JPWO2020137776A1 - 電池 - Google Patents
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Abstract
電池は、一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁部の開口を封口する封口部材と、封口部材を電池缶に固定する固定部材と、を備える。封口部材は、端子部と、端子部の周縁に沿って配置されたアウターリングと、開口縁部とアウターリングの外周縁部との間に介在する第１のガスケットと、を有する。固定部材は、外周縁部および開口縁部を介して第１のガスケットを外周縁部と開口縁部とが対向する方向に圧縮している。
Description
本発明は、電池に関する。
電極体を電池缶に収容後、電池缶の開口を封口する方法としては、特許文献１に示すように、電池ケース（電池缶）の開口付近を内側に縮径して環状の溝を形成後、溝部の上段部上にガスケットおよび封口板を載置し、電池ケースの開口端部をガスケットを介して封口板にかしめてかしめ部を形成する方法が知られている。
しかし、上記溝部およびかしめ部を有する電池は、溝部の上に封口部材が載置され、封口部材の上にガスケットを介してかしめ部が形成されるため、封口板近傍の電池の高さ方向における寸法が大きくなり易い。そのため、電池としてエネルギー密度を高めるのに限界がある。
本発明の一局面は、一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、前記筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁部の開口を封口する封口部材と、前記封口部材を前記電池缶に固定する固定部材と、を備え、前記封口部材は、端子部と、前記端子部と絶縁された状態で前記端子部の周縁に沿って配置されたアウターリングと、前記開口縁部と前記アウターリングの外周縁部との間に介在する第１のガスケットと、を有し、前記電極体は第１電極と第２電極とを有し、前記端子部は前記第１電極と電気的に接続し、前記電池缶は前記第２電極と電気的に接続し、前記固定部材は、前記外周縁部および前記開口縁部を介して前記第１のガスケットを前記外周縁部と前記開口縁部とが対向する方向に圧縮している、電池に関する。
本発明によれば、エネルギー密度が高い電池を容易に実現できる。
本実施形態に係る電池は、一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁部の開口を封口する封口部材と、封口部材を電池缶に固定する固定部材と、を備える。
ここで、筒部の両方の端部が向かい合う方向を軸方向とする。また、便宜上、開口縁部から底部に向かう方向を下方向とし、底部から開口縁部に向かう方向を上方向とする。つまり、電池缶を底部が下になるように直立させたときの筒部の軸方向の向きに基づいて、電池の上下方向が定義されるものとする。軸方向に垂直な方向は、横方向あるいは径方向と呼ぶ場合がある。
本実施形態の電池では、従来の環状溝（縮径部ともいう）を設ける必要がない。このため、電極体を端子部とより近接して配置する、あるいは、端子部に近接する位置まで電極体の高さを高めることが可能となる。よって、電池のエネルギー密度を高めることができる。
封口部材は、端子部と、アウターリングと、第１のガスケットを有する。端子部は、電極体の一方の電極（第１電極）と電気的に接続され得る。また、電池缶は、電極体の他方の電極（第２電極）と電気的に接続され得る。アウターリングは、端子部と絶縁された状態で端子部の周縁に沿って配置され得る。例えば、アウターリングは金属製であり、貫通孔を有する。この場合、端子部は、アウターリングと絶縁された状態で貫通孔を塞いでいる。端子部とアウターリングとの間の絶縁および封止は、第１のガスケットまたは別のガスケットにより行ってもよいし、端子部とアウターリングとの当接部分に絶縁剤を塗布する、あるいは、両部材のうち一方の部材の表面を絶縁加工することにより行ってもよい。
第１のガスケットは、開口縁部とアウターリングの外周縁部との間に介在している。固定部材は、外周縁部および開口縁部を介して、第１のガスケットを外周縁部と開口縁部とが対向する方向に圧縮している。これにより、開口縁部と封口部材とが密着して封止される。
固定部材は、例えば金属製であり、電池缶の筒部と電気的に接続され得る。これにより、固定部材は電極体の第２電極と電気的に接続され得る。したがって、電池缶と接続する外部端子の電圧を電池の上側（端子部側）から取り出すことが可能になる。
電池缶に溝部およびかしめ部を設けた電池では、端子部は電池の一方の電極（例えば、正極）の外部端子として機能し、電池缶は他方の電極（例えば、負極）の外部端子として機能する。しかしながら、他方の電極と接続した電池缶側のかしめ部の平坦性は低い。さらに、かしめ部の外周長と内周長の差が大きくなるとかしめ部に皺が生じ易くなるため、かしめ部の径方向における延在距離を広げても、外部リード線と接続可能な面積を広げることが難しい。このため、他方の電極を電池の上側（端子部側）から引き出すことが難しい。このため、各外部端子に外部リード線をそれぞれ接続する場合、通常、一方の外部リード線は電池の上面から導出され、他方の外部リード線は電池の下面から導出される。この場合、電池の上下方向に配線のための空間が必要となる。
これに対して、本実施形態の電池では、固定部材を、電池缶に接続する他方の電極の外部端子として機能させることができる。そのため、両方の電極をともに、電池の上側（端子部側）から集電することができる。よって、各外部端子に接続するリードを配線するための空間（配線空間）は、電池の上側（端子部側）に存在すればよく、配線空間は省スペース化され得る。
固定部材は、電池作製途中で電池缶に設けられるかしめ部と異なり、平坦性を有するように加工済みのリング部材（例えば、後述の第２リング部）を用いることができる。このため、リング部材の径方向の寸法を大きくすることにより、リング部材の外周長と内周長の差が大きくなっても固定部材の天面の平坦性が低下することが抑制される。よって、リード接続部の面積を容易に拡張できる。
あるいは、固定部材とアウターリングとが電気的に接続し、アウターリングの上面に外部リードを接続してもよい。この場合、固定部材のリング部材を大型化する必要がなくなり、固定部材の小型化が図れる。
端子部とアウターリングとの間の封止は、端子部とアウターリングとの間に第２のガスケットを介在させることで行ってもよい。第２のガスケットは、第１のガスケットと別のガスケットであってもよく、第１のガスケットと一体で形成されていてもよい。端子部と開口縁部の間において、アウターリングの底部側の内表面が第１のガスケットまたは第２のガスケットで覆われていてもよい。アウターリングの底部側の内表面の一部に第１のガスケットおよび第２のガスケットで覆われていない領域を有する場合、ガスケット周辺における電池缶の内部と外部を繋ぐ経路は、第１のガスケットと開口縁部との間、第１のガスケットとアウターリングとの間、第２のガスケットとアウターリングとの間、および、第２のガスケットと端子部との間の４通りがあり得る。これに対し、アウターリングの底部側の内表面が第１のガスケットまたは第２のガスケットで覆われている場合、ガスケット周辺における電池缶の内部と外部を繋ぐ経路は、第１のガスケットと開口縁部との間、および、第２のガスケットと端子部との間の２通りに減る。このため、電池の封止における信頼性が高まる。
アウターリングとガスケット（第１のガスケットおよび／または第２のガスケット）とは、相互に接合されていてもよい。例えば、アウターリングとガスケットとを一体成型することで、アウターリングとガスケットとが相互に接合された中間部材が得られ、中間部材に端子部を取り付けることで、封口部材が形成される。一体成型の方法としては、インサート成型を用いることができる。この場合、アウターリング、および、アウターリングと接合するガスケットの形状は限定されず、任意の形状に設計できる。アウターリングとガスケットとが一体成型されることで、アウターリングとガスケットとを一部品として取り扱うことができ、電池の部品点数が減るため、電池の製造が容易になる。
アウターリングは、必ずしも平板でなくてもよい。例えば、アウターリングの内周縁部（貫通孔側）と外周縁部（開口縁部側）との間に傾斜部分あるいは屈曲部分を設け、内周縁部と外周縁部の間に段差を設けてもよい。内周縁部が、外周縁部よりも底部側に（下方に）位置するように、アウターリングを傾斜または屈曲させてもよい。これにより、端子部を、より底部側に配することができ、低背化が容易となる。
固定部材を用いて開口縁部と封口部材との間を密閉する方法として、例えば、開口縁部に筒部の径方向の外側に突出したフランジ部を形成してもよい。この場合、第１のガスケットが、アウターリングの外周縁部とフランジ部との間に介在して、固定部材によって圧縮され得る。なお、開口縁部のフランジ部は筒部の軸に対して垂直に突出している必要はない。また、アウターリングと第１のガスケットとフランジ部が重なる方向が軸と平行である必要はない。
より具体的には、例えば、固定部材は、外周縁部と開口縁部とが対向する方向に延びる筒状の側壁部と、側壁部の内周面から径方向の内側に向かって延在してフランジ部と接する第１リング部と、第１リング部よりもアウターリングに近く、側壁部の内周面から径方向の内側に向かって延在する第２リング部と、を有してもよい。この場合、筒部の軸を含む断面において、固定部材の断面形状はＵ字形状である。例えば、第１リング部と第２リング部との間の距離を、アウターリングと無圧縮状態の第１のガスケットとフランジ部の積層体における積層方向の寸法より小さくしておき、且つ、第１リング部と第２リング部との間に、アウターリングの外周縁部、第１のガスケット、およびフランジ部を挟み込むことで、第１のガスケットが圧縮され、第１のガスケットの反発力により開口縁部と封口部材との間が密閉され得る。この場合、固定部材による開口縁部と封口部材との間の封止は、封口部材を開口縁部に戴置した電池を固定部材に圧入することで行われ得る。
第２リング部（または、後述する固定部品の第２庇部）における径方向の寸法は、第１リング部（または、後述する固定部品の第１庇部）の径方向の寸法より大きくてもよい。これにより、電池として径方向におけるデッドスペースを抑制しながら、固定部材における外部リードとの接合面の面積を広げることができる。
固定部材は、電池缶の周方向の少なくとも一部を囲うように設けられていればよい。そのため、無欠の筒状である必要はなく、軸方向から見て、Ｃ字状に延在するように側壁部を形成してもよい。側壁部と同様に、第１、第２リング部も無欠の環状である必要はない。
また、固定部材による開口縁部と封口部材との間の封止方法は、上記に限定されない。固定部材が、アウターリングの外周縁部、第１のガスケット、およびフランジ部を挟み込んだ後で、第１リングおよび／または第２リング部を変形させることで封止を行ってもよい。このとき、第２リング部（または、後述する第２庇部）より第１リング部（または、後述する第１庇部）を優先的に変形させてもよい。これにより、第２リング部の平坦性を維持しながら、アウターリング、第１のガスケット、フランジ部を押圧することができる。なお、第２リング部より第１リング部を優先的に変形させるとは、例えば、第２リング部より第１リング部の方が径方向に延びる直線とのなす角が大きい場合をいう。
さらに、第２リング部（または、後述する第２庇部）は、第１リング部（または、後述する第１庇部）より厚くてもよい。この場合、第２リング部は第１リング部より剛性が高く、第２リング部は第１リング部よりも変形し難くなる。また、第１リング部（または、後述する第１庇部）は、側壁部（または、後述する基部）より薄くてもよい。この場合、第１リング部は変形が容易になる。これにより、第１リングおよび／または第２リング部を変形させることで封止を行う場合において、第２リング部の変形が抑制され、第２リング部の平坦性を維持できる。
また、第１リング部（または、後述する第１庇部）の径方向の先端部分において、径方向における内側（端子部側）が、径方向における外側（側壁部側）よりも、第２リング部（または、後述する第２庇部）までの距離が大きくなるように、第１リング部の第２リング部との対向面がテーパー面を有する、あるいは、先端部分が屈曲していてもよい。これにより、第１リング部と第２リング部の間にアウターリング、ガスケット、フランジ部を差込み易くなる。
また、第１リング部とフランジ部との間、および／または、第２リング部とアウターリングとの間に溶接による接合を形成してもよい。溶接の方法としては、レーザー溶接などが挙げられる。
また、第１リング部とフランジ部との間、および／または、第２リング部とアウターリングとの間に溶接による接合を形成してもよい。溶接の方法としては、レーザー溶接などが挙げられる。
固定部材は、周方向に沿って配された複数の固定部品で構成されていてもよい。固定部品のそれぞれは、例えば、側壁部に対応する基部と、固定部材の第１リング部に対応し、基部から径方向の内側に向かって延在してフランジ部と接する第１庇部と、第２リング部に対応し、基部から径方向の内側に向かって延在する第２庇部と、を有する。固定部品のそれぞれについて、筒部の軸を含む断面における断面形状はＵ字形状である。
第１庇部と第２庇部との間に、アウターリングの外周縁部、第１のガスケット、およびフランジ部を挟み込むことで、周方向の一部において、開口縁部と封口部材との間が封止される。開口縁部の全周に渡って、複数の固定部品を隣接して配置することで、開口縁部と封口部材との間の全周が封止されることができる。
第１庇部と第２庇部との間に、アウターリングの外周縁部、第１のガスケット、およびフランジ部を挟み込むことで、周方向の一部において、開口縁部と封口部材との間が封止される。開口縁部の全周に渡って、複数の固定部品を隣接して配置することで、開口縁部と封口部材との間の全周が封止されることができる。
固定部材が複数の固定部品から構成されている場合、隣接する固定部品どうしを所定の間隔が形成されるように設けてもよい。このとき、周方向において隣接する固定部品どうしの隙間部分は、固定部材とは別の方法（例えば溶接接合など）で封止してもよい。また、複数の固定部品により、アウターリングと電池缶との間に所定以上の封止の信頼性が得られる場合は、上記隙間部分に別途封止のための処理を行わなくてもよい。
また、一定以上の封止の信頼性を得られるのであれば、開口縁部と封口部材との合間の全周を封止しなくてもよい。また、基部（または側壁部）は、アウターリングの外周縁、および、フランジ部の外周縁より外側に設けられていてもよい。これにより、アウターリングに向かって固定部品を近づけていくことで、固定部品でアウターリングなどを挟むことができる。この場合、アウターリング、第１のガスケット、フランジ部が互いに所定の位置から外れて重なりあったとしても、そのずれを吸収して封止を行うことができる。
径方向の内側に延在する第１庇部および／または第２庇部の周方向の端部には、舌片および／またはノッチが設けられていてもよい。例えば、第１庇部および／または第２庇部の周方向の一方の端部に舌片を設け、隣接して配置される別の固定部品の周方向の端部にノッチを設けてもよい。舌片とノッチは互いに対応する形状であり、舌片により形成される凸部分の輪郭形状と、ノッチにより形成される凹部分の輪郭形状は略同一である。この場合に、複数の固定部品を隣接して配置すると、一方の固定部分の舌片が他方の固定部分のノッチに嵌合する。これにより、複数の固定部品同士が結合し、全体で筒状の固定部材が形成され得る。これにより、隣接する固定部品の間に周方向の隙間が介在することを抑制し、開口縁部と封口部材との間の密閉性を高めることができる。また、第１庇部および／または第２庇部の周方向の端部の輪郭が一方向に延びた直線である場合と比べて、舌片またはノッチが設けられている場合、隣接する固定部品どうしの境界の形状が複雑になり、固定部品に押圧されているアウターリング、第１のガスケット、およびフランジ部の間の侵入経路を複雑にすることができる。このため、電池としての気密性が高まる。
例えば、第１庇部および／または第２庇部の周方向の一方の端部に舌片を設け、周方向の他方の端部にノッチを設けてもよい。この場合、同一構成の固定部品を複数結合して固定部材を得ることができ、部品点数を削減できる。
なお、舌片およびノッチの両方が、第１庇部および／または第２庇部の周方向の一方の端部に設けられていてもよい。その場合、隣接する固体部材の第１庇部および／または第２庇部の周方向の他方の端部には、上記一方の端部の舌片に対応するノッチ、および、上記一方の端部のノッチに対応する舌片の両方が設けられる。また、基部の周方向の端部に、舌片および／またはノッチが設けられていてもよい。
また、嵌合する舌片部とノッチ部とが、それぞれ、フランジ部とアウターリングとが向かい合う方向において互いに対向する部分を有していてもよい。この場合、上記向かい合う方向において、圧縮されたガスケットの反発力が対向部分に加わることにより、嵌め合う舌片部とノッチ部との間の隙間を低減し易くなり、気密性が高くなる。なお、上記フランジ部とアウターリングとが向かい合う方向において互いに対向する部分を有する構成として、嵌合する舌片部とノッチ部の端面がそれぞれ、上記向かい合う方向に垂直な方向から傾いている構成や、第１庇部および／または第２庇部の厚さ方向において段部を有している構成が挙げられる。
筒部の開口縁部側が縮径されていてもよい。すなわち、開口縁部における筒部の外径が、開口縁部を除く筒部の外径より小さく形成されていてもよい。固定部材の側壁部の内径が、筒部の外径の最大値以下であってもよい。これにより、固定部材の側壁部の外径が筒部の底部側における外径と概ね同一か、それ以下となるようにして、電池の径の軸方向における変化を小さくすることができる。なお、この場合の縮径部は、従来の環状溝と異なり、端子部の封止に用いられるものではないため、縮径部の内径は従来の環状溝よりも大きくしてよい。
以下、本発明の実施形態に係る電池について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る電池１０の縦断面模式図である。図２は同電池の斜視図である。図３は、図１において、開口縁部１１０の近傍を拡大した模式的な断面図である。図１〜図３では、電池の筒部、特に開口縁部１１０近傍の状態が強調して描かれている。また、端子部３１０、ガスケット３２０（３４０、３５０）、アウターリング３３０、固定部材３６０等の構成部材の各要素間の寸法比は、実際の寸法比と一致しない場合がある。これは以降の図面についても同様である。
電池１０は、円筒型であり、円筒型の有底の電池缶１００と、缶内に収容された円筒型の電極体２００と、電池缶１００の開口を封口する封口部材３００とを具備する。電池缶１００は、電極体２００を収容する筒部１２０と、底部１３０と、を有する。筒部１２０は、その一方の端部に開口縁部１１０を有し、他方の端部は底部１３０によって閉じられている。筒部１２０は、開口縁部１１０と、電極体を収容する収容部１５０とを含む。開口縁部１１０の開口は、封口部材３００により閉じられている。
封口部材３００は、端子部３１０と、ガスケット３２０と、アウターリング３３０と、を有する。アウターリング３３０は、厚さ方向に延びた貫通孔を有した板状であり、外周縁部３３１と、内周縁部３３２とを有する。
端子部３１０は、例えば円盤状であり、防爆機能を有する。具体的には、端子部３１０は、構造的強度を確保するための厚肉の周縁部３１１および中央領域３１２と、防爆機能を発揮する薄肉部３１３とを具備する。薄肉部３１３は、周縁部３１１と中央領域３１２との間の領域に設けられる。中央領域３１２の内側面には、電極体２００を構成する正極または負極から導出されたリード線２１０の端部が接続されている。よって、端子部３１０は一方の端子機能を有する。周縁部３１１、中央領域３１２、薄肉部３１３の外表面は、略同一平面上にある。
周縁部３１１は、底部１３０側（内側）に配された内側周縁部３１１ａと、底部１３０と反対側（外側）に配され、外表面を有する外側周縁部３１１ｂを有する。
図１の例では、薄肉部３１３は、中央領域３１２から周縁部３１１に向かうほど厚みが薄く、周縁部３１１との境界位置で最も薄くなるように形成されている。このため、電池缶１００の内圧が上昇すると、端子部３１０が外方に向けて盛り上がり、周縁部３１１と薄肉部３１３との境界部に張力による応力が集中し、境界部から破断が生じる。その結果、電池缶１００の内圧が開放され、電池１０の安全性が確保される。
ガスケット３２０は、開口縁部１１０と端子部３１０との間を封止する。ガスケット３２０は、例えば、離間して配置された第１のガスケット３４０、および、第２のガスケット３５０からなる。第１のガスケット３４０は、開口縁部１１０とアウターリングとの間を封止する。第２のガスケット３５０は、端子部３１０とアウターリング３３０との間を封止する。第２のガスケット３５０は、アウターリング３３０の内周縁部３３２の上方を覆う外側リング部と、アウターリング３３０の内周縁部３３２の下方を覆う内側リング部と、外側リング部と内側リング部とを繋ぐ中継リング部とを有する。例えば、外側リング部、内側リング部および中継リング部は一体化された成型体である。なお、本発明の効果を奏するにあたって、防爆機能は必須ではない。
アウターリング３３０は、貫通孔を有する。貫通孔は、端子部３１０により塞がれている。端子部３１０の内側周縁部３１１ａおよび外側周縁部３１１ｂが、アウターリング３３０の内周縁部３３２を覆う第２のガスケット３５０を軸方向に挟み込んでいる。これにより、端子部３１０とアウターリング３３０の間の絶縁および封止が第２のガスケット３５０を介して行われている。
第１のガスケット３４０は、アウターリング３３０の外周縁部３３１と、開口縁部１１０に形成された径方向の外側に突出するフランジ部１１０Ａとの間に介在している。固定部材３６０によって、第１のガスケット３４０は、外周縁部３３１およびフランジ部１１０Ａを介して圧縮されている。これにより、開口縁部１１０とアウターリング３３０の間の封止が第１のガスケット３４０を介して行われている。
アウターリング３３０は、第１のガスケット３４０および／または第２のガスケット３５０と、相互に接合されていてもよい。例えば、アウターリング３３０と第１のガスケット３４０および／または第２のガスケット３５０とを一体成型することで、アウターリング３３０と第１のガスケット３４０および／または第２のガスケット３５０とが相互に接合された封口部材が得られる。一体成型の方法としては、インサート成型を用いることができる。この場合、アウターリング３３０、第１のガスケット３４０、および第２のガスケット３５０の形状は限定されず、任意の形状に設計できる。また、アウターリング３３０と第１のガスケット３４０および／または第２のガスケット３５０とを一部品として取り扱うことができ、電池の製造が容易になる。
固定部材３６０は、例えば、側壁部３６１と、第１リング部３６２と、第２リング部３６３と、を有する。側壁部３６１は、筒状であり、アウターリング３３０の外周縁部３３１と開口縁部１１０とが対向する方向に延びている。第１リング部３６２は、側壁部３６１の内周面から径方向の内側に向かって延在してフランジ部１１０Ａと接する。第２リング部３６３は、第１リング部３６２よりもアウターリング３３０側で、側壁部３６１の内周面から径方向の内側に向かって延在している。第１リング部３６２および第２リング部３６３は、アウターリング３３０の外周縁部３３１、第１のガスケット３４０、および、フランジ部１１０Ａを、第１のガスケット３４０が圧縮された状態で挟み込んでいる。
アウターリング３３０は、外周縁部３３１と内周縁部３３２との間において屈曲しており、内周縁部３３２が外周縁部３３１よりも底部１３０側に位置している。これにより、図１に示すように、外部端子と接続される端子部３１０の外表面の位置を、固定部材３６０の第２リング部３６３の外表面の位置よりも下方にすることが可能である。
図１の例では、アウターリング３３０は、外周縁部３３１において、固定部材３６０の第２リング部３６３と電気的に接続している。しかしながら、第２リング部３６３と外周縁部３３１との間に第１のガスケット３４０または第２のガスケット３５０が介在していてもよい。
固定部材３６０は導電性であり、電池缶１００と同じ極性を有する。よって、固定部材３６０には、端子部３１０とは極性が異なる他方の端子機能を持たせることができる。そのため、電池１０の両方の電極を、ともに封口部材３００の上面から集電することができる。例えば、固定部材３６０の第２リング部３６３に第１外部リード線を接続し、端子部３１０の中央領域３１２の外表面に第２外部リード線を接続することができる。
開口縁部１１０は、収容部１５０に対して縮径されていてもよい。これにより、収容部１５０の外径に対する固定部材３６０の側壁部３６１の外径の張り出し量を抑制できる。側壁部３６１の内径が収容部１５０の外径と概ね同一か、それ以下となるようにして、電池の径の軸方向における変化を小さくしてもよい。なお、本実施形態では、非収容部１６０が縮径されているものの、溝入れにより縮径部を形成する従来の構成と比べると、縮径に伴う電極体の配置スペースの減少は抑制される。よって、高エネルギー密度の電池を実現できる。
図４に、電池１０の変形例を示す。図４は、本実施形態に係る電池１１について、開口縁部１１０の近傍を拡大した縦断面模式図である。電池１１では、第１のガスケット３４０と第２のガスケット３５０は一体で形成され、全体で１つのガスケット３２０となっている。ガスケット３２０は、開口縁部１１０の最も内周側の位置Ｘ１から端子部３１０の最も外周側の位置（内側周縁部３１１ａの端部）Ｘ２の間において、アウターリング３３０の底部側の内表面の全面を覆っている。これにより、ガスまたは電解液はガスケット３２０と接触し得るが、アウターリング３３０と直接接触することはない。電池缶の内部と外部とが通じ得る隙間は、端子部３１０とガスケット３２０との間、および、開口縁部１１０とガスケット３２０との間のみである。これにより、アウターリングを伝ってガスおよび／または水分が出入りすることが抑制される。よって、電池の気密性が高まる。
図３および図４では、第２リング部３６３は、第２のガスケット３５０の上面を覆う位置まで筒部の径方向の内側に向かって（内周方向に）延在し、アウターリング３３０の天面（外周縁部３３１の上面）を覆っている。しかしながら、径方向において第２リング部３６３と第２のガスケット３５０が離間し、アウターリング３３０の天面が電池１０の上面において露出していてもよい。
図５に、固定部材３６０を複数の固定部品で構成した例を示す。図５の例では、固定部材３６０は、二つの固定部品３６０Ａおよび３６０Ｂからなる。図５（Ａ）は、固定部品３６０Ａおよび３６０Ｂを結合し、固定部材３６０を形成した状態の斜視図である。図５（Ｂ）は、固定部品３６０Ａと３６０Ｂとが分離された、固定部材３６０を形成する前の状態の斜視図である。
固定部品３６０Ａおよび３６０Ｂは、それぞれ、リング形状に形成された固定部材３６０の半円部分である。固定部品３６０Ａは、固定部材３６０の側壁部３６１に対応する基部３６１Ａと、固定部材３６０の第１リング部３６２に対応する第１庇部３６２Ａと、固定部材３６０の第２リング部３６３に対応する第２庇部３６３Ａと、を備える。固定部品３６０Ｂは、固定部材３６０の側壁部３６１に対応する基部３６１Ｂと、固定部材３６０の第１リング部３６２に対応する第１庇部３６２Ｂと、固定部材３６０の第２リング部３６３に対応する第２庇部３６３Ｂと、を備える。
第１庇部３６２Ａおよび３６２Ｂの周方向の一方の端部には、舌片３６４が設けられているとともに、他方の端部にはノッチ３６５が設けられている。同様に、第２庇部３６３Ａおよび３６３Ｂの周方向の一方の端部には、ノッチ３６５が設けられているとともに、他方の端部には舌片３６４が設けられている。舌片３６４とノッチ３６５は互いに対応する輪郭形状である。第１庇部３６２Ａの舌片３６４が第１庇部３６２Ｂのノッチ３６５と嵌合し、第１庇部３６２Ｂの舌片３６４が第１庇部３６２Ａのノッチ３６５と嵌合することで、固定部品３６０Ａと３６０Ｂとが結合し、固定部材３６０が得られる。このとき、第２庇部３６３Ａの舌片３６４も第２庇部３６３Ｂのノッチ３６５と嵌合し、第２庇部３６３Ｂの舌片３６４も第２庇部３６３Ａのノッチ３６５と嵌合する。
図６に、本実施形態に係る電池１０の製造方法の一例を示す。図６（Ａ〜Ｄ）は、電池１０の工程断面図である。
まず、図６（Ａ）に示すように、ガスケット３２０およびアウターリング３３０が端子部３１０に取り付けられた封口部材３００を、ガスケット３２０の外周縁部（内側リング部）をフランジ部１１０Ａに重ねるようにして、開口縁部１１０に戴置する。戴置後の状態が図６（Ｂ）に示されている。
次に、図６（Ｃ）に示すように、固定部品３６０Ａに、アウターリング３３０、ガスケット３２０、および開口縁部１１０を、電池の径方向から嵌合する。同様に、固定部品３６０Ｂに、アウターリング３３０、ガスケット３２０、および開口縁部１１０を、径方向において固定部品３６０Ａと反対側から嵌合する。これにより、図６（Ｄ）に示す電池が得られる。
電池缶１００の材質は特に限定されず、鉄、および／または鉄合金（ステンレス鋼を含む）、銅、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅などの他の金属を微量含有する合金など）、などが例示できる。端子部３１０、アウターリング３３０、および固定部材３６０の材質も特に限定されず、電池缶１００と同じ材質を例示することができる。
ガスケット３２０（第１のガスケット３４０および第２のガスケット３５０）の材質は限定されないが、例えば、一体成型が容易な材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）などを用いることができる。
次に、リチウムイオン二次電池を例に、電極体２００の構成について例示的に説明する。
円筒型の電極体２００は、捲回型であり、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して構成されている。正極および負極の一方には内部リード線２１０が接続されている。内部リード線２１０は、端子部３１０の中央領域３１２の内側面に溶接等により接続される。正極および負極の他方には、別のリード線が接続され、別のリード線は電池缶１００の内面に溶接等により接続される。なお、電池缶１００の底部１３０と電極体２００との間には別の絶縁板（下部絶縁板）を設けてもよい。この場合、別のリードは別の絶縁板を迂回するよう延びるか、上記別の絶縁板に形成される貫通孔に挿通されるように延びてもよい。
円筒型の電極体２００は、捲回型であり、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して構成されている。正極および負極の一方には内部リード線２１０が接続されている。内部リード線２１０は、端子部３１０の中央領域３１２の内側面に溶接等により接続される。正極および負極の他方には、別のリード線が接続され、別のリード線は電池缶１００の内面に溶接等により接続される。なお、電池缶１００の底部１３０と電極体２００との間には別の絶縁板（下部絶縁板）を設けてもよい。この場合、別のリードは別の絶縁板を迂回するよう延びるか、上記別の絶縁板に形成される貫通孔に挿通されるように延びてもよい。
（負極）
負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体の材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。負極集電体の厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。
負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体の材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。負極集電体の厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。
負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法（例えば蒸着）で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Ｌｉ金属、Ｌｉと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物、金属酸化物（例えばチタン酸リチウム）などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
（正極）
正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極集電体には、金属フィルム、金属箔（ステンレス鋼箔、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔）などが用いられる。
正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極集電体には、金属フィルム、金属箔（ステンレス鋼箔、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔）などが用いられる。
正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のようなリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
各活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０〜２０質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０．５〜１５質量部である。
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
（電解質）
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
上記では、リチウムイオン二次電池を例として説明したが、本発明は、一次電池か二次電池かを問わず、封口部材を用いて電池缶の封口を行う電池において利用可能である。
本発明に係る電池は、種々の缶型の電池に利用可能であり、例えば携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源として使用するのに適している。
１００：電池缶
１２０：筒部
１１０：開口縁部
１１０Ａ：フランジ部
１５０：収容部
１３０：底部
２００：電極体
２１０：内部リード線
３００：封口部材
３１０：端子部
３１１ａ：内側周縁部
３１１ｂ：外側周縁部
３１２：中央領域
３１３：薄肉部
３２０：ガスケット
３４０：第１のガスケット
３５０：第２のガスケット
３３０：アウターリング
３３１：外周縁部
３３２：内周縁部
３６０：固定部材
３６０Ａ、３６０Ｂ：固定部品
３６１Ａ、３６１Ｂ：基部
３６２Ａ、３６２Ｂ：第１庇部
３６３Ａ、３６３Ｂ：第２庇部
３６４：舌片
３６５：ノッチ
３６１：側壁部
３６２：第１リング部
３６３：第２リング部
１２０：筒部
１１０：開口縁部
１１０Ａ：フランジ部
１５０：収容部
１３０：底部
２００：電極体
２１０：内部リード線
３００：封口部材
３１０：端子部
３１１ａ：内側周縁部
３１１ｂ：外側周縁部
３１２：中央領域
３１３：薄肉部
３２０：ガスケット
３４０：第１のガスケット
３５０：第２のガスケット
３３０：アウターリング
３３１：外周縁部
３３２：内周縁部
３６０：固定部材
３６０Ａ、３６０Ｂ：固定部品
３６１Ａ、３６１Ｂ：基部
３６２Ａ、３６２Ｂ：第１庇部
３６３Ａ、３６３Ｂ：第２庇部
３６４：舌片
３６５：ノッチ
３６１：側壁部
３６２：第１リング部
３６３：第２リング部
Claims (14)
- 一方の端部に開口縁部を有する筒部、および、前記筒部の他方の端部を閉じる底部を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁部の開口を封口する封口部材と、前記封口部材を前記電池缶に固定する固定部材と、を備え、
前記封口部材は、端子部と、前記端子部と絶縁された状態で前記端子部の周縁に沿って配置されたアウターリングと、前記開口縁部と前記アウターリングの外周縁部との間に介在する第１のガスケットと、を有し、
前記電極体は第１電極と第２電極とを有し、
前記端子部は前記第１電極と電気的に接続し、
前記電池缶は前記第２電極と電気的に接続し、
前記固定部材は、前記外周縁部および前記開口縁部を介して前記第１のガスケットを前記外周縁部と前記開口縁部とが対向する方向に圧縮している、電池。 - 前記端子部と前記アウターリングとの間に第２のガスケットが介在し、前記端子部と前記アウターリングとの間を封止している、請求項１に記載の電池。
- 前記第１のガスケットおよび前記第２のガスケットは、一体で形成されている、請求項２に記載の電池。
- 前記端子部と前記開口縁部の間において、前記アウターリングの前記底部側の内表面が前記第１のガスケットまたは前記第２のガスケットで覆われている、請求項２または３に記載の電池。
- 前記アウターリングと、前記第１のガスケットおよび前記第２のガスケットの少なくともいずれか一方とが相互に接合されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電池。
- 前記開口縁部が前記筒部の径方向の外側に突出したフランジ部を有し、
前記第１のガスケットは、前記アウターリングの前記外周縁部と前記フランジ部との間に介在している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。 - 前記固定部材は、
前記外周縁部と前記開口縁部とが対向する方向に延びる側壁部と、
前記側壁部の内周面から前記径方向の内側に向かって延在して前記フランジ部と接する第１リング部と、
前記第１リング部よりも前記アウターリングに近く、前記側壁部の内周面から前記径方向の内側に向かって延在する第２リング部と、を有し、
前記第１リング部と前記第２リング部との間に、前記アウターリングの前記外周縁部、前記第１のガスケット、および前記フランジ部が挟み込まれている、請求項６に記載の電池。 - 前記固定部材は、周方向に沿って配された複数の固定部品からなり、
前記固定部品のそれぞれは、
前記側壁部に対応する基部と、
前記第１リング部に対応し、前記基部から前記径方向の内側に向かって延在して前記フランジ部と接する第１庇部と、
前記第２リング部に対応し、前記基部から前記径方向の内側に向かって延在する第２庇部と、を有する、請求項７に記載の電池。 - 前記径方向の内側に延在する前記第１庇部および／または前記第２庇部の前記周方向の一方の端部に舌片が設けられ、
前記舌片は、前記周方向に隣接する別の前記固定部品に設けられたノッチと嵌合している、請求項８に記載の電池。 - 前記第２庇部の厚みは、前記第１庇部の厚みよりも厚い、請求項８または９に記載の電池。
- 前記アウターリングは、厚さ方向に延びる貫通孔を有した板状であり、
前記端子部は、前記貫通孔を塞ぐように配置され、
前記アウターリングは、前記貫通孔側の内周縁部が、前記外周縁部よりも前記底部側に位置する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池。 - 前記筒部の前記開口縁部側が縮径されており、
前記固定部材の前記側壁部の内径が、前記筒部の外径の最大値以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電池。 - 前記固定部材は、前記筒部と電気的に接続している、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電池。
- 前記固定部材は、前記アウターリングと電気的に接続している、請求項１３に記載の電池。
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