JP6915548B2 - 封止部材、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

封止部材、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、容器に設けられた端子又は当該端子に電気的に接続される集電体と、容器との間に配置される封止部材、当該封止部材を備える蓄電素子及びその製造方法に関する。
蓄電素子においては、容器内に電極体が収容されており、この電極体に電気的に接続された端子が容器から露出して設けられている。容器と端子との間には封止部材が介在しており、この封止部材によって端子周辺の気密性が確保され、蓄電素子自体の品質を高めている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−165643号公報
蓄電素子においては、気密性の確保など、より品質を高めることが望まれている。
このため、本発明の課題は、蓄電素子の品質の向上を図ることである。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る封止部材は、蓄電素子の容器に設けられた端子又は端子に電気的に接続される集電体と、容器との間に配置された封止部材であって、容器に対向する第1面と、第1面とは反対側で、端子又は集電体に対向する第2面とを備え、第1面には、端子の軸部を囲む第1突部が形成されており、第2面には、端子の軸部を囲む第2突部が形成されており、第1突部の突出量と、第2突部の突出量とが異なる。
本発明によれば、蓄電素子の品質を高めることができる。
図1は、第1の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 図2は、実施の形態に係る蓄電素子の容器の容器本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。 図3は、第1の実施の形態に係る固定構造の概略構成を示す断面図である。 図4は、第1の実施の形態に係る正極端子の軸部をかしめる前の状態を示す断面図である。 図5は、図4に対応する正極第1封止部材の下面図である。 図6は、変形例1に係る2つの第1突部及び2つの第2突部を拡大して示す断面図である。 図7は、2つの第1突部及び2つの第2突部のそれぞれの突出量の他の関係性を示す断面図である。 図8は、変形例2に係る正極第2封止部材の概略構成を示す断面図である。 図9は、変形例3に係る第1突部の周辺部分を拡大して示す断面図である。 図10は、第2の実施の形態に係る正極端子の軸部をかしめる前の状態を示す断面図である。 図11は、変形例4に係る2つの第1突部及び2つの第2突部を拡大して示す断面図である。 図12は、変形例5に係る正極第2封止部材の概略構成を示す断面図である。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る封止部材は、蓄電素子の容器に設けられた端子又は端子に電気的に接続される集電体と、容器との間に配置された封止部材であって、容器に対向する第1面と、第1面とは反対側で、端子又は集電体に対向する第2面とを備え、第1面には、端子の軸部を囲む第1突部が形成されており、第2面には、端子の軸部を囲む第2突部が形成されており、第1突部の突出量と、第2突部の突出量とが異なる。
この構成によれば、封止部材の第1面に設けられた第1突部と、第2面に設けられた第2突部とのそれぞれの突出量が異なっているので、第1突部と第2突部とが同じ突出量である場合と比べても蓄電素子自体の品質を高めることができる。
また、第1突部の突出量は、第2突部の突出量よりも大きくてもよい。
第1突部の突出量が第2突部の突出量よりも大きいので、第1突部の潰れシロを大きくすることができる。したがって、封止部材の圧縮後において、圧縮された第1突部と容器との密着性を高めることができる。さらに潰れシロが大きいために、長期にわたって気密性を維持することができる。
また、第1突部は、複数設けられ、端子の軸部を多重で囲んでもよい。
第1突部が複数設けられて、端子の軸部を多重で囲んでいるので、容器側の気密性を高めることができる。
また、複数の第1突部のそれぞれの突出量は、端子の軸部から離れるほど大きくてもよい。
封止部材を端子又は集電体と容器との間で圧縮した場合、端子の軸部に近いほど圧縮力が大きくなる特性がある。つまり、端子の軸部の近くにおいては第1突部の突出量が小さくとも、気密性を発揮できる程度には第1突部を圧縮することが可能である。換言すると、複数の第1突部の突出量を、端子の軸部から離れるほど大きくしておけば、いずれかの第1突部でも十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することが可能である。
また、第2突部は、複数設けられ、端子の軸部を多重で囲んでもよい。
第2突部が複数設けられて、端子の軸部を多重で囲んでいるので、端子又は集電体側の気密性を高めることができる。
また、複数の第2突部のそれぞれの突出量は、端子の軸部から離れるほど大きくてもよい。
封止部材を端子又は集電体と容器との間で圧縮した場合、端子の軸部に近いほど圧縮力が大きくなる特性がある。つまり、端子の軸部の近くにおいては第2突部の突出量が小さくとも、気密性を発揮できる程度には第2突部を圧縮することが可能である。換言すると、複数の第2突部の突出量を、端子の軸部から離れるほど大きくしておけば、いずれかの第2突部でも十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することが可能である。
また、第2突部は、複数設けられ、端子の軸部を多重に囲み、複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれの突出量は、圧縮された状態における複数の第1突部と、複数の第2突部とのそれぞれに作用する応力が大きいほど、小さく決定されていてもよい。
複数の第1突部及び複数の第2突部が端子の軸部を多重で囲んでいるので、容器と端子又は集電体側の気密性を高めることができる。
また、第1突部は、複数設けられ、端子の軸部を多重で囲むとともに、第2突部は、複数設けられ、端子の軸部を多重で囲んでおり、複数の第1突部の少なくとも1つの突出量は、複数の第2突部の少なくとも1つの突出量よりも大きくてもよい。
複数の第1突部の少なくとも1つの突出量が、複数の第2突部の少なくとも1つの突出量よりも大きいので、少なくとも1つの第1突部の潰れシロを大きくすることができる。また、その他の第1突部の突出量は、第2突部の突出量よりも小さくてもよいので、設計の自由度を高めることができる。
また、圧縮された状態における複数の第1突部と、複数の第2突部とのそれぞれに作用する応力が大きいほど、複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれの突出量が小さく決定されている。これにより、複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれで十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することができる。
また、第1突部と、第2突部とは、第1面の平面視で重なる位置に配置されていてもよい。
第1突部と第2突部とが平面視で重なる位置に配置されているので、圧縮時に第1突部と第2突部とに作用する力を平面視で均等に付与することができる。したがって圧縮後の安定性を高めることができる。
また、第1突部の突出量は、第2突部の突出量よりも小さくしてもよい。
容器により圧縮される第1突部の方が、端子又は集電体により圧縮される第2突部よりもつぶれにくいという傾向がある。このため、第1突部の突出量を第2突部の突出量よりも小さくすることで、第1突部を全体的に圧縮しやすくし、圧縮後の第1面の平坦度を確保することができる。このように、圧縮後の封止部材の第1面を平坦にすることができれば、第1面に接する容器を平坦に保持することができる。
本発明の他の態様にかかる蓄電素子は、容器に設けられた端子と、端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子であって、端子又は集電体と容器との間に配置された封止部材を備え、封止部材は、容器に対向する第1面と、第1面とは反対側で、端子又は集電体に対向する第2面とを備え、第1面には、端子の軸部を囲む第1突部が形成されており、第2面には、端子の軸部を囲む第2突部が形成されており、第1突部と、第2突部とは、封止部材が端子又は集電体と容器との間で圧縮された状態で配置されており、圧縮前の状態における第1突部の突出量と、第2突部の突出量とが異なる。
この構成によれば、封止部材の第1面に設けられた第1突部と、第2面に設けられた第2突部とのそれぞれの突出量が異なっているので、第1突部と第2突部とが同じ突出量である場合と比べても蓄電素子自体の品質を高めることができる。
本発明の他の態様にかかる蓄電素子の製造方法は、上記の封止部材を、端子又は集電体と容器との間に配置して、端子又は集電体と容器とにより、第1突部と第2突部とを圧縮する。
この構成によれば、封止部材の第1面に設けられた第1突部と、第2面に設けられた第2突部とのそれぞれの突出量が組み立て前においては異なっているが、組み立て後においては圧縮されて、端子又は集電体と容器とに密着する。したがって、第1突部と第2突部とが同じ突出量である場合と比べても蓄電素子自体の品質を高めることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(第1の実施の形態)
まず、蓄電素子10の構成について、説明する。
図1は、本実施の形態に係る蓄電素子10の外観を模式的に示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る蓄電素子10の容器100の容器本体111を分離して蓄電素子10が備える各構成要素を示す斜視図である。
なお、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明する場合があるが、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。以降の図においても、同様である。
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。なお、蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。また、蓄電素子10は、一次電池であってもよい。
図1及び図2に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極端子200及び負極端子201と、正極集電体120及び負極集電体130と、正極第1封止部材150及び負極第1封止部材160と、電極体140とを備えている。
蓄電素子10の容器100の内部には電解液(非水電解質)などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。なお、容器100に封入される電解液としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
容器100は、矩形筒状で底を備える容器本体111と、容器本体111の開口を閉塞する板状部材である蓋体110とで構成されている。また、容器100は、正極集電体120、負極集電体130及び電極体140等を内部に収容後、蓋体110と容器本体111とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、蓋体110及び容器本体111の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能な金属であるのが好ましい。
電極体140は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる蓄電要素(発電要素)である。正極は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔である正極基材箔上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極は、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。また、セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。
ここで、正極活物質層に用いられる正極活物質、または負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
なお、正極活物質としては、例えば、LiMPO、LiMSiO、LiMBO(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、LiMO(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
また、負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−アルミニウム、リチウム−シリコン、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、金属酸化物、リチウム金属酸化物(LiTi12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
そして、電極体140は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻き回されて形成され、正極集電体120及び負極集電体130と電気的に接続されている。なお、図2では、電極体140として断面が長円形状のものを示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体140の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した積層型であってもよい。
正極端子200は、容器100の外方に配置され、電極体140の正極に電気的に接続された外部端子である。また、負極端子201は、容器100の外方に配置され、電極体140の負極に電気的に接続された外部端子である。つまり、正極端子200及び負極端子201は、電極体140に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、また、電極体140に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための導電性の電極端子である。また、正極端子200及び負極端子201は、正極第1封止部材150及び負極第1封止部材160を介して蓋体110に取り付けられている。
正極集電体120及び負極集電体130は、容器100の内方、つまり、蓋体110の内表面(Z軸方向マイナス側の面)に配置される。具体的には、正極集電体120は、電極体140の正極と容器本体111の側壁との間に配置され、正極端子200と電極体140の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。負極集電体130は、電極体140の負極と容器本体111の側壁との間に配置され、負極端子201と電極体140の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。
なお、正極集電体120は、電極体140の正極基材箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。また、負極集電体130は、電極体140の負極基材箔と同様、銅または銅合金などで形成されている。
正極第1封止部材150及び負極第1封止部材160は、正極端子200及び負極端子201と、蓋体110との間に少なくともその一部が配置されるガスケットである。具体的には、正極第1封止部材150は、上方が開放された凹部151を有しており、その凹部151内に正極端子200が収容されている。同様に、負極第1封止部材160は、上方が開放された凹部161を有しており、その凹部161内に負極端子201が収容されている。これにより、正極端子200及び負極端子201は、一部が露出した状態で、蓋体110に取り付けられている。
次に、正極端子200が正極第1封止部材150を介して正極集電体120とともに蓋体110に固定される固定構造について説明する。なお、この固定構造は、負極端子201が負極第1封止部材160を介して負極集電体130とともに蓋体110に固定される固定構造とほぼ同等であるので、負極側の説明は省略する。
図3は、本実施の形態に係る固定構造の概略構成を示す断面図である。図3は、図2におけるIII−III線を含むYZ平面を見た断面図である。
図3に示すように、正極端子200が正極第1封止部材150に収容された状態で蓋体110に取り付けられており、さらに正極第1封止部材150に正極第2封止部材170を介して正極集電体120が取り付けられることで、これらが一体的に固定されている。
まず、各部材の具体的な構成について説明する。
蓋体110には、正極端子200を収容した状態の正極第1封止部材150の一部が挿入される貫通孔112が形成されている。また、蓋体110の下面には、正極第2封止部材170の位置決めをするための位置決め突起113が、正極第2封止部材170の外形に対応した形状で設けられている。
正極第2封止部材170は、正極集電体120と蓋体110との間に少なくともその一部が配置されるガスケットである。正極第2封止部材170は、蓋体110よりも剛性が低く、かつ、絶縁性の部材で形成されているのがよい。正極第2封止部材170は、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)、ポリエチレン(PE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリテトラフルオロエチレン(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの樹脂で形成されている。
正極第2封止部材170の底面には、正極集電体120の集電体本体部121が収容される凹部171が形成されている。凹部171内においては、蓋体110の貫通孔112と同形の貫通孔172が形成されている。この貫通孔172は、蓋体110の貫通孔112に連続するように配置されており、これらの貫通孔172,112に対して正極第1封止部材150の円筒部152が挿入される。
正極集電体120は、集電体本体部121と、電極体接続部122とを一体的に有している。
集電体本体部121は、正極端子200が接続される部位である。具体的には、集電体本体部121は、平板状に形成されており、正極端子200の軸部220が挿入される貫通孔123を有している。
電極体接続部122は、電極体140の正極に電気的に接続される長尺状の2本の脚である。電極体接続部122は、集電体本体部121の貫通孔123よりも外方(X軸方向マイナス側)に配置されている。電極体接続部122は、電極体140の正極をY軸方向で挟持した状態で当該正極に固定されている(図2参照)。
正極端子200は、バスバー接続部210と、軸部220とを一体的に備える。
バスバー接続部210は、蓄電素子10の電極端子間を繋ぐバスバー(図示省略)が接続される部位であり、上面が平面に形成されている。
軸部220は、バスバー接続部210の下面から下方に延び出た部位であり、先端部230がかしめられることで、蓋体110に対して正極第1封止部材150と、正極第2封止部材170と、正極集電体120とを固定している。軸部220の先端部230は、Z軸方向から見ると円環状で集電体本体部121の表面に密着している。この先端部230と、バスバー接続部210とが、正極集電体120の集電体本体部121と、正極第1封止部材150と、正極第2封止部材170と、蓋体110とをZ軸方向で挟んで締め付けている。
正極第1封止部材150は、端子収容部153と、円筒部152とを一体的に備えている。
端子収容部153には、正極端子200のバスバー接続部210を収容する凹部151が形成されている。
円筒部152は、端子収容部153の下面から下方に向けて円筒状に突出している。円筒部152の貫通孔154は、正極集電体120の貫通孔123と同形である。この貫通孔154は、正極集電体120の貫通孔123に連続するように配置されており、これらの貫通孔154,123に対して正極端子200の軸部220が挿入される。また、円筒部152の外径は、貫通孔172,112に挿入可能な大きさで形成されている。
正極第1封止部材150は、全体として、蓋体110よりも剛性が低く、かつ、絶縁性の部材で形成されているのがよい。正極第1封止部材150は、例えば、PPS、PP、PE、PBT、PFA、PEEKなどの樹脂で形成されている。
図4は、本実施の形態に係る正極端子200の軸部220をかしめる前の状態を示す断面図である。図5は、図4に対応する正極第1封止部材150の下面図である。
図4に示すように、正極端子200の軸部220をかしめる前においては、その先端部は変形前であり、軸部220全体として円筒状となっている。
図4及び図5に示すように、正極第1封止部材150における端子収容部153の外側の底面153aは、容器100の一部である蓋体110に対向する第1面である。この底面153aには、正極端子200の軸部220を囲む2つの第1突部155a,155bが形成されている。具体的に、2つの第1突部155a,155bは、それぞれ断面視半楕円状の突部であり、円筒部152の軸心を中心とした円環状に形成されている。第1突部155aは軸部220に近い側に配置され、第1突部155bは軸部220から遠い側に配置されている。また、2つの第1突部155a,155bの突出量H1は、同じとなっている。なお、突出量H1は、第1突部155a,155bの基端から先端までの高さである。
また、正極第1封止部材150における端子収容部153の内側の底面153bは、第1面である底面153aとは反対側で、正極端子200のバスバー接続部210に対向する第2面である。この底面153bには、正極端子200の軸部220を囲む2つの第2突部156a,156bが形成されている。具体的に、2つの第2突部156a,156bは、それぞれ断面視半円状の突部であり、円筒部152の軸心を中心とした円環状に形成されている。第2突部156aは、軸部220に近い側に配置され、第2突部156bは軸部220から遠い側に配置されている。そして、底面153a,153bを平面視すると、第1突部155aと第2突部156aとが重なる位置に配置され、第1突部155bと第2突部156bとが重なる位置に配置されている。
また、2つの第2突部156a,156bの突出量H2は、同じとなっている。なお、突出量H2は、第2突部156a,156bの基端から先端までの高さである。
ここで、第1突部155a,155bの突出量H1は、第2突部156a,156bの突出量H2よりも大きく設定されている。これにより、圧縮後における第1突部155a,155bの潰れシロを、第2突部156a,156bの潰れシロよりも大きくすることができる。
本実施の形態においては、第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとは、同心円であるが、これらは同心円でなくてもよい。また、第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとのそれぞれの平面形状は、円環状でなくとも、環状であれば如何様でもよい。その他の平面形状としては、例えば、三角形、四角形などの多角形状や、楕円形状などが挙げられる。
また、第1突部155a,155bと,第2突部156a,156bとは、突出しているのであればその断面形状は如何様でもよい。その他の断面形状としては、例えば、三角形、四角形などの多角形状などが挙げられる。
また、第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとは、全体として連続した環状であることが望ましいが、外観が概ね環状であればよい。具体的には、第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとは、周方向に断続的に隙間を有していてもよい。
次に、蓄電素子10の製造方法について説明する。
まず、図4に示すように、蓋体110の貫通孔112に対して、正極第1封止部材150の円筒部152を挿入する。次いで、正極第1封止部材150の貫通孔154内に、正極端子200の軸部220を挿入する。その後、正極第2封止部材170の貫通孔172に、正極第1封止部材150の円筒部152を挿入してから、正極集電体120の貫通孔123に、正極端子200の軸部220を挿入する。
この状態から、正極端子200の軸部220をかしめると、軸部220の先端部230が外方に広がるように押圧されて、全周にわたって集電体本体部121の表面に密着する。これにより、軸部220の先端部230と、集電体本体部121との密着性が高められる。また、このかしめによって、軸部220の先端部230と、バスバー接続部210とが、正極集電体120の集電体本体部121と、正極第1封止部材150と、正極第2封止部材170と、蓋体110とをZ軸方向で挟んで締め付ける。これにより、蓋体110と、バスバー接続部210との間隔が狭まって、第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとがそれぞれ圧縮され、図3に示す状態となる。
同様の工程で、蓋体110の負極側にも、負極第1封止部材160、負極第2封止部材(図示省略)、負極集電体130及び負極端子201を取り付ける。
次いで、正極集電体120に電極体140の正極を取り付けるとともに、負極集電体130に電極体140の負極を取り付ける。
その後、図2に示す状態から、電極体140を容器100の容器本体111に収容して、容器本体111に蓋体110を溶接して、容器100を組み立てる。次いで、図示しない注液口から電解液を注液した後、注液栓を蓋体110に溶接して注液口を塞ぐことで、図1に示す蓄電素子10が製造される。
以上のように、本実施の形態によれば、第1突部155a,155bの突出量H1が第2突部156a,156bの突出量H2よりも大きいので、第1突部155a,155bの潰れシロを大きくすることができる。したがって、正極第1封止部材150の圧縮後において、圧縮された第1突部155a,155bと蓋体110との密着性を高めることができる。さらに潰れシロが大きいために、長期にわたって気密性を維持することができる。
このように、第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとが同じ突出量である場合と比べても、蓄電素子10の品質を高めることができる。
また、第1突部155a,155bが複数設けられて、正極端子200の軸部220を二重に囲んでいるので、蓋体110側の気密性を高めることができる。
また、第2突部156a,156bが複数設けられて、正極端子200の軸部220を二重に囲んでいるので、正極端子200のバスバー接続部210側の気密性を高めることができる。
また、第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとが平面視で重なる位置に配置されているので、圧縮時に第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとに作用する力を平面視で均等に付与することができる。したがって圧縮後の安定性を高めることができる。
(変形例1)
次に、第1の実施の形態に係る変形例1について説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態に対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
第1の実施の形態では、複数の第1突部155a,155bが同じ突出量H1であり、複数の第2突部156a,156bが同じ突出量H2である場合を例示した。しかし、気密性をより高めるべく、第1突部155a,155b同士、或いは第2突部156a,156b同士の突出量を異ならせてもよい。
図6は、変形例1に係る2つの第1突部155a,155b及び2つの第2突部156a,156bを拡大して示す断面図である。図6においては、圧縮前の状態を示している。
図6に示すように、2つの第1突部155a,155bのそれぞれの突出量H3,H4は、正極端子200の軸部220から離れるほど大きく設定されている。正極第1封止部材150を正極端子200と蓋体110との間で圧縮した場合、正極端子200の軸部220に近いほど圧縮力が大きくなる特性がある。つまり、正極端子200の軸部220の近くにおいては第1突部155aの突出量が小さくとも、気密性を発揮できる程度には第1突部155aを圧縮することが可能である。換言すると、2つの第1突部155a,155bの突出量H3,H4を、正極端子200の軸部220から離れるほど大きくしておけば、いずれかの第1突部155a,155bでも十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することが可能である。
一方、2つの第2突部156a,156bのそれぞれの突出量H5,H6は、正極端子200の軸部220から離れるほど大きく設定されている。これにより2つの第2突部156a,156bの突出量を、正極端子200の軸部220から離れるほど大きくしておけば、いずれかの第2突部156a,156bでも十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することが可能である。
なお、第1突部155aの突出量H3と第2突部156bの突出量H6とは、同じであってもよい。つまり、各突出量の関係性は、H4>H3≧H6>H5であることが望ましいが、少なくとも、外側にある第1突部155bの突出量H4が最も大きく、内側にある第2突部156aの突出量H5が最も小さければよい。
なお、各突出量の関係性は一例であることはいうまでもない。つまり、複数の第1突部155a,155bの少なくとも1つの突出量H3,H4が、複数の第2突部156a,156bの少なくとも1つの突出量H5,H6よりも大きければよい。さらに、複数の第1突部155a,155bの少なくとも1つが、複数の第2突部156a,156bのうち、最も突出量の大きいものよりも、突出量が大きいことが好ましい。
図7は、2つの第1突部及び2つの第2突部のそれぞれの突出量の他の関係性を示す断面図である。図7では、各突出量の関係性がH3>H5>H4>H6となっている。
この場合においても、少なくとも1つの第1突部155aの潰れシロを大きくすることができ、圧縮された第1突部155aと蓋体110との密着性を高めることができる。また、その他の第1突部155bの突出量は、第2突部156aの突出量よりも小さくてもよいので、設計の自由度を高めることができる。
また、第1突部や第2突部が3つ以上ある場合においても、正極端子200の軸部220から離れるほど、各第1突部と各第2突部との突出量が大きく設定されていればよい。
また、複数の第1突部と、複数の第2突部とのそれぞれの突出量は、圧縮された状態における複数の第1突部と、複数の第2突部とのそれぞれに作用する応力が大きいほど、小さく決定されていてもよい。これにより、複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれで十分な気密性を発揮できる程度に圧縮することができる。
圧縮された状態における複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれに作用する応力は、複数の第1突部と複数の第2突部とのそれぞれの硬度(ビッカース硬さ)や強度等を測定し、その測定結果に基づいて、圧縮時の応力を推定する方法がある。
(変形例2)
次に、第1の実施の形態に係る変形例2について説明する。第1の実施の形態では、正極第1封止部材150に第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとが設けられている場合を例示した。この変形例2では、正極第2封止部材に第1突部と第2突部とが設けられている場合を例示して説明する。
図8は、変形例2に係る正極第2封止部材の概略構成を示す断面図である。具体的には、図8は、図4に対応する図である。
図8に示すように、正極第1封止部材150Bは、全体として単一の樹脂により形成されており、第1面である外側の底面153cと、第2面である内側の底面153dは平面に形成されている。つまり、変形例2における正極第1封止部材150Bは、第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとを備えていない。
正極第2封止部材170Bにおける外側の上面173aは、蓋体110に対向する第1面である。この上面173aには、正極端子200の軸部220を囲む2つの第1突部174a,174bが形成されている。具体的に、2つの第1突部174a,174bは、それぞれ断面視半楕円状の突部であり、円筒部152の軸心を中心とした円環状に形成されている。第1突部174aは軸部220に近い側に配置され、第1突部174bは軸部220から遠い側に配置されている。また、2つの第1突部174a,174bの突出量H11は、同じとなっている。
正極第2封止部材170Bにおける凹部171内の上面173bは、上面173aとは反対側で、正極集電体120に対向する第2面である。上面173bには、正極端子200の軸部220を囲む2つの第2突部175a,175bが形成されている。具体的に、2つの第2突部175a,175bは、それぞれ断面視半円状の突部であり、円筒部152の軸心を中心とした円環状に形成されている。第2突部175aは軸部220に近い側に配置され、第2突部175bは軸部220から遠い側に配置されている。そして、上面173a,173bを平面視すると、第1突部174aと第2突部175aとが重なる位置に配置され、第1突部174bと第2突部175bとが重なる位置に配置されている。
また、2つの第2突部175a,175bの突出量H12は、同じとなっている。ここで、第1突部174a,174bの突出量H11は、第2突部175a,175bの突出量H12よりも大きく設定されている。これにより、正極端子200の軸部220がかしめられることで、第1突部174a,174bと、第2突部175a,175bとがそれぞれ圧縮されると、圧縮後における第1突部174a,174bの潰れシロを、第2突部175a,175bの潰れシロよりも大きくすることができる。したがって、正極第1封止部材150の圧縮後において、圧縮された第1突部174a,174bと正極集電体120との密着性を高めることができる。
なお、正極第2封止部材170Bと、上記第1の実施の形態に係る正極第1封止部材150とを同時に用いてもよい。これにより、正極端子200側と正極集電体120側とのそれぞれで高い気密性を発揮することができる。
なお、上記第1の実施の形態に係る正極第1封止部材150を用いずに、第1突部155a,155b及び第2突部156a,156bを有さない正極第1封止部材と、正極第2封止部材170Bとを同時に用いる場合には、正極集電体120と正極端子200とを溶接して気密を確保してもよい。
(変形例3)
第1の実施の形態では、各第1突部155a,155bと各第2突部156a,156bの周囲が平面である場合を例示した。この変形例3では、各第1突部155a,155bと、第2突部156a,156bとのそれぞれの周囲に、環状の溝部が形成されている場合を例示して説明する。
図9は、変形例3に係る第1突部155aの周辺部分を拡大して示す断面図である。なお、ここでは第1突部155aのみを図示しているが、第1突部155bや、各第2突部156a,156bにおいても周辺の構造は同じものとする。
図9に示すように、第1突部155aの内側及び外側には、それぞれ溝部191,192が形成されている。溝部191,192は、断面形状が半円状であり、環状の第1突部155aの全周にわたって形成されている。第1突部155aの基部は、溝部191,192の底とする。このため、第1突部155aの突出量H21は、図9に示す部分となる。
ここで、正極端子200の軸部220をかしめることによって第1突部155aを圧縮したとしても、突出量がゼロとなるまで潰すことは困難極まりない。例えば、圧縮前の突出量H21を0.1mmとして、かしめによる圧縮によって70%潰すことができた場合、圧縮後の突出量は0.03mmである。第1突部155aの周囲が平面であると、0.03mmに圧縮された第1突部155aが残存したままであるため、蓋体110の平坦度に影響を与える。しかしながら、変形例3においては、第1突部155aの内側及び外側に溝部191,192が設けられているので、この溝部191,192によって圧縮後の突出量を吸収することができる。これにより、圧縮後に蓋体110を平坦に配置することができ、蓋体110の浮きを抑制することができる。
なお、溝部191,192の深さD1は、第1突部155aの圧縮後の突出量を吸収できる深さにしておくことが望ましい。例えば、上述したように圧縮後の突出量が0.03mmである場合には、溝部191,192の深さD1を0.03mmよりも深くする。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、第1突部155a,155bの突出量H1を、第2突部156a,156bの突出量H2よりも大きくすることで、気密性を向上させた蓄電素子10を例示した。この第2の実施の形態では、圧縮後の封止部材(正極第1封止部材及び正極第2封止部材)に対する正極端子と容器との平坦度を高めることのできる構造について説明する。なお、この第2の実施の形態においても、第1の実施の形態に対応する部分においては、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図10は、本実施の形態に係る正極端子200の軸部220をかしめる前の状態を示す断面図である。具体的には、図10は、図4に対応する図である。
図10に示すように、本実施の形態に係る固定構造においては、第1の実施の形態と概ね同じ構造となっており、異なる部分は、第1突部157a,157bの突出量H31と、第2突部158a,158bの突出量H32との関係性である。つまり、本実施の形態では、第1突部157a,157bの突出量H31を、第2突部158a,158bの突出量H32よりも小さくしている。
ここで、蓋体110により圧縮される第1突部157a,157bの方が、正極端子200により圧縮される第2突部158a,158bよりもつぶれにくいという傾向がある。このため、第1突部157a,157bの突出量H31を第2突部158a,158bの突出量H32よりも小さくすることで、第1突部157a,157bを全体的に圧縮しやすくし、圧縮後の底面153aの平坦度を確保することができる。このように、圧縮後の正極第1封止部材150Cの底面153aを平坦にすることができれば、底面153aに接する蓋体110を平坦に保持することができる。
このように、第1突部157a,157bと第2突部158a,158bとが同じ突出量である場合と比べても、蓄電素子10の品質を高めることができる。
(変形例4)
次に、第2の実施の形態に係る変形例4について説明する。なお、以下の説明において、第2の実施の形態に対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
第2の実施の形態では、複数の第1突部157a,157bが同じ突出量H31であり、複数の第2突部158a,158bが同じ突出量H32である場合を例示した。しかし、平坦度をより高めるべく、第1突部157a,157b同士、或いは第2突部158a,158b同士の突出量を異ならせてもよい。
図11は、変形例4に係る2つの第1突部157a,157b及び2つの第2突部158a,158bを拡大して示す断面図である。図11においては、圧縮前の状態を示している。
図11に示すように、2つの第1突部157a,157bのそれぞれの突出量H33,H34は、正極端子200の軸部220から離れるほど小さく設定されている。前述したように、正極第1封止部材150を正極端子200と蓋体110との間で圧縮した場合、正極端子200の軸部220に近いほど圧縮力が大きくなる特性がある。つまり、同じ突出量H32の第1突部157a,157bが設けられていたとしても、軸部220に近い側の第1突部157aの圧縮量は大きく、遠い側の第1突部157bの圧縮量は小さくなるので、圧縮後の突出量にバラつきが生じる。このバラつきは蓋体110の平坦度を阻害する。この変形例4では、2つの第1突部157a,157bの突出量H33,H34を、正極端子200の軸部220から離れるほど小さくすることにより、圧縮後の突出量のバラつきを抑制し、正極第1封止部材150に対する蓋体110の平坦度を確保している。
一方、2つの第2突部158a,158bのそれぞれの突出量H35,H36においても、正極端子200の軸部220から離れるほど小さく設定されている。これにより、2つの第2突部158a,158bの圧縮後の突出量のバラつきが抑制されるので、正極第1封止部材150に対する正極端子200の平坦度を確保している。
なお、第1突部157aの突出量H33と第2突部158bの突出量H36とは、同じであってもよい。つまり、各突出量の関係性は、H35>H36≧H33>H34であることが望ましいが、少なくとも、外側にある第1突部157bの突出量H34が最も小さく、内側にある第2突部158aの突出量H35が最も大きければよい。
また、第1突部や第2突部が3つ以上ある場合においても、正極端子200の軸部220から離れるほど、各第1突部と各第2突部との突出量が小さく設定されていればよい。
(変形例5)
次に、第2の実施の形態に係る変形例5について説明する。第2の実施の形態では、正極第1封止部材150Cに第1突部157a,157bと第2突部158a,158bとが設けられている場合を例示した。この変形例5では、正極第2封止部材に第1突部と第2突部とが設けられている場合を例示して説明する。
図12は、変形例5に係る正極第2封止部材の概略構成を示す断面図である。具体的には、図12は、図8に対応する図である。
図12に示すように、変形例5においては、変形例2と概ね同じ構造となっており、異なる部分は、第1突部176a,176bの突出量H41と、第2突部177a,177bの突出量H42との関係性である。つまり、変形例5では、第1突部176a,176bの突出量H41を、第2突部177a,177bの突出量H42よりも小さくしている。
このため、以下の説明では、変形例2に対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図12に示すように、2つの第1突部176a,176bの突出量H41は同じであり、2つの第2突部177a,177bの突出量H42は同じである。ここで、第1突部176a,176bの突出量H41は、第2突部177a,177bの突出量H42よりも小さく設定されている。これにより、第1突部176a,176bを全体的に圧縮しやすくすることができ、圧縮後の上面173aの平坦度を確保することができる。したがって、上面173aに接する蓋体110を平坦に保持することができる。
(他の実施の形態)
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る封止部材、蓄電素子などについて説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、蓄電素子10は、1つの電極体140を備えていることとしたが、複数の電極体を備えている構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、バスバー接続部210と軸部220とが一体成形された正極端子200を例示したが、バスバー接続部と軸部とが別体であって、組み付け後に一体化される正極端子であってもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、第1突部155a,155bと第2突部156a,156bとがそれぞれ軸部220を二重に囲む場合を例示した。しかし、第1突部と第2突部とがそれぞれ軸部220を1重に囲んでも、3重以上に囲んでもよい。3重以上であればより気密性を高めることができる。また、第1突部の設置個数と第2突部の設置個数とが異なっていてもよい。第1突部と第2突部との設置個数が異なる場合には、少なくとも一組の第1突部と第2突部とが、平面視で重なっていることが、気密性確保の観点から好ましい。
また、上記実施の形態では、正極側を例示して、本発明の特徴となる部分の具体的な構成について説明したが、負極側においても同様の構成が適用されていることはもちろんである。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、正極側と負極側とが異なる構成であってもよい。
また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
10 蓄電素子
100 容器
110 蓋体
111 容器本体
112,123,154,172 貫通孔
113 突起
120 正極集電体(集電体)
121 集電体本体部
122 電極体接続部
130 負極集電体
140 電極体
150,150B,150C 正極第1封止部材(封止部材)
151,161,171 凹部
152 円筒部
153 端子収容部
153a,153c 底面(第1面)
153b,153d 底面(第2面)
155a,155b,157a,157b,174a,174b,176a,176b 第1突部
156a,156b,158a,158b,175a,175b,177a,177b 第2突部
160 負極第1封止部材
170,170B 正極第2封止部材
173a,173b 上面
191,192 溝部
200 正極端子(端子)
201 負極端子
210 バスバー接続部
220 軸部
230 先端部
H1,H2,H3,H4,H5,H6,H11,H12,H21,H31,H32,H33,H34,H35,H36,H41,H42 突出量

Claims (12)

  1. 蓄電素子の容器に設けられた端子又は前記端子に電気的に接続される集電体と、前記容器との間に配置され封止部材であって、
    前記容器に対向する第1面と、
    前記第1面とは反対側で、前記端子又は前記集電体に対向する第2面とを備え、
    前記第1面には、前記端子の軸部を囲む第1突部が形成されており、
    前記第2面には、前記端子の軸部を囲む第2突部が形成されており、
    前記第1突部の突出量と、前記第2突部の突出量とが異なる
    封止部材。
  2. 前記第1突部の突出量は、前記第2突部の突出量よりも大きい
    請求項1に記載の封止部材。
  3. 前記第1突部は、複数設けられ、前記端子の軸部を多重で囲む
    請求項2に記載の封止部材。
  4. 複数の前記第1突部のそれぞれの突出量は、前記端子の軸部から離れるほど大きい
    請求項3に記載の封止部材。
  5. 前記第2突部は、複数設けられ、前記端子の軸部を多重で囲む
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止部材。
  6. 複数の前記第2突部のそれぞれの突出量は、前記端子の軸部から離れるほど大きい
    請求項5に記載の封止部材。
  7. 前記第1突部は、複数設けられ、前記端子の軸部を多重で囲むとともに、
    前記第2突部は、複数設けられ、前記端子の軸部を多重で囲んでおり、
    複数の前記第1突部の少なくとも1つの突出量は、複数の前記第2突部の少なくとも1つの突出量よりも大きい
    請求項1に記載の封止部材。
  8. 前記第2突部は、複数設けられ、前記端子の軸部を多重に囲み、
    複数の前記第1突部と複数の前記第2突部とのそれぞれの突出量は、圧縮された状態における複数の前記第1突部と、複数の前記第2突部とのそれぞれに作用する応力が大きいほど、小さく決定されている
    請求項3に記載の封止部材。
  9. 前記第1突部と、前記第2突部とは、前記第1面の平面視で重なる位置に配置されている
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の封止部材。
  10. 前記第1突部の突出量は、前記第2突部の突出量よりも小さい
    請求項1に記載の封止部材。
  11. 容器に設けられた端子と、前記端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子であって、
    前記端子又は前記集電体と前記容器との間に配置された封止部材を備え、
    前記封止部材は、
    前記容器に対向する第1面と、
    前記第1面とは反対側で、前記端子又は前記集電体に対向する第2面とを備え、
    前記第1面には、前記端子の軸部を囲む第1突部が形成されており、
    前記第2面には、前記端子の軸部を囲む第2突部が形成されており、
    前記第1突部と、前記第2突部とは、前記封止部材が前記端子又は前記集電体と前記容器との間で圧縮された状態で配置されており、
    圧縮前の状態における前記第1突部の突出量と、前記第2突部の突出量とが異なる
    蓄電素子。
  12. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の封止部材を、前記端子又は前記集電体と前記容器との間に配置して、前記端子又は前記集電体と前記容器とにより、前記第1突部と前記第2突部とを圧縮する
    蓄電素子の製造方法。
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