JP5625959B2 - 電池 - Google Patents

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Description

本発明は非水電解質二次電池等の電池に関する。
非水電解質二次電池等の電池は、電池容器内に収容された発電要素の正極と負極をそれぞれ正負の外部端子に電気的に接続するための正負の集電体を備える。集電体の基部は例えばリベットを使用したカシメ等の手段によった電池容器の上端開口を封止する蓋体に固定される。集電体の基部と蓋体の下面との間には密閉性確保等のための下パッキンが介在している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４６８８２号公報（図１）
電池容器の容積に対して発電要素の占める割合が高いほど高いエネルギー密度が得られる。従って、エネルギー効率の観点から、蓋体の下面に対して発電要素の上端位置を可能な限り近接して配置することが好ましい。しかし、特許文献１に記載されているような概ね単なる平板状の下パッキンが蓋体の下面に配置されていると、発電要素の上端位置を十分に蓋体の下面に近接して配置することができず、高いエネルギー密度は得られない。また、平板状の蓋体と平板状の下パッキンは平面で接するだけであるので、パッキンが回転しやすい。パッキンの回転は、外部端子と集電体が電気的に接続されている部分（例えばリベットによるかしめ接合部）に負荷をかけることになる。
本発明は、電池容器内の容積に対して発電要素の占める割合を高めることによるエネルギー密度の向上を課題とする。
本発明の第１の態様は、発電要素を収容した外装体と、前記外装体の外部に少なくとも一部が配置された外部端子と前記発電要素とを電気的に接続する集電体と、前記外装体の内面と前記集電体の間に介在するパッキンとを備え、前記パッキンは前記外装体の内面に形成された凹部に収容された被収容部を備え、前記被収容部は前記外装体に対してかしめ接合される被かしめ部を備える、電池を提供する。
集電体と外装体の間に介在するパッキンの被収容部が外装体の内面に形成された凹部に収容されている。そのため、外装体の内面からのパッキンの突出は最小限に抑制される。パッキンの突出を抑制した結果、発電要素の端部位置を十分に外装体の内面に近接して配置することができ、電池容器内の容積に対して発電要素の占める割合を高めてエネルギー密度を向上できる。
また、外装体の凹部を形成する壁面は平面ではなく凹状であり、この凹状の壁面によって凹部に収容されたパッキンの被収容部の位置が規定ないし拘束される。つまり、外装体の凹部とパッキンの被収容部とは平面で接するのではない。そのため、外装体に対するパッキンの回転を防止でき、このようなパッキンの回転に起因してパッキンの一部（例えばリベットによるかしめ接合部）に負荷が作用するのを防止できる。
前記集電体は、前記外部端子と電気的に接続される基部と、前記基部から突出して前記発電要素に電気的に接続される接続部とを備え、前記集電体の前記基部は前記被かしめ部と共に前記外装体に対してかしめ接合され、前記被かしめ部の厚みが前記パッキンの他の部分の厚みよりも大きいことが好ましい。
この構成により、パッキンの軽量化とその製造に要する材料低減を図りつつ、パッキンの気密性を高めることができる。
前記パッキンの前記被収容部の周囲と前記外装体の前記凹部の壁面との間に隙間を設けることが好ましい。
この構成により、かしめ接合時に被かしめ部の厚み方向の圧縮に対する面方向の変形（逃げ）の余地を確保でき、かしめ接合時のパッキンの割れ等の損傷を確実に防止できる。
集電体と外装体の間に介在するパッキンの被収容部を外装体の内面に形成された凹部に収容することで、蓋体の内面からのパッキンの突出を最小限に抑制している。その結果、発電要素の端部位置を十分に外装体の内面に近接して配置することができ、電池容器内の容積に対して発電要素の占める割合を高めてエネルギー密度を向上できる。
また、パッキンの被収容部のうち基部と共に外装体に対してかしめ接合される被かしめ部の厚みを大きく設定することで、パッキンの軽量化とその製造に要する材料低減を図りつつ、下パッキンの気密性を高めることができる。
さらに、パッキンの被収容部の周囲と外装体の凹部の壁面との間に隙間を設けることで、かしめ接合時に被かしめ部の厚み方向の圧縮に対する面方向の変形（逃げ）の余地を確保でき、かしめ接合時のパッキンの割れ等の損傷を確実に防止できる。
本発明の実施形態に係る電池の縦断面図。 蓋体の斜視図。 図１の部分IIIの拡大図。 図１の部分IVの拡大図。 蓋体の下面側の下パッキン付近の斜視図。 蓋体の下面側の下パッキン付近の部分断面斜視図。 図２のVII−VII線での断面図。 図２のVIII−VIII線での断面図。 下パッキンと負極集電体の下方から見た分解斜視図。 下パッキンと負極集電体の上方から見た分解斜視図。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池１（以下、単に電池という）を示す。この電池１は、アルミニウムやアルミニウム合金等で構成され直方体状の電池容器２内に発電要素３を収容し、電池容器２の上端開口を蓋体４で封止したものである。電池容器２と蓋体４とで外装体を構成している。蓋体４の外部には負極外部端子１４と正極外部端子１５の上面が露出している。
発電要素３は、銅箔からなる負極と、アルミニウム箔からなる正極との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置して巻回したものである。発電要素３は、負極が負極集電体１２を介して負極外部端子１４に電気的に接続され、正極が正極集電体１３を介して正極外部端子１５に電気的に接続されている。
図２に示すように、蓋体４は、平面視矩形状の長尺な金属製の板状で、長手方向の中央付近に安全弁８が装着され、一端側に注液孔９が設けられている。
蓋体４の両端部には、上面４ｂから上方に向かって膨出する平面視略矩形状の係合受部１１がそれぞれ形成されている。各係合受部１１では、蓋体４の下面４ａを窪ませて係合凹部１１ａが形成されている。また、係合凹部１１ａを構成する天井面の中心部分には貫通孔１１ｂが形成されている。
図３、及び図５から図８に示すように、図において左側の係合受部１１には、負極集電体１２と負極外部端子１４が絶縁性を有する樹脂からなる上パッキン１６と負極下パッキン１７を介してそれぞれ取り付けられている。
図２から図４、図６、及び図７を参照して上パッキン１６を説明する。上パッキン１６は、隔壁１６ａによって、上方側の端子保持凹部１６ｂと、下方側の装着用凹部１６ｃとを区画した樹脂製の部品であり、隔壁１６ａの中央部分には下方側に延びる両端開口の筒状部１６ｄが設けられている。上パッキン１６は、係合受部１１の上から被せ、装着用凹部１６ｃ内に係合受部１１を収容することで蓋体４に装着される。筒状部１６ｄは貫通孔１１ｂに挿通されて係合凹部１１ａ内に進入している。また、上パッキン１６が備える２つの舌状片１６ｅの係合孔１６ｆには、蓋体４の上面４ｂから突出する係合突部１９が挿通されている。
図３及び図５から図１０を参照して負極下パッキン１７を説明する。負極下パッキン１７は、蓋体４の係合凹部１１ａ内に配置される膨出部１７ａと、蓋体４の下面４ａの係合凹部１１ａに隣接する領域に配置される概ね矩形板状の平坦部１７ｂとを備える。
図９及び図１０に最も明瞭に示すように、負極下パッキン１７の膨出部１７ａは、平坦部１７ｂに対して高さ方向に段差をあけて配置され、かつ平坦部１７ｂに対して平行に拡がる被かしめ部１７ｃを備える。
負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃは平坦部１７ｂの一方の短辺側に配置されており、被かしめ部１７ｃと３つの縦壁１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを介して接続されている。被かしめ部１７ｃには厚み方向に貫通する貫通孔１７ｇが形成されている。図３及び図６に示すように、貫通孔１７ｇには上パッキン１６の筒状部１６ｄの下端付近が差し込まれている。
図９に最も明瞭に示すように、負極下パッキン１７の平坦部１７ｂの外周縁には一方の短辺（図９において手前側の短辺）の一部を除いて、下向きに突出するリブ１７ｈが設けられている。
図３、図５から図７を参照して負極外部端子１４を説明する。負極外部端子１４は、平面視矩形状のアルミニウム製の板状体２１と、銅製のリベット２２とを備える。リベット２２は、顎部２２ａを板状体２１の中央部分に形成した貫通孔２１ａに圧入することで、軸部２２ｂが突出した状態で板状体２１に固定される。板状体２１は上パッキン１６の端子保持凹部１６ｂに収容される。
図３及び図５から図１０を参照して負極集電体１２を説明する。銅製の負極集電体１２は、基部１２ａと、一対の脚部（接続部）１２ｂ，１２ｂとを備える。基部１２ａは、蓋体４の下面４ａに形成された係合凹部１１ａ内に配置されて負極下パッキン１７の膨出部１７ａのうちの被かしめ部１７ｃの下側に重ねて配置される固定部１２ｃと、係合凹部１１ａに隣接する位置で負極下パッキン１７の平坦部１７ｂの下側に重ねて配置される台座部１２ｄとを備える。固定部１２ｃには厚み方向に貫通する貫通孔１２ｅが設けられている。高さ方向が異なり段違いの固定部１２ｃと台座部１２ｄとは縦壁１２ｆにより接続されている。脚部１２ｂ，１２ｂは台座部１２ｄから下向きに延びている。脚部１２ｂ，１２ｂと発電要素３の負極とは、図１にのみ模式的に示すクリップ１０により電気的に接続され、かつ機械的に互いに連結されている。
負極外部端子１４のリベット２２の軸部２２ｂを上パッキン１６の筒状部１６ｄ、負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃの貫通孔１７ｇ、及び負極集電体１２の固定部１２ｃに形成された貫通孔１２ｅを挿通させた後に、先端を押し広げて大径部２２ｃを形成する。これにより、負極外部端子１４、上パッキン１６、負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃ、及び負極集電体１２の基部１２ａが蓋体４に対してかしめ接合されて固定される。また、このかしめ接合により負極集電体１２と負極外部端子１４とが電気的に接続される。
図１、図２、及び図４を参照すると、図において右側の係合受部１１には、正極集電体１３と正極外部端子１５が絶縁性を有する樹脂からなる上パッキン１６と正極下パッキン１８を介してそれぞれ取り付けられている。
負極側と同様に上パッキン１６が係合受部１１に装着されている。一方、正極下パッキン１８は貫通孔１８ａを設けた平板状であり、係合凹部１１ａ内に配置される。
アルミニウム製の正極外部端子１５は平面視矩形状の板状体１５ａと、その下面中央部から突出する筒状の軸部１５ｂとを備える。板状体１５ａは上パッキン１６の端子保持凹部１６ｂに収容される。
アルミニウム製の正極集電体１３は、基部１３ａと、一対の脚部（接続部）１３ｂ，１３ｂとを備える。基部１３ａは、係合凹部１１ａ内に配置されて正極下パッキン１８の下側に重ねて配置される固定部１３ｃと、係合凹部１１ａに隣接する位置で蓋体４の下面４ａに重ねて配置される台座部１３ｄとを備える。固定部１３ｃには厚み方向に貫通する貫通孔１３ｅが設けられている。段違いの固定部１３ｃと台座部１３ｄとは縦壁１３ｆにより接続されている。脚部１２ｂ，１２ｂは図１にのみ模式的に示すクリップ１０により発電要素３に電気的に接続され、かつ機械的に連結されている。
正極外部端子１５の軸部１５ｂを上パッキン１６の筒状部１６ｄ、正極下パッキン１８の貫通孔１８ａ、及び正極集電体１３の固定部１３ｃに形成された貫通孔１３ｅを挿通させた後に、先端を押し広げて大径部１５ｃを形成する。これにより、正極外部端子１５、上パッキン１６、正極下パッキン１８、及び正極集電体１３の基部１３ａが蓋体４に対してかしめ接合されて固定される。また、このかしめ接合により正極集電体１３と正極外部端子１５とが電気的に接続される。
本実施形態の電池１は、特に以下の点に特徴がある。
まず、図３及び図５から図９を参照すると、蓋体４の下面４ａと負極集電体１２の間に介在する負極下パッキン１７には、平坦部１７ｂの外周縁にリブ１７ｈを設けており、このリブ１７ｈの高さＨ（図５及び図９参照）は負極集電体１２の基部１２ａの厚み以上に設定している。このリブ１７ｈにより負極集電体１２と蓋体４との間には十分な絶縁距離が確保されるので、負極集電体１２は蓋体４に対して確実に絶縁される。
次に、負極集電体１２と蓋体うの間に介在する負極下パッキン１７の膨出部１７ａが蓋体４の下面４ａに形成された係合凹部１１ａに収容されている。そのため、蓋体４の下面４ａから突出しているのは負極下パッキン１７のうち薄板状の平坦部１７ｂのみであり、蓋体４の下面４ａからの負極下パッキン１７の突出は最小限に抑制される。また、正極下パッキン１８は全体が蓋体４の下面４ａに形成された係合凹部１１ａに収容されている。このように、負極下パッキン１７及び正極下パッキン１８の蓋体４の下面４ａからの突出量を最小限に抑制した結果、発電要素３の上端位置を十分に蓋体４の下面４ａに近接して配置することができ、電池容器２内の容積に対して発電要素３の占める割合を高めてエネルギー密度を向上できる。
また、蓋体４の下面４ａの係合凹部１１ａを構成する壁面は凹状であり、この凹状の壁面によって係合凹部１１ａに収容された負極下パッキン１７の膨出部１７ａの位置が規定ないし拘束される。つまり、蓋体４に設けた係合凹部１１ａと負極下パッキン１７の膨出部１７ａとは平面で接するのではなく、いわば凹凸が互いに係合する状態で接している。そのため、蓋体４に対する負極下パッキン１７に回転を防止できる。本実施形態では、負極外部端子１４、上パッキン１６、負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃ、及び負極集電体１２の基部１２ａがリベット２２により蓋体４に対してかしめ接合されている。係合凹部１１ａに負極下パッキン１７の膨出部１７ａを収容したことで、リベット２２によるかしめ接合部における負極下パッキン１７の回転を防止できる。前述のように負極集電体１２と負極外部端子１４との電気的接続にはリベット２２が介在しているので、リベット２２によるかしめ接合部における負極下パッキン１７の回転は、負極集電体１２と負極外部端子１４との良好な電気的接続を確保する上で好ましくない。蓋体４の係合凹部１１ａに負極下パッキン１７の膨出部１７ａを収容するという簡易な構成で負極下パッキン１７の回転を防止できることは、負極集電体１２と負極外部端子１４との良好な電気的接続確保の観点からも利点が大きい。
さらに、図３、図６、及び図７に示すように、負極下パッキン１７のうち、蓋体４に対してかしめ接続される被かしめ部１７ｃの厚みＴを負極下パッキン１７のその他の部分の厚みよりも大きく設定している。このようにかしめにより大きな力が作用する部分である被かしめ部１７ｃのみを厚みＴを大きく設定することで、負極下パッキン１７の軽量化とその製造に要する材料低減を図りつつ、負極下パッキン１７の気密性を高めることができる。
さらにまた、図３及び図６を参照とすると、負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃと縦壁１７ｄが構成する隅部付近には、蓋体４の下面４ａの係合凹部１１ａを囲む壁面（係合受部１１）との間に隙間３１が設けられている。特に、負極下パッキン１７の縦壁１７ｄと係合凹部１１ａを囲む側壁面の間に符号Ｓ１で示すような寸法の隙間が確保されている。また、負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃの先端と蓋体４の下面４ａの係合凹部１１ａを囲む側壁面との間にも、符号Ｓ２で示すより大きな寸法の隙間が確保されている。このように負極下パッキン１７の被かしめ部１７ｃの両端と係合凹部１１ａを囲む壁面（係合受部１１）との間に隙間３１，Ｓ１，Ｓ２を設けておくことで、かしめ接合時に被かしめ部１７ｃを厚み方向の圧縮した際に、被かしめ部１７ｃが面方向に変形（逃げ）する余地を確保できる。その結果、かしめ接合時の負極下パッキン１７の割れ等の損傷を確実に防止できる。
本発明は実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、蓋体４に設けた係合凹部１１ａに負極下パッキン１７の膨出部１７ａを収容する構成を例に本発明を説明したが、蓋体ではなく電池容器の内面に形成した凹部に対してパッキンの一部（被収容部）を収容する構成も可能である。
１ 非水電解質二次電池
２ 電池容器
３ 発電要素
４ 蓋体
４ａ 下面
４ｂ 上面
８ 安全弁
９ 注液孔
１０ クリップ
１１ 係合受部
１１ａ 係合凹部
１１ｂ 貫通孔
１２ 負極集電体
１２ａ 基部
１２ｂ 脚部
１２ｃ 固定部
１２ｄ 台座部
１２ｅ 貫通孔
１２ｆ 縦壁
１３ 正極集電体
１３ａ 基部
１３ｂ 脚部
１３ｃ 固定部
１３ｄ 台座部
１３ｅ 貫通孔
１３ｆ 縦壁
１４ 負極外部端子
１５ 正極外部端子
１５ａ 板状体
１５ｂ 軸部
１５ｃ 大径部
１６ 上パッキン
１６ａ 隔壁
１６ｂ 端子保持凹部
１６ｃ 装着用凹部
１６ｄ 筒状部
１６ｅ 舌状片
１６ｆ 係合孔
１７ 負極下パッキン
１７ａ 膨出部（被収容部）
１７ｂ 平坦部
１７ｃ 被かしめ部
１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ 縦壁
１７ｇ 貫通孔
１７ｈ リブ
１８ 正極下パッキン
１８ａ 貫通孔
１９ 係合突部
２１ 板状体
２１ａ 貫通孔
２２ リベット
２２ａ 顎部
２２ｂ 軸部
２２ｃ 大径部
３１ 隙間

Claims (4)

  1. 発電要素を収容した外装体と、
    前記外装体の外部に少なくとも一部が配置された外部端子と前記発電要素とを電気的に接続する集電体と、
    前記外装体の内面と前記集電体の間に介在するパッキンと
    を備え、
    前記パッキンは前記外装体の内面に形成された凹部に収容された被収容部を備え、
    前記被収容部は前記外装体に対してかしめ接合される被かしめ部を備える、電池。
  2. 前記集電体は、前記外部端子と電気的に接続される基部と、前記基部から突出して前記発電要素に電気的に接続される接続部とを備え、
    前記集電体の前記基部は前記被かしめ部と共に前記外装体に対してかしめ接合され、前記被かしめ部の厚みが前記パッキンの他の部分の厚みよりも大きい、請求項１に記載の電池。
  3. 前記パッキンの前記被収容部の周囲と前記外装体の前記凹部の壁面との間に隙間を設けた、請求項２に記載の電池。
  4. 発電要素を収容した外装体と、
    前記外装体の外部に少なくとも一部が配置された外部端子と前記発電要素とを電気的に接続する集電体と、
    前記外装体の内面と前記集電体の間に介在するパッキンと
    を備え、
    前記パッキンは前記外装体の内面に形成された凹部に収容された被収容部を備え、
    前記集電体は、前記外部端子と電気的に接続される基部と、前記基部から突出して前記発電要素に電気的に接続される接続部とを備え、
    前記集電体の前記基部は前記外装体の内面に形成された凹部内に配置するとともに、前記パッキンの被収容部の下側に重ねて配置される固定部を有する、電池。
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