(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池蓋に固定され、電池ケースに収容された電極群から電気的に導通され外部負荷に接続される正極及び負極外部集電端子を備えた非水電解液電池において、
前記外部集電端子は前記電池蓋下部側で拡径されたフランジ部と該外部集電端子の先端部に螺刻された雄ねじ部とを有し、該雄ねじ部に螺合するナットを用いて該ナットと前記フランジ部とが前記電池蓋に締め付けられており、前記フランジ部の上面及び前記電池蓋の下面には環状又は円形状のエッジを有し嵌合する凸部及び凹部がそれぞれ形成され、該凸凹部の間に絶縁弾性部材が介在しており、前記凸凹部が前記絶縁弾性部材の表面に食い込んでいることを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】
前記絶縁弾性部材はＰＦＡ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液電池。
【請求項３】
前記電池蓋の下面に形成された凹部は前記フランジ部の外形形状と相似形かつ非円形であり、該凹部と前記フランジ部とが前記絶縁弾性部材を介して嵌合されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水電解液電池。
【請求項４】
前記電池蓋に外部集電端子位置固定用の突起を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水電解液電池に係り、特に電池蓋に固定され、電池ケースに収容された電極群から電気的に導通され外部負荷に接続される正極及び負極外部集電端子を備えた非水電解液電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に広く用いられている二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池などの水溶液系二次電池が主流であった。しかし、これらの水溶液系二次電池は、水の分解電位を越える動作電圧が得られないので、エネルギー密度が低いという欠点を有していた。そこで最近では、リチウム二次電池に代表される非水電解液電池の研究開発が盛んである。この非水電解液電池は、動作電圧が高く、高エネルギー密度を有し、サイクル特性に優れているので、電気容量が１．５Ａｈ程度の民生用小型電池のみならず、省エネルギー、環境保全の観点から電力貯蔵や電気自動車用として用いられる高電圧、高エネルギー密度、高出力の大型電池への展開が期待されている。
【０００３】
しかしながら、非水電解液電池では、電池内への水分の侵入を厳密に防止する必要があり、電池の気密性は水溶液系以上に重要である。民生用小型電池は、外部集電端子を兼ねた蓋と電池容器とのカシメ機構により密閉するが、電気容量が５Ａｈを上回るような大型電池ではカシメ部の面積が大きくなるのでカシメ機構による気密性を保つことが難しく、また電池容量が大きくなるので出力電流値も大きくなり外部集電端子を独立して使用する必要があり、更にその外部集電端子付近の密閉構造も信頼性の高いものでなければならないなど大型電池特有の問題がある。
【０００４】
このため大型の非水電解液電池では、例えば、特開平第９−９２２４８号公報に開示されているように、電池容器と蓋とをレーザー溶接により密閉し、外部集電端子周辺はセラミックワッシャやＯリングを使用する構造が一般的であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術による外部集電端子部の密閉構造において、セラミックワッシャを使用する場合、セラミックは無機酸化物の焼結体であるため細孔ができやすく、また表面はその細孔により凹凸がありその凹凸部を気体が通過する。またセラミックワッシャはワッシャ当接面の平面度が高くないと割れるという問題がある。これらの理由により、セラミックワッシャは蓋と外部集電端子との絶縁は保てるがセラミックワッシャ自体で密閉を保つことは難しい。また、Ｏリングは熱あるいは非水電解液との接触により膨潤するので、初期密閉していたものが、密閉を保てなくなる。従って、Ｏリングを使用する場合には、Ｏリングの膨潤を予想し、Ｏリング外側にそのＯリングの膨潤による変形を阻止するためだけの機能を持たせた部材が必要となる。しかし、Ｏリングでは蓋と外部集電端子との絶縁を保つことができない。よって、従来の外部集電端子付近の気密構造では、セラミックワッシャとＯリング、更にその機能を維持させるための付属部品を併用することにより密閉を保つので、部品個数が多くなり作業が複雑化する、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、外部集電端子付近の部品個数を少なくすることで作業効率を向上させると共に、大型の非水電解液電池に特に有効な密閉構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、電池蓋に固定され、電池ケースに収容された電極群から電気的に導通され外部負荷に接続される正極及び負極外部集電端子を備えた非水電解液電池において、前記外部集電端子は前記電池蓋下部側で拡径されたフランジ部と該外部集電端子の先端部に螺刻された雄ねじ部とを有し、該雄ねじ部に螺合するナットを用いて該ナットと前記フランジ部とが前記電池蓋に締め付けられており、前記フランジ部の上面及び前記電池蓋の下面には環状又は円形状のエッジを有し嵌合する凸部及び凹部がそれぞれ形成され、該凸凹部の間に絶縁弾性部材が介在しており、前記凸凹部が前記絶縁弾性部材の表面に食い込んでいることを特徴とする。本発明では、前記ナットにより該ナットと前記フランジ部とが締め付けられ、前記フランジ部上面と前記電池蓋下面とに形成された凸部及び凹部が嵌合して前記絶縁弾性部材に食い込むので、絶縁弾性部材がシールとして機能する。従って、外部集電端子が固定された電池蓋近傍の密閉を確保することができる。
【０００８】
この場合において、前記絶縁弾性部材をＰＦＡ樹脂とすれば、ＰＦＡ樹脂は弾性を有する他、絶縁性、耐圧縮性、非膨潤性、耐熱性に優れ、セラミックワッシャやＯリング、更に付属部品を使用することなく外部集電端子が固定された電池蓋近傍の密閉を保つことができるので、部品個数を少なくすることができる。また、前記電池蓋の下面に形成された凹部は前記フランジ部の外形形状と相似形かつ非円形であり、該凹部と前記フランジ部とを前記絶縁弾性部材を介して嵌合されるようにすれば、外部集電端子は位置が固定されるので、電極群からの電気的導通接続部が固定される。そして、前記電池蓋に外部集電端子位置固定用の突起を備えるようにすれば、請求項３に記載した発明のように電池蓋下面に凹部を形成しなくても外部集電端子の位置固定ができるので、電池蓋は凹部を形成する分の薄型化を図ることができ電池蓋の重量を軽くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明が適用される非水電解液電池の第１の実施の形態について説明する。
【００１０】
（構成）
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の非水電解液電池は、発電要素である電極群を備えている。電極群には、複数枚の正極板５と負極板６とが両極板が直接接触しないようにセパレータ９を介して積層されている。電極群の外側には正極板５が配置されるので、正極板５の枚数が負極板６の枚数より１枚多く積層されている。各正極板５及び負極板６からはそれぞれ正極リード３及び負極リード４が引き出されており、正極リード３及び負極リード４はそれぞれ重ねられて外部集電端子としての正極集電端子１及び負極集電端子２の下部に溶接されている。
【００１１】
図１に示すように、正極集電端子１は、先端外周部にナット２０と螺合するねじ溝が形成された雄ねじ部２５と、絶縁弾性部材としての下パッキン２１を支持すると共にステンレス製の電池蓋８の下面にこの下パッキン２１を介してナット２０により電池蓋８に締め付けられるフランジ部４１と、を有している。フランジ部４１の上面にはフランジ部４１より小径の円形状（円筒状）の凸部４０がフランジ部４１と一体に形成されている。一方、電池蓋８の下面には凸部４０に対応して円形状のエッジ部が形成されており、更に、電池蓋８のエッジ部外周下面にはフランジ部４１上面に対応して凹部が形成されている。従って、電池蓋８の下面はエッジ部、凹部、下面の断面階段状とされている。また、凸部４０及びフランジ部４１がナット２０で締め付けられた際にエッジ部を含む凹部は下パッキン２１を介して凸部４０及びフランジ部４１と嵌合する構造となっている。本実施形態では、この凸部４０の高さ及び電池蓋８のエッジ部の深さをそれぞれ０．５ｍｍとした。また、下パッキン２１はＰＦＡ樹脂製であり、正極集電端子１の凸部４０より上部側が挿通可能なように中心部に円形の挿通穴が形成されており、下面が凸部４０及びフランジ部４１の上面に、上面が電池蓋８のエッジ部、凹部及び下面に挟入された断面階段状の形状とされている。
【００１２】
一方、電池蓋８の上面には、ＰＦＡ樹脂製の上パッキン２２が電池蓋８に当接して配置されている。上パッキン２２は、電池蓋８と正極集電端子１との間を絶縁するために、先端部が下パッキン２１に当接する、下部方向へ突出した円筒状の突起を有しており、正極集電端子１の凸部４０より上部側が挿通可能なように中心部に挿通穴が形成されている。ナット２０と上パッキン２２との間には上から順に波ワッシャ２４と平ワッシャ２３とが正極集電体１に挿通されて配置されている。正極集電端子１は、下から順に凸部４０及びフランジ部４１の上面に配置された下パッキン２１、電池蓋８、上パッキン２２、平ワッシャ２３及び波ワッシャ２４を挟んで雄ねじ部２５と螺合するナット２０で電池蓋８に締め付けられている。
【００１３】
図２に示すように、フランジ部４１の外形形状は六角形であり、このフランジ部４１の形状に適合させて下パッキン２１の外形形状も六角形とされている。また、図１乃至図３に示すように、フランジ部４１下面からは下部方向へ方形細長状のリード溶接部が延出されており、上述したようにこのリード溶接部に正極リード３が溶接されている。なお、負極集電端子２側も正極集電端子１側と同様の構造とされている。
【００１４】
本実施形態の非水電解液電池を作製するには、各外部集電端子のリード溶接部にそれぞれ正極リード３及び負極リード４を溶接した後、ナット２０を５０ｋｇｆ／ｃｍのトルクで締め付け、外部集電端子周辺の密閉性を確保して、電極群をステンレス製の電池ケースとしての電池缶７に挿入する。次に、電池蓋８で電極群を挿入した開口部を封口する。なお、本実施形態では、電池缶７及び電池蓋８にステンレス材料を使用したことから、開口部の封口をレーザー溶接により行った。
【００１５】
その後、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒に１モル／リットルの割合で６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解させた電解液を、電池蓋８に形成した図示しない注入孔から注入し、この注入孔を密閉することにより密閉構造の非水電解液電池を作製することができる。
【００１６】
（作用）
次に、本実施形態の非水電解液電池の作用について説明する。
【００１７】
本実施形態の電極群は、上述したように正極板５と負極板６とをセパレータ９を介して複数枚積層されている。そして、各電極板から正極リード３、負極リード４が引き出され各リードが重ねられてそれぞれが各外部集電端子に溶接されるので、各外部集電端子のリード溶接部の溶接面は常に積層方向と平行な一定方向に配置されなければならない。従って、外部集電端子は、電極群に対して位置が固定される必要がある。本実施形態の非水電解液電池では、図２に示したように、フランジ部４１の外形形状を六角形としこの六角形と相似形の凹部を電池蓋８下面に形成してフランジ部４１をその凹部に嵌合させて各外部集電端子の位置を固定する。
【００１８】
また、下パッキン２１はＰＦＡ樹脂であり、ＰＦＡ樹脂が絶縁材であるので、各外部集電端子と電池蓋８とを絶縁する。また、ＰＦＡ樹脂は弾性を有しているので、電池蓋８のエッジ部は下パッキン２１の表面に食い込み、下パッキン２１は各外部集電端子の凸部４０及びフランジ部４１と電池蓋８のエッジ部を含む凹部との間にかみ込まれたシールとなる。更に、下パッキン２１はナット２０を締め付けることにより電池蓋８に固定されるので、その締め付ける際の圧縮力にも十分耐える必要があるが、ＰＦＡ樹脂はこの点で充分な機能を有している。また、下パッキン２１は電池内側に配置されるので非水電解液とも接触するが、ＰＦＡ樹脂は非水電解液との長期接触にも膨潤することなく、絶縁性と密閉性を保持することができる。更に、ＰＦＡ樹脂は耐熱性を有しているので、高率放電時の各外部集電端子の発熱に対しても十分耐え得る。
【００１９】
また、上パッキン２２もＰＦＡ樹脂製であり絶縁材であるので、各外部集電端子と電池蓋８との間及び平ワッシャ２３と電池蓋８との間を絶縁する。上パッキン２２はナット２０を締め付けることにより電池蓋８に固定されるので、締め付けられる際の圧縮力にも十分耐える必要があるが、ＰＦＡ樹脂は上述したように十分な機能を有している。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、本発明が適用される非水電解液電池の第２の実施の形態について説明する。本実施形態では、フランジ部の外形形状を第１実施形態と同様非円形としたものであるが、その形状が異なるものである。なお、本実施形態以下の実施形態において上述した第１実施形態と同一部材は同一の符号を付しその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００２１】
本実施形態では、図４に示すように、各外部集電端子のフランジ部４１の外形形状が部分円形とされ、この部分円形のフランジ部４１と相似形の凹部が電池蓋８下面に形成されており、この凹部にフランジ部４１が嵌合し、各外部集電端子の位置が固定されている。また、下パッキン２１の外形形状もフランジ部４１の形状に適合させ部分円形とされる。
このように、第２実施形態によっても各外部集電端子の位置が固定される。
【００２２】
（第３実施形態）
次に、本発明が適用される非水電解液電池の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施形態はフランジ部の外形形状を円形としたものである。
【００２３】
図５及び図６に示すように、本実施形態の非水電解液電池では、電池蓋８に圧入穴が形成されており、この圧入穴に円筒状の外部集電端子位置固定用の突起３０が圧入され溶接により電池蓋８に固定されている。また、フランジ部４１の外形形状は円形であり、フランジ部４１からは電池蓋８の圧入穴方向に略矩形状の平板部が延出されている。この平板部には、突起３０とフランジ部４１の平板部とを絶縁する絶縁部材３１を介して、電池蓋８から下部方向に突出した突起３０が差し込まれる差込穴が形成されている。絶縁部材３１は突起３０を覆う断面略凹字状の形状であり、材質はＰＦＡ樹脂である。
【００２４】
各外部集電端子の固定位置は、フランジ部４１から延出された平板部に形成された差込穴に絶縁部材３１を介して突起３０を差し込むことで決定される。なお、本実施形態では、突起３０を電池蓋８の圧入穴に圧入した後、電池外側方向から突起３０と電池蓋８との境界部をレーザー溶接した。突起３０は、レーザー溶接するためステンレス材料を用いた。
このように、フランジ部の外形形状を円形状とした本実施形態によっても各外部集電端子の位置が固定される。
【００２５】
（効果等）
次に、以上の実施形態の非水電解液電池について上述した特開平第９−９２２４８号公報に開示された電池と共に、外部集電端子付近の密閉及び絶縁のために必要な部品個数を調べた。
【００２６】
この結果、第１乃至第３実施形態の非水電解液電池では、特開平第９−９２２４８号公報の電池で外部集電端子付近の密閉及び絶縁のために必要な部品個数７個（既報によると、極柱、バックアップリング、シール、セラミック突き当て、リング、セラミックワッシャ、ナット）よりも少ない、６個（外部集電端子、下パッキン、上パッキン、平ワッシャ、波ワッシャ、ナット）の部品個数で密閉及び絶縁を確保することができた。
【００２７】
第１及び第２実施形態では、フランジ部４１の外形形状を非円形とし、そのフランジ部４１と相似形の凹部を電池蓋８に設け、このフランジ部４１を電池蓋８に嵌合させることにより、突起３０及び絶縁部材３１を設けずに外部集電端子の位置を決定することができ、密閉を保ちつつ部品個数を少なくすることができる。
【００２８】
一方、第３実施形態では、フランジ部４１を蓋８に嵌合させる場合と比較しフランジ部４１の外形形状と相似形の凹部を電池蓋８に設ける必要がないので、電池蓋８を薄型化することができ、その分の重量を軽くすることが可能となる。
【００２９】
従って、以上の実施形態では、外部集電体付近の絶縁と密閉を確保するための部品個数を少なくすることで作業効率を向上させることができると共に、大型の非水電解液電池に必要な密閉構造を確保することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、凸部４０をフランジ部４１側に形成した例について説明が、エッジ部が形成されれば凸部は電池蓋８側に形成してもよい。
【００３１】
また、以上の実施形態では、凸部４０を円形状に形成したが、雄ねじ部２５側の凸部の一部をフランジ部４１と同じ高さとした（円）環状としてもよい。この場合には、凸部の形状に応じて電池蓋８、下パッキン２１の形状も（円）環状の凸部に適合させる必要があるが、凸部４０を（円）環状とすることにより断面階段形状が増えるので、更に非水電解液電池の密閉状態を高めることができる。
【００３２】
更に、以上の実施形態では、上パッキン２２と下パッキン２１とを２部品としたが、上パッキンと下パッキンとを一体とすれば、更に部品個数を削減することができる。
【００３３】
そして、本発明は上述の実施形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ナットにより該ナットとフランジ部とが締め付けられ、フランジ部上面と電池蓋下面とに形成された凸部及び凹部が嵌合して絶縁弾性部材に食い込み絶縁弾性部材がシールとして機能するので、外部集電端子が固定された電池蓋近傍の密閉を確保することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される第１実施形態の非水電解液電池の正極集電端子の電池蓋近傍の部分拡大側面図である。
【図２】第１実施形態の非水電解液電池のフランジ部近傍を電極群側からみたときの部分拡大図である。
【図３】（Ａ）は第１実施形態の非水電解液電池の電池缶の負極集電端子側一部破断側面図であり、（Ｂ）は電池缶の正極集電端子側一部破断側面図である。
【図４】第２実施形態の非水電解液電池のフランジ部近傍を電極群側からみたときの部分拡大図である。
【図５】第３実施形態の非水電解液電池の正極集電端子の電池蓋近傍の部分拡大側面図である。
【図６】第３実施形態の非水電解液電池のフランジ部近傍を電極群側からみたときの部分拡大図である。
【符号の説明】
１  正極集電端子
２  負極集電端子
７  電池缶（電池ケース）
８  電池蓋
２０  ナット
２１  下パッキン（絶縁弾性部材）
２２  上パッキン
３０  突起
３１  絶縁部材
４０  凸部
４１  フランジ部
【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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【図６】
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