JP5509111B2

JP5509111B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP5509111B2
Application number: JP2011014405A
Authority: JP
Inventors: 英幸柴沼; 和昭浦野
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP2011243559A

Description

本発明は二次電池に係り、特に、発電要素を収容する電池缶と、電池缶の開口部を封止する電池蓋と、電池蓋に形成された貫通孔に挿通された外部導電部材と、貫通孔において電池蓋と外部導出端子とに挟まれたシール部材とを備えた二次電池に関する。

近年、地球環境保護の社会動向を受け、ハイブリッド車や電気自動車等の車両駆動用二次電池の実用化、普及が急務となっている。車両駆動用二次電池の構造としては、正極板および負極板をセパレータを介して配置した発電要素群と、発電要素群を浸潤する電解液が、金属製や樹脂製で電池缶と電池蓋とで構成された密閉容器内に収容され、発電要素群の両極とそれぞれ電気的に接続された外部端子を設けたものが広く知られている。

これまで実用化された二次電池では、その外形が円柱状を呈したものが殆どであった。ところが、車両駆動用二次電池では、出力や容量の向上を図るために数十から多いときには百を超える個数の二次電池をまとめて組電池とし、ひとつの車両に搭載することが必要である。そこで、実装密度（体積容量密度）の向上を図るため、角形状の二次電池も盛んに実用化検討がなされるに至っている。

このような二次電池は、例えば、以下のように構成されている。二次電池は、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法を大きく形成した金属製の電池缶を有している。電池缶には、電解液に浸潤された発電要素群が収容されている。発電要素群は、集電箔を有する正負極板が捲回または積層されており、両端部に正負極合剤の未塗工部がそれぞれ形成されている。未塗工部には、それぞれ極板が接合部で、超音波等により接合されている。電池缶の開口部には金属製の電池蓋が配置されている。電池蓋には、外部と接続するための正極端子、負極端子が、電池蓋との電気的接触を避け、かつ、電池内部の気密を保つためのシール部材（例えば、ガスケット等）を介して固定されている。正負極端子は、かしめ形状となっており、ネジ軸等を挟み外部端子とともに電池蓋にかしめられている。電池缶の開口部はレーザビーム溶接等により電池蓋で封止されている。電池缶内には注液口から電解液が注入された後、注液口はレーザビーム溶接等により注液栓で気密封止されている（例えば、特許文献１参照）。

シール部材のシール部は、電解液の液漏れを防止するために、凸部（突起）により押圧されている。当該凸部の形状としては、これまで、真円形状のもの（例えば、特許文献２参照）や楕円形状のもの（例えば、特許文献３参照）が採用されているが、いずれもガスケット（シール部材）を押しつぶす部分が１環（単環）状であった。

特開２００９−１２９７１９号公報特開１９９７−１５３３５１号公報特開２００８−２５１２１３号公報

しかしながら、従来の二次電池では、シール部材のシール部を押圧する凸部形状が単環状のため、シール部材のクリープ現象（面圧が低下する現象）により、シール部材に対する押圧が低下し、液漏れが発生しやすく、耐久性に問題があった。とりわけ、自動車等の移動体に搭載される二次電池については、その用途の特性上、端子部分の液漏れに対する信頼性が要求されている。

本発明は上記事案に鑑み、長期間液漏れが発生せず耐振動性や耐久性に優れた二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、正極板および負極板をセパレータを介して配置した発電要素群と、前記発電要素群を浸潤する電解液と、前記発電要素群および電解液を収容する電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記発電要素群の正負極板のそれぞれに電気的に接続され、前記電池蓋に形成された貫通孔に挿通された外部導電部材と、前記貫通孔において前記電池蓋と前記外部導電部材とに挟まれたシール部材と、を備え、前記外部導電部材は、前記貫通孔に挿通された軸部と、この軸部の一側に形成され前記電池缶内に配置されたフランジ部とを有しており、前記シール部材は、前記外部導電部材の軸部が挿通された筒状部と、この筒状部の一側に形成されたフランジ部とを有し、該フランジ部の一面側が前記電池蓋の背面に当接し他面側が前記外部導電部材のフランジ部に当接しており、前記シール部材のフランジ部の他面側に圧接する前記外部導電部材のフランジ部側または前記シール部材のフランジ部の一面側に圧接する前記電池蓋の背面側に、前記シール部材の最外周よりも小さい環状ないし矩形状の第１の凸部とさらにその内側に環状ないし矩形状の第２の凸部とを有し、前記第１および第２の凸部は前記電池蓋の背面側から前記シール部材のフランジ部の一面側に向けて突設されており、前記第１の凸部は前記電池蓋の背面と一体に形成されており、該一体に形成された前記電池蓋の背面側の前記シール部材のフランジ部の一面側を圧接する端部が前記第１の凸部を構成する、ことを特徴とする。

本発明において、少なくとも第１および第２の凸部の一方の環状ないし矩形状部の一部が欠落していてもよい。貫通孔が形成された電池蓋の背面側の周部が薄肉化されており、シール部材のフランジ部の一面側が電池蓋の薄肉化された背面に当接していることが好ましい。また、外部導電部材のフランジ部の外周が第１の凸部の外周より径が大きいことが好ましい。さらに、二次電池の密閉状態を向上させるために、電池缶および電池蓋は金属製であるとともに、外部導電部材は軸部の他側かつ電池蓋の外側に配置されたかしめ部をさらに有しており、該外部導電部材は、電池蓋に当接する絶縁部材およびこの絶縁部材に支持された外部端子を介してかしめ部がかしめられることで電池蓋に固定されているようにしてもよい。このとき、外部導電部材は絶縁部材および外部端子を貫通しており、外部端子を貫通する部分の外部導電部材の径が外部導電部材の軸部の径より小さいことがより好ましい。

本発明によれば、シール部材のフランジ部の他面側に圧接する外部導電部材のフランジ部側またはシール部材のフランジ部の一面側に圧接する電池蓋の背面側に、シール部材の最外周よりも小さい環状ないし矩形状の第１の凸部とさらにその内側に環状ないし矩形状の第２の凸部とを有し、第１および第２の凸部は電池蓋の背面側からシール部材のフランジ部の一面側に向けて突設されており、第１の凸部は電池蓋の背面と一体に形成されており、該一体に形成された電池蓋の背面側のシール部材のフランジ部の一面側を圧接する端部が第１の凸部を構成するので、第１の凸部と第２の凸部の間に囲まれたシール部材のシール部は流動することなくシール部材への押圧が高まるとともに、押圧低下の速度が遅くなるため、長期間液漏れが発生しなくなる、という効果を奏する。

本発明が適用可能な第１実施形態の二次電池の分解斜視図である。第１実施形態の二次電池の負極端子部の部分断面図である。第１実施形態の二次電池の負極端子部の分解斜視図である。図２の部分拡大図である。ガスケットの圧縮量とシール面圧の関係を表す特性線図である。ガスケットの時間とシール面圧保持率の関係を表す特性線図である。第１実施形態において変形可能な二次電池の負極端子部の部分断面図である。第１実施形態において変形可能な別の態様の二次電池の接続ピンのフランジ部の平面図であり、（Ａ）は第１の凸部が欠落している状態、（Ｂ）は第２の凸部の一部が欠落している状態を示す。第１実施形態において変形可能なさらに別の態様の二次電池の接続ピンのフランジ部の平面図であり、（Ａ）は第１の凸部および第２の凸部の一部が欠落している状態、（Ｂ）は第１の凸部および第２の凸部がそれぞれ２箇所で欠落している状態を示す。本発明が適用可能な第２実施形態の二次電池の負極端子部の部分断面図である。図１０の部分拡大図である。第１および第２実施形態において変形可能な二次電池の負極端子部の部分断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を角形状のハイブリッド車用リチウムイオン二次電池に適用した第１の実施の形態について説明する。なお、本実施形態の二次電池の特徴のひとつは、ガスケット２を圧縮する接続ピン５のフランジ部５ａに２重環の凸部（以下、２環凸部という。）を設けることで気密を保つものである（図２参照）。

（構成）
＜電池の全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の二次電池は、発電要素群（電極群）１１が不図示の非水電解液に浸潤され、角部にＲ付が施された角形状で深絞り法により開口部の短辺寸法よりも深さ寸法を大きくした有底の金属製（本例ではアルミニウム合金製）電池缶２０内に収容されている。発電要素群１１と電池缶２０との間には、両者の電気的接触を防止するために、電池缶２０の内のりより若干小さめで樹脂製（本例ではポリプロピレン製）の絶縁ケース２１が介在している。

本実施形態の発電要素群１１は、セパレータ、負極板、セパレータ、正極板の順に重ねられて捲回され、扁平状に押し潰された扁平捲回構造を有している。捲回開始端部にはセパレータが数周巻かれており（軽量化を図るため軸芯を有しておらず）、捲回終了端部にはセパレータが１〜２周捲回され、巻き解けを防止するために、セパレータの捲回終了端が予め片面に粘着剤が塗着されたテープで止められている。

負極板は、銅合金箔（負極集電体）の両面に、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着（塗工）されており、両面とも長手方向に沿う一側に負極活物質合剤が未塗工の負極未塗工部１１ａが形成されている。一方、正極板は、アルミニウム合金箔（正極集電体）の両面に、正極活物質として、例えば、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物を含む正極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されており、両面とも長手方向に沿う一側に正極活物質合剤が未塗工の正極未塗工部１１ｂが形成されている。セパレータは、リチウムイオンが通過可能な微多孔性シート材で構成されており、本例では、数十μｍ厚のポリエチレンシートが用いられている。

負極未塗工部１１ａと正極未塗工部１１ｂとは発電要素群１１に対して互いに反対側に配置されており、それらの中央部は、発電要素群１１の主面（面積の最も大きな面であって扁平捲回構造の中心を通る仮想面）に向けて緩やかな角度で折り曲げられ集結している。集結した負極未塗工部１１ａおよび正極未塗工部１１ｂの両側に、それぞれ、銅合金製およびアルミニウム合金製の２枚の負極集電板７、正極集電板８を配した後、超音波溶接を行うことによって、負極未塗工部１１ａと負極集電板７とが接合された負極接合部７ａ、および、正極未塗工部１１ｂと正極集電板８とが接合された正極接合部８ａが形成されている。

発電要素群１１の上部には電池蓋アセンブリ１０が配置されている。電池蓋アセンブリ１０は、アルミニウム合金製で板状の電池蓋１、負極接合部７ａに電気的に接続された負極端子部１５、正極接合部８ａに電気的に接続された正極端子部１６、電池蓋１に形成され電解液を注液するための注液口２２を封止する注液栓２３、および電池内圧が上昇したときに予め定められた圧力で開裂する開裂弁２５で構成されている。

電池蓋１は、電池缶２０の開口部に合致する大きさの平板で構成されており（電池缶２０に合わせてＲ付けが施されており）、図１の右側から順に、負極外部導出用の貫通孔１ａ（図３参照、本例では丸孔）、注液口２２、長円形状で開裂弁取り付け用の貫通孔、正極外部導出用の貫通孔の３つの貫通穴が形成されている。長円形状の開裂弁２５は、中央部に溝等の脆弱部が電池蓋１に一体形成されている。なお、負極外部導出用（および正極外部導出用）の貫通孔については後述する。電池蓋１は、電池缶２０の開口部を封止するように、電池缶２０と合致する輪郭がレーザビーム溶接で接合されている。

発電要素群１１は注液口２２を介して注液された電解液に浸潤されており、発電要素を構成する発電要素群１１および電解液は電池缶２０内に収容され、電池蓋アセンブリ１０で密閉されている。なお、電解液には、例えば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が１モル／リットルの割合程度で溶解されたものを用いることができる。

＜端子部および端子部密封構造＞
図２〜図４に示すように、負極端子部１５は、リベット状の接続ピン５、貫通孔１ａにおいて電池蓋１と接続ピン５とに挟まれたガスケット２、樹脂製の絶縁部材３、図示しないバスバー（単電池同士を接続する接続部材）を固定するための角頭ボルト１２、板状の外部端子４で構成されている。

接続ピン５は正極はアルミニウム合金製、負極は銅合金製であり、貫通孔１ａに挿通された第１の軸部５ｂ（図２参照）と、第１の軸部５ｂの下側に形成された円形のフランジ部５ａと、フランジ部５ａの下側に形成され丸孔が形成された正極はアルミニウム合金製、負極は銅合金製の導電部材９をかしめ（加工により）固定するための円筒部（図２ではかしめ部５ｅとしてかしめ後の形状が示されており、図３では不図示。）と、外部端子４を貫通する部分であって径が第１の軸部５ｂの径より小さい第２の軸部５ｃと、第２の軸部５ｃの上側に形成され絶縁部材３および外部端子４を電池蓋１にかしめ固定するための円筒部（図２ではかしめ部５ｄのかしめ後の形状が示されており、図３にはかしめ前の形状が示されている。）を有している。なお、この円筒部の外径は第２の軸部５ｃと同径に設定されている。

導電部材９は正極はアルミニウム合金製、負極は銅合金製で、一端部側が負極接合部７ａに接合されており、他端部側に形成された丸孔に接続ピン５のかしめ部５ｅを構成する円筒部が挿通された後、かしめられることで（図２参照）、導電部材９と接続ピン５とは、絶縁部材３とガスケット２を介して電池蓋１とは電気的に絶縁された状態で、電気的、機械的に接続されている（図３参照）。

ガスケット２は、（接続ピン５の第１の軸部５ｂが挿通された）筒状部２ａと、筒状部２ａの下側に形成された円形のフランジ部２ｂを有しており、材質としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ペルフルオロアルコキシフッ素（ＰＦＡ）等の絶縁性樹脂を用いることができる。

電池蓋１の背面側（電池内部側）の貫通孔１ａが形成された周部は（ガスケット２のフランジ部２ｂの大きさに応じて）若干薄肉化されている（図２参照）。ガスケット２のフランジ部２ｂの一面側（図２、図４に示すフランジ部２ｂの上側）が電池蓋１の薄肉化された背面に当接している。一方、接続ピン５のフランジ部５ａの上面側には、ガスケット２のフランジ部２ｂの最外周径より小さい径を有する環状の第１の凸部５ｆと（図４参照）、さらにその内側に、ガスケット２の筒状部２ａの外径より大きい径を有する環状の第２の凸部５ｇが突設されており、ガスケット２のフランジ部２ｂの他面側（図２、図４に示すフランジ部２ｂの下側）が押圧されている。換言すれば、ガスケット２のフランジ部２ｂの他面側に圧接する接続ピン５のフランジ部５ａ側に、ガスケット２のフランジ部２ｂより小さい環状の第１の凸部５ｆとさらにその内側に環状の第２の凸部５ｇとを有している。なお、図２、図４はガスケット２の圧縮変形を模式的に示したものであるが、ガスケット２のフランジ部２ｂの下側（他面側）は第１の凸部５ｆ、第２の凸部５ｇに対応した溝等が形成されていない平面である。

電池蓋１の貫通孔１ａが形成された箇所よりさらに端部側には、いわゆるハーフトーンにより、図３の右側から順に、絶縁部材３を固定するための筒状突起（不貫通）と、固定時に絶縁部材３の回転を係止するための円形突起（不貫通）が電池蓋１の長手方向と交差する方向に２個が突設されている。なお、本実施形態では、貫通孔１ａの中心と筒状突起の中心とを結ぶ仮想直線、および、２個の円形突起の中心間を結ぶ仮想直線が、互いに直交する位置にこれらが形成されている。また、上記では電池蓋１に３つの貫通孔が形成されていることを説明したが、電池蓋１には３つの貫通孔と６つの不貫通突起が形成されている。

絶縁部材３には、電池外部に配置されることから強度を確保するために、ＪＩＳＫ６９００プラスチック−用語で定義された「硬質プラスチック」にガラス繊維（ＦＧ）を混入したものが用いられている。絶縁部材３は、全体としては概ね長方形状（一辺が弧状）を呈しており、樹脂成形により、内部に、上述した部材を固定ないし収容するための複数のスペースが形成されている（図３参照）。すなわち、角頭ボルト１２の頭部をガタツキなく（アローワンスを極力なくして）収容する正方形状の頭部収容スペース（図３に示す絶縁部材３の右側）、頭部収容スペースの直下に形成され上述した筒状突起を収容する突起収容スペース、頭部収容スペースに隣接して形成され（図３に示す絶縁部材３の左側）ガスケット２の筒状部２ａの先端部および接続ピン５の第１の軸部５ｂの先端側を収容する円形収容スペース、頭部収容スペースの上方および円形収容スペースの直上に亘って形成され外部端子４を収容する外部端子収容スペースが形成されている（図２参照）。また、絶縁部材３の底側には、電池蓋１に突設された円形突起に嵌合する窪みが形成されている。

本実施形態の角頭ボルト１２には、スチールにニッケルメッキが施されたものが用いられており、頭部が比較的薄肉の正方形の板状部材で構成されており、軸部に雄ネジが螺設されている。

外部端子４は、略正方形で中央に丸孔が形成された矩形部と、略円形で中央に丸穴が形成された円形部との２つの部分が連接されて形成されており（図３参照）、矩形部と円形部とが連接された箇所に、矩形部および円形部の幅より縮幅されたくびれ部が形成されている。このくびれ部を介して、矩形部と円形部とには高さ方向（図３に示す上下方向）で概ね角頭ボルト１２の頭部の厚み分の段差が形成されている（図１も参照）。この段差により、外部端子４の矩形部が絶縁部材４から上側に露出して上述したバスバーにより単電池間を接続するときに接触不良の問題を排除することができる。

図３に示すように、絶縁部材３は、底側に形成された窪みに電池蓋１に突設された円形突起が係合しており、突起収容スペースに電池蓋１に突設された筒状突起が挿通している。この筒状突起の先端部はかしめ（加工）により外側に略９０°折り曲げられることで、絶縁部材３が電池蓋１に固定されている。また、頭部収容スペースには角頭ボルト１２の頭部が収容されている。なお、絶縁部材３には、角頭ボルト１２の頭部とかしめられた筒状突起との接触を防止するためのスペースが形成されているが、必要に応じてこのスペースに絶縁材を介在させるようにしてもよい。

図２に示すように、導電部材９の他端部側は接続ピン５のフランジ部５ａの下側に形成された筒状部でかしめられ（図２のかしめ部５ｅ参照）接続ピン５に固定されており、電池蓋１の貫通孔１ａには接続ピン５の第１の軸部５ｂおよびガスケット２の筒状部２ａが挿通されている。このため、接続ピン５のフランジ部５ａおよびガスケット２のフランジ部２ｂは電池缶２０内に（電池蓋１の下側に）配されることとなる。

絶縁部材３の円形収容スペースには、ガスケット２の筒状部２ａの先端部および接続ピン５の第１の軸部５ｂの先端側が挿通され収容されている。より厳密に言い直せば、接続ピン５の第１の軸部５ｂの先端側と絶縁部材３の円形収容スペースとで画定される隙間はガスケット２の筒状部２ａの先端部で密封されている。外部端子４の円形部の丸穴には接続ピン５の第２の軸部５ｃが挿通している（図２参照）。一方、外部端子４の矩形部の丸穴には角頭ボルト１２の軸部が挿通しており（図３参照）、外部端子４は角頭ボルト１２の頭部（上面）および軸部の頭部側と接触している。

図２に示すように、接続ピン５の筒状部はかしめ（加工）により外側に略９０°折り曲げられている（図２のかしめ部５ｄ参照）。従って、接続ピン５のかしめ部５ｄにより、接続ピン５、ガスケット２、絶縁部材３、角頭ボルト１２および外部端子４は電池蓋１との電気的短絡が防止された状態で電池蓋１に固定されている。また、接続ピン５のかしめ部５ｅには導電部材９の他端部側がかしめられており、導電部材９の一端部側は上述したように負極接合部７ａに溶接されているので、発電電極群１１も、導電部材９を介して、接続ピン５のかしめ部５ｄにより、電池蓋１に支持されている。

なお、正極端子部１６は、原則として上述した負極端子部１５と同じ構造を有しているが、以下の点で異なっている。まず、正極端子部１６は負極端子部１５に対して対称配置されている。また、接続ピン５および外部端子４にはアルミニウム合金製のものが用いられている。さらに、正極端子部１６を構成する金属材料との関係で、導電部材９にもアルミニウム合金製のものが用いられている。

（電池の組立手順）
次に、本実施形態の二次電池の組立手順について簡単に説明する。なお、本発明は以下に例示する組立方法に制限されないことは論を待たない。

まず、予め作製しておいた電池蓋アセンブリ１０（図３に示すように、この状態で導電部材９は接続ピン５にかしめられている。）に、発電要素群１１の正負両極未塗工部１１ａ、１１ｂと両極集電板７、８とを、接合部７ａ、８ａで超音波溶接により接合するとともに、導電部材９の一端部側も同時に接合する。次に、これらを、電池缶２０に対し、絶縁ケース２１を介して挿入し、電池缶２０と電池蓋１とをレーザ（ビーム）溶接することで電池缶２０を封口する。その後、注液口２２から電解液を注入し、注液栓２３をレーザ溶接で気密封止する。

電池蓋アセンブリ１０は、次のように作製することができる。まず、絶縁部材３の底側に形成された窪みに電池蓋１に突設された円形突起を嵌合させるとともに、突起収容スペースに電池蓋１に突設された筒状突起を挿通し、筒状突起の先端部をかしめにより外側に略９０°折り曲げ、絶縁部材３を電池蓋１に仮固定する。次いで、接続ピン５の第１の軸部５ｂにガスケット２を上部より挿通させ、電池蓋１の貫通孔１ａに下部側から挿通し、さらに、絶縁部材３を電池蓋１の上部側から、接続ピン５に挿通したガスケット２に挿通する。次に、角頭ボルト１２を絶縁部材３と外部端子４とで挟むようにして、外部端子４を接続ピン５の第２の軸部５ｃに挿通させ、最後に、接続ピン５の筒状部をかしめることで電池蓋アセンブリ１０が完成する。なお、開裂弁２５の取付方法については公知のためその説明を省略する。

（作用効果等）
次に、本実施形態の二次電池の作用効果等について説明する。

本実施形態の二次電池は、接続ピン５のフランジ部５ａにガスケット２の最外周径よりも小さい径の第１の凸部５ｆとさらにその内側に第２の凸部５ｇとが突設されており、ガスケット２のフランジ部２ｂの下側（他面側）が押圧されている。このため、本実施形態の二次電池によれば、第１の凸部５ｆと第２の凸部５ｇの間に囲まれたガスケット２のシール部２ｃ（図４参照）は流動することなくガスケット２への押圧が高まり、押圧低下の速度が遅くなるので、長期間液漏れが発生しなくなるとともに、耐振動性や耐久性に優れた二次電池を得ることができる。

付言すれば、本実施形態の二次電池は、かしめ部５ｄでかしめられることで、ガスケット２は、接続ピン５のフランジ部５ａに突設された第１の凸部５ｆと第２の凸部５ｇによって圧縮される。このときの圧縮量は接続ピン５の第１の軸部の長さ５ｈ（図４参照）を変えることで任意に設定することができる。また、接続ピン５の第１の軸部５ｂと第２の軸部５ｃとの段差により、第２の軸部５ｃに挿通された外部端子４の位置がかしめ荷重の変動に影響されることなく一定位置に固定され、安定した面圧を得ることができる。

本実施形態の二次電池に対し、従来の二次電池のシール構造は、接続ピンのフランジ部に突設された環状の凸部が単環（１環）で形成されていたため、電池蓋１と接続ピンのフランジ部の凸部とで圧縮されたガスケット２は、凸部の両側に流動しやすかったため、図５に示すように、電池蓋１と接続ピンのフランジ部との接触面の押圧が低下し、押圧低下の速度が速まるため、短期間で液漏れが発生しやすかった。

図５および図６を参照して、このメカニズムについて詳述する。図５は、１環凸部がフランジ部に突設された従来の接続ピンと、２環凸部（第１の凸部５ｆ、第２の凸部５ｇ）がフランジ部５ａに突設された本実施形態の接続ピン５とで、各々ガスケット２を圧縮したときの圧縮量と面圧の関係を表した特性線図である。横軸にガスケット２の圧縮量（ｍｍ）、縦軸にガスケット２の面圧（ＭＰａ）をとり、１環凸部と２環凸部で各々ガスケット２を圧縮したときの圧縮量に対する面圧の実測結果を示したものである。図５に示すように、同じ圧縮量でも１環凸部より２環凸部の方が面圧が高いことが分かる。これは、圧縮によるガスケット２の流動が、１環凸部よりも２環凸部の方が少ないためで、電池内部の気密をより確実に保つことができることを表している。

図６は、１環凸部と２環凸部とが突設された接続ピン５で、各々ガスケット２を圧縮したときの時間と面圧保持率の関係を表した特性線図である。すなわち、横軸に経過時間を対数で表し、縦軸にガスケット２の初期面圧との割合（面圧保持率）をとり、１環凸部と２環凸部とで各々ガスケット２を圧縮したときの経過時間に対する面圧保持率の実測結果を元に長期間における面圧保持率を推測した特性線図である。図６に示すように、例えば、面圧保持率６０％に達する経過時間を比べると、１環凸部で約９０００時間（約１年）、２環凸部で約９００００時間（約１０年）であることが分かる。これは、クリープ速度（面圧低下の速度）が１環凸部に比べ２環凸部が約１０倍遅くなることを表しており、１環凸部に比べ２環凸部の耐久性（電池内部の気密を保持）が格段に向上することを示している。

また、本実施形態の二次電池では、貫通孔１ａが形成された電池蓋１の背面側の周部が薄肉化されており、ガスケット２のフランジ部２ｂの一面側が電池蓋１の薄肉化された背面に当接している。電池蓋１の背面側の周部が薄肉化されることで電池蓋１の背面側に形勢された段差により（図２、図４参照）、二次電池に振動が加わったときに、電解液が電池蓋１とガスケット２のフランジ部２ｂとの当接面を這って上方に移動しようとすることを抑えることができる。このため、シール部の確実性を高めることができる。

さらに、本実施形態の二次電池では、電池缶２０および電池蓋１がアルミニウム合金の金属製であるとともに、接続ピン５は先端部側かつ電池蓋１の外側に配置されたかしめ部を有しており、接続ピン５が、電池蓋１に当接する絶縁部材３および絶縁部材３に（収容されるように）支持された外部端子４を介して（かしめ部５ｄで）かしめられる。このため、端子部を電池蓋１に簡便に固定することができる（組立性が向上する）とともに、密閉状態を向上させることができる。

そして、本実施形態の二次電池では、接続ピン５が絶縁部材３および外部端子４を貫通しており、外部端子４を貫通する部分の接続ピン５の第２の軸部５ｃの径が第１の軸部５ｂの径より小さいので、筒状部をかしめることで（かしめ部５ｄにより）、コンパクトなスペースで絶縁部材３および外部端子４を確実に固定することが可能となる。

なお、本実施形態では、角形状のリチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこれに限ることなく、例えば、円柱状二次電池にも適用可能である。また、本実施形態では、扁平捲回構造の発電要素群を例示したが、本発明はこれに制限されることなく、例えば、扁平させない円柱捲回構造の発電要素群や、正負極をセパレータを介して積層配置した積層構造の発電要素群にも適用可能である。また、本実施形態では、有底電池缶２０とこの開口部を封止する１つの電池蓋１とを例示したが、本発明は、例えば、無底電池缶と２つの電池蓋を有する二次電池にも適用可能であることは論を待たない。さらに、本実施形態では、電池缶２０、電池蓋１にアルミニウム合金製のものを例示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、アルミニウム製、ニッケル製、スチール製、ステンレス製等の金属製のものを用いても、あるいは、樹脂製のものを用いるようにしてもよく、特に、材質に制限はない。

また、本実施形態では、ガスケット２のフランジ部２ｂの他面側（下側）に当接する接続ピン５のフランジ部５ａ側に２環凸部を突設した例を示したが、本発明はこれに限ることなく、例えば、２環を超える凸部（例えば、３環凸部）を突設したり（本発明者らはこの態様も本発明の技術的範囲に属すると考えている。）、接続ピン５のフランジ部５ａ側に２環凸部を突設せず、ガスケット２のフランジ部の一面側（上面側）に当接する電池蓋８１の背面側に２環凸部（第１の凸部８１ａ、第２の凸部８１ｂ）を突設するようにしてもよい（図７参照）。また、２環凸部が突設されていない接続ピン５のフランジ部５ａ側または電池蓋の背面側に１環凸部または２環凸部を突設するようにしてもよい。このような態様では、すべての凸部の位置が水平方向で異なる位置に配設されるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、例えば、図４に示したように、第１の凸部５ｆと第２の凸部５ｇとで断面形状が同じ円環状（本発明者らは長円状や楕円状を含むものと理解している。）ものを例示したが、本発明はこれに制限されることなく、例えば、矩形状のものや、矩形状と円環状とを組み合わせたものを用いるようにしてもよく、さらに、２環凸部間で、凸部の高さ、凸部の幅、凸部の形状（全体形状のみならず、断面形状も含む。）が異なるものを用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、欠落（部）のない２環凸部を例示したが、本発明はこれに限らず、少なくとも第１および第２の凸部の一方の環状ないし矩形状部の一部が欠落していてもよい。例えば、接続ピンのフランジ部９１に、環状の一箇所が欠落した第１の凸部９２を突設したり（図８（Ａ）参照）、環状の１箇所が欠落した第２の凸部９３を突設したり（図８（Ｂ）参照）、環状の一箇所がそれぞれ異なる箇所で欠落した第１の凸部９２、第２の凸部９３を突設したり（図９（Ａ）参照）、環状の２箇所がそれぞれ異なる箇所で欠落した第１の凸部９５、第２の凸部９６を突設したりしてもよい（図９（Ｂ）参照）。このような欠落部を形成することで、ガスケット２の変形が小さくなるため、ガスケット２による密閉の確実性（安定性）を向上させることができるとともに、欠落部を形成しても、図５、図６に示した特性線図の相対関係は変わらず、面圧および耐久性を損なうことなくシール性能を満足させることができる。なお、図８、図９において、参照符号９４は第１の軸部の断面を表している。

さらに、本実施形態では、接続ピン５のフランジ部５ａおよびガスケット２のフランジ部２ｂに円形のものを例示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、矩形のものを用いるようにしてもよい。また、接続ピン５の第１の軸部５ｂおよび第２の軸部５ｃ等に断面円形の軸部を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、断面矩形の軸部としてもよい。

またさらに、本実施形態では、角頭ボルト１２の正方形状の頭部を頭部収容スペースに収容した例を示したが、本発明はこれに限らず、頭部が頭部収容スペースに回転することなく固定されればよいため、頭部の形状は多角形状であればよい。また、当該収容スペースに角頭ボルト１２の頭部に代えてナットを収容するようにしてもよい。このような態様では、バスバーはボルトでナットに固定されることとなる。

（第２実施形態）
次に、本発明を角形状のハイブリッド車用リチウムイオン二次電池に適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態は、第２の凸部５ｇが接続ピン５の第１の軸部５ｂに連設するように形成されたものである。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、異なる箇所のみ説明する。

図１０および図１１に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に第１の凸部５ｆ、第２の凸部５ｇが接続ピン５のフランジ部５ａからガスケット２のフランジ部２ｂの他面側に向けて突設されているが、第２の凸部５ｇが接続ピン５の第１の軸部５ｂに連設するように（繋がって）形成されている点で異なっている。換言すれば、接続ピン５には、第１実施形態で示したような、第２の凸部５ｇと第１の軸部５ｂとの間には段差が形成されていない（図２、図４も参照）。なお、図１０、図１１は、図２、図４と同様に、ガスケット２の圧縮変形を模式的に示したものであるが、ガスケット２のフランジ部２ｂの下側（他面側）は第１の凸部５ｆ、第２の凸部５ｇに対応した溝等が形成されていない平面である。

第２実施形態の二次電池では、上述した第１実施形態の二次電池と同様の作用効果を奏する以外に、接続ピン５のフランジ部５ａからガスケット２のフランジ部２ｂの他面側に向けて突設された第２の凸部５ｇが接続ピン５の第１の軸部５ｂに連設するように形成されているため（第２の凸部５ｇと第１の軸部５ｂとの間に段差が形成されていないため）、接続ピン５のフランジ部５ａを小さくすることができ、この結果、接続ピン５およびガスケット２の小型化および低コスト化を図ることができる。

なお、第２実施形態では、第２の凸部５ｇが接続ピン５の第１の軸部５ｂに連設するように形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１２に示すように、第１の凸部８１ａおよび第２の凸部８１ｂが電池蓋８１の背面側からガスケット２のフランジ部の一面側に向けて突設されており、第１の凸部８１ａは電池蓋８１の背面と一体に形成されており（同一の平面を構成し）、この一体に形成された電池蓋８１の背面側の、ガスケット２のフランジ部の一面側を圧接する端部を第１の凸部８１ａとして構成するようにしてもよい。換言すれば、この態様では、第１の凸部８１ａは電池蓋８１の背面として連続して形成されており、第１の凸部８１ａと第２の凸部８１ｂとの間に形成された段差により電池蓋８１の背面が断続しており、この段差より外周側の電池蓋８１の背面の端部が第１の凸部８１ａを構成している。この態様においても、上述した第２実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、この態様では、耐久性（電池内部の気密を保持）を高めるために、接続ピン５のフランジ部５ｂの外周が第１の凸部８１ａの外周より径が大きいことが望ましい。

また、第２実施形態では、欠落（部）のない２環凸部を例示したが、第１実施形態で説明したように、少なくとも第１および第２の凸部の一方の環状ないし矩形状部の一部が欠落していてもよい。

本発明は長期間液漏れが発生せず耐振動性や耐久性に優れた二次電池を提供するものであるため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１電池蓋
１ａ貫通孔
２ガスケット（シール部材）
３絶縁部材
４外部端子
５接続ピン（外部導電部材）
５ａ、９１フランジ部
５ｂ、９４第１の軸部（軸部）
５ｃ第２の軸部
５ｄかしめ部（電池蓋の外部に配置されたかしめ部）
５ｅかしめ部
５ｆ、８１ａ、９２、９５第１の凸部
５ｇ、８１ｂ、９３、９６第２の凸部
７負極集電板
８正極集電板
１１発電要素群
２０電池缶

Claims

正極板および負極板をセパレータを介して配置した発電要素群と、
前記発電要素群を浸潤する電解液と、
前記発電要素群および電解液を収容する電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記発電要素群の正負極板のそれぞれに電気的に接続され、前記電池蓋に形成された貫通孔に挿通された外部導電部材と、
前記貫通孔において前記電池蓋と前記外部導電部材とに挟まれたシール部材と、
を備え、
前記外部導電部材は、前記貫通孔に挿通された軸部と、この軸部の一側に形成され前記電池缶内に配置されたフランジ部とを有しており、
前記シール部材は、前記外部導電部材の軸部が挿通された筒状部と、この筒状部の一側に形成されたフランジ部とを有し、該フランジ部の一面側が前記電池蓋の背面に当接し他面側が前記外部導電部材のフランジ部に当接しており、
前記シール部材のフランジ部の他面側に圧接する前記外部導電部材のフランジ部側または前記シール部材のフランジ部の一面側に圧接する前記電池蓋の背面側に、前記シール部材の最外周よりも小さい環状ないし矩形状の第１の凸部とさらにその内側に環状ないし矩形状の第２の凸部とを有し、
前記第１および第２の凸部は前記電池蓋の背面側から前記シール部材のフランジ部の一面側に向けて突設されており、前記第１の凸部は前記電池蓋の背面と一体に形成されており、該一体に形成された前記電池蓋の背面側の前記シール部材のフランジ部の一面側を圧接する端部が前記第１の凸部を構成する、
ことを特徴とする二次電池。
少なくとも前記第１および第２の凸部の一方の環状ないし矩形状部の一部が欠落したことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記貫通孔が形成された前記電池蓋の背面側の周部が薄肉化されており、前記シール部材のフランジ部の一面側が前記電池蓋の薄肉化された背面に当接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
前記外部導電部材のフランジ部の外周が前記第１の凸部の外周より径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記電池缶および電池蓋は金属製であるとともに、前記外部導電部材は前記軸部の他側かつ前記電池蓋の外側に配置されたかしめ部をさらに有しており、該外部導電部材は、前記電池蓋に当接する絶縁部材およびこの絶縁部材に支持された外部端子を介して前記かしめ部がかしめられることで前記電池蓋に固定されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記外部導電部材は前記絶縁部材および外部端子を貫通しており、前記外部端子を貫通する部分の前記外部導電部材の径が前記外部導電部材の軸部の径より小さいことを特徴とする請求項５に記載の二次電池。