(57)【要約】【課題】負極内部端子と負極外部端子との間の導通状態が安定して優れたものとなり得る密閉型電池を提供する。【解決手段】本発明によると、電極体と電池ケースと正負極の内部端子と正負極の外部端子とを備える密閉型電池が提供される。上記負極内部端子は、台座部と、該台座部から突設して上記負極外部端子の貫通孔等を貫通するように設けられた軸部と、上記負極外部端子の貫通孔から外側に突出して該負極外部端子の貫通孔を囲む周縁部分にかしめられて形成されたかしめ部とを有する。上記かしめ部の上記軸部の径方向における周縁部は、上記プレート部に対して溶接されており、上記溶接は、上記かしめ部の該周縁部において、上記かしめ部の上記プレート部が位置する側とは反対側の表面から該プレート部までの距離が０．１ｍｍ以上０．５５ｍｍ以下である該かしめ部に対して行われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを備える電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースと、
前記ケースの内側において前記正負極とそれぞれ電気的に接続される正負極の内部端子と、
前記ケースの外側に設けられ、前記正負極の内部端子とそれぞれ電気的に接続される正負極の外部端子と、
を備える密閉型電池であって、
前記負極外部端子は、
前記ケースの外壁に沿った方向に形成されたプレート部を有し、
前記負極内部端子は、
前記ケースの内側に位置する台座部と、
前記台座部から突設して前記ケースの貫通孔および前記プレート部の貫通孔を貫通するように設けられた軸部と、
前記軸部の前記台座部が位置する側とは反対側の端部に設けられ、前記プレート部の貫通孔から外側に突出して該プレート部の貫通孔を囲む周縁部分にかしめられて形成されたかしめ部と、
を有し、
前記かしめ部の前記軸部の径方向における周縁部は、前記プレート部に対して溶接されており、
前記溶接は、以下の条件：
前記かしめ部の前記周縁部において、前記かしめ部の前記プレート部が位置する側とは反対側の表面から前記プレート部までの距離ｈａが、０．１ｍｍ以上０．５５ｍｍ以下である；
を満たす前記かしめ部に対して行われていること、を特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。この種の二次電池においては、電池ケースの内部に電極体を収容し、当該電極体と接続する電極端子を電池ケースの上端（蓋体）に引き出した電池構造が知られている。例えば、電極端子が電池ケースの蓋体に引き出され、該蓋体にガスケットを介してかしめ固定された密閉型電池が広く知られている。この種の密閉型電池に関する従来技術として特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０５３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、かしめ部材（内部端子）が蓋体の貫通孔と外部端子の貫通孔とに挿通された後にかしめ変形されることにより、蓋体と外部端子とが締結されて構築された密閉型電池が開示されている。この種の密閉型電池によると、かしめ部材のかしめ変形した部位と外部端子との接触部位が両端子（即ち、かしめ部材と外部端子）間の導電経路となる。
【０００５】
ここで、上記両端子間の導通抵抗（電気抵抗）をより低下させるために、電池ケースと外部端子とかしめ部材（内部端子）とをかしめ加工により一体に組み付けた後、かしめ部材のかしめ変形した部位と外部端子とが接した部位を溶接（例えばレーザ溶接）して強固に接合することが行われることがある。かかる溶接によると、上記両端子間の導通面積（即ち、導通経路が形成された部位の面積）が増加し、これにより該両端子間の低抵抗が実現され得る。
【０００６】
しかしながら、一般に、溶接による部品同士の接合は、その性質上、一定の水準以上に工作精度を向上させることが困難であった。このため、かしめ部材（内部端子）と外部端子との間の低抵抗を安定して実現するためには、溶接による両端子間の導通面積をなるべく増大させる必要があった。
【０００７】
特に、かかる課題は、素材として銅を用いることが多い負極側の端子を溶接して接合する際に顕著にあらわれる傾向がある。本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、負極側のかしめ部材（負極内部端子）と負極側の外部端子（負極外部端子）との間の導通状態が安定して優れたものとなり得る密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、正極と負極とを備える電極体と、該電極体を収容する電池ケースと、該ケースの内側において該正負極とそれぞれ電気的に接続される正負極の内部端子と、該ケースの外側に設けられ該正負極の内部端子とそれぞれ電気的に接続される正負極の外部端子と、を備える密閉型電池が提供される。
【０００９】
そして、上記負極外部端子は、上記ケースの外壁に沿った方向に形成されたプレート部を有する。また、上記負極内部端子は、上記ケースの内側に位置する台座部と、上記台座部から突設して該ケースの貫通孔および上記プレート部の貫通孔を貫通するように設けられた軸部と、該軸部の該台座部が位置する側とは反対側の端部に設けられ、該プレート部の貫通孔から外側に突出して該プレート部の貫通孔を囲む周縁部分にかしめられて形成されたかしめ部と、を有する。
【００１０】
上記かしめ部の上記軸部の径方向における周縁部は、上記プレート部に対して溶接されている。ここで、上記溶接は、以下の条件：上記かしめ部の上記周縁部において、該かしめ部の上記プレート部が位置する側とは反対側の表面から該プレート部までの距離ｈａが、０．１ｍｍ以上０．５５ｍｍ以下である；を満たす上記かしめ部に対して行われている。
【００１１】
かかる構成によると、負極内部端子のかしめ部の軸部の径方向における周縁部と、負極外部端子とが好適に溶接され得る。これにより、負極内部端子と負極外部端子との間の導電面積が増大し得る。かかる導電面積の増大は、負極内部端子と負極外部端子との溶接により実現する両端子間の導通状態の品質安定化に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る密閉型電池の要部断面を示す図である。
【図２】一実施形態に係るかしめ加工前の各部材を模式的に示す分解図である。
【図３】一実施形態に係る負極内部端子のかしめ加工を説明するための断面図である。
【図４】一実施形態に係る負極内部端子のかしめ部の周縁部と中央部を拡大して示す側面図である。
【図５】一実施形態に係る負極内部端子と負極外部端子の溶接加工を説明するための断面図である。
【図６】一実施形態に係る負極内部端子と負極外部端子の溶接加工を説明するための平面図である。
【図７】図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ’線による断面図である。
【図８】かしめ部のエッジ高さと導通面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１４】
特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回型の電極体（捲回電極体）と非水系の液状電解質（電解液）とを扁平な角形（箱形）のケースに収容した形態の密閉型リチウムイオン二次電池を例として本発明を説明する。
【００１５】
図１に本実施形態に係る密閉型電池１００の要部断面を示す。図１に示すように、密閉型電池１００は、負極内部端子１０と電池ケース２０と負極外部端子３０とを備えている。負極内部端子１０は、電池ケース２０の内側において電極体の負極と電気的に接続されている。また、負極外部端子３０は、電池ケース２０の外側に設けられ、負極内部端子１０と電気的に接続されている。密閉型電池１００はさらに、ガスケット４０とインシュレータ５０とを備えている。ここで、図１における負極内部端子１０は、後述するかしめ加工後の状態を示している。
【００１６】
＜電池ケース＞
電池ケース２０は、扁平直方体形状における幅狭面の一つが開口部となっている箱形（すなわち有底四角筒状）のケース本体と、その開口部を塞ぐ蓋体とを備える。電池ケース２０を構成する材質は、一般的なリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様のもの等を適宜使用することができる。放熱性等の観点から、本体および蓋体のほぼ全体が金属製（例えばアルミニウム製、ステンレススチール（ＳＵＳ）製、スチール製等）である電池ケース２０を好ましく採用し得る。電池ケース２０の上面（ここでは蓋体）には、捲回電極体の負極と負極内部端子１０を介して電気的に接続される負極外部端子３０が配置されている。また、電池ケース２０には、後述する負極内部端子１０の軸部１２が挿通される貫通孔２２が形成されている。なお、この実施形態において、リチウムイオン二次電池１００は角型電池であるが、かかる電池の形状は角型に限定されず、円柱形状等の任意の形状であってよい。
【００１７】
＜負極外部端子＞
負極外部端子３０は、電池ケース２０の外側に設けられている。本実施形態では、負極外部端子３０は、電池ケース２０の外壁に沿った方向に形成されたプレート部３４と、プレート部３４から電池ケース２０の外側へ向かって突設した突起部（図示せず）を有している。プレート部３４には、かしめ加工前における負極内部端子１０（図２に示す未変形負極内部端子１０ａ）の軸部１２を挿通可能な貫通孔３２が設けられている。貫通孔３２は、電池ケース２０の貫通孔２２に対応する位置に形成され、負極内部端子１０の軸部１２を嵌合する程度の大きさの内径を有している。負極外部端子３０の構成材料としては、アルミニウム等の金属材料を好ましく採用することができる。
【００１８】
＜インシュレータ＞
インシュレータ５０は、負極外部端子３０と電池ケース２０とを絶縁する部材である。インシュレータ５０は、電池ケース２０における電池の外側に位置する外面に配置されている。インシュレータ５０は、電池ケース２０の貫通孔２２に対応する位置に貫通孔５２を有する。この貫通孔５２は、負極内部端子１０の軸部１２を嵌合する程度の大きさの内径を有している。インシュレータ５０は、負極内部端子１０のかしめ加工により、貫通孔５２を囲む部分が電池ケース２０と負極外部端子３０との間に挟み込まれて軸部１２の軸方向に圧縮されている。インシュレータ５０の構成材料としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、脂肪族ポリアミド等の樹脂材料を好ましく採用することができる。
【００１９】
＜ガスケット＞
ガスケット４０には、かしめ加工前における負極内部端子１０（図２に示す未変形負極内部端子１０ａ）の軸部１２を挿通させる貫通孔４２が設けられている。ガスケット４０は、貫通孔４２を囲む部分が電池ケース２０と負極内部端子１０の台座部１４との間に挟み込まれて圧縮されることにより、負極内部端子１０（台座部１４）と電池ケース２０とを絶縁するとともに、電池ケース２０の貫通孔２２をシールする。ガスケット４０は、電池ケース２０の貫通孔２２に内側から挿入されて負極内部端子１０の軸部１２と電池ケース２０との直接接触を阻む（絶縁する）筒部４４を有する。筒部４４は中空円筒状の形状を有している。筒部４４は、その外周面が貫通孔２２の内周面に接触し、かつ、その内周面が負極内部端子１０の軸部１２の外周面に接触するように設けられている。ガスケット４０の構成材料としては、使用する電解液に対して耐性を示す各種の樹脂材料を適宜選択して用いることができる。例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素化樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）等の樹脂材料を採用することができる。
【００２０】
＜負極内部端子＞
負極内部端子１０は、金属材料（銅やアルミニウム）等の導電性材料により構成されている。負極内部端子１０は、電池ケース２０に設けられた貫通孔２２に挿通されている。負極内部端子１０は、電池ケース２０の外部で負極外部端子３０に接続され、電池ケース２０の内部で電極体に電気的に接続されている。負極内部端子１０は、負極外部端子３０と電極体とを電気的に接続している。
【００２１】
図２は、後述するかしめ加工前の各部材を模式的に示す分解図である。図１および図２に示す実施形態では、負極内部端子１０（未変形負極内部端子１０ａ）は、電池ケース２０および負極外部端子３０を貫通する軸部１２と、軸部１２の一端部の外周面に設けられた台座部１４とを有している。軸部１２は、電池ケース２０の貫通孔２２に挿通され、電池ケース２０を軸方向に貫通して延びている。また、軸部１２は、電池ケース２０の外部において、さらにインシュレータ５０の貫通孔５２および負極外部端子３０の貫通孔３２に挿通され、インシュレータ５０および負極外部端子３０を軸方向に貫通している。台座部１４は、電池ケース２０内において、軸部１２の一端部の外周面に設けられている。台座部１４は、負極内部端子１０の軸方向に対して直交する方向に延出した鍔形状を有している。この実施形態では、台座部１４は、電池ケース（ここでは蓋体）２０の内面と略平行に広がるとともに、電池ケース２０と電極体との間に配置されている。
【００２２】
＜かしめ加工＞
負極内部端子１０と負極外部端子３０とは、かしめ（リベッティング）加工によって負極内部端子１０が負極外部端子３０にかしめられることで、電池ケース２０に固定される。図１の負極内部端子１０（軸部１２）の先端には、かしめ加工によりかしめ部１６が形成されている。
【００２３】
図３は、一実施形態に係る負極内部端子１０（未変形負極内部端子１０ａ）のかしめ加工を説明するための断面図である。負極内部端子１０のかしめ加工を行うためには、まず、未だかしめ加工が施されていない負極内部端子１０である未変形負極内部端子１０ａの軸部１２を、負極外部端子３０とインシュレータ５０と電池ケース２０とガスケット４０とを積層した積層部分を貫通するように、電池ケース２０の外側に突出させる。そして、突出した未変形負極内部端子１０の先端部分であって軸部１２の台座部１４が位置する側とは反対側の端部を、回転ヘッド６２を有するロータリかしめ機６０を用いて、放射状に拡径して負極外部端子３０の貫通孔３２を囲む周縁部分にかしめることにより、かしめ部１６が形成され、電池ケース２０と負極外部端子３０との間でインシュレータ５０が圧縮されるとともに、負極外部端子３０と電池ケース２０とインシュレータ５０と負極内部端子１０とが一体に固定される。また、上記かしめ加工により、電池ケース２０と台座部１４の間でガスケット４０が圧縮され、これにより電池ケース２０の貫通孔２２がシールされる。
【００２４】
図４は、かしめ加工により形成された一実施形態に係るかしめ部１６の軸部１２の径方向における周縁部１６ａと、かしめ部１６の軸部１２の径方向における中央部１６ｂとを拡大して示す側面図である。以下、「かしめ部１６の周縁部１６ａ」とはかしめ部１６の軸部１２の径方向における周縁部１６ａのことを指す。図４を参照しながら、かしめ部１６の形状について、簡単に説明する。
【００２５】
かしめ部１６の周縁部１６ａにおいて、かしめ部１６の負極外部端子３０（プレート部３４）が位置する側とは反対側の表面からプレート部３４までの距離をエッジ高さｈａとする。また、かしめ部１６の軸部１２の径方向における最外側の位置からプレート部３４までの距離を、最外周高さｈｂとする。かしめ部１６が、かしめ部１６と負極外部端子３０のプレート部３４とが密着している位置から、軸部１２の径方向の外側へ突出した長さを、エッジ長さｄとする。さらに、かしめ部１６の軸部１６の径方向における中央部１６ｂにおいてプレート部３４から最も離れた位置からプレート部３４までの距離を、かしめ高さｈｃとする。また、後述する図６に、かしめ部１６の軸部１２の径方向における直径であるかしめ径ｅを示す。
【００２６】
後に詳述するが、溶接加工による負極内部端子１０と負極外部端子３０との導通性向上の観点から、かしめ加工は、エッジ高さｈａが０．１ｍｍ以上０．５５ｍｍ以下となるように行われることが好ましい。最外周高さｈｂ、エッジ長さｄ、かしめ高さｈｃおよびかしめ径ｅの大きさは特に限定されない。通常は、上述したかしめ加工により、かしめ部１６は、図４に示すように、ｈｂ＜ｈａ＜ｈｃを満たす形状となる。
【００２７】
＜溶接加工＞
かしめ加工が行われてかしめ部１６が形成された負極内部端子１０は、その後、負極外部端子３０のプレート部３４に対して溶接される。図５および図６は、一実施形態に係る負極内部端子１０と負極外部端子３０との溶接加工を説明するための断面図および平面図であり、図７は図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ’線による断面図である。図５、図６および図７に示すように、かしめ部１６の周縁部１６ａは負極外部端子３０に溶接される。好ましくは、かしめ部１６の周縁部１６ａ近傍（かしめ部１６の周縁部１６ａから、その外側（軸部１６の径方向の外側）に位置するプレート部３４までを跨ぐ領域）に対して、連続発振のレーザ光Ｌａが照射され、さらにレーザ光Ｌａはかしめ部１６の外縁に沿って周回するように移動することにより、溶接（レーザ溶接）がかしめ部１６の全周囲に対して行われる。
【００２８】
図７は、溶接加工後のかしめ部１６の周縁部１６ａを拡大して示している。かしめ部１６の周縁部１６ａには溶接加工により溶接部７０が形成している。図７に示すように、溶接加工後の負極内部端子１０と負極外部端子３０との境界領域における溶接部７０の長さを溶接部長さｆとする。かしめ部１６の溶接加工を行った後、この溶接部長さｆを測定することにより、負極内部端子１０と負極外部端子３０の間における導通面積を算出することができる。かかる導通面積は、負極内部端子１０と負極外部端子３０との間の導通性の指標となり得る。
【００２９】
ここで、本発明者らは、負極内部端子１０のかしめ部１６の形状（特にかしめ部１６の周辺部の形状）を制御することにより、負極内部端子１０のかしめ部１６と負極外部端子３０（プレート部３４）との溶接による両端子間の導電面積が増大することを見出した。ここに開示する技術によると、かしめ部１６のエッジ高さｈａは、０．５５ｍｍ以下であることが好ましい。エッジ高さｈａが０．５５ｍｍ以下であると、例え溶接により形成される溶接部７０の形状またはサイズにバラつきがあったとしても、安定して負極内部端子１０と負極外部端子３０の間の低抵抗を実現するのに十分な大きさの導通面積を実現することができる。また、エッジ高さｈａは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。エッジ高さｈａが０．１ｍｍより小さすぎると、レーザ溶接加工時に発生し得る熱の影響が周辺部品に及ぶおそれがある。
【００３０】
かしめ部１６のエッジ高さｈａを制御する方法としては、特に限定されない。図３に示すように、回転ヘッド６２を有するロータリかしめ機６０を用いて、未変形負極内部端子１０ａの先端部分をかしめ変形させるかしめ加工を行う場合において、ロータリかしめ機６０の下死点を制御することにより、好適な範囲のエッジ高さｈａを実現することができる。具体的には、ロータリかしめ機６０の下死点を降下させるほど、エッジ高さｈａが低下する傾向がある。
【００３１】
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の説明は本発明を限定することを意図したものではない。
【００３２】
図２に示すように、電池ケース（ここでは蓋体）２０を用意し、その内側面にガスケット４０を、外側面にインシュレータ５０および負極外部端子３０をセットした。次いで、かしめ加工する前の未変形負極内部端子１０ａを用意し、その軸部１２を電池ケース２０の貫通孔２２、ガスケット４０の貫通孔４２および負極外部端子３０の貫通孔３２に順次挿通して、電池ケース２０および負極外部端子３０に貫通させた。そして、押圧治具を用いてガスケット４０およびインシュレータ５０に対して負極外部端子３０側から荷重を加えて押圧することで、上記貫通した未変形負極内部端子１０ａの軸部１２の先端部分であって台座部１４が位置する側とは反対側の端部を、負極外部端子３０の貫通孔３２から外方に突出させた。その状態で、図３に示すように、回転ヘッド６２を有するロータリかしめ機６０を用いて、上記突出した軸部１２の端部を放射状に拡径して負極外部端子３０の貫通孔３２を囲む周縁部分にかしめることにより、電池ケース２０の貫通孔２２に負極外部端子３０を取り付けて（かしめ加工）、組立体を構築した。
【００３３】
かかるかしめ工程において、ロータリかしめ機６０の下死点の設定を上下に変化させてかしめ加工を行い、かしめ加工後に形成されるかしめ部１６の形状を観察した。表１に、ロータリかしめ機６０の下死点を相対的に下方に設定してかしめ加工を行った例１と、ロータリかしめ機６０の下死点を相対的に上方に設定してかしめ加工を行った例２について、かしめ部１６の形状を観察した結果を示す。
【００３４】
【表１】
2019121468.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、ロータリかしめ機６０の下死点を制御することにより、かしめ部１６の形状（特にエッジ高さｈａ）を制御することができることが確かめられた。かかる試験を複数回行った結果、ロータリかしめ機６０の下死点を降下させるほど、かしめ部１６のエッジ高さｈａが低下する傾向があることが確かめられた。
【００３６】
次に、かしめ加工を行った組立体について、かしめ部１６の周縁部１６ａと負極外部端子３０とをレーザ溶接により全周接合した。溶接加工後のかしめ部１６の周縁部１６ａを観測し、溶接部長さｆ（図７）を測定し、溶接部長さｆから導通面積を算出した。その結果を表１および図８に示す。なお、図８は、かしめ部１６のエッジ高さｈａ［ｍｍ］と導通面積［ｍｍ２］との関係を表したグラフである。
【００３７】
表１および図８に示す結果から明らかなように、かしめ部のエッジ高さｈａが小さいほど、導通面積は向上することが分かった。ここで、導通面積が約０．６ｍｍ２以上であると、例え溶接工程において溶接品質のバラつきが生じたとしても、負極内部端子１０と負極外部端子３０との間の低抵抗が安定して達成され得るといえる。図８に示す結果より、かしめ部１６のエッジ高さｈａが０．５５ｍｍ以下であると、導通面積は概ね０．６ｍｍ２以上となり、実用上好適な安定的品質を有する密閉型電池を構築することができることが分かった。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    負極内部端子
１２    軸部
１４    台座部
１６    かしめ部
２０    電池ケース
２２    貫通孔
３０    負極外部端子
３２    貫通孔
３４    プレート部
４０    ガスケット
４２    貫通孔
５０    インシュレータ
５２    貫通孔
６０    ロータリかしめ機
６２    回転ヘッド
１００  密閉型電池
【図１】
2019121468.tif 000004
【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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