电池用密封部件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电池用密封部件。电池用密封部件被使用于具有发电构件、壳体主体部件、壳体盖部件、以及具有被插通于设置在壳体盖部件的贯通孔的插通部并且与发电构件电连接的电极端子部件的电池。电池用密封部件具有密封部，该密封部由合成树脂构成，并被夹持在电极端子部件与壳体盖部件的内面之间。在电池用密封部件中，密封部的结晶度比密封部以外的部分的结晶度高。
【专利说明】电池用密封部件
【技术领域】
[0001]本发明涉及被用于具备在壳体盖部件的内侧与发电构件电连接，并且贯通壳体盖部件到达外侧的电极端子部件的电池，将该电极端子部件与壳体盖部件之间密封的电池用密封部件。
【背景技术】
[0002]近年来，锂离子二次电池等电池在移动电话、个人计算机等电子设备、混合动力汽车、电动汽车等车辆等多个方面的领域中被利用。特别是由于锂离子二次电池的能量密度较高，所以适合搭载于各种设备。
[0003]锂离子二次电池例如如下那样构成。锂离子二次电池具备涂覆有正极活性物质的正极箔、涂覆有负极活性物质的负极箔、以及将用于使它们绝缘的隔膜(separator)卷绕而成的扁平形状的发电构件。发电构件被收容于具有开口的壳体主体部件。壳体主体部件的开口被焊接于壳体主体部件的壳体盖部件封闭。电极端子部件与发电构件电连接。电极端子部件例如具备与发电构件电连接并且贯通壳体盖部件到达外部的构件连接端子、和在壳体盖部件的外侧与构件连接端子电连接的外部连接端子。在壳体盖部件设置有注液口，从该注液口注入电解液。在注入电解液后，注液口被注液栓封闭。注液栓通过激光焊接被密封焊接于壳体盖部件。
[0004]此处，在电极端子部件的构件连接端子与壳体盖部件之间设置有合成树脂制的密封部件(密封垫)来用于密封。作为使用密封垫来密封电极端子部件的构件连接端子与壳体盖部件之间的电池，例如已知有下述专利文献I所记载的锂离子二次电池。在下述专利文献I所记载的二次电池中，如图4、5、段落0017所示，构件连接端子(专利文献I中的正极集电板14和正极连接端子15)具有被插入到贯穿设置于壳体盖部件(专利文献I中的盖11)的贯通孔并突出到壳体盖部件的外侧的插通部(专利文献I中的轴部15a)、和比插通部直径大的平板部(专利文献I中的头部15f)。构件连接端子以在插通部嵌装了密封垫的状态被插入到壳体盖部件的贯通孔。即，对密封垫贯穿设置插通孔(专利文献I中的贯通孔1a)，构件连接端子使插通部插入到插通孔，并且使插通部从壳体盖部件的下面侧贯通壳体盖部件的贯通孔。而且，进而使外部绝缘部件(专利文献I中的绝缘部件12)、和外部连接端子(专利文献I中的正极外部端子13)插嵌到向壳体盖部件的外侧露出的插通部，并且通过所谓的旋转凿紧来凿紧插通部的前端，从而将各部件相对于壳体盖部件拧紧固定。此时，密封垫被平板部压接至壳体盖部件的内面。由此，构件连接端子和密封垫无缝隙地面接触，并且壳体盖部件和密封垫无缝隙地面接触。因此，构件连接端子与壳体盖部件之间被密封，可防止壳体主体部件内的电解液向壳体盖部件的外侧漏出。
[0005]专利文献1:日本特开2012 - 28246号公报
[0006]然而，在上述专利文献I的电池中，丝毫未考虑合成树脂制的密封垫的结晶度、t匕重。因此，在使用了结晶度较低的密封垫的情况下，壳体主体部件内的电解液(特别是气化的电解液)有可能渗透至密封垫内部，并通过密封垫内部向壳体盖部件的外侧漏出。另外，即使在使用结晶度较高的密封垫的情况下，若伴随着电池的使用环境温度的上升，密封垫受热，则密封垫的结晶度降低。因此，与使用了结晶度较低的密封垫的情况相同，电解液有可能透过密封垫内部。
[0007]此处，结晶度是指在由结晶性的部分和非晶性的部分构成的高分子的个体中，结晶性的部分相对于高分子的个体整体的比例。由于如果密封垫的结晶度较高，则密封垫中的自由体积较小，所以电解液的分子无法侵入到密封垫内，即使侵入了，在密封垫内扩散的速度也较慢。与此相对，由于如果密封垫的结晶度较低，则密封垫中的自由体积较大，所以电解液的分子能够侵入到密封垫内，在密封垫内扩散的速度较快。其中，密封垫的自由体积是指从密封垫整体的体积减去了存在于该体积中的分子所占有的体积而得到的体积。即，是分子能够侵入的区域。
[0008]这样，在密封垫的结晶度较低的情况下，电解液有可能渗透至密封垫内部，通过密封垫内部向壳体盖部件的外侧漏出。特别是，搭载在车辆中的电池会承受使用环境温度的急剧变化。因此，若使用环境温度上升，则受热后的密封垫的结晶度降低，电解液渗透至密封垫内部的危险较大。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决上述的问题点而完成的。即，其课题在于，提供一种能够很好地防止电解液向壳体盖部件的外侧漏出的电池用密封部件。
[0010]以解决该课题为目的而完成的本发明的一个方式中的电池用密封部件被用于电池，该电池具备:发电构件；壳体主体部件，其具有开口来将发电构件与电解液一起收容于内部；壳体盖部件，其封闭壳体主体部件的开口 ；以及电极端子部件，其具有被插通于设置在壳体盖部件的贯通孔的插通部，并且与发电构件电连接，该电池用密封部件具有密封部，该密封部由合成树脂构成，并被夹持在电极端子部件与壳体盖部件的内面之间，密封部的结晶度比密封部以外的结晶度高。其中，“密封部”是因被夹持在电极端子部件与壳体盖部件的内面之间而承受压缩力的部分。作为“发电构件”，例如可例举将分别呈长条状的正极、负极以及隔膜重叠并卷绕而成的卷绕型的发电构件、将分别呈规定形状的正极、负极以及隔膜层叠多层而成的层叠型的发电构件等。
[0011]根据上述构成的电池用密封部件，由于密封部的结晶度较高，所以密封部的密度较高。因此，构成电解液的分子难以透过密封部内。从而，能够防止电解液通过密封部件的内部向电池外漏出。
[0012]此处，在上述构成的电池用密封部件中，优选密封部的结晶度为40 %以上。这是因为如果密封部的结晶度为40 %以上，则能够很好地防止电解液从电池漏出。
[0013]另外，优选上述构成的电池用密封部件形成有使插通部插通的插通孔，并由从密封部观察时位于接近于插通孔的内侧并包围插通孔的内缘部、包围内缘部的密封部、和从密封部观察时位于与内缘部相反的外侧并包围密封部的外缘部构成，密封部的结晶度比内缘部以及外缘部的结晶度高。
[0014]如果成为这样的构成，则即使在电池的使用环境温度上升的情况下，也能够防止密封部的结晶度降低，并维持电池用密封部件所带来的良好的密封性。即，在上述构成的电池用密封部件中，结晶度较高的密封部处于结晶度较低的内缘部以及外缘部之间。此处，由于若电池用密封部件被加热，则密封部中的结晶性的部分向非晶性变化，所以密封部伴随于此而将膨胀。然而，与密封部相比结晶度较低的内缘部以及外缘部和密封部相比已经膨胀。因此，没有承受密封部的膨胀的富余。其中，密封部要膨胀的力即使作用于内缘部以及外缘部，也不是使内缘部以及外缘部收缩的程度。从而，可抑制密封部的膨胀。因此，根据上述构成的电池用密封部件，能够防止密封部的结晶度的降低，并将密封部的结晶度一直维持为比内缘部以及外缘部高的值。因此，能够维持电池用密封部件所带来的良好的密封性。
[0015]此外，假设在密封部件的内缘部、外缘部、密封部中不对结晶度设置差而全部均匀提高的情况下，内缘部以及外缘部承受与电池的使用环境温度的上升相伴的密封部的膨胀。因此，导致密封部的结晶度降低，无法确保电池用密封部件所带来的良好的密封性。
[0016]另外，在上述构成的电池用密封部件中，优选内缘部是至少使一部分与插通部一起插通于壳体盖部件的贯通孔的部分。如果成为这样的构成，则由于能够利用电池用密封部件的内缘部堵塞壳体盖部件的贯通孔，所以能够提高壳体盖部件和电极端子部件的封闭性。
[0017]另外，优选上述构成的电池用密封部件被用于具有下述部件作为电极端子部件的电池，所述部件是具备与壳体盖部件的内面之间夹持密封部的平板部，并且从平板部的一个主面垂直地延伸配置有插通部的部件，外缘部包围平板部的与一个主面相连的周侧面。
[0018]如果成为这样的构成，则由于能够以利用电池用密封部件的外缘部包围电极端子部件的平板部的周侧面的方式相对于电极端子部件嵌入电池用密封部件，所以电池用密封部件相对于电极端子部件组装时的定位较容易。
[0019]根据本发明，能够提供一种可很好地防止电解液向壳体盖部件的外侧漏出的电池用密封部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示实施方式所涉及的电池的剖视图。
[0021]图2是图1的B部以及C部的放大图。
[0022]图3是表示实施方式所涉及的带端子的盖部件的图。
[0023]图4是实施方式所涉及的电极体的立体图。
[0024]图5是表示该电极体的构造的图。
[0025]图6是表示构成该电极体的正极板的图。
[0026]图7是表示构成该电极体的负极板的图。
[0027]图8是图1的B部以及C部的放大图，是用于说明实施方式所涉及的密封垫(第I绝缘部件)的构成的图。
[0028]图9是表示对实施例的密封垫以及比较例的密封垫测定出的结晶度的图。
[0029]图10是表示对实施例的密封垫以及比较例的密封垫测定出的电解液透过量的图。
[0030]图11是表示实施方式的密封垫的制造方法的图。
[0031]图12是表示密封垫的结晶度伴随着升温而降低的情况的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照附图，对将本发明具体化后的实施方式进行详细的说明。图1是实施方式所涉及的电池100的剖视图。图2是图1的B部以及C部的放大图。其中，对于C部的部件中的与B部不同的部件，在图2中对符号标注括弧。图3是将实施方式所涉及的带端子的盖部件115的一部分分解后的立体图。在本说明书中，上下左右以图1为基准，另外，将图1中纸面跟前一侧称为前方，将纸面里侧称为后方。
[0033]如图1所示，本实施方式所涉及的电池100是具备:具有开口 Illd的矩形箱状的电池壳体主体(壳体主体部件的一个例子)111、和被收容在电池壳体主体111的内部的电极体(发电构件的一个例子)150的锂离子二次电池。并且，电池100具备将电池壳体主体111的开口 Illd封闭的板状的电池壳体盖(壳体盖部件的一个例子)113。电池壳体主体111和电池壳体盖113通过焊接而成为一体，构成了电池壳体110。电池壳体110由金属(具体为纯铝)构成。其中，该电池100是被搭载在混合动力汽车、电动汽车等车辆、冲击钻等使用电池设备的方形电池。
[0034]电池壳体盖113呈矩形板状，在其长边方向(图1中为左右方向)的两端部形成有贯通该电池壳体盖113的圆形状的贯通孔113h、113k。另外，在电池壳体盖113的长边方向的中央部设置有安全阀113j。该安全阀113j与电池壳体盖113—体形成，构成电池壳体盖113的一部分。
[0035]安全阀113j形成得比电池壳体盖113的其它部分薄，并且在其上表面形成有槽部113jv(参照图3)。由此，安全阀113j在电池壳体110内部的内压达到规定压力时工作。即，在内压达到规定压力时，槽部113jv破裂，向外部排出电池壳体110的内部的气体。
[0036]另外，在电池壳体盖113的安全阀113j与贯通孔113k之间形成有用于将电解液(未图示)注入到电池壳体I1内的注液口 113n(参照图1)。该注液口 113η被注液栓113m密封。
[0037]并且，电池100具备电极端子部件(正极端子部件130以及负极端子部件140)，该电极端子部件在电池壳体主体111的内部与电极体150连接，并且通过电池壳体盖113的贯通孔113h、113k延伸至外部。
[0038]正极端子部件130由正极连接部件(构件连接端子)135、正极外部端子部件(外部连接端子)137、以及正极紧固部件(螺栓)139构成(参照图1、图3)。其中，正极连接部件135由金属(纯铝)构成，与电极体150连接，并且通过电池壳体盖113的贯通孔113h延伸至外部。正极外部端子部件137由金属构成,位于电池壳体盖113上(电池壳体110的外部)，并在电池壳体110的外部与正极连接部件135电连接。正极紧固部件139由金属构成，位于电池壳体盖113上(电池壳体110的外部)，并与正极外部端子部件137电连接。
[0039]详细而言，正极连接部件135具有台座部(平板部的一个例子)131、插通部132、电极体连接部134、以及凿紧部133 (参照图1?图3)。其中，台座部131呈矩形板状，位于电池壳体主体111的内部。插通部132是从台座部131的上表面(一个主面的一个例子)131f突出的圆柱形状，插通于电池壳体盖113的贯通孔113h。凿紧部133是与插通部132的上端相连的部位，通过被凿紧(以扩径的方式变形)而呈圆盘状，并与正极外部端子部件137电连接。电极体连接部134以从台座部131的下表面131b延伸至电池壳体主体111的底面Illb侧的形态被焊接在电极体150的正极复层材料层未涂敷部151b。由此，正极连接部件135和电极体150电连接且机械连接。
[0040]正极外部端子部件137由金属板构成，侧视观察时大致呈Z字状。该正极外部端子部件137具有通过凿紧部133被固定的固定部137f、与正极紧固部件139连接的连接部137g、以及将固定部137f和连接部137g连结的连结部137h。在固定部137f形成有贯通该固定部的贯通孔137b，正极连接部件135的插通部132被插通到该贯通孔137b内。另外，在连接部137g也形成有贯通该连接部137g的贯通孔137c。
[0041]正极紧固部件139是金属制的螺栓，具有矩形板状的头部139b、和圆柱状的轴部139c。轴部139c中的前端侧的部位成为螺丝部139d。正极紧固部件139的轴部139c插通于正极外部端子部件137的贯通孔137c。
[0042]负极端子部件140由负极连接部件(构件连接端子)145、负极外部端子部件(外部连接端子)147、以及负极紧固部件(螺栓)149构成(参照图1、图3)。其中，负极连接部件145由金属(纯铜)构成，与电极体150连接，并且通过电池壳体盖113的贯通孔113k延伸至外部。负极外部端子部件147由金属构成,位于电池壳体盖113上(电池壳体110的外部)，并在电池壳体110的外部与负极连接部件145电连接。负极紧固部件149由金属构成，位于电池壳体盖113上(电池壳体110的外部)，并与负极外部端子部件147电连接。
[0043]详细而言，负极连接部件145具有台座部(平板部的一个例子)141、插通部142、电极体连接部144、以及凿紧部143 (参照图1?图3)。其中，台座部141呈矩形板状，位于电池壳体主体111的内部。插通部142是从台座部141的上表面(一个主面的一个例子)141f突出的圆柱形状，插通于电池壳体盖113的贯通孔113k。凿紧部143是与插通部142的上端相连的部位，通过被凿紧(以扩径的方式变形)而呈圆盘状，并与负极外部端子部件147电连接。电极体连接部144以从台座部141的下表面141b延伸至电池壳体主体111的底面Illb侧的形态被焊接在电极体150的负极复层材料层未涂敷部158b。由此，负极连接部件145和电极体150电连接且机械连接。
[0044]负极外部端子部件147由金属板构成，侧视观察时大致呈Z字状。该负极外部端子部件147具有通过凿紧部143被固定的固定部147f、与负极紧固部件149连接的连接部147g、以及将固定部147f和连接部147g连结的连结部147h。在固定部147f形成有贯通该固定部147f的贯通孔147b，负极连接部件145的插通部142插通到该贯通孔147b内。另夕卜，在连接部147g也形成有贯通该连接部147g的贯通孔147c。
[0045]负极紧固部件149是金属制的螺栓，具有矩形板状的头部149b、和圆柱状的轴部149c。轴部149c中的前端侧的部位成为螺丝部149d。负极紧固部件149的轴部149c插通于负极外部端子部件147的贯通孔147c。
[0046]并且，电池100具备第I绝缘部件(电池用密封部件的一个例子)170，该第I绝缘部件170夹设在正极端子部件130 (详细为正极连接部件135)与电池壳体盖113之间，使两者电绝缘。该第I绝缘部件170也夹设在负极端子部件140 (详细而言为负极连接部件145)与电池壳体盖113之间。
[0047]具体而言，第I绝缘部件170是由电绝缘性的树脂(具体为PFA)构成的密封垫(gasket)。第I绝缘部件170 (以下也称为“密封垫170”)具有绝缘夹设部(密封部的一个例子)171、绝缘侧壁部(外缘部的一个例子)173、以及插入部(内缘部的一个例子)175(参照图2、图3)。其中，绝缘夹设部171呈平板形状，夹设在正极端子部件130 (负极端子部件140)的台座部131(台座部141)的上表面131f(上表面141f)与电池壳体盖113的下表面(内面)113b之间。
[0048]绝缘侧壁部173是位于绝缘夹设部171的外周缘的四边环状的侧壁部。该绝缘侧壁部173包围台座部131 (台座部141)的外周侧面131g(外周侧面141g)。通过这样的构成，由于台座部131 (台座部141)的上表面131f (上表面141f)侧被收进第I绝缘部件170的下表面侧的内部，所以第I绝缘部件170相对于台座部131 (台座部141)的旋转被限制。其中，绝缘侧壁部173也被称为外侧去毛刺(burring)部。
[0049]插入部175是位于绝缘夹设部171的内周缘(俯视观察时的中央部)的圆筒形状的部分，从绝缘夹设部171的上表面171f向上方突出，并插通到电池壳体盖113的贯通孔113h(贯通孔113k)。在该插入部175的筒内形成有供正极端子部件130的插通部132 (负极端子部件140的插通部142)插通的插通孔175a。插入部175也被称为内侧去毛刺部。其中，对于第I绝缘部件170后面将进一步详述。
[0050]另外，电池100由电绝缘性的树脂(具体为100% PPS)构成，具备被配置在电池壳体盖113上的第2绝缘部件(外部绝缘部件)180。该第2绝缘部件180夹设在正极端子部件130 (详细而言，为正极外部端子部件137以及正极紧固部件139)与电池壳体盖113之间，使两者电绝缘。其中，该第2绝缘部件180也夹设在负极端子部件140 (详细而言，为负极外部端子部件147以及负极紧固部件149)与电池壳体盖113之间。第2绝缘部件180也被称为绝缘体。
[0051]具体而言，第2绝缘部件180具有供正极紧固部件139的头部139b (负极紧固部件149的头部149b)配置的头部配置部181、和供正极外部端子部件137的固定部137f (负极外部端子部件147的固定部147f)配置的紧固配置部183。在紧固配置部183形成有贯通该紧固配置部183的贯通孔183b，正极端子部件130的插通部132 (负极端子部件140的插通部142)插通到该贯通孔183b内。
[0052]在本实施方式中，由电池壳体盖113、电极端子部件(正极端子部件130以及负极端子部件140)、第I绝缘部件170、170、以及第2绝缘部件180、180构成带端子的盖部件115。具体而言，在正极端子部件130的凿紧部133与台座部131之间夹持并固定正极外部端子部件137、第2绝缘部件180、电池壳体盖113、以及第I绝缘部件170，并且在负极端子部件140的凿紧部143与台座部141之间夹持并固定负极外部端子部件147、第2绝缘部件180、电池壳体盖113、以及第I绝缘部件170，由此形成了这些部件成为一体的带端子的盖部件115。
[0053]此外，在带端子的盖部件115中，第I绝缘部件170的绝缘夹设部171被夹在正极端子部件130 (负极端子部件140)的台座部131 (台座部141)的上表面131f (上表面141f)与电池壳体盖113的下表面(内面)113b之间，以在自身的厚度方向(图2中由AX所示的轴向)被弹性压缩的方式配置。并且，第I绝缘部件170的插入部175在自身的轴线方向(图2中由AX所示的轴向)被弹性压缩，其前端175b与第2绝缘部件180密接。这样，通过第I绝缘部件170将电池壳体盖113的贯通孔113h、113k密封。
[0054]此处，如图2所示，在电池壳体盖113的贯通孔113h、113k的周缘部(以下称为“贯通孔周缘部113c”)形成有从电池壳体盖113的下表面(内面)113b朝向下方呈圆筒状突出的凸部113p。在正极端子部件130 (负极端子部件140)被凿紧时，该凸部113p卡入绝缘夹设部171的上表面171f的靠近插入部175的位置。由此，在第I绝缘部件170形成被按压在凸部113p与正极端子部件130 (负极端子部件140)的台座部131 (台座部141)的上表面131f (上表面141f)之间的高压缩部171p。该高压缩部171p在第I绝缘部件170中成为密封性最高的部分。
[0055]接下来，基于图4?7，对电极体150进行说明。如图4、5所示，电极体150是将带状的正极板155、负极板156、以及隔膜157卷绕成扁平形状的扁平型的卷绕电极体。
[0056]如图6所示，正极板155具有是沿长边方向DA延伸的带状并由铝箔构成的正极基材151、和被配置在该正极基材151的表面的一部分的正极复层材料层152。正极复层材料层152包括由正极活性物质153和乙炔黑构成的导电材料、以及PVDF(粘接剂)。
[0057]将正极基材151中的涂敷有正极复层材料层152的部位称为正极复层材料层涂敷部151c。另一方面，将未被涂敷正极复层材料层152的部位称为正极复层材料层未涂敷部151b。正极复层材料层未涂敷部151b位于正极基材151(正极板155)的宽度方向DB (图6中为左右方向)的端部(图6中为左端部)，沿着正极基材151 (正极板155)的一个长边，在正极基材151 (正极板155)的长边方向DA呈带状延伸。
[0058]另外，如图7所示，负极板156具有是沿长边方向DA延伸的带状并由铜箔构成的负极基材158、和被配置在该负极基材158的表面的一部分的负极复层材料层159。负极复层材料层159包括负极活性物质154、SBR (粘接剂)、以及CMC (增粘剂)。
[0059]将负极基材158中的涂敷有负极复层材料层159的部位称为负极复层材料层涂敷部158c。另一方面，将负极基材158中的未被涂敷负极复层材料层159的部位称为负极复层材料层未涂敷部158b。负极复层材料层未涂敷部158b位于负极基材158 (正极板156)的宽度方向DB (图7中为左右方向)的端部(图7中为右端部)，沿着负极基材158 (负极板156)的一个长边,在负极基材158(负极板156)的长边方向DA(图7中为上下方向)呈带状延伸。
[0060]接下来，基于图8?11，详细地对第I绝缘部件170进行说明。其中，在以下的说明中，对设置在正极端子部件130的第I绝缘部件170进行说明，对于设置在负极端子部件140的第I绝缘部件170，由于与设置在正极端子部件130的第I绝缘部件170相同，所以省略说明。如已经说明那样，在第I绝缘部件170形成有用于使正极端子部件130的插通部132插通的插通孔175a。而且，第I绝缘部件170具备位于接近插通孔175a的内侧的插入部175、位于远离插通孔175a的外侧的绝缘侧壁部173、以及位于插入部175与绝缘侧壁部173之间的绝缘夹设部171 (参照图2、8)。
[0061]图9是表示第I绝缘部件170 (密封垫170)的结晶度的图表。图9中横轴a、b、c与图8中对密封垫170赋予的a、b、c的部位对应。S卩，图9中a表示密封垫170的绝缘夹设部171的结晶度，图9中b表示密封垫170的插入部175的结晶度，图9中c表示密封垫170的绝缘侧壁部173的结晶度。
[0062]此处，结晶度是结晶性的部分占整体的比例。由于结晶度越低，该部分的自由体积越大，所以被注入到电池壳体110的电解液的分子有可能侵入至密封垫170内，在侵入的情况下在密封垫内扩散的速度较快。与此相对，由于结晶度越高，该部分的自由体积越小，所以被注入到电池壳体110的电解液的分子较难侵入至密封垫170内，即使假设侵入，在密封垫内扩散的速度也较慢。
[0063]在实施方式的电池100中，绝缘夹设部171的结晶度与插入部175、绝缘侧壁部173的结晶度相比，为较高的值。具体而言，绝缘夹设部171的结晶度为43%左右，插入部175的结晶度为33%左右，绝缘侧壁部173的结晶度为34%左右。即，对实施方式的密封垫170而言，绝缘夹设部171的结晶度比其它部分(插入部175以及绝缘侧壁部173)的结晶度高10%左右。其中，由于绝缘夹设部171被夹持在电池壳体盖113的下表面(内面)113b和正极端子部件130的台座部131的上表面131f之间，所以是密封垫170中最受表面压力的部分。对密封垫170而言，最受表面压力的部分的密封性最好。从这一点来看，也将绝缘夹设部171称为密封部171。可以说实施方式的密封垫170是使最受表面压力的密封部171的结晶度比其它部分的结晶度高的部件。
[0064]在图9中作为实施例所示的结晶度的测定通过使用DSC分析装置来测定约1mg的密封垫170的试样而进行。DSC分析装置使用了 Rigaku制的差示扫描量热仪Thermo plusEVO DSC8120。测定气氛为大气。测定温度从常温至350°C，以10°C /min的速度使其上升。其中，结晶度根据下述式(I)来计算。
[0065]结晶度(%) = (X/Y) X100- (I)
[0066]X:融解焓(测定融解热量)
[0067]Y:完全融解焓(完全结晶体融解热量)
[0068]此处，融解焓(测定融解热量)X是使用DSC分析装置测定出的热量。完全融解焓(完全结晶体融解热量)Y是没有晶格缺陷、杂质的理想的完全结晶的融解热量。完全融解焓(完全结晶体融解热量)Y是根据密封垫170的材料唯一决定的值。
[0069]接下来，基于图10，对为了确认实施方式的密封垫170所带来的效果而进行的实验的结果进行说明。图10中的实施例示出使用了图9中作为实施例所示的密封垫170 (实施方式的密封垫170)的情况，图10中的比较例示出使用了与实施方式的密封垫170不同的其它密封垫的情况。
[0070]比较例所使用的密封垫是具有图9中作为比较例所示的结晶度的密封垫。具体而言，比较例的密封垫是绝缘夹设部的结晶度为33%左右、插入部的结晶度为31%左右、绝缘侧壁部的结晶度为32%左右的密封垫。即，对比较例的密封垫而言，绝缘夹设部、插入部、以及绝缘侧壁部的各部的结晶度是几乎相同的值。其中，比较例的密封垫是通过注塑成型而制造出的。另外，图9所示的比较例的密封垫的结晶度的测定方法与上述的实施例的测定方法相同。
[0071]图10是表示将电池放置在80°C的温度下的情况下的电解液透过量的图表。图10中横轴为时间(单位:h)，纵轴为电解液透过量(单位:g)。如图10中用近似线所示，使用了比较例的密封垫的电池与使用了实施例的密封垫170的电池100相比，电解液的透过速度快2倍?3倍左右。因此，从图10所示的实验可知，如实施例那样绝缘夹设部171的结晶度比插入部175、绝缘侧壁部173的结晶度高的密封垫170与如比较例那样任意的部分都由大致均匀的结晶度构成的密封垫相比，电池壳体盖113与电极端子部件(正极端子部件130以及负极端子部件140)之间的密封性良好，并且可维持其密封性的良好。
[0072]接下来，基于图11，对实施方式的密封垫170的制造方法进行说明。作为实施方式的密封垫170的制造方法，可例举淀川惠德株式会社的日本专利第3916728号涉及的制造方法。具体而言，上述那样的特性的密封垫170如以下那样制造。首先，通过冲切将320°C下的熔体流动指数为2g/10min的PFA挤压成型而成的厚度0.5mm的PFA片材(略带乳白的透明片材)，来制成平坦的四边形的原材料成型品20。
[0073]另外，准备了由3个块构成的金属模30。在图11(b)中，30a为第I阴模，30b为第2阴模，30c为阳模。第I阴模30a的上孔部为原材料成型品20正好进入的大小，第2阴模30b的突起部为原材料成型品20的贯通孔21正好嵌入的直径。
[0074]而且，对组合了第I阴模30a以及第2阴模30b而成的金属模安装上述的原材料成型品20(参照图11 (a))，接下来，将阳模30c嵌入到阴模30a、30b(参照图11 (b))。
[0075]使金属模30升温，并升温至290°C，在该温度保持2分钟使原材料成型品20进行凝胶化，然后朝向阴模30a、30b压入阳模30c，以lOOkg/cm2的压力进行加压。由此，原材料成型品20变形成沿着金属模腔的立体形状的软化立体成型品23 (参照图11 (c))。
[0076]接下来，一边保持加压状态，一边将金属模30投入到水槽中的大量水(常温)中，将软化立体成型品23冷却而成为目标成型品25。
[0077]最后，从金属模30取出冷却后的目标成型品25 (参照图11 (d))。由此，得到了由目标成型品25构成的密封垫170。
[0078]此处，对密封垫170的制造工序进行总结。实施方式的密封垫170是经过以下所示的工序A、B、C制造出的。工序A是将实际与压接后的金属模腔容量相同容量的氟系树脂制的原材料成型品20供给至金属模内的工序。其中，在工序A中使用实际与压接后的金属模腔容量相同容量的原材料成型品是因为若使用比腔容量小超过允许范围的容量的原材料成型品，则尺寸稳定性、致密性变差，若使用比腔容量大超过允许范围的容量的原材料成型品，则产生毛刺。
[0079]工序B是将原材料成型品20在金属模内加热至其软化温度以上而使其软化，并且在金属模内施加压力而变形为沿着金属模腔的立体形状的软化立体成型品23的工序。其中，加热能够通过电热、基于热介质(油、蒸汽、煤气)的加热、高频加热、红外线加热等来进行。加热温度以及加热时间为足以将原材料成型品20加热至其软化温度以上的温度以及时间。其中，对于原材料成型品20的温度而言，在PFA (熔点302?310°C )的情况下，比其熔点低50°C?0°C的温度即260°C?300°C左右较好。对于加热时间而言，在升温至规定的温度之后例如保持I?10分钟，尤其是保持1.5?5分钟左右较好。
[0080]工序C是在金属模内将其软化立体成型品23 —边保持加压状态一边冷却至其软化温度以下来成为目标成型品25，并从金属模取出的工序。其中，作为加压方法，除了利用液压、气压、水压的机构之外，还能够采用利用了基于加热引起的热膨胀的机构。压力例如适合为50?300kg/cm2左右。
[0081]其中，氟系树脂制的原材料成型品20是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)，且是熔体流动指数(以比熔点高10°C的温度测定)小于约5g/10min的等级的挤压成型品。若形成熔体流动指数(以比熔点高10°C的温度测定)小于约5g/10min的等级的氟系树脂的挤压成型品，则在耐热循环冲击性、耐应力裂缝性的方面有利。
[0082]此外，考虑了耐应力裂缝性以及耐热老化性优异，而使用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)制造了实施方式的密封垫170，但也可以使用其它的氟系树脂来制造。也可以使用例如四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-二氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、偏二氟乙烯系氟橡胶、丙烯-四氟乙烯系氟橡胶、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚系氟橡胶、热塑性氟橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)等。其中，在使用FEP (熔点255?265°C )的情况下，上述的制造工序B中的加热温度成为比其熔点低50?(TC左右的温度的200?260°C左右较好。另外，在使用PTFE(熔点327°C )的情况下，上述的制造工序B中的加热温度为其软化温度以上且比熔点高20?25°C左右的温度为止的范围的温度，例如280?350°C较好。
[0083]如以上详细说明那样，实施方式的电池100具备电极体150(发电构件)、具有开口Illd并将电极体150与电解液一起收容在内部的电池壳体主体111 (壳体主体部件)、封闭电池壳体主体111的开口 Illd的电池壳体盖113 (壳体盖部件)、具有被插通于设置在电池壳体盖113的贯通孔113h(113k)的插通部132(142)并且与电极体150电连接的电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)、以及由合成树脂构成并具有夹持在电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)与壳体盖部件113的内面113b之间的绝缘夹设部(密封部)171的密封垫170 (电池用密封部件)。密封垫170是绝缘夹设部171的结晶度比绝缘夹设部171以外的部分(插入部175以及绝缘侧壁部173)的结晶度高的部件。其中，绝缘夹设部(密封部)171是被夹持在电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)与壳体盖部件113的内面113b之间的部分，是因被夹持而受到压缩力的部分。
[0084]根据实施方式的电池100，由于绝缘夹设部171的结晶度较高，所以绝缘夹设部171的密度较高。因此，构成电解液的分子难以透过绝缘夹设部171内。因而，能够防止电解液(特别是气化的电解液)通过密封垫170的内部向电池100外漏出。另外，也能够防止水等从电池壳体盖113的外侧侵入到电池壳体110内。特别是如实施方式的电池100那样，如果将绝缘夹设部171的结晶度设为40%以上，则能够很好地防止电解液向电池100外泄漏、水分侵入电池100内。
[0085]另外，在实施方式的电池100中，在密封垫170形成有使插通部132(142)插通的插通孔175a，密封垫170由从绝缘夹设部171观察时位于接近于插通孔175a的内侧并包围插通孔175a的插入部175 (内缘部)、包围插入部175的绝缘夹设部171、以及从绝缘夹设部171观察时位于与插入部175相反的外侧并包围绝缘夹设部171的绝缘侧壁部173 (外缘部)构成，绝缘夹设部171与插入部175以及绝缘侧壁部173相比结晶度较高。
[0086]因此，即使在电池100的使用环境温度上升的情况下，也能够防止绝缘夹设部171的结晶度的降低，并维持密封垫170所带来的良好的密封性。这基于以下那样的理由。在实施方式的电池100中，结晶度较高的绝缘夹设部171处于结晶度较低的插入部175以及绝缘侧壁部173之间。此处，若密封垫170被加热，则由于绝缘夹设部171中的结晶性的部分向非晶性变化，所以绝缘夹设部171伴随于此而欲膨胀。然而，与绝缘夹设部171相比结晶度较低的插入部175以及绝缘侧壁部173同绝缘夹设部171相比已经膨胀。因此，没有承受绝缘夹设部171的膨胀的富余。此外，即使绝缘夹设部171要膨胀的力作用于插入部175以及绝缘侧壁部173，也不是使插入部175以及绝缘侧壁部173收缩的程度。因此，可抑制绝缘夹设部171的膨胀。因此，在实施方式的电池100中，能够防止绝缘夹设部171的结晶度的降低，并使绝缘夹设部171的结晶度维持为比插入部175以及绝缘侧壁部173高的值。因而，能够维持密封垫170所带来的良好的密封性。此外，假设在密封垫170的插入部175、绝缘侧壁部173、绝缘夹设部171中不对结晶度设置差而使全部均匀提高的情况下，插入部175以及绝缘侧壁部173承受与电池的使用环境温度的上升相伴的绝缘夹设部171的膨胀。因此，导致绝缘夹设部171的结晶度降低，无法确保密封垫170所带来的良好的密封性。
[0087]此处，图12表示了伴随着温度的上升的结晶度的降低的情况。如图12所示，可知因密封垫的使用环境温度上升，密封垫的结晶度降低。特别是在150°C以上的高温下，密封垫的结晶度的降低变得显著。在实施方式的密封垫170中，由于利用插入部175以及绝缘侧壁部173夹着绝缘夹设部171，所以即使产生这样的使用环境温度的上升，也能够一直将绝缘夹设部171的结晶度维持为较高。其中，图12中的密封垫的结晶度的测定通过XRD测定来进行。在XRD测定中使用了 Bruker AXS制的D8ADVANCE。
[0088]另外，在实施方式的电池100中，由于使插入部175的结晶度比绝缘夹设部171的结晶度低，所以相比于以与绝缘夹设部171相同的结晶度构成插入部175的情况，插入部175的变形变得容易。因此，能够减小用于凿紧电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)的压缩负载。从而，能够防止凿紧时的电池壳体盖113的变形。
[0089]此外，在实施方式中，使密封垫170的绝缘夹设部171的结晶度比插入部175以及绝缘侧壁部173的结晶度高，但也可以使密封垫170的绝缘夹设部171的比重比插入部175以及绝缘侧壁部173的比重高。由于即使在这样构成的情况下，电解液也难以穿过绝缘夹设部171内，并且，即使在高温下，绝缘夹设部171的膨胀也被插入部175以及绝缘侧壁部173抑制，所以可获得与实施方式相同的效果。
[0090]另外，在实施方式的电池100中，插入部175使其上部与插通部132(142) —起插通于电池壳体盖113的贯通孔113h(113k)。因此，由于电池壳体盖113的贯通孔113h(113k)被密封垫170的插入部175堵塞，所以能够提高电池壳体盖113和电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)的封闭性。
[0091]另外，在实施方式的电池100中，电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)具备与电池壳体盖113的内面113b之间夹持绝缘夹设部171的台座部(平板部)131(141)，插通部132(142)从台座部131(141)的上表面(一个主面)131f (141f)垂直地延伸配置，绝缘侧壁部173包围与台座部131(141)的上表面131f(141f)相连的外周侧面131g(141g)。因此，由于能够利用密封垫170的绝缘侧壁部173包围台座部131(141)的外周侧面131g(141g)，来相对于电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)嵌入密封垫170，所以密封垫170相对于电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)组装时的定位较容易。另外，由于相对于俯视时大致四边形的台座部131(141)，以利用绝缘侧壁部173包围其外周侧面131g(141g)的方式组装密封垫170，所以能够防止密封垫170绕插入部175的轴旋转的位置偏移。
[0092]另外，在实施方式的电池100中，电池壳体盖113在包围贯通孔113h(113k)的贯通孔周缘部113c的下表面113b侧具有朝向下方突出的凸部113p。因此，在凿紧电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)时，由该凸部113p按压密封垫170的绝缘夹设部171的插入部175侧，形成高压缩部171p。从而，通过该高压缩部171p，能够使电池壳体盖113和正极连接部件135 (负极连接部件145)的密封性提高。
[0093]此外，实施方式的电池100能够搭载于将该电池100的电能使用于动力源的全部或者一部分的车辆。在将电池搭载于车辆的情况下，要考虑因伴随着车辆的行驶的振动，电池壳体110内的电解液朝向电池壳体盖113飞溅的情况、因伴随着车辆的行驶的发热而使得电池100被置于高温下的情况，但如果使用实施方式的电池100，则即使在这样的使用环境下，也能够很好地防止电解液向电池100外泄漏、水分侵入电池100内。其中，作为“车辆”，例如可例举电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车、混合动力有轨车辆、叉车、电动轮椅、电动助力自行车、电动踏板车等。
[0094]以上，按照实施方式来说明了本发明，但本发明当然并不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内适当地变更来加以应用。例如，电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)只要具有插通于设置在电池壳体盖113的贯通孔113h(113k)的插通部132 (142)即可，不必一定由正极连接部件135 (负极连接部件145)、正极外部端子部件137 (负极连接部件147)、以及正极紧固部件139 (负极紧固部件149)构成。
[0095]另外，密封垫170的插入部175 (内缘部)不必一定被插通至电池壳体盖113的贯通孔113h (113k)。另外，密封垫170的绝缘侧壁部173(外缘部)不必一定包围台座部131(141)的外周侧面131g(141g)。另外，对于密封垫(密封部件)170而言，只要绝缘夹设部171 (密封部)的结晶度比其它部分高即可，不必一定具有插入部175 (内缘部)、绝缘侧壁部173 (外缘部)。
[0096]另外，在上述实施方式中，作为电池，例示了锂二次电池100，但例如在镍氢电池、镍镉电池等的其它种类的二次电池等中也能够应用本发明。另外，在上述实施方式中，例示了具有卷绕型的发电构件(电极体150)的电池100，但也能够在具有层叠型的发电构件的电池等中应用本发明。另外，在上述实施方式中，例示了具有方形的电池壳体110的电池100，但也能够在具有圆筒型的电池壳体的电池等中应用本发明。
[0097]此外，在上述实施方式中，绝缘夹设部171虽然具有高压缩部171p，但由于由绝缘夹设部171整体发挥密封功能，所以绝缘夹设部171整体为“密封部”的一个例子，但在仅由绝缘夹设部171中的高压缩部171p担负密封功能的情况下，仅绝缘夹设部171中的高压缩部171p成为“密封部”的一个例子。即，也可以仅将因被夹持在电极端子部件(正极端子部件130、负极端子部件140)与壳体盖部件113的内面113b之间而受到压缩力的部分(绝缘夹设部171)中的、与其它部分相比受到较大的压缩力的部分(高压缩部171p)作为技术方案中的“密封部”。
[0098]符号说明
[0099]100…电池；111…电池壳体主体(壳体主体部件)；llld…开口 ；113…电池壳体盖(壳体盖部件)；113h、113k…贯通孔；130…正极端子部件(电极端子部件)；131...台座部(平板部)；131f…上表面(一个主面)；131g…外周侧面；132…插通部；140…负极端子部件(电极端子部件)；141…台座部(平板部)；141f…上表面(一个主面)；141g…外周侧面；142…插通部；150…电极体(发电构件)；170…第I绝缘部件(密封垫、电池用密封部件)；171…绝缘夹设部(密封部)；173…绝缘侧壁部(外缘部)；175…插入部(内缘部)；175a…插通孔。
【权利要求】
1.一种电池用密封部件，被用于电池，该电池具备:发电构件；壳体主体部件，其具有开口，并将所述发电构件与电解液一起收容于内部；壳体盖部件，其封闭所述壳体主体部件的所述开口 ；以及电极端子部件，其具有被插通于设置在所述壳体盖部件的贯通孔的插通部，并且与所述发电构件电连接，该电池用密封部件由合成树脂构成，并具有被夹持在所述电极端子部件与所述壳体盖部件的内面之间的密封部，所述电池用密封部件的特征在于， 所述密封部的结晶度比所述密封部以外的结晶度高。
2.根据权利要求1所述的电池用密封部件，其特征在于， 所述密封部的结晶度为40%以上。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的电池用密封部件，其特征在于， 所述电池用密封部件形成有供所述插通部插通的插通孔，并包括从所述密封部观察时位于接近于所述插通孔的内侧并包围所述插通孔的内缘部、包围所述内缘部的所述密封部、以及从所述密封部观察时位于与所述内缘部相反的外侧并包围所述密封部的外缘部， 所述密封部的结晶度比所述内缘部以及所述外缘部的结晶度高。
4.根据权利要求3所述的电池用密封部件，其特征在于， 所述内缘部是至少使一部分与所述插通部一起插通于所述壳体盖部件的贯通孔的部分。
5.根据权利要求3或者权利要求4所述的电池用密封部件，其特征在于， 该电池用密封部件被使用于具有下述部件作为所述电极端子部件的所述电池，所述部件具备平板部，在该平板部与所述壳体盖部件的内面之间夹持所述密封部，并且所述部件从所述平板部的一个主面垂直地延伸配置有所述插通部， 所述外缘部包围所述平板部的与所述一个主面相连的周侧面。
【文档编号】H01M2/08GK104364930SQ201380027967
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】原山贵司, 草间和幸, 小川克己, 粟井功, 鸟居博之 申请人:丰田自动车株式会社, 淀川惠德株式会社