JP4986678B2

JP4986678B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP4986678B2
Application number: JP2007087817A
Authority: JP
Inventors: 健二南坂; 康弘山内; 直哉中西; 俊之能間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008251213A

Description

本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは、密閉型電池の液漏れの発生を抑制する技術に関する。

近年、非水電解液二次電池は、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の小型機器のみならず、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動電源として用いられるようになっている。

このような用途に用いられる電池においては、高出力が要求されるので、図１２に示すように、複数の電池が直列に接続されるが、非水電解液二次電池の非水溶媒には、可燃性の材料が使用されているため、液漏れに対する高い信頼性が要求される。また、その用途の特性上、耐衝撃性や耐振動性に優れることが要求される。

従来、このような非水電解質二次電池の電極外部端子１は、製造や加工が容易であることから、電池高さ方向に垂直な断面が、真円形状であるものが用いられてきた。しかし、個々の電池の電極外部端子の位置ずれや、直列接続後に受ける衝撃等によって電極外部端子が回転し、電極外部端子とこれを固定するガスケットとの間に隙間が生じて、液漏れが発生しやすいという問題があった。

非水電解質二次電池に関する技術としては、下記特許文献１〜６が挙げられる。

実開昭60-130561号公報実開平2-54162号公報特開2003-132873号公報特開2003-173767号公報特開平10-340709号公報特開平9-153351号公報

特許文献１は、柱状部と、柱状部の一端に設けられた鍔状部と、鍔状部上に柱状部をとりまくように設けられた環状凸部とを有する電極外部端子の柱状部を、樹脂体の電極外部端子取付部に設けた貫通孔に挿入し、柱状部を変形させるとともに、環状凸部を樹脂体中に圧入して装着する技術である。この技術によると、電極外部端子部分のシール性が向上するとされる。

しかし、この技術では、振動や衝撃によって電極外部端子が回転した場合に、樹脂体と電極外部端子との間に隙間が生じて、液漏れが生じるという問題があった。

特許文献２は、外装缶と、外装缶の開口縁に結合固着される金属蓋と、金属蓋に設けた透孔に絶縁パッキングを介して固着される端子と、を備え、金属蓋の上下面の少なくとも一方の面には透孔の周縁に非円形状の凹部を形成し、該凹部内に位置する絶縁パッキングの延長部が凹部内において回転不能な形状とする技術である。この技術によると、絶縁パッキングと金属蓋との密閉性に優れた電池が得られるとされる。

特許文献３は、二次電池セルの正負極端子に接続される接続板とバイパススイッチとを、２個以上の結合部材で結合する組電池に関する技術である。この技術によると、正負極端子部において開放故障が起きても、組電池全体の開放故障を防止できるとされる。

しかし、この技術では、振動や衝撃によって電極外部端子が回転した場合の液漏れに関する考慮がなされていない。

特許文献４は、電極導出ピンのフランジ部の絶縁性部材面との接触面に、凸部を形成する技術である。この技術によると、密閉性に優れた電池が得られるとされる。

特許文献５は、発電要素を角柱状の電池缶に収納し、電極ヘッダによって封口した角型電池において、電極ヘッダに金属板の上面に形成した凹部に導電接続用端子の貫通孔を設け、凹部の上面および下面に金属板と導電接続用端子の間を絶縁する絶縁板を設けて導電接続用端子をかしめて導電接続用端子と金属板とを固着することによって電極ヘッダを形成し、導電接続用端子には発電要素の一方の電極板と導電接続し、電極ヘッダの上面が電池缶の上端部と同一平面となる位置で電池缶に固着して封口する技術である。この技術によると、体積効率が高く、密閉性に優れた電池が得られるとされる。

特許文献６は、外部絶縁ガスケットと内部絶縁ガスケットのうち少なくとも一方の絶縁ガスケットに対応する他極性端子ピンの鍔部又は金属ワッシャに、絶縁ガスケットを押圧する環状の第１突起と、この第１突起の外側に位置し上記絶縁ガスケットの外周端を押圧する第２突起とを形成する技術である。この技術によると、電解液の液漏れを抑制し得た電池が得られるとされる。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、振動や衝撃が加わった場合においても、液漏れのおそれのない密閉型電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、少なくとも鍔部（１ｂ）と柱状挿入部（１ａ）とを有する電極外部端子（１）と、前記柱状挿入部（１ａ）が挿入される貫通孔（２ａ）の設けられた絶縁ガスケット（２）と、前記柱状挿入部（１ａ）が挿入される貫通孔（３ａ）の設けられた封口板（３）と、を有し、前記電極外部端子の柱状挿入部（１ａ）が前記２つの貫通孔（２ａ・３ａ）に連通され、絶縁ガスケット（２）を介して前記封口板（３）に固定された密閉型電池であって、前記柱状挿入部の鍔部（１ｂ）には、前記絶縁ガスケット（２）に当接する面に前記柱状挿入部（１ａ）を取り巻く非真円形の環状第１突起部（１ｃ）が形成され、前記封口板（３）には、前記鍔部（１ｂ）と対向する面に前記貫通孔（３ａ）を取り巻く非真円形の環状第２突起部（３ｂ）が形成されており、前記封口板（３）に対し垂直な方向から前記密閉型電池を透視したとき、前記環状第１突起部（１ｃ）と前記環状第２突起部（３ｂ）とは重ならないことを特徴とする。

この構成によると、環状第１突起部１ｃと環状第２突起部３ｂとにより、絶縁ガスケットが圧縮されるので、電極外部端子と絶縁ガスケットとの密閉性が高まる。また、環状第１突起部１ｃ及び環状第２突起部３ｂが共に非真円形状であるため、これらの環状突起部に沿って電極外部端子１が回転することができない。また、封口板３に対し垂直な方向から密閉型電池を透視したとき、環状第１突起部１ｃと環状第２突起部３ｂとが重ならないため、環状第１突起部１ｃと環状第２突起部３ｂとがそれぞれ独立して、電極外部端子の回転を抑制するように作用する。よって、電極外部端子１の回転による液漏れを防止し得た電池が得られる。

上記構成において、前記環状第１突起部（１ｃ）が、楕円形状、トラック形状又は角丸長方形状に形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記環状第２突起部（３ｂ）が、楕円形状、トラック形状、又は角丸長方形状に形成されている構成とすることができる。

これらの構成によると、より効果的に環状第１突起部１ｃや環状第２突起部３ｂが電極外部端子１の回転を抑制できる。

上記構成において、前記環状第１突起部（１ｃ）が前記環状第２突起部（３ｂ）よりも外周側に位置し、前記環状第２突起部（１ｃ）の長軸方向長さをＸ２、短軸方向長さをＹ２、前記環状第１突起部１ｃと前記環状第２突起部３ｂの距離をＡとしたとき、Ａ＜（Ｘ２−Ｙ２）／２が成立する構成とすることができる。

上記構成において、前記環状第２突起部（３ｂ）が前記環状第１突起部（１ｃ）よりも外周側に位置し、前記環状第１突起部（１ｃ）の長軸方向長さをＸ１、短軸方向長さをＹ１とし、前記環状第１突起部１ｃと前記環状第２突起部３ｂの距離をＡとしたとき、Ａ＜（Ｘ１−Ｙ１）／２が成立する構成とすることができる。

これらの構成によると、仮に電極外部端子が回転した場合においても、環状第１突起部１ｃと環状第２突起部３ｂとが重なることがない。このため、電極外部端子１の更なる回転が抑制される。

上記構成において、前記絶縁ガスケットの厚みをＷ（ｍｍ）としたとき、前記環状第１突起部（１ｃ）及び前記環状第２突起部（３ｂ）の高さが、０．２Ｗ〜０．７Ｗである構成とすることができる。

環状第１突起部１ｃ及び環状第２突起部３ｂによる効果を十分に得るためには、これらの環状突起部の高さを０．２Ｗ以上とすることが好ましい。他方、突起部の高さを高くしすぎると、絶縁ガスケットに加えられる力が大きくなりすぎ、端子の変形を招くおそれがあるので、これらの環状突起部の高さを０．７Ｗ以下とすることが好ましい。

以上説明したように、本発明によると、液漏れのない電池組み込みタイプの電極外部端子を備えた密閉型電池を実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１は本実施の形態にかかる電池の斜視図であり、図２は本実施の形態にかかる電池に用いる電極外部端子の構造を示す図であり、図３は本実施の形態にかかる電池に用いる封口板の端子固定部分の構造を示す図であり、図４は本実施の形態にかかる電池の要部解体斜視図であり、図５は本実施の形態にかかる電池の要部拡大断面図であり、図６は本実施の形態にかかる電池の端子固定部分の平面透視図である。

本実施の形態にかかる電池は、図１に示すように、正負極が渦巻状に巻回されてなる渦巻電極体（図示せず）及び非水電解質が外装缶１０内に収容されており、外装缶１０の開口部が封口板３により封口されている。また、封口板３から正負電極外部端子１がそれぞれ突出した構造である。

図２に示すように、電極外部端子１は、柱状挿入部１ａと、鍔部１ｂと、を備えている。また、鍔部１ｂの下面に、柱状挿入部１ａを取り巻く楕円形状の環状第１突起部１ｃが形成されている。絶縁ガスケットの厚みをＷ（ｍｍ）としたとき、環状第１突起部１ｃの高さは０．４Ｗである。

図３に示すように、封口板３には、貫通孔３ａと、絶縁ガスケットを嵌め込む凹部と、が設けられている。また、当該凹部の上面に、貫通孔３ａを取り巻く楕円状の環状第２突起部３ｂが設けられている。環状第２突起部３ｂの高さは０．４Ｗである。

図４、図５に示すように、電極外部端子１の柱状挿入部１ａが、絶縁ガスケット２、封口板３、絶縁板４、集電板５にそれぞれ設けられた貫通孔２ａ，３ａ，４ａ，５ａに挿入され、かしめ固定により、電極外部端子１の柱状挿入部１ａが封口板３に固定されている。

図６に示すように、上記環状第１突起部１ｃと上記環状第２突起部３ｂとは、互いに重なり合わない位置に配置されている（環状第１突起部１ｃが外周に位置し、環状第２突起部３ｂが内周に位置する）。また、環状第１突起部１ｃの長軸方向長さをＸ１、短軸方向長さをＹ１、環状第２突起部３ｂの長軸方向長さをＸ２、短軸方向長さをＹ２、上記環状第１突起部１ｃと上記環状第２突起部３ｂの距離をＡとしたとき、Ａ＜（Ｘ２−Ｙ２）／２が成立するように形成されている。

絶縁ガスケットや絶縁板の構成材用としては、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体等を用いることができる。また、電極外部端子、封口板、外装缶の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレススチール、銅、銅合金、ニッケル等を用いることができる。

次に、本発明電池の組み立て方法を、図４を用いて説明する。まず、公知の方法で渦巻電極体を作製する。このとき、正極集電板が一方の端部から、負極集電板が他方の端部から突出するように配置する。

次に、封口板３の電池の外面になる側から、ポリエーテルエーテルケトンからなる絶縁ガスケット２とアルミニウムからなる電極外部端子１とを、電池の内面になる側からポリエーテルエーテルケトンからなる絶縁板４とアルミニウムからなる封口体リード５とを重ね合わせる。電極外部端子１の挿入部１ａは絶縁ガスケット２、封口板３、絶縁板４、集電板５の貫通孔２ａ，３ａ，４ａ，５ａを貫通する様になる。

電極外部端子１の柱状挿入部１ａの先端部分と鍔部１ｂの双方からガスケット２、絶縁板４が所定の圧縮率を得られるまで垂直方向（上下方向）より圧縮し（かしめ加工）、固定する（図５参照）。

この構造の本実施の形態にかかる電池について、電極外部端子１に回転力を作用させ、電極外部端子１が回転を開始するのに必要なトルクを調べた。これとともに、環状第１突起部及び環状第２突起部が形成されていないもの（比較例１）と、環状第１突起部が形成されていないもの（比較例２）と、環状第２突起部が形成されていないもの（比較例３）と、環状第１突起部及び環状第２突起部の形状が真円形状であるもの（比較例４）と、を試作し、これについても同様に試験を行った。この結果、本発明電池は、比較例１に比べて３．０倍以上、比較例２に比べて２．０倍以上、比較例３に比べて２．０倍以上、比較例４に比べて１．５倍以上のトルクが必要であった。このことから、本実施の形態にかかる電池は、従来の電池よりも電極外部端子１が回転しにくく、電極外部端子の回転による液漏れの危険性が極めて低いことがわかる。

〔実施の形態２〕
図７は本実施の形態にかかる電池に用いる電極外部端子の構造を示す図であり、図８は本実施の形態にかかる電池に用いる封口板の端子固定部分の構造を示す図であり、図９は本実施の形態にかかる電池の要部拡大断面図であり、図１０は本実施の形態にかかる電池の端子固定部分の平面透視図である。

本実施の形態は、図１０に示すように、環状第１突起部１ｃが内周に位置し、環状第２突起部３ｂが外周に位置し、環状第１突起部１ｃの長軸方向長さをＸ１、短軸方向長さをＹ１、環状第２突起部３ｂの長軸方向長さをＸ２、短軸方向長さをＹ２、上記環状第１突起部１ｃと上記環状第２突起部３ｂの距離をＡとしたとき、Ａ＜（Ｘ１−Ｙ１）／２が成立すること以外は、上記実施の形態１と同様である。

なお、上記実施の形態では、図２に示すような楕円形状の環状第１突起部を設けたが、図１１（ａ）に示すような角丸長方形、図１１（ｂ）に示すようなトラック形状、図１１（ｃ）に示すような多角形、図１１（ｄ）に示すような不定形であってもよい。また、環状第２突起部についても同様に、角丸長方形、トラック形状、多角形、不定形とすることができる。

以上説明したように、本発明によると、液漏れの生じ難い密閉型電池を実現できるので、産業上の意義は大きい。

図１は、実施の形態１にかかる電池の斜視図である。図２は、実施の形態１にかかる電極外部端子を示す図であって、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は底面図である。図３は、実施の形態１にかかる封口板の端子固定部分を示す図であって、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。図４は、実施の形態１にかかる電池の要部解体斜視図である。図５は、実施の形態１にかかる電池の要部拡大断面図である。図６は、実施の形態１にかかる電池の端子固定部分の平面透視図である。図７は、実施の形態２にかかる電極外部端子を示す図であって、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は底面図である。図８は、実施の形態２にかかる封口板の端子固定部分を示す図であって、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は平面図である。図９は、実施の形態２にかかる電池の要部拡大断面図である。図１０は、実施の形態２にかかる電池の端子固定部分の平面透視図である。図１１は、電極外部端子の変形例を示す底面図である。図１２は、電池を複数（３個）直列に接続した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１電極外部端子
１ａ挿入部
１ｂ鍔部
１ｃ環状第１突起部
２絶縁ガスケット
３封口板
３ａ貫通孔
３ｂ環状第２突起部
４絶縁板
５集電板
１０外装缶

Claims

少なくとも鍔部（１ｂ）と柱状挿入部（１ａ）とを有する電極外部端子（１）と、
前記柱状挿入部（１ａ）が挿入される貫通孔（２ａ）の設けられた絶縁ガスケット（２）と、
前記柱状挿入部（１ａ）が挿入される貫通孔（３ａ）の設けられた封口板（３）と、を有し、
前記電極外部端子の柱状挿入部（１ａ）が前記２つの貫通孔（２ａ・３ａ）に連通され、絶縁ガスケット（２）を介して前記封口板（３）に固定された密閉型電池であって、
前記柱状挿入部の鍔部（１ｂ）には、前記絶縁ガスケット（２）に当接する面に前記柱状挿入部（１ａ）を取り巻く非真円形の環状第１突起部（１ｃ）が形成され、
前記封口板（３）には、前記鍔部（１ｂ）と対向する面に前記貫通孔（３ａ）を取り巻く非真円形の環状第２突起部（３ｂ）が形成されており、
前記封口板（３）に対し垂直な方向から前記密閉型電池を透視したとき、前記環状第１突起部（１ｃ）と前記環状第２突起部（３ｂ）とは重ならない、
ことを特徴とする密閉型電池。
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記環状第１突起部（１ｃ）が、楕円形状、トラック形状又は角丸長方形状に形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記環状第２突起部（３ｂ）が、楕円形状、トラック形状、又は角丸長方形状に形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記環状第１突起部（１ｃ）が前記環状第２突起部（３ｂ）よりも外周側に位置し、前記環状第１突起部（１ｃ）と前記環状第２突起部（３ｂ）の距離をＡ、
前記環状第２突起部（１ｃ）の長軸方向長さをＸ２、短軸方向長さをＹ２としたとき、
Ａ＜（Ｘ２−Ｙ２）／２が成立する、
ことを特徴とする密閉型電池。
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記環状第２突起部（３ｂ）が前記環状第１突起部（１ｃ）よりも外周側に位置し、前記環状第２突起部（３ｂ）と前記環状第１突起部（１ｃ）の距離をＡ
前記環状第１突起部（１ｃ）の長軸方向長さをＸ１、短軸方向長さをＹ１としたとき、
Ａ＜（Ｘ１−Ｙ１）／２が成立する、
ことを特徴とする密閉型電池。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池において、前記絶縁ガスケットの厚みをＷ（ｍｍ）とするとき、
前記環状第１突起部（１ｃ）及び前記環状第２突起部（３ｂ）の高さが、０．２Ｗ〜０．７Ｗである、
ことを特徴とする密閉型電池。