JP2001035458A - 扁平形有機電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な放電特性を有しつつ、高容量を実現す
ることのできる扁平形有機電解液電池を提供する。 【解決手段】 負極活物質２ａと正極活物質２ｂとが積
層されてなる発電要素２を、負極カップ３と正極缶４と
を絶縁ガスケット５を介してかしめることで密封するよ
うに構成された扁平形有機電解液電池１において、絶縁
ガスケット１の内側部に正極活物質２ｂの側周部を包囲
するように配された金属製の補強部材５ａを一体成型す
ることで、放電後半における負極活物質２ａと正極活物
質２ｂとの極間距離を良好に保つようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコイン形リ
チウム二酸化マンガン電池のように、いわゆるコイン
（ボタン）形と呼ばれる扁平形有機電解液電池に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、扁平形有機電解液電池は、小型電
卓、電子ウォッチあるいは携帯ゲーム機といった精密電
子機器用の電源として、その需要が益々高まってきてい
る。こうした中、扁平形有機電解液電池の性能として
は、これら精密電子機器の高機能化に伴い、高容量（す
なわち長寿命、高電圧、高エネルギー密度）で、かつ、
放電末期までにわたり大きい電流を取り出せる負荷特性
が要求されている。

【０００３】ところが、一般に、扁平形有機電解液電池
においては、放電を行うとそれに伴って発電要素を構成
する負極活物質の体積が減少するとともに、同じく発電
要素を構成する正極活物質の体積が増加することが知ら
れている。そのため、負極活物質の体積減少量よりも正
極活物質の体積増加量が小さいと、電池内部では、負極
活物質と正極活物質との極間距離の増加により内部抵抗
が大きくなってしまい、結果として放電末期には大電流
が取り出せなくなってしまう。

【０００４】これを避けるため、従来、扁平形有機電解
液電池には、例えば図３に示すように、ペレット状に成
型した正極活物質（以下「正極ペレット」と称す）１１
の周囲に、金属製の正極リング１２を配設したものがあ
る。このような構成の扁平形有機電解液電池では、正極
ペレット１１の側面が正極リング１２によって包囲され
ているので、放電に伴って正極ペレット１１の体積が膨
張しても、径方向への膨張は規制され、軸方向へ大きく
膨張するようになる。したがって、放電後半において負
極活物質１３の体積がかなり減少しても、負極活物質１
３と正極ペレット１１との極間距離が良好に保たれるよ
うになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の扁平形有機電解液電池においては、本来、正極
活物質が充填できる箇所に正極リング１２を配置する必
要があるため、その分だけ電池内に活物質が充填できる
容量が減少してしまう。したがって、その体積分の正極
活物質が充填できないことに起因して、例えば放電容量
が減ってしまうといったように、電池性能の低下を招い
てしまうおそれがある。

【０００６】そこで、本発明は、放電後半における負極
活物質と正極活物質との極間距離を良好に保つことによ
り、良好な放電特性を有しつつ、高容量化を実現するこ
とのできる扁平形有機電解液電池を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出された扁平形有機電解液電池で、負極
活物質と正極活物質とが積層されてなる発電要素を、負
極端子を兼ねた負極カップと正極端子を兼ねた正極缶と
を絶縁ガスケットを介してかしめることで密封するよう
に構成されたものにおいて、前記絶縁ガスケットが、前
記正極活物質に面する内側部に、その正極活物質の側周
部を包囲するように配された金属製の補強部材が一体成
型されたものであることを特徴とする。

【０００８】上記構成の扁平形有機電解液電池によれ
ば、絶縁ガスケットの内側部分には金属製の補強部材が
一体成型されているので、放電に伴い正極活物質の体積
が膨張しても、補強部材によって径方向への膨張は規制
される。したがって、放電に伴って負極活物質の体積が
減少し、かつ、正極活物質の体積が増加しても、これら
の間の距離は良好に保たれ、内部抵抗が大きく上昇して
しまうことがない。しかも、補強部材は、絶縁ガスケッ
トと一体に成型されているので、正極活物質の膨張を規
制する部材を絶縁ガスケットと別に配設する必要がな
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
扁平形有機電解液電池について説明する。図１は本発明
を扁平形有機電解液電池の一例であるコイン形リチウム
二酸化マンガン電池（例えば外径２０．０mm、高さ３．
２mmに形成されたもの）に適用した場合の概略構成例を
示す側断面図、図２はその要部を示す説明図である。

【００１０】図１に示すように、本実施の形態のコイン
形リチウム二酸化マンガン電池（以下「本電池」と称
す）１は、負極活物質２ａと、正極ペレット２ｂと、セ
パレータ２ｃとから構成される発電要素２を備えてい
る。

【００１１】このうち、負極活物質２ａは、リチウムま
たはリチウム合金等といった、リチウム金属からなるも
のである。また、正極ペレット２ｂは、正極活物質であ
る二酸化マンガンを主成分とする合剤をペレット状に加
圧成型したものである。ただし、正極活物質は、フッ化
黒鉛や硫化鉄等であってもよい。さらに、セパレータ２
ｃは、ポリプロピレン製不織布からなるものである。た
だし、セパレータ２ｃは、負極活物質２ａと正極ペレッ
ト２ｂとを隔離し、イオン伝導性が高く、電子伝導性を
持たないものであれば、不織布ではなく紙や高分子微多
孔膜等であってもよい。

【００１２】このような負極活物質２ａと正極ペレット
２ｂとがセパレータ２ｃを介して積層されてなる発電要
素２は、負極カップ３、正極缶４および絶縁ガスケット
５によって、本電池１内に密封される。

【００１３】このうち、負極カップ３は、本電池１の負
極端子を兼ねるもので、例えばニッケルメッキを施した
ステンレス鋼によって発電要素２の負極活物質２ａ側を
覆う形状に形成されたものである。一方、正極缶４は、
本電池１の正極端子を兼ねるもので、例えばニッケルメ
ッキを施したステンレス鋼によって発電要素２の正極ペ
レット２ｂ側を収納し得る形状に形成されたものであ
る。

【００１４】これら負極カップ３と正極缶４とは、絶縁
ガスケット５を介して互いにかしめられることで、本電
池１を密閉する。これにより、発電要素２は、本電池１
内に密封されることになる。

【００１５】ところで、本電池１は、負極カップ３と正
極缶４との間に介在する絶縁ガスケット５に、従来とは
異なる大きな特徴点がある。詳しくは、絶縁ガスケット
５は、正極ペレット２ｂに面する内側部にその正極ペレ
ット２ｂの側周部を包囲するように配された金属製リン
グ５ａと、それ以外の部分を構成する合成樹脂部５ｂと
が、一体成型された点に特徴がある。

【００１６】金属製リング５ａは、例えば正極缶４と同
じ材質である板厚０．１５mm程度のステンレス鋼からな
るもので、その断面形状が図２に示すような略Ｌ字状と
なるように、プレス加工によって形成されたものであ
る。断面形状を略Ｌ字状にしたのは、正極ペレット２ｂ
側からの負荷（図中における矢印Ａ）に対する剛性を向
上させるためである。

【００１７】また、金属製リング５ａには、断面Ｌ字状
の一端に、その先端の板厚が薄くなるような段差ａが設
けられている。この段差ａは、負極カップ３と正極缶４
とを接合した際に、これらが最も近接する位置であって
も、互いが導通しないように設けられたもので、その薄
肉部の板厚が例えば０．０５mm程度となるように形成さ
れている。ただし、段差ａは、負極カップ３と正極缶４
との絶縁性が確保できれば、必ずしも設けられていなく
てもよい。

【００１８】一方、合成樹脂部５ｂは、負極カップ３と
正極缶４とを接合するとともに、これらを接合してもそ
れぞれが互いに導通しないようにするためのものであ
る。そのために、合成樹脂部５ｂは、ポリプロピレン等
の樹脂部材によって、負極カップ３と正極缶４との接合
に適した形状（例えば断面形状が略Ｕ字状）に形成され
ている。

【００１９】これら金属製リング５ａおよび合成樹脂部
５ｂは、先ずプレス加工で金属製リング５ａを形成し、
その後に合成樹脂部５ｂと一体にして射出成型すること
で、絶縁ガスケット５として一体化される。

【００２０】このような一体成型された絶縁ガスケット
５を用いることで、本電池１は、良好な放電特性を有し
つつ、高容量を実現することを可能にしている。すなわ
ち、本電池１によれば、絶縁ガスケット５と一体成型さ
れた金属製リング５ａが正極ペレット２ｂを包囲してい
るので、放電に伴い正極ペレット２ｂの体積が膨張して
も、金属製リング５ａが補強部材として機能すること
で、正極ペレット２ｂの径方向への膨張が規制され、そ
の軸方向へ大きく膨張するようになる。そのため、放電
に伴って負極活物質２ａの体積が減少し、かつ、正極ペ
レット２ｂの体積が増加しても、これらの間の距離は良
好に保たれ、内部抵抗が大きく上昇してしまうことがな
いので、放電末期であっても大電流を取り出せるように
なる。

【００２１】しかも、本電池１では、補強部材として機
能する金属製リング５ａが絶縁ガスケット５と一体成型
されているので、正極ペレット２ｂの膨張を規制するた
めの部材を絶縁ガスケット５と別に配設する必要がな
い。つまり、正極ペレット２ｂの膨張を規制する部材の
ために、活物質が充填できる容量が減少してしまうこと
がないので、上述したように良好な放電特性を実現して
も、放電容量が減る等の電池性能の低下を招くことがな
く、長寿命化、高電圧化、高エネルギー密度化といった
高容量化が実現できるようになる。

【００２２】ここで、以上のように構成された本電池１
にて得られる効果について、その初期容量および放電末
期の低温閉路電圧を例を挙げて、従来のコイン形リチウ
ム二酸化マンガン電池と比較しつつ、さらに詳しく説明
する。

【００２３】比較対象となる従来のコイン形リチウム二
酸化マンガン電池は、図３に示すように正極ペレット１
１の周囲に絶縁ガスケット１４とは別に金属製の正極リ
ング１２を配設したもの（以下「比較例」と称す）
と、図４に示すように正極ペレット１１の膨張を規制す
る補強部材を備えていないもの（以下「比較例」と称
す）である。なお、正極リング１２および絶縁ガスケッ
ト１４以外の部分は、これら比較例，もそれぞれ本
電池１と同様に構成されているものとする。

【００２４】先ず、本電池１および比較例，におけ
る初期容量の測定結果を表１に示す。表１では、本電池
１および比較例，のそれぞれについて、常温（２３
℃）で１５ｋΩにて放電した結果を、測定サンプル数各
１０個の平均値とその標準偏差によって表す。なお、終
止電圧は２．５Ｖである。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１の結果からわかるように、本電池１で
は、正極リング１２による活物質の充填容量の減少がな
いことから、比較例の正極リング１２を備えたものに
比べて放電容量の平均値が大きくなっている。さらに、
本電池１では、絶縁ガスケット５と一体成型された金属
製リング５ａが正極ペレット２ｂの径方向の膨張を規制
することから、比較例の補強部材を備えていないもの
に比べて放電容量のバラツキ（標準偏差の値）が小さく
なっている。

【００２７】また、本電池１および比較例，におけ
る放電末期の低温閉路電圧の測定結果を表２に示す。表
２では、本電池１および比較例，のそれぞれについ
て、電流特性として温度が−１０℃、負荷抵抗５００Ω
で１５秒後の閉路電圧を各放電深度別（０％および８０
％）に測定した結果を、測定サンプル数各２０個の平均
値によって表す。なお、放電深度８０％の状態を作成す
るのには、表１での放電結果を基に、容量の８０％の時
点まで常温（２３℃）にて１５ｋΩの抵抗を用いて放電
した。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２の結果からわかるように、本電池１で
は、絶縁ガスケット５と一体成型された金属製リング５
ａが正極ペレット２ｂの径方向の膨張を規制することか
ら、放電末期（放電深度８０％）においても、比較例
の補強部材を備えていないものに比べて閉路電圧が高く
大きな電流を取り出すことが可能である。また、比較例
の正極リング１２を備えたものに比べても、同等な負
荷特性であることがわかる。

【００３０】以上のように、本電池１については、表１
に示した結果から放電容量の高容量化を実現できること
が確認でき、なおかつ、表２に示した結果から放電末期
であっても大電流を取り出し得ることが確認できるの
で、放電特性に優れた扁平形有機電解液電池であるとい
うことができる。

【００３１】なお、本実施の形態では、本発明をコイン
形リチウム二酸化マンガン電池に適用した場合を例に挙
げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、負極活物質と正極活物質とが積層されてなる発電要
素を有した有機電解液電池であれば、他の扁平形（コイ
ン形）のものであっても同様に適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の扁平形
有機電解液電池は、絶縁ガスケットと一体成型された金
属製の補強部材が正極活物質の側周部を包囲するように
配されているので、放電に伴い正極活物質の体積が膨張
しても、その補強部材によって径方向への膨張が規制さ
れ、軸方向へ大きく膨張するようになる。そのため、放
電に伴って負極活物質の体積が減少し、かつ、正極活物
質の体積が増加しても、これらの間の距離は良好に保た
れ、内部抵抗が大きく上昇してしまうことがないので、
放電末期であっても大電流を取り出せるようになる。し
かも、補強部材は、絶縁ガスケットと一体に成型されて
いるので、正極活物質の膨張を規制するための部材を絶
縁ガスケットと別に配設する必要がない。つまり、正極
活物質の膨張を規制する部材のために、活物質が充填で
きる容量が減少してしまうことがないので、良好な放電
特性を実現しても、放電容量が減る等の電池性能の低下
を招くことがなく、長寿命化、高電圧化、高エネルギー
密度化といった高容量化が実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる扁平形有機電解液電池の実施の
形態の一例の概略構成を示す側断面図である。

【図２】図１の扁平形有機電解液電池の要部を示す説明
図である。

【図３】従来の扁平形有機電解液電池の一例の概略構成
を示す側断面図である。

【図４】従来の扁平形有機電解液電池の他の例の概略構
成を示す側断面図である。

【符号の説明】

１…コイン形リチウム二酸化マンガン電池、２…発電要
素、２ａ…負極活物質、２ｂ…正極ペレット、３…負極
カップ、４…正極缶、５…絶縁ガスケット、５ａ…金属
製リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜多 忍 福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地 の１ 株式会社ソニー・エナジー・テック 内 (72)発明者 山口 典重 福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地 の１ 株式会社ソニー・エナジー・テック 内 Ｆターム(参考） 5H011 AA03 CC06 FF03 GG02 HH02 JJ03 5H017 AA03 AS01 AS07 AS10 BB00 CC00 DD06 HH05 5H024 AA03 AA12 BB06 CC03 CC07 DD01 DD02 DD04 DD12 DD15 DD18 FF14 HH15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極活物質と正極活物質とが積層されて
   なる発電要素を、負極端子を兼ねた負極カップと正極端
   子を兼ねた正極缶とを絶縁ガスケットを介してかしめる
   ことで密封するように構成された扁平形有機電解液電池
   において、 前記絶縁ガスケットは、前記正極活物質に面する内側部
   に該正極活物質の側周部を包囲するように配された金属
   製の補強部材が一体成型されたものであることを特徴と
   する扁平形有機電解液電池。