(57)【要約】【課題】外端子と内端子との間の内部抵抗変動が抑制され、低コストで電池としての信頼性を向上させることができる構成の密閉電池用端子を提供すること。【解決手段】中実平リベット形状の外端子３０と、中空平リベット形状の内端子２７とからなり、内端子２７の中空軸部２６は、第１絶縁部材３１、封口板１５に穿設された開孔１５ａ、第２絶縁部材３２に、封口板１５とは絶縁状態で挿通され、外端子３０は、柱状軸部２９が内端子２７の中空軸部２６内に挿入され、圧接かしめされて柱状軸部２９の中間部に径の膨化変形部が形成されており、内端子２７の中空軸部２６は、外端子３０の柱状軸部２９の径の膨化変形部に沿った形状に変形して外端子３０の柱状軸部２９と圧接されていると共に、先端部２６ｂが外端子３０の鍔部２８と柱状軸部２９との間の曲面状表面２９ａに沿ってカーリング成型されている。【選択図】図３
2012059365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子が封口板に穿設された開孔内に取り付けられ、前記封口板が内部に電極体を有する外装缶の開口部に密封状態に固定され、前記端子と前記電極体の集電体とが電気的に接続されている密閉電池において、
前記端子は、鍔部と柱状軸部とを有すると共に前記鍔部と前記柱状軸部との間に曲面状表面が形成された中実平リベット形状の外端子と、鍔部と中空軸部とを有する中空平リベット形状の内端子とからなり、
前記内端子の中空軸部は、順次第１絶縁部材の開孔、前記封口板に穿設された開孔、及び、第２絶縁部材に形成された開孔内に、前記外装缶の内部側から前記封口板とは絶縁状態で挿通され、
前記外端子は、前記柱状軸部が前記外装缶の外部側から前記内端子の中空軸部内に挿入され、圧接かしめされて前記柱状軸部の中間部に径の膨化変形部が形成されており、
前記内端子の中空軸部は、前記外端子の前記柱状軸部の径の膨化変形部に沿った形状に変形して前記外端子の柱状軸部と圧接されていると共に、先端部が前記外端子の鍔部と柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング成型されていることを特徴とする密閉電池。
【請求項２】
前記外端子の鍔部の内端子側表面には全周にわたって突起が形成されており、前記環状の突起は前記第２絶縁部材の外表面と接触し、前記環状の突起と前記柱状軸部と前記第２絶縁部材の外表面との間に形成された空間内に前記カーリング成型された前記内端子の中空軸部の先端が位置していることを特徴とする請求項１に記載の密閉電池。
【請求項３】
前記第２絶縁部材の外周側の外表面には、前記外端子の鍔部外周側を囲むように、全周あるいは部分的に突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉電池。
【請求項４】
前記封口板は、前記開孔近傍の周囲全周に亘って、両側に突起が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉電池。
【請求項５】
前記封口板の外端子側表面に形成される突起は、前記環状の突起と、第２絶縁部材を介して対向していることを特徴とする請求項４に記載の密閉電池。
【請求項６】
前記封口板の内端子側表面に形成される突起は、前記内端子の鍔部と、第１絶縁部材を介して対向していることを特徴とする請求項４または５に記載の密閉電池。
【請求項７】
端子が封口板に穿設された開孔内に取り付けられ、前記封口板が内部に電極体を有する外装缶の開口部に密封状態に固定され、前記端子と前記電極体の集電体とが電気的に接続されている密閉電池の端子部の形成方法において、
前記端子として、鍔部と柱状軸部とを有し、前記鍔部と前記柱状軸部との間に曲面状表面が形成された中実平リベット形状の外端子と、鍔部と前記外端子の前記柱状軸部よりも長さが長い中空軸部とを有する中空平リベット形状の内端子とを用い、
前記内端子の中空軸部を、順次第１絶縁部材の開孔、前記封口板に穿設された開孔、及び、第２絶縁部材に形成された開孔内に、前記外装缶の内部側から前記封口板とは絶縁状態で挿通し、
前記外端子の柱状軸部を前記外装缶の外部側から前記内端子の中空軸部内に挿入し、
次いで、前記外端子の鍔部及び前記内端子の鍔部間に押圧力を印加して前記外端子の柱状軸部を前記内端子の中空軸部内に圧接すると共に、前記内端子の中空軸部の先端を前記外端子の鍔部と前記柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング処理し、
さらに前記外端子の鍔部及び前記内端子の鍔部間に押圧力を印加して前記外端子の中空軸部に径の膨化変形部を形成することを特徴とする密閉電池の端子部の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外端子と内端子とから形成される端子部を備えた密閉電池用端子及びその製造方法に関し、特に、外端子と内端子との間の圧着部が電池外部に存在し、外端子と内端子との間の内部抵抗変動が抑制され、低コストで電池としての信頼性を向上させることができる構成の密閉電池用端子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型の電子機器の急速な普及に伴い、それに使用される電池への要求仕様は、年々厳しくなり、特に小型・薄型化、高容量でサイクル特性が優れ、性能の安定したものが要求されている。そして、二次電池分野では他の電池に比べて高エネルギー密度であるリチウム非水電解質二次電池が注目され、これらの二次電池の占める割合は二次電池市場において大きな伸びを示している。さらに近年、環境保護運動が高まり、二酸化炭素ガス等の温暖化の原因となる排ガスの排出規制が強化されている。そのため、自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車に換えて、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の密閉電池が使用されているが、近年は軽量で、かつ高容量の電池が得られるということから、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
携帯機器用途においては、携帯機器を振動させたり、誤って落下させたときに、電池から電解液が漏れ出ることなく、さらに電池の内部抵抗が変動しないように、電池には高い信頼性が要求される。ＥＶ、ＨＥＶ用途においては、環境対応だけでなく、自動車としての基本性能、すなわち、加速性能や登坂性能等の走行能力の高度化も必要とされる。このような要求を満たすためには、単に電池容量を大きくすることのみならず、高出力の電池が必要である。一般に、ＥＶ、ＨＥＶ用の密閉電池は、電極体を金属製の角形外装缶内に収容した角形密閉電池が多く使用されているが、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電池の低抵抗化が必要であり、内部抵抗を極力低減させ、さらに抵抗変動がない必要がある。そのため、端子部における高信頼性化と低抵抗化を実現することについても種々の改良が行われてきている。
【０００４】
これらの電池の端子部における高信頼性化と低抵抗化を実現する方法としては、従来から機械的なカシメ法が多く使用されている。例えば、下記特許文献１に示されている密閉電池の端子部５０は、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、密閉電池の開口部を封口する金属板５１に設けた貫通孔５２（図４Ｂ参照）の内面及び貫通孔５２の周囲の金属板５１の両面を被覆する絶縁部材５３、５４が配置され、これらの絶縁性部材５３、５４の電池の外面に位置する面上には、一方の面に合成樹脂層５５を形成した電極引出板５６の合成樹脂層５５の面を接して配置し、電極引出板５６の貫通孔を貫通した電極導出ピン５７を挿通して、電極導通ピン５７の先端部５８をかしめて一体化し、電極導通ピン５７の頭部にリードタブ５９等を抵抗溶接することによって作製されている。
【０００５】
下記特許文献１に示されている密閉電池の端子部５０によれば、電極引出板５６と絶縁部材５３との間に合成樹脂層５５が配置されているので、絶縁板５３と電極引出板５６との間の気密保持特性が良好で、経時的な変化が小さく、信頼性が高い密閉電池が得られるというものである。しかしながら、下記特許文献１に記載されている密閉電池の端子部５０は、電池外部にかしめ部が存在するため、電極導通ピン５７の先端部５８側が平坦性に欠け、電池高さの寸法のバラツキが大きくなるという課題が存在している。また、このように電極導通ピン５７の先端部５８側が平坦性に欠けていると、電極導通ピン５７の先端部５８に抵抗溶接用電極を当接して電極導出ピン５７にリードタブ５９等を抵抗溶接する際に、電極導通ピン５７の先端部５８側でスパッタが発生し、電池の生産性を低下させる要因ともなっていた。
【０００６】
一方、下記特許文献２に示されている密閉電池の端子部６０は、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、カシメ圧接前の端子６１をガスケット６２を介して封口板６３、スペーサ６４、集電部品６５に順次挿通させ、端子６１の先端６６の開口６７に所定の押圧型を用いて封口板６３と平行な方向に拡径するようにかしめ処理を行い、次いで、かしめられた端子６１の先端６６の形状と相補的な凹部を有し、この凹部の周縁に所定角度（例えばθ２）の傾斜部Ａ１を有する加工パンチ（型）Ａを用いてかしめられた端子６１の先端６６に当接させ（図５Ａ参照）て成型し、この先端６６に円錐台部６８を形成（図５Ｂ参照）し、続いて、かしめられた端子６１の円錐台部６８の周縁と集電部品６５とをレーザ溶接することにより作製されている。
【０００７】
下記特許文献２に示されている密閉電池の端子部６０によれば、領域Ｓにおいて円錐台部６８の底面は全面で集電部品６５と良好に密着されており、しかも、円錐台部６８の周縁と集電部品６５との境界領域が確実にレーザ溶接されているため、かしめられた端子６１と集電部品６５との間の導通安定性が確実に維持されるという効果を奏するものである。しかしながら、下記特許文献２に示されている密閉電池の端子部６０は、かしめられた端子６１の先端６６の円錐台部６８の周縁と集電部品６５とをレーザ溶接する必要があるために巨額な設備投資が必要であり、電池単価のコストアップとなってしまう。しかも、このようなレーザ溶接を行わないと、電池内部にかしめ部が存在するので、電池が落下した場合等、過酷な外力が印加された場合には、かしめ部における導通箇所において電解液が介入（液噛み）することによって導通不良がおこり、その際に電池の内部抵抗が大きく変動してしまうことがある。
【０００８】
一方、このようなかしめ部を形成しない端子部としては、下記特許文献３及び４に示された構成のものが知られている。下記特許文献３に開示されている密閉電池の端子部７０は、図６に示したように、合成樹脂製の封口板７１の透孔７２内にワッシャー７３を介して挿入された端子部構成部材としての凹形リベット（メス形リベット）７４と、この凹形リベット７４とは反対側からワッシャー７５を介して凹形リベット７４に挿入された凸形リベット（オス形リベット）７６とを備えている。なお、ワッシャー７３の外周側は密閉電池の極板に電気的に接続されており、凹形リベット７４と凸形リベット７６とはいわゆるコンプレッションリベットを構成している。
【０００９】
さらに、下記特許文献４に示されている封止電極端子構造８０は、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、凹形リベット形状の第１の電極ピン８１を封口板８５の外側に配設し、凸形リベット形状で、第１の電極ピン８１よりも軟質な材料で形成された第２の電極ピン８２を封口板８５の内側に配設し、第１の電極ピン８１と第２の電極ピン８２とを押圧付勢することによって、第２の電極ピン８２の柱状軸部８２ａを縦方向に圧縮させつつ横方向に膨出変形させることにより、第１の電極ピン８１と第２の電極ピン８２とを不可分に一体化させた構成を備えている。
【００１０】
ここでは第１の電極ピン８１の中空軸部８１ａの長さは第２の電極ピン８２の柱状軸部８２ａの長さと同一とされている。そのため、第２の電極ピン８２の鍔部８２ｂには柱状軸部８２ａの根本を囲むように環状の溝が８２ｃが形成されているため、第１の電極ピン８１と第２の電極ピン８２とを押圧付勢すると、第１の電極ピン８１の中空軸部８１ａの先端は第２の電極ピン８２の環状の溝８２ｃに当接した状態となり、第２の電極ピン８２の柱状軸部８２ａは縦方向に圧縮されつつ横方向に膨出変形される。そのため、この第１の電極ピン８１の中空軸部８１ａの外周には孔部８４ａを有する円筒状の合成樹脂製の筒体８４が配置され、第１の電極ピン８１と封口板８５との間及び第２の電極ピン８２と封口板８５との間にはそれぞれ開孔８３が形成された絶縁シート８３が配置されているため、第１の電極ピン８１と第２の電極ピン８２とは、封口板８５とは確実に絶縁された状態で、封口板８５の貫通孔８５ａに気密封止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１５１５２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１４１１号公報
【特許文献３】実開昭５９−  ４１８６２号公報
【特許文献４】特開平  ７−２３５２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献３に示されている密閉電池の端子部によれば、凹形リベットと凸形リベットとからなるコンプレッションリベットを用いることにより、かしめによらず、封口板を径方向外方側に押圧して、封口板と凹形リベットと凸形リベットとの間に高度の密閉性を確保して、対漏液性の良好な密閉電池を得ることができるという効果が奏される。また、上記特許文献４に示されている封止電極端子構造によれば、第１の電極ピンと第２の電極ピンとを押圧付勢すると第２の電極ピンが縦方向に圧縮されつつ横方向に膨出変形するため、第１の電極ピン及び第２の電極ピンと封口板との間に合成樹脂筒体及び絶縁フィルムが存在することと相まって、絶縁性、気密性に優れるようになる。加えて、上記特許文献３及び４に示されている密閉電池の端子部ないし封止電極端子構造によれば、端子の電池内部側及び電池外部側共に表面が平坦になっているので、電池内部の端子とリードタブ等の抵抗溶接に際しては、スパッタが発生し難くなり、作業性が良好となるという効果も奏するものである。
【００１３】
しかしながら、上記特許文献３に示されている密閉電池の端子部では、ワッシャーに電極リード体をスポット溶接して凹形リベットの間の電気的導通を取る構成となっており、凹形リベットとワッシャーとの圧着点が電池内部側に存在しているため、電池が落下した場合等、過酷な外力が印加された場合には、凹形リベットとワッシャーとの圧着点において電解液が介入することによって導通不良がおこり、その際に電池の内部抵抗が大きく変動してしまうことがある。また、上記特許文献４に示されている封止電極端子構造では、第１の電極ピンと第２の電極ピンとの圧着点が電池内部側に存在しているため、上記特許文献３に示されている密閉電池の端子部の場合と同様に、電池が落下した場合等、過酷な外力が印加された場合には、第１の電極ピンと第２の電極ピンとの圧着点において電解液が介入することによって導通不良がおこり、その際に電池の内部抵抗が大きく変動してしまうことがある。
【００１４】
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、端子として中実平リベット形状の外端子と中空平リベット形状の内端子とを備えるものを使用し、両者の圧着点が電池外部側となるようにして、電池高さの寸法のバラツキが少なくなるようにすると共に、過酷な外力が印加された場合でも、外電池の内部抵抗の変動が少なく、しかも、低コストで電池としての信頼性を向上させることができる構成の密閉電池用端子及びその製造方法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】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の密閉電池用端子は、端子が封口板に穿設された開孔内に取り付けられ、前記封口板が内部に電極体を有する外装缶の開口部に密封状態に固定され、前記端子と前記電極体の集電体とが電気的に接続されている密閉電池用端子において、前記端子は、鍔部と柱状軸部とを有すると共に前記鍔部と前記柱状軸部との間に曲面状表面が形成された中実平リベット形状の外端子と、鍔部と中空軸部とを有する中空平リベット形状の内端子とからなり、前記内端子の中空軸部は、順次第１の絶縁部材の開孔、前記封口板に穿設された開孔、及び、第２絶縁部材に形成された開孔内に、前記外装缶の内部側から前記封口板とは絶縁状態で挿通され、前記外端子は、前記柱状軸部が前記外装缶の外部側から前記内端子の中空軸部内に挿入され、圧接かしめされて前記柱状軸部の中間部に径の膨化変形部が形成されており、前記内端子の中空軸部は、前記外端子の前記柱状軸部の径の膨化変形部に沿った形状に変形して前記外端子の柱状軸部と圧接されていると共に、先端部が前記外端子の鍔部と柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング成型されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の密閉電池用端子においては、外端子は、柱状軸部が外装缶の外部側から内端子の中空軸部内に挿入され、圧接かしめされて柱状軸部の中間部に径の膨化変形部が形成されており、内端子の中空軸部は、外端子の柱状軸部の径の膨化変形部に沿った形状に変形して外端子の柱状軸部と圧接されている。そのため、本発明の密閉電池用端子によれば、外端子の柱状軸部の径の膨化変形部によって第１絶縁部材ないし第２絶縁部材が封口板に穿設された開孔に押圧されるため、端子部の気密性が良好となり、漏液が生じ難くなる。
【００１７】
また、本発明の密閉電池用端子においては、外端子は鍔部と柱状軸部とを有する中実平リベット形状をしており、内端子は鍔部と中空軸部とを有する中空平リベット形状をしているから、外端子の外部側表面は平らになっていると共に反り変形が生じていない。そのため、本発明の密閉電池用端子によれば、外端子の高さ寸法のバラツキが減少するほか、外端子の鍔部表面に抵抗溶接用電極を当接し、内端子の鍔部表面に電極タブ及び抵抗溶接用電極を当接して電極タブを内端子の鍔部にスポット溶接する際においても、外端子側でスパッタが生じるおそれが少なくなるので、密閉電池の生産性が向上する。
【００１８】
また、本発明の密閉電池用端子においては、内端子の中空軸部は、外端子の柱状軸部の径の膨化変形部に沿った形状に変形して外端子の柱状軸部と圧接されていると共に、先端部が外端子の鍔部と柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング成型されている。そのため、本発明の密閉電池用端子によれば、外端子と内端子との圧接点が密閉電池の外部側に存在するため、例え落下衝撃が加わる等の外部から大きな力が加わっても、外端子と内端子との間に電解液が介入することがない。加えて、内端子の中空軸部の先端部が外端子の鍔部と柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング成型されているため、外端子と内端子の中空軸部の先端との間の気密性が非常に良好となり、外部からの空気や水分が電池内部に浸入し難くなるので、高品質な端子部を有する密閉電池が得られる。
【００１９】
また、本発明の密閉電池用端子においては、前記外端子の鍔部の内端子側表面には全周にわたって突起が形成されており、前記環状の突起は前記第２絶縁部材の外表面と接触し、前記環状の突起と前記柱状軸部と前記第２絶縁部材の外表面との間に形成された空間内に前記カーリング成型された前記内端子の中空軸部の先端が位置していることが好ましい。
【００２０】
外端子の鍔部の内端子側表面に全周にわたって突起が形成されており、この環状の突起が第２絶縁部材の外表面と接触し、この環状の突起と柱状軸部と第２絶縁部材の外表面との間に形成された空間内にカーリング成型された内端子の中空軸部の先端が位置していると、カーリング成型された内端子の中空軸部の先端が外部空間から隔離された状態となる。そのため、本発明の密閉電池用端子によれば、より外端子と内端子の中空軸部の先端との間及び内端子の中空軸部の先端と第２絶縁部材との間の気密性が非常に良好となり、外部からの空気や水分が電池内部に浸入し難くなるので、非常に高品質な端子部を有する密閉電池が得られる。
【００２１】
また、本発明の密閉電池用端子においては、前記第２絶縁部材の外周側の外表面には、前記外端子の鍔部外周側を囲むように、全周あるいは部分的に突起が形成されていることが好ましい。
【００２２】
第２絶縁部材の外周側の外表面に外端子の鍔部外周側を囲むように全周あるいは部分的に突起が形成されていると、外端子が回転しても第２の絶縁材により鍔部の外周側と封口板の間の絶縁性が良好になるので、より信頼性の高い端子部を有する密閉電池が得られる。
【００２３】
また、本発明の密閉電池用端子においては、前記封口板は、前記開孔近傍の周囲全周にわたって、両側に突起が形成されていることが好ましい。
【００２４】
封口板の開孔の周囲全周にわたって両側に突起が形成されていると、外端子及び内端子を圧接した際、これらの突起がそれぞれ第１絶縁部材ないし第２絶縁部材に食い込むため、封口板と第１絶縁部材及び第２絶縁部材との間の気密性が良好となるので、より高品質な端子部を有する密閉電池が得られる。
【００２５】
また、前記封口板の、外端子側表面に形成される突起は、前記環状の突起と第２絶縁部材を介して対向していることが好ましく、内端子側表面に形成される突起は、前記内端子の鍔部と第１絶縁部材を介して対向していることが好ましい。
【００２６】
このような構成であると、外端子及び内端子を圧接した際に、これらの突起がそれぞれ第１絶縁部材ないし第２絶縁部材の上下方向から効果的に食い込むことになり、封口板と第１絶縁部材及び第２絶縁部材との間の気密性がより良好となるので、高品質な端子部を有する密閉電池が得られる。
【００２７】
さらに上記目的を達成するため、本発明の密閉電池の端子部の形成方法は、端子が封口板に穿設された開孔内に取り付けられ、前記封口板が内部に電極体を有する外装缶の開口部に密封状態に固定され、前記端子と前記電極体の集電体とが電気的に接続されている密閉電池の端子部の形成方法において、前記端子として、鍔部と柱状軸部とを有し、前記鍔部と前記柱状軸部との間に曲面状表面が形成された中実平リベット形状の外端子と、鍔部と前記外端子の前記柱状軸部よりも長さが長い中空軸部とを有する中空平リベット形状の内端子とを用い、前記内端子の中空軸部を、順次第１の絶縁部材の開孔、前記封口板に穿設された開孔、及び、第２絶縁部材に形成された開孔内に、前記外装缶の内部側から前記封口板とは絶縁状態で挿通し、前記外端子の柱状軸部を前記外装缶の外部側から前記内端子の中空軸部内に挿入し、次いで、前記外端子の鍔部及び前記内端子の鍔部間に押圧力を印加して前記外端子の柱状軸部を前記内端子の中空軸部内に圧接すると共に、前記内端子の中空軸部の先端を前記外端子の鍔部と前記柱状軸部との間の曲面状表面に沿ってカーリング処理し、さらに前記外端子の鍔部及び前記内端子の鍔部間に押圧力を印加して前記外端子の中空軸部に径の膨化変形部を形成することを特徴とする。
【００２８】
本発明の密閉電池の端子部の形成方法によれば、容易に上記効果を奏することができる密閉電池の端子部を形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態及び比較例に共通する非水電解質二次電池の構成を示す部分断面斜視図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｈは図１の非水電解質二次電池の製造工程を順を追って説明する斜視図である。
【図３】実施形態の負極端子の製造工程を示す図であり、図１の負極端子１８近傍におけるIII−III断面に相当する。図３Ａは各構成部分の分解断面図、図３Ｂは組み付け工程後の断面図、図３Ｃは内端子カーリング工程後の断面、図３Ｄは完成後の断面図である。
【図４】図４Ａは第１の従来例の密閉電池の端子部の構成を示す斜視図であり、図４Ｂは同じく分解斜視図である。
【図５】図５Ａは第２の従来例の密閉電池のかしめられた端子の成型工程を示す断面図であり、図５Ｂはそれに引き続くレーザ溶接工程を示す断面図である。
【図６】図６Ａは第３の従来例の密閉電池の端子部の製造中の断面図であり、図６Ｂは同じく完成後の断面図である。
【図７】図７Ａは第４の従来例の封止電極端子構造の分解断面図であり、図７Ｂは同じく完成後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための密閉電池用の端子を備えた小型の角形非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、本発明は，ニッケル−水素二次電池等の密閉電池や、ＨＥＶないしＥＶ用等の大型に密閉電池に対しても等しく適用し得るものである。また、以下においては、本発明の密閉電池の端子としては、密閉電池の構成上から負極端子を例にとって説明するが、本発明は負極端子だけでなく正極端子についても同様に適用し得るものである。
【００３１】
最初に、図１及び図２を参照して実施形態及び各比較例に共通する角形非水電解質二次電池の概略構成を説明する。なお、図１は、実施形態及び比較例に共通する非水電解質二次電池の構成を示す部分断面斜視図である。また、図２Ａ〜図２Ｈは図１の非水電解質二次電池の製造工程を順を追って説明する斜視図である。
【００３２】
この角形非水電解質二次電池１０は、長手方向の一端面が開口し、周囲面が閉鎖したほぼ偏平状の導電性を有する箱型の電池外装缶１１と、電池外装缶１１内に挿入された偏平状巻回電極体１２と、偏平状巻回電極体１２の正極の芯体露出部から切り起こされた切り起こし片１３に例えば溶接等により電気的に接続された、正極の芯体より高強度の正極集電タブ１４と、電池外装缶１１の開口部を覆って封口する封口板１５とを備えている。この電池外装缶１１の開口部は、電池外装缶１１の開口端縁と封口板１５との間に正極集電タブ１４を挟み込んだ状態でレーザー溶接することにより封口されている。
【００３３】
この構成の角形非水電解質二次電池１０によると、封口板１５が電池外装缶１１の開口端にレーザー溶接される際に、正極集電タブ１４も電池外装缶１１に溶接されて電池外装缶１１との間で電気的接続がなされる。しかも、正極集電タブ１４は、一方の電極の芯体より高強度の箔片で形成されているので、切り起こし片１３そのもので形成した場合よりも機械的強度が向上する。
【００３４】
次いで、実施形態及び各比較例に共通する角形非水電解質二次電池１０の製法を図２を用いて説明する。偏平状巻回電極体１２は、正極と、負極と、両電極間に介在されたセパレータとからなり、これらの各極板の製造方法は既に公知であって、本発明は公知の任意の偏平状巻回電極体１２を使用することができる。以下、その製法の一例を示す。
【００３５】
［正極極板の作製］
正極活物質としてコバルト酸リチウムと、炭素系導電剤であるアセチレンブラックと、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を、９５：２．５：２．５の質量比で混合して、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶剤として混合機を用いて混合し、正極合剤スラリーを調製した。このスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム製の正極芯体の両面にドクターブレード法により塗布、乾燥して、正極芯体の両面に正極活物質層を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧縮し正極極板を作製した。
【００３６】
この正極には、正極芯体の巻回終端から一定の距離だけ正極芯体の両面ともに正極活物質層を有しない両面露出部が設けられ、この両面露出部からさらに一定の距離だけは、正極芯体の一方の面のみが正極活物質層を有し、他方の面の芯体が露出する片面露出部が設けられる。また、正極芯体の両面露出部には、図２Ａに示したように、正極芯体を貫通するほぼコ字状の切り込み部１３ａが形成される。この切り込み部１３ａは、正極集電タブ１４と接続するための切り起こし片１３を形成するためのものであって、鋭利な刃物で正極芯体を切り込むことによって形成される。
【００３７】
［負極極板の作製］
人造黒鉛と、ＣＭＣを純水に１質量％溶解させたものと、ＳＢＲとを固形分比で９８：１：１の質量比となるように、混練して負極合剤スラリーを作製した。次いで、厚さ８μｍの銅製の負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布後、乾燥して負極芯体の両面に活物質層を形成した。この後、圧縮ローラーを用いて圧縮し負極極板を作製した。そして、負極芯体の露出部にニッケル製の負極集電タブ１６を溶接することにより取り付けた。
【００３８】
［偏平状巻回電極体の作製］
上述のようにして作製した正極極板と負極極板とを、外周側が正極となるようにして、ポリエチレンの微多孔膜からなるセパレータを挟んで互いに絶縁した状態で巻回し、押し潰すことによって偏平状巻回電極体１２を作製した。なお、偏平状巻回電極体１２の上部からは負極集電タブ１６を突出させた。この偏平状巻回電極体１２概略構成は図２Ａに示したとおりとなる。
【００３９】
［非水電解液の調製］
非水電解液は、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるようにエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの体積混合比が４０：３０：３０の混合溶媒に溶解した非水電解液を用いた。
【００４０】
上述のようにして作製された偏平状巻回電極体１２の上部に、図２Ｂに示すように、樹脂製絶縁スペーサ１７を設置し、このスペーサの一つのスリット１７ａに負極集電タブ１６を挿通した。さらに図２Ｃに示すように、正極芯体の切り込み部１３ａから切り起こし片１３をほぼ９０°切り起こし、この切り起こし片１３に所定の肉厚を有するアルミニウム箔１９を使用して超音波溶接を行い、電気的接続を確保した後に、切断工具を用いて所定の長さで切断して正極集電タブ２０を形成した。
【００４１】
また、図２Ｄに示すように、切り起こし片１３と溶接された正極集電タブ２０は、さらにほぼ９０°起こした後、切り起こし片１３及び超音波溶接部２１を覆うように絶縁テープ２２を貼付し、偏平状巻回電極体１２に固定した。また、必要に応じて、偏平状巻回電極体１２の下端にも絶縁テープ２２ａを貼付け固定してもよい。
【００４２】
その後、図２Ｅに示すように、偏平状巻回電極体１２の上方に封口板１５を位置させた状態で、封口板１５に固定された負極端子１８の内部側と負極集電タブ１６とを抵抗溶接によって電気的に接続し、図２Ｆに示したように、正極集電タブ２０は封口板１５を偏平状巻回電極体１２に密着させたときにその先端の一部が外部に出るようにした。なお、負極端子１８の具体的構成については後述する。
【００４３】
次いで、図２Ｇに示すように、負極集電タブ１６が電気的に接続された偏平状巻回電極体１２を電池外装缶１１内に挿入し、その後、正極から導出した正極集電タブ２０を電池外装缶１１の内壁に沿って開口端にまで延ばし、この正極集電タブ２０の端部を、封口板１５の外周側面で挟み込むようにして、封口板１５を電池外装缶１１の開口縁に嵌合した。そして、電池外装缶１１の開口端部に所定の外部圧力を加えつつ、電池外装缶１１と封口板１５との嵌合部にレーザー光を照射し、当該部分を溶接した。このレーザー溶接によって、電池外装缶１１の開口部が封口され、同時に正極集電タブ２０が電池外装缶１１と電気に接続される。
【００４４】
レーザー溶接後、図２Ｈに示すように、封口板１５の透孔（図示省略）より電池外装缶１１の内部に非水電解液を注液し、この透孔にキャップ（図示省略）を設けて密閉した。これにより、実施形態及び比較例に共通する密閉電池としての非水電解質二次電池１０が完成される。このようにして作製された非水電解質二次電池１０のサイズは、厚さ５．５ｍｍ×幅３４ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、定格容量は１１５０ｍＡｈである。
【００４５】
［実施形態の負極端子］
ここで、図３を用いて実施形態の負極端子１８について詳細に説明する。なお、図３は実施形態の負極端子の製造工程を示す図であり、図１のIII−III面における断面を図示しており、図３Ａは各構成部分の分解断面図、図３Ｂは組み付け工程後の断面図、図３Ｃは内端子カーリング工程後の断面、図３Ｄは完成後の断面図である。
【００４６】
実施形態の負極端子１８は、図３Ａに示したように、鍔部２５と中空軸部２６とを有する中空平リベット形状の内端子２７と、鍔部２８と柱状軸部２９とを有する中実平リベット形状の外端子３０と、樹脂製の第１絶縁部材３１と、樹脂製の第２絶縁部材３２と、開孔１５ａが穿孔された封口板１５とを備えている。外端子３０の鍔部２８と柱状軸部２９との間には曲面状表面２９ａが形成されており、また、外端子３０の鍔部２８の周囲には、内端子側に全周に亘って突起２８ａが形成されている。また、柱状軸部２９の先端部２９ｂは丸められており、後述する内端子２７の中空軸部２６の底部２６ａと相補的な形状となされている。そして、内端子２７の中空軸部２６の底部２６aから先端部２６ｂまでの長さＬ１は外端子３０の柱状軸部２９の根本から先端部２９ｂまでの長さＬ２よりも長く、Ｌ１>Ｌ２とされている。
【００４７】
第１絶縁部材３１は、上面側には内端子２７の中空軸部２６の外径と実質的に同じ直径の貫通孔３１ａが形成された環状部３１ｂを備え、下面側の周囲には内端子２７の鍔部２５の周囲を囲む大きさの突起３１ｃが形成されている。なお、本明細書における「実質的に」という用語は、同一に近いことが好ましいが、必ずしも同一でなく、僅かに大きい場合も僅かに小さい場合も含む意味で用いられている（以下、同様）。この第１絶縁部材３１の環状部３１ｂは、高さが実質的に封口板１５の厚さと同程度となるようにされており、さらに外径は実質的に封口板１５の開孔部１５ａの内径と同じにされている。また、この突起３１ｃの高さは、内端子２７の鍔部２５の位置決めのためであり、低くてもよい。
【００４８】
また、第２の絶縁板３２は、中央に実質的に内端子２７の中空軸部２６の外径と同じ孔径の開孔３２ａが形成され、上面側の周囲には外端子３０の鍔部２８の周囲を囲む大きさの突起３２ｂが形成されている。なお、この突起３２ｂの高さは、外端子３０の鍔部２８と封口板との絶縁性を確保する事に必要な寸法であり、鍔部２８の厚み以上であることが望ましい。なお、第１絶縁板３１及び第２絶縁板３２は、ぞれぞれの形状を上述のものとは逆になるようにしてもよい。
【００４９】
また、封口板１５は、負極端子１８の形成領域に穿孔された開孔１５ａを有しており、この開孔１５ａの近傍周囲の外端子３０側には全周にわたって突起１５ｂが形成されており、同じく内端子２７側には近傍周囲に全周にわたって突起１５ｃが形成されている。なお、突起１５ｂ及び１５ｃの機能については後述する。また、ここでは、開孔１５ａは封口板１５が電池内部側に変形された位置に形成されているが、このような構成としたのは電池の外端子３０の高さが低くなるようにするためである。
【００５０】
［各部品の組み付け工程］
このような構成の内端子２７、第１絶縁部材３１、第２絶縁部材３２、外端子３０を封口板１５の開孔１５ａに組み付けるには、次のようにして行われる。まず、図３Ｂに示したように、封口板１５の開孔１５ａに下側（電池の内側となる方）から第１絶縁部材３１の環状部３１ｂを挿入し、次いで第１絶縁部材３１の貫通孔３１ａ内に下側から内端子２７の中空軸部２６ａを挿入する。その後、封口板１５に上側（電池の外側となる方）から第２絶縁部材３２を突起３２ｂが外側となるように載置し、次いで、上方から外端子３０の柱状軸部２９を内端子２７の中空軸部２６の内部に挿入する。
【００５１】
ここでは、内端子２７の中空軸部２６の内径は外端子３０の柱状軸部２９の外径と実質的に同一とされている。しかも、内端子２７の中空軸部２６の外径は第１絶縁部材３１の環状部３１ｂの内径及び第２絶縁部材３２の開孔３２ａの内径と、また第１絶縁部材３１の環状部３１ｂの外径は封口板１５の開孔１５ａの内径と、それぞれ実質的に同一とされている。そのため、内端子２７、第１絶縁部材３１、封口板１５、第２絶縁部材３２及び外端子３０は、それぞれの間の摩擦力によって、図３Ｂに示した状態に固定される。
【００５２】
［内端子カーリング工程］
次いで、外端子３０の上部からパンチング等によって外端子３０の柱状軸部２９を内端子２７の中空軸部２６内に圧接していく。ここでは、内端子２７の中空軸部２６の底部２６aから先端部２６ｂまでの長さＬ１は外端子３０の柱状軸部２９の根本から先端部２９ｂ間での長さＬ２よりも長く、Ｌ１>Ｌ２とされている。そのため、図３Ｃに示したように、内端子２７の中空軸部２６の先端部２６ｂは外端子３０の柱状軸部２９の鍔部２８側に形成された曲面状表面２９ａに沿って拡径されて丸められ（以下、「カーリング」という。）、内端子２７の中空軸部２６の先端部２６ｂは第２絶縁部材３２の外側表面に接する状態となり、さらに、外端子３０の柱状軸部２９の先端部２９ｂが内端子２７の中空軸部２６の底部２６ａに当接する状態となる。
【００５３】
［外端子膨化工程］
その後、さらに外端子３０の柱状軸部２９を内端子２７の中空軸部２６内に圧接させていくと、図３Ｄに示したように、外端子３０の柱状軸部２９の中間部が膨化し、この柱状軸部２９の径が大きくなるため、内端子２７の中空軸部２６の外径も大きくなる、それによって、第１絶縁部材の環状部３１ｂが封口板１５の開孔１５ａの内壁に押しつけられるので、内端子２７及び第１絶縁部材３１が封口板１５の開孔１５ａ内に気密に強固に固定される。さらに、封口板１５の下側環状突起１５ｃが第１絶縁部材３１の上側表面に食い込み、同じく上側環状突起１５ｂが第２絶縁部材３２の下側表面に食い込むため、封口板１５と第１絶縁部材３１の間及び封口板１５と第２絶縁部材との間の気密性も完全に確保される。
【００５４】
しかも、内端子２７の中空軸部２６の先端部２６ｂが外端子３０の鍔部２８と柱状軸部２９との間の曲面状表面２９ａに沿ってカーリング成型されているため、外端子３０と内端子２７の中空軸部２６の先端部２６ｂとの間の気密性が非常に良好となり、外部からの空気や水分が電池内部に浸入し難くなる。また、外端子３０の鍔部２８の内側の全周にわたって形成された突起２８ａは第２絶縁部材３２の表面に接しているから、外端子３０の突起２８ａと柱状軸部２９と第２絶縁部材３２の外表面との間に形成された空間は密閉空間となるが、内端子２７の中空軸部２６のカーリング処理された先端部２６ｂはこの密閉空間内に位置しているので、より外端子３０と内端子２７の中空軸部２６の先端部２６ｂとの間の気密性が非常に良好となる。
【００５５】
しかも、このように形成された負極端子１８は、その後に外端子３０の表面に抵抗溶接用電極の一方を当接し、内端子２７の表面に負極集電タブ１６（図２参照）を当接してこの負極集電タブの表面に抵抗溶接用電極の他方を当接してスポット溶接が行なわれるが、外端子３０の表面に凹凸がないので、外端子３０側でスパッタは発生し難いため、溶接工程の効率が向上する。
【００５６】
［落下信頼性評価］
本実施形態の非水電解質二次電池の効果を確認するため、以下のようにして落下試験を行ない、内部抵抗変動量及び電池寸法変化を測定することによって落下信頼性を評価した。ただし、本実施形態のままでは、効果が良好すぎて実質的に何も影響がない状態となってしまうため、外端子と内端子の圧接状態を通常の樹脂圧縮率より５０％減じた状態（圧接が緩い状態）となるようにしたものを本発明に対応する試験電池として測定に供した。また、比較例１の非水電解質二次電池としては図４に示した従来例のものと同様の形状の端子構造を有するものとし、比較例２の非水電解質二次電池としては図５に示した従来例のものと同様の形状の端子構造を有するものであって、レーザー溶接は行わなかったものを用いた。
【００５７】
内部抵抗変動量の測定：
交流法によって落下試験を行う前後の全ての試験電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗の変化量をモニタリングして調べた。結果を表１にまとめて示した。
試験条件：放電状態の各電池を１．６５ｍの高さからコンクリート上に落下させた。落下は全面（ＸＹＺ軸の６面）を１セットとしてカウントし、３０セット実行した。
試験電池：全て厚さ５．５ｍｍ×幅３４ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、定格容量は１１５０ｍＡｈとした。
試験数：本発明に対応する試験電池、比較例１及び比較例２ともに１０個ずつ行った。
【００５８】
電池高さの測定：
落下試験を行う前後の全ての試験電池の外装缶の底から外端子の上面までの高さを測定し、電池高さの変化量をモニタリングして調べた。結果をまとめて表１に示した。なお、試験条件は上記の内部抵抗変動量の測定の場合と同様であり、試験数は本発明に対応する試験電池、比較例１及び比較例２ともに３０個ずつ行った。
【００５９】
【表１】
2012059365.tif 000003
【００６０】
表１に示した結果から、本発明に対応する試験電池によれば、内部抵抗の変動量（平均値）は比較例１及び比較例２の電池に比して非常に小さく、また、内部抵抗の変動量バラツキも少ないことが分かる。このことは、本発明に対応する試験電池に選れば、落下衝撃等、過酷な外力が加わっても、外端子と内端子との間に緩みがなく、しかも電解液の介入も少ないことを意味している。さらに、本発明に対応する試験電池によれば、電池高さのバラツキは、比較例１の電池よりも大幅に優れており、比較例２の電池の場合と実質的に同一の効果が得られている。
【００６１】
上記の本発明に対応する試験電池の測定結果は、外端子と内端子の圧接状態を通常の樹脂圧縮率より５０％減じた状態となるようにしたものであるから、本発明によれば、非常に端子部の落下信頼性が高く、高さ寸法のバラツキも少ない非水電解質二次電池が得られることが分かる。しかも、本発明においては、端子部の形成に際して特にレーザ溶接のようなコストがかかる工程を必要としないので、安価に製造できるようになる。
【００６２】
なお、上記実施例において、内端子の鍔部には外端子方向に突起を設けていないが、外端子の鍔部に設けた突起の効果を考慮すれば、内端子の鍔部には外端子方向に突起を設けてもよいことは自明である。また、外端子の鍔部や内端子の鍔部に突起を設ける場合は、製造の容易さから、鍔部の外周側に設けることが好ましい。
【００６３】
また、上述した実施形態においては、角形外装缶を用いた例について説明したが、外装缶形状は特に限定されず、円筒形の外装缶を用いても適用可能である。しかしながら、電池を組み込む機器のスペース効率を考慮すると、角形形状の外装缶を用いることが好ましい。また、上述した実施形態においては、偏平状の巻回電極体を用いる例について説明したが、例えば、平板状の正・負極極板をセパレータを介して積層した電極体などにも適用できることは明らかである。更に、上述した実施形態においては、非水電解質二次電池の場合について述べたが、ニッケル−水素二次電池等の水性電解質二次電池の場合にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…角形非水電解質二次電池  １１…電池外装缶  １２…偏平状巻回電極体  １３…切り起こし片  １３ａ…切り込み部  １４…正極集電タブ  １５…封口板  １５ａ…開孔  １５ｂ…上側環状突起１５ｃ…下側環状突起１６…負極集電タブ  １７…樹脂製絶縁スペーサ  １８…負極端子  １９…アルミニウム箔  ２０…正極集電タブ  ２１…超音波溶接部  ２２、２２ａ…絶縁テープ  ２５…（内端子の）鍔部  ２６…中空軸部  ２６ａ…底部  ２６ｂ…中空軸部の先端部  ２７…内端子  ２８…（外端子の）鍔部  ２８ａ…（外端子の）突起  ２９…柱状軸部  ２９ａ…曲面状表面  ２９ｂ…（柱状軸部の）先端部  ３０…外端子  ３１…第１絶縁部材  ３１ａ…貫通孔  ３１ｂ…環状部  ３１ｃ…突起  ３２…第２絶縁部材  ３２ａ…開孔  ３２ｂ…突起
【図１】
2012059365.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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