JP7288187B2 - 電池の封止構造 - Google Patents
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Description
前記貫通孔(2a)の周縁(2b)の全周に沿って設けられた筒部(3a)と、該筒部(3a)に設けられた基部(3b)と、を有した高分子成形体(3)と、
前記筒部(3a)の内周(3g)側に配置された柱部(11a)と、該柱部(11a)に設けられた板部(11b)と、を有した電極(11)と、
を備え、
前記部材(2)の裏面(2c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の表面(3e)と接触しており、
前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の裏面(3f)と接触しており、
前記部材(2)の裏面(2c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第1突起部(51)を備えており、
前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第2突起部(52)を備えており、
前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)の高さをそれぞれh1及びh2、前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)間の距離をd、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さをHとしたときに、下記式(1)で表されるα及びβの値が、下記式(2)を満たすことを特徴とする。
前記α及び前記βの値は下記式(3)を満たすことを特徴とする。
前記α及び前記βの値は下記式(4)を満たすことを特徴とする。
第4の態様は、第2の態様において、
前記α及び前記βの値は下記式(5)を満たすことを特徴とする。
第5の態様は、第4の態様において、
前記α及び前記βの値は下記式(6)を満たすことを特徴とする。
第6の態様は、第5の態様において、
前記α及び前記βの値は下記式(7)を満たすことを特徴とする。
第7の態様は、第1~6の態様のいずれか1項において、
前記高分子成形体(3)の原料は、非接着性の樹脂であることを特徴とする。
前記高分子成形体(3)の原料は、フッ素系の樹脂であることを特徴とする。
前記電池(10)はリチウムイオン電池であることを特徴とする。
〈方向〉
図1,図2に示すように、金属蓋(2)の貫通孔(2a)の軸(A1)方向を貫通方向(A)、径方向を径方向(B)と称する。便宜的に、図1の上側を上側、下側を下側とする。上側及び下側は、それぞれ表側及び裏側ともいう。
図1は、リチウムイオン電池(10)の封止構造(10a)を例示する。封止構造(10a)は、封止部材(1)と、電極(11)とを備える。
封止部材(1)は、前記の部材(2)に該当する金属部材である金属蓋(2)と、高分子成形体(3)とを備えている。金属蓋(2)と高分子成形体(3)とは、非接着状態で互いに固定されている。
図2は、金属蓋(2)の底面図を示す。この金属蓋(2)は、例えばアルミニウム等の金属で形成される。この例では、図2に示すように、金属蓋(2)は、貫通孔(2a)を有した板状の部材である。より具体的には、金属蓋(2)は、円形の貫通孔(2a)を有した円形ワッシャ状の形態を有している。
高分子成形体(3)は、図1に示すように、筒状の部分(以下、筒部(3a)という)と、下側の板状の部分(以下、基部(3b)という)と、上側の板状の部分(以下、上部(3c))とを備えている。筒部(3a)は、貫通孔(2a)の周縁(2b)の全周に沿って設けられている。筒部(3a)は、貫通孔(2a)と同軸の孔(3d)を有する。基部(3b)は、筒部(3a)の一端側に設けられている。上部(3c)は、筒部(3a)の他端側に設けられている。高分子成形体(3)は、軸(A1)周りに回転対称な軸対称形状(回転体形状)である。軸対称形状は例示であり、非軸対称形状の高分子成形体(3)でもかまわない。
電極(11)は、柱状の部分(以下、柱部(11a)という)と、板状の部分(以下、板部(11b)という)とを有する。柱部(11a)は、筒部(3a)の孔(3d)の内周(3g)側に配置されている。板部(11b)は、柱部(11a)の一端側に設けられている。柱部(11a)の他端側には、ワッシャ(以下、外ワッシャ(12)という)が固定されている。図1に示すように、このリチウムイオン電池(10)では、封止部材(1)が外ワッシャ(12)と電極(11)の板部(11b)との間に挟み込まれている。リチウムイオン電池(10)では、この封止部材(1)によって、当該リチウムイオン電池(10)のケーシング(図示を省略)の内部に封入されている電解液(L)が封止される。この封止部材(1)は、大気中からの水分のリチウムイオン電池(10)のケーシングの内部への流入を防止する。
金属蓋(2)の表面(2d)は、高分子成形体(3)の上部(3c)の裏面(3j)と接触している。金属蓋(2)の裏面(2c)は、高分子成形体(3)の基部(3b)の表面(3e)と接触している。金属蓋(2)の貫通孔(2a)の周縁(2b)は高分子成形体(3)の筒部(3a)の外周(3h)と接触している。これらの接触部分を第1接触部分(S1)と称する。
図2~図4に示すように、金属蓋(2)の裏面(2c)には、貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の突起部(51)が形成されている。
図3に示すように、突起部(51)の高さ、すなわち突起部(51)の貫通方向(A)の高さをhとする。突起部(51)の幅、すなわち突起部(51)の径方向(B)の長さをwとする。高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さ、すなわち貫通方向(A)の高さをHとする。h/Hは、高分子成形体(3)の圧縮率を表している。h/wは突起部(51)のアスペクト比である。
h=0.06mm、0.12mm、0.18mm、0.24mm、0.30mm、0.36mm、0.42mm
w=0.06mm、0.12mm、0.18mm、0.24mm、0.30mm、0.36mm、0.42mm
H=0.6mm
a=3.3mm
b=0.5mm
「シール面圧」は、図3に示す第1接触部分(S1)及び第2接触部分(S2)に生じる最大シール面圧のうちで最も小さいものである。例えば、第1接触部分(S1)の最大シール面圧及び第2接触部分(S2)の最大シール面圧のうち小さい方が本明細書における「シール面圧」である。90,000時間経過後(本明細書では、「10年経過後」ともいう。)のシール面圧は、好ましくは1.1MPa以上、より好ましくは2MPa以上、特に好ましくは5MPa以上である。シール面圧が1.1MPa未満では十分なシール性を確保することができない。
図4、図8及び図11は、突起部(51)の形状の例を示している。
以下、図4、図8~図11を参照して、突起部(51)の輪郭(51b)について説明する。
以下、図11~図13を参照して、突起部(51)の断面(51a)の面積(本明細書において、突起部(51)の断面積ともいう。)について説明する。
本実施形態のリチウムイオン電池(10)の封止構造(10a)は、貫通孔(2a)を有した板状の金属蓋(2)を備える。封止構造(10a)は、前記貫通孔(2a)の周縁(2b)の全周に沿って設けられた筒部(3a)と、該筒部(3a)に設けられた基部(3b)と、を有した高分子成形体(3)を備える。封止構造(10a)は、前記筒部(3a)の内周(3g)側に配置された柱部(11a)と、該柱部(11a)に設けられた板部(11b)と、を有した電極(11)を備える。前記金属蓋(2)の裏面(2c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の表面(3e)と接触している。前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の裏面(3f)と接触している。前記金属蓋(2)の裏面(2c)及び前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)の少なくとも一方は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の突起部(51)を備える。前記突起部(51)の高さをh、前記突起部(51)の幅をw、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さをHとしたときに、h/Hは0.1以上0.7以下であり且つh/wは0.1以上1.0以下である。前記突起部(51)の断面(51a)において、該突起部(51)の輪郭(51b)は、滑らかな曲線及び内角(51c)が160°以上360°未満の複数の直線の少なくとも一方である。前記突起部(51)の前記断面(51a)の面積は、前記hと前記wとの積で表される値h・wの50%以上96%以下である。
以下、図14~図21を参照して、実施形態2に係るリチウムイオン電池(10)の封止構造(10a)について説明する。
図14に示すように、本実施形態に係る封止構造(10a)は、金属蓋(2)の裏面(2c)に設けられた第1突起部(51)を備えている。第1突起部(51)は、図3に示す実施形態1の突起部(51)と同様の構成である。本実施形態に係る封止構造(10a)は、電極(11)の板部(11b)の表面(11c)に設けられた第2突起部(52)を備える。第2突起部(52)は、貫通孔(2a)の周囲に環状に設けられており、高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられている。
第2突起部(52)は、第1突起部(51)に比べて、径方向(B)の内側に設けられている。第1突起部(51)及び第2突起部(52)の高さhを、それぞれh1及びh2とする。第1突起部(51)及び第2突起部(52)間の距離をdとする。第1突起部(51)及び第2突起部(52)間の距離dは、第1突起部(51)及び第2突起部(52)の頂点間の距離とした。第1突起部(51)及び第2突起部(52)の頂点とは、それぞれ高さh1及びh2の基準となる点である。高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さをHとする。
αは、第1突起部(51)及び第2突起部(52)による高分子成形体(3)の「圧縮率」を示している。圧縮率αは理論上0<α≦2の値を取り得るが、0.1以上1.4以下であることが望ましい。圧縮率αが0.1未満では、突起部の形成が極めて困難となる虞がある。圧縮率αが1.4超では、高分子成形体(3)の形状の変化が大きすぎ、最大主ひずみが大きくなりすぎる虞がある。
H=0.6mm
a=3.3mm
b=0.5mm
βの変化については以下の(A)~(C)の3種類について検討した。
(A)図14において、第2突起部(52)の位置を固定し、第1突起部(51)の位置を外側から内側に向かって移動させることにより、dの値を減少させてβの値を減少させる。(B)図14において、第1突起部(51)の位置を固定し、第2突起部(52)の位置を内側から外側に向かって移動させることにより、dの値を減少させてβの値を減少させる。(C)図14において、第1突起部(51)の位置を外側から内側、第2突起部(52)の位置を内側から外側に向かって移動させることにより、dの値を減少させてβの値を減少させる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池(10)の封止構造(10a)は、貫通孔(2a)を有した金属蓋(2)を備える。封止構造(10a)は、前記貫通孔(2a)の周縁(2b)の全周に沿って設けられた筒部(3a)と、該筒部(3a)に設けられた基部(3b)と、を有した高分子成形体(3)を備える。前記筒部(3a)の内周(3g)側に配置された柱部(11a)と、該柱部(11a)に設けられた板部(11b)と、を有した電極(11)を備える。前記金属蓋(2)の裏面(2c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の表面(3e)と接触している。前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の裏面(3f)と接触している。前記金属蓋(2)の裏面(2c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第1突起部(51)を備えている。前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第2突起部(52)を備える。前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)の高さをそれぞれh1及びh2、前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)間の距離をd、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さをHとしたときに、下記式(1)で表されるα及びβの値が、下記式(2)を満たす。
0.15≦α≦0.7,β≧0.5 ・・・(5)
0.2≦α≦0.7,0.5≦β≦10 ・・・(6)
0.2≦α≦0.7,1.0≦β≦5 ・・・(7)
《その他の実施形態》
封止構造(10a)の用途は、リチウムイオン電池には限定されない。封止構造(10a)は、リチウムイオン電池以外の、例えば鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、ナトリウムイオン電池等の二次電池にも適用できる。封止構造(10a)は、非水電解液二次電池に好適である。
2a 貫通孔
2b 周縁
2c (金属蓋の)裏面(部材の裏面)
3 高分子成形体
3a 筒部
3b 基部
3e (基部の)表面
3f (基部の)裏面
3g 内周
10 リチウムイオン電池(電池)
11 電極
11a 柱部
11b 板部
11c (板部の)表面
51 突起部、第1突起部
51a 断面
51b 輪郭
51c 内角
52 第2突起部(突起部)
Claims (9)
- 貫通孔(2a)を有した板状の部材(2)と、
前記貫通孔(2a)の周縁(2b)の全周に沿って設けられた筒部(3a)と、該筒部(3a)に設けられた基部(3b)と、を有した高分子成形体(3)と、
前記筒部(3a)の内周(3g)側に配置された柱部(11a)と、該柱部(11a)に設けられた板部(11b)と、を有した電極(11)と、
を備え、
前記部材(2)の裏面(2c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の表面(3e)と接触しており、
前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の裏面(3f)と接触しており、
前記部材(2)の裏面(2c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第1突起部(51)を備えており、
前記電極(11)の板部(11b)の表面(11c)は、前記貫通孔(2a)の周囲であって該高分子成形体(3)の基部(3b)に向かって凸状に設けられた環状の第2突起部(52)を備えており、
前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)の断面(51a)において、該第1突起部(51)及び該第2突起部(52)の輪郭(51b)は、滑らかな曲線及び内角(51c)が160°以上360°未満の複数の直線の少なくとも一方からなり、
前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)の高さをそれぞれh1及びh2、前記第1突起部(51)及び前記第2突起部(52)間の距離をd、前記高分子成形体(3)の基部(3b)の厚さをHとしたときに、下記式(1)で表されるα及びβの値が、下記式(2)を満たすことを特徴とする電池の封止構造。
α=(h1+h2)/H,β=d/H ・・・(1)
- 請求項2において、
前記α及び前記βの値は下記式(4)を満たすことを特徴とする電池の封止構造。
0.1≦α≦0.7,β≧1.0 ・・・(4) - 請求項2において、
前記α及び前記βの値は下記式(5)を満たすことを特徴とする電池の封止構造。
0.15≦α≦0.7,β≧0.5 ・・・(5) - 請求項4において、
前記α及び前記βの値は下記式(6)を満たすことを特徴とする電池の封止構造。
0.2≦α≦0.7,0.5≦β≦10 ・・・(6) - 請求項5において、
前記α及び前記βの値は下記式(7)を満たすことを特徴とする電池の封止構造。
0.2≦α≦0.7,1.0≦β≦5 ・・・(7) - 請求項1~6のいずれか1項において、
前記高分子成形体(3)の原料は、非接着性の樹脂であることを特徴とする電池の封止構造。 - 請求項1~7のいずれか1項において、
前記高分子成形体(3)の原料は、フッ素系の樹脂であることを特徴とする電池の封止構造。 - 請求項1~8のいずれか1項において、
前記電池(10)はリチウムイオン電池であることを特徴とする電池の封止構造。
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