JP2013118161A - 電池蓋組立部材、この電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリ及びこの電池アセンブリの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電池内部の電解液を漏れたりすること及び正極と負極との短絡することが防止でき、スペースを節約できるとともに連接が安定になる電池蓋組立部材、この電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリ及びこの電池アセンブリの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の電池蓋組立部材において、電池蓋と、前記電池蓋の一側に配置される出力端子と、前記電池蓋の他側に配置される電池蓋側電極導出部と、前記電池蓋と、前記出力端子と、前記電池蓋側電極導出部とを連接するように保持される保持部材と、前記出力端子と、前記電池蓋と、前記電池蓋側電極導出部を絶縁するための絶縁スペーサーと
を含むことを特徴とする電池蓋組立部材。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に電気化学電池の分野に関して、より具体的には、電池蓋組立部材、この電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリ及びこの電池アセンブリの製造方法に関する。

電池は、外部の形状によって円柱状及び角柱状に分類される。一般に、電池は電池ケースと、電池蓋組立部材と、内部での電極部材と構成され、前記電極組立部材が電池ケースに置いてから電池蓋組立部材を電池ケースに半田等の操作により結合され、最後、電池ケースに電解液に充填される。

電極部材は正極と負極と分離フィルムを備え、正極の素材により電池が異なる種類に分類される。例えば、リチウム電池は負極に金属リチウムを使用され、正極の素材により二酸化マンガンリチウム電池、塩化チオニルリチウム電池、硫化鉄リチウム電池等に分類される。円柱状の電池は、電極アセンブルが一般に螺旋状に巻くことによって製造され、角柱状の電池は電極部材が一般に積層されることによって製造される。

特許文献１〜特許文献３を参照して、前記積層の製造方法はジグザグ形重畳構造で製造する方法を含む。積層される製造方法は、正極板と負極板を、分離フィルムを挟んで何層も積み重ねることであり、正極の電極基体に正極材料に塗着され、負極の電極基体に負極材料に塗着され、前記正極の電極基体と負極の電極基体との間は分離フィルムにより隔離され短絡することを防止できる。前記正極と負極の電極基体に電気を導出するための電極リード部をそれぞれ連接して、前記電池蓋に正極と負極の電極リード部にそれぞれ連接する出力端子が配置される。

中国発明公告第101485033号明細書 中国発明公告第101174681明細書 中国発明公告第101405911号明細書

しかしながら、従来技術において、正極と負極との電極リード部は、ボルトとナットにより電池蓋に保持されるが、長時間使用するとねじがゆるんでしまう虞があり、内部の電解液が漏れたりする恐れがある。また、電池ケースの内部での電極リード部が電池蓋に接続して短絡することを防止するために、前記電子蓋に絶縁性の部材が設計することが必要になるため、電池の整体体積が大きくなってスペースを節約することに不利な状況になっている。従って、新たな電池蓋及び電池蓋を用いた電池を開発することが必要である。

本発明は、電池内部の電解液を漏れたりすること及び正極と負極との短絡することを防止でき、スペースを節約できるとともに連接が安定になる電池蓋組立部材、この電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリ及びこの電池アセンブリの製造方法を提供することを他の目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 電池蓋組立部材において、
電池蓋と、
前記電池蓋の上側に配置される出力端子と、
前記電池蓋の下側に配置される電池蓋側電極導出部と、
前記電池蓋と、前記出力端子と、前記電池蓋側電極導出部とを保持するための保持部材と、
前記出力端子と、前記電池蓋と、前記電池蓋側電極導出部を絶縁するための絶縁スペーサーと
を含むことを特徴とする電池蓋組立部材。
＜２＞前記出力端子は、前記電池蓋に取付される取付部と、取付部から延出して外部設備に連接するための導出部とを備える前記＜１＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜３＞前記出力端子の導出部にはねじ山が形成される前記＜２＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜４＞前記保持部材はリベットであり、前記出力端子と電池蓋と電池蓋側電極導出部と絶縁スペーサーとをリベットによりリベット締められる前記＜1＞または＜２＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜５＞前記絶縁スペーサーは、前記電池蓋の上側と前記出力端子を絶縁するのに用いられ、前記電池蓋の上側に位置する第一絶縁部と、前記電池蓋の下側と電池蓋側電極導出部とを絶縁するのに用いられ、前記電池蓋の下側に位置する第二絶縁部と、を含む前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の電池蓋組立部材である。
＜６＞前記絶縁スペーサーは、前記第一絶縁部と第二絶縁部とを連接して、前記保持部材と電池蓋を絶縁するための連接部を含む前記＜５＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜７＞前記電池蓋に、前記保持部材を貫通される貫通孔が設けられ、前記絶縁スペーサーの連接部が前記貫通孔の内壁に覆っている前記＜６＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜８＞前記絶縁スペーサーの断面は、工字形状を呈する前記＜1＞または＜６＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜９＞前記出力端子は段付ネジであり、冷間圧延加工で製造される前記＜１＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜１０＞前記電池蓋側電極導出部は、板状を呈するように配置される正極導出部と負極導出部を備える前記＜１＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜１１＞前記正極導出部はアルミニウムで成型され、前記負極導出部は銅ニッケルメッキで成型されることを特徴とする前記＜１０＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜１２＞前記電池蓋組立部材は、電池蓋側電極導出部が貫通される通孔を設けられる絶縁片を含む前記＜１＞に記載の電池蓋組立部材である。
＜１３＞前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリであって、電極基体と電極リード部とを備える電極部材２０を含む電池アセンブリである。
＜１４＞前記電極基体は複数の電極基体ユニットが積層するように形成され、各電極基体ユニットに電極リードユニットがそれぞれ備え、
前記電極リード部は、前記各電極リードユニットを超音波溶接することにより形成され、正極リード部及び負極リード部を有する前記＜１３＞に記載の電池アセンブリである。
＜１５＞前記電極リード部は前記電池蓋側電極導出部に電気的かつ機械的に連接され、連接された組合体の断面がＭ字形状を呈している前記＜1４＞または＜１５＞に記載の電池アセンブリである。
＜１６＞ 前記＜１３＞から＜１５＞のいずれかに記載の電池アセンブリの製造方法において、
前記電池蓋を射出成型機に置いて、前記電池蓋に絶縁スペーサーが成型される工程と、
前記出力端子としての段付ネジを前記電池蓋の上側に組合される工程と、
前記電池蓋側電極導出部を前記電池蓋の下側に配置される工程と、
前記保持部材によって、前記電池蓋と、絶縁スペーサーと、出力端子と、前記電池蓋側電極導出部とがリベット締めるように連接される工程と、
超音波溶接操作により、前記電池蓋側電極導出部を前記電極リード部に一体に接続される工程と、
を含むことを特徴とする電池アセンブリの製造方法である。
＜１７＞前記出力端子としての段付ネジは、冷間圧延加工で製造される前記＜１６＞に記載の電池アセンブリの製造方法である。
＜１８＞前記電池蓋側電極導出部と前記電極リード部は、互いに溶接される前に、それぞれ折曲がられている前記＜１６＞に記載の電池アセンブリの製造方法である。

従来技術に比べ、本発明は以下の利点を有する。電池アセンブリはリベット締めで保持されるので、従来のねじが弛んでしまった虞を防止でき、内部の電解液が漏れたりする恐れが防止でき、同時に、整体の構造が簡単になる。絶縁スペーサーにより短絡することが防止できる。また、電池蓋側電極導出部と前記電極リード部が超音波溶接されるので電池蓋側電極導出部と前記電極リード部との間の溶接が安定になり、溶接された組合体の断面がＭ字形状を呈して、電池のスペースが節約できる。

本発明に係る電池アセンブリを有する電池の組立斜視図である。 図１に示す電池の部分の組立斜視図である。 本発明に係る電池アセンブリの部分の組立斜視図である。 図３に示す電池アセンブリの他の角度からみた部分の組立斜視図である。 本発明に係る電池アセンブリの部分の組立斜視図である 図３に示す電池アセンブリの正面図である。 本発明に係る電池アセンブリの電池蓋側電極導出部と電極リード部を溶接する前での正面図である。 本発明に係る電池アセンブリの電池蓋側電極導出部と電極リード部の製造過程の示意図である。

以下、本発明についての電池蓋組立部材、この電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリ３００及びこの電池アセンブリの製造方法の実施形態を詳細に説明する。

図１乃至図５を参照すると、本発明の電池アセンブリ３００は、電池１００の電池ケース２００内に収容され、電池ケース２００に電解液を充填される。電池アセンブリ３００は、電池蓋組立部材（参照記号なし）と電極部材２０とを備える。前記電池蓋組立部材は電池蓋３０と、電池蓋３０の上側に配置されて電極部材２０に対応する二つの出力端子１０と、電池蓋３０の下側に配置される電極リード部４１、４２と、保持部材５０と、絶縁材料からなる絶縁スペーサー７０とを含んでいる。

図２と図３を参照すると、前記出力端子１０は段付ネジであり、断面が階段状を呈する。該出力端子１０は、電池蓋３０に取付される取付部１２と、取付部１２から延出して外部設備に連接するための導出部１１とを含んで、導出部１１でのねじ山により導出部１１を外部設備に保持される。長円状を呈する取付部１２にリベット締め孔が貫通し形成される。出力端子１０は電極部材２０から生じる電気を外部設備までに導出するものに用いられ、黄銅材料で製作された正極端子10ａと負極端子１０ｂとを含み、正極と負極を区分けするために、前記正極端子10ａと負極端子１０ｂに青銅又はニッケルをそれぞれメッキされる。

以下、出力端子１０の製造方法について説明して、長さの１５ｍｍ−２０ｍｍである銅棒を断ち切って、出力端子１０の素子とする工程と、前記銅棒の一端を板状部材になさせるための冷間圧延工程と、前記板状の銅材料に長円状の取付部１２を断ち切る工程と、前記銅棒の他端での導出部１１にせん波形のねじ山部１１１を形成される工程と、前記出力端子１０を超音波方式で洗いている工程と、出力端子１０に正極と負極に対応する金属材料にめっきする工程と順次に行われる。出力端子１０は、冷間圧延工程を通じて１０Ｎ．ｍまでのトルクに耐えできる。従来技術においての出力端子は、一般に旋盤加工により製造されるので、最大な３Ｎ．ｍのトルクのみに耐えでき、ネジ山部１１１がネジ潰される虞があった。

電極部材２０は、正極の電極基体と負極の電極基体とを有する電極基体（参照記号なし）と、正極リード部２１及び負極リード部２２からなる電極リード部と、を含む。前記電極基体は複数の電極基体ユニットが積層するように形成され、各電極基体ユニットに電極リードユニットがそれぞれ備え、前記電極リード部は前記電極リードユニットを超音波溶接することにより形成される。

前記電池蓋３０の材料は、電池ケース２００と同じであり、例えば、アルミニウムでもよい。電池蓋３０のサイズは、電池ケース２００の開口に対応するように配置され、電池蓋３０の隅に前記保持部材５と前記絶縁スペーサー７０が貫通される貫通孔（参照記号なし）がそれぞれ形成され、電池蓋３０を電池ケース２０に密封される時に、一部分の絶縁スペーサー７０は貫通孔の内壁に覆って、次に前記保持部材５０としてのリベットを絶縁スペーサー７０に充填された貫通孔に貫通している。

前記電池蓋３０には、正極リード部２１に連接するための正極導出部４１と、前記負極リード部２２に連接するための負極導出部４２とがそれぞれリベットにより保持されるように配置され、以下、前記正極導出部４１と負極導出部４２を電池蓋側電極導出部と総称される。正極導出部４１と負極導出部４２は板状を呈するように配置され、異なる材料で成型され、本実施において、正極導出部４１の材料は正極リード部２１と同じアルミニウムであり、負極導出部４２の材料は負極リード部２２と同じ銅ニッケルメッキである。電池蓋側電極導出部の幅は、通じられた電流の強さにより決められ、通じられた電流が強いほど、電池蓋側電極導出部の幅が広くなる。例えば、通された電流の強さが２５アンペアであれば電池蓋側電極導出部の幅が一般に２０−２５ｍｍでもよく、通された電流の強さは１６アンペアであれば電池蓋側電極導出部の幅が一般に１５−２０ｍｍでもよく、通された電流の強さは１２アンペアであれば電池蓋側電極導出部の幅が一般に１０−１５ｍｍでもよい。

前記電池蓋側電極導出部がリベットにより電池蓋３０に保持されて、前記正極導出部４１は超音波溶接により正極リード部２１に半田し連接され、前記負極導出部４２も超音波溶接により負極リード部２２にハンダ付けし連接される。

前記電極部材２０と電池蓋３０との間には絶縁材料で製造された絶縁片６０が配置され、前記絶縁片６０に通孔が設けられ、前記正極導出部４１と負極導出部４２は前記通孔を貫通して前記正極リード部２１と負極リード部２２にそれぞれ連接している。該絶縁片６０によって、正極導出部４１と正極リード部２１との間の接続部分と、負極導出部４２と負極リード部２２との間の接続部分とは電池蓋３０に直ちに接触し短絡することが防止できる。

図３乃至図６を参照すると、前記正極リード部２１と負極リード部２２は、電極基体にそれぞれ連接する第一連接部２１１、２２１と、電池蓋側電極導出部４１、４２にそれぞれ連接する第一結合部２１２、２２２とをそれぞれ備える。前記正極導出部４１と負極導出部４２は、電池蓋３０にそれぞれ連接する第二連接部４１１、４２１と、前記第一結合部２１２、２２２に連接する第二結合部４１２、４２２とを含む。電気的かつ機械的に連接した正極リード部２１と正極導出部４１の組合体の断面はＭ字形状を呈するように配置され、同様に、電気的かつ機械的に連接した負極リード部２２と負極導出部４２との組合体の断面もＭ字形状を呈するように配置される。前記M字形状の連接方式により、電池蓋３０と電極部材２０との間の距離は１０mmまたは10mmより小さいことに配置でき、電池ケース２００の内部のスペースを節約できる。また、前記M字形状の連接方式は、超音波溶接の操作に有利になると共に連接の安定性が高くなる。

図２を参照すると、前記保持部材５０によって電池蓋３０と、出力端子１０と、正極導出部４１と負極導出部４２とは電気的かつ機械的に連接されている。本実施状態において、保持部材５０はリナットであり、電池蓋３０と、出力端子１０と、正極導出部４１と負極導出部４２と、絶縁スペーサー７０とは、リナットにより一体に保持される。前記保持部材５０としてのりナットは主にアルミニウムで製作され、勿論、銅などのほか材料で製作してもよい。

図６と図７を参照すると、絶縁スペーサー７０は、Ｐ.Ｐ(ポリプロピレン)材料で成型され、勿論、耐腐蝕できる他の絶縁材料で成型してもよい。絶縁スペーサー７０は、工字形状を呈して、前記電池蓋３０の上側で出力端子１０と電池蓋３０を絶縁するのに用いられる第一絶縁部７１と、電池蓋３０の下側で前記正極導出部４１及び負極導出部４２と電池蓋３０を絶縁するのに用いられる第二絶縁部７２と、電池蓋３０の貫通孔に収容され、前記保持部材５０と電池蓋３０を絶縁するのに用いられ、前記第一絶縁部７１と第二絶縁部７２とを連接する連接部（参照記号なし）と、を含んでいる。第一絶縁部７１が電池蓋３０の上壁に部分に覆って、前記第二絶縁部７２が電池蓋３０の下壁に部分に覆って、前記連接部が電池蓋３０の貫通孔の内壁に覆っている。勿論、絶縁スペーサー７０の面積が、出力端子１０の取付部１２の面積と前記正極導出部４１及び負極導出部４２の面積より大きいことが必要になる。

以下、絶縁スペーサー７０の製造方法について説明する。まず、電池蓋３０を射出成型機に置いて、次に、射出成型技術により電池蓋３０に絶縁スペーサー７０が成型される。前記出力端子１０と、電池蓋３０と、正極導出部４１及び負極導出部４２と、正極リード部２１と負極リード部２２と、保持部材５０とは、それぞれ金属材料からなるので、前記絶縁片６０と絶縁スペーサー７０により短絡することが防止できる。

以下、電池アセンブリ３００の組合方法について説明している。電池アセンブリ３００の組合方法において、
前記正極リード部２１と負極リード部２２とを有する電極部材２０を製造する工程と、
電池蓋３０を射出成型機に置いて、電池蓋３０に絶縁スペーサー７０が成型される工程と、
前記出力端子１０としての段付ネジを電池蓋３０の上側に組合される工程と、
前記正極導出部４１と負極導出部４２を前記電池蓋３０の下側に配置される工程と、
前記保持部材５０によって、前記電池蓋３０と、絶縁スペーサー７０と、出力端子１０と、正極導出部４１と、負極導出部４２とがリベット締めるように連接される工程と、
超音波溶接操作により、前記正極導出部４１が正極リード部２１に溶接され、前記負極導出部４２が負極リード部２２に溶接される工程と、を含む。前記出力端子１０と、正極導出部４１及び負極導出部４２と、保持部材５０とは、前記絶縁スペーサー７０により電池蓋３０に絶縁するよう配置される。

図８を参照すると、電池蓋側電極導出部と電極リード部が超音波溶接される前に、まず、電池蓋側電極導出部の第二連接部４１１、４１２が電池蓋３０にリベット締めされる。次に、電池蓋側電極導出部を折曲がって第二連接部４１１、４１２を第二結合部４１２、４２２に直交させられ、同様に、電極リード部を折曲がって第一連接部２１１、２１２を第一結合部２１２、２２２に直交させられる。最後に、超音波溶接操作により前記正極導出部４１を正極リード部２１に溶接させられ、前記負極導出部４２を負極リード部２２に溶接させられる。図６を参照すると、溶接された正極導出部４１と正極リード部２１の組合体の断面はＭ字形状を呈して、溶接された負極導出部４２と負極リード部２２の組合体の断面もＭ字形状を呈している。

本発明は、電池アセンブリ３００はリベット締めで保持されるので、従来のねじが弛んでしまう虞を防止でき、内部の電解液が漏れたりする恐れが防止でき、同時に、整体の構造が簡単になる。絶縁スペーサー７０及び絶縁片６０により短絡することが防止できる。また、正極導出部４１と正極リード部２１が超音波溶接され、負極導出部４２と負極リード部２２が超音波溶接されるので溶接が安定になり、正極導出部４１と正極リード部２１との組合体の断面がＭ字形状を呈して、負極導出部４２と負極リード部２２との組合体の断面もＭ字形状を呈するので、電池１００のスペースが節約できる。

以上本発明について最良の実施の形態を参照して詳細に説明したが、実施形態はあくまでも例示的なものであり、これらに限定されない。また上述の説明は、本発明に基づきなしうる細部の修正或は変更など、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

１００ 電池
２００ 電池ケース
３００ 電池アセンブリ
１０ 出力端子
１０ａ 正極端子
１０ｂ 負極端子
１１ 導出部
１１１ ねじ山部
１２ 取付部
２０ 電極部材
２１ 正極リード部
２２ 負極リード部
２１１、２２１ 第一連接部
２１２、２２２ 第一結合部
３０ 電池蓋
４１ 正極導出部
４２ 負極導出部
４１１、４２１ 第二連接部
４１２、４２２ 第二結合部
５０ 保持部材
６０ 絶縁片
７０ 絶縁スペーサー
７１ 第一絶縁部
７２ 第二絶縁部

Claims (18)

1. 電池蓋と、
   前記電池蓋の上側に配置される出力端子と、
   前記電池蓋の下側に配置される電池蓋側電極導出部と、
   前記電池蓋と、前記出力端子と、前記電池蓋側電極導出部とを保持するための保持部材と、
   前記出力端子と、前記電池蓋と、前記電池蓋側電極導出部を絶縁するための絶縁スペーサーと
   を含むことを特徴とする電池蓋組立部材。
2. 前記出力端子は、前記電池蓋に取付される取付部と、取付部から延出して外部設備に連接するための導出部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池蓋組立部材。
3. 前記出力端子の導出部にはねじ山が形成されることを特徴とする請求項２に記載の電池蓋組立部材。
4. 前記保持部材はリベットであり、前記出力端子と電池蓋と電池蓋側電極導出部と絶縁スペーサーとをリベットによりリベット締められる請求項１または請求項２に記載の電池蓋組立部材。
5. 前記絶縁スペーサーは、前記電池蓋の上側と前記出力端子を絶縁するのに用いられ、前記電池蓋の上側に位置する第一絶縁部と、前記電池蓋の下側と電池蓋側電極導出部とを絶縁するのに用いられ、前記電池蓋の下側に位置する第二絶縁部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載の電池蓋組立部材。
6. 前記絶縁スペーサーは、前記第一絶縁部と第二絶縁部とを連接して、前記保持部材と電池蓋を絶縁するための連接部を含むことを特徴とする請求項５に記載の電池蓋組立部材。
7. 前記電池蓋に、前記保持部材を貫通される貫通孔が設けられ、前記絶縁スペーサーの連接部が前記貫通孔の内壁に覆っていることを特徴とする請求項６に記載の電池蓋組立部材。
8. 前記絶縁スペーサーの断面は、工字形状を呈することを特徴とする請求項１または請求項６に記載の電池蓋組立部材。
9. 前記出力端子は段付ネジであり、冷間圧延加工で製造されることを特徴とする請求項１に記載の電池蓋組立部材。
10. 前記電池蓋側電極導出部は、板状を呈するように配置される正極導出部と負極導出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池蓋組立部材。
11. 前記正極導出部はアルミニウムで成型され、前記負極導出部は銅ニッケルメッキで成型されることを特徴とする請求項１０に記載の電池蓋組立部材。
12. 前記電池蓋組立部材は、電池蓋側電極導出部が貫通される通孔を設けられる絶縁片を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池蓋組立部材。
13. 前記請求項１乃至１２の何れかの一項に記載された電池蓋組立部材を備えた電池アセンブリであって、電極基体と電極リード部とを備える電極部材２０を含むことを特徴とする電池アセンブリ。
14. 前記電極基体は複数の電極基体ユニットが積層するように形成され、各電極基体ユニットに電極リードユニットがそれぞれ備え、
    前記電極リード部は、前記各電極リードユニットを超音波溶接することにより形成され、正極リード部及び負極リード部を有することを特徴とする請求項１３に記載の電池アセンブリ。
15. 前記電極リード部は前記電池蓋側電極導出部に電気的かつ機械的に連接され、前記電極リード部と電池蓋側電極導出部との連接された組合体の断面がＭ字形状を呈していることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の電池アセンブリ。
16. 請求項１３〜１５の何れか１項に記載された電池アセンブリの製造方法であって、
    前記電池蓋を射出成型機に置いて、前記電池蓋に絶縁スペーサーが成型される工程と、
    前記出力端子としての段付ネジを前記電池蓋の上側に組合される工程と、
    前記電池蓋側電極導出部を前記電池蓋の下側に配置される工程と、
    前記保持部材によって、前記電池蓋と、絶縁スペーサーと、出力端子と、前記電池蓋側電極導出部とがリベット締めるように連接される工程と、
    超音波溶接操作により、前記電池蓋側電極導出部を前記電極リード部に一体に接続される工程と、
    を含むことを特徴とする電池アセンブリの製造方法。
17. 前記出力端子としての段付ネジは、冷間圧延加工で製造されることを特徴とする請求項１６に記載の電池アセンブリの製造方法。
18. 前記電池蓋側電極導出部と前記電極リード部は、互いに溶接される前に、それぞれ折曲がられていることを特徴とする請求項１６に記載の電池アセンブリの製造方法。