JP6171974B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、挿通孔の内周面と極柱部の外周面との間に挿通される筒状の端子絶縁部材と、壁部の内面と基部の座面との間に挟持される環状のシール部材と、を有する蓄電装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。二次電池のケース内には電極組立体が収容され、この電極組立体には、電極端子が電気的に接続されている。電極端子は、蓋の挿通孔を通ってケースの内部から外部に突出している。挿通孔の内周面と、この内周面に対向する電極端子の外周面とは絶縁されている。そして、二次電池は、上記挿通孔のシール構造を有する（例えば、特許文献１参照）。

図７に示すように、特許文献１に開示の電池８０において、正負極の電極端子８１は、鍔部８１ａを有するとともに、鍔部８１ａから突出する雄ネジ部８１ｂを有する。電極端子８１の雄ネジ部８１ｂは、ケースの蓋板８４が有する貫通孔８４ａを通ってケースの外部に突出している。また、雄ネジ部８１ｂには、上方から絶縁筒８５が装着されるとともに、気密用ナット８６が螺着されている。電極端子８１の鍔部８１ａと、蓋板８４の内面のうち、貫通孔８４ａの周囲との間には、Ｏリング８７が介装されている。

絶縁筒８５は、筒部８５ａの上端にフランジ部８５ｂを有する絶縁体であり、筒部８５ａが蓋板８４における貫通孔８４ａの内周面と、電極端子８１の雄ネジ部８１ｂの外周面との間に挿入されるとともに、Ｏリング８７の内側にも挿入されている。気密用ナット８６の雄ネジ部８１ｂへの螺着により、絶縁筒８５のフランジ部８５ｂと、電極端子８１の鍔部８１ａとの間にＯリング８７が挟持され、Ｏリング８７によって貫通孔８４ａがシールされるとともに、電極端子８１が絶縁筒８５によって蓋板８４から絶縁されている。

特開２０００−２１５８８０号公報

ところが、雄ネジ部８１ｂに絶縁筒８５を装着可能とし、かつ貫通孔８４ａ内に筒部８５ａを挿通可能とするためには、筒部８５ａの内径は雄ネジ部８１ｂの直径より大きく、筒部８５ａの外径は貫通孔８４ａの直径より小さい必要がある。このため、貫通孔８４ａの内周面と筒部８５ａの外周面との間には、クリアランスが存在する。このような電池８０において、過充電等によりケース内にガスが発生すると、ケースの内圧が上昇し、Ｏリング８７が外周側から内圧を受け、径方向の内側に向けて変形する場合がある。この場合、Ｏリング８７が上述のクリアランスに入り込んでしまい、Ｏリング８７が損傷を受ける虞がある。

本発明は、シール部材が挿通孔の内周面と端子絶縁部材の外周面とのクリアランスに入り込むことを抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置は、壁部に挿通孔を有するケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、前記ケースの内部に配置された基部、及び前記基部から立設されるとともに前記挿通孔を通って前記ケースの外部に突出する極柱部を有し、前記電極組立体と電気的に接続された電極端子と、前記挿通孔の内周面と、該内周面に対向する前記極柱部の外周面との間に挿通される筒状の端子絶縁部材と、前記壁部における前記ケースの内側に臨む内面と該内面に対向する前記基部の座面との間に挟持される環状のシール部材と、を有する蓄電装置であって、前記端子絶縁部材は、前記壁部の内面における前記挿通孔の周囲に係止する係止部を有し、前記座面に沿う方向における前記係止部の外側に前記シール部材が配置されていることを要旨とする。

これによれば、ケースの内圧が上昇し、その内圧がシール部材の外周面に作用すると、シール部材は座面に沿って移動する。すると、シール部材の内周面が係止部の外面に当接し、内圧が作用してもシール部材は係止部に当接した位置からは移動することが抑制される。そして、シール部材が当接した係止部は、挿通孔の周囲に係止しているため、係止部によってシール部材が挿通孔の直下にまで移動することが抑制される。その結果、挿通孔の内周面と、端子絶縁部材の外周面との間のクリアランスにシール部材が入り込むことを抑制することができる。

また、蓄電装置について、前記端子絶縁部材は、弾性変形可能な樹脂製であり、複数の係止部を前記端子絶縁部材の周方向に間隔を空けて複数有していてもよい。
これによれば、各係止部を弾性変形させやすく、係止部を弾性変形させた状態で挿通孔を通過させやすくなり、端子絶縁部材を壁部に組み付けする作業が行いやすい。

また、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、シール部材が挿通孔の内周面と端子絶縁部材の外周面とのクリアランスに入り込むことを抑制することができる。

実施形態の二次電池を示す分解斜視図。 実施形態の二次電池の外観を示す斜視図。 （ａ）は端子絶縁部材を示す斜視図、（ｂ）は端子絶縁部材を係止部から示す図。 （ａ）は電極端子を示す断面図、（ｂ）は係止部とシール部材を示す部分拡大断面図。 極柱部周辺でシール部材及び係止部を示す断面図。 端子絶縁部材の組み付けを示す部分断面図。 背景技術を示す図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１又は図２に示すように、二次電池１０は金属製のケース１２を有し、ケース１２には電極組立体２０が収容されている。ケース１２は、開口部１３ｄを有する直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ｄを閉塞する矩形平板状の蓋体１４を有する。ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属（例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金）製であり、ケース本体１３と蓋体１４はレーザー溶接によって接合されている。ケース本体１３は、長方形状の底板１３ａと、底板１３ａの対向する一対の短側縁から立設された短側壁１３ｂと、底板１３ａの対向する一対の長側縁から立設された長側壁１３ｃとを備える。蓋体１４は、所定の間隔をあけて並設された一対の挿通孔１４ｂを有している。また、本実施形態の二次電池１０は、その外周が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

電極組立体２０は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体２０は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。

また、正極電極は、正極金属箔を延出させて形成された正極集電タブ３１を備える。負極電極は、負極金属箔を延出させて形成された負極集電タブ３２を備える。正極電極は、それぞれの正極集電タブ３１が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。同様に、負極電極は、それぞれの負極集電タブ３２が、正極集電タブ３１と重ならないように積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。そして、複数の正極集電タブ３１は、電極組立体２０における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。また、複数の負極集電タブ３２も同様に、電極組立体２０における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。

図１に示すように、電極組立体２０は、正極集電タブ３１を集めてなる正極タブ群４５を備える。この正極タブ群４５は、スポット溶接により正極導電部材３３に接合されている。また、電極組立体２０は、負極集電タブ３２を集めてなる負極タブ群４６を備える。この負極タブ群４６は、スポット溶接により負極導電部材３７に接合されている。

図１及び図４（ａ）に示すように、正極導電部材３３及び負極導電部材３７は、四角板状をなす端子接続部３４を有する。端子接続部３４において、後述の電極端子としての正極端子４１又は負極端子４２が接合される面を第１面３４ａとし、第１面３４ａと反対側の面を第２面３４ｂとする。正極導電部材３３及び負極導電部材３７は、第２面３４ｂから第１面３４ａに向けて立ち上がる立上げ部３５を有するとともに、端子接続部３４から離れる方向に向けて立上げ部３５から延びるタブ溶接部３６を有している。なお、このタブ溶接部３６は矩形板状である。

正極導電部材３３の端子接続部３４には正極端子４１が接合されるとともに、負極導電部材３７の端子接続部３４には負極端子４２が接合されている。正極端子４１及び負極端子４２は、それぞれ円板状の基部４３を有する。この基部４３において、蓋体１４の内面１４ａに対向する面に座面４３ａを有するとともに、基部４３の厚み方向における座面４３ａと反対側の面に組立体側端面４３ｂを有する。基部４３の中央からは円筒状の極柱部４４が立設され、座面４３ａは極柱部４４を取り囲んでいる。極柱部４４は、外周面に雄ねじ４４ａを有するとともに、内周面に雌ねじ４４ｂを有する。

基部４３には、合成樹脂（例えば、ポリフェニレンサルファイド［ＰＰＳ］、ポリプロピレン［ＰＰ］）製の蓋体側カバー５０と組立体側カバー７０とが装着されている。蓋体側カバー５０は、中央に貫通孔５０ａを有する円板状の蓋側絶縁板５１と、この蓋側絶縁板５１を囲うように同蓋側絶縁板５１の外縁から円筒状で突出するケース側絶縁板５２とを備えている。この蓋体側カバー５０は、蓋側絶縁板５１の貫通孔５０ａに極柱部４４が挿入された状態であり、且つケース側絶縁板５２が基部４３の外周面を覆う状態で、正極端子４１及び負極端子４２に装着されている。蓋側絶縁板５１は、基部４３の座面４３ａと蓋体１４の内面１４ａとの間に配置され、正極端子４１又は負極端子４２と蓋体１４との間を電気的に絶縁している。また、ケース側絶縁板５２が、基部４３の外周面とケース本体１３の長側壁１３ｃ及び短側壁１３ｂとの間を電気的に絶縁している。

二次電池１０では、蓋側絶縁板５１の貫通孔５０ａの内周面が極柱部４４の外周面を周方向の全体に亘って取り囲んでいる。また、蓋側絶縁板５１は基部４３の座面４３ａ上に支持されている。基部４３の座面４３ａ上には、シール部材としてのＯリング５６が極柱部４４を取り囲む状態で設けられている。Ｏリング５６は、蓋側絶縁板５１の貫通孔５０ａ内に配置されるとともに、全周が貫通孔５０ａの内周面によって取り囲まれている。

蓋側絶縁板５１において、座面４３ａと蓋体１４の内面１４ａとの対向方向に沿う方向を蓋側絶縁板５１の厚み方向とすると、蓋側絶縁板５１の厚みは、Ｏリング５６の直径より短い。このため、Ｏリング５６が座面４３ａと蓋体１４の内面１４ａに挟持されていない状態では、座面４３ａに支持されたＯリング５６は蓋側絶縁板５１の厚みを越えて蓋側絶縁板５１から突出する。そして、Ｏリング５６において、蓋側絶縁板５１から突出した部分が、Ｏリング５６の潰し代となる。

蓋側絶縁板５１の貫通孔５０ａに挿入された極柱部４４は、蓋体１４の挿通孔１４ｂを通ってケース１２の外部に突出（露出）している。そして、正極端子４１及び負極端子４２の基部４３は、極柱部４４の両端のうちケース本体１３内側に位置する一端に設けられている。蓋体１４の挿通孔１４ｂの内周面と、極柱部４４の外周面とは、端子絶縁部材１９によって絶縁されている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、端子絶縁部材１９は弾性を有する樹脂製であり、円環状の筒状部２４と、この筒状部２４の軸方向の一端から径方向外方へ延設されたフランジ部２５とを有する。そして、端子絶縁部材１９の筒状部２４は、蓋体１４の挿通孔１４ｂの内周面と、極柱部４４の外周面との間に挿通されている。極柱部４４に筒状部２４を装着可能とし、かつ挿通孔１４ｂ内に筒状部２４を挿通可能とするためには、筒状部２４の内径は極柱部４４における雄ねじ４４ａの外径より大きく、筒状部２４の外径は挿通孔１４ｂの直径より小さい。このため、挿通孔１４ｂの内周面と筒状部２４の外周面との間には、クリアランスが存在する。

端子絶縁部材１９は、筒状部２４の軸方向の他端に複数の係止部２６を有する。複数の係止部２６は、筒状部２４の周方向へ等間隔おきに配置されている。各係止部２６は、筒状部２４の周方向の両端と、筒状部２４の中心軸Ｌとを結んだ直線の間に形成される角度θが１０〜６０度となるように形成されるのが好ましい。

各係止部２６は、筒状部２４の周方向に沿った周面にテーパ面２６ａを有する。テーパ面２６ａは、フランジ部２５から係止部２６に向かうに従い中心軸Ｌに向かうように傾斜している。各係止部２６は、筒状部２４の中心軸Ｌに沿う方向においてフランジ部２５に対向する係止面２６ｂを有する。係止面２６ｂは、筒状部２４の径方向に沿って延びる平坦面である。

複数の係止部２６のうち、筒状部２４の径方向に対向する一対の係止部２６において、筒状部２４の径方向に延びる直線であり、対向する係止部２６の外周面同士を結んだ直線Ｍの長さは、挿通孔１４ｂの直径より長い。このため、係止部２６を蓋体１４の外面１４ｃ側から挿通孔１４ｂを通過させ、蓋体１４の内面１４ａ側に係止部２６を配置した状態では、係止部２６の係止面２６ｂは、蓋体１４の内面１４ａにおける挿通孔１４ｂの外側に係止する。

そして、図４（ａ）に示すように、上記構成の端子絶縁部材１９において、筒状部２４は、挿通孔１４ｂの内周面と、極柱部４４の外周面との間に介装されている。フランジ部２５は、蓋体１４の外面１４ｃにおいて挿通孔１４ｂの周囲に設けられている。

極柱部４４の雄ねじ４４ａにはケース１２の外方からナット５５が螺合されて、極柱部４４にナット５５が取着されている。二次電池１０では、蓋体１４の外面１４ｃにおける挿通孔１４ｂの周縁とナット５５の蓋体１４側の端面との間には端子絶縁部材１９のフランジ部２５が挟持されており、このフランジ部２５によってナット５５と蓋体１４が絶縁されている。また、ナット５５が極柱部４４に螺合されることによって、ナット５５と基部４３との間に、フランジ部２５、蓋体１４、Ｏリング５６及び蓋側絶縁板５１が狭持されるとともに正極端子４１及び負極端子４２が蓋体１４に締結されている。この締結状態では、Ｏリング５６は、圧縮状態で蓋体１４の内面１４ａ及び座面４３ａに密接し、挿通孔１４ｂの周囲をシールしている。

また、図４（ｂ）及び図５に示すように、座面４３ａに沿う方向において、係止部２６の外側にＯリング５６が配置され、係止部２６はＯリング５６によって外側から取り囲まれている。また、座面４３ａに沿う方向において、係止部２６とＯリング５６は同一面上に位置している。

図６に示すように、上記構成の端子絶縁部材１９は、蓋体１４の外面１４ｃ側から挿通孔１４ｂに係止部２６を挿通して蓋体１４に組み付けられる。挿通孔１４ｂ内に係止部２６が挿入されると、各係止部２６のテーパ面２６ａが挿通孔１４ｂの内周面に摺接するとともに、中心軸Ｌに向けて弾性変形する。そして、係止部２６が挿通孔１４ｂを通過して内面１４ａ側に配置されると、弾性変形した係止部２６が原形状に復帰し、係止面２６ｂが蓋体１４の内面１４ａに係止する。

次に、二次電池１０の作用を記載する。
二次電池１０が過充電等を起こした場合、ケース１２内にガスが発生し、ケース１２の内圧が上昇する。このとき、Ｏリング５６が内圧を受けて座面４３ａに沿う方向へ押圧される。

図５に示すように、Ｏリング５６の内周面が、端子絶縁部材１９の係止部２６の外面に接触し、それ以上のＯリング５６の移動が規制される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）端子絶縁部材１９の係止部２６が、蓋体１４の内面１４ａにおける挿通孔１４ｂの周囲に係止している。このため、係止部２６は、座面４３ａに沿う方向において挿通孔１４ｂよりも外側に位置している。そして、係止部２６はＯリング５６によって取り囲まれているため、Ｏリング５６は挿通孔１４ｂを取り囲む位置に配置されている。

ケース１２の内圧をＯリング５６が受けたとき、Ｏリング５６の内周部が係止部２６のテーパ面２６ａに接触し、座面４３ａに沿ったＯリング５６の移動を規制する。よって、係止部２６により、Ｏリング５６を挿通孔１４ｂを取り囲む位置に位置決めし、挿通孔１４ｂの内周面と、筒状部２４の外周面との間のクリアランスにＯリング５６が入り込むことを抑制することができる。その結果として、Ｏリング５６が損傷を受けず、Ｏリング５６による挿通孔１４ｂのシール性を確保することができる。

（２）係止部２６は、筒状部２４の周方向に等間隔おきに配設されている。このため、筒状部２４の全周に亘って係止部２６が形成されている場合と比べて、係止部２６を弾性変形させやすく、係止部２６を蓋体１４の内面１４ａに係止させやすい。このため、端子絶縁部材１９を蓋体１４に装着する作業が行いやすい。

（３）端子絶縁部材１９とＯリング５６とは別体であり、蓋体１４と正極端子４１又は負極端子４２との絶縁は端子絶縁部材１９で行い、挿通孔１４ｂのシールをＯリング５６で行う。そして、挿通孔１４ｂのシールについて、Ｏリング５６の潰し代を端子絶縁部材１９ではなく蓋体側カバー５０で確保する。例えば、端子絶縁部材１９に挿通孔１４ｂのシール機能を持たせると、ケース１２内に位置することとなる係止部２６にシール機能を持たせることになる。この場合には、係止部２６が蓋体１４と基部４３との間で確実に潰れるように係止部２６を製造する必要があり、精度が低い場合には挿通孔１４ｂのシール性が低下する虞がある。

また、係止部２６にシール機能を持たせる場合には、座面４３ａの全体を蓋体１４の内面１４ａから絶縁可能とするため、座面４３ａ全体を覆うように係止部２６を拡大する必要があるが、係止部２６を拡大すると、挿通孔１４ｂへの係止部２６の挿通が困難になる。しかし、端子絶縁部材１９とＯリング５６を別体とし、蓋体側カバー５０によって端子絶縁部材１９（係止部２６）の潰し代を確保するようにするため、端子絶縁部材１９を挿通孔１４ｂに挿通可能としつつ、挿通孔１４ｂのシール性を低下させずにシールすることができる。

（４）端子絶縁部材１９は、蓋体１４の外面１４ｃ側から係止部２６を挿通孔１４ｂに挿入することで蓋体１４に装着できる。そして、係止部２６を蓋体１４の内面１４ａに係止させることで、端子絶縁部材１９を蓋体１４と一体化することができる。このため、端子絶縁部材１９を蓋体１４に装着する作業を簡単に行うことができる。

（５）二次電池１０では、端子絶縁部材１９の係止部２６が蓋体１４の内面１４ａに係止し、その係止部２６を外側から取り囲む状態にＯリング５６が配置されている。そして、ケース１２の内圧が上昇したとき、係止部２６によってＯリング５６が、挿通孔１４ｂと端子絶縁部材１９とのクリアランスに入り込むことが抑制される。このため、挿通孔１４ｂの内周面と、筒状部２４の外周面との間にクリアランスが存在してもよく、クリアランスが存在しないように精度良く製造された端子絶縁部材１９を挿通孔１４ｂに挿通して装着する場合よりも、端子絶縁部材１９の組み付け作業が行いやすい。したがって、端子絶縁部材１９が係止部２６を備えることで、端子絶縁部材１９の組み付け性を損なうことなく、Ｏリング５６がクリアランスに入り込むことを抑制できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、係止部２６を筒状部２４の周方向へ等間隔おきに配設したが、係止部２６は不等間隔おきに配設してもよい。

○ 実施形態では、係止部２６を複数に分割したが、係止部２６を筒状部２４の全周に亘って延びる円環状としてもよい。
○ 係止部２６の数、筒状部２４の周方向に沿う長さを適宜変更してもよい。

○ 係止部２６はテーパ面２６ａを有していなくてもよい。
○ シール部材はＯリング５６でなく、樹脂製のガスケットや、パッキンであってもよい。

○ 挿通孔１４ｂを壁部としての蓋体１４に設けたが、壁部をケース本体１３の短側壁１３ｂや長側壁１３ｃとしてもよい。
○ 正極電極及び負極電極は、金属箔の片面に活物質が存在する構造でもよい。

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。

○ 電極組立体２０は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記壁部の内面と前記基部の座面との間に挟持される蓋体側カバーを有し、該蓋体側カバーは前記シール部材を外側から囲む蓄電装置。
（ロ）前記端子絶縁部材は、前記壁部の外面側から前記挿通孔に挿通されている蓄電装置。

１０…蓄電装置としての二次電池、１２…ケース、１４…壁部としての蓋体、１４ａ…内面、１４ｂ…挿通孔、１９…端子絶縁部材、２０…電極組立体、２６…係止部、４１…電極端子としての正極端子、４２…電極端子としての負極端子、４３…基部、４３ａ…座面、４４…極柱部、５６…シール部材としてのＯリング。

Claims (3)

1. 壁部に挿通孔を有するケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、前記ケースの内部に配置された基部、及び前記基部から立設されるとともに前記挿通孔を通って前記ケースの外部に突出する極柱部を有し、前記電極組立体と電気的に接続された電極端子と、前記挿通孔の内周面と、該内周面に対向する前記極柱部の外周面との間に挿通される筒状の端子絶縁部材と、前記壁部における前記ケースの内側に臨む内面と該内面に対向する前記基部の座面との間に挟持される環状のシール部材と、を有する蓄電装置であって、
   前記端子絶縁部材は、前記壁部の内面における前記挿通孔の周囲に係止する係止部を有し、前記座面に沿う方向における前記係止部の外側に前記シール部材が配置されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記端子絶縁部材は、弾性変形可能な樹脂製であり、複数の係止部を前記端子絶縁部材の周方向に間隔を空けて複数有する請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。