JP4694033B2 - 電気機器用ケース - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液を含む構成要素等を内蔵した電気機器の、密封性が確実で生産性高い方法により、ケース本体と蓋材を封止した電気機器、例えばラジオ、テープレコーダ、コンパクトディスク、ミニディスク等の音響機器、セルラーフォン、ワープロ、ラップトップもしくはノートブックタイプパソコン、ポータブルテレビ、カメラ、８ｍｍビデオカメラなどのための二次蓄電池または電解コンデンサなどに使用される電気機器用の金属ケース、好ましくはＤＩ缶（本発明においては「Ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ Ｉｒｏｎｉｎｎｇ」により製造した缶を意味する。）および該金属ケースを使用した二次蓄電池およびコンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、電子機器の小型化、高密度化、軽量化、携帯化に伴い、これらに使用する駆動用の電源、あるいはメモリー保持用電源としての二次蓄電池あるいは電解コンデンサ、電気二重層コンデンサなどの部品も同様に小型化、軽量化が厳しく求められてきた。これら二次蓄電池、コンデンサはさらにポータブル電気機器以外の分野にも用いられ、たとえば電気自動車の動力用電源としては高体積エネルギー密度、高重量エネルギー密度で、かつ高い安全性が求められている。これらの製品は、上記の性能を備えた上さらに安価であって、生産性高く、大量生産が可能なものが求められている。
【０００３】
例えば二次蓄電池においては、小型、高エネルギー密度、繰り返し放電可能性等の要求の故に、二次蓄電池としては電解液として有機溶媒を用いた非水電解質二次電池が最も有望とされてきた。中でも負極活物質としてリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なリチウム−アルミニウム合金や炭素材料など、現在では炭素材料を使用した充放電のリサイクル寿命の長いリチウムイオン二次電池、あるいはこれとは別にニッケル−水素二次電池等が有望とされている。
【０００４】
これらの非水電解質を含む電解液を使用した電池等は、用いる溶媒によりリチウムイオンの挿入脱離量、すなわち負極容量が大幅に変化することが知られており、粘性の低い溶媒、例えばジメチルカーボネートやジエチルカーボネートの混入が推奨されていることや系内への水分の混入を極度に嫌うためケース全体を完全に密閉構造とする必要がある。
【０００５】
従来、ケース本体と蓋材との封止方法としては、樹脂等のパッキングを介してケース本体で蓋材を締め付け封止するクリンプ方式と、ケース本体と蓋材をＹＡＧレーザーなどで溶接して封止する２つの方法が実用化されている。
前者のクリンプ方式は、コイン型電池あるいは円筒型リチウム電池などに適用されている。この方式は安価で大量生産できる利点を有するものの、樹脂パッキングの水に対するバリア性が不十分で長期信頼性に欠けるため、その使用は主として一次蓄電池に限られている。
【０００６】
一方ＹＡＧレーザー等による溶接での封止は、対象開口部の形状に縛られず、水の進入を完全に防止でき、密閉性が高い封止ができるので長期信頼性が高いという利点はあるが封止に使用するレーザー溶接装置が高価であり、初期投資額が大きくなることに加え、封止速度が遅く生産性が低いため、大量生産にはあまり有効とはいえず、コストアップが避けられないという致命的欠陥がある。
【０００７】
これとは別に、金属ケースの封止方法として缶詰やジュース缶、ビール缶などにおいて使用されている二重巻き締めによる封止方法がある。この方法による封止は完全であり、長期信頼性がある上、安価で高速での封止が可能であって大量生産に有利に適用可能であることから、電池ケースへ採用する提案がこれまでいくつかあった（実開昭５７−１９０６５４号、特開平６−２０３８１３号、特開平９−７３８８５号）。
【０００８】
ここで提案されている方法は、いずれも二重巻き締めによる封止方法のメリットである密封の完全性、高速封止による生産性の高いことは享受しているが、単にそれだけに留まり、ケース本体と蓋材はまったく電気的に絶縁されることがない方式を採用している。この方式ではケース本体と蓋材は絶縁されておらず、電極部を絶縁する必要があった。
このため蓋材は、ケース本体（電池容器）１と一体化のための巻き締め部（電池封口部）５を有する電池蓋２と、電池蓋２と電気的に絶縁された電極部（電極端子）３および両者を絶縁するための絶縁部４の３部分から構成されることとなり、蓋材そのものが部品点数も多く原材料の在庫管理を複雑にするだけでなくケースの材料として最もコストが高い部品となり、また構造的にも複雑になり生産性を低下させコストアップの原因となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電解液を含む構成要素等を内蔵した二次蓄電池または電解コンデンサなどの電気機器に使用される、ケース本体と構造的に簡単な蓋材を電気的に絶縁した状態で、密封度が高く長期信頼性があり、安価で生産性高く製造可能な電気機器ケースの開発を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は
［１］ 電解液を含む構成要素を収納するための電気機器用のケースであって、ケース本体および蓋材の間に絶縁体をはさみ、両者を電気的に絶縁した状態で二重巻き締めにより密封した電気機器用ケース、
［２］ 電解液を含む構成要素を収納するための電気機器用のケースであって、内外面を樹脂コーティングしたケース本体および蓋材の間に絶縁体をはさみ、両者を電気的に絶縁した状態で二重巻き締めにより密封した電気機器用ケース、
【００１１】
［３］ ケース本体がアルミニウム製ＤＩ缶である上記［１］または［２］に記載の電気機器用ケース、
［４］ 電気機器が二次蓄電池または電解コンデンサーである上記［１］〜［３］のいずれかに記載の電気機器用ケース、
［５］ ケース本体を一方の極とし、蓋材を他方の極とした上記［１］〜［４］のいずれかに記載の電気機器用ケース、
［６］ 蓋材が電気的に一体構造とした上記［１］〜［５］のいずれかに記載の電気機器用ケース、
［７］ 絶縁体がポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレンのいずれか１種のフィルムである上記［１］〜［６］のいずれかに記載の電気機器用ケース、
【００１２】
［８］ 上記［１］〜［７］のいずれかに記載の電気機器用ケースを用いたリチウムイオン二次蓄電池またはニッケル水素二次蓄電池、および
［９］ 上記［１］〜［７］のいずれかに記載の電気機器用ケースを用いたコンデンサ、を開発することにより上記の目的を達成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明において電気機器とは、限定するわけではないが、小型で、軽量な各種の通信機器、音響機器、ＯＡ機器などの電気機器の各種電源に使用される二次蓄電池、あるいはその機器を構成する電子部品を意味するものであり、それらのケース本体と蓋材の密閉度の高い封止を必要とする電気機器用ケース、特に非水電解液を含む構成要素を収納した二次蓄電池用ケースあるいは電解コンデンサまたは電気二重層コンデンサなどのための電気機器用ケースに特に有効に使用できる。
【００１４】
本発明の電気機器用ケースは、通常有機溶媒を主体とする電解液等を含む構成要素を密閉するためケース本体および蓋材とからなる。
ケース本体は加工性、強度等の観点からこれらのバランスがとれた純アルミニウム系合金あるいはＡ−３００４などのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金が使用される。ケース材料の厚みはケースのサイズにより変わるので確定できないが、例えば４０ｍｍφのＤＩ缶であるときは約０．５ｍｍ前後の板材を用い、缶胴部を約０．３ｍｍ程度のものとして使用することが巻き締め加工性、強度の面から見て有利である。
ケース本体はその表面を使用状態に応じ、コーティングまたはラミネートなど耐食性樹脂材料などにより被覆し、電力取り出し部として加工する場所は樹脂被覆をしないか被覆を除去する、または樹脂被覆の代わりに耐食性金属メッキなどを必要に応じて行うが、耐食性が必要でないときは金属本体のままでも使用することができる。
【００１５】
本発明に使用するケース本体の形状は、ケース本体と蓋材を絶縁できる形状である必要があるが、好ましくは二重巻き締め可能な形状であれば如何なる形状であってもよい。二重巻き締めする際には板厚の制御が重要であり、生産性が高く、かつ缶胴の厚みのバラツキを小さく押さえることができるＤＩ缶が有利である。板厚としては内容積や樹脂コートとの関係で決まるため一概に確定することはできない。
【００１６】
本発明の重要な特徴の一つに蓋材の構造がある。従来の巻き締めタイプのケースにおける蓋材は、ケース材中最も高価格のものである。すなわち、従来の蓋材は図２に示すようにケース本体１と電気的に絶縁されていないため、蓋材２がその狭い空間に、ケース本体１との巻き締めのための金属で構成された巻き締め部５を含む電池蓋２，電極部を電気的に絶縁するための合成樹脂樹脂などからなる絶縁部４および金属製の電極部３の３部分から構成することが必要となり、部品数も多く必要となり、電池上面の狭い面積内で構造的にも複雑となることが避けられなかった。
【００１７】
しかし本発明においては、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、ケース本体１と蓋材の間の巻き締め部５に絶縁体６を挟んで両者を確実に絶縁しているため、ケース本体１と蓋材は電気的に完全に絶縁されている。このため蓋材に絶縁部は不要となり、電池蓋２，電極端子３を一体に形成でき、構造的にも単純であって良く、電気的に一体構造とすることができる。すなわち単に板材を必要な形状にプレス加工しただけでよく、このことはコスト面では大きな利点を与えるだけでなく、封止部の強度的も大きく改善できる。なお形状的に従来の電池のように電極部３を突出させる場合には、その突出部内側に集電体を固定する様にしても良い。
本発明の蓋材の両面は電極部を除き、通常エポキシ樹脂などの樹脂をコーティングして絶縁および耐食性を付与する。材質としては加工性、剛性、コストなどを勘案してＡ−５１８２などのＡｌ−Ｍｇ系合金が有利に使用される。材料の厚さは通常のＤＩ缶の場合と同じであって良い。
【００１８】
ケース本体と電池蓋２の間に挟んで両者を電気的に絶縁する絶縁体６は、二重巻き締めした場合にその両者の間にあって電気的に絶縁可能なものであれば理論的にはすべて使用可能であるが、二重巻き締めの加工中に破れたり、電解液などに腐食されたりしないことが必要であるため、入手の容易性、その安定性、強度が必要となる。これらのバランスを考慮すると、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレンなどの強度の大きい延伸フィルム、特に弾力性があり、伸びの大きい二軸延伸ポリアミドフィルムが最も好適である。これらの絶縁体フィルムは、ケース本体と蓋材の接触部を完全に被覆するだけでなく、絶縁の安全性を確保するため接触部より若干外側まで覆う広さのものを使用することが好ましい。この絶縁体フィルムを使用するときは、従来の二重巻き締めで使用されていた密封用のエラストマー系のパッキングは使用してもかまわないが原則的には不要となる。厚さとしてはサイズにより変わるが、通常０．０２５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１ｍｍ程度で十分である。この範囲より薄い場合には巻き締め時に破れ絶縁ができなっくなったり、また厚いときには巻き締めが不十分となり液漏れが生ずる危険がある。
【００１９】
本発明のケース本体と蓋材の密閉法は、電解液を含む構成要素をケース本体に収納した後、絶縁体をケース本体と蓋材の間を完全に電気的に絶縁被覆して密閉する以外は従来の二重巻き締め法と同一である。従って、二重巻き締め法によるこの密封は完全であるばかりでなく生産性が高くコストが安い特徴があり、更に本発明方法を採用したと言っても新たな設備投資の必要はなく、従来の二重巻き締め方法に使用してきた装置類を若干の手直しをするだけでそのまま使用できる利点がある。
【００２０】
本発明によれば封止が完全であるばかりでなく、ケース本体と蓋材をそれぞれ異なる電極として使用可能となるため、蓋材としては、従来蓋材の狭い空間に設けられていた電極と巻き締め部の間に設けられていた絶縁部を設ける必要がなくなり、蓋材の製造、管理が容易となる上、狭い蓋材面を短絡の危険がなく有利に使用できることとなる。
【００２１】
【実施例】
電池ケース本体１および電池蓋２は表１に示す材料を用い、電池蓋２は従来の電池の形状に合わせてプレスにより成形した。巻き締め部５の板厚はケース本体１の胴体部が０．３ｍｍ、電池蓋２が０．２ｍｍとした。
集電体は一つは缶底部に、他は電池蓋２の電極部（電極端子）３の凹部に嵌合させ、また絶縁体６として厚さ０．０７ｍｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム６を用い、ＤＩ缶内部には５ｍｍ、巻き締め部外部も５ｍｍはみ出すように挟み込んだ。巻き締め部のサイズは巻き締め高さ２．８ｍｍ、巻き締め幅１．５ｍｍである。
【００２２】
【表１】

【００２３】
電池のサイズは、直径４０ｍｍφ、高さ（Ｈ）を１２５ｍｍとした。正極にはリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２ ）電極を、負極には黒鉛電極を使用した。この正極と負極とセパレータとを渦巻状に巻回してなる電極を電池ケースに収納した。電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを１：１の体積比で混合した溶媒に、六フッ化燐酸リチウムを１モル／リットル溶解させたものを用いた。
正極板，負極板，電解液を電池ケースに挿入した後、ケース本体と蓋材の巻き締め部を巻き締めし、封止密閉して電池とし、５００個製造した。
【００２４】
上記で製造した電池を１００個ずつに分け、それぞれを４０℃の恒温槽（３０日間）、トラックの荷台（東京、大阪を３往復）、乗用車の運転席（３０日間通勤に使用）、屋根の上（９月〜１０月の１月間）、−２５℃の冷凍庫（１日）と４０℃の恒温槽（１日）を５往復を行った。いずれの場合においても液漏れは１個も認められなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の電気機器用ケースは、従来蓋材が巻き締め部、絶縁部、電極部の３部分の構成であったのを、蓋材とケース本体の間に絶縁体を挟み込み、両者を電気的に絶縁させることにより蓋材を一体に成形することが可能ととしたものであって、この結果ケース全体のコストの大きな部分を占めていた蓋材のコストを大幅に削減できるとともに、従来問題のあった封止部の加工コストが安く、生産性高くかつ長期信頼性があり、封止速度が速く生産性が高い封止ができる電気機器用ケースが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の電池ケースの断面図。
（ｂ）巻き締め部の拡大断面図。
【図２】（ａ)従来の電池ケースの断面図
（ｂ）蓋材における絶縁体周辺（図２（ａ）のａ−ａ）の断面図。
（ｃ）巻き締め部（図２の（ａ）のｂ−ｂ）の拡大断面図。
【符号の説明】
１ ケース本体（電池容器）
２ 電池蓋
３ 電極端子
４ 絶縁部
５ 電池封口部
６ 絶縁体フィルム

Claims (9)

1. 電解液を含む構成要素を収納するための電気機器用のケースであって、ケース本体および蓋材の間に絶縁体としてポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレンのいずれか１種の延伸フィルムをはさみ、両者を電気的に絶縁した状態で二重巻き締めにより密封した電気機器用ケース。
2. 絶縁体が、二軸延伸ポリアミドフィルムまたは二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項１に記載の電気機器用ケース。
3. ケース本体および蓋材が、その内外面を樹脂コーティングしたものである請求項１または２に記載の電気機器用ケース。
4. ケース本体がアルミニウム製ＤＩ缶である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機器用ケース。
5. 電気機器が二次蓄電池または電解コンデンサーである請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気機器用ケース。
6. ケース本体を一方の極とし、蓋材を他方の極とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機器用ケース。
7. 蓋材と電極端子が電気的に一体構造とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機器用ケース。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用ケースを用いたリチウムイオン二次蓄電池またはニッケル水素二次蓄電池。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用ケースを用いたコンデンサ。

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