JP3167157B2 - コイン形リチウム二次電池の製造方法 - Google Patents

コイン形リチウム二次電池の製造方法

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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はコイン形リチウム二次
電池に関し、特に、保液用の不織布と隔離用の微孔性膜
の2層でセパレータを構成する電池の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】周知のように、コイン形リチウム二次電
池では、皿形の正極缶とこれよりすこし小さな皿形の負
極端子板とを封口ガスケットを介して向かい合わせに組
み合わせることでコイン形の電池ケースが構成される。
二酸化マンガンなどを活物質とする正極は円板形に形成
されて正極缶の内面に圧着されている。リチウムまたは
リチウム合金などを活物質とする負極も円板形に形成さ
れ、負極端子板の内面に圧着されている。この正極と負
極の間にセパレータが挾み込まれ、これらに非水電解液
を含浸させた状態で電池ケースが密封される。
【0003】特にリチウム二次電池の場合、例えば特開
昭61−263043号公報や特開平2−301973
号公報に開示されているように、セパレータを、多量の
電解液を含むことのできる比較的厚い保液用のポリプロ
ピレン不織布と、充放電に伴うデンドライト生成を抑制
して正負極の内部短絡を確実に防止するための隔離用の
比較的薄いポリプロピレン微孔性膜との2層で構成して
いる。保液用の不織布が正極と接し、隔離用の微孔性膜
が負極と接するように2層のセパレータが重ねられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明で取り上げて
いる技術課題は、前記のように2層のセパレータを用い
るコイン形リチウム二次電池を製造する際に、保液用の
不織布と隔離用の微孔性膜とを正しく位置決めして電池
を組み立てる作業性をいかに容易にするかという点であ
る。
【0005】従来の一般的な製造方法では、浅い皿状の
負極端子板の内面中央に円板形負極をほぼ同心に圧着
し、その上に負極端子板の外径よりすこし小さい寸法の
円形の微孔性膜を同心にセットし、さらにその上に負極
の外径よりすこし大きい寸法の円形の不織布を重ねる。
そして負極端子板の周囲に環状の封口ガスケットを嵌合
することで、微孔性膜および不織布の外縁部分を負極端
子板とガスケットとで挾み込むようにして保持する。こ
の負極側の組立品と、負極側よりすこし大きな皿状の正
極缶の内面中央に円板形正極を圧着したものとを向かい
合わせに組み合わせている。
【0006】ここで、不織布セパレータは200μm程
度と比較的厚く、その組立時の取扱性はそれ程悪くない
が、微孔性膜セパレータは25μ程度と極めて薄く、こ
れを負極側組立品に正しく位置決めしてセットするのは
非常に面倒であった。微孔性膜セパレータの素材はポリ
プロピレンのテープであり、負極組立品が流れる組立ラ
インの所定位置にポリプロピレンテープから所定の大き
さの円形の微孔性膜を打ち抜くパンチセットが配置され
ており、このパンチセットで打ち抜かれた微孔性膜をそ
の直下に配置されている負極側組立品上に落下させるよ
うになっている。微孔性膜は前述のように極めて薄くて
柔軟で超軽量であり、また組立ラインの雰囲気は非常に
乾燥しているので、パンチセットから打ち抜かれる微孔
性膜は静電気を帯びやすい。そのためこの微孔性膜を浅
い皿状の負極端子板の負極の上に同心にセットし、微孔
性膜の外周が負極端子板からはみ出ないようにするのは
非常に困難であった。そのため負極端子板に対して微孔
性膜が正しく同心状態にセットされない組立不良品が生
じやすい。
【0007】微孔性膜のセット位置が一方にずれている
と、はみ出した微孔性膜の外縁が電池ケースの封口部分
に必要以上に外側まで挾み込まれてしまい、その部分が
漏液経路になる。微孔性膜のはみ出し量が多いと目視検
査でも解る不良品となるが、それ程極端でなくても封口
部分の外周よりに挾み込まれた微孔性膜が漏液の原因と
なる。また、微孔性膜の寸法を小さくして微孔性膜の有
害なはみ出しを防ぐ対策も考えられるが、そうすると微
孔性膜のセット位置がずれることで、負極の一部が微孔
性膜で覆われなくなってしまい、隔離用の膜としての機
能が損なわれてしまう。
【0008】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、2層のセパレータを正しく
位置決めして電池を組み立てる作業性を改善し、できる
だけ簡単な製造技術により安定した性能のコイン形リチ
ウム二次電池を能率良く生産できるようにすることにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこでこの発明では、以
下の構成と工程に従ってコイン形リチウム二次電池を組
み立てるようにした。
【0010】正極缶の内面中央に円板形正極をほぼ同
心に配置するとともに該正極と該 正極缶の内側面との間
に封口ガスケットを挿入し得る空間を残しながら圧着
し、その上に正極よりすこし大きい径を有する円形の
不織布セパレータをほぼ同心に載置する。前記正極缶
の内径よりすこし小さい径の円形で、前記不織布セパレ
ータより極く薄い微孔性膜セパレータを前記正極缶の内
周をガイドとしてこれに嵌め入れて、前記不織布の上に
ほぼ同心に載置する。外径が前記正極缶の内径とほぼ
等しい外筒部と、内径が前記不織布の径よりすこし小さ
い内筒部と、これらを連結する平板状の中間連結部とを
一体に有する封口ガスケットを前記正極缶の内周に嵌合
し、前記正極の外側にはみ出している前記微孔性膜の外
縁部分を前記封口ガスケット中間連結部と前記正極缶と
の間に挾み込むとともに、前記正極の外側にはみ出して
いる前記不織布の外縁部分を前記封口ガスケット内筒部
の内面で押さえ込む。
【0011】
【作用】前記前記不織布は比較的厚いので、すでに述べ
たように取扱い作業性は比較的容易で、これを正極の上
に正しく位置決めしてセットするのもそれ程困難ではな
い。一方、前記微孔性膜は非常に薄くて取扱いが難しい
が、この発明の方法では、負極端子板よりは深い皿状の
正極缶の筒部がガイドとなるので、微孔性膜を正極缶に
合わせて落下させることで、微孔性膜は正極および不織
布とほぼ同心状態でこれらの上に重なる。この状態で前
記封口ガスケットを正極缶に嵌合すると、微孔性膜の外
縁部分がガスケット中間連結部の下に挾み込まれ、また
不織布の外縁部分はガスケット内筒部の内面で押さえ込
まれ、位置ずれは起きない。
【0012】
【実施例】この発明を適用したCR2016型(外径2
0mm、総高1.6mm)のコイン形リチウム二次電池の製
造工程を図1に従って詳細に説明する。図1(A)に示
すように、外径20mmのステンレス製の正極缶1の内面
中央に、二酸化マンガンを活物質とする直径15.0mm
の円板形正極2を金属ネット集電体を介してほぼ同心の
配置で圧着する。その正極2の上に、厚さ200μm、
直径16.0mmの円形のポリプロピレン不織布3aをほ
ぼ同心に配置する。従って不織布3aの外縁部が正極2
の外周からわずかにはみ出した状態となる。不織布3a
は比較的厚いので、すでに述べたようにその取扱い作業
性は比較的容易で、これを正極2の上に正しく位置決め
してセットするのもそれ程困難ではない。
【0013】次に、正極缶1内の不織布3aの上に隔離
用のポリプロピレン微孔性膜3bをセットする。微孔性
膜3bの厚さは25μmで、前述したパンチセットによ
って直径19.0mmの円形に打ち抜かれ、図1(A)の
ように正極缶1内に落下され、正極2、不織布3aの上
に重なる。微孔性膜3bの直径19.0mmは、正極缶1
の内径よりすこし小さい。従って微孔性膜3bを正極缶
1の内周に嵌め合わせるようにすることで、正極缶1の
筒部をガイドとして微孔性膜3bがほぼ同心状態に正し
くセットされる。また、正極缶1の側壁高さは負極端子
板の総高より高く、微孔性膜3bは正極缶1の深さのほ
ぼ中間位置にセットされるので、微孔性膜3bを正極缶
1からはみ出させずにその内側にセットする作業は非常
に容易である。
【0014】なお電解液としては、プロピレンカーボネ
イトとジメトキシエタンの同量の混合溶媒1リットルに
1モルの割合で過塩素酸リチウムを溶解させたものを用
いる。この電解液を前記の微孔性膜3bを重ねる前に正
極缶1に注液し、不織布3aと正極2に電解液を十分に
含浸させる。
【0015】封口ガスケット4はプラスチック製のリン
グ状の部材であり、外筒部4aと、内筒部4bと、これ
らをつなぐ平板状の中間連結部4cとを一体に有してい
る。外筒部4aの外径は正極缶1の内径とほぼ等しく、
正極缶1の内周にぴったりと嵌合する寸法になってい
る。内筒部4bの内径は15.5mmで、正極2の直径1
5.0mmより大きくてポリプロピレン不織布3aの直径
16.0mmより小さい。
【0016】次に前記の封口ガスケット4を図1(B)
に示すように正極缶1の内周に嵌合する。すると、正極
2の外周側に大きくにはみ出している微孔性膜3bの外
縁部分がガスケット中間連結部4cの下面で押さえ付け
られて、中間連結部4cと正極缶1との間に挾まれる。
また、正極2の外周側にすこしはみ出している不織布3
aの外縁部分が微孔性膜3bを介してガスケット内筒部
4bの先端部分で押さえ付けられ、内筒部4bと正極2
の外周角部分との間に挾まれる。これによって正極2の
上面側全体が不織布3aで確実に被覆された状態にな
り、かつその上が全体的に微孔性膜3bで覆われ、その
微孔性膜3bの外縁部分がガスケット4でしっかりと押
さえられた状態になる。
【0017】一方、図1(C)に示すように、負極端子
板6はステンレス製で浅い皿状に形成されており、その
外径はガスケット外筒部4aの内径にほぼ等しく、これ
を外筒部4aの内周にぴったりと嵌合させる寸法関係に
なっている。リチウム−アルミニウム合金を活物質とす
る負極5は不織布3aと同じ直径16.0mmの円板形に
成形され、負極端子板6の中央内面にほぼ同心に配置さ
れて圧着され、前記の電解液が含浸されている。この負
極5の付いた負極端子板6を(B)図の正極側組立品に
組み合わせて(C)図のように正極缶1の開口端縁部分
を内側へカール加工して電池ケースを密封する。
【0018】この実施例に好適な不織布3aと微孔性膜
3bに好適な材料の仕様を次の表に示す。
【0019】
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、セパレータを構成する2層のうちの隔離用の微
孔性膜を正極缶をガイドとしてその内側に単純に嵌め入
れるようにすることで、この微孔性膜を正しい配置状態
で保液用の不織布の上にセットすることができる。微孔
性膜は非常に薄くて静電気を帯びやすく、その取扱いは
簡単ではないが、この発明の方法を採用することによ
り、電池組立に際してセパレータとしての不織布と微孔
性膜を比較的簡単な製造技術によって正しく位置決めし
てセットする作業を能率よく行うことができ、微孔性膜
の位置がずれて膜の外縁部分の一部が電池ケースの封口
部分に大きくはみ出したり、正極とリチウムの対向面か
ら微孔性膜が外れたりする不良品の発生率が低下し、性
能の揃った高性能なコイン形リチウム二次電池を安価に
量産することができる。
【0021】なお、本発明によって組み立てた電池と、
先に述べた従来の一般的な製造方法にて組み立てた電池
とをそれぞれ300個づつ作り、セパレータ特性に微孔
性膜セパレータの心ずれ不良品の程度を比較調査したと
ころ、本発明品では不良品ゼロであったのに対し、従来
品では39個の不良品が発生した。このように本発明に
よって組み立てた電池の方が非常に良好な結果であるこ
とが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるコイン形リチウム二
次電池の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1 正極缶 2 正極 3a ポリプロピレン不織布 3b ポリプロピレン微孔性膜 4 封口ガスケット 4a 外筒部 4b 内筒部 4c 中間連結部 5 負極 6 負極端子板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北方 雅一 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−75169(JP,A) 特開 平4−355067(JP,A) 特開 昭64−59781(JP,A) 特開 昭60−249247(JP,A) 実開 平1−161565(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 2/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と負極との間に挾み込むセパレータ
    を保液用の不織布と隔離用の微孔性膜の2層で構成する
    コイン形リチウム二次電池について、この電池を以下の
    構成と工程に従って組み立てることを特徴とするコイン
    形リチウム二次電池の製造方法。正極缶の内面中央に
    円板形正極をほぼ同心に配置するとともに該正極と該
    極缶の内側面との間に封口ガスケットを挿入し得る空間
    を残しながら圧着し、その上に正極よりすこし大きい
    径を有する円形の不織布セパレータをほぼ同心に載置す
    る。前記正極缶の内径よりすこし小さい径の円形で、
    前記不織布セパレータより極く薄い微孔性膜セパレータ
    を前記正極缶の内周をガイドとしてこれに嵌め入れて、
    前記不織布の上にほぼ同心に載置する。外径が前記正
    極缶の内径とほぼ等しい外筒部と、内径が前記不織布の
    径よりすこし小さい内筒部と、これらを連結する平板状
    の中間連結部とを一体に有する封口ガスケットを前記正
    極缶の内周に嵌合し、前記正極の外側にはみ出している
    前記微孔性膜の外縁部分を前記封口ガスケット中間連結
    部と前記正極缶との間に挾み込むとともに、前記正極の
    外側にはみ出している前記不織布の外縁部分を前記封口
    ガスケット内筒部の内面で押さえ込む。
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