JP4888735B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池に関する。詳しくは、蓋体における電池容器との接合部と端子取出し部とが互いに強度の異なる金属材料により構成された密閉型電池に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコン及び携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく利用できるものとして期待されている。
ところでリチウムイオン電池その他の電池の一態様として、電極体を電解液とともに所定形状（例えば角型や円筒型）の電池容器に収容して該電池容器の開口部を密閉したいわゆる密閉型電池が知られている。

この種の電池では、電池容器と該容器の開口部に取り付けられる蓋体との接合部（即ち電池容器の開口周縁部と蓋体の周縁部）、及び該蓋体に設けられた電極端子（典型的には棒状の電極端子）を挿通させる部分であって該電極端子を挿通して上記蓋体から突出させた状態で該蓋体に固定する部分（端子取出し部）の両方の箇所において、その密閉構造に高い信頼性が求められる。例えば車両搭載用電池における上記密閉構造の信頼性は、一般用途の電池よりもはるかに高いレベルで要求される。上記信頼性として、該密閉構造への水分透過性（耐久性）及び該構造の耐振動性等が挙げられる。また、上記端子取出し部には、上記蓋体と上記電極端子との間の高い密閉性に加え、高い絶縁性も必要とされる。このように高密閉性と高絶縁性とが求められる上記端子取出し部の密閉構造として、例えば特許文献１〜４には、端子取出し部の内壁面と端子との間に絶縁性部材（絶縁性ガスケット）が挟まれた構造であって、該端子は上記絶縁性部材を介して種々のかしめにより固定されている構造が記載されている。
また、特許文献５には、かしめ構造の別の一態様が記載されている。即ち、特許文献５には、金属製隔壁部材の部材貫通孔の封止構造（かしめ構造）であって、合成樹脂製封止部材で被覆された貫通部材（芯部材）を金属製隔壁部材の貫通孔に貫通させた状態で、当該貫通孔の周囲部分を当該貫通部材の軸方向に加圧することによって当該周囲部分を貫通孔の内径方向に塑性変形させ（即ち金属製隔壁部材の一部を塑性変形して孔の内壁面に張り出した膨出部を形成し）、これにより貫通部材（芯部材）を固定するとともに貫通孔の封止が行われる封止構造（かしめ構造）が記載されている（例えば特許文献５の図１〜３参照）。

特開２００５−１８３３５９号公報 特開２００１−１７６４９５号公報 特開平８−２５００８３号公報 特開平７−２３５２８９号公報 特許第３３３４８０４号公報 特開２００６−２６３８０９号公報

上記に示されるような従来の密閉構造では、一般的には１種類の材質及び性状の部材（板体）を加工して上記蓋体が成形されている。このため、電池容器に接合されている蓋体の周縁部と、電極端子を挿通して突出させ上記蓋体に固定する端子取出し部とは同じ強度の材料から構成されることとなる。上記蓋体に好ましい材料としては、電池容器の開口周縁部と蓋体との接合性（接合が容易であること、或いは良好な加工性）を考慮して、典型的には純度が高く柔らかい組成の金属材料（例えばアルミ系金属材料、典型的には１０００番系アルミ合金材料）が挙げられる。一方、上記端子取出し部において、その密閉性を確保するのに好ましく使用され得る樹脂材料（例えばエンジニアリングプラスチック）は、上記金属材料に比べて同程度かそれ以上の強度を有し得る。このため、上記端子取出し部において、上記のような柔らかい金属材料を外側から加圧して電極端子を上記樹脂製の絶縁性部材を介してかしめても、該樹脂の反発力により徐々に緩んで密閉性を長期に亘り維持できない虞がある。
一方、上記端子取出し部の密閉性を考慮して、高強度の金属材料（例えば、５０００番系アルミ合金材料）から上記蓋体を成形すると、該端子取出し部の密閉性は確保されるが加工しにくく、上記電池容器の開口周縁部と上記蓋体との接合（例えばかしめ、巻き締め又は溶接）が困難になる。また、上記電池容器と上記蓋体とが互いに組成の異なる金属材料である場合には、上記電池容器の開口周縁部と上記蓋体の周縁部の面積（接合面積）が大きいので、例えば特許文献６に示されるような局所部分の接合技術を採用しても上記接合部全体に亘り強固に接合させるのは難しい。

そこで本発明は、上記構成の密閉型電池の問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電池容器の開口部の周縁部と蓋体の周縁部とを容易に接合することと、電極端子を挿通して上記蓋体から突出させた状態で該蓋体に固定するための端子取出し部を閉塞して上記電池容器の高い密閉性を長期に亘り維持することを高い次元で両立し得る密閉型電池を提供することである。

上記目的を実現するべく本発明によって提供される密閉型電池は、電池容器と、該電池容器の開口部に取り付けられる蓋体と、該蓋体に設けられ、電極端子が挿通した状態で固定される端子取出し部と、を備える。そして、この電池における上記電池容器は、上記開口部の周縁部と上記蓋体の周縁部とが接合されることにより、且つ上記蓋体の端子取出し部を挿通した上記電極端子を該端子取出し部でかしめることにより密閉されている。ここで上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分は、上記蓋体の上記電池容器と接合された部分よりも高強度の金属材料（典型的には上記蓋体の上記電池容器と接合された部分とは異なる組成で且つより高強度の金属材料）により構成されている。好ましくは、該高強度の金属材料により構成されている部分の一部を、上記電極端子が挿通された状態で、外側から凹ますことによって上記かしめが形成されている。

かかる構成の密閉型電池において、上記蓋体は上記端子取出し部と、蓋本体（上記蓋体における該端子取出し部以外の部分）とから構成される。ここで上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分は、上記蓋体（蓋本体）における電池容器の開口部の周縁部（開口周縁部）との接合部分（即ち該蓋本体の周縁部）よりも高強度の金属材料からなる（典型的には上記蓋体の上記電池容器と接合された部分とは異なる組成で且つより高強度の金属材料からなる）。
また、上記端子取出し部のうち少なくともかしめを形成する部分は、接合される面積としては上記蓋体（上記蓋本体）の周縁部に比べて小さく、局所的である。したがって、上記端子取出し部のうち少なくともかしめを形成する部分とそれ以外の部分との接合（上記端子取出し部と上記蓋本体との接合）は、互いの部分が性状（強度及び／又は組成）の異なる材料により構成されていても、容易に且つ強固に実施され得る。

また、上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分は、上記蓋本体の周縁部（上記蓋体の上記電池容器と接合された部分）よりも高強度（高硬度、或いは降伏応力が大きいことを含む。）の金属材料により構成されている。このため、電極端子と端子取出し部との間をかしめにより強固に塞ぐことができる。一方、上記蓋本体の周縁部は、上記かしめを形成する部分よりも低強度（柔らかい、又は降伏応力が小さいことを含む。）の金属材料により構成され得るので、電池容器の開口周縁部との接合は容易に実施され得る。
したがって、かかる構成によれば、上記電池容器の開口周縁部と上記蓋体（蓋本体）との周縁部との接合を容易に行うことと、上記端子取出し部を確実に閉塞して上記電池容器の密閉性を長期に亘り維持することとを、高い次元で同時に両立し得る好ましい密閉型電池が提供され得る。

ここで開示される密閉型電池の好ましい一態様では、上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分は、上記蓋体におけるそれ以外の部分とは互いに硬度が異なるアルミニウム合金材料により構成されている。
アルミニウム合金材料は安価で入手し易く、広い利用分野を有する汎用材料である。また、この合金材料は添加される元素（合金元素、例えばＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｎ等）の組成により材料強度や加工性等の特性が異なり、１０００番〜７０００番系アルミニウム合金として分類されている。
かかる構成によれば、該電池の蓋本体の製造には入手し易いアルミニウム合金材料であって硬度の異なるアルミニウム合金材料を、上記端子取出し部の部位によって使い分けることにより、上記電池容器の開口周縁部と上記蓋体（蓋本体）との周縁部との接合を容易に行うことと、上記端子取出し部を確実に閉塞して上記電池容器の密閉性を長期に亘り維持することとを、高い次元で同時に両立し得る。
ここで、硬度の異なるアルミニウム合金材料としては、同じ組成のアルミニウム合金材料であって熱処理条件、加工度等の相違により硬度が互いに異なるアルミニウム合金材料であっても、組成の相違により硬度が互いに異なるアルミニウム合金材料であってもよい。

ここで開示される密閉型電池のより好ましい一態様では、上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分は、上記蓋体におけるそれ以外の部分とは互いに添加元素の組成が異なるアルミニウム合金材料により構成されている。
かかる構成の密閉型電池によれば、上記硬度の異なるアルミニウム材料として、上記端子取出し部のうち少なくともかしめが形成される部分には高硬度なアルミニウム合金（例えば２０００番、５０００番、又は６０００番系アルミニウム合金）を、及び上記かしめが形成される部分以外の蓋体部分には柔らかく（強度又は硬度が低く）加工し易い（接合させ易い）アルミニウム合金（例えば１０００番系アルミニウム合金又は純アルミ）をそれぞれ使い分けることにより、上記電池容器の開口周縁部と上記蓋本体の周縁部とを容易に接合すること、及び上記端子取出し部を確実に閉塞して上記電池容器の高い密閉性を維持することをより高い次元で両立させることができる。

ここで開示される密閉型電池の更に好ましい一態様では、上記電池容器は、上記蓋体における上記端子取出し部以外の部分と同じ金属材料により構成される。
かかる構成によれば、上記電池容器と上記蓋本体とが同じ金属材料からなるので、該容器の開口周縁部と該蓋本体の周縁部とを、例えばレーザー溶接やかしめ、或いは巻き締め等の接合方法を用いることによってより一層容易に接合することができる。

ここで開示される密閉型電池の別の好ましい一態様では、上記端子取出し部と上記電極端子との間には絶縁性部材が配置されており、上記電極端子は当該絶縁性部材を介してかしめられている。
かかる構成によれば、上記端子取出し部と上記電極端子との間に、好ましくは絶縁性部材を配置（典型的には挿入）し、当該絶縁性部材を介して電極端子を上記端子取出し部でかしめることにより、上記端子取出し部と上記電極端子がより確実に閉塞されて、上記電池容器の密閉性をより一層向上させ得る。このような絶縁性部材として、上記端子取出し部の金属（アルミニウム合金）材料と同程度か、或いは僅かに低い程度の強度を有する樹脂材料により構成されるものを好ましく用いることができる。

ここで開示される密閉型電池の別の好ましい一態様では、上記端子取出し部のうち少なくとも上記かしめを形成する部分と上記蓋体におけるそれ以外の部分とは、固相接合により接合されている。
かかる構成によれば、上記端子取出し部のうちの少なくとも上記かしめを形成する部分と該かしめを形成する部分以外の蓋体部分との接合は、互いの接合され得る部分を当接させて局所的に実施すれば足りるので、固相接合方法（例えば摩擦攪拌接合や超音波接合等）を好ましく用いて両者を容易に接合することができる。

また、ここで開示される密閉型電池は、その電池容器の開口周縁部と蓋体の周縁部との接合及び該蓋体の端子取出し部におけるかしめにより、高い信頼性を有する密閉構造を備えている。このことから、かかる密閉型電池は車両に搭載される電池として好適に利用され得る。したがって、本発明によると、かかる密閉型電池を備える車両（例えば自動車）が提供される。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、密閉型電池の構成や構築手順、電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本明細書において電池とは、リチウム二次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等のいわゆる化学電池の他、電気二重層キャパシタのように種々の化学電池と同様の産業分野で同様に使用され得る蓄電素子（物理電池）を包含する用語である。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。
なお、以下、角型形状の密閉型リチウムイオン電池を例にして、本発明に係る密閉型電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る密閉型電池１００（以下、単に「電池」ということもある。）について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池１００の構造を模式的に示す断面図であり、図２は、図１内の点線ＩＩで囲んだ部分（端子取出し部）を拡大して示す模式的な断面図である。なお、図１及び図２において電極端子６４，７４については断面表示していない。
本実施形態に係る電池１００は、従来の電池と同様に、大まかに言って、所定の電池構成材料（正極６０及び負極７０の各活物質、正極６０及び負極７０の各集電体（集電部６２，７２）、セパレータ８２等）を備えた電極体８０と、該電極体８０及び適当な電解質（典型的には液状電解質）を収容する電池容器１０、及び該電池容器１０の開口部１２を閉塞する蓋体２０とを備える。また、蓋体２０の幅（長手）方向Ｐの両端部付近において、正極端子６４及び負極端子７４が蓋体２０を挿通し、該蓋体２０から突出した状態で該蓋体２０の端子取出し部４０において固定されている。なお、以下の説明においては、主として正極６０側について本実施形態の特徴部分を説明するが、本発明に係る端子取出し部の適用は正極６０側に限定されるものではなく、正極６０側と負極７０側の両方に適用することも、正極６０側又は負極７０側のどちらか一方のみに適用することもできる。なお、本実施形態に係る電池１００では、正極６０側及び負極７０側の端子取出し部４０，５０の構造は実質的に同じである。

電池容器１０は、電極体８０を収容し得る形状であればよく、円筒形状、角型形状等、特に限定されない。また、電池容器１０は、少なくとも一方の端部が開口しており、当該開口部１２から電極体８０を収容できるように構成されていればよい。図１に示されるように、本実施形態に係る電池容器１０は、一方の端部に開口部１２を備える有底の角型形状を有しており、該開口部１２の周縁部１４は長方形状となっている。
電池容器１０の材質は、軽量で熱伝導性が良く且つ加工性も良好な金属材料により構成されることが好ましい。このような金属材料として、例えばアルミニウム合金（純アルミを含む）、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等を好ましく用いることができるが、後述のように蓋体２０との接合性（容易に接合可能であること、或いは良好な加工性）を考慮すれば、純度が高く柔らかい（強度又は硬度が低い、或いは降伏応力が小さい）材質のアルミニウム合金材料がより好ましく、典型的には１０００番系アルミニウム合金材料（工業用純アルミニウム）、中でも特にＡ１０５０やＡ１０７０を電池容器１０の構成材料としてより好ましく用いることができる。

蓋体２０は、電池容器１０の開口部１２を覆い、閉塞し得る形状に対応した平板状の蓋本体３０と、該蓋本体３０の所定箇所（幅方向Ｐの両端部付近）に設けられ、例えば棒状の電極端子６４，７４がそれぞれ挿通した状態で固定される端子取出し部４０，５０とから構成される。蓋本体３０は、開口周縁部１４と類似の形状（本実施形態では長方形状）を有し、蓋本体３０の周縁部３２は上記電池容器１０の開口周縁部１４と種々の接合方法（例えばレーザー溶接、ローリングかしめ或いは巻き締め等）を用いて接合されている。
蓋本体３０の材質については、電池容器１０と異なる材質でもよいが、蓋本体３０の周縁部３２と電池容器１０の開口周縁部１４との接合がより容易に実施され得るために、電池容器１０と同じ材質であることが好ましく、特に柔らかい（強度又は硬度が低い、或いは降伏応力が小さい）材質のアルミニウム合金材料が好ましい。典型的には１０００番系アルミニウム合金材料（工業用純アルミニウム）、中でも特にＡ１０５０やＡ１０７０を蓋体３０の構成材料として好ましく用いることができる。

上記端子取出し部４０は、蓋本体３０と典型的には一体成形されて該蓋本体３０の平面部分から僅かに立ち上がるように形成された円筒状の凸部３４と、該凸部３４の上端面３４ａに接合された円筒状のかしめ形成予定部４２（端子取出し部４０のうちかしめを形成する部分）とから構成されており、端子取出し部４０全体として円筒形状を有している。円筒状の端子取出し部４０の軸心部分の円柱状の空間、即ち該端子取出し部４０の内周面により囲まれる空間には、上記正極端子６４が蓋本体３０の平面方向と直交する向きで挿通される空間となっている。
上記端子取出し部４０の別の好ましい一形態として、上記凸部３４がない構成であって円筒状のかしめ形成予定部４２の下端面が蓋本体３０の平面部分に直接接合された構成であってもよい。また、該凸部３４を蓋本体３０とは一体成形されずに別体として用意され、蓋本体３０に接合して設けられる構成であってもよい。

例えば丸棒状の正極端子６４が挿通されている端子取出し部４０において、該端子取出し部４０の内周面と正極端子６４の外周面とで形成される管状（円筒状）の空間には、絶縁性部材９０が隙間なく配置（挿入）されており、端子取出し部４０と正極端子６４とは絶縁されている。また、絶縁性部材９０は、正極端子６４における端子取出し部４０に挿入された部分の外周面に加え、かしめ形成予定部４２の上端面をも覆うように配置される構成、即ち上記正極端子６４の上記外周面と接する円筒部分と、その軸方向の一端側に上記かしめ形成予定部４２の上記上端面と接するフランジ部分とを備えた断面視略Ｔ字形の形状（構成）であってもよい。
上記かしめ形成予定部４２に対してはかしめ（図２における４２ａ）が形成されている。ここでいうかしめとは、かしめ形成予定部４２の外周面における一部が、円筒状のかしめ形成予定部４２の軸心方向に向けて潰すか凹ます処理をいい、或いは当該処理がされた部分（４２ａ）自体をいうこともある。上記かしめ形成予定部４２にされるかしめの好ましい態様としては、上記かしめ形成予定部４２の外周面の所定位置（例えば上記端子取出し部４０全体の高さにおける中央部付近）において、周方向に沿って、所定幅で形成されているかしめ（即ちローリングかしめ）が挙げられる。また、上記かしめ形成予定部４２の径方向に対向する２箇所或いは複数箇所にスポット状に形成されるかしめ（例えばピンポイントにプレスされた部分）でもよい。

端子取出し部４０のかしめ形成予定部４２の材質は、高強度（又は高硬度、或いは降伏応力が大きい）であることが好ましい。特に正極端子６４の外周面と絶縁性部材９０の内周面との間を上記かしめにより確実に閉塞するためには、上記かしめ形成予定部４２の構成材料として、高強度の絶縁性部材９０と同等か、或いはそれ以上の高い強度を備えた金属材料が好ましい。このような金属材料からなるかしめ形成予定部４２では、かしめられた部分が絶縁性部材９０の反発力に抗うので、かしめの緩みが長期に亘り防止される。かかる金属材料としては、高強度なアルミニウム合金材料、例えば２０００番、５０００番又は６０００番系アルミニウム合金材料が挙げられ、具体的にはＡ２０１７（ジュラルミン），Ａ２０２４（超ジュラルミン）又はＡ５０５２，Ａ５０５６若しくはＡ６０６１，Ａ６０６３等を好ましく用いることができる。
上記アルミニウム合金材料は、添加される元素（即ち合金元素、例えばＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ、Ｍｎ等）の組成により材料強度や加工性等の特性が異なっている。例えば、上記電池容器１０等に好適に用いられる１０００番系アルミニウム合金材料では純度が９９．０％以上の純アルミニウム系材料（特にＡ１０５０は純度９９．５０％以上、Ａ１０７０は純度９９．７０％以上）である。例えばＡ１０５０の強度として、引っ張り強さは１２７［ＭＰａ］、耐力は７８［ＭＰａ］、硬度は２０［ＨＢ］である。これに対して、２０００番系アルミニウム合金は、主要な添加元素がＣｕである合金である。例えばＡ２０１７の引っ張り強さは３７３［ＭＰａ］、耐力は１１８［ＭＰａ］、硬度は１０５［ＨＢ］である。５０００番系では主要添加元素がＭｇであり、例えばＡ５０５２の引っ張り強さは２２６［ＭＰａ］、耐力は１１８［ＭＰａ］、硬度は６０［ＨＢ］である。また、６０００番系ではＭｇやＳｉが主要な添加元素となっており、例えばＡ６０６３では引っ張り強度が１８６［ＭＰａ］、耐力は９８［ＭＰａ］、硬度は６０［ＨＢ］である。
このように、上記電池容器１０及び蓋本体３０等に好適な強度を有するアルミニウム合金材料と、上記かしめ形成予定部４２に好適な強度を有するアルミニウム合金材料とは、互いに添加元素の組成が異なっており、そのような材料を使い分けることでそれぞれに要求される強度を得ることができる。なお、本実施形態では、上記電池容器１０及び蓋本体３０等に好適な強度を有するアルミニウム合金材料と、上記かしめ形成予定部４２に好適な強度を有するアルミニウム合金材料とは、互いの組成が異なる材料を用いることにより強度（硬度）を相違させた。しかし、このような形態に加え、同じ組成のアルミニウム合金材料を用いて熱処理条件や加工度を変える（調整する）ことにより、互いの硬度を相違させるという形態を採用することもできる。

上記絶縁性部材９０の構成材料としては、上記のように正極端子６４の外周面と該絶縁性部材９０の内周面との間をかしめにより確実に閉塞するために、高強度の絶縁材料が好ましい。高強度の絶縁材料を用いることにより、上記かしめにより絶縁性部材９０の一部が押圧（圧縮）されても、圧縮クリープが長期に亘り防止され得るので、上記端子取出し部４０における密閉構造は確実なものとなり得る。絶縁性部材９０の構成材料としては、絶縁性の高い樹脂材料が好ましい。例えばエンジニアリングプラスチック、より好ましくは、耐熱温度が更に高いテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
以上、上記正極６０側の端子取出し部４０及びそこに用いられる絶縁性部材９０について説明したが、負極７０側の端子取出し部５０についても、正極６０側と実質的に同じであり好ましい密閉構造を有する。

本実施形態に係る正極端子６４は、例えば断面視円形の棒状の形状を有している。また、該端子６４の一端は電極体８０の正極６０の集電体（集電部６２）に接続しており、他端は上記蓋体２０の端子取出し部４０を挿通して該蓋体２０から突出している。そして、該正極端子６４は、この状態のままで、上記かしめにより該端子６４の外周面と接している上記絶縁性部材９０から押圧されて、上記端子取出し部４０において固定されている。負極端子７４についても同様である。
正極端子６４の構成材料として、該端子６４に接続される正極集電体と同種の金属材料（例えばアルミニウム又はアルミニウム合金）を好ましく用いることができる。一方、負極端子７４の構成材料として、該端子７４に接続される負極７０の集電体（集電部７２）と同種の金属材料（例えば銅）を好ましく用いることができる。

所定の電池構成材料を具備する電極体８０において、その形態としては、当該電極体８０が電池容器１０に収容されたときに、正極６０及び負極７０の集電体のそれぞれに一端が接続される正極端子６４及び負極端子７４が、その他端を上記電池容器１０の幅方向Ｐの両端部付近から突出させ得るような形態であればよく、積層型、捲回型等、特に制限はない。一つの好ましい実施形態としては、捲回型電極体であって、正極活物質層が正極集電箔体に付与されてなる正極シートと負極活物質層が負極集電箔体に付与されてなる負極シートとが、捲回される方向に沿う両端部に各極シートにおける集電箔体の露出部分が配置されるようにしてセパレータ８２を介して重ね合わされ、捲回された電極体である。本実施形態に係る電極体８０は、角型の電池容器１０に収容されるために、上記のような捲回体を側面方向から押し潰して得られる扁平形状となっており、その軸方向の各端部の正極集電部６２及び負極集電部７２（正極集電箔体及び負極集電箔体の各露出部分が捲回されて積層している部分）に上記正極端子６４及び負極端子７４がそれぞれ接続されているような形態である。

本実施形態に係る密閉型電池１００（リチウムイオン電池）の電極体８０の構成材料としては、従来のリチウムイオン電池における電極体の構成材料と同様であればよく、特に制限はない。例えば、正極材料（正極活物質）としては、従来からよく用いられているＬｉＭｎ_２Ｏ_４，ＬｉＣｏＯ_２，ＬｉＮｉＯ_２等が使用できる。ＬｉＦｅＰＯ_４，ＬｉＭｎＰＯ_４等のオリビン系正極材料を用いてもよい。負極材料（負極活物質）としてはグラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料（典型的にはグラファイトカーボン）、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が使用できる。正極集電箔体としては例えばアルミニウム箔、負極集電箔体としては例えば銅箔をそれぞれ好ましく用いることができる。セパレータとしては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。電解質（典型的には液状電解質）としては、適当な電解質（例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩）を適当量含む非水系溶媒、例えばジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒を好ましく使用することができる。このような液状電解質の代わりに固体電解質もしくはゲル状電解質を用いる場合には、上記のような樹脂製のセパレータが不要な場合（この場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。

次に、図１〜図５を参照しつつ、本実施形態に係る密閉型電池１００の構造と製造方法について詳細に説明する。図３〜５は、正極端子６４を端子取出し部４０に固定する形態の別の一態様を模式的に説明する断面図である。なお図中の正極端子６４は断面表示していない。
まず、電池容器１０を用意（作製）する。当該容器１０は、後述の蓋体２０の蓋本体３０と同じ金属材料のものが好ましい。これにより所定形状（例えば角型形状）に加工し易い。本実施形態では、一方の端部が開口部１２である有底の角型（箱型）形状の電池容器１０を用意する。
次に、蓋体２０を用意（作製）する。当該蓋体２０の蓋本体３０は、柔らかい材質の金属材料（好ましくは１０００番系アルミニウム合金材料、例えばＡ１０５０）からなる板体（例えば厚さ１ｍｍ）を所定形状（即ち上記電池容器１０の開口周縁部１４の形状の相似形）に加工（切断）して成形する。

次に、蓋本体３０の所定位置に正極端子６４及び負極端子７４を挿通するための孔をあける。この穿孔は、典型的には電池容器１０（蓋本体３０）の長手方向Ｐの両端部付近に一か所ずつ実施される。板状の蓋本体３０に対して所定孔径の孔をあける際に、例えば細いドリル状の工具を蓋本体３０に貫通させることで小さい孔をあけ、その孔を押し広げて所定孔径（例えば４ｍｍ）に調整する。このとき、押し広げられた上記孔の周縁に形成されたバリは、上記工具の貫通方向に向けて僅かに蓋本体３０の面方向から盛り上がる（突出する）。この突出したバリ部分を上記孔の外側方向に倒すように曲げ、更に該バリ部分の先端部を巻き込むように屈曲させる。このようにして、当該バリ部分を屈曲することにより形成された凸状部分を、端子取出し部４０における凸部３４とすることができる。上記バリ部分を切削することにより凸部３４としてもよい。このような方法により、上記凸部３４と蓋本体３０とを継ぎ目を有して接合させることなく、上記凸部３４を蓋本体３０に対して一体的に設けることができる。或いは、蓋本体３０をプレス加工等で成形する際に同時に凸部３４を一体成形させてもよい。凸部３４の上端面３４ａは、該凸部３４（蓋本体３０）とは異種材料からなるかしめ形成予定部４２との接合面になるので、該上端面３４ａは平坦であり、且つほぼ水平であることが好ましい。また、かしめ形成予定部４２と蓋本体３０との接合は、上記バリを除去して凸部３４を設けず、該かしめ形成予定部４２の下端面を該蓋本体３０に直接接触させて両者を接合させる態様であってもよい。

次に、上記凸部３４の上端面３４ａに対してかしめ形成予定部４２を接合し、端子取出し部４０を設ける。該かしめ形成予定部４２は、高強度の金属材料（好ましくは２０００番、５０００番、或いは６０００番系アルミニウム合金材料、例えばＡ５０５２）からなる所定寸法（例えば内径４ｍｍ、外径８ｍｍ、高さ５ｍｍ）の円筒体であり、この軸方向の一方の端面（下端面）を上記上端面３４ａに接合する。ここで、凸部３４とかしめ形成予定部４２とは互いに異なる組成材料（例えば添加元素の組成が異なるアルミニウム合金材料）からなるが、凸部３４の上端面３４ａとかしめ形成予定部４２との接合は、種々の接合方法を採用して局所接合により行うことができる。この局所接合方法として好ましくは、例えば摩擦攪拌接合、摩擦接合（摩擦圧接）、超音波接合（超音波圧接）、拡散接合等の固相接合方法が挙げられる。しかし、これらの固相接合方法に限定されず、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接等の溶接方法等も好ましく用いることができる。
以上、正極６０側の端子取出し部４０の接合について説明したが、負極７０側の端子取出し部５０の接合についても同様に行うことができる。

上記のようにして、蓋本体３０（における凸部３４）に正極６０側のかしめ形成予定部４２及び負極７０側のかしめ形成予定部５２をそれぞれ接合することにより、正極端子取出し部４０及び負極端子取出し部５０を設けた後、端子取出し部４０，５０の軸心部分を貫通するように形成された端子挿通用の空間に、電極体８０の正負各極６０，７０の集電部６２，７２に接続される正極端子６４及び負極端子７４を挿通する。ここで、各端子取出し部４０，５０に各端子６４，７４を挿通する前に、予め該端子６４，７４を電極体８０の各集電部６２，７２に接続しておいもよいが、絶縁性部材９０の挿通時における取り扱い易さを考えて、上記端子６４，７４を端子取出し部４０，５０に挿通してから電極体８０を接続する順番で行うことが好ましい。

上記各端子取出し部４０，５０に正極端子６４及び負極端子７４をそれぞれ挿通した後に、端子取出し部４０，５０の内周面と上記端子６４，７４との間に生じる隙間のそれぞれに対して、これら隙間をうめるようにして絶縁性部材９０を挿入する。また、絶縁性部材９０の挿入後、端子取出し部４０，５０におけるかしめ形成予定部４２，５２の外周面の所定位置においてかしめを形成する（端子取出し部４０については図２における４２ａ）。このかしめは典型的にはローリングかしめ（ロータリーかしめ）であり、該かしめ形成予定部４２，５２の周方向に沿って、所定幅で外側から凹ます（潰す）ことにより行われる。かしめ径やかしめる強さについては、かしめ形成予定部４２，５２や絶縁性部材９０の材質や径寸法に応じて適宜変えればよい。なお、上記電極端子６４，７４を端子取出し部４０，５０に挿通することと、上記絶縁性部材９０を端子取出し部４０，５０に挿通することは、どちらを先に行ってもよく、特に制限されない。上記絶縁性部材９０の端子取出し部４０，５０への挿入が、各端子６４，７４の挿入よりも先になる場合も、上記電極体８０と上記端子６４，７４との接続は、該端子６４，７４の挿通後が好ましい。また、上記電極端子６４，７４をかしめ形成予定部４２，５２に挿通してかしめておき、その後、かかるかしめ形成予定部４２，５２を蓋本体３０に接合するという順番で行ってもよい。
また、絶縁性部材９０に高強度の樹脂材料、かしめ形成予定部４２，５２に高強度の金属材料を採用すると、上記のようなかしめを施すことにより端子取出し部４０，５０の内周面と、絶縁性部材９０と、各電極端子６４，７４との間のそれぞれに生じ得る隙間が完全に閉塞されるので、上記端子取出し部４０，５０は十分に信頼性の高い密閉構造を有し得る。

端子取出し部４０の構造、及び正極端子６４を端子取出し部４０に固定する形態の別の態様として、図３〜５に示されるような構成のかしめ形成予定部４３〜４５を用いた「かしめ」を採用することができる。
例えば、図３に示されるような態様においては、内径が同じで外径が異なる二つの円筒体を同軸方向に連結させたような形状のかしめ形成予定部４３（端子取出し部４０）が用いられる。このうち小さい径の円筒体側を被かしめ部４３ｂとする。かしめ形成予定部４３を蓋本体３０に接合するには、上記被かしめ部４３ｂの外径寸法を、蓋本体３０に設けられた端子挿通用の孔の孔径とほぼ一致させ、該被かしめ部４３ｂを上記孔に挿通させる。そして、上記蓋本体３０から（下側に）突出した部分の被かしめ部４３ｂを放射状に（外側に）倒すように折り曲げて、蓋本体３０の裏面（電池容器１０の開口部１２に対向する側の面）に着接させる。このことにより、かしめ形成予定部４３は蓋本体３０に取り付けられる（接合される）。このように、かしめ形成予定部４３の蓋本体３０の裏面から突出した部分（被かしめ部４３ｂ）を曲げ倒すような態様のかしめも、蓋本体３０と端子取出し部４０との接合形態として好ましく採用できる。
本態様において、正極端子６４を上記かしめ形成予定部４３に固定する際は、上記かしめ形成予定部４２と同様に、正極端子６４と絶縁性部材９０とを挿通させたかしめ形成予定部４３の外周面の所定位置（図３における４３ａ）にかしめを形成する。このような態様では、正極端子６４はその軸方向と直交する径方向に向けてかしめられることとなる。なお、この態様で接合する場合には、蓋本体３０に凸部３４を設けなくてもよい。

また、図４に示されるような態様では、上述のかしめ形成予定部４２よりも高さ方向が長い略円筒体形状のかしめ形成予定部４４（端子取出し部４０）が用いられる。このかしめ形成予定部４４を、上記端子挿通用の孔よりも大きな孔径で蓋本体３０に形成された孔に嵌め込む。そして、該かしめ形成予定部４４の外周面の所定部分（図４では、該外周面に周回するように形成された鍔部の端面４４ｂ）と、上記蓋本体３０に形成された孔の内壁面との互いの接触面を溶接（例えばレーザー溶接）等により接合する。このようにして、蓋本体３０にかしめ形成予定部４４が取り付けられる。
本態様において、正極端子６４をかしめ形成予定部４４に固定する際は、上記かしめ形成予定部４２と同様に、正極端子６４と絶縁性部材９０とを挿通させたかしめ形成予定部４４の外周面の所定位置（図４における４４ａ）にかしめを形成する。この態様においても、正極端子６４はその軸方向と直交する径方向に向けてかしめられることとなる。なお、蓋本体３０に凸部３４を設ける必要はない。

さらに、図５に示されるような態様では、円筒体形状のかしめ形成予定部４５（端子取出し部４０）が用いられる。このかしめ形成予定部４５を、蓋本体３０に形成された孔であって上記端子挿通用の孔よりも大きく上記かしめ形成予定部４５の外径に対応する孔径の孔に嵌め込む。そして、該かしめ形成予定部４５の外周面の所定部分（図５における外周面部４５ｂ）と、蓋本体３０に形成された上記孔の内壁面との互いの接触面を溶接（例えばレーザー溶接）等により接合することにより、かしめ形成予定部４５を蓋本体３０に取り付ける。
本態様において、正極端子６４をかしめ形成予定部４５に固定する際は、正極端子６４と該端子６４の周囲に配置された円筒状の合成樹脂製絶縁性部材９１とを挿通させたかしめ形成予定部４５において、その挿通孔の周囲部分（即ち、図５に示すかしめ形成予定部４５の上端面と下端面における上記挿通孔の周囲部分）４５ａを上記正極端子６４の軸方向に沿ってプレス等により加圧する（かしめる）。このことにより、当該周囲部分（即ちかしめ形成予定部４５の一部）４５ａは上記挿通孔の内径方向に塑性変形されて上記挿通孔の内壁面に張り出し、この張り出し部分４５ｃが上記絶縁性部材９１を介して正極端子６４を上記内径方向に押圧する。このようにして、正極端子６４はかしめ形成予定部４５に固定される。この態様においては、正極端子６４は、その軸方向に沿う方向にかしめ形成予定部４５の一部を加圧することにより、その径方向に向けてかしめられることとなる。なお、正極端子６４をかしめ形成予定部４５に固定してから、その後、かかるかしめ形成予定部４５を蓋本体３０に接合するという順番で行ってもよい。

以上のように、正極端子６４を端子取出し部４０に固定する態様として、図２〜図４に示される態様のような、かしめ形成予定部４２（又は４３，４４）の外周面に向けて内径方向にかしめて正極端子６４を固定する態様のみに限られず、上記図５に示される態様のように、かしめ形成予定部４５の上端面と下端面を上記正極端子６４の軸方向に加圧して（かしめて）正極端子６４を固定する態様であってもよい。
以上、正極６０側の端子取出し部４０を対象にして説明したが、負極７０側の端子取出し部５０についても同様である。

次に、端子取出し部４０，５０に各電極端子６４，７４をかしめにより固定した後、上記端子６４，７４のそれぞれに電極体８０の正極集電部６２及び負極集電部７２を対応させて接続し、上記各端子６４，７４を介して蓋本体３０に電極体８０を取り付ける。なお、電極体８０と電極端子６４，７４との接続は、棒状の電極端子６４，７４の軸方向（長手方向）が、電極体８０の軸方向とほぼ直交するように実施されることが好ましい。このような配置で接続することにより、各電極端子６４，７４を上記端子取出し部４０，５０に挿通させたときに、電極体８０の軸方向は蓋本体３０の長手方向（即ち電池容器１０の幅方向Ｐと平行になる。

上記各電極端子６４，７４を介して蓋体２０（における端子取出し部４０，５０）に固定された電極体８０を、所定の液状電解質と共に電池容器１０に収容する。当該電解質については、事前に電極体８０を該電解質に浸漬させておき、セパレータ８２を介して十分に電極体８０内に含浸させておいてもよい。
最後に、上記蓋体２０で電池容器１０の開口部１２を閉じる。そして、該開口部１２の周縁部１４と上記蓋体２０の蓋本体３０における周縁部３２とを種々の接合方法により接合し、電池容器１０を密閉する。接合される上記周縁部３２と上記開口周縁部１４とは共に同じ材質（純度が高く柔らかいアルミニウム合金材料）であるので、以下に示す接合方法により容易に両者を接合することができる。上記接合方法として好ましくは、例えば二重巻き締めによる方法、ローリングかしめによる方法、又はレーザービーム溶接による方法等が挙げられる。
以上より、本実施形態に係る密閉型電池１００は、電池容器１０の開口部１２の周縁部１４と蓋体２０における蓋本体３０の周縁部３２とを容易に接合することができ、且つ、上記蓋本体３０に設けられ各電極端子６４，７４がそれぞれ挿通した状態で固定されている各端子取出し部４０，５０に生じ得る隙間を確実に閉塞して電池容器１０の高い密閉性を維持できる。即ち、上記電池１００は両者を高い次元で両立することができる。

以下の実施例によって、本発明を更に詳しく説明するが、本発明の構成をかかる実施例として挙げたものに限定することを意図したものではない。

本実施例では、蓋体における蓋本体に端子取出し部を形成し、端子取出し部における密閉構造の密閉性の効果をヘリウムリーク試験により評価した。以下にその手順を示す。
＜蓋本体への端子取出し部の形成＞
まず、厚さ１ｍｍ、縦（奥行方向）１３ｍｍ、横（幅方向）１１０ｍｍのアルミニウム合金（Ａ１０５０）製の板体（蓋本体）を用意し、プレス加工により所定位置を穿孔して端子挿通用の孔を形成するとともに、高さ１ｍｍ、外径８ｍｍ、内径４ｍｍ程度の円筒状の凸部を形成した。
高さ５ｍｍ、外径８ｍｍ、内径４ｍｍ程度のアルミニウム合金（Ａ５０５２）製の円筒体（かしめ形成予定部）を用意した。この円筒体の軸方向の一端面を上記凸部の上端面に合わせ、両方の面を摩擦接合（固相接合）により接合して上記凸部上にかしめ形成予定部を形成した。これにより、蓋本体に円筒状の端子取出し部が形成された。
次に、絶縁性部材を用意した。この絶縁性部材として、ＰＦＡ，ＰＰＳ，ＰＥＥＫ等の高強度の絶縁性樹脂材料からなり、端子取出し部の内周面に接する円筒部分と、かしめ形成予定部の上端面（上記凸部と接合し端面とは反対側の端面）を覆い得るフランジ部分とからなる構成（形状）である部材を使用した。
上記絶縁性部材を端子取出し部（における軸心部分に形成されている端子挿通用の空間）に挿入した。次いで、Ａ１０５０のアルミニウム合金材料からなる２ｍｍ〜３ｍｍ程度の径の棒状の正極端子を、更に上記絶縁性部材の軸心部分に形成されている端子挿通用の空間に挿通した。
上記正極端子を挿通した状態で、上記かしめ形成予定部における高さ方向の中央部分付近にかしめ径２ｍｍのロータリーかしめを行い、上記正極端子を端子取出し部に固定した。
このようにして、蓋本体に正極端子が固定された状態にある正極側の端子取出し部を作製した。
また、比較例として、上記かしめ形成予定部の構成材料をＡ５０５２からＡ１０５０に変更した。それ以外は上記と全く同様にして正極端子取出し部を作製した。

＜リーク試験評価＞
上記のようにして作製された実施例及び比較例それぞれに係る正極端子取出し部における初期リーク試験を行った。即ち、作製したばかりの上記端子取出し部に対して、従来公知のヘリウムリークテスト（ＪＩＳ Ｚ ２３３１）における真空法により実施した。この結果を表１に示す。

＜冷熱試験後のリーク試験評価＞
次に、上記各端子取出し部に対して冷熱試験（冷熱衝撃試験）を実施し、当該試験後のリーク量を評価した。
冷熱試験は、市販の冷熱衝撃試験器を使用し、上記端子取出し部に対して低温（−４０℃）及び高温（６０℃）の熱衝撃をそれぞれ２時間ずつ交互に繰り返し与え、１００サイクル実施した。この冷熱試験後に、初期リーク試験と同様のリーク試験を行った。この結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例、即ち高強度材料であるＡ５０５２製のかしめ形成予定部を備えた正極側端子取出し部では、冷熱試験後もリーク量は初期と変わらず、高い密閉性が確認された。一方、比較例、即ち低強度（柔らかい）材料であるＡ１０５０製のかしめ形成予定部を備えた正極端子取出し部では、冷熱試験実施後、リーク量は初期値に比べて１０^４倍以上も上昇し、密閉性が大きく低下することが確認された。
以上により、端子取出し部におけるかしめ形成予定部に高強度の材料を用いることにより、かしめが端子取出し部に生じ得る隙間を効果的に閉塞し、且つその効果は熱衝撃等の負荷にもかかわらず、十分に発揮されることがわかった。

上記実施例からも明らかなように、本発明によると、電極端子を挿通して蓋体から突出させた状態で該蓋体に固定する端子取出し部を閉塞し、結果、電池容器の高い密閉性を長期に亘り維持することができる。また、電池容器の開口周縁部と蓋体の周縁部とを容易に接合することもできる。したがって、本発明によると、上記密閉性と上記接合性とを高い次元で両立し得る密閉型電池を提供することができる。
したがって、本発明の密閉型電池は、特に自動車等の車両に搭載される車両搭載用電源として好適である。例えば、図６に示すように、本発明によって上記のように説明した構成の密閉型電池１００を電源として備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

本実施形態に係る密閉型電池の構成を模式的に示す断面図である。 図１の二点鎖線ＩＩで囲んだ部分を拡大して示す模式的な断面図である。 正極端子を端子取出し部に固定する形態の別の一態様を模式的に説明する断面図である。 正極端子を端子取出し部に固定する形態の別の一態様を模式的に説明する断面図である。 正極端子を端子取出し部に固定する形態の別の一態様を模式的に説明する断面図である。 本実施形態に係る密閉型電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 車両
１０ 電池容器
１２ 開口部
１４ 開口周縁部
２０ 蓋体
３０ 蓋本体
３２ 周縁部
３４ 凸部
３４ａ 上端面
４０，５０ 端子取出し部
４２，５２ かしめ形成予定部
４２ａ かしめ部
６０ 正極
６２ 正極集電部
６４ 正極端子
７０ 負極
７２ 負極集電部
７４ 負極端子
８０ 電極体
８２ セパレータ
９０ 絶縁性部材
１００ 密閉型電池

Claims (7)

1. 電池容器と、
   該電池容器の開口部に取り付けられる蓋体と、
   該蓋体に設けられ、電極端子が挿通した状態で固定される端子取出し部と、
   を備える密閉型電池であって、
   前記電池容器は、前記開口部の周縁部と前記蓋体の周縁部とが接合されることにより、且つ、
   前記蓋体の端子取出し部を挿通した前記電極端子を該端子取出し部でかしめることにより密閉されており、
   ここで前記端子取出し部のうち少なくとも前記かしめを形成する部分は、前記蓋体の前記電池容器と接合された部分よりも高強度の金属材料により構成されており、該高強度の金属材料により構成されている部分の一部を、前記電極端子が挿通された状態で、外側から凹ますことによって前記かしめが形成されている、密閉型電池。
2. 前記端子取出し部のうち少なくとも前記かしめを形成する部分は、前記蓋体におけるそれ以外の部分とは互いに硬度が異なるアルミニウム合金材料により構成されている、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記端子取出し部のうち少なくとも前記かしめを形成する部分は、前記蓋体におけるそれ以外の部分とは互いに添加元素の組成が異なるアルミニウム合金材料により構成されている、請求項１又は２に記載の密閉型電池。
4. 前記電池容器は、前記蓋体における前記端子取出し部以外の部分と同じ金属材料により構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池。
5. 前記端子取出し部と前記電極端子との間には絶縁性部材が配置されており、前記電極端子は当該絶縁性部材を介してかしめられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の密閉型電池。
6. 前記端子取出し部のうち少なくとも前記かしめを形成する部分と前記蓋体におけるそれ以外の部分とは、固相接合により接合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の密閉型電池。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の密閉型電池を備える車両。

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