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JP5378134B2 - 電池蓋部材 - Google Patents

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Description

本発明は、電極端子が貫通した蓋体を備え電池容器の開口部を封止する電池蓋部材に関する。
近年、携帯型電子機器、電気自動車などの動力源電源として、大容量・高出力でエネルギ密度の高いリチウムイオン二次電池が注目されている。
このリチウムイオン二次電池は、発電要素となる巻取り電極体を非水電解液とともに電池容器内に密封して構成されている。ところが、電池容器の内部に水分が侵入すると、この水分と非水電解質とが反応してフッ酸を生成し、この生成したフッ酸が電極を腐食して電池容量や電池寿命などの性能を低下させることがある。
このため、リチウムイオン二次電池では、電池容器の内部に水分が侵入しないように電池容器を金属で形成していた。金属の電池容器は、電池容器の内部と外部とのシール性を保持する必要があり、蓋体と蓋体を貫通して電池内部から外部へ突き出た電極端子との隙間のシールはＯ−リングを用いてなされる構成となっていた。
しかし、Ｏ−リングによるシール構造は部品点数が多くなるため、生産性やコストに課題があった。このような課題を解決するために、特許文献１には、電池上蓋と電極端子とを樹脂製絶縁密閉部材で接着することにより一体化するとともに、電池内部と外部とのシール性を確保する電池蓋部材が提案されている。図８に示すように、この電池蓋部材１１０は、蓋体１３０と一対の電極端子１４０とからなり、蓋体１３０の貫通孔に挿通された一対の電極端子１４０を金型に組み付け、蓋体１３０と電極端子１４０との間に溶融状態の樹脂製絶縁密封部材１５０を充填してインサート成形することにより一体化したものである。この電池蓋部材１１０は、蓋体１３０と電極端子１４０とが樹脂製絶縁密封部材１５０を介して強固に接着して一体化されているので、高いシール性を有するとしている。
しかし、金属と樹脂とでは熱膨張係数が異なるので、高温あるいは低温環境下では金属と樹脂との接着界面に応力が発生して電極端子１４０と樹脂製絶縁密封部材１５０との接着が損なわれたり、樹脂製絶縁密封部材１５０にクラックが生じたりして、電池蓋部材１１０におけるシール性が確保できなくなる虞がある。電池蓋部材１１０の電極端子１４０は図８に示されるとおり断面矩形となっているので、特に、角部は応力集中によるクラックの起点となり易い。また、接着性を高めるために電極端子に表面処理を施す場合に、電極端子の断面が矩形であると直線部と角部では表面処理による皮膜の形成が異なり、電極端子の絶縁密封部材との接着面の全周に亘って均一な表面処理を施すことが困難である。さらに、接着部位が直線部と角部とになるために、検査装置の動作が複雑になるという問題もある。
特開２００８−２７８２３号公報
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、電極端子と蓋体とを樹脂製の絶縁部材で接着して一体化した電池蓋部材において、電極部材と樹脂製の絶縁部材との接着が良好でシール性に優れた電池蓋部材を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の電池蓋部材は、金属よりなる電極端子と金属よりなり貫通孔を有する蓋体と樹脂よりなる絶縁部材とを備え、該貫通孔に貫通して配置した電極端子と蓋体とをインサート成形により絶縁部材で接着して一体化した電池蓋部材であって、電極端子は、電極体に接続する平板状の集電端子部と、接続部材へ接続する平板状の外部端子部と、集電端子部と外部端子部とを連結する連結部とを、一の円柱状の棒体から塑性加工により一体に形成されてなり、連結部は、少なくとも蓋体と直交して貫通孔を貫通し上方へ延びる垂直部と、この垂直部の上端から蓋体の長辺方向に水平に延びる水平部とを有し、垂直部の少なくとも絶縁部材と接着するシール部は円柱状又は楕円柱状であり、かつ、水平部はこの水平部と蓋体との隙間を埋めるように一体に形成された絶縁部材に接着されていることを特徴とする
本発明の電池蓋部材は、樹脂製の絶縁部材と接着する電極端子の接着部が全周に亘って角部のない断面円形又は楕円形に形成されている。これ故、高温あるいは低温環境下において金属と樹脂の熱収縮差による応力が接着界面に発生しても、この応力を接着部の全周に亘って均等に受けることができる。従って、絶縁部材にクラックを発生することがなく、シール性に優れている。
また、電極端子のシール面の全周に亘って均一な表面処理を施すことができるので、絶縁部材と電極端子や蓋体との接着界面をさらに安定したものにすることができる。
また、このような円柱状の接着面は接着状態の検査が容易であるため、検査判定の精度を向上することができる。
本発明の電池蓋部材に係る電極端子は、一の円柱状の棒体から塑性加工により一体的に形成することができる。従って、外部端子部に穿設した打抜き穴以外の部分を捨てる必要がないので、平板から打抜き加工で形成する従来技術になる電極端子に比べて材料歩留まりを大幅に向上することができる。
本実施形態の電池蓋部材を有する電池の構成を説明する断面模式図である。 実施形態の電池蓋部材を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）（ｂ）電極端子の斜視図である。（ｃ）電極端子の素材を示す斜視図である。 電極端子の変形例を示す斜視図である。 変形例の電極端子を備える電池蓋部材の正面図である。 従来技術になる電池蓋部材を示す斜視図である。
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の電池蓋部材１０を有するリチウムイオン二次電池１の構成を示す概略構成図である。図２は、本実施形態の電池蓋部材１０を示す斜視図であり、Ａ−Ａ断面を図３に示す。また、図３のＢ−Ｂ断面を図４に示す。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、略直方体状の金属製の容器２と、扁平状に巻回され容器２に収容された電極体４と、電極体４の軸方向両端部（図１の左右端部）に接続される一対の電極端子４０と、容器２の外部でこの電極端子４０に電気的に接続される接続部材６０とを備える。容器２には図示しない電解液が収容されており、この電解液は電極体４に含浸されている。
容器２は、上端に開口部を有する箱状の容器本体２０と、その開口部に取り付けられて容器本体２０を封止する蓋体３０とを備えている。この蓋体３０には、一対の電極端子４０をそれぞれ貫通させる一対の端子取り付け孔３２が形成されている。
図３および図４に示すように、電極端子４０と蓋体３０との間には絶縁部材５０がこの端子取り付け孔３２を封止するとともに、電極端子４０と蓋体３０とに密着するように形成されており、電極端子４０と蓋体３０とを一体化して電池蓋部材１０を構成している。
図５に電極端子４０の斜視図を示す。（ａ）に負極側の電極端子４０aを、（ｂ）に正極側の電極端子４０ｂを示す。電極端子４０aと電極端子４０ｂとはほぼ同様の態様を有する。電極端子４０は、一端側に形成され電極体４の端部に接合される扁平な集電端子部４２と、他端側に形成され接続部材６０と接合される略円板状の外部端子部４４と、集電端子部４２と外部端子部４４とを連結する三次元屈曲線状の連結部４３とからなる。
連結部４３は、集電端子部４２の上端部から蓋体３０の短辺方向にほぼ水平に延びる第１屈曲部４３ａと、この第１屈曲部４３ａの端部からほぼ垂直に上方へ延びる第２屈曲部４３ｂと、第２屈曲部４３ｂの端部から蓋体３０の長辺方向に水平に延びる第３屈曲部４３ｃと、第３屈曲部４３ｃの端部から上方へ延び外部端子部４４に連続する立ち上がり部４３ｄとからなっている。連結部４３のうち、第１屈曲部４３ａ、第２屈曲部４３ｂ第３屈曲部４３ｃは、いずれも断面円形の円柱状を呈している。そして、第２屈曲部４３ｂが蓋体３０の端子取り付け孔３２の中央部を蓋体３０と直交するように貫通している。
また、電極端子４０の外部端子部４４の中央部には接続部材６０を挿通する挿通孔４４ａが設けられている。接続部材６０は、脚部６０ａと頭部６０ｂとからなり、挿通孔４４ａから脚部６０ａを上方へ突出するようにして外部端子部４４に接合されている。また、接続部材６０の頭部６０ｂには絶縁部材５０の凸部５０ａが嵌入する筒部６４が配置されている。
絶縁部材５０は、図４に示すように端子取り付け孔３２を封止するとともに、電極端子４０の第１屈曲部４３ａおよび第３屈曲部４３ｃと蓋体３０との隙間、並びに、接続部材６０と蓋体３０との隙間を埋めるように一体に形成されている。すなわち、絶縁部材５０は、少なくとも、電極端子４０の第２屈曲部４３ｂの表面と蓋体３０の上面３０ａおよび下面３０ｂと接続部材６０の頭部６０ｂの表面とに密着している。
以上のように構成された電池蓋部材１０においては、電極端子４０の少なくとも第２屈曲部４３ｂが円柱状に形成されているので、電極端子４０と絶縁部材５０とを接着する断面円形で円柱状の接着界面がシール部７０となる。このようなシール構造は、金属と樹脂が強固に接着していることから、高温あるいは低温環境下では金属と樹脂の熱収縮差による応力が発生しても、この応力をシール部７０の全周に亘って均等に受けることができる。従って、電極端子が応力集中しやすい角部を有するプレス加工などによる断面矩形の電極端子の場合に比べてシール性に優れている。
以上のような本実施形態の電極端子４０は、図５（ｃ）に示すように、金属からなる円柱状の棒体４０’を素材としてこの棒体４０’を塑性加工することで得ることができる。例えば、集電端子部４２や外部端子部４４、連結部４３の立ち上がり部４３ｄは棒体４０’の対応する部分を叩いて平面にすればよく、また、立ち上がり部４３ｄ以外の連結部４３は対応する部分に曲げ加工を施すことで形成できる。このため、本実施形態の電極端子４０は、外部端子部４４に穿設した挿通孔４４ａ以外の部分を捨てる必要がない。従って、平板からプレス加工で形成する従来技術になる電極端子に比べて材料歩留まりを大幅に向上することができる。
本実施形態の電池蓋部材１０は、上記電極端子４０の態様以外は従来技術と同様にすることができる。例えば、電極端子４０および蓋体３０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金からなる群より選ばれる金属を採用することができる。そして電極端子４０と蓋体３０とは同種の金属で形成されても異種の金属で形成されてもいずれでもよい。これらの金属よりなる電極端子４０と蓋体３０は、その表面に所定の表面処理を施すことにより絶縁部材５０と良好な接着界面を形成することができる。
また、絶縁部材５０には、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のエンジニアリングプラスティックを用いることができる。これらのエンジニアリングプラスティックには、無水マレイン酸変性エチレン共重合体などの接着性改質剤を含有することができる。接着性改質剤を含有することで、絶縁部材５０は、トリアジンジチオール化合物またはシランカップリング剤で表面処理を施した電極端子４０や蓋体３０に対して高い接着性とシール性とを発揮する。
このような電池蓋部材１０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、金属より成る電極端子４０と蓋体３０に所定の表面処理剤を用いて表面処理を施す。次に、表面処理が施された電極端子４０を蓋体３０の端子取り付け孔３２に挿通して金型内に配置し、続いて、金型内に樹脂組成物を溶融状態で射出してインサート成形する。
本発明の電池蓋部材は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。
例えば、実施の形態では、電極端子４０の連結部４３は第１屈曲部４３ａ、第２屈曲部４３ｂ、第３屈曲部４３ｃ、および立ち上がり部４３ｄからなるように形成されていたが、図６に示す変形例の電極端子４０ｃ、４０ｄのように形成してもよい。すなわち、電極端子４０ｃ、４０ｄは、電極端子４０ａの第２屈曲部４３ｂを立ち上がり部４３ｄの立ち上がり分だけ上方へ延長して第２屈曲部４３ｅとし、この第２屈曲部４３ｅの端部から蓋体３０の長手方向に水平接続部４３ｆを水平に延伸して外部端子部４４に接続するように形成されている。このように形成することで、電極端子４０ｃ、４０ｄを蓋体３０の端子取り付け孔３２に挿通し易くなり、図７に示す電池蓋部材１２の組立作業性が向上する。

本発明の電池蓋部材は、携帯型電子機器、電気自動車などの動力源電源としての角型の密閉型蓄電池の電池蓋部材として好適である。
１０：電池蓋部材 ２０：容器本体 ３０：蓋体 ４０：電極端子 ４２：集電端子部４２ ４３：連結部 ４３ａ：第１屈曲部 ４３ｂ：第２屈曲部 ４３ｃ：第３屈曲部 ４３ｄ：立ち上がり部 ４４：外部端子部 ５０：絶縁部材 ６０：接続部材 ７０：シール部

Claims (1)

  1. 金属よりなる電極端子と金属よりなり貫通孔を有する蓋体と樹脂よりなる絶縁部材とを備え、該貫通孔に貫通して配置した該電極端子と該蓋体とをインサート成形により該絶縁部材で接着して一体化した電池蓋部材であって、
    前記電極端子は、電極体に接続する平板状の集電端子部と、接続部材へ接続する平板状の外部端子部と、該集電端子部と該外部端子部とを連結する連結部とを、一の円柱状の棒体から塑性加工により一体に形成されてなり、
    前記連結部は、少なくとも前記蓋体と直交して前記貫通孔を貫通し上方へ延びる垂直部と、該垂直部の上端から該蓋体の長辺方向に水平に延びる水平部とを有し、
    該垂直部の少なくとも前記絶縁部材と接着するシール部は円柱状又は楕円柱状であり、かつ、該水平部は該水平部と前記蓋体との隙間を埋めるように一体に形成された該絶縁部材に接着されていることを特徴とする電池蓋部材。
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