JP4345912B2 - 扁平形電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極缶と負極缶とを含む電池缶内に、正極合剤が充填されたリング状の台座を収容した扁平形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正極活物質に二酸化マンガンを含む正極を用い、リチウム金属板などからなる負極を使用した扁平形（コイン形）電池はエネルギー密度が高く、小型軽量化が可能なことから小型携帯機器の主電源をはじめとして据え置き型機器のバックアップ用電源など様々な用途に供されている。ところが、この種の電池は、放電にともない正極合剤が膨潤して厚みが増すことから、導電性が低下して放電特性が悪くなるところに問題があった。特に、低温時の特性低下が顕著である。
【０００３】
このような問題に対し、放電時の内部抵抗の増加を抑えるために、電池缶内に正極合剤をこれが充填されるリング状の台座とともにプレス成型して収納した扁平形電池が提案されている（特許文献１）。そこでの台座は、円環状の外周筒壁の下面に正極合剤を受ける帯状の受け部を設け、この受け部に外周筒壁の内部に突出する凸状隆起部を幅方向にわたって打ち出し形成したものとなっている。そして、外周筒壁の下端に有機電解液の出入口を設けた形態を採っている。ここでは、凸状隆起部が正極合剤中に突入して接触している点が注目される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２４９０６５号公報（段落番号０００８、図１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来例では、前出の凸状隆起部の内部への突出量が、受け部の肉厚寸法内での打ち出し形成であるために、どうしても小さい。そのため、正極合剤の台座において、凸状隆起部による前記受け部の厚み方向での正極合剤との導電性が不十分であり、低温時における重負荷放電特性の向上に難がある。とくに車載用途では、−４０℃という極低温における重負荷特性が要求されているところ、かかる要求に応え得る改善策は未だ提案されていない。
【０００６】
そこで本発明の目的は、正極を構成する正極合剤のリング状台座に注目し、正極合剤を受ける台座の底面の受け部の形状に改良を加えることにより、放電にともなって正極合剤が膨潤しても導電性の低下を抑制し、放電末期においても低温重負荷特性に優れる扁平形電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の扁平形電池は、図１に示すごとく正極缶１と負極缶２とを含む電池缶内に、正極合剤１３をこれが充填された導電性金属製の台座１５を介して収容してなる。すなわち、電池缶内に正極合剤１３が台座１５と共に成型されて収容されている。本発明は円形のコイン形電池を予測しているが、電池缶は角形でもよい。
【０００８】
本発明は、かかる扁平形電池において、前記台座１５が、図２（ｃ）に示すごとく環状の外周筒壁１６と、外周筒壁１６の下面において正極合剤１３を受けるために、外周筒壁１６の中心を通って両端が外周筒壁１６の下端につながる帯板状の受け部１７とを含み、前記受け部１７の中間に、前記外周筒壁１６の内部上方に突入する突入片２２が切り起こし形成されていることを特徴とする。台座１５の受け部１７は正極缶１の底面壁３と接触している。
【０００９】
ここでの外周筒壁１６と受け部１７とは一体に形成されている。「切り起こし形成」とは、受け部１７に切れ２１を幅方向に入れて折り曲げ形成したことを意味し、切れと折り曲げの加工とは経時的に行ってもよいし、同時に行ってもよい。この場合の突入片２２は受け部１７に対して直角状に曲げられていてもよい。
【００１０】
前記受け部１７はこれの長手方向中央付近において切り離し、各切り離し端から前記突入片２２・２２をそれぞれ折り曲げ形成してもよいが、図１に示すごとく前記受け部１７の一方の切り離し端側にのみ、前記突入片２２が曲げ形成されていれば足りる。
【００１１】
更に言及すると、前記突入片２２は、前記外周筒壁１６の中央付近において斜め上方に切り起こし形成することができる。受け部１７の上面からの突入片２２の先端の突出高さｈは、前記外周筒壁１６の上下高さＨの少なくとも１／５以上、好ましくは１／３以上、より好ましくは１／２以上に寸法設定することが望まれる。これによれば、台座１５の受け部１７に対する正極合剤１３の導電性が良好に確保される。
【００１２】
また本発明は、前記台座１５が、図３および図４に示すごとく、環状の外周筒壁１６と、外周筒壁１６の下面において正極合剤１３を受けるために、外周筒壁１６の下端から外周筒壁１６の中心に向けて延びる複数本の帯板状の受け部１７とを含み、前記各受け部１７の延出端に、外周筒壁１６の内部上方に突入する突入片２２が折り曲げ形成されていることを特徴とする。この場合の受け部１７は、正極缶１の底面壁３に接触する水平状の受け部本体と突入片２２とを有する図示例の形式に代えて、受け部本体が外周筒壁１６につながる根元側から上向きに傾斜するよう曲げ形成されていてもよい。
【００１３】
【発明の作用効果】
本発明における正極合剤の台座は、外周筒壁の下面に受け部が一体に形成され、この受け部に外周筒壁の内部上方に突入する突入片が曲げ形成されているので、前記突入片の正極合剤への突入量を大きく設定できることになり、その分だけ正極合剤の上下厚み方向での集電効率が高まり、放電末期の正極合剤の膨潤による低温重負荷特性の低下を確実に抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る扁平形電池、更に具体的には円形のコイン形電池の具体例を図面に基づき説明する。
【００１５】
図１において電池缶は、いずれもがスレンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなる下側の正極缶１と上側の負極缶２とからなる。正極缶１は、円形の底面壁３と、底面壁３の外周から上向きに折り曲げ連設した周側壁５とを有する。負極缶２は、円形の上面壁６と、上面壁６の外周から下向きに折り曲げ連設した周側壁７とを有する。
【００１６】
正極缶１内には、正極９が底面壁３の内面に接する状態で収容される。負極缶２内には、リチウム金属板を打ち抜いた負極１０が上面壁６の内面に接する状態で収容される。正極９と負極１０との間には、ポリプロピレン製の不織布からなるセパレータ１１が介在する。
【００１７】
正極缶１内に負極缶２を上方から嵌合した状態で、正極缶１の周側壁５の開口上端部を負極缶２の周側壁７の段付き部にポリプロピレン製の絶縁パッキン１２を介してかしめ加工することにより、電池缶内に発電要素（９・１０）を密閉した状態に封口している。
【００１８】
正極９は、正極合剤１３と、これが充填される導電性金属製のリング状台座１５とを含む。正極合剤１３は、活物質である二酸化マンガンと、導電助剤である黒鉛と、バインダとしてのＰＴＦＥディスバージョンとを９０：７：３の固形分重量比で混合したのち、前記台座１５とともにペレット状にプレス成型した。
【００１９】
電解液の溶媒は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）と１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを１：１（体積比）で、溶質として0.５Ｍ過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）を溶解させたものを使用した。よって外径寸法が、直径２4.０mm、上下高さ５mmのコイン形電池をつくった。
【００２０】
（実施例１） 図１および図２は本発明の実施例１を示しており、前記台座１５は上面が開口する円環状の外周筒壁１６と、外周筒壁１６の下面において外周筒壁１６の中央（中心）を通って両端が外周筒壁１６の下端につながる帯板状の受け部１７とを有する。すなわち、外周筒壁１６の下端に、外周筒壁１６の下端間を架橋する状態で受け部１７を水平状に一体形成する。正極缶１の底面壁３と接触する台座１５の底面側は、受け部１７を残して開口している。
【００２１】
台座１５の具体的な製造に際しては、図２（ａ）示すごとく外周筒壁１６と、これの開口下面を全面的に塞ぐ底壁１９とを有する有底円筒状の一次成形品１５ａを絞り加工でつくる。次に、図２（ｂ）に示すごとく一次成形品１５ａの底壁１９を抜き加工し、円環状の鍔２０と前記受け部１７とを有する二次成形品１５ｂをつくる。ここでの受け部１７の両端は鍔２０に一体につながっている。
【００２２】
そのうえで、二次成形品１５ｂの受け部１７の長手（径）方向の中央付近であって、中央位置から外れた部位に切れ２１を受け部１７の幅方向にわたって入れると同時に、切り離された長尺側の一方の切離端部分２２を外周筒壁１６の内部上方に向けて斜めに折り曲げ形成した。以下、この切離端部分２２を突入片と称する。すなわち、１本の帯板状の受け部１７の長手方向中央部位に突入片２２を切り起こし形成した。その際、突入片２２の先端は台座１５の中心線Ｐ上に位置させた。
【００２３】
これにより、正極合剤１３を台座１５と共にペレット状に成型したとき、突入片２２が正極合剤１３の中央近くの内部に深く埋入された正極９を得た。電池缶に正極９を収容した状態において、台座１５の受け部１７の水平状本体部分が正極缶１の底面壁３に接触するとともに、正極合剤１３が台座１５の受け部１７を除く開口下面２３と、突入片２２を切り起こした後に生じる受け部１７の切り起こし開口２５とを介して正極缶１の底面壁３に接触する。
【００２４】
台座１５は、肉厚0.１mmのステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）でつくり、外周筒壁１６の外径寸法を１8.５mm、受け部１７の幅寸法を5.０mm、外周筒壁１６の上下高さＨを2.７mmとした。突入片２２の先端における突出高さｈ（受け部１７の上面からの高さ）は、2.０mmとした。ここでは、突入片２２の突出高さｈが外周筒壁１６の上下高さＨの１／２以上を優に超えていることが注目されるべきである。
【００２５】
（実施例２） 図３および図４は、本発明の扁平形電池の実施例２を示す。この場合の台座１５は、外周筒壁１６の下端の四等分点位置から、外周筒壁１６の中心Ｐに向けて伸びる４本の帯板状の受け部１７を水平姿勢で一体に形成する。そして、各受け部１７の延出端に、外周筒壁１６の内部上方に傾斜姿勢で突入する突入片２２を折り曲げ形成した。その他の構成は、実施例１と実質的に同じである。
【００２６】
その台座１５の具体的な製造に際しては、図４（ａ）示すごとく外周筒壁１６と、これの開口下面を全面的に塞ぐ底壁１９とを有する有底円筒状の一次成形品１５ａを絞り加工でつくる。次に、図４（ｂ）に示すごとく一次成形品１５ａの底壁１９を抜き加工し、外周筒壁１６の下端につながる円環状の鍔２０と、この鍔２０から中心に向けて放射状に延びる４本の前記受け部１７とを有する二次成形品１５ｂをつくる。
【００２７】
そのうえで、二次成形品１５ｂの各受け部１７の延出端を斜め上方に向けて折り曲げることにより、図４（ｃ）に示すごとく突入片２２を形成した。
【００２８】
これにより、図３に示すごとく正極合剤１３を台座１５と共にペレット状に成型したとき、突入片２２が正極合剤１３の中央近くの内部に深く埋入された正極９を得た。電池缶に正極９を収容した状態において、台座１５の受け部１７の水平状本体部分が正極缶１の底面壁３に接触するとともに、正極合剤１３が台座１５の受け部１７を除く開口下面２３と、突入片２２を曲げ形成した後に生じる開口２５とを介して正極缶１の底面壁３に接触する。
【００２９】
（比較例１） 図５は比較例１を示しており、この場合の台座１５は円形の外周筒壁１６の下端内周に、円環状の前記鍔２０を水平姿勢で一体に折り曲げ形成した。この鍔２０の径寸法は実施例１と同一の1.７mmとし、その他の構成も実施例１と同様にした。ここでは、台座１５の下面に本発明実施例の突入片２２が存在しない点が注目されるべきである。
【００３０】
（試験） 実施例１、実施例２、比較例１の各コイン形電池の初度品（末放電製品）と、７０％放電品（全容量の７０％を放電させたもの）とをそれぞれ５個ずつ用意し、−４０℃の温度雰囲気下に５時間置いたのち、１０ｍＡの電流を0.１秒間流したときの最低放電電圧の平均値を調べた。表１はその結果を示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
上記表１から、−４０℃の極低温においても、本発明実施例１、２の電池は、７０％放電品において、比較例１の電池よりも優れた放電特性を有していることが判る。
【００３３】
先の実施例１、２では、台座１５の一次成形品１５ａの底壁１９を抜き加工するために、鍔２０を設けてこれが残存するようにしたが、この鍔２０は必ずしも要しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の全体の中央縦断面図
【図２】実施例１の台座を示しており、図２（ａ）は一次成形品の縦断面図、図２（ｂ）は二次成形品の平面図、図２（ｃ）は台座の斜視図
【図３】実施例２の全体の中央縦断面図
【図４】実施例２の台座を示しており、図２（ａ）は一次成形品の縦断面図、図２（ｂ）は二次成形品の平面図、図２（ｃ）は台座の斜視図
【図５】比較例１の台座の斜視図
【符号の説明】
１ 正極缶
２ 負極缶
３ 正極缶の底面壁
５ 正極缶の周側壁
６ 負極缶の上面壁
７ 負極缶の周側壁
９ 正極
１０ 負極
１３ 正極合剤
１５ 台座
１６ 台座の外周筒壁
１７ 台座の受け部
２２ 台座の突入片
ｈ 突入片の突出高さ
Ｈ 台座の外周筒壁の上下高さ

Claims (4)

1. 正極缶と負極缶とを含む電池缶内に、正極合剤をこれが充填された導電性金属製の台座を介して収容した扁平形電池において、
   前記台座が、環状の外周筒壁と、前記外周筒壁の下面において前記正極合剤を受けるために、前記外周筒壁の中心を通って両端が前記外周筒壁の下端につながる帯板状の受け部とを含み、
   前記受け部の中間に、前記外周筒壁の内部上方に突入する突入片が切り起こし形成されていることを特徴とする扁平形電池。
2. 前記突入片が、前記外周筒壁の中央付近において斜め上方に切り起こし形成されている請求項１記載の扁平形電池。
3. 正極缶と負極缶とを含む電池缶内に、正極合剤をこれが充填された導電性金属製の台座を介して収容した扁平形電池において、
   前記台座が、環状の外周筒壁と、前記外周筒壁の下面において前記正極合剤を受けるために、前記外周筒壁の下端から前記外周筒壁の中心に向けて延びる複数本の帯板状の受け部とを含み、
   前記各受け部の延出端に、前記外周筒壁の内部上方に突入する突入片が折り曲げ形成されていることを特徴とする扁平形電池。
4. 前記突入片の突出高さ（ｈ）が、前記外周筒壁の上下高さ（Ｈ）の１／５以上に寸法設定されている請求項１から３のいずれかに記載の扁平形電池。

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