JP5305315B2 - 扁平形電池 - Google Patents

Description

本発明は、ボタン型電池やコイン型電池等の扁平形電池に関するものである。

前記扁平形電池は、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に使用されることがある。そのタイヤ空気圧センサは、車両のタイヤホイール等に取り付けられるために、扁平形電池は加速度や振動等の影響を受け易くなっている。

その扁平形電池は、例えば特許文献１〜５に示すように、電極材としての正極材と負極材とをセパレータを挟んで対向させた状態で、その電極材を正極缶と負極缶とを有する電池缶内に収容してある。その正極材は、粉末状の二酸化マンガン等を含有する正極合剤を加圧成形する等によって作製してあって脆くなっており、正極材を電池缶の正極缶の内面に導電性接着剤等で固定することは困難である。そのため、正極材は、正極缶の内面に置いた状態で電池缶内に収容されている。

それに伴って、正極材が加速度や振動等によって動くことがあり、その場合には正極材が負極材との適正な対向位置からずれてしまって発電量が低下する。また、正極材が、電池缶の内面や、正極缶と負極缶との間を封止するガスケット等に衝突して破損する等のおそれがある。

特許文献１〜５の扁平形電池では、正極缶の底面にばね等を配置して、そのばね等によって正極材を負極材側に押し付けてある。特許文献１〜５の扁平形電池でも、加速度や振動等による正極材の動きを低減することが可能である。

特開平３−２２３４６号公報（第１図） 特開昭６１−１３３５７１号公報（第１−２図） 特開昭６３−１７５３４５号公報（第１図） 特公平６−７９４３号公報（第３図） 特公昭６３−６９８４号公報（第２図）

ところが、ばね等によって正極材を負極材側に押し付けた程度では、加速度や振動等による正極材の動きを確実に抑えることができないところに問題がある。

そこで本発明の目的は、電極材が振動等によって動くことを確実に抑えることができる扁平形電池を提供することにある。

本発明に係る扁平形電池は、円盤状の正・負極材６・７と、これら正・負極材６・７の間に介在されて前記正極材６の周側面をカバーするセパレータ９とを発電要素とし、前記発電要素を収容する電池缶１０は、円形の底面壁の外周から周側壁を上向きに曲げた金属製の正極缶１と、円形の上面壁の外周から周側壁を下向きに曲げた金属製の負極缶２とからなる。前記負極缶２の前記周側壁に前記底面壁に接触する状態で装着されたガスケット３を介して、前記正極缶１の前記周側壁の開口上端部分を内向きにかしめ加工することで、前記電池缶１０が構成されている。前記正極材６の外径寸法は、前記電池缶１０の内径寸法よりも小さく設定されていて、該正極材６の外周面は該電池缶１０の内周面と所定間隔を置いて配置されている。前記正極缶１の前記底面壁の上面には、電池内方に向かって延びる突起２０が設けられている。前記正極材６は、前記突起２０を該正極材６内に侵入させた状態で、前記電池缶１０内に収容されている。前記突起２０は、平板形状のスパイク部材１９を前記電池缶１０の内方へ折り曲げることで設けられており、前記スパイク部材１９は、導電性を有する素材で形成されていて、前記電池缶１０の内面に固定されていることを特徴とする。

正極材は、所要厚さの盤状に形成されていて、その厚さ方向の一端側の端面が電池缶１０の内面に対面しており、突起２０は、正極材の一端側の端面から正極材内に侵入しており、突起２０は、電池缶１０の内方への突出寸法Ｌが正極材の厚さ寸法Ｔの１／５〜１／３の範囲内の寸法になるよう設定されている。

突起２０は、先端が尖った三角形状に形成されている（図４）。

電池缶１０には、複数個の突起２０が設けられており、各突起２０は、電池缶１０の内面から上向きに折り曲げて形成してある。

スパイク部材１９は、矩形の平板形状になっており、スパイク部材１９の各角部分を電池缶１０の内方へそれぞれ折り曲げることで、先端が尖った三角形状の突起２０をスパイク部材１９の各角部分にそれぞれ設けている。

正極缶１の底面１ａの中央部１ｂがステップ状に凹んでおり、当該中央部１ｂに突起２０が設けられていて、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂで正極材６を受け止めた状態で突起２０が正極材６内に侵入している。

正極材６は、当該正極材６の側面部から当該正極材６の下面の縁部にかけて剛性を有する正極リング１１が装着される。

本発明の扁平形電池は、電極材内に突起２０を侵入させた状態で電極材を電池缶１０内に収容してあるので、突起２０によって電極材が電池缶１０の内面に確りと固定される。したがって、振動等で電極材が動くことが確実に抑えられ、電極材である正極材６と負極材７とが適正な対向位置からずれて発電量が低下することを確実に防止することができる。また、電極材が、電池缶１０の内面や、電池缶１０の正極缶１と負極缶２との間を封止するガスケット３等に衝突して破損すること等を確実に防止することができる。電池缶１０内でガスが発生したことで、そのガス圧で電池缶１０が外向きに膨れて電極材が電池缶１０の内面から浮き上がっても、突起２０が電極材内に侵入している分だけ突起２０が電極材から離脱する可能性が低くなる。したがって、電池缶１０が膨れても電極材は、突起２０によって電池缶１０の内面に確実に固定される。

本発明では、突起２０の突出寸法Ｌが電極材の厚さ寸法Ｔの１／５〜１／３の範囲内であるので、突起２０が電極材内に確りと入り込んで、振動等で電極材が動くことをより確実に抑えることができる。そのうえで、突起２０が電極材内に入り込み過ぎて、突起２０が電極材を突き抜けてセパレータ９等を傷付けることや、電極材が割れること等を確実に防止することができる。

本発明では、突起２０が導電性を有するので、突起２０が電極材に対する集電作用を有して、電極材と電池缶１０との間での接触抵抗を減らすことができる。つまり、電池の内部抵抗を小さくでき、それによって電池の放電特性が向上する。また、電池缶１０内で発生したガス圧で電池缶１０が外向きに膨れても、突起２０が電極材内に侵入している分だけ突起２０が電極材から離脱する可能性が低くなるので、電池缶１０が膨れても電極材と電池缶１０との導通状態を確実に維持することができる。

本発明では、突起２０は先端が尖った三角形状に形成されているので、電極材を突起２０へ押し付けるだけで、突起２０が電極材内に容易に入り込む。したがって、その分だけ本発明の電池の製造が容易になる。

本発明では、各突起２０は電池缶１０の内面から延びる方向がそれぞれ異なるので、各突起２０は、電極材に対して異なる方向に入り込むことになる。その分だけ電極材が電池缶１０の内面から浮き上がろうとしても、電極材が各突起２０から抜け難くなる。したがって、突起２０によって電極材が電池缶１０の内面により確りと固定される。

本発明では、スパイク部材１９の角部分を電池缶１０の内方へ折り曲げて、そのスパイク部材１９を電池缶１０の内面に固定するだけで突起２０が設けられるので、複雑な加工等を施さなくても突起２０を電池缶１０の内面に設けることができ、その分だけ本発明の電池の製造が容易になる。

本発明では、スパイク部材１９を矩形の平板形状にしてあるので、帯状の原反２１をプレス加工によって所要間隔で切断するとともにスパイク部材１９の各角部分に対応する箇所を折り曲げることで、スパイク部材１９を製造できる。したがって、原反２１を無駄なく使うことができ、その分だけ製造コストを低減できる。しかも、スパイク部材１９の各角部分に対応する箇所を折り曲げたときには、突起２０の先端が尖った三角形状になるので、突起２０を電極材内に容易に入り込ませることができ、その分だけ本発明の電池の製造が容易になる。

本発明では、正極材６が脆くなっている等によって正極材６を正極缶１の底面１ａに接着剤等で固定できない場合でも、突起２０によって正極材６を正極缶１の底面１ａに確りと固定でき、それによって振動等で正極材６が動くことが確実に抑えられる。したがって、正極材６が負極材７に対する適正な対向位置からずれて発電量が低下することを確実に防止することができ、また正極材６が、電池缶１０の内面や、正極缶１と負極缶２との間を封止するガスケット３等に衝突して欠ける等の破損を確実に防止することができる。

本発明では、突起２０によって正極材６が、ステップ状に凹んだ正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに固定されるので、振動等で正極材６が正極缶１の底面１ａの中央部１ｂの縁の段差面に衝突して破損したり、正極材６が前記段差面に乗り上がって正極材６と負極材７とでセパレータ９を過度に強く挟み込んでセパレータ９を切断してしまう等を確実に防止することができる。

本発明では、正極材６の側面部から下面の縁部にわたって正極リング１１が装着されるので、放電等に伴って正極材６が膨張する際に、正極リング１１によってその正極材６を負極材７側に確実に膨張させることができる。したがって、正極材６が負極材７側に確りと押し付けられ、その反作用で正極材６が突起２０に確りと押し付けられて、突起２０が正極材６内に侵入している状態を確実に維持できる。

（第１実施例） 図１ないし図４は、本発明を適用した扁平形電池の第１実施例を示している。扁平形電池は、図１に示すように、発電要素５および非水電解液を電池缶１０内に収容していて、全体が扁平なコイン形状に形成されている。電池缶１０は、図２に示すように、上向きに開口する正極缶１と、下向きに開口する負極缶２と、正極缶１と負極缶２との周縁間に配されて正極缶１と負極缶２との間を封止する円環状のガスケット３とで形成される。

発電要素５は、活物質等を含む電極材と、不織布等から成るセパレータ９とを有しており、電極材は、正極活物質等を含んでいて所要厚さの円盤状に形成した正極材６と、負極活物質の金属リチウム又はリチウム合金を所要厚さの円盤状に形成した負極材７とから成り、図２に示すように、正極材６の上側にセパレータ９を介在させて負極材７が配置される。

正極材６は、図２に示すように、その外周側面の少なくとも下側部分を含む側面部から当該正極材６の下面６ａの縁部にかけて正極リング１１が装着されている。つまり、正極リング１１は、上下が開口していて正極材６の側面部に接する円筒部１５と、円筒部１５の下端から正極材６の下面の中央側へ水平状に延びる円環形状のフランジ部１６とを有する。円筒部１５の上面が開口していることで、正極材６は放電時に上方へ自由に膨張できる。正極リング１１は、所要の剛性および導電性を有するステンレス鋼等の素材で形成される。なお、正極リング１１は、導電性を有しないセラミック等で形成してもよい。

そして、電池缶１０の内部に発電要素５および非水電解液を収容するとともに負極缶２をガスケット３を介在させた状態で正極缶１の開口内縁にかしめ固定することで、ガスケット３によって正極缶１と負極缶２との間が封止（密封）される（図２の状態）。なお、正極缶１と負極缶２とはガスケット３によって絶縁される。電池の外径寸法は２４．５ｍｍ、全厚寸法は５．０ｍｍである。

電池組み立て前のブランク状態の正極缶１は、図３に示すように、丸皿形状のプレス成形品から成る。正極缶１の底壁１２の外周縁に連続して円筒状の周壁１３が立ち上げ形成されている。正極缶１の底壁１２の内面側である正極缶１の底面１ａは、その中央部１ｂがステップ状に凹んでいる。その正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに、正極材６の厚さ方向の一端側（図３では下側）の端面６ａが対面しており、正極缶１の中央部１ｂで正極材６が正極リング１１と共に受け止められる（図２参照）。なお、正極缶１の中央部１ｂは平坦面になっている。

正極缶１の底面１ａの中央部１ｂには、図３および図４に示すように、導電性を有するステンレス鋼等で形成されたスパイク部材１９が、スポット溶接等によって固定されている。スパイク部材１９は、平面視でほぼ矩形の平板形状に形成されており、そのスパイク部材１９の四箇所の角部分をそれぞれ電池缶１０の内方へ折り曲げることで、図４に示すように、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに、その中央部１ｂから電池缶１０の内向きに延びる四個の突起２０が設けられる。スパイク部材１９の各突起２０は、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂから延びる方向がそれぞれ異なるように設定してある。

各突起２０は、先端（図４では上端）が尖った三角形状になっており、その高さ寸法を０．５〜１．０ｍｍの範囲内に設定してある。つまり、三角形状の突起２０がスパイク部材１９の各角部分にそれぞれ設けられる。各突起２０は、図１に示すように、電池缶１０の内方（図１では上側）への突出寸法Ｌが正極材６の厚さ寸法Ｔの１／５〜１／３の範囲内の寸法になるよう設定されている。そして、スパイク部材１９の各突起２０が、図１および図２に示すように、正極材６の端面６ａに突き刺さることで正極材６の端面６ａからその正極材６内に侵入している。これによって、正極材６が、突起２０を介して正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに固定される。

突起２０の突出寸法Ｌが正極材６の厚さ寸法Ｔの１／３よりも大きい場合には、突起２０の先端が正極材６を突き抜けてセパレータ９を傷付ける等のおそれや、突起２０の過度の侵入によって正極材６が割れる等のおそれがある。突起２０の突出寸法Ｌが正極材６の厚さ寸法Ｔの１／５よりも小さい場合には、突起２０による正極材６の固定が不十分になって、振動等で正極材６がずれ動くおそれがある。スパイク部材１９は、アルミニウム等の金属や導電性カーボンを含む樹脂等の導電性を有する素材で形成してもよい。正極材６は、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂから僅かに浮いていてもよい。

スパイク部材１９は、図５に示すように、ステンレス鋼等から成る帯状の原反２１を用いて製造される。その原反２１は、厚さ寸法が０．１ｍｍ、幅寸法が９ｍｍである。スパイク部材１９の製造にあっては、先ず第１プレス工程Ａで原反２１の幅方向（図５では上下方向）の両端部にパイロットピン穴２２・２２をそれぞれ形成する。次いで、第２プレス工程Ｂで原反２１の幅方向の両端から各パイロットピン穴２２の位置までをそれぞれ切り起こして、スパイク部材１９の一方の側（図５では右側）の二個の突起２０・２０を形成する。

続いて、第３プレス工程Ｃでスパイク部材１９の他方の側（図５では左側）の二個の突起２０・２０を形成するとともに、原反２１の幅方向の二個のパイロットピン穴２２・２２間を繋ぐように切断して、原反２１からスパイク部材１９を切り離す。これによって、図４に示すスパイク部材１９が作製される。なお、第１実施例では、原反２１を無駄なく使ってスパイク部材１９を製造できる。

負極缶２は、丸皿形状のプレス成形品から成り、図３に示すように、その負極缶２の上壁側に設けられる負極材収容用の収容部２５と、収容部２５の下端の肩部から外向きに張り出されるフランジ壁２６と、フランジ壁２６に連続して下向きに突出する封止部２７とを一体に有している。封止部２７は、はぜ折りされた内外二重の壁で形成してある。

ガスケット３は、射出成形品であって、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を主成分としており、それにオレフィン系エラストマー等を含有した樹脂組成物で形成してある。ガスケット３は、リング形状のベース部２９と、ベース部２９の外周縁から上向きに張り出して正極缶１の周壁１３と負極缶２の封止部２７との間に挟持される外筒壁３０と、ベース部２９の内周縁から上向きに張り出す内筒壁３１とを有する。

正極材６は、正極活物質として粉末状の二酸化マンガンを含有しており、その二酸化マンガンに、粉末状の黒鉛、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびヒドロキシプロピルセルロースを混合して正極合剤を調整し、所定の金型内に正極リング１１をセットしたのちに、前記正極合剤を充填して円盤状に加圧成形し、その成形体を加熱して形成する。

セパレータ９は、ポリブチレンテレフタレート製の繊維を素材とする不織布を使用しており、セパレータ９には非水電解液が含浸する。非水電解液としては、プロピレンカーボネイトと１，２−ジメトキシエタンとを混合した溶媒にＬｉＣｌＯ₄ を溶解した溶液を用いた。セパレータ９の厚さ寸法は、０．３〜０．４ｍｍ程度である。

電池の組み立てに際しては、図３とは天地を逆姿勢にした状態で組み立てる。正極材６には、正極リング１１が予め装着されている。そして、負極缶２の開口端部にガスケット３を装着し、負極缶２の収容部２５の内面に負極材７を導電性接着剤等で固定したのちに、セパレータ９および正極材６を負極材７の上側に重ねるように組み付ける。次に、負極缶２内に非水電解液を注入したうえで、正極缶１を上方より被せて負極缶２とガスケット３とを正極缶１内に嵌め込む。

その後、正極缶１の周壁１３の開口端部を内方に向けてかしめ加工する。これによって正極缶１と負極缶２とが、ガスケット３を介在させた状態でかしめ固定されて、電池の組み立てが完了する（図２の状態）。その状態で、正極材６および正極リング１１の下面が正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに接触しているとともに、スパイク部材１９の各突起２０が正極材６の端面６ａから正極材６内に侵入している。

電池缶１０内でガスが発生して、そのガス圧で正極缶１と負極缶２とがそれぞれ外向きに膨れた場合には（図２の仮想線参照）、正極材６および正極リング１１の下面が、正極缶１の底面１ａから浮き上がって離れようとするが、スパイク部材１９の各突起２０が正極材６内に入り込んでいるので、その分だけ各突起２０が正極材６から離脱する可能性が低くなる。つまり、正極缶１が外向きに膨れた場合でも、正極材６は、突起２０によって正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに確実に固定され、スパイク部材１９を介して正極材６と正極缶１との導通状態が維持される。なお、負極材７は負極缶２の内面に導電性接着剤等で固定されているので、負極缶２が外向きに膨れても負極材７と負極缶２との導通状態は維持される。

（第２実施例） 第２実施例の扁平形電池は、スパイク部材１９が、図６に示すように、平面視でほぼ三角形の平板形状に形成されており、その三箇所の角部分をそれぞれ上向きに折り曲げることで、三個の突起２０を正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに設けてある。第２実施例の各突起２０でも、先端が尖った三角形状になっている。それ以外は、第１実施例と同様に形成してあるので説明を省略する。

第２実施例の扁平形電池でも、原反２１を幅方向に対して斜めに裁断することで、三角形のスパイク部材１９を形成することができる。つまり、原反２１を無駄なく使ってスパイク部材１９を製造することができる。なお、第２実施例のスパイク部材１９の各突起２０でも、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂから延びる方向がそれぞれ異なるように設定してある。

（第３実施例） 第３実施例の扁平形電池は、スパイク部材１９が、図７に示すように、平面視でほぼ十字形状の平板形状に形成されており、その四箇所の先端部分をそれぞれ上向きに折り曲げることで、四個の突起２０を正極缶１の底面１ａの中央部１ｂに設けてある。第３実施例の各突起２０は、四角形状になっている。それ以外は、第１実施例と同様に形成してあるので説明を省略する。なお、第３実施例の各突起２０は、先端が尖った三角形状になるように加工してもよく、先端を削って刃状に尖るように加工してもよい。それらの場合、各突起２０が正極材６に入り込み易くなる。第３実施例のスパイク部材１９の各突起２０でも、正極缶１の底面１ａの中央部１ｂから延びる方向がそれぞれ異なるように設定してある。

スパイク部材１９は、突起２０を設けることができる形状であれば任意に設定することができ、前述の第１〜３実施例で示す形状以外の多角形形状等であってもよい。また、スパイク部材１９の突起２０は、少なくとも一個設ければよいが、正極材６をスパイク部材１９の突起２０で確りと固定するうえでは、突起２０は複数個設けることが好ましい。

本発明の第１実施例に係る扁平形電池の要部を示す縦断面図である。 扁平形電池全体の縦断面図である。 扁平形電池の分解断面図である。 正極缶とスパイク部材とを示す斜視図である。 スパイク部材の製造過程を示す平面図である。 第２実施例の扁平形電池のスパイク部材を示す平面図である。 第３実施例の扁平形電池のスパイク部材を示す平面図である。

符号の説明

１ 正極缶
１ａ 底面
１ｂ 底面の中央部
２ 負極缶
３ ガスケット
６ 正極材
７ 負極材
９ セパレータ
１０ 電池缶
１１ 正極リング
１９ スパイク部材
２０ 突起
Ｌ 突起の突出寸法
Ｔ 正極材の厚さ寸法

Claims (7)

1. 円盤状の正・負極材と、これら正・負極材の間に介在されて前記正極材の周側面をカバーするセパレータとを発電要素とし、
   前記発電要素を収容する電池缶が、円形の底面壁の外周から周側壁を上向きに曲げた金属製の正極缶と、円形の上面壁の外周から周側壁を下向きに曲げた金属製の負極缶とからなり、
   前記負極缶の前記周側壁に前記底面壁に接触する状態で装着されたガスケットを介して、前記正極缶の前記周側壁の開口上端部分を内向きにかしめ加工することで、前記電池缶が構成されており、
   前記正極材の外径寸法が、前記電池缶の内径寸法よりも小さく設定されていて、該正極材の外周面は該電池缶の内周面と所定間隔を置いて配置されており、
   前記正極缶の前記底面壁の上面には、電池内方に向かって延びる突起が設けられており、
   前記正極材が、前記突起を該正極材内に侵入させた状態で、前記電池缶内に収容されており、
   前記突起は、平板形状のスパイク部材を前記電池缶の内方へ折り曲げることで設けられており、
   前記スパイク部材は、導電性を有する素材で形成されていて、前記電池缶の内面に固定されていることを特徴とする扁平形電池。
2. 前記正極材は、所要厚さの盤状に形成されていて、その厚さ方向の一端側の端面が前記電池缶の内面に対面しており、
   前記突起は、前記正極材の前記端面から前記正極材内に侵入しており、
   前記突起は、前記電池缶の内方への突出寸法が前記正極材の厚さ寸法の１／５〜１／３の範囲内の寸法になるよう設定されている請求項１に記載の扁平形電池。
3. 前記突起は、先端が尖った三角形状に形成されている請求項１又は２に記載の扁平形電池。
4. 前記電池缶には、複数個の前記突起が設けられており、
   前記各突起は、前記電池缶の内面から上向きに折り曲げて形成してある請求項１乃至３の何れかに記載の扁平形電池。
5. 前記スパイク部材は、矩形の平板形状になっており、
   前記スパイク部材の各角部分を前記電池缶の内方へそれぞれ折り曲げることで、先端が尖った三角形状の前記突起を前記スパイク部材の各角部分にそれぞれ設けてある請求項１乃至４の何れかに記載の扁平形電池。
6. 前記正極缶の底面の中央部がステップ状に凹んでおり、当該中央部に前記突起が設けられていて、前記中央部で前記正極材を受け止めた状態で前記突起が前記正極材内に侵入している請求項５に記載の扁平形電池。
7. 前記正極材は、当該正極材の側面部から当該正極材の下面の縁部にかけて剛性を有する正極リングが装着される請求項５又は６に記載の扁平形電池。

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