JP5849748B2 - 密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材に関し、特に、電池容器の注液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注液孔をブラインドリベットによって封止する構造が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２００３−２２９１１８号公報 特開２０１１−７６８６５号公報

前記従来技術の構成によれば、ブラインドリベットが注液孔を封止した後に、マンドレルの先端部分がリベットの膨径部分の内部に残留する。そして、密閉型電池に振動が加わることにより、マンドレルの先端部分がリベットの膨径部分の内部で振動して騒音が発生する場合があった。
また、密閉型電池への振動が更に継続すると、マンドレルの先端部分がリベットの膨径部分を突き破って密閉型電池の内部に落下することにより、注液孔の封止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、密閉型電池に振動が加わっても、リベットの膨径部分の内部においてマンドレルの先端部分による騒音の発生を防止するとともに、マンドレルの先端部分がリベットの膨径部分を突き破って密閉型電池の内部に落下することを防ぐことができる、密閉型電池、及び、密閉型電池の封止部材を提供する。

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、電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池であって、前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、他の部分と比較して大径の頭部が前記スリーブの内部に収容されて前記フランジから延び出るマンドレルと、前記スリーブの内部において前記マンドレルの頭部よりも前記スリーブの先端側に配設される弾性部材と、を備えたブラインドリベットであり、前記スリーブが前記注液孔に挿入された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジで前記注液孔が封止されたものである。

請求項２においては、車両搭載用として用いられるものである。

請求項３においては、電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器を備える密閉型電池の前記注液孔を封止する、密閉型電池の封止部材であって、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、他の部分と比較して大径の頭部が前記スリーブの内部に収容されて前記フランジから延び出るマンドレルと、前記スリーブの内部において前記マンドレルの頭部よりも前記スリーブの先端側に配設される弾性部材と、を備えたブラインドリベットで構成され、前記スリーブが前記注液孔に挿入された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジが前記注液孔を封止するものである。

本発明によれば、密閉型電池に振動が加わっても、リベットの膨径部分の内部においてマンドレルの先端部分による騒音の発生を防止するとともに、マンドレルの先端部分がリベットの膨径部分を突き破って密閉型電池の内部に落下することを防ぐことができる。

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を示した断面図。 同じく注液孔の近傍における封止前の状態を示した断面図。 同じく注液孔の近傍でマンドレルの頭部が落下した状態を示した断面図。 第二実施形態に係る密閉型電池の注液孔の近傍を示した断面図。 第三実施形態に係る密閉型電池の注液孔の近傍を示した断面図。 第四実施形態に係る密閉型電池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り、車両搭載用として用いられるものである。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における電池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の注液孔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において一方の外部端子４０と他方の外部端子４０と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、ガスケット３７が取り付けられる。

上面部３２ａは蓋部３２の上面で注液孔３２ｂの周囲に形成された平坦な面であり、図２に示す如く、上面部３２ａに当接するように、円環状のガスケット３７が配置される。ガスケット３７は弾性体であり、フッ素系樹脂やＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ：エチレンプロピレンゴム）などの耐電解液性があるものが望ましい。

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の径よりも小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、蓋部３２の上面における注液孔３２ｂの外周部分である上面部３２ａ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内の膨径部６３に頭部６７ａが収容されてフランジ６２から延び出るマンドレル６７と、スリーブ６４における膨径部６３の内部においてマンドレル６７の頭部６７ａよりもスリーブ６４の先端側に配設される弾性部材７１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。マンドレル６７はスリーブ６４よりも硬度の高い素材で形成されている。頭部６７ａは膨径部６３の近傍に配設されている。弾性部材７１はゴム等の樹脂製素材が用いられる。

そして、締結工具等によって、フランジ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マンドレル６７の頭部６７ａが膨径部６３を膨径頭部６３ａの如く膨径するように塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部６３ａを形成した後、フランジ６２の側のマンドレル６７が図２の如く破断して排出される。そうして、ブラインドリベット６１は、フランジ６２と膨径頭部６３ａとの間に上面部３２ａ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。

［注液孔３２ｂの封止方法］
次に、注液孔３２ｂの封止方法について図３を用いて説明する。なお、以下に記載する工程は、収納部３１内に発電要素２０を収容し、収納部３１の開口部を蓋部３２で閉塞し、収納部３１と蓋部３２とを接合し、電解液を外装３０の内部に充填し、注液孔３２ｂを仮封止した状態で電池１０の活性化処理を行った後において行われる。

図３に示す如く、ブラインドリベット６１を下方に移動させ、スリーブ６４を注液孔３２ｂに挿入するとともに、フランジ６２の下面をガスケット３７の上面に当接させる。
その後、図３中の矢印Ａに示す如く、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の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が中途部から破断する。

これにより、図２に示す如く、フランジ６２を備えたブラインドリベット６１における封止部であるフランジ６２と、膨径頭部６３ａとの間に上面部３２ａ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。

つまり、本実施形態に係る封止部材は、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成されたフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも小径に形成されたスリーブ６４と、スリーブ６４の内部に頭部６７ａが収容されてフランジ６２から延び出るマンドレル６７と、スリーブ６４の内部においてマンドレル６７の頭部６７ａよりもスリーブ６４の先端側に配設される弾性部材７１と、を備えたブラインドリベット６１で形成され、スリーブ６４のうち、電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、フランジ６２が注液孔３２ｂを封止するのである。

本実施形態に係る電池１０によれば、マンドレル６７の先端部分である頭部６７ａが膨径頭部６３ａの内部に残留する。この際、電池１０に振動が加わった場合に、図４中の矢印Ｂに示す如く膨径頭部６３ａが膨径頭部６３ａの内部で落下しても、弾性部材７１がクッション材として頭部６７ａの落下時の衝撃を吸収することができる。つまり、電池１０に振動が加わっても、膨径頭部６３ａの内部において頭部６７ａによる騒音の発生を防止することができるのである。

また、電池１０への振動が更に継続しても、弾性部材７１がクッション材として頭部６７ａの運動エネルギーを吸収することができるため、頭部６７ａが膨径頭部６３ａを突き破って電池１０の内部に落下することを防ぐことができるのである。

また、本実施形態に係る電池１０は車両搭載用であるため、走行時には外部から大きな振動が加わりやすくなる。このように、車両が走行することによって電池１０に大きな振動が加わっても、上記の如く膨径頭部６３ａの内部において頭部６７ａによる騒音の発生を防止することができるとともに、頭部６７ａが膨径頭部６３ａを突き破って電池１０の内部に落下することを防ぐことができるのである。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る電池における注液孔３２ｂ近傍の構成について、図５を用いて説明する。なお、本実施形態以降において説明する電池において、既述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。

本実施形態に係る電池における注液孔３２ｂにおいては図５に示す如く、ブラインドリベット６１を蓋部３２に対して傾け、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、スリーブ６４を蓋部３２に直交しないように配置して、上面部３２ａとブラインドリベット６１との間に、環状のガスケット３７を蓋部３２に直交する軸に関して非対称に圧縮した状態で、注液孔３２ｂを封止している。本実施形態においては、図５中に示す右端部においてガスケット３７の圧縮率が大きくなるように、つまり左端部においてガスケット３７の圧縮率が最も小さくなるようにブラインドリベット６１を傾けている。

本実施形態によれば上記の如く構成することにより、ガスケット３７の圧縮率の検査効率を向上させることができる。具体的には、図５において最も圧縮率の小さいガスケット３７の左端部を圧縮率の検査部とすることにより、少なくともガスケット３７の左端部よりも圧縮率の大きな他の部分の圧縮率を保障することが可能となるのである。

例えば蓋部３２に電子部品などが配置されることにより、ガスケット３７の圧縮率が検査できない部分がある場合、他の部分におけるガスケット３７の圧縮率が最も小さくなるようにブラインドリベット６１を傾けて配設する。そして、最も圧縮率の小さいガスケット３７における他の部分で圧縮率を検査することにより、ガスケット３７の圧縮率が検査できない部分の圧縮率を保障することが可能となるのである。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る電池における注液孔３２ｂ近傍の構成について、図６を用いて説明する。
本実施形態に係る電池における注液孔３２ｂにおいては図６に示す如く、ブラインドリベット１６１のフランジ１６２の下面を、スリーブ６４の中心軸に関して非対称に傾けて形成している。そして、フランジ１６２の下面と蓋部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１６１は、フランジ１６２の下面と蓋部３２の上面部３２ａとが平行とならないように配置して、上面部３２ａとブラインドリベット１６１との間に、環状のガスケット３７をスリーブ６４の中心軸に関して非対称に圧縮した状態で、注液孔３２ｂを封止している。本実施形態においても前記第二実施形態と同様に、図６中に示す左端部においてガスケット３７の圧縮率が最も小さくなるようにブラインドリベット１６１におけるフランジ１６２の下面を傾けている。

本実施形態によれば上記の如く構成することにより、ガスケット３７の圧縮率の検査効率を向上させることができる。具体的には、図６において最も圧縮率の小さいガスケット３７の左端部を圧縮率の検査部とすることにより、少なくともガスケット３７の左端部よりも圧縮率の大きな他の部分の圧縮率を保障することが可能となるのである。

なお、本実施形態に係る電池においては図６に示す如く、蓋部３２の上面部３２ａに、上方に突出する突起部３２ｃが形成されている。この突起部３２ｃにより、ブラインドリベット１６１が注液孔３２ｂを封止する際に、上面部３２ａとブラインドリベット１６１との間で環状のガスケット３７を圧縮する際の圧縮率を部分的に高めているのである。

［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る電池における注液孔３２ｂ近傍の構成について、図７を用いて説明する。
本実施形態に係る電池における注液孔３２ｂにおいては図７に示す如く、蓋部３２の上面部１３２ａを、蓋部３２に直交しスリーブ６４を貫通する軸に関して非対称に傾けて形成している。そして、フランジ６２の下面と蓋部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、フランジ６２の下面と蓋部３２の上面部１３２ａとが平行とならないように配置され、上面部１３２ａとブラインドリベット６１との間に、環状のガスケット３７をスリーブ６４の中心軸に関して非対称に圧縮した状態で、注液孔３２ｂを封止している。本実施形態においても前記第二実施形態と同様に、図７中に示す左端部においてガスケット３７の圧縮率が最も小さくなるようにブラインドリベット６１を傾けている。

本実施形態によれば上記の如く構成することにより、ガスケット３７の圧縮率の検査効率を向上させることができる。具体的には、図７において最も圧縮率の小さいガスケット３７の左端部を圧縮率の検査部とすることにより、少なくともガスケット３７の左端部よりも圧縮率の大きな他の部分の圧縮率を保障することが可能となるのである。

なお、本実施形態に係る電池においては図７に示す如く、フランジ６２の下面に、下方に突出する突起部６２ｂが形成されている。この突起部６２ｂにより、ブラインドリベット６１が注液孔３２ｂを封止する際に、上面部３２ａとブラインドリベット６１との間で環状のガスケット３７を圧縮する際の圧縮率を部分的に高めているのである。

１０ 電池
３０ 外装（電池容器）
３２ 蓋部
３２ｂ 注液孔
６１ ブラインドリベット（封止部材）
６２ フランジ
６３ 膨径部
７１ 弾性部材

Claims (3)

1. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器と、前記注液孔を封止する封止部材と、を備える密閉型電池であって、
   前記封止部材は、前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、他の部分と比較して大径の頭部が前記スリーブの内部に収容されて前記フランジから延び出るマンドレルと、前記スリーブの内部において前記マンドレルの頭部よりも前記スリーブの先端側に配設される弾性部材と、を備えたブラインドリベットであり、
   前記スリーブが前記注液孔に挿入された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジで前記注液孔が封止されたことを特徴とする、密閉型電池。
2. 車両搭載用として用いられることを特徴とする、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 電解液を注液するための注液孔が開口する電池容器を備える密閉型電池の前記注液孔を封止する、密閉型電池の封止部材であって、
   前記注液孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記注液孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、他の部分と比較して大径の頭部が前記スリーブの内部に収容されて前記フランジから延び出るマンドレルと、前記スリーブの内部において前記マンドレルの頭部よりも前記スリーブの先端側に配設される弾性部材と、を備えたブラインドリベットで構成され、
   前記スリーブが前記注液孔に挿入された状態で、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に位置する部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記フランジが前記注液孔を封止することを特徴とする、密閉型電池の封止部材。

Images