JP2003151511A - 扁平形非水電解質電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温環境下においてケースが膨張変形する場
合にも、正極缶と負極缶との封止構造が破壊されるのを
防止でき、しかも電池の組み立て時に、正極材が破壊さ
れる組立不良を防止できる扁平形非水電解質電池を提供
する。 【解決手段】 正極缶５と負極缶６、および両缶５・６
に収容される正極材２、負極材４、セパレーター３を含
み、正極缶５と負極缶６とが両者の周縁間に配置したガ
スケット７を介して封止してある。正極缶５の底壁の周
縁にガスケット７と接当する封止壁１０を設け、封止壁
１０より径方向内側に設けた凹部９に正極材２を収容す
る。高温環境下では、凹部９の底壁を膨張変形させて、
その影響が封止壁１０に及ぶのを防止する。負極缶６の
上壁側に設けた収容部１３に負極材４を収容する。収容
部１３の内法直径寸法Ｄ１と凹部９の内法直径寸法Ｄ２
との比を、Ｄ２／Ｄ１＝1.０１〜1.２に設定して、組立
工程において正極材２が破損されるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外観形状が扁平な
非水電解質材を含む、扁平形非水電解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電池において、使用条件が過酷
な高温環境下でも使用できるようにすることが求められ
ており、高温環境下で支障なく使用できる電極材料、電
解質等の開発が推進されつつある。高温環境下において
は、常温環境では起りえない様々な問題を生じる。その
ひとつに、正極缶や負極缶等のケースの膨張変形があ
る。高温環境下では、電極材どうしの化学反応が促進さ
れる結果、電池内部にガスが発生し、その圧力で主とし
て正極缶の底壁が外凸状に膨張する。因みに扁平形の電
池の多くは、開口周縁にガスケットが装着された負極缶
を、電極材と共に正極缶に装填したうえで、正極缶の開
口縁を内向きに折り込んで形成してある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように膨張変形
した電池は、外観上の体裁が損なわれるのみに止まら
ず、致命的な欠陥を生じてしまう。詳しくは、ケースの
膨張変形に伴って正極缶と負極缶との封止構造が破壊さ
れ、ガスケットによるシール作用が得られなくなって電
池の密閉性が低下する。このように、封止構造が破壊さ
れてしまうと、電池内に水分が侵入し、電池の総合的な
発電特性が著しく低下するうえ、電池において致命的な
欠陥である漏液を生じやすくなる。

【０００４】本発明者等は、高温環境下においてケース
が膨張変形した場合にも、正極缶と負極缶との間の封止
構造が破壊されるのを防止するために、いくつかの対策
を検討し、さらに試作とテストを重ねた。その結果、正
極缶の底壁周縁、すなわちガスケットと接する封止壁よ
り内側に外凸状の凹部を設けると、凹部の底壁が膨張変
形する場合にも、その影響が封止壁に及ぶのを避けて、
高温環境下でも電池を適正に密閉し続けられることを確
認した。しかし、以下の新たな問題を生じることが判っ
た。

【０００５】多くの場合、この種の電池は自動組立装置
で組み立てるが、得られた電池の外見上は問題ないもの
の、仕様通りの正常な放電電圧を発揮できない電池が少
なからずあることが判った。確認のために不良品の電池
を分解してみると、正極材の一部が破壊されていた。因
みに、従来の電池においては、電池容量をできるだけ大
きくするために、それぞれ円盤状に形成される正極材と
負極材との直径寸法をほぼ同径に設定している。つま
り、負極缶に形成した負極材用の収容部の大きさによっ
て負極材の直径を決め、これを基準にして正極材の直径
を設定しており、改良された電池においても同様の設定
としていた。

【０００６】上記の組立不良、すなわち正極材の破損の
原因を追求した結果、正極材を正極缶に装填する際に、
正極材の周縁が正極缶の底壁に形成した凹部の開口縁に
乗りあがることが判った。組立装置で正極材を正極缶に
装填する際には、装填位置に多少の位置ずれが生じてし
まうのを避けられないが、この位置ずれによって正極材
の周縁が凹部の開口縁に乗り上がり、その状態のままで
正極缶の開口縁のかしめ処理が行われた結果、正極材の
周縁が先の凹部の開口縁に当って破壊されてしまうので
ある。さらに、使用時には、放電に伴って膨張した正極
材が凹部の開口縁に当って変形し、正常な放電特性を発
揮できなくなるのである。

【０００７】本発明は、上記のような背景状況下で提案
されたものであって、その目的は、高温環境下において
ケースが膨張変形した場合にも、正極缶と負極缶との封
止構造が破壊されるのを防止でき、しかも電池を組み立
てる際に正極材が破壊されるのを確実に防止して、電池
生産時の不良発生率を著しく低下させて生産性を向上で
きる扁平形非水電解質電池を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の扁平形非水電解
質電池は、正極缶５と負極缶６、および両缶５・６に収
容される正極材２、負極材４、セパレーター３を含み、
正極缶５と負極缶６とが両者の周縁間に配置したガスケ
ット７を介して封止してある。正極缶５の底壁の周縁に
ガスケット７と接当する封止壁１０を設け、封止壁１０
より径方向内側に設けた凹部９に正極材２を収容する。
負極缶６の上壁側に設けた収容部１３に負極材４を収容
する。。かくして、収容部１３の内法直径寸法Ｄ１と凹
部９の内法直径寸法Ｄ２との比を、Ｄ２／Ｄ１＝1.０１
〜1.２に設定したことを特徴とする。

【０００９】正極材２は、正極合剤を加圧成形して円盤
状の成形体とし、得られた成形体を３００℃の雰囲気中
で２時間加熱して固体化して形成する。正極材２の直径
寸法は、収容部１３の内法直径寸法Ｄ１によって規定さ
れる負極材４の直径寸法と同じか、これより僅かに小さ
く設定する。

【００１０】

【発明の作用効果】本発明では、正極缶５の底壁の封止
壁１０より径方向内側に外凸状の凹部９を設けて、高温
環境下において凹部９の底壁を膨張変形させ、膨張変形
が封止壁１０に及ぶのを防止できるようにした。従っ
て、ケース１が膨張変形する際に、正極缶５と負極缶６
との封止構造が破壊されるのを確実に防止して、高温環
境において漏液の発生を解消でき、耐熱性に優れた扁平
形非水電解質電池を提供できる。さらに、負極缶６の上
壁側に設けた収容部１３の内法直径寸法Ｄ１と、正極缶
５の凹部９の内法直径寸法Ｄ２との比を、Ｄ２／Ｄ１＝
1.０１〜1.２に設定して、電池を組み立てる際の正極材
２の破損を防止するので、電池生産時の不良発生率を著
しく低下して生産性が向上する。Ｄ２／Ｄ１が1.０１未
満であると、組み立て時の正極材２の破損を避けること
ができず、仕様どおりの電池特性を発揮できない。ま
た、Ｄ２／Ｄ１が1.２を越えると、凹部９の膨張変形の
影響が封止壁１０にまで及ぶため、正極缶５と負極缶６
との間の封止構造が破壊されやすくなり、高温環境下で
電池を使用する場合に漏液を生じやすく実用に適さな
い。

【００１１】固体化した正極材２の直径寸法は、収容部
１３の内法直径寸法Ｄ１によって規定される負極材４の
直径寸法を基準にして、負極材４の直径寸法と同じか、
これより僅かに小さく設定すると、正極缶５の凹部９の
内法直径寸法Ｄ２と、正極材２の直径寸法との差を、充
分な余裕を含んだ正の値にすることができる。従って、
凹部９の内法直径寸法Ｄ２と、正極材２の直径寸法とに
ばらつきがある場合にも、これらのばらつきを吸収し
て、正極材２を凹部９に対して常に適正に装填でき、組
み立て時の正極材２の破損をさらに確実に避けることが
できる。

【００１２】

【実施例】図１ないし図３は、本発明に係る扁平形非水
電解質電池の実施例を示す。図２および図３において扁
平形非水電解質電池は、ボタン形のケース１の内部に正
極材２、セパレーター３および負極材４などが収容され
ている。ケース１の直径は２4.４５mm、全厚は4.８５mm
である。ケース１は、下半部を占める正極缶５と、上半
部を占める負極缶６とからなり、両者５・６の接合部は
ガスケット７で封止してある。

【００１３】図２に示すように、ブランク状態の正極缶
５は、上向きに開口する丸皿状のプレス成形品からな
り、その底壁に正極材２を受け止める浅い凹部９を外凸
状に形成し、底壁の周縁にガスケット７と接当する封止
壁１０を設け、封止壁１０の周縁に連続して円筒状の周
壁１１を立ち上げてなる。凹部９を設けることによっ
て、ケース１の膨張変形を凹部９の底壁にのみに止め
て、封止壁１０が変形するのを防止できる。負極缶６
は、下向きに開口する丸皿状のプレス成形品からなり、
その上壁側に設けられる負極材４用の収容部１３と、収
容部１３の下端の肩部から外向きに張り出されるフラン
ジ壁１４と、フランジ壁１４に連続して下向きに突出す
る封止部１５とを一体に備えている。封止部１５は、は
ぜ折りされた内外二重の壁で形成してある。

【００１４】正極材２は、二酸化マンガン（９0.５重量
部）、黒鉛（５重量部）、テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体（４重量部）、および
ヒドロキシプロピルセルロース（0.５重量部）を混合し
て正極合剤を調整し、この正極合剤の0.２ｇを型内へ充
填した後、加圧成形して円盤状の成形体とし、さらに成
形体を３００℃の雰囲気中で２時間加熱して形成する。

【００１５】負極材４は、円盤状に加工された金属リチ
ウムからなり、図１に示すようにその直径寸法は負極缶
６に設けた収容部１３の内法直径寸法Ｄ１より僅かに小
さく設定される。なお、凹部９の内法直径寸法Ｄ２は、
収容部１３の内法直径寸法Ｄ１より僅かに大きく（1.１
倍）設定し、正極材２の直径寸法は、負極材３の直径寸
法より僅かに小さく設定した。セパレーター３は、ポリ
ブチレンテレフタレート繊維を素材とする不織布を使用
し、そこに非水電解質を含浸させた。非水電解質として
は、プロピレンカーボネイトと、１，２−ジメトキシエ
タンとを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬｉＣｌＯ₄
を0.５モル／リットルの割合で溶解した溶液を用いた。
ガスケット７は、テトラフルオロエチレン−パーフルオ
ロアルコキシエチレン共重合体を素材にして、射出成形
によって成形した。

【００１６】上記のように構成した電池において、収容
部１３の内法直径寸法Ｄ１を基準にして、凹部９の内法
直径寸法Ｄ２を種々に変更した正極缶５を用意して、組
立工程における不良発生数を比較した。さらに、高温環
境下における漏液の有無を試験した。 （比較例１）底壁に凹部９を有しない従来構造の正極缶
を用い、実施例と同様にして扁平形非水電解質電池を１
００個組み立てた。 （比較例２）収容部１３の内法直径寸法Ｄ１と凹部９の
内法直径寸法Ｄ２との比を１：0.９５とした以外は、実
施例と同様にして扁平形非水電解質電池を１００個組み
立てた。 （比較例３）収容部１３の内法直径寸法Ｄ１と凹部９の
内法直径寸法Ｄ２との比を１：1.２５とした以外は、実
施例と同様にして扁平形非水電解質電池を１００個組み
立てた。

【００１７】実施例および各比較例で得られた電池を無
作為に３０個ずつ選択し、これらの電池を加熱炉内に収
容し、１２０℃の雰囲気温度を維持しながら２０日間保
持した後、炉外へ取出した電池の漏液の有無を目視によ
って確認した。表１は、その結果と、組立工程における
不良発生状況とを示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】この表１から明らかな通り、実施例で得た
電池は、組立工程における不良発生がないばかりか、ケ
ース１の膨張に伴う漏液の発生も皆無であった。比較例
１の従来型の電池は、組立工程における不良発生こそな
かったものの、３０個の供試電池の全てが漏液を生じて
いた。比較例２の電池は、組立対象となった１００個の
電池のうち、７０個が不良品であった。つまり、仕様ど
おりの放電特性を発揮できず、その一部を分解してみる
と正極材２の一部が破損していた。比較例３の電池は、
組立工程における不良発生は見られなかったが、耐熱試
験によって１２個（約４割）の電池に漏液を生じてい
た。以上の試験結果から、収容部１３の内法直径寸法Ｄ
１と凹部９の内法直径寸法Ｄ２との比を、Ｄ２／Ｄ１＝
1.０１〜1.２の範囲に設定すると、組立工程における不
良発生を防止できるうえ、ケース１の膨張に伴う漏液の
発生も解消できる電池が得られることが判った。

【００２０】上記の実施例以外に、本発明は、少なくと
も正極材２が固形体であって凹部９に装填される電池で
あれば広く適用できるので、正極材２、負極材４、セパ
レーターの形成素材や、および非水電解質の成分等は、
実施例に限られない。

【図面の簡単な説明】

【図１】部分断面図

【図２】分解断面図

【図３】縦断正面図

【符号の説明】

２ 正極材 ４ 負極材 ５ 正極缶 ６ 負極缶 ７ ガスケット ９ 凹部 １０ 封止壁 １３ 負極材の収容部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 6/16 Ｈ０１Ｍ 6/16 Ｃ Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA10 AA17 DD03 GG02 KK01 KK02 KK04 5H024 AA03 AA12 CC03 DD01 DD02 DD04 DD14 HH01 HH11 HH13 5H050 AA14 AA20 BA05 BA16 CA05 CB12 DA02 EA09 EA23 EA24 GA02 GA03 HA04 HA14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極缶５と負極缶６、および両缶５・６
   に収容される正極材２、負極材４、セパレーター３を含
   み、正極缶５と負極缶６とが両者の周縁間に配置したガ
   スケット７を介して封止してある電池であって、 正極缶５の底壁の周縁にガスケット７と接当する封止壁
   １０が設けられ、封止壁１０より径方向内側に設けた凹
   部９に正極材２が収容されており、 負極缶６の上壁側に設けた収容部１３に負極材４が収容
   されており、 収容部１３の内法直径寸法Ｄ１と凹部９の内法直径寸法
   Ｄ２との比が、Ｄ２／Ｄ１＝1.０１〜1.２に設定してあ
   ることを特徴とする扁平形非水電解質電池。
2. 【請求項２】 正極材２が、正極合剤を加圧成形して円
   盤状の成形体とし、得られた成形体を３００℃の雰囲気
   中で２時間加熱して固体化してあり、 正極材２の直径寸法が、収容部１３の内法直径寸法Ｄ１
   によって規定される負極材４の直径寸法と同じか、これ
   より僅かに小さく設定してある請求項１記載の扁平形非
   水電解質電池。