JPWO2019194055A1 - 電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒部、筒部の一方の端部を閉じる底壁および筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、封口体は、封口板と、封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、ガスケットは、周縁部の電極体側に配された内側リング部と、周縁部の電極体と反対側に配された外側リング部と、周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池。
Description
本発明は、電極体と、電極体を収容する電池缶と、を備える電池に関する。
電極体を電池缶に収容後、電池缶の開口を封口する方法としては、特許文献１に示すように、電池ケース（電池缶）に溝を形成後、電池ケースの開口部にガスケットおよび封口板を挿入し、封口板の外周縁部をガスケットで覆った状態で、電池ケースの溝から先の部分を内方に締め付けることによって行うのが一般的である。
しかしながら、特許文献１に記載の封口方法では、ガスケットと封口板を組み合わせて封口体を形成するものであるため、封口工程で生じる組み立て公差を考慮する必要がある。例えば、封口板の周縁部をガスケットで覆う際、および、封口板の周縁部をガスケットを覆った後、周縁部とガスケットを押圧し密着させる際に、周縁部と接触するガスケットの位置にばらつきが生じ易い。このため、ばらつきを考慮して、封口板およびガスケットの形状や寸法等を設計する必要がある。
本発明の一局面は、筒部、前記筒部の一方の端部を閉じる底壁および前記筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、前記封口体は、封口板と、前記封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、前記ガスケットは、前記周縁部の前記電極体側に配された内側リング部と、前記周縁部の前記電極体と反対側に配された外側リング部と、前記周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、前記封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池に関する。
本発明によれば、電池の封口工程で生じる組み立て公差が低減されるため、電池設計の自由度が増す。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
本実施形態に係る電池は、筒部、筒部の一方の端部を閉じる底壁および筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備える。封口体は、封口板と、封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有する。そして、封口板とガスケットとは、一体成型されることで相互に密着している。
以下において、封口体から電極体に向かう方向を下方向、電極体から封口体に向かう方向を上方向とする。一般に、電池缶を底部が下になるように直立させたときに、開口縁に向かう筒部の軸に平行な方向が上方向である。
従来より、電池缶の開口縁を封口する方法として、開口縁と筒部との間に、開口縁および筒部よりも内径の小さな縮径部を設けた後、縮径部上に封口板をガスケットを介して配置し、ガスケットおよび封口板を挟み込むように金属缶の開口縁を上下方向から押圧しかしめ加工することが行われている。しかしながら、この方法では、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置を一定にすることが難しく、接触位置が上下方向にずれ易い。このため、開口縁の周方向の位置によって、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置にばらつきが生じ易い。ばらつきの結果、封口後の電池を上から見た場合、周縁部より上側で封口板と接触しているガスケット（外側リング部）の内周輪郭の形状が円ではなく、外側リング部の形状が、周方向の位置によって幅の異なるいびつなリング形状になり易い。
特に、絶縁性の確保のため、外側リング部の幅を長くとりたい場合に、ガスケット内において、封口板の周縁部との接触位置より上方の領域を大きくとるようにしてかしめ加工を行うと、外側リング部の形状が、波打ち形状のようにいびつなリング形状になり、美観を損ね易い。また、外側リング部に襞が生じ易い。
ガスケットは、電池缶の開口縁と封口板とを絶縁する役割を有している。しかしながら、外側リング部の幅が短いと、電池缶の開口縁と封口板との絶縁を確保し難くなる。外側リング部の形状がいびつなリング形状をしている場合、周方向の位置によって外側リング部の幅が異なることから、外側リング部の幅が長い部分では開口縁と封口板との絶縁を確保できるが、外側リング部の幅が短い部分で絶縁を確保できないことも起こり得る。
これに対し、本実施形態では、封口板とガスケットが一体成型された封口体を用いる。一体成型の方法としては、インサート成型を用いることができる。これにより、外側リング部の幅のばらつきが抑制され、開口縁の全周に渡って電池缶の開口縁と封口板との絶縁を確保できる。外側リング部の幅を広げて、開口縁と封口板との絶縁距離を伸ばすことも容易に可能となる。
封口板とガスケットが一体成型された封口体において、封口板およびガスケットの形状は限定されず、任意の形状に設計できる。ガスケットは、封口板の周縁部の電極体側（内側）に配された内側リング部と、封口板の周縁部の電極体と反対側（外側）に配された外側リング部と、封口板の周縁部の端面を覆う側壁部とを有する。従来の封口方法では、内側リング部が上方向に圧縮され、外側リング部が下方向に圧縮され、ガスケットと封口板の密着が確保される。内側リング部、外側リング部、および側壁部の形状は限定されず、任意の形状に設計できる。
例えば、外側リング部の内周輪郭の形状は、円のほか、正多角形や波打った曲線など、任意の回転対称性および／または面対称性を有する形状に設計でき、また、集電リード等の他部品との嵌合機能を備えた形状に設計することができる。また、外側リング部または内側リング部の特定位置に封口板が露出する開口あるいは凹凸を設けたり、外側リング部の所定位置を厚膜化することも容易である。
封口板の構成として、防爆機能を設けるため、周縁部と中央部との間の環状領域に厚みの薄い薄肉部を設けたものがある。この場合、電池の内圧が閾値以上に高まると、構造的に強度の弱い薄肉部が選択的に破断されることによって、薄肉部は防爆弁として作用する。一方で、薄肉部は、構造的強度が低下していることから、外部からの衝撃に対して脆く、外部からの腐食の影響を受け易い。しかしながら、薄肉部の少なくとも一部を覆うように外側リング部の形状を設計することにより、外側リング部によって、薄肉部を外部の衝撃や腐食から保護することができる。外側リング部は、薄肉部の面積の２０％以上を覆っていてもよく、１００％を覆っていてもよい。
従来の封口方法では、上述の通り、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置にばらつきが生じることから、周方向の位置によっては薄肉部が外側リング部で覆われない場合が生じ得る。一方、開口縁の全周に渡って薄肉部が外側リング部で一定面積以上覆われるように、接触位置のばらつきを考慮して外側リング部の幅を大きめに設定すると、周方向の位置によっては外側リング部が封口板の中央部を塞いでしまうことも起こり得る。このため、薄肉部が外側リング部で覆われるように、外側リング部を筒の内側方向に延伸させることは、封口板とガスケットに別々の部材を用いる従来の封口方法では困難であった。しかしながら、封口板とガスケットが一体成型された封口体を用いることで、上記の問題の発生は抑制される。
一方で、一体成型された封口体を、金属缶の開口縁を介して押圧し、かしめ加工する場合には、押圧時において、径方向（筒部の軸に向かう方向）への引っ張り応力がガスケットに加わる。この結果、ガスケットの外側リング部または内側リング部に割れが生じたり、外側リング部または内側リング部と封口板との境界面で密着が剥がれたりする場合がある。特に外側リング部に割れや剥がれが生じると、開口縁と封口板との絶縁が不十分になる場合や、外部の衝撃や腐食からの保護が不十分になる場合がある。
かしめ加工において、外側リング部の割れや剥がれを抑制するため、外側リング部は、電極体と反対側に（上方向に）突出する突起部を有していてもよい。突起部は、かしめ加工において下方向に圧縮される。突起部が圧縮されることによって、突起部よりも内周側に引っ張り応力が伝わるのが抑制され、突起部よりも内周側に位置する外側リング部において割れや剥がれの発生が抑制される。
ガスケットと封口板の密着性を高めるため、周縁部の外側リング部との対向面および／または内側リング部との対向面の少なくとも一方に、封口板の厚み方向に向かう凹部を有していてもよい。ガスケットと封口板が接触する表面積を高めて、密着性を高めることができる。また、かしめ加工時に加わる引っ張り応力に対して、外側リング部または内側リング部の剥がれを抑制することができる。
なお、本実施形態の封口体は、従来の封口方法によって縮径部が設けられた電池に限られず、縮径部を設けない封口方法を採用する場合においても好ましく用いることができる。封口板とガスケットとが一体成型されることで、封口体を一部品として取り扱うことができ、電池の製造が容易になる。
縮径部を設けない封口方法としては、例えば、ガスケットの側壁部を、電池缶の開口縁を介して開口の径方向（筒部の軸に向かう方向）に向かって横方向に押圧する方法が挙げられる。具体的には、開口縁に、ガスケットを封口板の周縁部の端面に対して押圧する押圧部を設けることで、押圧により、ガスケットは封口板の周縁部の端面と開口縁との間で開口の径方向に圧縮され、ガスケットの反発力により封口体と開口縁との間の密閉性が確保され得る。
以下、本発明の実施形態に係る電池について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る電池１０Ａの要部の縦断面模式図であり、図２は同電池の斜視図である。電池１０Ａは、円筒型を有し、円筒型の有底の電池缶１００Ａと、缶内に収容された円筒型の電極体２００と、電池缶１００Ａの開口を封口する封口体３００Ａとを具備する。
電池缶１００Ａは、電極体２００を収容する筒部１２０Ａと、筒部１２０Ａの一方の端部を閉じる底壁１３０Ａと、筒部１２０Ａの他方の端部に連続する開口縁１１０Ａとを有する。開口縁１１０Ａの開口は、封口体３００Ａにより閉じられている。
封口体３００Ａは、封口板３１０Ａと、封口板３１０Ａの周縁部３１１Ａに配されたガスケット３２０Ａとを有する。封口板３１０Ａは、円盤状もしくはディスク状であり、防爆機能を有する。具体的には、封口板３１０Ａは、構造的強度を確保するための厚肉の周縁部３１１Ａおよび中央領域３１２Ａと、防爆機能を発揮する薄肉部３１３Ａとを具備する。薄肉部３１３Ａは、周縁部３１１Ａと中央領域３１２Ａとの間の領域に設けられる。中央領域３１２Ａの内側面には、電極体２００を構成する正極または負極から導出されたリード線２１０の端部が接続されている。よって、封口板３１０Ａは一方の端子機能を有する。
電池缶１００Ａの内圧が上昇すると、封口板３１０Ａが外方に向けて盛り上がり、例えば周縁部３１１Ａと薄肉部３１３Ａとの境界部に張力による応力が集中し、その境界部から破断が生じる。その結果、電池缶１００Ａの内圧が開放され、電池１０Ａの安全性が確保される。
ガスケット３２０Ａは、外側リング部３２１Ａおよび内側リング部３２２Ａと、外側リング部３２１Ａと内側リング部３２２Ａとを繋ぐ側壁部３２３Ａとを有する。封口板３１０Ａの周縁部３１１Ａの端面３１１Ｔは、側壁部３２３Ａで覆われている。
外側リング部３２１Ａ、内側リング部３２２Ａおよび側壁部３２３Ａは一体化された成型体である。ガスケット３２０Ａは、例えばインサート成型により封口板３１０Ａと一体成型され得る。
外側リング部３２１Ａは、内側リング部３２２Ａよりも径方向の内側に向かって延びている。外側リング部３２１Ａは、封口板３１０Ａの薄肉部３１３の少なくとも一部を覆っている。これにより、外側リング部３２１Ａは、薄肉部３１３Ａを外部からの衝撃や腐食から保護しており、開口縁１１０Ａと封口板３１０Ａとの間の絶縁距離を大きくすることができる。
電池缶１００Ａの筒部１２０Ａと開口縁１１０Ａの間には、開口縁１１０Ａの筒部分の内径および筒部１２０Ａの内径よりも内径の小さな縮径部１４０が設けられている。すなわち、開口縁１１０Ａは、縮径部１４０を介して筒部１２０と連続している。縮径部１４０は、筒部１２０Ａから内径が連続的に減少している第１縮径部１４１ａと、開口縁１１０Ａから内径が連続的に減少し、内径が極小となる位置において第１縮径部１４１ａと連続する第２縮径部１４１ｂからなる。ガスケットの内側リング部３２２Ａは、第２縮径部１４１ｂと接触している。
開口縁１１０Ａの一方の端部は、第２縮径部１４１ｂと連続している。開口縁１１０Ａの他方の端部１１０Ｅは、開放端を構成し、内側に折り曲げられて外側リング部３２１Ａと接触している。
第２縮径部１４１ｂを介して内側リング部３２２Ａが上方向に圧縮され、開口縁１１０Ａの他方の端部１１０Ｅを介して外側リング部３２１Ａが下方向に圧縮されることで、ガスケットの反発力により封口体と開口縁との間が密閉されている。
図３は、電池缶１００Ａを封口体３００Ａで封口し電池１０Ａを構成する前の、一部材としての封口体３００Ａの構成の一例を示す模式的断面図である。封口体３００Ａは、前述の通り、封口板３１０Ａとガスケット３２０Ａとを有する。ガスケット３２０Ａの外側リング部３２１Ａには、上方向に突出する突起部３２４が設けられている。
突起部３２４は、電池缶の封口の際、かしめ加工において下方向に圧縮されるため、図１ではその存在は示されていない。しかしながら、かしめ加工において、突起部３２４が圧縮されることによって、突起部３２４よりも内周側の外側リング部３２１に引っ張り応力が伝わるのが抑制される。結果、外側リング部の割れや剥がれの発生を抑制できる。
また、封口板３１０Ａには、凹部３１４が、周縁部３１１Ａの外側リング部３２１Ａとの対向面および内側リング部３２２Ａとの対向面に設けられている。
凹部３１４は、例えば封口板３１０Ａ上にガスケット３２０Ａを一体成型して封口体を形成する場合に、ガスケット３２０Ａと封口板３１０Ａとの接触面積を高めて、ガスケット３２０Ａと封口板３１０Ａとの密着性を高める作用を有する。また、かしめ加工時に加わる引っ張り応力に対して、外側リング部または内側リング部の剥がれを抑制することができる。
凹部３１４の凹みの方向は封口板の厚み方向から傾いていてもよい（図３参照）。これにより、凹部３１４は鉤を構成し、ガスケット３２０Ａと封口板３１０Ａとの密着性を高め、輸送や組立時の衝撃等によってガスケット３２０Ａが封口板３１０Ａから剥がれるのを抑制している。
内側リング部の幅Ｗ1および外側リング部の幅Ｗ2は、ともに封口体の全周に渡って一定であり、Ｗ2＞Ｗ1であり得る。
［第２実施形態］
開口縁の少なくとも一部を覆うとともに開口縁と電気的に接続し、かつ、封口板と電気的に絶縁された導電性のキャップと、をさらに備えていてもよい。これにより、電池の配線に必要な空間を小さくすることができる。
従来構成の電池において、通常、電池缶は一方の外部端子として機能し、封口体は他方の外部端子として機能する。そして、電池缶と同電位の電極は、電池缶の底部から集電される。一方、封口体と同電位の電極は、電池缶の底部に対向するように配置されている封口体から集電される。つまり、各電極に外部リード線をそれぞれ接続する場合、一方の外部リード線は電池の下面から導出され、他方の外部リード線は電池の上面から導出される。そのため、電池の上下方向に配線のための空間が必要である。
本実施形態の電池においては、封口体は、電池の一方の電極（例えば、正極）の外部端子として機能する。封口体は、電池缶の内側を向く第１主面、第１主面とは反対側の第２主面、および、第１主面と前記第２主面とを繋ぐ側面を有している。一方、電池缶と接続しているキャップは、開口縁側に配置されており、電池の他方の電極（例えば、負極）の外部端子として機能する。そのため、両方の電極をともに、封口体の近傍（例えば、第２主面側）から集電することができる。よって、各外部端子に接続するリードを配線するための空間（配線空間）は、封口体側に存在すればよく、配線空間は省スペース化される。さらに、キャップは、電池缶とは別体の電池の付属部品である。そのため、キャップは、電池の用途、形状に応じた形状に成形できる。よって、本実施形態は、電池（電池缶）の形状にかかわらず適用できる。
キャップは、電池缶の開口縁を介して、封口体の側面の少なくとも一部を覆う第１部分を有してもよい。これにより、電池缶との接触面積が大きくなって集電性が向上する。また、キャップは、封口体の第２主面の外周縁の少なくとも一部を覆う第２部分を有してもよい。これにより、両方の電極をともに、封口体の第２主面側から集電し易くなる。第２部分と封口体の第２主面との間には、電池缶の開口縁が介在していてもよい。
キャップは、第１部分および第２部分の両方を有していてもよい。つまり、キャップの電池缶の軸方向（以下、Ｚ方向とも称する。）に沿った断面は、略Ｌ字形状であってもよい。これにより、キャップは電池缶に強固に固定されるとともに、電池缶との接触面積が大きくなって集電性が向上する。さらに、キャップにより、電池の第２主面側のエッジが保護される。
キャップが環状の第１部分を備える場合、無負荷状態において、第１部分の最小の内径を、開口縁のキャップで覆われる部分の最大の外径よりも小さくしてもよい。このようなキャップに電池を圧入して嵌め込むことにより、キャップは電池により強固に固定される。
キャップは、電池缶の開口縁に溶接されてもよい。これにより、キャップは電池により強固に固定されるとともに、抵抗が低くなって集電性が向上する。溶接の方法は特に限定されず、キャップおよび開口縁の材質に応じて適宜選択すればよい。溶接方法としては、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接等が挙げられる。溶接以外の方法としては、例えば、キャップの内側にネジ加工を施すとともに、電池缶の接続部に、キャップのネジと対応するようにネジ加工を施してもよい。双方のネジを嵌合させることにより、キャップを電池缶に固定することができる。ネジ加工は、キャップおよび電池缶のいずれか一方にのみ施されてもよい。この場合も、キャップは電池缶に固定される。
開口縁の端面が、封口体の側面上に配置されている場合、つまり、電池缶の開口縁が、封口体の第２主面を覆っていない場合、キャップは特に有用である。通常、この場合、両方の電極を封口体の第２主面側から集電することはできない。しかし、電池缶に電気的に接続するキャップを用いることで、電池缶の開口縁の形態にかかわらず、両方の電極を封口体の第２主面側から集電することができる。
開口縁の端面が封口体の側面上に配置されている場合、電池缶の高さ方向において、封口体と接触する最低位置における開口縁の外径は、筒部の外径よりも小さいことが好ましい。これにより、キャップの厚さを、キャップの外径と筒部の外径とが概ね同一になるように設計することができる。つまり、キャップが電池缶に嵌められた状態であっても、電池の径の軸方向における変化を小さくすることができる。
以下、本発明の実施形態に係る電池であって、キャップを備える場合について、図面を参照しながら具体的に説明する。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。
図４は、本実施形態に係る電池１０Ｂの縦断面模式図である。図５Ａは、本実施形態に係るキャップを模式的に示す斜視図である。図５Ｂは、同キャップを、図５Ａとは反対側から見た斜視図である。
電池１０Ｂは、円筒型であって、円筒型の有底の電池缶１００Ｂと、電池缶１００Ｂに収容された円筒型の電極体２００と、電池缶１００Ｂの開口を封口する封口体３００Ｂと、電池缶１００Ｂと電気的に接続するとともに、封口体３００Ｂと電気的に絶縁された導電性かつ環状のキャップ４００と、を具備する。
電池缶１００Ｂは、電極体２００を収容する筒部１２０Ｂと、筒部１２０Ｂの一方の端部を閉じる底壁１３０Ｂと、筒部１２０Ｂの他方の端部に連続する開口縁１１０Ｂとを有する。開口縁１１０Ｂの開口は、封口体３００Ｂにより塞がれている。
封口体３００Ｂは、電池缶１００Ｂの内側を向く第１主面３００Ｘと、第１主面３００Ｘとは反対側の第２主面３００Ｙと、第１主面３００Ｘと第２主面３００Ｙとを繋ぐ側面３００Ｚと、を備える。開口縁１１０Ｂの端面１１０Ｔは、封口体３００の第２主面３００Ｙ上にあり、開口縁１１０Ｂの一部は、第２主面３００Ｙの外周縁を覆っている。
封口体３００Ｂは、また、封口板３１０Ｂと、封口板３１０Ｂの周縁部３１１Ｂに配されたガスケット３２０Ｂとを有する。封口板３１０Ｂは、円盤状もしくはディスク状であり、防爆機能を有する。具体的には、封口板３１０Ｂは、構造的強度を確保するための厚肉の周縁部３１１Ｂおよび中央領域３１２Ｂと、防爆機能を発揮する薄肉部３１３Ｂとを具備する。薄肉部３１３Ｂは、周縁部３１１Ｂと中央領域３１２Ｂとの間の環状領域に設けられる。中央領域３１２Ｂの内側面には、電極体２００を構成する正極または負極から導出された内部リード線２１０の端部が接続されている。よって、封口板３１０は一方の端子機能を有する。ただし、封口体３００の形状はこれに限定されない。
電池缶１００Ｂの内圧が上昇すると、封口板３１０Ｂが外方に向けて盛り上がり、例えば周縁部３１１Ｂと薄肉部３１３Ｂとの境界部に張力による応力が集中し、その境界部から破断が生じる。その結果、電池缶１００Ｂの内圧が開放され、電池１０Ｂの安全性が確保される。
キャップ４００は、電池缶１００Ｂの開口縁１１０Ｂを介して、封口体３００Ｂの側面３００Ｚを覆う第１部分４０１と、封口体３００Ｂの第２主面３００Ｙの外周縁を覆う第２部分４０２と、を有する。
防爆機能を妨げない点で、キャップ４００の第２部分４０２は、薄肉部３１３Ｂを覆わないことが好ましく、周縁部３１１Ｂと薄肉部３１３Ｂとの境界部を覆わないことがより好ましい。第２部分４０２は、例えば、周縁部３１１Ｂの一部のみを覆う。
キャップ４００は導電性であり、電池缶１００Ｂと同じ極性を有する。よって、キャップ４００には、封口体３００Ｂ（封口板３１０Ｂ）とは極性が異なる他方の端子機能を持たせることができる。そのため、電池１０Ｂの両方の電極を、ともに封口体３００Ｂの第２主面３００Ｙ側から集電することができる。つまり、電池缶１００Ｂの開口縁１１０Ｂの形態にかかわらず、各外部リード線を第２主面３００Ｙ側から導出することができる。キャップ４００と封口板３１０Ｂとは、例えば、ガスケット３２０Ｂにより絶縁されている。なお、図５では、キャップ４００の第２部分４０２には第１外部リード線５０１が接続され、封口板３１０Ｂの中央領域３１２Ｂの外側面には第２外部リード線５０２が接続された状態を例示している。
無負荷状態において、キャップ４００の第１部分４０１の最小の内径Ｄ401（図２Ｂ参照）は、開口縁１１０Ｂの第１部分４０１で覆われる部分の最大の外径Ｄ110よりも小さい。電池１０Ｂはキャップ４００に圧入されて、キャップ４００は電池１０Ｂに固定される。固定性の観点から、内径Ｄ401／外径Ｄ110は、０．９９以下であってもよく、０．９８以下であってもよい。一方、圧入し易い点で、内径Ｄ401／外径D110は、０．９以上であることが好ましい。
キャップ４００の第１部分４０１には、１以上の切り込み４０３を設けてもよい。
キャップ４００は、開口縁１１０Ｂに溶接される。好ましくは、第１部分４０１が、開口縁１１０Ｂに溶接される。
［第３実施形態］
図６Ａは、キャップ４００を備えた本実施形態に係る電池１０Ｃの縦断面模式図である。図６Ｂは、図６Ａに示す電池の要部を拡大した縦断面模式図である。図６Ｃは、図６Ａに示す電池の斜視図である。
電池缶１００Ｃの開口縁１１０Ｃの端面１１０Ｔは、封口体３００Ｃの側面３００Ｚ上にあり、開口縁１１０Ｃは、封口体３００Ｃの第２主面３００Ｙの外周縁を覆っていない。
キャップ４００を用いることで、開口縁１１０Ｃが第２主面３００Ｙを覆っていない場合であっても、両方の電極を封口体３００Ｃの近傍、さらには第２主面３００Ｙ側から集電することができる。キャップ４００の第１部分４０１と開口縁１１０Ｃの外表面との間には、導電性の接合材４１０を介在させてもよい。
電池缶１００Ｃの高さ方向において、封口体３００Ｃと接触する最低位置における電池缶１００Ｃの開口縁１１０Ｃの外径は、筒部１２０Ｃの外径よりも小さくてもよい。例えば、開口縁１１０Ｃは、筒部１２０Ｃとの境界に、筒部１２０Ｃの外径を小さくするテーパ領域１１０Ｓ（図６Ｂ参照）を備えてもよい。テーパ領域１１０Ｓは、例えば、Ｚ方向と４５°未満の角度を成す。
この場合、キャップ４００の厚さを、キャップ４００の外径と筒部１２０Ｃの外径とが実質的に同一になるように設計することができる。これにより、電池１０Ｃの径のＺ方向における変化を小さくすることができる。キャップ４００の外径もしくは最大外径と筒部１２０Ｃの外径もしくは最大外径との差は、例えば筒部１２０Ｃの外径の２０％以下であればよく、１０％以下でもよく、５％以下、２％以下もしくは１％以下でもよい。
キャップ４００の第１部分４０１がテーパ領域１１０Ｓの少なくとも一部を覆う場合、テーパ領域１１０Ｓにおいて、キャップ４００と開口縁１１０Ｃとを溶接すればよい。位置決めが容易になるとともに、ガスケット３２０の熱による劣化を抑制することができる。
本実施形態において、開口縁１１０Ｃの少なくとも一部は、ガスケット３２０Ｃの側壁部３２３Ｃを封口板３１０Ｃの周縁部３１１Ｃの端面３１１Ｔに対して押圧し、側壁部３２３Ｃを開口の径方向に圧縮していることが好ましい。これにより、電池缶１００Ｃの開口縁１１０Ｃと封口体３００Ｃとの間の密閉性を確保し易くなる。例えば、開口縁１１０Ｃは、ガスケット３２０ＣをＺ方向ではなく、Ｚ方向と垂直な方向（以下、ＸＹ方向とも称する。）に押圧する。この場合、開口縁１１０Ｃがガスケット３２０Ｃを押圧する力をＺ方向とＸＹ方向とに分解すると、ＸＹ方向のベクトルは、Ｚ方向のベクトルよりも大きなスカラー量を有する。
以下、開口縁１１０Ｃがガスケット３２０ＣをＸＹ方向に押圧する場合に適した封口板３１０Ｃ、ガスケット３２０Ｃおよび開口縁１１０Ｃについて説明する。その他の構成は、第２実施形態と同じであってよい。
ガスケット３２０Ｃは、外側リング部３２１Ｃおよび内側リング部３２２Ｃと、外側リング部３２１Ｃと内側リング部３２２Ｃとを繋ぐ側壁部３２３Ｃとを有する。封口板３１０Ｃの周縁部３１１Ｃの端面３１１Ｔは、側壁部３２３Ｃで覆われている。外側リング部３２１Ｃと内側リング部３２２Ｃとが、封口板３１０Ｃの周縁部３１１Ｃを挟み込むことで、ガスケット３２０Ｃが封口板３１０Ｃに固定されている。
電池１０Ｃの電池缶１００Ｃの高さ方向において、ガスケット３２０Ｃの内側リング部３２２Ｃと接触する最低位置における電池缶１００Ｃの開口縁１１０Ｃの外径は、筒部１２０Ｃの外径よりも小さくなっている。また、外側リング部３２１Ｃは、開口縁１１０Ｃの端面１１０Ｔよりも電池缶１００Ｃの軸方向（Ｚ方向）に突出している。この場合も、キャップ４００は有用である。通常、この場合、ガスケット３２０Ｃが障害となって、両方の電極を封口体３００Ｃの第２主面３００Ｙ側から集電することは困難である。しかし、キャップ４００を用いることにより、両方の電極を第２主面３００Ｙ側から容易に集電することができる。
外側リング部３２１Ｃ、内側リング部３２２Ｃおよび側壁部３２３Ｃは一体化された成型体である。ガスケット３２０Ｃは、例えばインサート成型により封口板３１０Ｃと一体成型され得る。一体成型によれば、封口板３１０Ｃとガスケット３２０Ｃとが相互に密着した状態が容易に達成される。封口板３１０Ｃとガスケット３２０Ｃとが一体成型されることで、封口体３００Ｃを一部品として取り扱うことができ、電池１０Ｃの製造が容易になる。
図６Ａでは、開口縁１１０Ｃの内側に、縮径された突起部１１１が開口の周方向に沿って形成されている。この突起部１１１が、側壁部３２３Ｃを端面３１１Ｔに対して押圧している。ガスケット３２０Ｃの側壁部３２３Ｃには、突起部１１１に対応する位置に、予め凹部３２３１を設けておいてもよい。ガスケット３２０Ｃに凹部３２３１を設けることで、側壁部３２３Ｃが圧縮されたときのガスケット３２０Ｃの過度な変形を抑制し得る。
突起部１１１は、開口の周方向に沿って間欠的に複数形成してもよく、開口の周方向に沿って連続的に形成してもよい。連続的に形成された突起部１１１は、開口の周方向に沿った環状の溝部を形成し得る。突起部１１１は、ガスケット３２０Ｃもしくはその側壁部３２３Ｃを、封口板３１０Ｃの周縁部３１１Ｃの端面３１１Ｔに向けてより強く押圧し得る。よって、封口体３００Ｃと開口縁１１０Ｃとの間の密閉性がより確実に確保される。突起部１１１を間欠的に複数形成する場合、開口の中心に対して角度的に等価な位置に複数（少なくとも２箇所、好ましくは４箇所以上）の突起部１１１を設けることが好ましい。
電池缶１００Ｃの高さ方向において、突起部１１１の位置と端面３１１Ｔの中心位置とは実質的に同一である。これにより、封口板３１０Ｃとガスケット３２０Ｃの変形が抑制される。また、ガスケット３２０Ｃもしくはその側壁部に印加される圧力も偏りにくくなる。よって、ガスケット３２０Ｃの変形が抑制されやすく、かつガスケット３２０Ｃの圧縮率を高めることができ、封口体３００Ｃと開口縁１１０Ｃとの間の密閉性がより顕著に確保され得る。
ここで、突起部１１１の位置と封口板３１０Ｃの端面３１１Ｔの中心位置とが実質的に同一であるとは、電池缶１００Ｃの高さ方向において、突起部１１１の位置と封口板３１０Ｃの端面３１１Ｔの中心位置とのずれ量が、電池缶１００Ｃの高さＨの４％以下であることを意味する。
周縁部３１１Ｃの端面３１１Ｔの中心位置には、開口縁１１０が有する突起部１１１に対応するように凹溝３１１１が形成されている。電池缶１００Ｃの高さ方向において、凹溝３１１１の中心位置と突起部１１１の位置とのずれ量は、電池缶１００Ｃの高さＨの４％以下であればよい。
上記構成によれば、電池缶内を密閉するためにガスケットをＺ方向に押圧する必要がない。そのため、電池缶１００Ｃは、図１および図４に示すような、ガスケットと電極体との間に介入する縮径部を有さなくてもよい。この場合、封口体３００Ｃと電極体２００との最短距離は、例えば２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、さらには、１ｍｍ以下にすることが可能である。
電池缶１００Ａ、１００Ｂおよび１００Ｃの材質は特に限定されず、鉄、および／または鉄合金（ステンレス鋼を含む）、銅、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅などの他の金属を微量含有する合金など）、などが例示できる。キャップ４００の材質も特に限定されず、電池缶１００Ａ、１００Ｂと同じ材質を例示することができる。
ガスケット３２０Ａ、３２０Ｂおよび３２０Ｃの材質は限定されないが、例えば、一体成型が容易な材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）などを用いることができる。
次に、リチウムイオン二次電池を例に、電極体２００の構成について例示的に説明する。
円筒型の電極体２００は、捲回型であり、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して構成されている。正極および負極の一方にはリード線２１０が接続されている。リード線２１０は、封口板の中央領域の内側面に溶接等により接続される。正極および負極の他方には、別のリード線が接続され、別のリード線は電池缶の内面に溶接等により接続される。
（負極）
負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体の材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。負極集電体の厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。
負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法（例えば蒸着）で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Ｌｉ金属、Ｌｉと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物、金属酸化物（例えばチタン酸リチウム）などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
（正極）
正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極集電体には、金属フィルム、金属箔（ステンレス鋼箔、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔）などが用いられる。
正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2のようなリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
各活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０〜２０質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０．５〜１５質量部である。
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
（電解質）
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
上記では、リチウムイオン二次電池を例として説明したが、本発明は、一次電池か二次電池かを問わず、封口体を用いて電池缶の封口を行う電池において利用可能である。
本発明に係る電池は、種々の缶型の電池に利用可能であり、例えば携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源として使用するのに適している。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：電池
１００Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：電池缶
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ：開口縁
１１０Ｅ：端部
１１０Ｓ：テーパ領域
１１０Ｔ：端面
１１１：突起部
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ：筒部
１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ：底壁
１４０：縮径部
１４１ａ：第１縮径部
１４１ｂ：第２縮径部
２００：電極体
２１０：リード線
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：封口体
３００Ｘ：第１主面
３００Ｙ：第２主面
３００Ｚ：側面
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ：封口板
３１１Ｔ：端面
３１１１：凹溝
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ：周縁部
３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ：中央領域
３１３Ａ、３１３Ｂ、３１３Ｃ：薄肉部
３１４：凹部
３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ：ガスケット
３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ：外側リング部
３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃ：内側リング部
３２３Ａ、３２３Ｂ、３２３Ｃ：側壁部
３２３１：凹部
３２４：突起部
４００：キャップ
４０１：第１部分
４０２：第２部分
４０３：切り込み
４１０：接合材
５０１：第１外部リード線
５０２：第２外部リード線
１００Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：電池缶
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ：開口縁
１１０Ｅ：端部
１１０Ｓ：テーパ領域
１１０Ｔ：端面
１１１：突起部
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ：筒部
１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ：底壁
１４０：縮径部
１４１ａ：第１縮径部
１４１ｂ：第２縮径部
２００：電極体
２１０：リード線
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：封口体
３００Ｘ：第１主面
３００Ｙ：第２主面
３００Ｚ：側面
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ：封口板
３１１Ｔ：端面
３１１１：凹溝
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ：周縁部
３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ：中央領域
３１３Ａ、３１３Ｂ、３１３Ｃ：薄肉部
３１４：凹部
３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ：ガスケット
３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ：外側リング部
３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃ：内側リング部
３２３Ａ、３２３Ｂ、３２３Ｃ：側壁部
３２３１：凹部
３２４：突起部
４００：キャップ
４０１：第１部分
４０２：第２部分
４０３：切り込み
４１０：接合材
５０１：第１外部リード線
５０２：第２外部リード線
Claims (13)
- 筒部、前記筒部の一方の端部を閉じる底壁および前記筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、
前記封口体は、封口板と、前記封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、
前記ガスケットは、前記周縁部の前記電極体側に配された内側リング部と、前記周縁部の前記電極体と反対側に配された外側リング部と、前記周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、
前記封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池。 - 前記封口板は、前記周縁部と中央部との間の領域において、前記周縁部および前記中央部よりも厚みの薄い薄肉部が設けられ、
前記外側リング部が、前記薄肉部の少なくとも一部を覆っている、請求項１に記載の電池。 - 前記外側リング部の内周輪郭の形状が、回転対称性および／または面対称性を有する、請求項１または２に記載の電池。
- 前記外側リング部は、前記電極体と反対側に突出する突起部を有し、前記突起部が前記開口縁により前記筒部の軸方向に圧縮されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
- 前記周縁部の前記外側リング部との対向面および／または前記内側リング部との対向面の少なくとも一方に、前記封口板の厚み方向に向かう凹部を有し、
前記凹部内の空間を、前記外側リング部または前記内側リング部が埋めている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。 - 電池缶は、前記開口縁と前記筒部の間に、前記開口縁の内径および前記筒部の内径よりも内径の小さな縮径部を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。
- 前記封口体は、前記電池缶の内側を向く第１主面、前記第１主面とは反対側の第２主面、および、前記第１主面と前記第２主面とを繋ぐ側面を有し、
前記開口縁の少なくとも一部を覆うとともに前記開口縁と電気的に接続し、かつ、前記封口板と電気的に絶縁された導電性のキャップと、をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池。 - 前記キャップは、前記電池缶の前記開口縁を介して、前記封口体の前記側面の少なくとも一部を覆う第１部分を有する、請求項７に記載の電池。
- 前記キャップは、前記封口体の前記第２主面の外周縁の少なくとも一部を覆う第２部分を有する、請求項７または８に記載の電池。
- 前記キャップの前記第１部分は環状であり、
無負荷状態において、前記キャップの前記第１部分の最小の内径は、前記電池缶の前記開口縁の前記キャップで覆われる部分の最大の外径よりも小さい、請求項９に記載の電池。 - 前記キャップは、前記電池缶の前記開口縁に溶接されている、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の電池。
- 前記開口縁の端面は、前記封口体の前記側面上に配置されている、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の電池。
- 前記電池缶の高さ方向において、前記封口体と接触する最低位置における前記開口縁の外径は、前記筒部の外径よりも小さい、請求項１２に記載の電池。
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