JP4375660B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、メーターの電源やバックアップ用の電源などに用いられるリチウム電池やリチウムイオン二次電池などの密閉型電池に関する。

密閉型電池では、電池ケースの上面開口を塞ぐ蓋に、端子取付孔が貫通状に設けられており、この端子取付孔に正極端子（出力端子）が取り付けられている。正極端子は、外径が端子取付孔の内径よりも小さい軸部と、軸部の上端側にあって外径が端子取付孔の内径よりも大きな頭部とを有し、絶縁パッキングを介して端子取付孔に抜け外れ不能にかしめ固定している。この絶縁パッキングで正極端子と蓋との間がシールされて気密・液密状態に保たれるとともに電気的に絶縁される。

この種の絶縁パッキングとしては、例えば図５に示すごとく、正極端子１１の頭部１６と蓋７とで挟持されるフランジ部２８と、蓋７に設けた端子取付孔１３に内嵌する筒部２９とを有し、筒部２９に挿通孔３０を上下貫通状に設けた構成が考えられる。これによれば、筒部２９の挿通孔３０に正極端子１１の軸部１７を挿通し、これらを端子取付孔１３に取り付けた状態で、軸部１７の下端部を外側に折り曲げてかしめたときに、当該軸部１７が膨張変形して絶縁パッキング９の挿通孔３０に密着することにより、軸部１７と絶縁パッキング９との間がシールされる。同時に、軸部１７に外嵌する絶縁パッキング９の筒部２９が膨張変形して、端子取付孔１３の周辺部に密着することにより、絶縁パッキング９と蓋７との間がシールされる。

かかる密閉型電池では、機器に取り付ける際に正極端子１１の頭部１６に外部リード板を溶接する場合が多い。図５の構造では、振動などが外部リード板を介して正極端子１１に伝わり、正極端子１１が絶縁パッキング９に対して廻るおそれがある。この際の正極端子１１との摩擦で絶縁パッキング９が削れ、正極端子１１の軸部１７と絶縁パッキング９との間のシール性が維持されないおそれがある。

この点に関し、特許文献１では、蓄電池の蓋に設けた突起を端子付きブッシングに設けた凹部に嵌着して、端子付きブッシングの廻り止めを図っており、この技術を図５の密閉型電池に適用することは可能である。

特開昭５９−１４１１６３号公報（第２頁左下欄、第１−４図）

特許文献１の廻り止め機構では、蓋の突起とブッシングの凹部との位置合わせが必要であり、この位置合わせを正確に行なって蓋の突起を端子付きブッシングの凹部に嵌着させないと、端子付きブッシングが廻ってしまうところに問題がある。

本発明に係る密閉型電池は、図１および図２に示すごとく、電池ケース１の上面開口を塞ぐ蓋７と、蓋７に貫通状に設けられた端子取付孔１３と、端子取付孔１３に絶縁パッキング９を介して嵌合された出力端子１１とを有する。出力端子１１は、外径が端子取付孔１３の内径よりも大きな頭部１６と、頭部１６の下面から下向きに突設され、かつ外径が端子取付孔１３の内径よりも小さな軸部１７とを有する。絶縁パッキング９は、出力端子１１の頭部１６と蓋７とで挟まれるフランジ部２８と、端子取付孔１３に出力端子１１の軸部１７が挿通した状態で端子取付孔１３に内嵌する筒部２９とを有する。そして、出力端子１１の軸部１７をかしめることにより、出力端子１１の頭部１６が絶縁パッキング９のフランジ部２８に押し付けられるようになっている。

本発明は、かかる密閉型電池において、出力端子１１の頭部１６の下面に端子側突起２６が下向きに突設されており、蓋７の上面であって絶縁パッキング９のフランジ部２８が接する箇所に、蓋側突起３３が上向きに突設されている。かくして、出力端子１１の頭部１６による絶縁パッキング９のフランジ部２８側への押圧力で、端子側突起２６が絶縁パッキング９のフランジ部２８の上面に食い込み、蓋側突起３３が絶縁パッキング９のフランジ部２８の下面に食い込むようにしたことを特徴とする。

ここでの出力端子１１の軸部１７のかしめ形式は、図５に示すごとく軸部１７の下端部を外側に折り曲げてかしめる場合と、図１に示すごとく軸部１７を圧縮して下拡がりのテーパー状にかしめる場合とを含む。絶縁パッキング９は、蓋７や出力端子１１よりも硬度の小さい素材を選択する。例えば蓋７や出力端子１１が金属で形成されるのに対し、絶縁パッキング９は合成樹脂で形成する。

詳しくは、図１および図２に示すごとく蓋７の下側に、パッキング挿通孔３６を貫通形成した絶縁板１０と、軸挿通孔３７を貫通形成した押さえ板１２とが順に配置されている。パッキング挿通孔３６には、出力端子１１の軸部１７を挿通した絶縁パッキング９の筒部２９の下端部が内嵌する。軸挿通孔３７には、絶縁パッキング９の筒部２９から突出した出力端子１１の軸部１７の下端部が内嵌する。そして、出力端子１１の軸部１７をかしめることにより、出力端子１１の軸部１７によって押さえ板１２が絶縁板１０を介して蓋７側に押し付けられている。

蓋側突起３３は、端子取付孔１３の周方向に等間隔で複数個設けられており、端子側突起２６は、出力端子１１の軸部１７の外周りに等間隔で複数個設けられており、出力端子１１を絶縁パッキング９を介して端子取付孔１３に嵌合した状態で、端子側突起２６と蓋側突起３３とが、上下に重ならないように端子取付孔１３の径方向に位置をずらして配されている。

蓋７の上面において端子取付孔１３の開口周縁壁には、受座１４を凹み形成し、絶縁パッキング９のフランジ部２８の下部を蓋７の受座１４に嵌合して、受座１４において絶縁パッキング９のフランジ部２８の下面が接する箇所に蓋側突起３３を設けることができる。出力端子１１の軸部１７は、下拡がりのテーパー状にかしめてもよい。

本発明によれば、蓋７の蓋側突起３３が絶縁パッキング９に食い込むことによって、絶縁パッキング９が蓋７に対して廻り止めされ、さらに出力端子１１の端子側突起２６が絶縁パッキング９に食い込むことによって、出力端子１１が絶縁パッキング９に対して廻り止めされる。蓋７の蓋側突起３３に対する絶縁パッキング９の位置合わせや、絶縁パッキング９に対する出力端子１１の端子側突起２６の位置合わせを行なわなくても、前記廻り止めが容易かつ確実に行なえる。

従って、絶縁パッキング９が、蓋７の端子取付孔１３に対して廻って摩擦で削られることを確実に防止できる。出力端子１１が、絶縁パッキング９に対して廻って絶縁パッキング９が摩擦で削られることも確実に防止できる。この結果、絶縁パッキング９の気密・液密作用を長期間保持し、信頼性の高い密閉型電池を得ることができる。前記位置合わせが省略できる分だけ、電池の製造の手間と時間とを軽減できる。

出力端子１１の軸部１７をかしめることで、出力端子１１の軸部１７で押さえ板１２を絶縁板１０を介して蓋７側に押し付けると、この押し付けに伴なう反作用で出力端子１１の頭部１６が絶縁パッキング９のフランジ部２８へしっかりと押し付けられ、蓋７に対する絶縁パッキング９および出力端子１１の廻り止めを確実に行なうことができる。

端子側突起２６と蓋側突起３３とは、これら両者が上下に重ならないように端子取付孔１３の径方向に位置をずらして配してあると、端子側突起２６と蓋側突起３３との干渉で絶縁パッキング９のフランジ部２８に穴があくことを防止でき、この穴による絶縁パッキング９の気密・液密作用の低下を確実に防止できる。

絶縁パッキング９のフランジ部２８の下部が、蓋７側の受座１４に嵌合していると、絶縁パッキング９のフランジ部２８が蓋７の上側へ突出するのを抑え、この分だけ電池全体の上下方向の長さ寸法を小さくできる。

図１ないし図４は、本発明が対象とする密閉型電池を示しており、図２に示すごとく、上面が開口する有底円筒形状の電池ケース１と、電池ケース１内に装填される電極体および非水電解液と、電池ケース１の上面開口を塞ぐ封口構造などを有している。電池ケース１は、ステンレス鋼板あるいは鉄にニッケルメッキした鋼板を深絞り加工して形成されており、負極側の出力端子を兼ねている。

電極体は、二酸化マンガンを活物質とするシート状の正極２と、リチウム箔からなる負極３とを、微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータ４を間にして渦巻状に巻回してある。正極２および負極３からは、導電タブ５・６が上向きにそれぞれ導出されている。負極３は、外周面がセパレータ４で被覆されており、ニッケル集電体を介して電池ケース１の内面に溶接されている。

非水電解液としては、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）と、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ を0.５モル／リットルの割合で溶解した溶液を用いた。

封口構造は、電池ケース１の上面開口を塞ぐ円板状の蓋７と、蓋７の内側に配置されるプラスチック製のインシュレータ８と、絶縁用の円環状の絶縁板１０と、蓋７に対して絶縁用の絶縁パッキング９および前記絶縁板１０を介してかしめ固定される正極側の出力端子（正極端子）１１と、正極端子１１でかしめ固定される円環状の金属製押さえ板１２とを含む。

蓋７は、ステンレス鋼板あるいは鉄にニッケルメッキした鋼板を素材にしたプレス成形品からなり、電池ケース１の開口周縁にレーザーでシール溶接してある。蓋７の中央には、図３に示すごとく、絶縁パッキング９および正極端子１１が通る円形の端子取付孔１３を貫通状に設けてある。蓋７の上面には、端子取付孔１３の開口周縁壁に受座１４が凹み形成されている。

正極端子１１は、円盤状の頭部１６と、頭部１６の下面中央から下向きに突設された円柱状の軸部１７と、軸部１７の下端面に上向きに形成された円錐状の凹み１８とを有するステンレス鋼板製の軸体からなる。その頭部１６の外径は端子取付孔１３の内径よりも大きく寸法設定されており、軸部１７の外径は端子取付孔１３の内径よりも小さく寸法設定されている。

正極端子１１の頭部１６の下面には、断面円形の首部２２が突設されており、首部２２の下面中央に前記軸部１７が配されている。首部２２の外周面は、下すぼまりのテーパ状に形成されている。

軸部１７の上端は、下すぼまり状のテーパ部２３を介して前記首部２２に接続されている。首部２２および軸部１７の上端側をテーパ状に形成したことで、絶縁パッキング９との密着性が高まる。頭部１６の下面外周寄りには、図４に示すごとく、ほぼ円柱形状の３個の小突起（端子側突起）２６が、正極端子１１の軸部１７の外周りに等間隔で下向きに突設されている。

絶縁パッキング９は、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性および絶縁性を有する合成樹脂からなり、図３に示すごとく、円環状のフランジ部２８と、フランジ部２８の中央から下向きに突設された円筒状の筒部２９とを有する。絶縁パッキング９のフランジ部２８の下部は、図１に示すごとく蓋７の受座１４に嵌合する。

絶縁パッキング９の筒部２９の中央に設けた挿通孔３０には、正極端子１１の軸部１７が挿通する。正極端子１１の軸部１７の下端部は、絶縁パッキング９の筒部２９の下側に突出する。図３において挿通孔３０の上端側は、下すぼまりのテーパ状に形成されており、挿通孔３０の下端側は下拡がりのテーパ状に形成されている。絶縁パッキング９の筒部２９の下端外周側には、下すぼまり状のテーパ部３１が形成されている。

蓋７の受座１４において、絶縁パッキング９のフランジ部２８の下面が接する箇所での外周寄りには、図４に示すごとく、円錐状の３個の小突起（蓋側突起）３３が周方向に等間隔で上向きに突設されている。図１の組立状態で蓋７の小突起３３は、正極端子１１の小突起２６よりも端子取付孔１３の径方向の外側に位置ずれしており、蓋７の小突起３３と正極端子１１の小突起２６とが、上下に重ならないように配置してある。これにより、図１の組立状態で蓋７の小突起３３と正極端子１１の小突起２６とが干渉することを防ぐ。

蓋７の上面の端子取付孔１３の開口周縁には、端子取付孔１３まわりに周回壁３４が突出形成されており、蓋７の下面には、端子取付孔１３の外周まわりに周回壁３５が突出形成されている。蓋７の上面の周回壁３４は、絶縁パッキング９のフランジ部２８の下面に食い込んで蓋７と絶縁パッキング９との密着性を高める。蓋７の下面の周回壁３５は、絶縁板１０の上面に食い込んで蓋７と絶縁板１０との密着性を高める。

絶縁板１０は、絶縁パッキング９と同様に、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性、耐熱性および絶縁性を有する合成樹脂からなる。押さえ板１２は、ステンレス鋼板の金属板からなる。絶縁板１０としては、パッキング挿通孔３６を貫通形成した打ち抜き品を用いる。絶縁板１０は、蓋７の下面と押さえ板１２とで挟み込む。

絶縁パッキング９の挿通孔３０の直径寸法は、正極端子１１の軸部１７の外径寸法とほぼ同じか、それよりも僅かに小さい。絶縁パッキング９の筒部２９の外径寸法は、蓋７の端子取付孔１３の直径寸法とほぼ同じか、それよりも僅かに大きい。

絶縁板１０のパッキング挿通孔３６の直径寸法は、蓋７の端子取付孔１３の内径寸法よりも大きく、かつ絶縁パッキング９のテーパ部３１の外径寸法よりも小さい。これにより、図１の組立状態で絶縁パッキング９のテーパ部３１が、絶縁板１０のパッキング挿通孔３６の内面に密着状に内嵌する。

押さえ板１２としては、軸挿通孔３７を貫通形成した打ち抜き品を用いる。軸挿通孔３７の上端側は下すぼまりのテーパ状に形成されており、軸挿通孔３７の下端側は下拡がりのテーパ状に形成されている。

正極端子１１、絶縁パッキング９、絶縁板１０、押さえ板１２を図１に示す状態に組み立てた際に、正極端子１１の軸部１７の下端が押さえ板１２より下側に突出するように、正極端子１１の軸部１７の上下方向の長さ寸法が設定される。正極端子１１をかしめ固定することで、正極端子１１と絶縁パッキング９と絶縁板１０と押さえ板１２とが蓋７に一体化する。

具体的には、蓋７の下側に絶縁板１０と押さえ板１２とが順に配置され、絶縁パッキング９の筒部２９を蓋７の上面側から蓋７の端子取付孔１３に通してテーパ部３１を絶縁板１０のパッキング挿通孔３６に内嵌するとともに、正極端子１１の軸部１７を絶縁パッキング９の挿通孔３０に通す。この際、正極端子１１の軸部１７の下端が押さえ板１２の軸挿通孔３７を通って押さえ板１２の下側に突出する。

前記正極端子１１の頭部１６を冶具などで押さえて、正極端子１１の軸部１７を頭部１６側に圧縮することで、図１に示すごとく正極端子１１の軸部１７が下拡がりのテーパー状に拡径変形する。すると、正極端子１１の軸部１７が、絶縁パッキング９の筒部２９を介して蓋７の端子取付孔１３の内面側に押し付けられる。また、押さえ板１２の軸挿通孔３７を斜め上向きに押圧して、押さえ板１２が絶縁板１０を介して蓋７側に押し付けられる。なお、前記圧縮前においては、正極端子１１の軸部１７の外径が軸部１７の上端から下端にかけて同一寸法になっている。

このようにすると、正極端子１１と蓋７の端子取付孔１３との間が絶縁パッキング９でしっかりとシールされた状態となるとともに、絶縁板１０が蓋７と押さえ板１２とで挟持されてこれらと密着し、蓋７と押さえ板１２との間がしっかりとシールされた状態となる。この状態で蓋７と、その端子取付孔１３に取り付けた正極端子１１との間が気密・液密状態に保たれるとともに電気的に絶縁される。

蓋７の端子取付孔１３の周縁が、正極端子１１の頭部１６（直接的には絶縁パッキング９のフランジ部２８）と押さえ板１２（直接的には絶縁板１０）とで挟まれ、正極端子１１と絶縁パッキング９と絶縁板１０と押さえ板１２とが蓋７に一体化する。

正極端子１１の軸部１７をかしめたときには、押さえ板１２が蓋７側に押し付けられた際の押圧力の反作用で、正極端子１１の頭部１６が絶縁パッキング９のフランジ部２８に押し付けられて、図１に示すごとく、正極端子１１の頭部１６の各小突起２６が、絶縁パッキング９のフランジ部２８の上面に食い込む。さらに蓋７の各小突起３３が、絶縁パッキング９のフランジ部２８の下面に押し付けられて食い込む。

蓋７の各小突起３３の食い込みによって絶縁パッキング９が蓋７に対して廻り止めされ、正極端子１１の各小突起２６が絶縁パッキング９に食い込むことによって正極端子１１が絶縁パッキング９を介して蓋７に廻り止めされる。

従って、絶縁パッキング９が、蓋７の端子取付孔１３に対して廻って摩擦で削られることが防止され、同様に正極端子１１が絶縁パッキング９に対して廻って絶縁パッキング９が摩擦で削られることが防止される。

なお、押さえ板１２は、前述のように金属製であるため、正極端子１１のかしめ時に軸部１７による押圧力が、押さえ板１２を介して絶縁板１０の下面のほぼ全体に加わり、当該絶縁板１０の上面全体が蓋７の内面（裏面）に密着した状態となる。正極端子１１の軸部１７の下端面には、先に述べた正極側の導電タブ５が溶接されている（図２）。

電池全体の組み立てに際しては、まず電池ケース１の内面に負極側の導電タブ６を溶接し、電池ケース１内にインシュレータ８を装着する。次いで、蓋７に正極端子１１などを一体的に組み付けてなる前記組立体において、正極端子１１の軸部１７の下端に正極側の導電タブ５を溶接する。

次に、電池ケース１内へ非水電解液を注入する。この後、蓋７を電池ケース１の上端に内嵌して、蓋７と電池ケース１との嵌合面をレーザー溶接してシールする。このとき、溶接熱の影響を受けやすい絶縁パッキング９には耐熱樹脂が使用されているので、溶接熱によって絶縁パッキング９が変形・変質したり溶融したりすることはない。これにより、電池が完成する。

なお、首部２２を省略して、頭部１６の下面に軸部１７を直接設けてもよい。出力端子１１は、図５と同様に軸部１７の下端部を外側に折り曲げてかしめてもよい。絶縁パッキング９や絶縁板１０は、絶縁性を有するゴムなどで形成してもよい。この場合、正極端子１１の各小突起２６や蓋７の各小突起３３は、絶縁パッキング９のフランジ部２８を弾性変形させて食い込むことになる。

本発明の密閉型電池の封口構造の要部を示す縦断面図 密閉型電池の全体の縦断面図 封口構造の各部材の縦断面図 封口構造の要部の斜視図 課題を説明するための封口構造の縦断面図

符号の説明

１ 電池ケース
７ 蓋
９ 絶縁パッキング
１０ 絶縁板
１１ 正極端子（出力端子）
１２ 押さえ板
１３ 端子取付孔
１４ 受座
１６ 正極端子の頭部
１７ 正極端子の軸部
２６ 正極端子の小突起（端子側突起）
２８ 絶縁パッキングのフランジ部
２９ 絶縁パッキングの筒部
３３ 蓋の小突起（蓋側突起）
３６ 絶縁板のパッキング挿通孔
３７ 押さえ板の軸挿通孔

Claims (5)

1. 電池ケースの上面開口を塞ぐ蓋と、前記蓋に貫通状に設けられた端子取付孔と、前記端子取付孔に絶縁パッキングを介して嵌合された出力端子とを有し、
   前記出力端子は、外径が前記端子取付孔の内径よりも大きな頭部と、前記頭部の下面から下向きに突設され、かつ外径が前記端子取付孔の内径よりも小さな軸部とを有し、
   前記絶縁パッキングが、前記出力端子の前記頭部と前記蓋とで挟まれるフランジ部と、前記端子取付孔に前記出力端子の前記軸部が挿通した状態で前記端子取付孔に内嵌する筒部とを有し、
   前記出力端子の前記軸部をかしめることにより、前記出力端子の前記頭部が前記絶縁パッキングの前記フランジ部に押し付けられる密閉型電池において、
   前記出力端子の前記頭部の下面に端子側突起が下向きに突設されており、
   前記蓋の上面であって前記絶縁パッキングの前記フランジ部が接する箇所に、蓋側突起が上向きに突設されており、
   前記出力端子の前記頭部による前記絶縁パッキングの前記フランジ部側への押圧力で、前記端子側突起が前記絶縁パッキングの前記フランジ部の上面に食い込むとともに、前記蓋側突起が前記絶縁パッキングの前記フランジ部の下面に食い込むようにしたことを特徴とする密閉型電池。
2. 前記蓋の下側に、パッキング挿通孔を貫通形成した絶縁板と、軸挿通孔を貫通形成した押さえ板とが順に配置されており、
   前記パッキング挿通孔には、前記出力端子の前記軸部を挿通した前記絶縁パッキングの前記筒部の下端部が内嵌しており、
   前記軸挿通孔には、前記絶縁パッキングの前記筒部から突出した前記出力端子の前記軸部の下端部が内嵌しており、
   前記出力端子の前記軸部をかしめることにより、当該出力端子の前記軸部によって前記押さえ板が前記絶縁板を介して前記蓋側に押し付けられる請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記蓋側突起は、前記端子取付孔の周方向に等間隔で複数個設けられており、
   前記端子側突起は、前記出力端子の前記軸部の外周りに等間隔で複数個設けられており、
   前記出力端子を前記絶縁パッキングを介して前記端子取付孔に嵌合した状態で、前記端子側突起と前記蓋側突起とが、上下に重ならないように前記端子取付孔の径方向に位置をずらして配されている請求項２記載の密閉型電池。
4. 前記蓋の上面において前記端子取付孔の開口周縁壁に受座を凹み形成して、前記絶縁パッキングの前記フランジ部の下部を前記蓋の前記受座に嵌合しており、
   前記受座において前記絶縁パッキングの前記フランジ部の下面が接する箇所に前記蓋側突起を設けた請求項３記載の密閉型電池。
5. 前記出力端子の前記軸部が、下拡がりのテーパー状にかしめられている請求項４記載の密閉型電池。

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