JP5158832B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、負極活物質としてリチウム金属またはリチウム合金を用いたリチウム一次電池などの密閉型電池に関する。

前記リチウム一次電池においては、特許文献１に示すごとく、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態で渦巻状に巻回して電極体を形成し、その電極体を電池缶内に収容して蓋で密閉する構造が知られている。

前記リチウム一次電池では、前記蓋に端子取付孔を設けてあり、この端子取付孔に出力端子が絶縁ガスケットを介して貫通状に取り付けられている。そして、集電リードによって出力端子と電極体の正極とが接続されることで、出力端子が正極の電位になっている。一方、電極体の負極は電池缶の内面に接続されていて、電池缶を介して蓋が負極の電位になっている。

この種のリチウム一次電池は、アルカリ電池などと比べて、高エネルギー密度であって長期間の使用ができることから、その需要がますます増えるとともに、その用途も広がっている。

特開平１−２３９７６９号公報（第１図） 特開平５−４１２４８号公報（図１） 特開平５−１０９４３５号公報（図１）

前記リチウム一次電池では、誤って充電されると、本来の放電電流とは逆方向に電流が流れる。また、放電容量が少なくなった古い電池と新品の電池とを混ぜて使用すると、新品の電池から古い電池へ本来の放電電流とは逆方向に電流が流れる。これらの場合、負極の電位となる蓋の内面などに微粒子状のリチウム金属が析出し、このリチウム金属が成長して出力端子に接触し、内部短絡が生じることがある。

前記リチウム金属の析出に起因する内部短絡の防止手段が、特許文献１〜３に開示されている。ところが、特許文献１では、電極体の外周全面および下面周辺部と、電池缶の内面との短絡を絶縁フィルムで防ぐだけである。特許文献２では、リチウム金属がセパレータを乗り越えて正極に短絡することを隔離板で防ぐだけであり、特許文献３では、リチウム金属がセパレータを乗り越えることを絶縁性物質で防ぐだけである。

つまり、特許文献１〜３では、負極の電位となる蓋の内面にリチウム金属が析出することには着目されておらず、蓋の内面に析出したリチウム金属が出力端子に接触して内部短絡することを防止できないところに問題がある。

また、電極体の負極を出力端子に接続し、電極体の正極を電池缶の内面に接続した電池では、出力端子の下部にリチウム金属が析出するため、この電池でも前記リチウム金属によって蓋の内面と出力端子とが内部短絡するおそれがある。

そこで本発明の目的は、蓋の内面や出力端子にリチウム金属が析出しても、そのリチウム金属で蓋と出力端子とが内部短絡することがない密閉型電池を提供することにある。

本発明が対象とする密閉型電池は、図２に示すごとく、上面が開口する有底筒形状の電池缶１と、正極１１と負極１２とを有して電池缶１内に収容される電極体２と、電池缶１の開口上面を塞ぐ蓋３と、正極１１および負極１２のいずれか一方が接続される出力端子７と、蓋３に形成されて出力端子７が絶縁ガスケット６を介して貫通状に取り付けられる端子取付孔９とを含み、出力端子７の下部、および蓋３の内面が電池内に露出している。また、負極１２の負極活物質としては、リチウム金属またはリチウム合金を用いて形成されている。

本発明は、図１に示すごとく、絶縁ガスケット６が、出力端子７を蓋３から絶縁する絶縁部６ａと、絶縁部６ａの下面の周縁から下方へ延びて出力端子７の下部を取り囲む遮蔽部６ｂとを有している。

具体的には、電極体２は、帯状の正極１１と帯状の負極１２との間にセパレータ１３を介在させた状態で巻回して形成してある。

かかる電池において、電極体２の上側に平板状の絶縁板５を配してあり、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂの下端が、絶縁板５に当たることで電極体２の上方への移動を規制するものとすることができる。

絶縁ガスケット６の絶縁部６ａの下側には押さえ板１０を配してあり、出力端子７が、押さえ板１０および絶縁ガスケット６の絶縁部６ａを介して端子取付孔９の周縁に固定されており、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂが、出力端子７の下部および押さえ板１０を取り囲んでいるものとすることができる。

また、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂ内において、図３に示すごとく、出力端子７の下部や押さえ板１０が絶縁材で被覆されているものとすることができる。ここでの絶縁材には、絶縁性塗料２３などが該当し、絶縁材の材料としては、ＵＶ硬化樹脂や、ゴム系樹脂や、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂や、水ガラス（ケイ酸ナトリウム溶液）などが該当する。

本発明によれば、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂが出力端子７の下部を取り囲むので、出力端子７の下部あるいは蓋３の内面にリチウム金属などが析出しても、その析出したリチウム金属などによって出力端子７と蓋３との間で内部短絡が生じることが防がれ、その分だけ電池の信頼性が向上する。

しかも、従来の電池でも使われていた絶縁ガスケット６に遮蔽部６ｂを設けたので、出力端子７の下部を取り囲むための部材を、絶縁ガスケット６とは別に形成して出力端子７や蓋３などに組み付ける必要がない。つまり、電池の組み立てに際して新たな作業を追加しなくても済みながら、前記析出したリチウム金属などによる内部短絡を防ぐことができる。

絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂが電極体２の上方への移動を規制すると、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂを有効利用して、電池を誤って落下させた際の衝撃などで電極体２の正極１１や負極１２が出力端子７や蓋３に接触して短絡することを防止できる。

絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂで出力端子７の下部と共に押さえ板１０を取り囲むと、押さえ板１０と蓋３との間での内部短絡も防止できて、この点でも電池の信頼性が向上する。

出力端子７の下部や押さえ板１０を絶縁材で被覆すると、前記析出したリチウム金属などによる内部短絡を確実に防止できる。しかも、例えば、出力端子７、絶縁ガスケット６および押さえ板１０を蓋３に取り付けたのち、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂが上側となる上下逆向きの姿勢にして、絶縁材を遮蔽部６ｂ内に流し込んで半固体状あるいは固体状に固化させるだけで、出力端子７の下部や押さえ板１０を絶縁材で被覆できるため、その被覆作業を容易に行うことができる。

（実施例１） 図１と図２とは、本発明が対象とする密閉型電池の実施例１を示し、図２に示すごとく、上面が開口する有底円筒形状の電池缶１と、電池缶１内に収容される電極体２および非水電解液と、電池缶１の開口上面を塞ぐ円形状の蓋３と、電極体２の上側に配される平板状の上部絶縁板５とを含む。電池缶１および蓋３は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）などで形成される。前記電池は、外径寸法が１７mm、高さ寸法が４５mmである。

蓋３の中央には、図１に示すごとく、出力端子７が絶縁ガスケット６を介して貫通状に取り付けられる端子取付孔９が形成される。蓋３の外周縁が電池缶１の開口内周面にレーザーでシーム溶接されることで、電池缶１と蓋３とが導通する。

絶縁ガスケット６は、端子取付孔９の内側および上下の周縁部に位置して出力端子７を蓋３から絶縁する絶縁部６ａと、絶縁部６ａの下面の周縁から下方へ延びて出力端子７の下部を取り囲む遮蔽部６ｂとを有する。絶縁ガスケット６の絶縁部６ａの下側には押さえ板１０が配されており、遮蔽部６ｂは、出力端子７の下部および押さえ板１０を取り囲んでいる。

出力端子７を上下にかしめることで、出力端子７が、押さえ板１０および絶縁ガスケット６の絶縁部６ａを介して蓋３の端子取付孔９の周縁に取り付け固定される。この状態では、出力端子７の下部が電池内に露出している。

電極体２は、電極としての帯状の正極１１と帯状の負極１２とを有しており、正極１１と負極１２との間に帯状のセパレータ１３を介在させた状態で渦巻状に巻回して形成される。セパレータ１３は、ポリプロピレン樹脂製の微多孔性薄膜フィルムからなる。

正極１１は、網状ステンレス箔製の正極集電体１１ａの裏表両面に正極剤が配されることで形成される。正極剤は、正極活物質としての二酸化マンガンと、バインダーと、カーボンブラックなどを含有する。負極１２は、銅箔製の負極集電体１２ａの裏表両面に負極活物質としてのリチウム金属またはリチウム合金が配されることで形成される。正極１１からは、薄板状の正極集電リード１５が導出されており、負極１２からは、薄板状の負極集電リード１６が導出される。

蓋３の外周寄りには、開裂ベント１７が形成されており、電池内圧が異常上昇したときに開裂ベント１７が開裂して電池内圧を解放する。蓋３には、電池缶１内に電解液を注入するための注液孔１９が形成されており、電解液の注入後の注液孔１９に栓２０が配されてレーザーでシーム溶接される。

前記かしめ加工後の出力端子７の下端面７ａには、図１に示すごとく正極集電リード１５が溶接されて接続される。負極集電リード１６は、電池缶１の内周上端部に溶接されて接続される。これによって、出力端子７が正極の電位になり、電池缶１および蓋３が負極の電位になる。負極集電リード１６は、蓋３の内面に溶接してもよい。電極体２は、その外周面がセパレータ１３で巻回されるよう形成される。

絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂの下端は、図１に示すごとく上部絶縁板５の上面に当たるようになっており、これによって電極体２が上方へ移動することが規制される。つまり、出力端子７を下にした状態で電池を誤って落下させても、電極体２が上部絶縁板５を介して絶縁ガスケット６で受け止められて、電極体２の正極１１が蓋３などに接触したり、電極体２の負極１２が出力端子７などに接触したりすることが防がれる。なお、遮蔽部６ｂの下端と上部絶縁板５の上面との間に隙間があってもよい。

非水電解液は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やジメチルエーテル（ＤＭＥ）などを含有する有機溶剤からなる。上部絶縁板５は、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などからなり、厚さ寸法が0.１mmである。絶縁ガスケット６は、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などからなる。押さえ板１０は、ステンレス鋼でリング状に形成される。本発明に係る電池は、電池缶１が有底角筒形状などであってもよい。電池缶１の底部には、図２に示すごとく、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などからなる下部絶縁板２１が配される。

電池の組み立てに際しては、蓋３に対し、前述のように出力端子７、絶縁ガスケット６および押さえ板１０を取り付けておき、下部絶縁板２１、電極体２および上部絶縁板５を電池缶１内に収容したのちに、正極集電リード１５を出力端子７の下端面７ａに、負極集電リード１６を電池缶１の内周面にそれぞれ前述の要領で溶接する。

次いで、蓋３を電池缶１に前述の要領で溶接し、注液孔１９から電解液を注入したのちに、注液孔１９を栓２０で塞いで溶接することで電池が完成する。

この状態で、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂによって出力端子７の下部と押さえ板１０と正極集電リード１５とが取り囲まれているので、蓋３の内面にリチウム金属が析出しても、そのリチウム金属が出力端子７や押さえ板１０や正極集電リード１５に接触することが低減される。

（実施例２） 図３は、本発明が対象とする密閉型電池の実施例２を示している。実施例２では、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂ内において露出する出力端子７の下部と押さえ板１０と正極集電リード１５の上部とが、絶縁性塗料（絶縁材）２３で被覆される。絶縁性塗料２３の材料としては、ＵＶ硬化樹脂や、ゴム系樹脂や、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂や、水ガラス（ケイ酸ナトリウム溶液）などの前記電解液に対して耐性を有する絶縁材が設定される。

前記絶縁性塗料２３による被覆方法としては、例えば、前述のように出力端子７、絶縁ガスケット６および押さえ板１０を蓋３に取り付けたのち、絶縁ガスケット６の遮蔽部６ｂが上側となる上下逆向きの姿勢にして、絶縁性塗料２３を遮蔽部６ｂの開口から遮蔽部６ｂ内に流し込んで半固体状あるいは固体状に固化させることになる。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

本発明の実施例１に係る密閉型電池の要部の拡大縦断正面図 密閉型電池の全体の縦断正面図 本発明の実施例２に係る密閉型電池の要部の拡大縦断正面図

符号の説明

１ 電池缶
２ 電極体
３ 蓋
５ 上部絶縁板
６ 絶縁ガスケット
６ａ 絶縁部
６ｂ 遮蔽部
７ 出力端子
９ 端子取付孔
１０ 押さえ板
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
２３ 絶縁性塗料

Claims (4)

1. 上面が開口する有底筒形状の電池缶と、正極と負極とを有して前記電池缶内に収容される電極体と、前記電池缶の開口上面を塞ぐ蓋と、前記正極および前記負極のいずれか一方が接続される出力端子と、前記蓋に形成されて前記出力端子が絶縁ガスケットを介して貫通状に取り付けられる端子取付孔とを含み、前記出力端子の下部、および前記蓋の内面が電池内に露出しており、前記負極の負極活物質としては、リチウム金属またはリチウム合金を用いた密閉型電池において、
   前記絶縁ガスケットは、前記出力端子を前記蓋から絶縁する絶縁部と、前記絶縁部の下面の周縁から下方へ延びて前記出力端子の下部を取り囲む遮蔽部とを有することを特徴とする密閉型電池。
2. 前記電極体の上側に平板状の絶縁板を配してあり、
   前記絶縁ガスケットの前記遮蔽部の下端が、前記絶縁板に当たることで前記電極体の上方への移動を規制する請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記絶縁ガスケットの前記絶縁部の下側に押さえ板を配してあり、
   前記出力端子が、前記押さえ板および前記絶縁ガスケットの前記絶縁部を介して前記端子取付孔の周縁に固定されており、
   前記絶縁ガスケットの前記遮蔽部が、前記出力端子の下部および前記押さえ板を取り囲んでいる請求項１又は２記載の密閉型電池。
4. 前記絶縁ガスケットの前記遮蔽部内において、前記出力端子の下部が絶縁材で被覆されている請求項１又は２又は３記載の密閉型電池。

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