JP2020095904A - 電気化学セル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外装体を構成する金属層の短絡を防止できる電気化学セルの提供を目的とする。【解決手段】本発明は、第１容器と第２容器から構成される外装体と、前記外装体の内部に収容された正極電極および負極電極からなる電極体を備えた電気化学セルであり、前記第１容器と前記第２容器の少なくとも一方が樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、 前記第１容器と前記第２容器に形成された貫通孔の内側に前記正極電極あるいは前記負極電極に接続された電極板が絶縁フィルムを介し配置され、前記ラミネート構造の前記容器において、前記電極板の前記貫通孔側に該貫通孔に挿入された電極端子が設けられ、前記電極端子の外周部において前記貫通孔の内周部との間に絶縁体が介挿されたことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、電気化学セルに関する。

非水電解質二次電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学セルとして、ボタン形（以下、コイン形およびシリンダ形も含む）に形成された電気化学セルが知られている。ボタン形の電気化学セルは、各種デバイスの電源などに利用されている。ボタン形の電気化学セルの１つの形態として、例えば以下の特許文献１に記載のような偏平型非水電解質二次電池が提案されている。

特許文献１には、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合された外装体が開示されている。具体的には、特許文献１において、正極ケースがカシメ加工によって絶縁ガスケットを介し負極ケースに嵌合されている。また、カシメ加工された部位で外装体の封止部が形成されている。
このように、金属製の正極ケース及び負極ケースで外装体が画成され、外装体の収容部に電極体が非水電解質とともに内包されている。

しかし、外装体の封止部をカシメ加工した場合、電池のサイズが小さくなるほど封止部を収容部に対して小さく抑えることが難しい問題がある。このため、小型のボタン形電池においては電池の体積当たりの容量を上げることが難しく、この観点から改良の余地が残されている。

このような背景の基、本願出願人は特許文献２に記載の電気化学セルを提案した。
特許文献２に記載の電気化学セルは、電極体と、第１部材および第２部材を重ね合わせて形成される外装体とを備えている。この外装体に、前記電極体を収容する収容部と、該収容部の外周において、前記第１部材および第２部材が融着された状態で前記収容部の外周に沿って折り曲げられた封止部を有している。また、第１部材と第２部材について金属と樹脂のラミネート構造を採用するか、一方を金属と樹脂のラミネート構造とし、他方を金属板から構成している。

特開２００２−２９８８０３号公報 特許第６２８４２４８号公報

特許文献２に記載の電気化学セルにより、外装体の外周縁部に封止部を設け、封止部の占める体積をセルの外周部に制限することにより、外装体の内部空間の容積を確保することができる構造を提供した。
このボタン形電気化学セルにおいて、外装体を樹脂層とアルミニウム層のラミネート構造とした場合、軽量化できる利点を有する。しかし、ラミネート構造では樹脂層の端部にアルミニウム層が露出する構造となるので、アルミニウムの露出部分が外部端子やアースなどに接触するおそれがある。ここで、リチウムイオン電池などにおいてアルミニウムがリチウムに対し還元電位以下になると、アルミニウムとリチウムの合金化反応を起こすおそれがあり、合金化反応により外装体の一部を損傷する懸念があった。
例えば、電極端子の周囲は外装体に貫通孔を形成して電極端子を外部に露出させる構造となるので、貫通孔の内周側の部分では必然的に樹脂層の端部からアルミニウム層が露出する部分となる。

電気化学セルにおいて、ラミネート構造の外装体を用いた場合、電極端子部分周りの断面構造の一例を図６に示す。
図６に示すようにラミネート構造の容器状の外装体１００の内部に電極体１０１と電解液１０２が収容され、電極体１０１から延出された引出端子１０３が電極板１０５に接続され、電極板１０５の上面中央に電極端子１０６が取り付けられている。
外装体１００は内部側から順に樹脂層１０７とアルミニウム製の金属層１０８と樹脂層１０９からなる３層構造であり、外装体１００の一部に形成された貫通孔１１０の内側に位置するように電極板１０５と電極端子１０６が設けられている。なお、図６では電極端子１０６の周囲部分のみ表示しているので容器状の外装体１００はその一部分のみ記載され、電極体１０１についても一部分のみが表示されている。

外装体１００において貫通孔１１０の内部側にはシール部材１１１が設けられており、シール部材１１１が外装体１００の内面と電極板１０５の外周部に密着することで外装体１００の貫通孔１１０を閉じている。
ここで、貫通孔１１０の内面側には金属層１０８の端面が露出されているので、この部分が外部端子やアースなどと接触して短絡するおそれがあり、Ａｌ製の金属層１０８がＬｉに対して還元電位となるおそれがある。これに加え、図６に示すように内部側の樹脂層１０７に傷等の損傷部分１１２が存在し、電解液１０２が金属層１０８に到達することがあると、金属層１０８が損傷し、場合によっては外装体１００の損傷に繋がるおそれを有している。

本願発明者は、この種のボタン形電気化学セルにおいて電極端子周りに設けられる外装体の構造にアルミニウム層の露出部分を有していても、この露出部分が電池の性能に影響を及ぼさない構造について研究し、本願発明に到達した。

本発明は、以上説明した従来の実情に鑑みなされたものであり、ラミネート構造の外装体に形成した貫通孔とその内側の電極端子との間に絶縁体を介挿することで絶縁構造を強化し、ラミネート構造に採用されている金属層の短絡を防止できる構造とした電気化学セルの提供を課題とする。

（１）前記課題を解決するため、本発明の一形態に係る電気化学セルは、第１容器と第２容器から構成される外装体と、前記外装体の内部に収容された正極電極および負極電極からなる電極体を備えた電気化学セルであり、前記第１容器と前記第２容器の少なくとも一方が樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、前記第１容器と前記第２容器に形成された貫通孔の内側に前記正極電極あるいは前記負極電極に接続された電極板が絶縁フィルムを介し配置され、前記ラミネート構造の前記容器において、前記電極板の前記貫通孔側に該貫通孔に挿入された電極端子が設けられ、前記電極端子の外周部において前記貫通孔の内周部との間に絶縁体が介挿されたことを特徴とする。

電極端子の外周部において前記貫通孔の内周部との間に絶縁体を介挿していると、金属層を含むラミネート構造の外装体であっても、貫通孔の内周部に露出している金属層を電極端子と離間させ、確実な絶縁状態にすることができる。このため、金属層を含むラミネート構造の外装体を用いた電気化学セルにおいて金属層の短絡を防止できる。金属層の短絡を防止できるので、金属層の還元電位以下への電位降下を防止でき、外装体の一部に仮に傷などが生じて金属層と電解液が接触したとしても金属層の損傷を防止できる。

（２）前記一形態の電気化学セルでは、前記電極端子の外周部と前記貫通孔の内周部との間に前記絶縁フィルムの延出部が介挿され、挟持された構成を採用できる。

本形態の電気化学セルにおいて、電極端子の外周部と貫通孔の内周部との間に絶縁フィルムの延出部を介挿させることにより、貫通孔の内周部に露出している金属層を電極端子と離間させ、他の部材に対し絶縁状態にすることができる。
このため、金属層を含むラミネート構造の外装体を用いた電気化学セルにおいて金属層の短絡を防止できる。金属層の短絡を防止できるので、金属層の還元電位以下への電位降下を防止でき、外装体の一部に仮に傷などが生じて金属層と電解液が接触したとしても金属層の損傷を防止できる。
電極端子周りの外装体の貫通孔において、ラミネート構造の外装体の金属層が露出していたとして、絶縁フィルムの延出部を有効利用し、効率的に金属層露出部を覆い隠すことができる。
また、電極端子の外周部と貫通孔の内周部との間に絶縁フィルムの延出部が挟持された構成にすると、延出部が貫通孔の内周面を覆った状態で確実に保持されるので、信頼性の高い絶縁構造を提供できる。

（３）前記一形態の電気化学セルでは、前記金属層がＡｌまたはＡｌ合金からなる構造を採用できる。
樹脂層とＡｌまたはＡｌ合金からなる金属層とのラミネート構造であれば、外装体として液密性、気密性、軽量性に優れ、電解液を収容する小型の電気化学セル用の外装体として優れる。

（４）前記一態様の電気化学セルでは、前記電極板が金属板からなり、前記電極端子がＮｉ板またはＮｉ合金板あるいは表面にＮｉ層またはＮｉ合金層もしくは表面にＡｕまたはＡｕ合金層を備えた金属板からなる構成を採用できる。

本形態によれば、金属板からなる電極板に対し、Ｎｉ板またはＮｉ合金板あるいは表面にＮｉ層またはＮｉ合金層もしくは表面にＡｕまたはＡｕ合金層を備えた金属板からなる電極端子を接合しているので、電極端子の表面に自然酸化膜が生成し難く、電極端子に対し外部端子などから良好なコンタクトを取ることができる。このため、電極端子表面に自然酸化膜が生成している場合に比べて外部端子と低い接触抵抗で接続が可能となり、過電圧の発生なども抑制できるので、電気化学セルとしての容量の低下を引き起こすことがない。

（５）前記一態様の電気化学セルでは、前記第１容器と前記第２容器がいずれも底壁部と周壁部を有し、前記第１容器の周壁部と前記第２容器の周壁部が重ね合わされて融着され、前記外装体が構成された構成を採用できる。

本形態の電気化学セルにおいて、第１容器の周壁部と第２容器の周壁部を重ね合わせて融着していると、容器どうしを接合している融着部を第１容器と第２容器の外周部に配することができるので、第１容器と第２容器からなる外装体の内容積が融着部の存在によって狭められることが無い。このため、小型のボタン形電池であっても外装体の内容積を確保し易く、電池として体積あたりの容量を確保し易くなる。

本形態によれば、電気化学セルにおいて、電極端子の外周部と貫通孔の内周部との間に絶縁体を介挿しているので、金属層を含むラミネート構造の外装体であっても、貫通孔の内周部に露出している金属層を電極端子と離間させ、確実な絶縁構造を提供できる。このため、金属層を含むラミネート構造の外装体を用いた電気化学セルにおいて金属層の短絡を防止できる。金属層の短絡を防止できるので、金属層の還元電位以下への電位降下を防止でき、外装体の一部に仮に傷などが生じて金属層と電解液が接触したとしても金属層の損傷を防止できる。

第１実施形態に係る電気化学セルの外観を示す斜視図である。 第１実施形態に係る電気化学セルの内部構造を示す部分断面図である。 第１実施形態に係る電気化学セルの分解斜視図である。 （Ａ）は第１実施形態に係る電気化学セルにおいて外装体を構成するラミネート構造を示す断面図、（Ｂ）は同外装体に形成した貫通孔と電極板および電極端子と絶縁フィルムの関係を示す部分断面図である。 従来構造の電気化学セルにおいて容器に形成した貫通孔と電極板および電極端子と絶縁フィルムの関係を示す部分断面図である。 従来構造の電気化学セルにおいて電極板および電極端子周りの構造を示す部分断面図である。

以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、円盤状に形成されたボタン形、コイン形またはシリンダ形の電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）を例に挙げて説明する。
また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更し表示しているため、各部材の相対的な大きさが図面に示す形態に限らないのは勿論である。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る電池の斜視図、図２は第１実施形態に係る電池の部分断面斜視図、図３は同電池の分解斜視図である。
図１、図２に示すように、本実施形態の電池（電気化学セル）１は、いわゆるボタン形の電池である。電池１は、電極体２と、電極体２に含浸される電解液（電解質溶液：図示せず）と、電極体２を収容した外装体１０とを備えている。

電極体２は、負極電極３および正極電極４を備えている。負極電極３は、つづら折り形状に折り畳まれている。正極電極４は、負極電極３と互い違いに積層するように負極電極３と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれている。すなわち、本実施形態の電極体２は、負極電極３と正極電極４とが互い違いに積層するように折り畳まれた積層タイプの電極体である。電極体２を構成する負極電極３と正極電極４は、図２、図３の構成では円板状の電極本体を複数、帯状の連結部を介し数珠繋ぎ状に接続し、それらの一端側に個々に引出電極を形成している。

図１、図２に示すように外装体１０は、電極体２が収容される収容部１２と、収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられた封止部１５とを有する。封止部１５は、絞り成形によって収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。
また、外装体１０は、有底筒状の第１容器１７と、有底筒状の第２容器１８とを備えている。第１容器１７および第２容器１８は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。以下、第１容器１７および第２容器１８の中心軸を図２に示すように中心軸Ｏと呼称し、中心軸Ｏに沿う方向を軸方向と呼称し、中心軸Ｏに直交する方向を径方向と呼称する。なお、中心軸Ｏは収容部１２の中心軸となる。

第１容器１７は、例えば、図４（Ａ）に示すようにラミネート部材により形成された第１部材である。ラミネート部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の金属シートからなる金属層１７ａと、第１容器１７における内側面を構成する樹脂製の融着層（樹脂層）１７ｂと、外側面を構成する樹脂製の保護層（樹脂層）１７ｃとが積層されている。
融着層１７ｂは、例えば、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いて形成される。ポリオレフィンとして以下の材質を適宜選択できる。ポリオレフィンとしては、高圧法低密度ポリエチレンや低圧法高密度ポリエチレン、インフレーションポリプロピレンフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルム、二軸延伸ポリプロピレンフィルム、直鎖状短鎖分岐ポリエチレンなどの材質を使用できる。保護層１７ｃは、上述のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロンなどを用いて形成される。融着層１７ｂおよび保護層１７ｃは、それぞれ金属シート１７ａとの間に接合層を介して、熱融着または接着剤により接合されている。

第１容器１７は、第１底壁部２１および第１周壁部２２を備えている。第１底壁部２１の中央部には丸孔型の第１貫通孔２３が形成されている。第１貫通孔２３は、中心軸Ｏと同軸に形成されている。
第１底壁部２１の内面には、第１シーラントリング（絶縁フィルム）２４を介して円板状のステンレス鋼板などの鋼板からなる負極電極板２５が熱融着されている。第１シーラントリング２４は、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いて形成された、シーラントフィルムをリング状にしたものである。

負極電極板２５の内面は、電極体２の負極電極３に接続されている。負極電極板２５の外面は、中央にＮｉあるいはＮｉ合金からなる円板状の負極電極端子２６が溶接されている。負極電極端子２６は、第１貫通孔２３を貫通して外部に露出され、電池１の負極端子として機能する。なお、負極電極板２５をＮｉあるいはＮｉ合金製とすれば、負極電極端子２６を略し、負極電極板２５を負極電極端子として用いることができる。

第２容器１８は、第１容器１７と同様に、ラミネート部材により形成された第２部材である。ラミネート部材は、ＡｌまたはＡｌ合金の金属シートからなる金属層１８ａと、第２容器１８における内側面を構成する樹脂製の融着層（樹脂層）１８ｂと、外側面を構成する樹脂製の保護層（樹脂層）１８ｃと、が積層されている。融着層１８ｂは、第１容器１７の融着層１７ｂと同じ熱可塑性樹脂を用いて形成される。保護層１８ｃは、第１容器１７の保護層１７ｃと同じ熱可塑性樹脂を用いて形成される。

第２容器１８は、第２底壁部３１、第２周壁部３２、および折曲部３３を備えている。
第２周壁部３２は、収容部１２の外周１２ａを形成する。
第２底壁部３１には、中央に丸孔型の第２貫通孔３５が形成されている。第２貫通孔３５は、中心軸Ｏと同軸に形成されている。
第２底壁部３１の内面には、第２シーラントリング（絶縁フィルム）３７を介してステンレス鋼板などの鋼板からなる正極電極板３８が熱融着されている。第２シーラントリング３７は、第１シーラントリング２４と同様に、熱可塑性樹脂により形成されている。
正極電極板３８はステンレス鋼板、もしくはＡｌ板またはＡｌ合金板からなることが好ましい。

正極電極板３８の内面は、電極体２の正極電極４に引出電極４ａを介し接続されている。正極電極板３８の外面は、中央にＮｉあるいはＮｉ合金からなる円板状の正極電極端子３９が抵抗溶接部またはレーザー溶接部を介し溶接されている。正極電極端子３９は、第２貫通孔３５を貫通して外部に露出され、電池１の正極端子として機能する。
正極電極端子３９はＮｉ板あるいはＮｉにＣｒやＭｏ、Ｃｏなどを添加したＮｉ合金板、あるいは、ステンレス鋼板、Ｆｅ板、あるいはＣｕ板からなることが好ましい。また、接触抵抗の低減のために、上述のようなＮｉ板や各種Ｎｉ合金板にＡｕメッキを施すことができ、ステンレス鋼板、Ｆｅ板、あるいはＣｕ板にＮｉメッキを施して用いることもできる。
即ち、正極電極端子３９は、Ｎｉ板またはＮｉ合金板あるいは表面にＮｉ層またはＮｉ合金層もしくは表面にＡｕまたはＡｕ合金層を備えた金属板からなる。

正極電極端子３９の外径は第２貫通孔３５の内径よりも若干小さく、第２シーラントリング３７の内径は正極電極端子３９の外径よりも若干小さく形成されている。正極電極端子３９は正極電極板３８より厚く形成され、外装体１８の厚さと第２シーラントリング３７の厚さを合計した厚さ相当に形成されている。このため、図４（Ｂ）に示すように第２貫通孔３５に正極電極端子３９を挿通した場合、正極電極端子３９の外面は外装体１８の外面と面一となるか若干突出した状態となる。
そして、第２シーラントリング３７の内周縁の一部が延出部３７ａとして第２貫通孔３５の内周部と正極電極端子３９の外周部との間に引き込まれて挟まれるように延出され、延出部３７ａの先端が第２貫通孔３５の外側開口部まで到達されている。

第２シーラントリング３７の延出部３７ａは、第２シーラントリング３７の内周部と第２貫通孔３５の内周部との間の隙間を塞ぎ、第２貫通孔３５の内周面に露出している金属層１８ａの端面を覆って保護している。なお、図４（Ｂ）では簡略化のために第２容器１８の第２底壁部３１について単層構造のように表示しているが、実際は図４（Ａ）に示すように３層のラミネート構造とされている。
なお、この構造は、溶接により正極電極板３８と正極電極端子３９を一体化しておき、外装体１８の内面側の第２貫通孔３５まわりに第２シーラントリング３７を沿わせた状態から、熱をかけながら正極電極端子３９を第２貫通孔３５に挿入することにより形成することができる。加熱により軟化した第２シーラントリング３７の内周部を引き延ばしつつ正極電極端子３９とともに第２貫通孔３５に挿入することで図４（Ｂ）に示す延出部３７ａを設けた構造を実現できる。
なお、延出部３７ａについては正極電極端子３９の全周に隙間無く存在していることが好ましいが、多少の隙間をあけて間欠的に形成されていても良い。その方が第２貫通孔３５に引き込むように延在させやすい。

正極電極４は図３に例示するように連結部４ｅを介し複数の電極本体４ｄを数珠繋ぎ状に連結して構成されるが、一例として、電極本体４ｄおよび連結部４ｅと同一平面形状の正極集電体に正極活物質を塗布した構造の全体を樹脂絶縁材料からなるセパレーターで覆った構造を採用できる。負極電極３も正極電極４と同等構造であり、全体をつづら折りすることができる。
以上のように構成された負極電極３と正極電極４をそれぞれ交互につづら折り構造として重ねることで、図２または図３に示す電極体２が構成されている。
負極電極３を構成する負極集電体は、本実施形態では、例えばＣｕ、Ｎｉ及びステンレス等の金属材料から構成されている。そして、これらの金属材料からなる負極側の引出電極が負極集電体から延在され、負極電極板２５に電気的に接続されている。また、正極電極４を構成する正極集電体は、本実施形態では、ＡｌまたはＡｌ合金から構成され、この正極集電体から延びる正極側の引出電極４ａがＡｌまたＡｌ合金から形成されている。引出電極４ａは正極電極板３８に電気的に接続されている。

正極電極端子３９は図２〜図４に示すように正極電極板３８の中央部に配置されるとともに、正極電極端子３９と正極電極板３８は溶接部等の接合手段により接合されている。
正極電極端子３９は、外部端子の接触を受けるので、溶接部によって正極電極板３８に確実に接合されていることが好ましい。
本実施形態において、正極端子３９は、第２貫通孔３５の内径よりも若干小さな外径を有する円板形状であり、その厚さは、第２シーラントリング３７の厚さと第２底壁部３１の厚さを合計した厚さに相当する。このため、図４（Ｂ）に示すように正極電極端子３９は第２貫通孔３５を挿通して第２底壁部３１の外面に露出する貫通電極とされている。
また、正極電極端子３９の外周部と第２貫通孔３５の内周部との間に第２シーラントリング３７の内周縁の延出部３７ａが引き込まれ、正極電極端子３９の外周部と第２貫通孔３５の内周部との間の間隙が延出部３７ａにより閉じられている。
この延出部３７ａは、正極電極端子３９の外周部と第２貫通孔３５の内周部との間に挟まれるように延出され、第２貫通孔３５の外側開口部周縁まで延在され、第２貫通孔３５の内周面を覆っている。

この構造により第２貫通孔３５の内面に露出している金属層１８ａの端面は第２シーラントリング３７の延出部３７ａにより覆われて絶縁される。このため、正極電極端子３９と金属層１８ａが短絡することがなく、金属層１８ａの端面は外部端子やアースなどに短絡されることもない。
このため、電解液に含まれるＬｉに対し金属層１８ａが還元電位以下になることがなく、仮に保護層１８ｃに傷や亀裂が生じて電解液が金属層１８ａに触れることがあっても金属層１８ａが損傷することがない。このため、仮に内部に亀裂等の欠陥があっても外装体１０の破損につながらない構造を提供できる。

先に説明のように、第１容器１７および第２容器１８をラミネート構造とし、第１容器１７および第２容器１８に負極電極端子２６、正極電極端子３９を設けた。電極端子２６、３９を設けることにより、封止部１５から外部に端子部を突出させる必要がない。
よって、電池１を小形にできる。

第２周壁部３２は、第２底壁部３１の外周３１ａから第１容器１７の第１底壁部２１に向けて筒状に折り曲げられている。折曲部３３は、第２周壁部３２のうち、第１底壁部２１側の端部３２ａから第２周壁部３２に沿って第２底壁部３１側へ円筒状に折り曲げられている。折曲部３３は、第２周壁部３２に対して径方向外側に間隔をおいて配置されている。折曲部３３および第２周壁部３２は、断面Ｕ字状に形成されている。
第２周壁部３２は、第１周壁部２２の内側で、かつ、折曲部３３の内側に配置されている。また、折曲部３３は、第１周壁部２２の内側に配置されている。折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とが熱融着されている。

折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とが熱融着されることにより、封止部１５が形成される。よって、収容部１２の外周が封止部１５で封止される。これにより、第１容器１７と第２容器１８が重ね合わされて外装体１０が形成される。
折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とを熱融着する手段として、例えばヒータやレーザーなどの熱源を用いる熱融着が挙げられる。また、折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とは、熱融着の他に、例えば超音波溶接を用いる融着などが適用可能である。
封止部１５は、収容部１２の外側に円筒状に形成され、かつ、収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。収容部１２の外周１２ａは、第２周壁部３２で形成される。封止部１５は、平面視において、円形に形成されている。

封止部１５を収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げることにより、封止部１５を収容部１２の外周１２ａに配置することができる。よって、封止部１５は、収容部１２の中心軸Ｏに対して直交する方向への張出が小さく抑えられる。これにより、特に、小形の電池１において、電池１の体積当たりの容量を高めることができる。

また、封止部１５は、絞り成形によって収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。よって、封止部１５は、第１容器１７および第２容器１８の他の部位に比べて薄肉に形成されている。封止部１５を薄肉に形成することにより、収容部１２の中心軸Ｏに対して直交する方向への封止部１５の張出が一層小さく抑えられる。
また、第１容器１７および第２容器１８の融着層が薄肉に形成されることにより、第１容器１７および第２容器１８の金属シート間の隙間が小さく抑えられる。これにより、封止部１５から外装体１０の内部に水が浸入することを一層良好に抑えることができる。

収容部１２は、第１容器１７と第２容器１８とが重ね合わされることにより密封空間が形成される。具体的には、収容部１２は、第１底壁部２１、第２底壁部３１、および第２周壁部３２により画成されている。

以上のように構成された電池１を製造するには、第１容器１７と第２容器１８の間に図３に示すように第１シーラントリング２４、負極電極端子２６、負極電極板２５、電極体２、正極電極板３８、正極電極端子３９、第２シーラントリング３７をこの順で積層できるように収容し、第１容器１７と第２容器１８から構成される外装体１０の内部に電解液を充填し、第１容器１７と第２容器１８を重ねて互いの周壁部分を熱溶着することができる。

電池１を製造する際、負極電極端子２６を負極電極板２５に、正極電極板３８を正極電極端子３９に予め抵抗溶接あるいはレーザー溶接により接合して一体化しておくことが好ましい。また、電極体２の正極電極板３８の内面側に正極側の引出電極を溶接し、電極体２の負極電極板２５の内面側に負極側の引出電極を溶接しておくことが好ましい。
なお、この例では電極板に電極端子を溶接し、その後に電極体の引出電極を溶接する順で説明したが、電極端子と引出電極を溶接する順序は逆であっても良く、どちらが先でも差し支えない。

また、電池１を製造する場合、溶接により正極電極板３８と正極電極端子３９を一体化した後、外装体１８の内面側の第２貫通孔３５まわりに第２シーラントリング３７を沿わせて溶着した状態から、熱をかけながら正極電極端子３９を第２貫通孔３５に挿入することが好ましい。この加熱挿入作業により、軟化させた第２シーラントリング３７の内周部を引き延ばしつつ正極電極端子３９とともに第２貫通孔３５に挿入することができる。
この作業により、図４（Ｂ）に示す構造の如く、第２貫通孔３５の内周部に露出している金属層１７ａの端面を絶縁体である第２シーラントリング３７の延出部３７ａにより覆い隠す構造を実現できる。この構造であれば、第２貫通孔３５の内周部に位置する金属層１７ａの端面を外部端子やアースなどに短絡させることのない構造を提供できる。
なお、加熱した正極電極端子３９を用い、第２シーラントリング２７の内周部を介し第２貫通孔３５に挿通するのみの作業で上述の絶縁構造を実現できるので、上述の絶縁構造は容易に製造できる効果がある。

なお、通常サイズのボタン電池の場合、第２貫通孔３５の内径を５ｍｍ程度とすると、第２シーラントリング３７の内径を３．５ｍｍ程度とし、正極電極端子３９の外径を３．５ｍｍより若干大きくすると正極電極端子３９による第２貫通孔３５への加熱引き込みを確実に実施できる。この場合、正極電極端子３９の外径は５ｍｍより小さいことが望ましい。正極電極端子３９の外径を大きくし過ぎると、正極電極端子３９が第２底壁部３１を突き破るおそれがある。
また、正極電極端子３９の外周部と第２貫通孔３５の内周部との間に第２シーラントリング３７の延出部３７ａを挟持した構成にすると、延出部３７ａが第２貫通孔３５の内周面を覆った状態で確実に保持されるので、信頼性の高い絶縁構造を提供できる。

以上説明の如く構成された電池１にあっては、ステンレス鋼板からなる正極電極板３８に対し、ＮｉまたはＮｉ合金からなる正極電極端子３９を接合しているので、電極端子３９の表面に自然酸化膜が生成し難く、正極電極端子３９に対し外部端子などから良好なコンタクトを取ることができる。このため、正極電極端子３９の表面に自然酸化膜が生成している場合に比べて外部端子と低い接触抵抗で接続が可能となり、過電圧の発生なども抑制できるので、容量低下を引き起こすことがない電池１を提供できる。

また、本実施形態の電池１にあっては、第２底壁部３１を保護層１８ｂと金属層１８ａと融着層１８ｃからなるラミネート構造としているので、第２貫通孔３５の内面側に金属層１８ａの一部が露出した構造となる。しかし、第２貫通孔３５の内周面を第２シーラントリング３７の延出部３７ａで覆っているので、第２貫通孔３５の内面側に露出した金属層１８ａの一部を正極電極端子３７あるいは外部端子やアースに短絡させることのない構造を提供できる。このため、外装体１０を構成する金属層１７ａ、１８ａに電解液が触れることがあっても外装体が破損することのない構造を提供できる。

本形態の電池１において、第１容器１７の第１周壁部２２と第２容器１８の第２周壁部３２を重ね合わせて融着していると、容器どうしを接合している融着部を第１容器１７と第２容器１８の外周部に配することができる。このため、第１容器１７と第２容器１８からなる外装体１０の内容積が融着部の存在によって狭められることが無い。従って、小型のボタン形電池であっても外装体１０の内容積を確保し易く、電池１として体積あたりの容量を確保し易くなる。

また、小型薄型の電池１であっても、容器どうしを接合している融着部について第１容器１７と第２容器１８の外周底部から外周上部まで容器１７、１８の高さを充分に活用した最大高さ分の融着面積としているので、充分な融着面積を確保することができ密閉性の良好な電池構造を得ることができる。

図５は、図４（Ｂ）に示す本形態の構造に対比させて描いた従来構造の電池における正極電極板および正極電極端子の周囲部分の断面構造を示す。
第２貫通孔３５を有する第２底壁部３１の内面に第２シーラントリング３７Ａが溶着され、第２シーラントリング３７Ａの下方に正極電極板３８Ａが溶着されている。正極電極板３８の上面には正極電極端子３９Ａが溶接されているが、正極電極端子３９Ａは正極電極板３８と第２シーラントリング３７Ａの間に挟まれるように配置されている。

第２シーラントリング３７Ａの貫通孔を介し正極電極端子３９Ａは第２底壁部３１の第２貫通孔３５と極めて接近した位置に配置される。第２底壁部３１は上述の３層ラミネート構造であり、第２貫通孔３５の内周面には金属層１７ａの端面が露出されているので、金属層１７ａの端面と正極電極端子３９Ａは極めて近い位置で隣接され、金属層１７ａの端面は露出されたままである。
このため、先に説明した短絡の問題があり、正極電極端子３９Ａと金属層１７ａの短絡のおそれもある。この点において、図４（Ｂ）に示す構造であれば、これら短絡の問題を生じ難い絶縁性の高い構造を提供できる。

例えば、図５あるいは図６に示す構造を採用したリチウムイオン電池を構成し、融着層に強制的に傷を付けて電解液をＡｌ製の金属層に接触させた状態で充放電を２０時間繰り返すと金属層が破れて液漏れを生じる。
これに対し、図４（Ｂ）に示す構造では、融着層に強制的に傷を付けて電解液をＡｌ製の金属層に接触させた状態で充放電を２０時間繰り返しても液漏れは生じない。
また、図４（Ｂ）に示す構造では、第２シーラントリング３７の延出部３７ａが正極電極端子３９周りの第２貫通孔３５内周を閉じるので、外部からの水分の侵入防止効果も奏する。外装体１０で覆った構造の電池１において、水分の侵入経路は第２底壁部３１と第２シーラントリング３７の界面であり、この界面を経路とする水分の侵入を延出部３７ａが防止する。このため、図４（Ｂ）に示す構造は水分浸入を防止する面においても優れた構造となる。

ところで、これまで説明した実施形態では、平板状の正極電極板３８の中央部に平板状の正極電極端子３９を溶接により接合し、正極電極端子３９の厚さ（高さ）として第２貫通孔３５を挿通可能な厚さ（高さ）を有した構造により目的を達成した。
ここで、正極電極板３８の形状は平板状に限らず、中央部に電極端子の一部を兼ねるように円板状の凸部を設け、この凸部を延長するように先の正極電極端子３９より薄い円板状の正極電極端子を設けた構造としても良い。また、正極電極端子３９の形状は円板状に限らず、円錐台形状であっても良い。

更に、先の実施形態では、第２シーラントリング３７の内周部を延出部３７ａとして金属層端面の絶縁保護に用いたが、予め正極電極端子３９の外周部に樹脂製のリング状絶縁体（絶縁物）を取り付けておき、第２シーラントリング３７の内周部を利用することなく正極電極端子３９の外周部に設けたリング状絶縁体により金属層端面の絶縁保護を行っても良い。この場合に用いるリング状絶縁物体は第２シーラントリング３７を構成する樹脂材料と同等の樹脂材料から構成することができる。

なお、先に説明した実施形態では、基本的に平面視円形状の電気化学セルについて説明したが、電気化学セルの平面視形状は円形状に限らず、三角形状などの多角形状、楕円形状、レーストラック形状など、種々の形状を採用可能であり、本形態の電気化学セルにおいて特に平面視形状に制限はない。
また、先に説明した実施形態では、負極電極３と正極電極４について、いずれも円板状の電極本体を複数、帯状の連結部を介して接続し、数珠繋ぎ状に接続したものをつづら折りして交互積層した電極体２を適用した。
しかし、本発明の電気化学セルにおいて、電極体２の構造はつづら折り構造に限るものではなく、セパレーターを介し負極電極と正極電極を積層し巻回した構造の電極体を採用することもできる。この構造の電極体であっても、電極体の一側に設けた正極側の引出電極を正極電極板３８に接続し、電極体の他側に設けた負極側の引出電極を負極電極板２５に接続することで本発明の電気化学セルに適用できる。

１…電池（電気化学セル）、２…電極体、３…負極電極、４…正極電極、
１０…外装体、１２…収容部、１２ａ…収容部の外周、１５…封止部、
１７…第１容器、１７ａ…金属層、１７ｂ…融着層（樹脂層）、
１７ｃ…保護層（樹脂層）、１８…第２容器、１８ａ…金属層、
１８ｂ…融着層（樹脂層）、１８ｃ…保護層（樹脂層）、２１…第１底壁部、
２２…第１周壁部、２３…第１貫通孔、
２４…第１シーラントリング（絶縁フィルム：絶縁体）、２５…負極電極板、
２６…負極電極端子（貫通電極）、３１…第２底壁部、
３２…第２周壁部（収容部の外周）、３５…第２貫通孔、
３７…第２シーラントリング（絶縁フィルム：絶縁体）、３７ａ…延出部、
３８…正極電極板、３９…正極電極端子（貫通電極）。

Claims (5)

1. 第１容器と第２容器から構成される外装体と、前記外装体の内部に収容された正極電極および負極電極からなる電極体を備えた電気化学セルであり、
   前記第１容器と前記第２容器の少なくとも一方が樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、
   前記第１容器と前記第２容器に形成された貫通孔の内側に前記正極電極あるいは前記負極電極に接続された電極板が絶縁フィルムを介し配置され、
   前記ラミネート構造の前記容器において、前記電極板の前記貫通孔側に該貫通孔に挿入された電極端子が設けられ、前記電極端子の外周部において前記貫通孔の内周部との間に絶縁体が介挿されたことを特徴とする電気化学セル。
2. 前記電極端子の外周部と前記貫通孔の内周部との間に前記絶縁フィルムの延出部が介挿され、挟持されたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記金属層がＡｌまたはＡｌ合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
4. 前記電極板が金属板からなり、前記電極端子がＮｉ板またはＮｉ合金板あるいは表面にＮｉ層またはＮｉ合金層もしくは表面にＡｕまたはＡｕ合金層を備えた金属板からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
5. 前記第１容器と前記第２容器がいずれも底壁部と周壁部を有し、前記第１容器の周壁部と前記第２容器の周壁部が重ね合わされて融着され、前記外装体が構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電気化学セル。

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