JP5240824B2

JP5240824B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP5240824B2
Application number: JP2008019187A
Authority: JP
Inventors: 陽明細谷; 至御書; 正孝厚木; 正弘高野
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: JP2009181782A

Description

本発明は、密閉型電池に関し特に密閉の信頼性を向上した密閉型電池に関する。

近年の携帯電子技術のめざましい発達により、携帯電話やノートブックコンピューターなどの電子機器は高度情報化社会を支える基盤技術として認識されている。これらの電子機器の高機能化に関する研究開発は精力的に進められており、高機能化による消費電力の増加に伴い、駆動時間の長期化が課題とされてきた。一定水準以上の駆動時間を確保するためには、駆動電源として用いられる二次電池の高エネルギー密度化が必須条件である。上述の様な電池技術の動向の中で、特に角型の電池缶を電池外装容器として用いた密閉型電池などが重要視されている。

図３は従来の密閉型電池を説明する図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は電極導出ピン部の断面図、図３（ｃ）はヘッダ部の分解斜視図、図３（ｄ）はヘッダに使用される外部絶縁部材の断面図である。

図３に示した密閉型電池は、アルミニウムまたはその合金を電池外装容器とした密閉型電池であり、ヘッダ部はアルミニウムまたはその合金からなる金属板３に設けた貫通孔１０に上部からプロピレン、フッ素樹脂等からなる板状の外部絶縁部材４を取り付け、外部絶縁部材４の中心部に設けた管状部４２に、鉄、ニッケル、それらの合金等の導電性の良好な金属からなる電極導出ピン６を貫通させ、電池外装容器の内部には、板状の内部絶縁部材５、導電タブ接続板１１が装着されており、電極導出ピン６の柱状部６２の先端をかしめ加工す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の導電タブ接続板１１には、導電タブ１３を接合して電池要素との間で導電接続を形成する。その後にヘッダ７を電池外装容器の開口部に装着して周囲をレーザ溶接により封口する。その結果、ヘッダは、その組立時に電極導出ピン６のかしめによって、絶縁部材と接触する各部材とが密着され、また周囲はレーザ溶接により封口されるため、気密が保持される。

しかし、密閉型電池に過酷な使用条件を想定した試験を行うと、ヘッダ部から漏液が稀に発生することがあった。そこで、こうした問題を解決するために、特許文献１には電極導出ピンのフランジ部の絶縁部材との接触面に凸部を有する技術が提案されている。また、特許文献２では、外部絶縁部材の電極導出ピンとの接触面、及び金属板との接触面のそれぞれに環状の凸条部を成形し、気密特性を向上させる技術が提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案の技術では、絶縁部材に電極導出ピンのフランジ部の凸部が食い込んだ際に、絶縁部材にひび割れが生じて、時間の経過後には気密不良が生じたり、あるいは、かしめ時に加わる圧力が大きい場合には、絶縁部材に割れが生じる恐れがある。また、特許文献２で提案の技術では、環状の凸状部４５（図３参照）が絶縁部材に対して、小さな凸部を高精度に成形する必要があるため、小さな溝部を有する成形金型の作製、維持等の製造面での保守作業が煩雑となっていた。

特開２００３−１７３７６７号公報特開２００６−２１６４１１号公報

本発明の密閉型電池は、電池要素を収納する電池外装容器の開口部を金属板で封口する密閉型電池において、前記金属板に設けた電極導出ピン引き出し用の第１の貫通孔の周囲を被覆する外部絶縁部材を備え、前記外部絶縁部材は、前記電極導出ピンの柱状部が通された第２の貫通孔を有し、前記金属板と前記電極導出ピンの頭部との間に配された板状部と、前記第２の貫通孔から前記第１の貫通孔内へ延びる管状部と、前記板状部の面のうち前記頭部の側の面に配された、前記第２の貫通孔の周囲を一周している環状の上部凸部と、前記板状部の面のうち前記金属板の側の面に配された、前記管状部の外壁から離れることなく前記管状部の周囲を一周している環状の下部厚肉部と、を有することを特徴とする。

本発明の密閉型電池は、電池要素を収納する電池外装容器の開口部を金属板で封口する密閉型電池において、前記金属板に設けた電極導出ピン引き出し用の貫通孔の周囲を被覆する、板状部と下部に管状部を有する外部絶縁部材の、前記電極導出ピンの頭部と圧接する板状部の孔の周囲に環状の上部凸部を有し、前記外部絶縁部材の前記金属板と圧接する板状部の管状部の周囲に環状の下部厚肉部を有することを特徴とする。

また、前記外部絶縁部材の管状部の外壁からの下部厚肉部の幅（Ｌ１）が前記外部絶縁部材の管状部の外壁から前記外部絶縁部材の前記電極導出ピンの頭部と圧接する最外部までの距離（Ｌ２）の３％以上３０％以下であることが好ましい。

本発明によれば、電極導出ピンと金属板との間に外部絶縁部材を介し、電極導出ピンをかしめて作製したヘッダが、電極導出ピンの頭部と圧接する外部絶縁部材の接触面に環状の上部凸部を設け、金属板と圧接する外部絶縁部材の接触面に環状の下部厚肉部を設けることにより、上部凸部および下部厚肉部が圧縮され、外部絶縁部材にて電池内部の気密性を確保する結果、苛酷な条件下で使用した場合にも気密性が優れた密閉型電池を提供することができる。また、環状の下部厚肉部を有する外部絶縁部材の製造は簡便に行えるため生産性の優れた密閉型電池を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の密閉型電池を説明する図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は密閉型電池の電極導出ピンの周囲を示す断面図、図１（ｃ）はヘッダの組立前の分解斜視図、図１（ｄ）は外部絶縁部材の断面図である。本発明の密閉型電池は、アルミニウム、アルミニウム合金からなる角形の電池外装容器２にセパレータを介して正極と負極を積層して扁平に巻回した電池要素が収容されており、金属板３に外部絶縁部材４および内部絶縁部材５からなる絶縁部材と負極側の電極導出ピン６を一体化して構成したヘッダ７を、電池外装容器２の開口部に例えばレーザ溶接により取り付けたものであり、金属板３には安全弁８、電解液の注液孔９が設けられている。

密閉型電池を封口するヘッダ７の金属板３に設けた電極導出ピン６引出し用の貫通孔１０の周囲を金属板３の上下を覆うように配置された絶縁部材は、密閉型電池の外面に面した外部絶縁部材４と、密閉型電池の内面に位置する内部絶縁部材５から構成され、外部絶縁部材４に設けた中央部の孔に電極導出ピン６の柱状部６２を貫通させ、金属板３の内部側に配置した内部絶縁部材５上に導電タブ接続板１１を配置して柱状部６２の先端をかしめることによりヘッダ７は形成される。また、導電タブ接続板１１には、電池要素と接続される、絶縁被覆材１２を設けた導電タブ１３が接合される。

外部絶縁部材４には電極導出ピン６の頭部６１との圧接面の板状部４１の孔の周囲に環状の上部凸部４３を設け、金属板３との圧接面の板状部４１の管状部４２の周囲に環状の下部厚肉部４４を設けている。外部絶縁部材４に設けた上部凸部４３と下部厚肉部４４は電極導出ピン６の柱状部６２をかしめる際に圧縮されて外部絶縁部材に接触する金属材料との間で優れた気密性を発揮する。

上部凸部の形状は連続した環状に形成したものであれば任意の形状でよい。また上部凸部の大きさは、電極導出ピンの大きさにより異なるが、電極導出ピンの柱状部の径が１〜３ｍｍ程度のものであれば高さ０．１〜０．２ｍｍ、幅０．１〜０．２ｍｍとすることが好ましい。

図２は本発明の密閉型電池の外部絶縁部材の断面図である。外部絶縁部材４の下部厚肉部の高さは電極導出ピンの柱状部の径が１〜３ｍｍ程度のものであれば高さ０．１〜０．２ｍｍとすることが好ましい。外部絶縁部材４の下部厚肉部の幅Ｌ１は外部絶縁部材の管状部４２の外壁から外部絶縁部材の電極導出ピンの頭部と圧接する最外部までの距離（Ｌ２）の３％以上３０％以下であることが好ましい。

本発明において、内部絶縁部材、外部絶縁部材としては、電気絶縁性を有するものが使用でき、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、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）、ポリプロピレン（ＰＰ）またはＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＰにエラストマーを含んだ電気絶縁性樹脂を挙げることができる。

（実施例１）
長辺が３４ｍｍ、短辺が６ｍｍの長方形状のアルミニウム合金製の金属板の中央に設けた直径２．２ｍｍの貫通孔に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からなる外部絶縁部材、および内部絶縁部材を装着し、直径１．６ｍｍの孔を中央に有したニッケル板製の導電タブ接続板を内部絶縁部材面に配置して、柱状部の直径１．６ｍｍのニッケル合金製の電極導出ピンを、外部絶縁部材の上部から貫通させて、電極導出ピンを上下からかしめてヘッダを製造した。

なお、外部絶縁部材には、直径１．６５ｍｍの貫通孔を有し、厚さ０．３ｍｍの板状部を有しており、電極導出ピンとの圧接面には板状部の孔の周囲に環状の上部凸部が、円弧状で幅が０．１ｍｍ、高さ０．１ｍｍで形成され、金属板との圧接面には板状部の管状部の周囲に環状の下部厚肉部が板状部と平行に０．１ｍｍ厚肉となり、下部厚肉部の幅Ｌ１は、外部絶縁部材の管状部の外壁から外部絶縁部材の電極導出ピンの頭部と圧接する最外部までの距離（Ｌ２）の５％（Ｌ１／Ｌ２＝０．０５）とした。

得られたヘッダを使用して大きさが３４ｍｍ×６ｍｍ×５０ｍｍのリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例２）
Ｌ１／Ｌ２＝０．０８となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例３）
Ｌ１／Ｌ２＝０．１となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例４）
Ｌ１／Ｌ２＝０．２となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例５）
Ｌ１／Ｌ２＝０．３となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例６）
Ｌ１／Ｌ２＝０．０３となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（実施例７）
Ｌ１／Ｌ２＝１．０５となるように成形した外部絶縁部材を用いた他は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

（比較例１）
外部絶縁板の板状部の管状部の周囲に環状の下部厚肉部を形成しない以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を１０００個作製した。

作製した電池について、通常の使用状態を超える苛酷な条件である１００℃ において１２時間加熱した後にリトマス試験紙をかざして漏液試験を行った結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の密閉型電池は、苛酷な条件下で使用された場合にも優れた気密性を発揮することがわかる。

本発明の密閉型電池を説明する図、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は密閉型電池の電極導出ピンの周囲を示す断面図、図１（ｃ）はヘッダの組立前の分解斜視図、図１（ｄ）は外部絶縁部材の断面図。本発明の密閉型電池の外部絶縁部材の断面図。従来の密閉型電池を説明する図、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は電極導出ピン部の断面図、図３（ｃ）はヘッダ部の分解斜視図、図３（ｄ）はヘッダに使用される外部絶縁部材の断面図。

符号の説明

１密閉型電池
２電池外装容器
３金属板
４外部絶縁部材
４１板状部
４２管状部
４３上部凸部
４４下部厚肉部
５内部絶縁部材
６電極導出ピン
６１頭部
６２柱状部
７ヘッダ
８安全弁
９注液孔
１０貫通孔
１１導電タブ接続板
１２絶縁被覆材
１３導電タブ
Ｌ１下部厚肉部の幅
Ｌ２管状部外壁から金属板と圧接する最外部までの距離

Claims

電池要素を収納する電池外装容器の開口部を金属板で封口する密閉型電池において、
前記金属板に設けた電極導出ピン引き出し用の第１の貫通孔の周囲を被覆する外部絶縁部材を備え、
前記外部絶縁部材は、
前記電極導出ピンの柱状部が通された第２の貫通孔を有し、前記金属板と前記電極導出ピンの頭部との間に配された板状部と、
前記第２の貫通孔から前記第１の貫通孔内へ延びる管状部と、
前記板状部の面のうち前記頭部の側の面に配された、前記第２の貫通孔の周囲を一周している環状の上部凸部と、
前記板状部の面のうち前記金属板の側の面に配された、前記管状部の外壁から離れることなく前記管状部の周囲を一周している環状の下部厚肉部と、を有することを特徴とする、密閉型電池。
前記管状部の外壁からの前記下部厚肉部の幅が、前記管状部の外壁から前記外部絶縁部材の前記頭部と圧接する最外部までの距離の３％以上１０５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
前記管状部の外壁からの前記下部厚肉部の幅が、前記管状部の外壁から前記外部絶縁部材の前記頭部と圧接する最外部までの距離の３％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。