JP5325619B2

JP5325619B2 - 扁平形電池

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Publication number: JP5325619B2
Application number: JP2009064861A
Authority: JP
Inventors: 浩司山口; 健司津田
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010218909A

Description

本発明は、コイン形電池やボタン形電池と呼ばれる扁平形電池に関する。

コイン形電池やボタン形電池と呼ばれる扁平形電池は、情報機器や映像機器等のメモリバックアップ用を中心とした電源として利用されている。図１３に従来の扁平形電池の一例の斜視図を示している。扁平形電池１００は、正極缶である外装缶１０１と負極缶である封口缶１０２とを組み合わせたものである。

外装缶１０１の内周面と、封口缶１０２の外周面との間には、ガスケットを介在させている。扁平形電池１００を組み立てる際には、封口缶１０２の周壁をガスケットに挿入する工程が必要となる。

図１４は、ガスケット１０３に封口缶１０２の周壁の挿入が完了した状態の断面図を示している。ガスケット１０３は環状部材であり、ベース部１０４から内壁１０５と外壁１０６とが立ち上がっている。内壁１０５と外壁１０６との間には、封口缶１０２を挿入する隙間１０７を形成している。隙間１０７に封口缶１０２の二重壁部１０８を挿入している。

ガスケット１０３の外壁１０６の内周面には、凸部１０９を形成しており、凸部１０９は、二重壁部１０８の上側にある。このことにより、製造工程において、封口缶１０２からガスケット１０３が外れることを防止している。

一方、図１４に示した封口缶１０２のように、二重壁１０８を形成したものは、強度面では有利になるが、高容量化の点では不利になる。下記特許文献１−４には、封口缶の側壁全体が一重壁の構成が記載されており、これらの各構成では、高容量化の点では有利になる。

特開平７−５７７０６号公報特開２００３−６８２５４号公報特開平４−３４１７５６号公報特許第３３９９８０１号公報

しかしながら、封口缶の側壁に折り返し部の無い一重壁の構成では、図１４に示した封口缶１０２のように周壁の縁部に曲面部が形成されない。この一重壁の封口缶を、ガスケット１０３に挿入する際には、封口缶の周壁の縁部が、ガスケット１０３の凸部１０９に引っ掛かり、挿入性が悪くなり、凸部１０９が引きちぎれる可能性もあった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ガスケットが封口缶から外れることを防止でき、かつ封口缶の挿入性を高めたガスケットを用いた扁平形電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の扁平形電池は、底部の外周に周壁が立設した外装缶の開口を封口缶で封口した扁平形電池であって、前記外装缶の前記周壁の内周面に沿ってガスケットが配置されており、前記ガスケットは環状であり、ベース部から内壁と外壁とが立ち上がり、前記内壁と前記外壁との間に隙間を形成しており、前記外壁の内周面に、凸部と前記凸部に隣接して凹部とを形成しており、前記凹部は、前記外壁の内周面のうち前記凸部より前記ベース部側に形成した段差により形成しており、前記ガスケットの前記隙間に、前記封口缶の周壁を挿入しており、前記外装缶の内周面と前記封口缶の外周面との間を前記ガスケットにより封止しており、前記ガスケットの前記隙間に前記封口缶の前記周壁を挿入する際に、前記封口缶の前記周壁の縁部が前記凸部に当接し、前記ガスケットを横方向に広げつつ前記封口缶の前記周壁が前記ガスケットに挿入されることを特徴とする。

本発明に係る扁平形電池によれば、ガスケットが封口缶から外れることを防止でき、かつ封口缶の挿入性を高めることができる。

本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の斜視図。図１のＡＡ線における断面図。図２に示した扁平形電池１の分解図。図３に示したガスケット４の断面図のＢ部の拡大図。本発明の一実施の形態において、ガスケット４に封口缶３を挿入する様子を示す断面図。（ａ）図は図５のＣ部の拡大図、（ｂ）図は第１の比較例における（ａ）図に相当する断面図、（ｃ）図は第２の比較例における（ａ）図に相当する断面図。図６の状態から封口缶の挿入が進んだ状態を示した図であり、（ａ）図は図６（ａ）に対応した図、（ｂ）図は図６（ｂ）に対応した図、（ｃ）図は図６（ｃ）に対応した図。本発明の一実施の形態において、ガスケット４へ封口缶３の挿入が完了した状態を示す断面図。本発明の一実施の形態において、封口缶３内に発電要素１０を収納した状態を示す断面図。図９の組立体に、外装缶２を嵌合させた状態を示す断面図。本発明の一実施の形態において、外装缶２のかしめ前の状態を示す断面図。本発明の一実施の形態において、外装缶２のかしめが完了した状態を示す断面図。従来の扁平形電池の一例の斜視図。従来の扁平形電池の一例において、ガスケット１０３に封口缶１０２の周壁の挿入が完了した状態の断面図。

本発明の扁平形電池用のガスケットは、外壁の内周面に凸部を形成しているので、封口缶を挿入した後は、凸部が封口缶に当たってガスケットの移動を抑えられるので、封口缶からガスケットが外れるのを防止することができる。

さらに、凸部に隣接して凹部を形成しているので、封口缶を挿入する際に、凸部が凹部側に倒れるように変形し易くなり、封口缶の挿入性を高めることができる。特に、本発明は、周壁が折り返しの無い一重壁である封口缶、すなわち周壁の縁部に曲面が形成されない封口缶であっても、挿入性を高めることができる。

本発明の扁平形電池は、前記本発明の扁平形電池用のガスケットを用いているので、組立工程において、封口缶をガスケットに挿入する際の挿入性が良好であり、挿入後においては、封口缶からガスケットが外れることを防止することができる。

前記本発明の扁平形電池用のガスケットにおいては、前記ベース部側を下側、前記ベース部と反対側を上側とすると、前記凸部の頂部より上側に傾斜部を形成しており、前記傾斜部は、上側に向かうにつれて、前記ガスケットの中心軸から遠ざかるように傾斜していることが好ましい。この構成によれば、封口缶の挿入性向上により有利になる。

また、前記段差は、０．０７ｍｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、扁平形電池の組立完成時において、ガスケットと封口缶の周壁との間の隙間の形成を防止することができる。

前記本発明の扁平形電池においては、前記封口缶の周壁は、折り返しの無い一重壁であることが好ましい。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の斜視図を示している。扁平形電池１は、正極缶である外装缶２と負極缶である封口缶３とを組み合わせたものである。扁平形電池１の一例として、外径寸法を２０ｍｍとし、厚さを５ｍｍとしたものが挙げられる。

図２は、図１のＡＡ線における断面図である。外装缶２は、底部１１の外周に周壁１２を立設させ、一端が開口した円筒状である。封口缶３は、底部１５の外周に周壁１６を立設させ、一端が開口した円筒状である。

外装缶２の周壁１２の内周部に沿って、ガスケット４を配置している。より具体的には、外装缶２の周壁１２の内周面と封口缶３の周壁１６との間に、ガスケット４を介在させている。また、封口缶３の縁部１７と外装缶２の底部１１との間にもガスケット４が介在している。

外装缶２の周壁１２の先端部１２ａを、封口缶３の中心軸９側に湾曲させて、外装缶２を封口缶３にかしめ固定している。このことにより、外装缶２と封口缶３との間の隙間をガスケット４により封止し、かつ極性の異なる外装缶２と封口缶３とを絶縁している。

扁平形電池１内には、発電要素１０を収納し、非水電解液を充填している。発電要素１０は、正極活物質等を円盤形状に固めた正極材（電極材）５と、負極活物質の金属リチウム又はリチウム合金を円盤形状に形成した負極材（電極材）６と、不織布製のセパレータ７とを含んでいる。セパレータ７を介して正極材５と負極材６とが配置されている。正極材５の外面には、ステンレス鋼等で形成した環状部材である正極リング８を装着している。

図３は、図２に示した扁平形電池１の分解図を示している。前記の通り、外装缶２及び封口缶３は、一端が開口した円筒状である。これらは、例えばステンレス材をプレス成形して成形することができる。

ガスケット４は樹脂成形品であり、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とし、オレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物で成形する。ガスケット４は環状部材であり、ベース部２０から内壁２１と外壁２２とが立ち上がっている。外壁２２の厚さは、例えば０．２−０．５ｍｍ程度である。

内壁２１と外壁２２との間には、封口缶３を挿入する隙間２３を形成している。外壁２２の内周面には凹凸部２４を形成している。凹凸部２４の詳細については、後に図４を用いて説明する。

正極材５は、正極リング８と一体に正極活物質を円盤状に成形したものである。正極活物質としては、例えば二酸化マンガンに、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調整した正極合剤を成形したものが挙げられる。

セパレータ７は不織布で形成しており、例えば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である。セパレータ７には非水電解液が含浸する。非水電解液としては、例えば、プロピレンカーボナイトと、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ることができる。セパレータ７の厚さは、例えば０．３−０．４ｍｍ程度である。

図４は、図３に示したガスケット４の断面図のＢ部の拡大図を示している。外壁２２の内周面２２ａには凹凸部２４を形成している。凹凸部２４は、外壁２２の内周面２２ａに形成した凸部２５と、凸部２５に隣接した凹部２６とにより形成している。

凸部２５の頂部２５ａより上側（ベース部２０と反対側）に、傾斜部２７を形成している。傾斜部２７は、上側に向かうにつれて、ガスケット４の中心軸２９（図３）から遠ざかるように傾斜している。

凹部２６は、凸部２５よりベース部２０側に形成している。より具体的には、凹部２６は、外壁２２の内周面２２ａに形成した段差２８により形成している。

図５は、ガスケット４に封口缶３を挿入する様子を示す断面図である。本図は、封口缶３のガスケット４への挿入開始時を示しており、封口缶３の縁部１７が、ガスケット４の凸部２５に当接している。

図６（ａ）は図５のＣ部の拡大図を示している。図６（ｂ）、（ｃ）は比較例を示している。図６（ａ）では封口缶３の縁部１７が、ガスケット４の凸部２５の傾斜部２７に当接している。以後、封口缶３は、縁部１７が傾斜部２７に沿って移動しながら、縦方向（矢印ａ方向）に挿入が進むので、挿入性が良好になる。

図６（ｂ）の第１の比較例では、封口缶３は図６（ａ）と同一構成であるが、ガスケットの構成が異なっている。図６（ｂ）に示したガスケット１２０は、凸部１２１には、図６（ａ）の傾斜部２７に相当する構成は形成していない。このため、図６（ｂ）のように封口缶３の縁部１７が、ガスケット１２０の凸部１２１に当接した場合、封口缶３は凸部１２１により矢印ａ方向の挿入が妨げられることになる。

図６（ｃ）の第２の比較例では、封口缶及びガスケットのいずれもが、図６（ａ）の構成と異なっている。図６（ｃ）のガスケット１２０は、図６（ｂ）に示したガスケット１２０と同一構成である。図６（ｃ）の封口缶１２２は、側壁１２４の延長部分を折り返して折返し部１２５を形成しており、側壁の一部が二重壁構造になっている。このことにより、縁部１２３の断面は、先端が曲面であるとともに、一対のテーパ面１２６ａ、１２６ｂを形成している。

図６（ｃ）のように、封口缶１２２の縁部１２３が、ガスケット１２０の凸部１２１に当接した場合、封口缶１２２は、凸部１２１上をテーパ面１２６ｂが摺動しながら矢印ａ方向に挿入が進むので、挿入性は良好である。

図７は、図６の状態から封口缶３、１２２の挿入が進んだ状態を示している。図７の（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図は、それぞれ図６の（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図に対応している。

図７（ａ）では、図６（ａ）において凸部２５の傾斜部２７上にあった封口缶３の縁部１７は、凸部２５の位置を通過している。より具体的には、封口缶３は、縁部１７が凸部２５の傾斜部２７上を摺動しながら、ガスケット４を横方向（矢印ｂ方向）に広げつつ、縦方向（矢印ａ方向）に進むことになる。すなわち、図７（ａ）では、封口缶３の縁部１７は、ガスケット４を矢印ｂ方向に広げつつ、凸部２５を乗り越えていることになる。

この場合、ガスケット４に形成した凹部２６が封口缶３の挿入性向上に役立つことになる。これは、凹部２６を形成したことにより、図６（ａ）において、封口缶３の矢印ａ方向の挿入を進めたときに、凸部２５が凹部２６側に倒れるように（矢印ｃ方向）変形し易くなり、封口缶３の縁部１７が凸部２５を乗り越え易くなるためである。

前記の通り、図６（ｂ）の第１の比較例では、封口缶３の縁部１７がガスケット１２０の凸部１２１に当接して封口缶３の矢印ａ方向の挿入が妨げられている。このため、図７（ｂ）では封口缶３を傾斜させて挿入を進めている。

このことにより、図７（ｂ）の左側においては、封口缶３の縁部１７が凸部１２１に乗り上げているが、図７（ｂ）の右側においては、依然として封口缶３の縁部１７は凸部１２１に当接している。したがって、図７（ｂ）の状態から封口缶３の挿入を進めることは困難になり、挿入を進めると、凸部１２１が縁部１７により引きちぎれる可能性もある。

図７（ｃ）では、図６（ｃ）において凸部１２１に当接している封口缶１２２の縁部１２３は、凸部１２１の位置を通過している。より具体的には、封口缶１２２は、凸部１２１上をテーパ面１２６ｂが摺動しながら、ガスケット１２０を横方向（矢印ｂ方向）に広げつつ、縦方向（矢印ａ方向）に進むことになる。すなわち、図７（ｃ）では、封口缶１２２の縁部１２３は、ガスケット１２０を横方向（矢印ｂ方向）に広げつつ、凸部１２１を乗り越えていることになる。

以上、図６、７を用いて説明した通り、比較例に係るガスケット１２０については、封口缶１２２のように側壁の縁部が二重壁の封口缶を挿入する場合には、挿入性は良好であるが、封口缶３のように側壁の縁部が一重壁の封口缶を挿入する場合には、挿入性は低下することになる。これに対し、本実施の形態に係るガスケット４については、封口缶３のように側壁の縁部が一重壁の封口缶を挿入する場合であっても、挿入性は良好である。

図８は、ガスケット４へ封口缶３の挿入が完了した状態を示す断面図である。本図は、図５の状態から図６（ａ）及び図７（ａ）の状態を経た状態を示している。ガスケット４の凸部２５は、封口缶３の肩部１８より上側にある。この構成によれば、ガスケット４が移動すると、凸部２５に封口缶３の肩部１８が当たることになる。このことにより、ガスケット４の移動が抑えられ、封口缶３からガスケット４から外れることを防止している。

このことは、扁平型電池の製造工程において、図８に示したガスケット４と封口缶３との組立品の搬送時等に封口缶３からガスケット４が外れることの防止に役立つことになる。

以下、図８の状態から扁平形電池１の完成までを製造工程順に説明する。図９は、封口缶３内に発電要素１０を収納した状態を示している。図９では、ガスケット４と封口缶３との組立品の上下は図８の図示と逆になっている。負極材６は封口缶３に導電性接着剤等で固定する。負極材６に、セパレータ７及び正極材５を重ねる。その後、封口缶３内に非水電解液を注入する。

図１０は、図９の組立体に、外装缶２を嵌合させた状態を示す断面図である。この状態では、ガスケット４の外周面と外装缶２の周壁１２の内周面とが嵌合している。図１０に示した状態からかしめ工程へ移行する。かしめ工程では、外装缶２の周壁１２の先端部１２ａを、封口缶３の中心軸９側に曲げ加工する。

図１１は、かしめ前の状態を示す断面図である。ノックアウトピン３０とパンチ３１との間に、図１０に示した扁平形電池１を挟み込んでいる。外装缶２の周壁１２を囲むように、周壁１２の外周面に封口金型３２の金型面が嵌合している。この状態でノックアウトピン３０及びパンチ３１とを下降させる。このことにより、外装缶２の周壁１２の先端部１２ａは、封口金型３２の曲面に沿って、封口缶３の中心軸９側に曲げ加工されることになる。

図１２は、ノックアウトピン３０及びパンチ３１の下降が完了した状態を示す断面図である。この状態では、外装缶２は封口缶３にかしめ固定されている。図１２の状態から扁平形電池１を取り出せば、図２に示した扁平形電池１が得られることになる。

図２の例では、前記のかしめ固定によるガスケット４の変形により、ガスケット４と封口缶３の周壁１６との間には、凹部２６（図４）による隙間は形成されていない。隙間の形成防止をより確実にするには、ガスケット４の凹部２６における段差２８（図４）は、０．０７ｍｍ以下が好ましい。一方、前記の通り、凹部２６は、凸部２５が凹部２６側に倒れるように変形し易くなる効果を発揮させるものである。この点においては、段差２８は大きいほど有利になる。これらを考慮すると、段差２８は０．０３ｍｍ以上、０．０７ｍｍ以下の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下である。

なお、本実施の形態に係るガスケット４は、前記の通り、例えば図４において凸部２５に隣接して凹部２６を形成している。凹部２６があることにより、封口缶３の挿入時に、凸部２５が凹部２６側に倒れるように変形し易くなり挿入性が良好になっている。この効果は、凸部２５における傾斜部２７の有無にかかわらず発揮することができる。このため、本実施の形態に係るガスケット４は、凸部２５に傾斜部２７を形成していない構成であってもよい。

また、本実施の形態に係るガスケット４は、挿入する封口缶３は周壁全体が一重壁の例で説明したが、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図１４に示したような二重壁部分を含む封口缶を挿入してもよい。前記の通り、二重壁部分の縁部には曲面が形成されるので、挿入性は一層良好になる。

また、図１−３を用いて、扁平電池１の寸法や構成部品の材料について説明したが、これらは一例であり、他の寸法のものでもよく、他の材料を用いたものであってもよい。

以上のように、本発明によれば、ガスケットが封口缶から外れることを防止でき、かつ封口缶の挿入性を高めているので、本発明は、例えば、周壁が折り返しの無い一重壁である封口缶、すなわち周壁の縁部に曲面が形成されない封口缶を挿入するガスケットとして有用である。

１扁平形電池
２外装缶
３封口缶
４ガスケット
１１外装缶の底部
１２外装缶の周壁
１５封口缶の底部
１６封口缶の周壁
２０ベース部
２１内壁
２２外壁
２２ａ外壁の内周面
２３隙間
２４凹凸部
２５凸部
２６凹部
２７傾斜部
２８段差
２９ガスケットの中心軸

Claims

底部の外周に周壁が立設した外装缶の開口を封口缶で封口した扁平形電池であって、
前記外装缶の前記周壁の内周面に沿ってガスケットが配置されており、
前記ガスケットは環状であり、ベース部から内壁と外壁とが立ち上がり、前記内壁と前記外壁との間に隙間を形成しており、
前記外壁の内周面に、凸部と前記凸部に隣接して凹部とを形成しており、
前記凹部は、前記外壁の内周面のうち前記凸部より前記ベース部側に形成した段差により形成しており、
前記ガスケットの前記隙間に、前記封口缶の周壁を挿入しており、
前記外装缶の内周面と前記封口缶の外周面との間を前記ガスケットにより封止しており、
前記ガスケットの前記隙間に前記封口缶の前記周壁を挿入する際に、前記封口缶の前記周壁の縁部が前記凸部に当接し、前記ガスケットを横方向に広げつつ前記封口缶の前記周壁が前記ガスケットに挿入されることを特徴とする扁平形電池。
前記ガスケットにおいて、前記ベース部側を下側、前記ベース部と反対側を上側とすると、
前記凸部は、前記凸部の頂部より上側に傾斜部を形成しており、
前記傾斜部は、上側に向かうにつれて、前記ガスケットの中心軸から遠ざかるように傾斜している請求項１に記載の扁平形電池。
前記段差は、０．０７ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の扁平形電池。
前記封口缶の周壁は、折り返しの無い一重壁である請求項１〜３のいずれかに記載の扁平形電池。