(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体(11)の開口部に蓋体(12)を固定してなる電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)が収容され、電池缶(１)の蓋体(12)には電極端子機構(４)が取り付けられ、巻き取り電極体(２)と電極端子機構(４)とが、集電タブ(３)により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を電極端子機構(４)から外部に取り出すことが可能な筒型二次電池において、電極端子機構(４)は、蓋体(12)の内面と該内面に対向する端子部材(５)の表面との間を電気的に絶縁するパッキン部材(６)を具え、該パッキン部材(６)は、その外周部に、蓋体(12)の内面全体を覆う鍔部(62)を具えていることを特徴とする筒型二次電池。
【請求項２】
筒体(11)の開口部に蓋体(12)を固定してなる電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)が収容され、電池缶(１)の蓋体(12)には電極端子機構(４)が取り付けられ、巻き取り電極体(２)と電極端子機構(４)とが、集電タブ(３)により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を電極端子機構(４)から外部に取り出すことが可能な筒型二次電池において、電極端子機構(４)は、蓋体(12)に開設された中央孔(18)を貫通して配置された端子部材(５)を具え、該端子部材(５)には、蓋体(12)の外側へ突出するねじ軸部(53)と、蓋体(12)の内側に位置するフランジ部(51)とが形成され、端子部材(５)のねじ軸部(53)にはナット(８)が螺合し、端子部材(５)のフランジ部(51)に、巻取り電極体(２)から伸びる集電タブ(３)の先端部が連結され、蓋体(12)の中央孔(18)の内周面と端子部材(５)の外周面との間、並びに蓋体(12)の外面とナット(８)の背面との間は、絶縁部材によって電気的に絶縁されると共に、蓋体(12)と端子部材(５)のフランジ部(51)との対向面間は、パッキン部材(６)によって電気的に絶縁され、該パッキン部材(６)は、その外周部に、蓋体(12)の内面全体を覆う鍔部(62)を具えていることを特徴とする筒型二次電池。
【請求項３】
蓋体(12)とパッキン部材(６)の対向面間、並びに端子部材(５)のフランジ部(51)とパッキン部材(６)の対向面間には、それぞれシール部材が介在して、電池缶(１)の気密性が保たれている請求項２に記載の筒型二次電池。
【請求項４】
パッキン部材(６)は、ポリプロピレン、ポリエチレン、若しくはフッ素樹脂から形成されている請求項２又は請求項３に記載の筒型二次電池。
【請求項５】
前記絶縁部材は、蓋体(12)の中央孔(18)の内周面と端子部材(５)の外周面との間に介在する絶縁パッキン(７)と、蓋体(12)の外面とナット(８)の背面との間に介在する絶縁リング(71)とから構成され、絶縁パッキン(７)は、ポリプロピレン、ポリエチレン、若しくはフッ素樹脂から形成され、絶縁リング(71)は、ポリテトラフルオロエチレン若しくはガラス繊維から形成されている請求項２乃至請求項４の何れかに記載の筒型二次電池。
【請求項６】
蓋体(12)の中央孔(18)は断面多角形であって、端子部材(５)は、フランジ部(51)とねじ軸部(53)の間に、蓋体(12)の中央孔(18)に係合可能な角柱部(52)を具えている請求項２乃至請求項５の何れかに記載の筒型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されて、電池缶に取り付けられた電極端子機構から巻き取り電極体の発生電力を取り出すことが可能な筒型二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として、エネルギー密度が高く、然もカドミウムや鉛の如き有害物質を含まないリチウム二次電池が注目されている。
例えば電気自動車に用いられる比較的大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図３に示す様に、筒体(11)の両開口部にそれぞれ蓋体(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。各蓋体(12)には、電極端子機構(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と各電極端子機構(９)とがそれぞれ、複数本の集電タブ(３)により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体(12)には安全弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、リチウム複合酸化物を含む正極(21)と炭素材料を含む負極(23)の間に、非水電解液が含浸されたセパレータ(22)を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。巻き取り電極体(２)の正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(９)に接続されている。
尚、図３は、一部の集電タブの先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態を示し、他の集電タブについては、電極端子機構(９)との接続部を図示省略している。
【０００４】
電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたネジ部材(91)を具え、該ネジ部材(91)の基端部にはフランジ部(92)が形成されている。蓋体(12)の貫通孔には、例えばポリプロピレン製の絶縁パッキン(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。ネジ部材(91)には、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、第１ナット(95)及び第２ナット(96)が螺合している。第１ナット(95)を締め付けて、ネジ部材(91)のフランジ部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキン(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、ネジ部材(91)のフランジ部(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって連結されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の円筒型二次電池においては、金属製の電池缶(１)の内面がむき出しになっているため、特に電気自動車等の車両に搭載した場合、振動や衝撃が加わることによって、集電タブ(３)が電池缶(１)の内面、特に蓋体(12)の内面に接触して、集電タブ(３)と電池缶(１)とが短絡する虞れがあった。特に大型の円筒型二次電池においては、高容量、高出力化に伴って、集電タブ(３)の本数が増大するため、蓋体(12)との接触の可能性が高い。
【０００６】
そこで、蓋体(12)の内面に、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂塗料を塗布して、蓋体(12)の内面に絶縁膜を形成した二次電池が提案されている(特開平5-182647号［H01M2/02］)。
ところが、上述の樹脂塗料からなる絶縁膜は、電池缶(１)中の電解液に晒されることにより膨潤して軟化し、蓋体(12)内面から剥がれたり、集電タブ(３)の衝突によって破損する虞れがあった。
【０００７】
又、電池缶(１)の蓋体(12)と巻き取り電極体(２)の間に、蓋体(12)の内面全体を覆うことが可能な絶縁カバーを配備して、集電タブ(３)と蓋体(12)の間の短絡を防止した二次電池が知られているが、絶縁カバーの配置によって部品点数が増え、組立工数が増大してコストアップを招く問題がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、電池缶(１)の蓋体(12)と巻き取り電極体(２)の間に確実な電気的絶縁性が得られ、然も、組立工数が増大することのない構造の筒型二次電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る筒型二次電池において、電極端子機構(４)は、電池缶(１)の蓋体(12)に開設された中央孔(18)を貫通して配置された端子部材(５)を具えている。該端子部材(５)には、蓋体(12)の外側へ突出するねじ軸部(53)と、蓋体(12)の内側に位置するフランジ部(51)とが形成され、端子部材(５)のねじ軸部(53)にはナット(８)が螺合し、端子部材(５)のフランジ部(51)に、巻取り電極体(２)から伸びる集電タブ(３)の先端部が連結されている。
又、蓋体(12)の中央孔(18)の内周面と端子部材(５)の外周面との間、並びに蓋体(12)の外面とナット(８)の背面との間は、絶縁部材によって電気的に絶縁されると共に、蓋体(12)の内面と端子部材(５)のフランジ部(51)の表面との間は、パッキン部材(６)によって電気的に絶縁されている。
該パッキン部材(６)は、蓋体(12)と端子部材(５)のフランジ部(51)によって挟圧されるボス部(61)と、該ボス部(62)の外周部に突設されて蓋体(12)の内面全体を覆う鍔部(62)とを具えている。
又、蓋体(12)とパッキン部材(６)の対向面間、並びに端子部材(５)のフランジ部(51)とパッキン部材(６)の対向面間には、それぞれシール部材が介在して、電池缶(１)の気密性が保たれている。
【００１０】
上記本発明の筒型二次電池においては、パッキン部材(６)の鍔部(62)が、蓋体(12)の内面全体を覆っているので、電池缶(１)に対して振動や衝撃が加わって、巻き取り電極体(２)が電池缶(１)内で移動したとしても、集電タブ(３)は、パッキン部材(６)の鍔部(62)によって受け止められ、蓋体(12)の内面に接触することはない。ここで、パッキン部材(６)を、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等から形成すれば、電解液中で膨潤することはない。従って、電池缶(１)の蓋体(12)と巻き取り電極体(２)との短絡が確実に防止される。
尚、パッキン部材(６)のボス部(61)は、従来の絶縁パッキン(93)の機能を発揮するものであって、該ボス部(61)と一体に鍔部(62)が形成されているので、従来の如く別体の絶縁カバーを配備した二次電池に比べて部品点数が減少し、組立工数も減少する。
【００１１】
具体的構成において、前記絶縁部材は、蓋体(12)の中央孔(18)の内周面と端子部材(５)の外周面との間に介在する絶縁パッキン(７)と、蓋体(12)の外面とナット(８)の背面との間に介在する絶縁リング(71)とから構成され、絶縁パッキン(７)は、ポリプロピレン、ポリエチレン、若しくはフッ素樹脂から形成され、絶縁リング(71)は、ポリテトラフルオロエチレン若しくはガラス繊維から形成されている。
該具体的構成によれば、絶縁リング(71)がポリテトラフルオロエチレン若しくはガラス繊維から形成されているので、従来の如くポリプロピレン製の絶縁パッキンを蓋体とナットの間に介在させた二次電池に比べて、ナット(８)の締め付け力を増大させることが可能であり、これによってシール性を高めることが出来る。
【００１２】
又、他の具体的構成において、蓋体(12)の中央孔(18)は断面多角形であって、端子部材(５)は、フランジ部(51)とねじ軸部(53)の間に、蓋体(12)の中央孔(18)に係合可能な角柱部(52)を具えている。
この場合、蓋体(12)の中央孔(18)の内周面と端子部材(５)の角柱部(52)との間に介在する絶縁パッキン(７)は角筒状に形成される。
該具体的構成によれば、蓋体(12)の中央孔(18)内における端子部材(５)の回転が阻止されるので、端子部材(５)のねじ軸部(53)に対してナット(８)をねじ込む過程で、端子部材(５)が伴回りすることはなく、ナット(８)の締め付けを容易に、然も大きなトルクで行なうことが出来る。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る筒型二次電池によれば、電池缶(１)の蓋体(12)と巻き取り電極体(２)の間に確実な電気的絶縁性が得られ、然も、従来に比べて部品点数や組立工数が増大することはなく、低コストで製造、組立が可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る円筒型二次電池は、図１に示す如く、筒体(11)の両開口部にそれぞれ蓋体(12)を溶接固定してなる円筒状のアルミニウム製電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。
尚、電池缶(１)の外径は６５ｍｍ、長さは３００ｍｍであって、蓋体(12)の厚さは３ｍｍに形成されている。又、電池容量は、７０Ａｈ(０.１２５Ｃ充電)である。
【００１５】
巻き取り電極体(２)は、正極集電体となるアルミニウム箔の表面にリチウム複合酸化物を含む正極層を形成してなる正極と、負極集電体となる銅箔の表面に炭素粉末を含む負極層を形成してなる負極との間に、非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて、これらを渦巻き状に巻回したものであって、正極からは１２本のアルミニウム製の集電タブが引き出されている。又、負極からは１２本のニッケル製の集電タブが引き出されている。
各蓋体(12)には、電極端子機構(４)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と各電極端子機構(４)とがそれぞれ、前記１２本の集電タブ(３)により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(４)(４)から外部に取り出すことが可能となっている。
尚、集電タブ(３)は、厚さ０.１ｍｍに形成されている。
【００１６】
又、蓋体(12)には、図２に示す如く、電極端子機構(４)が貫通すべき断面四角形の中央孔(18)が開設され、中央孔(18)の両側には、組立時に電解液注入のために用いるねじ孔(17)と、リング部材(14a)及び弁膜(14b)からなる爆裂型の安全弁(14)を取り付けるための圧力逃し孔(15)が開設されている。尚、電解液の注入後、ねじ孔(17)にはねじ栓(16)がねじ込まれる。又、安全弁(14)は、蓋体(12)の圧力逃し孔(15)の開口縁にて溶接固定される。
【００１７】
正極側の電極端子機構(４)は、蓋体(12)を貫通して取り付けられるアルミニウム製の端子部材(５)を具えている。端子部材(５)は、蓋体(12)に開設された断面四角形の中央孔(18)を貫通する断面四角形の角柱部(52)と、角柱部(52)に上向きに突設されたねじ軸部(53)と、角柱部(52)の下端部に形成されたフランジ部(51)とから構成され、フランジ部(51)の上面には、フッ素樹脂製のＯリング(72)が嵌まるリング溝(54)が凹設されている。負極側の電極端子機構(４)も、端子部材(５)をニッケル製とする以外は同様にして作製する。
【００１８】
又、電極端子機構(４)は、蓋体(12)と端子部材(５)のフランジ部(51)との間に介在する円板状パッキン部材(６)を具えている。パッキン部材(６)は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、若しくはフッ素樹脂を用いて一体成型され、蓋体(12)と端子部材(５)のフランジ部(51)によって挟圧されるボス部(61)と、該ボス部(62)の外周部に突設されて蓋体(12)の内面全体を覆うことが可能な鍔部(62)とから構成されている。
パッキン部材(６)のボス部(61)の中央部には、断面四角形の中央孔(64)が開設されている。又、鍔部(62)には、蓋体(12)の圧力逃し孔(15)と対応する位置に第１の貫通孔(65)が開設されると共に、蓋体(12)のねじ孔(17)に対応する位置に第２の貫通孔(66)が開設されている。
更に、パッキン部材(６)の蓋体(12)との対向面には、フッ素樹脂製のＯリング(73)が嵌まるリング溝(67)が凹設されている。
尚、端子部材(５)のフランジ部(51)との対向面や、蓋体(12)の内面にも、それぞれ前記Ｏリング(72)(73)が嵌まるリング溝(図示省略)が凹設されている。
【００１９】
蓋体(12)の中央孔(18)には、角筒状のポリプロピレン製絶縁パッキン(７)が装着される。
蓋体(12)の中央孔(18)から突出する端子部材(５)のねじ軸部(53)には、ポリテトラフルオロエチレン製の絶縁リング(71)及びアルミニウム製のワッシャ(81)が嵌められ、更にその上部に、アルミニウム製のナット(８)が螺合され、締め付けられる。
【００２０】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、電池缶(１)を構成すべき蓋体(12)に電極端子機構(４)を取り付ける一方、筒体(11)の内部に巻き取り電極体(２)を装入した状態で、巻き取り電極体(２)から伸びる複数本の集電タブ(３)の先端部を電極端子機構(４)のフランジ部(51)の背面に溶接し、その後、蓋体(12)を筒体(11)の開口部に被せて、両者を互いに溶接固定する。
そして、蓋体(12)のねじ孔(17)から電池缶(１)内に電解液を注入した後、ねじ孔(17)にねじ栓(16)をねじ込み、更にナット(８)を増し締めして、組立を完了する。
これによって、図１に示す円筒型二次電池が完成する。
【００２１】
上記円筒型二次電池においては、絶縁パッキン(７)及び絶縁リング(71)によって、電池缶(１)の蓋体(12)と端子部材(５)の角柱部(52)及びねじ軸部(53)との間の電気的絶縁性が保たれると共に、パッキン部材(６)によって、電池缶(１)の蓋体(12)と端子部材(５)のフランジ部(51)との電気的絶縁性が保たれる。又、Ｏリング(72)(73)によって、電池缶(１)の蓋体(12)と端子部材(５)の間のシール性(気密性)が保たれる。
更に、電池缶(１)の蓋体(12)の内面全体がパッキン部材(６)によって覆われているので、電池缶(１)内で巻き取り電極体(２)が移動して、集電タブ(３)が弛んで蓋体(12)の内面へ接近したとしても、該集電タブ(３)はパッキン部材(６)の鍔部(62)により受け止められ、これによって電池缶(１)の蓋体(12)と集電タブ(３)との短絡が阻止される。
【００２２】
特に、上記実施例では、端子部材(５)の角柱部(52)が蓋体(12)の中央孔(18)に係合して、端子部材(５)の回転が阻止されるので、ナット(８)を従来よりも強い力で締め付けたとしても、端子部材(５)が伴回りすることはなく、これによって従来よりも高いシール性が得られる。この際、絶縁リング(71)としてポリテトラフルオロエチレン材が採用されているので、強い締め付け力によって絶縁リング(71)が破損する虞れはない。
【００２３】
上記本発明の円筒型二次電池のパッキン部材による効果を確認するべく、図１に示すパッキン部材(６)としてポリプロピレン材、ポリテトラフルオロエチレン材、及びポリエチレン材をそれぞれ採用した発明例Ａ１、Ａ２及びＡ３と、図３に示す従来の二次電池の蓋体(12)の内面に厚さ５μｍの塩化ビニル樹脂(塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体)の絶縁膜を形成した従来例を、それぞれ１０個ずつ試作し、これらの電池に、振動数１００Ｈｚ、加速度３Ｇの振動を３０分間加えて、蓋体(12)と集電タブ(３)の間の短絡の有無を調べたところ、発明例においては何れも、短絡が発生しなかったのに対し、従来例では、１０個中の５個の電池で短絡が発生した。
短絡の発生した電池を解体して短絡の原因を調べたところ、蓋体(12)内面の塩化ビニル樹脂層が電解液によって膨潤して軟化しており、集電タブが塩化ビニル樹脂層を貫通して、蓋体の内面に接触していることを確認した。
【００２４】
又、上記本発明の円筒型二次電池の角柱部(52)を具えた端子部材(５)による効果を確認するべく、図１に示す二次電池においては、トルクレンチを用いてナット(８)を８０Ｋｇｆ・ｃｍのトルクで締め付けて、電池の組立を行なった。一方、図３に示す従来の二次電池においては、ナット(95)の締め付け力を徐々に増大させて、ねじ部材(91)が伴回りを開始する時点で締め付けを止め、電池の組立を行なった。尚、従来の二次電池におけるナットの最終的な締め付けトルクは４０Ｋｇｆ・ｃｍであった。この様な方法で組み立てた本発明電池Ａ−１、Ａ−２及びＡ−３と、従来電池Ｂ−１、Ｂ−２及びＢ−３のそれぞれにつき、窒素ガスを用いて電池缶内を１〜７Ｋｇ／ｃｍ2の範囲で徐々に加圧し、石鹸液によって各圧力におけるリークの有無を調べた。
【００２５】
この結果、本発明電池Ａ−１、Ａ−２及びＡ−３では何れの圧力でもリークが発生しなかったが、従来電池Ｂ−１では、４ｋｇ／ｃｍ2、従来Ｂ−２では５ｋｇ／ｃｍ2、従来電池Ｂ−３では４ｋｇ／ｃｍ2でリークが発生した。
これは、本発明電池では、ナットの締め付け力が大きく、十分な気密性が得られるに対し、従来電池ではナットの締め付け力が小さいために、十分な気密性が得られないことによるものである。
【００２６】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、パッキン部材(６)と絶縁パッキン(７)は、一体に成型することも可能である。又、Ｏリング(72)(73)に代えて、シート状のシールパッキンを採用することも可能である。更に又、端子部材(５)の角柱部(52)及び蓋体(12)の中央孔(18)の断面形状は、四角形に限らず、六角形等、任意の多角形を採用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型二次電池の要部を示す断面図である。
【図２】電極端子機構の分解斜視図である。
【図３】従来の円筒型二次電池の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
(１)  電池缶
(11)  筒体
(12)  蓋体
(18)  中央孔
(14)  安全弁
(２)  巻き取り電極体
(３)  集電タブ
(４)  電極端子機構
(５)  端子部材
(51)  フランジ部
(52)  角柱部
(53)  ねじ軸部
(６)  パッキン部材
(61)  ボス部
(62)  鍔部
(７)  絶縁パッキン
(71)  絶縁リング
(８)  ナット
【図１】
0003717684.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003717684.tif 000004