JP2005347104A - コイン形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】円盤状の正・負極材と、これら正・負極材の間に介在された丸皿状のセパレータとからなる発電要素を備えるコイン形電池において、正極材の破損防止を確保しながら、電池の組み付け作業の容易化を図る。
【解決手段】ガスケット３の中央開口部２５に臨むベース部２６の上端部に、その全周にわたって舌片３１を内方に向かって張り出し形成する。これにて、舌片３１で全周方向から内方向への弾性変形力を正極材７に与えて、中央開口部２５の開口中心と正極材７の外形中心とが略一致する適正姿勢で正極材７をガスケット３内に組み付けることができるので、正極材７とセパレータ１０との中心位置のズレに起因して、セパレータ１０の周側壁１２の内面に正極材７の下端コーナー部が擦れて、正極材７が破損することを防ぐことができる。また、正極材７の組み付け作業に高度な位置合わせ精度が要求されず、その点で電池の組み立て作業が容易となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、円盤状の正・負極材と、これら正・負極材の間に介在された丸皿状のセパレータとを発電要素とするコイン形電池に関する。

この種のコイン形電池の従来例に、特許文献１ないし３がある。そこでのセパレータは、正・負極材を仕切る隔壁と、隔壁の外周から下向きに曲げた周側壁とを備える皿状に形成されており、周側壁で正極材の周側面をカバーする。このようにセパレータを皿状としてあると、周側壁がリング状のガスケットの内面で受け止められるため、平板状のセパレータを用いた場合に比べて、電池缶内でのセパレータの遊動や位置ずれなどをよく防ぐことができ、したがって内部短絡の発生確率を低減化できる利点がある。

特開平０９−２８３１０２号公報（図１） 特開平０５−０２９０２０号公報（図１） 特開２００２−２０３５７２号公報（図１）

上記特許文献に記載のコイン形電池の問題は、正極材の電池缶内への組み付け時に、正極材の周側面がセパレータの周側壁に接触して、正極材のコーナー部が破損しやすいことにある。つまり、この種のコイン形電池では、本発明に係る図１に示すように、上方開口部を有する丸皿状の負極缶６の周側壁１９にリング状のガスケット３を装着したのち、ガスケット３の中央開口部２５にセパレータ１０を装着し、次いで中央開口部２５から正極材７を落とし込んでいる。このため、かかる正極材７の組み付け作業時において、正極材７とセパレータ１０との位置合わせが完全でないと、正極材７がセパレータ１０の周側壁１２の内面に接触して、正極材７のコーナー部が破損しやすい。組み付け後においても、正極材７の遊動により、セパレータ１０の周側壁１２に接触してコーナー部が破損するおそれがある。このように正極材７が破損すると、内部短絡などの動作不良の増加を招くほか、活物質の減少に伴い、放電容量などの電池特性が低下する。最悪の場合には、欠けた正極材７の一部が正極缶５とガスケット３との間に挟み込まれて、電池缶１の封止が不十分となり、液漏れを起こす。

本発明の目的は、円盤状の正・負極材と、これら正・負極材の間に介在された丸皿状のセパレータとからなる発電要素を備えるコイン形電池において、正極材の破損防止を確保しながら、電池の組み付け作業の容易化を図ることにある。

本発明は、例えば図１ないし図４に示すごとく、円盤状の正・負極材７・９と、これら正・負極材７・９の間に介在されて正極材７の周側面をカバーする丸皿状のセパレータ１０とを発電要素２とし、この発電要素２を収容する電池缶１が、円形の上面壁１５の外周から周側壁１６を下向きに曲げた金属製の正極缶５と、円形の底面壁１７の外周から周側壁１９を上向きに曲げた金属製の負極缶６とを含み、正極缶５の周側壁１６の開口下端部分が、負極缶６の周側壁１９に装着されたガスケット３を介して内向きにかしめ加工されたコイン形電池を対象とする。

ガスケット３は、発電要素２の受け入れを許す中央開口部２５を有するリング状のベース部２６と、該ベース部２６の外縁部から下向きに張り出し形成されて、正・負極缶５・６の周側壁１６・１９に挟持される筒壁２７とを備える弾性材製の成形品であって、中央開口部２５に臨むベース部２６の上端部の全周に、撓み変形可能な舌片３１が内方に向かって張り出し形成されている。舌片３１の対向間隔で規定されるガスケット３の上端部の開口寸法（Ｄ₁ ：図２参照）は、正極材７の外形寸法（Ｄ₂ ：図２参照）よりも小さく設定されている。そして、中央開口部２５内へ正極材７を組み付けたとき、該正極材７の周側面に沿うように舌片３１が撓み変形し、該舌片３１の弾性変形力により該正極材７が電池缶１内で遊動不能に位置決め保持されるようにしてあることを特徴とする。

図５に示すように、舌片３１のベース部２６からの張り出し基端部に、肉厚寸法の小さな肉薄部３５を設けることができる。

図６に示すように、舌片３１の肉厚寸法が、内方向に向かって漸次肉厚とすることができる。

本発明のように、ガスケット３の中央開口部２５に臨むベース部２６の上端部の全周に、撓み変形可能な舌片３１を内方に向かって張り出し形成してあると、該舌片３１で全周方向から内方向への弾性変形力を正極材７に与えて、中央開口部２５の開口中心と正極材７の外形中心とが略一致する適正姿勢で正極材７をガスケット３内に組み付けることができる。これにて、正極材７とセパレータ１０との中心位置のズレに起因して、セパレータ１０の周側壁１２の内面に正極材７の下端コーナー部が擦れて、正極材７が破損することを防ぐことができるので、コイン形電池の作動の信頼性が向上する。また、正極材７の組み付け作業に高度な位置合わせ精度が要求されないため、その点で電池の組み立て作業の容易化を図ることができる。

また、正極材７の組み付け後においても、舌片３１は図４に示すような変形姿勢を保持し、その弾性変形力で全周方向から正極材７を内方向に押圧して、正極材７を遊動不能に確りと位置決め保持している。したがって、電池組み立て後における正極材７の位置ズレや、セパレータ１０の周側壁１２への接触に起因する正極材７の破損などを確実に防いで、コイン形電池の作動の信頼性を良好に確保できる。

舌片３１を徐々に撓ませながら、正極材７をセパレータ１０内にゆっくりと落とし込ませることができるので、正極材７が落下衝撃を受けて破損するおそれがない。加えて正極材７をゆっくりと落とし込むことができるようにしてあると、舌片３１によってガスケット３の中央開口部２５に臨む内面と正極材７との間が封止されていることと相俟って、負極缶６内に予め注入されている電解液３３が、正極材７の組み付け作業時に中央開口部２５から飛び出すことを防ぐことができる。

図５に示すように、舌片３１のベース部２６からの張り出し基端部に、肉厚寸法の小さな肉薄部３５を設けてあると、舌片３１の突端部の肉厚寸法を大きく確保して、フランジ状に張り出し形成された舌片３１の常態姿勢への復元力を良好に確保しながら、張り出し基端部に設けられた肉薄部３５により舌片３１を内方向に撓み変形しやすくできる。したがって、正極材７の落とし込み作業の簡便化を図りながら、組み付け後における正極材７の位置決め保持力が良好に発揮される。

図６に示すように、舌片３１の肉厚寸法を、内方向に向かって漸次肉厚となるようにしてあると、先の図５に示す形態と同様に、舌片３１の突端部の肉厚寸法を大きく確保して、フランジ状に張り出し形成された舌片３１の常態姿勢への復元力を良好に確保しながら、舌片３１を内方向に撓み変形しやすくできるため、正極材７の落とし込み作業の簡便化を図りながら、組み付け後における正極材７の位置決め保持力が良好に発揮される。

図１ないし図３に、本発明に係るコイン形電池の実施形態を示す。そこでの電池缶１は、発電要素２を収容する正極缶５と、ガスケット３とともに正極缶５の開口内縁にかしめ固定されて、正極缶５を密封する負極缶６とで構成されており、全体が扁平なコイン形に形成してある。発電要素２は、それぞれ円盤形に固められた正極材７および負極材９と、両者間に介装されるセパレータ１０とを含む。正極材７としては二酸化マンガンを、負極材９としては金属リチウムを挙げることができる。

セパレータ１０は、例えばポリプロピレン製不織布を素材とするものであって、正負極材７・９の間を仕切る平板状の隔壁１１と、隔壁１１の周縁を上向きに曲げた周側壁１２とを有する丸皿状に形成されており、電池缶１内への組み付け状態において、正極材７の周側面を周側壁１２でカバーしている。ここでの周側壁１２は、上広がりのテーパー状に形成されている。

図２に示すように、電池組み立て前のブランク状態における正極缶５は、円形の上面壁１５と、上面壁１５の外周から下方へ向けて垂直に曲げた周側壁１６とを含む丸皿状を呈している。負極缶６は、円形の底面壁１７と、底面壁１７の外周から上方へ向けて折り曲げられた周側壁１９とを含む丸皿状を呈している。図１に示すように、負極缶９の周側壁１９は、底面壁１７の外周から斜め上方向に段状に張り出す拡径部２０と、拡径部２０に連続して垂直方向に伸びるストレート部２１と、該ストレート部２１に連続して下向きに折り返されたシール部２２とを備える。これら正極缶５および負極缶６は、ステンレス、アルミニウム、チタン、ニッケルのいずれか一種、あるいはこれらの金属の合金、または前記金属の複数種を積層したクラッド材で形成される。

ガスケット３は、ポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの弾性と絶縁性に優れたプラスチック材を素材とするリング状の射出成形品からなり、発電要素２の受け入れを許す中央開口部２５（図２参照）を有する円リング状のベース部２６と、該ベース部２６の外縁部から下向きに張り出し形成されて、正・負極缶５・６の周側壁１６・１９に挟持される外筒壁（筒壁）２７と、ベース部２６の内縁部から下向きに張り出し形成されて、負極缶６のストレート部２１の内面に当接する内筒壁２９とを備える弾性材製の成形品であって、内外筒壁２９・２７の間に、負極缶６の周側壁１９の上端部を受け入れる円環状の溝３０を備える。これら内外筒壁２９・２７は、同心位置に設けられている。

そのうえで本発明においては、中央開口部２５に臨むベース部２６の上端部の全周にわたって、舌片３１が内方に向かって張り出し形成されている点が着目される。図２に示すように、かかる舌片３１の対向間隔寸法で規定される中央開口部２５の上端部の開口寸法（Ｄ₁ ）は、正極材７の外形寸法（Ｄ₂ ）よりも小さく設定されており、舌片３１は、図４において仮想線で示す水平方向に伸びる常態姿勢と、実線で示す正極材７の周側面に沿うような変形姿勢との間で自在に撓み変形できる。なお、本実施形態における舌片３１の肉厚寸法は、ベース部２６からの張り出し基端から、内方の突端に至るまで均一である。

舌片３１の肉厚寸法（Ｔ₁ ）は、0.０２〜0.１mmの範囲とする。0.０２mmを下回ると、変形姿勢から常態姿勢への弾性応力が不足するとともに、舌片３１が切断するおそれがある。0.１mmを超えると、弾性応力が大きすぎて、正極材７を破損するおそれがある。舌片３１の張り出し寸法（Ｄ₃ ）は、１±0.６mmの範囲とする。

図２ないし図４を用いて、コイン形電池の作製方法を説明する。まず、図２に示すように、負極缶６を上向きに開口を有するように設置したうえで、その周側壁１９にガスケット３を上方から装着する。つまり、ガスケット３の溝３０の上端面が周側壁１９に受け止められるまで、ガスケット３を上方から押し付け、ストレート部２１およびシール部２２を内外筒壁２９・２７で挟持させて、両者６・３を一体化する。

次に、ガスケット３の中央開口部２５を介して、負極缶６内に負極材９を落とし込む。このとき、ガスケット３の舌片３１は、負極材９が中央開口部２５を通るときには、それに押されて内方向に撓み変形（図４に示すような変形姿勢）するが、負極材９の通過後は、元の常態姿勢に戻る。次いで、中央開口部２５を介してガスケット３内にセパレータ１０を押し込み、負極材９上に載置させる。このときにもガスケット３の舌片３１は、隔壁１１、次いで周側壁１２に押されて変形姿勢となるが、セパレータ１０の通過後は常態姿勢に戻る。続いて中央開口部２５から電解液を注入する。図４において、符号３３は電解液を示している。

次に、ガスケット３の中央開口部２５上に正極材７を位置合わせしてから、該正極材７を丸皿上のセパレータ１０内に落とし込み装着する。より詳しくは、正極材７を中央開口部２５上に位置合わせしたとき、該正極材７は、常態姿勢（図４参照）にある舌片３１で、下面の外縁を受け止められた状態にあり、この状態から正極材７を上方から押すと、正極材７の下方移動に伴って、舌片３１は正極材７の下面に押されて外周方向に徐々に撓み変形する。そして、その舌片３１の対向間隔寸法で規定される開口寸法が、正極材７の外形寸法（Ｄ₁ ）よりも大きくなると、舌片３１は正極材７の周側面に沿うような変形姿勢となる。これにて、正極材７は、全周方向から舌片３１の内方向への弾性変形力を受けながら、セパレータ１０内にスルリと落とし込み装着される。

以上のように、正極材７の組み付け工程において、舌片３１で全周方向から内方向への弾性変形力を正極材７に与えるようにしてあると、中央開口部２５の開口中心と正極材７の外形中心とが略一致する適正姿勢で正極材７をガスケット３内に組み付けることができる。これにて、正極材７とセパレータ１０との間の外形中心の位置ズレに起因して、セパレータ１０の周側壁１２の内面に、正極材７の下端コーナー部が擦れることをよく防ぐことができるので、組み付け作業時における正極材７の破損を確実に防ぐことができる。また、組み付け後においても、舌片３１は変形姿勢を保持し、その弾性変形力で全周方向から正極材７を内方向に押圧して、正極材７を遊動不能に確りと位置決め保持している。したがって、電池組み立て後における正極材７の位置ズレや、セパレータ１０の周側壁１２への接触に起因する正極材７の破損なども確実に防止でき、コイン形電池の作動の信頼性が向上する。また、正極材７の破損に起因する、放電容量等の電池特性の低下も防ぐことができる。

舌片３１を徐々に撓ませながら、正極材７をセパレータ１０内にゆっくりと落とし込ませることができるので、正極材７が落下衝撃を受けて破損することを防ぐことができる。加えて、このように正極材７をゆっくりと落とし込むことができるようにしてあると、舌片３１によりガスケット３の中央開口部２５に臨む内面と正極材７との間を封止していることと相俟って、負極缶６内に予め注入されている電解液３３が、正極材の組み付け作業時に中央開口部２５から飛び出す不具合も生じない。

最後に、正極缶５を上方より被せて、その周側壁１６の開口下端部分を、内向きにかしめ加工することにより、負極缶６をガスケット３とともに封止固定する。これにて、図１に示すようなコイン形電池を得ることができる。

図５は、本発明の別実施形態を示しており、そこでは、舌片３１のベース部２６からの張り出し基端部に、肉厚寸法の小さな肉薄部３５を設けてある点が、先の図１に示した実施形態と相違する。これによれば、舌片３１の突端部の肉厚寸法を大きく確保して、フランジ状に張り出し形成された舌片３１の常態姿勢への復元力を良好に確保しながら、張り出し基端部に設けられた肉薄部３５により舌片３１を撓み変形しやすくできるため、正極材７の落とし込み作業の簡便化と、組み付け後における正極材７の位置決め保持力の向上という、相反する課題を同時に解決できる。なお、ここでは、舌片３１の肉厚寸法（Ｔ₁ ）は0.１mm、肉薄部３５の肉厚寸法（Ｔ₂ ）は0.０５mmとした。

図６は、本発明のさらに別実施形態を示しており、そこでは、舌片３１の肉厚寸法を、内方向に向かって漸次肉厚となるようにしてある点が、先の図１に示した実施形態と相違する。これによっても、先の図５に示した形態と同様に、舌片３１の突端部の肉厚寸法を大きく確保して、フランジ状に張り出し形成された舌片３１の常態姿勢への復元力を良好に確保しながら、舌片３１を撓み変形の容易化を図ることができるため、正極材７の落とし込み作業の簡便化と、組み付け後における正極材７の位置決め保持力の向上という、相反する課題を同時に解決できる。なお、ここでは、舌片３１の張り出し端部に係る肉厚寸法（Ｔ₃ ）は0.１mm、張り出し基端部に係る肉厚寸法（Ｔ₄ ）は0.０５mmとした。

上記実施形態以外に、発電要素は上記で挙げた正極材７および負極材９である必要はない。セパレータ１０の周側壁１２は、上広がりのテーパー状である必要はなく、ストレート状であってもよい。本発明における「上・下（底）」とは、当該発明を説明するために便宜上定義したものであって、天地逆であっても何ら問題はない。

コイン形電池の要部の縦断面図 コイン形電池の分解断面図 コイン形電池の組み立て方法を説明するための図 コイン形電池の要部の縦断面図 別実施形態に係るコイン形電池を構成するガスケットの要部の縦断面図 別実施形態に係るコイン形電池を構成するガスケットの要部の縦断面図

符号の説明

１ 電池缶
２ 発電要素
３ ガスケット
５ 正極缶
６ 負極缶
７ 正極材
９ 負極材
１０ セパレータ
１５ 正極缶の上面壁
１６ 正極缶の周側壁
１７ 負極缶の底面壁
１９ 負極缶の周側壁
２５ ガスケットの中央開口部
２６ ガスケットのベース部
２７ ガスケットの筒壁（外筒壁）
３１ ベース部に設けられた舌片
３５ 肉薄部

Claims (3)

1. 円盤状の正・負極材と、これら正・負極材の間に介在されて前記正極材の周側面をカバーする丸皿状のセパレータとを発電要素とし、
   前記発電要素を収容する電池缶が、円形の上面壁の外周から周側壁を下向きに曲げた金属製の正極缶と、円形の底面壁の外周から周側壁を上向きに曲げた金属製の負極缶とを含み、前記正極缶の前記周側壁の開口下端部分が、前記負極缶の前記周側壁に装着されたガスケットを介して内向きにかしめ加工されたコイン形電池において、
   前記ガスケットは、前記発電要素の受け入れを許す中央開口部を有するリング状のベース部と、該ベース部の外縁部から下向きに張り出し形成されて、前記正・負極缶の周側壁に挟持される筒壁とを備える弾性材製の成形品であって、前記中央開口部に臨むベース部の上端部の全周に、撓み変形可能な舌片が内方に向かって張り出し形成されており、
   前記舌片の対向間隔で規定される前記ガスケットの上端部の開口寸法は、前記正極材の外形寸法よりも小さく設定されており、
   前記中央開口部内へ前記正極材を組み付けたとき、該正極材の周側面に沿うように前記舌片が撓み変形し、該舌片の弾性変形力により該正極材が前記電池缶内で遊動不能に位置決め保持されるようにしてあることを特徴とするコイン形電池。
2. 前記舌片の前記ベース部からの張り出し基端部に、肉厚寸法の小さな肉薄部を設けられている請求項１記載のコイン形電池。
3. 前記舌片の肉厚寸法が、内方向に向かって漸次肉厚とされている請求項１記載のコイン形電池。

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