JP2008218244A - 電池およびそれを使用する医療用電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶からの電解液の漏れ出しのみならず、電池缶内で発生したガスの漏れ出しも防ぐことができるガスケットを備えた電池およびそれを使用する医療用電子機器を得る。
【解決手段】電池は、上向きに開口する丸皿形状の正極缶３と、下向きに開口する丸皿形状の負極缶５と、正極缶３と負極缶５との周縁間に配されて正極缶３と負極缶５との間を封止する円環状のガスケット６と、正極缶３と負極缶５とガスケット６とで形成される電池缶１内に収容される正極材や負極材等から成る発電要素２および非水電解液とを有する。ガスケット６は、ポリフェニレンサルファイドを主成分とし、それにエラストマーを含有した樹脂組成物で形成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボタン型電池やコイン型電池等の電池およびそれを使用する医療用電子機器に関するものである。

特許文献１には、上向きに開口する正極缶（ケース）の周縁と、下向きに開口する負極缶（封口板）の周縁との間にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製のガスケットを介在させた状態でかしめ固定して、その正極缶と負極缶とガスケットとで電池缶を形成し、その電池缶内に、正極材や負極材等から成る発電要素および電解液を収容した電池が開示されている。

ポリフェニレンサルファイドは、耐薬品性や耐熱性等が優れているうえに、ポリプロピレン（ＰＰ）等に比べて硬度が高くて変形し難い。そのため、電池缶のガスケットにポリフェニレンサルファイドを用いた場合には、そのガスケットが変形し難い分だけ、ポリプロピレン等を用いた場合よりも電池から電解液が漏れ出し難くなる。つまり、例えば特許文献２に示すような薬剤の散布や医薬品の投与等を目的とした医療用電子機器等においては、電源としての電池と前記薬剤等とが隣接して配置されることになるが、前記ポリフェニレンサルファイド製のガスケットを用いた電池を使用することで、漏れ出した電解液が前記薬剤等に混ざって薬効が低下してしまうこと等を防ぐことができる。

特開平１０−２７５８６号公報（段落番号００１２、図１） 特開２００１−３４６４９３号公報（図２−３）

ポリフェニレンサルファイド製のガスケットでは、硬度が高い分だけ脆くなってしまうため、ガスケットを介して正極缶と負極缶とをかしめた際にガスケットに過度の力が加わると、そのガスケットに微細な亀裂等が生じるおそれがある。その微細な亀裂等では、電解液は通過することができなくても、電池缶内での反応によって電池缶内で発生したガスは容易に通過することができることになる。

特に、電解液の溶媒として１，２−ジメトキシエタンを含む場合には電池缶内でガスが発生し易く、そのガスによって電池の内圧が高くなるおそれがある。その場合、ガスケットに微細な亀裂等が生じていると、電池からガスが容易に漏れ出してしまい、そのガスが薬剤等に悪影響を与えるおそれがある。

そこで本発明の目的は、電解液の電池缶からの漏れ出しのみならず、電池缶内で発生したガスの漏れ出しも防ぐことができる電池およびそれを使用する医療用電子機器を提供することにある。

本発明に係る電池は、上向きに開口する正極缶３と、下向きに開口する負極缶５と、正極缶３と負極缶５との周縁間に配されて正極缶３と負極缶５との間を封止するガスケット６と、正極缶３と負極缶５とガスケット６とで形成される電池缶１内に収容される発電要素２および電解液とを有する電池において、ガスケット６は、ポリフェニレンサルファイドを主成分とし、それにエラストマーを含有した樹脂組成物で形成してある点を第１の特徴とする（図１）。

本発明に係る電池の第２の特徴は、前記第１の特徴に加えて、ガスケット６を形成する樹脂組成物は、エラストマーの含有量が２〜１０重量％である点にある。

本発明に係る電池の第３の特徴は、前記第１および第２の何れかの特徴に加えて、正極缶３と負極缶５とが、ガスケット６を介在させた状態でかしめ固定されている点にある。

本発明に係る電池の第４の特徴は、前記第１、第２および第３の何れかの特徴に加えて、電解液が、１，２−ジメトキシエタンを含んでいる点にある。

本発明に係る医療用電子機器は、電池および薬剤を使用してあって、その電池と前記薬剤とが近接して配置されており、前記電池として前記第４の特徴の電池を使用していることを特徴とする。

本発明の電池は、主成分のポリフェニレンサルファイドにエラストマーを含有した樹脂組成物でガスケット６を形成してあるので、ポリフェニレンサルファイドのみでガスケット６を形成した場合よりも、ガスケット６の柔軟性が増すことになる。そして、柔軟性が増した分だけ、ガスケット６に過度の力が加わってもそのガスケット６に亀裂等が生じ難くなり、電解液のみならず電池缶１内で発生したガスの漏れ出しも、確実に低減することができる。

本発明では、ガスケット６でのエラストマーの含有量が２〜１０重量％の範囲であるので、ガスケット６に適度な柔軟性を与えてガスケット６での亀裂等の発生を確実に低減できるとともに、電池缶１内で発生したガスがガスケット６を透過してしまうことを確実に低減できる。例えば、エラストマーの含有量が２重量％よりも少ないと、ガスケット６の柔軟性が過度に低下してしまって、ガスケット６に亀裂等が発生し易くなってガスケット６による封止性が過度に低下することになる。一方、エラストマーの含有量が１０重量％よりも多くなると、電池内で発生したガスがガスケット６自体を容易に透過してしまって、ガスに対する封止性が過度に低下することになる。

正極缶３と負極缶５とをガスケット６を介在させた状態でかしめ固定する場合には、そのかしめ操作の際にガスケット６に過度の力が加わるおそれがあるが、本発明のガスケット６は亀裂等が生じ難いので、正極缶３と負極缶５とをガスケット６を介してかしめ固定する電池でも、本発明のガスケット６を用いたことで電解液やガスに対する封止性を確実に得ることができる。

電解液が１，２−ジメトキシエタンを含んでいることで、電池内でガスが発生し易い電池であっても、本発明のガスケット６を用いたことで電解液やガスに対する封止性を確実に得ることができる。

かかる電池を、電池と薬剤とが近接して配置される医療用電子機器に使用することで、当該電池の電解液やガスに対する確実な封止性によって、漏れ出した電解液やガスが薬剤に混ざって薬効が低下してしまうこと等を確実に防止することができる。

図面は、本発明を適用した扁平形電池を示している。扁平形電池は、図１および図２に示すように、上向きに開口する正極缶３と、下向きに開口する負極缶５と、正極缶３と負極缶５との周縁間に配されて正極缶３と負極缶５との間を封止する円環状のガスケット６と、正極缶３と負極缶５とガスケット６とで形成される電池缶１内に収容される発電要素２および非水電解液とを有しており、全体が扁平なコイン形状に形成されている。

そして、電池缶１の内部に発電要素２および非水電解液が収容されるとともに、負極缶５がガスケット６を介在させた状態で正極缶３の開口内縁にかしめ固定されることで、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５との間が封止（密封）される（図１の状態）。尚、正極缶３と負極缶５とはガスケット６によって絶縁される。電池の外径寸法は２４．５ｍｍ、全厚寸法は５．０ｍｍである。

発電要素２は、正極活物質等を円盤形状に固めた正極材７と、負極活物質の金属リチウム又はリチウム合金を円盤形状に形成した負極材９と、不織布製のセパレータ１０とを含み、図１に示すように、正極材７の上側にセパレータ１０を介して負極材９が配置される。正極材７は、その外面に正極リング１１が装着される。正極リング１１は、導電性を有するステンレス鋼等で形成される。

電池組み立て前のブランク状態の正極缶３は、図２に示すように、丸皿形状のプレス成形品から成る。正極缶３の底壁１２の外周縁に連続して円筒状の周壁１３が立ち上げ形成されている。尚、正極缶３の底壁１２の中央側を下向きに凹ませて、その凹部内で正極材７を受け止めてもよい。正極リング１１は、上下が開口していて正極材７の周側面に接する円筒部１９と、円筒部１９の下端から内方へ水平状に延びる円環形状のフランジ部２０とを有する。そして、円筒部１９の上面が開口していることで、正極材７は放電時に上方へ自由に膨張できる。

負極缶５は、丸皿形状のプレス成形品から成り、その上壁側に設けられる負極材収容用の収容部２１と、収容部２１の下端の肩部から外向きに張り出されるフランジ壁２２と、フランジ壁２２に連続して下向きに突出する封止部２３とを一体に有している。封止部２３は、はぜ折りされた内外二重の壁で形成してある。

ガスケット６は、射出成形品であって、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分としており、それにオレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物で形成してある。ガスケット６を形成する樹脂組成物は、エラストマーの含有量が２〜１０重量％である。エラストマーの含有量が２重量％よりも少ないと、ガスケット６の柔軟性が過度に低下してしまう。エラストマーの含有量が１０重量％よりも多くなると、電池内で発生したガスがガスケット６自体を容易に透過してしまう。ガスケット６は、リング形状のベース部２６と、ベース部２６の外周縁から上向きに張り出して正極缶３の周壁１３と負極缶５の封止部２３との間に挟持される外筒壁２７と、ベース部２６の内周縁から上向きに張り出す内筒壁２９とを有する。

エラストマーは、例えばポリプロピレンに合成ゴムを動的架橋として混合したのち、押出機等で溶融混練して調製される。合成ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンブタジエンゴム、エチレンブテンゴム、エチレンオクテンゴム、ブチルゴム又はアクリルゴム等から選ばれる１種又は２種以上を混合して用いることになる。ガスケット６を形成する樹脂組成物は、公知の方法を用いて製造される。例えばポリフェニレンサルファイドとエラストマーとを混合したのち、押出機等で溶融混練して調製される。

正極材７は、正極活物質として二酸化マンガンを含有しており、この二酸化マンガンに、黒鉛、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およびヒドロキシプロピルセルロースを混合して正極合剤を調整し、所定の金型内に正極リング１１をセットしたのちに、前記正極合剤を充填して加圧成形し、この成形体を加熱して円盤状に形成する。セパレータ１０は、ポリブチレンテレフタレート製の繊維を素材とする不織布を使用しており、セパレータ１０には非水電解液が含浸する。非水電解液としては、プロピレンカーボネイトと１，２−ジメトキシエタンとを混合した溶媒にＬｉＣｌＯ₄ を溶解した溶液を用いた。セパレータ１０の厚さ寸法は、０．３〜０．４ｍｍ程度である。

電池の組み立てに際しては、図１および図２とは天地を逆姿勢にした状態で組み立てる。正極材７は、正極リング１１内に予め装填されている。そして、負極缶５の開口端部にガスケット６を装着し、負極缶５の収容部２１の内面に負極材９を導電性接着剤等で固定したのちに、セパレータ１０および正極材７を負極材９の上側に重ねるように組み付ける。次に、負極缶５内に非水電解液を注入したうえで、正極缶３を上方より被せて負極缶５とガスケット６とを正極缶３内に嵌め込み、正極缶３の周壁１３の開口端部を内方に向けてかしめ加工する。これによって正極缶３と負極缶５とが、ガスケット６を介在させた状態でかしめ固定されて、電池の組み立てが完了する（図１の状態）。

正極缶３と負極缶５との周縁間にガスケット６が圧縮状態で挟み込まれることで、電池缶１内が液密状および気密状に封止され、電池缶１内の非水電解液や電池缶１内で発生したガスが電池外へ漏れ出すことが防止される。尚、正極材７および正極リング１１の下面は、正極缶５の内面に接していて、これによって正極材７が正極缶３に導通している。

前記説明では、図１に示すように正極缶３内に負極缶５とガスケット６とが嵌め込まれるようになっているが、負極缶５内に正極缶３とガスケット６とが嵌め込まれるように正極缶３と負極缶５とを構成してもよい。ガスケット６は、正極缶３と負極缶５との間に介在して正極缶３と負極缶５とを封止できる形状であればよく、図１に示す形状以外の形状であってもよい。

ガスケット６の形成に用いるエラストマーとしては、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレン（ＳＢＳ）やポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン（ＳＩＳ）等のスチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ハードセグメントに芳香族ポリエステルを用いるとともにソフトセグメントに脂肪族ジオール等を用いたポリエステル系エラストマー、ハードセグメントにポリアミドを用いるとともにソフトセグメントに脂肪族ポリエーテル等を用いたポリアミド系エラストマー又はハードセグメントにポリウレタンを用いるとともにソフトセグメントにポリオール等を用いたウレタン系エラストマー等であってもよい。ガスケット６を形成する樹脂組成物には、ポリフェニレンサルファイドとエラストマーとの他にフィラー等を含んでもよい。

薬剤の散布や医薬品の投与等を目的とした医療用電子機器等においては、電源としての電池と前記薬剤や医薬品とが隣接して配置されることになるが、本発明の電池を使用することで、非水電解液やガスが電池外へ漏れ出すことが確実に抑えられ、これによって漏れ出した非水電解液やガスが前記薬剤等に混ざって薬効が低下してしまうこと等を確実に防止することができる。

本発明に係る電池の縦断面図である。 電池の分解断面図である。

符号の説明

１ 電池缶
２ 発電要素
３ 正極缶
５ 負極缶
６ ガスケット

Claims (5)

1. 上向きに開口する正極缶と、下向きに開口する負極缶と、前記正極缶と前記負極缶との周縁間に配されて前記正極缶と前記負極缶との間を封止するガスケットと、前記正極缶と前記負極缶と前記ガスケットとで形成される電池缶内に収容される発電要素および電解液とを有する電池において、
   前記ガスケットは、ポリフェニレンサルファイドを主成分とし、それにエラストマーを含有した樹脂組成物で形成してあることを特徴とする電池。
2. 前記ガスケットを形成する樹脂組成物は、前記エラストマーの含有量が２〜１０重量％である請求項１に記載の電池。
3. 前記正極缶と前記負極缶とが、前記ガスケットを介在させた状態でかしめ固定されている請求項１と２の何れかに記載の電池。
4. 前記電解液が、１，２−ジメトキシエタンを含んでいる請求項１と２と３の何れかに記載の電池。
5. 電池および薬剤を使用する医療用電子機器において、
   前記電池と前記薬剤とを近接して配置してあり、
   前記電池としては、請求項４記載の電池を使用していることを特徴とする医療用電子機器。

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