JP5593508B2

JP5593508B2 - 電極端子取付構造及び非水電解質二次電池

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Publication number: JP5593508B2
Application number: JP2007245945A
Authority: JP
Inventors: 福永　　孝夫; 田中　　義則; 秀幸杉山
Original assignee: Eliiy Power Co Ltd
Current assignee: Eliiy Power Co Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: JP2009076385A

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３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３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４の態様は、第１〜３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４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。

本発明の第５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６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７の態様は、第１〜６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７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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
請求項１〜６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。