JP4899360B2

JP4899360B2 - 扁平形電気化学素子

Info

Publication number: JP4899360B2
Application number: JP2005202740A
Authority: JP
Inventors: 英樹福田; 忠義高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007026690A

Description

本発明は正極と負極とイオン導電性の電解質からなる発電要素を内部に含み、封口板が樹脂製のガスケットを介して正極ケース内に挿入され、正極ケースをかしめることで封口する構造の扁平形電気化学素子において特にそのガスケット形状に関するものである。

近年、携帯電話やＰＤＡ等の小型情報携帯端末機器が急速に普及しており、これらの携帯機器の主電源としてはリチウムイオン二次電池等が多く用いられている。これらの携帯機器において、主電源からの電力供給が停止した場合でも機器内のメモリーや時計機能をバックアップする必要があり、そのためにメモリーバックアップ用電源が用いられている。従来、メモリーバックアップ用電源としてボタン形Ｎｉ−Ｃｄ電池・Ｎｉ−ＭＨ電池等が用いられてきたが高電力密度の要求に答えるため、コイン形やボタン形などの扁平形電池、あるいは扁平形電気二重層コンデンサなどの扁平形電気化学素子が用いられるようになってきた。

従来、扁平形電気化学素子における封口形状は、図１に示すようなに封口板１がガスケット２を介して正極ケース３をかしめることにより封口する構造であり、本構造により構成されている扁平形電気化学素子の代表的なかしめ封口前における構造を図２に示した。

従来のガスケット２の形状は、封口板１とガスケット２との勘合が緩い場合には封口板１がガスケット２から脱落したり、逆に勘合がきつい場合には封口板１の組み込みが不十分となったりするので、ガスケット２と封口板１の勘合状態を良好に保つため、図３に示すように封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側にガスケット円周に沿った形で突起４を設ける構造にしている。その突起４の形状としては、半円状の形状のものが一般的であり、特殊なものでは、図５に示すような三角柱状の形状のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。またそれ以外にも様々な形状の突起も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−０４８２４１号公報特開２００４−３２７２８０号公報

しかしながら、図３のガスケット２の形状では、ガスケット２に封口板１を組み込み、かしめ封口される前にガスケット２と封口板１の寸法バラツキにより、勘合が緩くなり製造ライン上でガスケット２と封口板１が外れる場合があり、これを防止するため、突起４の形状を大きくしてしまうと封口板１の挿入時に突起４の部位で負荷がかかり、ガスケット２が割れてしまうことがあった。

特に近年、これらのメモリーバックアップ用電源に用いられる扁平形電気化学素子は基板に表面実装される際、リフロー時の耐熱性が要求されている。なお、リフロー時の耐熱性とは、クリーム半田が塗布された基板上に電子部品を乗せ、加熱された炉内を通過させて基板上の半田を溶融させ、電子部品を基板に表面実装させる際における耐熱性のことをいう。

そして、図３で示されるガスケット２が、割れた状態で封口され扁平形電気化学素子に組まれた場合、その扁平形電気化学素子がリフロー半田付けのための高温雰囲気に晒されるとガスケット２の割れた部位から漏液が発生してしまうという課題を有していた。

前記課題を解決するために、本発明は、正極と負極と電解質を有する発電素子を封口板と正極ケースとガスケットにより封口してなる扁平形電気化学素子であって、前記ガスケットの封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に配置された３点以上の突起を有することを特徴とする扁平形電気化学素子である。

本発明の扁平形電気化学素子は、封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に配置された３点以上の突起を有するガスケットを用いることにより、封口板とガスケットの嵌め合わせを確実にし、勘合を安定化させつつ、封口板の挿入を容易にし、合わせて突起にかかる負荷を軽減することで、突起におけるガスケット割れを防止し、扁平形電気化学素子に組み立てられた場合のリフロー時の耐熱性も向上する。

本発明は、正極と負極と電解質を有する発電素子を封口板と正極ケースとガスケットにより封口してなる扁平形電気化学素子であって、前記ガスケットの封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に配置された３点以上の突起を有することを特徴とする扁平形電気化学素子であり、封口板とガスケットの嵌め合わせを確実にし、勘合を安定化させつつ同時に封口板の挿入を容易にするとともに、突起にかかる負荷を軽減することで、突起におけるガスケット割れを防止し、扁平形電気化学素子に組み立てられた場合のリフロー時の耐熱性も合わせて向上させることができる。

さらに、前記突起が、ガスケットの封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に同じ高さで配置されたり等間隔で配置されたりすることにより、さらなる信頼性の向上を図ることができる。

またその際、前記ガスケットの材質がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、あるいはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなることを特徴とすると、これは、リフロー時の耐熱性を向上させるが、その反面ガスケットそのものが割れやすいという欠点もある為、突起にかかる負荷を軽減できることは、ガスケット割れを防止する点で特に好ましい。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

（比較例１）
比較例１のガスケットには、封口板外周の折り返し部と近接する部分のガスケット内側に同じ高さで等間隔に突起が配置されているガスケットを用いた。この場合のガスケット材質は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂製で、突起の形状としては、半径０．０３ｍｍの半球状のものとし、突起が１点のものをガスケットＡとした。

（比較例２）
突起が２点である以外は、比較例１と同様に作製したガスケットをガスケットＢとした。

（実施例１）
突起が３点である以外は、比較例１と同様に作製したガスケットをガスケットＣとした。

（実施例２）
突起が４点である以外は、比較例１と同様に作製したガスケットをガスケットＤとした。

（比較例３）
比較例３として封口板外周の折り返し部と近接する部分のガスケット内側にガスケット円周に沿った形で突起を設けること以外は比較例１と同様に作製したガスケットをガスケットＥとした。

これらのガスケットと封口板を組み合わせた後、１ｍの高さからＰタイル上に自然落下させたことにより、ガスケットから封口板が完全に外れた数を調査し、表１に示した。

表１において突起が１点のガスケットＡでは、ガスケットからの封口板の外れが２１個発生しており、突起が２点のガスケットＢでも外れが２個発生した。突起が３点、４点のガスケットＣ、Ｄでは、従来のガスケットＥと同様に外れ数は「０」となった。

言いかえれば、本発明のガスケットを用いれば、ガスケットと封口板の勘合については、従来品と同様の効果が得られ、組立ラインにおける搬送用の外れ防止が予想され、安定した生産が確保されることがわかる。

次にこれらのガスケットを実際に組立ラインで封口板を嵌め合わせ、組立ライン上の封口板の外れ数とガスケットと封口板の嵌め合わせた時のガスケット割れをモニターを用いて目視確認した。

その結果を表２に示した。

表２の結果より、突起点が３点以上のガスケットは、表１の結果と同様に外れの発生がなく、また、従来のガスケットＥで発生していたガスケット割れもなく、今回の発明品は、突起にかかる負荷が軽減したため、ガスケット割れについても大きく改善されたことになる。

次に本発明のガスケットＣ、Ｄを用いて、特にリフロー時の耐熱性が必要とされるメモリーバックアップ用途のコイン形リチウム二次電池の組立を行った。

今回組み立てた電池は、図１に示される構造で、正極の正極活物質にはマンガン酸化物を用い、これに導電剤及び結着剤を加え、正極合剤を調合し、この正極合剤をペレットに加圧成型したものを正極に用いた。また、負極の負極活物質にはリチウムアルミ合金、イオン導電性の有機電解質を含む電解液、そしてガスケットと同じ材質であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂製のセパレータを用いており、電池の大きさとしては、外径４．４ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのものを作製した。

さらに、従来品のガスケットＥについてもガスケット割れの有ったものと無かったもの両方を用い、電池の組立を実施した。

これらの電池をリフロー炉に通し、電池の漏液発生を確認した結果を表３に示す。

尚、リフロー通過時の温度プロファイル図を図７に示した。

表３の結果より、突起点が３点以上のガスケットＣ、Ｄは、リフロー通過後の漏液発生はないが従来のガスケットＥは、ガスケット割れをおこしているものであれば、リフロー通過後に漏液発生につながることがわかる。

本発明にかかるガスケットの封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に３点以上の突起を有するガスケットを用いて組み立てられた扁平形電気化学素子は、封口板とガスケットの嵌め合わせを確実にし、勘合を安定化させることができる為、組立ラインにおける作業性を向上させ、安定した品質で製造することが可能となる。また、同時に封口板の挿入を容易にし、突起にかかる負荷を軽減することで、突起におけるガスケット割れを防止しすることができるので、リフローのような高温環境下に晒され表面実装を行った場合でも液漏れが生じるのを抑制し、耐漏液性を大きく向上させるといった優れた効果を発揮し、高品質の電池を提供することが可能となる為、工業的利用価値は、極めて高い。

本発明における封口後の扁平形電気化学素子断面図本発明における封口前の扁平形電気化学素子断面図従来のガスケットの上面図従来のガスケットの断面図特許文献１におけるガスケットの断面図本発明の実施例におけるガスケットの上面図リフロー半田付け時の扁平形電気化学素子の表面温度を示す図

符号の説明

１封口板
２ガスケット
３正極ケース
４突起
５正極
６負極
７セパレータ

Claims

正極と負極と電解質を有する発電素子を封口板と正極ケースとガスケットにより封口してなる扁平形電気化学素子であって、前記ガスケットの封口板外周の折り返し部と近接する部分の内側に配置された３点以上の突起を有することを特徴とする扁平形電気化学素子。
前記ガスケットの材質がポリフェニレンサルファイド樹脂あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の扁平形電気化学素子。