JP2015088372A - 端子構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組み付けの作業性の向上を図りつつ、シール性を確保できる端子構造を提供する。
【解決手段】端子構造５０は、連通孔６２を有する蓋部材６０と、連通孔６２内に位置し、ケース１０の内部と外部とにわたって配置された端子部７２と、蓋部材６０の内面６０ａと対向する領域７４ａを有するベース部７４とを有する端子部材７０と、端子部７２に取り付けられていると共に、蓋部材６０の外面６０ｂと対向する領域８０ａを有する固定部材８０と、固定部材８０の領域８０ａと蓋部材６０の外面６０ｂとの間に配置された第１絶縁部９２と、端子部７２と連通孔６２の内側面６４との間に配置された第２絶縁部９４とを有する第１絶縁部材９０とを備え、内側面６４の少なくとも一部は、内面６０ａ側よりも外面６０ｂ側の方が内側寸法が大きく且つ外面６０ｂに連続するテーパー形状をなしている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極を収容するケースを備えた蓄電装置に用いられる端子構造に関する。

従来の蓄電装置の端子構造としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の端子構造では、ケースの蓋部に設けられた連通孔に、電極と電気的に接続された端子部材が挿通されており、蓋部と端子部材との間に、蓋部と端子部材とを電気的に絶縁する絶縁部材が配置されている。また、この端子構造では、蓋部とケース内に位置する端子部材との間にシール部材が配置されており、連通孔と端子部材とのクリアランスからの電解液の漏洩防止を図っている。

特開２００６−３２４１７８号公報

リチウムイオン二次電等の蓄電装置の端子構造では、電解液の漏出を防止する観点からは、連通孔と端子部材とのクリアランスが小さくすることが好ましい。しかしながら、クリアランスを小さくすると、連通孔と端子部材との間に絶縁部材を配置することが難しくなるため、組み付けの作業性が悪化する。一方で、連通孔と端子部材とクリアランスを大きくすると、シール部材がケース内の内圧によりクリアランスに入り込むおそれがあり、電解液のシール性を確保することが困難になるといった問題が生じ得る。

本発明は、組み付けの作業性の向上を図りつつ、シール性を確保できる端子構造を提供することを目的とする。

本発明に係る端子構構造は、電極を収容するケースを備えた蓄電装置に用いられる端子構造であって、ケースの内部と外部とを連通する連通孔を有するケースの一側面部と、連通孔内に位置し、ケースの内部と外部とにわたって配置された端子部と、当該端子部と一体に形成され、ケースの内部に位置すると共に一側面部の内面と対向する領域を有する基部とを有し、電極に電気的に接続された端子部材と、ケースの外部において端子部に取り付けられていると共に、一側面部の外面と対向する領域を有し、端子部材を一側面部に対して固定している固定部材と、固定部材の領域と一側面部の外面との間に配置された第１絶縁部と、当該第１絶縁部と一体に形成され、端子部と連通孔の内側面との間に配置された第２絶縁部とを有し、端子部材と一側面部とを電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、内側面の少なくとも一部は、内面側よりも外面側の方が内側寸法が大きく且つ外面に連続するテーパー形状をなしていることを特徴とする。

この端子構造では、内側面の少なくとも一部は、内面側よりも外面側の方が内側寸法が大きく且つ外面に連続するテーパー形状をなしている。これにより、端子構造では、連通孔と端子部材とのクリアランスを小さくした場合であっても、第２絶縁部を連通孔に進入させる外面側の開口が大きくなっているため、連通孔と端子部材とのクリアランスに第２絶縁部を容易に配置することができる。更に、端子構造では、内側面がテーパー形状をなしているため、第２絶縁部が連通孔と端子部材とのクリアランスに良好に誘導される。したがって、この端子構造では、組み付けの作業性の向上を図ることができる。また、端子構造では、連通孔と端子部材とのクリアランスを小さくすることができるため、連通孔と端子部材とのクリアランスにシール部材が入り込むことを防止できる。その結果、端子構造では、シール性を確保することができる。

一実施形態においては、内側面は、内面及び外面に連続するテーパー形状をなしていてもよい。このように、内面から外面にわたってテーパー形状とすることにより、端子構造では、第２絶縁部をよりスムーズに連通孔と端子部材とのクリアランスに進入させて配置することができる。

一実施形態においては、内側面は、内面に連続し当該内面に対して略直交する方向に延在する第１面と、外面及び第１面に連続する第２面と、を有し、第２面がテーパー形状をなしていてもよい。これにより、端子構造では、第２面によって、第２絶縁部をよりスムーズに連通孔と端子部材とのクリアランスに進入させて配置することができる。

一実施形態においては、第２絶縁部は、その先端部の断面が先細りの形状を呈していてもよい。これにより、端子構造では、第２絶縁部を連通孔に進入させるときに、第２絶縁部の先端部が他の部材に引っ掛かることを抑制できる。したがって、端子構造では、第２絶縁部をより一層スムーズに連通孔と端子部材とのクリアランスに進入させて配置することができる。

一実施形態においては、第２絶縁部は、その先端部が一側面部の内面よりも下方に位置していてもよい。これにより、端子構造では、第２絶縁部の先端部がシール部材として機能するため、シール性をより一層確保することができる。

一実施形態においては、内側面の外面側の内側寸法と、第２絶縁部の外形寸法との差が０．２ｍｍ以上であってもよい。

本発明によれば、組み付けの作業性の向上を図りつつ、シール性を確保できる。

一実施形態に係る端子構造を備えた二次電池の平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。 第１実施形態に係る端子構造の断面構成を示す図である。 第２実施形態に係る端子構造の断面構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図における寸法比率は、実際のものと異なる場合がある。

図１は、一実施形態に係る端子構造を備えた二次電池の平面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。図１及び２に示される二次電池（蓄電装置）１は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。二次電池１は、ケース１０と、電極組立体２０と、を備えている。ケース１０は、例えば、アルミニウム等の金属から構成されている。ケース１０内には、電解液Ｅが充填されている。電解液Ｅとしては、例えば、有機溶媒系又は非水系の電解液が挙げられる。ケース１０の内側面上には、例えば、絶縁フィルムを設けてもよい。

電極組立体２０は、ケース１０に収容されている。電極組立体２０は、複数の正極（電極）３０及び複数の負極（電極）４０と、正極３０と負極４０との間に配置された複数のセパレータと、を備えている。正極３０及び負極４０は、セパレータを介して所定の方向に沿って交互に積層されている。

正極３０は、例えばアルミニウム箔等の金属箔と、金属箔の両面に設けられた正極活物質層とを有している。正極活物質層は、例えば、正極活物質とバインダとを含んで構成される。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとを含む。正極３０は、縁に形成されたタブ３３を有する。タブ３３には、正極活物質が担持されていない。正極３０は、タブ３３を介して導電部材３４に接続されている。

負極４０は、銅箔等の金属箔と、金属箔の両面に設けられた負極活物質層とを有している。負極活物質層は、例えば、負極活物質とバインダとを含んで構成される。負極活物質としては、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、及びソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、並びに、ホウ素添加炭素等が挙げられる。負極４０は、縁に形成されたタブ４３を有する。タブ４３には、負極活物質が担持されていない。負極４０は、タブ４３を介して導電部材４４に接続されている。

［第１実施形態］
上記の構成を有する二次電池１には、図１〜図３に示すような端子構造が用いられている。図３は、第１実施形態に係る端子構造の断面構成を示す図である。図３（ａ）は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を示しており、図３（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示している。

図１及び図２に示すように、端子構造５０は、電極組立体２０の正極３０及び負極４０のそれぞれに対して用いられる。図３に示すように、端子構造５０は、蓋部材（一側面部）６０と、端子部材７０と、固定部材８０と、第１絶縁部材（絶縁部材）９０と、第２絶縁部材１００と、Ｏリング（封止部材）１２０と、を備えている。

蓋部材６０は、ケース１０の一側面部を構成する部材である。蓋部材６０は、ケース１０と同様に、例えばアルミニウム等の金属から構成されている。蓋部材６０は、ケース１０の開放部分の形状に対応するように長方形板状を呈しており、ケース１０に溶接されている。蓋部材６０は、その外縁部がケース１０に溶接されることによってケース１０に接合され、ケース１０の内部を気密に封止する。蓋部材６０の厚みは、例えば２．０ｍｍ程度である。

蓋部材６０は、ケース１０の内側に配置される内面６０ａと、ケース１０の外側に配置される外面６０ｂと、を有している。外面６０ｂは、内面６０ａの反対側の面である。蓋部材６０は、ケース１０の内部と外部とを連通する、すなわち内面６０ａと外面６０ｂとを貫通する連通孔６２を有している。連通孔６２は、例えば略円形形状を呈している。連通孔６２は、後述するように、ケース１０内において電極組立体２０に電気的に接続された端子部材７０の一端部をケース１０の外部に引き出すための孔ある。連通孔６２は、蓋部材６０の長手方向において端部側に形成されている。

図３に示すように、連通孔６２の内側面６４は、内面６０ａ側よりも外面６０ｂ側の方が内径（内側寸法）が大きくなるテーパー状をなしている。具体的には、内側面６４は、内面６０ａ及び外面６０ｂに連続する直線形のテーパー形状をなしている。つまり、内側面６４は、内面６０ａ及び外面６０ｂに対して傾斜する傾斜面（テーパー面）である。内面６０ａ及び外面６０ｂに対する内側面６４の傾斜角度は、設定に応じて適宜設定されればよい。

内側面６４の内面６０ａ側（開口端）の内径は、後述する第２絶縁部９４の直径と略同等であり、例えば１４ｍｍ程度である。内側面６４の外面６０ｂ側（開口端）の内径は、第２絶縁部９４の直径（内面６０ａ側の内径）よりも０．２ｍｍ以上大きい。

端子部材７０は、端子部７２と、ベース部（基部）７４と、を有している。端子部材７０は、例えば、正極３０に接続される場合にはアルミニウム等、負極４０に接続される場合には銅等の金属によって形成されている。

端子部７２は、連通孔６２内に位置し、蓋部材６０の内部と外部とにわたって配置されている。ベース部７４は、端子部７２と一体に形成され、ケース１０の内部に位置している。ベース部７４は、蓋部材６０の内面６０ａと対向する領域７４ａを有する。ベース部７４は、蓋部材６０の内面６０ａに対向するように配置され、内面６０ａに沿って平板状に延在している。端子部７２は、ベース部７４の略中央部においてベース部７４に立設されている（ベース部７４から突出している）。端子部７２は、蓋部材６０の内面６０ａ側から蓋部材６０の連通孔６２を介して蓋部材６０の外面６０ｂ側に突出している。端子部７２の側面には、例えばねじ溝が形成されている。その場合には、端子部材７０は、全体としてボルトとして構成される。

端子部材７０は、電極組立体２０に電気的に接続されている。具体的には、図３（ｂ）に示すように、端子部材７０では、ベース部７４から延設された集電板７６が、タブ３３を介して正極３０に接続された導電部材３４（又は、タブ４３を介して負極４０に接続された導電部材４４）に接合され、正極３０（又は負極４０）に電気的に接続されている。

固定部材８０は、端子部材７０を蓋部材６０に対して固定する部材であり、例えば、ステンレス等の金属によって形成されている。固定部材８０は、ケース１０の外部において端子部７２に取り付けられている。固定部材８０は、蓋部材６０の外面６０ｂと対向する領域８０ａを有している。固定部材８０は、端子部７２を囲むように環状を呈している。固定部材８０の内側面８０ｈには、例えばねじ溝が形成されている。その場合には、固定部材８０は、ナットであり、端子部７２に螺合される。固定部材８０は、端子部材７０の端子部７２に取り付けられることにより、端子部材７０に電気的に接続されている。

第１絶縁部材９０は、蓋部材６０と端子部材７０とを電気的に絶縁する部材であり、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin：ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の樹脂材料によって形成されている。第１絶縁部材９０は、第１絶縁部９２と、第２絶縁部９４と、を有している。第１絶縁部９２と第２絶縁部９４とは、一体に形成されている。

第１絶縁部９２は、端子部７２を囲むように円環状を呈しており、固定部材８０の領域８０ａと蓋部材６０の外面６０ｂとの間に配置されている。第１絶縁部９２の外周部（外周面）には、縁部９６が設けられている。縁部９６は、第１絶縁部９２の外周部に沿って環状に設けられており、第１絶縁部９２の一面９２ａよりも突出し、固定部材８０を囲んでいる。なお、縁部９６は、図３において固定部材８０から離間しているが、固定部材８０に接触していてもよい。第１絶縁部９２（縁部９６）の直径は、例えば２４ｍｍ程度である。第１絶縁部９２の厚みは、例えば１ｍｍ程度である。

第２絶縁部９４は、第１絶縁部９２の中央部から下方に突出している。第２絶縁部９４は、端子部７２を囲むように円環状（筒状）を呈しており、第１絶縁部９２と同心状に設けられている。第２絶縁部９４は、端子部７２と連通孔６２の内側面６４との間に配置されている。すなわち、第２絶縁部９４は、連通孔６２に挿通されている。第２絶縁部９４の先端部は、蓋部材６０の内面６０ａよりも下方に位置し、端子部材７０のベース部７４近傍まで延びている。第２絶縁部９４の先端部は、図３に示すように、断面が先細りの形状を呈している。第２絶縁部９４の直径（外形寸法）は、例えば１４ｍｍ程度である。第１絶縁部材９０は、蓋部材６０の外面６０ｂ、蓋部材６０の連通孔６２の内側面６４、及び固定部材８０に接触しており、蓋部材６０と端子部材７０とを電気的に絶縁している。

第２絶縁部材１００は、蓋部材６０と端子部材７０とを電気的に絶縁する部材であり、例えば、ＰＰＳ等の樹脂材料によって形成されている。第２絶縁部材１００は、本体部１０２と、縁部１０４と、を有している。本体部１０２は、端子部７２を囲むように環状に形成されており、端子部材７０のベース部７４の領域７４ａと蓋部材６０の内面６０ａとの間に配置されている。縁部１０４は、本体部１０２の外周部に沿って環状に設けられており、端子部材７０のベース部７４を囲んでいる。第２絶縁部材１００は、蓋部材６０の内面６０ａ及び端子部材７０のベース部７４に接触しており、蓋部材６０と端子部材７０とを電気的に絶縁している。

Ｏリング１２０は、電解液Ｅのケース１０外部への漏出を封止する部材であり、例えば、ゴム等の弾性を有する材料によって形成されている。Ｏリング１２０は、蓋部材６０の内面６０ａ、端子部材７０及び第２絶縁部材１００の本体部１０２により画成された空間Ｓに配置されている。Ｏリング１２０は、蓋部材６０の連通孔６２を囲むように円環状を呈している。

端子構造５０は、以下のように組み立てられる。最初に、端子部材７０のベース部７４に第２絶縁部材１００及びＯリング１２０を配置する。次に、端子部材７０の端子部７２を蓋部材６０の連通孔６２に挿通させる。続いて、第１絶縁部材９０を端子部７２に挿通させると共に、第２絶縁部９４を蓋部材６０の外面６０ｂ側から連通孔６２に挿通させる。このとき、第２絶縁部９４は、内側面６４により、連通孔６２と端子部７２とのクリアランスに誘導される。そして、固定部材８０を端子部７２に取り付ける。これにより、固定部材８０と端子部材７０のベース部７４との間に蓋部材６０、第１絶縁部材９０及び第２絶縁部材１００が挟持され、端子部材７０が蓋部材６０に固定される。

以上説明したように、本実施形態に係る端子構造５０では、内側面６４は、内面６０ａ側よりも外面６０ｂ側の方が内径が大きく、内面６０ａ及び外面６０ｂに連続するテーパー形状をなしている。これにより、端子構造５０では、連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスを小さくした場合であっても、第２絶縁部９４を連通孔６２に進入させる外面６０ｂ側の開口が大きくなっているため、連通孔６２と端子部材７０（端子部７２）とのクリアランスに第２絶縁部９４を容易に配置することができる。更に、端子構造５０では、内側面６４がテーパー形状をなしているため、第２絶縁部９４が連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスに良好に誘導される。したがって、この端子構造５０では、組み付けの作業性の向上を図ることができる。また、端子構造５０では、連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスを小さくすることができるため、連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスにシール部材が入り込むことを防止できる。その結果、端子構造５０では、シール性を確保することができる。

本実施形態では、第２絶縁部９４は、その先端部の断面が先細りの形状を呈していている。これにより、端子構造５０では、第２絶縁部９４を連通孔６２に進入させるときに、第２絶縁部９４の先端部が他の部材に引っ掛かることを抑制できる。したがって、端子構造５０では、第２絶縁部９４をより一層スムーズに連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスに進入させて配置することができる。

本実施形態では、第２絶縁部９４は、その先端部が蓋部材６０の内面６０ａよりも下方に位置していている。これにより、端子構造５０では、第２絶縁部９４の先端部がシール部材として機能するため、シール性をより一層確保することができる。

本実施形態では、内側面６４の外面６０ｂ側の内径と、第２絶縁部の直径との差が０．０５ｍｍ以上である。上記の寸法を有する端子構造５０において、内側面６４の外面６０ｂ側の内径と第２絶縁部の直径との差を０．０５ｍｍ以上とすることにより、連通孔６２と端子部材７０との間に第２絶縁部９４を良好に配置することができる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る端子構造の断面構成を示す図である。図４（ａ）は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を示しており、図４（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示している。第２実施形態の端子構造５０Ａでは、連通孔６６の構造が第１実施形態と異なっている。

図４に示すように、連通孔６６の内側面６８は、第１面６８ａと、第２面６８ｂと、を有している。第１面６８ａは内面６０ａに連続しており、内面６０ａに対して略直交する方向に延在している。すなわち、第１面６８ａは、内面６０ａに対して略直角を成している。第２面６８ｂは、内面６０ａ側よりも外面６０ｂ側の方が直径が大きくなるテーパー状をなしている。具体的には、第２面６８ｂは、第１面６８ａ及び外面６０ｂに連続しており、直線形のテーパー形状をなしている。第２面６８ｂは、内面６０ａ、外面６０ｂ及び第１面６８ａに対して傾斜する傾斜面である。このように、内側面６８では、外面６０ｂ側のみがテーパー形状となっている。

以上説明したように、第２実施形態に係る端子構造５０Ａでは、連通孔６６の内側面６８における第２面６８ｂは、内面６０ａ側よりも外面６０ｂ側の方が内径が大きく、第１面６８ａ及び外面６０ｂに連続するテーパー形状をなしている。これにより、端子構造５０Ａでは、第１実施形態と同様に、連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスを小さくした場合であっても、第２絶縁部９４を連通孔６６に進入させる外面６０ｂ側の開口が大きくなっているため、連通孔６６と端子部材７０（端子部７２）とのクリアランスに第２絶縁部９４を容易に配置することができる。更に、端子構造５０Ａでは、内側面６８の第２面６８ｂがテーパー形状をなしているため、第２絶縁部９４が連通孔６２と端子部材７０とのクリアランスに良好に誘導される。したがって、この端子構造５０では、組み付けの作業性の向上を図ることができる。また、端子構造５０Ａでは、連通孔６６と端子部材７０とのクリアランスを小さくすることができるため、連通孔６６と端子部材７０とのクリアランスにシール部材が入り込むことを防止できる。その結果、端子構造５０Ａでは、シール性を確保することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、内側面６４及び第２面６８ｂ（テーパー面）が直線形のテーパー形状である構成を一例に説明したが、テーパー面は湾曲していてもよい。

上記実施形態では、連通孔６２，６６が略円形形状を呈する構成を一例に説明したが、連通孔６２，６６は他の形状であってもよい。

上記実施形態では、ケース１０の蓋部材６０に連通孔６２，６６が設けられている構成を一例に説明したが、連通孔６２，６６は、ケース１０の一側面部に設けられていればよい。

１…二次電池（蓄電装置）、３０…正極（電極）、４０…負極（電極）、５０…端子構造、６０…蓋部材、６２…連通孔、６４，６８…内側面、６８ａ…第１面（内側面）、６８ｂ…第２面（内側面）、７０…端子部材、７２…端子部、７４…ベース部（基部）、７４ａ…領域、８０…固定部材、８０ａ…領域、９０…第１絶縁部材、９２…第１絶縁部、９４…第２絶縁部。

Claims (6)

1. 電極を収容するケースを備えた蓄電装置に用いられる端子構造であって、
   前記ケースの内部と外部とを連通する連通孔を有する前記ケースの一側面部と、
   前記連通孔内に位置し、前記ケースの前記内部と前記外部とにわたって配置された端子部と、当該端子部と一体に形成され、前記ケースの内部に位置すると共に前記一側面部の内面と対向する領域を有する基部とを有し、前記電極に電気的に接続された端子部材と、
   前記ケースの前記外部において前記端子部に取り付けられていると共に、前記一側面部の外面と対向する領域を有し、前記端子部材を前記一側面部に対して固定している固定部材と、
   前記固定部材の前記領域と前記一側面部の前記外面との間に配置された第１絶縁部と、当該第１絶縁部と一体に形成され、前記端子部と前記連通孔の内側面との間に配置された第２絶縁部とを有し、前記端子部材と前記一側面部とを電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
   前記内側面の少なくとも一部は、前記内面側よりも前記外面側の方が内側寸法が大きく且つ前記外面に連続するテーパー形状をなしていることを特徴とする端子構造。
2. 前記内側面は、前記内面及び前記外面に連続するテーパー形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の端子構造。
3. 前記内側面は、
   前記内面に連続し当該内面に対して略直交する方向に延在する第１面と、
   前記外面及び前記第１面に連続する第２面と、を有し、
   前記第２面がテーパー形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の端子構造。
4. 前記第２絶縁部は、その先端部の断面が先細りの形状を呈していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の端子構造。
5. 前記第２絶縁部は、その先端部が前記一側面部の前記内面よりも下方に位置していることを特徴とする特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の端子構造。
6. 前記内側面の前記外面側の内側寸法と、前記第２絶縁部の外形寸法との差が０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の端子構造。

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