JP4983007B2 - 扁平型電池用封口板支持体および扁平型電池 - Google Patents

Description

本発明は正極ケース、負極封口板およびガスケットにより発電要素を密閉した扁平型電池に関するものである。

扁平型リチウム電池は体積あたりのエネルギー密度が高く、また高電圧であるため、エレクトロニクス機器を中心に使用されてきた。近年、携帯電子機器の急速なコードレス化、ポータブル化により、扁平型リチウム電池はその駆動用電源として需要が増大しており、更にこれら携帯電子機器の消費電流増大に伴い、より大容量の電池、加えて長期間安定して使用できる封口部の信頼性も求められている。扁平型リチウム電池では放電容量の向上、封口部の信頼性を向上させる上で、正極ケース、負極封口板、封口板支持体の形状、およびガスケット材質が重要なポイントの一つとなる。

従来の構造を踏襲しながら放電容量が大きく、電池高さの高い（高さ３．０ｍｍ以上）電池を設計するには封口板折り返し部の長さを長くする方法、封口板折り返し部の長さを短く、且つ正極ケースの高さを短くし封口する方法、ガスケット底部厚みを厚くする方法が挙げられる。しかしながらいずれも封口板、ガスケットのデッドスペースが大きく発電活物質の充填量が減少するために体積効率が悪く、放電容量が低下する。

これらの課題を解決するために特許文献１に示されるような対策が施されている。すなわち、図２および図５に示されるような逆ハット状の封口板支持体８を具備しこの逆ハット状の封口板支持体円周部８ａにガスケットおよび封口板開口部を配置せしめ封口するものである。
特開平２−７９３６６号公報

しかしながら特許文献１の方法は封口時に逆ハット状の封口板支持体円周部８ａに力が加わり、封口前に比較して図３に示されるように逆ハット状の封口板支持体円周部８ａが下方へ変形する可能性がある。

近年、より高温下、さらに長期間安定な封口状態を継続するためにガスケット材料が検討されており、ポリプロピレン樹脂へのフィラー添加、またエンジニアリングプラスチック樹脂などが採用されつつある。これらの材料の中には前記ポリプロピレン樹脂等に比較して曲げ強さ、曲げ弾性率が非常に高いものもあり、一例としてポリプロピレン樹脂（ＰＰ）とポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）の曲げ弾性率を比較するとそれぞれ１〜２Ｇｐａ、１０〜２０Ｇｐａであり、ポリフェニレンスルフィド樹脂は非常に圧縮されにくい材料である。これらの材料をガスケットとして用い封口した際には、ガスケット自体が硬く圧縮され難いため、逆ハット状の封口板支持体円周部８ａが図３の様に変形し易く、結果として耐漏液特性、長期信頼性の低下を誘発する。また逆ハット状の封口板支持体８の板厚を厚くし材料の剛性、強度を高めることで封口時の逆ハット状封口板支持体円周部８ａの変形を防止しようとすると、電池内容積に占める逆ハット状封口板支持体８の体積割合が増加するため正極活物質充填量が少なくなり、放電容量が低下する。

前記従来の課題を解決するために、本発明は扁平型電池用封口板支持体であって、前記封口板支持体は内径部と外径部とを有し、また内径部と外径部の高さが等しく、縦断面形状がU字状であることを特徴とする。

本発明によれば、封口板支持体上面部にガスケット底部を配置せしめることにより、封口時の力を十分に受け止める剛性、強度を有すことで、封口時のガスケット底部圧縮量を十分にとることができるとともにバラツキの少ないものとなすことができ、耐漏液性、長期信頼性に優れた電池を提供することが可能となる。

以上の説明の通り、本発明によれば電池高さの高い（高さ３．０ｍｍ以上）扁平型電池において、内径部と外径部とを有し、また内径部と外径部の高さが等しく、その断面形状がU字状である扁平型電池用封口板支持体上面部に、ガスケットを配置せしめることにより、封口時にガスケットの底部圧縮量を十分にとることができ且つバラツキの少ないものとすることができ、耐漏液特性に優れた電池を提供することができる。

本発明は負極と、正極と、電解液と、前記負極と前記正極との間に介在して前記電解液を保持するセパレータからなる発電要素と、封口板と、正極ケースと、前記封口板と前記正極ケースの間に介在されるガスケットと、前記正極ケースと前記ガスケットとの間に介在する封口板支持体とを具備する扁平型電池において、前記封口板支持体は内径部と外径部とを有し、また内径部と外径部の高さが等しく、縦断面形状がU字状であることを特徴とする。

また、前記ガスケット底部が前記封口板支持体上面部に支持され、さらには、封口板支持体の内径部端部及び外径部端部が正極ケース内面に接することを特徴とするものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の実施の形態に係る扁平型電池の断面模式図を図１に示す。正極合剤５と負極リチウム６がセパレータ４を介して対向配置されており、電解液を充填して、封口板支持体上面部７ａにガスケット３を介して負極封口板１を配し、正極ケース２の開口上端部を内方に屈曲させることで封口されており、扁平型の電池に構成されている。封口によって、封口板折り返し部と封口板支持体上面部に介在するガスケット３の底部が圧縮される。

封口板支持体７は内径部と外径部とを有し、また内径部と外径部の高さが等しく、その縦断面形状がU字状であり、封口板支持体７をこの様な形状に加工を施すことにより、封口時に封口板折り返し部を介して作用する下方向への力を封口板支持体上面部７ａで十分に支えることが可能となり、ガスケット３の底部をバラツキ無く均一に圧縮でき、その結果、耐漏液特性が向上する。

（実施例１）
以下の手順に従って、図１に示す構造を有する扁平型リチウム一次電池を作製した。

正極活物質として二酸化マンガンを用い、結着剤として４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用い、さらに導電剤として黒鉛を混合し、得られた混合物を加圧成型することにより、ペレット状の正極合剤５を作製した。負極リチウム６は薄板状の金属リチウムを円盤状に打ち抜き、形成したものである。さらにセパレータ４はポリプロピレンの不織布からなり、負極リチウム６と同様に円形に打ち抜き加工が施されている。電解液は、１，２−ジメトキシエタンとプロピレンカーボネートを１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質として過塩素酸リチウムを０．５ｍｏｌ／ｌの濃度になるよう溶解させ調製した。

負極封口板１、正極ケース２はステンレス鋼を所定の形状に加工したものである。封口板支持体７はステンレス鋼を内径部と外径部および上面部を有する筒形状に深絞りしたものであって、その内径部高さと内径部高さが等しい。一方、これらとともに電池容器を形成するガスケット３は、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）を環状に射出成型されたものを用いた。負極封口板１とガスケット３の接触面、および正極ケース２と封口板支持体７およびガスケット３の接触面には、アスファルトを主成分とする封止剤を塗布した。

正極合剤５と負極リチウム６がセパレータ４を介して対向配置されており、電解液を充填して、封口板支持体上面部７ａにガスケット３を介して負極封口板１を配し、正極ケース２の開口上端部を内方に屈曲させることで封口が施されており、扁平型の電池に構成されている。この形態を有する扁平型二酸化マンガンリチウム一次電池を作製し電池Ａとし
た。なお、電池Ａの直径は２４ｍｍ、高さは７．７ｍｍである。

（実施例２）
ガスケット材質がポリプロピレン樹脂（ＰＰ）であること以外は電池Ａと同様に作製したものを電池Ｂとした。

（比較例１）
封口板支持体の外径部の高さが内径部の高さよりも０．３ｍｍ短いこと以外は電池Ａと同様に作製したものを電池Ｃとした。

（比較例２）
図２に示すような逆ハット状の封口板支持体８を具備し、この封口板支持体円周部８ａにＰＰＳを環状に射出成型したガスケットおよび封口板開口部を配置せしめ封口すること以外は電池Ａと同様に作製したものを電池Ｄとした。

（比較例３）
ガスケット材質がＰＰであること以外は電池Ｄと同様に作製したものを電池Ｅとした。

これらの電池の特性評価として、−１０℃１時間／６０℃１時間、つまり１サイクル２時間の熱衝撃試験を行い、目視により漏液の発生数を確認した。表１に熱衝撃試験での耐漏液特性結果を示す。

電池Ａ〜電池Ｂについて比較すると、表１から明らかなように、ともに熱衝撃試験５００サイクル後でも漏液は発生しなかった。これはＰＰのような柔らかい樹脂は当然のこと、ＰＰＳのような曲げ弾性率の高い、つまり硬く圧縮されにくいガスケットを用いても、封口時の力を十分に封口板支持体上面部で支えることができ、封口後、熱衝撃試験後もバラツキの無いガスケット圧縮がなされたためである。これに対し、電池Ｃでは熱衝撃試験１００サイクル後に漏液が発生した。これら熱衝撃試験評価後の電池を分解し内部構造を確認すると、電池Ａ〜電池Ｂでは封口後でも封口板支持体上面部、および内径部、外径部に変形は見受けられず、ガスケットが十分に圧縮されていたのに対し、電池Ｃでは封口板支持体の外径部が内径部よりも短いために、封口時の力を十分に支えることができず、結果として外径部が下方へ変形しており、ガスケットが十分に圧縮されていなかった。

一方、電池Ｄでは熱衝撃試験後に漏液が発生した。同じように電池を分解し内部構造を確認すると、電池Ｄはガスケット材質がＰＰＳであり曲げ弾性率が非常に高くガスケット自体が圧縮されにくいため、また逆ハット状の封口板支持体円周部で封口時の力を支えることができないため、逆ハット状の封口板支持体円周部が下方へ変形し、適切なガスケット圧縮がなされていなかった。これに対し電池Ｅでは電池Ｄと同じ構造であるにもかかわ
らず熱衝撃試験後の漏液発生数が電池Ｄに比較して少なく、同様に電池を分解し内部構造を確認すると、逆ハット状の封口板支持体円周部の変形度合いは電池Ｄのそれに比較して少なかった。これは電池Ｅのガスケット材質がＰＰであるために曲げ弾性率が電池Ｄのガスケットに比較して低く、封口時の力をガスケットが圧縮されることで吸収し逆ハット状の封口板支持体円周部の変形度合いを電池Ｄより抑制できたためである。

本発明のように電池高さの高い（高さ３．０ｍｍ以上）扁平型電池において、内径部と外径部とを有し、また内径部と外径部の高さが等しく、その断面形状がU字状である扁平型電池用封口板支持体上面部に、ガスケットを配置せしめることにより、封口時にガスケットの底部圧縮量を十分にとることができ且つバラツキの少ないものとすることができ、耐漏液特性に優れた電池を提供することができる

本発明の実施例に係る扁平型リチウム電池の断面図 従来の扁平型リチウム電池の断面図 従来の扁平型リチウム電池の断面図 本発明の封口板支持体の断面図 従来の逆ハット状封口板支持体の断面図

符号の説明

１ 負極封口板
２ 正極ケース
３ ガスケット
４ セパレータ
５ 正極合剤
６ 負極リチウム
７ 封口板支持体
７ａ 封口板支持体上面部
８ 逆ハット状の封口板支持体
８ａ 逆ハット状の封口板支持体円周部

Claims (3)

1. 扁平型電池用封口板支持体であって、内径部と外径部とを有し、前記内径部と外径部の高さが等しく、縦断面形状がU字状である扁平型電池用封口板支持体。
2. 扁平型電池であって、請求項１に記載の扁平型電池用封口板支持体を有し、ガスケットが前記扁平型電池用封口板支持体に支持されている扁平型電池。
3. 扁平型電池であって、請求項１に記載の扁平型電池用封口板支持体と、正極ケースと、負極封口板と、ガスケットと、セパレータと、正極と、負極と、電解液とからなり、前記扁平型電池用封口板支持体の内径部端部及び外径部端部が前記正極ケース内面に接する扁平型電池。