JP2006032313A - コイン形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】コイン形電池において、電池缶の内部容積の向上を図りながら、外部衝撃による正極材の欠損を防止する。
【解決手段】正極缶５の底面壁１１に、正極材７の下端が嵌り込む陥没穴３１を設ける。負極缶６の上面壁１３に、負極材９の上端が嵌り込む陥没穴３３を設ける。これにて、陥没穴３１・３３が存在する凹み分だけ実質的に電池缶１の内部容積を大きく稼ぐ。正極材７の外周側面には、正極材７の下端外周縁の欠損を防ぐ機能を兼ねるリング部材２６が配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電要素を収容する電池缶が、円形の底面壁の外周から外周筒壁を上向きに曲げた金属製の正極缶と、円形の上面壁の外周から外周側壁を下向きに曲げた金属製の負極缶とを含み、正極缶の外周筒壁の開口上端部分が、負極缶の外周側壁にガスケットを介して内向きにかしめ加工されているコイン形電池に関する。

図７は、この種のコイン形電池の従来例を示す。そこでの負極缶６は、浅い丸皿状に形成されていて、円形の上面壁１３と、上面壁１３の外周に形成された外周側壁１５とを備えている。正極缶５は、負極缶６よりも一回り大きな外径寸法を有する丸皿状に形成されていて、円形の底面壁１１と、底面壁１１の外周に形成された外周筒壁１２とを備えている。そして、負極缶６の外周側壁１５に装着されたガスケット３を介して、正極缶５の外周筒壁１２の開口上端部分１２ａを内向きにかしめ固定することにより、コイン形電池を形成している。これら正負極缶５・６で構成される電池缶１の内部には、正負極材７・９、セパレータ１０などからなる発電要素２が組み込まれている。この種の缶構造は、例えば特許文献１ないし４に認められる。

正極材７の外周に断面Ｌ字型のリング部材２６を配することにより、放電による正極材７の膨張方向を上下方向に集中させて、正負極材７・９の極間距離が増加することによる内部抵抗の上昇を防止することは、特許文献５、６に公知である。

特開２００３−２４２９４１号公報（図２） 特開２００３−０４５３８１号公報（図１） 特開２００２−１８４４１６号公報（図１、図３） 特開平０９−２８３１０２号公報（図１） 特開平９−２０４９２０号公報（図４） 特開昭６１−１６５９６４号公報（図１）

上記のコイン形電池の正負極缶５・６は、かしめ加工性や、かしめ加工後における電池缶の内圧変化に耐え得るだけの形状安定性（耐圧強度性）の良否などを勘案して、均一な厚み寸法を有する金属平板をプレス加工することで形成されている。つまり、正極缶５の板厚寸法は、底面壁１１および外周筒壁１２にわたって同一寸法となっている。同様に負極缶６の板厚は、上面壁１３および外周側壁１５にわたって同一寸法となっている。

かかるコイン形電池によれば、金属平板が発揮する良好な形状安定性により、ガスケット３を変形姿勢のままで強固に挟圧保持できるので、正極缶５の上端開口を強固に封止して、液漏れを確実に防止できる。問題は、正負極缶５・６の板厚寸法が大きいと、その分だけ発電要素２の有効体積が減少するため、電池容量や発電特性が低下することにある。つまり、液漏れ防止の観点から、正負極缶５・６は分厚い素材で形成されることが多く、したがって得られた電池缶１の内部容積が減少することを避けられず、発電要素２の大型化を図ることができなかったり、電解液量を増やすことができなかった。

本発明の目的は、電池缶の内部容積の向上を図りながら、封口部からの液漏れを確実に防止できるコイン形電池を提供することにある。本発明の目的は、正極材の膨張を上下方向に集中させるための前記リング部材を有効に利用して、強い外部振動が加わっても、正極材に欠損が生じるのを確実に防止するにある。

本発明は、図１に示すごとく、発電要素２を収容する電池缶１が、円形の底面壁１１の外周から外周筒壁１２を上向きに曲げた金属製の正極缶５と、円形の上面壁１３の外周から外周側壁１５を下向きに曲げた金属製の負極缶６とを含み、前記正極缶５の外周筒壁１２の開口上端部分１２ａが、前記負極缶６の外周側壁１５にガスケット３を介して内向きにかしめ加工されたコイン形電池において、前記正極缶５の底面壁１１の板厚寸法（Ｔ₁₁）、及び／又は前記負極缶６の上面壁１３の板厚寸法（Ｔ₁₃）を、それに連続する前記外周筒壁１２の板厚寸法（Ｔ₁₂）、又は前記外周側壁１５の板厚寸法（Ｔ₁₅）よりも小さく設定したことを特徴とする。ここで言う「円形」とは楕円形も含む概念である。

具体的には、図１に示すように、正極缶５の底面壁１１の内面、及び／又は負極缶６の上面壁１３の内面に、電池要素２の上下方向の端面を受け止める受け面３０・３２を有する陥没穴３１・３３を凹み形成する。ここでは、少なくとも正極缶５の底面壁１１の内面中央に陥没穴３１が形成されていることが好ましい。

または、図５に示すように、正極缶５の底面壁１１、及び／又は負極缶６上面壁１３の板厚寸法は、外周部から中央部に行くに従って漸次小さくなるように（Ｔ_11-0＞Ｔ_11-i、Ｔ_13-0＞Ｔ_13-i）設定することができる。

更に具体的には、これの円形の外周側面に密着する円筒状のリング部材２６を備えており、リング部材２６の下端外周縁部が、正極缶５の底面壁１１の内面中央に設けた円形の陥没穴３１の周側面３５に接触ないし近接対向している。

そのリング部材２６は、正極材７の外周側面のほぼ上下間にわたって密着する上下高を有し、リング部材２６の下端に、正極材７の下端外周縁部に密着するフランジ２８が内方に向けて水平状に張り出し形成されており、フランジ２８の下面と正極材７の下端面とが面一状に形成されて、陥没穴３１の受け面３０で受け止められるようにできる。

本発明においては、正極缶５の底面壁１１の板厚寸法（Ｔ₁₁）、及び／又は負極缶６の上面壁１３の板厚寸法（Ｔ₁₃）を、それに連続する正極缶５の外周筒壁１２の板厚寸法（Ｔ₁₂）、及び／又は負極缶６の外周側壁１５の板厚寸法（Ｔ₁₅）よりも小さくなるように設定したので、正負極缶５・６の板厚寸法が全部位にわたって同一寸法とされていた図７の従来形態に比べて、底面壁１１と外周筒壁１２との板厚寸法差（Ｔ₁₁−Ｔ₁₂＝Ｄ₃₁）分、及び／又は上面壁１３と外周側壁１５との板厚寸法差（Ｔ₁₃−Ｔ₁₅＝Ｄ₃₃）分だけ実質的に電池缶１の内部容積を大きく稼ぐことができる。これにて、電池缶１内に組み込まれる発電要素２の有効体積の増加や、電池缶１内に注入される電解液量の増加を図れるので、電池容量や発電特性の向上を期すことができる。前記外周筒壁１２や前記外周側壁１５などの封口部分においては、それらの板厚寸法（Ｔ₁₂、Ｔ₁₅）を減ずることなく、従来通りとしてあるため、電池缶１の内圧が上昇した場合でも外周筒壁１２が拡径変形するような不具合が無く、耐漏液性を良好に確保できる。

正極缶５の底面壁１１、及び／又は負極缶６の上面壁１３に受け面３０・３２を有する陥没穴３１・３３が形成されていると、これら陥没穴３１・３３が存在する分だけ、電池缶１の内部容積を大きく採れることになり、電池容量や発電特性の向上を図ることができる。また、正極材７の下端が正極缶５の陥没穴３１に、及び／又は負極材９の上端が負極缶６の陥没穴３３にそれぞれ嵌り込んでいると、強い外部衝撃を受けても、正極材７や負極材９が径方向に位置ズレするのを陥没穴３１・３３の周側面３５・３６で受け止め規制するので、コイン形電池の作動の信頼性を良好に確保できる。

図４に示すように、前記底面壁１１、及び／又は前記上面壁１３の板厚寸法が、外周部から中央部に行くに従って漸次小さくなるように（Ｔ_11-0＞Ｔ_11-i、Ｔ_13-0＞Ｔ_13-i）設定してあると、正負極缶５・６の板厚寸法が全部位にわたって同一寸法とされていた図７の従来形態に比べて、板厚寸法を小さくした分だけ電池缶１の内部容積を大きく設定できる。これにて、電池缶１内に組み込まれる発電要素２の有効体積の増加や、電池缶１内に注入される電解液量の増加を図ることができるので、電池容量や発電特性が向上する。

正極材７の外周に配したリング部材２６は、放電時の正極材７の膨張性を上下方向に有効に集中させるよう作用する。その一方で、正極材７の円形外周側面に密着するリング部材２６は、これの下端外周縁部が陥没穴３１の周側面３５に接触ないし近接対向するものとしたので、外部振動を受けて正極材７が径方向に位置ズレしようとしたときでも、リング部材２６の下端外周縁部が陥没穴３１の周側面３５で受け止められることになり、正極材７の下端外周縁の欠損を有効に防止できる。

リング部材２６の下端に、正極材７の下端外周縁部に密着するフランジ２８が形成されていると、正極材７の下端外周縁の欠損防止を更に有効に図れる。

（実施例１） 図１ないし図３に、本発明に係るコイン形電池の実施例１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としては、ポリプロピレン製不織布を挙げることができる。

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、円形の底面壁１１と、底面壁１１の外周から上方へ向けて垂直に曲げた外周筒壁１２とを含む深い丸皿状を呈している。負極缶６は、円形の上面壁１３と、上面壁１３の外周から下方へ向けて折り曲げられた外周側壁１５とを含む浅い丸皿状を呈している。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を素材とする金属平板をプレス加工して形成される。

図１に示すように、負極缶６の外周側壁１５は、上面壁１３の外周から斜め下方向に段付き状に張り出す拡径部１６と、拡径部１６に連続して垂直方向に伸びるストレート部１７と、該ストレート部１７の下端に連続して該ストレート部１７の外面側に重なるよう上向きに折り返されたシール部１９とを備える。

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でリング状に形成された射出成形品であり、図２に示すように、発電要素２の受け入れを許す中央開口部２０を有する円形リング状のベース部２１と、該ベース部２１の外縁部から上向きに張り出し形成されて、正極缶５の外周筒壁１２と負極缶６の外周側壁１５との間に挟持される外筒壁２２と、ベース部２１の内縁部から上向きに張り出し形成されて、負極缶６のストレート部１７の下端内面に当接する内筒壁２３とを備えている。同心状に設けた内外筒壁２３・２２の間には、負極缶６の外周側壁１５の下端部を受け入れる円環状の溝２５が形成されている。

正極材７の外周には、放電による正極材７の膨張方向を上下方向に集中させるためのリング部材２６が配されている。このリング部材２６は、ある程度の機械的強度を有する素材であれば特に限定されないが、発電特性向上のため、例えばステンレス、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や、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性を有する合成樹脂を使用することが好ましい。正極缶５と同一素材とすることがより好ましい。金属製であれば平板をプレス加工により、合成樹脂であれば射出成形により得ることができる。

リング部材２６は、円筒状に形成されていて、正極材７の外周側面のほぼ上下間にわたって密着する上下高さを有する。但し、リング部材２６の上端は正極材７の上端よりも僅かに低く設定することが好ましい。正極材７の成形誤差により正極材７高さがリング部材２６よりも低くなると、正極材７とセパレータ１０との間に隙間ができて、発電特性の低下を招くおそれがあるからである。

リング部材２６の下端には、正極材７の下端外周縁部に密着する円環状のフランジ２８が内方に向けて水平状に一体に張り出し形成されている。

リング部材２６は、電池缶１の組み立てに先立って正極材７に一体に付設しておく。具体的には、金型内にリング部材２６を落とし込んで、その上から二酸化マンガンの粉状物を容れてこれをプレスすることで、リング部材２６と正極材７とを一体化する。これにより、リング部材２６は正極材７に食い込んで一体に密着し、リング部材２６の外周面と、これよりも上方部分の正極材７の外周側面とが面一状になっており、かつリング部材２６のフランジ２８の下面と正極材７の下端面とが面一状になっている。

正極缶５の底面壁１１の内面中央には、上向きの平坦な受け面３０を有する円形の陥没穴３１が段付き状に凹み形成されている。陥没穴３１の直径寸法は、リング部材２６の外径寸法よりも僅かに大きく設定されており、正極材７の下端面およびリング部材２６のフランジ２８の下面が受け面３０に密着状に面接触する状態で止められる。受け面３０と底面壁１１の内面とをつなぐ陥没穴３１の周側面３５は、基本的に立壁面になっており、周側面３５の上端開口周縁が上拡がりの案内面に丸く角落とし形成されている。

負極缶６の上面壁１３の内面中央にも、下向きの平坦な受け面３２を有する円形の陥没穴３３が段付き状に凹み形成されている。陥没穴３３の直径寸法は、負極材９の外形寸法よりも僅かに大きく設定されており、負極材９の上端面が受け面３２に密着状に面接触する状態で受け止められる。受け面３２と上面壁１３の内面とをつなぐ陥没穴３３の周側面３６は、基本的に立壁面になっており、周側面３６の下端開口周縁が下拡がりの案内面に丸く角落とし形成されている。これら陥没穴３１・３３は、外周筒壁１２や外周側壁１５を形成するための深絞り加工に先立って、正負極缶５・６の素材となる金属平板の盤面に、押圧加工を施すことによって形成される。

コイン形電池の組み立ては、負極缶６を一番下に置いて、これに発電要素２や正極缶５を組み付ける。つまり、図２とは天地逆姿勢で組み立て作業を行う。

まず、ガスケット３を負極缶６の外周側壁１５に装着する。次いで、負極缶６の陥没穴３３に負極材９を落とし込み装着する。かかる負極材９の落とし込みにより、図１における負極材９の上端面が陥没穴３３の平坦な受け面３２で受け止められ、この状態で負極材９の外周側面が陥没穴３３の周側面３６に接触ないし近接対向する状態にあり、負極缶６に負極材９が位置決め状態に仮止め保持される。

次いで、セパレータ１０、リング部材２６付きの正極材７を負極缶６内に組み付け、負極缶６内に電解液を注入したうえで、正極缶５を上方より被せ、正極缶５の外周筒壁１２の開口上端部１２ａを内方に向けてかしめ加工する。これにて正極缶５の外周筒壁１２と負極缶６の外周側壁１５の拡径部１６、ストレート部１７、シール部１９との間において、ガスケット３が圧縮状態に加圧されることとなり、正極缶５を密封状に封口できる。

かかるコイン形電池によれば、正極缶５の底面壁１１および負極缶６の上面壁１３のそれぞれに、陥没穴３１・３３を形成したので、図７のように正負極缶５・６の板厚寸法が全部位にわたって同一寸法とされていた従来形態に比べて、陥没穴３１・３３の凹み寸法（Ｔ₁₁−Ｔ₁₂＝Ｄ₃₁、Ｔ₁₃−Ｔ₁₅＝Ｄ₃₃）分だけ、実質的に電池缶１の内部容積を大きくできる。これにて、電池缶１内に組み込まれる発電要素２の有効体積の増加や、電池缶１内に注入される電解液量の増加を図れ、電池容量や発電特性の向上を図ることができる。

また、外周筒壁１２や外周側壁１５などの封口部分における設計変更はなく、板厚寸法（Ｔ₁₂、Ｔ₁₅）は分厚いままなので、電池缶１の内圧が上昇した場合でも外周筒壁１２が拡径変形するような不具合が無く、耐漏液性を良好に確保できる。すなわち、電池缶１の内圧が上昇して封口部に大きな力が作用した場合でも、正負極缶５・６の形成素材である金属平板自身が発揮する良好な形状安定性により、ガスケット３は変形姿勢のままで強固に挟圧保持され、液漏れを確実に防止することができる。

負極缶６の陥没穴３３の周側面３６は、開口周縁を丸く角落とした案内面に形成してあるので、陥没穴３３に負極材９を容易に落とし込み装着でき、受け面３２に負極材９の上端面を位置決め状態で受け止められるため、負極材９の正確な位置合わせ作業などの煩わしい作業は不要となり、組み付け作業性が良い。また、正極缶５の陥没穴３１の周側面３５は、開口周縁を丸く角落とした案内面に形成してあるので、正極材７の外形寸法を陥没穴３１の直径寸法にほぼ合致するよう大きく設定しても、陥没穴３１に正極材７を容易に落とし込み装着でき、正極材７の厳密な位置合わせ作業が不要となり、この点でも組み付け作業性の向上を図ることができる。

図１に示すように、組み付け後における正極材７は、これの下端外周縁がリング部材２６を介して陥没穴３１の周側面３５に接触ないし近接対向する状態にあり、正極材７を径方向へ動かす強い外部衝撃を受けても、該周側面３５にはリング部材２６の下端が受け止められて、遊動不能に確りと位置決め保持されることになる。また、負極材９の上端外周縁も陥没穴３３の周側面３６で受け止められていて、遊動不能に確りと位置決め保持されている。したがって、電池組み立て後における正負極材７・９の位置ズレ、とくに正極材７の下端外周縁の欠損を確実に防いで、コイン形電池の作動の信頼性を良好に確保できる。

なお、リング部材２６は正極材７の外周側面に密着状に設けてあるので、放電時の正極材７の膨張性を上下方向に有効に集中させることができる。リング部材２６のフランジ２８の下面と正極材７の下端面とは面一状に形成されているので、正極缶５の底面壁１１と正極材７との間の隙間を無くして発電要素２の有効体積を最大限に増加させることができる。

（実施例２） 図４は本発明の実施例２を示しており、ここでは前記リング部材２６が省略されている。この場合の正極材７は偏平な円柱形であり、その成形は二酸化マンガンの粉状物のみをプレスすることにより得ている。陥没穴３１の外周寸法は、正極材７の外径寸法よりも僅かに大きく設定されていて、電池を組み立てたとき、正極材７の下面全体が陥没穴３１の受け面３０に密着状に面接触して受け止められる。これ以外は実施例１と同様であるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

実施例２によれば、リング部材２６が介在していない分だけ、正極材７の有効体積が増加している。組み付け後における正負極材７・９は、強い外部衝撃受けたとき、これの外周側面が周側面３５・３６で受け止められて、実施例１と同様に径方向に位置ズレすることがない。

（実施例３） 図５は本発明の実施例３を示しており、そこでは陥没穴３１・３３を設けるに代えて、正極缶５の底面壁１１、および負極缶６の上面壁１３の板厚寸法が、外周部から中央部に行くに従って漸次が小さくなるように設定している。つまり、底面壁１１では、外周筒壁１２との境界部である外周部付近における板厚寸法（Ｔ_11-0）が最も大きく、中央部に行くに従って漸次板厚寸法が小さくなるようにしている（Ｔ_11-0＞Ｔ_11-i）。上面壁１３では、外周側壁１５との境界部である外周部付近における板厚寸法（Ｔ_11-0）が最も大きく、中央部に行くに従って漸次板厚寸法が小さくなるようにしている（Ｔ_13-0＞Ｔ_13-i）。この点以外は実施例１と同様であるので同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

実施例３によれば、正負極缶５・６の板厚寸法が全部位にわたって同一寸法とされていた図７の従来形態に比べて、底面壁１１および上面壁１３の板厚寸法を小さくした分だけ、実質的に電池缶１の内部容積を大きくできる。これにて、電池缶１内に組み込まれる発電要素２の有効体積の増加や、電池缶１内に注入される電解液量の増加を図れるので、電池容量や発電特性の向上を図ることができる。また、外周筒壁１２や外周側壁１５などの封口部分においては、それらの板厚寸法を大きく採っているので、電池缶１の内圧が上昇した場合でも外周筒壁１２が拡径変形するような不具合が無く、耐漏液性を良好に確保できる。

（実施例４） 図６は実施例３を踏襲した本発明の実施例４を示しており、前記リング部材２６が省略されている。その他の点は実施例３と同様であるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

上記実施例においては、正極缶５の底面壁１１および負極缶６の上面壁１３にそれぞれ陥没穴３１・３３を設けていたが、これらのいずれか一方、とくに正極缶５側にのみ陥没穴３１が設けられていてもよい。例えば、正極缶７の外周側面（リング部材２６が存在するときはその外周側面）は、陥没穴３１の周側面３５から離間した状態に位置決め装着されていてもよい。陥没穴３１・３３の周側面３５・３６は全体がテーパー面に形成されていてもよい。

実施例１のコイン形電池を示す要部の縦断面図 実施例１のコイン形電池の分解図 実施例１のコイン形電池を示す全体の縦断面図 実施例２のコイン形電池を示す全体の縦断面図 実施例３のコイン形電池を示す要部の縦断面図 実施例４のコイン形電池を示す要部の縦断面図 従来例のコイン形電池を示す全体の縦断面図

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
１１ 正極缶の底面壁
１２ 正極缶の外周筒壁
１３ 負極缶の上面壁
１５ 負極缶の外周側壁
２６ リング部材
２８ リング部材のフランジ
３０ 陥没穴の受け面
３１ 正極缶の陥没穴
３２ 陥没穴の受け面
３３ 負極缶の陥没穴

Claims (5)

1. 発電要素を収容する電池缶が、円形の底面壁の外周から外周筒壁を上向きに曲げた金属製の正極缶と、円形の上面壁の外周から外周側壁を下向きに曲げた金属製の負極缶とを含み、前記正極缶の前記外周筒壁の開口上端部分が、前記負極缶の前記外周側壁に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、
   前記正極缶の底面壁の板厚寸法、及び／又は前記負極缶の上面壁の板厚寸法を、それに連続する前記外周筒壁の板厚寸法、又は前記外周側壁の板厚寸法よりも小さく設定してあることを特徴とするコイン形電池。
2. 前記正極缶の前記底面壁の内面、及び／又は前記負極缶の前記上面壁の内面に、前記電池要素の上下方向の端面を受け止める受け面を有する陥没穴が、凹み形成されている請求項１記載のコイン形電池。
3. 前記底面壁、及び／又は前記上面壁の板厚寸法が、外周部から中央部に行くに従って漸次小さくなるように設定されている請求項１記載のコイン形電池。
4. 前記正極材の円形の外周側面に密着する円筒状のリング部材を有し、
   前記リング部材の下端外周縁部が、前記正極缶の前記底面壁の内面中央に設けた円形の前記陥没穴の周側面に接触ないし近接対向している請求項２記載のコイン形電池。
5. 前記リング部材が、前記正極材の前記外周側面のほぼ上下間にわたって密着する上下高を有し、
   前記リング部材の下端に、前記正極材の下端外周縁部に密着するフランジが内方に向けて水平状に張り出し形成されており、
   前記フランジの下面と前記正極材の下端面とが面一状に形成されて、前記陥没穴の前記受け面で受け止められている請求項４記載のコイン形電池。

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