JP5447492B2 - 密閉型電池 - Google Patents

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Description

本発明は、密閉型電池に関し、特に、電池容器に開口した貫通孔を封止する技術に関する。
従来、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の密閉型電池においては、充放電要素(正極、負極、セパレータ等)を電池容器内に収容し、電解液を注液した後に、蓋部に開口された貫通孔である注液孔を封止する構造が知られている。
前記のような貫通孔を封止する技術として、封止部材にフランジとスリーブとを備えたブラインドリベットを用い、スリーブを貫通孔に挿入してから塑性変形させることにより、図9(a)に示す如くフランジと貫通孔との間に配置したガスケットを圧縮して貫通孔を封止する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2003−229118号公報
しかし、前記特許文献1に記載の技術は、電池の内圧が上昇した場合に、図9(b)に示す如く、蓋部における貫通孔の周辺が外部に向かって変形し、蓋部の内周端部がガスケットを上側に圧縮することがある。この際、ガスケットは蓋部から図9(b)に示す矢印F0の如く半径方向外側への力を受けて押し広げられ、ブラインドリベットのスリーブとの密着性が弱くなり、封止部分の強度やシール性能が低下する可能性があった。
本発明は、上記の状況を鑑み、電池の内圧が上昇して、貫通孔の周辺が外部に向かって変形した場合でも、封止部分の強度やシール性能が低下することのない、密閉型電池を提供するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項1においては、貫通孔が開口する電池容器と、前記貫通孔を封止する封止部材と、前記貫通孔と前記封止部材との間をシールする弾性体であるシール部材と、を備える密閉型電池であって、前記封止部材は、前記貫通孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記貫通孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備えたブラインドリベットであり、前記電池容器の外側の面における前記貫通孔の周辺部には、該貫通孔の半径方向内側が前記電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面が形成され、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に挿入された部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記シール部材が前記フランジと前記テーパ面との間で狭持され、前記貫通孔が前記フランジにより封止され、前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面には、前記フランジの半径方向内側が前記電池容器の外部の方向に傾斜したテーパ部が形成されるものである。
請求項2においては、前記電池容器における前記貫通孔の周辺が前記電池容器の外側に向かって変形すると、前記シール部材が前記テーパ面により前記電池容器の外側に圧縮され、前記シール部材が前記テーパ面から半径方向内側への力を受けて前記スリーブの側に圧縮されるものである。
請求項3においては、前記貫通孔は電解液を注液するための注液孔であるものである。
請求項4においては、前記シール部材は、前記貫通孔が前記フランジにより封止された際の前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との間の形状に形成されるものである。
請求項5においては、前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との少なくとも何れか一方に突起部が形成されるものである。
本発明によれば、密閉型電池の内圧が上昇して、貫通孔の周辺が外部に向かって変形した場合でも、封止部分の強度やシール性能が低下することを防止できる。
第一実施形態に係る密閉型電池の概略構成を示す正面断面図。 同じく注液孔の近傍の構成を示した断面図。 同じく注液孔の近傍におけるブラインドリベット挿入前の状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍におけるブラインドリベット挿入後の状態を示した断面図。 同じく密閉型電池の内圧が上昇した際の注液孔の近傍を示した断面図。 (a)は第二実施形態に係る密閉型電池においてブラインドリベット挿入前の注液孔の近傍を示した断面図、(b)は同じくブラインドリベット装着後の注液孔の近傍を示した断面図。 (a)、(b)はそれぞれ、第三実施形態及び第四実施形態に係る密閉型電池においてブラインドリベット装着後の注液孔の近傍を示した断面図。 (a)、(b)はそれぞれ、第五実施形態及び第六実施形態に係る密閉型電池においてブラインドリベット装着後の注液孔の近傍を示した断面図。 (a)は従来技術に係る密閉型電池においてブラインドリベット装着後の注液孔の近傍を示した断面図、(b)は同じく密閉型電池の内圧が上昇した際の注液孔の近傍を示した断面図。
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
[電池10]
図1を参照して、本発明に係る電池の第一実施形態である電池10の概略構成について説明する。本実施形態の電池10は、密閉型のリチウムイオン二次電池である。なお、本発明が適用される対象はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池等の他の密閉型電池についても適用可能である。
電池10は、発電要素20と、発電要素20を内部に収納する電池容器である外装30と、外装30から外方に向けて突出する外部端子40・40と、それぞれの外部端子40と外装30との間に介装される絶縁部材50・51と、を具備する。
発電要素20は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池10の充放電時に発電要素20内で化学反応が起こる(厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる)ことによって電流の流れが発生する。
電池容器である外装30は、収納部31と蓋部32を有する角柱型缶である。収納部31は、一面が開口した有底角筒状の部材であり、内部に発電要素20を収納する。蓋部32は、収納部31の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部31の開口面を塞いだ状態で収納部31と接合される。蓋部32において、後述するように外部端子40・40が挿通される箇所の間には、電解液を注液するための注液孔32bが開口している。
なお、本実施形態の電池10は、外装30が有底の角筒状に形成された角型電池に構成しているが、これに限るものではなく、例えば、外装30が有底の円筒状に形成された円筒型電池に適用することも可能である。
外部端子40・40は、その一部が蓋部32の外側面から電池10の外方に突出した状態で配置される。外部端子40・40は、集電端子45・45を介して発電要素20の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子40・40及び集電端子45・45は、発電要素20に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素20に取り入れる通電経路として機能する。
集電端子45・45は、発電要素20の正極板、負極板と接続されている。集電端子45・45の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
それぞれの外部端子40は、その外周面部に固定部材35が嵌装されることにより、絶縁部材50・51を間に介して蓋部32に対して絶縁状態で固定される。絶縁部材50・51の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池10の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばPFA(パーフルオロアルコシキエチレン)等が挙げられる。
外部端子40・40には、電池10の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池10の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子40・40にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子40・40には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子40・40の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。
[注液孔32b]
次に、図2を参照して、本実施形態に係る電池10に開口された貫通孔である注液孔32b近傍の構成について説明する。注液孔32bは、上記の如く蓋部32において外部端子40・40の間に位置するように開口して形成されている。注液孔32bは、所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部32の厚さ方向に蓋部32を貫通する。注液孔32bは、予め発電要素20が収容された外装30の内部に電解液を注液するために用いられる。
注液孔32bには、図1及び図2に示すように、封止部材であるブラインドリベット61、及び、注液孔32bとブラインドリベット61との間をシールする弾性体のシール部材であるガスケット37が取り付けられる。なお、本実施形態において、電解液を注液するための注液孔32bを貫通孔として、この注液孔32bを封止する構成としているが、本発明を適用して封止する貫通孔は注液孔32bに限定されるものではなく、電池容器に開口された貫通孔であれば本発明を適用することが可能である。
電池容器である蓋部32の外側(図2における上側)の面における注液孔32bの周辺部(蓋部32の内周端部)には、注液孔32bの半径方向内側が電池容器の内部の方向(図2における下方)に傾斜したテーパ面32aが形成される。そして、図2に示す如く、テーパ面32aに当接するように、円環状の弾性体であるガスケット37が配置される。ガスケット37は、注液孔32bをシールするシール部材であり、その素材は例えばフッ素系樹脂やEPDM(エチレンプロピレンゴム)など、耐電解液性があるものが好ましい。ガスケット37は、その中央にスリーブ64を挿通する挿通孔を有する。ガスケット37は、フランジ62における注液孔32bと対向する面である下面62aとテーパ面32aとが近接した際に間の形状となるようにその下面に傾斜部が形成されて、下面62aとテーパ面32aとの間で狭持される。
ブラインドリベット61は、図2に示すように、注液孔32bの径よりも大径に形成された封止部である鍔状のフランジ62と、注液孔32bの径よりも略同径に形成されて注液孔32bに挿通された筒状のスリーブ64と、当該スリーブ64から延出されるとともにスリーブ64より大径の膨径頭部63aと、から形成される。そして、ブラインドリベット61は、フランジ62と蓋部32との間に環状のガスケット37を挟持した状態で、蓋部32にかしめられている。即ちブラインドリベット61は、注液孔32bの周辺部とブラインドリベット61との間に環状のガスケット37を圧縮した状態で、注液孔32bを封止している。
ブラインドリベット61は、図3に示すように、注液孔32bを封止する前は、鍔状のフランジ62と、注液孔32bに挿通可能な筒状のスリーブ64と、スリーブ64の中途部であってスリーブ64と略同径の膨径部63と、スリーブ64内に収容されてフランジ62から延び出るマンドレル67とから成る。マンドレル67は、その一端部がフランジ62から一定長さだけ延出されるとともに、マンドレル67の他端部には一端部より大径の頭部67aが形成されている。頭部67aは膨径部63の近傍に配設されている。
ブラインドリベット61で注液孔32bを封止する際は、図3中の矢印Aに示す如く、ブラインドリベット61を下方に移動させて蓋部32に近接させてスリーブ64をガスケット37の挿通孔及び注液孔32bに挿入し、図4に示す如く膨径部63を外装30の内部に挿入する。
その後、図4中の矢印Bに示す如く、締結工具等でフランジ62から延び出たマンドレル67部分をフランジ62から引抜くことによって、頭部67aが外装30内部に挿入された膨径部63を図2に示す膨径頭部63aの如く塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部63aを形成した後、マンドレル67のうち、フランジ62から延出した部分が破断して排出される。
このように、ブラインドリベット61は、フランジ62と膨径頭部63aとの間に蓋部32及びガスケット37を挟持することによって双方を相互に連結して、注液孔32bを封止するのである。こうして、外装30を密閉状態として密閉型の電池10が完成する。
本実施形態に係る電池10によれば、その内部にガスが発生するなどによって内圧が上昇して、注液孔32bの周辺が外部に向かって変形した場合でも、ブラインドリベット61による封止部分の強度やシール性能が低下することを防止することができる。
具体的には図5に示す如く、電池10の内圧が上昇した場合に、蓋部32における注液孔32bの周辺が電池10の外部(図5における上側)に向かって変形しても、蓋部32にはガスケット37との当接部分にテーパ面32aが形成されているため、テーパ面32aはその全面でガスケット37を上側に圧縮することになる。これにより、ガスケット37は図5に示す矢印F1の如く、テーパ面32aから半径方向内側への力を受けてブラインドリベット61のスリーブ64の側に圧縮される。つまり、本実施形態においては、注液孔32bの周辺が電池10の外部に向かって変形すると、ガスケット37とスリーブ64との密着性が強くなるため、ブラインドリベット61による封止部分の強度やシール性能が低下することがないのである。
また、本実施形態に係る電池10によれば、注液孔32bをブラインドリベット61で封止する構成としているため、電池10の活性化処理によって電池容器である外装30の内部に余剰ガスが発生しても、封止部分のシール性を確保することができる。
加えて、テーパ面32aは、注液孔32bの周辺部に形成され、注液孔32bの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜しているため、テーパ面32aに電解液がこぼれた場合でも、電解液をテーパ面32aの傾斜に沿って電池10の内部に流入させることができる。
また、本実施形態に係る電池10によれば図3に示す如く、注液孔32bがフランジ62により封止された際の、フランジ62における注液孔32bと対向する面である下面62aとテーパ面32aとが近接した際に間の形状に、ガスケット37が形成されている。これにより、ガスケット37とテーパ面32aとの密着性が高まるため、ガスケット37がテーパ面32aからの力を受けやすくなる。このため、ガスケット37のスリーブ64の側への圧縮量が大きくなり、ガスケット37とスリーブ64との密着性がより強くなる。即ち、ブラインドリベット61による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
[第二実施形態]
次に、図6を用いて、第二実施形態に係る密閉型電池について説明する。なお以下の実施形態において説明する密閉型電池において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
第二実施形態に係る密閉型電池においては、図6(a)に示す如く、蓋部132の内面(図6(a)における下側の面)132cが電池容器の内側に突出せず、他の部分と同様に平坦な形状となっている。これにより、図6(b)に示す如く、前記第一実施形態と比較してブラインドリベット61による封止部分の上下幅をコンパクトにする構成としている(図2を参照)。
また、本実施形態においては図6(a)に示す如く、ガスケット137が、その上下面が平行である円筒形状に形成されている。そして、図6(b)に示す如く、ブラインドリベット61がフランジ62と膨径頭部63aとの間に蓋部132及びガスケット137を挟持する際に、ガスケット137がフランジ62における下面62aとテーパ面32aとが近接した際に間の形状に弾性変形されて、下面62aとテーパ面32aとの間で狭持されるのである。この構成によれば、ガスケット137の形状をテーパ面32aと略同一の形状とするため加工することが不要となる。
[第三実施形態]
次に、図7(a)を用いて、第三実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図7(a)に示す如く、蓋部232の上面における注液孔32bの周辺部の一部に、注液孔32bの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面232aが形成され、テーパ面232aのさらに半径方向内側に水平面232bが形成されている。
また、ブライドリベット261のフランジ262における注液孔32bと対向する面には、フランジ262の半径方向内側が蓋部32の方向に傾斜したテーパ部262aが形成されている。
本実施形態においては上記の如く、蓋部232におけるテーパ面232aの形状や、フランジ262の形状を、製品形状に応じて変更する構成としている。これにより、製品形状の設計時における自由度を高くしている。
[第四実施形態]
次に、図7(b)を用いて、第四実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図7(b)に示す如く、ブライドリベット361のフランジ362における注液孔32bと対向する面には、スリーブ64の側(フランジ362の半径方向内側)が電池容器の外部の方向(蓋部32と反対の方向)に傾斜したテーパ部362aが形成されている。
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、電池10の内圧が上昇して蓋部32における注液孔32bの周辺が電池10の外部に向かって変形した(図5を参照)際に、ガスケット37がテーパ面32aから受ける力をより大きくすることができる。つまり、ガスケット37の変形による弾性力はテーパ部362aから受ける反力となって、ガスケット37がスリーブ64に加える半径方向内側への力をより大きくするのである。これにより、ガスケット37とスリーブ64との密着性がより強くなり、ブラインドリベット61による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
[第五・第六実施形態]
次に、図8(a)及び(b)を用いて、第五・第六実施形態に係る密閉型電池について説明する。
第五実施形態に係る密閉型電池においては、図8(a)に示す如く、フランジ462における注液孔32bと対向する面である下面462aに円環状の突起部462b・462bが形成されている。また、第六実施形態に係る密閉型電池においては、図8(b)に示す如く、蓋部532におけるテーパ面532aに円環状の突起部532b・532bが形成されている。
なお、これらの実施形態における突起部462b・462b(532b・532b)は、フランジ462における注液孔32bと対向する面である下面462aと蓋部532におけるテーパ面532aとの双方に設ける構成としても差し支えない。また、突起部462b・462b(532b・532b)を円環状とせず、点状の突起部として構成することも可能である。
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、ブラインドリベット61がフランジ62と膨径頭部63aとの間に蓋部532及びガスケット37を挟持する際に、ガスケット37は突起部462b・462b(532b・532b)に弾性変形されて、圧縮率が高められる。このため、電池10の内圧が上昇して蓋部32(532)における注液孔32bの周辺が電池10の外部に向かって変形した(図5を参照)際に、ガスケット37の変形が促されるのである。つまり、ガスケット37がスリーブ64に加える半径方向内側への力がより大きくなるため、ガスケット37とスリーブ64との密着性がより強くなり、ブラインドリベット461(61)による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
10 電池
30 外装(電池容器)
32 蓋部
32a テーパ面
32b 注液孔
61 ブラインドリベット
62 フランジ
63 膨径部

Claims (5)

  1. 貫通孔が開口する電池容器と、前記貫通孔を封止する封止部材と、前記貫通孔と前記封止部材との間をシールする弾性体であるシール部材と、を備える密閉型電池であって、
    前記封止部材は、前記貫通孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記貫通孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備えたブラインドリベットであり、
    前記電池容器の外側の面における前記貫通孔の周辺部には、該貫通孔の半径方向内側が前記電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面が形成され、
    前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に挿入された部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記シール部材が前記フランジと前記テーパ面との間で狭持され、前記貫通孔が前記フランジにより封止され
    前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面には、前記フランジの半径方向内側が前記電池容器の外部の方向に傾斜したテーパ部が形成されることを特徴とする、密閉型電池。
  2. 前記電池容器における前記貫通孔の周辺が前記電池容器の外側に向かって変形すると、前記シール部材が前記テーパ面により前記電池容器の外側に圧縮され、前記シール部材が前記テーパ面から半径方向内側への力を受けて前記スリーブの側に圧縮される、ことを特徴とする、請求項1に記載の密閉型電池。
  3. 前記貫通孔は電解液を注液するための注液孔であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の密閉型電池。
  4. 前記シール部材は、前記貫通孔が前記フランジにより封止された際の前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との間の形状に形成されることを特徴とする、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の密閉型電池。
  5. 前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との少なくとも何れか一方に突起部が形成されることを特徴とする、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の密閉型電池。
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