JP4339923B1

JP4339923B1 - 密閉型電池

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Publication number: JP4339923B1
Application number: JP2008221325A
Authority: JP
Inventors: 邦年睦月
Original assignee: Mutsuki Electric KK
Current assignee: Mutsuki Electric KK
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010055992A

Abstract

【課題】電池内圧の上昇時に圧力を外部に開放する機能を備えた電極端子を設けるとともにこの電極端子を封口板に取り付ける製造作業性を向上させ、さらに、耐電圧性能を向上させた密閉型電池を提供する。
【解決手段】電池ケース２の一端開口を封止するとともに一方の電極をなす導電体からなる封口板８と、この封口板に設けた透孔10内に位置し、両端に外方へ広がる鍔部17、18を形成して電池ケースの内外に亙って延在させた中空筒状の導電体からなる他方の電極端子12と、この電極端子の鍔部および中空筒状部14の外周面を覆うとともに前記封口板の透孔の周縁部を包んで前記封口板および電極端子と一体に成形した合成樹脂製の絶縁部材15とからなり、前記中空筒状の電極端子の中空部を薄膜部25で閉塞したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの密閉型電池に係り、特に、電池ケースの封口部の構成に関する。

近年、携帯電話、小型コンピュータなどの機器については、軽量化や高機能化の開発が進んでおり、これにともなって駆動電源であるニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの繰り返し充電可能な二次電池に対しても多くの研究がなされている。

一般的なリチウムイオン電池の構成は、例えば、特許文献１に記載されており、図６に示すように、正極電極と負極電極とをセパレータで隔離し、これらをロール状に巻回して形成して一側に電極タブ（53）を設けた極板組立体（43）を角筒状の電池ケース（42）に収容し、電池ケース（42）の上段開口を前記電極タブ（53）とは極性の異なる電極を構成するキャッププレート（以下、封口板（48）という。）で封口しているものであって、封口板（48）に形成された孔（50）には、電気絶縁物であるガスケット（56）および絶縁体（55）を介して電極ピン（52）を挿通し、前記電極タブ（53）に電気的に連結していた。

そして、発電要素である極板組立体（43）を収納した電池ケース（42）の開口部を封止し、電池の一方の電極を形成する導電体からなる封口板（48）に、他方の電極端子（52）を取り付ける際には、この電極端子（52）と封口板（48）とを絶縁させ、且つ気密性を考慮して取り付ける必要があるが、その構造上、充放電における外部回路の異常や間違った取り扱いなどにより、内部のガスが膨張して電池内圧が上昇して一定の圧力以上に達すると、爆発などの危険防止のため、内部のガスを大気中に放出するようにした安全ベントが種々提案されている。

例えば、特許文献２には、図７に示すように、電池ケースの開口部に取り付けられ開口部を封口する電極ヘッダ（67）は、透孔（70）を有する金属板（68）からなり、この透孔（70）の周囲には絶縁性部材（75）がインサートモールドによって金属板（68）と一体に成形されている。電極導出ピン（72）は、絶縁性部材（75）の貫通孔に挿入され、電極引出端子板（76）とともに嵌めにより封口されて気密に取り付けられる。また、電極ヘッダ（67）における電極導出ピン（72）の透孔（70）以外の金属板（68）面には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するための他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部や電解液を注液し、注液後に封口する小孔が設けられている。

さらに、特許文献３には、図８に示すように、電池ケースである外装缶（82）の開口部を金属封口蓋（88）で閉塞し、金属封口蓋（88）の一部に設けた透孔（90）に絶縁部材（95）を介して他極性端子の中空リベット（92）を挿入した角型密閉電池（81）が記載されており、熱融着性樹脂フィルムおよび金属薄板からなる膜状弁体（99）の熱融着性樹脂フィルムを中空リベット（92）の座に熱融着することによって中空リベット（92）の中空部（94）を閉塞し、電池内圧の上昇で熱融着分がはずれることにより電池内圧を外部に放出させるようにした密閉型電池が記載されている。
特開２００３−１５１５１４号公報特開２０００−２３１９１７号公報実用新案登録第２６０５３８５号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の構成においても、電極導出ピン（72）は、嵌めによって絶縁性部材（75）に固着され封口されているので、依然として、嵌め作業が必要となるものであり、電極導出ピン（72）を嵌める際に、肉厚の薄いベントの薄肉部を損傷する可能性があるため嵌め作業が煩雑になる不具合があった。

また、特許文献３は、金属封口蓋（88）の透孔（90）の周縁を絶縁パッキング（95）で上下から挟み込み、電極端子である中空リベット（92）を前記絶縁パッキング（95）の貫通孔に挿入し、下方より集電用ワッシャ（96）を挿入して、全体を縦方向に加圧することで、中空リベット（92）の脚先端を拡張して嵌めるものであることから、気密性のある構成での嵌め作業が必要であるとともに、電池内圧の上昇時に圧力を放出させる膜状弁体（99）を中空リベット（92）の座に熱融着させる作業が必要となる煩雑さを有していた。

本発明は上記の点を考慮してなされたもので、電池内圧の上昇時に圧力を外部に開放する機能を備えた電極端子を設けるとともにこの電極端子を封口板に取り付ける製造作業性を向上させ、さらに、耐電圧性能を向上させた密閉型電池を提供することを目的とする。

本発明の密閉型電池は、電池ケースの一端開口を封止するとともに一方の電極をなす導電体からなる封口板と、この封口板に設けた透孔内に位置し、両端に外方へ広がる鍔部を形成して電池ケースの内外に亙って延在させた中空筒状の導電体からなる他方の電極端子と、この電極端子の鍔部および中空筒状部の外周面を覆うとともに前記封口板の透孔の周縁部を包んで前記封口板および電極端子と一体に成形した合成樹脂製の絶縁部材とからなり、前記中空筒状の電極端子の中空部を薄膜部で閉塞し、前記電極端子の前記電池ケース側の鍔部に前記中空筒状部に連通し前記中空筒状部の内径より大なる拡開部が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、電極端子と封口板とが一体に成形されるので、電極端子を封口板に取り付ける製造作業性が向上する。また、前記電極端子に電池内圧の上昇時に圧力を外部に開放する薄膜部を備えるようにしたので、電極端子と封口板との一体成形後の品質検査時に薄膜部の検査も同時におこなうことができるため効率的である。さらに、電極端子の鍔部の外周も絶縁部材で覆われているので、電極端子と封口板との沿面距離を長くすることができ、耐電圧性能を向上させた密閉型電池を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１に要部の縦断面図を示す密閉型電池であるリチウムイオン二次電池（１）は、扁平な角筒状のアルミニウム材で形成された電池ケース（２）と、この電池ケース（２）の内部に収納されているセパレータ（４）で仕切った正極の第１の電極板（５）と負極の第２の電極板（６）とを巻装した電極組立体（３）と、前記電池ケース（２）の上端開口を閉塞する封口板ブロック（７）とから構成されている。

前記電極組立体（３）の各電極板層の隙間には電解液が封入されており、充電と放電が繰り返されるとこの電解液を介してリチウムイオンが前記電極板（５）（６）の正極と負極との間を移動するものであって、電池ケース（２）の上端開口から電極組立体（３）を内部に挿入した後、前記開口を封口板ブロック（７）で封止するものである。

封口板ブロック（７）は、電池ケース（２）の上面開口を閉塞するように扁平でほぼ長方形状をなし、前記電池ケース（２）の内面に接合する周壁部（９）と後述する電極端子（12）が挿通する透孔（10）をその表面のほぼ中央部に穿設し、さらに、電解液を注入するための通路である注入口（11）を形成した良導電体のアルミニウムや銅、あるいはこれらの合金からなる負極をなす封口板（８）と、前記電池ケース（２）内の前記電極組立体（３）のタブ（13）に電気的に接続され、前記封口板（８）を貫通して電池ケース（２）の外部に突出するように中空筒状に形成された良導電体のアルミニウムや銅、あるいはこれらの合金からなる正極の電極端子（12）と、前記正極の電極端子（12）と負極である封口板（８）とを電気絶縁する絶縁部材（15）とから構成されている。

そして、前記絶縁部材（15）は、ポリプロピレンやフッ素樹脂などの熱溶着性のある合成樹脂からなり、前記封口板（８）の透孔（10）の周縁部を覆い包むとともに、中央部においては前記電極端子（12）の中空筒状部（14）の外周を覆ってケース内外側に亙るように設けられている。

前記各部材から構成した封口板ブロック（７）は、電池ケース（２）の開口部の内面側に嵌入され、その外周縁の周壁部（９）をレーザー溶接（16）により接合して密閉するものである。なお、前記電解液の注入口（11）は、キャップを圧入することで密閉されている。

また、要部の拡大図を図２に示すように、前記電極端子（12）は、電池ケース（２）の内外方に突出して両端部に外方へ広がる鍔部（17）（18）を、切削加工、あるいはヘッダー加工の機械加工により一体に形成しており、ケース内側の鍔部（17）は、その周縁部にさらに下方への垂下壁（19）を形成して、前記中空筒状部（14）の内径より大きく拡開する空間部（20）を設けている。

そして、これら封口板（８）、電極端子（12）および絶縁部材（15）は、図３に示すように、上下２つの金型ａ（21）、ｂ（22）内に電極端子（12）および封口板（８）を設置し、その後、成形空間であるキャビティ（15′）内にポリプロピレン樹脂などからなる絶縁部材（15）を溶融状態で注入して成形固化させるインサート成形により一体化するものであり、成形後は、電極端子（12）の前記中空筒状部（14）と両端の鍔部（17）（18）の外周、および封口板（８）の透孔（10）の周縁部を絶縁部材（15）で覆うように包んで相互に一体に形成される。

前記インサート成形においては、下側の金型ｂ（22）上に設置した前記電極端子（12）を、下方から封口板（８）の透孔（10）に挿入して上方に突出させるため、電極端子（12）の上方の鍔部（18）の外径は前記透孔（10）の径より小さくしている。

しかして、電池ケース（２）の外方側における電極端子（12）の端部の鍔部（18）には、鍔部表面から中空筒状部（14）内のわずかに凹陥させた部位に、凹所（23）を形成するとともに中空部分を閉塞して電池ケース（２）内外の連通を遮断するように薄膜部（25）を設けている。

この薄膜部（25）は、前記インサート成形する際に、上下２つの成形型（18）（19）の一部を、前記図３の突出部ａ（21ａ）、ｂ（22ｂ）ように、前記電極端子（12）の中空筒状部（14）内に突出させて薄膜空間部（25′）を設けておき、ゲート（26）からの注入樹脂の一部をこの薄膜空間部（25′）に充填することで、絶縁部材（15）の成形と同時に一体に形成されるものであり、電池の内部圧力が異常に上昇した際など、内圧が上昇して一定の圧力以上、例えば、リチウムイオン二次電池にあっては、１．０Ｐａに達すると破断して前記中空筒状部（14）を外気に開放させ内部のガスが放出されるようにした安全ベントであって０．０２〜０．２ｍｍ程度の肉厚に形成する。なお、この薄膜部（25）は、同じ膜厚とせずに、内部応力の増大時に開裂するように肉厚の薄い切り溝を形成するようにしてもよい。

上記構成によれば、封口板（８）と電極端子（12）と絶縁部材（15）とは一体に成形されるので、各部材間の隙間を確実に封止して電池ケース（２）内部の電解液の外部への漏出を防止できるものであり、従来のような相互の嵌め作業を不要にすることから薄膜部（25）が損傷する可能性を低減できるとともに確実に絶縁された封口板（８）と電極端子（12）との一体化構造を得ることができ、封口板ブロック（７）の製造作業性が格段に向上する。

また、電極端子（12）の中空筒状部（14）の外周面のみでなく、その両端の外方に広がる鍔部（17）（18）をも絶縁部材（15）に埋設させて形成したので、電極端子（12）と封口板（８）との沿面距離が長くなり、耐電圧を向上させることができる。

そしてまた、封口板（８）と電極端子（12）と絶縁部材（15）とを一体成形する際に、薄膜部（25）も同時に一体に形成できることから、部品数が少なくなるだけでなく安全ベントの取付など形成作業を不要するすることができ、製造工程を簡素化できる。

なお、電極端子（12）の中空部を閉塞する前記薄膜部（25）は、前述のように、電池ケース（２）外面側の鍔部（18）の表面から中空部側に凹陥した浅い凹所（23）を形成するように設けたので、電池内部の圧力上昇によって薄膜が開放した際には、外面からその状況を視認しやすくなるとともに、封口板ブロック（７）の搬送時や電極端子（12）と外部のリード端子との接続作業時などには、凹所（23）内に設けられていることから、薄膜部（25）を損傷することを抑制できる効果がある。本効果は、図２と同一部分に同一符号を附した図４に示すように、電極端子（12）の外方を鍔部（18）の表面より外面に突出させてボルトやナット（27）を形成し、このボルトやナット（27）を介して、図示しない外部接続板を接続する構成における接続作業をおこなうような場合に特に大きいものである。

さらに、前記電極端子（12）のケース内側の鍔部（17）には、中空筒状部（14）の内径より大きく拡開する空間部（20）を設けているので、電池内圧の異常な上昇時には、内部のガスが空間部（20）を介して中空筒状部（14）に流入しやすくなり、薄膜部（25）の圧力応答性を向上させることができる。

次に、電極端子の中空筒状部における薄膜部を形成する構成の他の実施形態を、図２と同一部分の断面図である図５によって説明する。

本実施例の密閉型電池（１）の封口板ブロック（７′）における封口板（８）と絶縁部材（15）とは前記実施例と同一構成であり、これらと中空筒状の電極端子（12′）との３部品は、前記実施例と同様にインサート成形により一体に形成されるが、前記電極端子（12′）の中空筒状部（14′）における薄膜部（30）は、電極端子（12′）を形成する際に、切削加工、あるいはヘッダー加工の機械加工により、前記実施例と同様の鍔部（17′）（18′）の形成と同時に一体に形成するものである。

上記構成により、薄膜部（30）を、電池の内部圧力が異常に上昇した際に破断して前記中空筒状部（14′）を外気に開放させる０．０２〜０．２ｍｍ程度の肉厚に形成することによって、前記実施例と同様の効果を奏することができる。

なお、ケース内側の鍔部（17′）の空間部（20′）やケース外側の鍔部（18′）の表面に形成した凹所（23′）については、本実施例においても前記実施例と同様に形成しており、前記と同様の作用効果を奏する。

本発明による密閉型電池（１）における封口板ブロック（７）（７′）は、以上のように構成されており、電極端子（12）（12′）と封口板（８）および絶縁部材（15）を一体化し、電池内圧の上昇時に圧力を外部に開放する機能を電極端子に設けることで、電池ケース（２）内に収容されている電極組立体（３）部分からの電解液が、封口板ブロック（７）（７′）の内部を浸透して外部に液漏れすることを確実に防止することができるとともに、電極端子（12）（12′）の封口板（８）への取付作業性を向上させ、封口板ブロック（７）（７′）の製造、および耐電圧性能を向上させることができる。

なお、上記については、１実施例としてリチウムイオン二次電池について説明したが、これに限るものではなく、ニッケル水素電池やリチウムポリマー電池などの二次電池や、アルカリ電池、マンガン電池、リチウム電池などの一次電池でも密閉型電池であればその封口板構成として適用できるものであり、また、電池形状についても前記実施例のような角形に限らず、円筒形状やコイン形、ボタン形や袋形、あるいは小判形状のものにも採用できるものであることは言うまでもない。

本発明の１実施形態を示す密閉型電池の要部の縦断面図である。図１における封口板ブロックの要部の拡大断面図である。図２の電極端子と封口板および絶縁板の一体成形構成を示す説明図である。本発明の他の実施例を示す図２と同一部分の拡大断面図である。本発明の薄膜部の他の実施形態を示す図２と同一部分の拡大断面図である。一般の角形二次電池の分解斜視図である。従来の密閉型電池の封口構成を示す縦断面図である。他の従来の封口構成例を示す縦断面図である。

符号の説明

１密閉型電池
２電池ケース
３電極組立体
７、７′ 封口板ブロック
８封口板
９周壁部
10 透孔
12、12′ 電極端子
14、14′ 中空筒状部
15 絶縁部材
15′ キャビティ
16 レーザー溶接部
17、17′、18、18′ 鍔部
19 垂下部
20、20′ 空間部
21 金型ａ
22 金型ｂ
21ａ、22ｂ突出部
23、23′ 凹所
25、30 薄膜部
25′ 薄膜空間部
27 ナット

Claims

電池ケースの一端開口を封止するとともに一方の電極をなす導電体からなる封口板と、この封口板に設けた透孔内に位置し、両端に外方へ広がる鍔部を形成して電池ケースの内外に亙って延在させた中空筒状の導電体からなる他方の電極端子と、この電極端子の鍔部および中空筒状部の外周面を覆うとともに前記封口板の透孔の周縁部を包んで前記封口板および電極端子と一体に成形した合成樹脂製の絶縁部材とからなり、前記中空筒状の電極端子の中空部を薄膜部で閉塞し、前記電極端子の前記電池ケース側の鍔部に前記中空筒状部に連通し前記中空筒状部の内径より大なる拡開部が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
前記電池ケース側の鍔部の外径が前記透孔の内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池
封口板および電極端子を絶縁部材とともに一体に成形する際に、中空筒状の電極端子の中空部を絶縁部材による薄膜部で閉塞したことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型電池。
薄膜部を電極端子と同材質で一体に形成したことを特徴とする請求項１または２記載の密閉型電池。
電極端子の電池ケース外側の鍔部表面から凹陥する中空筒状部位に薄膜部を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の密閉型電池。