JP5277727B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は電池の端子部を締め付ける場合の回転を防止するための電池蓋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。

大型電池の場合、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。

図５は、電池の端子と、他の電子機器の端子または隣接する電池端子とを、接続板を用いて接続する場合の、従来例を示す外観斜視図である。図５において、１は電池ケース、２は電池蓋、３は電池蓋の平面部、４は電池蓋の立ち上がり部、５は端子、６はパッキン、７は接続板、８はナットである。

電池ケース１の最上部と電池蓋の立ち上がり部４の最上部とはレーザー溶接などで溶接されている。端子５の上部には雄ネジが設けられ、接続板７とナット８によって電気的接続が保たれている。接続板７の端子５の反対側の端は、図示していないが、他の電子機器の端子または隣接する電池端子に接続されている。

端子５は、電池内部でリベットかしめされ、電池蓋２とは絶縁性材料からなるパッキン６によって絶縁されている。パッキン６は端子５によって電池蓋２に押し付けられることにより、端子部の気密が保たれている。

なお、図５では一方の電池の端子（例えば正極端子）についてのみ説明したが、他方の端子（例えば負極端子）も同じような接続構造としてもよい。

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、端子部を締め付ける場合の回転を防止するための構造に関するものである。

従来の端子部の構造では、図１に示したように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、端子が回転することがある。その結果、パッキンも同時に回転し、端子と電池蓋間の絶縁不良や気密不良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ための電池蓋部の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、電池蓋が平面部とその周囲に立ち上がり部を備え、前記電池蓋の平面部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、前記電池蓋の立ち上がり部と前記パッキンとの間に前記パッキンの回転を防止するための充填物を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電池蓋の立ち上がり部とパッキンとの空間に充填物が設けられているため、端子に強いトルクを加えた場合でも、パッキングは回転することができないため、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気密不良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は本発明の電池の第一実施形態の電池蓋部分の構造の外観を示す斜視図である。図１における記号１〜８は図５と同じものを示し、９は充填物である。

本発明の電池の第一実施形態の構造では、充填物９は、パッキン９の周囲の電池蓋の立ち上がり部４とパッキン６の空間すべてに充填されている。なお、図１では充填物９を電池蓋の立ち上がり部４とパッキン６の空間すべてに充填されているが、電池蓋の立ち上がり部４とパッキン６の空間の一部に設けても良い。

また、図２は本発明の電池の第二実施形態の電池蓋部分の構造の外観を示す斜視図であり、図２における記号１〜９は図１と同じものを示す。本発明の電池の第二実施形態の構造では、充填物９は、電池蓋の立ち上がり部４とパッキン６の空間の一部に充填されている。なお、図２では、充填物９は３箇所に設けたが、充填物９を設ける場所の数は２箇所以上ならいくら設けてもよい。

図３および図４は、図１に示した実施形態のＡ−Ａ'断面の例を示す断面図で、いずれも電池蓋から上の部分を示す。図３および図４において、記号３〜６、９は図１と同じものを示す。

充填物９は、図３に示したように、電池蓋の平面部３に接するように充填してもよいし、図４に示したように、電池蓋の平面部３に接しない状態で充填してもよい。

電池蓋２、端子本体５および端子基体部の材質は金属、また、パッキン６の材質は絶縁体である。なお、端子本体５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。

充填物９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、例えば、樹脂、金属、セラミックスなどの硬質な材料を用いることができる。樹脂としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、紫外線硬化性樹脂などの、液体状で充填し、その後で硬化させる樹脂を用いると、充填工程が簡単となる。金属やセラミックスの場合には、その形状を、あらかじめ電池蓋の立ち上がり部とパッキンとの間の空間の形状に合わせておく必要がある。

このように、本発明の電池蓋部の構造とすることにより、充填物で電池蓋の立ち上がり部とパッキンとの間の空間が埋められているため、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気密不良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５および端子基体部ともアルミニウム、負極端子の材質は端子本体５および端子基体部とも銅とした。

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５部分は直径８ｍｍ、高さ１５ｍｍとし、上部には雄ねじが設けられ、ボルト状となっており、下部には直径１５ｍｍの端子基体部が設けられている。

パッキン６の材質はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で、大きさは１８ｍｍ×４０ｍｍ、高さは３ｍｍとした。

電池組み立て後、図１に示したように、電池蓋の立ち上がり部４とパッキン６との空間にエポキシ樹脂を充填し、硬化させて充填物とした。なお、エポキシ樹脂は図３に示したように、電池蓋の平面部に接するように充填した。

［実施例２］
エポキシ樹脂を充填する場所を、図２に示したように、３箇所とし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。なお、エポキシ樹脂は図３に示したように、電池蓋の平面部に接するように充填した。

［実施例３］
充填物として、エポキシ樹脂に代えてアルリル樹脂製のブロックを用いたこと以外は実施例２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。なお、アルリル樹脂製のブロックは図４に示したように、電池蓋の平面部に接しない状態で充填した。

［実施例４］
充填物として、アルリル樹脂製のブロックに代えて、アルミニウム製のブロックを用いたこと以外は実施例３と同様にして、実施例４の非水電解質二次電池を作製した。なお、アルミニウム製のブロックは図４に示したように、電池蓋の平面部に接しない状態で充填した。

［比較例１］
エポキシ樹脂を充填し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１〜４および比較例１の非水電解質二次電池各２０個について、端子板を用いて電気機器の端子と接続した。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、電池蓋の立ち上がり部とパッキンとの間に充填物を設けた実施例１〜４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、充填物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。

本発明の構造の外観の第一実施形態を示す斜視図。 本発明の構造の外観の第二実施形態を示す斜視図。 図１に示した構造のＡ−Ａ'断面の一例を示す図。 図１に示した構造のＡ−Ａ'断面の他の例を示す図。 電池の端子の接続部分の従来例を示す外観斜視図

符号の説明

１ 電池ケース
２ 電池蓋
３ 電池蓋の平面部
４ 電池蓋の立ち上がり部
５ 端子
６ パッキン
７ 接続板
８ ナット
９ 充填物

Claims (1)

1. 電池蓋が平面部とその周囲に立ち上がり部を備え、前記電池蓋の平面部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、前記電池蓋の立ち上がり部と前記パッキンとの間に前記パッキンの回転を防止するための充填物を設けたことを特徴とする電池。