JP5978970B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池等の電池に関し、特に外部接続端子の接続部周辺の構造に関する。

特許文献１において、電流遮断部を備える二次電池が示されている。当該電流遮断部は、筺体の内圧が所定値以上に達した時に変形する感圧変形素子（ダイアフラム）、当該感圧変形素子の変形に伴い集電体から外部接続端子への電流経路の一部を遮断する遮断箔等から構成されている。

特開２００８−６６２５５号公報（図１〜３，５等参照）

上述のような電流遮断部を設ける際には、内圧の感知を精度よく行うために、外部接続端子の接続部周辺における高い気密性、及び感圧変形素子、遮断箔等に対する高い位置決め精度が要求される。

図１２は、上述のような要求に対して、従来構造が有する問題点を例示している。当該例に係る電池１０１において、筺体１０２の開口部には、封口体１０３及び外部接続端子１０４が配置されている。封口体１０３及び外部接続端子１０４の間は、上側シール材１０５によりシールされている。

筺体１０２の内部には、集電体１０８が配置される。集電体１０８と封口体１０３との間には、電流遮断部１１０及び封口体リード１１１が配置されている。電流遮断部１１０は、感圧変形素子１１５及び遮断箔１１６を有する。封口体リード１１１は、遮断箔１１６と外部接続端子１０４とに接触している。集電体１０８が保持する電流は、遮断箔１１６、感圧変形素子１１５、及び封口体リード１１１を介して、外部接続端子１０４に伝達される。

封口体１０３と封口体リード１１１との間は、中間シール材１２０によりシールされている。封口体１０３、集電体１０８、感圧変形素子１１５、及び遮断箔１１６の間には、集電体ホルダー１２１が配置されている。封口体１０３には、シール性を向上させるための凸状部１２５，１２６が形成されている。上側シール材１０５と中間シール材１２０とが当接し、中間シール材１２０と集電体ホルダー１２１とが当接している。

組み付け時には、封口体１０３が封口体リード１１１側に押し付けられる。これにより、中間シール材１２０は、凸状部１２６を含む封口体１０３の下面部から大きな圧力を受け、縦方向に圧縮されると共に、横方向に伸張する。そのため、集電体ホルダー１２１は、同図中二点鎖線で示すように、外側に変形又は変位するように圧力を受ける。このような集電体ホルダー１２１の変形又は変位により、感圧変形素子１１５及び遮断箔１１６の位置ずれが引き起こされる。特に、遮断箔１１６は、その作用上、破断し易さを有するため、このような位置ずれによる影響を受けやすい。

そこで、本発明は、十分な気密性と電流遮断部等に対する高い位置決め精度とを両立させることを目的とする。

本発明の一態様は、筺体内に収納される集電体と、前記筺体内に形成された電流経路を介して前記集電体と接続し、一部が前記筺体外に露出する外部接続端子と、前記筺体の開口部を封止する封口体と、前記封口体よりも前記筺体の内部側に配置され、前記電流経路の一部を構成する封口体リードと、前記電流経路の一部を構成し、前記筺体の内圧に応じて変形する感圧変形素子と、通常時には前記電流経路の一部を構成し、前記感圧変形素子が所定量以上変形した時に破断することにより前記電流経路を遮断する遮断箔と、前記封口体と前記封口体リードとの間に配される部分が所定間隔をあけて配置される第１のシール材及び第２のシール材を含んで構成されるシール部とを備える電池である。

上記態様によれば、組付時における第１のシール材の横方向へ伸張が、所定間隔により吸収される。これにより、シール性を向上させるために第１のシール材を強く圧縮しても、当該伸張が第２のシール材に伝達することはなく、感圧変形素子、遮断箔等の位置決めに悪影響を与えることはない。

また、前記封口体リードにおける前記封口体と共に前記第１のシール材及び前記第２のシール材を挟み込む部分は、組み付ける前において中央部に対して外方部の方が前記封口体側に傾斜してもよい。

また、前記封口体は、前記封口体リード側に突出する凸状部を備え、前記第１のシール材は、前記凸状部と当接し、前記第２のシール材は、集電体ホルダーと当接又は一体化していてもよい。

また、前記第１のシール材は、前記外部接続端子と前記封口体との間に配置される上側シール材と当接又は一体化していてもよい。

本発明によれば、十分な気密性と電流遮断部等に対する高い位置決め精度とを両立させることが可能となる。

実施の形態１に係る電池の外部接続端子の接続部周辺の構造を示す一部断面図である。 実施の形態１に係る電池の所定間隔の算出法を例示するための一部断面図である。 実施の形態１の封口体リードを概略的に示す断面図である。 図３に示す封口体リードを用いて電流遮断部を組み立てた直後の電流遮断部を概略的に示す断面図である。 図３に示す封口体リードを用いて電流遮断部を組み立てて所定の時間が経過した後の電流遮断部を概略的に示す断面図である。 実施の形態２の封口体リードを概略的に示す断面図である。 図６に示す封口体リードを用いて電流遮断部を組み立てる際の工程を説明するための図である。 図６に示す封口体リードを用いて電流遮断部を組み立てる際の工程を説明するための図である。 図６に示す封口体リードを用いて電流遮断部を組み立てる際の工程を説明するための図である。 他の封口体リードを概略的に示す断面図である。 他の封口体リードを概略的に示す断面図である。 従来の問題点を説明するための電池の一部断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る電池１の外部接続端子４の接続部周辺の構造を示している。電池１は、二次電池であって、筺体２、集電体３、外部接続端子４、封口体５、封口体リード６、感圧変形素子７、遮断箔８、複数のシール材１１，１２，１３、及び集電体ホルダー１４を有する。

筺体２は、電池１の外郭を構成するアルミニウム合金等からなる中空の容器である。集電体３は、筺体２内に収納され、電解液と接触する電極と接続している。

外部接続端子４は、筺体２内において集電体３と後述する電流経路を介して電気的に接続すると共に、その一部が筺体２の外部に露出している。

封口体５は、筺体２の開口部を封止する部材である。封口体５の端部には、シール性を向上させるための凸状部９，１０が形成されている。

封口体リード６は、封口体５よりも下方（筺体２の内側）に配置される部材であって、導電性を有する素材からなる。封口体リード６は、集電体３から外部接続端子４までを電気的に接続する電流経路の一部を構成する。

感圧変形素子７は、ダイアフラム等であり、筺体２の内圧に応じて変形する。具体的には、筺体２内の感圧変形素子７よりも下方（筺体２の内側）の部分の圧力が所定値以上になると、図１中二点鎖線で示すように、上方に***するように変形する。また、感圧変形素子７は、導電性を有する素材からなり、電流経路の一部を構成する。

遮断箔８は、集電体３及び感圧変形素子７に接触・固定されている。遮断箔８は、導電性を有する素材からなり、通常時には、電流経路の一部を構成する。しかし、上述のように、筺体２の内圧が所定値以上となり感圧変形素子７が上方へ変形すると、遮断箔８は破断し、電流経路は遮断される。すなわち、感圧変形素子７及び遮断箔８の作用により、電流経路は遮断される。

各シール材１１，１２，１３は、上記各構成部間の気密性を確保するための部材である。具体的には、外部接続端子４及び封口体５の間に配置される上側シール材１１、封口体５及び封口体リード６の間に配置される第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３が存在する。また、封口体５、集電体３、感圧変形素子７、及び遮断箔８の間には、集電体ホルダー１４が配置されている。

上述のように、本実施の形態においては、封口体５と封口体リード６との間をシールする部分が、第１の中間シール材１２と第２の中間シール材１３とに分割されている。そして、第１の中間シール材１２と第２の中間シール材１３との間には、所定間隔Ａが確保されている。

また、封口体５に形成された下側に突出する凸状部９は、第１の中間シール材１２に当接している。第１の中間シール材１２は、上側シール材１１に当接している。第２の中間シール材１３は、集電体ホルダー１４に当接している。集電体ホルダー１４は、感圧変形素子７及び遮断箔８と当接しており、これらの位置決めに直接影響を与える。

また、集電体３及び集電体ホルダー１４には、筺体２の内圧が感圧変形素子７に伝達されるように、それぞれ通孔２１，２２が形成されている。

上記構成により、組付時における第１の中間シール材１２の水平方向への伸張（図１中矢印Ｄ参照）が、所定間隔Ａにより吸収される。これにより、当該第１の中間シール材１２の伸張が第２の中間シール材１３を変動させることはなく、感圧変形素子７、遮断箔８等の位置決めに直接影響を与える集電体ホルダー１４を変動させることもない。これにより、十分な気密性と、感圧変形素子７、遮断箔８等に対する高い位置決め精度とを両立させることが可能となる。尚、本実施の形態においては、第２の中間シール材１３と集電体ホルダー１４とが別体となっているが、これらが一体化されていても同様の作用効果を得ることができる。

図２は、上記所定間隔Ａの算出法を例示するための図である。同図中、Ｘは、組付（圧縮）前における第１の中間シール材１２の凸状部９に対応する部分の幅、Ｘ'は、組付後における第１の中間シール材１２のＸに対応する部分の幅、Ｙは、組付前における第１の中間シール材１２の凸状部９に対応する部分の厚さ、Ｙ'は、組付後における第１の中間シール材１２のＹに対応する部分の厚さ、Ｚは、組付前における第１の中間シール材１２の端部から封口体５（凸状部９）の端部まで長さを示している。

上記規定から、下記式（１）〜（３）の関係が成り立つ。

（ポアソン比）＝（横方向ひずみ）／（縦方向ひずみ）＝（（Ｘ'−Ｘ）／Ｘ）／（（Ｙ−Ｙ'）／Ｙ）…（１）

Ｘ'−Ｘ（横方向に伸びる長さ）＝（ポアソン比）×Ｘ×（（Ｙ−Ｙ'）／Ｙ）…（２）

所定間隔Ａ≧（Ｘ'−Ｘ）＝（ポアソン比）×Ｘ×（（Ｙ−Ｙ'）／Ｙ）…（３）

上記式（３）に基づいて所定間隔Ａを設定することで、組付時における第１の中間シール材１２の伸張が、集電体３、感圧変形素子７、遮断箔８等の位置決めに悪影響を与えることのない構造を確実に構築することができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態１の封口体リード６を概略的に示す断面図である。図４は、封口体リード６を用いて電流遮断部を組み立てた直後の電流遮断部を概略的に示している。図５は、封口体リード６を用いて電流遮断部を組み立てて所定の時間が経過した後の電流遮断部を概略的に示している。

ちなみに、本実施の形態を説明するために図示した電流遮断部は、実施の形態１の電流遮断部と若干構成が異なるが、基本原理は同様である。詳細には、キャップ１５と封口体リード６と感圧変形素子７とで囲まれた空間Ｒ１が形成されている。そして、感圧変形素子７と集電体ホルダー１４と遮断箔８とで囲まれた空間Ｒ２は、具体的な図示は省略するが電池内部の空間と連通している。また、電池内部の空間は、感圧変形素子７によって気密状態に維持されている。電池内部の圧力が上昇すると、感圧変形素子７が上方に押し上げられ、感圧変形素子７と遮断箔８との接続状態が解除される。

図１や図３に示すように、封口体リード６における封口体５と共に第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３を挟み込む部分（挟み込み部）６ａは略水平に形成されている。このとき、第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３を樹脂等の弾性力が強い部材で形成すると、図４に示すように、封口体リード６を用いて電流遮断部を組み立てた際に、封口体５と封口体リード６との間に挟み込まれた第１の中間シール材１２の反力によって、封口体リード６の挟み込み部６ａが押し下げられ、第２の中間シール材１３と封口体リード６との間に隙間が生じる。そして、図５に示すように、振動などの外力等により第２の中間シール材１３が下方に移動すると共に、当該第２の中間シール材１３と接合されている集電体ホルダー１４が下方に移動して遮断箔８に負荷が作用する。

そこで、本実施の形態では封口体リードの形状に工夫を施している。図６は、本実施の形態の封口体リード１６を概略的に示す断面図である。図７〜図９は、本実施の形態の封口体リード１６を用いて電流遮断部を組み立てる際の工程を説明するための図である。

図６に示すように、本実施の形態の封口体リード１６における封口体５と共に第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３を挟み込む部分（挟み込み部）１６ａは、組み付ける前において中心部から外方部に向かって封口体５側に傾斜する。つまり、組み付けた際に第１の中間シール材１２の反力に抵抗し、且つ第２の中間シール材１３や集電体ホルダー１４等を支持することができるように、封口体リード１６の挟み込み部１６ａを予め反った形状としている。

このような封口体リード１６を用いて電流遮断部を組み立てる場合は、先ず図７に示すように、第１の冶具Ｐ１上に封口体リード１６を配置し、さらに封口体リード１６上に第１の中間シール材１２と第２の中間シール材１３とを所定の間隔を開けて配置する。そして、第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３上に封口体５を配置し、さらに封口体５上に上側シール材１１を配置する。加えて上側シール材１１上に外部端子１７を配置する。

次に、図８に示すように、第２の冶具Ｐ２によって封口体リード１６の上部をかしめ、封口体リード１６のかしめ部１６ｂと挟み込み部１６ａとで、第１の中間シール材１２、第２の中間シール材１３、封口体５、上側シール材１１及び外部端子１７を挟持する。

その後、図９に示すように、封口体リード１６と感圧変形素子７とを接合して、封口体リード１６の上部開口部にキャップ１５を嵌め込み、キャップ１５と封口体リード１６と感圧変形素子７とで囲まれた空間Ｒ１を形成する。そして、遮断箔８を取り付けた集電体ホルダー１４を第２の中間シール材１３に接合し、感圧変形素子７と遮断箔８とを接合すると、電流遮断部を構成することができる。

このように封口体リード１６の挟み込み部１６ａを予め外方に向かって封口体５側に傾斜した形状とすることで、封口体リード１６は第１の中間シール材１２の反力に抵抗することができ、しかも第２の中間シール材１３及び集電体ホルダー１４等を支持することができる。そのため、封口体リード１６の挟む込み部１６ａと第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３との間に隙間が生じることを抑制することができ、結果として想定外のタイミングで遮断箔８に負荷が作用することを抑制することができる。

特に、中間シール材として第１の中間シール材１２と第２の中間シール１３とを個別に配置しても、本実施の形態は第１の中間シール材１２によるシール性能だけでなく、第２の中間シール材１３によるシール性能も良好に発揮させることができ、電池の性能を向上させることができる。

また、第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３を樹脂等で形成することができるので、第１の中間シール材１２及び第２の中間シール材１３の耐久性を向上させることができる。

さらに例えば封口体リード１６を金属製にすると、高温環境下においても発現する反力の低下を抑制することができる。

なお、図６等に示した封口体リード１６は、組み付ける前において中央部から外方部に向かって封口体５側に傾斜する形状としたが、この限りでない。例えば、図１０に示す封口体リード２６のように、挟み込み部２６ａが組み付ける前において中央部から外方部に向かって封口体５側に反り上がる形状、即ち中央部より外方部の方が封口体５側に位置するように湾曲する形状でもよい。また、図１１に示す封口体リード３６のように、中央部から外方部に向かって途中部位まで略水平で、さらに当該途中部位から外方部に向かって封口体５側に傾斜する形状でもよい。要するに、封口体リードの挟み込み部は、中央部に対して外方部の方が封口体５側に配置されていればよい。

尚、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能なものである。

１ 電池
２ 筺体
３ 集電体
４ 外部接続端子
５ 封口体
６ 封口体リード
６ａ 挟み込み部
７ 感圧変形素子
８ 遮断箔
９、１０ 凸状部
１１ 上側シール材
１２ 第１の中間シール材
１３ 第２の中間シール材
１４ 集電体ホルダー
１５ キャップ
１６ 封口体リード
１６ａ 挟み込み部
１６ｂ かしめ部
１７ 外部端子
２１、２２ 通孔
２６ 封口体リード
２６ａ 挟み込み部
３６ 封口体リード
３６ａ 挟み込み部
Ａ 所定間隔
Ｐ１ 第１の冶具
Ｐ２ 第２の冶具
Ｒ１、Ｒ２ 空間

Claims (4)

1. 筺体と、
   一部が前記筺体外に露出する外部接続端子と、
   前記筺体の開口部を封止し、前記外部接続端子が通された開口孔を有する封口体と、
   前記封口体よりも前記筺体の内部側に配置され、前記外部接続端子に電気的に接続された封口体リードと、
   前記封口体リードに電気的に接続され、前記筺体の内圧に応じて変形する感圧変形素子と、
   前記感圧変形素子に電気的に接続され、通常時には前記感圧変形素子との電気的接続を維持し、前記感圧変形素子が所定量以上変形した時に破断することにより前記感圧変形素子との電気的接続を遮断する遮断箔と、
   前記筺体内に収容され、前記遮断箔に電気的に接続された集電体と、
   前記封口体の開口孔の中央軸方向で前記封口体と前記封口体リードとの向かい合う面の間に、前記封口体の開口孔の中央軸方向と直交する方向に間隔を開けて配置された第１のシール材及び第２のシール材を含んで構成されるシール部と、
   を備える電池。
2. 前記封口体リードにおける前記封口体と共に前記第１のシール材及び前記第２のシール材を挟み込む部分は、組み付ける前において中央部に対して外方部の方が前記封口体側に配置されており、組み付けた後において前記第１のシール材及び前記第２のシール材と密着して配置されている請求項１に記載の電池。
3. 前記封口体は、前記封口体リード側に突出する凸状部を備え、
   前記第１のシール材は、前記凸状部と当接し、
   前記第２のシール材は、集電体ホルダーと当接又は一体化している、
   請求項１又は２に記載の電池。
4. 前記第１のシール材は、前記外部接続端子と前記封口体との間に配置される上側シール材と当接又は一体化している、
   請求項３に記載の電池。

Images