JP2009283192A - ボビン形リチウム電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ボビン形リチウム電池において、セパレータの上部開口端縁が押し広げられることに起因する放電反応の不均一を解消し、個々の電池の品質を統一させる。
【解決手段】有底円筒状の正極缶１１内に、中空円筒状の正極合剤２１と、正極合剤の内側に配置される円筒袋状のセパレータ２３ａと、セパレータの内側に配置される負極リチウム２２とが収納されるとともに、封口体３０が略円筒カップ状の封口ガスケット４０を介して正極缶の開口に嵌着されて当該正極缶が密封されてなるボビン形リチウム電池１ａであって、セパレータの開口端縁２４は、封口ガスケットの底部４１の下面に当接しつつ、放射外方向に押し広げられ、セパレータの側面には、開口端縁から鉛直下方向に向かう少なくとも１本以上の切り込み２５が形成されるとともに、切り込みの下端２８は、正極合剤の上端、または負極リチウム上端のいずれか高い方より上に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、有底円筒状の正極缶内に、中空円筒状に成形された正極合剤と、この正極合剤の中空筒内に円筒袋状のセパレータを介して配置された負極リチウムとが収納されるとともに、正極缶開口にて封口体が略円筒カップ状の封口ガスケットを介して嵌着されることで、当該正極缶が密封されてなるボビン形リチウム電池に関する。

図４に、従来のボビン形リチウム電池の構造を示した。このボビン形リチウム電池１ｂは、有底円筒状の正極缶１１、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに中空円筒状に成形した正極合剤２１、円筒状の負極リチウム２２、ＰＰやポリエチレン（ＰＥ）、あるいはこれらの複合素材などの樹脂からなる円筒袋状のセパレータ２３ｂ、封口体を兼ねる負極端子３０などによって構成されている（たとえば特許文献１，２参照）。

正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。この正極缶１１内に、正極合剤２１、セパレータ２３ｂ、および負極リチウム２２が順次装填されて中空円筒状の電極体が形成されている。負極リチウム２２は金属リチウム板を丸めたものであって、その一部に負極リード３３の一端部があらかじめ取り付けられている。この負極リード３３は帯状の金属薄板で形成され、負極集電体を兼ねる。その他端部は封口体を兼ねる負極端子３０にスポット溶接されている。具体的には、負極端子３０は金属製の負極端子板３１と封口板３２からなり、負極リード３３の他端部はその封口板３２の内側（電池内側）にスポット溶接されている。

負極リード３３が負極端子３０に溶接された後、正極缶１１内には非水電解液（図示省略）が注液される。この注液の後、負極端子３０は円筒カップ状の樹脂製封口ガスケット４１とともに正極缶１１の外周を絞り加工することで形成されたビーディング部１３を座として正極缶１１の開口部内側に載置される。次いで、その正極缶１１開口部が内方にかしめ加工（カール加工）されることにより、正極缶１１が密閉封口される。なお、封口ガスケット４０は、底部４１の中央に開口４２を有し、この開口４２に負極リード３３が挿通されている。

図５（Ａ）（Ｂ）に封口前後の正極缶１１開口部の拡大図を示した。同図（Ａ）に示すように、封口体３０が嵌着される以前では、封口ガスケット４０の底部４１は平坦で、正極缶１１周囲のビーディング部１３を座として載置されている。この封口ガスケット４０内には封口体３０が装填されている。このとき、セパレータ２３ｂの開口端縁２４は、正極合剤２１の上端、あるいは負極リチウム２２の上端より上方に位置し、封口ガスケット４０に近接している。それによって、電池１ｂを組み立てる際、正極合剤２１を構成する粉体がセパレータ２３ｂの内側に混入して負極リチウム２２側に接触することを防止している。もちろん、セパレータ２３ｂの開口縁端２４が封口ガスケット４０の底部４１に接触していてもよい。

そして、正極缶１１の開口がかしめられて当該封口体３０が嵌着されると、図５（Ｂ）に示すように、封口ガスケット４０の底部４１がこのかしめによる応力によって中央に向かって下方に撓み、底部４１の開口４２が樹脂の弾性に従って広がる。その結果、樹脂製セパレータ２３ｂの開口端縁２４が封口ガスケット４０の底部４１に当接し、さらに、放射外方向に押し広げられる。
特開２００１−２７３９１１号公報 特開２００３−２０８９０６号公報

上述したボビン形リチウム電池の構造では、正極缶の開口がかしめられて封口体が封口ガスケットを介して嵌着されると、下方に撓んだ封口ガスケットの底部にセパレータの開口端縁が当接し、最終的に、この開口端縁が放射外方向に押し広げられた状態となる。そして、セパレータは円筒袋状に形成されており、開口端縁が押し広げられると、セパレータの開口面と底面との間に面積差が生じ、その面積差を吸収するために円筒側面に皺が寄る。皺の部分では、正極合剤と負極リチウムとの接触が不安定となり、放電反応が不均一となる。その結果、個々の電池間で放電容量がばらつき、品質を均一に維持することができなくなる。

従って本発明の目的は、ボビン形リチウム電池において、セパレータの上部開口端縁が押し広げられることに起因する放電反応の不均一を解消し、個々の電池の品質を統一させることにある。

上記目的を達成するための本発明は、上部開口を有する有底円筒状の正極缶内に、中空円筒状に成形された正極合剤と、上部開口を有して当該正極合剤の内側に配置される円筒袋状のセパレータと、当該セパレータの内側に配置される負極リチウムとが収納されるとともに、封口体が、底の中央に開口を有する略円筒カップ状の封口ガスケットを介して前記正極缶の開口に嵌着されて当該正極缶が密封されてなるボビン形リチウム電池であって、
セパレータの開口端縁は、前記封口ガスケットの底部の下面に当接しつつ、放射外方向に押し広げられ、
当該セパレータの側面には、前記開口端縁から鉛直下方向に向かう少なくとも１本以上の切り込みが形成されるとともに、当該切り込みの下端は、前記正極合剤の上端、または負極リチウム上端のいずれか高い方より上に位置しているボビン形リチウム電池としている。また、前記切り込みが、前記セパレータの円筒軸を中心として等角度間隔となる位置に複数形成されているボビン形リチウム電池とすればより好ましい。

本発明のボビン形リチウム電池によれば、円筒袋状のセパレータの側面に上部開口端縁から鉛直下方に向けて切り込みが形成されているため、封口ガスケットの底部の撓みによってセパレータの開口端縁が押し広げられても、この切り込みがセパレータの開口面と底面との面積差を吸収し、セパレータ側面に皺が寄ることがない。したがって、セパレータを介して正極合剤と負極リチウムとが均一に接触し、放電反応が均一となる。その結果、電池間における放電容量の固体差が少なくなり、一様に高い品質を確保することができる。

＝＝＝ボビン形リチウム電池の構造＝＝
図１に本発明の実施例におけるボビン形リチウム電池の構造を示した。本実施例のボビン形リチウム電池１ａは、ＣＲ８型リチウム電池であり、直径１７ｍｍ、高さ４５ｍｍのサイズを有している。当該電池１ａの構造は、図４に示した従来のボビン形リチウム電池１ｂとほぼ同様である。しかし、本実施例のボビン形リチウム電池１ａは、セパレータ２３ａの側面に上部開口面２６の端縁２４から下方に向けて切り込み２５が形成されている点が異なっている。

図２（Ａ）（Ｂ）に本実施例のボビン形リチウム電池１ａにおけるセパレータ２３ａの構造を示した。（Ａ）は上部開口面２６側から見た斜視図であり、（Ｂ）は開口面２６側の平面図である。また、図３に、封口体３０をかしめることで、封口ガスケット４０の底部４１によって開口端縁２４が押し広げられた状態のセパレータ２３ａの概略図を示した。本実施例のボビン形リチウム電池１ａでは、円筒袋状のセパレータ２３ａの側面に、開口縁端２４から下方に延長する切り込み２５が形成されている。

そして、正極缶１１に封口体３０が封口ガスケット４０を介してかしめられて嵌着された際、セパレータの開口端縁２４が下方に撓んでいく封口ガスケット４０の底部４１に当接して放射外方向に押し広げられても、上記切り込み２５が下端を先とするくさび形に広がる。それによって、押し広げられた状態の開口端縁２４による開口面２６とセパレータ２３ａの底面２７との面積差が吸収される。それによって、セパレータ２３ａの側面において、正極合剤２１と負極リチウム２２との間に介在する部分ｄ２では、皺が寄らず、正確に円筒形状となる。すなわち、正極合剤２１と負極リチウム２２とが当該セパレータ２３ａを介して確実に密着した状態となる。その結果、放電反応に偏在箇所がなくなり、皺の多少や大小に起因する個々の電池間における放電容量の個体差が無くなり、均一で高い品質を確保することができる。

なお、セパレータ２３ａは、正極合剤２１と負極リチウム２２との短絡を確実防止する必要もあることから、切り込みの下端２８は、正極合剤２１の上端、あるいは負極リチウムの上端の何れか高い方より上に位置している。本実施例では、正極合剤２１の上端が僅かに負極リチウム２２の上端より高い位置にあり、この正極合剤２１の上端からセパレータの開口面２６までの距離ｄ１は約５ｍｍである。そして、切り込みの長さＬは約２ｍｍとなっている。また本実施例では、押し広げられた状態の開口面２６の形状が均一な円となるように、切り込み２５は、当初の開口縁端２４によって形成される円周上において、円筒軸ｘを中心にして等角度間隔となる位置に形成されている。この例では、４箇所９０度間隔で切り込み２５が形成されている。それによって、セパレータ２３ａの側面は、開口面２６を底として下方に集束する円錐の稜線を描きながら、セパレータ２３ａの底面２７の円形状になめらかに連続し、開口面２６と底面２７との面積差吸収領域となる上部開口２６近傍でも皺が寄らないようにしている。それによって、上方で寄った皺が下方の円筒側面ｄ２の部分にまで及んでしまう、という僅かな可能性をも無くしている。

＝＝＝放電容量のばらつき＝＝＝
上記構造の本実施例のボビン形リチウム電池（発明品）１ａと従来のボビン形リチウム電池（従来品）１ｂとについて、放電容量のばらつきを調査した。発明品１ａと従来品１ｂのサイズは、いずれもＣＲ８型であり、双方の電池（１ａ，１ｂ）について２０個ずつサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、２０分間短絡させたときの放電電流から放電容量を算出した。

当該調査の結果、従来品１ｂでは放電容量に最大１５％のばらつき（個体差）があったが、発明品１ａでは最大５％であり、本発明によるボビン形リチウム電池は、放電反応が均一で放電容量に個体差が少ないことが証明された。

＝＝＝切り込みについて＝＝＝
上記実施例では、セパレータ２３ａの側面に、切り込み２５が等角度間隔で複数箇所に形成されていたが、正極合剤２１の上端、あるいは負極リチウムの上端２２からセパレータ２３ａの開口端縁２４までの距離ｄ１が極端に短くなければ、切り込み２５は、１箇所あれば十分に開口面２６と底面２７との面積差を吸収することができる。もちろん、複数の切り込みが等角度間隔に形成されていなくてもよく、切り込み２５の位置や数は、ボビン形リチウム電池１ａのサイズや正極缶１１の高さに対する発電要素の高さｄ２など応じて適宜に設定すればよい。

本発明の実施例におけるボビン形リチウム電池の構成を示す側断面図である。 上記実施例におけるセパレータの概略図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は平面図である。 上記実施例におけるセパレータの変形状態を示す図である。 本発明の従来例におけるボビン形リチウム電池の構成を示す側断面図である。 上記従来例におけるセパレータの変形状態を示す図である。（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ、変形前後における要部拡大側断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ ボビン形リチウム電池
１１ 正極缶
１２ 正極端子部
２１ 正極合剤
２２ 負極リチウム
２３ａ、２３ｂ セパレータ
２４ セパレータ開口端縁
２５ 切り込み
２６ セパレータ開口面
２７ セパレータ底面
３０ 封口体を兼ねる負極端子
３１ 負極端子板
３２ 封口板
３３ 負極リード
４０ 封口ガスケット
４１ 封口ガスケット底部
４２ 封口ガスケット開口

Claims (2)

1. 上部開口を有する有底円筒状の正極缶内に、中空円筒状に成形された正極合剤と、上部開口を有して当該正極合剤の内側に配置される円筒袋状のセパレータと、当該セパレータの内側に配置される負極リチウムとが収納されるとともに、封口体が、底の中央に開口を有する略円筒カップ状の封口ガスケットを介して前記正極缶の開口に嵌着されて当該正極缶が密封されてなるボビン形リチウム電池であって、
   セパレータの開口端縁は、前記封口ガスケットの底部の下面に当接しつつ、放射外方向に押し広げられ、
   当該セパレータの側面には、前記開口端縁から鉛直下方向に向かう少なくとも１本以上の切り込みが形成されるとともに、当該切り込みの下端は、前記正極合剤の上端、または負極リチウム上端のいずれか高い方より上に位置している
   ことを特徴とするボビン形リチウム電池。
2. 前記切り込みは、前記セパレータの円筒軸を中心として等角度間隔となる位置に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボビン形リチウム電池。

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