JP5447492B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
本発明は、密閉型電池に関し、特に、電池容器に開口した貫通孔を封止する技術に関する。
従来、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の密閉型電池においては、充放電要素（正極、負極、セパレータ等）を電池容器内に収容し、電解液を注液した後に、蓋部に開口された貫通孔である注液孔を封止する構造が知られている。
前記のような貫通孔を封止する技術として、封止部材にフランジとスリーブとを備えたブラインドリベットを用い、スリーブを貫通孔に挿入してから塑性変形させることにより、図９（ａ）に示す如くフランジと貫通孔との間に配置したガスケットを圧縮して貫通孔を封止する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
しかし、前記特許文献１に記載の技術は、電池の内圧が上昇した場合に、図９（ｂ）に示す如く、蓋部における貫通孔の周辺が外部に向かって変形し、蓋部の内周端部がガスケットを上側に圧縮することがある。この際、ガスケットは蓋部から図９（ｂ）に示す矢印Ｆ０の如く半径方向外側への力を受けて押し広げられ、ブラインドリベットのスリーブとの密着性が弱くなり、封止部分の強度やシール性能が低下する可能性があった。
本発明は、上記の状況を鑑み、電池の内圧が上昇して、貫通孔の周辺が外部に向かって変形した場合でも、封止部分の強度やシール性能が低下することのない、密閉型電池を提供するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、貫通孔が開口する電池容器と、前記貫通孔を封止する封止部材と、前記貫通孔と前記封止部材との間をシールする弾性体であるシール部材と、を備える密閉型電池であって、前記封止部材は、前記貫通孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記貫通孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備えたブラインドリベットであり、前記電池容器の外側の面における前記貫通孔の周辺部には、該貫通孔の半径方向内側が前記電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面が形成され、前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に挿入された部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記シール部材が前記フランジと前記テーパ面との間で狭持され、前記貫通孔が前記フランジにより封止され、前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面には、前記フランジの半径方向内側が前記電池容器の外部の方向に傾斜したテーパ部が形成されるものである。
請求項２においては、前記電池容器における前記貫通孔の周辺が前記電池容器の外側に向かって変形すると、前記シール部材が前記テーパ面により前記電池容器の外側に圧縮され、前記シール部材が前記テーパ面から半径方向内側への力を受けて前記スリーブの側に圧縮されるものである。
請求項３においては、前記貫通孔は電解液を注液するための注液孔であるものである。
請求項４においては、前記シール部材は、前記貫通孔が前記フランジにより封止された際の前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との間の形状に形成されるものである。
請求項５においては、前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との少なくとも何れか一方に突起部が形成されるものである。
本発明によれば、密閉型電池の内圧が上昇して、貫通孔の周辺が外部に向かって変形した場合でも、封止部分の強度やシール性能が低下することを防止できる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
［電池１０］
図１を参照して、本発明に係る電池の第一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、密閉型のリチウムイオン二次電池である。なお、本発明が適用される対象はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池等の他の密閉型電池についても適用可能である。
図１を参照して、本発明に係る電池の第一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、密閉型のリチウムイオン二次電池である。なお、本発明が適用される対象はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池等の他の密閉型電池についても適用可能である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する電池容器である外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子４０・４０と、それぞれの外部端子４０と外装３０との間に介装される絶縁部材５０・５１と、を具備する。
発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。
電池容器である外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角柱型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底角筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。蓋部３２において、後述するように外部端子４０・４０が挿通される箇所の間には、電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口している。
なお、本実施形態の電池１０は、外装３０が有底の角筒状に形成された角型電池に構成しているが、これに限るものではなく、例えば、外装３０が有底の円筒状に形成された円筒型電池に適用することも可能である。
なお、本実施形態の電池１０は、外装３０が有底の角筒状に形成された角型電池に構成しているが、これに限るものではなく、例えば、外装３０が有底の円筒状に形成された円筒型電池に適用することも可能である。
外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
集電端子４５・４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
集電端子４５・４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
それぞれの外部端子４０は、その外周面部に固定部材３５が嵌装されることにより、絶縁部材５０・５１を間に介して蓋部３２に対して絶縁状態で固定される。絶縁部材５０・５１の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＦＡ（パーフルオロアルコシキエチレン）等が挙げられる。
外部端子４０・４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０・４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０・４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０・４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。
［注液孔３２ｂ］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る電池１０に開口された貫通孔である注液孔３２ｂ近傍の構成について説明する。注液孔３２ｂは、上記の如く蓋部３２において外部端子４０・４０の間に位置するように開口して形成されている。注液孔３２ｂは、所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部３２の厚さ方向に蓋部３２を貫通する。注液孔３２ｂは、予め発電要素２０が収容された外装３０の内部に電解液を注液するために用いられる。
次に、図２を参照して、本実施形態に係る電池１０に開口された貫通孔である注液孔３２ｂ近傍の構成について説明する。注液孔３２ｂは、上記の如く蓋部３２において外部端子４０・４０の間に位置するように開口して形成されている。注液孔３２ｂは、所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部３２の厚さ方向に蓋部３２を貫通する。注液孔３２ｂは、予め発電要素２０が収容された外装３０の内部に電解液を注液するために用いられる。
注液孔３２ｂには、図１及び図２に示すように、封止部材であるブラインドリベット６１、及び、注液孔３２ｂとブラインドリベット６１との間をシールする弾性体のシール部材であるガスケット３７が取り付けられる。なお、本実施形態において、電解液を注液するための注液孔３２ｂを貫通孔として、この注液孔３２ｂを封止する構成としているが、本発明を適用して封止する貫通孔は注液孔３２ｂに限定されるものではなく、電池容器に開口された貫通孔であれば本発明を適用することが可能である。
電池容器である蓋部３２の外側（図２における上側）の面における注液孔３２ｂの周辺部（蓋部３２の内周端部）には、注液孔３２ｂの半径方向内側が電池容器の内部の方向（図２における下方）に傾斜したテーパ面３２ａが形成される。そして、図２に示す如く、テーパ面３２ａに当接するように、円環状の弾性体であるガスケット３７が配置される。ガスケット３７は、注液孔３２ｂをシールするシール部材であり、その素材は例えばフッ素系樹脂やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）など、耐電解液性があるものが好ましい。ガスケット３７は、その中央にスリーブ６４を挿通する挿通孔を有する。ガスケット３７は、フランジ６２における注液孔３２ｂと対向する面である下面６２ａとテーパ面３２ａとが近接した際に間の形状となるようにその下面に傾斜部が形成されて、下面６２ａとテーパ面３２ａとの間で狭持される。
ブラインドリベット６１は、図２に示すように、注液孔３２ｂの径よりも大径に形成された封止部である鍔状のフランジ６２と、注液孔３２ｂの径よりも略同径に形成されて注液孔３２ｂに挿通された筒状のスリーブ６４と、当該スリーブ６４から延出されるとともにスリーブ６４より大径の膨径頭部６３ａと、から形成される。そして、ブラインドリベット６１は、フランジ６２と蓋部３２との間に環状のガスケット３７を挟持した状態で、蓋部３２にかしめられている。即ちブラインドリベット６１は、注液孔３２ｂの周辺部とブラインドリベット６１との間に環状のガスケット３７を圧縮した状態で、注液孔３２ｂを封止している。
ブラインドリベット６１は、図３に示すように、注液孔３２ｂを封止する前は、鍔状のフランジ６２と、注液孔３２ｂに挿通可能な筒状のスリーブ６４と、スリーブ６４の中途部であってスリーブ６４と略同径の膨径部６３と、スリーブ６４内に収容されてフランジ６２から延び出るマンドレル６７とから成る。マンドレル６７は、その一端部がフランジ６２から一定長さだけ延出されるとともに、マンドレル６７の他端部には一端部より大径の頭部６７ａが形成されている。頭部６７ａは膨径部６３の近傍に配設されている。
ブラインドリベット６１で注液孔３２ｂを封止する際は、図３中の矢印Ａに示す如く、ブラインドリベット６１を下方に移動させて蓋部３２に近接させてスリーブ６４をガスケット３７の挿通孔及び注液孔３２ｂに挿入し、図４に示す如く膨径部６３を外装３０の内部に挿入する。
その後、図４中の矢印Ｂに示す如く、締結工具等でフランジ６２から延び出たマンドレル６７部分をフランジ６２から引抜くことによって、頭部６７ａが外装３０内部に挿入された膨径部６３を図２に示す膨径頭部６３ａの如く塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径頭部６３ａを形成した後、マンドレル６７のうち、フランジ６２から延出した部分が破断して排出される。
このように、ブラインドリベット６１は、フランジ６２と膨径頭部６３ａとの間に蓋部３２及びガスケット３７を挟持することによって双方を相互に連結して、注液孔３２ｂを封止するのである。こうして、外装３０を密閉状態として密閉型の電池１０が完成する。
本実施形態に係る電池１０によれば、その内部にガスが発生するなどによって内圧が上昇して、注液孔３２ｂの周辺が外部に向かって変形した場合でも、ブラインドリベット６１による封止部分の強度やシール性能が低下することを防止することができる。
具体的には図５に示す如く、電池１０の内圧が上昇した場合に、蓋部３２における注液孔３２ｂの周辺が電池１０の外部（図５における上側）に向かって変形しても、蓋部３２にはガスケット３７との当接部分にテーパ面３２ａが形成されているため、テーパ面３２ａはその全面でガスケット３７を上側に圧縮することになる。これにより、ガスケット３７は図５に示す矢印Ｆ１の如く、テーパ面３２ａから半径方向内側への力を受けてブラインドリベット６１のスリーブ６４の側に圧縮される。つまり、本実施形態においては、注液孔３２ｂの周辺が電池１０の外部に向かって変形すると、ガスケット３７とスリーブ６４との密着性が強くなるため、ブラインドリベット６１による封止部分の強度やシール性能が低下することがないのである。
また、本実施形態に係る電池１０によれば、注液孔３２ｂをブラインドリベット６１で封止する構成としているため、電池１０の活性化処理によって電池容器である外装３０の内部に余剰ガスが発生しても、封止部分のシール性を確保することができる。
加えて、テーパ面３２ａは、注液孔３２ｂの周辺部に形成され、注液孔３２ｂの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜しているため、テーパ面３２ａに電解液がこぼれた場合でも、電解液をテーパ面３２ａの傾斜に沿って電池１０の内部に流入させることができる。
加えて、テーパ面３２ａは、注液孔３２ｂの周辺部に形成され、注液孔３２ｂの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜しているため、テーパ面３２ａに電解液がこぼれた場合でも、電解液をテーパ面３２ａの傾斜に沿って電池１０の内部に流入させることができる。
また、本実施形態に係る電池１０によれば図３に示す如く、注液孔３２ｂがフランジ６２により封止された際の、フランジ６２における注液孔３２ｂと対向する面である下面６２ａとテーパ面３２ａとが近接した際に間の形状に、ガスケット３７が形成されている。これにより、ガスケット３７とテーパ面３２ａとの密着性が高まるため、ガスケット３７がテーパ面３２ａからの力を受けやすくなる。このため、ガスケット３７のスリーブ６４の側への圧縮量が大きくなり、ガスケット３７とスリーブ６４との密着性がより強くなる。即ち、ブラインドリベット６１による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
［第二実施形態］
次に、図６を用いて、第二実施形態に係る密閉型電池について説明する。なお以下の実施形態において説明する密閉型電池において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
次に、図６を用いて、第二実施形態に係る密閉型電池について説明する。なお以下の実施形態において説明する密閉型電池において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
第二実施形態に係る密閉型電池においては、図６（ａ）に示す如く、蓋部１３２の内面（図６（ａ）における下側の面）１３２ｃが電池容器の内側に突出せず、他の部分と同様に平坦な形状となっている。これにより、図６（ｂ）に示す如く、前記第一実施形態と比較してブラインドリベット６１による封止部分の上下幅をコンパクトにする構成としている（図２を参照）。
また、本実施形態においては図６（ａ）に示す如く、ガスケット１３７が、その上下面が平行である円筒形状に形成されている。そして、図６（ｂ）に示す如く、ブラインドリベット６１がフランジ６２と膨径頭部６３ａとの間に蓋部１３２及びガスケット１３７を挟持する際に、ガスケット１３７がフランジ６２における下面６２ａとテーパ面３２ａとが近接した際に間の形状に弾性変形されて、下面６２ａとテーパ面３２ａとの間で狭持されるのである。この構成によれば、ガスケット１３７の形状をテーパ面３２ａと略同一の形状とするため加工することが不要となる。
［第三実施形態］
次に、図７（ａ）を用いて、第三実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図７（ａ）に示す如く、蓋部２３２の上面における注液孔３２ｂの周辺部の一部に、注液孔３２ｂの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面２３２ａが形成され、テーパ面２３２ａのさらに半径方向内側に水平面２３２ｂが形成されている。
次に、図７（ａ）を用いて、第三実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図７（ａ）に示す如く、蓋部２３２の上面における注液孔３２ｂの周辺部の一部に、注液孔３２ｂの半径方向内側が電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面２３２ａが形成され、テーパ面２３２ａのさらに半径方向内側に水平面２３２ｂが形成されている。
また、ブライドリベット２６１のフランジ２６２における注液孔３２ｂと対向する面には、フランジ２６２の半径方向内側が蓋部３２の方向に傾斜したテーパ部２６２ａが形成されている。
本実施形態においては上記の如く、蓋部２３２におけるテーパ面２３２ａの形状や、フランジ２６２の形状を、製品形状に応じて変更する構成としている。これにより、製品形状の設計時における自由度を高くしている。
本実施形態においては上記の如く、蓋部２３２におけるテーパ面２３２ａの形状や、フランジ２６２の形状を、製品形状に応じて変更する構成としている。これにより、製品形状の設計時における自由度を高くしている。
［第四実施形態］
次に、図７（ｂ）を用いて、第四実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図７（ｂ）に示す如く、ブライドリベット３６１のフランジ３６２における注液孔３２ｂと対向する面には、スリーブ６４の側（フランジ３６２の半径方向内側）が電池容器の外部の方向（蓋部３２と反対の方向）に傾斜したテーパ部３６２ａが形成されている。
次に、図７（ｂ）を用いて、第四実施形態に係る密閉型電池について説明する。
本実施形態に係る密閉型電池においては、図７（ｂ）に示す如く、ブライドリベット３６１のフランジ３６２における注液孔３２ｂと対向する面には、スリーブ６４の側（フランジ３６２の半径方向内側）が電池容器の外部の方向（蓋部３２と反対の方向）に傾斜したテーパ部３６２ａが形成されている。
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、電池１０の内圧が上昇して蓋部３２における注液孔３２ｂの周辺が電池１０の外部に向かって変形した（図５を参照）際に、ガスケット３７がテーパ面３２ａから受ける力をより大きくすることができる。つまり、ガスケット３７の変形による弾性力はテーパ部３６２ａから受ける反力となって、ガスケット３７がスリーブ６４に加える半径方向内側への力をより大きくするのである。これにより、ガスケット３７とスリーブ６４との密着性がより強くなり、ブラインドリベット６１による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
［第五・第六実施形態］
次に、図８（ａ）及び（ｂ）を用いて、第五・第六実施形態に係る密閉型電池について説明する。
第五実施形態に係る密閉型電池においては、図８（ａ）に示す如く、フランジ４６２における注液孔３２ｂと対向する面である下面４６２ａに円環状の突起部４６２ｂ・４６２ｂが形成されている。また、第六実施形態に係る密閉型電池においては、図８（ｂ）に示す如く、蓋部５３２におけるテーパ面５３２ａに円環状の突起部５３２ｂ・５３２ｂが形成されている。
次に、図８（ａ）及び（ｂ）を用いて、第五・第六実施形態に係る密閉型電池について説明する。
第五実施形態に係る密閉型電池においては、図８（ａ）に示す如く、フランジ４６２における注液孔３２ｂと対向する面である下面４６２ａに円環状の突起部４６２ｂ・４６２ｂが形成されている。また、第六実施形態に係る密閉型電池においては、図８（ｂ）に示す如く、蓋部５３２におけるテーパ面５３２ａに円環状の突起部５３２ｂ・５３２ｂが形成されている。
なお、これらの実施形態における突起部４６２ｂ・４６２ｂ（５３２ｂ・５３２ｂ）は、フランジ４６２における注液孔３２ｂと対向する面である下面４６２ａと蓋部５３２におけるテーパ面５３２ａとの双方に設ける構成としても差し支えない。また、突起部４６２ｂ・４６２ｂ（５３２ｂ・５３２ｂ）を円環状とせず、点状の突起部として構成することも可能である。
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、ブラインドリベット６１がフランジ６２と膨径頭部６３ａとの間に蓋部５３２及びガスケット３７を挟持する際に、ガスケット３７は突起部４６２ｂ・４６２ｂ（５３２ｂ・５３２ｂ）に弾性変形されて、圧縮率が高められる。このため、電池１０の内圧が上昇して蓋部３２（５３２）における注液孔３２ｂの周辺が電池１０の外部に向かって変形した（図５を参照）際に、ガスケット３７の変形が促されるのである。つまり、ガスケット３７がスリーブ６４に加える半径方向内側への力がより大きくなるため、ガスケット３７とスリーブ６４との密着性がより強くなり、ブラインドリベット４６１（６１）による封止部分の強度やシール性能が低下することをより防止できるのである。
１０ 電池
３０ 外装（電池容器）
３２ 蓋部
３２ａ テーパ面
３２ｂ 注液孔
６１ ブラインドリベット
６２ フランジ
６３ 膨径部
３０ 外装（電池容器）
３２ 蓋部
３２ａ テーパ面
３２ｂ 注液孔
６１ ブラインドリベット
６２ フランジ
６３ 膨径部
Claims (5)
- 貫通孔が開口する電池容器と、前記貫通孔を封止する封止部材と、前記貫通孔と前記封止部材との間をシールする弾性体であるシール部材と、を備える密閉型電池であって、
前記封止部材は、前記貫通孔の径よりも大径に形成されたフランジと、前記貫通孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、を備えたブラインドリベットであり、
前記電池容器の外側の面における前記貫通孔の周辺部には、該貫通孔の半径方向内側が前記電池容器の内部の方向に傾斜したテーパ面が形成され、
前記スリーブのうち、前記電池容器の内部に挿入された部分が膨径するように塑性変形されることにより、前記シール部材が前記フランジと前記テーパ面との間で狭持され、前記貫通孔が前記フランジにより封止され、
前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面には、前記フランジの半径方向内側が前記電池容器の外部の方向に傾斜したテーパ部が形成されることを特徴とする、密閉型電池。 - 前記電池容器における前記貫通孔の周辺が前記電池容器の外側に向かって変形すると、前記シール部材が前記テーパ面により前記電池容器の外側に圧縮され、前記シール部材が前記テーパ面から半径方向内側への力を受けて前記スリーブの側に圧縮される、ことを特徴とする、請求項１に記載の密閉型電池。
- 前記貫通孔は電解液を注液するための注液孔であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の密閉型電池。
- 前記シール部材は、前記貫通孔が前記フランジにより封止された際の前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との間の形状に形成されることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の密閉型電池。
- 前記フランジにおける前記貫通孔と対向する面と前記テーパ面との少なくとも何れか一方に突起部が形成されることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の密閉型電池。
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