JP2014017458A - 密閉型電気化学デバイス用封口体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した場合、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離して、電解液が漏れ出ることになるので、これを防止する密閉型電気化学デバイス用封口体を提供する。
【解決手段】端子装着孔４の周縁が金属端子２の軸方向ＣＤに突出された壁面を有する第１の壁部５を金属封口板１に、また、金属端子２の軸２３と交叉する壁面を有し壁面の端縁を軸方向ＣＤに突出させた第２の壁部６を軸２３の外周面に、それぞれ環状に設けるとともに、ガスケット３に埋設させてなる密閉型電気化学デバイス用封口体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス用封口体に関する。

電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスで金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体は知られている。例えば、特許文献１に示すように、電池ケースの開口端をアルミニウムや銅あるいはこれらの合金などの電気導体からなる封口板で封止して一方の電極をなし、他方の電極となる電極端子をポリプロピレンやフッ素樹脂などの熱溶着性のある合成樹脂からなる絶縁部材（本願のガスケット）と一体に成形することにより、各部材間の隙間を確実に封止して電池ケース内部の電解液の外部への漏出を防止するリチウム電池などの密閉型電池の封口体である。

しかし、このような電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスで金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した場合には、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離して、電解液が漏れ出るという課題がある。

このような課題を解消するための密閉型電気化学デバイス用封口体として、特許文献２および特許文献３に、それぞれ、キャパシタ用封口体およびリチウム電池用封口体が提案されている。

特許文献２において、アルミニウム製上蓋（本願の金属封口板）および一対の外部端子（本願の金属端子）が合成樹脂製シール部材（本願のガスケット）と射出成形などで−体化されるに際し、上蓋の表面に放射状の線状溝や凹部や凸部にシール部材の合成樹脂材が食い込まれるようにして成形することにより、上蓋もしくは外部端子に対して外部から円周方向の回転力が加えられてもシール部材との接合面に滑りが生じないようにして上蓋や外部端子にそれを回そうとする外力が加えられてもシール部材との間に剥離が生じ難くするようにして良好な液密性が維持されるようにしたキャパシタの封口体が提案されている。

特許文献３において、箱状になった電池ケースの解放面側（すなわち開口端）を蓋体（本願の金属封口板）で覆い、一端を前記電池ケース内部に収納し、他端を電池ケース外部に突出させる金属製の端子を蓋体に貫通して取り付けて、合成樹脂材でインサート成形するに際し、電池ケース外部側に突出する端子の周囲を囲むインサート成形部の突出部の樹脂層の厚みを薄くし、端子の変形に追従可能な厚みとして、端子とインサート成形樹脂との界面（境界面）で、インサート成形樹脂の熱収縮による剥離やクラックの発生を抑えるようにした電池用端子構造が提案されている。

ところが、特許文献２の提案においては、金属封口板および金属端子とガスケットとの金属材および合成樹脂材という熱膨張率の差により発生する剥離対策は考慮されていない。一方、特許文献３は、金属端子とガスケットとの金属材および合成樹脂材という熱膨張率の差により発生する金属端子とガスケットとの境界面における剥離対策は考慮されているが、密閉型電気化学デバイスに使用する金属封口板は熱応力を受けやすいにもかかわらず、金属封口板とガスケットとの境界面における剥離対策が考慮されていないので、剥離対策は十分ではないという問題がある。

特開２０１０−５５９９２号公報の明細書段落番号００２２ 特開平１０−６４７６９号公報 特開２００９−１０４７９３号公報

本発明は、上記の問題点を解消するために、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した場合、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離して、電解液が漏れ出ることになるので、これを防止する密閉型電気化学デバイス用封口体を提供することを目的とする。

請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させた壁面を有する第１の壁部を前記金属封口板に環状に設け、金属端子の軸と交叉する壁面を有し前記壁面の端縁を前記金属端子の軸方向に突出させた第２の壁部を前記金属封口板の端子装着孔の内周壁に対面するように前記金属端子の軸の外周面に環状に設けるとともに、これら第１の壁部および第２の壁部を前記ガスケットに埋設させたことを特徴とする。また、請求項２に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記第１の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて壁面としたことを特徴とする。また、請求項３に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記第１の壁部は、前記金属封口板の端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして前記端子装着孔の内周面を壁面としたことを特徴とする。さらに、請求項４に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、請求項１から請求項３の何れか一つに記載の密閉型電気化学デバイス用封口体であって、前記第２の壁部は、軸方向に離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしたことを特徴とする。

請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体は、金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させた壁面を有する第１の壁部を前記金属封口板に環状に設けて前記ガスケットに埋設させているので、成形工程や密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにおける熱応力により金属封口板の表面のガスケットの合成樹脂材が金属端子の軸と交叉する方向に膨張するのを阻止することができ、金属端子の軸と交叉する壁面を有し前記壁面の端縁を前記金属端子の軸方向に突出させた第２の壁部を前記金属封口板の端子装着孔の内周壁に対面するように前記金属端子の軸の外周面に環状に設けて前記ガスケットに埋設させているので、成形工程や密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにおける熱応力により金属端子の外周面のガスケットの合成樹脂材が金属端子の軸方向に膨張するのを阻止するので、金属材と合成樹脂材との熱膨張率の差により、ガスケットと金属封口板および金属端子との境界面が成形工程でまたは密閉型電気化学デバイスの使用時の熱サイクルにより剥離しにくくなり、電解液が漏れ出ることを防止することができる。また、前記第１の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて壁面としているので、軸方向の長さ（壁の高さ）を大きくし、しかもカーリングの端縁で合成樹脂材を食い込ませて、さらにカーリングで形成された入り江状の空間で合成樹脂材を包囲する結果、より一層、合成樹脂材の熱膨張を阻止しやすくなる。また、前記第１の壁部は、前記端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして前記端子装着孔の内周面を壁面としているので、上記カーリング加工の壁面よりは合成樹脂材の熱膨張を阻止作用は劣るが、軸方向の長さ（壁の高さ）が金属封口板の板厚と同程度となり、密閉型電気化学デバイスの小型化に有利である。さらに、前記第２の壁部は、軸方向に離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしているので、金属端子の軸の外周面にて合成樹脂材を包囲しやすくでき、金属端子の軸とガスケットとの境界面にクラックや剥離がさらに生じにくくなる。

本発明の実施形態１で封口体の断面図である。 同上で封口体の平面図である。 同上で封口体の要部の左半部断面図である。 本発明の実施形態２で封口体の断面図である。 同上で封口体の要部の左半部断面図である。 従来の封口体の要部の左半部断面図で、金属材と合成樹脂材の接合作用を示す説明図である。 封口体を設けた密閉型電気化学デバイス本体の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本発明の密閉型電気化学デバイスは電解液を有するキャパシタやリチウム電池などであり、図７は、封口体を設けた密閉型電気化学デバイス本体の断面図である。この密閉型電気化学デバイスの本体は円板（楕円を含む）状や矩形状の金属封口板１が開口端のある有底の円筒状または直方体状の箱型ケース７をレーザ接合などで閉蓋されることにより密閉された容器となる本体である。この本体内にはリード８１、８２、正負極素子部１０および電解液９が気密状態に設けられている。この金属封口板１には、正極端子である端子部１００が設けられており、端子部１００は金属端子２を有する。この金属端子２の端面２２と正負極素子部１０とはリード８１を介して電気接続されており、封口板１と正負極素子部１０とはリード８２を介して電気接続されることにより、封口板１は、正極端子と負極端子の何れか一方の端子となり、他の極端子は電気絶縁性のガスケット３を介して端子２となる。この場合、端子部１００は、正極端子または負極端子の何れか一方の端子を示しているが、端子部１００は、端子２を一対用意して、それぞれをガスケット３介して封口板１と電気絶縁するようにして、正極端子と負極端子の両方を有する構成でもよい。

（実施形態１）
図１から図３において、金属封口板１は、矩形状の板材で、アルミニウム（その合金を含む）やステンレスなどの金属材でできている。その中央位置には、打ち抜き加工により、丸孔または角孔が形成されており、その孔が端子装着孔４となり、その周縁には下方すなわち下面１ａ方向に環状に突出した第１の壁部５が形成されており、その外周面は端子装着孔４の部位においては、端子装着孔４の内周面となっている。さらに、この環状に突出した第１の壁部５は絞り加工によりその先端の端縁５Ａがエッジ形状となり、金属端子２と反対方向に湾曲されており、金属封口板１の下面１ａと端縁５Ａの部位とで入り江状の空間５Ｂを形成している。

金属端子２は、外部接続端子となる上端２１と、正負極素子部と電気接続される下端２２と、上端２１と下端２２とを連結する軸２３とを有する。この軸２３は端子装着孔４の孔形状に合わせて丸棒または角棒で、全体が銅（その合金を含む）やアルミニウム（その合金を含む）などでできており、この軸２３の外周面には端子装着孔４の内周壁と対面して第２の壁部６が環状に形成されている。この第２の壁部６は金属端子２の軸２３と交叉する壁面を有し、この壁面はその端縁が基部よりも幅広となるようにすなわち、端縁の軸方向ＣＤの長さが基部の軸方向ＣＤの長さよりも大きくするようにテーパ状の壁面とすることにより、その端縁が軸方向ＣＤに突出した環状のエッジ６１となっている。この場合、複数個（実施例では２個）の壁面を軸方向ＣＤに離間して金属端子２の軸２３の外周面に設けることにより、これら壁面で囲まれた入り江状の空間６２が形成される。

このように、金属封口板１に第１の壁部５が環状に設けられており、金属端子２の軸２３の外周面に第２の壁部６が環状に設けられた状態で、金属封口板１の端子装着孔４に合成樹脂材でできたガスケット３を介して金属端子２を配置させるようにして金属封口板１および金属端子２の金属材をガスケット４の合成樹脂材に射出成形などの方法で、一体に成形することにより、第１の壁部５および第２の壁部６をガスケット３に埋設させてなる密閉型電気化学デバイス用封口体となる。このガスケット３の合成樹脂材としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリブチレンナフタレート系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂などの熱可塑性樹脂が例示される。金属封口板１と金属端子２とをガスケット３に一体に成形するに際して、端子装着孔４において金属封口板１と金属端子２との距離すなわちガスケット３の厚さｄを小さくすなわち薄くすることが好ましい。ガスケット３の厚さｄは、電気化学デバイスの充放電による温度変化が繰り返される環境に配置されるため、金属材と合成樹脂材の熱膨張率の違いから金属封口板１とガスケット３との境界面や金属端子２とガスケット３との境界面にクラックや剥離が生じやすくなるので、金属材と合成樹脂材の選択により適宜設定すればよい。

さらに、金属封口板１と金属端子２とをガスケット３に一体に成形に際し、予め、金属封口板１および金属端子２の表面にシラン系のカップリング剤などの化学的処理剤の被覆層を形成して後、ガスケット３と一体に射出成形するようにしてもよい。なお、シラン系のカップリング剤などの化学的処理剤としては、メルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤が例示できる。

次に、金属封口板１に設ける第１の壁部５および金属端子２の軸の外周面に設ける第２の壁部６のそれぞれの作用について、第１の壁部５および第２の壁部６を有しない密閉型電気化学デバイス用封口体（図６参照）と対比して以下、説明する。

図６に示す従来の金属封口板Ｐと金属端子ＱとをガスケットＲに一体に成形して得られた密閉型電気化学デバイス用封口体においては、電気化学デバイスの充放電による温度変化が繰り返される環境に配置されるため、金属材と合成樹脂材の熱膨張率の違いから、ガスケットＲは、金属封口板Ｐの上面Ｐｂや下面Ｐａにおいて金属端子の軸と交叉する方向ＡＢに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなり、端子Ｑの上端Ｑ１と下端Ｑ２とが連結される軸Ｑ３の外周面において金属端子２の軸方向ＣＤに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなる。さらには、このガスケットＲは、端子Ｑの下端Ｑ２とガスケットＲとにおいて、金属端子Ｑの軸と交叉する方向ＡＢに膨張・収縮作用を受けて変形しやすくなり、その結果、金属封口板ＰとガスケットＲとの境界面Ｐａ１、Ｐｂ１や金属端子ＱとガスケットＲとの境界面Ｑ３ａ、Ｑ２ａにクラックや剥離が生じやすくなる。

一方、本発明の密閉型電気化学デバイス用封口体にあっては、端子装着孔４の部位に第１の壁部５および第２の壁部６をガスケット３の合成樹脂材に埋設させて、第１の壁部５と金属端子２の外周面との距離ｄすなわち端子装着孔４の部位におけるガスケット３の厚みは、第２の壁部６により上記従来例に示した密閉型電気化学デバイス用封口体に比し小さくできてガスケット３の合成樹脂材の熱膨張による変形量を少なくすることができる。さらに、第１の壁部５はその壁面が金属端子２の軸２３と対面するように金属封口板１に設けられており、第２の壁部６はその壁面が金属端子２の軸２３と交叉するように金属端子２の軸２３の外周面に設けられているので、ガスケット３の合成樹脂材は第１の壁部５にて金属封口板１の下面１ａで金属端子２の軸と交叉する方向ＡＢの膨張・収縮が緩和され、第２の壁部６にて金属端子２の軸方向ＣＤの膨張・収縮が緩和される。その結果、金属封口板１とガスケット３との境界面や金属端子２とガスケット３との境界面にクラックや剥離が生じにくくなる。この場合、好ましい例として、上述のように第１の壁部５および第２の壁部６に入り江状の空間を有することにより、ガスケット３の合成樹脂材がそれぞれ金属封口板１の下面１ａおよび金属端子２の軸２３の外周面に包囲されるので、ガスケット３の合成樹脂材がそれぞれ金属封口板１の下面１ａおよび金属端子２の軸２３の外周面から離れた方向に膨張しようとするのを阻止して、金属封口板１とガスケット３との境界面や金属端子２とガスケット３との境界面にクラックや剥離がさらに生じにくくなる。

なお、第１の壁部５は、図１および図３において、端子装着孔４の周縁を下面１ａ方向に環状に突出させて例示しているが、上面１ｂ方向に環状に突出させてもよい。

（実施形態２）
図４および図５は、第１の壁部の異なる実施形態で、図７に示す密閉型電気化学デバイス本体に適用する密閉型電気化学デバイス用封口体を示し、実施形態１と同様な端子２を用い、ガスケット３を介して実施形態１とは異なる金属封口板１１を用いている。

以下、第１の壁部について実施形態１とは異なる部位を説明する。

金属封口板１１は、実施形態１の金属封口板１の厚さよりは大きい、矩形状の板材で、アルミニウム（その合金を含む）などの金属材でできている。その中央位置には、丸孔または角孔が形成されており、その孔が端子装着孔４１となり、その下面１１ａには研削加工により下方に開口し周縁に環状のエッジ５１ａが形成された環状の凹溝５１ｂを有する第１の壁部５１が形成されており、その外周面は端子装着孔４１の部位においては、端子装着孔４１の内周面となっている。この凹溝５１ｂの開口は底部よりも小さくなるようにテーパ状の壁面にすることが好ましく、その断面形状としては台形や三角形が例示できる。

この端子装着孔４１には実施形態１と同様な第２の壁部６を有する金属端子２が配置されており、第１の壁部５１および第２の壁部６はガスケット３に埋設させるように、金属封口板１１と金属端子２の金属材はガスケット３の合成樹脂材に一体に成形されている。

このように実施形態２の密閉型電気化学デバイス用封口体においても、第１の壁部５１は金属端子２の軸２３と対面する壁面を有するように金属封口板１１に環状に設けられており、第２の壁部６は金属端子２の軸２３と交叉する壁面を有するように金属端子２の軸２３の外周面に設けられているので、ガスケット３の合成樹脂材は第１の壁部５１にて金属封口板１１の下面１１ａで、金属端子２の軸と交叉する方向ＡＢの膨張・収縮が緩和され、ガスケット３の合成樹脂材は第２の壁部６にて金属端子２の軸方向ＣＤの膨張・収縮が緩和される。その結果、金属封口板１１とガスケット３との境界面や金属端子２とガスケット３との境界面にクラックや剥離が生じにくくなる。この場合、第１の壁部５１は金属封口板１１の端子装着孔４１の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして端子装着孔４１の内周面を壁面としているので、軸方向の長さ（壁の高さ）が金属封口板１１の板厚と同程度となり、実施形態１のカーリング加工の壁面に比し、密閉型電気化学デバイスの小型化に有利である。

第１の壁部５１は、図４および図５において、端子装着孔４１の周縁を下面１１ａ方向に環状に突出させて例示しているが、上面１１ｂ方向に環状に突出させてもよいし、下面１１ａおよび上面１１ｂの両方向に環状に突出させてもよい。

本発明の封口体は、金属封口板に端子部を設けて、電解液を有するキャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスの封口体に有用である。

１、１１ 金属封口板
２ 金属端子
３ ガスケット
４、４１ 端子装着孔
５、５１ 第１の壁部
６ 第２の壁部

Claims (4)

1. 金属封口板の端子装着孔に合成樹脂材でできたガスケットを介して金属端子の軸を配置させるように前記金属封口板と金属端子とをガスケットに一体に成形した密閉型電気化学デバイス用封口体において、前記端子装着孔の周縁を前記金属端子の軸方向に突出させた壁面を有する第１の壁部を前記金属封口板に環状に設け、金属端子の軸と交叉する壁面を有し前記壁面の端縁を前記金属端子の軸方向に突出させた第２の壁部を前記金属封口板の端子装着孔の内周壁に対面するように前記金属端子の軸の外周面に環状に設けるとともに、これら第１の壁部および第２の壁部を前記ガスケットに埋設させたことを特徴とする密閉型電気化学デバイス用封口体。
2. 前記第１の壁部は、前記端子装着孔の周縁を金属端子の軸から離れた方向に湾曲するようにカーリング加工をして、前記金属端子の軸方向に環状に突出させて壁面としたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。
3. 前記第１の壁部は、前記金属封口板の端子装着孔の周縁が環状のエッジとなるように環状の凹溝加工をして前記端子装着孔の内周面を壁面としたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。
4. 前記第２の壁部は、軸方向に離間した複数個のテーパ状の壁面からなり、それぞれの壁面の端縁が基部よりも幅広となるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一つに記載の密閉型電気化学デバイス用封口体。

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