JP6024095B2 - 蓄電素子、蓄電素子の製造方法、及び、端子の製造方法 - Google Patents

蓄電素子、蓄電素子の製造方法、及び、端子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、蓄電素子、蓄電素子の製造方法、及び、端子の製造方法に関するものである。
従来、蓄電素子の一例である電池では、外部端子として、十字状となるように４つの腕部を押し広げることにより、正極固定部に未変形正極貫通接続部をカシメ固定して正極重畳部としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−３３７６６号公報
しかしながら、前記構成では、単に、正極固定部に未変形正極貫通接続部をカシメ固定するだけである。そして、外部端子へのバスバーの接続は、正極固定部から延在させた正極締結部で行うようになっている。
本発明は、外部端子の構造を簡略化し、簡単かつ安価に製作することのできる蓄電素子、蓄電素子の製造方法、及び、端子の製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
前記外部端子は、
外部に露出する平面部と、
前記平面部から前記外装体の内部に突出して集電体に接続される軸部と、
を有する構成としたものである。
この構成により、外装体の内部に軸部を挿通して集電体と電気接続し、外部に露出する平面部にバスバーを接続することができる。
この構成により、板状体に貫通孔を形成し、この貫通孔に棒状接続部を挿通し、棒状接続部材の端面で露出面の一部を構成するようにするだけで、簡単に外部端子を形成することができる。
前記棒状接続部材は、鍔部と、該鍔部から延びる軸部とを有するリベットであり、
前記リベットの鍔部を板状体の貫通孔に圧入することにより、鍔部が前記露出面の一部を構成してもよい。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
前記外部端子は、
外部に露出する平面部と、
前記平面部から前記外装体の内部に突出して集電体に接続される軸部と、
を有し、
前記外部端子は、板状体の露出面とは反対側の内面に形成した凹部に、棒状接続部材の一端部を配置することにより、板状体の内面から前記棒状接続部材の他端部を突出させてなる構成としたものである。
この構成により、板状体に凹部を形成し、この凹部に棒状接続部材の一端部を配置するだけで、簡単に外部端子を形成することができる。そして、板状体の表面に、棒状接続部材との境界部分が形成されていないため、板状体の表面側から腐食したとしても、境界部分から内部へと進行することがない。
この場合、前記棒状接続部材は、鍔部と、該鍔部から延びる軸部とを有するリベットで構成することができる。
また、前記板状体と前記棒状接続部材を異種材料で構成することができる。
さらに、前記異種材料は、銅とアルミニウムとすることができる。
このように、銅とアルミニウム等の溶接が困難な材料であっても、圧入により一体化することで、加工が容易となり、しかも一体化した状態を強固なものとすることができる。
前記棒状接続部材の前記板状体と接する部分が、凹凸状に形成されているのが好ましい。
この構成により、棒状接続部材と板状体の圧接面積を増大させ、固定強度を向上させることが可能となる。さらに、振動等により板状体あるいはリベットが回転することを防止できる。
前記外装体の一部に外側に向かって膨出する膨出部が形成されていると共に、前記外部端子の平面部が前記膨出部の外表面側に配置されるのが好ましい。
この構成により、前記外部端子の平面部にバスバーを溶接する場合、この溶接位置と蓄電素子の内部（発電要素等）との間に所定の距離を確保することができるので、溶接時に発生る熱が蓄電素子の内部に伝わりにくくなり、熱による悪影響（変形等）を防止することが可能となる。
前記外部端子は、負極外部端子であるのが好ましい。
本発明によれば、外部端子を平面部と軸部とで構成したので、構造を簡略化して、簡単かつ安価に製作することが可能となる。
本実施形態に係る電池の斜視図である。 本実施形態に係る電池の正面断面図である。 図１の蓋体を上方側から見た状態を示す斜視図である。 図３の分解斜視図である。 図１の蓋体を下方側から見た状態を示す斜視図及びその部分拡大断面図である。 図５の分解斜視図である。 図４の負極外部端子の製造工程を示す断面図である。 図４の負極外部端子の他の製造工程を示す断面図である。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図１は、蓄電素子の一例である非水電解質二次電池を示す。この非水電解質二次電池は、図２に示すように、電池容器１内に発電要素２を収容し、蓋体３で封止したものである。ここでは、電池容器１と蓋体３とで外装体を構成している。
電池容器１は、上面が開口する直方体形状で、アルミニウムやアルミニウム合金等で構成されている。
発電要素２は、詳細については図示しないが、従来同様、銅箔からなる負極４と、アルミニウム箔からなる正極５との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータ６を配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータ６に対して負極４と正極５とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で、前記電池容器１に収容可能となるように扁平状に巻回されている。後述するように、クリップ７を介して、負極４には負極集電体１８が接続され、正極５には正極集電体１９が接続されている。
蓋体３は、図３から図６に示すように、平面視矩形状の長尺な金属製の板状で、中央部には上面側から段付きとなる略楕円形状の開口部８が形成され、そこにはゴム製の安全弁９が装着されている。安全弁９には、略Ｈ字状の薄肉部が形成され、内圧が異常に上昇した場合に薄肉部が裂けて減圧できるようになっている。
蓋体３の一端側には、小径の注液孔１０が形成され、注液後に栓体１１によって閉鎖されるようになっている。
蓋体３の両端部下面には、上方に向かって膨出する平面視略矩形状の係合受部１２がそれぞれ形成され、各係合受部１２では、下面側の係合凹部１２ａの一辺を除く周囲には浅めのガイド凹部１２ｂがそれぞれ形成されている。また、係合凹部１２ａを構成する天井面の中心部分には貫通孔１２ｃがそれぞれ形成されている。係合受部１２及びガイド凹部１２ｂには、集電体１３及び外部端子１４が上パッキン１５及び下パッキン１６を介してそれぞれ取り付けられるようになっている。
また、蓋体３には、各係合受部１２の内側近傍に、幅方向の２箇所から上方に向かって突出する係止突部１７がそれぞれ形成されている。各係止突部１７は、有底筒状で、蓋体３をプレス加工する際、同時に形成される。各係止突部１７には、後述する上パッキン１５が係止され、回転方向の位置決めを行う。
集電体１３は、銅製の負極集電体１８と、アルミニウム製の正極集電体１９とからなる。これら集電体１３はいずれも、長尺な金属製板材をプレス加工することにより、接続受部２０と、その両側部からそれぞれ延びる脚部２１とを形成されている。接続受部２０は、前記蓋体３の凹部内に配置される嵌合部２２と、これに続く台座部２３とで構成されている。嵌合部２２は、平面状で、中央部分に貫通孔２２ａが形成され、周縁は台座部２３に連続する一辺を除いて直交する方向に延在するガイド縁部２４が形成され、台座部２３側はガイド縁部２４よりもさらに延在する連続部２５となって台座部２３に至っている。このようなガイド縁部２４及び連続部２５によって集電体１３の接続受部２０の剛性が十分に高められている。
脚部２１は、台座部２３の両側縁部から直交する方向に延び、発電要素２の両側面に沿って配置される。そして、脚部２１は発電要素２の正極５又は負極４に、クリップ７を介して接続され、クリップ７が電池容器１の対向する内面間に挟持された状態となって位置ずれが防止される。
外部端子１４は、負極外部端子２８と正極外部端子２９とからなり、平板部３０と、その下面中央部から下方に向かって延びる軸部３１とで構成されている。平板部３０の表面（露出面）には、図示しないバスバーが溶接により接続される。
負極外部端子２８は、図７に示すように、平面視矩形状のアルミニウム製の板状体３２と、銅製のリベット３３とによって形成することができる。すなわち、板状体３２の中央部分に形成した貫通孔３２ａに、リベット３３の軸部３３ａを挿通し、プレス加工で鍔部３３ｂを貫通孔３２ａに圧入する。板状体３２の貫通孔３２ａの内径寸法は、リベット３３の軸部３３ａの外径寸法よりも若干大きいだけであり、鍔部３３ｂの外径寸法よりも十分に小さい。したがって、圧入により、鍔部３３ｂが貫通孔３２ａを押し広げて圧着状態となるほか、押し広げられた部分は軸部３３ａに圧着し、両者は一体化される。また、リベット３３の軸部３３ａの先端面中央部には円形の凹部３３ｃが形成されている。そして、後述するようにして、軸部３３ａを、上パッキン１５、蓋体３の係合受部１２、下パッキン１６、及び、負極集電体１８の各貫通孔に挿通させた後、これらを挟み込むようにして、前記凹部３３ｃを押し広げることによりカシメ固定される。
一方、正極外部端子２９は、全体がアルミニウム製で、平板部３０と軸部３１とが一体的に形成されている。
上パッキン１５は、平面視矩形の枠体を隔壁３６によって、上方側の端子保持凹部３７と、下方側の装着用凹部３８とに区画した合成樹脂製のもので、その下方開口縁部を構成する一辺がさらに側方へと延びる舌片３９となっている。隔壁３６の中央部分には天井面から下方側に延びる筒状部３６ａが形成されている。筒状部３６ａは、係合受部１２の貫通孔１２ｃを挿通し、下パッキン１６の貫通孔４０ａに嵌合する。舌片３９には２箇所に係止孔３９ａが形成され、蓋体３の係止突部１７が挿通している。上パッキン１５は、平面視矩形状に形成した蓋体３の係合受部１２に沿っており、係合受部１２に載置しただけで、回転方向の位置ずれが防止される。しかも、係止孔３９ａに係止突部１７を挿通することにより、確実に回転方向の位置ずれが防止される。
下パッキン１６は、平面視矩形の板状で、中央部分に貫通孔１６ａが形成されたゴム製のものである。下パッキン１６は、負極側と正極側とで形状が若干相違している。
負極側下パッキン１６Ａでは、蓋体３の係合受部１２に形成した係合凹部１２ａ内に配置される膨出部４０と、この膨出部４０に連続する平坦部４１とで構成されている。膨出部４０は、係合受部１２の係合凹部１２ａの一辺側を除く部分の内面に沿った形状をしており、中央部分には貫通孔４０ａが形成されている。平坦部４１は、係合受部１２のガイド凹部１２ｂに配置される。負極側下パッキン１６Ａは、蓋体３の係合受部１２を構成する係合凹部１２ａに対して下方側から配置され、蓋体３と負極外部端子２８との間に挟持される。そして、この挟持状態で、負極外部端子２８と蓋体３との絶縁を図り、かつ、前記上パッキン１５と共に蓋体３の係合受部１２に形成した貫通孔１２ｃの封止を図る。
一方、正極側下パッキン１６Ｂは平板状であり、中央部分に貫通孔１６ａが形成され、係合受部１２を構成する係合凹部１２ａ内に配置される。正極側下パッキン１６Ｂは、前記上パッキン１５と共に蓋体３の係合受部１２に形成した貫通孔１２ｃの封止を図る。
前記構成の電池によれば、外部端子１４の露出面は平坦面で構成されているので、図示しないバスバーの接続作業を容易に行うことができる。外部端子１４は、軸部３１を、上パッキン１５、蓋体３、下パッキン１６、及び、集電体１３を貫通させて先端を加締るだけで、これらを一体化することができる。また、外部端子１４は、板状体３２にリベット３３を圧入するだけで簡単に製作することができる。このように、外部端子１４の構成は、非常に簡略化されており、製造も簡単で安価に行うことができる。
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、前記負極外部端子２８は、図８に示すように、平面視矩形状のアルミニウム製の板状体３４と、その下面中央部に形成した平面視円形の凹部３４ａに、銅製のリベット３５の鍔部３５ａを圧入することにより形成することができる。この場合、凹部３４ａの内径寸法は、リベット３５の軸部３５ｂの外径寸法よりも若干大きいだけであり、鍔部３５ａの外径寸法よりも十分に小さい。したがって、圧入により、鍔部３５ａが凹部３４ａを押し広げ、その後、凹部３４ａの底面に到達することにより軸部３５ｂの周囲に凹部３４ａの内周面が膨出し圧接状態を構成する。これにより、強固な固定状態を得ることができる。また、リベット３５の軸部３５ｂの先端面中央部には円形の凹部３５ｃが形成されている。そして、後述するようにして、軸部３５ｂを、上パッキン１５、蓋体３の係合受部１２、下パッキン１６、及び、正極集電体１９の各貫通孔に挿通させた後、これらを挟み込むようにして、前記凹部３５ｃを押し広げることによりカシメ固定される。
このようにして形成された負極外部端子２８（図８）では、図７に示す構成のものと比較すると、平板部３０の表面にリベット３５との境界部分が形成されることがない。このため、以下の効果が得られる。平板部３０の表面側から腐食したとしても、図７に示す構成のように、境界部分から内部へと進行することがない。内部で腐食性ガスが発生したとしても、その腐食性ガスが平板部３０まで浸出することがないので、この平板部３０が腐食しない。軸部３５ｂは外気に晒されることがないので、その表面で結露することがなく、従って電食の恐れもない。平板部３０の表面に傷が付いてメッキが剥がれたとしても、この剥がれた部分でアルミニウム製の板状体３４と銅製のリベット３５とが接触することはないので、電食、腐食の恐れがない。アルミニウム製の板状体３４と銅製のリベット３５との溶接は困難であるが、前述の圧入により一体化する構成を採用することで、加工が容易となり、しかも一体化した状態を強固なものとすることができる。
また、前記負極外部端子２８では、板状体３２の貫通孔３２ａ又は板状体３４の凹部３４ａに圧入するリベット３３、３５の鍔部３３ｂ、３５ａには一般的な円形状のものを使用したが、その外周面を、鋸歯状、波形状等の凹凸状としてもよい。この構成によれば、圧入相手である貫通孔３２ａや凹部３４ａの内周面との間での圧接面積を増大させることができるので、取付強度を増大させることが可能となる。
また、板状体３４とリベット３５によって形成する外部端子１４は、負極外部端子２８に限らず、両部材をアルミニウム製として、正極外部端子２９を形成できるようにすることも可能である（この場合、同じアルミニウム材料であっても、板状体３４に比べてリベット３５の剛性が大きいものを使用すればよい。）。
また、リベット３５に限らず、一端側から他端側に向かって徐々に外径寸法が大きく成る構成や、鍔部３３ｂ、３５ａと、軸部３３ａ、３５ｂを有する構成を備えた部材であってもよい。
本発明に係る電池の外部端子１４の構造は、リチウムイオン電池のほか、鉛蓄電池等、種々の電池に採用することができる。
１…電池容器（外装体）
２…発電要素
３…蓋体（外装体）
４…負極
５…正極
６…セパレータ
７…クリップ
８…開口部
９…安全弁
１０…注液孔
１１…栓体
１２…係合受部（膨出部）
１２ａ…係合凹部
１２ｂ…ガイド凹部
１２ｃ…貫通孔
１３…集電体
１４…外部端子
１５…上パッキン
１６…下パッキン
１６ａ…貫通孔
１６Ａ…負極側下パッキン
１６Ｂ…正極側下パッキン
１７…係止突部
１８…負極集電体
１９…正極集電体
２０…接続受部
２１…脚部
２２…嵌合部
２２ａ…貫通孔
２３…台座部
２４…ガイド縁部
２５…連続部
２８…負極外部端子
２９…正極外部端子
３０…平板部
３１…軸部
３２…板状体
３２ａ…貫通孔
３３…リベット（棒状接続部材）
３３ａ…軸部
３３ｂ…鍔部
３４…板状体
３４ａ…凹部
３５…リベット（棒状接続部材）
３５ａ…鍔部
３５ｂ…軸部
３６…隔壁
３６ａ…貫通孔
３７…端子保持凹部
３８…装着用凹部
３９…舌片
３９ａ…係止孔
４０…膨出部
４１…平坦部

Claims (12)

  1. 外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
    前記外部端子は、
    外部に露出する平面部と、
    前記平面部から前記外装体の内部に突出して集電体に接続される軸部と、
    を有し、
    前記外部端子は、露出面を有する板状体に形成した貫通孔に、棒状接続部材が挿通され、前記棒状接続部材の端面が前記露出面の一部を構成してなることを特徴とする蓄電素子。
  2. 前記棒状接続部材は、鍔部と、該鍔部から延びる軸部とを有するリベットであり、
    前記リベットの前記鍔部は、前記板状体の前記貫通孔内に圧入状態で配置され、かつ、前記露出面の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
  3. 外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
    前記外部端子は、
    外部に露出する平面部と、
    前記平面部から前記外装体の内部に突出して集電体に接続される軸部と、
    を有し、
    前記外部端子は、板状体の露出面とは反対側の内面に形成した凹部に、棒状接続部材の一端部を配置することにより、板状体の内面から前記棒状接続部材の他端部を突出させてなることを特徴とする蓄電素子。
  4. 前記棒状接続部材は、鍔部と、該鍔部から延びる軸部とを有するリベットであることを特徴とする請求項１又は３に記載の蓄電素子。
  5. 前記板状体と前記棒状接続部材を異種材料で構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  6. 前記異種材料は、銅とアルミニウムであることを特徴とする請求項５に記載の蓄電素子。
  7. 前記棒状接続部材の前記板状体と接する部分が、凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  8. 前記棒状接続部材は、鍔部と、該鍔部から延びる軸部とを有するリベットであり、
    前記リベットの前記鍔部は、前記板状体の前記凹部内に圧入状態で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の蓄電素子。
  9. 前記外装体の一部に外側に向かって膨出する膨出部が形成されていると共に、前記外部端子の平面部が前記膨出部の外表面側に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  10. 前記外部端子は、負極外部端子であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  11. 板状体に形成した貫通孔に、鍔部と軸部とを有する棒状接続部材の軸部を挿通する工程と、
    前記棒状接続部材の鍔部を貫通孔に圧入し、鍔部で露出面の一部を構成させる工程と、
    前記棒状接続部材の軸部を集電体に接続する工程と、を有することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
  12. 板状体の片面に形成された凹部に、鍔部と軸部とを有する棒状接続部材の鍔部を圧入することにより、前記板状体から前記軸部を突出させる工程を有することを特徴とする端子の製造方法。
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