち1.5tとした。また、凸部2fの幅、すなわち断面形状においてX軸方向の幅はwで表した。なお、凸部2fの厚さt1、および幅wの大きさおよび範囲については後に詳述する。
【0023】
上述した電解液密封用シール部材2の材料としては、ポリプロピレン、テフロンなどの弾力性を有する樹脂を使用することができる。ただし、電解液密封用シール部材2の材料としては、これらの樹脂に限るわけではなく、電解液に侵されない材料で、弾力性があるものであれば他の材料も採用することができることはもちろんである。
【0024】
次に、上述した電解液密封用シール部材2を用いたリチウムイオン二次電池に係る発明の実施の形態について図1および図2を参照しながら説明する。
図1Aは、上述した電解液密封用シール部材を用いたリチウムイオン二次電池の電池容器およびこれに適用した電解液密封用シール部材の位置関係を模式的に表したものである。
【0025】
図において、電池容器3は、図面上Y軸方向の下の方に底(図示せず)を有し、またY軸方向の上の方には開口部3aを有するほぼ円筒形状を有する容器である。
また、電池容器3の開口部3aの近くで、開口部3aが存在する端部から少し電池容器3の中心側に位置するところにくびれ部4が形成されている。このくびれ部4は、電池容器3の中心軸から電池容器3の外周までの半径よりも小さい半径をその底部4fの半径とし、電池容器3の外側から電池容器3の中心に向かって緩やかな曲線と直線部分を組み合わせてへこませた溝を形成したものである。
【0026】
このくびれ部4において、底部4fの図面上Y軸方向の上の方には上部4aがある。すなわち、底部4fが緩やかな曲線を形成しているがその延長線は、Y軸方向に直角な平面に連続している。このY軸に直角な平面の部分が上部4aである。この上部4aは、図面上Y軸方向の上から見たときは、電池容器3の中心軸とその中心軸を共有し、中心に穴を有する円板形状となっている。
【0027】
この上部4aの外側には湾曲部4eがある。すなわち、この湾曲部4eは、上部4aの外周に連続する部分であり、電池容器3の中心軸を含む平面による断面においては一定の曲率を持ちながら図面上Y軸方向の上の方に向かって湾曲しており、Y軸に平行になるまで湾曲を続けるものである。このように湾曲部4eが湾曲していることにより、湾曲部内面4d、すなわち湾曲部4eの内側に存在する面は、その断面形状において一定の曲率半径Rを有する形状となっている。
【0028】
この湾曲部4eの図面上Y軸方向の上の方には折り曲げ部4cが連続している。この折り曲げ部4cは、図1Aからもわかるように、電池容器3の中心軸とその中心軸を共有する円筒形状を有する部分である。この折り曲げ部4cは、電池容器3をシールするときに、機械的に折り曲げられる部分であり、折り曲げ後の形状については後に詳述する。
【0029】
次に、上述した電解液密封用シール部材2をリチウムイオン二次電池1の電池容器3に適用したときの、電解液密封用シール部材による電池容器のシール方法、その効果、および効果が発生する機構について説明する。
【0030】
上述した電解液密封用シール部材2を用いて電池容器3をシールするには、図1Aに示すように、まず電解液密封用シール部材2を、電池容器3の中心軸に電解液密封用シール部材2の中心軸を合わせながら円筒部2hをY軸方向の下に向けながら、電池容器3の開口部から挿入する。このとき、電解液密封用シール部材2の円筒部2hは、電池容器3のくびれ部4の底部4fの内側の中に入り込む。
【0031】
次に、電池容器3のくびれ部4の上部内面4bと、電解液密封用シール部材2の円板部2aの外面2cまたは凸部2fとの接触について説明する。
ここでは、電解液密封用シール部材2について、面取り部2eを有するが円板部2aに凸部2fを有しないものと、面取り部2eを有しかつ円板部2aに凸部2fを有するものとに分けて説明する。
【0032】
まず、面取り部2eを有するが円板部2aに凸部2fを有しない電解液密封用シール部材2を用いた場合においては、電解液密封用シール部材2における円板部2aの外面2cが、くびれ部4の上部内面4bと接することになる。
他方、面取り部2eを有しかつ円板部2aに凸部2fを有する電解液密封用シール部材2を用いた場合においては、電解液密封用シール部材2のリング状の凸部2fは、電池容器3のくびれ部4の上部内面4bと接することになる。
【0033】
次に、円板状のキャップ5を電解液密封用シール部材2の円筒部2bの内側に入れる。このときキャップ5は、電解液密封用シール部材2の円板部2aの上の面に接することになる。
【0034】
次に、図1Cに示すように、くびれ部4の上部4aと電池容器3の折り曲げ部4cとの間に、キャップ5を介して電解液密封用シール部材2を圧力をかけて挟み付ける。すなわち、電池容器3の折り曲げ部4cを電池容器3の中心軸に向かって内側に折り曲げ、さらにこの折れ曲がってX軸方向とほぼ平行になった折り曲げ部4cと電池容器3のくびれ部4の上部4aとの間に互いに向かい合う方向に機械的な力を作用させて折り曲げ部4cをさらに変形させ、この後この機械的力を開放する。このとき折り曲げ部4cは塑性変形をしているので、この機械的力を開放した後も塑性変形後の形状を維持しようとする。
【0035】
一方、電解液密封用シール部材2は、上述の機械的力が作用したときに、キャップ5の下側の面とくびれ部4の上部4aとの間で圧縮されると同時に、キャップ5の上側の面と折り曲げ部4cの間で圧縮力を受ける。したがって、この電解液密封用シール部材2のうち圧縮力を受けた部分においては、この圧縮力の力の方向とは反対の方向にこの圧縮力に対抗した反力が発生する。しかし、上述したように電池容器3の折り曲げ部4cは、塑性変形をして機械的力を開放した後も塑性変形後の形状を維持しようとするので、電解液密封用シール部材2の反力による変形は阻害される。しかし、電池容器3の折り曲げ部4cは、塑性変形をした後も弾性を有するので、電解液密封用シール部材2による反力によりわずかに弾性変形し折り曲げ部4cが少しY軸方向の上の方に変形する。しかし、その弾性変形は小さいので、電解液密封用シール部材2の反力が完全に解放するまでには至らない。したがって、電解液密封用シール部材2が圧縮力を受け、またこの電解液密封用シール部材2がこれに対抗する反力を発生させてバランスすることになる。
【0036】
この結果、くびれ部4の上部内面4bとこれに接する電解液密封用シール部材の外面2c(円板部2aに凸部2fがある時は、凸部2fも含まれる)との間、キャップ5の下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の円板部2aの内側の面との間、キャップ5の上側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の内側の面との間、および、電池容器3の折り曲げ部の内側の面とこれに接する電解液密封用シール部材の外側の面との間は、圧縮力を受け密封状態になっている。
【0037】
また、図からわかるように、電解液密封用シール部材2の面取り部2eと電池容器3の湾曲部内面4dとの間には空隙部4fが発生している。このように、面取り部2eと電池容器3の湾曲部内面4dとの間に空隙部4fを発生させることにより、電池容器3のくびれ部4の上部内面4bとこれに接する電解液密封用シール部材2の外面2c(円板部2aに凸部2fがある時は、凸部2fも含まれる)との間、および、キャップ5の下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の円板部2aの内側の面との間におけるシール性能が向上する。すなわち、従来の電解液密封用シール部材のように面取り部がないものに比較して、このように面取り部2eが存在する電解液密封用シール部材2の方がシール性能が優れているのである。
【0038】
従来の電解液密封用シール部材は、図3Bに示すように、その中心軸を含む平面による断面において、角部2gが存在する。すなわち、角部2gはその断面形状においてほぼ90度の角度を有している。また、この従来の電解液密封用シール部材を電池容器に設置して、電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げたときは、図3Cに示すように、電解液密封用シール部材2の角部2gは、電池容器3の湾曲部4eの内側の面にぶつかることになる。しかし、図からわかるように、電解液密封用シール部材2の角部2gの断面形状は90度の角度を有し、電池容器3の湾曲部4eの断面形状は一定の曲率半径Rを有していることから両者の断面形状は一致していない。
【0039】
したがって、図3Cに示すように、電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げて機械的力を加えた場合は、電解液密封用シール部材2の角部2gは電池容器3の湾曲部4eにより大きな圧力を受け湾曲部4eの形に沿って変形する。この場合、角部2gの変形量は大きいので角部2gには大きな圧縮応力が発生する。また、上述した機械的力を開放したときには、折り曲げ部4cは塑性変形しているので塑性変形後の形状を維持しようとする。また、電解液密閉用シール部材の反発力に対抗して弾性変形による力を電解液密閉用シール部材2に作用する。しかし、上述したように湾曲部4e付近には大きな弾性変形にともなう圧縮応力が発生しているので、折り曲げ部4cにより発生した弾性変形の力は、この湾曲部4e付近に発生する圧縮応力に対抗するため大部分の力がこの湾曲部付近の圧縮応力に対抗して奪われることになる。したがって、この奪われた力を差し引いた力がキャップ5の下の面と電解液密閉用シール部材の内側の面、および、電池容器3のくびれ部4の上部4aの内側の面とこれに接する電解液密閉用シール部材2aの外面2cとの間の密閉に利用されることになる。この結果、キャップ5の下の面と電解液密閉用シール部材の内側の面、および、電池容器のくびれ4の上部4aの内側の面とこれに接する電解液密閉用シール部材の外面2cとの間には、大きな圧力が発生しないので、その分だけシール性能が低下することになる。
【0040】
一方、電解液密閉用シール部材2の角部2gと電池容器3の湾曲部4eとの間は、大きな圧縮応力が発生しているので密閉性に優れているように思われるが、このように大きな圧縮応力が発生している領域が、電解液密閉用シール部材2の角部2gと電池容器3の湾曲部4eといった狭い領域に限られており、またこの発生した圧縮応力はその合成ベクトルが円板部2aの平面方向に対して斜めに傾いた方向に作用しているので、円板部2aの平面方向に対して直角なY軸方向のベクトルの分力は合成ベクトルの全力よりも小さくなり、結果として、密閉性に劣ることになる。
【0041】
これに対して、本発明に係る電解液密封用シール部材2を用いた場合は、図1Cに示すように、面取り部2eを設けることにより、従来の電解液密閉用シール部材のように電池容器3の湾曲部内面4dの付近に大きな圧縮応力が集中する現象は発生しない。したがって、電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げることにより発生する力は、全てキャップ5と電池容器3の上部4aの間に挟まれた電解液密封用シール部材2の変形にともなう圧縮応力に利用されることになる。この結果、キャップ5の下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の内側の面との間、および、電池容器3の上部内面4bとこれに接する電解液密閉用シール部材の外面2cとの間には大きな圧縮応力が発生する。これにより、キャップ5の下側の面とこれに接する電解液密封用シール部材2の内側の面との間、および、電池容器3の上部内面4bとこれに接する電解液密閉用シール部材の外面2cとの間のシール性能は著しく向上する。
【0042】
このような空隙部4fは、電解液密封用シール部材2に面取り部2eを設けたことにより形成されるので、逆に言うと、空隙部4fができるように面取り部2eの大きさを決める必要がある。
【0043】
以下に、面取り部2eの大きさについて具体的に述べる。
ここで、まず電池容器3のくびれ部4の上に形成されている湾曲部4eについて再度述べることになる。この湾曲部4eは、電池容器3の中心軸を含む平面による断面において、くびれ部4の上部4aがX軸方向に平行でありまた折り曲げる前の折り曲げ部4cがY軸に平行であるのに対して、これらの2つの直線を一定の曲率半径Rで形成された曲線によりスムーズに連続させた形状となっている。したがって、上部内面4bおよび折り曲げる前の折り曲げ部4cの内側の面と湾曲部内面4dとを接続する接続点が2つ存在する。すなわち、1つは上部内面4bの直線部分から湾曲部内面4dの曲線に接続する接続点であり、もう1つは湾曲部内面4dの曲線から折り曲げる前の折り曲げ部4cの内側の面の直線に接続する接続点である。
【0044】
ここで、説明を電解液密封用シール部材2の面取り部2eに戻す。面取り部2eの形状をその断面形状において直線とする場合には、上述の2つの接続点に対応する2つの点を結ぶ直線に対して、面取り部2eの断面の直線をより電解液密封用シール部材2の中心側にする必要がある。すなわち、面取り部2eの断面の直線が、この2つの点を結ぶ直線と交差したり、この2つの点を結ぶ直線よりも外側に存在すると、電解液密封用シール部材2のうち2つの点を結ぶ直線よりも外側に存在する部分が電池容器3の湾曲部内面4dから圧縮を受け、この圧縮力の発生により、その分だけ折り曲げ部4cと上部4aとの間の力のうち電池容器のシールに用いられる力が減殺されることになる。この結果、従来問題となった電解液密封用シール部材のシール性能が落ちるという問題点が発生することになる。
【0045】
また、面取り部2eの断面形状を一定の曲率半径を有する円弧状にする場合は、その曲率半径を電池容器3の湾曲部内面4dの曲率半径Rよりも大きくする必要がある。この場合さらに、この面取り部2eの円と円板部2eの外面2cの直線と交わる点は上述の2つの点のうちの1つの点よりも電池容器の中心側にする必要があり、また、面取り部2eの円と円筒部2bの外面2dの直線との交わる点は、上述の2つの点のうちの他の点よりも電池容器3の開口部3aよりにする必要がある。これらの条件を満たすことにより、面取り部2eと湾曲部内面4dとの間には空隙部ができ不要な圧縮力が発生しなくなる。
【0046】
また、面取り部2eの断面形状は、その他の曲線あるいは曲線と直線との組み合わせなど自由に選択することができるが、その断面形状は電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げて電解液密封用シール部材2を圧縮したときに、面取り部2eと電池容器3の湾曲部内面4dの間に空隙部4fが形成されるものであれば、いかなる形状も採用できることはもちろんである。
【0047】
なお、電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げたときには、図1Cに示すように、折り曲げ部4cと電池容器3のY軸に平行な円筒の部分との間に一定の曲率半径を有する湾曲した部分が形成されるが、この湾曲している部分に接触している電解液密封用シール部材2の部分についても、空隙部を設けることもできる。この空隙部を発生させるために電解液密封用シール部材2に薄肉の部分を設けたり、溝部を設けたりすることもできる。この空隙部の形成により、キャップ5の上面と折曲部4cの間のシール性能をより確実にすることができる。
【0048】
次に、電解液密封用シール部材2に凸部2fを設けた場合について説明する。
この凸部2fを、電解液密封用シール部材2の円板部2aの外面2cに取り付けた場合において、電池容器3の折り曲げ部4cを折り曲げた場合は、図1Aからもわかるように、折り曲げ部4cと上部4aとの間に発生した圧縮力により、まず凸部2fが電池容器3の上部内面4bから圧縮力を受け、凸部2fが圧縮して変形する。この変形にともない圧縮応力が発生する。この凸部2fが変形をしていくと、次に、円板部2aの外面2cが電池容器3の上部内面4bに接触して圧縮力を受ける。この結果、すでに圧縮応力が発生している凸部2fと後から接触した円板部2aの外面2cが同時に圧縮力を受けて、両者は同じ圧縮による変形を受けることになる。この変形は、両者の圧縮応力の合計と折り曲げ部4cと上部4aの間に作用する圧縮力がバランスした位置で停止する。このように、凸部2fには、この凸部2fを除く円板部2aよりも大きな圧縮応力が発生しているので、凸部2fの表面と上部内面4bとの間、および、円板部2aのY軸方向の図面上の上の方の面のうち凸部2fに対応する部分とキャップ5のY軸方向の下の方の面との間には大きな圧縮応力が発生することになる。この結果、凸部2fの表面と上部内面4bとの間、および、円板部2aのY軸方向の図面上の上の方の面のうち凸部2fに対応する部分とキャップ5のY軸方向の下の方の面との間のシール性能は著しく向上する。
【0049】
次に、図2を参照しながら、この凸部2fの厚さt1と幅wについて説明する。
ここで、凸部2fの厚さとしては、円板部2aの厚さtを含めた凸部の厚さと定義し、この凸部の厚さt1を円板部2aの厚さtの何倍であるかで表現する。ここで、凸部2fの厚さt1としては、円板部2aの厚さtの1.1〜3倍が最適な範囲である。凸部2fの厚さt1が1.1tよりもうすくなると凸部2fに圧縮応力を集中させる効果が小さくなるからであり、また3tよりも厚くなると凸部2fの高さが高くなるすぎてY軸方向の圧縮力に対してY軸方向のみに圧縮するのではなくX軸方向の変形すなわち座屈現象を生じるようになり、折り曲げ部4cと上部4aの間に作用する圧縮力を凸部2fのY軸方向の圧縮力として有効に利用できなくなるからである。
【0050】
次に、凸部2fの幅wについて説明する。ここで、電池容器3の上部内面4bのX軸に平行な部分の長さを上部内面の幅と定義する。すなわち、電池容器3の中心軸を含む断面において、上部内面4bの直線部分はその中心軸に近い部分においてはくびれ部4の内側の曲線部分と接続している。また、中心軸から離れた部分においては、上部内面4bは湾曲部内面4dの曲線部分と接続している。このような2つの接続する点の、電池容器3の中心軸を通る直線上の距離を上部内面の幅と定義するのである。
【0051】
ここで、凸部の幅wは上部内面の幅の何パーセントになるかにより表現する。ここでは、凸部の幅wは上部内面の幅の30〜70%の範囲にあることが最適である。凸部の幅wが上部内面の幅の30%よりも小さいと、圧縮応力は大きくなるが圧縮応力の大きい幅wが短いのでシール性能が劣ってしまうからであり、また、凸部の幅wが上部内面の幅の70%よりも大きくなると圧縮応力が高い領域が広くなりすぎ圧縮応力を集中させる効果が小さくなるからである。
【0052】
なお、上述の電解液密封用シール部材2については、円筒形の電池容器に適用する場合について説明したが、電解液密封用シール部材2がこの円筒形の電池容器に限定されるわけではなく、角形などその他の形状の電池容器に対しても、電解液密封用シール部材のY軸に直角の方向の形状を適宜変更することにより適用することができることはもちろんである。
【0053】
以上のことから、本発明に係る電解液密封用シール部材、またはこれを用いたリチウムイオン二次電池により、電池容器のシール性能が著しく向上する。また、この結果、以下に述べるような利点も同時に発生する。
【0054】
すなわち、シール性能が向上し、電解液漏れによる不良の発生率が低下し、歩留まりが向上する。
また、シール時の容器変形のための加工圧力を低下させることができ、加工ばらつきを少なくすることができる。この結果、加工形状不良の発生率が低下する。
また、電池容器の上部内面の幅の寸法を短くしても、十分なシール性能を得ることができる。
また、電池容器の上部内面の幅がある程度ばらついても十分なシール性能を得ることができる。
また、電池容器の上部内面の平面度がある程度ばらついても十分なシール性能を得ることができる。
【0055】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0056】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
円板部の外面と円筒部の外面が交差する角に面取り部を設けることにより、電解液密閉用シール部材のシール性能が向上する。
またさらに、円板部の外面上に円板部の中心軸とその中心軸を共有するリング状の凸部を設けることにより、電解液密閉用シール部材のシール性能がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に係る発明の実施の形態を示す断面図である。
【図2】電解液密封用シール部材に係る発明の実施の形態を示す断面図である。
【図3】従来の電解液密封用シール部材およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を示す断面図である。
【符号の説明】
1‥‥リチウムイオン二次電池、2‥‥電解液密封用シール部材、
2a‥‥円板部、2b‥‥円筒部、2c‥‥外面、2d‥‥外面、
2e‥‥面取り部、2f‥‥凸部、2g‥‥角部、3‥‥電池容器、
3a‥‥開口部、4‥‥くびれ部、4a‥‥上部、4b‥‥上部内面、
4c‥‥折り曲げ部、4d‥‥湾曲部内面、4e‥‥湾曲部、5‥‥キャップ
Claims (4)
- 中心に穴を有する円板部と、
前記円板部の平面方向に対してほぼ直角方向にその中心軸を持ち、前記円板部の外周に連続する円筒部と、
前記円板部の外面と前記円筒部とが交差する角に設けられ、電池容器に収容された際に、前記電池容器のくびれ部の上部内面に接触し、前記電池容器の折り曲げ部と前記上部内面との間の湾曲部内面に接触しない面取り部と
を備える電解液密封用シール部材。 - 前記円板部の外面上に、前記円板部の中心軸とその中心軸を共有し、前記上部内面の幅に対して30〜70%の範囲の幅を有するリング状の凸部を備える請求項1記載の電解液密封用シール部材。
- 電池容器の開口部の近くに設けられたくびれ部と、
中心に穴を有し、外面が前記くびれ部の上部内面に接する円板部と、
前記円板部の平面方向に対してほぼ直角方向にその中心軸を持ち、前記円板部の外周に連続する円筒部と、
前記電池容器の折り曲げ部と前記上部内面との間の湾曲部と、
前記円板部の外面と前記円筒部の外面が交差する角に設けられ、前記上部内面に接触し、前記電池容器の折り曲げ部と前記上部内面との間の湾曲部内面に接触しない面取り部と、
前記面取り部と、前記湾曲部内面との間に設けられた空隙部と、
前記くびれ部の上部と前記電池容器の折り曲げ部との間に介在するキャップと、
を備えるリチウムイオン二次電池。 - 前記円板部の外面上に、前記円板部の中心軸とその中心軸を共有し、前記上部内面の幅に対して30〜70%の範囲の幅を有し、前記上部内面と接するリング状の凸部を備える請求項3記載のリチウムイオン二次電池。
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