JP5245536B2

JP5245536B2 - 電池

Info

Publication number: JP5245536B2
Application number: JP2008135175A
Authority: JP
Inventors: 純也上田; 修牛嶌; 英樹増田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: JP2009283335A

Description

本発明は電池の端子部の構造に関するものである。

電池には、外部に電流を取り出すための正極端子と負極端子が必要である。電池ケースや電池蓋が金属製の場合、電池の端子構造には主に次の２種類が採用されている。

携帯電話用リチウムイオン電池などの小型電池では、主に、電池ケースおよび電池蓋が一方の端子を兼ね、他方の端子は絶縁体を介して電池蓋から取り出されている構造が採用されている。

一方、産業用などの容量が約５Ａｈを越える大型電池の場合には、主に、正極端子と負極端子がともに絶縁体（パッキン）を介して電池蓋から取り出されている構造が採用されている。

本発明は、正極端子と負極端子がともに絶縁体を介して電池蓋から取り出されている構造の電池の端子構造に関するものである。

電池の端子と他の電子機器の端子との接続には接続板を用い、電池の端子をボルト状とし、接続体をナットで締めつけて接続している。また、多数の電池を直列や並列に接続して組電池にする際も、隣接する電池端子間の接続も同様の方法が採用されている。

ボルト形状の電池端子に接続板をナットで締めつける場合、端子部分に大きなトルクが加わり、端子やパッキンが回転してしまい、端子と電池蓋間の絶縁不良や端子と電池ケース内部の発電要素との接続不良による集電性能の低下などが発生するという問題があった。

この問題を解決するために、すでに次のような技術が開示されている。

特許文献１には、出力端子が端子本体とその基部に形成された端子基体部からなり、パッキンに、端子基体部の形状とほぼ同形状で、端子基体部と嵌合する凹部を設けることにより、端子の空転を防止する技術が開示されている。

特許文献２には、電池蓋の端子取付孔に、絶縁パッキングを介して嵌合された出力端子を有し、出力端子の下側と蓋の上側に突起を設け、パッキングのフランジ部への出力端子頭部の押圧力で、突起をパッキングのフランジ部に食い込ませることにより、端子とパッキングの回転を防止する技術が開示されている。

しかし、特許文献１に開示の技術では、パッキンの凹部に端子基体部を嵌合させているだけであるため、端子に強いトルクが加わった場合、端子とパッキンが同時に回転してしまうという問題があった。また、特許文献２に開示の技術では、出力端子の下側と蓋の上側に突起をパッキングのフランジ部に食い込ませることで、端子とパッキングの回転を防止するものであるが、突起を食い込ませるためには、パッキングのフランジ部を、出力端子頭部と電池蓋との間で強く締め付ける必要があった。

そこで本発明の目的は、これら従来の技術の問題点を解決し、端子に強いトルクを加えた場合でも、端子とパッキングの回転を確実に防止することのできる、電池の端子部構造を提供することにある。
特開２００１−３５７８３３号公報特開２００５−０５６６４９号公報

請求項１の発明は、電池蓋にパッキンを介して絶縁状態で取り付けられた出力端子を備えた電池において、前記出力端子は端子本体と端子本体基部に形成された端子基体部とを備えるとともに前記端子本体の下端は電池内部の発電要素の一方の電極に接続された集電板と電気的に接続されており、前記パッキンには前記出力端子の端子基体部が嵌合する凹部を備え、前記端子基体部が前記パッキンの凹部に嵌合し、前記電池蓋には前記パッキンの凹部とは異なる場所に前記パッキンを貫通する突起を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、パッキンの凹部に出力端子の端子基体部が嵌合しており、かつ、電池蓋に、パッキンの凹部とは異なる場所にパッキンを貫通する突起を設けることにより、端子に強いトルクを加えた場合でも、端子とパッキングの回転を確実に防止することができる。その結果、端子と電池蓋間の絶縁不良や端子や電池ケース内部の発電要素との接続不良による集電性能の低下などが発生することのない電池を得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の電池の端子構造の外観を示す斜視図で、図２は図１のＡ−Ａ’断面を示したものである。図１および図２において、１は電池蓋、２は外部パッキン、３は外部パッキンの凹部、４は出力端子本体、５は出力端子基体部、６（６ａ，６ｂ、６ｃ）は電池蓋に設けた突起、７は内部パッキン、８は集電板、９はリベット部である。

図１および図２に示すように、端子基体部５はパッキンの凹部３に嵌合している。この場合、端子基体部５とパッキンの凹部３とのすき間はできるだけ小さく、端子基体部５がパッキンの凹部３にしっかりと嵌合していることが好ましい。また、突起６はパッキン２を貫通している。

図２に示すように、出力端子本体４の下端はリベット部９となっており、電池蓋１を外部パッキン２と内部パッキン７で挟み、内部パッキン７とリベット部９との間に集電板８を挟んでいる。したがって、出力端子本体４と集電板８は電気的に接続されており、出力端子本体４と集電板８は外部パッキン２および内部パッキン７によって、電池蓋１とは絶縁されている。なお、図２では示していないが、集電板８は電池内部の発電要素の一方の電極に接続されている。

電池蓋１、端子本体４および端子基体部５材質は金属、また、パッキン２の材質は絶縁体である。なお、端子本体４の上部は、他の電子機器や電池との接続が容易なように、ボルト形状としておくことが好ましい。

突起６は電池蓋１に設ける。突起の材質は特に限定されないが、力が加わったときに変形しない硬質な材料を用いる。突起６は電池蓋１に固定されていればよいので、突起の材質が樹脂などの場合には接着等で固定しても良い。突起の材質が金属の場合には、スポット溶接等の方法で、突起６と電池蓋１を固定することが好ましい。

突起６の形状は特に限定されず、円柱状、角柱状、球形などを用いることができる。また、図１には、突起の数が３つの場合を示したが、突起６の数は１つ以上設ければよく、また、突起６を電池蓋１に取りつける場所も、パッキンの凹部とは異なる場所であれば特に限定されない。

なお、電池蓋１を作製する際に、あらかじめ突起６を設けておけば、突起６を電池蓋１に固定する工程を省略することができる。

このように、本発明の電池の端子部構造とすることにより、パッキンの凹部に出力端子の端子基体部がしっかりと嵌合し、かつ、電池蓋にパッキンを貫通する突起が設けられているため、接続に際し、端子に強いトルクを加えた場合でも、端子とパッキングの回転を確実に防止することができる。その結果、端子と電池蓋間の絶縁不良や端子や電池ケース内部の発電要素との接続不良による集電性能の低下などが発生することのない電池を得ることができる。

本発明について、以下の実施例では非水電解質二次電池について述べるが、本発明の端子構造は非水電解質二次電池以外の電池にも適用可能である。

［実施例１］
電池としては、角型電池ケースに長円筒巻回型発電要素を収納した非水電解質二次電池を用い、正極活物質にコバルト酸リチウム、負極活物質にグラファイト、電解液にエチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネートの体積比１：１混合溶媒にＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解した有機電解液を用いたものを使用した。

帯状正極板は、正極活物質としてのコバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ_２)８６重量％と、導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）６重量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８重量％とを混合し、この混合物にＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を加えて正極合剤ペーストとし、この正極合剤ペーストを厚さ２０μｍの帯状アルミニウム集電体の両面に塗布し、乾燥後、ロールプレスで圧縮成型したものである。

帯状負極板は、負極活物質としてのグラファイト９５重量％と結着剤としてのＰＶｄＦ５重量％とを混合し、この混合物にＮＭＰを加えて負極合剤ペーストとし、この負極合剤ペーストを厚さ１５μｍの帯状銅集電体の両面に塗布し、乾燥後、ロールプレスで圧縮成型したものである。

セパレータには厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを用いた。

長円筒巻回型発電要素は、巻芯の周囲に帯状正極板と帯状負極板とをセパレータを介して、必要な回数だけ巻回することによって作製した。

巻回する場合、正極板と負極板とをそれぞれ上下にずらして巻回することにより、巻回型発電要素の下端部から正極合剤層未塗布部のみを突出させ、上端部から負極合剤層未塗布部のみを突出させた。セパレータは、正極合剤層と負極合剤層が対向する部分の間に存在し、正極合剤層未塗布部および負極合剤層未塗布部は覆わないようにようにして巻回した。

正極の集電は、発電要素の下端部から突出した正極合剤層未塗布部でおこない、負極の集電は、発電要素の上端部から突出した負極合剤層未塗布部でおこなった。

得られた長円筒巻回型発電要素を角型アルミニウム合金製の電池ケースに収納し、電解液を注入した後、電池ケースと電池蓋とを溶接することにより、設計容量１０Ａｈの長円筒型非水電解質二次電池とした。単セルの寸法は、幅１２０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、厚さ２０ｍｍであり、重量は０．５ｋｇであった。なお、電池蓋の材質もアルミニウム合金製である。

この非水電解質二次電池の正極端子および負極端子は、いずれもパッキンを介して電池蓋に取り付けられており、正極端子の材質は端子本体４および端子基体部５ともアルミニウム、負極端子の材質は端子本体４および端子基体部５とも銅とした。

正極端子および負極端子の構造の外観は図１に示したのと同じであり、断面は図２に示したのと同じであり、端子本体４部分は直径８ｍｍ、高さ１５ｍｍとし、上部には雄ねじが設けられ、ボルト状となっている。そして、端子基体部の大きさは１５ｍｍ×２０ｍｍ、高さ２ｍｍとした。

パッキン２の材質はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で、最大平面部分の大きさは１８ｍｍ×４０ｍｍ、最大高さは３ｍｍ、突起６を取り付ける部分の高さは１ｍｍとした。そして、端子基体部を嵌合させるための、大きさ１５．１ｍｍ×２０．１ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部が設けられている。

突起６は、直径２ｍｍのＳＵＳ球を電池蓋１にスポット溶接したものであり、図１に示したように、６ａ、６ｂ、６ｃの３箇所に設けた。そして、突起６はパッキン２を貫通しており、パッキンの上に突出している。

そして、図１および図２に示すように、端子基体部５はパッキンの凹部３にしっかりと嵌合している。

［実施例２］
突起６を、６ｂと６ｃの２箇所に設けたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の非水電解質二次電池を作製した。

［実施例３］
突起６を、６ａの１箇所に設けたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の非水電解質二次電池を作製した。

［比較例１］
突起６を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の非水電解質二次電池を作製した。

［試験結果］
実施例１〜３および比較例１の非水電解質二次電池各２０個について、端子板を用いて隣接する非水電解質二次電池と接続した。端子板をナットで端子本体のボルト部に取り付ける場合の、ナット締め付けトルクを５ｋｇｆ・ｃｍとし、締め付けた後の、パッキンの状態および端子と電池蓋間の絶縁状態を測定した。測定結果を表１にまとめた。なお、表１の数値は電池の個数を示す。

表１の結果から、端子基体部がパッキンの凹部に嵌合し、かつ、電池蓋にはパッキンの凹部とは異なる場所にパッキンを貫通する突起を設けた実施例１〜３の非水電解質二次電池では、端子板をナットで端子本体のボルト部に取り付けた後でも、パッキンの状態に全くゆがみが認められず、端子と電池蓋間の絶縁状態は良好に保たれていたのに対し、電池蓋に突起を設けなかった比較例１の電池では、パッキンの状態にゆがみが発生し、端子と電池蓋間の絶縁状態が不良になる場合が生じることがわかった。

本発明の電池の端子構造の外観を示す斜視図。図１に示した端子構造のＡ−Ａ'断面を示す図。

符号の説明

１電池蓋
２外部パッキン
３外部パッキンの凹部
４出力端子本体
５出力端子の基体部
６突起
７内部パッキン
８集電板
９リベット部

Claims

電池蓋にパッキンを介して絶縁状態で取り付けられた出力端子を備えた電池において、前記出力端子は端子本体と端子本体基部に形成された端子基体部とを備えるとともに前記端子本体の下端は電池内部の発電要素の一方の電極に接続された集電板と電気的に接続されており、前記パッキンには前記出力端子の端子基体部が嵌合する凹部を備え、前記端子基体部が前記パッキンの凹部に嵌合し、前記電池蓋には前記パッキンの凹部とは異なる場所に前記パッキンを貫通する突起を設けたことを特徴とする電池。