JP2011187289A - 扁平形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】耐漏液性の確保に有利な扁平形電池を提供する。
【解決手段】外装缶２の開口が封口缶３で封口された扁平形電池１であって、外装缶２の周壁１２は、先端部１２ａを扁平形電池１の中心軸側９に湾曲させた折り曲げ部１３が形成されており、折り曲げ部１３により、外装缶２は封口缶３にかしめ固定されており、封口缶３の周壁１５は、封口缶３の周壁１５の一部が二重壁１８になるように折返し部１７が形成されており、封口缶３の周壁１５の外周面と、外装缶２の周壁１２の内周面との間に、ガスケット４が介在しており、折返し部１７の先端１７ａでガスケット４が押圧されており、この押圧により、折返し部１７の先端１７ａにおいてガスケット４に凹みが形成されており、前記凹み箇所のガスケットの圧縮率が最も高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイン形電池やボタン形電池と呼ばれる扁平形電池に関する。

コイン形電池やボタン形電池と呼ばれる扁平形電池は、情報機器や映像機器等のメモリバックアップ用を中心とした電源として利用されている。図９に従来の扁平形電池の一例の斜視図を示している。扁平形電池１００は、正極缶である外装缶１０１と負極缶である封口缶１０２とを組み合わせたものである。

図１０は、図９のＣＣ線における断面図である。扁平形電池１００内には、発電要素１０８を収納し、非水電解液を充填している。発電要素１０８は、正極材（電極材）１０５と、負極材（電極材）１０６と、不織布製のセパレータ１０７とを含んでいる。セパレータ１０７を介して正極材１０５と負極材１０６とが配置されている。正極材１０５の外面には、ステンレス鋼等で形成した正極リング１０９を装着している。

外装缶１０１の周壁１０４と、封口缶１０２の周壁の折返し部１１０との間には、ガスケット１０３を介在させている。

外装缶１０１の周壁１０４の先端部１０４ａを、扁平形電池１００の中心軸１１１側に湾曲させて、外装缶１０１を封口缶１０２にかしめ固定している。このことにより、外装缶１０１と封口缶１０２との間の隙間をガスケット１０３により封止し耐漏液性を確保し、かつ極性の異なる外装缶１０１と封口缶１０２とを絶縁している。

下記特許文献１−３に記載されている扁平形電池についても、基本的な構成は図１０の構成と同様である。

特開２００３−１５１５１１号公報 特開２００７−２７３１０９号公報 特開２００８−２３４９０５号公報

しかしながら、扁平形電池は高容量薄型化が進んでおり、これに伴い電池缶の厚さを薄くする傾向にある。電池缶の厚さを薄くした場合、前記のように外装缶１０１に封口缶１０２をかしめ固定した際の締め付け強度の確保が不利になる場合があった。締め付け強度が低下すると、耐漏液性も低下してしまう。

一方、締め付け力を高めることにより、締め付け強度を確保することができるが、締め付け力が高くなり過ぎると電池缶が破損するおそれがあった。また、電池缶の材質変更に伴い、前記のような締め付け強度不足が生じる場合もあった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、耐漏液性の確保に有利な扁平形電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の扁平形電池は、外装缶の開口が封口缶で封口された扁平形電池であって、前記外装缶及び封口缶は、底部の外周に周壁が立設しており、一端が開口した円筒状であり、前記外装缶の周壁は、先端部を前記扁平形電池の中心軸側に湾曲させた折り曲げ部が形成されており、前記折り曲げ部により、前記外装缶は前記封口缶にかしめ固定されており、前記封口缶の周壁は、前記封口缶の周壁の一部が二重壁になるように折返し部が形成されており、前記封口缶の周壁の外周面と、前記外装缶の周壁の内周面との間に、ガスケットが介在しており、前記折返し部の先端と前記外装缶の前記折り曲げ部との間で、前記封口缶の高さ方向に前記ガスケットが押圧されており、前記押圧により、前記折返し部の先端において前記ガスケットに凹みが形成されており、前記凹み箇所の前記ガスケットの圧縮率が最も高いことを特徴とする。

本発明によれば、耐漏液性の確保に有利になる。

本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の斜視図。 （ａ）図は図１のＡＡ線における断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ部の拡大図。 図２（ａ）に示した扁平形電池１の分解図。 本発明の一実施の形態において、封口缶３にガスケット４を装着した状態を示す断面図。 本発明の一実施の形態において、外装缶２に正極材５と一体の正極リング８を取り付けた状態を示す断面図。 図４の組立体に図５の組立体を取り付けた状態を示す断面図。 本発明の一実施の形態において、外装缶２のかしめ前の状態を示す断面図。 本発明の一実施の形態において、外装缶２のかしめが完了した状態を示す断面図。 従来の扁平形電池の一例の斜視図。 図９のＣＣ線における断面図。

本発明の扁平形電池によれば、封口缶の折返し部の先端においてガスケットに凹みが形成されるように圧縮しているので、折返し部の先端位置では、ガスケットの圧縮率が局所的に高められている。このことにより、ガスケットによる封止性を高めることができ、耐漏液性の確保に有利になる。

前記本発明の扁平形電池においては、前記凹み箇所における前記ガスケットの圧縮方向は、前記封口缶の周壁の立設方向に対して５度以下の角度であることが好ましい。この構成によれば、封口缶の周壁の立設方向と略同じ方向でのガスケットの圧縮が可能となるため、電池缶の厚さを薄くするなどの電池缶の強度が弱い場合においても、電池作製における封止時の電池の変形を抑制することができる。

ここで、折返し部の先端に平坦部を有している場合には、圧縮率が最も高い箇所が平坦部となるため、ガスケットの切れを抑制することもできる。

また、前記封口缶の周壁は、前記封口缶の周壁に段差を形成する肩部が形成されており、前記扁平形電池の中心軸方向における断面形状において、前記二重壁のうち内側の壁は、曲面部を介して前記肩部とつながっており、前記封口缶の周壁の外表面において、前記曲面部は前記肩部を形成する直線部又は曲線部とつながっており、前記封口缶の高さ方向において、前記折返し部の先端は、前記曲面部と前記直線部又は前記曲線部との境界よりも、前記外装缶の前記折り曲げ部側にあることが好ましい。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の斜視図を示している。扁平形電池１は、正極缶である外装缶２と負極缶である封口缶３とを組み合わせたものである。扁平形電池１の一例として、外径寸法を２０ｍｍとし、厚さを５ｍｍとしたものが挙げられる。

図２（ａ）は、図１のＡＡ線における断面図である。すなわち、図２（ａ）は扁平形電池１の中心軸９方向の断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部の拡大図である。外装缶２は、底部１１の外周に周壁１２が立設しており、一端が開口した円筒状である。封口缶３は、底部１４の外周に周壁１５を立設させ、一端が開口した円筒状である。封口缶３の周壁１５は折返し部１７を形成している。このことにより、周壁１５の一部に二重壁１８を形成している。周壁１５には肩部１９を形成しており、肩部１９の形成により周壁１５に段差が形成されている。

扁平形電池１内には、発電要素１０を収納し、非水電解液を充填している。発電要素１０は、正極活物質等を円盤形状に固めた正極材（電極材）５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（電極材）６と、不織布製のセパレータ７とを含んでいる。セパレータ７を介して正極材５と負極材６とが配置されている。正極材５に外面には、ステンレス鋼等で形成した環状部材である正極リング８を装着している。

外装缶２の周壁１２の先端部１２ａを、扁平形電池１の中心軸９側に湾曲させて、折り曲げ部１３を形成している。このことにより、外装缶２を封口缶３にかしめ固定している。このかしめ固定により、外装缶２と封口缶３との間の隙間をガスケット４により封止し耐漏液性を確保し、かつ極性の異なる外装缶２と封口缶３とを絶縁している。

前記のような扁平形電池１では、ガスケット４の縦方向（扁平形電池１の高さ方向）においては、ガスケット４は、外装缶２の周壁１２の内周面と封口缶３の折返し部１７の外周面との間に挟まれている。周壁１２の内周面と折返し部１７の外周面とには円筒面が確保されており、ガスケット４と周壁１２及び折返し部１７との密着性は良好になり封止性も良好になる。

これに対し、ガスケット４の横方向（扁平形電池１の径方向）においては、図２（ｂ）に示したように、ガスケット４は外装缶２の折曲げ部１３と、封口缶３の肩部１９及び折返し部１７の先端１７ａとの間に挟まれている。肩部２０は曲面部２１とつながっており、曲面部２１と折返し部１７との間には隙間が形成されている。このため、ガスケット４の横方向においては、ガスケット４と封口缶３の周壁１５との封止性の確保が部分的に不利になる。

本実施の形態は、ガスケット４の横方向における封止性を高めて、耐漏液性の確保をより有利にするというものである。このことについて、図２（ｂ）を参照しながら説明する。

図２（ｂ）において、周壁１５には肩部１９を形成している。肩部１９の形成により一重壁１６と二重壁１８との間に段差を形成している。二重壁１８のうち内側の壁２０は、曲面部２１を介して肩部１９とつながっている。周壁１５の外表面において、曲面部２１は肩部１９を形成する直線部２２とつながっている。扁平形電池１の高さ方向（矢印ａ方向）において、折返し部１７の先端１７ａは、曲面部２１と直線部２２との境界２３よりも、外装缶２の折り曲げ部１３側にある。

このことにより、図２（ｂ）のＣ部において、折返し部１７の先端１７ａにおいてガスケット４に凹みが形成されている。このため、折返し部１７の先端１７ａの位置では、ガスケット４の圧縮率が最も高められていることになる。したがって、図２（ｂ）の構成によれば、ガスケット４の横方向において、ガスケット４による封止性を高めることができ、耐漏液性の確保により有利になる。このため、本実施の形態は、例えば電池缶の薄型化や材質変更により、かしめ固定による締め付け強度が低下する場合における封止性の確保に有効になる。

ここで、図２（ｂ）では、凹み箇所におけるガスケット４の圧縮方向は、封口缶３の周壁１５の立設方向と同一方向であるが、圧縮方向は周壁１５の立設方向と略同一であることが好ましい。具体的には、ガスケット４の圧縮方向は、封口缶４の周壁１５の立設方向に対し５度以下であることが好ましい。この構成によれば、電池缶の厚さを薄くするなどの電池缶の強度が弱い場合においても、電池作製における封止時の電池の変形を抑制することができる。

また、図２（ｂ）では、折返し部１７の先端１７ａに平坦部を有しており、このような平坦部を有する形状である場合には、圧縮率が最も高い箇所が平坦部となるため、ガスケット４の切れを抑制することもできる。

なお、図２（ｂ）では、肩部１９の断面形状における外表面は、直線部２２で形成されている例で説明したが、曲線部で形成されていてもよく、曲線部と直線部とで形成されていてもよい。

また、折返し部１７の先端１７ａにおいてガスケット４に凹みが形成されるように、先端１７ａの位置が設定されていれば、ガスケット４の圧縮率は高められることになる。このため、折返し部１７の先端１７ａの位置は、必ずしも境界２３よりも外装缶２の折り曲げ部１３側にある必要はない。例えば、図２（ｂ）において、曲面部２１の曲率半径が大きく境界２３の位置がさらに上側にあるときは、先端１７ａの位置が境界２３の位置よりも下側にあっても、ガスケット４に凹みを形成できる場合がある。

図３は、図２（ａ）に示した扁平形電池１の分解図を示している。前記の通り、外装缶２及び封口缶３は、一端が開口した円筒状である。これらは、例えばステンレス材をプレス成形して成形することができる。

ガスケット４は樹脂成形品であり、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とし、オレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物で成形する。ガスケット４はリング状部材であり、ベース部２５から内壁２６と外壁２７とが立ち上がっている。内壁２６と外壁２７との間には、封口缶３を挿入する隙間２８を形成している。

正極材５は、正極リング８と一体に正極活物質を円盤状に成形したものである。正極活物質としては、例えば二酸化マンガンに、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調整した正極合剤を成形したものが挙げられる。

セパレータ７は不織布で形成しており、例えば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である。セパレータ７には非水電解液が含浸する。非水電解液としては、例えば、プロピレンカーボナイトと、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ることができる。セパレータ７の厚さは、例えば０．３−０．４ｍｍ程度である。

以上、扁平形電池１の構成について説明したが、以下製造工程を説明しながらさらに具体的に説明する。図３に示した構成部品を組み立てる際には、図３の上下を逆にした状態で組み立てを進める。図４は、封口缶３にガスケット４を装着した状態を示す断面図である。ガスケット４の隙間２８に、封口缶３の二重壁１８を挿入して、封口缶３にガスケット４を装着している。

図５は、外装缶２に正極材５と一体の正極リング８を取り付けた状態の断面図を示している。

図６は、図４の組立体に図５の組立体を取り付けた状態を示している。封口缶３には負極材６を導電性接着剤等で固定している。負極材６には、セパレータ７を重ねている。さらに、図５の組立体の外装缶２の周壁１２の内周面と、図４の組立体のガスケット４の外周面とを嵌合させている。

図６に示した状態からかしめ工程へ移行する。かしめ工程では、外装缶２の周壁１２の先端部１２ａを、扁平形電池１の中心軸９側に曲げ加工する。

図７は、かしめ前の状態を示す断面図である。ノックアウトピン３０とパンチ３１との間に、図６に示した扁平形電池１を挟み込んでいる。外装缶２の周壁１２を囲むように、周壁１２の外周面に封口金型３２の金型面が嵌合している。この状態でノックアウトピン３０及びパンチ３１を下降させる。このことにより、外装缶２の周壁１２の先端部１２ａは、封口金型３２の曲面に沿って、扁平形電池１の中心軸９側に曲げ加工されることになる。

図８は、ノックアウトピン３０及びパンチ３１の下降が完了した状態を示す断面図である。この状態では、外装缶２の周壁１２の先端部１２ａ側に折り曲げ部１３が形成され、外装缶２は封口缶３にかしめ固定されている。このことにより、封口缶３の折返し部１７の先端１７ａにおいて、ガスケット４に凹みが形成されている。図８の状態から扁平形電池１を取り出せば、図２（ａ）に示した扁平形電池１が得られることになる。

なお、図１−３を用いて、扁平電池１の寸法や構成部品の材料について説明したが、これらは一例であり、他の寸法のものでもよく、他の材料を用いたものであってもよい。

以上のように、本発明によれば耐漏液性の確保に有利になるので、本発明の扁平形電池は、例えば情報機器や映像機器等のメモリバックアップ用を中心とした電源として有用である。

１ 扁平形電池
２ 外装缶
３ 封口缶
４ ガスケット
９ 扁平形電池の中心軸
１１ 外装缶の底部
１２ 外装缶の周壁
１２ａ 外装缶の周壁の先端部
１３ 外装缶の折り曲げ部
１４ 封口缶の底部
１５ 封口缶の周壁
１７ 封口缶の折返し部
１７ａ 折返し部の先端
１８ 二重壁
１９ 肩部
２１ 曲面部
２２ 直線部
２３ 曲面部と直線部との境界

Claims (3)

1. 外装缶の開口が封口缶で封口された扁平形電池であって、
   前記外装缶及び封口缶は、底部の外周に周壁が立設しており、一端が開口した円筒状であり、
   前記外装缶の周壁は、先端部を前記扁平形電池の中心軸側に湾曲させた折り曲げ部が形成されており、
   前記折り曲げ部により、前記外装缶は前記封口缶にかしめ固定されており、
   前記封口缶の周壁は、前記封口缶の周壁の一部が二重壁になるように折返し部が形成されており、
   前記封口缶の周壁の外周面と、前記外装缶の周壁の内周面との間に、ガスケットが介在しており、
   前記折返し部の先端で前記ガスケットが押圧されており、
   前記押圧により、前記折返し部の先端において前記ガスケットに凹みが形成されており、
   前記凹み箇所の前記ガスケットの圧縮率が最も高いことを特徴とする扁平形電池。
2. 前記凹み箇所における前記ガスケットの圧縮方向は、前記封口缶の周壁の立設方向に対して５度以下の角度である請求項１に記載の扁平形電池。
3. 前記封口缶の周壁は、前記封口缶の周壁に段差を形成する肩部が形成されており、
   前記扁平形電池の中心軸方向における断面形状において、
   前記二重壁のうち内側の壁は、曲面部を介して前記肩部とつながっており、
   前記封口缶の周壁の外表面において、前記曲面部は前記肩部を形成する直線部又は曲線部とつながっており、
   前記封口缶の高さ方向において、前記折返し部の先端は、前記曲面部と前記直線部又は前記曲線部との境界よりも、前記外装缶の前記折り曲げ部側にある請求項１または２に記載の扁平形電池。

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