JP2007193966A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】封止性を確保し、かつ組立の容易な構造である電池を提供することを目的とする。
【解決手段】開口部を有する電池ケースに、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された発電要素が収納され、前記電池ケースの前記開口部が蓋体で密封された電池において、前記発電要素から引き出されたタブと内部端子が電気的に接続され、前記内部端子の開孔部に外部端子がかしめにより接続され、前記内部端子と前記外部端子が前記蓋体にガスケットを介して電気的に絶縁された状態で固定されている電池であって、前記外部端子は、前記内部端子と接続する部分に段差部を有しており、前記内部端子に接続する部分が前記内部端子の開孔部と嵌合する程度に細くなっている電池。
【選択図】図１

Description

本発明は電池、特にその端子部に関する。

近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されており、これら電子機器の駆動用電源として、従来はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池が用いられていたが、近年では、特に、急速充電が可能でエネルギー密度が高く、高い安全性を有するリチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池が主流になりつつある。この非水電解液二次電池では、高エネルギー密度や負荷特性に優れ、電子機器の薄型化に適し、スペース効率の良い角形の非水電解液二次電池が伸びている。角形の非水電解液二次電池は、発電要素の両極板にタブを取り付け、それを内部端子に接続し、内部端子と接続された外部端子を介して外部に電気を取り出すようにしている。金属製の電池ケースを使う場合、電池ケースと同じ極性を持つ極板に接続されたタブは、直接ケースに、もしくはケースに接合される金属製蓋体に接続されている。電池ケースと違う極性の極板に接続されたタブは、内部端子に接続され、内部端子は電池ケースあるいは金属製蓋体と、ガスケットで絶縁されている。さらに、ガスケットは気密性を確保する役目も担っている。

従来の電池の構造は、中空リベットの形状をした外部端子をかしめたものが用いられている。従来の電池の外部端子周辺の概略断面図を図４に示す。図４において、金属製の蓋体に穿設された取付孔に、上部ガスケットを配し、中空リベットを上方から挿入させている。中空リベットの下部に、下部ガスケットおよび内部端子を挿入させ、中空リベットの下端部をかしめ、中空リベットが上部ガスケットと下部ガスケットで封止されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−２０２９３３号公報

しかしながら、前記従来の電池は上部ガスケットと下部ガスケットを介して中空リベットでかしめ、ガスケットを圧縮することにより封止している。かしめ寸法が変わることによりガスケットの圧縮率が変わり、封止性能に影響することとなる。そのため、かしめ寸法の変動を最小限に抑える精度の良いかしめ加工の技術やかしめ工法が必要とされ、生産性が上らないという課題を有していた。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するもので、かしめ寸法に依存しない封止性能を向上した電池を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電池は、開口部を有する電池ケースに、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された発電要素が収納され、前記電池ケースの前記開口部が蓋体で密封され、
前記発電要素から引き出されたタブと内部端子が電気的に接続され、前記内部端子の開孔部に外部端子がかしめにより接続され、
前記内部端子と前記外部端子が前記蓋体にガスケットを介して電気的に絶縁された状態で固定されており、
前記外部端子は、前記内部端子と接続する部分に段差部を有しており、
前記内部端子に接続する部分が前記内部端子の開孔部と嵌合する程度に細くなっているこ
とを特徴としている。

本発明の外部端子を用いることによって、かしめ寸法の変動を吸収し、封止性の確保が容易な構造となる。

外部端子に段差を設けることにより、かしめ寸法の変動は外部端子の変形により吸収され、ガスケットの圧縮は外部端子の段差部高さで決定されるため、かしめ寸法が安定し、封止性能が向上することができる。

本発明によると、封止性能が向上した電池を得ることができる。

本発明の実施の形態における非水電解液二次電池は、
開口部を有する電池ケースに、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された発電要素が収納され、前記電池ケースの前記開口部が蓋体で密封され、
前記発電要素から引き出されたタブと内部端子が電気的に接続され、
前記内部端子の開孔部に外部端子がかしめにより接続され、
前記内部端子と前記外部端子が前記蓋体にガスケットを介して電気的に絶縁された状態で固定されており、
前記外部端子は、前記内部端子と接続する部分に段差部を有しており、
前記内部端子に接続する部分が前記内部端子の開孔部と嵌合する程度に細くなっている。

こうすることにより、かしめ寸法の変動は外部端子の変形により吸収され、ガスケットの圧縮は外部端子の段差部高さで決定されるため、かしめ寸法が安定し、封止性能が向上することができる。

本発明の好ましい実施の形態における非水電解液二次電池は、前記外部端子と内部端子のかしめにより接続された部分が溶接されている。

こうすることにより、内部抵抗の変動を抑制することが出来る。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態におけるリチウムイオン二次電池を示す切断正面図、図２はその電池の切断右側面図である。電池ケース１は、アルミニウム合金からできており、上端に開口部を有する角形外装缶であり、正極端子を兼ねている。また、電池ケース１には表面にニッケルめっきを施した鉄を用いても良く、その場合は負極端子を兼ねる。

電池ケース１の内部には、発電要素２が絶縁テープなど（図示せず）によって底面に対し電気的絶縁状態で収納されており、発電要素２の上端部にはこれの上方の構成部材と電気的に絶縁するための上部絶縁板３が挿入されている。発電要素２は、図示を省略しているが、正極板と負極板とをセパレータを介在して非真円形の渦巻形状に捲回した後、プレス成形にて角形の電池ケース１に対応する扁平状に変形して作製し、その捲回軸が電池ケース１の開口部面に垂直となるように電池ケース内に挿入したものである。

正極板は、従来公知の方法で作製すれば良く、アルミニウム製箔の集電体の両面に正極活物質、導電剤、および結着剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、そして圧
延して作製する。

正極活物質、導電剤、結着剤、および溶剤は従来公知の物質を使用してもよい。本実施の形態においては、正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）、導電剤としてはアセチレンブラック、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびその共重合体、そして溶剤としてはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が好ましい。負極板は、従来公知の方法で作製すれば良く、銅製箔の集電体の両面に負極活物質、導電剤、および結着剤を溶剤に混練分散させたペーストを、塗布、乾燥、そして圧延して作製する。

負極活物質、導電剤、結着剤、および溶剤は従来公知の物質を使用してもよい。本実施の形態においては、負極活物質は黒鉛などの炭素材料、導電剤はアセチレンブラック、結着剤はＰＶＤＦおよびその共重合体、そして溶剤はＮＭＰが好ましい。

セパレータは、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。

発電要素２のプレス成型の方法は、極板に用いた結着剤の軟化点以下の温度に加温し、１．０ＭＰａ〜７．０ＭＰａの圧力でプレスする。

そして、電池ケース１の開口部は、金属製の蓋体４が嵌め込まれた後に、溶接部５をレーザー溶接することにより封口されている。さらに蓋体４は安全弁６を有している。安全弁６も従来公知のもので良いが、電池内部のガス圧が異常に高くなった時、破壊によりガスを放出する非復帰型のもので、具体的にはクラッド板式や刻印式の方が安価で、蓋体４が薄くても設置できるので好ましい。また、蓋体４には正極タブ７が接続されている。

さらに、内部端子８の開孔部に、リベット状の外部端子９を挿通してかしめることにより蓋体４に固定されている。内部端子８の開孔部は、外部端子９の軸先端を通り、段差部で留まるようになっている。内部端子８は下部ガスケット１０と上部ガスケット１１により蓋体４と電気的に絶縁されている。図２に示すように、内部端子８には上部絶縁板３の隙間２０から引き出された負極タブ１２が接続されている。下部ガスケット１０とコの字状の上部絶縁板３が負極タブ１２を閉塞するように配置されている。

内部端子８と外部端子９の材質は、端子同士の電気的接続を容易にするために、ステンレスや表面にニッケルめっきを施した鉄、あるいは成形性のよい銅または銅合金を用いることが好ましい。また、外部端子と主にニッケルである外部リード、および内部端子と負極タブを溶接する場合にも上記材質が好ましい。上部ガスケット１１は、電池ケース１と蓋体４とを嵌合してレーザー溶接する際の熱の影響による非水電解液の漏液を防ぐため、耐熱温度の高いフッ素樹脂を主材料に用いることが好ましい。一方、下部ガスケット１０は、前述した上部ガスケット１１と同じ理由により、耐熱温度の高いフッ素樹脂を主材料に用いることが好ましく、また、電池幅のサイズや形状によっては、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂を使い分けて用いるのが好ましい。

蓋体４には、非水電解液を注入するための注液孔１３が設けられている。電池ケース１内に、注液孔１４から非水電解液（図示せず）が注入される。非水電解液は、非水溶媒と電解質塩からなり、非水溶媒は主成分としては環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合物からなる。環状カーボネートはエチレンカーボネート（ＥＣ）が好ましく、鎖状カーボネートはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）から選ばれる少なくとも一種が好ましい。電解
質塩は、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、具体的にはＬｉＰＦ₆、ＬＩＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、およびＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂等が挙げられる。これらの電解質塩は、二種類以上組み合わせて使用しても良く、非水溶媒に対して０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させるのが好ましい。

非水電解液の注入が終了すると、注液孔１３は、アルミニウム板とゴム栓とを一体成型した封栓１４を嵌め込み、レーザー溶接で密閉封止される。

なお、実施例において、リチウムイオン二次電池を例に挙げたが、発電要素自体はアルカリ蓄電池等その他の電池系であっても構わない。
また、断面がコの字状の上部絶縁板を用いた例を挙げたが、コの字形状の下部ガスケットと平板の上部絶縁板との組み合わせでも、さらに他の形状であっても負極タブとケースが絶縁される構造であれば構わない。

（実施の形態２）
図３は本発明の別の実施の形態における封止構造部分の切断正面図である。内部端子８の開孔部に、リベット状の外部端子９を挿通してかしめることにより蓋体４に固定されている。その後、外部端子９と内部端子８を溶接している。こうすることにより、内部抵抗の変動を抑制することが出来る。

電池内部に部品の接触で導通を保つ場合、より信頼性を向上するために溶接することが望ましい。図５に段差のない中実の外部端子２０９をかしめた、封止構造部分の切断正面図を示す。段差部のない中実リベット形状である外部端子２０９を用いて、内部端子２０８の開孔部を外部端子２０９に挿通してかしめる場合、外部端子２０９の先端径は内部端子２０８の開孔部径より０．０１〜０．２ｍｍ程度大きくなる。段差部のない外部端子を用いてかしめた後、外部端子と内部端子との界面をレーザー溶接した場合、前述したように外部端子２０９の先端径と内部端子２０８の開孔部径の差が極めて小さいため、レーザー光が外部端子２０９と内部端子２０８の隅間に入り込み、下部ガスケット２１０または上部ガスケット２１１を溶融し、電池として気密性が低下することとなる。そこで、本発明による構造では外部端子９と内部端子８の界面をレーザー溶接した場合、溶接部分は内部端子８の上であり、溶け込みが深くなっても外部端子９の段差部（内部端子の留まる面）となり、ガスケットの溶融は見られず、封止性も低下しない。ここで、段付外部端子の先端径と根元径の差は０．２ｍｍ以上あることが好ましい。

本発明の電池は、高エネルギー密度の密閉型電池を使用する電子機器等に有用である。例えば、携帯電話やノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源、電動ドライバー等のパワーツールの主電源、およびＥＶ自動車等の産業用主電源の用途に適している。

本発明の実施の形態１に示す電池の切断正面図 本発明の実施の形態１に示す電池の切断右側面図 本発明の実施の形態２に示す封止構造部分の切断正面図 従来の電池における封止構造部分の切断正面図（中空外部端子） 従来の電池における封止構造部分の切断正面図（中実外部端子、溶接）

符号の説明

１ 電池ケース
２ 発電要素
３ 上部絶縁板
４ 蓋体
５ 溶接部
６ 安全弁
７ 正極タブ
８ 内部端子
９ 外部端子
１０ 下部ガスケット
１１ 上部ガスケット
１２ 負極タブ
１３ 注液孔
１４ 封栓
２０ 上部絶縁板の隙間
２１ 外部端子と内部端子の溶接部
１０４ 従来例（中空外部端子）の蓋体
１０８ 従来例（中空外部端子）内部端子
１０９ 従来例（中空外部端子）の外部端子（中空リベット）
１１０ 従来例（中空外部端子）の下部ガスケット
１１１ 従来例（中空外部端子）の上部ガスケット
２０４ 従来例（中実外部端子）の蓋体
２０８ 従来例（中実外部端子）の内部端子
２０９ 従来例（中実外部端子）の外部端子（中実リベット）
２１０ 従来例（中実外部端子）の下部ガスケット
２１１ 従来例（中実外部端子）の上部ガスケット

Claims (2)

1. 開口部を有する電池ケースに、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された発電要素が収納され、前記電池ケースの前記開口部が蓋体で密封された電池において、
   前記発電要素から引き出されたタブと内部端子が電気的に接続され、
   前記内部端子の開孔部に外部端子がかしめにより接続され、
   前記内部端子と前記外部端子が前記蓋体にガスケットを介して電気的に絶縁された状態で固定されている電池であって、
   前記外部端子は、前記内部端子と接続する部分に段差部を有しており、
   前記内部端子に接続する部分が前記内部端子の開孔部と嵌合する程度に細くなっている電池。
2. 前記外部端子は、前記内部端子とかしめにより接続した部分が溶接されている請求項１記載の電池。