KR20120024503A

KR20120024503A - 밀폐 전지용 단자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120024503A
Application number: KR20110089211A
Authority: KR
Inventors: 오바야시 아쯔시; 마루바야시 히로노리
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-03-14
Also published as: JP2012059365A; CN102386368A; EP2445036B1; EP2445036A1; US20120058390A1

Abstract

외부 단자와 내부 단자의 사이의 내부 저항 변동이 억제되어, 저비용으로 전지로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구성의 밀폐 전지용 단자를 제공하는 것이다. 중실 평리벳 형상의 외부 단자(30)와, 중공 평리벳 형상의 내부 단자(27)로 이루어지고, 내부 단자(27)의 중공축부(26)는 제1 절연 부재(31), 밀봉판(15)에 뚫려 형성된 개공(15a), 제2 절연 부재(32)에 밀봉판(15)과는 절연 상태로 삽입 관통되고, 외부 단자(30)는 기둥 형상 축부(29)가 내부 단자(27)의 중공축부(26) 내에 삽입되고, 압접 코오킹되어 기둥 형상 축부(29)의 중간부에 직경의 팽화 변형부가 형성되어 있고, 내부 단자(27)의 중공축부(26)는 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 직경의 팽화 변형부를 따른 형상으로 변형되어 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)와 압접되어 있음과 함께, 선단부(26b)가 외부 단자(30)의 플랜지부(28)와 기둥 형상 축부(29)의 사이의 곡면 형상 표면(29a)을 따라 컬링 성형되어 있다.

Description

밀폐 전지용 단자 및 그 제조 방법{TERMINAL OF SEALED BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 외부 단자와 내부 단자로 형성되는 단자부를 구비한 밀폐 전지용 단자 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 외부 단자와 내부 단자의 사이의 압착부가 전지 외부에 존재하고, 외부 단자와 내부 단자의 사이의 내부 저항 변동이 억제되고, 저비용으로 전지로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구성의 밀폐 전지용 단자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

휴대형 전자 기기의 급속한 보급에 수반하여, 그것에 사용되는 전지에의 요구 사양은 해마다 엄격해져, 특히 소형ㆍ박형화, 고용량이고 사이클 특성이 우수하고 성능이 안정된 것이 요구되고 있다. 그리고, 이차 전지 분야에서는 다른 전지에 비하여 고에너지 밀도인 리튬 비수전해질 이차 전지가 주목받고 있으며, 이들 이차 전지가 차지하는 비율은 이차 전지 시장에 있어서 큰 신장을 보이고 있다. 또한, 최근 환경 보호 운동이 고조되어 이산화탄소 가스 등의 온난화의 원인이 되는 배기 가스의 배출 규제가 강화되고 있다. 그로 인해, 자동차 업계에서는 가솔린, 디젤유, 천연 가스 등의 화석 연료를 사용하는 자동차 대신에 전기 자동차(EV)나 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 개발이 활발하게 행해지고 있다. 이러한 EV, HEV용 전지로서는 니켈-수소 이차 전지나 리튬 이온 이차 전지 등의 밀폐 전지가 사용되고 있지만, 최근에는 경량이면서 고용량의 전지가 얻어진다고 하는 점에서 리튬 이온 이차 전지 등의 비수전해질 이차 전지가 많이 사용되어 오고 있다.

휴대 기기 용도에 있어서는, 휴대 기기를 진동시키거나 잘못해서 낙하시켰을 때에 전지로부터 전해액이 누출되지 않고, 또한 전지의 내부 저항이 변동하지 않도록 전지에는 높은 신뢰성이 요구된다. EV, HEV 용도에 있어서는 환경 대응뿐만 아니라 자동차로서의 기본 성능, 즉 가속 성능이나 등판 성능 등의 주행 능력의 고도화도 필요하게 된다. 이와 같은 요구를 만족시키기 위해서는 단순히 전지 용량을 크게 하는 것뿐만 아니라 고출력의 전지가 필요하다. 일반적으로 EV, HEV용의 밀폐 전지는 전극체를 금속제의 각형 외장 캔 내에 수용한 각형 밀폐 전지가 많이 사용되고 있지만, 고출력의 방전을 행하면 전지에 대전류가 흐르기 때문에 전지의 저저항화가 필요하고, 내부 저항을 최대한 저감시키고, 또한 저항 변동이 없는 것이 필요하다. 그로 인해, 단자부에서의 고신뢰성화와 저저항화를 실현하는 것에 대해서도 여러가지 개량이 행해져 오고 있다.

이들 전지의 단자부에서의 고신뢰성화와 저저항화를 실현하는 방법으로서는, 종래부터 기계적인 코오킹법이 많이 사용되고 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(50)는, 도 4의 A 및 B에 도시한 바와 같이 밀폐 전지의 개구부를 밀봉하는 금속판(51)에 형성한 관통 구멍(52)(도 4의 B 참조)의 내면 및 관통 구멍(52)의 주위의 금속판(51)의 양면을 피복하는 절연 부재(53, 54)가 배치되고, 이들 절연성 부재(53, 54)의 전지의 외면에 위치하는 면 상에는, 한쪽 면에 합성 수지층(55)을 형성한 전극 인출판(56)의 합성 수지층(55)의 면을 접하여 배치하고, 전극 인출판(56)의 관통 구멍을 관통한 전극 도출 핀(57)을 삽입 관통하고, 전극 도통 핀(57)의 선단부(58)를 코오킹하여 일체화하고, 전극 도통 핀(57)의 헤드부에 리드 탭(59) 등을 저항 용접함으로써 제작되고 있다.

하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(50)에 따르면, 전극 인출판(56)과 절연 부재(53)의 사이에 합성 수지층(55)이 배치되어 있으므로, 절연판(53)과 전극 인출판(56)의 사이의 기밀 유지 특성이 양호하고, 경시적인 변화가 작고, 신뢰성이 높은 밀폐 전지가 얻어진다고 하는 것이다. 그러나, 하기 특허문헌 1에 기재되어 있는 밀폐 전지의 단자부(50)는 전지 외부에 코오킹부가 존재하기 때문에, 전극 도통 핀(57)의 선단부(58)측에서 평탄성이 부족하고, 전지 높이의 치수의 편차가 커진다고 하는 과제가 존재하고 있다. 또한, 이와 같이 전극 도통 핀(57)의 선단부(58)측에서 평탄성이 부족하면, 전극 도통 핀(57)의 선단부(58)에 저항 용접용 전극을 접촉하여 전극 도출 핀(57)에 리드 탭(59) 등을 저항 용접할 때에 전극 도통 핀(57)의 선단부(58)측에서 스퍼터가 발생하여 전지의 생산성을 저하시키는 요인으로도 되고 있었다.

한편, 하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(60)는, 도 5의 A 및 B에 도시한 바와 같이 코오킹 압접 전의 단자(61)를 가스킷(62)을 통하여 밀봉판(63), 스페이서(64), 집전 부품(65)에 순차적으로 삽입 관통시키고, 단자(61)의 선단(66)의 개구(67)에 소정의 가압틀을 사용하여 밀봉판(63)과 평행한 방향으로 직경 확장하도록 코오킹 처리를 행하고, 계속해서 코오킹된 단자(61)의 선단(66)의 형상과 상보적인 오목부를 갖고, 이 오목부의 주연에 소정 각도(예를 들어 θ2)의 경사부(A1)를 갖는 가공 펀치(틀)(A)를 사용하여 코오킹된 단자(61)의 선단(66)에 접촉시켜(도 5의 A 참조) 성형하고, 이 선단(66)에 원뿔대부(68)를 형성(도 5의 B 참조)하고, 계속해서 코오킹된 단자(61)의 원뿔대부(68)의 주연과 집전 부품(65)을 레이저 용접함으로써 제작되고 있다.

하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(60)에 따르면, 영역(S)에 있어서 원뿔대부(68)의 저면은 전체면에서 집전 부품(65)과 양호하게 밀착되어 있고, 나아가 원뿔대부(68)의 주연과 집전 부품(65)의 경계 영역이 확실하게 레이저 용접되어 있기 때문에, 코오킹된 단자(61)와 집전 부품(65)의 사이의 도통 안정성이 확실하게 유지된다고 하는 효과를 발휘하는 것이다. 그러나, 하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(60)는, 코오킹된 단자(61)의 선단(66)의 원뿔대부(68)의 주연과 집전 부품(65)을 레이저 용접할 필요가 있기 때문에 거액의 설비 투자가 필요하여 전지 단가의 비용 상승으로 되어 버린다. 게다가, 이러한 레이저 용접을 행하지 않으면 전지 내부에 코오킹부가 존재하므로, 전지가 낙하한 경우 등 가혹한 외력이 인가된 경우에는, 코오킹부에서의 도통 개소에 있어서 전해액이 개입(액 혼입)됨으로써 도통 불량이 일어나고, 그 때에 전지의 내부 저항이 크게 변동하게 되는 경우가 있다.

한편, 이러한 코오킹부를 형성하지 않는 단자부로서는 하기 특허문헌 3 및 4에 개시된 구성의 것이 알려져 있다. 하기 특허문헌 3에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부(70)는, 도 6에 도시한 바와 같이 합성 수지제의 밀봉판(71)의 투공(72) 내에 와셔(73)를 통하여 삽입된 단자부 구성 부재로서의 오목형 리벳(암리벳)(74)과, 이 오목형 리벳(74)과는 반대측으로부터 와셔(75)를 통하여 오목형 리벳(74)에 삽입된 볼록형 리벳(숫리벳)(76)을 구비하고 있다. 또한, 와셔(73)의 외주측은 밀폐 전지의 극판에 전기적으로 접속되어 있고, 오목형 리벳(74)과 볼록형 리벳(76)은 소위 압축(compression) 리벳을 구성하고 있다.

또한, 하기 특허문헌 4에 개시되어 있는 밀봉 전극 단자 구조(80)는, 도 7의 A 및 B에 도시한 바와 같이 오목형 리벳 형상의 제1 전극 핀(81)을 밀봉판(85)의 외측에 배치하고, 볼록형 리벳 형상이고, 제1 전극 핀(81)보다도 연질의 재료로 형성된 제2 전극 핀(82)을 밀봉판(85)의 내측에 배치하여, 제1 전극 핀(81)과 제2 전극 핀(82)을 가압 압박함으로써 제2 전극 핀(82)의 기둥 형상 축부(82a)를 세로 방향으로 압축시키면서 가로 방향으로 팽출 변형시킴으로써, 제1 전극 핀(81)과 제2 전극 핀(82)을 불가분으로 일체화시킨 구성을 구비하고 있다.

여기에서는 제1 전극 핀(81)의 중공축부(81a)의 길이는 제2 전극 핀(82)의 기둥 형상 축부(82a)의 길이와 동일하게 되어 있다. 그로 인해, 제2 전극 핀(82)의 플랜지부(82b)에는 기둥 형상 축부(82a)의 근본을 둘러싸도록 환상의 홈(82c)이 형성되어 있기 때문에, 제1 전극 핀(81)과 제2 전극 핀(82)을 가압 압박하면, 제1 전극 핀(81)의 중공축부(81a)의 선단은 제2 전극 핀(82)의 환상의 홈(82c)에 접촉한 상태로 되고, 제2 전극 핀(82)의 기둥 형상 축부(82a)는 세로 방향으로 압축되면서 가로 방향으로 팽출 변형된다. 그로 인해, 이 제1 전극 핀(81)의 중공축부(81a)의 외주에는 구멍부(84a)를 갖는 원통 형상의 합성 수지제의 통체(84)가 배치되고, 제1 전극 핀(81)과 밀봉판(85)의 사이 및 제2 전극 핀(82)과 밀봉판(85)의 사이에는 각각 개공(83)이 형성된 절연 시트(83)가 배치되어 있기 때문에, 제1 전극 핀(81)과 제2 전극 핀(82)은 밀봉판(85)과는 확실하게 절연된 상태에서 밀봉판(85)의 관통 구멍(85a)에 기밀 밀봉되는 것이다.

일본 특허 공개 제2003-151528호 공보 일본 특허 공개 제2008-251411호 공보 일본 실용신안 공개 소59-41862호 공보 일본 특허 공개 평7-235289호 공보

상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부에 따르면, 오목형 리벳과 볼록형 리벳으로 이루어지는 압축 리벳을 사용함으로써, 코오킹에 의하지 않고 밀봉판을 직경 방향 외방측으로 가압하여 밀봉판과 오목형 리벳과 볼록형 리벳의 사이에 고도의 밀폐성을 확보하여 누액성에 대한 양호한 밀폐 전지를 얻을 수 있다고 하는 효과가 발휘된다. 또한, 상기 특허문헌 4에 개시되어 있는 밀봉 전극 단자 구조에 따르면, 제1 전극 핀과 제2 전극 핀을 가압 압박하면 제2 전극 핀이 세로 방향으로 압축되면서 가로 방향으로 팽출 변형되기 때문에, 제1 전극 핀 및 제2 전극 핀과 밀봉판의 사이에 합성 수지 통체 및 절연 필름이 존재하는 것과 아울러 절연성, 기밀성이 우수하게 된다. 게다가, 상기 특허문헌 3 및 4에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부 내지 밀봉 전극 단자 구조에 따르면, 단자의 전지 내부측 및 전지 외부측 모두 표면이 평탄하게 되어 있으므로, 전지 내부의 단자와 리드 탭 등의 저항 용접 시에는 스퍼터가 발생하기 어려워져 작업성이 양호해진다고 하는 효과도 발휘되는 것이다.

그러나, 상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부에서는, 와셔에 전극 리드체를 스폿 용접하여 오목형 리벳의 사이의 전기적 도통을 취하는 구성으로 되어 있고, 오목형 리벳과 와셔의 압착점이 전지 내부측에 존재하고 있기 때문에, 전지가 낙하한 경우 등 가혹한 외력이 인가된 경우에는, 오목형 리벳과 와셔의 압착점에 있어서 전해액이 개입함으로써 도통 불량이 일어나고, 그 때에 전지의 내부 저항이 크게 변동하게 되는 경우가 있다. 또한, 상기 특허문헌 4에 개시되어 있는 밀봉 전극 단자 구조에서는, 제1 전극 핀과 제2 전극 핀의 압착점이 전지 내부측에 존재하고 있기 때문에, 상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 밀폐 전지의 단자부의 경우와 마찬가지로 전지가 낙하한 경우 등 가혹한 외력이 인가된 경우에는, 제1 전극 핀과 제2 전극 핀의 압착점에 있어서 전해액이 개입함으로써 도통 불량이 일어나고, 그 때에 전지의 내부 저항이 크게 변동하게 되는 경우가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 단자로서 중실 평리벳 형상의 외부 단자와 중공 평리벳 형상의 내부 단자를 구비하는 것을 사용하고, 양자의 압착점이 전지 외부측이 되도록 하여 전지 높이의 치수의 편차가 적어지도록 함과 함께, 가혹한 외력이 인가된 경우에도 외부 전지의 내부 저항의 변동이 적고, 게다가 저비용으로 전지로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구성의 밀폐 전지용 단자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 밀폐 전지용 단자는 단자가 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 내에 설치되고, 상기 밀봉판이 내부에 전극체를 갖는 외장 캔의 개구부에 밀봉 상태로 고정되고, 상기 단자와 상기 전극체의 집전체가 전기적으로 접속되어 있는 밀폐 전지용 단자에 있어서, 상기 단자는 플랜지부와 기둥 형상 축부를 가짐과 함께 상기 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이에 곡면 형상 표면이 형성된 중실 평리벳 형상의 외부 단자와, 플랜지부와 중공축부를 갖는 중공 평리벳 형상의 내부 단자로 이루어지고, 상기 내부 단자의 중공축부는 순차적으로 제1 절연 부재의 개공, 상기 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 및 제2 절연 부재에 형성된 개공 내에, 상기 외장 캔의 내부측으로부터 상기 밀봉판과는 절연 상태로 삽입 관통되고, 상기 외부 단자는 상기 기둥 형상 축부가 상기 외장 캔의 외부측으로부터 상기 내부 단자의 중공축부 내로 삽입되고, 압접 코오킹되어 상기 기둥 형상 축부의 중간부에 직경의 팽화 변형부가 형성되어 있고, 상기 내부 단자의 중공축부는 상기 외부 단자의 상기 기둥 형상 축부의 직경의 팽화 변형부를 따른 형상으로 변형되어 상기 외부 단자의 기둥 형상 축부와 압접되어 있음과 함께, 선단부가 상기 외부 단자의 플랜지부와 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 성형되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 외부 단자는 기둥 형상 축부가 외장 캔의 외부측으로부터 내부 단자의 중공축부 내로 삽입되고, 압접 코오킹되어 기둥 형상 축부의 중간부에 직경의 팽화 변형부가 형성되어 있고, 내부 단자의 중공축부는 외부 단자의 기둥 형상 축부의 직경의 팽화 변형부를 따른 형상으로 변형되어 외부 단자의 기둥 형상 축부와 압접되어 있다. 그로 인해, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 따르면, 외부 단자의 기둥 형상 축부의 직경의 팽화 변형부에 의해 제1 절연 부재 내지 제2 절연 부재가 밀봉판에 뚫려 형성된 개공에 가압되기 때문에 단자부의 기밀성이 양호해지고, 누액이 발생하기 어려워진다.

또한, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 외부 단자는 플랜지부와 기둥 형상 축부를 갖는 중실 평리벳 형상을 하고 있고, 내부 단자는 플랜지부와 중공축부를 갖는 중공 평리벳 형상을 하고 있기 때문에, 외부 단자의 외부측 표면은 평평하게 되어 있음과 함께 휨 변형이 발생하고 있지 않다. 그로 인해, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 따르면, 외부 단자의 높이 치수의 편차가 감소하는 것 외에, 외부 단자의 플랜지부 표면에 저항 용접용 전극을 접촉하고, 내부 단자의 플랜지부 표면에 전극 탭 및 저항 용접용 전극을 접촉하여 전극 탭을 내부 단자의 플랜지부에 스폿 용접할 때에 있어서도, 외부 단자측에서 스퍼터가 발생할 우려가 적어지므로 밀폐 전지의 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 내부 단자의 중공축부는 외부 단자의 기둥 형상 축부의 직경의 팽화 변형부를 따른 형상으로 변형되어 외부 단자의 기둥 형상 축부와 압접되어 있음과 함께, 선단부가 외부 단자의 플랜지부와 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 성형되어 있다. 그로 인해, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 따르면, 외부 단자와 내부 단자의 압접점이 밀폐 전지의 외부측에 존재하기 때문에, 설령 낙하 충격이 가해지는 등의 외부로부터 큰 힘이 가해져도 외부 단자와 내부 단자의 사이에 전해액이 개입하는 일이 없다. 게다가, 내부 단자의 중공축부의 선단부가 외부 단자의 플랜지부와 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 성형되어 있기 때문에, 외부 단자와 내부 단자의 중공축부의 선단과의 사이의 기밀성이 매우 양호해지고, 외부로부터의 공기나 수분이 전지 내부로 침입하기 어려워지므로 고품질의 단자부를 갖는 밀폐 전지가 얻어진다.

또한, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 상기 외부 단자의 플랜지부의 내부 단자측 표면에는 전체 둘레에 걸쳐 돌기가 형성되어 있고, 상기 환상의 돌기는 상기 제2 절연 부재의 외표면과 접촉하고, 상기 환상의 돌기와 상기 기둥 형상 축부와 상기 제2 절연 부재의 외표면의 사이에 형성된 공간 내에 상기 컬링 성형된 상기 내부 단자의 중공축부의 선단이 위치하고 있는 것이 바람직하다.

외부 단자의 플랜지부의 내부 단자측 표면에 전체 둘레에 걸쳐 돌기가 형성되어 있고, 이 환상의 돌기가 제2 절연 부재의 외표면과 접촉하고, 이 환상의 돌기와 기둥 형상 축부와 제2 절연 부재의 외표면의 사이에 형성된 공간 내에 컬링 성형된 내부 단자의 중공축부의 선단이 위치하고 있으면, 컬링 성형된 내부 단자의 중공축부의 선단이 외부 공간으로부터 격리된 상태로 된다. 그로 인해, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 따르면, 보다 외부 단자와 내부 단자의 중공축부의 선단과의 사이 및 내부 단자의 중공축부의 선단과 제2 절연 부재의 사이의 기밀성이 매우 양호해지고, 외부로부터의 공기나 수분이 전지 내부에 침입하기 어려워지므로 매우 고품질의 단자부를 갖는 밀폐 전지가 얻어진다.

또한, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 상기 제2 절연 부재의 외주측의 외표면에는, 상기 외부 단자의 플랜지부 외주측을 둘러싸도록 전체 둘레 혹은 부분적으로 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

제2 절연 부재의 외주측의 외표면에 외부 단자의 플랜지부 외주측을 둘러싸도록 전체 둘레 혹은 부분적으로 돌기가 형성되어 있으면, 외부 단자가 회전하여도 제2 절연재에 의해 플랜지부의 외주측과 밀봉판의 사이의 절연성이 양호해지므로 보다 신뢰성이 높은 단자부를 갖는 밀폐 전지가 얻어진다.

또한, 본 발명의 밀폐 전지용 단자에 있어서는, 상기 밀봉판은 상기 개공 근방의 주위 전체 둘레에 걸쳐 양측에 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

밀봉판의 개공의 주위 전체 둘레에 걸쳐 양측에 돌기가 형성되어 있으면, 외부 단자 및 내부 단자를 압접하였을 때, 이들 돌기가 각각 제1 절연 부재 내지 제2 절연 부재에 파고 들어가기 때문에, 밀봉판과 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재의 사이의 기밀성이 양호해지므로 보다 고품질의 단자부를 갖는 밀폐 전지가 얻어진다.

또한, 상기 밀봉판의 외부 단자측 표면에 형성되는 돌기는, 상기 환상의 돌기와 제2 절연 부재를 개재하여 대향하고 있는 것이 바람직하고, 내부 단자측 표면에 형성되는 돌기는, 상기 내부 단자의 플랜지부와 제1 절연 부재를 개재하여 대향하고 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성이면, 외부 단자 및 내부 단자를 압접하였을 때에, 이들 돌기가 각각 제1 절연 부재 내지 제2 절연 부재의 상하 방향으로부터 효과적으로 파고 들어가게 되어, 밀봉판과 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재의 사이의 기밀성이 보다 양호해지므로 고품질의 단자부를 갖는 밀폐 전지가 얻어진다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 밀폐 전지의 단자부의 형성 방법은 단자가 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 내에 설치되고, 상기 밀봉판이 내부에 전극체를 갖는 외장 캔의 개구부에 밀봉 상태로 고정되고, 상기 단자와 상기 전극체의 집전체가 전기적으로 접속되어 있는 밀폐 전지의 단자부의 형성 방법에 있어서, 상기 단자로서 플랜지부와 기둥 형상 축부를 갖고, 상기 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이에 곡면 형상 표면이 형성된 중실 평리벳 형상의 외부 단자와, 플랜지부와 상기 외부 단자의 상기 기둥 형상 축부보다도 길이가 긴 중공축부를 갖는 중공 평리벳 형상의 내부 단자를 사용하여, 상기 내부 단자의 중공축부를 순차적으로 제1 절연 부재의 개공, 상기 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 및 제2 절연 부재에 형성된 개공 내에, 상기 외장 캔의 내부측으로부터 상기 밀봉판과는 절연 상태로 삽입 관통하고, 상기 외부 단자의 기둥 형상 축부를 상기 외장 캔의 외부측으로부터 상기 내부 단자의 중공축부 내로 삽입하고, 계속해서 상기 외부 단자의 플랜지부 및 상기 내부 단자의 플랜지부간에 가압력을 인가하여 상기 외부 단자의 기둥 형상 축부를 상기 내부 단자의 중공축부 내에 압접함과 함께, 상기 내부 단자의 중공축부의 선단을 상기 외부 단자의 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 처리하고, 또한 상기 외부 단자의 플랜지부 및 상기 내부 단자의 플랜지부간에 가압력을 인가하여 상기 외부 단자의 중공축부에 직경의 팽화 변형부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 밀폐 전지의 단자부의 형성 방법에 따르면, 용이하게 상기 효과를 발휘할 수 있는 밀폐 전지의 단자부를 형성할 수 있게 된다.

도 1은 실시 형태 및 비교예에 공통되는 비수전해질 이차 전지의 구성을 도시하는 부분 단면 사시도.
도 2의 A 내지 H는 도 1의 비수전해질 이차 전지의 제조 공정을 순서대로 설명하는 사시도.
도 3은 실시 형태의 부극 단자의 제조 공정을 도시하는 도면이며, 도 1의 부극 단자(18) 근방에서의 III-III 단면에 상당하고, A는 각 구성 부분의 분해 단면도, B는 조립 공정 후의 단면도, C는 내부 단자 컬링 공정 후의 단면도, D는 완성 후의 단면도.
도 4의 A는 제1 종래예의 밀폐 전지의 단자부의 구성을 도시하는 사시도이고, B는 제1 종래예의 밀폐 전지의 단자부의 구성을 도시하는 분해 사시도.
도 5의 A는 제2 종래예의 밀폐 전지가 코오킹된 단자의 성형 공정을 도시하는 단면도이고, B는 그것에 계속되는 레이저 용접 공정을 도시하는 단면도.
도 6의 A는 제3 종래예의 밀폐 전지의 단자부의 제조 중의 단면도이고, B는 제3 종래예의 밀폐 전지의 단자부의 완성 후의 단면도.
도 7의 A는 제4 종래예의 밀봉 전극 단자 구조의 분해 단면도이고, B는 제4 종래예의 밀봉 전극 단자 완성 후의 단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 밀폐 전지용의 단자를 구비한 소형의 각형 비수전해질 이차 전지를 예시하는 것이며, 본 발명을 이 각형 비수전해질 이차 전지로 특정하는 것을 의도하는 것이 아니며, 본 발명은 니켈-수소 이차 전지 등의 밀폐 전지나, HEV 내지 EV용 등의 대형 밀폐 전지에 대해서도 동등하게 적용할 수 있는 것이다. 또한, 이하에 있어서는 본 발명의 밀폐 전지의 단자로서는 밀폐 전지의 구성 상으로부터 부극 단자를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 부극 단자뿐만 아니라 정극 단자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있는 것이다.

처음에 도 1 및 도 2를 참조하여 실시 형태 및 각 비교예에 공통되는 각형 비수전해질 이차 전지의 개략 구성을 설명한다. 또한, 도 1은 실시 형태 및 비교예에 공통되는 비수전해질 이차 전지의 구성을 도시하는 부분 단면 사시도이다. 또한, 도 2의 A 내지 H는 도 1의 비수전해질 이차 전지의 제조 공정을 순서대로 설명하는 사시도이다.

이 각형 비수전해질 이차 전지(10)는 길이 방향의 일단부면이 개구하고, 주위면이 폐쇄된 거의 편평 형상의 도전성을 갖는 상자형의 전지 외장 캔(11)과, 전지 외장 캔(11) 내에 삽입된 편평 형상 권회 전극체(12)와, 편평 형상 권회 전극체(12)의 정극의 코어체 노출부로부터 잘라 세운 부재(13)에 예를 들어 용접 등에 의해 전기적으로 접속된, 정극의 코어체보다 고강도의 정극 집전 탭(14)과, 전지 외장 캔(11)의 개구부를 덮어 밀봉하는 밀봉판(15)을 구비하고 있다. 이 전지 외장 캔(11)의 개구부는 전지 외장 캔(11)의 개구 단부 테두리와 밀봉판(15)의 사이에 정극 집전 탭(14)을 끼워 넣은 상태에서 레이저 용접함으로써 밀봉되어 있다.

이 구성의 각형 비수전해질 이차 전지(10)에 따르면, 밀봉판(15)이 전지 외장 캔(11)의 개구 단부에 레이저 용접될 때에, 정극 집전 탭(14)도 전지 외장 캔(11)에 용접되어 전지 외장 캔(11)과의 사이에서 전기적 접속이 이루어진다. 게다가, 정극 집전 탭(14)은 한쪽의 전극의 코어체보다 고강도의 박편(箔片)으로 형성되어 있으므로, 잘라 세운 부재(13) 그 자체로 형성한 경우보다도 기계적 강도가 향상된다.

계속해서, 실시 형태 및 각 비교예에 공통되는 각형 비수전해질 이차 전지(10)의 제법을 도 2를 사용하여 설명한다. 편평 형상 권회 전극체(12)는 정극과 부극과 양쪽 전극간에 개재된 세퍼레이터로 이루어지고, 이들 각 극판의 제조 방법은 이미 공지이며, 본 발명은 공지된 임의의 편평 형상 권회 전극체(12)를 사용할 수 있다. 이하, 그 제법의 일례를 나타낸다.

[정극 극판의 제작]

정극 활물질로서 코발트산리튬과, 탄소계 도전제인 아세틸렌 블랙과, PVDF(폴리불화비닐리덴)를 95:2.5:2.5의 질량비로 혼합하고, NMP(N-메틸피롤리돈)를 용제로 하여 혼합기를 사용해서 혼합하여 정극 합제 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄제의 정극 코어체의 양면에 닥터 블레이드법에 의해 도포, 건조하여 정극 코어체의 양면에 정극 활물질층을 형성하였다. 그 후, 압축 롤러를 사용하여 압축하여 정극 극판을 제작하였다.

이 정극에는 정극 코어체의 권회 종단부로부터 일정한 거리만큼 정극 코어체의 양면 모두 정극 활물질층을 갖지 않는 양면 노출부가 설치되고, 이 양면 노출부로부터 또 일정한 거리만큼은 정극 코어체의 한쪽 면만이 정극 활물질층을 갖고, 다른쪽 면의 코어체가 노출되는 편면 노출부가 설치된다. 또한, 정극 코어체의 양면 노출부에는, 도 2의 A에 도시한 바와 같이 정극 코어체를 관통하는 거의 ㄷ자 형상의 절입부(13a)가 형성된다. 이 절입부(13a)는 정극 집전 탭(14)과 접속하기 위한 잘라 세운 부재(13)를 형성하기 위한 것이며, 예리한 칼날로 정극 코어체를 절입함으로써 형성된다.

[부극 극판의 제작]

인조 흑연과, CMC를 순수에 1질량% 용해시킨 것과, SBR을 고형분비로 98:1:1의 질량비가 되도록 혼련하여 부극 합제 슬러리를 제작하였다. 계속해서, 두께 8㎛의 구리제의 부극 코어체의 양면에 닥터 블레이드법에 의해 도포한 후, 건조하여 부극 코어체의 양면에 활물질층을 형성하였다. 이후, 압축 롤러를 사용하여 압축하여 부극 극판을 제작하였다. 그리고, 부극 코어체의 노출부에 니켈제의 부극 집전 탭(16)을 용접함으로써 설치하였다.

[편평 형상 권회 전극체의 제작]

상술한 바와 같이 하여 제작한 정극 극판과 부극 극판을 외주측이 정극으로 되도록 하여, 폴리에틸렌의 미다공막으로 이루어지는 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 절연된 상태로 권회하고, 눌러 찌부러지게 함으로써 편평 형상 권회 전극체(12)를 제작하였다. 또한, 편평 형상 권회 전극체(12)의 상부로부터는 부극 집전 탭(16)을 돌출시켰다. 이 편평 형상 권회 전극체(12)의 개략 구성은 도 2의 A에 도시한 바와 같이 된다.

[비수 전해액의 제조]

비수 전해액은 LiPF₆을 1mol/L의 농도가 되도록 에틸렌카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트 및 디에틸카르보네이트의 체적 혼합비가 40:30:30인 혼합 용매에 용해한 비수 전해액을 사용하였다.

상술한 바와 같이 하여 제작된 편평 형상 권회 전극체(12)의 상부에, 도 2의 B에 도시한 바와 같이 수지제 절연 스페이서(17)를 설치하고, 이 스페이서의 하나의 슬릿(17a)에 부극 집전 탭(16)을 삽입 관통하였다. 또한, 도 2의 C에 도시한 바와 같이, 정극 코어체의 절입부(13a)로부터 잘라 세운 부재(13)를 거의 90°잘라 세우고, 이 잘라 세운 부재(13)에 소정의 두께를 갖는 알루미늄박(19)을 사용하여 초음파 용접을 행하여 전기적 접속을 확보한 후에, 절단 공구를 사용하여 소정의 길이로 절단하여 정극 집전 탭(20)을 형성하였다.

또한, 도 2의 D에 도시한 바와 같이, 잘라 세운 부재(13)와 용접된 정극 집전 탭(20)은, 또 거의 90°잘라 세운 후, 잘라 세운 부재(13) 및 초음파 용접부(21)를 덮도록 절연 테이프(22)를 부착하고, 편평 형상 권회 전극체(12)에 고정하였다. 또한, 필요에 따라 편평 형상 권회 전극체(12)의 하단부에도 절연 테이프(22a)를 부착 고정하여도 된다.

그 후, 도 2의 E에 도시한 바와 같이, 편평 형상 권회 전극체(12)의 상방에 밀봉판(15)을 위치시킨 상태에서, 밀봉판(15)에 고정된 부극 단자(18)의 내부측과 부극 집전 탭(16)을 저항 용접에 의해 전기적으로 접속하고, 도 2의 F에 도시한 바와 같이, 정극 집전 탭(20)은 밀봉판(15)을 편평 형상 권회 전극체(12)에 밀착시켰을 때에 그 선단의 일부가 외부로 나가도록 하였다. 또한, 부극 단자(18)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.

계속해서, 도 2의 G에 도시한 바와 같이, 부극 집전 탭(16)이 전기적으로 접속된 편평 형상 권회 전극체(12)를 전지 외장 캔(11) 내에 삽입하고, 그 후 정극으로부터 도출된 정극 집전 탭(20)을 전지 외장 캔(11)의 내벽을 따라 개구 단부에까지 연장시키고, 이 정극 집전 탭(20)의 단부를 밀봉판(15)의 외주측면 사이에 끼워 넣도록 하여, 밀봉판(15)을 전지 외장 캔(11)의 개구 가장자리에 끼워 맞추었다. 그리고, 전지 외장 캔(11)의 개구 단부에 소정의 외부 압력을 가하면서, 전지 외장 캔(11)과 밀봉판(15)의 끼워 맞춤부에 레이저광을 조사하고, 당해 부분을 용접하였다. 이 레이저 용접에 의해 전지 외장 캔(11)의 개구부가 밀봉되고, 동시에 정극 집전 탭(20)이 전지 외장 캔(11)과 전기적으로 접속된다.

레이저 용접 후, 도 2의 H에 도시한 바와 같이, 밀봉판(15)의 투공(도시 생략)으로부터 전지 외장 캔(11)의 내부에 비수 전해액을 주액하고, 이 투공에 캡(도시 생략)을 설치하여 밀폐하였다. 이에 의해, 실시 형태 및 비교예에 공통되는 밀폐 전지로서의 비수전해질 이차 전지(10)가 완성된다. 이와 같이 하여 제작된 비수전해질 이차 전지(10)의 크기는 두께 5.5mm×폭 34mm×높이 50mm이며, 정격 용량은 1150mAh이다.

[실시 형태의 부극 단자]

여기서, 도 3을 사용하여 실시 형태의 부극 단자(18)에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 3은 실시 형태의 부극 단자의 제조 공정을 도시하는 도면이고, 도 1의 III-III면에서의 단면을 도시하고 있고, 도 3의 A는 각 구성 부분의 분해 단면도, 도 3의 B는 조립 공정 후의 단면도, 도 3의 C는 내부 단자 컬링 공정 후의 단면, 도 3의 D는 완성 후의 단면도이다.

실시 형태의 부극 단자(18)는, 도 3의 A에 도시한 바와 같이, 플랜지부(25)와 중공축부(26)를 갖는 중공 평리벳 형상의 내부 단자(27)와, 플랜지부(28)와 기둥 형상 축부(29)를 갖는 중실 평리벳 형상의 외부 단자(30)와, 수지제의 제1 절연 부재(31)와, 수지제의 제2 절연 부재(32)와, 개공(15a)이 천공된 밀봉판(15)을 구비하고 있다. 외부 단자(30)의 플랜지부(28)와 기둥 형상 축부(29)의 사이에는 곡면 형상 표면(29a)이 형성되어 있고, 또한 외부 단자(30)의 플랜지부(28)의 주위에는 내부 단자측에 전체 둘레에 걸쳐 돌기(28a)가 형성되어 있다. 또한, 기둥 형상 축부(29)의 선단부(29b)는 둥글려져 있고, 후술하는 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 저부(26a)와 상보적인 형상으로 이루어져 있다. 그리고, 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 저부(26a)부터 선단부(26b)까지의 길이 L1은 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 근본부터 선단부(29b)까지의 길이 L2보다도 길어 L1>L2로 되어 있다.

제1 절연 부재(31)는, 상면측에는 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 외경과 실질적으로 동일한 직경의 관통 구멍(31a)이 형성된 환상부(31b)를 구비하고, 하면측의 주위에는 내부 단자(27)의 플랜지부(25)의 주위를 둘러싸는 크기의 돌기(31c)가 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에서의 「실질적으로」라고 하는 용어는 동일하게 가까운 것이 바람직하지만, 반드시 동일하지 않고, 약간 큰 경우도 약간 작은 경우도 포함하는 의미로 사용되고 있다(이하, 마찬가지임). 이 제1 절연 부재(31)의 환상부(31b)는 높이가 실질적으로 밀봉판(15)의 두께와 동일 정도로 되도록 되어 있고, 또한 외경은 실질적으로 밀봉판(15)의 개공부(15a)의 내경과 동일하게 되어 있다. 또한, 이 돌기(31c)의 높이는 내부 단자(27)의 플랜지부(25)의 위치 결정을 위한 것이며 낮아도 된다.

또한, 제2 절연판(32)은 중앙에 실질적으로 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 외경과 동일한 구멍 직경의 개공(32a)이 형성되고, 상면측의 주위에는 외부 단자(30)의 플랜지부(28)의 주위를 둘러싸는 크기의 돌기(32b)가 형성되어 있다. 또한, 이 돌기(32b)의 높이는 외부 단자(30)의 플랜지부(28)와 밀봉판의 절연성을 확보하는 것에 필요한 치수이며, 플랜지부(28)의 두께 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제1 절연판(31) 및 제2 절연판(32)은 각각의 형상을 상술한 것과는 반대로 되도록 하여도 된다.

또한, 밀봉판(15)은 부극 단자(18)의 형성 영역에 천공된 개공(15a)을 갖고 있고, 이 개공(15a)의 근방 주위의 외부 단자(30)측에는 전체 둘레에 걸쳐 돌기(15b)가 형성되어 있고, 동일하게 내부 단자(27)측에는 근방 주위에 전체 둘레에 걸쳐 돌기(15c)가 형성되어 있다. 또한, 돌기(15b 및 15c)의 기능에 대해서는 후술한다. 또한, 여기서는 개공(15a)은 밀봉판(15)이 전지 내부측으로 변형된 위치에 형성되어 있지만, 이와 같은 구성으로 한 것은 전지의 외부 단자(30)의 높이가 낮아지도록 하기 위해서이다.

[각 부품의 조립 공정]

이와 같은 구성의 내부 단자(27), 제1 절연 부재(31), 제2 절연 부재(32), 외부 단자(30)를 밀봉판(15)의 개공(15a)에 조립하기 위해서는, 다음과 같이 하여 행해진다. 우선, 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 밀봉판(15)의 개공(15a)에 하측(전지의 내측으로 되는 쪽)으로부터 제1 절연 부재(31)의 환상부(31b)를 삽입하고, 계속해서 제1 절연 부재(31)의 관통 구멍(31a) 내에 하측으로부터 내부 단자(27)의 중공축부(26a)를 삽입한다. 그 후, 밀봉판(15)에 상측(전지의 외측으로 되는 쪽)으로부터 제2 절연 부재(32)를 돌기(32b)가 외측으로 되도록 적재하고, 계속해서 상방으로부터 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)를 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 내부에 삽입한다.

여기에서는 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 내경은 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 외경과 실질적으로 동일하게 되어 있다. 게다가, 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 외경은 제1 절연 부재(31)의 환상부(31b)의 내경 및 제2 절연 부재(32)의 개공(32a)의 내경과, 또한 제1 절연 부재(31)의 환상부(31b)의 외경은 밀봉판(15)의 개공(15a)의 내경과 각각 실질적으로 동일하게 되어 있다. 그로 인해, 내부 단자(27), 제1 절연 부재(31), 밀봉판(15), 제2 절연 부재(32) 및 외부 단자(30)는 각각의 사이의 마찰력에 의해 도 3의 B에 도시한 상태로 고정된다.

[내부 단자 컬링 공정]

계속해서, 외부 단자(30)의 상부로부터 펀칭 등에 의해 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)를 내부 단자(27)의 중공축부(26) 내로 압접해 간다. 여기에서는 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 저부(26a)부터 선단부(26b)까지의 길이 L1은 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 근본부터 선단부(29b)간에서의 길이 L2보다도 길어 L1>L2로 되어 있다. 그로 인해, 도 3의 C에 도시한 바와 같이, 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 선단부(26b)는 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 플랜지부(28)측에 형성된 곡면 형상 표면(29a)을 따라 직경 확대되어 둥글려지고(이하, 「컬링」이라고 함), 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 선단부(26b)는 제2 절연 부재(32)의 외측 표면에 접하는 상태로 되고, 또한 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 선단부(29b)가 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 저부(26a)에 접촉하는 상태로 된다.

[외부 단자 팽화 공정]

그 후, 또한 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)를 내부 단자(27)의 중공축부(26) 내에 압접시켜 가면, 도 3의 D에 도시한 바와 같이, 외부 단자(30)의 기둥 형상 축부(29)의 중간부가 팽화하여, 이 기둥 형상 축부(29)의 직경이 커지기 때문에 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 외경도 커지고, 그에 의해 제1 절연 부재의 환상부(31b)가 밀봉판(15)의 개공(15a)의 내벽에 꽉 눌러지므로, 내부 단자(27) 및 제1 절연 부재(31)가 밀봉판(15)의 개공(15a) 내에 기밀하고 견고하게 고정된다. 또한, 밀봉판(15)의 하측 환상 돌기(15c)가 제1 절연 부재(31)의 상측 표면에 파고 들어가고, 동일하게 상측 환상 돌기(15b)가 제2 절연 부재(32)의 하측 표면에 파고 들어가기 때문에, 밀봉판(15)과 제1 절연 부재(31)의 사이 및 밀봉판(15)과 제2 절연 부재의 사이의 기밀성도 완전하게 확보된다.

게다가, 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 선단부(26b)가 외부 단자(30)의 플랜지부(28)와 기둥 형상 축부(29)의 사이의 곡면 형상 표면(29a)을 따라 컬링 성형되어 있기 때문에, 외부 단자(30)와 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 선단부(26b)와의 사이의 기밀성이 매우 양호해지고, 외부로부터의 공기나 수분이 전지 내부로 침입하기 어려워진다. 또한, 외부 단자(30)의 플랜지부(28)의 내측의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 돌기(28a)는 제2 절연 부재(32)의 표면에 접해 있기 때문에, 외부 단자(30)의 돌기(28a)와 기둥 형상 축부(29)와 제2 절연 부재(32)의 외표면과의 사이에 형성된 공간은 밀폐 공간으로 되지만, 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 컬링 처리된 선단부(26b)는 이 밀폐 공간 내에 위치하고 있으므로, 보다 외부 단자(30)와 내부 단자(27)의 중공축부(26)의 선단부(26b)와의 사이의 기밀성이 매우 양호해진다.

게다가, 이렇게 형성된 부극 단자(18)는, 그 후에 외부 단자(30)의 표면에 저항 용접용 전극의 한쪽을 접촉하고, 내부 단자(27)의 표면에 부극 집전 탭(16)(도 2 참조)을 접촉하여 이 부극 집전 탭의 표면에 저항 용접용 전극의 다른쪽을 접촉하여 스폿 용접이 행해지는데, 외부 단자(30)의 표면에 요철이 없기 때문에, 외부 단자(30)측에서 스퍼터가 발생하기 어려우므로 용접 공정의 효율이 향상된다.

[낙하 신뢰성 평가]

본 실시 형태의 비수전해질 이차 전지의 효과를 확인하기 위하여, 이하와 같이 하여 낙하 시험을 행하여 내부 저항 변동량 및 전지 치수 변화를 측정함으로써 낙하 신뢰성을 평가하였다. 단, 본 실시 형태인 채로는 효과가 지나치게 양호하여 실질적으로 아무것도 영향이 없는 상태로 되어 버리기 때문에, 외부 단자와 내부 단자의 압접 상태를 통상의 수지 압축률보다 50% 감한 상태(압접이 완만한 상태)로 되도록 한 것을 본 발명에 대응하는 시험 전지로서 측정에 제공하였다. 또한, 비교예 1의 비수전해질 이차 전지로서는 도 4에 도시한 종래예의 것과 마찬가지의 형상의 단자 구조를 갖는 것으로 하고, 비교예 2의 비수전해질 이차 전지로서는 도 5에 도시한 종래예의 것과 마찬가지의 형상의 단자 구조를 갖는 것이며, 레이저 용접은 행하지 않은 것을 사용하였다.

내부 저항 변동량의 측정:

교류법에 의해 낙하 시험을 행하기 전후의 모든 시험 전지의 내부 저항을 측정하고, 내부 저항의 변화량을 모니터링하여 조사하였다. 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.

시험 조건: 방전 상태의 각 전지를 1.65m의 높이로부터 콘크리트 상에 낙하시켰다. 낙하는 전체면(XYZ축의 6면)을 1세트로서 카운트하여 30세트 실행하였다.

시험 전지: 모두 두께 5.5mm×폭 34mm×높이 50mm이며, 정격 용량은 1150mAh로 하였다.

시험수: 본 발명에 대응하는 시험 전지, 비교예 1 및 비교예 2 모두 10개씩 행하였다.

전지 높이의 측정:

낙하 시험을 행하기 전후의 모든 시험 전지의 외장 캔의 바닥부터 외부 단자의 상면까지의 높이를 측정하고, 전지 높이의 변화량을 모니터링하여 조사하였다. 결과를 정리하여 표 1에 나타내었다. 또한, 시험 조건은 상기의 내부 저항 변동량의 측정의 경우와 마찬가지이며, 시험수는 본 발명에 대응하는 시험 전지, 비교예 1 및 비교예 2 모두 30개씩 행하였다.

표 1에 나타낸 결과로부터, 본 발명에 대응하는 시험 전지에 따르면, 내부 저항의 변동량(평균값)은 비교예 1 및 비교예 2의 전지에 비하여 매우 작고, 또한 내부 저항의 변동량 편차도 적은 것을 알 수 있다. 이것은 본 발명에 대응하는 시험 전지에 따르면, 낙하 충격 등 가혹한 외력이 가해져도 외부 단자와 내부 단자의 사이에 느슨함이 없고, 게다가 전해액의 개입도 적은 것을 의미하고 있다. 또한, 본 발명에 대응하는 시험 전지에 따르면, 전지 높이의 편차는 비교예 1의 전지보다도 대폭 우수하고, 비교예 2의 전지의 경우와 실질적으로 동일한 효과가 얻어지고 있다.

상기의 본 발명에 대응하는 시험 전지의 측정 결과는, 외부 단자와 내부 단자의 압접 상태를 통상의 수지 압축률보다 50% 감한 상태가 되도록 한 것이기 때문에, 본 발명에 따르면 매우 단자부의 낙하 신뢰성이 높고, 높이 치수의 편차도 적은 비수전해질 이차 전지가 얻어지는 것을 알 수 있다. 게다가, 본 발명에 있어서는 단자부의 형성 시에 특히 레이저 용접과 같은 비용이 드는 공정을 필요로 하지 않으므로 저렴하게 제조할 수 있게 된다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 내부 단자의 플랜지부에는 외부 단자 방향으로 돌기를 설치하고 있지 않지만, 외부 단자의 플랜지부에 설치한 돌기의 효과를 고려하면, 내부 단자의 플랜지부에는 외부 단자 방향으로 돌기를 설치하여도 되는 것은 자명하다. 또한, 외부 단자의 플랜지부나 내부 단자의 플랜지부에 돌기를 설치하는 경우에는, 제조의 용이성으로부터 플랜지부의 외주측에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 각형 외장 캔을 사용한 예에 대하여 설명하였지만, 외장 캔 형상은 특별히 한정되지 않고, 원통형의 외장 캔을 사용하여도 적용 가능하다. 그러나, 전지를 내장하는 기기의 스페이스 효율을 고려하면, 각형 형상의 외장 캔을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 실시 형태에 있어서는 편평 형상의 권회 전극체를 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 평판 형상의 정ㆍ부극 극판을 세퍼레이터를 개재하여 적층한 전극체 등에도 적용할 수 있는 것은 명확하다. 또한, 상술한 실시 형태에 있어서는 비수전해질 이차 전지의 경우에 대하여 설명하였지만, 니켈-수소 이차 전지 등의 수성 전해질 이차 전지의 경우에도 마찬가지로 적용 가능하다.

10: 각형 비수전해질 이차 전지
11: 전지 외장 캔
12: 편평 형상 권회 전극체
13: 잘라 세운 부재
13a: 절입부
14: 정극 집전 탭
15: 밀봉판
15a: 개공
15b: 상측 환상 돌기
15c: 하측 환상 돌기
16: 부극 집전 탭
17: 수지제 절연 스페이서
18: 부극 단자
19: 알루미늄박
20: 정극 집전 탭
21: 초음파 용접부
22, 22a: 절연 테이프
25: (내부 단자의) 플랜지부
26: 중공축부
26a: 저부
26b: 중공축부의 선단부
27: 내부 단자
28: (외부 단자의) 플랜지부
28a: (외부 단자의) 돌기
29: 기둥 형상 축부
29a: 곡면 형상 표면
29b: (기둥 형상 축부의) 선단부
30: 외부 단자
31: 제1 절연 부재
31a: 관통 구멍
31b: 환상부
31c: 돌기
32: 제2 절연 부재
32a: 개공
32b: 돌기

Claims

단자가 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 내에 설치되고, 상기 밀봉판이 내부에 전극체를 갖는 외장 캔의 개구부에 밀봉 상태로 고정되고, 상기 단자와 상기 전극체의 집전체가 전기적으로 접속되어 있는 밀폐 전지에 있어서,
상기 단자는, 플랜지부와 기둥 형상 축부를 가짐과 함께 상기 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이에 곡면 형상 표면이 형성된 중실 평리벳 형상의 외부 단자와, 플랜지부와 중공축부를 갖는 중공 평리벳 형상의 내부 단자로 이루어지고,
상기 내부 단자의 중공축부는, 순서대로 제1 절연 부재의 개공, 상기 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 및 제2 절연 부재에 형성된 개공 내에, 상기 외장 캔의 내부측으로부터 상기 밀봉판과는 절연 상태로 삽입 관통되고,
상기 외부 단자는, 상기 기둥 형상 축부가 상기 외장 캔의 외부측으로부터 상기 내부 단자의 중공축부 내로 삽입되고, 압접 코오킹되어 상기 기둥 형상 축부의 중간부에 직경의 팽화 변형부가 형성되어 있고,
상기 내부 단자의 중공축부는, 상기 외부 단자의 상기 기둥 형상 축부의 직경의 팽화 변형부를 따른 형상으로 변형되어 상기 외부 단자의 기둥 형상 축부와 압접되어 있음과 함께, 선단부가 상기 외부 단자의 플랜지부와 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
제1항에 있어서, 상기 외부 단자의 플랜지부의 내부 단자측 표면에는 전체 둘레에 걸쳐 돌기가 형성되어 있고, 상기 환상의 돌기는 상기 제2 절연 부재의 외표면과 접촉하고, 상기 환상의 돌기와 상기 기둥 형상 축부와 상기 제2 절연 부재의 외표면의 사이에 형성된 공간 내에 상기 컬링 성형된 상기 내부 단자의 중공축부의 선단이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 절연 부재의 외주측의 외표면에는, 상기 외부 단자의 플랜지부 외주측을 둘러싸도록, 전체 둘레 혹은 부분적으로 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉판은, 상기 개공 근방의 주위 전체 둘레에 걸쳐, 양측에 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
제4항에 있어서, 상기 밀봉판의 외부 단자측 표면에 형성되는 돌기는, 상기 환상의 돌기와, 제2 절연 부재를 개재하여 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 밀봉판의 내부 단자측 표면에 형성되는 돌기는, 상기 내부 단자의 플랜지부와, 제1 절연 부재를 개재하여 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지.
단자가 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 내에 설치되고, 상기 밀봉판이 내부에 전극체를 갖는 외장 캔의 개구부에 밀봉 상태로 고정되고, 상기 단자와 상기 전극체의 집전체가 전기적으로 접속되어 있는 밀폐 전지의 단자부의 형성 방법에 있어서,
상기 단자로서, 플랜지부와 기둥 형상 축부를 갖고, 상기 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이에 곡면 형상 표면이 형성된 중실 평리벳 형상의 외부 단자와, 플랜지부와 상기 외부 단자의 상기 기둥 형상 축부보다도 길이가 긴 중공축부를 갖는 중공 평리벳 형상의 내부 단자를 사용하고,
상기 내부 단자의 중공축부를, 순서대로 제1 절연 부재의 개공, 상기 밀봉판에 뚫려 형성된 개공 및 제2 절연 부재에 형성된 개공 내에, 상기 외장 캔의 내부측으로부터 상기 밀봉판과는 절연 상태로 삽입 관통하고,
상기 외부 단자의 기둥 형상 축부를 상기 외장 캔의 외부측으로부터 상기 내부 단자의 중공축부 내로 삽입하고,
계속해서, 상기 외부 단자의 플랜지부 및 상기 내부 단자의 플랜지부 사이에 가압력을 인가하여 상기 외부 단자의 기둥 형상 축부를 상기 내부 단자의 중공축부 내에 압접함과 함께, 상기 내부 단자의 중공축부의 선단을 상기 외부 단자의 플랜지부와 상기 기둥 형상 축부의 사이의 곡면 형상 표면을 따라 컬링 처리하고,
또한 상기 외부 단자의 플랜지부 및 상기 내부 단자의 플랜지부 사이에 가압력을 인가하여 상기 외부 단자의 중공축부에 직경의 팽화 변형부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀폐 전지의 단자부의 형성 방법.