(57)【要約】本発明の電池は、貫通孔を有する外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、前記外装と外部端子の間に介装される絶縁部材と、前記外装の貫通孔の周縁に位置し、当該外装の外方へ向けて突出するバーリング部と、前記バーリング部の外周に配置され、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材と、を具備し、前記バーリング部をプレスして塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記外部端子と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって外部端子を貫通孔に固定する電池であって、前記外部端子は、前記バーリング部へのプレスによる圧迫力を受ける箇所よりも前記外装の外方側に形成され、当該外部端子の外周面よりも径方向外側に突出する突起を具備する。
2012086031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する外装と、
一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、
前記外装と外部端子の間に介装される絶縁部材と、
前記外装の貫通孔の周縁に位置し、当該外装の外方へ向けて突出するバーリング部と、
前記バーリング部の外周に配置され、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材と、を具備し、
前記バーリング部をプレスして塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記外部端子と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって外部端子を貫通孔に固定する電池であって、
前記外部端子は、前記バーリング部へのプレスによる圧迫力を受ける箇所よりも前記外装の外方側に形成され、当該外部端子の外周面よりも径方向外側に突出する突起を具備する電池。
【請求項２】
前記外部端子は、前記バーリング部へのプレスによる圧迫力を受ける箇所に形成される気密溝をさらに具備し、前記突起は、前記気密溝よりも外装の外方側に配置されるとともに、
前記突起に加えて、前記気密溝よりも外装の内方側に形成され、当該外部端子の外周面よりも径方向外側に突出する第二の突起を具備する請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記突起及び第二の突起は、前記気密溝の端部から連続的に形成される請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子をさらに具備し、
前記集電端子は、前記外部端子の端部と接合されるとともに、前記外部端子の外周面を越えて延出され、
前記突起又は第二の突起と前記集電端子とで、前記絶縁部材の内周部を挟む請求項１〜３の何れか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関し、特に、外部端子を外装に固定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の外装は、電池の発電要素を収納する。外装の外側面には、外装を貫通して外方に突出する外部端子（正極端子及び負極端子）が固定される。外部端子は、発電要素と電気的に接続されており、外部端子を通じて電池内部と外部との電力のやり取りが行われる。【０００３】
電池がリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である場合は、電池内部に水分が浸入すると電池性能に影響することが知られている。このため、電池の密閉度を十分に高くする必要がある。
さらに、外部端子と外装の固定部においては、外部端子が電池から抜け落ちないための抜け落ち性、外部端子の周囲から電池内部の電解液、若しくは電池内部で発生するガスが漏れ出ないための気密性、並びに外部端子と外装の絶縁性等が求められている。すなわち、外装と外部端子の間のシール性を十分に確保する要請がある。【０００４】
特許文献１には、外装の蓋部から外部端子が突出して設けられる電池において、蓋部と外部端子との間に絶縁部材を介装し、蓋部における絶縁部材の周辺にバーリング部を設け、バーリング部の突出方向と直交する方向からバーリング部をプレスしてかしめることによって、外部端子を締結固定する技術が開示されている。
しかしながら、電池の繰り返し使用に伴って冷却・昇温の冷熱サイクルが繰り返されると、かしめ締結部が徐々にかしめ前の形状に戻ろうとする作用が働いて緩み、シール性能が悪化して、外装と外部端子の固定部のシール性が不十分となる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、外装を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子を固定する電池において、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池は、貫通孔を有する外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記外装の貫通孔に固定される外部端子と、前記外装と外部端子の間に介装される絶縁部材と、前記外装の貫通孔の周縁に位置し、当該外装の外方へ向けて突出するバーリング部と、前記バーリング部の外周に配置され、当該バーリング部の外周側への強度を補強する補強部材と、を具備し、前記バーリング部をプレスして塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記外部端子と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって外部端子を貫通孔に固定する電池であって、前記外部端子は、前記バーリング部へのプレスによる圧迫力を受ける箇所よりも前記外装の外方側に形成され、当該外部端子の外周面よりも径方向外側に突出する突起を具備する。【０００８】
前記外部端子は、前記バーリング部へのプレスによる圧迫力を受ける箇所に形成される気密溝をさらに具備し、前記突起は、前記気密溝よりも外装の外方側に配置されるとともに、前記突起に加えて、前記気密溝よりも外装の内方側に形成され、当該外部端子の外周面よりも径方向外側に突出する第二の突起を具備することが好ましい。【０００９】
前記突起及び第二の突起は、前記気密溝の端部から連続的に形成されることが好ましい。【００１０】
前記外装に収納される発電要素と前記外部端子を接続する集電端子をさらに具備し、前記集電端子は、前記外部端子の端部と接合されるとともに、前記外部端子の外周面を越えて延出され、前記突起又は第二の突起と前記集電端子とで、前記絶縁部材の内周部を挟むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外装と外部端子の固定部におけるシール性に優れた電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電池の概略構成を示す図である。
【図２】外装と外部端子との固定部を示す拡大断面図である。
【図３】外部端子の構成を示す拡大図である。
【図４】外部端子に軸方向の外力が加わった場合の突起の作用を示す図である。
【図５】外部端子に径方向の外力が加わった場合の突起の作用を示す図である。
【図６】突起の別形態を示す図である。
【図７】外部端子の突起と集電端子とで絶縁部材の一部を挟み込んだ場合の突起及び集電端子の作用を示す図であり、（ａ）は外部端子に軸方向に外力が加わった場合、（ｂ）は外部端子に径方向に外力が加わった場合を示している。
【図８】電池の別形態を示す図であり、外部端子において気密溝の上方及び下方に突起を設ける形態を示す。
【図９】外部端子に外力が加わった場合の突起の作用を示す図であり、（ａ）は外部端子に軸方向の外力が加わった場合、（ｂ）は外部端子に径方向に外力が加わった場合を示している。
【図１０】電池の別形態を示す図であり、外部端子に突起を二つ設け、それらの突起のうち集電端子側突起と集電端子とで絶縁部材の一部を挟み込む形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して、本発明に係る電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子４０・４０と、外部端子４０・４０と外装３０との間に介装される絶縁部材５０・５０と、を具備する。
【００１４】
発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。
【００１５】
外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。
【００１６】
外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
各集電端子４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用できる。
【００１７】
外部端子４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。
【００１８】
外部端子４０・４０は、絶縁部材５０・５０を介して蓋部３２に固定される。絶縁部材５０は、外部端子４０の周囲を巻装し、外装３０と外部端子４０とを電気的に絶縁する。
絶縁部材５０の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）等が挙げられる。
【００１９】
以下では、図２を参照して、外装３０と外部端子４０の固定形態について説明する。
図２（ａ）に示すように、外装３０は、外部端子４０・４０が貫通可能な貫通孔３３・３３を有し、各貫通孔３３の周囲に外装３０の外側に向けて突出するバーリング部３４が形成される。
【００２０】
貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、外装３０の厚み方向に貫通している。
バーリング部３４は、貫通孔３３の周縁に、外装３０の内側から外側へ向けて垂直に突出して設けられる厚肉部位である。バーリング部３４は、外装３０の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。
【００２１】
バーリング部３４の外周部には、補強リング３５が嵌合される。
補強リング３５は、外装３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の金属材料（例えば鉄）で成形されたリング状の部材であり、バーリング部３４の径方向にかかる外力に対する強度を補強する補強部材である。補強リング３５の内径は、バーリング部３４の外径と略同一に形成される。
【００２２】
絶縁部材５０は、上記のように、外装３０と外部端子４０を絶縁する絶縁性に加えて、電池１０内部の気密性を確保するための部材としても機能する。
具体的には、図２（ｂ）に示すように、貫通孔３３内に絶縁部材５０を巻装した外部端子４０を配置し、バーリング部３４の突出側端面の内周部を押圧してかしめることによって、バーリング部３４の内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成されている。
このとき、バーリング部３４の外周側には、バーリング部３４よりも高強度の材料からなる補強リング３５が配置されていることによって、かしめ時の押圧力が外側に緩和されることが防止されるため、膨出部３４ａは内側（外部端子４０側）に向けて膨出する。
【００２３】
内側に膨出した膨出部３４ａは、絶縁部材５０を圧迫し、この圧迫力が絶縁部材５０への面圧として付与される。絶縁部材５０において膨出部３４ａによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて弾性変形し、この弾性変形により生じる外力が外部端子４０への面圧として付与される。
このように、バーリング部３４の端面の内周部を上方からプレスし、かしめることによって、内側に膨出する膨出部３４ａが形成され、膨出部３４ａからの面圧が絶縁部材５０を介して外部端子４０に伝達される。係る面圧によって外部端子４０が圧迫されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。
このとき、膨出部３４ａは、プレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、絶縁部材５０と外部端子４０とを締結固定しているため、外装３０、絶縁部材５０、及び外部端子４０間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池１０を使用する際の冷熱サイクルを受けても、膨出部３４ａは変形し難く、固定部が緩むことがない。
【００２４】
外部端子４０のバーリング部３４へのプレスによる圧迫力を受ける箇所には、気密溝４１が形成される。気密溝４１は、外部端子４０の周方向に沿って、その外周全周に亘って形成される半円状（又は半楕円状等、溝端部にエッジラインを有する形状）の溝であり、所定の溝幅を有する。
絶縁部材５０が上記のように弾性変形し、外部端子４０の気密溝４１内に入り込むとともに、気密溝４１のエッジラインに食い付くことによって、絶縁部材５０と外部端子４０とが強固に密着し、気密性が確保される。
なお、バーリング部３４の端面に対するプレス時に、プレス下端と気密溝４１の外方側端部とが略同じ位置になるように設定することが好ましく、これにより、膨出部３４ａの塑性変形量が最も大きい位置に気密溝４１のエッジラインが位置することになり、絶縁部材５０と外部端子４０との密着度を効率良く向上できる。
【００２５】
図３に示すように、外部端子４０は、突起４２を具備する。突起４２は、外部端子４０の外周面から径方向外側に突出して設けられる。突起４２は、外部端子４０と外装３０との固定部におけるシールポイントである気密溝４１の上方側エッジラインよりも上方、言い換えれば、バーリング部３４へのプレスにより圧迫力を受ける箇所（プレス下端）よりも上方に形成されている。
突起４２は、半円形断面を有する凸部であり、外部端子４０の外周全周に亘って形成される。突起４２は、気密溝４１の上方に設けられ、気密溝４１の上方側エッジラインから上方に連続的に設けられている。
【００２６】
以上のように、突起４２は、外部端子４０と絶縁部材５０との間のシールポイントである気密溝４１の上方に位置する半円状の凸部として形成されており、少なくとも気密溝４１の内側（外装３０の内方側）を向く面（図示における下面）を有する。このような突起４２を外部端子４０に形成することによって、以下のような効果を奏する。
【００２７】
図４に示すように、外部端子４０に軸方向（図示における上下方向）の外力が加わった場合、外部端子４０に密着する絶縁部材５０にも同様に軸方向の外力が加わる。しかし、突起４２の下面によって気密溝４１の上方側エッジラインから上方に流動しようとする絶縁部材５０の広がりを防止することで、シールポイントである気密溝４１付近に存在する絶縁部材５０の流出を堰き止めることができる。これにより、絶縁部材５０の過圧縮を防止し、絶縁部材５０の弾性力を保持できる。従って、シールポイントにおける絶縁部材５０と外部端子４０及び外装３０との間に発生している圧迫力の低下を防止でき、シール性を向上できる。
電池１０の実使用時には、ボルト締結によって外部端子４０に外部装置との接続端子が取り付けられる。このようにボルトを締結する際、外部端子４０のボルト部に締結トルク及び軸力が発生し、特に軸方向に向けて大きな外力が加わる。これに対して、本実施形態では、外部端子４０に突起４２を設けることによって、外部端子４０に付与される外力を受けて外方側へ変形しようとする絶縁部材５０の流出を防止している。
【００２８】
図５に示すように、外部端子４０に径方向（図示における左右方向）の外力が加わった場合、外部端子４０に密着する絶縁部材５０にも同様に径方向の外力が加わる。径方向の外力を受けた絶縁部材５０は、軸方向に変形して流出しようとするが、突起４２の下面に当接し反力を受けることによって絶縁部材５０の広がりが防止される。これにより、絶縁部材５０の過圧縮を防止し、絶縁部材５０の弾性力を保持できる。従って、シールポイントにおける絶縁部材５０と外部端子４０及び外装３０との間に発生している圧迫力の低下を防止でき、シール性を向上できる。
【００２９】
突起４２の断面形状は、上述のような半円形状に限定されることはなく、外装３０の内側に向けた面を有する形状であれば良く、例えば、図６（ａ）に示すような下面を水平面とする三角形状、図６（ｂ）に示すような四角形状等でも良い。
【００３０】
特に、図６（ｃ）に示すように、突起４２の上面及び下面が凹曲面として形成され、かつ、突起４２の下面が気密溝４１の上端と滑らかに接続するように設けられることが好ましい。この場合、気密溝４１を転造によって形成する際に同時に形成することが可能である。言い換えれば、突起４２は、ローラ等を押し当てて気密溝４１を成形する際に、気密溝４１の端部に同時に成形されることが好ましい。
突起４２を以上のような形状とすることで、突起４２を簡易に形成できるとともに、気密溝４１及びその上方に突起４２を有する外部端子４０を製造するコストを低減できる。
【００３１】
図３に示すように、集電端子４５は、平板部４６を具備する。平板部４６は、集電端子４５の上端に形成される平板状の部位であり、外部端子４０の下端と接合する接合部である。平板部４６は、外部端子４０の下端から径方向外側に向けて延出され、さらに貫通孔３３の内周側面を越えて延出される。
これにより、外部端子４０に集電端子４５を装着して、貫通孔３３に固定したときに、突起４２と平板部４６とで絶縁部材５０の内周面、つまり絶縁部材５０と外部端子４０との接触面を挟み込むこととなる。
【００３２】
以上のように、集電端子４５の平板部４６と、突起４２とで、絶縁部材５０の内周面を挟み込むことにより、外部端子４０に軸方向又は径方向の外力が加わった場合に、突起４２によって絶縁部材５０の上方への流動を防止するとともに、平板部４６によって絶縁部材５０の下方への流動を防止できる（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。
従って、シールポイントに保持される絶縁部材５０の量を十分に確保することができ、シール性を担保できる。
【００３３】
外部端子４０は、図８に示すように、突起４２に加えて、突起４３を具備することが好ましい。突起４３は、外部端子４０の外周面から径方向外側に突出して設けられる。突起４３は、外部端子４０と外装３０との固定部におけるシールポイントである気密溝４１の下端よりも下方に形成されている。
突起４３は、半円形断面を有する凸部であり、外部端子４０の外周全周に亘って形成される。突起４３は、気密溝４１の下方に設けられ、気密溝４１の下方側エッジラインから下方に連続的に設けられている。なお、突起４３の形状については、突起４２の形状と同様に半円形状に限定されるものではなく、気密溝４１の内側（外装３０の外方側）に向けた面（図示における上面）を有する形状であれば良い。例えば、突起４３を図６に示す突起４２の各形状と同様に構成しても良い。
【００３４】
以上のように、気密溝４１の上方に位置する突起４２と、気密溝４１の下方に位置する突起４３とで、シールポイントにおける絶縁部材５０を挟み込むことにより、外部端子４０に軸方向又は径方向の外力が加わった場合に、突起４２の下面によって絶縁部材５０の上方への流動を抑制し、突起４３の上面によって絶縁部材５０の下方への流動を抑制できる（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。
このように、シールポイントに位置する絶縁部材５０の流動をより確実に規制することができるため、外装３０と外部端子４０との固定部におけるシール性の向上に有利である。
【００３５】
図１０に示すように、外部端子４０は、突起４２及び突起４３を具備し、突起４２と、突起４３及び集電端子４５の平板部４６とによってシールポイントに存在する絶縁部材５０を挟み込むことがより好ましい。
このように構成することによって、突起４２を設けることによる作用効果、突起４３を設けることによる作用効果、並びに、集電端子４５の平板部４６を設けることによる作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、外装の外側面から外部端子を取り出す電池に利用可能であり、特に、外部端子と外装との固定部におけるシール性を向上する技術に適する。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電池
３０  外装
４０  外部端子
４２  突起
４３  突起（第二の突起）
４５  集電端子
４６  平板部
５０  絶縁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2012086031.tif 000013
2012086031.tif 000014
2012086031.tif 000015
2012086031.tif 000016