JP4829432B2

JP4829432B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP4829432B2
Application number: JP2001226209A
Authority: JP
Inventors: 哲博大角; 博至花房; 弘行水野
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003045403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、特に電池缶の極性と異なる極性の電池端子を絶縁性部材を介して取り出す電極端子となる電極引出板を有する密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００３】
図３に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
密閉型電池１は、ステンレス鋼、ニッケルめっきを表面に施した軟鋼等からなる角筒状の金属容器２（以下、電池缶とも称す）に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、電池缶２の上端には、金属板３に、外部絶縁板４Ａ、正極側の電極引出板５を、正極側の電極導出ピン６によって一体化して構成したヘッダ７を電池缶２の開口部に取り付けて封口したものであり、ヘッダ７の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部８、電解液を注液し、電解液の注液後に封口する小孔９が設けられており、小孔９から電解液を注入した後にステンレス鋼等の金属からなる部材を埋め込み、溶接して封口している。
【０００４】
図４は、ヘッダの一例を説明する図であり、図４（Ａ）は、断面図であり、図４（Ｂ）は、ヘッダの分解斜視図であり、正極導出ピンのかしめ前の状態を説明する図である。
ステンレス鋼、ニッケルめっきを施した軟鋼板等からなる金属板３に設けた貫通孔１０に下部よりポリプロピレン、フッ素樹脂等からなる内部絶縁板４Ｂを取り付け、上部には外部絶縁板４Ａを載置して、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電性の良好な金属からなるつば部６Ａを有する電極導出ピン６を内部絶縁板４Ｂに設けた孔を貫通させ、電極引出板５を装着して、電極導出ピンのつば部６Ａと柱状部６Ｂの先端を上下からかしめることによってヘッダ７が形成される。
作製されたヘッダ７の電極導出ピン６のつば部６Ａに、電池要素に接合し絶縁性部材１１で被覆された導電タブ１２を接合した後に電池缶の開口部に嵌合させて周囲をレーザー溶接を行って封口される。
【０００５】
ヘッダの組立時に電極導出ピン６はかしめによって押し潰されて、電極引出板５の平面と接触し、電極導出ピンと正極引出板５との間に導電接続が形成されるが、かしめによって押し潰された正極導出ピンは膨らんで電極引出板の平板状の表面および円筒状の壁面に均一に押し付けられるので、接触面では圧力が分散されて充分な接触が形成されないことがあった。
電極導出ピン６と正極引出板５との接触が不充分であると経時的に電極導出ピンと電極引出板との間のインピーダンスが大きくなるという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極導出ピンをかしめて封止した電極封止構造を有する電池において、絶縁性、気密性に優れ、電極導出ピンと電極引出板との導電接触が良好で、経時的な変化が小さく信頼性が高い密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電極引出板に設けた貫通孔に固着された電極導出ピンを備えた密閉型電池であって、前記貫通孔の内壁面から貫通孔の中心方向に向けて凸部を形成した密閉型電池によって解決することができる。
凸部の大きさは、電極導出ピンの外径の５％〜１５％である前記の密閉型電池である。凸部が電極引出板の貫通孔の内壁面から貫通孔の軸に平行に絶縁性部材と接した側と反対側へ向けて配置したものである前記の密閉型電池である。
凸部を等しい間隔で設けた前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、電極導出ピンをかしめて電極引出板を一体化し、電極引出端子部を形成した密閉型電池において、電極導出ピンをかしめた際に、電極導出ピンが電極引出板との間で局部的に強く接することによって導電性が保持されて、かしめ後の固着力も大きなものが得られることを見いだしたものである。
本発明の密閉型電池においては、電極引出板の電極導出ピンが貫通する孔の内部に孔の中心方向、あるいはかしめの際に電極導出ピンが変形する方向に対向して凸部を形成したことによって、かしめの際に押し潰された電極導出ピンは凸部と局部的に強く接触することによって、大きな導電性を確保することを可能としたものである。
【０００９】
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図１（Ａ）は、密閉型電池の電極引出端子部分を説明する断面図であり、図１（Ｂ）は、ヘッダ７の組立前の各部材の説明する斜視図である。
密閉型電池を形成するヘッダ７の金属板３には、上下から外部絶縁板４Ａ、内部絶縁板４Ｂを配置し、外部絶縁板４Ａの上部に電極引出板５を設けて電極導出ピン６をかしめることによって封口して一体化したものである。電極導出ピン６のつば部６Ａには、電池要素の電池電極に接合した絶縁性部材１１で保護された導電タブ１２が接合されている。
また、電極引出板５には、電極導出ピンを貫通する孔の中心方向に向かって凸部５Ａが形成されている。電極導出ピン６をかしめた場合には、変形による径の増大の結果、電極引出板５に形成された凸部５Ａとの間で局部的に強く接触する。
【００１０】
また、図１（Ｃ）に電極引出板５の平面図を示すように、電極導出ピンが貫通する孔に、中心部に向かって凸部５Ａが形成されている。
貫通孔に形成する凸部５Ｂは、１ないし２個を設けることが好ましく、多数個を設けた場合には、凸部５Ｂへの圧力の集中が起こらなくなるので好ましくない。
また、凸部の大きさは、電極導出ピンの外径の５％〜１５％とすることが好ましい。
【００１１】
また、ヘッダの電池の内部側および貫通孔の内壁面に位置する内部絶縁板４Ｂは、図１（Ｂ）に示すように金属板３に設けた貫通孔に挿入して装着しても良いが、金属板と絶縁性材料をインサートモールド等によって金属板と一体に形成されたものであっても良い。
インサートモールド等によって絶縁性部材がヘッダを構成する蓋体部分の金属板に一体に形成された場合には、絶縁性部材を複数の部材によって構成した場合に比べて、厚みを薄くすることができるので、ヘッダの小型化が可能となる。さらに、ヘッダの組立工程数を減少することが可能となる。
絶縁性部材としては、ポリプロピレン、あるいはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性フッ素樹脂等を挙げることができる。
【００１２】
ヘッダの外面に位置する外部絶縁板４Ａの上面に設ける電極引出板としては、ニッケル板、ニッケルめっきを施した軟鋼板、銅板、洋白板等を用いることができる。
【００１３】
また、電極導出ピンとしては、アルミニウムまたはその合金からなる金属素材を電極導出ピンの形状に加工後に焼き鈍しを行ったものを用いることが好ましい。電極導出ピンは焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとともに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じにくくなったことによって絶縁性部材との間の密閉性等が良好とものとなる。
【００１４】
電極導出ピンは焼き鈍しによって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によって加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かしめ後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないものと同様の硬度を示すので、封口特性の低下、あるいは電極導出ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。
【００１５】
図２は、本発明の他の実施例を説明する図である。
図２（Ａ）は、密閉型電池の電極引出端子部分を説明する断面図であり、図１（Ｂ）は、ヘッダ７の組立前の各部材の説明する斜視図である。
密閉型電池を形成するヘッダ７の金属板３には、上下から外部絶縁板４Ａ、内部絶縁板４Ｂを配置し、外部絶縁板４Ａの上部に電極引出板５を設けて電極導出ピン６をかしめることによって封口して一体化したものである。電極導出ピン６のつば部６Ａには、電池要素の電池電極に接合した絶縁性部材１１で保護された導電タブ１２が接合されている。
また、電極引出板５には、電極導出ピンを貫通する孔の壁面に、絶縁性部材の接触面とは反対側に向かって凸部５Ｂが形成されている。その結果、電極導出ピン６をかしめた場合には、電極導出ピンの変形による径の増大によって、孔の壁面に接触するとともに、電極導出ピンのかしめによって押し潰された部分が絶縁性部材との接触面との反対側に向かう凸部５Ｂとも局部的に強く接触する。
【００１６】
また、図２（Ｃ）に電極引出板５の平面図を示し、図２（Ｄ）に側面を示すように、電極導出ピンが貫通する孔の内壁面に、ヘッダに取り付けた際に外側向かって凸部５Ｂが形成されている。貫通する孔の壁面に形成する凸部５Ｂは、貫通する孔をプレス成形等によって形成する際に設けたのちに、組立際に外側に向かうように折り曲げることによって作製することができる。
突起は１ないし２個を設けることが好ましく、多数個を設けた場合には、凸部への圧力の集中が起こらなくなるので好ましくない。
また、凸部５Ｂは、電極引出板５の上面に０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍ突出するものとすることが好ましい。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
長辺が３３ｍｍ、短辺が５ｍｍの長方形状のニッケルめっき軟鋼板の中央に設けた直径２．６ｍｍの貫通孔に外部絶縁板、および内部絶縁板を装着し、直径２．０ｍｍの孔を中央に有し、孔の内壁面には互いに１８０°離れた位置に０．１ｍｍの凸部を形成したニッケル板製の電極引出板を載置して、直径１．５ｍｍの円柱状のアルミニウム製の電極導出ピンを内部絶縁板側から貫通させて、電極導出ピンの上下からかしめてヘッダを製造した。
高さ４８ｍｍ、幅２９ｍｍ、厚さ６ｍｍのニッケルめっき軟鋼製の電池缶にリチウムイオン電池の電池要素を収納し、ヘッダを溶接した後に、電解液注入口から電解液を注液し、次いで電解液中液口を封口して密閉型電池を製造した。
作製した１００個の電池の電極引出端子部に、電池電解液を付着させて室温で放置し、５００時間経過後に電極端子部分のインピーダンスの増加を測定したところ、いずれの電池も増加率は１０％未満であった。
【００１８】
実施例２
ニッケル板製の電極引出板において、２．０ｍｍの孔に、互いに１８０°離れた位置に０．１５ｍｍの突起を形成した後に、ヘッダの外側に向かって９０°折り曲げて凸部を形成した点を除いて実施例１と同様にしてヘッダを作製し、実施例１と同様にして電池を組立て電極引出端子部のインピーダンスの増加を測定した。
作製した１０００個の電池の電極引出端子部に、電池電解液を付着させて室温で放置し、５００時間経過後に電極端子部分のインピーダンスの増加を測定したところ、いずれの電池も増加率は１０％未満であった。
【００１９】
比較例１
ニッケル板製の電極引出板に凸部を設けなかった点を除いて実施例１と同様にしてヘッダを作製し、実施例１と同様にして電池を組立て電極引出端子部のインピーダンスの増加を測定した。
作製した１０００個の電池の電極引出端子部に、電池電解液を付着させて室温で放置し、５００時間経過後に電極端子部分のインピーダンスの増加を測定したところ、インピーダンスの増加率は１０％以上であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、電極導出ピンをかしめて電極引出板と導電接続を形成して作製した外部接続端子が、電極引出板の電極導出ピンの貫通孔の内壁面に形成した凸部によって電極導出端子との間で局部的に強く接触しているので、電極導出ピンと電極引出板との間の接触抵抗の経時変化を防止することができ、電気的特性に優れ、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２に、角型電池の一例を説明する図を示す。
【図３】図３は、ヘッダの一例を説明する図である。
【図４】図４は、角型の密閉型電池の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…金属容器、３…金属板、４Ａ…外部絶縁板、４Ｂ…内部絶縁板、５…電極引出板、５Ａ…凸部、５Ｂ…凸部、６…電極導出ピン、６Ａ…つば部、７…ヘッダ、８…薄肉部、９…小孔、１０…貫通孔、１１…絶縁性部材、１２…導電タブ

Claims

電極引出板に設けた貫通孔に固着された電極導出ピンを備えた密閉型電池であって、前記貫通孔の内壁面から貫通孔の中心方向に向けて凸部を形成したことを特徴とする密閉型電池。
凸部の大きさは、電極導出ピンの外径の５％〜１５％であることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。