CN110073521A

CN110073521A - 硬币形电池

Info

Publication number: CN110073521A
Application number: CN201780077124.1A
Authority: CN
Inventors: 今村敬亮; 服部泰久; 水田堂太; 柏村祐树; 藤井慎二
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-07-30
Also published as: JPWO2018154841A1; WO2018154841A1; JP6719100B2

Abstract

硬币形电池具备发电要素和封闭收容发电要素的外装体。发电要素具备正极、负极、夹设在正极及负极之间的分隔件以及电解液。外装体具备：外壳，其具有底板部及从底板部的周缘立起的侧部；封口板，其具有顶板部及从顶板部向侧部的内侧延伸的周缘部；垫片，其压缩地夹设在侧部与周缘部之间；以及金属箔，其配置在正极与底板部之间。金属箔具有至少一个排气孔，金属箔的周缘被垫片按压于底板部，排气孔配置在比金属箔的与垫片接触的区域靠内侧的位置。

Description

硬币形电池

技术领域

本发明涉及抑制了正极与电池外壳之间的集电性的下降的硬币形电池。

背景技术

硬币形电池作为小型设备或存储器备份等的电源而被广泛利用。在通常的硬币形电池中，包括粒状的正极及负极、夹设在这些电极间的分隔件、以及电解液的发电要素收容于电池外壳，电池外壳的开口部由封口板封闭。

从在电池外壳内稳定地保持发电要素的观点等出发，提出了使用保持正极的台座、环等的方案(专利文献1～3等)。

另外，在专利文献4中，在正极与电池外壳的底面之间配置有加强板，利用金属片将加强板与电池外壳的底面连接。在专利文献4中，即便电池外壳伴随着电池内压的增加而变形，也通过金属片追随地变形来确保正极与电池外壳的电连接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-2866号公报

专利文献2：日本特开2010-212208号公报

专利文献3：日本特开2014-235941号公报

专利文献4：日本实开昭58-2964号公报

发明内容

在专利文献1～3的电池中，当电池内压增加而使电池外壳鼓起时，无法充分地确保正极的底面与电池外壳的内底面之间的接触面积。另外，在正极与负极之间产生的气体容易成为积存在电极的内部的状态，电极内的电解液量减少。因此，电池的内部电阻容易增加，难以稳定地进行充放电。

在专利文献4中，即便在电池外壳鼓起的情况下，也能够利用金属片来确保某种程度的集电性，但难以增大保持正极的加强件与电池外壳之间的接触面积，从降低内部电阻的观点出发是不利的。

本公开的硬币形电池的一方案具备发电要素和封闭收容所述发电要素的外装体，

所述发电要素具备正极、负极、夹设在所述正极及所述负极之间的分隔件、以及电解液，

所述外装体具备：

外壳，其具有底板部及从所述底板部的周缘立起的侧部；

封口板，其具有顶板部及从所述顶板部向所述侧部的内侧延伸的周缘部；

垫片，其压缩地夹设在所述侧部与所述周缘部之间；以及

金属箔，其配置在所述正极与所述底板部之间。

所述金属箔具有至少一个排气孔，所述金属箔的周缘被所述垫片按压于所述底板部，所述排气孔配置在比所述金属箔的与所述垫片接触的区域靠内侧的位置。

在上述方案的硬币形电池中，即便在电池外壳鼓起的情况下，也容易在正极与电池外壳之间确保高集电性，能够稳定地进行充放电。

附图说明

图1是概要地示出本发明的一实施方式的硬币形电池的纵向剖视图。

具体实施方式

本发明的一实施方式的硬币形电池具备发电要素和封闭收容发电要素的外装体。发电要素具备正极、负极、夹设在正极及负极之间的分隔件、以及电解液。外装体具备：具有底板部及从底板部的周缘立起的侧部的外壳；具有顶板部及从顶板部向侧部的内侧延伸的周缘部的封口板；压缩地夹设在侧部与周缘部之间的垫片；以及配置在正极与底板部之间的金属箔。金属箔具有至少一个排气孔，金属箔的周缘被垫片按压于底板部。排气孔配置在比金属箔的与垫片接触的区域靠内侧的位置。

即便在正极与外壳之间以确保集电性为目的而配置有金属板、金属箔，当电池内压通过在硬币形电池内产生的气体而升高时，外壳也鼓起，与电极接触的接触压下降，难以得到充分的集电性。尤其是当电池暴露于高温时，外壳的膨胀变得显著，难以得到高集电性。

在本实施方式中，成为在正极(具体而言是正极的底面)与外壳的底板部之间配置具有排气孔的金属箔、且利用配置于外壳的侧部与封口板的周缘部之间的垫片将金属箔的周缘按压于外壳的底板部的状态。由此，金属箔成为被施加有张力的状态，因此，正极侧的金属箔的主面成为与正极的底面接触的状态。另外，金属箔的周缘部通过垫片的按压而成为与外壳的底面接触的状态。因此，即便因硬币形电池暴露于高温等而产生气体，也从金属箔的排气孔顺畅地排出气体，维持正极的底面与金属箔的接触状态。另外，即便外壳因产生的气体而鼓起，至少也能够在金属箔的周缘部及其附近确保金属箔与外壳的接触状态。因此，能够在正极与外壳之间确保高导电性(集电性)。另外，在正极与负极之间(分隔件附近)产生的气体从排气孔顺畅地排出，因此，抑制了积存在电极内的情况。因此，抑制了电极内的电解液量的减少。从这样的方面出发，抑制了电池的内部电阻的增加，因此能够稳定地进行充放电。因此，能够提高放电性能，并且，即便长时间地反复进行充放电，也能够抑制容量下降，维持高电池特性。

需要说明的是，硬币形电池也包含纽扣形。即，硬币形电池的形状及直径没有特别限定。例如，电池的厚度比直径大的纽扣形电池也包含在硬币形电池内。

在本实施方式的硬币形电池中，封闭收容包含电极、分隔件等的发电要素的外装体具备外壳、对外壳进行封口的封口板、使外壳与封口板绝缘的垫片、以及配置在发电要素与外壳之间的金属箔。外壳具有底板部和从底板部的周缘立起的侧部。封口板具有顶板部和从顶板部向外壳的侧部的内侧延伸的周缘部。在硬币形电池中，负极与正极分别配置为，在负极与正极之间夹设有分隔件的状态下，负极成为封口板的顶板部侧，正极成为外壳的底板部侧。金属箔配置在正极的外壳侧的主面与外壳的底板部(具体而言为外壳的内底面)之间。

(外装体)

(垫片)

垫片以压缩的状态夹设在外壳的侧部与封口板的周缘部之间。即，垫片配置在外壳的侧部的内侧且封口板的周缘部的外侧。垫片使外壳与封口板绝缘，因此，优选配置为覆盖封口板的周缘部与周缘部的边缘(端部)部分。封口板的周缘部的边缘部分大多情况下与外壳的底板部对置。因此，金属箔的周缘通过垫片的覆盖封口板的周缘部的边缘部分的区域(下端部)而成为按压于底板部的状态。

垫片优选为环状，使得覆盖封口板的周缘部，也可以形成环状的槽部，使得能够更加可靠地覆盖封口板的边缘部分。作为垫片的材质，举出绝缘性的树脂等。从容易确保封闭性及绝缘性的观点出发，作为垫片的材质，例如优选聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。

金属箔的周缘并不一定要在整周范围内被垫片按压，但从容易更加均匀地向金属箔赋予张力且容易确保高集电性的观点出发，优选利用垫片在整周范围内(即，呈环状)按压金属箔的周缘。另外，当利用垫片按压金属箔的周缘的整周时，从抑制漏液的观点出发也是有利的。

(金属箔)

在本实施方式中，在正极与外壳之间配置金属箔。通过利用垫片按压金属箔的周缘而赋予张力，从而尽管使用金属箔，在外壳鼓起的情况下仍然能够稳定地保持正极。

金属箔在比与垫片接触的区域(即被垫片按压的区域)靠内侧的位置具有排气孔。通过排气孔的存在和向金属箔施加的适度的张力，即便电池鼓起也能够维持金属箔与正极的接触状态。金属箔在比与垫片接触的区域靠内侧的位置具有至少一个排气孔即可，也可以具有两个以上的排气孔。从确保金属箔与正极的接触面积的观点出发，金属箔优选在与垫片接触的区域(垫片正下方的区域)、比该区域靠外侧的位置不具有排气孔。

排气孔的孔径例如优选为1mm以上且10mm以下，更优选为3mm以上且7mm以下。在排气孔的孔径为这样的范围的情况下，能够在维持适度的张力而稳定地保持正极的同时，顺畅地进行排气。

排气孔的孔径在排气孔为圆形的情况下是指排气孔的直径，在排气孔为圆形以外的情况下是指具有与排气孔的面积相同的面积的同等圆的直径。在金属箔具有多个排气孔的情况下，上述的孔径是各个排气孔的孔径。

从在正极与外壳之间确保更高的集电性的观点出发，金属箔的与正极对置的区域所存在的排气孔的面积优选为与正极对置的区域的面积的例如30％以下。在金属箔具有多个排气孔的情况下，排气孔的面积是指各排气孔的面积的合计。

金属箔的厚度优选为10μm以上且100μm以下，更优选为30μm以上且80μm以下。在金属箔的厚度为这样的范围的情况下，容易保持适度的张力，即便在外壳鼓起时，也能够在确保高集电性的同时稳定地保持正极。另外，在金属箔的厚度为这样的范围的情况下，通过赋予张力，能够更加稳定地保持正极，即便在外壳鼓起的情况下，也能够更加容易确保高集电性。

金属箔根据需要也可以焊接于外壳的底板部。在焊接的情况下，优选在与被垫片按压的周缘接近的区域进行焊接，使得不易损害与正极接触的接触性。基于同样的理由，优选通过点焊来进行焊接。

作为金属箔的材质，只要能够确保集电性，则不特别限制，但优选为不锈钢等。金属箔更优选成为与后述的外壳相同的材质。

在金属箔的表面，根据需要也可以形成导电性的被膜。例如，优选在金属箔的正极侧的表面(例如与正极对置的区域的表面)形成导电性被膜。导电性被膜例如包括炭黑等导电性碳材料。

(外壳)

外壳只要具有底板部和侧部且能够保持发电要素即可。底板部和侧部通常形成为一体，在两者的边界形成有侧部从底板部的周缘立起的角部。在角部可以形成一个台阶部，也可以形成两个以上的台阶部。在角部形成有两个以上的台阶部的情况下，容易使电池内压上升时的应力分散，容易降低外壳的鼓起。与此相对，在角部具有一个台阶部的情况下，外壳容易鼓起，容易损害正极与外壳之间的集电性。在本实施方式的硬币形电池中，即便在外壳的角部具有一个台阶部的情况下，也能够抑制外壳鼓起时的正极与外壳之间的集电性的下降。

作为外壳的材质，期望使用在正极电位具有耐腐蚀性的金属板。例如在锂电池的情况下，作为外壳的材质，期望使用不锈钢(SUS430、SUS444、SUS329J等)、钛、钛合金等。外壳例如通过对由上述的材质形成的金属板进行拉深加工而成形为有底的圆筒状，由此来制作。在使用不锈钢钢板的情况下，优选在不锈钢钢板的至少与电池的外表面对应的表面形成有镍镀覆层。

在外壳的底板部的正极侧的主面(内底面)，根据需要也可以形成导电性的被膜。导电性被膜优选设置于外壳的与正极对置的区域的至少一部分。导电性被膜例如包括炭黑等导电性碳材料。

(封口板)

封口板具有顶板部和从顶板部延伸的周缘部。封口板能够对外壳的开口部进行封口即可，但周缘部从顶板部延伸到外壳的侧部的内侧，使得利用垫片将金属箔的周缘按压于外壳的底板部。

作为封口板的材质，期望使用机械强度优异的金属板，期望使用不锈钢(SUS304、SUS316、SUS430等)。但是，也能够使用便宜的普通钢或碳钢等金属板。普通钢是指JIS所规定的SS材、SM材、SPCC材这样的钢材。碳钢是S10C、S20C、S30C、S45C、S55C这样的钢材，属于机械构造用合金钢。在使用普通钢或碳钢的情况下，期望在电池的内表面侧形成防锈用的镀覆层(例如镍镀覆层)。通常，在由普通钢或碳钢形成的外壳的内表面侧与外表面侧的两个面形成镍镀覆层。封口板例如通过对金属板进行冲压加工而形成。

(集电板)

硬币形电池还可以具备与外壳的底板部及金属箔电连接的集电板。集电板配置在外壳的底板部与金属箔之间以及金属箔与正极之间的任一方即可。集电板通常焊接于金属箔及外壳。优选通过点焊进行焊接，使得不易损害金属箔与正极的接触性。

作为集电板的材质，只要能够确保集电性则不特别限制，但优选为不锈钢等。更优选集电体使用与外壳及/或金属箔相同的材质。

(导电性环)

硬币形电池还可以具备导电性的环，该导电性的环覆盖正极的周侧面和正极的与底板部对置的主面(即，正极的底面)的周缘部。导电性环优选在覆盖正极的底面的周缘部的部分的至少一部分区域与金属箔接触。在使用这样的导电性环的情况下，在正极的周侧面也能够集电，因此，能够进一步提高正极与金属箔(及外壳)之间的集电性。另外，通过使用导电性环，能够在外壳内稳定地保持正极。

作为导电性环的材质，只要能够确保正极与金属箔之间的集电性则不特别限制，举出金属等，但优选为不锈钢等。导电性环更优选成为与外壳、金属箔及/或集电板相同的材质。

(发电要素)

接着，以锂电池为例对硬币形电池的发电要素进行说明。

正极通过将正极合剂加压成形为硬币形而形成。正极合剂包括正极活性物质、导电助剂及粘合剂。正极活性物质的种类没有特别限定，但能够使用包含从由锰、钴、镍、镁、铜、铁、铌等过渡金属构成的组中选择的至少一种的氧化物(例如二氧化锰)或复合氧化物。也能够使用包含锂且包含从由锰、钴、镍、镁、铜、铁、铌等金属构成的组中选择的至少一种的复合氧化物(例如LiCoO₂)。另外，也能够使用氟化石墨。正极活性物质可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。

作为导电助剂，能够使用乙炔黑、科琴黑等炭黑、人造石墨等石墨类。导电助剂可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。

作为粘合剂，例如举出氟树脂、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、改性丙烯腈橡胶、乙烯-丙烯酸共聚物等。粘合剂可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。

负极例如是成形为硬币形的锂金属或锂合金。作为锂合金，举出Li-Al合金、Li-Sn合金、Li-Si合金、Li-Pb合金等。负极也可以通过将负极活性物质及包含粘合剂的负极合剂加压成形为硬币形而得到。负极活性物质的种类没有特别限定，但能够使用天然石墨、人造石墨、难石墨化碳等碳材料、氧化硅、钛酸锂、五氧化铌、二氧化钼等金属氧化物。作为粘合剂，例如能够任意地使用作为可用作正极的材料而例示的材料。负极合剂中也可以包含导电助剂。

在与正极对置的负极的表面的至少一部分也可以附着粉末状或纤维状的碳材料。作为碳材料，例如举出石墨、硬碳、软碳、炭黑、碳纤维、碳纳米管等。碳材料也可以预先以片状保持于多孔质的保持材料，之后与保持材料一起配置于负极表面。

电解液包括非水溶剂和溶解于非水溶剂的溶质(盐)。电解液中的溶质浓度优选为0.3～2.0mol/L。作为非水溶剂，能够使用环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状醚、环状醚等。这些非水溶剂可以单独使用一种，也可以混合两种以上来使用。作为溶质，使用LiBF₄、LiPF₆、LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiC₄F₉SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂等。

分隔件是能够防止正极与负极的短路的材料即可。例如举出由聚烯烃、聚酯等形成的织布、不织布、微多孔薄膜等。

(其他)

硬币形电池例如能够通过如下方式来制作：在外壳的内底面配置金属箔，在外壳的内部收容发电要素，以堵塞外壳的开口的方式配置封口板，将外壳的开口端部(侧部的端部)向内侧弯折。在将外壳的开口端部弯折时，使垫片压缩，垫片的下端部紧贴于金属箔，金属箔的周缘成为按压于外壳的底板部的状态。另外，垫片的上端部紧贴于封口板的周缘部。

电池的直径例如在12mm～30mm的范围内适当设定即可。在电池的直径为20mm～30mm的情况下，外壳的鼓起容易变得显著。在本实施方式的硬币形电池中，即便在这种直径的情况下，也能够在正极与外壳之间确保高集电性。

以下，参照附图对本发明的实施方式的硬币形电池进行说明。但是，以下的实施方式不限定本发明的技术范围。

图1是本发明的实施方式的硬币形电池的纵向剖视图。

硬币形电池10具备由外壳1、封口板2、垫片3以及金属箔7构成的外装体。外壳1是具有底板部1a及从底板部1a的周缘立起的侧部1b的圆筒形且底浅的电池罐。另外，在底板部1a与侧部1b之间的角部形成有一个台阶部1c。封口板2具有顶板部2a及从顶板部2a向外壳1的侧部1b的内侧延伸的周缘部2b。通过垫片3的一部分夹设在外壳1的侧部1b与封口板2的周缘部2b之间而将外壳1与封口板2的间隙密封。

在外装体的内部收容有发电要素。发电要素包括正极4、负极5、分隔件6及电解液(未图示)。在图示例中，正极4以与外壳1的底板部1a对置的方式配置。因此，底板部1a的外表面的第一端子面作为正极端子发挥功能。另一方面，负极5以与封口板2的顶板部2a对置的方式配置。因此，顶板部2a的外表面的第二端子面作为负极端子发挥功能。

在金属箔7的中央附近形成有排气孔7a，排气孔7a配置在正极4的底面与外壳1的底板部1a之间。金属箔7的周缘通过垫片3的压缩而与垫片3的下端部紧贴，成为按压于外壳1的底板部1a的状态。

在图示例中，在正极4装配有导电性环8。导电性环8的与周向垂直的剖面形成为L字状，且覆盖正极4的周侧面与正极4的底面的周缘部。

接着，基于实施例对本发明具体进行说明。但是，以下的实施例不限定本发明。需要说明的是，在本实施例中，制作出图1所示那样的构造的硬币形电池。

《实施例1》

(i)外壳

对在表面形成有厚度为3μm的镍镀覆层的不锈钢钢板(SUS430，厚度200μm)进行拉深加工，制作出底板部的直径为20mm、侧部1b的高度为2.8mm的外壳1。

(ii)封口板

对在表面具有厚度为3μm的镍镀覆层的不锈钢钢板(SUS430，厚度250μm)进行冲压加工，制作出顶板部2a的直径为17mm的封口板2。

(iii)发电要素

将作为正极活性物质的二氧化锰100质量部、作为导电助剂的石墨7质量部、以及作为粘接剂的聚四氟乙烯5质量部混合，调制出正极合剂。将正极合剂成形为直径为15mm、厚度为2mm的硬币形而制作出正极4。另一方面，将厚度为0.6mm的金属锂箔冲裁成直径为16mm的圆形而制作出负极5。电解液使用了如下的有机电解液，该有机电解液是使以体积比2∶1混合碳酸亚丙酯与1，2-二甲氧基乙烷而成的非水溶剂以浓度1.0mol/L溶解了作为溶质的LiClO₄而得到的。

(iv)硬币形电池的组装

在外壳1的侧部1b的内侧配置了涂覆有由吹制沥青(ブロンアスフアルト)和矿物油构成的密封剂的聚丙烯制的垫片3，并且，在底板部1a配置了SUS430制的集电体(未图示)，在此之上配置了直径为50μm的SUS430制的金属箔7，在金属箔7上配置了正极2。在金属箔7上形成有两个直径为3mm的圆形的排气孔。

接着，在正极4上载置了厚度为300μm的聚丙烯制的不织布来作为分隔件6。之后，将有机电解液注入到外壳1内。负极5粘贴于封口板2的顶板部2a的内侧。在负极5上，以炭黑层朝下的方式配置了在单面形成有炭黑层的聚丙烯制的不织布(未图示)。接着，以堵塞外壳1的开口的方式配置了封口板2，将外壳1的侧部1b的端部经由垫片3而铆接于封口板2的周缘部2b。

通过这种方式，完成了直径为20mm、厚度为3.2mm的硬币形电池Al。

《比较例1》

完成了在实施例1的电池中除了未配置金属箔7以外都相同的直径为20mm、厚度为3.2mm的硬币形B1。

[评价]

针对上述实施例及比较例的电池，进行了以下的评价。

在125℃的恒温槽中配置了电池，进行了在15秒的期间流动20次8mA、15ms的电流的脉冲试验，测定出脉冲后的电压到达2.0V为止的时间。其结果是，在实施例1的电池中，到达2.0V为止需要450小时，在比较例1的电池中，到达2.0V为止需要60小时。

产业上的可利用性

本发明能够应用于锂电池、碱性电池、碱性蓄电池等包含一次电池及二次电池的各种电池。本发明的硬币形电池尤其适用于汽车的轮胎压力监测系统等的要求长期稳定的电池性能的用途。

附图标记说明：

1：外壳；

1a：底板部；

1b：侧部；

1c：台阶部；

2：封口板；

2a：顶板部；

2b：周缘部；

3：垫片；

4：正极；

5：负极；

6：分隔件；

7：金属箔；

7a：排气孔；

8：导电性环；

10：硬币形电池。

Claims

1.一种硬币形电池，具备发电要素和封闭收容所述发电要素的外装体，

所述发电要素具备正极、负极、夹设在所述正极及所述负极之间的分隔件以及电解液，

所述外装体具备：

外壳，其具有底板部及从所述底板部的周缘立起的侧部；

垫片，其压缩地夹设在所述侧部与所述周缘部之间；以及

金属箔，其配置在所述正极与所述底板部之间，

2.根据权利要求1所述的硬币形电池，其中，

所述金属箔的厚度为10μm以上且100μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的硬币形电池，其中，

所述外壳在所述底板部与所述侧部之间具有一个台阶部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的硬币形电池，其中，

所述硬币形电池还具备导电性的环，该导电性的环覆盖所述正极的周侧面和所述正极的与所述底板部对置的主面的周缘部，

所述环与所述金属箔接触。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的硬币形电池，其中，

所述硬币形电池还具备与所述底板部及所述金属箔电连接的集电板。

6.根据权利要求5所述的硬币形电池，其中，

所述集电板配置在所述底板部与所述金属箔之间，或者配置在所述金属箔与所述正极之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的硬币形电池，其中，

所述排气孔的孔径为1mm以上且10mm以下。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的硬币形电池，其中，

所述硬币形电池的直径为12mm～30mm。