JP5476794B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、略平板状の蓋部を有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池に関する。

かかる電池の一般的な構造としては、例えば下記特許文献１にも記載のように、活物質等を塗布した一対の電極板をセパレータを挟んでロール状にまとめた発電要素に対して、集電体を一対の電極板の夫々に接続し、その集電体に連なるように配置した電極端子を電池筐体の内部から外部へ引き出す構成としている。
この電極端子を電池筐体の蓋板部分に形成した孔を通して外部へ引き出す方法については、下記特許文献１のように、電極端子の構成要素としてリベットを備えて、そのリベットを蓋板の孔に通した状態でガスケットと共にかしめることで、電気的な接続と気密の保持とを確保する手法が一般的に用いられている。
又、近年、下記特許文献２にように、金属と樹脂との接合技術を、電極端子の電池筐体（蓋板）への取り付けに応用しようとする考え方も出てきている。この手法では、蓋板の孔に電極端子を通して、その孔を電極端子と共に樹脂で封止する。

特開２００２−３２４５４１号公報 特開２００８−１７３９６７号公報

上述の電極端子の構成手法のうちのリベットを使用する手法については、電極端子の構成部品中に他の部品と独立した部品であるリベットを使用することで、部品点数の増大とそれに伴う構成の複雑化を招いてしまう。
又、金属と樹脂との接合技術によって電極端子を取り付ける手法では、構成の簡素化が可能となるものの、蓋板に形成した孔に電極端子を通して樹脂で封止するだけの構造では取り付け強度が不足してしまう場合がある。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極端子の取り付け強度を十分に確保しながら、電極端子の構成の簡素化を図る点にある。

本出願の第１の発明は、略平板状の蓋部を有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池において、前記電極端子は、前記電池筐体の内部側及び外部側の双方において、前記蓋部の近傍で前記蓋部に沿う姿勢となる部分を有するように屈曲形状とした板状部材にて構成され、前記電極端子と前記蓋部とは、前記電極端子における前記電池筐体の内部側で前記蓋部に沿う姿勢としてある部分、前記電極端子における前記電池筐体の外部側で前記蓋部に沿う姿勢としてある部分、及び、前記電極端子における前記蓋部を貫通する部分において、前記電極端子と前記蓋部との間に樹脂が存在する状態で金属−樹脂接合によって接合されて構成されている。

すなわち、略平板状の蓋部に電極端子を貫通させて樹脂で封止するという構成を基本構成とする。
但し、単純に電極端子を通した部分を樹脂で埋めるだけの構造ではなく、電極端子を板状部材にて構成していることを利用して、電極端子と蓋部とを樹脂を介して強固に接続する。
このため、電極端子は蓋部に沿う姿勢となる部分を有するように板材を曲げ加工等して形成し、その蓋部に沿う姿勢となる部分を樹脂を介して蓋部と接合する。
これによって、電極端子は広い面積で蓋部に固定されることになり、よじれ等の力が電極端子に作用しても安定的に封止状態が保持される。
しかも、電極端子を板状部材にて形成して電池筐体の外部に引き出す構成とすることで、バスバー（金属板等の塊状の電気配線部材）とのボルト固定等も容易に行えるものとできる。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記電極端子と前記集電体とが一体形成されて構成されている。
すなわち、電極端子を上記金属−樹脂接合によって電池筐体に取り付ける構成とすることで電極端子の形状自由度が大となり、電極端子を板状部材にて形成することで集電体と一体形成することも可能となった。

又、本出願の第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加えて、前記電池筐体は、有底矩形筒状の缶体の開放面に長方形の前記蓋部を被せて、扁平な直方体形状に形成され、前記電極端子は、前記電池筐体内において、前記蓋部の短辺側端部と前記缶体との接続箇所に沿って略９０度屈曲形成されて構成されている。
又、上記第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、前記電極端子を配線用部品に接続するための端子ボルトが、前記電極端子における前記電池筐体の外側部分に、前記端子ボルトのねじ部が前記電極端子を貫通する姿勢で取り付けられ、前記電極端子が、前記配線用部品の取付けの際に前記端子ボルトの頭部に作用する回転力を直接的に又は間接的に受止めるように、前記電極端子を前記端子ボルトの頭部近くで屈曲形状に形成して構成されているものとしても良い。
すなわち、電極端子を板状部材に構成していることから、電極端子を屈曲形状とすることは容易であり、その屈曲形状とすることで形成された面で、配線用部品を取り付ける際に端子ボルトの頭部に作用する回転力を受止めさせ、端子ボルトの廻り止めをさせるのである。
これにより、板状部材を屈曲形状とするだけで電極端子を端子ボルトの廻り止めにも利用できるものとなり、電池の電極構造を更に簡素化できるものとなる。

上記第１の発明によれば、板状部材にて形成した電極端子を曲げ加工等によって屈曲形状とするだけで、金属−樹脂接合によって強固に電池の蓋部に取り付けることが可能となり、電極端子の取り付け強度を十分に確保しながら、電極端子の構成の簡素化を実現できるものとなった。
更には、電池筐体内で電極端子を蓋部に沿う姿勢としたときは、電池筐体内における電極端子の存在のために必要となる空間の体積を可及的に小さくして無駄なスペースを削減でき、体積効率を向上させることができる。
又、上記第２の発明によれば、電極端子と集電体とを一体形成して部品点数を減少させることで、電極端子の構成の一層の簡素化を図れるものとなった。

本発明の実施の形態にかかる要部斜視図 本発明の実施の形態にかかる要部断面図 本発明の実施の形態にかかる要部側面図 本発明の別実施形態にかかる要部断面図

以下、本発明の電池の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態では、電池として二次電池の１例である非水電解液二次電池（より具体的にはリチウムイオン電池）を例示して説明する。

〔非水電解液二次電池ＲＢの構成〕
図１の斜視図及び図３の側面図に示すように、本実施の形態の非水電解液二次電池ＲＢは、図３で１点鎖線で示す有底筒状（より具体的には有底矩形筒状）の缶体１の開放面に略平板状の蓋部２を被せて溶接して構成した電池筐体ＢＣを有している。図１に示すように、蓋部２は短冊状の長方形に形成されており、電池筐体ＢＣは全体として扁平な直方体形状を有している。

電池筐体ＢＣの内部には、図１及び図３において２点鎖線で示す発電要素３と集電体４，６が電解液に浸される状態で収納配置されている。発電要素３は、箔状正極板と箔状負極板とからなる一対の電極板の夫々に活物質を塗布し、セパレータを挟んで巻回して構成されている。
発電要素３は、箔状正極板が側方に延出して集電体４に溶接され、箔状負極板がそれと反対側の側方に延出して集電体６に溶接されている。

金属製（具体的には、アルミニウム製）の蓋部２には、正極側の集電体４及びその集電体４に連なる正極の電極端子５と、負極側の集電体６及びその集電体６に連なる負極の電極端子７とが、樹脂製の支持部１０，１１に支持される状態で取り付けられている。
正極側の電極端子５及び負極側の電極端子７における電池筐体ＢＣの外側部分の端部には、端子ボルト８，９が取り付けられている。端子ボルト８，９は、夫々、頭部が支持部１０，１１に埋め込まれて、ねじ部８ａ，９ａが電極端子５，７に形成された孔を貫通して蓋部２の法線方向に突出する姿勢で取り付けられている。端子ボルト８，９は、電極端子５，７をいわゆるバスバー等の配線用部品にナットで接続固定して他の電池等との電気配線を行うためのものである。このような接続型式で電気配線を行うために電極端子５，７は板状部材にて構成している。

正極側の集電体４及び電極端子５と負極側の集電体６及び電極端子７とは、支持部１０，１１も含めて同一形状のものが蓋部２の長手方向中央に対して対称姿勢で配置されている関係にある。正極側と負極側とで構成する材質のみが異なる。具体的には、正極側の集電体４及び電極端子５の材質はアルミニウムであり、負極側の集電体６及び電極端子７は銅である。
従って、両者を代表して正極側の構成についてのみ説明する。

板状部材にて構成されている電極端子５と集電体４とは別部材にて構成されているのではなく、単一の板材（アルミニウム板）から一体形成されている。
単一の板材を所定の形状に打ち抜き加工あるいは所定の形状に切削加工した後、集電体４部分及び電極端子５部分を図１等に示す形状に折り曲げ加工している。
正極側の電極構造を断面図で示す図２によって更に詳細に説明すると、電極端子５における集電体４側寄りの箇所では、図２において矢印Ａで指し示す位置、矢印Ｂで指し示す位置及び矢印Ｃで指し示す位置において、屈曲方向が交互となる状態で、夫々略９０度屈曲させている。これによって、電極端子５には階段状の段差が形成されている。

このように一連に連なる状態で形成されている集電体４と電極端子５とは、集電体４が電池筐体ＢＣの内部に位置し、電極端子５が蓋部２を通過して電池筐体ＢＣの外部へと露出する位置関係となるので、電極端子５を取り付ける蓋部２には、電極端子５を挿通させるスリット状の孔２ａが形成されている。電極端子５は、この孔２ａを貫通して電池筐体ＢＣの外部に引き出されている。

蓋部２への電極端子５の取り付けは、いわゆる金属−樹脂接合によって行っている。
この金属−樹脂接合は、金属と樹脂とを強固に接合させる技術であり、例えば金属表面を表面処理して微少な凹部を形成し、その表面処理した金属を金型内に配置して樹脂を射出成形する。
具体的には、集電体４と電極端子５とを一体形成した部材、及び、蓋部２に対して上述の表面処理を施した後、電極端子５を蓋部２の孔２ａに通し、更に電極端子５の端部の孔に端子ボルト８のねじ部８ａを通して、金型中に図２で示す姿勢で配置する。
ここで使用する金型は、図１乃至図３で示す支持部１０の形状に樹脂が流れるように構成されている。
この金型で樹脂を射出成形することで、図２に示す構造の蓋部２の組品が出来上がる。
以上は、正極側の電極端子５等について説明したが、負極側の電極端子７等についても同時に作業を行う。

図２に示す蓋部２の組品では、集電体４の部分が缶体１の側面に沿って蓋部２側へと延びて電極端子５へと連なっている。電極端子５の部分では、電池筐体ＢＣに内部側において、図２において矢印Ａで指し示す位置で略９０度屈曲して蓋部２に沿う姿勢となり、更に矢印Ｂで指し示す位置において矢印Ａの位置とは逆向きに略９０度屈曲している。矢印Ｂで指し示す位置で屈曲した電極端子５は、電池筐体ＢＣの外部に向かって延びて蓋部２の孔２ａを通過する。
電極端子５は、孔２ａを通過した直後に矢印Ｃで示す位置において矢印Ｂの位置とは逆向きに略９０度屈曲して端子ボルト８の取り付け箇所に至る。

このように、電極端子５を矢印Ａで指し示す位置及び矢印Ｂで指し示す位置で略９０度屈曲する屈曲形状に形成することで、電極端子５の形状は、矢印Ａで指し示す位置から矢印Ｂで指し示す位置までの範囲で、蓋部２の近傍で蓋部２に沿う姿勢となっている。
電極端子５を支持する支持部１０を構成する樹脂は、上記の蓋部２に沿う姿勢となっている部分においては、電極端子５の周囲を覆う状態で電極端子５と蓋部２との間に存在している。従って、蓋部２と電極端子５とを面と面とが互いに対向する姿勢として、支持部１０の樹脂と蓋部２との間、及び、支持部１０の樹脂と電極端子５との間を金属−樹脂接合にて接合しているため、両者を強固に接合している。

電極端子５において蓋部２と沿う姿勢となる部分は電池筐体ＢＣの外部においても存在しており、電極端子５が略９０度屈曲している矢印Ｃで指し示す位置から電極端子５の電池筐体ＢＣ外部側端部に至るまでの部分も蓋部２と沿う姿勢となっている。この部分では、電極端子５と蓋部２との間に支持部１０を構成する樹脂だけでなく端子ボルト８の頭部８ｂも存在するが、電極端子５と蓋部２との間に支持部１０を構成する樹脂が存在して、支持部１０を構成する樹脂と電極端子５との間、及び、支持部１０を構成する樹脂と蓋部２との間が金属−樹脂接合により強固に接合され、電極端子５の安定的な支持に寄与している。

又、電極端子５における蓋部２の孔２ａを通過する（貫通する）部分でも、電極端子５と孔２ａとの間の空間に緻密に充填される状態で支持部１０を構成する樹脂が存在し、支持部１０の樹脂と電極端子５との間、及び、支持部１０の樹脂と蓋部２との間を金属−樹脂接合によって接合されて、気密が保持されていると共に、電極端子５と蓋部２との間の絶縁が確保されている。

更に、支持部１０は、端子ボルト８の頭部８ｂの周囲を取り囲んで、端子ボルト８とナットで配線用部品を電極端子５に接続固定する際の端子ボルト８の回転軸周りでの廻り止めをしている。但し、支持部１０の樹脂のみでは強い回転力が端子ボルト８に作用したときの廻り止め効果が必ずしも十分ではないが、電極端子５における矢印Ｂの位置から矢印Ｃの位置までの縦壁部分が存在することによって、強い回転力が端子ボルト８に作用した場合でも、前記縦壁部分と端子ボルト８の頭部８ｂとの間に存在する支持部１０の樹脂の変形を阻止し、電極端子５が端子ボルト８の廻り止めに寄与する。
換言すると、電極端子５を、端子ボルト８の頭部８ｂ近くの矢印Ｃで指し示す位置で略９０度の屈曲形状に形成してねじ部８ａのねじ込み方向に沿う縦壁部分を形成することで、バスバー等の配線用部品の取付けの際に頭部８ｂに作用する回転力を間接的に受止めさせている。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、電極端子５，７を屈曲形状に形成して、端子ボルト８，９の頭部に作用する回転力を間接的に受止めさせる場合を例示して説明しているが、図２と対応する図４に示すように、電極端子５，７を屈曲形状に形成して、端子ボルト８，９の頭部に作用する回転力を直接的に受止めさせるように構成しても良い。
図４においては、図２で示す各要素と対応する部分には同一符号を付している。
図４で示す構造では、矢印Ｃで指し示す位置の縦壁部分を端子ボルト８の頭部８ｂに当てつけて、頭部８ｂに作用する回転力を電極端子５で直接的に受止めさせている。
図４で示す構造では、更に、電極端子５の電池筐体ＢＣ外部側端部を更に延長させて端子ボルト８の頭部８ｂ側に屈曲させ（図４において矢印Ｄで指し示す位置）、端子ボルト８の頭部８ｂを電極端子５でコの字状に囲む形状として、配線用部品を取り付ける際に頭部８ｂに作用する回転力を直接的に受止めさせる構成としている。
端子ボルト８の頭部８ｂを電極端子５でコの字状に囲む形状として頭部８ｂに作用する回転力を受止めさせる構成とした場合でも、その回転力を電極端子５で直接的に受止めさせるのではなく、頭部８ｂに作用する回転力を支持部１０の樹脂を介して電極端子５が間接的に受止める構成としても良い。

（２）上記実施の形態では、本発明を非水電解液二次電池であるリチウムイオン電池に適用する場合を例示しているが、ニッケル水素電池等の各種の二次電池や、更には、一次電池にも適用することができる。

１ 缶体
２ 蓋部
２ａ 孔
３ 発電要素
４，６ 集電体
５，７ 電極端子
８，９ 端子ボルト
ＢＣ 電池筐体

Claims (3)

1. 略平板状の蓋部を有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池であって、
   前記電極端子は、前記電池筐体の内部側及び外部側の双方において、前記蓋部の近傍で前記蓋部に沿う姿勢となる部分を有するように屈曲形状とした板状部材にて構成され、
   前記電極端子と前記蓋部とは、前記電極端子における前記電池筐体の内部側で前記蓋部に沿う姿勢としてある部分、前記電極端子における前記電池筐体の外部側で前記蓋部に沿う姿勢としてある部分、及び、前記電極端子における前記蓋部を貫通する部分において、前記電極端子と前記蓋部との間に樹脂が存在する状態で金属−樹脂接合によって接合されて構成されている電池。
2. 前記電極端子と前記集電体とが一体形成されて構成されている請求項１記載の電池。
3. 前記電池筐体は、有底矩形筒状の缶体の開放面に長方形の前記蓋部を被せて、扁平な直方体形状に形成され、
   前記電極端子は、前記電池筐体内において、前記蓋部の短辺側端部と前記缶体との接続箇所に沿って略９０度屈曲形成されて構成されている請求項１又は２記載の電池。

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