JP6017884B2 - Battery sealing material - Google Patents
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Description
本発明は、電池用シール材に関する。 The present invention relates to a battery sealing material.
密閉型電池の端子取り出し部では、ケースの内側から延出される集電端子の周囲にシール材を配置した状態で、集電端子をかしめて変形させることによってシール材を圧縮して、集電端子とケースとの間をシールするとともに、集電端子をケースに締結するかしめ構造が採用される(例えば、特許文献1参照。)。 In the terminal extraction part of the sealed battery, the sealing material is compressed by crimping and deforming the current collecting terminal in a state where the sealing material is arranged around the current collecting terminal extending from the inside of the case. A caulking structure is employed in which the current collecting terminal is fastened to the case (see, for example, Patent Document 1).
電池内部には電解液が充填されているため、シール材には使用する電解液に対する耐性が求められる。例えば特許文献1では、PP、PE等のポリオレフィン系樹脂、PFA、PTFE等のフッ素樹脂、又は、PPS、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK、PES等のポリマー材料が例示されている。
Since the battery is filled with an electrolytic solution, the sealing material is required to have resistance to the electrolytic solution used. For example,
上記のような材料のうち、透湿性が低く、成形性にも優れるPFAが次のシール材材料として注目されている。ただし、電池発熱時、電池製造時等に、端子付近が高温(PFAのガラス転移温度である90℃以上)になることから、PFAへの熱ダメージを考慮する等、解決すべき課題がある。
本発明は、シール材の材料としてPFAを採用した場合の、PFAへの熱ダメージを考慮した電池用シール材を提供する。
Among the above materials, PFA having low moisture permeability and excellent moldability has attracted attention as the next sealing material. However, there is a problem to be solved such as considering thermal damage to the PFA because the vicinity of the terminal becomes high temperature (90 ° C. or higher, which is the glass transition temperature of the PFA) when the battery generates heat or when the battery is manufactured.
The present invention provides a battery sealing material in consideration of thermal damage to the PFA when PFA is adopted as the material of the sealing material.
本発明の電池用シール材は、電極体を収納するケースの開口部を蓋で塞いでケース内を密閉し、前記蓋を介して端子を外部に取り出すとともに、前記端子と蓋との間にシール材を配置した状態で前記端子をかしめることにより、前記端子がシール材を介して蓋に固定される密閉型電池に用いられる電池用シール材であって、前記シール材の材料はPFAであり、前記PFAは、比重が2.15以上、かつ、少なくともシール部の表面粗さが0.05[μm]以下である。
前記シール材のシール部とは、前記端子との当接部であり、前記かしめによる変形力を受ける部位のことを指す。なお、シール材においてシール部を含む外周部全域の表面粗さを0.05[μm]以下としても良い。
The battery sealing material of the present invention seals the inside of the case by closing the opening of the case for housing the electrode body with a lid, takes out the terminal to the outside through the lid, and seals between the terminal and the lid. A sealing material for a battery used for a sealed battery in which the terminal is fixed to a lid via a sealing material by caulking the terminal in a state where the material is arranged, and the material of the sealing material is PFA The PFA has a specific gravity of 2.15 or more and at least the surface roughness of the seal part is 0.05 [μm] or less.
The sealing portion of the sealing material is a contact portion with the terminal and refers to a portion that receives deformation force due to the caulking. In the sealing material, the surface roughness of the entire outer peripheral portion including the sealing portion may be 0.05 [μm] or less.
本発明によれば、シール材の材料としてPFAを採用した場合の、PFAへの熱ダメージを考慮した電池用シール材を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery sealing material which considered the thermal damage to PFA at the time of employ | adopting PFA as a material of a sealing material can be provided.
図1は密閉型電池1の概略構成を示す。
密閉型電池1は、ケース2内に発電要素となる電極体3及び電解液等を収納する。ケース2の開口面には蓋4が溶接され、これによりケース2の開口部が塞がれて密閉される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sealed
The sealed
蓋4の外方には、外部接続用の外部端子5が設けられる。各外部端子5は、絶縁樹脂6を介して絶縁された状態で蓋4に固定される。また、外部端子5は、集電端子7によって電極体3と接続されている。
集電端子7は、ケース2内で電極体3と接合され、蓋4を介して外部に取り出されて外部端子5と接続される。集電端子7も同様に絶縁樹脂6及びガスケット8を介して蓋4に対して絶縁された状態で固定される。
Outside the
The current collecting terminal 7 is joined to the
より詳細には、集電端子7の一部は、蓋4、ガスケット8、絶縁樹脂6及び外部端子5の一部を貫通した状態で蓋4の外方に向けて突出し、その先端部がかしめられることによって、絶縁部材6及びガスケット8を介して蓋4及び外部端子5に締結される。
このように、集電端子7の一部が変形して接合部10が形成され、かしめ時の押圧力によってガスケット8に圧縮力が付与される。ガスケット8が圧縮されることによって接合部10のシール性能が確保される。
More specifically, a part of the current collecting terminal 7 protrudes toward the outside of the
In this way, a part of the current collecting terminal 7 is deformed to form the
以上のように、ガスケット8は、密閉型電池1の端子取り出し部のシール材として機能する。
ガスケット8は、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂)を材料とする。PFAによって構成されるガスケット8がシール材として機能するためには、密閉型電池1の使用条件下(特に、電池高負荷時等の高温条件下)でシール性を維持することが必要となる。
As described above, the
The
本実施形態のガスケット8の材料となるPFAは、比重が2.15以上であり、かつ、少なくともシール部の表面粗さが0.05[μm]以下のものを用いる。
まず、比重を2.15以上とすることで、PFAの結晶化度を高くして高温での非晶質部位の軟化現象の低減を図る。これとともに、表面粗さを0.05[μm]以下することで、かしめ締結時の効果的な圧縮を実現して、低い圧縮率でもシール性を確保することができるようにしている。このようにして、ガスケット8に必要な耐熱性とシール性を両立している。
つまり、PFAの結晶化度を高くすることによってガスケット8の回復率が低下することの背反を、ガスケット8の表面粗さを小さくして(表面を滑らかにして)、かしめ締結時の面圧のかかり具合を一定にすることで低い圧縮率でのシールを実現している。
As the PFA used as the material of the
First, by setting the specific gravity to 2.15 or more, the crystallinity of PFA is increased to reduce the softening phenomenon of the amorphous part at high temperature. At the same time, by making the surface roughness 0.05 [μm] or less, effective compression at the time of caulking and fastening is realized, and sealing performance can be secured even at a low compression rate. In this way, both heat resistance and sealing properties necessary for the
That is, the contradiction of decreasing the recovery rate of the
[比重について]
PFAの比重を大きくするということは、PFAの非晶質部の割合を少なくして結晶化度を高くすることを意味する。
本実施形態では、PFAの比重を所定値以上に大きくすることによって、密閉型電池1の端子取り出し部周辺がPFAのガラス転移温度以上となった場合に生じ得るへたり等の劣化を防止している。
[Specific gravity]
Increasing the specific gravity of PFA means increasing the crystallinity by decreasing the proportion of the amorphous part of PFA.
In this embodiment, by increasing the specific gravity of the PFA to a predetermined value or more, deterioration such as sag that may occur when the periphery of the terminal take-out portion of the sealed
図2に比重の異なるPFAに対して行った耐久試験の結果を示す。
耐久試験は、(1)比重を2.15とした本実施形態のPFAと、比重を1.8とした従来のPFA(A)と、比重を1.75とした従来のPFA(B)のそれぞれのPFAを用いて構成されるガスケットを用意し、(2)それぞれのガスケットを30%圧縮して100℃の温度雰囲気下で4時間放置した後の回復率(元寸法へ戻った寸法/圧縮した寸法×100)を計測することにより行った。
FIG. 2 shows the results of an endurance test performed on PFA having different specific gravities.
The endurance test consists of (1) the PFA of this embodiment with a specific gravity of 2.15, the conventional PFA (A) with a specific gravity of 1.8, and the conventional PFA (B) with a specific gravity of 1.75. Prepare gaskets composed of each PFA, (2) Recovery rate after compression of each
図2に示すように、比重を2.15以上とすることで、回復率が大きく増加している(35%程度)ことが分かる。従来(A)(B)では、回復率が25%程度と低く、高温条件下に曝された後の回復率が低くなっていることが分かる。
これは、PFAの非晶質部位のガラス転移による急激な軟化に起因するものであり、高温雰囲気下に曝された後に十分な回復率を得るためには比重を少なくとも2.15以上とすることが好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 2, it can be seen that the recovery rate is greatly increased (about 35%) by setting the specific gravity to 2.15 or more. In the conventional cases (A) and (B), it can be seen that the recovery rate is as low as about 25%, and the recovery rate after exposure to high temperature conditions is low.
This is due to abrupt softening due to glass transition of the amorphous part of PFA. In order to obtain a sufficient recovery rate after exposure to a high temperature atmosphere, the specific gravity should be at least 2.15 or more. It turns out that is preferable.
[表面粗さについて]
ガスケット8の表面粗さは、かしめ締結時のガスケット8と蓋4との当たり具合を示す指標であり、小さければ小さいほど均一な面での接触が可能となる。
本実施形態では、ガスケット8の表面粗さを小さくすることによって、蓋4との当たりを良くして圧縮効率を向上することによって、低い圧縮率でのシール確保を実現するとともに、長寿命化にも貢献している。
[Surface roughness]
The surface roughness of the
In this embodiment, by reducing the surface roughness of the
図3に表面粗さとシールに必要な圧縮率との関係を示す。
シールに必要な圧縮率(シール可否)は、Heガスリーク量の多少によって決定され、それを満たす最小の圧縮率を「シールに必要な圧縮率」として定義する。リーク試験において、本実施形態のガスケット8の表面粗さは0.05[μm]とし、従来のガスケットの表面粗さは0.5[μm]として、同一の条件により蓋にかしめ締結した状態でHeガスのリーク量を計測した。
FIG. 3 shows the relationship between the surface roughness and the compression rate necessary for sealing.
The compression rate necessary for sealing (sealability) is determined by the amount of He gas leak, and the minimum compression rate that satisfies this is defined as “compression rate necessary for sealing”. In the leak test, the
図3に示すように、表面粗さを0.05[μm]以下とすることで、シールに必要な圧縮率を低くすることができる(2%程度)ことが分かる。これに対して、従来のガスケットでは、必要な圧縮率が8%程度と高い。シールに必要な圧縮率が高い場合、ガスケットの材料を比重2.15以上のPFAとしたときに、かしめ荷重を大きくする必要があり、蓋の反り等、周辺部材へ悪影響を与える可能性があり好ましくない。
従って、低い圧縮率でのシール性確保を実現するためには、表面粗さを少なくとも0.05[μm]以下とすることが好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 3, it can be seen that by setting the surface roughness to 0.05 [μm] or less, the compression rate required for sealing can be lowered (about 2%). On the other hand, in the conventional gasket, the required compression rate is as high as about 8%. If the compression ratio required for sealing is high, when the gasket material is PFA with a specific gravity of 2.15 or more, it is necessary to increase the caulking load, which may adversely affect peripheral members such as warping of the lid. It is not preferable.
Accordingly, it can be seen that the surface roughness is preferably at least 0.05 [μm] or less in order to ensure sealing performance at a low compression rate.
図4は密閉型電池の製造工程の一部を示す。
密閉型電池1の製造工程では、電極体3に集電端子7を接合し、集電端子7の周囲にガスケット8を配置した状態で集電端子7をかしめて蓋4に締結する蓋S/A製造工程、電極体3をケース2内に収納して蓋4を溶接し、密閉する封缶工程、電池セルを90℃以上の高温雰囲気下に曝して電極体3を乾燥するセル乾燥工程が順に行われた後に、初期充電、エージング処理等の適宜の後工程が行われる。
FIG. 4 shows a part of the manufacturing process of the sealed battery.
In the manufacturing process of the sealed
このように、密閉型電池1には、使用時の他に、製造時に高温雰囲気下に曝される状態がある。本実施形態では、ガスケット8の材料として、比重2.15以上かつ表面粗さ0.05[μm]以下のPFAを用いているため、製造段階でのシール耐久性(耐熱性)も有する。
Thus, the sealed
1:密閉型電池、2:ケース、4:蓋、6:絶縁部材、7:集電端子、8:ガスケット(シール材) 1: Sealed battery, 2: Case, 4: Cover, 6: Insulating member, 7: Current collecting terminal, 8: Gasket (sealing material)
Claims (1)
前記蓋を介して端子を外部に取り出すとともに、前記端子と蓋との間にシール材を配置した状態で前記端子をかしめることにより、前記端子がシール材を介して蓋に固定される密閉型電池に用いられる電池用シール材であって、
前記シール材の材料はテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)のみであり、前記PFAは、比重が2.15以上、かつ、少なくともシール部の表面粗さ(10点平均粗さ(Rz))が0.05[μm]以下であることを特徴とする電池用シール材。
Seal the inside of the case by closing the opening of the case containing the electrode body with a lid,
A sealed type in which the terminal is fixed to the lid via the sealing material by taking out the terminal to the outside via the lid and caulking the terminal in a state where the sealing material is disposed between the terminal and the lid. A battery sealing material used for a battery,
The material of the sealing material is only tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), and the PFA has a specific gravity of 2.15 or more and at least the surface roughness of the seal portion (10-point average roughness). (Rz)) is 0.05 [μm] or less.
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