JP6446239B2

JP6446239B2 - 二次電池

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Publication number: JP6446239B2
Application number: JP2014223282A
Authority: JP
Inventors: 博昭江川; 浩一梶原; 昭海野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016091720A

Description

本発明は、車載用途等に使用される二次電池に関する。

従来から、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両に搭載された電気モーター等に電力を供給する車載用電源又はその他の機器の電源として、二次電池が用いられている。このような二次電池として、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められている。リチウムイオン二次電池では、電池の内部のガスや電解液に対する密閉性が要求される。

例えば、電池の内部から発生するガス又は電解液の漏れを防止して密閉性を向上させるために、安全ベントと接触するガスケットの表面又はビードと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起又は陰刻溝が形成されたリチウムイオン二次電池が開示されている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池は、電極組立体と、電極組立体を受容する容器型缶と、中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突起部を備える安全ベントと、電流遮断手段と、電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップとを備えている。

また、特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池は、容器型缶の開口部を封止するキャップ組立体と、そのキャップ組立体と容器型缶との間に位置して気密を維持するガスケットとを含んでいる。そして、安全ベントと接触するガスケットの表面又はビードと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起又は陰刻溝が形成されている。これにより、特許文献１では、電池の内部から発生したガス又は電池の内部に注入された電解液の外部への漏れを防止することによって、電池の密閉性と安全性を向上させることができる、としている。

特開２００７−２７１０３号公報

特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池では、ガスケットの表面に陽刻突起が形成されている場合、陽刻突起が安全ベント又はビードから圧力を受けて変形する。しかし陽刻突起の変形後も、ガスケットの表面に陽刻突起が残存し、ガスケットの表面と安全ベントとの間に隙間が生じる虞がある。この場合、安全ベントとビードとの間で圧縮された後のガスケットの寸法が不均一になるだけでなく、ガスケットの表面が安全ベントと密着せず、陽刻突起のみで密閉性を確保することとなり、密閉性が低下する虞がある。また、ガスケットに陰刻溝を形成するだけでは、ガスケットの密閉性を向上させるのは困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ガスケットによる密閉性を向上させ、かつ、圧縮後のガスケットの寸法を均一にすることができる二次電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、電解液を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋の貫通孔を貫通する外部端子と、前記貫通孔の周囲に配置されるとともに前記外部端子と前記電池蓋との間で圧縮されて前記貫通孔を封止するガスケットとを備えた二次電池であって、前記外部端子と前記電池蓋は、それぞれ前記ガスケットの封止部に密着する密着部を有し、前記ガスケットは、少なくとも一方の前記密着部に向けて突出した状態から該密着部によって圧縮される圧縮部を有し、前記ガスケット又は前記密着部に、圧縮された前記圧縮部を受容する凹部が設けられていることを特徴とする。

本発明の二次電池は、ガスケットの圧縮部が外部端子と電池蓋の少なくとも一方の密着部に向けて突出した状態からその密着部によって圧縮される際に、圧縮によって変形する圧縮部を、ガスケットと密着部の少なくとも一方に設けられた凹部によって受容することができる。これにより、圧縮後のガスケットの寸法を均一にすることができるだけでなく、ガスケットの封止部を密着部に密着させて密閉性を確保するとともに、ガスケットの圧縮部を封止部よりも高い面圧で密着部に密着させ、ガスケットの密閉性を向上させることができる。したがって、本発明の二次電池によれば、ガスケットによる密閉性を向上させ、かつ、圧縮後のガスケットの寸法を均一にすることができる。

本発明の二次電池の実施形態１を示す外観斜視図。図１に示す二次電池の分解斜視図。図２に示す電極群の分解斜視図。図１に示す二次電池の外部端子近傍のかしめ固定前の拡大断面図。図１に示す二次電池の外部端子近傍のかしめ固定後の拡大断面図。図４Ａに示す圧縮前のガスケットの拡大断面図。図４Ｂに示す圧縮後のガスケットの拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態２を示す図５Ａに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態２を示す図５Ｂに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態３を示す図５Ａに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態３を示す図５Ｂに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態４を示す図５Ａに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態４を示す図５Ｂに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態５を示す図５Ａに相当する拡大断面図。本発明の二次電池の実施形態５を示す図５Ｂに相当する拡大断面図。

以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。

本実施形態の二次電池１００は、例えば、矩形箱形の電池容器１０を備える角形リチウムイオン二次電池である。電池容器１０は、有底角筒状の電池缶１１と、長方形板状の電池蓋１２とを有している。電池缶１１は、幅方向に沿う面積の大きい広側壁１１ａと、厚さ方向を短辺方向、幅方向を長辺方向とする長方形の底壁１１ｃと、厚さ方向に沿う面積の小さい狭側壁１１ｂと、上端部が開放されて形成された開口部１１ｄとを有している。電池缶１１及び電池蓋１２は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料によって製作されている。

電池蓋１２の長手方向の両端には、電池蓋１２の外面に、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂが設けられている。正極の外部端子２０Ａは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極の外部端子２０Ｂは、例えば、銅又は銅合金によって製作されている。以下、正極側と負極側を特に区別する必要がない場合には、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂを一括して外部端子２０と表記する。

電池蓋１２の貫通孔１２ａの周囲で、外部端子２０と電池蓋１２との間には、ガスケット２が配置されている。ガスケット２は、外部端子２０と電池蓋１２とを電気的に絶縁するとともに、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮されてこれらに密着し、電池蓋１２の貫通孔１２ａを封止している。詳細は後述するが、本実施形態の二次電池１００は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮されるガスケット２による電池蓋１２の貫通孔１２ａの封止構造に最大の特徴を有している。

電池蓋１２の外部端子２０の間には、ガス排出弁１３と注液口１４とが設けられている。ガス排出弁１３は、例えば、電池蓋１２を薄肉化して溝部１３ａを形成することによって設けられ、電池容器１０の内部の圧力が所定値を超えて上昇した時に開裂して内部のガスを放出することで、電池容器１０の内部の圧力を低下させる。注液口１４は、電池容器１０の内部に電解液を注入するのに用いられ、例えばレーザ溶接によって注液栓１５が溶接されて封止されている。

外部端子２０は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部２１を有している。溶接接合部２１は、概ね直方体形状を有するブロック状に形成され、下端面が電池蓋１２の上面に対向し、上端面が電池蓋１２の上面と平行になっている。溶接接合部２１の下端面には、電池蓋１２の上面に垂直な方向に延びる柱状の接続部２２が設けられている。

正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ、電池蓋１２の下面に対向して配置される矩形板状の基部３１と、基部３１の側端で折曲されて電池缶１１の広側壁１１ａに沿って底壁１１ｃに向かって延びる端子部３２とを有している。正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂは、それぞれの端子部３２が、例えば、超音波圧接又は抵抗溶接等によって後述する電極群４０の正負の電極４１，４２（図３参照）の箔露出部４１ｃ，４２ｃに接合されている。

これにより、正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂは、電極群４０と電気的に接続され、電極群４０を電池容器１０内部の所定位置に支持している。正極の集電板３０Ａは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極の集電板３０Ｂは、例えば銅又は銅合金によって製作されている。以下、正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂを特に区別する必要がない場合には、正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂを一括して集電板３０と表記する。

電池蓋１２と外部端子２０との間には、絶縁部材であるガスケット２が配置され、外部端子２０と電池蓋１２とが電気的に絶縁されている。電池蓋１２の内面すなわち下面と、電池缶１１に収容される集電板３０の基部３１との間には絶縁板３が配置され、電池蓋１２と集電板３０とが電気的に絶縁されている。ガスケット２及び絶縁板３は、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。

詳細は後述するが、外部端子２０、ガスケット２、絶縁板３及び集電板３０は、電池蓋１２にかしめ固定されている。具体的には、ガスケット２の貫通孔２ａ、電池蓋１２の貫通孔１２ａ、絶縁板３の貫通孔３ａ、及び集電板３０の基部３１の貫通孔３１ａに、外部端子２０の接続部２２を挿通させた後、接続部２２の先端を塑性変形させて拡径し、かしめ部２２ｃを形成する。これにより、外部端子２０、ガスケット２、絶縁板３及び集電板３０が電池蓋１２にかしめ固定される。

電極群４０は、正負の電極４１，４２（図３参照）の箔露出部４１ｃ，４２ｃを束ねて集電板３０の端子部３２に接合することで、集電板３０を介して電池蓋１２に固定されている。電極群４０は、例えば、ポリプロピレン等の合成樹脂製の絶縁保護フィルム４によって覆われて電池缶１１と電気的に絶縁され、電池缶１１の開口部１１ｄから電池缶１１内部に挿入されている。その後、例えば、レーザ溶接によって、電池蓋１２を電池缶１１の開口部１１ｄの全周に亘って溶接し、電池缶１１の開口部１１ｄを電池蓋１２によって封止することで、電池容器１０が形成される。

その後、電池蓋１２の注液口１４を介して電池容器１０の内部に非水電解液を注入して電池缶１１に非水電解液を収容し、例えば、レーザ溶接によって注液栓１５を注液口１４に接合して封止することで、電池容器１０が密閉されている。電池容器１０の内部に注入する非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

図３は、図２に示す電極群４０の一部を展開した分解斜視図である。

電極群４０は、セパレータ４３，４４を介在させて積層した正負の電極４１，４２を捲回軸Ｄに平行な軸芯の周りに捲回して扁平形状に成形した捲回電極群である。電極群４０は、電池缶１１の広側壁１１ａに対向して配置される平坦な一対の平面部４０ａと、電池蓋１２及び電池缶１１の底壁１１ｃに対向して配置される半円筒状の一対の湾曲部４０ｂを有している。セパレータ４３，４４は、正極電極４１と負極電極４２との間を絶縁すると共に、最外周に捲回された負極電極４２の外側にもセパレータ４４が捲回されている。セパレータ４３，４４は、例えば、多孔質のポリエチレン樹脂によって製作されている。

正極電極４１は、正極集電体である正極箔４１ａと、正極箔４１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層４１ｂとを有している。正極電極４１の幅方向の一側は、正極合剤層４１ｂが形成されず、正極箔４１ａが露出した箔露出部４１ｃとされている。正極電極４１は、箔露出部４１ｃが負極電極４２の箔露出部４２ｃと捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄの周りに捲回されている。

正極電極４１は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、幅方向の一側を除いて正極箔４１ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔４１ａとしては、例えば、厚さ約２０μｍのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔４１ａの厚みを含まない正極合剤層４１ｂの厚さは、例えば、約９０μｍである。

正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。

負極電極４２は、負極集電体である負極箔４２ａと、負極箔４２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層４２ｂとを有している。負極電極４２の幅方向の一側は、負極合剤層４２ｂが形成されず、負極箔４２ａが露出した箔露出部４２ｃとされている。負極電極４２は、その箔露出部４２ｃが正極電極４１の箔露出部４１ｃと捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄ周りに捲回されている。

負極電極４２は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向の一側を除く負極箔４２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔４２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍの銅箔を用いることができる。負極箔４２ａの厚みを含まない負極合剤層４２ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。

負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを、分散溶媒としてＮＭＰをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素に限定されず、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、又はそれらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。

なお、前記した正極及び負極の合剤層４１ｂ，４２ｂに用いる結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した結着材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体などを用いてもよい。

また、セパレータ４３，４４を介在させて正極電極４１及び負極電極４２を重ねて捲回する際の軸芯は、例えば、正極箔４１ａ、負極箔４２ａ、セパレータ４３，４４のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回したものを用いることができる。

電極群４０の捲回軸Ｄ方向において、負極電極４２の負極合剤層４２ｂの幅は、正極電極４１の正極合剤層４１ｂの幅よりも広くなっている。また、電極群４０の最内周と最外周には負極電極４２が捲回されている。これにより、正極合剤層４１ｂは、電極群４０の最内周から最外周まで負極合剤層４２ｂの間に挟まれている。

正極電極４１及び負極電極４２の箔露出部４１ｃ，４２ｃはそれぞれ電極群４０の平面部４０ａで束ねられ、例えば超音波圧接、抵抗溶接等によって、集電板３０の端子部３２に接合される。これにより、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂが、それぞれ正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂを介して、電極群４０を構成する正負の電極４１，４２とそれぞれ電気的に接続される。

なお、電極群４０の捲回軸Ｄ方向において、セパレータ４３，４４の幅は負極合剤層４２ｂの幅よりも広いが、正極電極４１及び負極電極４２の箔露出部４１ｃ，４２ｃは、それぞれセパレータ４３，４４の幅方向端部よりも幅方向外側に突出している。したがって、セパレータ４３，４４は、箔露出部４１ｃ，４２ｃを束ねて溶接する際の支障にはならない。

図４Ａ及び図４Ｂは、外部端子２０、ガスケット２、絶縁板３及び集電板３０が、電池蓋１２にかしめ固定される前後の状態を示す、電池蓋１２の長手方向に沿う拡大断面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに対応するガスケット２の封止部Ｓの拡大断面図である。

前述のように、外部端子２０、ガスケット２、絶縁板３及び集電板３０は、例えば、以下の手順で電池蓋１２にかしめ固定することができる。まず、図４Ａに示すように、外部端子２０の接続部２２を、ガスケット２の貫通孔２ａ、電池蓋１２の貫通孔１２ａ、絶縁板３の貫通孔３ａ、及び集電板３０の基部３１の貫通孔３１ａに挿通させる。

ここで、ガスケット２は、外部端子２０の溶接接合部２１と電池蓋１２との上面との間に配置される底部２ｂと、貫通孔１２ａの下方に延びて外部端子２０の接続部２２の外周面と電池蓋１２の貫通孔１２ａの内周面との間に配置される筒状部２ｃとを有している。また、ガスケット２は、底部２ｂの周囲に、外部端子２０の溶接接合部２１の上端の一部を除いて溶接接合部２１の側面を覆う側壁部２ｄを有している。これにより、外部端子２０と電池蓋１２との間にガスケット２が配置され、外部端子２０と電池蓋１２とがガスケット２によって電気的に絶縁される。

次に、外部端子２０の接続部２２の先端の円筒状の部分を塑性変形させて拡径し、図４Ｂに示すように、集電板３０の基部３１の下面、すなわち電池容器１０の内方側の面に接するかしめ部２２ｃを形成する。これにより、集電板３０の基部３１は、絶縁板３によって電池蓋１２に対して電気的に絶縁された状態で、外部端子２０の接続部２２に電気的に接続される。

また、外部端子２０の接続部２２は、基端側に径の大きい拡径部２２ａを有し、先端側に径の小さい縮径部２２ｂを有し、拡径部２２ａと縮径部２２ｂとの間に段差が形成されている。そのため、集電板３０の基部３１は、外部端子２０の接続部２２の段差とかしめ部２２ｃとの間で保持される。これにより、ガスケット２は、底部２ｂが外部端子２０の溶接接合部２１と電池蓋１２との間で所定の寸法に圧縮され、電池蓋１２の貫通孔１２ａを封止する。

ここで、ガスケット２は、底部２ｂの少なくとも一部が、電池蓋１２の貫通孔１２ａからの電解液やガスの漏れを防止する封止部Ｓとされている。また、外部端子２０と電池蓋１２は、ガスケット２の封止部Ｓに密着する密着部２１ａ，１２ｂを有している。本実施形態において、外部端子２０は、ガスケット２の底部２ｂに対向する溶接接合部２１の下面の少なくとも一部に密着部２１ａを有している。また、電池蓋１２は、ガスケット２の底部２ｂに対向する上面の一部に密着部１２ｂを有している。外部端子２０の密着部２１ａ及び電池蓋１２の密着部１２ｂは、それぞれ、電池蓋１２の外側で、電池蓋１２の貫通孔１２ａの径方向外側に、貫通孔１２ａを囲む環状に設けられている。

ガスケット２は、圧縮前の状態において、封止部Ｓの外部端子２０側に、突起状の圧縮部２ｆを有している。圧縮部２ｆは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出した状態から、その密着部２１ａによって圧縮される部分である。また、本実施形態のガスケット２は、圧縮前の状態で、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２ｅが、封止部Ｓの外部端子２０側に圧縮部２ｆに隣接して設けられている。

図５Ａに示すように、ガスケット２の圧縮前の状態で、圧縮部２ｆは、封止部Ｓの他の部分よりも、外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出している。すなわち、外部端子２０の密着部２１ａに対向する圧縮部２ｆの端面Ｆ２は、圧縮部２ｆ及び凹部２ｅが形成されていない封止部Ｓの基準面Ｆ１や、凹部２ｅの底面Ｆ３よりも、外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出している。

図５Ｂに示すように、ガスケット２の圧縮後の状態で、圧縮部２ｆは、外部端子２０と電池蓋１２の間で圧縮されて弾性変形し、外部端子２０の密着部２１ａに沿う方向の寸法が拡大し、圧縮部２ｆの端面Ｆ２が外部端子２０の密着部２１ａに所定の面圧で密着している。また、凹部２ｅは、弾性変形した圧縮部２ｆを受容することで小さくなるか又は消滅する。また、ガスケット２が密着部２１ａで圧縮されて弾性変形することで、ガスケット２の封止部Ｓの基準面Ｆ１は、外部端子２０の密着部２１ａに所定の面圧で密着している。なお、ガスケット２は、圧縮によって一部が塑性流動して部分的に塑性変形してもよい。

ここで、ガスケット２は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、圧縮部２ｆの弾性変形量が、封止部Ｓの他の部分の弾性変形量よりも多くなる。そのため、ガスケット２は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧が、封止部Ｓの他の部分、すなわち基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧よりも高くなる。

また、ガスケット２は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、凹部２ｅが変形した圧縮部２ｆを受容することで消滅し、凹部２ｅの底面であった面Ｆ３の一部又は全部と外部端子２０の密着部２１ａとが密着することが考えられる。この場合、凹部２ｅの底面であった面Ｆ３と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧は、封止部Ｓの基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧よりも低くなる。また、ガスケット２の電池蓋１２に対向する封止部Ｓの基準面Ｆ１と、電池蓋１２の密着部１２ｂとの接触面圧は、ガスケット２の反対側の面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の接触面圧に応じて変化し、反対側に圧縮部２ｆを有する部分で最大となる。

また、本実施形態において、ガスケット２の圧縮部２ｆは、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して垂直に突出する矩形の断面形状を有し、先端の角部Ｃ１が丸みを帯びている。また、ガスケット２の凹部２ｅは、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面２ｇを有している。

以下、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。

本実施形態の二次電池１００は、前述のように、正負の電極４１，４２を捲回した電極群４０と、電極群４０及び電解液を収容する電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ｄを封止する電池蓋１２と、電池蓋１２の貫通孔１２ａを貫通して正負の集電板３０Ａ，３０Ｂを介して正負の電極４１，４２に電気的に接続される正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂとを備えている。また、二次電池１００は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮されて電池蓋１２の貫通孔１２ａを封止するガスケット２を備えている。

このような構成を有する二次電池１００は、例えば、外部端子２０の溶接接合部２１の上面にバスバーが溶接され、複数の二次電池１００を直列に接続した組電池として用いられる。二次電池１００は、例えば、発電機等の電力供給源から供給された電力を、外部端子２０及び集電板３０を介して電極群４０に蓄積することで充電される。また、二次電池１００は、電極群４０に蓄積した電力を、集電板３０及び外部端子２０を介して、例えば、モーター等の電力を消費する装置に供給する。

ここで、外部端子２０と電池蓋１２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ガスケット２の封止部Ｓの表裏に密着する密着部２１ａ，１２ｂを有している。これにより、ガスケット２の封止部Ｓが、外部端子２０の密着部２１ａと電池蓋１２の密着部１２ｂに密着し、電池蓋１２の外側で貫通孔１２ａの周囲を液密かつ気密に封止して、電池容器１０内の電解液やガスが外部に漏洩するのを防止できる。

さらに、本実施形態のガスケット２は、封止部Ｓの外部端子２０側に、外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出した状態から、その密着部２１ａによって圧縮される圧縮部２ｆを有している。これにより、圧縮部２ｆにおけるガスケット２の弾性変形量を増加させ、圧縮部２ｆの端面Ｆ２を外部端子２０の密着部２１ａに対してより強い面圧で密着させることができる。したがって、圧縮部２ｆを有しない場合と比較して、ガスケット２の密閉性を向上させることができる。

加えて、本実施形態のガスケット２には、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２ｅが設けられている。これにより、ガスケット２の圧縮部２ｆの端面Ｆ２が封止部Ｓの基準面Ｆ１と同じ高さになるまで圧縮部２ｆを圧縮しつつ、変形後の圧縮部２ｆを凹部２ｅ内の空間に受容し、基準面Ｆ１を外部端子２０の密着部２１ａに密着させることができる。したがって、圧縮後のガスケット２の寸法を均一にすることができ、ガスケット２の密閉性が低下するのを防止できる。また、ガスケット２に凹部２ｅを設けることで、外部端子２０及び電池蓋１２に特別な加工をする必要がなく、製造工程を容易にして生産性の低下を防止できる。

これに対し、ガスケット２が、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２ｅを有しない場合には、変形後の圧縮部２ｆを受容する空間がないため、ガスケット２の圧縮部２ｆの端面Ｆ２と封止部Ｓの基準面Ｆ１とを同じ高さにするのが困難であり、圧縮後のガスケット２の寸法が安定しない。この場合、ガスケット２の封止部Ｓの基準面Ｆ１と、外部端子２０の密着部２１ａとの間に隙間が生じ、ガスケット２の密閉性が低下することになる。

また、本実施形態のガスケット２は、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧が、封止部Ｓの基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧よりも高い。これにより、ガスケット２は、圧縮部２ｆが形成された部分において、より高い密閉性を得ることができる。

また、ガスケット２の圧縮部２ｆは、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して垂直に突出する矩形の断面形状を有している。これにより、圧縮部２ｆの端面Ｆ２の面積を確保するとともに、圧縮部２ｆを圧縮しやすくすることができる。また、ガスケット２の凹部２ｅは、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面２ｇを有している。これにより、凹部２ｅ内の傾斜面２ｇを外部端子２０の密着部２１ａに密着させ、封止部Ｓのリークパスを長くすることができる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池１００によれば、ガスケット２による電池蓋１２の貫通孔１２ａの密閉性を向上させ、かつ、圧縮後のガスケット２の寸法を均一にすることができる。

なお、本実施形態では、ガスケット２が、封止部Ｓの外部端子２０側に、外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出した状態からその密着部２１ａによって圧縮される圧縮部２ｆと、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２ｅを有する場合について説明した。しかし、二次電池１００は、ガスケット２が、外部端子２０側の圧縮部２ｆ及び凹部２ｅに替えて、又は、外部端子２０側の圧縮部２ｆ及び凹部２ｅとともに、以下の構成を有してもよい。すなわち、ガスケット２は、封止部Ｓの電池蓋１２側に、電池蓋１２の密着部１２ｂに向けて突出した状態からその密着部１２ｂによって圧縮される圧縮部と、圧縮された圧縮部を受容する凹部とを有してもよい。この場合にも、本実施形態の二次電池１００と同様の効果を得ることができる。

（実施形態２）
以下、本発明の二次電池の実施形態２について、図１から図４Ｂまでを援用し、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、前述の実施形態１で説明した図５Ａ及び図５Ｂに対応する本実施形態の二次電池の拡大断面図である。

本実施形態の二次電池は、ガスケット２Ａが凹部２ｅを有しておらず、外部端子２０の密着部２１ａに、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２１ｂが設けられている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と同一であるので、同一の部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

ガスケット２Ａの圧縮部２ｆは、電池蓋１２の貫通孔１２ａを囲むように環状に設けられ、矩形状の断面形状を有している。外部端子２０の密着部２１ａに設けられた凹部２１ｂは、電池蓋１２の貫通孔１２ａを囲むように環状に設けられ、底部の幅よりも開口部の幅が広い台形状の断面形状を有し、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面２１ｃを有している。

圧縮部２ｆの幅は、凹部２１ｂの底部の幅よりも広く、凹部２１ｂの開口部の幅よりも狭い。そのため、圧縮部２ｆは、図６Ａに示すガスケット２Ａの圧縮前の状態で、矩形状の断面形状の丸みを帯びた角部Ｃ１が、外部端子２０の密着部２１ａに設けられた凹部２１ｂの傾斜面２１ｃに当接している。また、圧縮部２ｆは、図６Ｂに示すガスケット２Ａの圧縮後の状態で、先端部が幅方向及び高さ方向に圧縮されて凹部２１ｂに受容され、凹部２１ｂの傾斜面２１ｃに密着している。ガスケット２の圧縮後の寸法を安定させるために、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と凹部２１ｂの底面との間には、僅かに隙間が形成されていることが好ましい。

また、本実施形態のガスケット２Ａは、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、圧縮部２ｆの角部Ｃ１と外部端子２０の密着部２１ａに設けられた凹部２１ｂの傾斜面２１ｃとの接触面圧が、封止部Ｓの他の部分すなわち基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧よりも高い。

以下、本実施形態の二次電池の作用について説明する。

本実施形態の二次電池が備えるガスケット２Ａは、封止部Ｓの外部端子２０側に、その封止部Ｓに対向する外部端子２０の密着部２１ａに向けて突出した状態からその密着部２１ａによって圧縮される圧縮部２ｆを有している。また、本実施形態の外部端子２０は、溶接接合部２１の密着部２１ａに、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部２１ｂが設けられている。

これにより、圧縮部２ｆの角部Ｃ１を封止部Ｓの他の部分よりも圧縮しつつ、ガスケット２Ａの封止部Ｓの表裏の基準面Ｆ１を、それぞれ外部端子２０の密着部２１ａと電池蓋１２の密着部１２ｂに密着させることができる。また、ガスケット２Ａが凹部を有しないので、ガスケット２Ａの封止部Ｓの基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面積を増加させ、リークパスを長くすることができる。したがって、実施形態１の二次電池１００と同様に、電池蓋１２の外側で貫通孔１２ａの周囲を液密かつ気密に封止して、電池缶１１内の電解液やガスが外部に漏洩するのを防止できる。

また、圧縮されて変形した圧縮部２ｆが外部端子２０の密着部２１ａに設けられた凹部２１ｂに受容されることで、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と封止部Ｓの基準面Ｆ１とが同じ高さになるまで圧縮部２ｆを圧縮することなく、基準面Ｆ１を外部端子２０の密着部２１ａに密着させることができる。したがって、圧縮後のガスケット２Ａの寸法を均一にすることができ、ガスケット２Ａの密閉性が低下するのを防止できる。

また、圧縮部２ｆの角部Ｃ１と外部端子２０の密着部２１ａに設けられた凹部２１ｂの傾斜面２１ｃとの接触面圧が、封止部Ｓの他の部分と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面圧よりも高い。これにより、ガスケット２Ａは、圧縮部２ｆが形成された部分において、より高い密閉性を得ることができる。また、外部端子２０の凹部２１ｂは、ガスケット２Ａの封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面２１ｃを有している。これにより、外部端子２０の密着部２１ａに鍛造によって凹部２１ｂを容易に形成することができる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池によれば、ガスケット２Ａによる電池蓋１２の貫通孔１２ａの密閉性を向上させ、かつ、圧縮後のガスケット２Ａの寸法を均一にすることができる。

（実施形態３）
以下、本発明の二次電池の実施形態３について、図１から図４Ｂまでを援用し、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、前述の実施形態１で説明した図５Ａ及び図５Ｂに対応する本実施形態の二次電池の拡大断面図である。

本実施形態の二次電池は、ガスケット２Ｂが凹部２ｅを有しておらず、電池蓋１２の密着部１２ｂに、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部１２ｃが設けられている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と同一であるので、同一の部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

ガスケット２Ｂの圧縮部２ｆは、電池蓋１２の貫通孔１２ａを囲むように環状に設けられ、矩形状の断面形状を有している。電池蓋１２の密着部１２ｂに設けられた凹部１２ｃは、電池蓋１２の貫通孔１２ａを囲むように環状に設けられ、底部の幅よりも開口部の幅が広い台形状の断面形状を有し、封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面１２ｄを有している。

圧縮部２ｆの幅は、凹部１２ｃの底部の幅よりも広く、凹部１２ｃの開口部の幅よりも狭い。そのため、圧縮部２ｆは、図７Ａに示すガスケット２Ｂの圧縮前の状態で、矩形状の断面形状の丸みを帯びた角部Ｃ１が、電池蓋１２の密着部１２ｂに設けられた凹部１２ｃの傾斜面１２ｄに当接している。また、圧縮部２ｆは、図７Ｂに示すガスケット２Ｂの圧縮後の状態で、先端部が幅方向及び高さ方向に圧縮されて凹部１２ｃに受容され、凹部１２ｃの傾斜面１２ｄに密着している。ガスケット２の圧縮後の寸法を安定させるために、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と凹部１２ｃの底面との間には、僅かに隙間が形成されていることが好ましい。

また、本実施形態のガスケット２Ｂは、外部端子２０と電池蓋１２との間で圧縮された状態で、圧縮部２ｆの角部Ｃ１と電池蓋１２の密着部１２ｂに設けられた凹部１２ｃの傾斜面１２ｄとの接触面圧が、封止部Ｓの他の部分と電池蓋１２の密着部１２ｂとの接触面圧よりも高い。

以下、本実施形態の二次電池の作用について説明する。

本実施形態のガスケット２Ｂは、封止部Ｓの電池蓋１２側に、電池蓋１２の密着部１２ｂに向けて突出した状態からその密着部１２ｂによって圧縮される圧縮部２ｆを有している。また、本実施形態の電池蓋１２は、密着部１２ｂに、圧縮された圧縮部２ｆを受容する凹部１２ｃが設けられている。

これにより、圧縮部２ｆの角部Ｃ１を封止部Ｓの他の部分よりも圧縮しつつ、ガスケット２Ｂの封止部Ｓの表裏の基準面Ｆ１を、それぞれ外部端子２０の密着部２１ａと電池蓋１２の密着部１２ｂに密着させることができる。また、ガスケット２Ｂが凹部を有しないので、ガスケット２Ｂの封止部Ｓの基準面Ｆ１と外部端子２０の密着部２１ａとの接触面積を増加させ、リークパスを長くすることができる。したがって、実施形態１の二次電池１００と同様に、電池蓋１２の外側で貫通孔１２ａの周囲を液密かつ気密に封止して、電池缶１１内の電解液やガスが外部に漏洩するのを防止できる。

また、圧縮されて変形する圧縮部２ｆを電池蓋１２の密着部１２ｂに設けられた凹部１２ｃに受容することで、圧縮部２ｆの端面Ｆ２と封止部Ｓの基準面Ｆ１とが同じ高さになるまで圧縮部２ｆを圧縮することなく、基準面Ｆ１を電池蓋１２の密着部１２ｂに密着させることができる。したがって、圧縮後のガスケット２Ｂの寸法を均一にすることができ、ガスケット２Ｂの密閉性が低下するのを防止できる。

また、圧縮部２ｆの角部Ｃ１と電池蓋１２の密着部１２ｂに設けられた凹部１２ｃの傾斜面１２ｄとの接触面圧が、封止部Ｓの他の部分と電池蓋１２の密着部１２ｂとの接触面圧よりも高い。これにより、ガスケット２Ｂは、圧縮部２ｆが形成された部分において、より高い密閉性を得ることができる。また、電池蓋１２の凹部１２ｃは、ガスケット２Ｂの封止部Ｓの表面、すなわち基準面Ｆ１に対して傾斜する傾斜面１２ｄを有している。これにより、電池蓋１２の密着部１２ｂに鍛造によって凹部１２ｃを容易に形成することができる。また、電池蓋１２にガス排出弁１３を形成する鍛造工程と同時に凹部１２ｃを形成することで、生産性が低下するのを防止できる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池によれば、ガスケット２Ｂによる電池蓋１２の貫通孔１２ａの密閉性を向上させ、かつ、圧縮後のガスケット２Ｂの寸法を均一にすることができる。

（実施形態４）
以下、本発明の二次電池の実施形態４について、図１から図４Ｂまでを援用し、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、前述の実施形態１で説明した図５Ａ及び図５Ｂに対応する本実施形態の二次電池の拡大断面図である。

本実施形態の二次電池は、ガスケット２Ｃが封止部Ｓに複数の圧縮部２ｆを有し、圧縮部２ｆの間に凹部２ｅが設けられている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と同一であるので、同一の部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１の二次電池と同様の効果が得られるだけでなく、ガスケット２Ｃが複数の圧縮部２ｆを有することで、より高い密閉性を得ることができる。なお、ガスケット２Ｃが有する圧縮部２ｆの数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

（実施形態５）
以下、本発明の二次電池の実施形態５について、図１から図４Ｂまでを援用し、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、前述の実施形態１で説明した図５Ａ及び図５Ｂに対応する本実施形態の二次電池の拡大断面図である。

本実施形態の二次電池は、ガスケット２Ｄが、封止部Ｓの外部端子２０側と電池蓋１２側の圧縮方向に重ならない位置にそれぞれ圧縮部２ｆを有し、外部端子２０の密着部２１ａと電池蓋１２の密着部１２ｂにそれぞれ凹部２１ｂ，１２ｃが設けられている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と同一であるので、同一の部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態２及び３の二次電池と同様の効果が得られるだけでなく、ガスケット２Ｄが、封止部Ｓの表裏の双方に圧縮部２ｆを有することで、より高い密閉性を得ることができる。なお、ガスケット２Ｄが有する圧縮部２ｆの数とそれに対応する凹部２１ｂ，１２ｃの数は、３つ以上であってもよい。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

２，２Ａ−２Ｄガスケット、２ｅ凹部、２ｆ圧縮部、２ｇ傾斜面、１１電池缶、１１ｄ開口部、１２電池蓋、１２ａ貫通孔、１２ｂ密着部、１２ｃ凹部、１２ｄ傾斜面、２０外部端子、２０Ａ正極外部端子、２０Ｂ負極外部端子、２１ａ密着部、２１ｂ凹部、２１ｃ傾斜面、１００二次電池、Ｆ１基準面（封止部の表面）、Ｓ封止部

Claims

電解液を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋の貫通孔を貫通する外部端子と、前記貫通孔の周囲に配置されるとともに前記外部端子と前記電池蓋との間で圧縮されて前記貫通孔を封止するガスケットとを備えた二次電池であって、
前記外部端子と前記電池蓋は、それぞれ前記ガスケットの封止部に密着する密着部を有し、
前記ガスケットは、少なくとも一方の前記密着部に向けて突出した状態から該密着部によって圧縮される圧縮部を有し、
前記密着部に、圧縮された前記圧縮部を受容する凹部が設けられ、
前記凹部は、前記封止部の表面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記圧縮部は、前記封止部の表面に対して垂直に突出する矩形の断面形状を有し、前記ガスケットの圧縮前の状態で前記矩形の断面形状の角部が前記凹部の前記傾斜面に当接し、前記ガスケットの圧縮後の状態で先端部が幅方向および高さ方向に圧縮されて前記凹部に受容され前記傾斜面に密着していることを特徴とする二次電池。
前記ガスケットは、前記外部端子と前記電池蓋との間で圧縮された状態で、前記圧縮部と前記密着部との接触面圧が、前記封止部と前記密着部との接触面圧よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記圧縮部の端面と前記凹部の底面との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記ガスケットは、前記外部端子の前記密着部に向けて突出した状態から該密着部によって圧縮される圧縮部を有し、
前記凹部は、前記外部端子の前記密着部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記ガスケットは、前記電池蓋の前記密着部に向けて突出した状態から該密着部によって圧縮される圧縮部を有し、
前記凹部は、前記電池蓋の前記密着部に設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記ガスケットは、複数の前記圧縮部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の二次電池。
前記圧縮部の幅は、前記ガスケットの圧縮前の状態で、前記凹部の底部の幅よりも広く、前記凹部の開口部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。