JP4919246B2 - コイン形電池 - Google Patents

Description

本発明は、コイン形二酸化マンガンリチウム電池（ＣＲ電池）などのコイン形電池に関する。

前記コイン形電池にあっては、特許文献１・２に示すごとく、タイヤの空気圧を検出する無線式のタイヤ空気圧センサの電源に使用されることがある。該タイヤ空気圧センサは、車両のタイヤホイールに取り付けられるために、泥水などがかかり易く、また振動や衝撃などの影響を受け易い。

特許文献１では、前記電池をモールド樹脂で被覆してあり、これによって泥水などで電池がショートしたり、振動などでタイヤ空気圧センサから電池が外れたりすることが防止される。

特開平８−１７８７８４号公報（段落番号００２１、図１） 特開２０００−７１７２７号公報（図２）

前記コイン形電池の外面は平滑面になっているために、モールド樹脂が電池の外面から剥離し易い。特に電池缶の外面にニッケルがメッキされている場合、ニッケルにはモールド樹脂が接着し難いため、振動などによってモールド樹脂が電池の外面から容易に剥離するところに問題がある。

そこで本発明の目的は、電池の外面に被覆したモールド樹脂が剥がれ難いコイン形電池を提供することにある。

本発明に係るコイン形電池は、電池缶１の外面をモールド樹脂で被覆した状態で使用される。本発明は、図１に示すごとく、電池缶１の外面の少なくとも一部に、中心線平均粗さ（表面粗さ）Ｒａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠）を２０〜１５０μｍに設定した粗面領域２９が形成される。

ここでの粗面化の手法には、レーザー加工やサンドブラスト加工などによって、電池缶１の外面に溝３０や梨地などの凹凸を形成することが該当する。中心線平均粗さＲａが２０μｍより小さい場合には、振動などでモールド樹脂が剥離することを十分には防止できない。中心線平均粗さＲａが１５０μｍより大きい場合には、電池缶１の強度が過度に低下することなどを招くことになる。

粗面領域２９は、電池缶１の外面の一箇所のみに配する場合と、複数箇所に分散させて配する場合とが含まれる。粗面領域２９の中心線平均粗さＲａは、２０〜１５０μｍの範囲内が好ましく、３０〜１００μｍの範囲内がより好ましい。

具体的には、粗面領域２９は、電池缶１の上面壁１３および底面壁１１の少なくとも一方の外面に平面状に設けた平面領域内に形成されており、粗面領域２９の面積は、平面領域の面積の２５％以上を占めるよう設定されている。粗面領域２９は、電池缶１の正極缶５および負極缶６のいずれか一方の外面のみに配する場合と、正極缶５および負極缶６の双方の外面に配する場合とが含まれる。平面領域は、電池缶１の上面壁１３および底面壁１１の外面の全体を領域にする場合と、上面壁１３および底面壁１１の外面の一部を領域にする場合とが含まれる。粗面領域２９の面積は、モールド樹脂の剥離防止の点から広いほど好ましく、粗面領域２９の面積が平面領域の面積の２５％よりも小さいと、モールド樹脂の剥離を十分には防止できない。

そのうえで粗面領域２９の面積は、１００mm² 以上であることが好ましい。かかる粗面領域２９の粗面は、レーザー加工で形成されている。

本発明によれば、電池缶１の外面に粗面領域２９を形成したので、電池缶１の外面に対するモールド樹脂の接着性が向上する。したがって、タイヤ空気圧センサなどの振動などが激しい機器に組み込んでも、振動などによってモールド樹脂が電池缶１の外面から剥離することを確実に防止できる。

レーザー加工は、サンドブラスト加工などに比べて加工精度を高くできるため、電池缶１の粗面領域２９の粗面をレーザー加工で形成すると、粗面の表面粗さを高精度で設定することができる。

（実施例１） 図面は本発明に係るコイン形電池の実施例を示す。電池缶１は、図２に示すごとく、電池要素２を収容する正極缶５と、ガスケット３と共に正極缶５の開口内縁にかしめ固定されて正極缶５を密封する負極缶６とで構成されていて、全体が扁平なコイン形に形成されている。電池要素２は、円盤形状の正極材７と、円盤形状の負極材９と、両者間に介装されるセパレータ１０とを含む。電池缶１内には、非水電解液が充填される。電池缶１は、外径寸法を２４mm、厚さ寸法を５mmとした。正極缶５および負極缶６の厚さ寸法はそれぞれ0.２mmとした。

正極材７は、平均粒径が５５μｍの二酸化マンガンと、導電助剤としての人造黒鉛とを含んでおり、バインダーとしてのテトラフルオロエチレンを用いる。正極材７の成形用の金型内にステンレス鋼製の円筒形台座Ｄ（図３）を装填し、二酸化マンガンと人造黒鉛とテトラフルオロエチレンとを前記金型内に注入して加圧することにより、前記台座Ｄ内に充填された状態の正極材７が成形される。成形後の正極材７は、直径寸法を１９mm、厚さ寸法を３mmとした。

負極材９は、厚さ寸法が1.０mmの金属リチウム板と、厚さ寸法が６μｍのアルミニウム箔とを積層することで形成した。負極材９の直径寸法は１９mmである。セパレータ１０は、微孔性のポリプロピレンフィルムと、ポリプロピレン製の不織布とを積層することで形成した。

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。

図３に示すごとく、電池組み立て前のブランク状態における正極缶５は、円形の底面壁１１と、底面壁１１の外周から上向きに折り曲げた周側壁１２とを含む深い丸皿状を呈している。負極缶６は、円形の上面壁１３と、上面壁１３の外周から下向きに折り曲げた周側壁１５とを含む浅い丸皿状を呈している。正極缶５および負極缶６は、ステンレス鋼で形成されており、電池缶１の外面側がニッケルでメッキされている。負極缶６の上面壁１３および正極缶５の底面壁１１のうち、少なくとも正極缶５の底面壁１１の外面は平面状に形成してあり、これによって正極缶５の底面壁１１の外面が平面領域になっている。なお、正極缶５での平面領域の直径寸法は２３mmであって、その平面領域の面積は約４１５mm² である。

負極缶６の周側壁１５は、上面壁１３の外周から斜め下方向に段状に張り出す拡径部１６と、拡径部１６に連続して垂直方向に伸びるストレート部１７と、ストレート部１７に連続して上向きに折り返されたシール部１９とを備える。

ガスケット３は、ポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの弾性と絶縁性とに優れたプラスチック材を素材にして、リング状に形成した射出成形品である。ガスケット３は、電池要素２の受け入れを許す中央開口部２０を有する円形リング状のベース部２１と、該ベース部２１の外縁部から上向きに張り出し形成されて、正極缶５の周側壁１２および負極缶６の周側壁１５に挟持される外筒壁２２と、ベース部２１の内縁部から上向きに張り出し形成されて、負極缶６のストレート部１７の内面に当接する内筒壁２３とを備える。同心状に形成した内外筒壁２３・２２間には、負極缶６の周側壁１５の下端部を受け入れる円環状の溝２５が形成されている。

負極缶６の上面壁１３の外面には、図２に示すごとく、ステンレス鋼製の帯板状の負極端子板２６を溶接し、正極缶５の底面壁１１の外面には、ステンレス鋼製の帯板状の正極端子板２７を溶接してある。

電池缶１の平面領域である正極缶５の底面壁１１の外面には、図１に示すごとく、中心線平均粗さ（表面粗さ）Ｒａを１００μｍに設定した粗面領域２９がそれぞれ形成されている。つまり、前記粗面領域２９には、格子縞状に配された微細な粗面化溝３０がそれぞれ形成されており、これによって粗面領域２９が粗面化している。縦方向および横方向の各粗面化溝３０のピッチは、それぞれ１mmとした。各粗面化溝３０は、レーザ加工によって形成される。粗面領域２９の直径寸法は１６mmである。

電池の組み立てに際しては、正極缶５の内部に正極材７などの電池要素２を入れ、正極缶５内に電解液を注入したうえで、負極缶６の周側壁１５にこれの下方からガスケット３を装着して、正極缶５に負極缶６を嵌合する。次いで、正極缶５の周側壁１２の開口上端部１２ａを内方に向けてかしめ加工する。これにて正極缶５の周側壁１２と負極缶６の周側壁１５の拡径部１６、ストレート部１７、シール部１９との間において、ガスケット３を圧縮状態に加圧し、正極缶５を密封状に封口する。

正極缶５の底面壁１１の外面に、レーザ加工で粗面化溝３０をそれぞれ形成したのちに、負極缶６の上面壁１３に負極端子板２６を溶接し、正極缶５の底面壁１１に正極端子板２７を溶接する。なお、正極端子板２７には、粗面領域２９を形成しない。

本発明のコイン形電池をタイヤ空気圧センサなどの機器に装着する場合には、負極端子板２６および正極端子板２７を前記機器の回路に接続したのち、電池をモールド樹脂で被覆する。モールド樹脂としては、絶縁性と柔軟性とを有するポリブタジエン樹脂やシリコン樹脂などが挙げられる。

固化前のモールド樹脂が、電池缶１の外面を覆って各粗面化溝３０内に入り込んで固化することで、モールド樹脂と電池缶１の外面との接触面積が増えて、固化後のモールド樹脂が電池缶１から剥離し難くなる。

（実施例２） 実施例２では、粗面領域２９の中心線平均粗さＲａを５０μｍとした。その他の点は、実施例１と同じにした。

（実施例３） 実施例３では、粗面領域２９の中心線平均粗さＲａを３０μｍとした。その他の点は、実施例１と同じにした。

（実施例４） 実施例４では、粗面領域２９の直径寸法を１２mmとした。その他の点は、実施例１と同じにした。

（比較例１） 比較例１では、粗面領域２９を省略した。その他の点は、実施例１と同じにした。

（比較例２） 比較例２では、粗面領域２９の直径寸法を８mmとした。その他の点は、実施例１と同じにした。

（比較例３） 比較例３では、粗面領域２９の中心線平均粗さＲａを１５μｍとした。その他の点は、実施例１と同じにした。

本発明の実施例１〜４に係る電池と、比較例１〜３の電池とをそれぞれ２０個ずつ用意した。そして、厚さ２mmのポリブタジエン樹脂で各電池の全外周面を被覆したのち、各電池を５０cmの高さから硬質の木板上に１００回ずつ落下させる落下試験を行って、前記ポリブタジエン樹脂の密着状態を確認した。

なお、前記落下試験では、端子板２６・２７を取り付けておらず、正極缶５の底面壁１１の外面である平面領域に粗面領域２９を円形に形成した。実施例１〜３および比較例３の電池では、粗面領域２９の面積は約２０１mm² であり、粗面領域２９は平面領域の面積（約４１５mm² ）の約４８％を占める。実施例４では、粗面領域２９の面積が約１１３mm² であり、粗面領域２９は平面領域の面積の約２７％を占める。比較例２は、粗面領域２９の面積が約５０mm² であり、粗面領域２９は平面領域の面積の約１２％を占める。

表１は、前記落下試験の結果を示す。表１では、電池の一部でもポリブタジエン樹脂が密着しているものを「良品」としており、電池の全ての箇所でポリブタジエン樹脂が剥離しているものを除いた個数を数えた。

表１に示すごとく、実施例１で良品が２０個、実施例２で良品が１９個、実施例２で良品が１８個であって、粗面領域２９の中心線平均粗さＲａが大きくなるに従ってポリブタジエン樹脂がしっかりと密着して、良品が増えることが確認できた。一方、粗面領域２９を設けていない比較例１では全ての電池でポリブタジエン樹脂が剥離し、比較例３では良品が３個しかないことが確認できた。つまり、中心線平均粗さＲａは、２０μｍ以上であることが好ましい。中心線平均粗さＲａを１５０μｍよりも大きくしても電池缶１の強度が低下するだけのため、中心線平均粗さＲａは１５０μｍ以下であることが好ましい。

粗面領域２９が平面領域の面積の２５％以上を占める実施例４では、良品が１８個であってポリブタジエン樹脂がしっかりと密着しているのに対して、比較例３では良品が３個しかない。つまり、粗面領域２９の面積は平面領域の面積の２５％以上を占めることが好ましいことが確認できた。

負極缶６の上面壁１３に負極端子板２６を溶接し、正極缶５の底面壁１１に正極端子板２７を溶接したのちに、レーザ加工で粗面領域２９に粗面化溝３０を形成してもよい。正極缶５の底面壁１１に正極端子板２７を溶接したときには、粗面領域２９は、電池缶１の平面領域から正極端子板２７の溶接領域を除いた外部に露出している領域の面積の２５％以上を占めることが好ましい。

粗面領域２９は、負極缶６の上面壁１３の外面のみに形成してもよく、正極缶５の底面壁１１および負極缶６の上面壁１３の外面にそれぞれ形成してもよい。粗面領域２９は、負極端子板２６や正極端子板２７の外面に形成してもよい。粗面化溝３０の断面形状は、Ｖ字状であってもよいが、Ｕ字状などであってもよい。本発明に係るコイン形電池は、円盤形状に限られず、扁平な四角形や三角形などであってもよい。

本発明に係るコイン形電池の上面図 コイン形電池の縦断側面図 コイン形電池の分解図

符号の説明

１ 電池缶
５ 正極缶
６ 負極缶
２９ 粗面領域
３０ 粗面化溝

Claims (2)

1. 電池缶の外面をモールド樹脂で被覆した状態で使用するためのコイン形電池であって、
   前記電池缶の外面の少なくとも一部に、中心線平均粗さを２０〜１５０μｍに設定した粗面領域が形成されており、
   前記粗面領域が、前記電池缶の上面壁および底面壁の少なくとも一方の外面に平面状に設けた平面領域内に形成されており、
   前記粗面領域の面積が、前記平面領域の面積の２５％以上を占めるよう設定されているコイン形電池。
2. 前記粗面領域の粗面は、レーザー加工で形成されている請求項１記載のコイン形電池。

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