JP5336230B2 - 扁平形電池 - Google Patents

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１０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。

図１１は、図１０のＣＣ線における断面図である。扁平形電池１００内には、発電要素１０８を収納し、非水電解液を充填している。発電要素１０８は、正極材（電極材）１０５と、負極材（電極材）１０６と、不織布製のセパレータ１０７とを含んでいる。セパレータ１０７を介して正極材１０５と負極材１０６とが配置されている。正極材１０５に外面には、ステンレス鋼等で形成した正極リング１０９を装着している。

外装缶１０１の周壁１０４と、封口缶１０２の周壁の折り返し部１１０との間には、ガスケット１０３を介在させている。

外装缶１０１の周壁１０４の先端部１０４ａを、封口缶１０２の中心軸１０６側に湾曲させて、外装缶１０１を封口缶１０２にかしめ固定している。このことにより、外装缶１０１と封口缶１０２との間の隙間をガスケット１０３により封止し、かつ極性の異なる外装缶１０１と封口缶１０２とを絶縁している。

下記特許文献１−６に記載されている扁平形電池についても、基本的な構成は図１１の構成と同様である。

ＷＯ０２／０１３２９０号公報 特開２００３−１５１５１１号公報 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、前記のような扁平形電池は、例えば走行中の自動車の空気圧を監視するタイヤ空気圧監視システムに含まれる送信機に内蔵する電源として用いられる場合がある。この送信機は、計測した空気圧情報を送信するためのものであり、タイヤのバルブと一体になったものが一般的である。この場合、扁平形電池は、タイヤと一体に回転し、自動車の走行による衝撃・振動を受けることになる。最近では、扁平形電池の受ける衝撃・振動がさらに大きくなる仕様の要求もある。

この場合、図１１に示した扁平形電池１００の例では、正極材１０５の破損可能性が高くなり、正極材１０５の位置ずれにより、セパレータ１０７が切れて破損する可能性も高くなる。

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、衝撃・振動による内部部品の破損を防止し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、外装缶の開口を封口缶で封口した扁平形電池であって、前記外装缶及び封口缶は、底部の外周に周壁を立設させ、一端が開口した円筒状であり、環状部材と、前記環状部材の内部に装着した電極材とを備えており、前記環状部材は、前記環状部材の外周面から前記環状部材の径方向に突出した突出部を設けており、前記突出部を前記外装缶に接合していることを特徴とする。

本発明によれば、衝撃・振動による内部部品の破損を防止することができる。

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。 本発明の一実施の形態において、封口缶３にガスケット４を装着し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に正極材５と一体の正極リング８を取り付けた状態を示す断面図。 図５をＢ方向から見た図であり、（ａ）図は突出部２１の第１の例を示した図、（ｂ）図は突出部２１の第２の例を示した図。 図４の組立体に図５の組立体を取り付け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。 図１０のＣＣ線における断面図。

本発明の扁平形電池によれば、環状部材（正極リング）の外周面から環状部材の径方向に突出した突出部を設け、突出部は、外装缶に接合している。このことにより、環状部材及びこれに装着した電極材について、扁平形電池の径方向（横方向）及び中心軸方向（縦方向）の両方向における動きが規制されることになる。

したがって、本発明によれば、扁平形電池が衝撃・振動を受けた場合に、環状部材と一体の電極材が、外装缶と別個に移動・振動することを防止でき、電極材の破損及びこれに隣接したセパレータの切断による破損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、前記外装缶の前記周壁の内周面に沿ってガスケットを配置しており、前記ガスケットと、前記外装缶の底部との間に、前記突出部を介在させていることが好ましい。この構成によれば、環状部材及びこれに装着した電極材の動きの規制により有利になる。

また、前記外装缶の底部に凹部を形成しており、前記凹部で形成される段差部に、前記環状部材の外周面の端部が収容されていることが好ましい。この構成によっても、環状部材及びこれに装着した電極材の動きの規制により有利になる。

また、前記突出部は、前記環状部材の外周面に沿って連続的に形成していることが好ましい。

また、前記突出部は、前記環状部材の外周面に沿って断続的に形成していることが好ましい。

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の折返し部１７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１８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に外面には、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。

外装缶２の底部１１には凹部１９を形成している。このことにより底部１１には、段差部２０を形成している。正極リング８の底面は凹部１９の位置に配置しており、正極リング８の外周面の端部が段差部２０に収容されている。

正極リング８は、正極リング８の外周面から正極リング８の径方向に突出した突出部２１を設けている。突出部２１は、外装缶２の底部１１に接合している。この接合には、例えばスポット溶接を用いる。突出部２１が外装缶２の底部１１に接合されていることにより、正極リング８及びこれと一体の正極材５の動きが規制されることになる。すなわち、正極リング８及び正極材５は、扁平形電池１の径方向（横方向）及び中心軸９方向（縦方向）の両方向の動きが規制されることになる。

ここで、突出部２１を設けて外装缶２の底部１１に接合した場合、接合作業が容易であるとともに、正極リング８と正極材５が事前に一体化された場合の接合を容易にすることができる。

また、突出部２１は、ガスケット４と外装缶２の底部１１との間に介在させている。さらに、前記のように、正極リング８の外周面の端部が段差部２０に収容されている。これらの各構成によっても、扁平形電池１の径方向及び中心軸９方向の両方向の動きが規制されることになる。

したがって、本実施の形態によれば、扁平形電池１が衝撃・振動を受けた場合に、正極リング８と一体の正極材５が、外装缶２と別個に移動・振動することを防止でき、正極材５の破損を防止することができる。このことにより、セパレータ７が正極材５から受ける衝撃・振動も抑えられるので、セパレータ７が切れて破損することも防止することができる。

したがって、本実施の形態は、衝撃・振動を受け易い部位に用いる場合に特に有利になる。例えば、本実施の形態は、タイヤ空気圧監視システムに含まれる送信機に内蔵する電源として用いることができる。タイヤ空気圧監視システムは、走行中の自動車の空気圧を監視するものであり、これに含まれる送信機は、計測した空気圧情報を送信するためのものである。

送信機に扁平形電池を内蔵した場合、扁平形電池は、タイヤと一体に回転し、自動車の走行による衝撃・振動を受けることになる。特に装置の小型化の要請から送信機を、タイヤの内部に直接装着する仕様のものは、扁平形電池が受ける衝撃・振動も一層大きくなる。本実施の形態は、このような衝撃・振動を受ける場合に、正極材５やセパレータ７の破損を防止することができる。

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はリング状部材であり、ベース部２２から内壁２３と外壁２４とが立ち上がっている。内壁２３と外壁２４との間には、封口缶３を挿入する隙間２５を形成している。

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。

以上、扁平形電池１の構成について説明したが、以下製造工程を説明しながらさらに具体的に説明する。図３に示した構成部品を組み立てる際には、図３の上下を逆にした状態で組み立てを進める。図４は、封口缶３にガスケット４を装着した状態を示す断面図である。ガスケット４の隙間２５に、封口缶３の二重壁部分を挿入して、封口缶３にガスケット４を装着している。

図５は、外装缶２に正極材５と一体の正極リング８を取り付けた状態の断面図を示している。図５の状態では、正極リング８に設けた突出部２１を、外装缶２の底部１１に接合している。この接合には、例えばスポット溶接を用いることができる。

突出部２１を外装缶２の底部１１に接合した後は、前記の通り、正極リング８及び正極材５は、扁平形電池の径方向（横方向）及び中心軸９方向（縦方向）の両方向の動きが規制されることになる。

図６は、図５をＢ方向から見た図を示している。図６（ａ）は、突出部２１の第１の例を示しており、図６（ｂ）は、突出部２１の第２の例を示している。図６（ａ）では、突出部２１は、正極リング８の外周面に沿って、連続的に形成している。図６（ｂ）では、突出部２１は、正極リング８の外周面に沿って、断続的に形成している。

突出部２１は、外装缶２へ接合できる程度に、突出した部分があればよく、図６（ａ）、（ｂ）のいずれでもよく、図６（ａ）、（ｂ）の形状を適宜変更したものであってもよい。

図７は、図４の組立体に図５の組立体を取り付けた状態を示している。封口缶３には負極材６を導電性接着剤等で固定している。負極材６には、セパレータ７を重ねている。さらに、図５の組立体の外装缶２の周壁１２の内周面と、図４の組立体のガスケット４の外周面とを嵌合させている。

図７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８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７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９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９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。

なお、本実施の形態においては、少なくとも突出部２１が外装缶２に接合されていれば、正極リング８及びこれと一体の正極材５について、扁平形電池の径方向（横方向）及び中心軸９方向（縦方向）の両方向における動きを規制できることになる。

このため、図２において、ガスケット４と外装缶２の底部１１との間に突出部２１が介在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扁平電池を、タイヤ空気圧監視システムに含まれる送信機に内蔵する電源として用いる例を説明したが、これに限るものではない。本実施の形態は、扁平電池の通常の用途に用いることができ、特に衝撃・振動を受け易い部位に用いる場合に適している。

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、衝撃・振動による破損を防止することができるので、本発明の扁平形電池は、衝撃・振動を受け易い部位に用いる場合に特に有用である。

１ 扁平形電池
２ 外装缶
３ 封口缶
４ ガスケット
５ 正極材（電極材）
７ セパレータ
８ 正極リング
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
１９ 凹部
２０ 段差部
２１ 突出部

Claims (5)

1. 外装缶の開口を封口缶で封口した扁平形電池であって、
   前記外装缶及び封口缶は、底部の外周に周壁を立設させ、一端が開口した円筒状であり、
   環状部材と、前記環状部材の内部に装着した電極材とを備えており、
   前記環状部材は、前記環状部材の外周面から前記環状部材の径方向に突出した突出部を設けており、
   前記突出部を前記外装缶に接合していることを特徴とする扁平形電池。
2. 前記外装缶の前記周壁の内周面に沿ってガスケットを配置しており、
   前記ガスケットと、前記外装缶の底部との間に、前記突出部を介在させている請求項１に記載の扁平形電池。
3. 前記外装缶の底部に凹部を形成しており、前記凹部で形成される段差部に、前記環状部材の外周面の端部が収容されている請求項１又は２に記載の扁平形電池。
4. 前記突出部は、前記環状部材の外周面に沿って連続的に形成している請求項１から３のいずれかに記載の扁平形電池。
5. 前記突出部は、前記環状部材の外周面に沿って断続的に形成している請求項１から３のいずれかに記載の扁平形電池。

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