(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成される蓋部を有する外装と、
一部を前記蓋部の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、
前記蓋部と外部端子の間に介装される絶縁部材と、
前記蓋部の貫通孔の周縁に位置し、当該蓋部の外方へ向けて突出するバーリング部と、
前記蓋部よりも高強度の材料によって構成されるとともに、前記バーリング部の外周に配置される拘束部材と、を具備し、
前記バーリング部の突出側端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記絶縁部材を介して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、
前記絶縁部材は、前記バーリング部へのプレス時に、前記蓋部における前記貫通孔から径方向外側への塑性変形を抑制でき、かつ、前記バーリング部へのプレスによって前記貫通孔におけるシール性を確保できる程度の低い曲げ弾性率を有する材料によって構成され、
前記絶縁部材は、前記バーリング部の外周に前記拘束部材を配置し、前記外部端子を前記貫通孔に配置した状態で、インサート成形されることによって配置され、
前記電極端子は、半円状の凹部として形成される気密溝を有し、
前記塑性変形されたバーリング部の一部は、前記気密溝の面の相似形状となる断面視円弧状に膨出し、前記絶縁部材を断面視円弧状に圧縮する電池。
【請求項２】
前記外装の蓋部は、Ａ１０００系のアルミを材料とし、
前記絶縁部材は、曲げ弾性率が０．６６ＧＰａ以上、かつ、３．１ＧＰａ以下のスーパーエンプラ又はエラストマー含有のスーパーエンプラを材料とする請求項１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】
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。
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、電池のシール性を十分に高く維持する必要がある。
【０００３】
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】
【０００４】
【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】
【０００５】
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】
【０００６】
本発明の電池は、貫通孔が形成される蓋部を有する外装と、一部を前記蓋部の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、前記蓋部と外部端子の間に介装される絶縁部材と、前記蓋部の貫通孔の周縁に位置し、当該蓋部の外方へ向けて突出するバーリング部と、前記蓋部よりも高強度の材料によって構成されるとともに、前記バーリング部の外周に配置される拘束部材と、を具備し、前記バーリング部の突出側端面をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させて、当該塑性変形されたバーリング部の一部により前記絶縁部材を介して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、前記絶縁部材は、前記バーリング部へのプレス時に、前記蓋部における前記貫通孔から径方向外側への塑性変形を抑制でき、かつ、前記バーリング部へのプレスによって前記貫通孔におけるシール性を確保できる程度の低い曲げ弾性率を有する材料によって構成され、前記絶縁部材は、前記バーリング部の外周に前記拘束部材を配置し、前記外部端子を前記貫通孔に配置した状態で、インサート成形されることによって配置され、前記電極端子は、半円状の凹部として形成される気密溝を有し、前記塑性変形されたバーリング部の一部は、前記気密溝の面の相似形状となる断面視円弧状に膨出し、前記絶縁部材を断面視円弧状に圧縮する。
【０００７】
前記外装の蓋部は、Ａ１０００系のアルミを材料とし、前記絶縁部材は、曲げ弾性率が０．６６ＧＰａ以上、かつ、３．１ＧＰａ以下のスーパーエンプラ又はエラストマー含有のスーパーエンプラを材料とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
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】
【０００９】
【図１】電池の概略構成を示す図である。
【図２】外装と外部端子の固定部を示す拡大断面図である。
【図３】蓋部の変形による外形寸法の変化を示す図である。
【図４】蓋部の構成材料と変形との相関を示す図である。
【図５】バーリング部の基端部に形成されるＲ部を示す図である。
【図６】外装と外部端子の固定部の別形態を示す図である。
【図７】外装と外部端子の固定部の別形態を示す図である。
【図８】絶縁部材の好ましい圧縮形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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り、非水電解質電池である。
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の間に介装される絶縁部材５０・５０と、を具備する。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
蓋部３２は、外部端子４０・４０が貫通可能な貫通孔３３・３３を有する。貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、蓋部３２の厚み方向に貫通している。
【００１３】
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、負極側に銅を採用することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
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、樹脂製の部材であり、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。また、絶縁部材５０の端部は、集電端子４５と蓋部３２との間に延出されており、これらの間を電気的に絶縁する。
【００１６】
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。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、外装３０の各貫通孔３３の周縁部には、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。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。
【００１８】
バーリング部３４の外周部には、拘束リング３５が配置される。
拘束リング３５は、外装３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の材料で製造されるリング状の部材であり、バーリング部３４を外周側から拘束することによって、バーリング部３４の径方向の強度を補強する。拘束リング３５の内径は、バーリング部３４の外径と略同一である。
【００１９】
また、外部端子４０の外周側面における軸方向中途部には、気密溝４１が形成されている。気密溝４１は、外部端子４０の周方向に沿って、外周全周に亘って形成される半円状（又は半楕円状、三角形状等）の凹部であり、溝両端部にエッジラインを有する。気密溝４１は、所定の溝幅を有する。
【００２０】
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の周囲に拘束リング３５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の一部が塑性変形して、内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部３４ａが形成される。
このとき、バーリング部３４の外周側に高強度材料の拘束リング３５が存在することにより、かしめ時の押圧力が逃げることがなく、径方向内側に向けて働くこととなる。これにより、膨出部３４ａが確実に内側に向けて膨出するように形成される。
【００２１】
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、外部端子４０及び絶縁部材５０にそれぞれ圧迫力が付与されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。特に、絶縁部材５０が気密溝４１内に入り込むとともに、そ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との気密性が確保される。
【００２２】
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、固定部が容易に緩むことがない。
【００２３】
以下、図３及び図４を参照して、絶縁部材５０の構成材料について説明する。
上述のように、絶縁部材５０は外装３０と外部端子４０の絶縁性を確保するとともに、電池１０のシール性を確保している。このため、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い。また、絶縁部材５０は、外装３０の内側で電解液と接するため、電解液に含まれる溶剤への高耐性を要する。
以上のことを踏まえると、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）等の樹脂が、絶縁部材５０の材料として適用可能である。
【００２４】
一方、絶縁部材５０の材料特性として、曲げ弾性率が大きくなればなるほど、絶縁部材５０を圧縮してシール性を確保するために、膨出部３４ａからの圧迫力を大きくする必要がある。そのためには、バーリング部３４へのプレス量を大きくし、バーリング部３４の変形量を大きくする必要がある。
例えば、図３に示すように、プレス量を増やしてバーリング部３４の変形量を多くすることによって、絶縁部材５０からの反力に抗して圧縮し、シール性を確保することもできる。しかし、バーリング部３４の変形（膨出部３４ａの膨出）に対して絶縁部材５０から反力を受け、貫通孔３３の径方向外側に向けた塑性変形が生じて蓋部３２の端部が変形してしまうことがある。蓋部３２の端部に変形が生じると、蓋部３２の外寸が変化する。電池１０を製造する際には、蓋部３２を収納部３１と接合して、外装３０内部を密閉空間とするため、外形寸法に変化が生じると蓋部３２と収納部３１の接合に不具合が生じて、外装３０の気密性が不十分となる可能性がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、電池１０のシール性を確保しつつ、バーリング部３４へのプレス時に蓋部３２の延在方向への変形を伴わないように絶縁部材５０の材料を決定している。つまり、蓋部３２の強度及びバーリング部３４へのプレス条件を考慮して、絶縁部材５０の材料を決定する。
言い換えれば、電池１０のシール性確保に必要なプレス条件にてバーリング部３４へのプレスを行った場合に、径方向外側への（バーリング部３４から外側に向けた）塑性変形を抑制し、蓋部３２の外形寸法（短手方向及び長手方向の外寸）を変化させないような曲げ弾性率を有する材料を絶縁部材５０の構成材料として採用する。
【００２６】
蓋部３２の材料としてＡ１０００系の純アルミを用いた場合の、バーリング部３４へのプレス時に生じる蓋部３２の平面方向の変形（外形寸法の変化）と絶縁部材５０の材料との関連性を調べた。なお、外部端子４０と外装３０の固定部におけるシール性を確保できるプレス条件に従ってバーリング部３４をプレスするものとする。
その結果、図４に示すように、ナチュラルＰＥＥＫ（曲げ弾性率：１０［ＧＰａ］）、及びナチュラルＰＰＳ（曲げ弾性率：３．９［ＧＰａ］）では、蓋部３２に変形が生じ、エラストマー５ｖｏｌ％含有ＰＰＳ（曲げ弾性率：３．１［ＧＰａ］）、エラストマー２０ｖｏｌ％含有ＰＰＳ（曲げ弾性率：１．８［ＧＰａ］）、ナチュラルＰＦＡ（曲げ弾性率：０．６６［ＧＰａ］）では、蓋部３２の外形寸法に変化が生じなかった。
なお、前記ナチュラルＰＥＥＫ、ナチュラルＰＰＳ、及びナチュラルＰＦＡとは、エラストマー含有の有無に関して、エラストマーを含まない純粋なＰＥＥＫ材料、ＰＰＳ材料、及びＰＦＡ材料のことをいう。
【００２７】
以上のことより、絶縁部材５０の構成材料として、蓋部３２の強度を考慮せずに曲げ弾性率が大きいもの（ここでは、３．９ＧＰａ以上のスーパーエンプラ）を採用すると、絶縁部材５０からの反力が大きくなり、バーリング部３４へのプレスに伴って、径方向内側に塑性変形して膨出部３４ａが形成されるのみならず、径方向外側にも塑性変形して蓋部３２の外形寸法が変化してしまうことが分かる。
また、蓋部３２の材料をＡ１０００系の純アルミとした場合、絶縁部材５０の材料として、曲げ弾性率が０．６６ＧＰａ以上、かつ、３．１ＧＰａ以下のスーパーエンプラ又はエラストマー含有のスーパーエンプラ、より好ましくはエラストマーを５ｖｏｌ％以上含有したＰＰＳ又はナチュラルＰＦＡを採用することにより、電池１０のシール性を確保しつつ、かしめ締結時に蓋部３２の外形に変形を生じさせることがない条件を満足できることが確認された。これは、Ａ１０００系アルミの蓋部３２の強度が、蓋部３２を塑性変形させて所定の曲げ弾性率の絶縁部材５０を圧縮するときに必要な面圧に対して十分な大きさであることを意味する。
【００２８】
図５に示すように、蓋部３２とバーリング部３４との接続部分、つまりバーリング部３４の基端部（電池内側端部）にＲ部が形成されている。
絶縁部材５０を外部端子４０の周囲に配置した状態で、蓋部３２の貫通孔３３内に挿入すると、バーリング部３４に形成されるＲ部の存在によって、バーリング部３４の基端部と絶縁部材５０の外側面との間に隙間が形成されることとなる。
【００２９】
以下、図６及び図７を参照して、外装３０と外部端子４０の固定部におけるバーリング部３４基端のＲ部の取り扱いについて説明する。
【００３０】
図６に示す実施形態では、バーリング部３４の外側に拘束リング３５を配置し、外部端子４０を配置した状態で、絶縁部材５０をインサート成形することにより、バーリング部３４のＲ部と絶縁部材５０との隙間を埋めている。また、バーリング部３４のＲ部と絶縁部材５０との隙間を埋めるのと同時に、外部端子４０と絶縁部材５０との隙間も埋めることとなり、気密溝４１内に絶縁部材５０がしっかりと入り込む。
これにより、蓋部３２とバーリング部３４との境界部分にＲ部が形成されていても、バーリング部３４へのプレスの際に押圧力がバーリング部３４と絶縁部材５０の隙間に逃げることがなく、膨出部３４ａを絶縁部材５０の圧縮方向に変形させることができ、プレスの押圧力を絶縁部材５０への圧縮力として最大限に利用できる。これに加えて、気密溝４１内に絶縁部材５０を埋め込むことによって絶縁部材５０と外部端子４０の間の密着度を向上でき、シール性を向上できる。
【００３１】
図７に示す実施形態では、バーリング部３４へのプレス時にＲ部を塑性変形させることによって、蓋部３２の平面方向への変形を逃がすとともに、絶縁部材５０からの反力をＲ部に逃がしている。つまり、バーリング部３４へのプレスによる変形方向の一つとして、Ｒ部によって形成される隙間を含むことによって、絶縁部材５０からの反力による蓋部３２の変形をかかる隙間に逃がすことによって蓋部３２の平面方向への変形を抑制している。
このように、バーリング部３４へのプレスによる蓋部３２の平面方向への変形を抑制できるとともに、絶縁部材５０の曲げ弾性率に関する条件を緩和して採用できる材料を増やすことができる。すなわち、本実施形態ではバーリング部３４の基端部のＲ部を、Ｒ部の存在によって生じる絶縁部材５０との隙間に塑性変形させることによって、蓋部３２の平面方向への変形を吸収するとともに、絶縁部材５０からの反力による変形を吸収する。
なお、このように、Ｒ部によってバーリング部３４の変形の一部を吸収することによって、絶縁部材５０の反力による変形を吸収できるため、絶縁部材５０の構成材料の曲げ弾性率が上述の最大値（３．１［ＧＰａ］）よりも大きい材料を使用することも可能となる。
【００３２】
また、図８に示すように、膨出部３４ａは断面視円弧状に膨出していることが好ましい。つまり、膨出部３４ａは半円状に形成される気密溝４１の面と略相似形状（円弧状）の湾曲面を形成するように膨出し、絶縁部材５０を円弧状に圧縮することにより、絶縁部材５０の圧縮形状が断面視円弧状となることが好ましい。
これによれば、図８（ｂ）に示すように、外部端子４０に外力が作用し、外部端子４０が軸方向に傾いた場合にでも、膨出部３４ａの円弧状の膨出面において略均等に圧力が作用し、圧縮力が大きく低下することがない。さらに、円弧状に圧縮される絶縁部材５０が気密溝４１の内方側又は外方側の何れかのエッジラインと噛み合った状態が維持される。このため、絶縁部材５０への圧縮率が低下することがなく、電池１０のシール性が保たれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電池
３０  外装
３３  貫通孔
３４  バーリング部
３５  拘束リング（拘束部材）
４０  外部端子
４１  気密溝（凹部）
５０  絶縁部材
【図１】
0005614342.tif 000002
【図２】
0005614342.tif 000003
【図３】
0005614342.tif 000004
【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】
0005614342.tif 000009