JP2010146735A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケースと電極端子との絶縁性を確保し得る密閉型電池を提供する。
【解決手段】この密閉型電池１００は、開口部２８を有する電池ケース２０と、開口部２８の周縁に取り付けられた筒状の端子固定部５０と、端子固定部に挿通された状態で固定された電極端子１０と備え、端子固定部５０は、開口部２８周縁に嵌合して取り付けられた固定リング３０を備えており、該固定リング３０は、該開口部２８周縁に接して取り付けられた内部リング部材３４と、該内部リング部材３４のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置された一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂとを有しており、内部リング部材３４の少なくとも表面部分は、絶縁性を有するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は密閉型電池、特に、電池ケースに電極端子が挿通された状態で固定された密閉型電池に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。

この種の電池においては、電池ケースの内部に電極体を収容し、当該電極体と接続する電極端子を電池ケースの開口部から引き出して当該開口部を封止する電池構造が知られている。電極端子が挿通された開口部を封止する技術として、例えば特許文献１には、ＡｌもしくはＡｌ合金からなる正極ピンが絶縁層を介して電池缶もしくは電池蓋にカシメられた構造が開示されている。ここでは、正極ピンに絶縁層を形成し、この絶縁層を介して電池缶もしくは電池蓋にカシメることにより、電気的絶縁性および気密性に優れた正極ピンを得ている。また、特許文献２には、集電端子のネジ部を、封口体を通して電池缶内から外部に突出させ、該突出されたネジ部にナットを締め付けて固定させるようにした二次電池が開示されている。ここでは、突出されたネジ部に各シール材を通し、さらにこのネジ部にナットを取り付け、このナットを締め付けることにより、各シール材によって二次電池をシールできるようにしている。
特開平０７−０５０１６０号公報 特開２０００−０９０９１２号公報

ところで、電池ケースに形成された開口部に電極端子を挿通し、当該開口部を封止する構造としては、上述した特許文献１、２以外にも種々の技術が提案されている。この種の封止構造の一つとして、例えば図１０に示した封止構造が開発されている。図１０の例では、まず、電池ケース２に設けられた開口部３に金属製リング４を取り付け、該金属製リング４と電極端子５との間に絶縁性シール部材６を配置する。そして、金属製リング４を端子軸方向に加圧し、該リング４の内側面４ａを電極端子５側に塑性変形させることにより、金属製リング４と電極端子５とをシール部材６を挟んで密着させ、金属製リング４と電極端子５との隙間を封止するとともに、電池ケース２−電極端子５間の絶縁性を確保している。

しかしながら、図１０に示した構造では、金属製リング４の内側面４ａが塑性変形してシール部材６に食い込むため、金属製リング４と電極端子５との距離が近くなる。そのため、金属製リング４の食い込みの度合いによっては、金属製リング４と電極端子５との間での絶縁性を安定して確保できない場合があり得た。また、図１０に示した構造では、電池ケース２−集電板７（電極端子５と図示しない電極体とを電気的に接続する板状部材７）間の絶縁性を確保することはできないため、金属製リング４と集電板７との間にさらに絶縁部材８を介装させる必要があるなど、電極端子５周囲の構造が複雑になりがちであった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電池ケースに電極端子が挿通された状態で固定された密閉型電池において、電池ケースと電極端子との絶縁性を確保し得る密閉型電池を提供することである。

本発明によって提供される密閉型電池は、開口部を有する電池ケースと、上記開口部の周縁に取り付けられた筒状の端子固定部と、上記筒状の端子固定部に挿通された状態で固定された電極端子とを備える。上記端子固定部は、上記開口部周縁に嵌合して取り付けられた固定リングを備えている。該固定リングは、該開口部周縁に接して取り付けられた内部リング部材と、該内部リング部材のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置された一対の外部リング部材とを有している。そして、上記内部リング部材の少なくとも表面部分は、絶縁性を有するように構成されている。

かかる構成によれば、ケースの開口部の周縁に接して取り付けられた内部リング部材の少なくとも表面部分が絶縁性を有するように構成されているので、該内部リング部材を介して電池ケースと電極端子との間を簡易に絶縁することができるとともに、ケースの開口部周縁の絶縁性を高めることができる。これにより、例えば電池ケースと該ケース内の集電板との絶縁性を確保することができ、電池ケース内の絶縁部材の点数を削減することができる。結果、電極端子周囲を簡易な構造にすることができる。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記ケースの開口部は、上記一対の外部リング部材が塑性変形され且つその一部が上記電極端子に密接することにより封口されている。かかる構成によれば、上記内部リング部材とは別体となった外部リング部材を塑性変形させて、その一部を電極端子に密接させているので、固定リングに挿通された電極端子を固定リングで強固に固定することができる。その際、固定リング（外部リング部材）の内周面と電極端子の外周面とが密着するため、高いシール性が発揮され、電池ケースの開口部を確実に封口することができる。さらに、上記内部リング部材とは別体となった外部リング部材を塑性変形させているため、内部リング部材を変形させなくても良い。内部リング部材を変形させると、表面の絶縁性部分が破壊される（例えば、表面部が絶縁層から成る場合は当該絶縁層が剥がれる）ことによって、シール性や絶縁性が低下する場合があり得るが、本発明では、内部リング部材と外部リング部材とを別体とし、内部リング部材を変形させなくてもよいので、絶縁性部分の剥がれに起因するシール性や絶縁性の低下を回避することができる。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記内部リング部材のリング外周部には全周にわたって嵌合溝部が形成されている。そして、該嵌合溝部内に上記ケースの開口部周縁が挟み込まれた状態でカシメ固定されている。かかる構成によれば、ケースの開口部の周縁に筒状の端子固定部（延いては電極端子）を強固に固定することができる。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記端子固定部は、上記固定リングの内周面と上記電極端子の外周面との間に配置されるシール材を備える。かかる構成によれば、固定リングの内周面と電極端子の外周面とにシール材が密着する。これによって、ケースの開口部のシール性がさらに向上する。また、シール材が絶縁性を有する場合、電極端子周辺の絶縁性をさらに高めることができる。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記電極端子の外周面には結合凹部が形成されており、当該結合凹部に上記シール材の一部がめり込んでいる。かかる構成によれば、固定リングの内周面と電極端子の外周面とにシール材が強固に密着する。これによって、ケースの開口部のシール性がさらに向上する。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記内部リング部材は金属製であり、上記絶縁性部分は該金属の金属酸化物から構成されている。かかる構成によれば、内部リング部材の絶縁性部分を表面酸化処理によって簡易に形成することができる。ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記絶縁性部分は樹脂材料からなる。かかる構成によれば、内部リング部材の絶縁性部分を樹脂材料で簡易に形成することができる。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記内部リング部材は、上記ケース開口部の周縁に取り付けられた際に該周縁に対する相対的な回転を規制する回転止め機構を有する。電極端子のボルト部にナットを介して外部回路（例えば当該電池と直列または並列に接続される他の電池であり得る）との接続部材（例えばバスバー）を締結しようとすると、ボルト締結時に電極端子に大きな回転トルクが加わる。そのため、電極端子が端子固定部とともに一緒に回転してしまい、所望の締付けトルクを得ることが出来ない等の不具合が生じる場合がある。上記構成によれば、内部リング部材が回転止め機構を有するので、電極端子の周辺に別途回転止め機構を設ける必要がなく、端子周りの構造をコンパクトにするとともに、部品点数の上でも有利である。

ここで開示される密閉型電池のある好適な一態様において、上記内部リング部材の上記開口部周縁に接する面内には、上記回転止め機構としての凹凸形状が形成されている。この場合、上記内部リング部材に接するケースの開口部周縁に、内部リング部材に設けられた凹凸形状にかみ合う溝部を形成すると良い。かかる構成によれば、電極端子の回転を簡易に且つ確実に規制することができる。なお、上記凹凸形状は、上記内部リング部材の面内の全周にわたって形成されていることが好ましい。電極端子の回転を強固に規制することができる。

本発明に係る密閉型電池は、上述したとおり、電池ケースを確実にシールすることができ、経年的な信頼性が高い。そのため、本発明に係る密閉型電池は、車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）に好ましく搭載することもできる。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、角形密閉リチウムイオン二次電池１００を例にして本発明の密閉型電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１および図２を参照しながら、本実施形態のリチウムイオン二次電池１００（以下「電池」とも称する）の構成について説明する。図１は本発明の密閉型電池の一実施形態を説明するための模式図である。

一例として図１に示すように、ここで開示されるリチウムイオン二次電池１００は、ここで開示される電池１００は、正極および負極を備える電極体７０と、該電極体７０を収容する金属製の電池ケース２０とを備える。電池ケース２０は、電池ケース本体２２と蓋体２４とから構成されている。電池ケース本体２２は、扁平形状の捲回電極体７０を収容し得る形状（ここでは箱型）を有する。電池ケース本体２２は、その上部に開口端を有し、この開口端を介して電極体を収容し得るようになっている。蓋体２４は、電池ケース本体２２の上部開口端を塞ぐ板状の部材であり、ここでは略矩形状に形成されている。電池ケース２０の材質は、軽量で熱伝導性が良い金属性材料が好ましい。このような金属製材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。この実施形態では、電池ケース２０の材質はアルミニウムである。

蓋体２４には、電極端子（正極端子１０及び負極端子１８）が設けられている。正極端子１０は、一端が蓋体２４の上面に突設され、他端が電池ケース２０内に設けられた正極集電板７２に接続されている。正極集電板７２は、電池ケース２０内に収容された捲回電極体７０の正極７４に電気的に接続されている。正極端子１０の材質は、典型的なリチウムイオン二次電池で使用されているものと同じであればよく特に制限はない。この実施形態では、アルミニウム製の正極端子１０を好ましく使用している。負極端子１８も正極端子１０と同様に、一端が蓋体２４の上面に突設され、他端が電池ケース２０内に設けられた負極集電板（図示せず）に接続されている。負極集電板は、電池ケース２０内に収容された捲回電極体７０の負極（図示せず）に電気的に接続されている。負極端子１８の材質は、典型的なリチウムイオン二次電池で使用されているものと同じであればよく特に制限はない。この実施形態では、銅製の負極端子１８を好ましく使用している。なお、以下では主に正極端子１０側について説明するが、本発明は電極端子の正負の区別なく適用することができる。負極端子１８側については説明を省略する。

図２は、電極端子（正極端子）１０が電池ケース２０に固定された部分の構造を示す断面図である。ケースの蓋体２４は、電極端子１０を取り付けるための開口部２８を有しており、この開口部２８の周縁には端子固定部５０が取り付けられている。端子固定部５０は、電池ケース２０に対してケース内外の両側に向けて突出した略円筒状の部材である。この端子固定部５０は、開口部２８周縁に嵌合して取り付けられた固定リング３０を備えている。また、本実施形態に係る端子固定部５０は、付加的な構成要素としてさらにシール材５２を備えている。固定リング３０には、電極端子１０を軸方向に挿通し得る挿通孔３２が設けられ、この挿通孔３２に電極端子１０が挿通された状態で固定されている。この実施形態では、電極端子１０は外周面１２にシール材５２が装着された状態で固定リング３０の挿通孔３２に挿通されている。

端子固定部５０の固定リング３０は、図２に示すように、３つのリング３４、３６ａ、３６ｂが順次積層された３層構造を有している。具体的には、端子固定部５０の固定リング３０は、ケースの開口部２８周縁に接して取り付けられた内部リング部材３４と、該内部リング部材３４のケース内側及び外側の両側面側（それぞれ図中の内部リング部材３４の下面および上面）にそれぞれ配置された一対の外部リング部材３６ｂ、３６ａとを有している。

内部リング部材３４は、端子固定部５０の固定リング３０をケースの開口部２８周縁に接して取り付けるための部材である。この実施形態では、内部リング部材３４のリング外周部には全周にわたって嵌合溝部３５が形成されている。そして、該嵌合溝部３５内にケース２０の開口部２８周縁が挟み込まれた状態で固定されている。
また、内部リング部材３４の少なくとも表面部分３７は、絶縁性を有するように構成されている。この実施形態では、内部リング部材３４は金属製であり（ここではアルミニウム製）、絶縁性部分３７は該金属の金属酸化物から構成されている（ここでは酸化アルミニウム）。このようにケース２０の開口部２８周縁に接して取り付けられた内部リング部材３４の少なくとも表面部分３７が絶縁性を有する絶縁部として構成されているので、該内部リング部材３４を介して電池ケース２０と電極端子１０との間を簡易に絶縁することができるとともに、ケースの開口部２８周縁の絶縁性を高めることができる。これにより、例えば電池ケース２０と該ケース２０内の集電板７２との絶縁性を確保することができ、図１０に示した絶縁部材８が不要となる。結果、電池ケース２０内の絶縁部材の点数を削減して、電極端子周囲を簡易な構造にすることができる。

一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂは、内部リング部材３４と略同じ内径を有するリング状に形成されている。外部リング部材３６ａ、３６ｂは、内部リング部材３４のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置され、該内部リング部材３４をケース内外の両側から挟み込むように形成されている。そして、この一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂが塑性変形され且つその一部が電極端子１０に密接することにより、蓋体２４（すなわち電池ケース２０）の開口部２８は封口されている。

より詳しくは、上側の外部リング部材３６ａの内周面３３ａには、電極端子１０の側に膨出した変形部３９ａが全周にわたって形成されている。また、下側の外部リング部材３６ｂの内周面３３ｂには、電極端子１０の側に膨出した変形部３９ｂが全周にわたって形成されている。かかる変形部３９ａ、３９ｂの形成によって、固定リング３０の内周面の一部がシール材５２を介して電極端子１０の外周面に密接するとともに、電極端子１０側に向けて大きな押圧力（外部リング部材３６ａ、３６ｂで正極端子１０を締め付ける力）９６が作用する。これによって、端子固定部５０の固定リング３０に挿通された電極端子１０を固定リング３０に強固に固定することができる。その際、固定リング３０（外部リング部材３６ａ、３６ｂ）の内周面と電極端子１０の外周面１２とがシール材５２を介して密着するため、高いシール性が発揮され、蓋体２４（すなわち電池ケース２０）の開口部２８を封口することができる。

本実施形態に係る密閉型電池１００によれば、ケースの開口部２８の周縁に接して取り付けられた内部リング部材３４の表面部分３７が絶縁性を有するように構成されている（本実施形態では、上記金属酸化物から成る絶縁層が形成されている）ので、該内部リング部材３４を介して電池ケース２０と電極端子１０との間を簡易に絶縁することができるとともに、ケースの開口部２８周縁の絶縁性を高めることができる。これにより、例えば電池ケース２０と該ケース２０内の集電板７２との絶縁性を確保することができ、図１０に示した絶縁部材８が不要となる。結果、電池ケース２０内の絶縁部材の点数を削減して、電極端子周囲を簡易な構造にすることができる。
加えて、上記内部リング部材３４とは別体となった外部リング部材３６ａ、３６ｂを塑性変形させて、その一部を電極端子１０に密接させているので、固定リング３０に挿通された電極端子１０を固定リング３０に強固に固定することができる。その際、固定リング３０（外部リング部材３６ａ、３６ｂ）の内周面と電極端子１０の外周面１２とがシール材５２を介して密着するため、高いシール性が発揮され、蓋体２４（すなわち電池ケース２０）の開口部２８を確実に封口することができる。
さらに、上記内部リング部材３４とは別体となった外部リング部材３６ａ、３６ｂを塑性変形させているため、内部リング部材３４を変形させなくても良い。この実施形態では、内部リング部材３４は金属製であり、絶縁性部分３７は該金属の金属酸化物から構成されている。そのため、内部リング部材３４を変形させると、絶縁性部分３７の金属酸化物が剥がれてシール性や絶縁性が低下する場合があり得る。これに対し、本実施形態では、内部リング部材３４と外部リング部材３６ａ、３６ｂとを別体とし、内部リング部材３４を変形させなくてもよいので、絶縁性部分３７の剥がれに起因するシール性や絶縁性の低下を回避することができる。すなわち、本実施形態の構成を採用することにより、シール性と絶縁性とを兼ね備えた密閉型電池１００を提供することができる。

続いて、図３Ａ〜図３Ｃを参照しつつ、電極端子１０が電池ケース２０に固定された部分の構造について、各部材を組み付ける前の状態について説明する。

電極端子１０は、図示しない横断面形状が円形の棒状の部材である。また、この電極端子１０は、図３Ａに示すように、その外周面１２に結合凹部１５が形成されている。結合凹部１５は、電極端子１０の周方向に沿う環状の凹部１５であり、図示した例では、電極端子１０の外周面１２の軸方向の上部と下部に２つ形成されている。

図３Ｂに示す電極端子１０の外周に装着されるシール材５２は、図示しない横断面形状が円形の筒状部材である。シール材５２の構成材料としては、所望のシール性（例えば、水分の浸入を防止する性能等）を発揮し得るものであればよく、特に限定されない。シール材５２に絶縁性能を付与しても良い。その場合、電極端子１０周辺の絶縁性（典型的には電極端子１０と電池ケース２０間の絶縁性）をさらに高めることができる。本実施形態ではピーク材（ポリエーテルエーテルケトン）を好ましく使用している。

かかるシール材５２と固定リング３０とから本実施形態に係る端子固定部５０が構築されている。端子固定部５０の固定リング３０の挿通孔３２は、図３Ｃに示すように、シール材５２を外周に装着した状態の電極端子１０を装着し得る程度の内径を有しており、シール材５２および電極端子１０は挿通孔３２に遊びなく装着され得る。固定リング３０は、上述したように、内部リング部材３４と、該内部リング部材３４のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置された一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂとを有している。

内部リング部材３４の構成材料としては特に限定されないが、成形加工性に優れた金属材料を好ましく用いることができる。絶縁性部分３７の形成が容易な金属材料を好ましく採用し得る。例えば、内部リング部材３４をアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成するとよい。アルミニウム材料は安価で入手し易く、広い利用分野を有する汎用材料である。例えば１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料で構成すると良い。１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料は、添加される元素（合金元素、例えばＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｎ等）の組成により、耐食性、材料強度などの特性が異なるため、所要の特性を有するアルミニウム合金材料を適宜選択すればよい。

内部リング部材３４の絶縁性部分３７を構成する材料としては、絶縁性を有する絶縁性材料であればよく特に限定されない。本実施形態では、前述したように、内部リング部材３４はアルミニウム製であり、絶縁性部分３７は該アルミニウムの金属酸化物から構成されている。かかる構成によれば、内部リング部材３４の絶縁性部分３７をアルミニウムの表面酸化処理によって簡易に形成することができる。絶縁性部分３７の構成材料は、これに限らず、例えば絶縁性を有する樹脂材料（例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリプロピレン（ＰＰ））などで構成しても良い。あるいは、内部リング部材３４自体を絶縁性材料（例えばポリエーテルエーテルケトンやポリプロピレン）で構成することもできる。その場合、絶縁性部分３７を別途形成する手間を省略することができる。

なお、内部リング部材３４の絶縁性部分３７は、内部リング部材３４の表面全体に一様に形成することが好ましいが、電池の具体的構成によっては、内部リング部材３４の表面の一部に部分的に形成してもよい。例えば、内部リング部材３４の絶縁性部分３７を、内部リング部材３４の開口部２８周縁に接する接触部分だけに選択的に形成することも可能である。

上側の外部リング部材３６ａの構成材料としては、後述するプレス処理によって変形が容易な金属材料を好ましく用いることができる。例えば、アルミニウムなどの成形加工がし易い、所要の硬度を有する材料を好ましく採用し得る。例えば、１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料で構成することができる。１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料は、添加される元素（合金元素、例えばＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｎ等）の組成により、耐食性、材料強度などの特性が異なる。その中から所要の特性を有するアルミニウム合金材料を適宜選択すればよい。

下側の外部リング部材３６ｂの構成材料としては、上側外部リング部材３６ａと同種の金属材料（ここではアルミニウム）を好ましく採用することができる。あるいは、上側外部リング部材３６ａとは異なる金属材料（添加元素の組成が異なる同種の材料も含む。）により構成された下側外部リング部材３６ｂであってもよい。例えば、上側外部リング部材３６ａを当該電池の使用時における外部環境（例えば電池の冷却水）に対する耐性のよい金属材料で構成し、下側外部リング部材３６ｂを当該電池に用いられる電解質（典型的には非水電解液）に対する耐性のよい金属材料で構成してもよい。

次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ、端子固定部５０の固定リング３０の作製方法について説明する。本実施形態では、内部リング部材３４のリング外周部の全周にわたって嵌合溝部３５が形成され、該嵌合溝部３５内にケースの開口部２８周縁が挟み込まれた状態でカシメ固定されている。詳しくは、図４Ａに示すように、内部リング部材３４は、該内部リング部材３４をケース開口部２８周縁にカシメる前の状態において、電池ケース２０の上面２６ａに配置される鍔部３４ａと、ケース開口部２８を挿通する円筒部３４ｂと、該円筒部３４ｂの下端側に設けられ、ケースの下面２６ｂよりも下側に突出した突出部３４ｃとを有している。そして、内部リング部材３４をケース開口部２８周縁にカシメる際には、まず、ケースの開口部２８に円筒部３４ｂを挿通し、鍔部３４ａの下面をケース上面２６ａの開口部周縁に密着させる。次いで、図４Ｂに示すように、ケース下面２６ｂから下側に突出した突出部３４ｃを全周にわたって折り返して（外径側に拡開して）折返部３４ｄを形成し、内部リング部材３４のリング外周部に嵌合溝部３５を形成する。そして、該嵌合溝部３５内にケースの開口部２８周縁を挟み込んだ状態で折返部３４ｄの上面をケース下面２６ｂに密着させることにより、内部リング部材３４を開口部２８周縁にカシメ固定することができる。

このように内部リング部材３４をケースの開口部２８周縁にカシメているので、内部リング部材３４をケースの開口部２８周縁に強固に固定することができる。その際、内部リング部材３４の嵌合溝部３５とケースの開口部２８周縁とが密着するため、高いシール性が発揮され、蓋体２４（すなわち電池ケース２０）の開口部２８の周辺を確実に封口することができる。

その後、図３Ｃに示したように、内部リング部材３４の上面に上側（ケース外側）の外部リング部材３６ａを配置し、内部リング部材３４の下面に下側（ケース内側）の外部リング部材３６ｂを配置し、上側の外部リング部材３６ａと内部リング部材３４と下側の外部リング部材３６ｂとを一体化する。かかる一体化は、たとえば各リングの接触面に接着性のある材料（例えば種々のシール材）を塗布するなどして適宜行えばよい。あるいは、一般的な樹脂インサート成形技法によって上側の外部リング部材３６ａと内部リング部材３４と下側の外部リング部材３６ｂとを一体化する方式を採用してもよい。このようにして、本実施形態に係る端子固定部５０の固定リング３０が構築され得る。

続いて、図５および図６を参照しつつ、電極端子１０を端子固定部５０の固定リング３０に固定する方法について説明する。図５は電極端子１０を端子固定部５０の固定リング３０に固定する前の状態を示し、図６は電極端子１０を端子固定部５０の固定リング３０に固定した後の状態を示している。

図５に示すように、電極端子１０を端子固定部５０の固定リング３０に固定する前において、まず、電極端子１０の外周にシール材５２を装着する。このとき、シール材５２は、電極端子１０の外周面１２に設けられた２つの結合凹部１５を覆うように装着される。次いで、シール材５２が装着された電極端子１０を固定リング３０の挿通孔３２に挿通する。このとき、電極端子１０の外周面１２に設けられた２つの結合凹部１５を、シール材５２を挟んで上側外部リング部材３６ａの内周面３３ａと下側外部リング部材３６ｂの内周面３３ｂとにそれぞれ対向するように配置する。このようにして組み付けられた各部品は、プレス装置（図示せず）に配設された上下のかしめ治具６０ａ、６０ｂにセットされる。

上側のかしめ治具６０ａは、上側の外部リング部材３６ａの上面に押し当たるようにセットされる。この上側のかしめ治具６０ａは、上側の外部リング部材３６ａの上面の内側縁３１ａに押し当たる突起６２ａを有している。この実施形態では、突起６２ａは連続したリング状に形成され、上側の外部リング部材３６ａの内側縁３１ａを全周にわたって押し当たるように形成されている。下側のかしめ治具６０ｂも同様に、下側の外部リング部材３６ｂの下面に押し当たるようにセットされる。下側のかしめ治具６０ｂは、下側の外部リング部材３６ｂの下面の内側縁３１ｂに押し当たる突起６２ｂを有している。この実施形態では、突起６２ｂは連続したリング状に形成され、下側の外部リング部材３６ｂの内側縁３１ｂを全周にわたって押し当たるように形成されている。

このように固定リング３０に対して上下のかしめ治具６０ａ、６０ｂをセットした後、プレス装置を作動させ、電極端子１０、シール材５２、固定リング３０のアセンブリを上下にプレスして組み付ける（矢印「９０」参照）。このとき、図６に示すように、上側のかしめ治具６０ａに設けられた突起６２ａによって上側の外部リング部材３６ａの内側縁３１ａが押し込まれて凹み、それに伴い上側の外部リング部材３６ａの内周面３３ａの一部が電極端子１０の側に膨出するように塑性変形する（変形部３９ａ参照）。同様に、下側のかしめ治具６０ｂに設けられた突起６２ｂによって下側の外部リング部材３６ｂの内側縁３１ｂが押し込まれて凹み、それに伴い下側の外部リング部材３６ｂの内周面３３ｂの一部が電極端子１０の側に膨出するように塑性変形する（変形部３９ｂ参照）。

そして、このように上側の外部リング部材３６ａの内周面３３ａの一部と、下側の外部リング部材３６ｂの内周面３３ｂの一部とが電極端子１０側に膨出することによって、固定リング３０の内周面の一部がシール材５２を介して電極端子１０の外周面に密接するとともに、電極端子１０側に向けて大きな押圧力（外部リング部材３６ａ、３６ｂで正極端子１０を締め付ける力）９６が作用する。これによって、端子固定部５０の固定リング３０の挿通孔３２に装着されたシール材５２および電極端子１０は強固に固定される。このとき、シール材５２は弾性変形し、一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂの内周面３３ａ、３３ｂと電極端子１０の外周面１２に密着する。これによって、高いシール性が発揮され、ケースの開口部２８周縁が封口される。また、シール材５２の内周面の一部が変形し、電極端子１０の外周面１２に形成された結合凹部１５にめり込む。これによって、電極端子１０の軸方向の移動を規制するとともに、シール材５２を介して固定リング３０の内周面と電極端子１０の外周面とを強固に一体化することができる。

このように上下のかしめ治具６０ａ、６０ｂからの加圧によって、端子固定部５０（固定リング３０およびシール材５２）に電極端子１０を保持させた後、かしめ治具６０ａ、６０ｂを取り外すことによって、電極端子１０を端子固定部５０（固定リング３０およびシール材５２）に固定する工程が完了する（図２参照）。上記のとおり電極端子１０を蓋体２４に固定した後、図１に示すように、電極ケース本体２２に電極体７０を電解液と共に収容し、電池ケース本体２２の上部開口に蓋体２４を接合することにより、本実施形態に係る密閉型電池１００が製造される。

以上のように、本実施形態に係る密閉型電池１００では、端子固定部５０の固定リング３０は、ケースの開口部２８周縁に接して取り付けられた内部リング部材３４と、該内部リング部材３４のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置された一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂとを有しており、内部リング部材３４の少なくとも表面部分３７は、絶縁性を有するように構成されている。これにより、電池ケース２０と電極端子１０との間を簡易に絶縁することができるとともに、ケースの開口部２８周縁の絶縁性を高めることができる。

また、ケースの開口部２８は、一対の外部リング部材３６ａ、３６ｂが塑性変形され且つその一部が電極端子１０に密接することにより封口されている。これにより、端子固定部５０の固定リング３０に挿通された電極端子１０を固定リング３０に強固に固定することができる。また、固定リング３０の内周面と電極端子１０の外周面１２とがシール材５２を介して強固に密着されるので、高いシール性が発揮され、蓋体２４（すなわち電池ケース２０）の開口部２８を確実に封口することができる。

さらに、上記内部リング部材３４とは別体となった外部リング部材３６ａ、３６ｂを塑性変形させているため、内部リング部材３４を変形させなくても良い。仮に、外部リング部材３６ａ、３６ｂを設けない場合、外部リング部材３６ａ、３６ｂの代わりに、内部リング部材３４を塑性変形させて電極端子１０を固定する必要がある。この実施形態では、内部リング部材３４は金属製であり、絶縁性部分３７は該金属の金属酸化物から構成されている。そのため、内部リング部材３４を上下のかしめ治具６０ａ、６０ｂによってプレスすると、プレス時の摩擦や塑性変形によって絶縁性部分３７が剥がれてシール性や絶縁性が低下する場合があり得る。これに対し、本実施形態では、内部リング部材３４と外部リング部材３６ａ、３６ｂとを別体とし、内部リング部材３４を変形させなくてもよいので、絶縁性部分３７の剥がれに起因するシール性や絶縁性の低下を回避することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

例えば、本実施形態では、電池構造としてリチウムイオン電池を例示したが、本発明は、リチウムイオン電池以外の電池についても広く適用し得る。また、本発明は電極端子を電池ケースに固定する構造として広く適用でき、電池を構成する電極体、或いは電解質の種類、さらには電池ケースの形状に限定されない。

また、上述した実施形態では、電極端子は蓋体に固定されているが、電極端子を固定する部位は、電池および電池ケースの具体的構成によって変更される。例えば、電極端子は、容器本体に固定される場合も考えられる。この場合、電極端子が挿通される筒状の端子固定部は、電池ケースの容器本体に設けられていても良い。また、電極端子の形状は、上記実施形態に限定されない。例えば、電極端子は、角型の棒状部材でもよい。

また、端子固定部５０の固定リング３０をケース開口部２８周縁に取り付けるための内部リング部材３４は、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、ケースの開口部２８周縁にカシメ固定されているので、該開口部２８周縁に強固に固定されている。しかし、このように固定リング３０に固定された電極端子１０にボルト部を形成し、該ボルト部にナットを介して外部回路（例えば当該電池と直列または並列に接続される他の電池であり得る）との接続部材（例えばバスバー）を締結しようとすると、ボルト締結時に電極端子に大きな回転トルクが加わることとなる。そのため、電極端子が端子固定部５０（固定リング３０およびシール材５２）とともに一緒に回転してしまい、所望の締付けトルクを得ることが出来ない等の不具合が生じる場合がある。そこで、かかる固定リング３０の内部リング部材３４は、ケース開口部２８の周縁に取り付けられた際に該周縁に対する相対的な回転を規制する回転止め機構を有していてもよい。

例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示した例では、内部リング部材の上記開口部周縁に接する面（ここでは鍔部３４ａの下面）には、上記回転止め機構としての凹凸形状（凹部４０および凸部４２）が形成されている。凹凸形状（凹部４０および凸部４２）は、内部リング部材３４の面内（ここでは鍔部３４ａの下面）の周方向に並列するように形成すると良い。この場合、上記内部リング部材に接するケース開口部２８の周縁（ここでは開口部２８周縁の上面２６ａ）に、内部リング部材３４に設けられた凹凸形状にかみ合う溝部２９を形成すると良い。そして、内部リング部材をケース開口部２８の周縁に接して取り付けた状態において、鍔部３４ａの下面に設けられた凹凸形状（凹部４０および凸部４２）と、ケース開口部２８の周縁に設けられた溝部２９とが相互にかみ合うように構成すると良い。上記構成によれば、電極端子１０の回転を簡易に且つ確実に規制することができる。また、電極端子１０の周辺に別途回転止め機構を設ける必要がなく、端子周りの構造をコンパクトにするとともに、部品点数の上でも有利である。

鍔部３４ａの下面に設けられた凹凸形状のパターンは上記に限らない。また、図８に示すように、凹凸形状は、内部リング部材３４の上記開口部２８周縁に接する面（ここでは鍔部３４ａの下面）の全周にわたって形成してもよい（図８では１２個）。電極端子１０の回転を一層強固に規制することができる。凹凸形状も上記の形状に限らず、電池および電池ケースの具体的態様にあわせて適宜変更するとよい。

本発明に係る密閉型電池は、電池ケース２０を確実にシールすることができ、経年的な信頼性が高い。そのため、本発明に係る密閉型電池は、複数個組み合わせてなる組電池２００を構成するのに適しており、図９に示すように車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）に好ましく搭載することもできる。

一実施形態に係る密閉型電池の側面模式図である。 一実施形態に係る密閉型電池の要部断面模式図である。 一実施形態に係る電極端子の断面模式図である。 一実施形態に係るシール材の断面模式図である。 一実施形態に係る端子固定部の固定リングの断面模式図である。 内部リング部材をカシメ固定する前の状態を示す断面模式図である。 一実施形態に係る内部リング部材をカシメ固定した後の状態を示す断面模式図である。 一実施形態に係る電極端子の固定工程を説明するための工程断面図である。 一実施形態に係る電極端子の固定工程を説明するための工程断面図である。 一実施形態に係る密閉型電池の要部を示す断面模式図である。 一実施形態に係る内部リング部材の鍔部を下方向から見た平面模式図である。 一実施形態に係る内部リング部材の鍔部を下方向から見た平面模式図である。 一実施形態に係る密閉型電池を備えた車両である。 電極端子の封止構造の一例を説明するための断面模式図である。

符号の説明

１ 車両
１０ 正極端子
１２ 正極端子の外周面
１５ 結合凹部
１８ 負極端子
２０ 電池ケース
２２ 電池ケース本体
２４ 蓋体
２６ａ ケースの上面
２６ｂ ケースの下面
２８ 開口部
２９ 溝部
３０ 固定リング
３１ａ 上側の外部リング部材の内側縁
３１ｂ 下側の外部リング部材の内側縁
３２ 固定リングの挿通孔
３３ａ 上側の外部リング部材の内周面
３３ｂ 下側の外部リング部材の内周面
３４ 内部リング部材
３４ａ 鍔部
３４ｂ 円筒部
３４ｃ 突出部
３４ｄ 折返部
３６ａ 上側の外部リング部材
３６ｂ 下側の外部リング部材
３７ 絶縁性部分
３９ａ 上側の外部リング部材の変形部
３９ｂ 下側の外部リング部材の変形部
４０ 凹部
４２ 凸部
５０ 筒状端子固定部
６０ａ 上側のかしめ治具
６０ｂ 下側かしめ治具
６２ａ 突起
６２ｂ 突起
７０ 電極体
７２ 正極集電板
７４ 正極
１００ 密閉型電池
２００ 組電池

Claims (11)

1. 開口部を有する電池ケースと、
   前記開口部の周縁に取り付けられた筒状の端子固定部と、
   前記筒状の端子固定部に挿通された状態で固定された電極端子と
   を備え、
   前記端子固定部は、前記開口部周縁に嵌合して取り付けられた固定リングを備えており、
   該固定リングは、該開口部周縁に接して取り付けられた内部リング部材と、該内部リング部材のケース内側及び外側の両側面側にそれぞれ配置された一対の外部リング部材とを有しており、
   前記内部リング部材の少なくとも表面部分は、絶縁性を有するように構成されている、密閉型電池。
2. 前記ケースの開口部は、前記一対の外部リング部材が塑性変形され且つその一部が前記電極端子に密接することにより封口されている、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記内部リング部材のリング外周部には全周にわたって嵌合溝部が形成されており、該嵌合溝部内に前記ケースの開口部周縁が挟み込まれた状態でカシメ固定されている、請求項１または２に記載の密閉型電池。
4. 前記端子固定部は、前記固定リングの内周面と前記電極端子の外周面との間に配置されるシール材を備える、請求項１から３の何れか一つに記載の密閉型電池。
5. 前記電極端子の外周面には結合凹部が形成されており、当該結合凹部に前記シール材の一部がめり込んでいる、請求項４に記載の密閉型電池。
6. 前記内部リング部材は金属製であり、前記絶縁性部分は該金属の金属酸化物から構成されている、請求項１から５の何れか一つに記載の密閉型電池。
7. 前記絶縁性部分は樹脂材料からなる、請求項１から５の何れか一つに記載の密閉型電池。
8. 前記内部リング部材は、前記ケース開口部の周縁に取り付けられた際に該周縁に対する相対的な回転を規制する回転止め機構を有する、請求項１から７の何れか一つに記載の密閉型電池。
9. 前記内部リング部材の前記開口部周縁に接する面には、前記回転止め機構としての凹凸形状が形成されている、請求項８に記載の密閉型電池。
10. 前記凹凸形状は、前記内部リング部材の前記開口部周縁に接する面の全周にわたって形成されている、請求項９に記載の密閉型電池。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の密閉型電池を備える車両。

Images