CN103370809A

CN103370809A - 硬币型电池

Info

Publication number: CN103370809A
Application number: CN2012800085935A
Authority: CN
Inventors: 水田堂太; 柳本猛; 藤井慎二; 五反田幸宏; 池畠敏彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: US20130330601A1; CN103370809B; WO2012132373A1; JPWO2012132373A1; JP5807164B2

Abstract

本发明提供一种硬币型电池，为了一边确保耐漏液性一边提高电池容量，其具备：具有底面部及从其周边立起的第1侧壁的圆筒形的电池罐、具有顶板部及从其周边向第1侧壁的内侧延伸的第2侧壁的封口板、压缩地夹在第1侧壁与第2侧壁之间的垫圈、通过电池罐和封口板而被密封的发电要素。该电池在第2侧壁上设置朝外侧鼓起的鼓起部，在鼓起部的内侧配置发电要素的一部分。优选负极与鼓起部的内侧接触。

Description

硬币型电池

技术领域

本发明涉及硬币型电池，特别是涉及能在高温气氛下确保耐漏液性、且提高电池容量的硬币型电池。

背景技术

将包含非水电解液的发电要素收容在扁平的圆筒形的外包装体内而成的硬币型电池也称为“钮扣型电池”、“扁平型电池”。硬币型电池因小型薄型，因而利用该特征而广泛应用于手表或遥控钥匙等要求小型化的用途、或OA设备及FA设备的存储器断电保护等要求长时间使用的用途。而且，在各种仪表或测定仪器用电源中也采用硬币型电池，其用途在扩大。硬币型电池的使用环境也从低温或常温区向高温区扩展。

一般的硬币型电池通过下述方式形成：在电池罐内中间夹着隔膜地对置配置正极和负极，在注入了电解液后，用封口板堵塞电池罐的开口部，夹着垫圈地将开口端部敛缝在封口板上而形成。对于如此结构的硬币型电池，在高温气氛下连续使用、或施加激烈的温度冲击的情况下，有时发生漏液。

具体地讲，如果在高温下发生电解液的膨胀或气化，则电池内压上升，封口板及电池罐朝外侧鼓起。此时，电池罐与垫圈之间、或封口板与垫圈之间的密封性下降。所以，如果在封口部分产生变形，则容易发生漏液。

所以，为了防止漏液，如图10A所示，提出了在封口板22的周边设置凸缘部25，再设置从凸缘部25向与电池罐21的侧壁28对置的垂直下方延伸的延长部26，同时在电池罐21的底面部的周边设置具有比延长部26的内径小的外径的台阶部27b，在从台阶部27b外侧的环状区域27a到电池罐21的侧壁28的顶端之间配置有垫圈23的电池100A。图10B是电池100A的主要部位的放大图。通过以压缩电池垫圈23的方式将侧壁28的端部敛缝在凸缘部25上，可形成可靠性高的封口（参照专利文献1）。根据此构成，即使在高温（进而高湿度）气氛下或激烈的温度冲击下，也能够确保耐漏液性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第02/013290号小册子

发明内容

发明要解决的问题

但是，对硬币型电池的进一步小型化的期望高涨，为了补偿伴随着小型化的外包装体的内容积的减少，产生重新评价电池形状的必要性。例如，如图11A所示，研究了将电池100B的直径维持以前的原状，减小封口板22的凸缘部25的宽度。由此，能够以凸缘部25的缩小程度增大封口板22的顶板部的直径，能够增加封口板22内侧的容积。图11B是电池100B的主要部位的放大图。

另一方面，如果缩小凸缘部25的宽度，则敛缝在凸缘部25上的电池罐21的侧壁28的端部（敛缝部29）的宽度C与图10A、B所示的电池100A相比缩小。其结果是，垫圈23的压缩面积减少，有不能维持良好的密封性的可能性。因此，结果使确保耐漏液性变得困难。

本发明的目的在于，鉴于上述情况，提供一种即使在高温气氛下或激烈的温度冲击下也能够确保耐漏液性、且能够提高电池容量的硬币型电池。

用于解决课题的手段

本发明涉及硬币型电池，其具备：具有底面部及从所述底面部的周边立起的第1侧壁的圆筒形的电池罐、具有顶板部及从所述顶板部的周边向所述第1侧壁的内侧延伸的第2侧壁的封口板、压缩地夹在所述第1侧壁与所述第2侧壁之间的垫圈、通过所述电池罐和所述封口板被密封的发电要素；

所述第2侧壁具有朝外侧鼓起的鼓起部，在所述鼓起部的内侧配置有所述发电要素的一部分。

发明效果

根据本发明，有可能在确保了硬币型电池的耐漏液性的情况下，与以往相比提高电池容量。

尽管在附加的权利要求书中具体描述了本发明的新特征，但是从下面结合了附图的详细描述，将更好地理解和懂得本发明的内容和结构，以及其它目的和特征。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的硬币型电池的构成的纵向剖视图。

图2是构成本发明的一实施方式的硬币型电池的电池罐及垫圈的部分剖视图。

图3是构成本发明的一实施方式的硬币型电池的封口板的部分剖视图。

图4是表示在封口板的内侧压接负极的工序的中途的状态的部分剖视图。

图5是表示在封口板的内侧压接负极的工序的结束时的状态的部分剖视图。

图6是表示将电池罐的侧壁的端部敛缝在封口板的凸缘部上的工序的中途的状态的部分剖视图。

图7是表示将电池罐的侧壁的端部敛缝在封口板的凸缘部上的工序的结束时的状态的部分剖视图。

图8是放大地表示本发明的一实施方式的硬币型电池的主要部分的部分剖视图。

图9是放大地表示本发明的另一实施方式的硬币型电池的主要部分的部分剖视图。

图10A是表示以往的硬币型电池的构成的纵向剖视图。

图10B是放大地表示以往的硬币型电池的主要部分的部分剖视图。

图11A是表示扩大了封口板的内侧的容积的以往的硬币型电池的构成的纵向剖视图。

图11B是放大地表示以往的硬币型电池的主要部分的部分剖视图。

具体实施方式

本发明具备：具有底面部及从其周边立起的第1侧壁的圆筒形的电池罐、具有顶板部及从顶板部的周边向第1侧壁的内侧延伸的第2侧壁的封口板、压缩地夹在第1侧壁与第2侧壁之间的垫圈、通过电池罐和封口板被密封的发电要素。其中，第2侧壁具有朝外侧（硬币型电池的径向的外侧）鼓起的鼓起部，在鼓起部的内侧配置有发电要素的一部分。第1侧壁的高度小于底面板的直径，电池罐的形状为浅底状。

根据上述构成，因在封口板设置鼓起部，而可增加封口板内侧的容积，因在此配置发电要素的一部分，因而能进行硬币型电池的高容量化。此外，由于能够充分确保夹在电池罐的第1侧壁与封口板的第2侧壁之间的垫圈的压缩面积，所以即使在高温且高湿度气氛下或激烈的温度冲击下电池内压上升时，也可抑制电池罐与垫圈之间、或封口板与垫圈之间的密封性下降。

这里，发电要素例如具备正极、中间夹着隔膜地与正极对置配置的包含锂金属或锂合金的负极、及非水电解液。在此种情况下，硬币型电池为非水电解液电池（例如锂离子电池）。此外，含有锂金属或锂合金的负极因具有金属材料特有的延展性，因而比较容易通过外加压力而充填在鼓起部的内侧。所以，可将负极填充在封口板的内侧直到负极与鼓起部的内侧接触，容易实现高容量化。

优选封口板的第2侧壁具有与鼓起部连接的蜂腰部、从蜂腰部向外侧（硬币型电池的径向的外侧）延伸的凸缘部、从凸缘部开始与电池罐的第1侧壁对置地延伸的延长部。在第2侧壁具有鼓起部和蜂腰部时，可确保比较宽的凸缘部。所以，可将电池罐的第1侧壁的端部敛缝在比较宽的凸缘部上，因此可充分确保夹在凸缘部与第1侧壁的端部之间的垫圈的压缩面积。

从提高高容量化的效果的观点出发，鼓起部的最大外径A只要在电池的外径D（即电池罐的第1侧壁的最大外径）以下就可以。但是，如果考虑到将电池罐的第1侧壁的端部敛缝在封口板的凸缘部上时的作业的容易性，则优选鼓起部的最大外径A、蜂腰部的最小外径B和电池的外径D满足0＜（A-B）/2且0.7＜（D-A）/2，更优选满足0.1mm≤（A-B）／2。这里，（A-B）/2的值相当于硬币型电池的径向上的鼓起部的长度，因此为高容量化的指标。此外，有（A-B）／2的值越大、则封口板的凸缘部的宽度及封口板的内侧的容积越大的倾向。

接着，参照附图对本发明的一实施方式的硬币型电池进行说明。但是，以下的实施方式，只不过是本发明的具体例子，并不限定本发明的技术范围。

图1所示的硬币型电池100在浅底的圆筒形的电池罐1的内侧配置有颗粒状的正极15。同样，在浅底的圆筒形的封口板2的内侧，以中间夹着隔膜16与正极15对置的方式配置有负极17。电池罐1、封口板2及夹在它们的侧壁间的垫圈3形成硬币型电池100的外包装体，在外包装体的内部，与发电要素即正极15及负极17一同收纳有电解液（未图示）。

图2示出组装硬币型电池前的电池罐1和垫圈3的断面结构。电池罐1具有底面部7和从其周边向垂直上方立起的第1侧壁14。在底面部7的周边设有稍微立起的台阶部7b，垫圈3的底部10与从台阶部7b直到第1侧壁14立起为止的环状区域7a接触。

图3示出组装硬币型电池前的封口板2的断面结构。封口板2具有顶板部13和从其周边向电池罐1的第1侧壁14的内侧延伸的第2侧壁18。第2侧壁18具有向外侧鼓起的鼓起部20、与鼓起部20连接的蜂腰部4、从蜂腰部4在大致水平方向朝外侧延伸的凸缘部5、从凸缘部5以与电池罐1的第1侧壁14对置的方式朝大致垂直下方延伸的延长部6。从高容量化的观点出发，鼓起部20的最大外径越大越好。

在图3中，延长部6具有其最端部与凸缘部5成为同一面的折叠结构，但延长部6也不一定必须具有如此的折叠结构。但是，通过将延长部6形成折叠结构，封口部分的强度提高，在后述的敛缝工序时容易提高垫圈3的压缩率。

在从电池罐1的底面部7的环状区域7a直到第1侧壁14的开口端部为止的区域，以与封口板2的第2侧壁18吻合的形状配置垫圈3。所以，通过使电池罐1的第1侧壁14的开口端部向内侧折弯，敛缝在封口板2的凸缘部5上，垫圈3至少在电池罐1的第1侧壁14的开口端部与封口板2的凸缘部5之间被强力压缩。也就是说，第1侧壁14的开口端部具有从立起部8在水平方向朝内侧延伸的敛缝部9。

具体地讲，垫圈3具有夹在封口板2的延长部6的下端与电池罐1的环状区域7a之间的底部10、夹在封口板2的延长部6与电池罐1的立起部8之间的侧部11、夹在封口板2的凸缘部5与电池罐1的第1侧壁14的敛缝部9之间的肩部12。

接着，对硬币型电池的制造方法进行说明。

首先，如图4所示，将负极17配置在封口板2的顶板部13的内侧。接着，从封口板2的内侧，用加工用模具54压紧负极17。此时，如图5所示，压延负极17，使负极17填充在鼓起部20的内侧的至少一部分内。

另一方面，在电池罐1内配置正极15及隔膜16，注入电解液。然后，从电池罐1的底面7的环状区域7a沿着立起部8的内侧，配置环状的垫圈3。接着，用填充有负极17的封口板2堵塞电池罐1的开口，如图6、7所示，按以下的要领进行敛缝加工。

关于敛缝加工，首先，采用从外侧挤压电池罐1的底面部7的具有直径D1的柱状的下模31、从外侧挤压封口板2的顶板部13的具有比直径D1小的直径D2的柱状的上模32、具有插入下模31的第1开口和插入上模32的第2开口的筒状的封口模具33A来进行（预备封口工序）。封口模具33A具有中空结构，第1开口和第2开口的中心轴是共同的。第1开口的内径与直径D1对应，第2开口的内径与直径D2对应，中空的直径从第1开口到中途与直径D1对应，从中途到第2开口与直径D2对应。中空部之中从直径D1变化为D2的区域（R部34）的断面如图6所示为圆弧状的曲面。

将用封口板2堵塞了开口的电池罐1从第2开口侧插入封口模具33A的中空部。用下模31从外侧挤压电池罐1的底面部7，同时一边用上模32从外侧挤压封口板2的顶板部13，一边使封口模具33A从封口板2侧向电池罐1侧下降，由此用封口模具33A的R部34使电池罐1的第1侧壁14的开口端部（敛缝部9）向内侧折弯。

接着，通过将封口模具33A变更为R部34的曲率半径更小、断面大致呈直角的封口模具33B，在封口模具33B内施加压力，可如图7所示，将电池罐1的第1侧壁14的敛缝部9敛缝在封口板2的凸缘部5上（主封口工序）。此时，以敛缝部9的顶端部19不与鼓起部20接触的方式，设定鼓起部20的鼓起的长度和敛缝部9的长度。此外，以敛缝部9的顶端部19不与封口板2接触的方式，将垫圈3配置在直到敛缝部9的顶端部19为止的区域。

在将敛缝部9敛缝在封口板2的凸缘部5上时，垫圈3的底部10在电池罐1的底面7的环状区域7a与封口板2的第2侧壁18的延长部6的下端之间也被压缩。此外，垫圈3的侧部11在电池罐1的立起部8与封口板2的延长部6之间也被压缩。而且，垫圈3的肩部12在电池罐1的敛缝部9与封口板2的凸缘部5之间被压缩。通过封口板2具有鼓起部20和蜂腰部4，能够充分确保敛缝部9的长度C，因此肩部12的压缩面积充分增大，结果可得到高的密封性。

硬币型电池越大，因热冲击而发生的应力也越大，因此最好根据硬币型电池的大小设定敛缝部9的长度C。具体地讲，敛缝部9的长度C和硬币型电池的外径D的关系最好满足0.06≤2C/D≤0.15。

如果解除下模31、上模32及封口模具33B，则可得到具有图8所示的结构的硬币型电池。图8为图1的硬币型电池的主要部位的放大剖视图。

再有，电池罐或封口板的形状并不局限于上述的形状。例如，本发明的硬币型电池也可以具有图9所示的形状。图9的电池101，除了封口板2A的形状不同以外，具有与图8的电池100相同的结构。封口板2A的从鼓起部20A到蜂腰部4A的形状与上述不同，鼓起部20A为从凸缘部5的最内侧的端部朝斜上方倾斜的形状。

接着，基于实施例，对本发明的硬币型电池进行更具体的说明，但本发明并不限定于以下的实施例。

《实施例1》

按以下要领制作图1所示的硬币型电池。制作的硬币型电池的外径D为20mm，厚度为5mm。

（i）正极

相对于正极活物质即二氧化锰100质量份，添加、混合导电剂即炭黑4质量份、粘结剂即四氟乙烯-六氟丙烯共聚物5质量份，调制正极合剂。将正极合剂成型成直径13.5mm的圆盘状的颗粒，得到正极15。

（ii）负极

将压紧前的厚度为0.9mm的金属锂箔冲裁成直径16mm，得到负极17。

（iii）隔膜

采用聚丙烯制无纺布作为隔膜16。

（iv）电解液

在碳酸亚丙酯∶二甲醚的体积比为8∶2的混合溶液中，以1mol/L的浓度溶解高氯酸锂作为溶质，调制非水电解液。

（iv）电池罐

采用厚250μm的不锈钢板（SUS444），制作图2所示的第1侧壁14的内径为19mm的电池罐1。底面部7的直径在台阶部7b的中心处为16mm，环状区域7a的宽度为1.5mm。以敛缝部9的长度达到1mm的方式设定第1侧壁14的长度。

（v）封口板

采用厚250μm的不锈钢板（SUS304），制作图3所示的折叠结构的延长部6的外径为19mm的封口板2。鼓起部20的最大外径A为18mm，蜂腰部的最小外径B为17mm。也就是说，将（A-B）/2设定在0.5mm。（D-A）/2为1mm。

（vi）垫圈

准备图2所示的底部10的厚度为1mm、侧部的厚度为0.5mm的聚丙烯制的垫圈。

（vii）电池的组装

将负极17粘贴在封口板2的内侧，如图5所示，用加工用模具将负极17朝封口板2的顶板部13压紧，直到负极17与鼓起部20的内侧接触。另一方面，将正极15放置在电池罐1的内侧，在其上配置隔膜16，然后注入电解液。接着，在封口板2的延长部6上涂布包含氧化沥青和矿物油的密封剂，用填充有负极17的封口板2堵塞电池罐1的开口，采用图6、7所示的模具进行敛缝加工，完成硬币型电池（电池X）。

《比较例1》

制作图10所示的硬币型电池（电池Y）。将厚0.8μm的金属锂箔冲裁成直径16mm，用作负极。然后，除了不在封口板22上设置鼓起部20、将顶板部的直径规定为17mm以外，与实施例1同样地制作电池。再有，将封口板22的凸缘部25的宽度规定为与实施例1相同。不进行用加工用模具将负极朝封口板22的顶板部压紧的工序。

《比较例2》

制作图11所示的硬币型电池（电池Z）。将厚0.8mm的金属锂箔冲裁成直径17mm，用作负极。然后，除了不在封口板22上设置鼓起部20、将顶板部的直径规定为18mm以外，与实施例1大致同样地制作电池。再有，封口板22的凸缘部25的宽度为实施例1的一半。不进行用加工用模具将负极朝封口板22的顶板部压紧的工序。以敛缝部29的长度达到0.5mm的方式设定电池罐21的侧壁28的长度。

将电池X、Y及Z分别各制作110个。除封口板的形状、敛缝部的长度、负极容量以外，电池X、Y及Z具有大致相同的构成，具有大致相同的尺寸。电池X、Y及Z的发电要素、电池罐及封口板的材质相同。

表1中列出各电池的各因素。将没有鼓起部的电池Y及Z的（A-B）/2表示为0。尺寸C表示敛缝部的长度。

[评价]

（a）初期电池容量

按n＝10进行6.8kΩ的恒电阻放电，确认初期电池容量。

（b）漏液发生数

在按n＝100将湿度90%RH、85℃1小时/-20℃1小时的热冲击试验实施100个循环后，确认垫圈与电池罐或与封口板之间有无漏液。

（c）热冲击试验后的电池容量

在上述热冲击试验后，对没有发生漏液的电池进行6.8kΩ的恒电阻放电，对于电池A、B求出100个的平均值，对于电池C求出89个的平均值。结果见表1。

表1

在重复从高温区到低温区的移动时，电池的膨胀及收缩重复发生。此时，认为容易在垫圈的肩部与敛缝部或凸缘部之间、在垫圈的底部与电池罐的底面或封口板的延长部之间产生间隙。所以，如果敛缝部的长度C短，垫圈的肩部的压缩面积小，则容易发生漏液。

在电池X及Y中，因能充分确保敛缝部的长度C，因而使垫圈的肩部的压缩面积增大，没有发生漏液。另一方面，在电池Z中，因敛缝部的长度C短，因而使垫圈的肩部的压缩面积变窄，封口部的强度降低。可认为因而发生了漏液。

接着，得知：电池Y的初期电池容量最小，对高容量化是不利的。发电要素（正极、负极及电解液）的填充量越大则电池容量越增加。为了增加发电要素的填充量，被电池罐和封口板围住的电池内容积的扩大是必要的。电池Z的初期电池容量最大，但热冲击试验后的漏液的发生概率也大，热冲击试验后的电池容量比电池X低。认为这是由于因电解液的消失或来自外部的水分的浸入等使电池特性较大地降低。

再有，除上述实施例以外，即使是如图9所示使鼓起部20A从凸缘部5的最内侧的端部向斜上方倾斜的电池，也可得到同样的结果。

产业上的利用可能性

本发明的硬币型电池因高容量、且即使在重复低温和高温这样的严酷的使用条件下也发挥优良的耐漏液性，所以能够作为在各种环境下使用的设备的电源。

尽管基于目前优选的实施方式描述了本发明，但是不能限制性地解释这些内容。毫无疑问，各种改变和改进对于本发明涉及的本领域技术人员来说在阅读了上面内容之后是显而易见的。因此，将附加的权利要求书解释为覆盖属于本发明的真正精神和范围内的所有改变和改进。

符号说明

1-电池罐，2-封口板，3-垫圈，4-蜂腰部，5-凸缘部，6-延长部，7-底面部，8-立起部，9-敛缝部，10-底部，11-侧部，12-肩部，13-顶板部，15-正极，16-隔膜，17-负极，19-敛缝部的顶端部，20-鼓起部，31-下模，32-上模，33A、33B-封口模具，34-R部，54-负极加工用模具。

Claims

1.一种硬币型电池，其具备：

圆筒形的电池罐，其具有底面部及从所述底面部的周边立起的第1侧壁，

封口板，其具有顶板部及从所述顶板部的周边向所述第1侧壁的内侧延伸的第2侧壁，

垫圈，其被压缩地夹在所述第1侧壁与所述第2侧壁之间，

发电要素，其通过所述电池罐和所述封口板而被密封；

2.根据权利要求1所述的硬币型电池，其中，

所述发电要素具备正极、中间夹着隔膜地与所述正极对置配置的包含锂金属或锂合金的负极、非水电解液；

所述负极与所述鼓起部的内侧接触。

3.根据权利要求1或2所述的硬币型电池，其中，

所述第2侧壁具有与所述鼓起部连接的蜂腰部、从所述蜂腰部朝外侧延伸的凸缘部、从所述凸缘部开始与所述第1侧壁对置地延伸的延长部；

所述第1侧壁的端部敛缝在所述凸缘部上。

4.根据权利要求3所述的硬币型电池，其中，所述鼓起部的最大外径A、所述蜂腰部的最小外径B和所述电池的外径D满足0＜（A-B）/2且0.7mm＜（D-A）/2。