JP5206797B2 - 電池とその電池を搭載した車両および機器 - Google Patents

Description

本発明は，電池ケースから正負の外部端子を外部に突出させた状態で，電極体群を内部に封入して密封した電池に関する。さらに詳細には，外部端子に導通される端子リベットが電池ケースにカシメられて固定されている電池とその電池を搭載した車両および機器に関するものである。

従来より，電極体群をケースの内部に密封した密封型の電池が使用されている。電極体群には，正負の電極板や電解液等が含まれている。そして，正負の電極板にそれぞれ接続された正負の外部端子は，ケースの貫通穴等を介して，外部へ突出するようにされている。この電極端子は，例えば，リベット状の部材をカシメることによって，ケースの貫通穴に固定されている。このリベット部材の台座部とケースとの間には，内部の密閉性のために，通常，シール部材が設けられている。

例えば，特許文献１には，リベット部材の台座部とケース（ここでは蓋体）との間に，ガスケットが挟み込まれている電極構成が提案されている。また例えば，特許文献２には，座面に凸部を形成してその凸部をシール材に食い込ませる構造が記載されている。これにより，シール性を向上させることができるとされている。さらに，特許文献３には，シール部材に環状の凸部を形成した電極構造が記載されている。この文献では，その凸部が圧縮されることで確実にシールされるとされている。

特開２００８−１９２５５２号公報 特開２００３−１７３７６７号公報 特開２００６−２１６４１１号公報

しかしながら，前記した特許文献１に記載の構成では，リベット部材の台座部，ガスケット，蓋体のそれぞれ互いに圧接される面は，いずれも平面状である。そのため，通常であれば長期的に正常なシール性が保持される。しかし，万一，リベット部材の製造時にその台座部にくぼみや歪みができてしまった場合には，長年の間にシール性が低下するおそれがある。

また，特許文献２または特許文献３に記載されている構成では，シール部材の特定の箇所に応力の集中が生じる。そのため，経年変化によって，シール部材にヒビや割れが生じるおそれがある。従って，短期的には確実なシール性が得られるものの，長期にわたってのシール性の確保には不安要素があるという問題点があった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，長期にわたって確実なシール性を維持できる電極端子の構成を有する電池とその電池を搭載した車両および機器を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における電池は，電池ケースと，電池ケースの内部に密封された電極体群と，電極体群の電極体に導通し，電池ケースの外部に露出する外部端子とを有する電池であって，柱状のリベット部と，リベット部の基端側に設けられた台座部と，電極体群の電極体に接続される集電部とを備え，台座部におけるリベット部側の面には，リベット部に近づくほど高い傾斜座面が，リベット部のまわりに全周にわたって形成されている端子リベットと，環状の弾性部材と，弾性部材より高硬度であるとともに，弾性部材の外径より大径で，かつ，傾斜座面の外径より小径の第１穴が形成された硬質部材とを有し，電池ケースには，リベット部を通す第２穴が形成されており，端子リベットは，台座部および集電部が電池ケースの内部に位置するとともに，リベット部が第２穴を貫通して電池ケースの外部に突出するように配置されており，硬質部材は，弾性部材が第１穴の中に位置するように配置されるとともに，台座部と電池ケースとの間に挟み付けられており，リベット部がカシメられることで，外部端子が，電池ケースに固定されるとともに端子リベットと導通しており，弾性部材が，台座部と電池ケースとの間で厚さ方向に圧縮されているものである。

本発明の一態様おける電池によれば，端子リベットの台座部に，内側ほど高い傾斜座面が形成されている。そして，弾性部材は，硬質部材より内側で台座部と電池ケースとの間に挟み付けられている。すなわち，弾性部材は，硬質部材よりも厚さ方向に狭い箇所に配置されているので，その全体にわたって圧縮されている。さらに，傾斜座面であることから，その圧縮量は内側へ向かって滑らかに大きくなる。従って，台座部の座面に多少の変形や傾きが生じていたとしても，全体としてのシール性は良好に保持される。しかも，弾性部材に対して応力の集中が生じる箇所はないので，長期間にわたって，そのシール性は確実に維持できる。

さらに本発明の上述の態様では，傾斜座面における第１穴の縁辺に接する部位と傾斜座面の最も内側との高さの差が，０．００１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが望ましい。
弾性部材の圧縮される程度がこの程度であれば，十分な密閉性を維持できるとともに，弾性が失われるほどまで変形されるおそれはない。

さらに，本発明の他の態様は，電力の供給を受けて車輪を回転駆動するモータと，モータに電力を供給する電源部とを有し，電源部に，上記の二次電池が含まれている車両である。
さらに，本発明の他の態様は，電力の供給を受けて動作する動作部と，動作部に電力を供給する電源部とを有し，電源部に，上記の二次電池が含まれている機器である。

本発明の上述の態様における電池とその電池を搭載した車両および機器によれば，長期にわたって確実なシール性を維持できる電極端子の構成を有している。

本形態に係る二次電池を示す部分断面図である。 本形態のカシメ部を示す分解斜視図である。 カシメ部の端面図である。 二次電池を搭載した車両の例を示す説明図である。 二次電池を搭載したハンマードリルの例を示す説明図である。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，本発明を扁平型のリチウムイオン二次電池に適用したものである。

本形態の二次電池１０は，図１に示すように，電池ケース１１に発電要素１６が収納されて密封されているものである。電池ケース１１は，一面が開口した箱状の本体１３とその一面を封口する封口板１２とを有している。また，封口板１２の図中上部には，それぞれ外部電極端子である正極端子１４と負極端子１５とが突出して取り付けられている。これらの正極端子１４と負極端子１５とは，発電要素１６に含まれる正負の電極板等にそれぞれ接続されている。

本形態の正極端子１４と封口板１２との取り付け箇所について，図２を参照して説明する。図２は，正極端子１４の取り付け前の状態を分解して示す図である。なお，負極端子１５の取り付け箇所は，正極端子１４のものとほぼ左右対称となっている。正極端子１４は，図２に示すように，階段状の金属部材である外部端子２１を用いて，封口板１２に取り付けられている。そして，この外部端子２１は，絶縁ガスケット２２，絶縁スペーサ２３，シールガスケット２４とともに，端子リベット３１によって封口板１２に固定されている。

正極端子１４は，図２に示すように，外部に突出するボルト部１４ａと，ボルト部１４ａより大径の台座部１４ｂとを有するものである。外部端子２１は，階段状に一体的に形成された上段部２１ａと下段部２１ｂとを有するものである。上段部２１ａには，正極端子１４のボルト部１４ａを貫通させる貫通穴２１ｃが形成されている。下段部２１ｂには，端子リベット３１を貫通させる貫通穴２１ｄが形成されている。なお，正極端子１４の台座部１４ｂの形状はここでは略直方体として示している。少なくとも貫通穴２１ｃを通り抜けることのない大きさであれば，台座部１４ｂの形状はどのようなものであってもよい。

絶縁ガスケット２２，封口板１２，絶縁スペーサ２３，シールガスケット２４にもそれぞれ，図２に示すように，端子リベット３１を貫通させるための貫通穴が設けられている。これらのうち，絶縁ガスケット２２，封口板１２，絶縁スペーサ２３は，図示の範囲よりさらに右方へ伸びて，負極端子１５の位置まで連続した部材である。シールガスケット２４は，図示しているような円環状の部材である。

図２に示すように，絶縁ガスケット２２には，貫通穴２２ａが形成されている。さらに，図中上面に，外部端子２１の下段部２１ｂをうけるへこみが形成されている。封口板１２には，貫通穴１２ａが形成されている。絶縁ガスケット２２の貫通穴２２ａの内壁２２ｂ（図３参照）は，図中下方へ伸びて，封口板１２の貫通穴１２ａ内を貫通できるようになっている。また，絶縁スペーサ２３には，比較的大径の貫通穴２３ａが形成されている。貫通穴２３ａの内径は，シールガスケット２４の外径より大きい。そして，絶縁スペーサ２３の外周には，図中下方へ突出した周壁２３ｂが形成されている。

絶縁ガスケット２２と絶縁スペーサ２３とシールガスケット２４とは，いずれも絶縁体である。そのうち，絶縁ガスケット２２と絶縁スペーサ２３とは，比較的硬質な合成樹脂で形成されている。一方，シールガスケット２４は，これらに比較して柔軟で変形しやすい材質で形成されている。例えば，合成ゴム等の弾性体が適している。シールガスケット２４は，取り付けられる前は，ほぼ均一な厚みを有する円環形状の部材である。シールガスケット２４には，貫通穴２４ａが形成されている。このシールガスケット２４の組み付け前の厚さは，絶縁スペーサ２３における貫通穴２３ａの周縁部の厚さとほぼ等しいものとなっている。

カシメられる以前の端子リベット３１は，図２に示すように，リベット部３２，台座部３３，集電部３４を有している。リベット部３２は，略円柱状であり，その図中上端の中央には凹部３２ａが形成されている。この凹部３２ａが押し広げられることにより，リベット部３２はカシメられる。台座部３３は，略長方形の平板部３３ａに，リベット部３２を中心とする円錐台形状の凸部３３ｂが設けられているものである。平板部３３ａはリベット部３２に対して，ほぼ垂直に配置されている。

また，集電部３４は，平板部３３ａの一辺から図２中下方へ延設された略平板状の部分である。なお，平板部３３ａの形状は，これに限らず，集電部３４と確実に接続されているものであればよい。本形態では，集電部３４は，電池ケース１１の内部において，発電要素１６の正極板に例えば溶接等によって接続されるものである。

これらが固定された後のかしめ部分の断面図を図３に示す。端子リベット３１のリベット部３２は，シールガスケット２４の貫通穴２４ａ，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａ，封口板１２の貫通穴１２ａ，絶縁ガスケット２２の貫通穴２２ａ，外部端子２１の下段部２１ｂの貫通穴２１ｄを，図中下方から貫通している。そして，下段部２１ｂの図中上面において，カシメられている。

本形態では，図３に示すように，重なり合っている各部材のうち，外部端子２１，封口板１２，端子リベット３１は，アルミ等の導電性の部材である。外部端子２１の下段部２１ｂと端子リベット３１とは互いに接触して，導通されている。また，前述したように，端子リベット３１の集電部３４は，発電要素１６の正極板に接続される。従って，外部端子２１は端子リベット３１を介して，電池ケース１１内の発電要素１６のうちの正極板と接続される。

さらに，図２に示したように，外部端子２１と正極端子１４とが接続されているので，正極端子１４は正極板と接続されている。従って，正極端子１４は，正極の端子として機能する。封口板１２は，絶縁ガスケット２２とシールガスケット２４とによって，端子リベット３１から絶縁されている。封口板１２はまた，絶縁スペーサ２３によって，二次電池１０の内部から絶縁されている。

なお，図３に示すように，外部端子２１の下段部２１ｂに形成されている貫通穴２１ｄは，図中上方へ向かって次第に穴径が大きくなる漏斗状となっている。したがって，端子リベット３１を無理なくカシメることができる。そして，その貫通穴２１ｄの最も小径の箇所，および，絶縁ガスケット２２の貫通穴２２ａとシールガスケット２４の貫通穴２４ａとの内径はいずれも，端子リベット３１のリベット部３２をちょうど通すことができる程度の穴径となっている。

さらに，本形態では，凸部３３ｂの外径は，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの内径よりやや大きい。従って，図３に示すように，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの周辺部は，凸部３３ｂの縁辺に近い箇所に全周にわたって当接する。これにより，封口板１２の図中下面と端子リベット３１の凸部３３ｂの上面との，かしめ後の距離が確保されている。さらに，端子リベット３１が，封口板１２等に対して傾いて取り付けられることが防止されている。またあるいは，絶縁スペーサ２３は，平板部３３ａに当接するようになっていてもよい。

さらに，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの内径は，シールガスケット２４の外径より大きい。従って，シールガスケット２４は，図３に示すように，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの内側に配置される。つまり，端子リベット３１のうち，リベット部３２により近く，その上面の高くなっている箇所に配置される。そのため，シールガスケット２４の配置されている箇所では，封口板１２と端子リベット３１と間の距離は，絶縁スペーサ２３により確保されている距離より小さい。

すなわち，図３に示す取り付け状態では，シールガスケット２４は，その全体にわたって厚さ方向に圧縮された状態となっている。また，封口板１２の下面と凸部３３ｂの上面との間の空間の図中上下方向の幅は，外周側ほど広く，内周側ほど狭い。さらに，この空間の幅は滑らかに変化している。シールガスケット２４は，弾性部材であるので，この空間の形状に合わせて無理なく圧縮された状態で配置されている。従って，良好なシール性が得られる。

このシールガスケット２４が配置される空間には，急激に形状の変化している箇所は無いので，シールガスケット２４の特定箇所への応力の集中は生じない。また，端子リベット３１の傾斜は，前述のように絶縁スペーサ２３によって防止されているが，その許容範囲内で多少傾いて取り付けられたとしても，シール性は良好に保持される。なお，このようになるために，絶縁ガスケット２２の貫通穴２２ａの内壁２２ｂの図３中の下面は，封口板１２の図中の下面と同一平面内にあることが好ましい。

封口板１２の下面と凸部３３ｂの上面との間の空間のうち，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの周辺部分が当接する箇所の幅をＬ１とする。この幅は，リベット部３２をカシメる際に管理される寸法である。また，シールガスケット２４の外周面が当接する箇所の幅をＬ２とする。本形態では，図３に示すように，全周にわたって，Ｌ１≧Ｌ２となっている。すなわち，シールガスケット２４は，全周にわたって，その厚さ方向に確実に圧縮されている。

さらに，図３に示すように，シールガスケット２４は，その内周側に向かって，次第に強く圧縮されている。そして，その空間の幅が最も小さくなる箇所，すなわち，リベット部３２に隣接する箇所での幅をＬ３とする。これが，シールガスケット２４の最も強く圧縮される箇所である。シールガスケット２４の元々の幅は，絶縁スペーサ２３の貫通穴２３ａの周辺部分と同じであり，Ｌ１とほぼ等しい。そして，シールガスケット２４の圧縮量の範囲は，以下の通りであることが好ましい。
０．００１ｍｍ ≦ Ｌ１−Ｌ２ ≦ Ｌ１−Ｌ３ ≦ ０．２ｍｍ

シールガスケット２４は，弾性部材であるので，ある程度圧縮することによってその箇所のシール性を確保することができる。一方で，あまりに強く圧縮した状態で長期間にわたって保持すると，弾性が失われて，シール性が低下するおそれがある。本形態では，上記のように圧縮量の範囲を設定したので，長期間にわたってシール性を保持することができる。

以上詳細に説明したように本形態の二次電池１０によれば，端子リベット３１の平板部３３ａに，リベット部３２を中心とする円錐台形状の凸部３３ｂが設けられている。さらに，その凸部３３ｂの外周側に比較的硬質の絶縁スペーサ２３が当接されているとともに，より内周側には弾性部材であるシールガスケット２４が挟み込まれている。従って，シールガスケット２４は，凸部３３ｂの形状に沿って，滑らかに圧縮される。これにより，弾性部材であるシールガスケット２４の特定箇所に，応力が集中することがない。そして，長期にわたって確実なシール性を維持できる。

さらに，上記の形態に係る二次電池１０は，複数個組み合わせた組電池として，車両に搭載することができる。そのような車両の例を図４に示す。この車両２００は，エンジン２４０，フロントモータ２２０及びリアモータ２３０を併用して車輪を駆動するハイブリッド自動車である。この車両２００は，車体２９０，エンジン２４０，これに取り付けられたフロントモータ２２０，リアモータ２３０，ケーブル２５０，インバータ２６０及び複数の二次電池１０を内部に有する組電池１００を有している。組電池１００からインバータ２６０を介してフロントモータ２２０およびリアモータ２３０へ電力が供給されるようになっている。

なお，車両としては，その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギを使用している車両であれば良く，例えば，電気自動車，ハイブリッド自動車，プラグインハイブリッド自動車，ハイブリッド鉄道車両，フォークリフト，電気車椅子，電動アシスト自転車，電動スクータ等が挙げられる。

上記の形態に係る二次電池１０は，種々の電気機器に搭載することができる。そのような電気機器の一例であるハンマードリルを図５に示す。このハンマードリル３００は，前述した二次電池１０を含むバッテリパック３１０を搭載したものであり，バッテリパック３１０，本体３２０，動作部３２３を有する電池搭載機器である。バッテリパック３１０から動作部３２３へ電力が供給されるようになっている。なお，バッテリパック３１０は，ハンマードリル３００の本体３２０のうち底部３２１に着脱可能に収容されている。

なお，電池搭載機器としては，電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く，例えば，パーソナルコンピュータ，携帯電話，電池駆動の電動工具，無停電電源装置など，電池で駆動される各種の家電製品，オフィス機器，産業機器が挙げられる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，端子リベット３１のリベット部３２や台座部３３の下面，集電部３４の形状はいずれも一例であり，これに限るものではない。台座部３３の下面は必ずしも平面でなくともよいし，集電部３４は平板状でなくともよい。また，ここでは，正極端子１４に本発明を適用しているが，負極端子にも適用できることはいうまでもない。

１０ 二次電池
１１ 電池ケース
１２ 封口板
１２ａ 貫通穴
１４ 正極端子
１６ 発電要素
２３ 絶縁スペーサ
２３ａ 貫通穴
２４ シールガスケット
３１ 端子リベット
３２ リベット部
３３ 台座部
３３ｂ 凸部
３４ 集電部
２００ 車両
３００ ハンマードリル

Claims (4)

1. 電池ケースと，前記電池ケースの内部に密封された電極体群と，前記電極体群の電極体に導通し，前記電池ケースの外部に露出する外部端子とを有する電池において，
   柱状のリベット部と，前記リベット部の基端側に設けられた台座部と，前記電極体群の電極体に接続される集電部とを備え，前記台座部における前記リベット部側の面には，前記リベット部に近づくほど高い傾斜座面が，前記リベット部のまわりに全周にわたって形成されている端子リベットと，
   環状の弾性部材と，
   前記弾性部材より高硬度であるとともに，前記弾性部材の外径より大径で，かつ，前記傾斜座面の外径より小径の第１穴が形成された硬質部材とを有し，
   前記電池ケースには，前記リベット部を通す第２穴が形成されており，
   前記端子リベットは，
   前記台座部および前記集電部が前記電池ケースの内部に位置するとともに，
   前記リベット部が前記第２穴を貫通して前記電池ケースの外部に突出するように配置されており，
   前記硬質部材は，前記弾性部材が前記第１穴の中に位置するように配置されるとともに，前記台座部と前記電池ケースとの間に挟み付けられており，
   前記リベット部がカシメられることで，
   前記外部端子が，前記電池ケースに固定されるとともに前記端子リベットと導通しており，
   前記弾性部材が，前記台座部と前記電池ケースとの間で厚さ方向に圧縮されていることを特徴とする電池。
2. 請求項１に記載の電池において，
   前記傾斜座面における前記第１穴の縁辺に接する部位と前記傾斜座面の最も内側との高さの差が，０．００１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする電池。
3. 電力の供給を受けて車輪を回転駆動するモータと，
   前記モータに電力を供給する電源部とを有し，
   前記電源部に，請求項１または請求項２に記載の電池が含まれていることを特徴とする車両。
4. 電力の供給を受けて動作する動作部と，
   前記動作部に電力を供給する電源部とを有し，
   前記電源部に，請求項１または請求項２に記載の電池が含まれていることを特徴とする機器。
   
   
   

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