JP3163283B2 - 偏平形電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄形機器の直流電
源やメモリバックアップ用電源などに用いられる偏平形
電池、特に厚み１ｍｍ以下の超薄形有機電解質電池に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に有機電解質電池は、エネルギー密
度が高く、保存性、耐漏液性などの信頼性に優れ、ま
た、小形化、軽量化が可能なことから、各種電子機器の
主電源やメモリバックアップ用電源として、その需要は
年々増加している。この種の代表的な電池としては、負
極にリチウム金属、正極に二酸化マンガン、ポリフッ化
カーボン、塩化チオニール、二酸化イオウ、クロム酸銀
などを組み合わせた一次電池がある。さらに、負極にリ
チウム金属やリチウムの吸蔵・放出が可能な合金、カー
ボン、金属酸化物、ポリアセンなどを用い、正極にはリ
チウムイオンと層間化合物を形成する材料、例えば五酸
化バナジウム、五酸化ニオブ、二酸化マンガンなどの金
属酸化物や、リチウムと金属酸化物の複合酸化物、また
二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの硫化物、さらに
はポリアニリン、ポリアセンなどの導電性高分子などを
使用した充電可能な二次電池が知られている。電池の形
状としては円筒形やコイン形が主流である。

【０００３】近年、カード形の薄形電子機器の需要増加
に伴い、その主電源や、バックアップ用電源としてより
薄形の電池が要望されている。カード機器の市場として
は非接触カード、電子マネーなどがあり、将来的なＩＣ
カード時代のことを考えれば非常に大きな市場に成長す
ることが予想される。これら機器に使用する電池の厚み
としては、例えば、一般のクレジットカードの厚みが１
ｍｍ程度であることから、それ以下の厚みの電池が要望
される。現状のコイン形電池の厚みは構造的、生産性の
問題から１．２ｍｍ程度が最薄であることから、これら
の用途に対しては現状ペーパー形の電池が使用されてい
る。

【０００４】ペーパー電池の形状は、一般に四角形のシ
ート形状であり、外装は樹脂製シートからなり、電池の
構成材料を２枚の樹脂シートにはさみ込んだ後、その周
囲をヒートシール法などにより熱溶着し密封した構造と
している。この電池の構成は、一般のコイン形電池など
に比べて、例えば、形状が四角形であること、電池外周
を熱溶着することなどから、製造工程は非常に複雑であ
り、生産スピードも遅く生産効率は低い。つまり、正
極、負極、セパレータなどの電池構成材料も四角形であ
り、材料の成型加工や製造ラインでの搬送などが困難で
ある。その結果、製造コストが高くなり、市場対応が困
難となっている。

【０００５】これに対して、従来からのコイン形電池の
構造は、図２に示す通りである。図中１１は耐食性に優
れたステンレス鋼からなる正極端子を兼ねたケースを表
す。ケース１１の開口を封口する封口板１２は、同じく
ステンレス鋼からなり、負極端子を兼ねている。封口板
１２の外周には、ケースと封口板を絶縁するポリプロピ
レン製ガスケット１３が嵌合されており、ケース１１の
開口端部をガスケットの外周縁部にしめつけることによ
り、ケース１１は密閉される。この密閉ケース内には、
ケース１１に接触する正極１４、封口板１２に接触する
負極１５、および両電極間に介在し、電解液を保持する
ポリプロピレン製セパレータ１６が収容されている。

【０００６】コイン形電池は、円形で構成部品の加工性
がよく、製造工程での部品搬送などが優れており、さら
に密封構造は加圧によるかしめ封口によるもので、量産
性に非常に優れている。このことは、国内で年間約７億
個ものコイン形電池が生産されていことからも証明され
ている。従って、コイン形構造にて厚みが１ｍｍ以下の
薄形電池を作製すれば、生産効率は向上し、大量生産が
可能となる。その結果、製造コストも低減するため大量
供給も可能となる。しかし、１ｍｍ以下の厚みの電池を
現状のコイン形構造で構成した場合、以下の問題点が生
じる。 １）ガスケットの高さが非常に低いため強度がなく、製
造工程での搬送が困難となり、扱い難い。 ２）ガスケット周囲の側面や底面の肉厚が非常に薄くな
るため、射出成型が困難となり、また成型後の変形など
も大きいことから、部品そのものの作製が困難である。
つまり、現状のガスケット構造を使用した封口構造で
は、電池の薄形化が進むにつれ生産工程は不安定とな
り、生産効率が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するもので、封口部の構成、特にガスケットの構
造を改良することにより、コイン形状にて量産性の優れ
た薄形、特に１ｍｍ以下の薄形電池を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方の電極端
子を兼ねるケース、他方の電極端子を兼ねる封口板、お
よび前記ケースと封口板とを絶縁するガスケットにより
発電要素を密閉してなる偏平形電池において、前記封口
板はその主面が外方へ突出した凸部および前記主面とほ
ぼ平行に伸びるフラットな周縁部を有し、前記周縁部と
前記ケースの内底面周縁部および前記ケースの内側へ折
り曲げた開口端縁部の間に第１のリング状ガスケットお
よび第２のリング状ガスケットがそれぞれ挟み込まれた
構成を有することを特徴とする。ここで、第２のリング
状ガスケットの外径は前記封口板の外径よりも大きく、
かつ封口板の凸部外周の径と第２のリング状ガスケット
の内径がほぼ同じであることが好ましい。また、第２の
リング状ガスケットの外径と、前記封口板の外径の差
は、２ｍｍ以下であることが好ましい。第１および第２
のリング状ガスケットは、ポリフェニレンサルファイド
から構成するのが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、上記のように、封口板
のフラットな周縁部の両面に第１および第２のガスケッ
トを配置し、これらをケースの内底面周縁部とケースの
内側へ折り曲げた開口端縁部によって挟む構成を採って
いる。この構成によれば、ガスケット材料となりうる樹
脂またはゴムのシートを適当な幅のフープ形状とし、製
造ラインにて連続的にリング状に打ち抜き、ケース内底
面の周縁部と封口板の周縁部の上面部に置き、封口板の
周縁部を２枚のリング状ガスケットにより挟み込んだ構
成でかしめ封口することができるため、従来構造のよう
に組み立てライン中で封口板とガスケットを嵌合する必
要はない。さらに、ガスケット材のシートの厚みは、例
えば０．１ｍｍ以下でも容易に作製することができ、ま
た厚みも均一であるため、従来のガスケットのように肉
厚の均一性を気にする必要もない。

【００１０】次に、前記封口板周縁部の上面部に設置す
るリング状ガスケットの外径が、封口板の外径よりも大
きいことが望ましい。これは、従来のガスケット構造で
あればガスケットに側面が存在するため、封口板の周縁
端部がケースの内側面部に接触しショートすることはな
いが、本発明の構造では封口板の周縁端部によりショー
トする可能性がある。ケースの内側面部には通常、耐漏
液性能向上のために樹脂などの絶縁性材料からなる封止
剤が塗布されており、本発明の構成でもまずショートす
る問題はないが、より信頼性を向上させる意味で封口板
周縁部の上部面にセットする第２のリング状ガスケット
の外径が、封口板の外径よりも大きいことが好ましい。
つまりこの構造とすることにより、まず第２のリング状
ガスケットの外周がケース内壁面に当たり、従って封口
板の外周端部がケース内側面に接触することを防止でき
る。さらに、第２のリング状ガスケットの内径を、封口
板の凸部の外径とほぼ同じとすることが好ましい。これ
はガスケットが封口板と嵌合した際のガタを防止するも
ので、これにより封口板をケースに対して常にセンター
の位置に維持できる。この結果、前記のショート防止の
信頼性をさらに向上できる。

【００１１】本発明のガスケット材については、有機電
解液に対して安定な材料であればどのような材料でも問
題ないが、薄形電池であるためガスケットを構成するシ
ートの厚みは数１０μｍ程度になるため工程上での扱い
やすさ、また前記したようなショート防止などを考慮し
て強度のあるものが好ましい。一般に有機電解質電池の
ガスケット材料に用いられるポリプロピレンなどより
は、例えば耐有機溶媒性が高く、かつ強度のあるポリフ
ェニレンサルファイドなどのエンジニアリングプラステ
ィツクを使用するのが好ましい。封口板の周縁部の上部
に配する第２のリング状ガスケットについては、封口時
にケース側面を内側にカールするため、電池を構成した
際にガスケットが飛び出ることがある。これを防止する
ためには、あらかじめガスケットと封口板のフラットな
周縁部上面とを接着することにより解決できる。このた
めにも封口板周縁部はフラットであることが望ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例における有機電解質電池の
縦断面図である。図中１は正極端子を兼ねるケースで、
耐食性に優れたステンレス鋼からなっている。また、ケ
ースの内側面には、図示しないがアスファルトを主成分
とする封止剤を塗布して被膜を形成している。耐食性に
優れたステンレス鋼からなる負極端子を兼ねる封口板２
は、中央の主面２ａが上方に突出する凸部および前記主
面とほぼ平行に伸びるフラットな周縁部２ｂを有する。
３は第１のリング状ガスケット、４は第２のリング状ガ
スケットであり、いずれもポリフェニレンサルファイド
からなる厚み０．０５ｍｍのフープ状シートから打ち抜
き加工して作製したものである。第１のリング状ガスケ
ット３は、ケース１の内底面周縁部に配置される。第２
のリング状ガスケット４は、その外径がケース１の内径
と同じで、封口板２の外径より１ｍｍ大きい構成となっ
ている。また、第２のリング状ガスケット４の内径は、
封口板２の凸部の外径とほぼ同じであり、封口板２の凸
部にはめはめ込める構造となっている。正極５は、二酸
化マンガンと導電剤であるカーボンブラックおよび結着
剤であるフッ素樹脂の粉末を混合し、直径１５mm、厚み
０．３mmのペレット状に加圧成型した後、２００℃で１
２時間乾燥したものである。負極６は、フープ状のリチ
ウムを円形に打ち抜いた後、封口板２の凸部内面に加圧
により圧接している。セパレータ７はポリプロピレン製
不織布からなる。電解液はプロピレンカーボネートと
１，２−ジメトキシエタンとの等容積混合溶媒に、過塩
素酸リチウムを１モル／ｌの割合で溶解したものを用い
た。電池の周縁部は、金型によりかしめ封口されてい
る。この構成からなる電池をＡとした。

【００１３】また、封口板２の外径が第２のリング状ガ
スケット４の外径と同じでその他は電池Ａと全く同じ構
造の電池Ｂ、および、封口板２の凸部の外径を第２のリ
ング状ガスケット４の内径より２ｍｍ小さくし、その他
は電池Ａと全く同じ構造とした電池Ｃを作製した。さら
に、構造は電池Ａと全く同じで、第１および第２のリン
グ状ガスケットの材質をポリプロレンとした電池Ｄを作
製した。なお、電池の直径はいずれも２０mm、厚さは
０．５mmで、容量は３Ｖから２．５Ｖまでで２０ｍＡｈ
である。次に、比較例として、図２に示す従来構成の電
池ＣＲ２０１６（直径２０mm、厚さ１．６mm、容量は３
Ｖから２．５Ｖまでで９０ｍＡｈ）を作製した。これを
電池Ｅとした。

【００１４】以上の電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを各
１０００個ずつ作製し特性を確認した。試験内容として
は、電池の組み立て直後の開回路電圧、１ｋＨｚの交流
法による内部抵抗、および内部ショートの発生率を確認
した。値は各１０００個の値である。また、各電池を３
０ｋΩの定抵抗にて放電を行い、電池電圧が２．５Ｖに
至る迄の放電容量を求めた。さらに、−１０℃〜６０℃
（各温度に１時間保持し、昇温および降温に各１時間か
けるものとして、４時間を１サイクルとした）の熱衝撃
による漏液試験を実施し、１００サイクル後の漏液状態
を目視にて確認した。これらの結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１より、電池Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは、
電圧、内部抵抗、および放電容量についてばらつきが小
さく安定している。また、これら電池の安定性は、比較
例の電池Ｅと同様に優れている。さらに、漏液性能につ
いても、従来構造の電池Ｅと同様に優れた性能を示して
いる。次に、電池Ｂ、Ｃ、およびＤでは、電池組み立て
後の内部ショートの発生が見られる。これらは調査の結
果、封口板２とケース１の内側面部との接触によりショ
ートであり、特に電池ＣおよびＤについては、かしめ封
口時にケースの内径に対して封口板のセンターがずれる
ことにより、封口板の周縁端部の一部がケース１の内側
面部の封止剤の被膜をつき抜けて接触したものであっ
た。これらの不良は、製造工程中の検査にて発見され、
市場では発生はしないと考えられるが、より信頼性の高
い電池とするためには、第２のリング状ガスケット４の
外径は封口板２の外径より大きい構成で、さらに第２の
リング状ガスケット４の内径は封口板２の凸部の外径と
ほぼ同じ構成が好ましい。

【００１７】ここで、実施例には記載していないが、第
２のリング状ガスケット４の外径と封口板２の外径差を
２ｍｍを越える値でガスケット４の外径を大きくした場
合、ガスケット３および４の外周部分の強度が低下する
ため、かしめ封口時にガスケットの外周部分が上部にめ
くれ上がるなどの変形が生じ、結果的に電池の外周の一
部が盛り上がるなどの問題が発生する場合があることが
確認された。そのため、ガスケット４と封口板２の外径
差は２ｍｍ以下とするのが好ましい。次に、樹脂リング
の材質についてであるが、厚みが非常に薄いため、従来
のポリプロピレンより強度のあるエンジニアリングプラ
スティックのような強度のある材料が好ましい。強度の
あるエンジニアリングプラスティックは多数あるが、有
機電解液に安定であることが必要であり、材質としては
ポリフェニレンサルファイドが好ましい。

【００１８】なお、上記の実施例においては、正極材料
として二酸化マンガンを使用したが、これ以外にポリフ
ッ化カーボン、塩化チオニール、二酸化イオウ、クロム
酸銀等を用いた電池にも同様に適用できる。また、負極
を含め活物質、電解液、セパレータなどを変更しても本
発明の効果は何ら損なわれることはない。さらに、前述
した負極にリチウム金属やリチウムの吸蔵・放出が可能
なリチウム合金、カーボン、金属酸化物、ポリアセンな
どを用い、電解液に有機電解液、正極にはリチウムイオ
ンと層間化合物を形成する材料、例えば五酸化バナジウ
ム、五酸化ニオブ、二酸化マンガンなどの金属酸化物
や、リチウムと金属酸化物の複合酸化物、また二硫化チ
タン、二硫化モリブデンなどの硫化物、さらにはポリア
ニリン、ポリアセンなどの導電性高分子などを使用した
充電可能な二次電池についても同様に適用できる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コイン形
の形状で特性が安定し、かつ量産性に優れた１ｍｍ以下
の超薄形の電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における有機電解液電池の縦
断面図である。

【図２】従来のコイン形有機電解液電池の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ケース ２ 封口板 ２ａ 主面 ２ｂ 周縁部 ３ 第１のリング状ガスケット ４ 第２のリング状ガスケット ５ 正極 ６ 負極 ７ セパレータ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の電極端子を兼ねるケース、他方の
   電極端子を兼ねる封口板、および前記ケースと封口板と
   を絶縁するガスケットにより発電要素を密閉してなる偏
   平形電池であって、前記封口板はその主面が外方へ突出
   した凸部および前記主面とほぼ平行に伸びるフラットな
   周縁部を有し、前記周縁部と前記ケースの内底面周縁部
   および前記ケースの内側へ折り曲げた開口端縁部の間に
   第１のリング状ガスケットおよび第２のリング状ガスケ
   ットがそれぞれ挟み込まれた構成を有することを特徴と
   する偏平形電池。
2. 【請求項２】 第２のリング状ガスケットの外径が前記
   封口板の外径よりも大きく、かつ封口板の凸部外周の径
   と第２のリング状ガスケットの内径がほぼ同じである請
   求項１記載の偏平形電池。
3. 【請求項３】 第２のリング状ガスケットの外径と、前
   記封口板の外径の差が２ｍｍ以下である請求項２記載の
   偏平形電池。
4. 【請求項４】 第１および第２のリング状ガスケットが
   ポリフェニレンサルファイドからなる請求項１記載の偏
   平形電池。