JP5230210B2 - 密閉型電池 - Google Patents

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６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、図７に示すように、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、この隙間から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１〜３が挙げられる。

実開平7-27051号公報 特開2000-40501号公報 特開2000-77044号公報

特許文献１は、リベット形端子の平板部を蓋体の短辺が延びる短辺方向の寸法よりも蓋体の長辺が延びる長辺方向の寸法の方が長くなる形状とし、且つリベット形端子の筒状部を、その軸線と直交する方向の断面形状が短辺方向の寸法よりも長辺方向の寸法が長くする技術である。この技術によると、端子キャップとリベット端子の平板部との間に溶接不良を防止できるとされる。

しかし、この技術では、高出力が要求される電池に対する考慮がなされていない。

特許文献２は、正極端子および負極端子を、電池容器の一方から並行して突出させる技術である。この技術によると、多数の単電池からなる組電池を構成する際の作業性に優れた電池が得られるとされる。

しかし、この技術では、電池を接続後の正極端子及び／又は負極端子の回転による液漏れに関する考慮がなされていない。

特許文献３は、リード端子を、少なくとも前記接合された周縁部において、外装部材の面方向側にある端部の横断面の形状が、リード端子の外側に先細り状となるように形成する技術である。この技術によると、電解液の漏洩や水分等の侵入を抑制し得、電池特性を安定化し得た電池が得られるとされる。

しかし、この技術では、高出力が要求される電池に対する考慮がなされていない。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、液漏れを確実に防止し得た、高出力な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）を介して前記電極外部端子（１）が前記封口板（３）に固定された密閉型電池であって、前記柱状挿入部（１ａ）の電池高さ方向に直交する断面の形状が、楕円形状、トラック形状、または角丸長方形状であり、前記絶縁ガスケット（２）には、前記電極外部端子（１）の鍔部（１ｂ）を受け入れる凹部が形成されており、前記柱状挿入部（１ａ）の電池高さ方向に直交する断面の形状が、当該断面形状の短軸の長さをＡ、長軸の長さをＢとしたとき、０．５≦[Ａ／Ｂ]≦０．９であり、かつ、前記長軸の長さＢと短軸の長さＡとの差[Ｂ−Ａ]が、前記絶縁ガスケット（２）の縁部（２ｂ）の厚みの２倍以下であることを特徴とする。

この構成によると、柱状挿入部１ａの電池高さ方向に直交する断面の形状が、非真円形状であるため、断面形状が真円形であるものに比べ、柱状挿入部１ａが回転しにくい。よって、電極外部端子の回転に起因する液漏れが生じ難い。また、前記柱状挿入部の電池高さ方向に直交する断面形状が、楕円形状、トラック形状、または角丸長方形である構成とすると、かしめの際に電極外部端子１の挿入部１ａにより均等に力を加えることができるため、電極外部端子１の密閉性が高まる。

また、この構成では、短軸の長さＡ、長軸の長さＢとの比[Ａ／Ｂ]が０．９以下に規定され、非真円形状の柱状挿入部１ａの扁平度が高くなっているので、より効果的に柱状挿入部１ａの回転が抑制される。

また、前記長軸の長さＢと短軸の長さＡとの差[Ｂ−Ａ]が、前記絶縁ガスケット２の縁部２ｂの厚みの２倍以下であるため、仮に電極外部端子が回転したとしても、電極外部端子１と封口板３の接触を防止できる。なお、理論上は、[Ｂ−Ａ]が絶縁ガスケット２の縁部２ｂの厚みの２倍と等しい場合、電極外部端子と封口板とが接触することになるが、このような回転が生じると、封口板も変形するため、電極外部端子と封口板とが接触することはない。

また、扁平度を過剰に大きくすると、柱状挿入部１ａが長軸方向に長くなりすぎ、柱状挿入部の大きさが大きくなり、体積エネルギー密度、質量エネルギー密度の低下を招くので、[Ａ／Ｂ]は０．５以上とすることが好ましい。

ここで、短軸とは、柱状挿入部１ａの電池高さ方向に垂直な断面形状において、最も間隔の狭い平行線で挟んだときの、当該平行線に垂直な線分の長さをいい、長軸は、短軸に垂直な方向における最も長い線分長をいう。

上記構成において、前記柱状挿入部（１ａ）が、中空筒状であり、前記Ａ／Ｂが、０．７≦[Ａ／Ｂ]≦０．９である構成とすることができる。

柱状挿入部１ａを中空筒状とすることにより、電極外部端子の軽量化が図れる。また、この構成を採用する場合には、良好なかしめを行うために、０．７≦[Ａ／Ｂ]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〕
図１は本発明電池の斜視図であり、図２は本発明電池の要部拡大断面図であり、図３は本発明電池の要部解体斜視図であり、図４は本発明電池の端子固定部分を示す断面図である。

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３、図４に示すように、電極外部端子１は少なくとも柱状挿入部１ａと鍔部１ｂとを有しており、この柱状挿入部１ａが、鍔部１ｂを受け入れる凹部が設けられた絶縁ガスケット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。また、挿入部１ａと、集電板５とが電気的に接続されることにより、電流が取り出される構造である。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。

図２に示すように、挿入部１ａの電池高さ方向に垂直な断面形状は、中空なトラック形状であり、長軸及び短軸に対して線対称な形状である。ここで、この挿入部１ａの短軸の長さをＡ、長軸の長さをＢとしたとき、０．７≦Ａ／Ｂ≦０．９の関係を満たしている。また、絶縁ガスケット２の縁部２ｂの厚みをａ（ａ＝ｂ）としたとき、Ｂ−Ａ≦２ａを満たしている。

ここで、良好な密閉性を得るために、絶縁ガスケット２の縁部２ｂの厚みａは、０．２
ｍｍ以上であることが好ましく、０．３ｍｍ以上であることがより好ましい。また、絶縁ガスケット２の縁部２ｂの厚みを過度に大きくすると、電池サイズの増大に繋がるので、絶縁ガスケットの厚みａは、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．８ｍｍ以下であることがより好ましい。

次に、本発明電池の組み立て方法を、図３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集電板５とを重ね合わせる。電極外部端子１の挿入部１ａはガスケット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４参照）。

外装缶内部に非水電解液を注液し、封口板３と外装缶１０とをレーザ溶接する。

この構造の本発明電池（Ａ／Ｂ＝０．８０、絶縁ガスケットの厚み０．６ｍｍ、[Ｂ−
Ａ]＝１．０ｍｍ）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、図７に示すように挿入部１ａの電池高さ方向に垂直な断面形状が真円形状のもの（比較例）を試作し、これについても同様に試験を行った。この結果は、表1のとおりであり、本発明電池は、比較例に比べて１．５倍以上のトルクが必要であった。このことから、本発明電池は、比較例（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。

なお、本実施の形態では、図２に示すような、電池高さ方向に直交する断面の形状がトラック形状である挿入部を有する電極外部端子を例に説明したが、図５（ａ）に示すような楕円形、図５（ｂ）に示すような角丸長方形、図５（ｃ）に示すような多角形であってもよく、不定形であってもよい。なお、かしめる際の力を均等に作用させるためには、長軸及び短軸に対して線対称な形状であることが好ましい。また、角のある形状ではかしめの際に不均一な力が加えられ、柱状挿入部が変形するおそれがあるので、挿入部の形状を中空筒状としないことが好ましい（図５（ｃ）参照）。

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、本発明電池の斜視図である。 図２は、本発明電池の要部拡大断面図である。 図３は、本発明電池の要部解体斜視図である。 図４は、本発明電池の外部電極端子部分の拡大断面図である。 図５は、本発明電池の変形例を示す要部拡大断面図である。 図６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。 図７は、従来の電池の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 電極外部端子
１ａ 挿入部
１ｂ 鍔部
２ 絶縁ガスケット
２ｂ 縁部
３ 封口板
４ 絶縁板
５ 集電板
１０ 外装缶

Claims (2)

1. 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）を介して前記電極外部端子（１）が前記封口板（３）に固定された密閉型電池であって、
   前記柱状挿入部（１ａ）の電池高さ方向に直交する断面の形状が、楕円形状、トラック形状、または角丸長方形状であり、
   前記絶縁ガスケット（２）には、前記電極外部端子（１）の鍔部（１ｂ）を受け入れる凹部が形成されており、
   前記柱状挿入部（１ａ）の電池高さ方向に直交する断面の形状が、当該断面形状の短軸の長さをＡ、長軸の長さをＢとしたとき、０．５≦[Ａ／Ｂ]≦０．９であり、
   かつ、前記長軸の長さＢと短軸の長さＡとの差[Ｂ−Ａ]が、前記絶縁ガスケット（２）の縁部（２ｂ）の厚みの２倍以下である、
   ことを特徴とする密閉型電池。
2. 請求項１に記載の密閉型電池において、前記柱状挿入部（１ａ）が、中空筒状であり、前記Ａ／Ｂが、０．７＜[Ａ／Ｂ]＜０．９である、
   ことを特徴とする密閉型電池。