(57)【要約】【課題】良好なシール性を有する電極端子構造を備えた密閉型電池を提供する。【解決手段】外装ケース２０と、外装ケース２０を貫通し該外装ケース２０の内側から外側に突出する電極端子１０とを備え、外装ケース２０は電極端子１０を貫通させる貫通孔３６を形成する孔形成部３０を有しており、外装ケース２０の内側において孔形成部３０に対向する領域の電極端子側面１４には、凹部１２が設けられており、外装ケース２０の内側において電極端子１０と孔形成部３０との間の隙間をシールするシール部材４０が配置されており、そのシール部材４０の一部は凹部１２に圧縮された状態で挿入されている密閉型電池１００である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極を備える電極体と、
前記電極体とともに電解質を収容する外装ケースと、
前記外装ケースを貫通し該外装ケースの内側から外側に突出する電極端子と
を備え、
前記外装ケースは前記電極端子を貫通させる貫通孔を形成する孔形成部を有しており、
前記外装ケースの内側において、前記孔形成部に対向する領域の前記電極端子の側面には、凹部が設けられており、
前記外装ケースの内側において、前記電極端子と前記孔形成部との間の隙間をシールするシール部材が配置されており、当該シール部材の一部は前記凹部に圧縮された状態で挿入されていることを特徴とする、密閉型電池。
【請求項２】
前記凹部は、凹部底面と当該底面の両側から立ち上がる凹部側面とから構成される溝状に形成されており、
前記シール部材は、前記圧縮に抗する反発力によって前記電極端子の前記凹部底面および凹部側面に圧接されていることを特徴とする、請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記外装ケースの外側には外部端子が配設されており、
前記外部端子は、前記外装ケースの外側に突出する前記電極端子の突出部分を挿入可能な貫通孔を有しており、
前記電極端子の突出部分は、その先端が前記外部端子の貫通孔に挿入された状態で当該突出する方向にカシメられており、当該カシメによって前記電極端子の突出部分と前記外部端子とが固定されており、
ここで前記シール部材は前記カシメによって負荷された荷重により圧縮を受けていることを特徴とする、請求項１または２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記電極端子と前記孔形成部との間には、当該電極端子と孔形成部との間を絶縁する絶縁部材が配置されており、
前記シール部材は、前記電極端子と前記絶縁部材との間の隙間を塞ぐように配置されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一つに記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記電極端子は円柱形状を有しており、
前記凹部は前記電極端子の周方向に沿う環状の溝である、請求項１〜４の何れか一つに記載の密閉型電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一つに記載の密閉型電池を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池の構造、特に密閉型電池の端子構造に関する。
【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電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
この種の電池の端子構造として、電池ケース端面を構成する金属製の蓋体に端子用の貫通孔を形成し、当該貫通孔に電極端子を貫通させて取り付けた構造が知られている。特に、電池ケースの蓋体と電極端子間の絶縁性およびシール性を確保するために当該蓋体と電極端子との間を絶縁性樹脂によって密閉した端子構造を備える密閉型電池が車両搭載用電池として利用されている。
例えば特許文献１には、電極体を収納する導電性ケースおよび絶縁シール材にそれぞれ端子用の孔を設け当該孔に円筒形状の外部端子を挿通した端子構造が記載されている。なお、その他の従来技術として特許文献２または３が挙げられる。
【特許文献１】特開２００４−２４１３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９９９０号公報
【特許文献３】実開平６−４５２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の端子構造では、外部端子の外周面に形成されたシール部分（即ち絶縁シール材の孔の内周面と接触する部分）が当該外部端子の軸方向に延びた直線状となる。このため、シールされる領域が当該直線状に延びた部分に限定され、シール材の選定やシール材の配置形態等、十分なシール構造を構築するために細心の注意を払う必要があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は良好なシール性を容易に構築し得る電極端子構造を提供することであり、そのような端子構造を備えた密閉型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によって提供される密閉型電池は、正極及び負極を備える電極体と、電極体とともに電解質（典型的には電解液）を収容する外装ケースと、外装ケースを貫通し該外装ケースの内側から外側に突出する電極端子とを備えている。上記外装ケースは、上記電極端子を貫通させる貫通孔を形成する孔形成部を有している。また、外装ケースの内側において、上記孔形成部に対向する領域の上記電極端子の側面には、凹部が設けられている。そして、外装ケースの内側において、上記電極端子と上記孔形成部との間の隙間をシールするシール部材が配置されており、当該シール部材の一部は上記凹部に圧縮された状態で挿入されていることを特徴とする。
かかる構成の密閉型電池によれば、電極端子の側面に凹部が形成され、当該凹部にシール部材の一部が挿入されている。この結果、ガスや電解液が電極端子の側面に沿って流動した場合の当該ガスや電解液の流路（進路）が直線状とならず凹部に沿って迂回する流路となる。そして、本構成の密閉型電池では、当該迂回流路（凹部）に沿ってシール部材によりシールが可能であるため、シールされる領域を拡大することができる。このため、シール性の向上を容易に実現することができる。
また、シール部材が挿入される凹部は外装ケースの外壁よりも内側（外装ケースの内部空間）に設けられているので、外装ケースの外壁よりも外側（外装ケースの外部）まで電解液およびガスが移動することを回避することができる。
【０００５】
ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記凹部は、凹部底面と当該底面の両側から立ち上がる凹部側面とから構成される溝状に形成されている。そして、上記シール部材は、上記圧縮に抗する反発力によって上記電極端子の上記凹部底面および凹部側面にそれぞれ圧接されていることを特徴とする。
この構成によればシール部材を圧縮することにより生じた面圧によるシール箇所を上記凹部底面および両側面の３領域とすることができる。これにより、より高いシール性を実現した端子構造を構築することができる。
【０００６】
ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記外装ケースの外側には外部端子が配設されている。上記外部端子は、上記外装ケースの外側に突出する上記電極端子の突出部分を挿入可能な貫通孔を有している。上記電極端子の突出部分は、その先端が上記外部端子の貫通孔に挿入された状態で当該突出する方向にカシメられており、当該カシメによって上記電極端子の突出部分と上記外部端子とが固定されている。ここで上記シール部材は上記カシメによって負荷された荷重により圧縮を受けていることを特徴とする。
この構成によれば電極端子および外部端子のカシメ固定の際に電極端子のシール構造を同時に構築することができ、電池の製造工程を簡略化することができる。また、上記荷重によってより良好なシール性を実現することができる。
【０００７】
ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記電極端子と上記孔形成部との間には、当該電極端子と孔形成部とを絶縁する絶縁部材が配置されている。そして、上記シール部材は、上記電極端子と上記絶縁部材との間の隙間を塞ぐように配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば電極端子と絶縁部材との間に形成された隙間（すなわち電極端子の側面に沿う電解液やガス等の流路）を塞ぐことができ、上記絶縁部材の配置に拘わらず端子構造の良好なシール性を実現することができる。
【０００８】
なお、電極端子の好適な一形状として円柱形状があり、この場合、上記凹部は上記電極端子の周方向に沿う環状の溝であることが好ましい。
かかる構成によると、環状の溝形状の凹部にシール材（典型的にはリング状シール部材）を圧入することによって、円柱形状電極端子の周方向の全域にわたって良好なシール性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、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ている。なお、以下、角形ケースに収容される密閉型のリチウムイオン二次電池１００を例にして本発明の密閉型電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１０】
図１を参照しながら、本実施形態のリチウムイオン二次電池１００（以下「電池」とも称する）の構成について説明する。図１は本実施形態に係る電池１００の構成を模式的に示す部分断面図である。一例として図１に示すように、ここで開示される電池１００は、正極および負極を備える電極体７０と、該電極体７０および電解質（典型的には電解液）を収容する外装ケース２０とを備える。
【００１１】
外装ケース２０は、外装ケース本体２２と蓋体２４とから構成されている。外装ケース本体２２は、後述する扁平形状の捲回電極体７０を収容し得る形状（ここでは箱型）を有する。外装ケース本体２２は、その上部に開口端を有し、この開口端を介して電極体を収容することができる。蓋体２４は、外装ケース本体２２の上端開口を塞ぐ板状の部材であり、ここでは略矩形状を有している。外装ケース２０（外装ケース本体２２および蓋体２４）の材質は、軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。
【００１２】
かかる外装ケースの蓋体２４には、電極端子（正極端子および負極端子）が設けられている。なお、電極端子の取り付け構造は正極側および負極側も同様であるので、ここでは正極側について説明する。
本実施形態の正極端子は蓋体２４の上面に突設されており、捲回電極体７０の正極７２と電気的に接続している。正極端子１０の材料は従来の電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はない。例えばアルミニウム製の正極端子を好適に使用することができる。正極端子１０は、外装ケース２０の蓋体２４に設けられた孔形成部３０に取り付けられている。
【００１３】
次に、図２を加えて正極端子１０の取り付け構造について説明する。図２は図１の要部を拡大した要部拡大図である。
外装ケースの蓋体２４は、貫通孔３６を形成する孔形成部３０を有している。すなわち貫通孔３６を画する外縁部分は孔形成部３０によって形成されている。本実施形態の貫通孔３６は略円形状の開口形状を有している。
【００１４】
かかる貫通孔３６に正極端子１０は挿入されている。正極端子１０は、蓋体２４を貫通し該蓋体２４の内側から外側に突出するように構成されている。本実施形態の正極端子１０は略円柱形状であり、その長手方向が正極端子を突出させる方向（図示した例では上下方向）に沿うように配置されている。なお、この例では正極端子１０は、その下端にフランジ端子部１１を備え、該フランジ端子部１１の他端側は後述する捲回電極体７０の正極に付設された後述する正極リード端子７６と接続している。
【００１５】
正極端子１０の側面（即ち孔形成部３０の内周面３７に対応する面）１４には、蓋体２４の外壁２６よりも内側に位置する部分（即ち外装ケース２０の内部空間）に凹部１２が設けられている。本実施形態の凹部１２は、正極端子の周方向に沿う環状の溝１２である。すなわち正極端子１０は、その径が周囲部分よりも小さい狭小部分１３（この例では正極端子１０の下端部分に設けられた狭小部分１３）を有しており、該狭小部分１３と周囲部分との段差によって環状の溝１２が形成されている。なお、このような溝形状は外周面の切削加工等によって容易に形成することができる。
【００１６】
かかる凹部１２にはシール部材４０が挿入されている。シール部材４０は、正極端子１０と孔形成部３０との間の隙間をシールする（封止する、即ち塞ぐ）部材である。シール部材４０は、正極端子１０と孔形成部３０との間の隙間を封止し得る形状であればよく、この例では断面が略長円形となるリング状の部材である。シール部材４０の材質としては柔らかく適度な反発力（弾性）のある材質（例えば気密性の高いＥＰＤＭ等の適度な弾性力を有するゴム材料）のものを用いることができる。さらに好適にはリチウムイオン電池によく用いられるような組成の電解質（液）に対する耐食性があり且つ電気絶縁性を有する材質である。
【００１７】
さらに図３も加えてシール部材４０の周辺構造について説明する。図３は図２のシール部材４０の周辺領域を拡大して示した要部拡大図である。
シール部材４０の一部（具体的にはリング状シール部材４０の内周縁側）は正極端子１０の凹部１２に圧縮された状態で挿入されている。すなわち、シール部材４０を凹部１２に嵌め込み、このとき所定の方向に荷重を負荷することによりシール部材４０を凹部１２に圧入することができる。そして、シール部材４０は上記圧縮に抗する反発力によって凹部１２を構成する凹面を圧接し、その面圧によってシール構造を構築している。具体的には、シール部材４０は凹部底面１５を圧接し、その接触部分５２をシール（封止）している。さらにシール部材４０は凹部底面１５から立ち上がる両側面（即ち、凹部の上側面１６および凹部の下側面１７）をそれぞれ圧接し、それらの接触部分５４、５６をシール（封止）している。このようにシール部材４０は圧縮により生じた面圧によって凹面の３箇所（即ち凹部内の底面１５と両側面１６，１７の３領域）においてシール構造を構築している。
【００１８】
典型的な電極端子のシール構造において、外装ケース２０内から外部へのガスおよび電解液の流動は、該ガス等は正極端子１０と外装ケース２０との間の隙間を介する。すなわちガス等の流路（進路）は正極端子１０の外周面に沿うように形成される。
本実施形態の密閉型電池１００によれば、正極端子１０の外周面１４に凹部１２を設け当該凹部１２にシール部材４０の一部が圧入されているので、正極端子１０の外周面に沿う電解液やガス等の潜在的な流路が直線状とならず凹部１２に沿って大きく迂回する流路（図３の矢印「９２」参照）となる。このような、従来の上記直線状流路から凹部へと大きく迂回するような流路変更によって外部への潜在的な流路の距離が長くなり、結果、電解液およびガスが外部へ漏れるリスクを低減することができる。
そしてまた、シール部材４０が挿入される凹部１２は蓋体２４の外壁２６よりも内側（外装ケースの内部空間）に設けられているので、外装ケース２０の外壁よりも外側（外装ケースの外部）に電解液およびガスが移動する事態を回避することができる。
そしてさらに、シール部材４０によるシール箇所を凹部１２の内部において設けることができるため（典型的には図示するように凹部底面と両側面における３領域５２，５４，５６）、シール性が向上した良好な端子構造を構築することができる。
【００１９】
以下、さらに本実施形態に係る電池１００の他の特徴について詳細に説明する。
図２に示すように正極端子１０と孔形成部３０との間には絶縁部材３２が配置されている。絶縁部材３２は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）などの樹脂材料から構成された円筒形状の部材である。この絶縁部材３２によって正極端子１０と孔形成部３０との間の絶縁性を確保している。本実施形態のシール部材４０は、図３に示すように上述した正極端子１０と絶縁部材３２との間の隙間５０を塞ぐように配置されている。なお、図２および図３では分かり易くするために各部材間の隙間を実際よりも大きくして示してある。
上記隙間５０は、正極端子１０の外周面１４に沿う電解液やガス等の潜在的な流路となり得るものであり、端子構造のシール性が不十分である場合には、開放側（すなわち外装ケースの外部）に繋がる流路となり得る。この潜在的流路の入口をシール部材４０で直接塞ぐことにより、開放側に繋がる流路を遮断（流路形成を阻止）することができ、端子構造のシール性を一層向上することができる。
【００２０】
また、外装ケース２０の蓋体２４の外側には外部端子６０が配設されている。この外部端子６０は、例えば本実施形態に係る電池を複数配列して組電池を構築する際に各電池間を相互に接続する導電部材（典型的にはバスバー）を連結するための連結用端子である。本実施形態の外部端子６０は金属製の板状部材であり、絶縁部材３２を介して蓋体２４の外壁２６に配設されている。外部端子６０は、蓋体２４の外側に突出する正極端子１０の突出部分１８を挿入可能な貫通孔６２を有している。
正極端子１０の突出部分１８は、その先端１９ａが外部端子６０の貫通孔６２に挿入された状態でカシメられている。図示した例では突出部分１８の先端１９ａが当該突出する方向（紙面の上下方向）に押し潰されている。このカシメによって正極端子１０の突出部分１８と外部端子６０とがカシメ固定されている。なお図２中の符号１９ｂは押し潰される前の突出部分１８の先端部分を示している。そして上記カシメ固定時に負荷された荷重によってシール部材４０は絶縁部材３２を介して突出方向（上下方向）に圧縮を受け、これにより凹部１２の各面を圧接する面圧を出している。
上記構成によれば正極端子１０と外部端子６０とをカシメ固定する際に正極端子１０のシール構造を同時に構築することができ、電池の製造工程を簡略化することができる。
なお、上述した例では電極端子が正極端子１０の場合について説明してきたが、電極端子が負極端子の場合であっても同様の構成により同様の効果を得ることができる。
【００２１】
続いて本実施形態で使用され得る密閉型電池の構成及び密閉型電池を構成する各材料などについて詳述する。上述したように電池１００は正極および負極を備える電極体７０と、該電極体７０および電解質を収容する外装ケース２０とを備える。
【００２２】
まず、図４を参照しながら、外装ケース２０内に収容される捲回電極体７０の構成について詳述する。本実施形態に係る捲回電極体７０は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、シート状正極７１（以下「正極シート７１」という。）とシート状負極７３（以下「負極シート７３」という。）を計２枚のシート状セパレータ（以下「セパレータシート」という。）と共に積層し、さらに当該正極シート７１と負極シート７３とをややずらしつつ捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製される扁平形状の捲回電極体７０である。
【００２３】
図４に示すように、かかる捲回電極体７０の捲回方向に対する横方向において、上記のとおりにややずらしつつ捲回された結果として、正極シート７１および負極シート７３の端の一部がそれぞれ捲回コア部分７５（即ち正極シート７１の正極活物質層形成部分と負極シート７３の負極活物質層形成部分とセパレータシートとが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）７２および負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）７４には、正極リード端子７６および負極リード端子７８がそれぞれ付設されており、それぞれ、上述の正極端子１０（詳細にはフランジ端子部１１）および負極端子と電気的に接続される。
【００２４】
なお、かかる捲回電極体７０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート７１は長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２等が挙げられる。
【００２５】
一方、負極シート７３は長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。
【００２６】
また、正負極シート７１，７３間に使用される好適なセパレータシートとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。
【００２７】
なお、単電池の容器内に収容する電極体は上記捲回タイプに限定されない。例えば正極シートと負極シートをセパレータ（或いはセパレータとしても機能し得る固体またはゲル状電解質）と共に交互に積層して成る積層タイプの電極体であってもよい。
【００２８】
続いて、外装ケース２０内に上記捲回電極体７０と共に収容される電解質の構成について説明する。本実施形態の電解質は例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩である。本実施形態では、適当量（例えば濃度１Ｍ）のＬｉＰＦ６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用している。捲回電極体７０を外装ケース２０に収容するとともに、上記電解液を注入して封止することによって本実施形態の密閉型電池１００は構築される。
【００２９】
なお、本実施形態に係る密閉型電池１００は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。即ち、図５に示すように、本実施形態に係る電池１００を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池９８を構築し、かかる組電池９８を電源として備える車両９６（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。
【００３０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、密閉型電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。
また、端子の側面に設けられる凹部は、上記実施形態では底面１５と両側面１６，１７とを有する内部に角のある溝形状であったがこれに限られず、例えば、明確に底面と側面とを画定する角を有さない凹んだ曲面から成る括れ形状の凹部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る電池の構成を模式的に示す部分断面図である。
【図２】図１の要部を拡大した要部拡大図である。
【図３】図２のシール部材の周辺領域を拡大して示した要部拡大図である。
【図４】捲回電極体の一例を模式的に示す正面図である。
【図５】本実施形態の密閉型電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    正極端子
１１    フランジ端子部
１２    凹部
１３    狭小部分
１４    側面
１５    凹部底面
１６    凹部上側面
１７    凹部下側面
１８    突出部分
１９ａ  先端（カシメ固定後）
１９ｂ  符号（カシメ固定前）
２０    外装ケース
２２    外装ケース本体
２４    蓋体
２６    外壁
３０    孔形成部
３２    絶縁部材
３６    貫通孔
３７    内周面
４０    シール部材
５０    隙間
５２、５４、５６    シール箇所
６０    外部端子
６２    貫通孔
７０    電極体
７１    正極シート
７３    負極シート
７５    捲回コア部分
７６    正極リード端子
７８    負極リード端子
９６    車両
９８    組電池
１００  密閉型電池
【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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