JP6311432B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

この発明は、ケース内に電極組立体及び電解液が収容された蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば、金属箔に正極活物質層を有する正極電極と金属箔に負極活物質層を有する負極電極との間をセパレータで絶縁し、層状に積層した電極組立体を有する。そして、二次電池は、ケースに電極組立体と電解液とを収容して構成される。

ケース内への電解液の注入は、ケースを構成するケース壁の厚み方向に貫通する注液孔から行われる。そして、注液孔の封止構造として、特許文献１に記載の二次電池では、リベット部材を用いている。図８に示すように、特許文献１の二次電池では、ケース壁５１の注液孔５１ａがリベット部材５３で封止されている。リベット部材５３は、胴部５４と、注液孔５１ａの周縁部表面を覆うフランジ５５と、注液孔５１ａの周縁部裏面を覆うかしめ部５６とを備えている。また、リベット部材５３のフランジ５５とケース壁５１との間には、注液孔５１ａの周縁部表面とフランジ５５の下面とに密接した環状のシール部材５８が介装されている。そして、シール部材５８により、ケース壁５１における注液孔５１ａの周縁部表面とフランジ５５の下面とがシールされることにより、注液孔５１ａからの電解液の漏れが抑制される。

特開２０１０−２７７９３６号公報

ところで、注液孔５１ａの封止作業の簡易化を図るため、リベット部材５３の胴部５４にシール部材５８を締り嵌めで嵌合させ、一体に組み付けておくことが考えられる。このようにすると、胴部５４を注液孔５１ａに挿入するだけで、シール部材５８も、ケース壁５１における注液孔５１ａの周縁部表面に配置できるようになる。

しかしながら、リベット部材５３の胴部５４にシール部材５８を嵌合させる際には、胴部５４が嵌合するシール部材５８の内周部５９に胴部５４から軸方向に対し直交する方向への応力が作用することにより、シール部材５８の内周部５９が圧縮されて厚みを増したように変形した状態となる。このため、シール部材５８の面圧が内周部５９で過度に高くなるために、シール部材５８におけるその他の箇所で作用する面圧が低下する。そして、胴部５４を注液孔５１ａに挿入した状態で、シール部材５８による注液孔５１ａのシール性が低下してしまうおそれがある。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、リベット部材の胴部への締まり嵌めに伴うシール部材の変形に起因して、シール部材による注液孔のシール性が低下する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。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する蓄電装置は、ケース内に電極組立体及び電解液が収容された蓄電装置であって、ケースを構成するケース壁に電解液の注液孔を有するとともに、注液孔を封止するリベット部材を備えるものである。リベット部材は、有底筒状の胴部と、胴部の軸方向一端のフランジと、胴部への締まり嵌めによって一体に組み付けられた環状のシール部材と、を備えている。そして、リベット部材は、胴部が軸方向他端から注液孔に挿通され、シール部材は、胴部への締まり嵌めに伴う当該シール部材の内周部の変形を逃がすための逃がし空間を内周縁に沿って有している。

上記構成では、リベット部材の胴部へのシール部材の締まり嵌めに伴って、胴部からシール部材に軸方向に対し直交する方向の応力が作用したとき、シール部材が軸方向に対し直交する方向に圧縮される。この際、胴部への締り嵌めによって一体に組み付けられたシール部材の面圧が内周部で過度に高くなることが抑制される。

すなわち、シール部材は、リベット部材の胴部への締まり嵌めに伴って軸方向に対し直交する方向に圧縮されるが、シール部材は内周部で逃がし空間に逃げるように変形する。このため、軸方向に対し直交する方向への面圧がシール部材の内周部だけで過度に高くなってしまうことが抑制される。したがって、リベット部材の胴部への締まり嵌めに伴うシール部材の変形に起因して、シール部材による注液孔のシール性が低下することを抑制することができる。

本発明によれば、リベット部材の胴部への締まり嵌めに伴うシール部材の変形に起因して、シール部材による注液孔のシール性が低下することを抑制することができる。

二次電池を示す分解斜視図。 二次電池を示す斜視図。 シール部材が胴部に嵌合される前のリベット部材を示す断面図。 胴部に嵌合される前のシール部材を示す平面図。 シール部材が胴部に嵌合された後のリベット部材を示す断面図。 胴部に嵌合された後のシール部材を示す平面図。 リベット部材によって注液孔が封止された状態を示す断面図。 従来の二次電池を示す断面図。

以下、蓄電装置を具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２及び電解液が収容されて構成されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３に電極組立体１２を挿入するための開口部１３ａを塞ぐ矩形平板状の蓋体１４とからなる。本実施形態では、蓋体１４がケース１１を構成するケース壁に相当する。ケース本体１３と蓋体１４とは、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２には、正極端子１５及び負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁部材１７がそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋体１４からケース１１外に露出している。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（例えばアルミニウム箔）の両面に正極活物質層を備える。負極電極は、負極金属箔（例えば銅箔）の両面に負極活物質層を備える。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極とが交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。

蓋体１４の両面のうち、ケース１１の内側に位置する面を裏面１４ａとし、ケース１１の外側に位置する面を表面１４ｂとする。蓋体１４は、その厚み方向に貫通する注液孔１４ｃを有している。注液孔１４ｃは、リベット部材２０によって封止され、ケース１１内からのガス及び電解液の漏れが防止されている。

次に、注液孔１４ｃに挿入される前のリベット部材２０について説明する。
図１及び図３に示すように、リベット部材２０は、軸方向一端で開口するとともに、軸方向他端に底壁２１ａを有する中空円筒状の胴部２１と、胴部２１の軸方向一端の開口縁に設けられた環状のフランジ２２と、胴部２１の内部に収容されるマンドレル３０と、を有する。胴部２１とフランジ２２とは一体でアルミニウム製であり、プレス成形により一体に形成される。

胴部２１の内部では、軸方向他端側に、すなわち下側に、マンドレル３０の大径部３１より大径の収容部２１ｄが形成されており、収容部２１ｄに連接し、且つ大径部３１より小径の連通部２１ｅが形成されている。また、胴部２１の内部では、連通部２１ｅよりも軸方向一端側に、すなわち上側に、内径が連通部２１ｅよりも拡径された挿通部２１ｆが形成されている。

フランジ２２は、その下面２２ａに下方向に向けて突出し、且つ胴部２１を取り囲む環状凸部２２ｂを有している。
マンドレル３０は、棒状の操作部３２と、この操作部３２より大径の大径部３１と、操作部３２と大径部３１の境界に設けられ、操作部３２より小径の脆弱部３３と、を有している。マンドレル３０は例えばステンレス製である。そして、マンドレル３０が胴部２１の内部に収容された状態では、マンドレル３０の大径部３１が胴部２１の収容部２１ｄに収容されるとともに、マンドレル３０の脆弱部３３が胴部２１の連通部２１ｅに収容される。また、マンドレル３０の操作部３２が胴部２１の挿通部２１ｆに収容されており、操作部３２の先端が胴部２１から突出している。なお、マンドレル３０の硬度は、胴部２１の硬度よりも大きい。

また、リベット部材２０では、胴部２１の外周面に円環状のシール部材４０が嵌合される。シール部材４０は例えば樹脂製やゴム製である。
図４に示すように、シール部材４０の内周部４１は、内側に突出した形状の複数の（本実施形態では５つの）凸部４１ａと、周方向で隣り合う２つの凸部４１ａで挟まれ、外側に凹んだ形状の複数の（本実施形態では５つの）凹部４１ｂと、を有する形状である。凸部４１ａの頂点と凹部４１ｂの頂点とは、シール部材４０の内周部４１の周方向において、直線状の内周縁によって繋がっている。

なお、複数の凸部４１ａの頂点を仮想的に繋げて形成される空間Ｓ１は円状をなし、この円状の内径が胴部２１の外径よりも僅かに小さくなるように、シール部材４０の内周部４１が形成されている。また、シール部材４０の内周部４１において、空間Ｓ１よりも周方向の外側の空間である複数の凹部４１ｂからなる空間Ｓ２と、空間Ｓ１と、の合計であるシール部材４０の内周部４１全体の容積は、胴部２１の軸方向に対し直交方向の容積よりも大きくされている。

図５に示すように、シール部材４０が胴部２１に嵌合されると、シール部材４０の内周部４１が圧縮されて変形する。すなわち、シール部材４０は胴部２１に締り嵌めで嵌合され、胴部２１に一体に組み付けられた状態となる。

図６に示すように、胴部２１への締まり嵌めに伴って、シール部材４０には、上下方向に対して直交する方向の応力が胴部２１から作用し、上下方向に対して直交する方向へとシール部材４０が圧縮される。このため、シール部材４０の内周部４１では、上下方向に対して直交する方向におけるシール部材４０の外側に向かって、凸部４１ａが凹む。そして、シール部材４０では、こうして凸部４１ａが凹む分だけ、周方向において凹部４１ｂが狭くなる変形が生じる。すなわち、胴部２１の軸方向に対し直交方向の容積に対するシール部材４０の空間Ｓ１の差の分だけ、シール部材４０の周方向において凹部４１ｂが狭くなる変形が生じる。なお、胴部２１にシール部材４０が嵌合され、注液孔１４ｃに挿入される前のリベット部材２０では、シール部材４０の凹部４１ｂの上記の変形により空間Ｓ２が狭まる。なお、胴部２１に嵌合される前におけるシール部材４０の空間Ｓ２の容積は、胴部２１への締まり嵌めに伴うシール部材４０の変形を吸収可能な容積とされている。

次に、注液孔１４ｃに挿入された状態のリベット部材２０について説明する。
図７に示すように、リベット部材２０が胴部２１の底壁２１ａから注液孔１４ｃに挿入されると、胴部２１の底壁２１ａがケース１１内に位置し、フランジ２２がケース１１外に位置した状態で蓋体１４に締結される。なお、マンドレル３０では、脆弱部３３を境に操作部３２と大径部３１とが分断され、操作部３２が胴部２１内から除去されている。こうした操作部３２の胴部２１内からの除去作業により、マンドレル３０の大径部３１が胴部２１内に圧入されて胴部２１を拡径させ、かしめ部２４が形成される。かしめ部２４の外周面は、蓋体１４の裏面１４ａにおける注液孔１４ｃの周囲に密接し、注液孔１４ｃを封止している。

また、リベット部材２０が注液孔１４ｃに挿入された状態では、シール部材４０の上面４０ａがフランジ２２の下面２２ａと対向した状態となり、シール部材４０の下面４０ｂが蓋体１４の表面１４ｂに対向した状態となる。

そして、かしめ部２４とフランジ２２によって、リベット部材２０が蓋体１４に締結されるとともに、フランジ２２の下面２２ａと蓋体１４の表面１４ｂとの間に、シール部材４０が挟持される。シール部材４０には、締結に伴う軸力がフランジ２２の下面２２ａ及び環状凸部２２ｂを介して作用し、軸方向へとシール部材４０が圧縮される。

フランジ２２の下面２２ａ及び環状凸部２２ｂとシール部材４０の上面４０ａとが密接することにより、フランジ２２の下面２２ａとシール部材４０の上面４０ａとの間に所定の面圧が生じている。同様に、シール部材４０の下面４０ｂと蓋体１４の表面１４ｂとが密接することにより、シール部材４０の下面４０ｂと蓋体１４の表面１４ｂとの間に所定の面圧が生じている。こうして上面４０ａ及び下面４０ｂに面圧が生じたシール部材４０によって、ケース１１の外側で注液孔１４ｃが封止されている。

次に、二次電池１０の作用について説明する。
胴部２１への締まり嵌めに伴って、シール部材４０では、シール部材４０の内周部４１の凸部４１ａが圧縮されて厚みが増すように変形する。このとき、シール部材４０の内周部４１は、逃がし空間としての空間Ｓ２に逃げるように変形する。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）リベット部材２０の胴部２１へのシール部材４０の締まり嵌めに伴って、胴部２１からシール部材４０に軸方向に対し直交する方向の応力が作用したとき、シール部材４０は内周部４１で逃がし空間としての空間Ｓ２に逃げるように変形する。このため、軸方向に対し直交する方向への面圧がシール部材４０の内周部４１だけで過度に高くなってしまうことが抑制される。したがって、リベット部材２０の胴部２１への締まり嵌めに伴うシール部材４０の変形に起因して、シール部材４０による注液孔１４ｃのシール性が低下することを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ シール部材４０の凸部４１ａ及び凹部４１ｂの数を変更しても良い。また、シール部材４０の内周部４１の形状を変更しても良い。例えば、シール部材４０の内周部４１を全周に亘って厚みを外周部の厚みよりも小さく形成し、軸方向において外周部の表面と内周部の表面との間に生じた空間を、シール部材４０の変形を逃がす逃がし空間として機能させても良い。

○ 環状凸部２２ｂを省略しても良い。また、環状凸部２２ｂに換えて、蓋体１４の表面１４ｂにシール部材４０に向けて突出する凸部を設けても良い。また、環状凸部２２ｂと蓋体１４の凸部との両方を設けてもよい。

○ ケース本体１３を構成する側壁や底壁をケース壁として、それらに注液孔１４ｃを設け、リベット部材２０で封止しても良い。
○ 正極金属箔として、アルミニウム以外の金属からなる箔を採用しても良い。

○ 負極金属箔として、銅以外の金属からなる箔を採用しても良い。
○ 正極電極の片面のみが正極活物質層を有していても良い。
○ 負極電極の片面のみが負極活物質層を有していても良い。

○ 電極組立体１２は捲回型でも良い。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であっても良い。要するに、正極活物質層と負極活物質層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良い。

○ ケース１１の形状を変更してもよい。例えば、ケース１１は円筒型でも良い。
○ 本発明を、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に具体化しても良い。
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追記する。

（イ）前記蓄電装置は二次電池である。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１３…ケース本体、１４…蓋体、１４ｃ…注液孔、２０…リベット部材、２１…胴部、２１ａ…底壁、２２…フランジ、３０…マンドレル、４０…シール部材、４１…内周部、４１ａ…凸部、４１ｂ…凹部、Ｓ１，Ｓ２…空間。

Claims (1)

1. ケース内に電極組立体及び電解液が収容された蓄電装置であって、
   前記ケースを構成するケース壁に前記電解液の注液孔を有するとともに、前記注液孔を封止するリベット部材を備え、
   前記リベット部材は、有底筒状の胴部と、前記胴部の軸方向一端のフランジと、前記胴部への締まり嵌めによって一体に組み付けられた環状のシール部材と、を備え、
   前記リベット部材は、前記胴部が軸方向他端から前記注液孔に挿通され、
   前記シール部材は、前記胴部への締まり嵌めに伴う当該シール部材の内周部の変形を逃がすための逃がし空間を内周縁に沿って有し、
   前記シール部材の内周部は、内側に突出した形状の複数の凸部と、周方向で隣り合う２つの前記凸部で挟まれ、外側に凹んだ形状の複数の凹部とを有し、
   前記凸部の頂点と前記凹部の頂点とは、前記シール部材の内周部の周方向において、直線状の内周縁によって繋がっていることを特徴とする蓄電装置。