JP4164583B2

JP4164583B2 - 扁平形電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP4164583B2
Application number: JP2002165862A
Authority: JP
Inventors: 隆加藤
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004014291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形電池及びその製造方法に係わり、特に一方の電極端子を兼ねる金属製ケースと他方の電極端子を兼ねる金属製封口板を絶縁ガスケットを介して嵌合し、カシメ加工を施すことにより封口される扁平形電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、扁平形電池としては一般にコイン形が主流であり、その密封構造は加圧によるカシメ封口によるものである。コイン形の場合、封口部が同一円周上に位置するため、密閉性のバラツキが少なくカシメ加工が比較的に容易にできるという特徴がある。しかし、外周形状に直線部を擁する角形、或いは小判形を現状のコイン形構造で構成し、密封構造もコイン形同様、加圧によるカシメ加工で封口した場合、円弧部はコイン形と同様の密封構造が保てるが、直線部はカシメ加工した金属製ケースのカシメ部のスプリングバックが大きく、密閉性が保てないという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点を解決するためになされたもので、その課題は封口部の構成、特に絶縁ガスケット及びカシメ加工を施す金属製ケースの構造を改良することによりコイン形と同等の密閉性を保持できる角形あるいは小判形扁平形電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カシメ加工前の金属製ケース及び絶縁ガスケットの四辺の形状を外方に湾曲するように湾曲部を形成するとともに、前記湾曲部の湾曲形状の頂点が金属製ケース幅寸法のほぼ中央部に位置する金属製ケースをカシメ加工により封口する扁平形電池であって、
カシメ加工後の前記扁平型電池は、一方の電極端子を兼ねる金属製ケースと他方の電極端子を兼ねる金属製封口板を絶縁ガスケットを介して嵌合し、その内部に少なくとも正極、負極、セパレータ、電解質からなる発電要素を内包し、前記カシメ加工した金属製ケースの四辺が直線部を形成するとともに各辺の終端部が略円弧によって結ばれていることで、電池の密閉性を高め、信頼性に優れた扁平形電池を提供することができる。
また、前記湾曲部の湾曲形状の大きさを表す湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）は０．００３〜０．０１の範囲が好ましい。
更に、金属製ケースの底部は直線形状をなし、底部からのケース側面の立ち上がりは湾曲形状を形成する開口端に向かって徐々に広がる形状のものが好ましい。
【０００５】
また、本発明は、前記扁平形電池の製造方法において、カシメ加工前の金属製ケース及び絶縁ガスケットの四辺の形状を外方に湾曲部を形成するとともに、前記湾曲部の湾曲形状の頂点が金属製ケース幅寸法のほぼ中央部に位置するように湾曲し、次に金属製ケースをカシメ加工により封口することにより、前記扁平形電池の金属製ケースの四辺が直線部を形成するとともに各辺の終端部が略円弧によって結ばれているように形成している。
【０００６】
また、金属製ケースの湾曲部と隣接する絶縁ガスケットの外面形状は金属製ケースとのクリアランスを０〜０．０８ｍｍとし、金属ケースと同様に湾曲形状を形成している。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の扁平形電池の断面図である。図に示すように、本実施例１の扁平形電池は正極４と負極６の間にセパレータ５を介し、渦巻き状に捲回された電極群を、外方に湾曲するように湾曲部を形成した金属製ケース３内に収納しガスケット２を介して金属製封口板１を載置し、金属製封口板１と金属製ケース３をガスケット２を介してカシメ加工して金属製封口板１と金属製ケース３を封口したものである。
【０００８】
次に、本実施例１の扁平形電池の製造方法について説明する。
まず、ＬｉＣｏＯ₂ １００質量部に対し、導電材としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５質量部加え、Ｎ‐メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を作成した。次に、この正極合剤を正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の片面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、アルミ箔表面に正極作用物質含有層を形成した。以後、正極作用物質含有の塗膜厚さが０．１５ｍｍとなるまで塗工、乾燥を繰り返し、両面塗工正極を作製した。
【０００９】
次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、アルミ層を剥き出して通電部とし、幅１９ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍに切り出して正極板を作製した。
【００１０】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースをそれぞれ２．５質量部添加し、イオン交換水で希釈、混合しスラリー状の負極合剤を作成した。そして、この負極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層の厚さが０．１５ｍｍとなるように塗工、乾燥を繰り返し実施して両面塗工負極を作製した。
【００１１】
次に、この負極集電体の片面の端から２３ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、銅層を剥き出して通電部とし、幅２０ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍに切り出して負極板を作製した。
【００１２】
次に、正負極通電部面を外周巻き終わり側とし、これら正極４と負極６の間に厚さ２５μのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ５を介し、渦巻き状に捲回した後、扁平形電池の扁平面に対して水平方向に正負極対向部を持つように一定方向に、かつ、捲回電極の中心部の空間がなくなるまで加圧し、電極群を作製した。
【００１３】
次に、この作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、厚さ０．０３ｍｍのステンレス製の金属ネットと一体化し、絶縁ガスケット２と嵌合した金属製封口板１の内底面に電極群の片面塗工負極板の未塗工側が金属ネットに接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめた非水電解質を注液した。
【００１４】
次に、金属製ケース３を嵌合し、上下反転後、金属製ケース３にカシメ加工を施して封口し、図２に示す厚さ３．２ｍｍ、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、コーナーＲ６ｍｍの角形の扁平形非水電解質二次電池を作製した。
【００１５】
更に、図３ないし図６を参照して本実施例１のカシメ工程前の金属製ケースと絶縁ガスケットの形状について説明する。
図３及び図５はそれぞれカシメ工程前の扁平形電池の平面図及びカシメ部の部分断面図、図４は金属製ケースの外周形状図である。図３のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの面は外方にわずかに湾曲するように湾曲部が形成されている。それぞれの湾曲部の湾曲形状の頂点は金属製ケース幅寸法のほぼ中央部に位置し、該湾曲形状の大きさを表す湾曲比Ｗ２（湾曲頂点高さＷ１／金属製ケース幅寸法Ｗ）は０．００６にしている。
【００１６】
そして、金属製ケース３の底部は４辺の直線形状からなり、各辺の終端部は円弧で結ばれている。また、底部からの側面の立ち上がりは湾曲形状を形成する開口端に向かって徐々に広がる形状をなしている。
【００１７】
一方、金属製ケース３の湾曲部と隣接する絶縁ガスケット２の外面形状は金属製ケース３とのクリアランスを０〜０．０８ｍｍとし、金属製ケース３と同様に湾曲形状を形成している。
【００１８】
（実施例２）
金属製ケース３の湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）を０．００３にした以外は実施例１と同様に電池を作製した。
【００１９】
（実施例３）
金属製ケース３の湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）を０．０１にした以外は実施例１と同様に電池を作製した。
【００２０】
（比較例１）
金属製ケース３の湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）を０．００２にした以外は実施例１と同様に電池を作製した。
【００２１】
（比較例２）
金属製ケース３の湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）を０．０１２にした以外は実施例１と同様に電池を作製した。
【００２２】
（比較例３）
金属製ケース３は開口端から底面部まで湾曲形状を構成しており、その湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）を０．００６にした以外は実施例１と同様に電池を作製した。
【００２３】
（比較例４）
図６に示したように、基本的に現状のコイン形構造に最も近い構造をしており、金属製ケース３の底部は４辺の直線形状からなり、各辺の終端部は円弧で結ばれている。底部からの側面の立ち上がりは開口端に向かってほぼ垂直形状で構成した以外は実施例１と同様に電池を作製した。
尚、上記実施例及び比較例の作製に使用したカシメ型はいずれも共通のものである。
【００２４】
上記したように作製した本実施例及び比較例の電池各１０個の外形寸法を測定し、更に１００個の変形、歪みを確認後４．２Ｖ、１０ｍＡの定電流電圧で４８ｈ初充電をし、６０℃−９３％の雰囲気中３０日間貯蔵後においての電解液の漏液個数を確認し、その結果を表１に示す。なお、表１には電池カシメ加工後の外形寸法、電池の歪み及び変形、漏液の発生率を示した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から明らかなように、湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）が０．０１を超えるとカシメ加工時、金属製ケースの歪み、変形が発生する。一方、実施例１と同じ湾曲比の比較例３においては、湾曲形状が金属製ケースの高さ方向全域で形成されているため、カシメ時ケース底部の圧縮率が高く、ケース底面の凹凸変形に繋がっている。
【００２７】
又、比較例１が示すように湾曲比（湾曲頂点高さ／金属製ケース幅寸法）が０．００３未満では絶縁ガスケットの圧縮が不十分であり、それが起因して耐漏液特性も十分とはいえない。
【００２８】
本発明の実施例１，２，３の各電池は比較例の各電池と比べて電池の歪み、変形、電解液の漏液が見られない。
なお、上記各実施例は非水電解質に非水溶媒を用いた扁平形非水溶媒二次電池を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、カシメ加工した外周形状が、少なくとも二辺の直線部と各辺の終端部とが略円弧によって結ばれている扁平形電池であれば、電池の種類には関係なく、本発明と同様に適用可能である。また、正負極電極を入れ替え、金属製ケースが負極、金属製封口板が正極を形成する構成の扁平形電池でも本発明と同様にカシメ加工により封口し密封構造とすることが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外周形状が少なくとも二辺の直線部と各辺の終端部とが略円弧によって結ばれている扁平形電池において、封口部の構成、特に絶縁ガスケット及び金属製ケースの構造を改良することにより、耐漏液性に優れ、コイン形と同等の密閉性を保持した耐扁平形電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である扁平形非水電解質二次電池の概略断面図。
【図２】本発明の一実施例である扁平形非水電解質二次電池の概略外観図。
【図３】本発明の一実施例である扁平形電池のカシメ工程前の概略平面図。
【図４】本発明の一実施例である扁平形非水電解質二次電池の金属製ケース外周概略形状図。
【図５】図３のａ部の概略断面図。
【図６】比較例４の扁平形電池のカシメ工程前のカシメ部の概略断面図。
【符号の説明】
１…金属製封口板、２…絶縁ガスケット、３…金属製ケース、４…正極、５…セパレータ、６…負極、Ｗ…金属製ケース幅寸法、Ｗ１…湾曲頂点高さ。

Claims

カシメ加工前の金属製ケース及び絶縁ガスケットの四辺の形状を外方に湾曲するように湾曲部を形成するとともに、前記湾曲部の湾曲形状の頂点が金属製ケース幅寸法のほぼ中央部に位置する金属製ケースをカシメ加工により封口する扁平形電池であって、
カシメ加工後の前記扁平型電池は、一方の電極端子を兼ねる金属製ケースと他方の電極端子を兼ねる金属製封口板を絶縁ガスケットを介して嵌合し、その内部に少なくとも正極、負極、セパレータ、電解質からなる発電要素を内包し、前記カシメ加工した金属製ケースの四辺が直線部を形成するとともに各辺の終端部が略円弧によって結ばれていることを特徴とする扁平形電池。
前記湾曲部の湾曲比を０．００３〜０．０１の範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の扁平形電池。
請求項１又は２記載の扁平形電池の製造方法において、カシメ加工前の金属製ケース及び絶縁ガスケットの四辺の形状を外方に湾曲部を形成するとともに、前記湾曲部の湾曲形状の頂点が金属製ケース幅寸法のほぼ中央部に位置するように湾曲し、次に金属製ケースをカシメ加工により封口することにより、前記扁平形電池の金属製ケースの四辺が直線部を形成するとともに各辺の終端部が略円弧によって結ばれているように形成したことを特徴とする扁平形電池の製造方法。