JP5593508B2 - 電極端子取付構造及び非水電解質二次電池 - Google Patents

電極端子取付構造及び非水電解質二次電池 Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池の電池外装容器を貫通して内部の集電体と接続状態で且つ封止された状態で配設される正極又は負極の電極端子取付構造及びこれを用いた非水電解質二次電池に関する。
近年、非水電解質二次電池は、高電圧で高エネルギー密度を備えるという特徴を有し、電力貯蔵、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電車など、比較的大型、大出力のものの実用化が有望視されている。
このような非水電解質二次電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層又は巻回した電極体を非水電解質と共に電池ケースに収納した構造を有する。また、かかる非水電解質二次電池では、電流の取り出しは、正極板及び負極板にそれぞれ接続される集電体を介して行い、各集電体と導通される正極端子及び負極端子を容器外に突出させ、この周囲を封止する必要がある。
このような電極端子部の従来の構造は、例えば、図6又は図7のようなものである。
図6に示す例は、金属製の容器011の開口部011aに容器011の内方から絶縁材012で絶縁した状態で端子013を突出させ容器011と端子013に一体的に設けられた固定用フランジ014との間にゴム製のOリング015を挟み、端子013の外周面に設けられた雄ねじ部013aにナット016をねじ込み、容器011と固定用フランジ014とでOリングを挟持して封止構造とするものである。
図7に示す例は、金属製の容器021の開口部021aに外側から絶縁性の第1のパッキン022を介して端子023の端部を挿入し、容器021の内側に突出した端部に第2のパッキン025及び集電部材026を挿通して端部をかしめてかしめ部024として、かしめ部024とフランジ027とで第1のパッキン022及び第2のパッキン25を介して容器021を挟持し、端子023及び集電部材026を固定し、封止構造とするものである。
また、このようなかしめによる封止構造を改良した技術も提案されている(特許文献1、2など参照)。
しかしながら、上述した従来の構造では、封止性を保持するために容器を貫通する部分が円柱状の部材に限定され、例えば、端子を板金部材で構成することはできなかった。
また、封止構造を形成するための絶縁部材やパッキンなどの部品点数が多くなり、また、組み付け作業が困難であるという課題もあった。
特開平7−226198号公報 特開平8−31402号公報
本発明は、上述した課題を解決し、部品点数を低減すると共に組み立て作業を軽減することができる電極端子取付構造及び非水電解質二次電池を提供することを課題とする。
前記課題を解決する本発明の第1の態様は、金属製の電池外装部材と、この電池外装部材の開口部に挿通された挿通部、この挿通部の前記電池外装部材の外側の一方側に導通して設けられた電極端子及び前記挿通部の前記電池外装部材の内側の他方側に導通して設けられた集電部を有する電極部材とを具備し、前記電池外装部材が、密閉型電池の電池ケースの蓋部材であり、前記挿通部と前記開口部の内側縁部との隙間を埋め込むように射出成形された封止樹脂部材により前記開口部が気密に封止され、前記電池外装部材が、塩基性水溶液により処理されたものであり、前記電極部材は前記挿通部の前記集電部側の端部にフランジ部を有し、前記フランジ部は前記電池外装部材の内側に設けられており、前記電池外装部材には、圧力開放のための孔が設けられ、この孔を前記封止樹脂部材と共に射出成形された薄肉樹脂部材により覆って封止することにより圧力開放部を構成したことを特徴とする電極端子取付構造にある。
かかる第1の態様では、射出成形された封止樹脂部材により電池外装部材と電極部材との隙間を絶縁しつつ気密に封止した構造としたので、部品点数を低減すると共に組み立て作業量が著しく低減する。また、金属製の電池外装部材の表面が塩基性水溶液により処理されることにより、射出成形された封止樹脂部材との密着性が向上し、より気密に封止することができる。さらに、射出成形により電極部材を気密に封止した状態で取り付けた電池ケースの蓋部材を製造することができ、部品点数及び組み立て作業量を低減することができる。さらに、電池外装部材と電極部材とを封止樹脂部材により気密に封止すると同時に圧力開放部を同時に形成することができ、作業性が著しく向上する。
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の電極端子取付構造において、前記封止樹脂部材は前記電池外装部材の内側の面と前記フランジとの間に充填されていることを特徴とする電極端子取付構造にある。
かかる第2の態様では、封止樹脂部材は電池外装部材の内側の面とフランジとの間に充填されているので、射出成形された封止樹脂部材との密着性をより向上することができる。
本発明の第の態様は、第1又は2の態様に記載の電極端子取付構造において、前記電池外装部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、又はステンレスからなることを特徴とする電極端子取付構造にある。
かかる第の態様では、電池外装部材が、アルミニウム、銅、又はステンレスからなるので、電解質に対しての耐性があり且つ封止樹脂部材との密着性も良好なものとなる。
本発明の第の態様は、第1〜の何れか1つの態様に記載の電極端子取付構造において、前記封止樹脂部材が、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂又はアラミド樹脂からなることを特徴とする電極端子取付構造にある。
かかる第の態様では、封止樹脂部材が、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂又はアラミド樹脂からなり、電解質に対しての耐性があり且つ電池外装部材や電極部材との密着性も良好なものとなる。
発明の第の態様は、第1〜4の何れか1つの態様に記載の電極端子取付構造において、前記薄肉樹脂部材は前記電池外装部材の内側に形成されていることを特徴とする電極端子取付構造にある。
本発明の第の態様は、第1〜5の何れか1つの態様に記載の電極端子取付構造において、前記薄肉樹脂部材は前記封止樹脂部材と同一材料であることを特徴とする電極端子取付構造にある。
本発明の第の態様は、第1〜の何れか1つの態様に記載の電極端子取付構造を具備することを特徴とする非水電解質二次電池にある。
かかる第の態様では、上述した電極取付構造を適用して非水電解質二次電池とすることにより、部品点数及び組み立て作業量を低減した非水電解質二次電池とすることができる。
本発明は、電池外装部材と、電極部材との気密な封止を、射出成形により設けた封止樹脂部材により行うようにしたので、部品点数を低減すると共に組み立て作業量が著しく低減するという効果を奏する。
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
(実施形態1)
図1には、実施形態1に係る電極端子取付構造を有する電池外装部材の一例であり、非水電解質電池の電池ケースの蓋部材の斜視及びそのA−A線断面を示す。これらの図面に示すように、蓋部材1は、蓋10に電極部材20を取り付けたものである。
蓋10は、電池ケースのケース本体の開口部に、溶接、ロウ付け、かしめ等により接合されるものであり、金属製の板状部材であり、電極部材20を組み付けるための貫通孔である開口部11を具備する。かかる蓋10は、電池ケースの一部として用いられるための機械的強度を有する他、非水電解質に対する耐性、後述する封止樹脂部材との密着性を考慮して材質を選択すればよいが、好適には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレスなどを用いることができる。
電極部材20は、蓋10の開口部11から外部に突出する端子部21と、端子部21の下端部に径が増大して設けられたフランジ部22と、このフランジ部22の一端部から電池ケース内に挿通されて電極体の正極板又は負極板と接続される複数(図示は2本)の集電部23とを具備し、端子部21の下端部及びフランジ部22が開口部11に挿通される挿通部に該当する。かかる電極部材20は、導電性の良好で且つ後述する封止樹脂部材との密着性が良好な金属で形成されるが、好適には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金などが好適に用いられる。なお、例えば、端子部21は円柱部材を切削加工等することにより形成し、フランジ部は22及び集電部23は板状部材をプレス加工等することにより形成し、これらを溶接等により接合して電極部材20とすればよい。
蓋10の開口部11の周縁部と電極部材20との間に設けられた封止樹脂部材30は、射出成形により設けられたものであり、端子部21の下端部と開口部11の内周面との間の封止連通部31と、封止連通部31から蓋10の外側に連続して延設されて端子部21の外周面と蓋10の表面の開口部11の外縁部とに密着された封止外延部32と、封止連通部31から蓋10の内側に連続し、蓋10の内側表面とフランジ部22との間からフランジ部22の外周面まで延設されて蓋10の内表面とフランジ部22に密着された封止内延部33とからなる。
かかる封止樹脂部材30は、蓋10及び電極部材20を設置した金型に樹脂材料を射出成形することにより、蓋10及び電極部材20に密着して一体的に成形されたものである。ここで、密着して一体的に成形されたとは、蓋10の内側と外側とが気密に封止され、電池ケースに内包される非水電解質が外部に漏れることがないように成形されたことをいう。
本発明では、このように封止樹脂部材30を蓋10及び電極部材20に射出成形により密着して一体的に成形するようにしたので、部品点数を低減することができ、且つ組み立て作業を著しく容易にしている。
ここで、封止樹脂部材30は、蓋10及び電極部材20と密着して一体的に成形されるものであり且つ電解質に対して耐性を有するものであればよく、好適には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、アラミド樹脂などを用いることができる。
また、封止樹脂部材30を射出成形により設ける前に、蓋10及び電極部材20の少なくとも封止樹脂部材30との接触部位を表面処理するのが好ましい。
ここで、表面処理とは、例えば、エッチングなどの化学的処理やブラスト処理などの機械的処理があるが、好適には、塩基性水溶液による処理を挙げることができる。
なお、封止樹脂部材30の形状は、蓋10の開口部11と電極部材20との間隙を気密に封止しするものであれば特に限定されず、また、上述したような一体的な形状ではなく、二つ以上に分割された形状であってもよい。
(実施形態2)
図2には、実施形態2に係る電極端子取付構造を有する電池外装部材の一例であり、非水電解質電池の電池ケースの蓋部材の斜視及びそのB−B線断面を示す。これらの図面に示すように、蓋部材1Aは、蓋10Aに電極部材20Aを取り付けたものである。蓋10Aは、実施形態1の蓋10と実質的に同一であるが、矩形の貫通部である開口部11Aを有する点が異なる。また、電極部材20Aは、板状部材をプレス成形することにより得られるものである。具体的には、全体として断面L字状の形状をなし、一端部が端子部21Aとなり、開口部11Aに挿通される挿通部22Aが屈曲部を介して設けられ、挿通部22Aから他端部にかけて電池ケース内に挿通されて電極体の正極板又は負極板と接続される複数(図示は2本)の集電部23Aを有するものである。
かかる電極部材20Aは、従来構造では適用できなかった板金部材からなり、低コストで製造できるという利点を有する。
蓋10Aの開口部11Aの周縁部と電極部材20Aとの間に設けられた封止樹脂部材30Aは、射出成形により設けられたものであり、端子部21Aの下側で端子部21Aを保持し且つ端子部21Aの下面と蓋10Aとを接合する端子部保持部31Aと、端子部保持部31Aから蓋10Aの開口部11A内に延設される封止部32Aと、封止部32Aから蓋10Aの内部の開口部11Aの周縁部に延設されて蓋10Aの内面に密着された封止内延部33Aとからなる。なお、端子部保持部31Aには、端子部21Aの開口に対向する位置には、開口にボルト等を取り付けるための空洞が設けられている。
かかる封止樹脂部材30Aは、蓋10A及び電極部材20Aを設置した金型に樹脂材料を射出成形することにより、蓋10A及び電極部材20Aに密着して一体的に成形されたものである点は、実施形態1と同様である。また、蓋10A、電極部材20A、封止樹脂部材30Aの材質、蓋10A及び電極部材20Aの表面処理についても実施形態1と同様である。
(実施形態3)
図3には、実施形態3に係る電極端子取付構造を有する電池外装部材の一例であり、非水電解質電池の電池ケースの蓋部材の斜視及びそのC−C線断面を示す。これらの図面に示すように、蓋部材1Cは、蓋10Cに電極部材20Cを取り付けたものである。電極部材20Cは、板状部材をプレス成形することにより得られる構成としたものである。具体的には、平面視矩形状の端子部21Cは、板状部材を断面矩形に屈曲させて形成したものであり、端子部21Cの下側の部材をL字状に屈曲させて集電部22Cとしたものである。蓋10Cは、実施形態1の蓋10と実質的に同一であるが、平面視が矩形の端子部21Cを突出させる矩形の貫通部である開口部11Cを有する。
かかる電極部材20Cは、従来構造では適用できなかった板金部材からなり、低コストで製造できるという利点を有する。
蓋10Cの開口部11Cの周縁部と電極部材20Cとの間に設けられた封止樹脂部材30Cは、射出成形により設けられたものであり、端子部21Cの内方及び周囲に設けられた端子部保持部31Cと、これに連続し且つ端子部21Cの下端部と開口部11Cの内周面との間に延設された封止部32Cと、封止部32Cから蓋10Cの内部の開口部11Cの周縁部に延設されて蓋10Cの内面に密着された封止内延部33Cとからなる。
かかる封止樹脂部材30Cは、蓋10C及び電極部材20Cを設置した金型に樹脂材料を射出成形することにより、蓋10C及び電極部材20Cに密着して一体的に成形されたものである点は、実施形態1と同様である。また、蓋10C、電極部材20C、封止樹脂部材30Cの材質、蓋10C及び電極部材20Cの表面処理についても実施形態1と同様である。
(実施形態4)
図4には、実施形態4に係る電極端子取付構造を有する電池外装部材の一例であり、非水電解質電池の電池ケースの蓋部材の斜視及びそのD−D線断面を示す。これらの図面に示すように、蓋部材1Dは、圧力開放部40を有する以外は、実施形態1の蓋部材1と同様な蓋10Dに電極部材20及び封止樹脂部材30を設けたものであり、この部分には実施形態1と同一符号を付して重複する説明は省略する。
蓋10Dに設けられた圧力開放部40は、D−D線拡大断面図に示すように、蓋10Dを貫通する貫通孔41と、蓋10Dの貫通孔41の周縁部に射出成形により一体的に密着して設けられた薄肉部材42とからなる。
ここで、薄肉部材42は、封止樹脂部材30と同時に射出成形することにより形成されたものであり、同一材料で形成され、蓋10Dの貫通孔41の内側と外側とが気密に封止されるように設けられる。但し、薄肉部材42は、電池ケース内が所定の圧力以上の圧力になった際に、破壊されるような構造を有する。このような機能を付与するためには、貫通孔41の大きさや形状、薄肉部材42の厚さなどにより破壊圧力を適宜調整する必要がある。
しかしながら、封止樹脂部材30と同時に射出成形により圧力開放部40を設けることができるので、圧力開放部40の作業工程を省略することができるという効果を奏する。すなわち、従来においては、例えば、本体よりも薄い金属を貫通孔を塞ぐように溶接などしていた作業工程により、圧力開放部を設けていたが、これらの作業を完全に省略できるという利点がある。
かかる薄肉部材42、封止樹脂部材30の材質、蓋10、電極部材20の材質、蓋10D及び電極部材20の表面処理についても実施形態1と同様である。
また、本実施形態は、実施形態1に適用した例としたが、同様に実施形態2、3にも同様な圧力開放部を設けることができる。
さらに、実施形態1〜4では、電極部材を正極用又は負極用の1つ設けた蓋部材であり、電池ケースの容器本体に対して2つ設けるものを例示したが、一つの蓋部材に、正極用及び負極用の二つの電極部材を設けた蓋部材としてもよく、この場合にも一回の射出成形により同様に製造できることはいうまでもない。
また、端子部や集電体の形状・構造は実施例1〜4で例示したものに限定されるものではなく、例えば、端子部としては、雄ねじ形状のものやボルト形状のものを採用してもよいことはいうまでもない。
(実施形態5)
図5には、実施形態5に係る電極端子取付構造を有する電池外装部材を用いた非水電解質二次電池の概略構成を有する組み立て斜視を示す。これらの図面に示すように、蓋部材51は、電池ケース本体52の上部開口部に溶接等により固着されて封止する形状を有する蓋53を具備し、正極用及び負極用の電極部材54A、54Bを設けたものである。ここで、電極部材54A、54Bの構成は、実施形態1と同様であるので、詳細な説明は省略するが、射出成形により蓋53に一体的に密着して設けられた封止樹脂部材55A、55Bにより封止されたものである。
また、圧力開放部56を具備する。かかる圧力開放部56は、実施形態の圧力開放部40と同様な構成としてもよいし、従来と同様に金属箔を溶接したものでもよい。
電池ケース本体52内に収容される電池本体60は、特に限定されるものではないが、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介して積層又は巻回した電極体61を4つ具備し、これらが非水電解質を含浸した状態で電池ケース本体52に収容され、蓋53で封止されるものである。また、電極部材54A、54Bの集電部が、電極体61の一端に纏められた正極板61a及び負極板61bにそれぞれ接続され、電流が正極用及び負極用の端子部に集電されるようになっている。
かかる非水電解質二次電池では、蓋部材の組み立て部品点数、組み立て作業量を大幅に軽減できるので、全体として、安価に且つ生産性よく製造できるものである。
本発明の電極端子取付構造は、非水電解質二次電池の電池外装部材の蓋部材の他、容器本体に適用してもよく、また、非水電解質二次電池の電池外装部品の他、各種密閉型電池の外装部品にも適用できるものである。
本発明の実施形態1に係る電極端子取付構造を適用した電池外装部品である蓋部材を示す斜視図及び断面図である。 本発明の実施形態2に係る電極端子取付構造を適用した電池外装部品である蓋部材を示す斜視図及び断面図である。 本発明の実施形態3に係る電極端子取付構造を適用した電池外装部品である蓋部材を示す斜視図及び断面図である。 本発明の実施形態4に係る電極端子取付構造を適用した電池外装部品である蓋部材を示す斜視図及び拡大断面図である。 本発明の実施形態5に係る非水電解質二次電池の組み立て斜視図である。 従来技術に係る電極端子取付構造の一例を説明する断面図である。 従来技術に係る電極端子取付構造の他の例を説明する断面図である。
符号の説明
1、1A〜1D、51 蓋部材
10、10A〜10D、53 蓋
20、20A〜20C、54A、54B 電極部材
30、30A〜30C、55A、55B 封止樹脂部材
52 電池ケース本体
60 電池本体
61 電極体

Claims (7)

  1. 金属製の電池外装部材と、この電池外装部材の開口部に挿通された挿通部、この挿通部の前記電池外装部材の外側の一方側に導通して設けられた電極端子及び前記挿通部の前記電池外装部材の内側の他方側に導通して設けられた集電部を有する電極部材とを具備し、
    前記電池外装部材が、密閉型電池の電池ケースの蓋部材であり、
    前記挿通部と前記開口部の内側縁部との隙間を埋め込むように射出成形された封止樹脂部材により前記開口部が気密に封止され、
    前記電池外装部材が、塩基性水溶液により処理されたものであり、
    前記電極部材は前記挿通部の前記集電部側の端部にフランジ部を有し、前記フランジ部は前記電池外装部材の内側に設けられており、
    前記電池外装部材には、圧力開放のための孔が設けられ、この孔を前記封止樹脂部材と共に射出成形された薄肉樹脂部材により覆って封止することにより圧力開放部を構成したことを特徴とする電極端子取付構造。
  2. 請求項1に記載の電極端子取付構造において、前記封止樹脂部材は前記電池外装部材の内側の面と前記フランジとの間に充填されていることを特徴とする電極端子取付構造。
  3. 請求項1又は2に記載の電極端子取付構造において、前記電池外装部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、又はステンレスからなることを特徴とする電極端子取付構造。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の電極端子取付構造において、前記封止樹脂部材が、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂又はアラミド樹脂からなることを特徴とする電極端子取付構造。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載の電極端子取付構造において、前記薄肉樹脂部材は前記電池外装部材の内側に形成されていることを特徴とする電極端子取付構造。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の電極端子取付構造において、前記薄肉樹脂部材は前記封止樹脂部材と同一材料であることを特徴とする電極端子取付構造。
  7. 請求項1〜の何れか1項に記載の電極端子取付構造を具備することを特徴とする非水電解質二次電池。
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