JP5228526B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の電極を備えた電池に係り、特に組立工程の簡素化対策に関する。

従来より、平板状の正極電極と負極電極とを固体電解質層を挟んで積層した積層体とを有する薄型電池は、一般的な電池構造として知られている。
かかる薄型電池においては、正極電極および負極電極を正極端子，負極端子にそれぞれ電気的に接続するために、正極電極および負極電極から個別に正極リード，負極リードを引き出して、各リードと各端子とをそれぞれ接合する構造を採用するのが一般的である。

たとえば、特許文献１には、積層電極体（集電体）の正極リードおよび負極リードを、ケース部材の上面に設けられた正極の電極端子および負極の電極端子に、ケース内部で溶接により接続することが開示されている（同文献の段落［００１１］参照））。

特開平０６−３３８３０４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、比較的手間のかかる溶接作業が必要であり、溶接作業のためのスペースも確保する必要があるので、電池レイアウトの設計上の制約が大きく、かつ、溶接性を考慮してリードや端子材料を選択する必要があるので、材料上の制約も大きい。そのために、製造コストの削減が困難であるという不具合があった。

本発明の目的は、平板状の電極を有する電池として、製造工程の簡素化が可能で，低コストの電池を提供することにある。

本発明の電池は、ケース本体と蓋部材とによって囲まれる内部空間に、平板状の正極部材，負極部材を電解質層を挟んで収納した電池として、ケース本体上に設けられた正極端子，負極端子の上に、正極リード部材，負極リード部材をそれぞれ載置して、絶縁物を挟んで、蓋部材の一部の上から圧着したものである。

これにより、いわゆるカシメなどのプレス加工で簡単に施される圧着によって、正極リード部材，負極リード部材と、正極端子，負極端子とがそれぞれ機械的にも電気的にも接続される。しかも、蓋部材とリード部材との間に絶縁物を介在させることで、蓋部材から外部に電気が漏れる不具合を回避することができる。その結果、信頼性を維持しつつ、コストの安価な電池が得られる。

上記正極部材，電解質層および負極部材の複数組が積層されていてもよく、その場合には、各正極部材の正極リード部材が共通の正極端子の上に載置され、各負極部材の負極リード部材が共通の負極端子の上に載置されている構造になる。
これにより、ケースの内部空間を少し広くするだけで、電池の蓄電量を増大させることができ、ひいては、より小型化された電池を得ることができる。

特に、蓋部材の圧着部に、下に凸の突出部を形成しておくことにより、圧着の圧力が狭い部分に集中され、確実な接続構造が得られる。

本発明によると、平板状の電極部材を備えた電池において、信頼性を維持しつつ、工程の簡素化によるコストの低減を図ることができる。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る電池Ａの縦断面図である。図２は、実施の形態に係る電池Ａの平面図である。
図１および図２に示すように、電池Ａは、ケース本体であるセラミック製の基板１３と、ケースの蓋部材である金属製のキャップ１５とを備えており、キャップ１５と基板１３とは、接合部２１において、外周に沿って接合され、内部空間Ｒｍが封止されている。そして、基板１３およびキャップ１５によって囲まれる内部空間Ｒｍ内には、所定の電圧を発生させるための蓄電部Ｂが配置されている。

基板１３およびキャップ１５は、平面形状が矩形であり、蓄電部Ｂも、両端を除き、平面形状がほぼ矩形である。そして、電池Ａの全体の寸法は、厚さが０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度で、幅が４ｍｍ〜２０ｍｍ程度で、長さが４ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
基板１３は、アルミナ等のセラミックからなり、厚みは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。キャップ１５は、セラミックとの熱膨張率係数の小さい、つまり、低熱膨張率合金（たとえば、３６Ｎｉ−Ｆｅ合金，３２Ｎｉ−５Ｃｏ−Ｆｅ，２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅなど）が用いられ、厚みは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。
なお、セラミック膜に代えて、樹脂膜などの有機絶縁膜を用いることもできる。

基板１３の両端部には、外部端子である正極端子１１および負極端子１２が設けられている。正極端子１１および負極端子１２は、各々、基板１３の側端部から下面に沿って延びる外部接続部１１ｂ，１２ｂと、基板１３を貫通して内部空間まで延びるスルーホール部１１ｃ，１２ｃと、スルーホール部１１ｃ，１２ｃの上方に設けられた圧着部１１ａ，１２ａとを有している。

また、基板１３の上面には、外周に沿ったリング状のハンダもしくは銀−銅ろう層からなる接合下地層２０が形成されている。
正極端子１１，負極端子１２及び下地接合層２０は、アルミナ等のセラミックからなる基板１３の表面および貫通孔にタングステンペーストを塗布した後、メタライズ処理をすることにより形成されている。

接合部２１は、低熱膨張率合金のリングを、キャップ１５の外周部下面と基板１３の接合下地層２０との間に挟み、キャップ１５外周部−リング−各端子１１，１２間に電流を流すシーム溶接などにより形成され、厚みは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。この接合部２１によって、基板１３とキャップ１５とによって囲まれる内部空間Ｒｍが、真空状態に密封されている。

蓄電部Ｂは、図１下方の２つの拡大図に示すように、各々３つの正極部材１と負極部材２とを固体電解質層３を挟んで交互に積層した構造となっている。正極部材１は、リード部材を兼ねる集電体１ａの両面上に正極１ｂが形成された両面成膜タイプの構造を有しており、負極部材２も、リード部材を兼ねる集電体２ａの両面上に負極２ｂが形成された両面成膜タイプの構造を有している。そして、正極１ｂと負極２ｂの間に固体電解質層３が介在し、正極１ｂに接する集電体１ａと、負極２ｂに接する集電体２ａとから、外部機器に印加する電圧が引き出される構造となっている。

ここで、集電体１ａ，２ａは、ＳＵＳ，Ａｌ，Ｎｉなどの箔により構成され、厚みは１０μｍ程度である。正極１ｂは、ＬｉＭｎＯ_２，ＬｉＣｏＯ_２，ＭｎＯ_２，ＦｅＳ，ＦｅＳ_２などの活物質からなる厚み１０μｍ程度の膜、あるいは、ＬｉＭｎＯ_２，ＬｉＣｏＯ_２，ＭｎＯ_２，ＦｅＳ，ＦｅＳ_２などの活物質を含む塗布膜からなる厚み１００μｍ程度の膜である。負極２ｂは、Ｌｉ金属膜，あるいは、Ｌｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ｍｎ−Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｉ−Ｎ，Ｓｉ−Ｃｏ，Ｓｉ−Ｆｅなどの合金膜や、ＬＴＯ膜（低温酸化シリコン膜），カーボン膜などからなり、厚みは５μｍ未満である。固体電解質層３は、Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｏからなるアモルファス膜もしくは多結晶膜、あるいは、Ｌｉ−Ｐ−Ｏ−Ｎや、Ｌｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_２からなるアモルファス膜もしくは多結晶膜からなり、厚みは５μ〜１０μｍ程度である。

蓄電部Ｂから引き出された各３枚の集電体１ａ，２ａは、各々、各端子１１,１２の圧着部１１ａ，１２ａの上に重ねられている。一方、キャップ１５の両端部には、下方に凸の突出部１５ａが形成されている。
そして、突出部１５ａと各３枚の集電体１ａ，２ａとの間に絶縁シート１７を挟んで、キャップ１５の突出部１５ａ，絶縁シート１７，集電体１ａ，２ａ，端子１１，１２の圧着部１１ａ，１２aが、それぞれ圧着されている。
絶縁シート１７は、ＰＰＳ樹脂，ポリイミド樹脂などからなり、厚みは、１０μｍ〜１ｍｍ程度である。

圧着前における上記キャップ１５の突出部１５ａの先端の曲率半径は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度であり、圧着前における各端子１１，１２の圧着部１１ａ，１２ａの先端の曲率半径は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。そして、圧着時には、面圧０．２ＭＰａ〜０．６ＭＰａになるように、プレス金型により、突出部１５ａ−端子１１，１２間に、高速で加重することにより、圧着を行なっている。

本実施の形態によると、キャップ１５と基板１３との間をカシメなどの簡素な加工によって圧着することにより、リード部材である集電体１ａ，２ａと、端子１１，１２とが機械的にも電気的にも接続される。しかも、単にキャップ１５と集電体１ａ，２ａとを圧着したのでは、キャップ１５から外部に電気が漏れるが、キャップ１５と集電体１ａ，２ａとの間に絶縁シート１７を介在させることで、かかる不具合を回避することができる。その結果、信頼性を維持しつつ、コストの安価な電池が得られる。

（変形例）
図３は、上記実施の形態の変形例に係る電池Ａの平面図である。同図に示すように、本変形例では、基板１３，キャップ１５，および蓄電部Ｂは、円の両側を平坦にした平面形状を有し、いわゆるコイン型電池の一種である。この変形例においても，断面構造は図１に示すとおりである。
本変形例においても、キャップ１５の圧着部１５ａにおいて、カシメなどの簡素な加工によって、リード部材である集電体１ａ，２ａと、各端子１１，１２とが機械的にも電気的にも接続されるので、信頼性を維持しつつ、コストの安価な電池が得られる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態および変形例においては、正極部材１および負極部材２を両面成膜タイプ、つまり集電体１ａ，２ａの両面上に正極１ｂ，負極２ｂをそれぞれ塗布，蒸着等によって形成した構造としたが、本発明は、片面成膜タイプ、つまり集電体の片面側のみに正極又は負極を形成した正極部材および負極部材を備えた電池にも適用することができる。その場合にも、正極と負極との間に固体電解質層が介在することになる。

上記実施の形態では、活物質が固体である固体電解質層３を設けたが、本発明は、ゲル状の活物質を含む電解質層を備えた電池にも適用することができる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の電池は、時計，電卓などの電子機器用の電源として利用することができる。

発明の実施の形態に係る電池の縦断面図である。 実施の形態に係る電池の平面図である。 実施の形態の変形例に係る電池の平面図である。

符号の説明

Ａ 電池
Ｂ 蓄電部
Ｒｍ 内部空間
１ 正極部材
１ａ 集電体（正極リード部材）
１ｂ 正極
２ 負極部材
２ａ 集電体（負極リード部材）
２ｂ 負極
３ 固体電解質層
１１ 正極端子
１１ａ 圧着部
１１ｂ 外部接続部
１１ｃ スルーホール部
１２ 負極端子
１２ａ 圧着部
１２ｂ 外部接続部
１２ｃ スルーホール部
１３ 基板（ケース本体）
１５ キャップ（蓋部材）
１７ 絶縁シート（絶縁物）
１５ａ 突出部
２０ 接合下地層
２１ 接合部

Claims (3)

1. ケース本体と蓋部材とによって囲まれる内部空間に、
   積層された正極および正極リード部材を有する平板状の正極部材と、
   積層された負極および負極リード部材を有する平板状の負極部材と、
   前記正極および負極の間に介設された電解質層と、
   前記ケース本体上に形成された正極端子および負極端子と、
   を配置した電池であって、
   前記正極端子，負極端子の上に、前記正極リード部材，負極リード部材をそれぞれ載置し、前記正極リード部材，負極リード部材の上に絶縁物を載置して、前記蓋部材の一部の上から圧着した１対の圧着部が設けられている、電池。
2. 請求項１記載の電池において、
   前記正極部材，電解質層および負極部材の複数組が積層されており、
   前記各正極部材の正極リード部材は、共通の正極端子の上に載置されており、
   前記各負極部材の負極リード部材は、共通の負極端子の上に載置されている、電池。
3. 請求項１または２記載の電池において、
   前記蓋部材の前記一部には、下に凸の突出部が形成されている、電池。

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