(57)【要約】      （修正有）【課題】封口特性が良好なかしめによって形成した電極端子を有する密閉型電池を提供する。【解決手段】密閉型電池１において、電池外装容器２の開口部を封口する金属板３に設けた貫通孔１０の内面、および貫通孔１０の周囲の金属板３の両面を被覆し、電極導出ピン６の貫通孔１０を有する絶縁部材が配置され、密閉型電池の電池の外面に面する絶縁部材の平板状部の金属部材との接触面には、絶縁部材に設けた貫通孔の周囲を一周する環状の凸条部４Ｄ，４Ｅを形成したことを特徴とする密閉型電池。【選択図】図１
2006216411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型電池において、電池外装容器の開口部を封口する金属板に設けた貫通孔の内面、および貫通孔の周囲の金属板の両面を被覆し、電極導出ピンの貫通孔を有する絶縁部材が配置され、密閉型電池の電池の外面に面する絶縁部材の平板状部の金属部材との接触面には、絶縁部材に設けた貫通孔の周囲を一周する環状の凸条部を形成したことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
絶縁部材が電池の外面に面した外部絶縁部材と電池の内面に位置する内部絶縁部材から構成され、外部絶縁部材の貫通孔に外側から挿入される電極導出ピンの頭部との接触面、および前記金属板との接触面のそれぞれに環状の凸条部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【請求項３】
絶縁性部材が電池の外面に面した外部絶縁部材と電池の内面に位置する内部絶縁部材から構成され、外部絶縁部材面に貫通孔を形成した電極引出板を配置し、電池内面側に配置した内部絶縁部材に設けた貫通孔側から挿入された電極導出ピンによって電極引出板がかしめられて一体化されており、外部絶縁部材の電極引出板との接触面、および前記金属板との接触面のそれぞれに環状の凸条部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、特に電池缶の極性と異なる極性の電池端子を絶縁部材を介してかしめによって取り付けた密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、リチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００３】
図３は、密閉型電池のヘッダの一例を説明する図であり、図３（Ａ）は、断面図であり、図３（Ｂ）は、ヘッダの分解斜視図であって負極導出ピンのかしめ前の状態を説明する図である。
図３に示した電池は、アルミニウムまたはその合金を電池外装容器とした密閉型電池のヘッダであり、アルミニウムまたはその合金からなる金属板３に設けた貫通孔１０に上部からプロピレン、フッ素樹脂等からなる板状の外部絶縁部材４Ａを取り付け、外部絶縁部材４Ａの中心部に設けた管状部４Ｂに、鉄、ニッケル、それらの合金等の導電性の良好な金属からなる電極導出ピン６を貫通させ、電池外装容器の内部には、板状の下部絶縁板４Ｃ、導電タブ接続板１１が装着されており、電極導出ピン６の柱状部６Ａの先端をかしめることによってヘッダ７が形成される。
作製されたヘッダ７の導電タブ接続板１１には、絶縁性被膜１２で被覆された導電タブ１３を接合して電池要素との間で導電接続を形成し、その後に電池外装容器の開口部に装着して周囲をレーザー溶接を行って封口される。その結果、ヘッダは、その組立時に電極導出ピン６のかしめによって、絶縁性部材と接触する各部材とが密着して気密が保持される。
【０００４】
ところが、密閉型電池を苛酷な使用状態を想定した試験を行うと、ヘッダ部から電解液の漏洩が希に発生することがあった。そこで、こうした問題点を解決するために、電極導出ピンの頭部の絶縁部材との接触面に凸部を形成し、該凸部を絶縁部材へ食い込ませることによって気密特性を向上することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、絶縁部材に電極導出ピンの頭部の凸部が食い込んだ際に、絶縁部材にひび割れが生じて、時間の経過後には気密不良が生じたり、あるいは、かしめ時に加わる圧力が大きい場合には、絶縁部材に割れが生じるという問題点があった。
また、密閉型電池は、電池使用機器の小型化、軽量化に対応して、その大きさ、および質量が小さくなっており、密閉型電池を構成する各部材も小型のものが用いられており、電極導出ピンに対して、小さな凸部を高精度に形成することは容易ではなく、また精度の高い凸部の成形を維持するためには比較的短い期間で金型の交換が必要となる等の製造面での保守作業が必要であり製造効率の面で問題点があった。
【特許文献１】特開平２００３−１７３７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電極導出ピンをかしめて電極端子部を形成して封止した封止構造を有する密閉型電池において、絶縁性、気密性に優れ、絶縁部材と金属板、電極導出ピンとの間の気密保持性が良好で、経時的な変化が小さく信頼性が高い密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、密閉型電池において、電池外装容器の開口部を封口する金属板に設けた貫通孔の内面、および貫通孔の周囲の金属板の両面を被覆し、電極導出ピンの貫通孔を有する絶縁部材が配置され、密閉型電池の電池の外面に面する絶縁部材の平板状部の金属部材との接触面には、絶縁部材に設けた貫通孔の周囲を一周する環状の凸条部を形成した密閉型電池によって解決することができる。
絶縁部材が電池の外面に面した外部絶縁部材と電池の内面に位置する内部絶縁部材から構成され、外部絶縁部材の貫通孔に外側から挿入される電極導出ピンの頭部との接触面、および前記金属板との接触面のそれぞれに環状の凸条部が設けられた前記の密閉型電池である。
また、絶縁性部材が電池の外面に面した外部絶縁部材と電池の内面に位置する内部絶縁部材から構成され、外部絶縁部材面に貫通孔を形成した電極引出板を配置し、電池内面側に配置した内部絶縁部材に設けた貫通孔側から挿入された電極導出ピンによって電極引出板でかしめられて一体化されており、外部絶縁部材の電極引出板との接触面、および前記金属板との接触面のそれぞれに環状の凸条部が設けられた密閉型電池である。
また、外部絶縁部材に形成される凸条部が、それぞれの面の中心軸に近い位置に形成された前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の密閉型電池は、電池ヘッダに設けた電極導出ピンをかしめて作製した外部接続端子が、絶縁性部材を貫通する電極導出ピン、および電池ヘッダの金属板との接触面に貫通孔の周囲を一周する凸条部を形成してかしめたものであるので、凸条部に圧力が集中する結果、苛酷な条件下で使用した場合にも密閉性が優れた密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の密閉型電池は、電池ヘッダの金属板に絶縁部材を装着して、絶縁部材の管状部に貫通させた電極導出ピンをかしめて金属板に一体化して電池ヘッダを気密に形成した密閉型電池において、絶縁部材に環状の凸条部を形成したので、電極導出ピンをかしめた際には絶縁部材の凸条部は高度に圧縮されて絶縁部材に接触する金属材料との間で優れた気密性を発揮することが可能となり、苛酷な条件によって使用された場合にも絶縁部材との会合部に空隙が生じて気密性が低下する等の問題が生じることがない電極端子を有する密閉型電池を提供することが可能であることを見いだしたものである。
【００１０】
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図１（Ａ）は、密閉型電池を説明する斜視図であり、図１（Ｂ）は密閉型電池の電極端子部を説明する断面図である。また、図１（Ｃ）は、ヘッダ７の組立前の各部材の説明する斜視図であり、図１（Ｄ）は、外部絶縁部材の一例を説明する断面図である。
密閉型電池１は、アルミニウム、アルミニウム合金からなる角筒状の電池外装容器２に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、金属板３に絶縁部材４、負極側の電極導出ピン６を一体化して構成したヘッダ７を、電池外装容器２の開口部に取り付けて封口したものであり、ヘッダ７の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部８、電解液の注液孔９が設けられており、注液孔９から電解液を注入した後に金属製部材を埋め込み、溶接して封口されている。
【００１１】
密閉型電池を形成するヘッダ７の金属板３には、金属板３に形成した貫通孔１０の内面を覆うとともに、貫通孔の周囲の金属板３の上下の面を覆うように配置された絶縁部材４は、電池の外面に面した外部絶縁部材４Ａ、電池の内面に位置する内部絶縁部材４Ｃから形成され、外部絶縁部材４Ａの管状部４Ｂに設けた貫通孔に、外側から電極導出ピン６の柱状部６Ａを貫通させ、金属板３に接して配置した内部絶縁部材４Ｃ面に導電タブ接続板１１が配置してかしめられている。
また、導電タブ接続板１１には、絶縁被覆材１２で被覆された導電タブ１３を接合されて電池要素（図示せず）との間で導電接続が形成される。
【００１２】
また、外部絶縁部材４Ａには、電極導出ピン６の頭部６Ｂとの接触面に、貫通孔の周囲を一周する環状の上部凸条部４Ｄが形成されており、外部絶縁部材４Ａの下面のヘッダを構成する金属板３の面に接する面にも同様に貫通孔の周囲を一周する下部凸条部４Ｅが形成されている。
外部絶縁部材４Ａに設けた上部凸条部４Ｄおよび下部凸条部４Ｅは、電極導出ピン６をかしめた際には、上下の凸条部に圧力が集中する結果、良好な気密性が維持できる。
【００１３】
また、それぞれの凸条部は、連続した環状に形成したものであれば、外部絶縁板上への投影像が円状、楕円状等の任意の形状で表されるものを用いることができる。
また、凸条部の大きさは、電極導出ピンの大きさによって異なるが、電極導出ピンとして、ボス部分の径が２ｍｍ程度のものの場合には、高さ０．１ｍｍ、底部の幅が０．１ｍｍとすることができる。
【００１４】
上部凸条部および下部凸条部は、それぞれの面の電極導出ピンを貫通させる軸に近い部分、すなわち、電極導出ピンの頭部と柱状部との会合部に近い部分に形成することが気密性の保持に効果を発揮する。
上部凸条部４Ｄは、貫通孔に最も近い部分に形成することが好ましいが、下部凸条部は、外部絶縁部材の最も内側に形成した場合には、平板部と管状部の会合部であるために、かしめ時に押圧された場合には、充分な圧力の集中部が形成されない可能性があるので、平板部と管状部との会合部から間隔を設けた部分に形成することが好ましく、凸条部の平板部との会合部の幅と同様の間隔を設けて形成することが好ましい。
【００１５】
図１に示した例では、ヘッダの金属板３が水平状である例を示したが、外部絶縁部材の装着部を窪ませて、外部絶縁部材、あるいは電極導出ピンの先端部の上部への突出量を小さくした密閉型電池としても良い。
【００１６】
図２は、本発明の密閉型電池の他の例を説明する図である。
図２（Ａ）は、密閉型電池の電極端子部を説明する断面図であり、図２（Ｂ）は、ヘッダ７の組立前の各部材の説明する斜視図であり、図２（Ｃ）は、外部絶縁部材の一例を説明する断面図である。
密閉型電池を形成するヘッダ７の金属板３には、金属板３に形成した貫通孔１０の内面を覆うとともに、貫通孔の周囲の金属板３の上下の面を覆うように外部絶縁部材４Ａ、内部絶縁部材４Ｃが配置され、外部絶縁部材４Ａの上面には、金属板からなる電極引出板５が配置されている。
内部絶縁部材４Ｃの側から上部絶縁板４Ａの柱状部４Ｂに設けた貫通孔に、電極導出ピン６の柱状部６Ｂを貫通させ電極導出ピン６をかしめることによって、これらの部材を一体化して気密性を保持するとともに電極導出ピン６と電極引出板５との間の導電接続が形成される。
電極導出ピン６の頭部６Ａの先端部には、絶縁被覆材１２で被覆された導電タブ１３が接合されて電池要素との間で導電接続が形成される。
【００１７】
外部絶縁部材４Ａには、電極導出ピン６の頭部との接触面に、貫通孔の周囲を一周する環状の上部凸条部４Ｄが形成されており、外部絶縁部材４Ａの下面の金属板３に接する面にも貫通孔の周囲を一周する下部凸条部４Ｅが形成されている。
外部絶縁部材４に設けた上部凸条部４Ｄおよび下部凸条部４Ｅは、電極導出ピン６をかしめた際には、上下の凸条部に圧力が集中する結果、良好な気密性が維持できる。
また、その他の特徴は図１に示した密閉型電池と同様である。
【００１８】
本発明において、内部絶縁部材、外部絶縁部材としては、ポリプロピレン、あるいはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性フッ素樹脂等を挙げることができる。
また、電極導出ピンとしては、電極導出ピンが正極である場合には、アルミニウムまたはその合金からなる金属素材を電極導出ピンの形状に加工後に焼き鈍しを行ったものを用いることが好ましい。
また、電極導出ピンが負極である場合には、ニッケル、軟鋼、ニッケル合金等を用いることができ、柱状部の頭部とは反対側は管状としたものがかしめ時の圧力を低下することができるので好ましい。
【００１９】
電極導出ピンは焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとともに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じにくくなったことによって絶縁部材との間の密閉性等が良好とものとなる。
電極導出ピンは焼き鈍しによって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によって加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かしめ後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないものと同様の硬度を示すので、封口特性の低下、あるいは電極導出ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。
【００２０】
また、ヘッダの外面に位置する外部絶縁部材の上面に設ける電極引出板としては、ニッケル板、ニッケルめっきを施した軟鋼板、銅板、洋白板等を用いることができる。
また、内部絶縁部材上に配置する導電タブ接続板には、ニッケル、ニッケル合金を用いることができる。
【実施例】
【００２１】
実施例１
長辺が３４ｍｍ、短辺が６ｍｍの長方形状のアルミニウム合金製の板状体の中央に設けた直径２．４ｍｍの貫通孔にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体からなる外部絶縁部材、および内部絶縁部材を装着し、直径２．０ｍｍの孔を中央に有したニッケル板製の導電タブ接続板を内部絶縁部材面に配置して、直径２．０ｍｍのニッケル合金製の電極導出ピンを、外部絶縁部材の上部から貫通させて、電極導出ピンを上下からかしめてヘッダを製造した。
【００２２】
なお、外部絶縁部材には、直径１．６５ｍｍの貫通孔を有し、厚さ０．３ｍｍの板状部を有しており、板状部の上面の最内周部には、底部の幅が０．１ｍｍ、最内周部の高さが０．１ｍｍで最も高くなった断面が円弧状の凸条部を貫通孔の周囲に環状に形成した。
また、板状部の下面と柱状部の会合部から、０．１ｍｍの間隔を設けて板状部の表面の幅が０．１ｍｍ、高さが０．１ｍｍの楕円状の断面を有する凸条部を柱状部の周囲に環状に設けた。
得られたヘッダを使用して大きさが３４ｍｍ×６ｍｍ×５０ｍｍのリチウムイオン電池を１０００個作製し、通常の使用状態を超える苛酷な条件である１００℃において１２時間加熱した後にリトマス試験紙をかざして漏洩試験を行ったところ漏洩が生じたものはなかった。
【００２３】
比較例１
外部絶縁部材に凸条部を設けなかった点を除き、実施例１と同様に組立た電池ヘッダを用いた密閉型電池を作製し、作製した１０００個の電池を実施例１と同様にして漏洩試験を行ったところ５０％に漏洩が生じた。
得られたヘッダを使用して大きさが３４ｍｍ×６ｍｍ×５０ｍｍのリチウムイオン電池を１０００個作製し、１００℃において１２時間の漏洩試験を行ったところ漏洩が生じたものはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の密閉型電池は、電池ヘッダに設けた電極導出ピンをかしめて作製した外部接続端子は、絶縁性部材を貫通する電極導出ピン、および電池ヘッダの金属板との接触面に貫通孔の周囲を一周する環状の凸条部を形成してかしめたものであるので、凸条部に圧力が集中する結果、苛酷な条件下で使用された場合にも高度の密閉性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池の他の実施例を説明する図である。
【図３】図３は、従来の密閉型電池のヘッダ部を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…密閉型電池、２…電池外装容器、３…金属板、４…絶縁部材、４Ａ…外部絶縁部材、４Ｂ…外部絶縁部材の管状部、４Ｃ…内部絶縁部材、４Ｄ…上部凸条部、４Ｅ…下部凸条部、５…電極引出板、６…電極導出ピン、６Ａ…電極導出ピンの柱状部、６Ｂ…電極導出ピンの頭部、７…ヘッダ、８…薄肉部、９…電解液の注液孔、１０…貫通孔、１１…導電タブ接続板、１２…絶縁被覆材、１３…導電タブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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