JP5053036B2

JP5053036B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP5053036B2
Application number: JP2007277278A
Authority: JP
Inventors: 邦年睦月; 與平清水
Original assignee: Mutsuki Electric KK
Current assignee: Mutsuki Electric KK
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009104971A

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの密閉型電池に係り、特に、電池ケースの封口構成に関する。

近年、携帯電話、小型コンピュータなどの機器については、軽量化や高機能化の開発が進んでおり、これにともなって駆動電源であるニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの繰り返し充電可能な二次電池に対しても多くの研究がなされている。

一般的なリチウムイオン電池の構成は、例えば、特許文献１に記載されている図７に示すように、正極電極と負極電極とをセパレータで隔離し、これらをロール状に巻回して形成して一側に電極タブ（38）を設けた極板組立体（33）を角筒状の金属性の電池ケース（32）に収容し、電池ケース（32）の上段開口を前記電極タブ（38）とは極性の異なる電極を構成するキャッププレート（以下、封口板（39）という。）で溶接により封口しているものであって、封口板（39）に形成された孔（45）には、電気絶縁物であるガスケット（44）および絶縁体（40）を介して電極ピン（42）を挿通し、前記電極タブ（38）に電気的に連結していた。

そして、特許文献２には、前記と同様の封口板（59）と電池ケース（52）がレーザー溶接などによって接合される際に、溶接熱による温度上昇で、封口板（59）の上面より上方に突出している外部絶縁物（64）が熱的に損傷し、変形などによって封口不良を生じることが従来例として示されており、これを防いで封口特性を良好にするため、図８に示すように、電極端子（62）と封口板（59）との間に設けた外部絶縁板（64）を、封口板（59）の上面より上部には突出させない位置に装着することで溶接時の熱影響を受けないようにした構成が記載されている。
特開２００３−１５１５１４号公報特開２００２−３６７５７７号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の構成においても、封口板（59）の透孔（65）と電極端子（62）に対して、外部絶縁物（64）および絶縁板（60）は、嵌めのみによって固着されていることから、電極端子（62）と外部絶縁物（64）や絶縁板（60）との隙間、あるいは各絶縁物（60）（64）と封口板（59）の透孔（65）との隙間を浸透して電解液が外部に漏洩する可能性がまれにあった。この電解液の漏洩は、電池としての機能をなくすだけでなく、その電池を駆動電源としている、例えば、携帯電話の電気回路などの本体機能までも損なう影響があり、さらにその周辺までも汚染される弊害を生じるものである。

本発明は上記の点を考慮してなされたもので、電池ケースの開口を封口する封口板と、この封口板の透孔を貫通する電極端子と、これら封口板と電極端子との間に介在させた電気的絶縁物とのそれぞれの間隙を封止して、電解液の液漏れを確実に防止するようにした密閉型電池を提供することを目的とする。

本発明の密閉型電池は、一方の電極をなす導電体からなる封口板と、他方の電極端子である電極ピンと、熱溶着性のある合成樹脂で形成した絶縁板と、導電性の端子リベットを備え、電池ケースの一端開口を前記封口板で封止し、前記絶縁板を前記封口板より前記電池ケース内側に配するとともに、前記封口板に重ねてなり、前記絶縁板の電池ケース内側の面に前記端子リベットを重ねて配し、前記電極ピンを前記電池ケースの内側から前記端子リベットと前記絶縁板と前記封口板を貫通して外部に突出させ、前記電極ピンの前記電池ケースの内部の先端を前記端子リベットに重ね、前記電極ピンの前記電池ケースの外部の先端を加圧し、前記端子リベットと前記電極ピンとを電気的に接続するとともに前記封口板と前記電極ピンとを電気的に絶縁し、前記封口板と前記絶縁板、前記絶縁板と前記端子リベット、及び前記端子リベットと前記電極ピンの各当接面を前記電極ピンを取り囲んで環状に加熱接合したことを特徴とするものである。

この発明によれば、封口板や絶縁部材における電極端子の挿通部近傍からの電解液の漏れを確実に防止することができる角形二次電池や円筒型電池などの密閉型電池を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１に要部の縦断面図を示す密閉型電池であるリチウムイオン二次電池（１）は、扁平な角筒状のアルミニウム材で形成された電池ケース（２）と、この電池ケース（２）の内部に収納されているセパレータ（４）で仕切った正極の第１の電極板（５）と負極の第２の電極板（６）とを巻装した電極組立体（３）と、前記電池ケース（２）の上端開口を閉塞する封口板ブロック（７）とから構成されている。

前記電極組立体（３）の各電極板層の隙間には電解液が封入されており、充電と放電が繰り返されるとこの電解液を介してリチウムイオンが前記電極板（５）（６）の正極と負極との間を移動するものであって、電池ケース（２）の上端開口から電極組立体（３）を内部に挿入した後、前記開口を封口板ブロック（７）で封止するものである。

封口板ブロック（７）は、電池ケース（２）の上面開口を閉塞するように扁平でほぼ長方形状をなす良導電体のアルミニウムから形成された負極をなす封口板（９）と、この封口板（９）のケース内側に前記封口板（９）の底面をほぼ覆うように設けられたポリプロピレンなどの熱溶着性のある合成樹脂で形成した絶縁板（10）と、この絶縁板（10）のケース内側の底面に沿うように密着して設けられ、前記電極組立体（３）のタブ（８）に電気的に接続される導電性の板体からなる端子リベット（11）と、この端子リベット（11）と一体的に導電関係に嵌められ、前記絶縁板（10）および封口板（９）を貫通して電池ケース（２）の外部に突出する電極ピン（12）と、この電極ピン（12）の外部先端に一体的に嵌められた正極端子（13）と、前記電極ピン（12）および正極端子（13）と負極である封口板（９）との間にこれらを電気絶縁するために皿状に形成して介在させたフッ素樹脂性のガスケット（14）から構成されている。

前記封口板（９）には、前記電極ピン（12）が挿通する透孔（15）をその表面のほぼ中央部に穿設し、さらに、電解液を注入するための通路である注入口（16）や、内圧が上昇して一定の圧力以上に達すると内部のガスが放出されるようにした安全ベント（17）を設けており、前記各部材から構成した封口板ブロック（７）を電池ケース（２）の開口部の内面側に嵌入してその外周縁の当接部をレーザー溶接（18）により接合して密閉するものである。なお、前記電解液注入口（16）は、キャップ（19）を圧入することで密閉されている。

封口板ブロック（７）における前記電極ピン（12）と端子リベット（11）とは、図２に示すように、電極ピン（12）を端子リベット（11）の透孔に貫通させて下端のヘッダー部を固着し、前記正極端子（13）と電極ピン（12）とは、正極端子（13）の透孔を貫通させた電極ピン（12）の上端部を嵌めることで固着され、さらに、封口板（９）を介して絶縁板（10）やガスケット（14）も嵌めにより固定されている。

そのため、前記電極ピン（12）の下端部と端子リベット（11）との隙間から実線で示す矢印のように浸入した電池ケース（２）内部の電解液は、電極ピン（12）と絶縁板（10）との隙間に浸透し、破線（ａ）で示すように、封口板（９）の透孔（15）とガスケット（14）との隙間、あるいは、破線（ｂ）のように、正極端子（13）とガスケット（14）や、破線（ｃ）のように、電極ピン（12）と正極端子（13）との隙間から外部に漏出する可能性があるものであり、この液漏れを防止するため、電極ピン（12）の頭部と端子リベット（11）との接触部を環状にレーザー溶接することで封止部（20）を形成し隙間を封止している。

したがって、上記構成にすれば、少なくとも端子リベット（11）と電極ピン（12）との隙間から電解液が浸入することを未然に防止でき、電極ピン（12）を経由して外部に液漏れすることを防ぐことができる。なお、本部分の構成については、端子リベット（11）と電極ピン（12）とを一体化形状にすれば溶接する必要をなくすことができる。

また、前記図２と同一部分に同一符号を附した図３に示すように、前記電極ピン（12）の頭部と端子リベット（11）との接触部をレーザー溶接による封止部（20）で封止しても、前記端子リベット（11）の端縁部と絶縁板（10）との間からも実線で示す矢印のように、電解液が浸入する怖れがある。

上記による前記端子リベット（11）と絶縁板（10）との間隙から電極ピン（12）部分への電解液の浸透を遮断し、前記と同様の各矢印（ａ）（ｂ）（ｃ）部位からの液漏れを防ぐために、電極ピン（12）を中心として環状に端子リベット（11）と絶縁板（10）との上下の当接面をレーザー照射、あるいは、電磁誘導加熱により摩擦溶融し瞬時に加熱し接合させて、封止部（21）を形成している。

上記接合構成における封止部（21）によって、万一、端子リベット（11）の端縁部と絶縁板（10）との隙間から電解液が浸入したとしても、これが電極ピン（12）部分にまで至ることを阻止できるものであり、電解液が電極ピン（12）と絶縁板（10）との隙間やガスケット（14）との隙間、さらには、ガスケット（14）と封口板（９）の透孔（15）、あるいは正極端子（13）などとの隙間に浸透し、外部に漏出することを防止することができる。

そしてまた、前記と同様に、封口板（９）と絶縁板（10）の端縁部との間から実線で示す矢印のように浸入する電解液についても、前記同様に符号を附した図４に示すように、封口板ブロック（７）における電極ピン（12）を中心にして、環状にこれら各部材の当接面をレーザー照射、あるいは、電磁誘導加熱により摩擦溶融して瞬時に接合し、封止部（22）を設けるようにすれば、封口板（９）の透孔（15）と絶縁板（10）やガスケット（14）との隙間、あるいは、ガスケット（14）と正極端子（13）、または、電極ピン（12）と正極端子（13）との隙間にまで浸透することを阻止でき、前記と同様の各矢印（ａ）（ｂ）（ｃ）部位から外部に液漏れすることを確実に防ぐことができるものである。

合成樹脂は、基本的にその樹脂が有する融点以上の温度になれば溶融するが、瞬時に接合するためには、７００〜９５０℃に加熱する必要があるため、上記のようにレーザー照射や電磁誘導加熱により、局部的に絶縁板（10）を形成している合成樹脂を液状化することで金属部材である封口板（９）や端子リベット（11）との接合をおこなうものである。

このとき、少なくとも加熱溶融する絶縁板（10）に、融点が１９０℃以上であるフッ素樹脂を使用することで、レーザーを使用せずとも、電磁誘導加熱により封口板（９）や端子リベット（11）と接合できるものであり、また、前記フッ素樹脂を絶縁板（10）やガスケット（14）などの部材に適用すれば、融点が高いことから、電池ケース（２）と封口板ブロック（７）とのレーザー溶接時における熱に対しても影響を少なくすることができ、樹脂変形を抑制して液漏れを防止することができる効果がある。

前記絶縁板（10）やガスケット（14）に使用する合成樹脂としては、前述の樹脂のほか、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、および前記各合成樹脂の複合体も使用可能である。また、封口板（９）に使用する金属としては、前述したアルミニウムのほか、ステンレス、ニッケルおよびその合金、スズおよびその合金を使用することができる。

上記構成において、封口板（９）と絶縁板（10）およびガスケット（14）をあらかじめ一体に成形しておけば、各部材間の間隙がなくなるので、液漏れの発生をより抑えることができるものである。その後、これもあらかじめ一体化した端子リベット（11）と電極ピン（12）とを封口板（９）の透孔（15）に挿通し、次に、電極ピン（12）の上部に正極端子（13）を嵌挿し、ヘッダー加工により加圧して嵌め固定するようにすれば、封口板ブロック（７）として、さらに強固に一体化することができるものであり、このように形成することで、レーザー照射や電磁誘導加熱処理により接合する場合もより効率よく実施できる利点がある。

なお、前記封口板（９）と絶縁板（10）およびガスケット（14）との一体成形品は、例えば、図５に示すように、あらかじめ金型（23）（24）間に封口板（９）を装着した後、金型（23）（24）を閉じて絶縁板（10）とガスケット（14）とを形成する空間部（25）に樹脂材料を注入し充填することで、図６に示すように、封口板（９）に対して前記絶縁板（10）とガスケット（14）部分とからなる絶縁部分（10´）が一体化された成形品を容易に得ることができる。

本発明による密閉型電池（１）の封口板ブロック（７）は、以上のように構成されており、電池ケース（２）内に収容されている電極組立体（３）部分からの電解液は、電極ピン（12）を中心として上下部材間を環状に接合した封止部（20）（21）（22）によって、電極ピン（12）の周囲部を経由しての外方への通路が封止されるので、万一、電極ピン（12）や端子リベット（11）、あるいは絶縁板（10）や封口板（９）との各々の隙間に電解液が浸入しても浸透することがなく、封口板ブロック（７）の内部を浸透して外部に液漏れすることを確実に防止することができる。また、同時に、外部から電池ケース（２）内への水分や空気の浸入をも確実に防ぐ効果を有するものである。

なお、上記については、１実施例としてリチウムイオン二次電池について説明したが、これに限るものではなく、ニッケル水素電池やリチウムポリマー電池などの二次電池や、アルカリ電池、マンガン電池、リチウム電池などの一次電池でも密閉型電池であればその封口板構成として適用できるものであり、また、電池形状についても前記実施例のような角形に限らず、円筒形状やコイン形、ボタン形や袋形、あるいは小判形状のものにも採用できるものであることは言うまでもない。

本発明の１実施形態を示す密閉型電池の要部の縦断面図である。図１における封口板ブロックの拡大図である。図２の端子リベットと絶縁板との間を封止した状態を示す断面図である。図２の封口板と絶縁板との間を封止した状態を示す断面図である。図１の封口板と絶縁板、ガスケットとの一体成形構成を示す説明図である。図５によって得られる封口板と絶縁部分の一体成形品の断面図である。通常の角形二次電池の分解斜視図である。従来の密閉型電池の封口構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１密閉型電池
２電池ケース
３電極組立体
４セパレータ
５第１の電極板（正極）
６第２の電極板（負極）
７封口板ブロック
８タブ
９封口板
10 絶縁板
11 端子リベット
12 電極ピン
13 正極端子
14 ガスケット
15 透孔
18 レーザー溶接部
20、21、22 封止部
23、24 金型
25 空間

Claims

一方の電極をなす導電体からなる封口板と、他方の電極端子である電極ピンと、熱溶着性のある合成樹脂で形成した絶縁板と、導電性の端子リベットを備え、
電池ケースの一端開口を前記封口板で封止し、
前記絶縁板を前記封口板より前記電池ケース内側に配するとともに、前記封口板に重ねてなり、
前記絶縁板の電池ケース内側の面に前記端子リベットを重ねて配し、
前記電極ピンを前記電池ケースの内側から前記端子リベットと前記絶縁板と前記封口板を貫通して外部に突出させ、
前記電極ピンの前記電池ケースの内部の先端を前記端子リベットに重ね、
前記電極ピンの前記電池ケースの外部の先端を加圧し、
前記端子リベットと前記電極ピンとを電気的に接続するとともに前記封口板と前記電極ピンとを電気的に絶縁し、
前記封口板と前記絶縁板、前記絶縁板と前記端子リベット、及び前記端子リベットと前記電極ピンの各当接面を前記電極ピンを取り囲んで環状に加熱接合したことを特徴とする密閉型電池。
封口板と絶縁板、および絶縁板と端子リベットとの上下の各当接面を、電極ピンを中においてレーザー照射、あるいは電磁誘導加熱により瞬時に加熱して環状に接合し封止したことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
ケース内側の電極ピンの端縁部と端子リベットとの接合面をレーザー照射により接合して封止したことを特徴とする請求項２記載の密閉型電池。
封口板と絶縁板とを一体成形によりあらかじめ一体化し、この一体成形品を電池ケースの一端開口に配置し封止したことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。