JP7265708B2 - 密閉型電池 - Google Patents

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Description

本発明は、密閉型電池に関する。
リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、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。かかる二次電池は、例えば、ケース内に電極体が密閉状態で収容された密閉型電池として構築される。このような密閉型電池は、通常、ケース内の電極体と外部機器（他の電池やモーター等）とを電気的に接続するための端子構造を備えている。
かかる密閉型電池の端子構造の一例が特許文献１、２に開示されている。例えば、特許文献１に記載の電池端子構造は、発電要素（電極体）を収容するケースを上方から覆い、第１の孔を有する蓋部材と、蓋部材の上方に設けられ、第２の孔を有する外部端子と、蓋部材と外部端子との間に設けられ、蓋部材と外部端子とを絶縁し、第３の孔を有する絶縁部材（絶縁ホルダ）と、外部端子と発電要素とを電気的に接続する内部端子とを有している。そして、内部端子は、第１の孔と第２の孔と第３の孔とを通る軸部と、軸部上方に設けられ、外部端子をかしめるかしめ部とを有している。この種の密閉型電池では、カシメ加工を行った際に端子構造を構成する各部材がケース（蓋体）に押し付けられ、加圧された状態で固定される。これによって、蓋部材の第１の孔が封止され、ケース内が密閉される。
特開２０１６－２１９３８０号公報 特許第５６５６５９２号
ところで、近年では、密閉型電池の安全性や耐久性への要求がさらに高まっており、ケース内の密閉性を高い状態に維持することが望まれている。本発明は、かかる要求を鑑みてなされたものであり、ケース内部の密閉性を好適に維持できる技術を提供することを目的とする。
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池が提供される。
ここで開示される密閉型電池は、電極体を収容するケースと、ケース内部の電極体と接続される内部端子と、ケースの外側において内部端子と接合される板状の外部端子と、ケースと外部端子との間に配置された絶縁ホルダとを備えている。この密閉型電池の内部端子は、ケースの内側において電極体と接続される集電部と、ケース、絶縁ホルダおよび外部端子を貫通してケースの外側に露出する軸部と、軸部のケース外側の端部に設けられ、外部端子の上面に沿って延在するように加圧変形されたカシメ部とを有している。そして、ここに開示される密閉型電池の外部端子は、ケースの外側に配置される上面側の線膨張係数と、絶縁ホルダと接する底面側の線膨張係数とが異なるように構成されている。
本発明者は、ケース内の密閉性を高い状態に維持するために種々の検討を行った結果、製造工程や充放電における絶縁ホルダの溶融を防止できれば、ケース内の密閉性の低下を抑制できることを見出した。具体的には、内部端子のカシメ部と外部端子との境界では、製造工程の溶接処理や充放電時の抵抗発熱などによって大きな熱が生じることがある。このとき、外部端子の下に配置された絶縁ホルダに熱が伝わると、絶縁ホルダの表面が僅かに溶融して厚みが減少する可能性がある。この場合、端子構造を構成する各部材への圧力が開放され、ケース内の密閉性が低下する可能性がある。これに対して、ここに開示される密閉型電池では、底面側の線膨張係数と上面側の線膨張係数とが異なる外部端子が用いられている。かかる外部端子は、大きな熱が加えられた際に湾曲変形して、絶縁ホルダとの間に隙間を形成できる。このため、ここに開示される密閉型電池によると、製造工程や充放電で生じた大きな熱が絶縁ホルダに伝わることを抑制し、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下を好適に防止できる。
ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、外部端子は、上面側の線膨張係数よりも底面側の線膨張係数が大きくなるように構成されている。かかる外部端子は、上面側よりも底面側の方が大きく熱膨張するため、大きな熱が生じた際に凹状に湾曲変形する。これによって、外部端子と絶縁ホルダとの間に適切に隙間を生じさせ、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下をより好適に防止できる。
ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、軸部の軸方向に沿って複数の金属層が積層されることによって形成されている。本態様のような複数の金属層が積層された外部端子は、底面側と上面側との間で線膨張係数を異ならせることが容易である。
また、上記複数の金属層を有する態様において、外部端子は、軸部の軸方向に沿って２層の金属層が積層されることによって形成されており、上面側に位置する第１金属層の線膨張係数よりも、底面側に位置する第２金属層の線膨張係数の方が大きいことが好ましい。これによって、大きな熱が生じた際に外部端子を凹状に湾曲変形させることが容易になる。
また、上記外部端子が２層の金属層を有する態様において、当該外部端子は、内部端子を介して電極体の正極と電気的に接続された正極外部端子であり、第１金属層がアルミニウム（Ａｌ）で構成され、第２金属層がマグネシウム（Ｍｇ）で構成されていることが好ましい。これによって、正極外部端子に大きな熱が生じた際に、絶縁ホルダとの間で適切な隙間を容易に生じさせることができる。また、かかるＡｌとＭｇからなる２層構造の正極外部端子は、材料コストの観点からも好適である。
また、上記外部端子が２層の金属層を有する態様において、当該外部端子は、内部端子を介して電極体の負極と電気的に接続された負極外部端子であり、第１金属層が銅（Ｃｕ）で構成され、第２金属層がアルミニウム（Ａｌ）で構成されていることが好ましい。これによって、負極外部端子に大きな熱が生じた際に、絶縁ホルダとの間で適切な隙間を容易に生じさせることができる。また、かかるＣｕとＡｌからなる２層構造の負極外部端子は、材料コストの観点からも好適である。
また、ここに開示される密閉型電池は、上述した各態様に限定されない。例えば、外部端子は、底面側の線膨張係数よりも上面側の線膨張係数が大きくなるように構成されていてもよい。かかる構成の外部端子に大きな熱が生じると、底面側よりも上面側の方が大きく熱膨張し、外部端子が凸状に湾曲変形する。この場合でも、外部端子と絶縁ホルダとの間に隙間が生じるため、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下を防止できる。
また、ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、内部端子のカシメ部と外部端子とを跨ぐ溶接痕が形成されている。上述したように、密閉型電池の製造工程では、内部端子のカシメ部と外部端子とを溶接することがある。かかる溶接処理は、内部端子と外部端子との導通性の向上という観点から好適な処理である一方で、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下を生じさせる原因にもなり得る。これに対して、ここに開示される密閉型電池では、溶接処理中に外部端子が湾曲変形し、大きな熱が絶縁ホルダに伝わることを防止できる。このため、ここに開示される技術は、カシメ部と外部端子を溶接する密閉型電池において特に好適な効果を発揮できる。
本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の端子構造を模式的に示す断面図である。 図１に示す密閉型電池の端子構造のカシメ工程前の状態を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池において、内部端子のカシメ部と外部端子とをレーザ溶接した際の状態を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る密閉型電池において、内部端子のカシメ部と外部端子とをレーザ溶接した際の状態を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る密閉型電池において、内部端子のカシメ部と外部端子とをレーザ溶接した際の状態を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池について図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、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（例えば、電極体や電解質の構成および製法などの密閉型電池の構築に係る一般的技術等）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。なお、本実施形態では、密閉型電池の一例としてリチウムイオン二次電池を説明するが、ここに開示される密閉型電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素電池などであってもよい。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る密閉型電池の端子構造を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す密閉型電池の端子構造のカシメ工程前の状態を模式的に示す断面図である。なお、各図における符号Ｘは「（密閉型電池の）幅方向」を示し、符号Ｚは「（密閉型電池の）高さ方向」を示す。なお、これらの方向は、説明の便宜上定めたものであり、ここに開示される密閉型電池を設置する方向を限定することを意図したものではない。
図１に示すように、本実施形態に係る密閉型電池１００は、ケース１０と、内部端子２０と、外部端子３０と、絶縁ホルダ４０とを備えている。以下、各部材を説明する。
（１）ケース
ケース１０は、上面が開口した角型のケース本体１２と、当該ケース本体１２上面の開口部を塞ぐ板状の蓋体１４とを備えている。ケース本体１２および蓋体１４は、アルミニウム合金などの所定の強度を有した安価な金属材料を主体として構成されていることが好ましい。また、蓋体１４には、内部端子２０の軸部２４が挿入される開口部１４ａが形成されている。
図示は省略するが、ケース１０の内部には、発電要素である電極体が収容されている。この電極体は、正極と負極を備えている。典型的には、電極体は、正極集電箔の表面に正極合材層が付与された正極シートと、負極集電箔の表面に負極合材層が付与された負極シートと、正極シートと負極シートとの間に介在する絶縁性のセパレータとを備えている。また、電極体と同様に図示は省略するが、ケース１０の内部には、非水電解液等の電解質も収納されている。なお、電極体や電解質の材料については、従来の一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを特に制限なく使用でき、ここに開示される技術を特徴付けるものでないため詳細な説明を省略する。
（２）内部端子
内部端子２０は、ケース１０内部の電極体（典型的には、正極集電箔または負極集電箔）と接続される導電部材である。この内部端子２０には、所定の導電性を有した金属材料が使用される。かかる内部端子２０の金属材料は、接続対象の素材、導電性、強度、材料コストなどを考慮した上で適宜選択することが好ましい。例えば、内部端子２０は、接続対象である電極体の集電箔と同じ種類の金属材料で構成されていることが好ましい。これによって、内部端子２０と電極体とを低抵抗かつ高強度で接続できる。一般的なリチウムイオン二次電池では、負極集電箔に銅（Ｃｕ）や銅合金が使用されるため、負極側の内部端子２０にも銅や銅合金を使用することが好ましい。一方、正極集電箔には、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金が使用されるため、正極側の内部端子２０にもアルミニウムやアルミニウム合金を使用することが好ましい。
そして、本実施形態における内部端子２０は、集電部２２と、軸部２４と、カシメ部２６とを有している。集電部２２は、ケース１０の内側において電極体と接続される。具体的には、集電部２２は、高さ方向Ｚの下方（ケース１０の内方）に延びる板状部材である。そして、集電部２２の下端は、電極体に接続されている。集電部２２と電極体との接続部分は、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接等の従来公知の接合手段によって接合される。また、本実施形態における内部端子２０では、集電部２２の上端に、蓋体１４と略平行に配置される平板状の台座部２８が設けられている。
軸部２４は、ケース１０、絶縁ホルダ４０、外部端子３０を貫通してケース１０の外側に露出する部分である。図２に示すように、カシメ加工を行う前の軸部２４は、台座部２８から高さ方向Ｚの上方（ケース１０の外側）に向かって立設する筒状部材である。この筒状の軸部２４には、軸長方向（高さ方向Ｚ）に沿って窪む内腔２４ｂが形成されている。この筒状の軸部２４の上端部２４ａ（すなわち、ケース１０の外側の端部）に対してカシメ加工を行い、当該軸部２４の上端部２４ａを加圧変形させることによって、図１に示すようなカシメ部２６が形成される。具体的には、図２に示す軸部２４の内腔２４ｂの内部に押圧治具を挿入し、内腔２４ｂが拡径するように上端部２４ａを加圧変形させる。これによって、外部端子３０の上面３０ａに沿って延在するカシメ部２６が軸部２４の上端部２４ａに形成される（図１参照）。このカシメ加工を行うことによって、内部端子２０と外部端子３０とが接合される。
なお、本実施形態では、内部端子２０と外部端子３０との間の導通性や接合強度の向上のために、カシメ部２６と外部端子３０との境界に溶接処理が施されている。このため、本実施形態に係る密閉型電池１００では、内部端子２０のカシメ部２６と外部端子３０とを跨ぐような溶接痕６０が形成されている。なお、カシメ部２６と外部端子３０との溶接処理には、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接などの種々の溶接技術を特に制限なく使用できる。これらの溶接技術の中でも、精密な溶接を容易に実施するという観点からレーザ溶接が好ましく用いられる。
（３）外部端子
外部端子３０は、ケース１０の外側において内部端子２０と接合される板状の導電部材である。上述した通り、外部端子３０は、カシメ加工によって変形した内部端子２０の軸部２４（カシメ部２６）と接合されている。この板状の外部端子３０は、蓋体１４（ケース１０）の外側面１４ｂに沿って幅方向Ｘに延びるように配置されている。そして、外部端子３０の幅方向Ｘの一方の端部には、内部端子挿通孔３２が形成されている。また、外部端子３０の幅方向Ｘの他方の端部には、ボルト挿通孔３４が形成されている。
そして、本実施形態における外部端子３０は、絶縁ホルダ４０と接する底面３０ｂ側の線膨張係数と、ケース１０の外側に配置される上面３０ａ側の線膨張係数とが異なるように構成されている。具体的には、本実施形態における外部端子３０は、軸部２４の軸方向（すなわち、高さ方向Ｚ）に沿って２層の金属層が積層された２層構造を有している。すなわち、この外部端子３０は、上面３０ａ側に位置する第１金属層３６と、底面３０ｂ側に位置する第２金属層３８とを備えている。そして、この第１金属層３６と第２金属層３８は、異なる金属材料で構成されており、互いに線膨張係数が異なっている。本実施形態に係る密閉型電池１００は、かかる２層構造の外部端子３０を用いることによって、外部端子３０の上面３０ａ側の線膨張係数と、底面３０ｂ側の線膨張係数を異ならせている。
さらに、本実施形態では、上面３０ａ側の線膨張係数よりも底面３０ｂ側の線膨張係数の方が大きくなるように外部端子３０が構成されている。すなわち、上面３０ａ側の第１金属層３６よりも底面３０ｂ側の第２金属層３８の方が大きな線膨張係数を有するように、各層を構成する金属材料が選択されている。なお、かかる第１金属層３６および第２金属層３８に用いる金属材料については後述する。
（４）絶縁ホルダ
絶縁ホルダ４０は、上述した導電端子（内部端子２０および外部端子３０）とケース１０（蓋体１４）との通電を防止する絶縁部材である。この絶縁ホルダ４０は、蓋体１４の外側面１４ｂ（ケース１０）と外部端子３０との間に配置されている。この絶縁ホルダ４０には、ボルト７０の下端部を収納するボルト収納部４２と、内部端子２０の軸部２４を挿通させる第１挿通孔４４とが形成されている。なお、絶縁ホルダ４０には、この種の絶縁部材に使用し得る樹脂材料を特に制限なく使用できる。かかる樹脂材料の一例として、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂が挙げられる。
また、絶縁ホルダ４０の第１挿通孔４４の周囲の領域は、上述したカシメ加工によって、内部端子２０のカシメ部２６と蓋体１４との間に挟み込まれた状態で固定される。そして、このときの圧力によって、絶縁ホルダ４０は、弾性変形して、内部端子２０のカシメ部と蓋体１４に密着する。
（５）他の部材
ここに開示される技術を限定するものではないが、本実施形態に係る密閉型電池１００は、上述の部材の他に、ガスケット５０とボルト７０とを備えている。
ガスケット５０は、蓋体１４の内側面１４ｃと内部端子２０の台座部２８との間に配置された絶縁性の弾性部材である。このガスケット５０は、内部端子２０と蓋体１４（ケース１０）との通電を防止するために設けられている。また、弾性部材であるガスケット５０は、加圧された状態で、内部端子２０のカシメ部２６と台座部２８との間に挟み込まれている。これによって、ガスケット５０が弾性変形した状態で固定され、カシメ部２６と台座部２８との間に挟み込まれた他の部材（外部端子３０、絶縁ホルダ４０、蓋体１４）への圧力が維持される。このように、ガスケット５０は、蓋体１４の開口部１４ａを適切に封止して密閉性の低下の抑制に貢献するという機能も有している。このガスケット５０は、内部端子２０の軸部２４を挿通させる第二挿通孔５２と、当該第二挿通孔５２の周囲に形成された筒状の突起５４とを有している。この突起５４は、蓋体１４の開口部１４ａに挿入され、絶縁ホルダ４０の底面に圧着されている。なお、ガスケット５０は、例えば、ＰＦＡ、ＰＰ、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどによって構成されていることが好ましい。
ボルト７０は、高さ方向Ｚに沿って立設した柱状の金属部材であり、ケース１０の外部（典型的には、絶縁ホルダ４０の上側）に配置されている。具体的には、ボルト７０の下端部は、絶縁ホルダ４０のボルト収納部４２に収容されている。そして、ボルト７０は、外部端子３０のボルト挿通孔３４に挿通されている。図示は省略するが、このボルト７０の外周面には、ネジ溝（図示省略）が形成されている。この密閉型電池１００では、外部端子３０のボルト挿通孔３４の周縁部３４ａの上に、外部機器との接続部材（バスバー）を配置し、ボルト７０にナットを締め付けることによって、バスバーと外部端子３０とを容易かつ強固に接続できる。
（６）密閉性維持効果
上記した通り、本実施形態に係る密閉型電池１００では、第１金属層３６と第２金属層３８を備えた２層構造の外部端子３０が用いられている。そして、上面３０ａ側の第１金属層３６よりも底面３０ｂ側の第２金属層３８の方が大きな線膨張係数になるように、各層の金属材料が選択されている。これによって、溶接処理や充放電において外部端子３０に大きな熱が生じた際のケース１０内の密閉性の低下を防止し、当該密閉性を高い状態に維持できる。以下、レーザによる溶接処理を行った場合を例に挙げて、本実施形態における密閉性維持効果について具体的に説明する。
図３は、第１の実施形態に係る密閉型電池において、内部端子のカシメ部と外部端子とをレーザ溶接した際の状態を模式的に示す断面図である。上述の通り、本実施形態では、内部端子２０と外部端子３０との導通性の安定化などの観点から、カシメ部２６と外部端子３０との境界にレーザ溶接が施されている。この溶接処理におけるレーザＬの熱が外部端子３０を介して絶縁ホルダ４０に伝わると、絶縁ホルダ４０が溶融して厚みが減少する可能性がある。一般的な密閉型電池１００では、カシメ加工後の絶縁ホルダ４０によって、カシメ部２６と台座部２８との間に挟み込まれた他の部材への圧力が維持され、ケース１０内の密閉性の低下が抑制される。しかし、溶融によって絶縁ホルダ４０の厚みが減少すると、上記他の部材（例えば、ガスケット５０）に掛かる圧力が開放されて弾性変形が解消されるため、蓋体１４の内側面１４ｃと台座部２８との間に隙間が生じて密閉性が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、底面３０ｂ側の線膨張係数が上面３０ａ側の線膨張係数よりも大きい外部端子３０が用いられている。かかる外部端子３０は、上面３０ａ側よりも底面３０ｂ側の熱膨張量が大きいため、大きな熱が加えられた際に凹状に湾曲変形し、絶縁ホルダ４０との間に隙間Ｓを形成する。そして、この隙間Ｓによって空気断熱が形成され、絶縁ホルダ４０への熱の伝達が遮断される。従って、本実施形態によると、大きな熱が外部端子３０に生じた場合でも、絶縁ホルダ４０の溶融による密閉性の低下を防止できる。
また、外部端子３０が凹状に湾曲変形すると、カシメ部２６、外部端子３０、絶縁ホルダ４０、蓋体１４が積層した領域に垂直抗力が生じる。これによって、絶縁ホルダ４０に掛かる圧力が増加するため、ガスケット５０等の他の部材をさらに圧縮させて、蓋体１４の内側面１４ｃと台座部２８との密着性を向上することができる。そして、外部端子３０の湾曲変形は、上述した溶接処理の時だけでなく、充放電時の外部端子３０の抵抗発熱などによっても発生する。すなわち、本実施形態に係る密閉型電池１００は、使用中（充放電中）に外部端子３０を湾曲変形させて、絶縁ホルダ４０と軸部２４との密着性を向上させることができる。このため、本実施形態に係る密閉型電池１００は、使用中の振動による組付けズレによって密閉性が低下する可能性がある移動体（例えば、車両等）の電源として特に好適に使用することができる。
なお、本実施形態に係る密閉型電池１００において、外部端子３０は、加熱時の変形量δが１μｍ以上であることが好ましく、１．４μｍ以上であることがより好ましい。このように、湾曲した際に絶縁ホルダ４０との間で十分な隙間Ｓを生じさせる外部端子３０を使用することによって、絶縁ホルダ４０の溶融による密閉性の低下をより好適に防止できる。また、絶縁ホルダ４０の溶融による密閉性の低下を防止するという観点から、加熱時の変形量δの上限は特に限定されず、１０μｍ以下であってもよい。但し、上面３０ａ側の線膨張係数と底面側３０ｂの線膨張係数との差が大きくなりすぎると、内部応力によって外部端子３０の内部にクラックなどの劣化が生じる可能性がある。かかる観点から、加熱時の変形量δの上限は、６μｍ以下が好ましく、５．６μｍ以下がより好ましい。
上記「加熱時の変形量δ」は、外部端子３０を１５０℃分昇温させた際に、カシメ部２６の外周縁２６ａの下方に生じる外部端子３０と絶縁ホルダ４０との隙間Ｓを指すものである。一例として、第１金属層３６の厚みｈ１と第２金属層３８の厚みｈ２とが同等である外部端子３０を用いた場合には、下記式（１）に基づいて加熱時の変形量δを算出することができる。
δ＝Ｌ２×（α２－α１）×Ｔ÷ｈ１×６×Ｅ１×Ｅ２÷（（Ｅ１＋Ｅ２）２＋（１２×Ｅ１×Ｅ２）） （１）
δ ：１５０℃分の温度変化があった時の変形量（μｍ）
Ｌ ：カシメ部と外部端子が重なる領域の幅寸法（ｍｍ）
α１：第１金属層の線膨張係数（１０－６／Ｋ）
α２：第２金属層の線膨張係数（１０－６／Ｋ）
Ｔ ：温度変化量（＝１５０℃）
Ｅ１：上面側に位置する金属層のヤング率（ＭＰａ）
Ｅ２：底面側に位置する金属層のヤング率（ＭＰａ）
ｈ１：第１金属層の厚み（＝第２金属層の厚み）
また、上述したように、本実施形態に係る密閉型電池１００では、上面３０ａ側に配置される第１金属層３６よりも底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８の方が大きな線膨張係数を有するように、各層を構成する金属材料が選択されている。
また、一般的な密閉型電池１００では、上述のように、正極側の内部端子２０にＡｌが用いられる。このため、内部端子２０のカシメ部２６と接触する第１金属層３６には、内部端子２０と同じＡｌ（線膨張係数：２４×１０－６・Ｋ－１）を使用することが好ましい。この場合、Ａｌよりも線膨張係数が大きな金属材料を第２金属層３８に使用することによって、大きな熱が生じた際に凹状に湾曲変形する外部端子３０を形成できる。かかる観点から、正極側の第２金属層３８には、例えば、Ｍｇ（線膨張係数：２６×１０－６・Ｋ－１）、Ｐｂ（線膨張係数：２９．３×１０－６・Ｋ－１）、Ｚｎ（線膨張係数：３９．７×１０－６・Ｋ－１）等が用いられ得る。これらの金属材料の中でも、Ｍｇを第２金属層３８に使用することによって、絶縁ホルダ４０との間に適切な隙間が生じるように湾曲する外部端子３０を形成できる。また、Ｍｇは、比較的に安価な材料であるため、材料コストの観点からも好適である。
また、第１金属層３６と第２金属層３８の各々に使用される金属材料は合金であってもよい。例えば、第１金属層３６に、ＪＩＳ－ＡＣ２Ａ（線膨張係数：２１．５×１０－６・Ｋ－１）、ＪＩＳ－ＡＣ３Ａ（線膨張係数：２０．５×１０－６・Ｋ－１）、ＪＩＳ－ＡＣ４Ａ（線膨張係数：２１×１０－６・Ｋ－１）などのＡｌ合金を使用することもできる。これらのＡｌ合金を第１金属層３６に使用した場合には、第２金属層３８にＡｌやＳｎ（線膨張係数：２３×１０－６・Ｋ－１）などを使用することもできる。また、第１金属層３６と第２金属層３８の各々に、線膨張係数が異なるアルミニウム合金を使用してもよい。
一方で、一般的な密閉型電池１００では、上述のように、負極側の内部端子２０にＣｕが用いられる。このため、内部端子２０のカシメ部２６と接触する第１金属層３６には、内部端子２０と同じＣｕ（線膨張係数：１７．１×１０－６・Ｋ－１）を使用することが好ましい。この場合、負極側の第２金属層３８には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｚｎ、銀（Ａｇ、線膨張係数：１９．７×１０－６・Ｋ－１）等が挙げられる。これらの中でも、低コストで適切に湾曲する外部端子を得る観点から、Ａｌ、Ｍｇが好ましい。また、正極側の外部端子と同様に、負極側の外部端子においても合金を使用することができる。
［他の実施形態］
以上、ここで開示される密閉型電池の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の第１の実施形態に限定されず、種々の構造を変更できる。
（１）第２の実施形態
例えば、第１の実施形態では、底面３０ｂ側の線膨張係数が上面３０ａ側の線膨張係数よりも大きい外部端子３０を用い、大きな熱が生じた際に外部端子３０を凹状に湾曲変形させている。しかし、ここに開示される密閉型電池では、外部端子の底面側の線膨張係数と上面側の線膨張係数とが異なっていればよく、上述の第１の実施形態に限定されない。具体的には、底面３０ｂ側の線膨張係数が上面３０ａ側の線膨張係数よりも小さい外部端子３０を用いることもできる（図４参照）。このような外部端子３０に大きな熱が生じると、内部端子２０のカシメ部２６の両側における外部端子３０が凸状に湾曲する。このような場合でも、外部端子３０と絶縁ホルダ４０との間に隙間Ｓを生じさせ、絶縁ホルダ４０の溶融による密閉性の低下を防止できる。なお、図４に示すような凸状に湾曲変形する外部端子３０を形成する場合には、第１金属層３６と第２金属層３８とからなる２層構造の外部端子３０を用い、第１金属層３６の金属材料よりも線膨張係数が小さい金属材料を第２金属層３８に使用することが好ましい。
（２）第３の実施形態
また、上述した第１および第２の実施形態では、第１金属層３６と第２金属層３８とからなる２層構造の外部端子３０を使用している。しかし、ここに開示される密閉型電池において、外部端子を構成する金属層の数は特に限定されない。例えば、図５に示すように、第１金属層３６と、第２金属層３８と、第３金属層３９とから構成された３層構造の外部端子３０を用いることもできる。この３層構造の外部端子３０でも、底面３０ｂ側の線膨張係数と上面３０ａ側の線膨張係数とを異ならせることによって、加熱時に適切な湾曲変形を生じさせることができる。なお、このような３層以上の金属層を有する外部端子を使用する場合、全ての金属層の線膨張係数が異なっている必要はない。すなわち、全体として上面側と底面側の線膨張係数が異なっていれば、加熱時に湾曲変形する外部端子を得ることができる。一例として、図５に示す３層構造の外部端子３０において、第１金属層３６と第２金属層３８の線膨張係数が略同等であり、かつ、第３金属層３９の線膨張係数が第１金属層３６（および第２金属層３８）の線膨張係数と異なっている場合でも、外部端子を適切に湾曲変形させることができる。なお、３層以上の金属層を有する外部端子を用いる場合には、外部端子の上面側から底面側に向かって順に線膨張係数が大きくなる（若しくは小さくなる）ように、各々の金属層の線膨張係数を段階的に異ならせると好ましい。これによって、湾曲変形による応力が金属層の界面に集中して、クラックなどの外部端子の劣化が生じることを抑制できる。
（３）第４の実施形態
また、第１の実施形態では、内部端子２０のカシメ部２６と外部端子３０とを溶接しているため、当該カシメ部２６と外部端子３０とを跨ぐ溶接痕６０が形成されている。しかし、ここに開示される技術による密閉性維持効果は、上述した溶接処理以外の状況でも発揮される。すなわち、ここに開示される技術は、カシメ部と外部端子とを溶接する形態に限定されない。具体的には、充放電時の抵抗発熱によって外部端子が高温（１５０℃程度）まで昇温し、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下が生じることもあり得る。ここに開示される密閉型電池は、上記抵抗発熱による外部端子の昇温が生じた場合でも、外部端子を湾曲させて、外部端子の熱が絶縁ホルダに伝わることを防止できる。
［試験例］
以下、本発明に関係する試験例を説明する。なお、以下で説明する試験例は、本発明を限定することを意図したものではない。
１．試験用電池の構築
本試験では、図１に示すような端子構造を備えた密閉型電池１００を構築した。具体的には、先ず、蓋体１４の内面１４ａにガスケット５０を配置すると共に、外側面１４ｂに絶縁ホルダ４０を配置し、ガスケット５０と絶縁ホルダ４０を挟み込むように開口部１４ａの周囲を押圧して仮止めを行った（図２参照）。そして、絶縁ホルダ４０のボルト収納部４２にボルト７０を配置した後、ボルト挿通孔３４にボルト７０を挿通させながら、絶縁ホルダ４０の上面に外部端子３０を配置した。そして、外部端子３０の内部端子挿通孔３２、蓋体１４の開口部１４ａ、絶縁ホルダ４０の第１挿通孔４４、ガスケット５０の第二挿通孔５２が重ねられて形成された穴に内部端子２０の軸部２４を挿通させ、軸部２４の上端部２４ａを蓋体１４の上側に露出させた。そして、押圧治具を用いて蓋体１４の下側から内部端子２０の台座部２８を押圧すると共に、蓋体１４の上側から軸部２４の上端部２４ａを押圧した。このとき、筒状の軸部２４の内腔２４ｂを拡径させるように、軸部２４の上端部２４ａを押圧変形させることによってカシメ部２６を形成した（図１参照）。その後、内部端子２０の集電部２２の下端を電極体に接続し、電極体がケース本体１２の内部に収容されるように、蓋体１４とケース本体１２とを組み合わせた。そして、注液口（図示省略）から電解液を注入した後に当該注液口を封入することによって密閉型電池１００を構築した。
２．サンプルの説明
本試験では、上述した密閉型電池１００を６個（サンプル１～６）準備し、各サンプルで使用する外部端子を異ならせた。以下、各サンプルで使用した外部端子を説明する。
（１）サンプル１
上面３０ａ側に配置される第１金属層３６（厚さ：０．７５ｍｍ）にＡｌを使用し、底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８（厚さ：０．７５ｍｍ）にＭｇを使用した２層構造の外部端子３０を作成した。そして、サンプル１では、このＡｌとＭｇが積層した外部端子３０を正極側の外部端子に使用した。
（２）サンプル２
上面３０ａ側に配置される第１金属層３６にＣｕを使用し、底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８にＡｌを使用した２層構造の外部端子３０を作成した。サンプル２では、このＣｕとＡｌが積層した外部端子３０を負極側の外部端子に使用した。
（３）サンプル３
上面３０ａ側に配置される第１金属層３６に金（Ａｕ）を使用し、底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８にＣｕを使用した２層構造の外部端子３０を作成した。サンプル３では、このＡｕとＣｕが積層した外部端子３０を負極側の外部端子に使用した。
（４）サンプル４
上面３０ａ側に配置される第１金属層３６にニッケル（Ｎｉ）を使用し、底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８にＣｕを使用した２層構造の外部端子３０を作成した。サンプル４では、このＮｉとＣｕが積層した外部端子３０を負極側の外部端子に使用した。
（５）サンプル５
上面３０ａ側に配置される第１金属層３６に白金（Ｐｔ）を使用し、底面３０ｂ側に配置される第２金属層３８にＣｕを使用した２層構造の外部端子３０を作成した。サンプル５では、このＰｔとＣｕが積層した外部端子３０を負極側の外部端子に使用した。
（６）サンプル６
本サンプルでは、第１金属層３６と第２金属層３８の両方にＣｕを使用した２層構造の外部端子３０を作成し、これを負極側の外部端子に使用した。
３．評価試験
各サンプルの密閉型電池に対して、カシメ部２６と外部端子３０との境界にレーザを照射し、外部端子３０を１５０℃まで加熱させた。そして、外部端子３０を観察し、レーザ照射位置（カシメ部２６の外周縁２６ａ）の下方における外部端子３０の変形量（反り量）δ（μｍ）を測定した。また、レーザ照射の後に密閉型電池１００を分解し、絶縁ホルダ４０の上面に溶融が生じているか否かを観察した。外部端子３０の変形量δ（μｍ）および溶融観察の結果を表１に示す。
Figure 0007265708000001
表１に示すように、サンプル１～５では、加熱中に外部端子が湾曲変形し、絶縁ホルダと外部端子との間で隙間が生じることが確認された。そして、このサンプル１～５では、絶縁ホルダの溶融が抑制されていた。これらの結果から、外部端子の上面側の線膨張係数と底面側の線膨張係数を異ならせることによって、大きな熱が加えられた際に外部端子を湾曲変形させ、絶縁ホルダの溶融による密閉性の低下を防止できることが分かった。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１０ ケース
１２ ケース本体
１４ 蓋体
１４ａ 開口部
１４ｂ 外側面
１４ｃ 内側面
２０ 内部端子
２２ 集電部
２４ 軸部
２４ａ 軸部の上端部
２４ｂ 軸部の内腔
２６ カシメ部
２８ 台座部
３０ 外部端子
３０ａ 上面
３０ｂ 底面
３２ 内部端子挿通孔
３４ ボルト挿通孔
３４ａ ボルト挿通孔の周縁部
３６ 第１金属層
３８ 第２金属層
３９ 第３金属層
４０ 絶縁ホルダ
４２ ボルト収納部
４４ 第１挿通孔
５０ ガスケット
５２ 第二挿通孔
５４ 突起
６０ 溶接痕
７０ ボルト
１００ 密閉型電池

Claims (3)

  1. 電極体を収容するケースと、前記ケース内部の電極体と接続される内部端子と、前記ケースの外側において前記内部端子と接合される板状の外部端子と、前記ケースと前記外部端子との間に配置された絶縁ホルダとを備えた密閉型電池であって、
    前記内部端子は、
    前記ケースの内側において前記電極体と接続される集電部と、
    前記ケース、前記絶縁ホルダおよび前記外部端子を貫通して前記ケースの外側に露出する軸部と、
    前記軸部の前記ケース外側の端部に設けられ、前記外部端子の上面に沿って延在するように加圧変形されたカシメ部と
    を有し、
    前記外部端子は、前記ケースの外側に配置される上面側の線膨張係数と、前記絶縁ホルダと接する底面側の線膨張係数とが異なるように構成されており、
    前記外部端子は、前記上面側の線膨張係数よりも前記底面側の線膨張係数が大きくなるように構成されており、
    前記外部端子は、前記軸部の軸方向に沿って複数の金属層が積層されることによって形成されており、
    前記外部端子は、前記軸部の軸方向に沿って２層の金属層が積層されることによって形成されており、前記上面側に位置する第１金属層の線膨張係数よりも、前記底面側に位置する第２金属層の線膨張係数の方が大きく、
    前記外部端子は、前記内部端子を介して前記電極体の正極と電気的に接続された正極外部端子であり、
    前記第１金属層がアルミニウムで構成され、前記第２金属層がマグネシウムで構成されている、密閉型電池。
  2. 前記外部端子は、前記内部端子を介して前記電極体の負極と電気的に接続された負極外部端子であり、
    前記第１金属層が銅で構成され、前記第２金属層がアルミニウムで構成されている、請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 前記内部端子の前記カシメ部と前記外部端子とを跨ぐ溶接痕が形成されている、請求項１または２に記載の密閉型電池。
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