JP6386259B2

JP6386259B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP6386259B2
Application number: JP2014123741A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎小林; 草間　和幸; 和幸草間; 崇正梶原; 幸志郎米田; 克己小川; 功粟井; 博之鳥居; 幹政小門
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: JP2016004668A

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の密閉型電池に関する。

近年、リチウムイオン二次電池その他の密閉型電池（例えば特許文献１）は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。

特開２０１４−０２９８３９号公報

密閉型電池の一つの代表的な構成として、電極体および電解質（典型的には非水電解質）が電池ケース（外装容器）に収容され、電極端子（正極端子および負極端子のうち少なくとも一方）が上記ケースに設けられた端子引出孔を貫通して該ケースの内部から外部に引き出された構成が挙げられる。上記端子引出孔は、典型的には、前記端子引出孔の開口部を囲むケース壁面と電極端子との間に介在されたガスケットによってシールされている（例えば特許文献１等）。

この種のシール構造の一つとして、図４に示したシール構造が検討されている。図４の例では、ケース２１０の端子引出孔２１２に電極端子２３０の軸部２３４を貫通させ、ケース２１０の内面２１４と電極端子２３０の台座部２３２との間にガスケット２２０の平板部２２２を配置する。そして、かしめ治具を用いて軸部２３４の先端２３４ａを端子軸方向に加圧してかしめることにより、ケース２１０の内面２１４と電極端子２３０の台座部２３２との間でガスケット２２０の平板部２２２を圧縮する。これにより、ケース２１０と電極端子２３０との隙間を塞いで端子引出孔２１２のシール性（気密性）を確保している。

しかしながら、図４に示した構造では、ガスケット２２０の圧縮を平板部２２２で行っているため、圧縮範囲が広い。そのため、ガスケット２２０全体の反力は大きくなるものの、単位面積当たりの反力が小さく、十分なシール性能が得られないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、シール性能が良好な密閉型電池を提供することである。

本発明によって提供される密閉型電池は、貫通孔を有する電池ケースと、前記ケースに対向するように重ね合わされ、貫通孔を有するガスケットと、前記ケースの貫通孔と前記ガスケットの貫通孔とをケース内側から貫通するように設けられたリベットとを備える。前記リベットの先端は、前記ガスケットを前記リベットの軸方向に圧縮するようにかしめられている。また、前記ケースは、前記ガスケットと対向している面に突起を有している。そして、前記ガスケットは、前記突起に対向している領域の面粗度が、前記突起に対向していない領域の面粗度よりも小さい。かかる構成によれば、シール性能が良好な密閉型電池を提供することができる。

なお、本明細書では、上下方向を規定する際に、電池ケースに固定したリベットの軸方向において、軸部が位置する側を上方向とし、台座部が位置する側を下方向として規定する。また、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する概念である。ここに開示される技術は、典型的には二次電池に適用される。

一実施形態に係る電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。一実施形態に係る電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。一実施形態に係る第１ガスケットの上面図である。従来の電池の電極端子周辺の要部断面を模式的に示す図である。

以下、本発明のいくつかの好適な実施形態例を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回型の電極体（捲回電極体）と非水系の液状電解質（電解液）とを扁平な角形（箱形）のケースに収容した形態の密閉型リチウムイオン二次電池を製造する場合を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

図１および図２に、本実施形態に係る密閉型電池１００の要部断面を示す。図２は、図１の要部断面をさらに拡大した図である。なお、図２では、便宜上、各部材２０、５０、３０に隙間を開けた状態で図示している。図１および図２に示すように、密閉型電池１００は、貫通孔２２を有する電池ケース２０と、該ケース２０に対向（接触）するように重ね合わされ、貫通孔５８を有する第１ガスケット５０と、ケース２０の貫通孔２２と第１ガスケット５０の貫通孔５８とをケース内側から貫通するように設けられたリベット３０とを備えている。この実施形態では、リベット３０は電極端子３０である。また、この密閉型電池１００は、第２ガスケット７０と外部端子４０とを備えている。

電池ケース（ここでは蓋体）２０は、電極体８０を電解液とともに収容するケースであり、その一部に貫通孔（端子引出孔）２２が設けられている。貫通孔（端子引出孔）２２は、電極端子３０をケースの内部から外部に引き出すための引出孔であり、ケース２０の外面と内面２４とを貫通するように設けられている。電池ケース２０を構成する材質としては、一般的なリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様のもの等を適宜使用することができ、特に制限はない。放熱性等の観点から、金属製（例えばアルミニウム製）のケース２０を好ましく使用し得る。

電極端子（リベット）３０は、リベット状の電極端子であり、端子引出孔２２の外形よりも外周側に広がった台座部３４と、台座部３４から突設した軸部３２とを有する。台座部３４は、ケース２０の引出孔２２の外形よりも外周側に広がった板状部材であり、その下面に集電部（図示せず）が取り付けられている。集電部は、電極体８０の正極または負極と電気的に接続されている。電極端子３０の構成材料としては導電性のよい金属材料が好ましく、例えばアルミニウムが用いられる。

軸部３２は、ケース内側からケース２０の端子引出孔２２と第１ガスケット５０の貫通孔５８とを貫通するように配置されている。そして、軸部３２の先端を放射状に拡径し、外部端子４０の上面に押し広げることにより軸部３２の先端がかしめられている。なお、図１の二点鎖線は、かしめる前の軸部３３を表している。

第１ガスケット５０および第２ガスケット７０は、それぞれフッ素ゴム（例えば、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体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン−プロピレン系（ＦＥＰＭ）、等のフッ素ゴム）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴムなどの絶縁性を有する弾性部材であり得る。第１ガスケット５０と第２ガスケット７０とは、電極端子３０と、電池ケース２０との隙間に装着され、電極端子３０と電池ケース２０とを絶縁するとともに、当該電極端子３０が装着される部位において電池ケース２０のシール性を確保している。

この実施形態では、第２ガスケット７０は、電池ケース２０の外側において端子引出孔２２の周囲を覆うように配置される略円板状の部材である。

図３は、第１ガスケット５０を上方から視た上面図である。図１〜図３に示すように、第１ガスケット５０は、貫通孔５８をあけた筒部５２と、平板部５４とを備えている。筒部５２は、第１ガスケット５０の一端（上端）に設けられている。平板部５４は、筒部５２の一端（下端）から外径方向に平板状（この実施形態では、円板状）に延びている。第１ガスケット５０の筒部５２は、電極端子３０の軸部３２の外周に装着され、電極端子３０の軸部３２とともに、端子引出孔２２に挿し込まれる。第１ガスケット５０の平板部５４は、端子引出孔２２からケース２０の内側に沿って延び、ケース２０の内面２４と、電極端子３０の台座部３４との間に挟まれている。

電池ケース２０は、該ケース２０の内面２４のうち第１ガスケット５０の平板部５４と対向（接触）している部位（対向面）に突起２６が形成されている。この実施形態では、突起２６は、端子引出孔２２の周縁に沿ってリング（環）状に形成されている。また、突起２６の先端は面取りされている。

第１ガスケット５０は、図２および図３に示すように、突起２６に対向している領域Ａの面粗度Ｒｚ_ａが、突起２６に対向していない領域Ｂの面粗度Ｒｚ_ｂよりも小さい（Ｒｚ_ａ＜Ｒｚ_ｂ）。ここで本明細書において面粗度とは、ガスケット５０表面の凹凸の最大高さ粗さＲｚをいい、詳細には、基準長さにおいてガスケット５０の輪郭曲線の平均線よりも上側の部分である山高さの最大値と、該輪郭曲線の平均線よりも下側の部分である谷深さの最大値との和をいう。最大高さ粗さＲｚは、例えばＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠して求めるものとする。

第１ガスケット５０のうち突起２６に対向している領域Ａの面粗度Ｒｚ_ａは、突起２６に対向していない領域Ｂの面粗度Ｒｚ_ｂよりも小さければよく、特に限定されない。例えば、領域Ａの面粗度Ｒｚ_ａとしては、Ｒｚ_ａ≦０．８が適当であり、好ましくはＲｚ_ａ≦０．６である。また、突起２６に対向していない領域Ｂの面粗度Ｒｚ_ｂは、突起２６に対向している領域Ａの面粗度Ｒｚ_ａよりも大きければよく、特に限定されない。例えば、領域Ｂの面粗度Ｒｚ_ｂとしては、０．８＜Ｒｚ_ｂが適当であり、好ましくは１．０≦Ｒｚ_ｂである。

続いて、電極端子３０と、第１ガスケット５０と、第２ガスケット７０と、外部端子４０とを電池ケース２０の端子引出孔２２に取り付ける方法について説明する。

ここでは、先ず、電極端子３０の軸部３２を、第１ガスケット５０の貫通孔５８に挿し込み、該軸部３２を筒部５２に装着する。そして、第１ガスケット５０とともに、電極端子３０の軸部３２を、電池ケース２０の端子引出孔２２にケース２０の内側から挿し込む。そして、端子引出孔２２から突出した、電極端子３０の軸部３２に第２ガスケット７０を取り付け、電池ケース２０の上に配置する。さらに、軸部３２に外部端子４０を取り付け、第２ガスケット７０の上に配置する。この状態で、かしめ治具（例えば回転ヘッドを有するロータリかしめ機）を用いて、軸部３２の先端が外径側に広がるように、軸部３２の先端を一定圧（例えば２５００Ｎ〜３０００Ｎ）にて押しつぶし、電極端子３０を電池ケース２０にかしめる。これにより、電極端子３０と、第１ガスケット５０と、第２ガスケット７０と、外部端子４０とが、電池ケース２０の端子引出孔２２に取り付けられている。

その際、軸部３２のかしめ部分と台座部３４との間で、第１ガスケット５０の平板部５４、ケース２０、第２ガスケット７０および外部端子４０を挟持してこれらを押圧することにより、第１ガスケット５０の平板部５４がリベット軸方向に圧縮され、ケース２０の内面２４と台座部３４とが平板部５４を挟んで密着する。また、ケース２０の内面２４のうち平板部５４と対向している面には、突起２６が形成されているので、該突起２６によって平板部５４の一部がさらに圧縮され、平板部５４に高圧縮部５６（図２）が形成される。これにより、ケース２０と電極端子３０間の高いシール性が確保され得る。また、上記圧縮時には、高圧縮状態となった第１ガスケット５０が径方向外側（低圧縮側）に逃げようとする（図２の矢印９２参照）が、本実施形態によると、平板部５４のうち突起２６に対向していない領域Ｂの面粗度Ｒｚ_ｂが突起２６に対向している領域Ａの面粗度Ｒｚ_ａよりも大きいので、ケース２０と領域Ｂとの間、および電極端子３０と領域Ｂとの間にて大きな摩擦力９０が発生する。この摩擦力９０によって、径方向外側（低圧縮側）に逃げようとする第１ガスケット５０の移動が阻止される。そのため、ケース２０と電極端子３０間の高いシール性が長期にわたって維持され得る。

このように構成された密閉型電池１００によると、電池ケース２０は、第１ガスケット５０の平板部５４と対向している面に突起２６を有しているので、該突起２６によって平板部５４に高圧縮部５６が形成され、高圧縮部５６から高い反力が得られる。そのため、ケース２０と電極端子３０との間のシール性を高めることができる。また、第１ガスケット５０は、突起２６に対向している領域Ａ（すなわち高圧縮部５６が形成される領域Ａ）の面粗度Ｒｚ_ａが相対的に小さいので、突起２６と高圧縮部５６との界面、ならびに電極端子３０と高圧縮部５６との界面の密着性が向上し、高い界面シール性を確保することができる。さらに、第１ガスケット５０は、突起２６に対向していない領域Ｂ（すなわち領域Ａ以外の他の領域Ｂ）の面粗度Ｒｚ_ａが相対的に大きいので、圧縮時にケース２０と領域Ｂとの間、および電極端子３０と領域Ｂとの間にて大きな摩擦力９０が発生する。この摩擦力９０によって、径方向外側（低圧縮側）に逃げようとする第１ガスケット５０の移動が阻止されるため、高圧縮部５６からの高い反力を長期にわたって維持し得る。したがって、上記構成によれば、従来に比して高いシール性能を長期にわたって維持し得る、高性能な密閉型電池１００を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん種々の改変が可能である。

２０電池ケース
２２貫通孔（端子引出孔）
２４ケース内面
２６突起
３０電極端子（リベット）
３２軸部
３４台座部
４０外部端子
５０第１ガスケット
５２筒部
５４平板部
５６高圧縮部
５８貫通孔
７０第２ガスケット
８０電極体
１００密閉型電池

Claims

貫通孔を有する電池ケースと、
前記ケースに対向するように重ね合わされ、貫通孔を有するガスケットと、
前記ケースの貫通孔と前記ガスケットの貫通孔とをケース内側から貫通するように設けられたリベットと
を備え、
前記リベットの先端は、前記ガスケットを前記リベットの軸方向に圧縮するようにかしめられており、
前記ケースは、前記ガスケットと対向している面に、前記貫通孔の周縁に沿った突起を有しており、
前記ガスケットは、前記突起に対向している領域の面粗度が、前記突起に対向していない領域の面粗度よりも小さい、密閉型電池。