JP2007026689A - Flat cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極ケース、封口板およびガスケットにより発電要素を密閉した偏平形電池の、特にそのガスケットの形状に関する。 The present invention relates to a flat battery in which a power generation element is sealed with a positive electrode case, a sealing plate and a gasket, and more particularly to the shape of the gasket.
近年、アルカリ金属またはその合金に非水電解液を組み合わせた発電要素を、偏平形の電池ケースに収容した偏平形非水電解液電池(以下、単に「偏平形電池」という。)は、優れた信頼性を有すると共に高いエネルギー密度を有することから、各種小型電子機器の駆動用電源、及びメモリーバックアップ用電源として、好適に用いられている。これまで、この種の電池は充電できない一次電池が主流であったが、近年、充電可能な二次電池も各種開発され、メモリーや時計機能等のバックアップ用電源としてその需要が増大している。最近では、携帯電話やデジタルスチールカメラ等の電子機器への需要拡大が著しいが、これら電子機器の小形・薄形化に伴い、機器内部に配される偏平形電池に対しても小形・薄形化が要請されている。 In recent years, a flat nonaqueous electrolyte battery (hereinafter simply referred to as a “flat battery”) in which a power generation element in which a nonaqueous electrolyte is combined with an alkali metal or an alloy thereof is housed in a flat battery case is excellent. Since it has reliability and high energy density, it is suitably used as a driving power source for various small electronic devices and a memory backup power source. Up to now, this type of battery has been mainly a primary battery that cannot be recharged. However, in recent years, various rechargeable secondary batteries have been developed, and the demand is increasing as a backup power source for memory and clock functions. Recently, the demand for electronic devices such as mobile phones and digital still cameras has been increasing rapidly. However, along with the downsizing and thinning of these electronic devices, the flat and small batteries placed inside the devices are also small and thin. Is required.
薄形化を可能にする構造として、特許文献1に示されるように、正極ケースの外面側に突出した平面状中央部と前記中央部とほぼ平行に伸びる平面状周縁部とからなる封口板(ハット状封口板)と正極ケースを用い、セパレータ周縁部をガスケットとハット状封口板の間に配し、ガスケットを介して発電要素を密封する偏平形電池が提案されている。しかしながら、図4に示されるこの構造の電池では、封口時、セパレータ44が引っ張られることにより、主にペレット状の正極16の角に接触する部分にテンションがかかってセパレータ44の切れや裂けが発生し、これにより内部短絡を起こすという課題があった。
As a structure enabling thinning, as shown in Patent Document 1, a sealing plate comprising a planar central portion protruding to the outer surface side of the positive electrode case and a planar peripheral portion extending substantially parallel to the central portion ( A flat battery has been proposed in which a hat-shaped sealing plate) and a positive electrode case are used, the peripheral edge of the separator is disposed between the gasket and the hat-shaped sealing plate, and the power generation element is sealed via the gasket. However, in the battery of this structure shown in FIG. 4, when the
この課題を解決するものとして、図3に示されるように、平板状のセパレータ34を正極16と負極15の間に配し、ガスケット33を介したハット状封口板11と正極ケース12を用いて発電要素を密封する方法が挙げられる(例えば、特許文献2)。
しかしながら、図3の電池構造では、正極16の側から見て封口板11の内面がセパレータ34で完全には覆われていないため、電池を放電すると正極16が膨張し、封口板11の内面と接触し、内部短絡を引き起こす可能性があった。そのため、放電で正極16が膨張しても内部短絡が起きない程度に正極16を小さく成型する必要があり、高容量化出来ないという課題があった。
However, in the battery structure of FIG. 3, the inner surface of the sealing plate 11 is not completely covered with the
本発明は、このような課題を解決し、高容量でかつ内部短絡の防止性に優れた偏平形電池を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve such problems and to provide a flat battery having a high capacity and excellent in prevention of internal short circuit.
上記目的を達成するために、本発明の偏平形電池は、正極と、負極と、電解液とと、セパレータを、ガスケットを介してハット状の封口板と正極ケースとにより密封する偏平形電池において、前記ガスケットの封口板対向部に段部を有し、前記段部と前記封口板とで形成されてなるセパレータ収納部に、前記セパレータの周縁部を収納するものである。本発明のガスケットを用いることによって、放電時に正極が膨張してもセパレータによって封口板と隔離されているため、正極と封口板は接触を起こさず、内部短絡を防止することができる。 To achieve the above object, the flat battery of the present invention is a flat battery in which a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator are sealed with a hat-shaped sealing plate and a positive electrode case via a gasket. The gasket has a stepped portion at the portion facing the sealing plate, and the peripheral portion of the separator is stored in a separator storage portion formed by the stepped portion and the sealing plate. By using the gasket of the present invention, even if the positive electrode expands during discharge, the separator is isolated from the sealing plate by the separator. Therefore, the positive electrode and the sealing plate do not contact each other, and an internal short circuit can be prevented.
本発明により、薄形であっても、高容量かつ、内部短絡を起こすことのない偏平形電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a flat battery that has a high capacity and does not cause an internal short circuit even if it is thin.
正極と、負極と、電解液と、セパレータとを、ガスケットを介してハット状の封口板と正極ケースとにより密封する偏平形電池であって、前記ガスケットの封口板対向部に段部を有し、前記段部と前記封口板とで形成されてなるセパレータ収納部に、前記セパレータの周縁部が収納されているという構造にすることで、封口時、セパレータが過度に引っ張られることによるセパレータの切れや裂けを防止することができる。さらに前記ガスケット段部の封口板対向面側の端部に凸部を設けた構造にすることで、セパレータの周縁部をガスケット段部の封口板対向面側の端部に設けた凸部と封口板により挟持させ、より安定に固定できる。なお、段部の封口板対向面側の端部に設けられた凸部は連続的に形成されていても、非連続的に形成されていても本発明の効果を奏することができる。 A flat battery in which a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator are sealed with a hat-shaped sealing plate and a positive electrode case via a gasket, and a step portion is provided at a portion facing the sealing plate of the gasket. The separator housing portion formed by the stepped portion and the sealing plate has a structure in which the peripheral edge portion of the separator is accommodated, so that the separator is cut due to excessive pulling during the sealing. And tearing can be prevented. Further, by providing a structure in which a convex portion is provided at the end portion of the gasket step portion on the side facing the sealing plate, the peripheral portion of the separator is provided with a convex portion and a sealing portion provided at the end portion of the gasket step portion on the side facing the sealing plate It can be clamped by a plate and fixed more stably. In addition, even if the convex part provided in the edge part by the side of the sealing board opposing surface of a step part is formed continuously, the effect of this invention can be show | played.
以下、本発明の好ましい実施形態について、非水電解液二次電池を例として、図面を参照しながら説明する。なお本発明は、二次電池に限定されるものではない。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a non-aqueous electrolyte secondary battery as an example. The present invention is not limited to the secondary battery.
本発明の偏平形電池は、一方の電極端子を兼ねる正極ケース12、他方の電極端子を兼ね、リチウムを吸蔵・放出することができるアルミニウム合金とステンレス鋼とのクラッド材を用いてハット状に一体成型された封口板11、および正極ケース12と封口板11とを絶縁するガスケット13により発電要素を密封してなる。
The flat battery of the present invention is integrally formed in a hat shape using a clad material of an aluminum alloy and stainless steel that can serve as one electrode terminal, and can serve as the other electrode terminal, and can absorb and release lithium. The power generation element is sealed by the molded sealing plate 11 and the
ガスケット13の底部の封口板対向部には段部が設けられており、この段部と封口板11とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ14の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態で収納されていることに特徴を有する。すなわち、本実施の形態においては、ガスケット13の形状に最大の特徴を有する。本発明におけるガスケット13を前記のような構造にすることにより、封口時、セパレータ14が、過度に引っ張られることによるセパレータ14の切れや裂けを防止することができる。
A stepped portion is provided at the sealing plate facing portion at the bottom of the
さらに、正極16の側から見て、封口板11のアルミニウム面がセパレータ14で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極16の膨張が起こる場合においても、正極16と、アルミニウム面が接触することがない。これにより、正極16の周縁部をガスケットの内周側面の近くまで大きくすることができ、正極16の大きさを図3に示す偏平形電池と比べて大きくすることができるため、高容量の電池を得ることができる。特に小径サイズのものではハット状封口板11のつば部が径方向に対して相対的に大きくなり、逆に正極16を収納する部分は相対的に小さくなるため、小径サイズになればなるほど、本発明の偏平形電池では、高容量化をはかることができる。
Furthermore, since the aluminum surface of the sealing plate 11 is covered with the
また、図2に示される偏平形電池では、ガスケット23の底部の封口板対向部に段部が設けられており、この段部と封口板11とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ14の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態でセパレータ収納部に収納されているとともに、さらに段部の封口板対向面に設けた凸部と封口板11とでセパレータ14が挟持されている。
Further, in the flat battery shown in FIG. 2, a step portion is provided at the sealing plate facing portion at the bottom of the
これにより、封口時、セパレータ14が、過度に引っ張られることによる、セパレータ14の切れや裂けを防止することができ、さらに、正極16の側から見て、封口板11のアルミニウム面がセパレータ14で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極の膨張が起こる場合においても、正極16と、アルミニウム面が接触することがない。また、セパレータ14の周縁部は、ガスケット段部の封口板対向面に設けた凸部と封口板11により挟持されているため、より安定に固定できる。
Thereby, at the time of sealing, the
以下、本発明の好ましい実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(実施例1)
図1は本発明の偏平形電池の断面図である。
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view of a flat battery of the present invention.
実施例1として、図1に示す直径4.8mm、厚さ0.8mmの偏平形電池を以下の条件で作製した。封口板11は、負極端子を兼ねており、耐食性に優れたステンレス鋼(厚さ0.12mm)とリチウムを吸蔵・放出することができるアルミニウム合金(厚さ0.13mm)とのクラッド材からなる。正極ケース12は、正極端子を兼ねており、耐食性に優れたステンレス鋼(厚さ0.10mm)からなる。正極16とリチウム金属15との間に配されるセパレータ14には、厚み0.10mmのポリフェニレンサルファイドを使用した。ガスケット13は、封口板11と正極ケース12とを絶縁するとともに、物理的に発電要素を電池容器内に封止しており、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット13の底部の最内径は、2.4mmであった。このガスケット13の底部の封口板対向面には段差0.08mmの段部が設けられており、この段部と封口板11とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ14の周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態で収納されている。このガスケット13と封口板11及び正極ケース12とガスケット13との間にブチルゴムをトルエンで希釈した溶液を塗布し、トルエンを蒸発させることによりブチルゴム膜からなるシーラントとした。
As Example 1, a flat battery having a diameter of 4.8 mm and a thickness of 0.8 mm shown in FIG. 1 was produced under the following conditions. The sealing plate 11 also serves as a negative electrode terminal, and is made of a clad material of stainless steel (thickness 0.12 mm) excellent in corrosion resistance and an aluminum alloy (thickness 0.13 mm) capable of inserting and extracting lithium. . The
正極16は、水酸化ニオブを1000℃で焼成して得られた単斜晶の五酸化ニオブ(BET比表面積1.5m2/g)を活物質に、導電剤としてカーボンブラック及び結着剤としてフッ素樹脂粉末を混合し、ペレット状に成型した後、250°C中で12時間乾燥させ、直径2.2mm、厚さ0.25mmとした。
The
一方、負極は封口板11の内側に存在するアルミニウム合金表面にリチウム金属15(厚さ0.10mm)を圧着し、電池組み立て時に、電解液を注入することによりリチウム金属15とアルミニウムがショートした状態になり、電気化学的にリチウム金属15がアルミニウム金属中に吸蔵されることにより得られる。さらに電解液には、ポリプレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンとの等体積混合溶媒にビストリフルオロメタンスルホンイミドリチウム LiN(CF3SO2)2を1モル/リットルの割合で溶解したものを用いた。
On the other hand, in the negative electrode, lithium metal 15 (thickness: 0.10 mm) is pressure-bonded to the surface of the aluminum alloy existing inside the sealing plate 11, and the
(実施例2)
図2は本実施例における偏平形電池の断面図である。
(Example 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the flat battery in this example.
ガスケット23には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット23の底部の最内径は、2.4mmであった。このガスケット23の底部の封口板対向面には段差0.08mmの段部が設けられており、このガスケット段部と封口板11とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ14の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態で収納されているとともに、段部の封口板対向面に設けた0.10mmの凸部と封口板11とでセパレータ14が挟持されている。他の構成は、実施例1と同様の構成を有する偏平形電池である。
For the
(比較例1)
図4は本比較例における偏平形電池の断面図である。
(Comparative Example 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the flat battery in this comparative example.
ガスケット33には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット33の底部の最内径は、2.4mmであった。このガスケット33の底部の封口板対向面には段部が設けられておらず、セパレータ44の周縁部は、ガスケット33と封口板11の間に挟まれている。他の構成は、実施例1と同様の構成を有する偏平形電池である。
For the
(比較例2)
図3は比較例における偏平形電池の断面図である。
(Comparative Example 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a flat battery in a comparative example.
ガスケット33には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット33の底部の最内径は、2.4mmであった。このガスケット33の底部の封口板対向面には段部が設けられておらず、セパレータ34は、平板状で正極16とリチウム金属15(厚さ0.10mm)の間に挟まれている。正極16は直径2.2mm、厚さ0.25mmのものを用いた。他の構成は実施例1と同様の構成を有する偏平形電池である。
For the
(比較例3)
正極16には直径2.0mm、厚さ0.25mmのものを使用し、他の構成は比較例2と同様の構成を有する偏平形電池本を作製した。
(Comparative Example 3)
A
(比較例4)
正極16には直径1.8mm、厚さ0.25mmのものを使用し、他の構成は比較例2と同様の構成を有する偏平形電池を作製した。
(Comparative Example 4)
A
実施例1、実施例2および比較例1〜比較例4の電池を各100個ずつ作成し、組立直後に内部短絡を起こした電池の確認を行った。表1に内部短絡を起こした電池の割合を示す。 100 batteries each of Example 1, Example 2 and Comparative Examples 1 to 4 were prepared, and the batteries that caused an internal short circuit were checked immediately after assembly. Table 1 shows the percentage of batteries that caused an internal short circuit.
実施例1、実施例2及び比較例2〜比較例4の電池では、封口時セパレータが引っ張られることによるセパレータの裂けが発生しないため、内部短絡を起こしていない。一方、比較例1の電池は、封口時にセパレータが引っ張られることによるセパレータの裂けが発生し、この裂け目を通して正極16とリチウム金属15が接触するため、内部短絡を起こしている。
In the batteries of Example 1, Example 2 and Comparative Examples 2 to 4, the separator was not torn due to the separator being pulled at the time of sealing, so no internal short circuit occurred. On the other hand, in the battery of Comparative Example 1, the separator was torn due to the separator being pulled at the time of sealing, and the
次に、組立直後に内部短絡を起こさなかった電池を用い、温度20℃で、300kΩの定抵抗放電を1.0Vに達するまで行い、放電容量の測定を行うとともに、放電中に内部短絡を起す電池の確認を行った。表2に放電中に内部短絡を起した電池数の割合と、放電中に内部短絡を起こさなかった電池の放電容量の平均値を示す。 Next, using a battery that did not cause an internal short circuit immediately after assembly, a constant resistance discharge of 300 kΩ was performed at a temperature of 20 ° C. until it reached 1.0 V, the discharge capacity was measured, and an internal short circuit occurred during the discharge. The battery was checked. Table 2 shows the ratio of the number of batteries that caused an internal short circuit during discharge and the average value of the discharge capacity of the batteries that did not cause an internal short circuit during discharge.
実施例1、実施例2および比較例1の電池では、正極16の側から見て、封口板11のアルミニウム面がセパレータ14で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極16の膨張が起こる場合においても、正極16と、アルミニウム面が接触することがなく、内部短絡を起こさない。一方、比較例2、比較例3の電池では、電池の放電に伴う正極16の膨張により、正極16と、アルミニウム面が接触を起し、内部短絡する。この傾向は、正極16の外径に依存し、径が大きくなるほど、内部短絡を起こしやすい。比較例4の電池は放電中に内部短絡を起こしていないが、これは正極16の外径を小さくしているため、正極16が横方向に膨張してもアルミニウム面に接触しないと考えられる。
In the batteries of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, since the aluminum surface of the sealing plate 11 is covered with the
上記のように、比較例2、比較例3の電池では、正極16が横方向に膨張しても、内部短絡を起さないように、正極16の外径を比較例4に示す程度に小さくする必要があり、このため、容量が減少する。一方、本発明の偏平形電池では、電池の放電に伴う正極16の膨張による、内部短絡がないため、正極16の外径を大きくすることができる。
As described above, in the batteries of Comparative Examples 2 and 3, the outer diameter of the
なお本実施例では、セパレータ材料としてポリフェニレンサルファイドを用いたが、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロアルコギン、ガラス繊維等を用いてもよい。また、ガスケット材料として、ポリフェニレンサルファイド以外にポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロアルコギンなどについても適用可能である。 In this embodiment, polyphenylene sulfide is used as the separator material, but polypropylene, polyether ether ketone, perfluoroalcogin, glass fiber, or the like may be used. Further, as a gasket material, in addition to polyphenylene sulfide, polypropylene, polyether ether ketone, perfluoroalcogin and the like can be applied.
本発明は、ハット状の封口板を用いる偏平形電池において、ガスケットの底部の封口板対向面に段部を有し、このガスケット段部と封口板からなる空間をセパレータ収納部とし、セパレータの周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態でセパレータ収納部に収納されていることで、小形・薄形であっても容量の著しい低下を招かない、高容量で内部短絡の防止性に優れた偏平形電池を提供することができる。 The present invention relates to a flat battery using a hat-shaped sealing plate, having a step portion on the surface facing the sealing plate at the bottom of the gasket, and a space formed by the gasket step portion and the sealing plate as a separator housing portion, Because the part is stored in the separator storage part in contact with the sealing plate facing surface of the gasket step part, even if it is small and thin, the capacity is not significantly reduced, and high capacity prevents internal short circuits. Can be provided.
11 封口板
12 正極ケース
13、23、33 ガスケット
14、34、44 セパレータ
15 リチウム金属
16 正極
11
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005202739A JP2007026689A (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Flat cell |
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JP2005202739A JP2007026689A (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Flat cell |
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JP2005202739A Pending JP2007026689A (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Flat cell |
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2005
- 2005-07-12 JP JP2005202739A patent/JP2007026689A/en active Pending
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