(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する電池ケースと、及び前記開口部と嵌合する蓋板と、を備えた電池であって、
前記蓋板は、前記電池ケースと嵌合する部分において前記開口部の内寸より小さい部分を備え、
前記蓋板と前記電池ケースとの間に熱可塑性材料が配され、前記蓋板と前記熱可塑性材料とが接着されると共に、前記電池ケースと前記熱可塑性材料とが接着されることにより前記蓋板と前記電池ケースとが接着され、
前記蓋板の表面及び前記電池ケースの表面のうち前記熱可塑性材料が配される部位に、微細な凹凸が設けられ、
前記電池ケースの極性が正極であるとともに前記蓋板の極性が負極であり、又は前記電池ケースの極性が負極であるとともに前記蓋板の極性が正極であり、
前記蓋板は、隣接する電池と接続するためのフランジ部を有することを特徴とする電池。
【請求項２】
電気的極性を帯びた端子の機能を兼ね、かつ一端に開口部を有する金属製の電池ケースと、
電池ケースとは異なる極性を帯びた端子の機能を兼ね、かつ前記開口部の内側面と嵌合する金属製の蓋板とを備える電池であって、
前記蓋板と前記電池ケースとの間に熱可塑性材料が配され、前記蓋板と前記熱可塑性材料とが接着されると共に、前記電池ケースと前記熱可塑性材料とが接着されることにより前記蓋板と前記電池ケースとが接着され、
前記蓋板の表面及び前記電池ケースの表面のうち前記熱可塑性材料が配される部位に、微細な凹凸が設けられ、
前記蓋板は、隣接する電池と接続するためのフランジ部を有することを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口部を有する電池ケースと、前記開口部と嵌合する蓋板とを備えた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に代表されるようなポータブル機器が急速に普及するにつれ、それらの電源として、高性能な二次電池が要求されてきた。このような二次電池として、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を正極及び負極材料に用いた非水電解質二次電池が開発され、既に実用化されている。
【０００３】
そして、近年、その非水電解質二次電池については、ポータブル機器のみならずパワーアシスト自転車やハイブリッド電気自動車など、広い範囲へとその利用用途が広がろうとしている。このような場合、電池の使用環境がポータブル機器のそれとは異なるため、非水電解質二次電池の構造が特に問題となる。そこで、従来から知られる正極及び負極を含む発電要素が電池容器に収容された密閉型の電池構造について、説明する。
【０００４】
特許文献１のコイン型電池では、蓋板より引出端子を樹脂パッキンなどの電気絶縁材料を介して構成し、一方、開口部を有する電池ケースをアルミニウムなどの金属製の有底筒状体で構成して、開口部を蓋板で塞いで、両者をカシメもしくはレーザー溶接により密閉接合して、電解液の漏出を阻止すると同時に、外部からの水や空気の侵入を防ぎ非水電解質二次電池の劣化を防止するようにしている。
特許文献２の電池では、積層型の発電要素の正極用端面電極および負極用端面電極を導電性接着剤により正極用端子、負極用端子と電気的に接続し、電池ケース開口部と金属製の蓋板とを２種類の接着剤を介して封止し、端子間の絶縁とともに密閉性を確保している。
【０００５】
なお、本願図１に、端子構造においてカシメ構造が採用された密閉型電池の形態を開示した。
【特許文献１】特開２００５−７１６４９号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で開示される電池では密閉性を確保するために樹脂製のガスケットの圧縮応力を利用しているところ、外力に対してカシメ部分に力が加わると接合力を安定して保持できないばかりでなく、長期に渡るヒートサイクルによるガスケットの劣化によりカシメ力が弱まることがあり、結果として、電池の気密性の低下が避けられないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２では、上記、樹脂製のガスケットを使用せず絶縁性と密閉性を確保するために２種類の接着剤層を利用しているところ、この特許文献２で開示されるような構造を採用すると、電池を自動車等車両（たとえば、ハイブリッド電気自動車など）に搭載した際に発生する各種の振動が密閉性に悪影響を及ぼすことを避けられないという問題があった。しかも、当該接着剤層のうち１種類は導電性を有していることから、つまりハイブリッド車などの用途として大電流充放電をおこなう場合にはその接着剤層特有の抵抗による発熱が生じる。結果として、接着剤層の劣化ならびに接着強度の低下を生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑みなされた本願発明を、以下に説明する。
【０００９】
（１）本発明では、開口部を有する電池ケースと、及び前記開口部と嵌合する蓋板と、を備えた電池であって、前記蓋板は、前記電池ケースと嵌合する部分において前記開口部の内寸より小さい部分を備え、前記蓋板と前記電池ケースとの間に熱可塑性材料が配されることにより前記蓋板と前記電池ケースとが接着されることを特徴とする。
【００１０】
この発明の具体的な態様としては、たとえば、本願の図２（ａ）又は（ｂ）で示されるような態様がある。なお、図２（ａ）の蓋板は、凹状である。凹状の形状とは、平板と、当該平板の周縁にほぼ垂直な方向に突設させる板とからなる形状を意味するが、幾何学的な精密さを必要とするものではない。
【００１１】
この発明を適用した電池が車両に搭載された場合、図２でいえば左右方向となる方向への振動に対して耐振動性が向上し、密閉強度を保つことが可能となる。
【００１２】
また、本願で言う熱可塑性材料とは、金属材料に対して密封性に優れ接合強度も大きく、通常使用時における耐熱性、耐薬品性および電気絶縁性に優れた樹脂材料が使用される。その熱可塑性材料は、射出成形により配されるものである。
【００１３】
本発明の電池ケースには金属を用いることができるし、蓋板にはその電池ケースと同じ金属又は異なる金属を用いることができる。
【００１４】
（２）本発明では、開口部を有する電池ケースと、及び前記開口部と嵌合する蓋板と、を備えた電池であって、前記蓋板は、前記電池ケースの前記開口部の内寸より小さく、電池ケースと前記蓋板と前記電池ケースとの間に熱可塑性材料が配されることにより前記蓋板と前記電池ケースとが接着されることを特徴とする。
この発明の具体的な態様としては、たとえば、本願の図２（ａ）で示されるような態様がある。
【００１５】
（３）さらに本願では、蓋板は、一の金属材料又は一のクラッド材から構成することを特徴とすることもできる。一の金属材料又は一のクラッド材から構成し、それ自体を端子とすることによれば、電池の製造に要するコストを極めて低減することができる。さらに、電池の形状も極めてシンプルとなり、突出した部位の無い電池を形成することができる。そのため、ハイブリッド電気自動車等に本願発明に係る電池を搭載するにあたってコンパクトな構成とすることができ、かつ高い放電性能を発揮することも可能となる。
【００１６】
また、蓋板形状については、単純な板状とすることもできるし、凹状とすることもできる。しかし、熱可塑性樹脂材料との溶着面積を広くした方が密着強度及び気密性を確保できること、組電池化の際のフランジを低コストで設け易いこと、並びに蓋板を軽量なものとすることができることを考慮すると、凹状が良い。
【００１７】
さらに、蓋板は、その蓋板自体のいずれの部分もが正極又は負極のいずれかの極性を示すように構成することができる。電池ケースについても同様である。そうすると、電池ケースが端子となる機能を備えるし、蓋板が端子となる機能を備えることになる。
【００１８】
（４）本発明では、さらに上記（１）、（２）又は（３）の構成に加えて、前記電池ケースの極性が正極であるとともに前記蓋板の極性が負極であり、又は前記電池ケースの極性が負極であるとともに前記蓋板の極性が正極であることを特徴とする。
【００１９】
電池ケースと蓋板とに対して、電池ケースの中に挿入される発電要素の正極又は負極とそれぞれ電気的に接続されることにより、電池ケースと蓋板とに極性が付与される。
【００２０】
（５）本発明では、上記（１）、（２）、（３）又は（４）の構成に加えて、電池ケースの表面及び／又は前記蓋板の表面のうち熱可塑性材料が配される部位には、表面処理がされていることを特徴とする。
【００２１】
本願発明の表面処理とは、電池ケースと熱可塑性材料との接着を良好とするためのものである。具体的には、電池ケースの表面及び／又は蓋板の表面のうち熱可塑性材料が配される部位に、微細な凹凸を設けることを意味する。これにより、アンカー効果が発揮され、電池ケース又は蓋板を構成する金属と熱可塑性材料との接着性が良好となる。
【００２２】
（６）本発明は、電気的極性を帯びた端子の機能を兼ね、かつ一端に開口部を有する金属製の電池ケースと、及び前記電池ケースとは異なる極性を帯びた端子の機能を兼ね、かつ前記開口部の内側面と嵌合する金属製の蓋板と、を備える電池であって、前記電池ケースと前記蓋板との隙間を熱可塑性材料で接着封止したことを特徴とする。
【００２３】
（７）本発明は、上記（１）から（６）で示す構成が採用された電池を製造する方法であって、前記蓋板と前記電池ケースとの間に熱可塑性材料を配することにより前記蓋板と前記電池ケースとを接着することを特徴とする。
熱可塑性材料を配する方法としては、射出成形がある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、耐振動衝撃性、絶縁性そして気密性を得る為の樹脂部品の圧縮応力を利用することなく、長寿命の信頼性が高く、また、端子部品を使用しないため部品点数が少なく低コストな非水電解質二次電池を提供することが可能となる。したがって、本発明は、ハイブリッド電気自動車用など車載用途に、特に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の最良の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、これらの図においても、図１に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２７】
（１）本願発明の実施例１に係る角形の非水電解質二次電池を例として、以下に説明する。実施例１に係る非水電解質二次電池の破断斜視図を図３に示したので、まず、これを参照すると、その構造を把握しやすい。
【００２８】
この実施例１の電池は、図２（ａ）に示すように、金属製の角形筒状の電池ケース５の片端開口部に、耐非水電解液性を有する熱可塑性材料６を溶融状態で流し込み冷やし固めることで金属製の方形状の蓋板７を封止溶着している。
【００２９】
なお、蓋板７はここでは板状となっているが、図２（ｂ）に示した鍋蓋形状でも良い。この電池ケースの内部には、図示しない発電要素が収納されると共に非水電解液が充填される。発電要素は、正極と負極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、これらの正極と負極は、それぞれ図示しない集電板に接続されている。
【００３０】
実施例１は、非水電解質二次電池について示すので、正極側となる金属部品は正極電位で非水電解液に溶解しないアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、負極側となる金属部品は、負極活物質と合金化しない銅又は銅合金、ニッケル−銅クラッド材などが用いられる。
従って、ここでは電池ケースとなる電池ケース５と蓋板８は、正極側とするためアルミニウムが用いられ、負極側となる蓋板７はニッケル−銅クラッド材が用いられている。
【００３１】
（２）次に、電池ケースが熱可塑性樹脂材料と接触する部位についての表面処理を、説明する。
電池ケース５であるアルミニウム合金の表面処理法として、水溶液に浸漬する「水溶液浸漬法」があり、本実施例ではアルミニウムをアンモニア（ＮＨ３）の水溶液で浸漬処理したのち、水洗して乾燥させる方法を採用した。その結果、アルミニウム表面は、超微細な凹部が形成されたエッチング面となった。
【００３２】
一方、負極端子を兼ねた蓋板７である銅の表面処理法として、銅表面をアゾール化合物および有機酸を含有する水溶液と接触させ、銅表面にアゾール化合物の厚い被膜を形成後、さらにマイクロエッチング法による表面祖化を行い、樹脂との接着性を著しく向上させた。
【００３３】
（３）電池ケース５と負極端子を兼ねた蓋板７との一体成形方法について公知の手法によれば良いので簡単に説明する。図４に示されるように、蓋板７と筒状の電池ケース５間に熱可塑性材料を形成するための耐熱性に優れた金属で形成された射出成形金型（以下、金型）９は用意し、下部取付板９ａの上面に可動下型９ｂを設け、あらかじめ内部に筒状の筒状の電池ケース５を設置させた。可動下型９ｂの中央部が電池ケース５内に嵌まり込むように介挿した。
【００３４】
上部取付板９ｃの下面には固定上型９ｄを設け、電池ケース５の開口部上面５ｂと蓋板７の上面に密着するように載置した。固定上型９ｄの下面には空洞部１０を形成し、この空洞部１０は固定上型９ｄの下面と電池ケース５の内面５ａと蓋板側面７ａとで角状の空洞部を構成させた。
【００３５】
この角状の空洞部１０は天井の一部には上下に貫通する注入路９ｄ１が形成され、注入路９ｄ１の上部開口と重なる上部取付板９ｃの同位置には、上下に貫通する貫通孔９ｃ１が形成されており、貫通孔９ｃ１内に位置する注入路９ｄ１の上端には樹脂注入口９ｃ２が形成されている。
【００３６】
（４）次いで、金型９を利用した蓋板７と電池ケース５間への熱可塑性樹脂材料の射出成形について具体的に説明する。
まず、樹脂注入口９ｃ２には、ヒータなどで溶融した樹脂が射出プランジャ１１によって注入し、注入路９ｄ１を介して空洞部１０に流れ込んだ。この熱可塑性樹脂材料には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。
【００３７】
空洞部１０内に熱可塑性樹脂材料を流し込ませた充填させたのち、樹脂注入口９ｃ２の上部より射出プランジャ１１を注入路９ｄ１に向けて押し込み、さらに圧力を加えることで樹脂を表面処理が施された電池ケース５の開口部内面５ａと蓋板７の端面７ａに密着させた。そして、熱可塑性樹脂材料を金型９内で冷却させ固めたのち、下部取付板９ａ側から下方に可動下型９ｂを取り外し、金型９を開口して電池ケース５を取り外すと、図２に示されるように電池ケースの開口部に蓋板７が一体に接合された成形品が完成した。
【００３８】
このように、電池ケース５の開口部内周面５ａと蓋板７の外周面７ａには、あらかじめ前述の前処理により、微細な凹部が表面処理されているため、この表面処理された部分に射出成形によって熱溶融された熱可塑性樹脂が金型に流れ込み、さらに、熱可塑性樹脂に射出圧に加えられるため開口部内周面５ａと蓋板７の外周面７ａの間に樹脂が均質的に密接された状態となる。そして、開口部内周面５ａと蓋板７の外周面７ａの間で熱可塑性樹脂との密着度が高い効果的な密着性能が得られ、かつ電池ケース５と蓋板７との強固な接合を可能とした。
【００３９】
（５）最後に、蓋板７と電池ケース５とが樹脂を介して溶着された後、蓋板７に発電要素の負極側電極に接続された集電板を溶接し、正極側となるアルミニウム製の蓋板８を電池ケース５の片端開口部に嵌め込んでレーザー溶接した。以上により、実施例１の電池を完成させた。
【００４０】
（比較例１）
比較例１として、蓋板が、電池ケースの内寸より小さい部分を有しない電池を製作した。具体的には、その蓋板が、電池ケースの外寸と等しくなるようにした。この場合において、電池ケースと蓋板との間の溶着方法その他の電池を製作する方法については、前記実施例１と同様の方法とした。
【００４１】
（電池の評価方法、及びその結果）
実施例１と比較例１の電池のそれぞれについて、振動が直接伝わるように振動試験機に固定し、振動試験をおこなった。その条件は、上下、左右方向について最大２Ｇが印加される振動試験であり、試験時間は合計２４時間である。そして、その後、８０℃の温度環境下で３０日間放置した。最後に、かかる試験の前と後との実施例１の電池及び比較例１の電池の質量変化を評価した。
【００４２】
その結果、比較例１の電池では約３０ｍｇの質量減少が認められたが、実施例１の電池では質量減少が認められなかった。したがって、実施例１の電池では、良好な気密性が確保されていることが確認できた。すなわち、本願発明が実施された実施例１の電池では、耐振動衝撃性・絶縁性・気密性を確保されていることが分かった。おそらく、左右方向に対する振動に対する耐性が向上したためと考えられる。
【００４３】
（その他の実施形態について）
上記実施例１では、断面形状が凹状の蓋板である場合を示したが、車載の場合を想定して、これらの電池を組電池とするために、隣接電池との接続を考慮した蓋板形状にすることもできる。例えば、蓋板にフランジ部を設け、接続の際はフランジ部７ｂと隣接電池の正極側蓋板をレーザー溶接やＴＩＧ溶接等の溶接によって固着してもよい。参考までに、本発明の非水電解質二次電池を２直列した全体図を、図５に示す。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態に係る実施例１に即して説明したが、本発明で特定される範囲は上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の非水電解質二次電池の全体図を示す斜視図である。
【図２】本発明を実施する態様に係る２種類の非水電解質二次電池の断面図である。
【図３】本発明の実施例における非水電解質二次電池の一部破断斜視図である。
【図４】電池ケースと蓋板の間に射出成形で設けられる熱可塑性材料の射出成形金型、および電池ケースと蓋板と熱可塑性材料の一体成形過程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例における非水電解質二次電池が２つ直列に接続された全体図、及びその接続部の拡大図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      電池ケース
２      蓋
３ａ    正極端子
３ｂ    負極端子
４      樹脂パッキン
５      電池ケース
５ａ    電池ケースの開口部内周面
５ｂ    電池ケースの開口部上面
６      熱可塑性樹脂材料
７      負極用蓋板
７ａ    蓋板外周面
７ｂ    隣接電池との接続用フランジ部
８      正極用蓋板
９      射出成形金型
９ａ    下部取付板
９ｂ    可動下型
９ｃ    上部取付板
９ｃ１  貫通孔
９ｃ２  樹脂注入口
９ｄ    固定上型
９ｄ１  注入路
１０    空洞部
【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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