JP4914561B2 - 正極缶及び、ボタン型またはコイン型電気化学セル - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学セルに関するものであり、特に電池缶の形状に関するものである。
ボタン型電池の製造は、打錠成形等で作製された円盤状ペレットの正極とペレット状もしくは粒状の負極合剤及びガスケット、セパレーター、電解液等を正極缶、負極缶に収納して得られた正極ユニット、と負極ユニットを合体し正極缶の開口部周縁を機械的にかしめて密封封止して行われていた。
ボタン型電気化学セルの正極缶は金属の板を絞り加工して製作されており、底面と側面の折曲部には曲面が形成されていた（例えば特許文献１参照）。
特公平７−５４６９８号公報（第１―２項、第１図、第４図）
従来、電池缶は金属板を絞り加工して製造されており、電池缶の折曲部の内側が緩やかな曲面を形成しており、電池缶底部のスペースが狭くなっている。平板状の電極部材を電池缶に入れると、電池缶の折曲部と電極部材が接触したり、折曲部の上に電極部材が乗ることとなる。このため、電池缶のかしめ封止時に応力を加えると、電池缶の折曲部を介して電極部材に応力が加わり正極部材の変形、割れが生じ、電気化学セルの電圧異常、容量不足の原因となっていた。
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
請求項１に記載の発明では、ボタン型またはコイン型電気化学セルに用いられる正極缶であって、前記正極缶は、正極ペレットと接触する部分における折曲部の内側に前記正極缶の円周全体にリング状に形成される溝を有し、前記正極缶の材質がニッケル、銅、チタン、アルミニウム、金、白金のいずれかであり、前記正極缶の表面が炭素、ニッケル、チタン、アルミニウムのいずれかで覆われており、前記溝は、正極缶の外側底面に凸部を形成することなく、肉厚が薄い肉薄部を形成していることを特徴とする正極缶とした。
請求項１に記載の発明では、ボタン型またはコイン型電気化学セルに用いられる正極缶であって、前記正極缶は、正極ペレットと接触する部分における折曲部の内側に前記正極缶の円周全体にリング状に形成される溝を有し、前記正極缶の材質がニッケル、銅、チタン、アルミニウム、金、白金のいずれかであり、前記正極缶の表面が炭素、ニッケル、チタン、アルミニウムのいずれかで覆われており、前記溝は、正極缶の外側底面に凸部を形成することなく、肉厚が薄い肉薄部を形成していることを特徴とする正極缶とした。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の正極缶であって、前記溝は前記正極缶の底面もしくは側面の少なくとも一方に形成されることを特徴とした。
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の正極缶であって、前記溝の側断面がくさび型であることを特徴とした。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の正極缶であって、前記溝の断面の角度が１５度以上９０度未満であることを特徴とした。
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の正極缶であって、前記溝が前記正極缶の底面の円周全体にリング状に形成され、前記溝の幅が０．０１ｍｍから０．１ｍｍであることを特徴とした。
請求項６に記載の発明では、請求項２または５に記載の正極缶であって、前記溝の深さが０．０１ｍｍから０．１５ｍｍであることを特徴とした。
請求項７に記載の発明では、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の正極缶を用いて構成されたボタン型またはコイン型電気化学セルとした。
正極缶の折曲部と正極ペレットが接触しないため、電池缶のかしめ封止時における電極部材の変形や割れが生じなくなり、電気化学セルの電圧異常、容量不足を防止することができる。
特に、正極缶に溝を設けることにより折曲部の内側と正極ペレットが接触することが防止でき電池缶のかしめ封止時における電極部材の変形や割れが生じなくなる。
また、前記正極缶の材質がステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、金、白金、炭素のいずれかであり、前記正極缶の表面が炭素、ニッケル、チタン、アルミニウムのいずれかで覆うことにより、缶の成形性の良さと高い耐腐食性を実現している。
本発明は、ボタン型またはコイン型電気化学セルの正極缶の底面と側面が成す折曲部の形状を改善したものである。本発明に係る電気化学セルの断面図を図１に示す。正極ペレット1と負極ペレット２がセパレーター３によって分離されており、これらの電極ペレットとセパレーターは、正極缶４と負極缶５によって被包されている。正極缶４と負極缶５の間にガスケット６を挟入し、電池缶をかしめることにより封止する。正極缶４は金属の板を絞り加工して製造されており、折曲部７で折り曲げられ底面と側面が形成される。正極缶４の底面にリング状の溝８を設けている。溝８を設けたため、正極缶の折曲部と正極ペレットの接触が防止できる。なお、正極缶の底面に設けられた溝８は、幅が０．０１〜０．１ｍｍ、深さ０．０１〜０．１５ｍｍにすることにより正極部材の変形、割れが改善された。
図３は、従来の電気化学セルの断面図である。正極缶に溝を設けていないため、折曲部と正極ペレットが接触し、正極ペレットの破損や変形の原因となっていた。
図２に、正極缶の側面に断面がくさび型の溝８が設けられた実施例を示す。くさび型の溝を設けることにより、金属板を加工際に折曲部７の内側が曲面となることが防げ、電池缶底部のスペースが狭くならない。くさび型の溝の内角度は９０度未満が効果的である。
また正極缶の材質は特に限定しないが、好ましくはステンレス鋼、ニッケル,銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、白金のいずれかであり、前記正極缶の表面が炭素、ニッケル、チタンのいずれかで覆われている。
なお、正極缶に設けられる溝は実施例で述べた断面形状に限定されず、折曲部の曲面形成が防止でき電池缶底部のスペースが狭くならなければ、どのような断面形状でも良い。
本実施例は正極活物質としてＬｉＴｉＯ 2 、負極活物質としてＳｉＯを用いた。正極は次のようにして作製した。市販のＬｉＴｉＯ 2 を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比ＬｉＴｉＯ 2 ：グラファイト：ポリアクリル酸＝８８：１０：２の割合で混合して正極合剤とし、２ｔｏｎ／ｃｍ 2 で直径６．３ｍｍのペレットに加圧成形した。その正極ペレットを炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて正極缶に接着し一体化した(正極ユニット化)後、２５０℃で８時間減圧加熱乾燥した。負極は次の様にして作製した。市販のＳｉＯを粉砕したものを作用極の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファイトを結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比６０：３０：１０の割合で混合して負極合剤とした。この負極合剤を２ｔｏｎ／ｃｍ 2 で直径４．４ｍｍのペレットに加圧成形したものを用いた。この様にして得られた負極ペレットを炭素を導電フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて負極缶に接着し一体化した(負極ユニット化)後、２５０℃で８時間減圧加熱乾燥した。ガスケットはＰＶＤＦを射出成形により作製した。負極缶の電気絶縁皮層は電気絶縁性樹脂を缶に塗布後、焼き付けを行って作製した。さらに、ペレット上にリチウムフォイルを直径４．１ｍｍに打ち抜いたものを圧着しリチウム−負極ペレット積層電極とした。厚さ０．２５ｍｍのガラス繊維からなる不織物を乾燥後直径５．１ｍｍに打ち抜きセパレーターとした。電解液はプロピレンカーボネートＰＣ：エチレンカーボネート（ＥＣ）：γ−ブチロラクトン（γＢＬ）の体積比１：１：１の混合溶媒に過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ 4 ）を１ｍｏｌ／ｌ溶解した物２８ｍｇ、電池缶内にいれた。正極ユニットと負極ユニット重ねかしめ封口することにより電池を作製した。
表１には、実施例２から５の正極缶の側面に設けた溝の角度を示す。実施例２から５は、くさび型の溝の内角のみを変化させたものであり、他は同一条件下で作成した。
実施例と比較例をそれぞれ６０℃、２０日間保存し、加速の保存劣化特性を調べた。その結果、実施例は、全て寸法、形状とも以上が無く、かつガスケットも均一に挟まれており封止性が良好であった。
一方、比較例１から比較例３については、負極缶が傾いたまま封止されたものや、ガスケットが不均一に挟まれているものがあり封止性が良くなかった。
さらに、電気化学セルを分解して正極ペレットの変形度合いを調べた結果、実施例１から５については内部に異常は無く、正極ペレットの変形や割れは全く見られなかった。
比較例１から３では、正極ペレットの変形や割れが生じており正極缶と正極ペレットが接触していた。
次に、電気化学セルの電圧測定と容量測定を行った。実施例では電圧と容量（２０日後の１回目放電容量４ｍＡｈ以上)に異常は無かった。
しかし、比較例１では電圧不良１２％、容量不足が１５％の割合で異常が生じた。比較例２では電圧不良が２２％、容量不足が２５％の割合で異常が生じた。比較例３では、電圧不良が２８％、容量不足が４０％の割合で生じた。
以上の結果より、正極缶の折曲部が曲面を形成して電池缶底部のスペースが狭くなると正極合剤の傾き、負極缶の傾き、正極合剤の割れ、割れによる正極、負極ショートが生じ電圧不良、電気容量不足が生じていると考えられる。
１ 正極ペレット
２ 負極ペレット
３ セパレーター
４ 正極缶
５ 負極缶
６ ガスケット
７ 折曲部
８ 溝
２ 負極ペレット
３ セパレーター
４ 正極缶
５ 負極缶
６ ガスケット
７ 折曲部
８ 溝
Claims (7)
- ボタン型またはコイン型電気化学セルに用いられる正極缶であって、
前記正極缶は、正極ペレットと接触する部分における折曲部の内側に前記正極缶の円周全体にリング状に形成される溝を有し、
前記正極缶の材質がニッケル、銅、チタン、アルミニウム、金、白金のいずれかであり、
前記正極缶の表面が炭素、ニッケル、チタン、アルミニウムのいずれかで覆われており、
前記溝は、正極缶の外側底面に凸部を形成することなく、肉厚が薄い肉薄部を形成していることを特徴とする正極缶。 - 前記溝は前記正極缶の底面もしくは側面の少なくとも一方に形成されることを特徴とした請求項１に記載の正極缶。
- 前記溝の側断面がくさび型であることを特徴とする請求項１または２に記載の正極缶。
- 前記溝の断面の角度が１５度以上９０度未満であることを特徴とする請求項３に記載の正極缶。
- 前記溝が前記正極缶の底面の円周全体にリング状に形成され、前記溝の幅が０．０１ｍｍから０．１ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の正極缶。
- 前記溝の深さが０．０１ｍｍから０．１５ｍｍであることを特徴とする請求項２または５に記載の正極缶。
- 請求項１から６のいずれか一項に記載の正極缶を用いて構成されたボタン型またはコイン型電気化学セル。
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