JP6413976B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は，発電要素をケース内に収容し，ケースの開口部を蓋部材で閉塞する電池に関する。さらに詳細には，発電要素と電気的に接続されて蓋部材を挿通する集電端子部材と，蓋部材と集電端子部材との間をシールするガスケットとを備える電池に関する技術である。

電池は，携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器，ハイブリッド車両や電気自動車等の車両など，多岐にわたる分野で利用されている。例えば，車両分野で利用される電池には，ケースに発電要素を収納し，ケースの開口部に蓋部材を溶接することで，当該開口部を封止しているものがある。そして，一端部で発電要素と電気的に接続する集電端子部材の他端部を，蓋部材に設けられた貫通孔を貫通して蓋部材から延出させ，他端部の先端部を径方向に広げてかしめることで，発電要素とケースの外部に設けられる外部端子とを接続する技術がある。さらに，蓋部材と集電端子部材との間に挟まれたガスケットによって，電池内部の気密性と，蓋部材と発電要素との絶縁性と，が確保されている。

蓋部材と集電端子部材との間に挟まれるガスケットを有する電池としては，例えば，特許文献１に開示されているものがある。特許文献１には，ガスケットを集電端子部材の上面に当接させて，さらにその上から蓋部材等を重ね，集電端子部材の先端を押し広げてかしめるかしめ工程が開示されている。

特開２０１４−１２７２７７号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，かしめ工程としては，例えば，集電端子部材の先端部にかしめ治具をやや傾けて押し当て，押し当てたかしめ治具を先端部の軸心から外側へ渦巻き状に移動させつつ加圧する方法がある。この方法によるかしめ工程では，先端部に，軸方向への加圧力のみでなく，軸周りの回転力も加えられる可能性が高い。かしめ工程の初期では，集電端子部材とガスケットとが強力に圧接されているとは限らないため，この回転力によって，集電端子部材とガスケットとの相対的な回転による位置ずれが発生し易い。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，集電端子部材とガスケットとの相対的な回転による位置ずれが抑制された電池を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた電池は，発電要素と，開口部を有し，前記発電要素を収容するケースと，前記ケースの前記開口部に溶接され，前記開口部を閉塞する蓋部材と，前記発電要素と電気的に接続される集電端子部材であって，前記発電要素と電気的に接続される集電板と，前記蓋部材を前記蓋部材の厚さ方向となる上下方向に挿通する挿通部と，前記挿通部と直交する前記挿通部側の面である座面を有し，前記集電板及び前記挿通部と連続する座部と，前記挿通部と連続しており，前記蓋部材の外側で外部接続端子と電気的に接続され，前記挿通部より大径である頭部と，を備え，前記集電板と，前記挿通部と，前記座部と，前記頭部とが一体形成されている前記集電端子部材と，前記蓋部材と前記集電端子部材とをシールするガスケットであって，前記挿通部を挿通させる筒状部と，前記座面を覆い，前記座部と前記蓋部材との間に形成されているシール部と，前記シール部から延設され，前記座部の側面全周を覆う周縁部と，前記周縁部の前記シール部と反対側に位置する端部全周に内周側に延びるように設けられ，前記座部の前記座面の反対側の面である下面を全周で覆う脚部と，を備える前記ガスケットと，を備えることを特徴としている。

本明細書に開示される電池は，座部を有する集電端子部材と蓋部材とをシールするガスケットを有する。ガスケットは，集電端子部材の座面を覆うシール部と，座面の反対側の面である下面の少なくとも一部を覆う周縁部と，を有している。

すなわち，本明細書に開示される電池では，集電端子部材の座部の少なくとも一部は，ガスケットのシール部と周縁部とによって，上下方向の両側から挟まれている。そして，かしめ部を形成するかしめ工程では，集電端子部材を，ガスケットや蓋部材等とともに上下方向に圧縮する。そのため，かしめ工程の初期でも集電端子部材の座部の少なくとも一部では，座面と下面との少なくとも一方とガスケットとが圧接される。これにより，かしめ工程での，集電端子部材とガスケットとの相対的な回転による位置ずれは抑制される。

本発明によれば，集電端子部材とガスケットとの相対的な回転による位置ずれが抑制された電池が提供される。

実施形態にかかる電池を示す断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 蓋サブアッシを示す分解斜視図である。 ガスケットと集電端子部材とを示す側面図である。 ガスケットと集電端子部材とを示す断面図である。 ガスケットと集電端子部材とを示す断面図である。 ガスケットと集電端子部材との裏面を示す斜視図である。 従来のガスケットの形状を示す説明図である。 従来のガスケットの形状を示す説明図である。 ガスケットの形状を示す説明図である。

以下，本発明にかかる電池を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，以下の形態では，ハイブリッド自動車に車載されるリチウムイオン二次電池に本発明を適用する。

本形態にかかる電池１００の断面図を，図１に示す。電池１００は，図１に示すように，ケース１１と，蓋サブアッシ１２と，発電要素１３と，を備えるリチウムイオン二次電池である。ケース１１は，金属製であり，図１中で上方が開口している矩形箱状の容器である。蓋サブアッシ１２は，ケース１１の開口に溶接されて，ケース１１を封止している。発電要素１３は，正極板，負極板，及びセパレータを扁平形状に捲回した扁平型の捲回電極体である。発電要素１３は，電解液とともにケース１１の内部に封入されている。なお，以下では，図１中に示すように，ケース１１に対して蓋サブアッシ１２の側を上方として上下方向を規定する。

蓋サブアッシ１２は，図１に示すように，蓋部材２１と，正極用端子ユニット２２と，負極用端子ユニット２３とを備える。蓋部材２１には，安全弁２１１と注液口２１２とが形成されている。また，蓋部材２１の長手方向の両端部には，正極用端子ユニット２２を取り付けるための貫通孔２１３と，負極用端子ユニット２３を取り付けるための貫通孔２１４とが形成されている。なお，前述した上下方向は，蓋部材２１の厚さ方向である。

蓋サブアッシ１２のうち，蓋部材２１への負極用端子ユニット２３の取り付け部分である，図１中のＡ部を拡大して，図２に示す。なお，正極用端子ユニット２２は，一部の部品の材質や取り付け向きが異なるのみで，負極用端子ユニット２３とほぼ同様の構成を有している。以下では，負極用端子ユニット２３を例にとって説明し，正極用端子ユニット２２の説明は省略するが，本発明は，正極用端子ユニット２２にも適用可能である。

図２に示すように，負極用端子ユニット２３の取り付け部分には，ガスケット３２と，蓋部材２１と，インシュレータ３３と，外部接続端子３５と，が積み重ねられ，これらを集電端子部材３１の挿通部３１８が挿通している。さらに，集電端子部材３１は，挿通部３１８の下方の座部３１３と，挿通部３１８の上方の頭部３１７とを有している。座部３１３と頭部３１７とは，いずれも挿通部３１８よりも大径である。つまり，集電端子部材３１は，挿通部３１８の上下で挿通部３１８よりも大径となっており，挿通部３１８にて挿通される各部材を挟み込んでいる。

ガスケット３２とインシュレータ３３とは，弾性を有する絶縁部材である。ガスケット３２は，例えば，ＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）にて一体的に形成されている。ガスケット３２のシール部３２２は，集電端子部材３１の座部３１３の上面である座面３１４を覆い，座部３１３と蓋部材２１との間に形成されている。具体的には，シール部３２２は，座部３１３と蓋部材２１とに挟まれている。ガスケット３２の形状については後述する。インシュレータ３３は，蓋部材２１と外部接続端子３５との間に挟み込まれている。

蓋部材２１と集電端子部材３１と外部接続端子３５とは，いずれも金属製である。そして，図２に示すように，ガスケット３２とインシュレータ３３とによって，蓋部材２１は，集電端子部材３１や外部接続端子３５と絶縁されている。また，集電端子部材３１と外部接続端子３５とは電気的に接続されている。さらに，ガスケット３２とインシュレータ３３とが弾性的に圧縮されて挟み込まれていることによって，電池１００のケース１１の内部が密閉されている。

蓋サブアッシ１２に組み付けられる前の負極用端子ユニット２３の各部品の形状を図３に示す。負極用端子ユニット２３は，図３中の右側に示すように，集電端子部材３１と，ガスケット３２と，インシュレータ３３と，ボルト３４と，外部接続端子３５とを含む。

組み付け前の集電端子部材３１は，図３に示すように，集電板３１１と，柱状部３１２と，座部３１３とを備え，これらが銅等の金属で一体的に形成されている。集電板３１１は，途中で折り曲げられた帯状の金属板である。座部３１３は，略正方形の板状であり，その一辺にて集電板３１１に連結されている。柱状部３１２は，略円柱状であり，座部３１３の上面の中心から上方に延びている。座部３１３は，柱状部３１２の軸方向に対して直交している。

また，ガスケット３２は，図３に示すように，円筒状の筒状部３２１と，筒状部３２１の周囲に延びる略正方形の板状のシール部３２２と，シール部３２２の外周から下方へ延びる周縁部３２３と，を備える。筒状部３２１の内側には，貫通孔３２５が形成されている。

ガスケット３２と，蓋部材２１と，インシュレータ３３と，外部接続端子３５には，それぞれ，集電端子部材３１の柱状部３１２を貫通させる貫通孔が形成されている。具体的に，組み立て時には，集電端子部材３１の柱状部３１２を，ガスケット３２の貫通孔３２５と，蓋部材の貫通孔２１４と，インシュレータ３３の貫通孔３３１と，外部接続端子３５の貫通孔３５１とに，この順に貫通させる。

なお，外部接続端子３５には，柱状部３１２を貫通させる貫通孔３５１の他に，ボルト３４を貫通させるための貫通孔３５２が形成されている。ボルト３４は，金属製であり，上部が貫通孔３５２を貫通して，下部がインシュレータ３３と外部接続端子３５との間に挟み込まれる。ボルト３４は，外部接続端子３５と電気的に接続され，電池１００の負極端子として機能する。組み立て後の電池１００では，インシュレータ３３は，蓋部材２１と外部接続端子３５との間を絶縁するとともに，蓋部材２１とボルト３４との間も絶縁する。

集電端子部材３１とガスケット３２との関係について，図４〜図６を参照してさらに説明する。図４は，組み立て前の集電端子部材３１とガスケット３２とを，図３の左手前側から見た側面図である。図５と図６は，集電端子部材３１をガスケット３２に嵌め込んだ状態の断面図である。図５は，図４の右方から見た中心断面図であり，図６は，図４の手前側から見た中心断面図である。

集電端子部材３１の柱状部３１２は，図４に示すように，座部３１３の上面である座面３１４と直交して上方へ延びている。座面３１４は，柱状部３１２の軸方向に直交し，柱状部３１２から周囲に延びる平面である。なお，以下では，座部３１３の下側の面を下面３１５，座部３１３のうち座面３１４と下面３１５以外の外面であって，座部３１３の厚さ方向の外周をなす面を側面３１６とする。

柱状部３１２の上端は，後述するかしめ工程にてかしめられる部分である。そのため，柱状部３１２の上端には，中央にくぼみが形成されている。なお，組み立て後の電池１００では，柱状部３１２は，かしめ工程によって変形され，図２に示した頭部３１７と挿通部３１８とになる。以下では，柱状部３１２の中心軸の位置を，軸心とする。

集電端子部材３１の集電板３１１は，図４に示すように，上下方向に長い平板状であって，座部３１３の一辺と接続する部分は，軸心側へ斜め下方に延びる上部３１９となっている。つまり，集電板３１１の上部３１９と，座部３１３とは，鋭角をなして連続している。そして，組み立て後の電池１００では，集電板３１１の下端部は，ケース１１の内部で発電要素１３の負極板と電気的に接続される。

ガスケット３２は，概略，下側が開放している箱状である。図４中でガスケット３２の内部の破線の内側は空洞となっている。この空洞部分の形状は，集電端子部材３１の座部３１３周辺の形状とほぼ同形である。集電端子部材３１とガスケット３２とは，ガスケット３２の内部の空洞部分に集電端子部材３１の座部３１３周辺が入り込むように組み付けられる。

集電端子部材３１がガスケット３２に嵌め込まれた状態では，図５と図６に示すように，集電端子部材３１の柱状部３１２は，ガスケット３２の筒状部３２１を貫通して上方へ突出する。ガスケット３２の筒状部３２１の上下方向の長さは，集電端子部材３１の柱状部３１２の上下方向の長さよりも短い。また，ガスケット３２の貫通孔３２５の内径は，集電端子部材３１の柱状部３１２の外径と等しいか，やや大きい。なお，筒状部３２１の外径は，蓋部材２１の貫通孔２１４の内径よりも小さい。

集電端子部材３１がガスケット３２に嵌め込まれた状態では，図５と図６に示すように，集電端子部材３１の座部３１３の座面３１４は，ガスケット３２のシール部３２２にて覆われる。また，集電端子部材３１の座部３１３の側面３１６は，ガスケット３２の周縁部３２３にて覆われる。

さらに，図４に示すように，ガスケット３２には，周縁部３２３の下部に，周縁部３２３の下端から内向きに折り返され，内周側に延びる脚部３２４が設けられている。脚部３２４は，内周側ほど厚さが薄い斜面状に形成されている。集電端子部材３１がガスケット３２に嵌め込まれた状態では，図５と図６に示すように，脚部３２４の上面は，座部３１３の下面３１５，または，集電板３１１の上部３１９の下面に接触する。そして，脚部３２４は，周縁部３２３の全周に形成されている。つまり，脚部３２４は，図７に示すように，集電端子部材３１の下面３１５のうち，側面３１６に近い部分を全周で覆う。なお，ガスケット３２は，柔軟性を有しているので，周縁部３２３をやや押し広げることができる。それによって，ガスケット３２と集電端子部材３１とを組み付けることができる。

図５と図６に示すように，電池１００の集電端子部材３１の座部３１３は，ガスケット３２のシール部３２２と周縁部３２３にて，座面３１４の全体と，側面３１６の全体と，下面３１５の周囲部分と，が覆われている。つまり，座部３１３の周囲は，シール部３２２と脚部３２４とによって上下に挟まれる。また，集電板３１１の上部３１９が座部３１３から軸心に向かって鋭角に曲がっているので，ガスケット３２の脚部３２４は，集電板３１１の上部３１９と座部３１３との間も下側から覆うことができる。

電池の製造工程のうち，蓋サブアッシ１２の製造工程では，集電端子部材３１をガスケット３２に嵌め込んだ後，図３に示したように，蓋部材２１，インシュレータ３３，ボルト３４，外部接続端子３５の各貫通孔に，集電端子部材３１の柱状部３１２を貫通させる。さらに，柱状部３１２の上端部をかしめるかしめ工程を行う。

かしめ工程では，例えば，かしめ具を集電端子部材３１の柱状部３１２の先端部に下向きに押し付けながら，軸心に近い位置から外側へ渦巻き状にかしめ具を移動させることにより，柱状部３１２の先端部を拡径するロータリーかしめを行う。つまり，かしめ工程を開始すると，まず，集電端子部材３１の柱状部３１２の先端部が，かしめ具によって下向きに押し下げられる。これにより，座部３１３と柱状部３１２とは，上下方向に圧縮する力を受ける。

そして，集電端子部材３１の座部３１３の周囲は，ガスケット３２のシール部３２２と脚部３２４とによって挟まれているので，かしめ工程の初期の押圧によって，座部３１３は，シール部３２２と脚部３２４との少なくとも一方に圧接される。具体的には，座面３１４とシール部３２２とが圧接されるか，または，下面３１５とガスケット３２の周縁部３２３の脚部３２４とが圧接される。これにより，かしめ具の渦巻き状の移動によって，集電端子部材３１に回転方向の力が加えられる際には，座部３１３とガスケット３２とが，少なくとも一部にて圧接されている。従って，かしめ工程にて，集電端子部材３１とガスケット３２との間で相対的な回転方向のずれが発生する可能性は小さい。

かしめ工程の終了時には，図２に示すように，柱状部３１２の先端部は，拡径されて頭部３１７となる。これにより，頭部３１７と座部３１３とで，ガスケット３２，蓋部材２１，インシュレータ３３，外部接続端子３５が挟み込まれ，外部接続端子３５と集電端子部材３１とが電気的に接続される。そして，蓋部材２１と集電端子部材３１の座面３１４とに挟まれることによって，ガスケット３２のシール部３２２が圧縮され，密閉状態となる。

なお，周縁部３２３に脚部３２４が形成されていない従来のガスケット５００では，例えば，図８や図９に示すように，ガスケット５００の下端が，集電端子部材３１の座部３１３の側面側に位置するものがある。この配置では，電解液中に長尺の導電性の異物５０１が生じ，この異物５０１の一端がガスケット５００の下端と座部３１３との間に挟まった場合，図８や図９に示すように，異物５０１の他端が外側を向く可能性がある。そして，異物５０１の他端がケース１１に接触した場合には，集電端子部材３１とケース１１との間で短絡が発生するおそれがある。

これに対し，本形態の電池１００では，図５に示すように，ガスケット３２の下端部は，集電端子部材３１の座部３１３の下面３１５に位置する。従って，ガスケット３２の下端部に異物の一端が挟まったとしても，異物の他端は内側に向く可能性が高い。また，異物の挟まる箇所とケース１１との距離は，図８や図９の例よりも遠い。従って，本形態の電池１００は，異物による短絡は発生し難い。つまり，本形態の電池１００は，ガスケット３２が脚部３２４を有することから，安全性が向上している。

以上詳細に説明したように本形態の電池１００によれば，集電端子部材３１と蓋部材２１とは，ガスケット３２によってシールされている。ガスケット３２は，集電端子部材３１の座部３１３の座面３１４を覆うシール部３２２と，座部３１３の側面３１６と下面３１５の少なくとも一部とを覆う周縁部３２３とを有している。つまり，集電端子部材３１の座部３１３の少なくとも一部は，ガスケット３２によって上下を挟まれている。従って，かしめ工程にてかしめ具が押しつけられ，回転方向の力を受けた場合でも，集電端子部材３１とガスケット３２との回転方向の位置ずれは抑制される。これにより，集電端子部材とガスケットとの相対的な回転による位置ずれを抑制することが期待できる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，車両用の電池１００に限らず，家電用の電池にも適用可能である。また，二次電池に限らず，一次電池にも適用可能である。

また，ガスケットと集電端子部材以外の各部材の形状等については，いずれも一例であり，図示の例に限らない。例えば，扁平な箱状の電池に限らず，円筒型の電池にも適用可能である。

また，脚部３２４は，内周側へ薄くなる斜面形状であるとしたが，これに限らない。座部３１３の下面３１５に接触する箇所があれば良く，例えば，内周側の端部は，上下方向の平面でもよいし，曲面でもよい。

また，例えば，ガスケット３２の脚部３２４は，周縁部３２３の全周に設けられているとしたが，全周でなくてもよい。例えば，図１０に示すように，周縁部の一部に脚部が形成されているガスケットでもよい。また，例えば，ガスケットの周縁部のうち，集電端子部材の集電板の側には，脚部を設けないとしてもよい。その場合には，集電端子部材の形状として，図９に示したように，座部と集電板とが直角に接続されていてもよい。そして，脚部の形成されていない箇所の周縁部は，上下方向について，集電端子部材の座部の側面の全体を覆っていなくてもよい。脚部が少ない方が，集電端子部材のはめ込みは容易である。ただし，座部と集電板とが鋭角であって，周縁部の全周に脚部が設けられていれば，電池の内部における異物による短絡の抑制効果が高い。

１１ ケース
１３ 発電要素
２１ 蓋部材
３１ 集電端子部材
３２ ガスケット
１００ 電池
３１１ 集電板
３１３ 座部
３１４ 座面
３１５ 下面
３１６ 側面
３１７ 頭部
３１８ 挿通部
３２１ 筒状部
３２２ シール部
３２３ 周縁部

Claims (1)

1. 発電要素と，
   開口部を有し，前記発電要素を収容するケースと，
   前記ケースの前記開口部に溶接され，前記開口部を閉塞する蓋部材と，
   前記発電要素と電気的に接続される集電端子部材であって，
   前記発電要素と電気的に接続される集電板と，
   前記蓋部材を前記蓋部材の厚さ方向となる上下方向に挿通する挿通部と，
   前記挿通部と直交する前記挿通部側の面である座面を有し，前記集電板及び前記挿通部と連続する座部と，
   前記挿通部と連続しており，前記蓋部材の外側で外部接続端子と電気的に接続され，前記挿通部より大径である頭部と，
   を備え，
   前記集電板と，前記挿通部と，前記座部と，前記頭部とが一体形成されている前記集電端子部材と，
   前記蓋部材と前記集電端子部材とをシールするガスケットであって，
   前記挿通部を挿通させる筒状部と，
   前記座面を覆い，前記座部と前記蓋部材との間に形成されているシール部と，
   前記シール部から延設され，前記座部の側面全周を覆う周縁部と，
   前記周縁部の前記シール部と反対側に位置する端部全周に内周側に延びるように設けられ，前記座部の前記座面の反対側の面である下面を全周で覆う脚部と，
   を備える前記ガスケットと，
   を備えることを特徴とする電池。

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