JP7399148B2 - battery - Google Patents
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Description
本技術は、電池に関する。 The present technology relates to batteries.
電池の外装缶に電解液を注液した後、電解液注液孔を封止部材により封止する構造が従来から採用されている。このような構造は、たとえば特開2011-76865号公報(特許文献1)および特開2010-277936号公報(特許文献2)に記載されている。特許文献1,2に記載の構造においては、封止部材が外装缶にカシメ固定される。
Conventionally, a structure has been adopted in which the electrolyte injection hole is sealed with a sealing member after the electrolyte is injected into the outer can of the battery. Such structures are described in, for example, JP-A-2011-76865 (Patent Document 1) and JP-A-2010-277936 (Patent Document 2). In the structures described in
封止部材が外装缶にカシメ固定されるとき、外装缶の密閉性を確保し、電解液の漏液を防止するため、確実な封止状態を実現することが求められる。本技術の目的は、封止部材による電解液注液孔の確実な封止状態を実現可能な電池を提供することにある。 When the sealing member is caulked and fixed to the outer can, it is required to realize a reliable sealing state in order to ensure the sealing performance of the outer can and prevent leakage of the electrolyte. An object of the present technology is to provide a battery in which an electrolyte injection hole can be reliably sealed by a sealing member.
本技術に係る電池は、電極体および電解液と、電極体および電解液を収納し、第1の径を有する注液孔を含む外装缶と、外装缶にカシメ固定され、注液孔を封止する封止部材とを備える。封止部材は、注液孔に挿入される軸部と、外装缶の外側において軸部の径方向外側に位置する鍔部とを有するリベット部材と、鍔部と外装缶との間において圧縮され、第1の径以上の第2の径を有する中央孔を囲むリング状のワッシャ部材とを含む。ワッシャ部材は、圧縮前の状態において、中央孔の片側に0.08mm2以上0.14mm2以下の断面積を有する。ワッシャ部材は、ワッシャ部材の径方向全体に亘って圧縮される。 The battery according to the present technology includes: an electrode body and an electrolyte; an outer can that houses the electrode body and the electrolyte and includes a liquid injection hole having a first diameter; and a sealing member for sealing. The sealing member includes a rivet member having a shaft portion inserted into the liquid injection hole, a flange portion located on the outside of the outer can in a radial direction of the shaft portion, and a rivet member that is compressed between the flange portion and the outer can. , and a ring-shaped washer member surrounding a central hole having a second diameter that is greater than or equal to the first diameter. The washer member has a cross-sectional area of 0.08 mm 2 or more and 0.14 mm 2 or less on one side of the central hole in a state before compression. The washer member is compressed over the entire radial direction of the washer member.
本技術によれば、電池の電解液注入孔を封止する封止部材をカシメ固定する構造において、確実な封止状態を実現することができる。 According to the present technology, a reliable sealed state can be achieved in a structure in which a sealing member that seals an electrolyte injection hole of a battery is caulked and fixed.
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。 Embodiments of the present technology will be described below. Note that the same reference numerals may be given to the same or corresponding parts, and the description thereof may not be repeated.
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。 In the embodiments described below, when referring to the number, amount, etc., the scope of the present technology is not necessarily limited to the number, amount, etc. unless otherwise specified. Furthermore, in the embodiments below, each component is not necessarily essential to the present technology unless otherwise specified.
なお、本明細書において、「備える(comprise)」および「含む(include)」、「有する(have)」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。 In addition, in this specification, the descriptions of "comprise", "include", and "have" are in an open-ended format. That is, when a certain configuration is included, other configurations other than the particular configuration may or may not be included. Further, the present technology is not limited to necessarily achieving all the effects mentioned in this embodiment.
本実施の形態に係る電池は、典型的には車載用のリチウムイオン二次電池である。ただし、本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。 The battery according to this embodiment is typically a vehicle-mounted lithium ion secondary battery. However, in this specification, "battery" is not limited to lithium ion batteries, and may include other batteries such as nickel metal hydride batteries.
図1は、角形二次電池1の斜視図である。図2は、図1におけるII-II断面図である。
FIG. 1 is a perspective view of a prismatic
図1,図2に示すように、角形二次電池1は、電池ケース100と、電極体200と、絶縁シート300と、正極端子400と、負極端子500と、正極集電部材600と、負極集電部材700と、カバー部材800と、封止部材900とを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the prismatic
電池ケース100は、開口を有する有底角筒状の角形外装体110と、角形外装体110の開口を封口する封口板120とからなる。角形外装体110および封口板120は、それぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることが好ましい。
The
封口板120には、電解液注液孔121が設けられる。電解液注液孔121から電池ケース100内に電解液が注液された後、電解液注液孔121は、封止部材900(リベット)により封止される。
The
封口板120には、ガス排出弁122が設けられる。ガス排出弁122は、電池ケース100内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、電池ケース100内のガスが電池ケース100外に排出される。
The
電極体200は、電解液とともに電池ケース100内に収容されている。電極体200は、正極板と負極板がセパレータを介して積層されたものである。電極体200と角形外装体110の間には樹脂製の絶縁シート300が配置されている。
The
電極体200の封口板120側の端部には、正極タブ210Aおよび負極タブ210Bが設けられている。
A
正極タブ210Aと正極端子400とは、正極集電部材600を介して電気的に接続されている。正極集電部材600は、第1正極集電体610および第2正極集電体620を含む。なお、正極集電部材600は、1つの部品から構成されてもよい。正極集電部材600は、金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることがより好ましい。
The
負極タブ210Bと負極端子500とは、負極集電部材700を介して電気的に接続されている。負極集電部材700は、第1負極集電体710および第2負極集電体720を含む。なお、負極集電部材700は、1つの部品から構成されてもよい。負極集電部材700は、金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。
正極端子400は、樹脂製の外部側絶縁部材410を介して封口板120に固定されている。負極端子500は、樹脂製の外部側絶縁部材510を介して封口板120に固定されている。
The
正極端子400は金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製であることがより好ましい。負極端子500は金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。負極端子500が、電池ケース100の内部側に配置される銅または銅合金からなる領域と、電池ケース100の外部側に配置されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる領域を有するようにしてもよい。
The
カバー部材800は、第1正極集電体610と電極体200との間に位置する。カバー部材800は、負極集電体側に設けられてもよい。また、カバー部材800は必須の部材ではなく、適宜省略が可能である。
The
角形二次電池1を製造する際は、正極端子400、負極端子500、正極集電部材600、負極集電部材700、およびカバー部材800が封口板120に組み付けられる。他方、電極体200は絶縁シート300で包まれる。電極体200および絶縁シート300は、角形外装体110に挿入される。その後、封口板120が角形外装体110に溶接接続され、角形外装体110の開口が封口板120により封口され、密閉された電池ケース100が形成される。
When manufacturing the prismatic
その後、封口板120に設けられた電解液注液孔121から非水電解液が電池ケース100に注液される。非水電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびジメチルカーボネート(DMC)を含むものが用いられる。
Thereafter, the non-aqueous electrolyte is injected into the
非水電解液が注液された後、電池ケース100内の減圧工程を経て、電解液注液孔121は封止部材900により封止される。以上の工程の実施により、角形二次電池1は完成する。
After the non-aqueous electrolyte is injected, the
図3は、本実施の形態に係る封止部材900の構造を示す断面図である。図3に示すように、封止部材900は、リベット部材910と、マンドレル部材920と、ワッシャ部材930とを含む。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a sealing
リベット部材910は、典型的には金属により構成されるがこれに限定されない。リベット部材910は、鍔部911と、軸部912と、カシメ固定部913とを含む。
The
鍔部911は、封口板120の外面と対向する。鍔部911は、電池ケース100の外側において軸部912の径方向外側に位置する。
The
軸部912は、電解液注液孔121の孔径(第1の径)と同じか、若干小さい外径を有している。軸部912は、電解液注液孔121に挿入される。軸部912の根元部分にカシメ固定部913が形成される。カシメ固定部913により、リベット部材910を含む封止部材900は、封口板120に固定される。
The
マンドレル部材920は、典型的には金属により構成されるがこれに限定されない。マンドレル部材920は、係合部921と、切断部922とを含む。
係合部921は、リベット部材910の軸部912に係合する。切断部922は、カシメ固定部913を形成する工程においてマンドレル部材920が切断された部分である。予めマンドレル部材920に脆弱部を設けることにより、切断部922の位置を決めることができる。
The engaging
ワッシャ部材930は、リベット部材910よりも硬度が低い素材(たとえばPFAなどのフッ素樹脂、ポリプロピレンなど)により構成される。ワッシャ部材930は、リベット部材910の鍔部911と封口板120との間で圧縮される。これにより、鍔部911と封口板120との間をワッシャ部材930によりシールすることができる。
The
ワッシャ部材930は、リング形状を有する。リング形状の中央孔の径(第2の径)は、電解液注液孔121の孔径(第1の径)と同じか、若干大きい。すなわち、ワッシャ部材930の内径は、電解液注液孔121の孔径以上である。
ワッシャ部材930は、圧縮前の状態において、中央孔の片側(図3に示すワッシャ部材930の2つの断面のうちの片側)に0.08mm2以上0.14mm2以下程度の断面積を有する。圧縮後において、ワッシャ部材930の断面積は、周方向に沿って若干変動するが、周方向全体に亘ってのワッシャ部材930の断面積の平均は、圧縮前のワッシャ部材930の断面積からほとんど変化しない。
The
ワッシャ部材930は、ワッシャ部材930の径方向全体に亘ってリベット部材910の鍔部911と封口板120との間で圧縮される。これにより、ワッシャ部材930によるシール性を安定して得ることができる。
The
図4は、比較例に係る封止部材900の構造を示す断面図である。図4に示す比較例においても、基本的な構造は、図3に示す構造と同じである。すなわち、リベット部材910Aは、鍔部911Aと、軸部912Aと、カシメ固定部913Aとを含み、マンドレル部材920Aは、係合部921Aと、切断部922Aとを含む。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a sealing
ただし、図4の比較例において、リベット部材910Aは、鍔部911Aの下面から封口板120に向かって突出するリブ914Aを含む。ワッシャ部材930Aは、リベット部材910Aのリブ914Aと封口板120との間で圧縮される。すなわち、ワッシャ部材930Aは、リブ914Aの下部において局所的に圧縮される。
However, in the comparative example shown in FIG. 4, the
図5から図8は、図4の比較例におけるA部周辺の構造を示す図である。上述のとおり、ワッシャ部材930Aは、リブ914Aの下部において圧縮されるが、リベット部材910Aの製造誤差などによる寸法のばらつきに起因して、ワッシャ部材930Aの圧縮が不十分となり、ワッシャ部材930Aによるシール性が十分に確保できない場合が生じ得る。
5 to 8 are diagrams showing the structure around section A in the comparative example of FIG. 4. As described above, the washer member 930A is compressed at the lower part of the
具体的には、たとえば、リブ914Aの高さ(図5中のH)が十分でない場合に、ワッシャ部材930Aの圧縮が十分でない場合が生じ得る。また、リベット部材910Aの鍔部911Aと軸部912Aとの境界に形成されるR部915Aにおいて、設計線915A1に対して現実線915A2が張り出した場合、たとえば、図6に示すようにR寸法が大きい場合、図7に示すようにR部915Aの形成角度θが90°よりも小さい場合、図8に示すようにR部915Aの下部に倒れ込み部916Aが形成された場合などには、ワッシャ部材930Aを圧縮した際、リブ914Aから軸部912A方向と、リブ914Aから外方向とにワッシャ部材930Aの逃げが生じる。このため、上述のR部915Aの下部倒れ込みにより、リブ914Aから軸部912A間の体積が減少し、ワッシャ部材930Aを圧縮した際のワッシャ部材930Aの逃げ代が少なくなる。この結果、リブ914Aから軸部912A間での体積が、逃げたワッシャ部材930Aでいっぱいになり、リブ914Aの下部において、ワッシャ部材930Aの圧縮が不十分になる。
Specifically, for example, if the height of the
他方、ワッシャ部材930Aの圧縮を確保するためにリベット部材910Aを封口板120側に押圧する荷重を過度に大きくした場合、封口板120の変形量が増大する、または封口板120が角形外装体110に対して傾くなどの事象が生じ得る。
On the other hand, if the load that presses the
これに対し、本実施の形態に係る封止部材900において、ワッシャ部材930は、その径方向全体に亘ってリベット部材910の鍔部911と封口板120との間で圧縮されるため、リベット部材910の寸法のばらつきに影響されず、ワッシャ部材930を周方向に均一に圧縮することができる。また、圧縮前の状態において中央孔の片側(図3に示すワッシャ部材930の2つの断面のうちの片側)に位置するワッシャ部材930の断面積を0.08mm2以上0.14mm2以下程度とすることにより、リベット部材910を封口板120側に押圧する荷重を過度に大きくすることなくワッシャ部材930を十分に圧縮することができる。以上の結果として、ワッシャ部材930を適切に圧縮してシール性を確保することが可能である。
In contrast, in the sealing
図9は、電解液の注液工程と封止部材のカシメ工程を示す図である。図9(a)に示すように、注液ノズル10を用いて電池ケース100内に電解液200Aが注液される(注液工程)。
FIG. 9 is a diagram showing an electrolyte injection process and a sealing member caulking process. As shown in FIG. 9A, the
電解液200Aの注液工程の後、封止部材900のカシメ工程が実施される。図9(b)に示すように、封口板120に封止部材900が組み付けられる。このとき、封止部材900のリベット部材910は、封口板120の電池ケース100内に挿入される。封止部材900上にカシメ治具20が設けられる。カシメ治具20は、ジョー21と、ヘッド22とを含む。
After the
図9(c)に示すように、ヘッド22内に設けられたジョー21により、封止部材900のマンドレル部材920が保持される。この状態から、ジョー21が図中上側に向かって引き上げられる。マンドレル部材920を引き上げるとき、リベット部材910は、カシメ治具20の先端により図中下側に向かって押圧される。
As shown in FIG. 9(c), the
これにより、図9(d)に示すように、リベット部材910が封口板120にカシメ固定され、マンドレル部材920はリベット部材910の内部において切断される。また、ワッシャ部材930が押圧され、リベット部材910と封口板120との間がワッシャ部材930によりシールされる。
Thereby, as shown in FIG. 9(d), the
ワッシャ部材930は、圧縮前の状態において0.3mm以上0.5mm以下程度の厚み(第1の厚み)を有することが好ましい。リベット部材910と封口板120との間で圧縮されたワッシャ部材930の厚み(第2の厚み)は、圧縮前の厚み(第1の厚み)の35%以上65%以下程度の厚みとなる。
It is preferable that the
図10は、圧縮前のワッシャ部材930の平面形状の一例を示す図である。ワッシャ部材930は、図10に示すような円環のリング形状を有してもよいし、図11,図12に示すような多角形のリング形状を有してもよい。また、図13に示すように、周方向の一部(図13の例では略四角形形状の角部)が内側に折れ曲がるようなリング形状を有してもよい。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the planar shape of the
上述のとおり、圧縮前の状態において、ワッシャ部材930の断面積が0.08mm2以上0.14mm2以下程度であるとすると、圧縮前のワッシャ部材930の厚みが0.3mm程度の場合には、リング状のワッシャ部材930の幅(図10~図13中のB)は0.3mm以上0.45mm以下程度であり、圧縮前のワッシャ部材930の厚みが0.5mm程度の場合には、リング状のワッシャ部材930の幅(図10~図13中のB)は0.2mm以上0.25mm以下程度である。
As mentioned above, if the cross-sectional area of the
ワッシャ部材930の機械的特性は、シール性を考慮しながら調整される。たとえば、PFA製のワッシャ部材930を用いる場合には、引張強さは25MPa以上35MPa以下程度であり、伸び率は300%以上350%以下程度であり、圧縮強さは15MPa以上20MPa以下程度であり、ロックウエル硬さ(Rスケール)はR50程度であり、ショアー硬さ(Dスケール)はD62以上D65程度であり、曲げ弾性率は540MPa以上640MPa以下程度であり、引張弾性率は310MPa以上350MPa以下程度であることが好ましい。ただし、ワッシャ部材930の物性は、これらの範囲に限定されない。
The mechanical properties of
他方、ポリプロピレン製のワッシャ部材930を用いる場合には、引張強さは31MPa以上41MPa以下程度であり、伸び率は100%以上600%以下程度であり、圧縮強さは38MPa以上55MPa以下程度であり、アイゾット衝撃強さは22J/m以上75J/m以下程度であり、ロックウエル硬さ(Rスケール)はR85以上R110以下程度であり、曲げ弾性率は41MPa以上55MPa以下程度であり、引張弾性率は1100MPa以上1600MPa以下程度であることが好ましい。ただし、ワッシャ部材930の物性は、これらの範囲に限定されない。
On the other hand, when using the
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present technology have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present technology is indicated by the claims, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
1 角形二次電池、10 注液ノズル、20 カシメ治具、21 ジョー、22 ヘッド、100 電池ケース、110 角形外装体、120 封口板、121 電解液注液孔、122 ガス排出弁、200 電極体、200A 電解液、210A 正極タブ、210B 負極タブ、300 絶縁シート、400 正極端子、410 外部側絶縁部材、500 負極端子、510 外部側絶縁部材、600 正極集電部材、610 第1正極集電体、620 第2正極集電体、630 絶縁部材、700 負極集電部材、710 第1負極集電体、720 第2負極集電体、730 絶縁部材、800 カバー部材、900,900A 封止部材、910,910A リベット部材、911,911A 鍔部、912,912A 軸部、913,913A カシメ固定部、914A リブ、915A R部、915A1 設計線、915A2 現実線、916A 倒れ込み部、920,920A マンドレル部材、921,921A 係合部、922,922A 切断部、930,930A ワッシャ部材。 1 square secondary battery, 10 liquid injection nozzle, 20 caulking jig, 21 jaw, 22 head, 100 battery case, 110 square exterior body, 120 sealing plate, 121 electrolyte injection hole, 122 gas discharge valve, 200 electrode body , 200A electrolytic solution, 210A positive electrode tab, 210B negative electrode tab, 300 insulation sheet, 400 positive electrode terminal, 410 external insulation member, 500 negative electrode terminal, 510 external insulation member, 600 positive electrode current collector, 610 first positive electrode current collector , 620 second positive electrode current collector, 630 insulating member, 700 negative electrode current collector, 710 first negative electrode current collector, 720 second negative electrode current collector, 730 insulating member, 800 cover member, 900,900A sealing member, 910,910A rivet member, 911,911A flange, 912,912A shaft, 913,913A caulking fixing part, 914A rib, 915A R part, 915A1 design line, 915A2 actual line, 916A falling part, 920,920A mandrel member, 921,921A engaging portion, 922,922A cutting portion, 930,930A washer member.
Claims (6)
前記電極体および前記電解液を収納し、第1の径を有する注液孔を含む外装缶と、
前記外装缶にカシメ固定され、前記注液孔を封止する封止部材とを備え、
前記封止部材は、
前記注液孔に挿入される軸部と、前記外装缶の外側において前記軸部の径方向外側に位置する鍔部とを有するリベット部材と、
前記鍔部と前記外装缶との間において圧縮され、前記第1の径以上の第2の径を有する中央孔を囲むリング状のワッシャ部材とを含み、
前記ワッシャ部材は、圧縮前の状態において、前記中央孔の片側に0.08mm2以上0.14mm2以下の断面積を有し、
前記ワッシャ部材は、前記ワッシャ部材の径方向全体に亘って圧縮される、電池。 an electrode body and an electrolyte;
an exterior can that houses the electrode body and the electrolyte and includes a liquid injection hole having a first diameter;
a sealing member that is caulked and fixed to the outer can and seals the liquid injection hole,
The sealing member is
a rivet member having a shaft portion inserted into the liquid injection hole; and a flange portion located outside the outer can in a radial direction of the shaft portion;
a ring-shaped washer member that is compressed between the flange and the outer can and surrounds a central hole having a second diameter that is greater than or equal to the first diameter;
The washer member has a cross-sectional area of 0.08 mm 2 or more and 0.14 mm 2 or less on one side of the central hole in a state before compression,
The battery, wherein the washer member is compressed over the entire radial direction of the washer member.
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