JP2012069455A - コイン形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下での耐漏液性の向上を図ったコイン形電池を提供する。
【解決手段】封口板２のフランジ部５の最外端から垂直方向下方に向けて延出部６を形成し、電池缶１の開口端のカシメ加工により封口板２をガスケット３を介して固定する。ガスケット３が底面部７と延出部６の間、及びフランジ部５とカシメ部９の間で圧縮され、さらにガスケット３の延長部１３は、電池缶１のカシメ部先端部１９で封口板２の筒壁４に押圧されるので確実な封口が実現できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、偏平な円筒形状に形成されたコイン形電池に係り、特に高温高湿度の雰囲気下での耐漏液性を改善したコイン形電池に関するものである。

偏平な円筒形状の電池外装体に非水電解液を含む発電要素を収容した、コイン形電池、ボタン形電池、偏平形電池と称される扁平形状の非水電解液電池（以下、コイン形電池と称する）は小型薄型であるため、その特徴を生かして腕時計やキーレスエントリーなど小型化が要求される場合や、ＯＡ機器やＦＡ機器等のメモリバックアップなど長期間の使用が要求される場合に広く用いられている。さらに各種のメータや測定機用電源にも採用され、その用途は拡大の一途にある。また、電池の使用環境も常温域から、低温或いは高温雰囲気下に拡がっている。

コイン形電池は、電池缶内に正極と負極とをセパレータを介して対向配置し、電解液を充填した後、ガスケットを介して電池缶の開口部を封口板でカシメ封口して形成されている。このような構造のコイン形電池では、高温度の雰囲気下で連続使用された場合や激しい温度衝撃が加わったような場合に漏液が発生することがある。

これは温度上昇により電解液の膨張や気化等の要因により電池内圧が上昇したとき、封口板及び電池缶は外側に膨出する。このとき封口部分においては、電池缶の外側への膨出によって電池缶とガスケットとの間の密閉性が低下する。このような封口部分での変形が生じると漏液し易い状態となる。

このような漏液を防止するために、図１２に示すように、封口板２２として電池缶２１と逆向きの有底円筒形の開口部にフランジ部２５を有し、フランジ部の最外端から垂直方向下方に形成される延出部２６とが形成されたものを、電池缶２１として底部周囲に少なくとも前記延出部２６の内径より小さい外径に段差部２７が形成されたものを各々用い、段差部２７から電池缶２１の先端部までの間において、ガスケット２３が圧縮されるようにカシメ加工を施すことで、確実な封口を可能にする構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。この構成によれば、高温度の雰囲気下や激しい温度衝撃下で優れた耐漏液性を得ることができる。

再公表特許国際公開第０２／０１３２９０号

しかしながら、図１２の構成のコイン形電池の小型化の要望は強く、小型化することで減少する内容積を補うために形状を見直す必要性が生じる。図１３に示すように、コイン形電池の直径はそのままで、封口板２２のフランジ部２５を短くして、その分だけ筒壁２４の内径を大きくすることで内容積を増やすことができる。しかしながら、そのような場合には、フランジ部２５とカシメ部２８の間でガスケット２３が圧縮される面積が減少して十分な密閉性を保てなくなることから、耐漏液性を十分に確保できなくなるといった課題があった。

本発明は、高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下での耐漏液性を向上させたコイン
形電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、有底円筒形に形成された電池缶内に発電要素を収容して、電池缶の開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池において、前記封口板は、電池缶と逆向きの有底円筒形であって、その筒壁の下端部から水平方向外向きに形成されるフランジ部を有し、フランジ部の最外端から垂直方向下方に形成される延出部が形成され、前記電池缶は、底面部から垂直方向上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に水平方向内向きに延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、前記封口板の延出部下端と前記電池缶の底面部との間に介在する底部と、前記延出部と前記電池缶の立ち上がり部との間に介在する側部と、前記封口板のフランジ部と前記電池缶のカシメ部との間に介在する肩部と、前記肩部から前記封口板の筒壁に沿って上方に伸びる延長部を有しており、前記電池缶のカシメ部が、前記ガスケットの肩部を前記フランジ部に向けて垂直方向に押圧し、前記肩部が圧縮されているとともに、前記カシメ部先端部が、前記ガスケットの延長部を前記封口板の筒壁に向けて水平方向に押圧し、前記ガスケットの延長部が圧縮されていることを特徴とする。

このような構成によれば、封口板の筒壁とカシメ部先端部との間においてもガスケットが圧縮されているので耐漏液性が向上する。

本発明によれば電池缶と封口板とのガスケットを介しての封口が強固に行えて、高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下での耐漏液性を向上することができる。

本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池の構成を示す断面図。 同電池缶及びガスケットの部分断面図。 本発明の第二の実施の形態に係る電池缶及びガスケットの部分断面図。 本発明の第一及び第二の実施の形態に係る封口板の部分断面図。 本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池のカシメ加工途中の構成を示す断面図。 本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池のカシメ加工最終の構成を示す断面図。 本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池の構成を示す拡大断面図。 本発明の第二の実施の形態に係るコイン形電池のカシメ加工途中の構成を示す断面図。 本発明の第二の実施の形態に係るコイン形電池のカシメ加工最終の構成を示す断面図。 本発明の第二の実施の形態に係るコイン形電池の構成を示す拡大断面図。 比較例のコイン形電池の構成を示す拡大断面図。 従来におけるコイン形電池の構成を示す断面図。 従来におけるコイン形電池の構成を示す断面図。

本発明による第１の発明は、有底円筒形に形成された電池缶内に発電要素を収容して、電池缶の開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池において、前記封口板は、電池缶と逆向きの有底円筒形であって、その筒壁の下端部から水平方向外向きに形成されるフランジ部を有し、フランジ部の最外端から垂直方向下方に形成される延出部が形成され、前記電池缶は、底面部から垂直方向上方に向けて形成
された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に水平方向内向きに延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、前記封口板の延出部下端と前記電池缶の底面部との間に介在する底部と、前記延出部と前記電池缶の立ち上がり部との間に介在する側部と、前記封口板のフランジ部と前記電池缶のカシメ部との間に介在する肩部と、前記肩部から前記封口板の筒壁に沿って上方に伸びる延長部を有しており、前記電池缶のカシメ部が、前記ガスケットの肩部を前記フランジ部に向けて垂直方向に押圧し、前記肩部が圧縮されているとともに、前記カシメ部先端部が、前記ガスケットの延長部を前記封口板の筒壁に向けて水平方向に押圧し、前記ガスケットの延長部が圧縮されていることを特徴とするコイン形電池である。

この構成により、高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下で電池内圧が上昇し、封口板及び電池缶が外側に膨出して封口板および電池缶とガスケットとの密閉性が低下しても、電池缶のカシメ部先端部がガスケットの延長部を封口板の筒壁に向けて押圧していることで、高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下での耐漏液性を向上することができる。

本発明による第２の発明は、第１の発明において、電池缶のカシメ部先端がカール部を有することを特徴とするコイン形電池である。

この構成により、ガスケットの延長部を封口板の筒壁に向けて押圧することで生じる延長部のクラックを抑制し、延長部をより広い面積で押圧できるため、高温高湿度の雰囲気下や激しい温度衝撃下での耐漏液性をさらに向上することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池は、図１に断面図として示すように、浅い有底円筒形の電池缶１内に、ペレット状の正極１５と負極１７がセパレータ１６を介して対向配置されており、電解液を充填して、電池缶１の開口部にガスケット３を介して封口板２を配し、電池缶１の開口端を内側に折り曲げるカシメ加工により電池缶１の開口部を封口し、コイン形の外観を呈する電池に構成されている。ここで、ガスケット３は、カシメ加工が施された封口部分から封口板２の筒壁４に沿って延長されており、その延長部１３は封口板の筒壁４に向けてカシメ部先端部１９によって押圧されている。

図７は図１における封口部分の拡大断面図である。封口板２は、電池缶１と逆向きの有底円筒形であって、その筒壁４の下端部から水平方向外向きに形成されるフランジ部５を有し、フランジ部５の最外端から垂直方向下方に形成される延出部６が形成されている。延出部６は図７に示すようにその下端で折り返したダブル構造とした場合は強度の点で好ましいが、折り返しのないシングル構造としても良い。

電池缶１は、底面部７から垂直方向上方に向けて形成された立ち上がり部８と立ち上がり部８から更に水平方向内向きに延出するカシメ部９とが形成されている。

ガスケット３は、封口板２の延出部下端と電池缶１の底面部７との間に介在する底部１０と、延出部６と電池缶１の立ち上がり部８との間に介在する側部１１と、封口板２のフランジ部５と電池缶１のカシメ部９との間に介在する肩部１２と、肩部１２から封口板２の筒壁４に沿って上方に伸びる延長部１３を有している。

電池缶１のカシメ部９が、ガスケット３の肩部１２をフランジ部５に向けて垂直方向に押圧し、肩部１２が圧縮されているとともに、カシメ部先端部１９が、ガスケット３の延
長部１３を封口板２の筒壁４に向けて水平方向に押圧し、ガスケット３の延長部１３が圧縮されている。

本発明の第一の実施の形態に係るコイン形電池は、以下の手順に作製される。

図２は電池組み立て前の電池缶とガスケットの部品を示したものである。電池缶１の底面部７にガスケット３が配置され、ガスケット３は延出部１３を有する。

図４は封口板２であり、その筒壁４の下端部から水平方向外向きに形成されるフランジ部５を有し、フランジ部５の最外端から垂直方向下方に形成される延出部６が形成されている。

図５に示すように、電池缶１内に正極１５、負極１７及びセパレータ１６を収容し、電解液を充填して、電池缶１の底面部７から内側面に沿ってガスケット３が位置するようにし、電池缶１の開口部に封口板２を配置する。次いで、電池缶１側の封口下型３１と封口板２側の封口上型３２でプレスしながら、封口金型３３を封口板２側から電池缶１側の方向に垂直に下降させつつ、封口金型３３のＲ部３４で電池缶１の開口端を内側に折り曲げると、延長部１３は電池缶１の開口端に押されて曲げられて、まず延長部１３の先端が封口板２の筒壁４に接触する。さらに封口金型３３を図６の位置まで下降させると、延長部１３は筒壁４と接触する面積が増大してカシメ部先端部１９との間に押圧される。封口下型３１、封口上型３２、封口金型３３を解除すると図７に示すように、ガスケットの底部１０が底面部７と延出部６の下端と、ガスケットの側部１１が立ち上がり部８と延出部６と、ガスケットの肩部１２がカシメ部９とフランジ部５との間に押圧されるだけでなく、ガスケットの延長部１３がカシメ部先端部１９と筒壁４との間に押圧されるので、より高い密閉性が得られる。

本発明の第二の実施の形態に係るコイン形電池は、以下の手順に作製される。図３は電池組み立て前の電池缶とガスケットの部品を示したものである。開口端にはカール部１４が形成されている。電池缶１ａの底面部７にガスケット３が配置され、ガスケット３は延出部１３を有する。図４は封口板２である。

図８に示すように、電池缶１ａのカシメ部先端にカール部１４を有する電池缶１ａを用いること以外は、第一の実施の形態と同様に正極、負極、セパレータ、電解液、ガスケット、電池缶及び封口板を配置する。次いで、カール部１４の外側への折り返し部の厚み分だけ内径が大きい第一封口金型４３を用いて、電池缶１の開口端を内側に折り曲げる。このときカール部１４の先端１８が、立ち上がり部８の外周面より内側に入るまで折り曲げたところで第一封口下型４１、第一封口上型４２、第一封口金型４３を解除する。次いで図９に示すように立ち上がり部８の外径と同寸法の第二封口金型５３と第二封口下型５１と第二封口上型５２を用いてカシメ加工した後に、これらの金型を解除する。図１０に示すように、カシメ部９の先端にカール部１４を有するために、延長部１３をより広い面積で筒壁４に押圧できることでより高い密閉性が得られるだけでなく、応力集中が緩和され延長部１３のクラック発生が抑制される。ここで、カール部１４は１８０°折り返したＵ字形のものを例示したが、Ｕ字形に限定されるものではなく、延長部１３を押圧する面積が増加する程度のカール部が形成されていれば良い。

上記の構成になるコイン形電池について、本発明者らが先に提案したコイン形電池との比較、検証した結果を以下に説明する。

本発明の第一及び第二の実施の形態に係るコイン形電池は具体的に次のように作製した
。図１に示すように、ＳＵＳ４４４を用いて形成された電池缶１に、フッ化黒鉛に黒鉛等の導電剤及び結着剤を混合した正極１５と、金属リチウムにより形成した負極１７とを、ポリフェニレンサルファイド不織布によるセパレータ１６を挟んで対向配置し、非水電解液として、溶媒にγ−ブチロラクトンを用い、溶質としてホウフッ化リチウムを１ｍｏｌ／Ｌの比率で溶解させたものを充填した。この後、ポリフェニレンサルファイドにより形成されたガスケット３とＳＵＳ３０４により形成された封口板２との間にブロンアスファルトと鉱物油からなる封止剤を塗布して、これを電池缶１の開口部に配してカシメ封口することによりコイン形電池を作製した。尚、作製したコイン形電池の直径は２０．５ｍｍ、厚さは５．０ｍｍ、電気容量は２９０ｍＡｈである。

本発明の第一の実施の形態になるコイン形電池を電池Ａ、本発明の第二の実施の形態になるコイン形電池を電池Ｂ、図１１に示したコイン形電池を比較電池Ｃとして、全てコイン形フッ化黒鉛リチウム電池でそれぞれ１００個作製した。電池Ａ、電池Ｂ、比較電池Ｃはそれぞれ図７、図１０、図１１に示すようにガスケットの延長部の有無、及び電池缶の先端の形状が異なる以外は全て同じ形状、同じ寸法、同じ材質である。

クラック発生数は、カシメ加工後にＸ線分析装置にてガスケットを全周部に渡って断面観察し、微小なクラックが一か所以上あればクラック有りと判定した。耐漏液試験は、湿度９０％ＲＨ、８５℃１時間／−２０℃１時間の熱衝撃試験を１０００サイクル実施して、ガスケット３と電池缶１または封口板２との間の漏液の有無を確認した。クラック発生数及び耐漏駅試験の結果を表１に示す。

クラックはカシメ加工によってガスケットに応力が集中する箇所に発生する。漏液の発生は、高湿度の状態にある８５℃の高温環境から−２０℃の低温環境への急激な温度環境の変化において、電池内圧が上昇しガスケットと電池缶または封口板との間の密閉性が低下したことによる。

比較電池Ｃでは図１１に示すようにガスケット３に延長部がなく、応力が集中しやすい箇所がないためクラックは発生しないが、カシメ部９でガスケット３を押圧するフランジ部５の面積が小さく密閉性が十分に確保できないことから、漏液発生数は５個となった。電池Ａではカシメ部先端部１９によって押圧されている延長部１３において、延長部１３の圧縮後の厚みの１／５程度の長さのクラックが一か所ずつ３個の電池で発生したが、漏液はなく、比較電池Ｃと比較して耐漏液性が改善していることがわかる。電池Ｂではガスケットに応力集中を生じにくいカール部で延長部を押圧するためにクラックは発生せず、かつ延長部をより広い面積で筒壁に押圧できることから、クラックの抑制及び耐漏液性がより向上していることがわかる。

本発明のコイン形電池は、高温高湿度の雰囲気下及び低温と高温雰囲気が繰り返し負荷される過酷な使用条件下で使用される機器の電源として用いることができ、耐漏液性に優れた電池として非常に有用である。

１ 電池缶
１ａ 電池缶
２ 封口板
３ ガスケット
４ 筒壁
５ フランジ部
６ 延出部
７ 底面部
８ 立ち上がり部
９ カシメ部
１０ 底部
１１ 側部
１２ 肩部
１３ 延長部
１４ カール部
１５ 正極
１６ セパレータ
１７ 負極
１８ 先端
１９ カシメ部先端部
３１ 封口下型
３２ 封口上型
３３ 封口金型
３４ Ｒ部
４１ 第一封口下型
４２ 第一封口上型
４３ 第一封口金型
５１ 第二封口下型
５２ 第二封口上型
５３ 第二封口金型

Claims (2)

1. 有底円筒形に形成された電池缶内に発電要素を収容して、電池缶の開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池において、前記封口板は、電池缶と逆向きの有底円筒形であって、その筒壁の下端部から水平方向外向きに形成されるフランジ部を有し、フランジ部の最外端から垂直方向下方に形成される延出部が形成され、前記電池缶は、底面部から垂直方向上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に水平方向内向きに延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、前記封口板の延出部下端と前記電池缶の底面部との間に介在する底部と、前記延出部と前記電池缶の立ち上がり部との間に介在する側部と、前記封口板のフランジ部と前記電池缶のカシメ部との間に介在する肩部と、前記肩部から前記封口板の筒壁に沿って上方に伸びる延長部を有しており、前記電池缶のカシメ部が、前記ガスケットの肩部を前記フランジ部に向けて垂直方向に押圧し、前記肩部が圧縮されているとともに、前記カシメ部先端部が、前記ガスケットの延長部を前記封口板の筒壁に向けて水平方向に押圧し、前記ガスケットの延長部が圧縮されていることを特徴とするコイン形電池。
2. 前記カシメ部先端部がカール部を有することを特徴とする請求項１記載のコイン形電池。