(57)【要約】【課題】板材に設けられた貫通孔のシール性を向上する。【解決手段】板材である蓋板１３には貫通孔２５が形成されており、貫通孔２５にはリベット２６が配置される。貫通孔２５は、リベット２６に接触する突起部４１と、リベット２６との間で空間４３ａ、４３ｂを形成する非接触部４２ａ、４２ｂとを有している。空間４３ａ、４３ｂ内に入り込んだ液体は空間４３ａ、４３ｂに貯留され、外部に漏出することが防止される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成された板材と、前記貫通孔に配置されて前記貫通孔を封止するリベットとを備えた封止構造であって、
前記貫通孔は、当該貫通孔の内側に周回して前記リベットに接触する突起部を有し、かつ前記突起部に軸方向に隣り合って設けられ、前記リベットとの間に空間を形成する非接触部を有する、封止構造。
【請求項２】
請求項１記載の封止構造において、前記リベットは前記貫通孔に挿入される中空軸芯と、前記板材の外面に接触する皿部と、前記板材の内面に突出する突部とを有する、封止構造。
【請求項３】
請求項２記載の封止構造において、前記中空軸芯の内部に挿入されて前記中空軸芯を前記突起部に押圧する拡径ピンを設けた、封止構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の封止構造において、前記突起部を前記貫通孔の軸方向中央部に設け、前記突起部の軸方向両側に前記非接触部を設けた、封止構造。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の封止構造において、前記突起部を前記貫通孔の前記板材の内面側に設け、前記突起部と前記板材の外面側に前記非接触部を設けた、封止構造。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の封止構造において、前記非接触部は前記突起部から前記貫通孔の端部に向けてテーパ形状である、封止構造。
【請求項７】
貫通孔が形成された板材としての蓋板および側板を備え、正極板および負極板を有する電極群と前記貫通孔から注入される電解液とを収容する電池容器と、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の封止構造と、
を有する二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の漏出を防止する封止構造および封止構造を有する二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材により形成され、内部に液体を収容する容器等には、内部に液体を注入するための注液孔として貫通孔が形成され、液体を注入した後に貫通孔を封止するためにリベットが用いられることがある。例えば、二次電池は電池容器を有し、電池容器には内部に電解液を注入するための貫通孔が形成され、電解液を注入した後に、貫通孔を封止するためにリベットが使用される。
【０００３】
二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄える蓄電機能を有しており、二次電池には、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池等がある。このような二次電池は、携帯型電子機器の駆動源として使用され、さらにハイブリッド自動車や電気自動車の電力供給源として使用される。また、二次電池は、工場やオフィスビルにおいて電力をバックアップしたり、風力発電や太陽光発電等の分散型再生可能エネルギーを利用したりするための電力貯蔵設備として使用される。
【０００４】
二次電池は、正極板および負極板を備えた電極群と電解液とを有しており、これらは板材からなる電池容器に収容される。例えば、リチウムイオン電池は、正極板と負極板とこれらの間に配置されて正極板と負極板との短絡を防止するセパレータとを積層して得られる電極群を有しており、電解液としては、有機溶媒にリチウム塩が溶解された非水電解液が使用される。正極板と負極板とセパレータとを円筒形状に捲回積層して電極群を形成し、電極群の端部に集電タブを配置した形態の二次電池は円筒型である。一方、電極群を円筒形状に捲回することなく、扁平形状に捲回、または直方体形状に積層した形態の二次電池は角型である。
【０００５】
円筒型の電池容器は、側板とこの側板の両端部に取り付けられる蓋板とを有し、角型の電池容器は箱体とこれの開口部を覆う蓋板とを有している。それぞれの蓋板には電解液を電気容器内に注入するための貫通孔が設けられている。貫通孔をねじ孔とした電池容器においては、電解液を注入した後にねじ孔に封止ねじをねじ止めして貫通孔を封止する。この形態の二次電池においては、蓋板にねじ孔を加工する必要があり、電池容器の製造コストが高くなるのみならず、封止ねじのねじ止め工程が必要であり、二次電池を効率的に製造することができない。
【０００６】
特許文献１には、蓋板である封口板に形成された注液孔にブラインドリベットにより封止するようにした密閉電池が記載されている。封口板の外面とブラインドリベットの皿部との間には樹脂ワッシャーが挟み込まれており、注液孔は樹脂ワッシャーによりシールされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４３７００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されるように、ブラインドリベットつまりリベットを用いて注液孔を封止すると、封口板にはねじ孔を加工する必要がなく、ブランク材から封口板をプレス加工するときに注液孔を加工することができ、製造コストを低減することができるとともに、封止ねじのねじ止め工程が不要となる。
【０００９】
しかしながら、貫通孔である注液孔の内周面全体をリベットの外周面に密着させるようにした形態においては、電池容器の内部に収容された電解液が注液孔の内面に入り込むと、液体の毛細管現象により注液孔の外部にまで電解液が這い上がり、樹脂ワッシャーとリベットの間の隙間から電解液が漏出する可能性がある。
【００１０】
このため、液体を収容するための容器等を形成する板材に貫通孔が形成され、貫通孔から液体を注入した後に、貫通孔を封止部材により封止するようにした種々の容器等においては、リベットを用いた簡単な構造によって、確実に貫通孔を封止できるようにすることが望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、板材に設けられた貫通孔のシール性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の封止構造は、貫通孔が形成された板材と、前記貫通孔に配置されて前記貫通孔を封止するリベットとを備えた封止構造であって、前記貫通孔は、当該貫通孔の内側に周回して前記リベットに接触する突起部を有し、かつ前記突起部に軸方向に隣り合って設けられ、前記リベットとの間に空間を形成する非接触部を有する。
【００１３】
本発明の二次電池は、貫通孔が形成された板材としての蓋板および側板を備え、正極板および負極板を有する電極群と前記貫通孔から注入される電解液とを収容する電池容器と、上記封止構造とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
リベットにより封止される貫通孔は、リベットに接触する突起部と、リベットとの間で空間を形成する非接触部とを有しており、リベットは突起部に接触した状態で貫通孔に装着される。リベットと貫通孔との密着部を介して毛細管現象により貫通孔内に液体が浸入したとしても、液体は空間の内部に貯留されるので、液体がリベットと板材との間から外部に漏出することが防止され、リベットによるシール性が向上する。
【００１５】
電池容器の蓋板に突起部と非接触部とを有する貫通孔を設け、貫通孔をリベットにより封止すると、電池容器内の電解液がリベットと蓋板との間から外部に漏出することが防止され、リベットによりシール性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】封止構造を有する二次電池を示す一部省略正面図である。
【図２】（Ａ）は図１の左側面図であり、（Ｂ）は図１の右側面図である。
【図３】図１の左端部を示す斜視図である。
【図４】二次電池の一端部を示す拡大断面図である。
【図５】図４におけるＡ部の拡大断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は二次電池を製造するための貫通孔の封止工程を示す断面図である。
【図７】封止構造の変形例を示す断面図である。
【図８】封止構造の他の変形例を示す断面図である。
【図９】封止構造の他の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示される二次電池１０は電池容器１１を有しており、電池容器１１は円筒形状の側板１２と側板１２の両端部に取り付けられる蓋板１３、１４とにより形成される。電池容器１１の内側には収容室が形成され、板材からなる電池容器１１により内側の収容室と外側とが仕切られている。図１〜図３に示される二次電池１０は、円筒型のリチウムイオン二次電池であり、図４に示されるように、電池容器１１の内部には軸芯１５が配置され、軸芯１５と側板１２との間のスペースには、電極群１６が収容される。電極群１６は、正極板と負極板とこれらの間に配置され正極板および負極板の短絡を防止するセパレータとを円柱形状に捲回して形成される。
【００１８】
軸芯１５の両端部には、電極端子１７，１８が取り付けられており、一方の電極端子１７は図２（Ａ）に示されるように一方の蓋板１３から突出し、他方の電極端子１８は図２（Ｂ）に示されるように他方の蓋板１４から突出している。２つの電極端子１７，１８の一方は正極端子であり、他方は負極端子である。電極端子１７の内方端部は軸芯１５の中空部内に嵌合され、図４に示されるように、電極群１６の端面に突き当てられる集電部１９が電極端子１７に設けられている。他方の電極端子１８も電極端子１７と同様の構造である。
【００１９】
それぞれの蓋板１３、１４には、図２に示されるように、安全弁としての開裂弁２０が設けられている。開裂弁２０は、電池容器１１の内部の温度が過度に高められて、容器内に発生したガスが所定の圧力以上となった場合にガスを外部に排出する。
【００２０】
電極端子１７、１８を蓋板１３，１４に締結するために、電極端子１７、１８の突出端部にはナット２１がねじ結合され、セラミック等の絶縁体からなるワッシャー２２がナット２１と蓋板１３、１４の間に締結される。蓋板１３、１４と集電部１９との間には、シール部材２３が装着される。電極端子１７、１８には、ねじ孔２４が端面に開口して形成されており、ねじ孔２４にねじ結合される図示しないボルトにより、電極端子１７、１８にはバスバー等の通電部材が取り付けられる。
【００２１】
電池容器１１には電解液が注入される。電解液としては、有機溶媒にリチウム塩が溶解された非水電解液が使用される。電解液を電池容器１１の内部に注入するために、一方の蓋板１３には、注液孔つまり貫通孔２５が設けられており、電池容器１１の内部に組み込まれる電極群１６等の部材が組み込まれた状態のもとで、貫通孔２５から電解液が電池容器１１の内部に注入される。電解液を注入した後には貫通孔２５はリベット２６により封止される。図４は電池容器１１の内部に電解液が注入された後に、リベット２６により貫通孔２５が封止された状態を示す。電解液が注入されると、電極群１６は電解液が浸潤された状態になる。なお、電解液は図示省略されている。
【００２２】
図５は、板材である蓋板１３の貫通孔２５の封止構造を示す断面図である。貫通孔２５にはアルミニウム合金からなるリベット２６が配置される。リベット２６は、貫通孔２５内に装着される中空軸芯３１を有している。中空軸芯３１の基端部には径方向外方に突出するフランジ部つまり皿部３２が設けられ、皿部３２は蓋板１３の外面に対向する。中空軸芯３１の先端部は、蓋板１３よりも電池容器１１の内部に突出しており、中空軸芯３１の先端部には頭壁部３３が設けられている。
【００２３】
この明細書においては、皿部３２が設けられた端部をリベット２６の基端部とし、頭壁部３３が設けられた端部をリベット２６の先端部とする。リベット２６には段付き孔３４が形成されており、段付き孔３４は先端部側の大径孔３４ａとこれよりも小径の基端部側の小径孔３４ｂとからなり、小径孔３４ｂはリベット２６の基端面に開口している。このように、段付き孔３４は頭壁部３３により閉じられた底付きの孔であり、リベット２６はブラインド型のリベットつまりブラインドリベットである。
【００２４】
中空軸芯３１の先端部側であって蓋板１３の内面よりも電池容器１１の内部側には、蓋板１３の内面に向けて径方向外方に突出する突部３５が設けられている。リベット２６としては、アルミニウム合金のみならず、塑性変形する金属材料であれば、鋼（ＳＵＳ）等を使用することもできる。
【００２５】
貫通孔２５は、図５および図６（Ａ）に示されるように、貫通孔２５の内側に周回してリベット２６に接触する接触部４０が設けられた突起部４１を有しており、横断面が円形となった接触部４０の全体がリベット２６の外周面に接触する。突起部４１は貫通孔２５の軸方向中央部に設けられている。突起部４１の軸方向両側には、突起部４１に隣り合って突起部４１の接触部４０よりも大径孔からなる非接触部４２ａ、４２ｂが設けられており、非接触部４２ａ、４２ｂとリベット２６との間には空間４３ａ、４３ｂが形成される。
【００２６】
このように、貫通孔２５を突起部４１が設けられた段付き形状とすると、リベット２６の突部３５と蓋板１３との間の隙間から毛細管現象により電解液が貫通孔２５内に侵入したとしても、浸入した電解液は内側の非接触部４２ａとリベット２６との間の空間４３ａ内に侵入する。空間４３ａ内に侵入した電解液は空間４３ａ内に溜められて、突起部４１とリベット２６との間に這い上がって入り込むことが防止される。
【００２７】
さらに、空間４３ａ内に電解液が充満したとしても、電解液が充満した空間４３ａから突起部４１とリベット２６との間の隙間に毛細管現象により電解液が浸入したとしても、外側の空間４３ｂ内に電解液が溜められるので、電解液が皿部３２と蓋板１３との間に這い上がって入り込むことが防止される。
【００２８】
貫通孔２５は突起部４１を有しており、貫通孔２５は、接触部４０を有する小径の孔とこれよりも大径の非接触部４２ａ、４２ｂとを有する段付き孔である。蓋板１３にこのような貫通孔２５を形成するには、プレス加工により蓋板１３を打ち抜くときに、接触部４０の内径の孔を打ち抜き、切削加工により非接触部４２ａ、４２ｂが拡径加工される。または、蓋板１３をプレス加工で打ち抜くときに接触部４０の内径の孔を打ち抜いた後に、他のプレス形により非接触部４２ａ、４２ｂを拡径加工する。
【００２９】
図５に示されるように、液体の封止箇所は、突部３５と蓋板１３との間と、突起部４１の接触部４０とリベット２６との間と、皿部３２と蓋板１３との間の３箇所になる。これにより、貫通孔２５をストレートの孔として、貫通孔２５の全体にリベット２６を接触させた形態に比して、リベット２６と蓋板１３との封止部は、空間４３ａ、４３ｂにより分離されるので、多数箇所の封止部により封止性能を向上させることができ、貫通孔２５を確実にシールすることができる。ただし、皿部３２と蓋板１３との間にゴムや樹脂からなるワッシャーを配置するようにしても良い。
【００３０】
次に、図１〜図３に示した二次電池１０の製造方法におけるリベット２６の取り付け工程について図６を参照しつつ説明する。
【００３１】
図６（Ａ）は、リベット２６が取り付けられる前の注液孔としての貫通孔２５を示しており、電池容器１１の内部に電極群１６等が組み込まれた状態に相当する。矢印Ｂで示されるように、貫通孔２５から電解液が電池容器１１の内部に注入される。
【００３２】
リベット２６は、図６（Ｂ）に示されるように、マンドレル４５に装着された状態となって予め製造される。リベット２６は、マンドレル４５を図示しない成形金型に配置した状態でリベット素材を成形金型に注入することにより、インサート成形される。マンドレル４５は、軸部４６と軸部４６の先端に設けられた頭部４７とを有し、頭部４７は軸部４６よりも大径である。軸部４６には、軸部４６よりも外径が小さい括れ部４８が設けられている。マンドレル４５は、アルミニウム合金により形成されているが、アルミニウム合金のみならず、金属材料であれば良く、鋼（ＳＵＳ）を使用することもできる。リベット２６が組み付けられたマンドレル４５の頭部４７は大径孔３４ａに嵌合され、頭部４７と軸部４６との間の径方向の境界面４９は、大径孔３４ａと小径孔３４ｂの間の段差面に突き当てられている。
【００３３】
リベット２６は電池容器１１の内部に電解液が注入された後に、マンドレル４５により貫通孔２５に挿入される。リベット２６を貫通孔２５に挿入すると、皿部３２が蓋板１３に突き当てられ、中空軸芯３１の先端部は、蓋板１３よりも電池容器１１の内部に入り込む。
【００３４】
皿部３２を図示しない治具により蓋板１３に押圧した状態のもとで、マンドレル４５はリベット２６から引き抜かれる。マンドレル４５を引き抜くと、頭部４７が図６において上方に移動し、境界面４９がリベット２６の大径孔３４ａと小径孔３４ｂとの間の段差面を押し付ける。これにより、図６（Ｃ）に示されるように、境界面４９により大径孔３４ａと小径孔３４ｂとの間の段差面がリベット２６の基端部側にずれ移動し、リベット２６の中空軸芯３１の先端部側は径方向外方に塑性変形して、中空軸芯３１には突部３５が形成される。突部３５は貫通孔２５の内側の開口エッジ部に密着し、突部３５によりリベット２６が蓋板１３に締結されるとともに、貫通孔の開口エッジ部がシールされる。
【００３５】
皿部３２は治具により蓋板１３に向けて押圧されているので、皿部３２は蓋板１３の外面に締め付けられ、皿部３２が蓋板１３の外面に密着して貫通孔２５はシールされる。さらに、マンドレル４５の引き抜きにより、中空軸芯３１の中央部分の外面が径方向外方に押し広げられるので、リベット２６の外面は突起部４１の接触部４０に密着されてリベット２６と突起部４１との間がシールされる。
【００３６】
リベット２６に突部３５が形成された状態のもとで、マンドレル４５をさらに引き抜くことにより、括れ部４８の部分でマンドレル４５が破断される。これにより、マンドレル４５はリベット２６の内部に残留する先端側の部分と、リベット２６から取り除かれる基端側の部分とに分離される。頭部４７がリベット２６内に残留すると、突部３５内に残留応力が維持され、突部が径方向内方に弾性変形することが防止される。図５は、リベット２６の基端側の部分が取り除かれて、封止工程が終了した状態を示す。
【００３７】
このように、図６（Ａ）に示される注入工程の後に、図６（Ｂ）に示される挿入工程と、図６（Ｃ）に示される引き抜き工程を行うことにより、二次電池１０の組立製造が完了する。
【００３８】
図７は、封止構造の変形例を示す断面図である。図７に示されるように、この封止構造は、中空軸芯３１の内部に挿入される拡径ピン２７を有している。拡径ピン２７は、封止工程が終了して図５に示されるように、リベット２６が蓋板１３に固定された後に、中空軸芯３１の内部の小径孔３４ｂに挿入される。拡径ピン２７が中空軸芯３１の内部に挿入されると、中空軸芯３１は径方向外方に押圧されて突起部４１に密着される。これにより、リベット２６と突起部４１との間の密着性つまりシール性がより高められる。
【００３９】
図８は、封止構造の他の変形例を示す断面図である。図８に示されるように、内側の非接触部４２ａは、貫通孔２５の内面側の開口部から突起部４１に向けて漸次内径が小さくなったテーパ形状に形成されている。また、外側の非接触部４２ｂは、貫通孔２５の外面側の開口部から突起部４１に向けて漸次内径が小さくなったテーパ形状に形成されている。図５および図７に示される非接触部４２ａ、４２ｂがストレートな孔であるのに対し、図８に示されるように、それぞれの非接触部４２ａ、４２ｂをテーパ形状としても良く、その場合には、空間４３ａ、４３ｂは軸方向に沿うに従って突起部４１に向けて径方向の幅寸法が漸次小さくなる。このようなテーパ形状の非接触部４２ａ、４２ｂも切削加工やプレス加工により形成される。
【００４０】
図９に示される突起部４１は、上述した突起部４１が貫通孔２５の軸方向中央部に設けられているのに対し、蓋板１３の内面側に設けられており、非接触部４２ｂは上述した非接触部４２ａ、４２ｂを合わせた長さとなっている。このように、突起部４１と蓋板１３の外面との間に非接触部４２ｂを設けると、空間４３ｂの軸方向長さを長くすることができる。図９においては、突起部４１が蓋板１３の内面側に設けられているが、突起部４１を蓋板１３の外面側に設けても良い。
【００４１】
上述したそれぞれのリベット２６の外周面に樹脂やゴムのコーティング層を被着するようにしても良く、コーティング層を備えた形態のリベット２６においては、突起部４１とリベット２６はコーティング層を介して接触し、同様に、皿部３２は蓋板１３に、突部３５は蓋板１３の内面に、それぞれコーティング層を介して接触し、さらにシール性を向上することができる。また、図示した突起部４１は、貫通孔２５に１つのみ設けられているが、複数の突起部４１を貫通孔２５に設けるようにしても良い。
【００４２】
図１〜図３に示される二次電池１０を単電池つまり電池セルとして、複数の電池セルを、電極端子１７、１８を介して直列または並列に組み合わせることにより、高電力のモジュール電池が組み立てられる。このようなモジュール電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車の電力供給源として使用することができる。
【００４３】
上述した実施の形態は、電池容器１１の注液用の貫通孔の封止構造として適用した場合を示すが、液体を収容する容器の板材に設けられた貫通孔を封止するためであれば、二次電池に限られることなく、種々の容器や液体を案内する管部材についても、上述した封止構造を適用することができる。
【００４４】
本発明は前記実施の形態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種々変更可能である。例えば、二次電池としては、円筒型に限られることなく、角型でも良く、円筒型の場合には、１つの蓋板に正極と負極の端子が設けられる形態でも良い。
【符号の説明】
【００４５】
１０…二次電池、１１…電池容器、１２…側板、１３、１４…蓋板、１５…軸芯、１６…電極群、１７…電極端子、１８…電極端子、１９…集電部、２０…開裂弁、２１…ナット、２２…ワッシャー、２３…シール部材、２４…ねじ孔、２５…貫通孔、２６…リベット、２７…拡径ピン、３１…中空軸芯、３２…皿部、３３…頭壁部、３４…段付き孔、３４ａ…大径孔、３４ｂ…小径孔、３５…突部、４０…接触部、４１…突起部、４２ａ、４２ｂ…非接触部、４３ａ、４３ｂ…空間、４５…マンドレル、４６…軸部、４７…頭部、４８…括れ部、４９…境界面。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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