JP4556428B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、発電要素を電池容器に収納し電池蓋で塞いで、この電池蓋に設けた端子をリードを介して発電要素の電極に接続した電池に関するものである。

図４に非水電解質二次電池の従来の構成例を示す。この非水電解質二次電池は、発電要素１を電池容器２に収納し、この電池容器２の開口端部を電池蓋３で塞いだものである。発電要素１は、帯状の正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを介して長円筒形に巻回したものである。正極１ａは、集電体基材となる帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を塗布したものであり、負極１ｂは、集電体基材となる帯状の銅箔の表面に負極活物質を塗布したものである。もっとも、これらの正極１ａと負極１ｂは、帯状の側縁部に活物質未塗布部を設けておき、巻回軸方向の上下にずらして巻回することにより、発電要素１の上方端部には正極１ａの活物質未塗布部のアルミニウム箔を突出させると共に、下方端部には負極１ｂの活物質未塗布部の銅箔を突出させるようにしている。

電池容器２は、ステンレス鋼板を深いほぼ角型容器状に成形したものであり、この角型容器状の上方側に隠れた端面が開口端となる。電池蓋３は、この電池容器２の開口端部に嵌まり込むほぼ長方形のステンレス鋼板からなる。この電池蓋３には、図５に示すように、アルミニウム合金製の正極端子４の下面から下方に突出する突起４ａが端子絶縁封止材５，６を介して上下面に貫通している。しかも、この正極端子４の突起４ａは、電池蓋３の下面で、端子絶縁封止材６を介してアルミニウム合金製の正極リード７をかしめ加工により接続固定されている。即ち、正極端子４は、端子本体が電池蓋３の表面上に端子絶縁封止材５を介して配置されると共に、この端子本体の下面から突出する突起４ａが端子絶縁封止材５と電池蓋３と端子絶縁封止材６と正極リード７の各孔を通して貫通しかしめられている。従って、この正極端子４の端子本体は、電池蓋３の表面側にあって、この電池蓋３に対して絶縁封止され、突起４ａが下面側に貫通し正極リード７と接続固定されることになる。

正極リード７は、端子絶縁封止材６の下面で正極端子４の突起４ａにかしめられる平坦なかしめ板部７ａと、このかしめ板部７ａの端から垂直に引き出されたリード部７ｂと、このリード部７ｂの先のＵ字形状の接続部７ｃとからなり、１枚のアルミニウム合金板を打ち抜き曲げ加工を施すことにより作成することができる。また、この正極リード７のリード部７ｂは、かしめ板部７ａに近い側と接続部７ｃに近い側の両端部に、折り曲げを容易にするために板厚が若干薄くなった曲げ溝が形成されている。

上記正極リード７の接続部７ｃは、発電要素１の上端部に長円筒状に突出する正極１ａのアルミニウム箔の巻回中心部に挿入されて、これら接続部７ｃの外周にアルミニウム箔を重ね合わせた状態で、Ｕ字形状の複数箇所で超音波溶接を行うことにより接続固定される。即ち、例えば図５の矢印Ａ，Ｂに示すように、接続部７ｃとこれに重なるアルミニウム箔とを超音波ホーンで挟み込んで圧迫し超音波振動を加えることにより超音波溶接が行われる。従って、正極端子４は、この正極リード７を介して発電要素１の正極１ａに接続される。また、図４では図示を省略しているが、発電要素１の下端部に突出する負極１ｂの銅箔にも、負極リードのＵ字形状の接続部が超音波溶接により同様に接続固定される。

上記のようにして正極リード７や負極リードを接続固定した発電要素１は、電池容器２の上端開口部から内部に収納される。そして、この発電要素１の巻回中心部を通して挿入された電極チップにより、上記負極リードを電池容器２の内底面に押し付けてスポット溶接が行われる。従って、電池容器２は、この負極リードを介して発電要素１の負極１ｂに接続され、それ自身が負極端子となる。また、図５の矢印Ｃ，Ｄに示すように、正極リード７のリード部７ｂの両端部に形成された曲げ溝を互いに逆方向に直角に折り曲げることにより、図５の矢印Ｅに示すように、電池蓋３を電池容器２の開口端部に嵌め込み、この嵌め込み部をレーザ溶接等により封止する。すると、この電池蓋３に形成された図示しない注液口から非水電解液を注入し予備充電を行って注液口を封口することにより非水電解質二次電池が完成することになる。

このように、上記従来の非水電解質二次電池は、正極リード７を発電要素１の正極１ａに接続固定した後にリード部７ｂを折り曲げて電池蓋３を電池容器２の開口端部に嵌め込むように構成することにより、この正極リード７の接続部７ｃと正極１ａのアルミニウム箔との超音波溶接を行うための超音波ホーンや、負極リードと電池容器２の内底面とのスポット溶接を行うための電極チップを作業部位に挿入し易くしている。

ところが、このような従来の非水電解質二次電池では、発電要素１の正極１ａに正極リード７を接続固定した状態で、この正極リード７のリード部７ｂを折り曲げなければならないので、この曲げの力が接続部７ｃにも加わり、正極１ａのアルミニウム箔が接続部７ｃとの接続固定部から引き剥がされるおそれがあるという問題が生じていた。

ここで、リード部７ｂにおけるかしめ板部７ａに近い側を折り曲げるだけであれば、このリード部７ｂにおける接続部７ｃに近い側を確実に挟持固定しておけば、曲げの力がこの接続部７ｃに及ぶことはなくなる。しかしながら、正極リード７は、正極端子４に大きな放電電流を流したり電池の内部抵抗を小さくするために、ある程度板厚の厚いアルミニウム合金板を用いているので、リード部７ｂを折り曲げる際には大きな力が必要となる。しかも、このリード部７ｂは、電池の小型化のために接続部７ｃに極めて近い位置で折り曲げる必要がある。このため、リード部７ｂを曲げる際に、この曲げの力が接続部７ｃにも及ぶのを避けることは極めて困難となる。

本発明は、端子のリードと発電要素の電極との接続固定部を絶縁部材で挟持固定することにより、このリードを折り曲げる際に電極が接続固定部から引き剥がされるおそれがあるという問題を解決しようとするものである。

請求項１の発明は、発電要素を収納した電池容器の開口端部を電池蓋で塞ぎ、この電池蓋に設けた端子に導通するリードを電池容器の内部で発電要素の電極の端部に接続固定した電池において、電池容器の開口内部に、リードと発電要素の電極との接続固定部を挟持する絶縁部材が嵌め込まれたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、リードと発電要素の電極との接続固定部が絶縁部材によって挟持され、この絶縁部材が電池容器の開口内部に嵌め込まれて固定されるので、リードを折り曲げる際に、この曲げによって電極が接続固定部から引き剥がされるようなおそれがなくなる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態は、図４〜図５に示した従来例とほぼ同様の構成の非水電解質二次電池について説明する。なお、図１〜図３においても、これら図４〜図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態の非水電解質二次電池の発電要素１と電池容器２と電池蓋３の構成は、従来例と同じである。また、電池蓋３に正極端子４が端子絶縁封止材５，６を介して絶縁封止固定され、この正極端子４の突起４ａに正極リード７がかしめにより接続固定される構成も従来例と同じである。しかしながら、本実施形態では、図１に示すように、電池容器２の開口内部に絶縁部材８が嵌め込まれている構成が従来と異なる。

絶縁部材８は、ある程度の剛性と絶縁性とを有する樹脂の成形品であり、図２に示すように、ほぼ直方体の中央部８ａと第１側部８ｂと第２側部８ｃと、これら側部８ｂ，８ｃと中央部８ａとを繋ぐばね部８ｄ，８ｅとからなる。中央部８ａは、正極リード７の接続部７ｃにおけるＵ字形状の間にほぼ隙間なく嵌まり込む幅のほぼ直方体の部材であり、側部８ｂ，８ｃは、この中央部８ａの両側に間隔を開けて平行に配置された幅の狭いほぼ直方体の部材である。ばね部８ｄ，８ｅは、中央部８ａと側部８ｂ，８ｃとの各間を端部で繋ぐ湾曲した部材であり、絶縁部材８を一体化して部品としての取り扱いを容易にすると共に、これらの側部８ｂ，８ｃが中央部８ａから離反方向に移動した場合に、樹脂の弾性によって所定距離まで近付くように付勢するばねの役割を果たす。これらのばね部８ｄ，８ｅによって支持される中央部８ａと側部８ｂ，８ｃとの間の所定の距離は、図１に示す正極リード７の接続部７ｃにおけるＵ字形状の両板片の外側に発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔が超音波溶接されたそれぞれの接続固定部の幅よりも僅かに狭くなるようにしている。また、これら両側の側部８ｂ，８ｃの外側面間の距離は、電池容器２の開口部の内側の幅とほぼ同じか、この幅よりも僅かに広くなるようにしている。

上記絶縁部材８は、電池蓋３に取り付けた正極リード７の接続部７ｃと発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔とを超音波溶接した後に、これらの接続固定部に取り付けられる。即ち、絶縁部材８の中央部８ａを正極リード７の接続部７ｃのＵ字形状の間に挿入すると共に、少し広げた側部８ｂ，８ｃと中央部８ａとの各間に、接続部７ｃのＵ字形状の板片の外側に正極１ａのアルミニウム箔が超音波溶接された各接続固定部をそれぞれ挟み込むようにする。発電要素１は、この状態で電池容器２に開口端から挿入されて収納される。また、絶縁部材８は、この発電要素１の挿入の最終段階で、両側の側部８ｂ，８ｃが僅かに広がっているので、電池容器２の開口内部に圧入される。従って、この絶縁部材８は、圧入により両側の側部８ｂ，８ｃが電池容器２の開口部の幅によって内側に圧迫されるので、接続部７ｃとアルミニウム箔の各接続固定部を強く挟持すると共に、この電池容器２の開口内部に固定される。なお、可能であるならば、発電要素１を電池容器２に収納した後に、この電池容器２の開口内部に絶縁部材８を挿入し、中央部８ａと側部８ｂ，８ｃとの各間に接続部７ｃとアルミニウム箔の各接続固定部を挟持するようにしてもよい。

上記のようにして電池容器２に発電要素１が収納されると、図５に示した従来例と同様に、リード部７ｂの両端部に形成された曲げ溝を互いに逆方向に直角に折り曲げることにより電池蓋３を電池容器２の開口端部に嵌め込む。この正極リード７のリード部７ｂの折り曲げの際には、接続部７ｃが発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔と共に絶縁部材８に挟持されて電池容器２に固定されているので、この曲げの力によって接続部７ｃがずれたりねじれるようなことがなくなり、アルミニウム箔がこの接続部７ｃのずれやねじれによって接続固定部から引き剥がされるようなおそれがなくなる。そして、図１に示すように、電池容器２の開口端部に電池蓋３が嵌まり込むと、この嵌め込み部をレーザ溶接等により封止し、非水電解液の注入、予備充電、及び、注液口の封口を行うことにより非水電解質二次電池が完成する。

以上説明したように、本実施形態の非水電解質二次電池は、正極リード７の接続部７ｃと発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔との接続固定部が絶縁部材８によって挟持固定されるので、電池蓋３を嵌め込むためにこの正極リード７のリード部７ｂを折り曲げても、アルミニウム箔が接続固定部から引き剥がされるようなことがなくなる。

なお、上記実施形態では、絶縁部材８の中央部８ａと側部８ｂ，８ｃとをばね部８ｄ，８ｅで繋いで一体化した場合を示したが、正極リード７と正極１ａとの接続固定部を挟持固定するためには、中央部８ａと側部８ｂ，８ｃがあれば足りるので、このばね部８ｄ，８ｅは必ずしもなくてもよい。ただし、このようなばね部８ｄ，８ｅがあれば、発電要素１を電池容器２に収納する前でも、接続部７ｃと正極１ａとの接続固定部を軽く挟持して外れないようにすることができるので、組み立ての作業性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、正極リード７の接続部７ｃをＵ字形状とし、このＵ字形状の両板片の外側にそれぞれ正極１ａのアルミニウム箔を超音波溶接することにより、接続固定部の面積を広く取れるようにした場合を示したが、この接続部７ｃの形状は任意であり、例えば図３に示すように、単なる平坦な１枚の板片だけで構成することもできる。この場合、絶縁部材８は、接続部７ｃの１枚の板片と正極１ａのアルミニウム箔との接続固定部だけを挟持すればよいので、図３に示すように、第１側部８ｂと、中央部を一体化した第２側部８ｃとの２個の部材によって構成することもできる。

また、上記実施形態では、絶縁部材８が樹脂製である場合を示したが、ある程度の剛性を有する絶縁性の材質であり、耐熱性や耐電解液性を有するものであればよいので、硬質ゴムやセラミックス等の他の材料を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、この絶縁部材８を電池容器２の開口内部に圧入することにより固定する場合を示したが、例えば絶縁部材８を隙間嵌めにより嵌め込んだ後に接着剤等により電池容器２に固着するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、正極リード７が正極端子４とは別部品であり、かしめにより接続固定されて導通する場合を示したが、この正極リード７と正極端子４の接続手段は任意であり、この正極リード７が正極端子４の部品の一部によって構成されたものであってもよい。さらに、上記実施形態では、正極リード７を２回折り曲げて電池蓋３を電池容器２の開口端部に嵌め込む場合を示したが、この正極リード７の折り曲げ回数は任意である。

また、上記実施形態では、正極端子４を電池蓋３に絶縁して取り付ける場合を示したが、負極端子とは絶縁された電池蓋３にこの正極端子４を直接取り付けて、この電池蓋３も正極電位を持つようにすることができ、電池蓋３自体が正極端子を構成するようにしてもよい。さらに、絶縁体の電池蓋３にこの正極端子４を直接取り付けることもできる。さらに、上記実施形態では、正極端子と導通する正極リード７の正極１ａとの接続固定部を絶縁部材８で挟持固定する場合を示したが、電池蓋３に正極端子４に代えて設けた負極端子と導通する負極リードの負極との接続固定部を絶縁部材８で挟持固定することもでき、正負両極のリードを挟持固定することもできる。

また、上記実施形態では、長円筒形の巻回型の発電要素１について示したが、この巻回の形状は任意であり、積層型の発電要素１であっても同様に実施可能である。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、この電池の種類も任意である。

本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の電池容器の開口部付近を示す部分縦断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、電池蓋に取り付けた正極リードと絶縁部材を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の電池容器の開口部付近の他の構成例を示す部分縦断面図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構造を示す分解斜視図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の電池容器の開口端部に電池蓋を嵌め込む際の正極リードの折り曲げ作業を説明するための部分縦断面図である。

符号の説明

１ 発電要素
１ａ 正極
２ 電池容器
３ 電池蓋
４ 正極端子
７ 正極リード
７ｂ リード部
７ｃ 接続部
８ 絶縁部材
８ａ 中央部
８ｂ 第１側部
８ｃ 第２側部

Claims (1)

1. 発電要素を収納した電池容器の開口端部を電池蓋で塞ぎ、この電池蓋に設けた端子に導通するリードを電池容器の内部で発電要素の電極の端部に接続固定した電池において、
   電池容器の開口内部に、リードと発電要素の電極との接続固定部を挟持する絶縁部材が嵌め込まれたことを特徴とする電池。

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