JP3884766B2 - 扁平形非水電解質電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外観形状が扁平な非水電解質材を含む、扁平形非水電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の電池において、使用条件が過酷な高温環境下でも使用できるようにすることが求められており、高温環境下で支障なく使用できる電極材料、電解質等の開発が推進されつつある。高温環境下においては、常温環境では起りえない様々な問題を生じる。そのひとつに、正極缶や負極缶等のケースの膨張変形がある。高温環境下では、電極材どうしの化学反応が促進される結果、電池内部にガスが発生し、その圧力で主として正極缶の底壁が外凸状に膨張する。因みに扁平形の電池の多くは、開口周縁にガスケットが装着された負極缶を、電極材と共に正極缶に装填したうえで、正極缶の開口縁を内向きに折り込んで形成してある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように膨張変形した電池は、外観上の体裁が損なわれるのみに止まらず、致命的な欠陥を生じてしまう。詳しくは、ケースの膨張変形に伴って正極缶と負極缶との封止構造が破壊され、ガスケットによるシール作用が得られなくなって電池の密閉性が低下する。このように、封止構造が破壊されてしまうと、電池内に水分が侵入し、電池の総合的な発電特性が著しく低下するうえ、電池において致命的な欠陥である漏液を生じやすくなる。
【0004】
本発明者等は、高温環境下においてケースが膨張変形した場合にも、正極缶と負極缶との間の封止構造が破壊されるのを防止するために、いくつかの対策を検討し、さらに試作とテストを重ねた。その結果、正極缶の底壁周縁、すなわちガスケットと接する封止壁より内側に外凸状の凹部を設けると、凹部の底壁が膨張変形する場合にも、その影響が封止壁に及ぶのを避けて、高温環境下でも電池を適正に密閉し続けられることを確認した。しかし、以下の新たな問題を生じることが判った。
【0005】
多くの場合、この種の電池は自動組立装置で組み立てるが、得られた電池の外見上は問題ないものの、仕様通りの正常な放電電圧を発揮できない電池が少なからずあることが判った。確認のために不良品の電池を分解してみると、正極材の一部が破壊されていた。因みに、従来の電池においては、電池容量をできるだけ大きくするために、それぞれ円盤状に形成される正極材と負極材との直径寸法をほぼ同径に設定している。つまり、負極缶に形成した負極材用の収容部の大きさによって負極材の直径を決め、これを基準にして正極材の直径を設定しており、改良された電池においても同様の設定としていた。
【0006】
上記の組立不良、すなわち正極材の破損の原因を追求した結果、正極材を正極缶に装填する際に、正極材の周縁が正極缶の底壁に形成した凹部の開口縁に乗りあがることが判った。組立装置で正極材を正極缶に装填する際には、装填位置に多少の位置ずれが生じてしまうのを避けられないが、この位置ずれによって正極材の周縁が凹部の開口縁に乗り上がり、その状態のままで正極缶の開口縁のかしめ処理が行われた結果、正極材の周縁が先の凹部の開口縁に当って破壊されてしまうのである。さらに、使用時には、放電に伴って膨張した正極材が凹部の開口縁に当って変形し、正常な放電特性を発揮できなくなるのである。
【0007】
本発明は、上記のような背景状況下で提案されたものであって、その目的は、高温環境下においてケースが膨張変形した場合にも、正極缶と負極缶との封止構造が破壊されるのを防止でき、しかも電池を組み立てる際に正極材が破壊されるのを確実に防止して、電池生産時の不良発生率を著しく低下させて生産性を向上できる扁平形非水電解質電池を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の扁平形非水電解質電池は、正極缶5と負極缶6、および両缶5・6に収容される正極材2、負極材4、セパレーター3を含み、正極缶5と負極缶6とが両者の周縁間に配置したガスケット7を介して封止してある。正極缶5の底壁の周縁にガスケット7と接当する封止壁10を設け、封止壁10より径方向内側に設けた凹部9に正極材2を収容する。負極缶6の上壁側に設けた収容部13に負極材4を収容する。。かくして、収容部13の内法直径寸法D1と凹部9の内法直径寸法D2との比を、D2/D1=1.01〜1.2に設定したことを特徴とする。
【0009】
正極材2は、正極合剤を加圧成形して円盤状の成形体とし、得られた成形体を300℃の雰囲気中で2時間加熱して固体化して形成する。正極材2の直径寸法は、収容部13の内法直径寸法D1によって規定される負極材4の直径寸法と同じか、これより僅かに小さく設定する。
【0010】
【発明の作用効果】
本発明では、正極缶5の底壁の封止壁10より径方向内側に外凸状の凹部9を設けて、高温環境下において凹部9の底壁を膨張変形させ、膨張変形が封止壁10に及ぶのを防止できるようにした。従って、ケース1が膨張変形する際に、正極缶5と負極缶6との封止構造が破壊されるのを確実に防止して、高温環境において漏液の発生を解消でき、耐熱性に優れた扁平形非水電解質電池を提供できる。さらに、負極缶6の上壁側に設けた収容部13の内法直径寸法D1と、正極缶5の凹部9の内法直径寸法D2との比を、D2/D1=1.01〜1.2に設定して、電池を組み立てる際の正極材2の破損を防止するので、電池生産時の不良発生率を著しく低下して生産性が向上する。D2/D1が1.01未満であると、組み立て時の正極材2の破損を避けることができず、仕様どおりの電池特性を発揮できない。また、D2/D1が1.2を越えると、凹部9の膨張変形の影響が封止壁10にまで及ぶため、正極缶5と負極缶6との間の封止構造が破壊されやすくなり、高温環境下で電池を使用する場合に漏液を生じやすく実用に適さない。
【0011】
固体化した正極材2の直径寸法は、収容部13の内法直径寸法D1によって規定される負極材4の直径寸法を基準にして、負極材4の直径寸法と同じか、これより僅かに小さく設定すると、正極缶5の凹部9の内法直径寸法D2と、正極材2の直径寸法との差を、充分な余裕を含んだ正の値にすることができる。従って、凹部9の内法直径寸法D2と、正極材2の直径寸法とにばらつきがある場合にも、これらのばらつきを吸収して、正極材2を凹部9に対して常に適正に装填でき、組み立て時の正極材2の破損をさらに確実に避けることができる。
【0012】
【実施例】
図1ないし図3は、本発明に係る扁平形非水電解質電池の実施例を示す。図2および図3において扁平形非水電解質電池は、ボタン形のケース1の内部に正極材2、セパレーター3および負極材4などが収容されている。ケース1の直径は24.45mm、全厚は4.85mmである。ケース1は、下半部を占める正極缶5と、上半部を占める負極缶6とからなり、両者5・6の接合部はガスケット7で封止してある。
【0013】
図2に示すように、ブランク状態の正極缶5は、上向きに開口する丸皿状のプレス成形品からなり、その底壁に正極材2を受け止める浅い凹部9を外凸状に形成し、底壁の周縁にガスケット7と接当する封止壁10を設け、封止壁10の周縁に連続して円筒状の周壁11を立ち上げてなる。凹部9を設けることによって、ケース1の膨張変形を凹部9の底壁にのみに止めて、封止壁10が変形するのを防止できる。負極缶6は、下向きに開口する丸皿状のプレス成形品からなり、その上壁側に設けられる負極材4用の収容部13と、収容部13の下端の肩部から外向きに張り出されるフランジ壁14と、フランジ壁14に連続して下向きに突出する封止部15とを一体に備えている。封止部15は、はぜ折りされた内外二重の壁で形成してある。
【0014】
正極材2は、二酸化マンガン(90.5重量部)、黒鉛(5重量部)、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(4重量部)、およびヒドロキシプロピルセルロース(0.5重量部)を混合して正極合剤を調整し、この正極合剤の0.2gを型内へ充填した後、加圧成形して円盤状の成形体とし、さらに成形体を300℃の雰囲気中で2時間加熱して形成する。
【0015】
負極材4は、円盤状に加工された金属リチウムからなり、図1に示すようにその直径寸法は負極缶6に設けた収容部13の内法直径寸法D1より僅かに小さく設定される。なお、凹部9の内法直径寸法D2は、収容部13の内法直径寸法D1より僅かに大きく(1.1倍)設定し、正極材2の直径寸法は、負極材3の直径寸法より僅かに小さく設定した。セパレーター3は、ポリブチレンテレフタレート繊維を素材とする不織布を使用し、そこに非水電解質を含浸させた。非水電解質としては、プロピレンカーボネイトと、1,2−ジメトキシエタンとを体積比1:1で混合した溶媒に、LiClO4 を0.5モル/リットルの割合で溶解した溶液を用いた。ガスケット7は、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体を素材にして、射出成形によって成形した。
【0016】
上記のように構成した電池において、収容部13の内法直径寸法D1を基準にして、凹部9の内法直径寸法D2を種々に変更した正極缶5を用意して、組立工程における不良発生数を比較した。さらに、高温環境下における漏液の有無を試験した。
(比較例1)
底壁に凹部9を有しない従来構造の正極缶を用い、実施例と同様にして扁平形非水電解質電池を100個組み立てた。
(比較例2)
収容部13の内法直径寸法D1と凹部9の内法直径寸法D2との比を1:0.95とした以外は、実施例と同様にして扁平形非水電解質電池を100個組み立てた。
(比較例3)
収容部13の内法直径寸法D1と凹部9の内法直径寸法D2との比を1:1.25とした以外は、実施例と同様にして扁平形非水電解質電池を100個組み立てた。
【0017】
実施例および各比較例で得られた電池を無作為に30個ずつ選択し、これらの電池を加熱炉内に収容し、120℃の雰囲気温度を維持しながら20日間保持した後、炉外へ取出した電池の漏液の有無を目視によって確認した。表1は、その結果と、組立工程における不良発生状況とを示す。
【0018】
【表1】
【0019】
この表1から明らかな通り、実施例で得た電池は、組立工程における不良発生がないばかりか、ケース1の膨張に伴う漏液の発生も皆無であった。比較例1の従来型の電池は、組立工程における不良発生こそなかったものの、30個の供試電池の全てが漏液を生じていた。比較例2の電池は、組立対象となった100個の電池のうち、70個が不良品であった。つまり、仕様どおりの放電特性を発揮できず、その一部を分解してみると正極材2の一部が破損していた。比較例3の電池は、組立工程における不良発生は見られなかったが、耐熱試験によって12個(約4割)の電池に漏液を生じていた。以上の試験結果から、収容部13の内法直径寸法D1と凹部9の内法直径寸法D2との比を、D2/D1=1.01〜1.2の範囲に設定すると、組立工程における不良発生を防止できるうえ、ケース1の膨張に伴う漏液の発生も解消できる電池が得られることが判った。
【0020】
上記の実施例以外に、本発明は、少なくとも正極材2が固形体であって凹部9に装填される電池であれば広く適用できるので、正極材2、負極材4、セパレーターの形成素材や、および非水電解質の成分等は、実施例に限られない。
【図面の簡単な説明】
【図1】部分断面図
【図2】分解断面図
【図3】縦断正面図
【符号の説明】
2 正極材
4 負極材
5 正極缶
6 負極缶
7 ガスケット
9 凹部
10 封止壁
13 負極材の収容部
Claims (2)
- 正極缶5と負極缶6、および両缶5・6に収容される正極材2、負極材4、セパレーター3を含み、正極缶5と負極缶6とが両者の周縁間に配置したガスケット7を介して封止してある電池であって、
正極缶5の底壁の周縁にガスケット7と接当する封止壁10が設けられ、封止壁10より径方向内側に設けた凹部9に正極材2が収容されており、
負極缶6の上壁側に設けた収容部13に負極材4が収容されており、
収容部13の内法直径寸法D1と凹部9の内法直径寸法D2との比が、D2/D1=1.01〜1.2に設定してあることを特徴とする扁平形非水電解質電池。 - 正極材2が、正極合剤を加圧成形して円盤状の成形体とし、得られた成形体を300℃の雰囲気中で2時間加熱して固体化してあり、
正極材2の直径寸法が、収容部13の内法直径寸法D1によって規定される負極材4の直径寸法と同じか、これより僅かに小さく設定してある請求項1記載の扁平形非水電解質電池。
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