JP5664565B2 - 扁平型電池 - Google Patents
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Description
本発明は、電池要素を収容した扁平型電池に関する。
扁平型電池において、電池要素を電池ケースにより封止する技術が知られている（特許文献１）。電池ケースは、ケース本体部材に電池要素を収納するとともに、ケース本体部材の開口を蓋体で覆い、該ケース本体部材および蓋体の周縁部をかしめることにより電解液などの漏れを防止している。
扁平型電池において、特に、方形の薄型のケース本体部材を用いた場合に、方形の直線部において変形しやすくシール性の低下を招き易い。こうした課題を解決するために、特許文献１の技術では、直線部にノッチ（リブ）を形成することにより、その機械的強度を高めているが、ノッチの配置や形状によって、その効果が大きく異なり、簡単な構成で優れたシール性を得ることが難しいという課題があった。
本発明は、上記課題を踏まえ、簡単な構成で優れたシール性を得ることができる扁平型電池を提供することを目的とする。
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の適用例として実施することができる。
［適用例１］
適用例１は、電池要素と、該電池要素を収納する収納ユニットとを備えた扁平型電池であって、
上記収納ユニットは、
導電性の正極側プレートと、負極側プレートとを備え、上記正極側プレートと上記負極側プレートとにより上記電池要素を収納する収納部を構成するとともに、上記収納部の周縁部であって上記正極側プレートの外周縁部位および上記負極側プレートの外周縁部位との間に絶縁シートを介在させて両外周縁部位を接合した接合端部を構成し、
上記接合端部は、上記両外周縁部位を重ねて巻き込むことによって圧着・接合した巻締部と、該巻締部を囲むように絶縁性の樹脂を用いてインサート成形された外周縁枠体と、を備えている扁平型電池である。
適用例１は、電池要素と、該電池要素を収納する収納ユニットとを備えた扁平型電池であって、
上記収納ユニットは、
導電性の正極側プレートと、負極側プレートとを備え、上記正極側プレートと上記負極側プレートとにより上記電池要素を収納する収納部を構成するとともに、上記収納部の周縁部であって上記正極側プレートの外周縁部位および上記負極側プレートの外周縁部位との間に絶縁シートを介在させて両外周縁部位を接合した接合端部を構成し、
上記接合端部は、上記両外周縁部位を重ねて巻き込むことによって圧着・接合した巻締部と、該巻締部を囲むように絶縁性の樹脂を用いてインサート成形された外周縁枠体と、を備えている扁平型電池である。
適用例１にかかる扁平型電池は、電池要素が収納ユニットに収納されるとともに、電池要素の電気を収納ユニットを介して外部に取り出す。収納ユニットは、正極側プレートと負極側プレートとにより構成される収納部に電池要素を収納する。また、収納ユニットは、収納部の周縁部であって正極側プレートと負極側プレートの外周縁部位に形成された接合端部により封止されている。接合端部は、巻締部と、外周縁枠体とを備えている。巻締部は、正極側プレートおよび負極側プレートの外周縁部位を重ねて巻き込むことによって圧着・接合している。さらに、外周縁枠体が巻締部をインサート成形されることで囲む。外周縁枠体は、巻締部を補強および保護するように覆って、巻締部が開くのを大きな力で防ぐとともに高いシール性を得ることができる。
［適用例２］
適用例２において、上記接合端部は、上記巻締部と外周縁枠体との接触する部分に接着層を介在させている構成をとることができる。この構成により、巻締部は、外周縁枠体を接着層を介在させることにより、さらに強力な力で開くのを防止することができる。
適用例２において、上記接合端部は、上記巻締部と外周縁枠体との接触する部分に接着層を介在させている構成をとることができる。この構成により、巻締部は、外周縁枠体を接着層を介在させることにより、さらに強力な力で開くのを防止することができる。
［適用例３，４］
適用例３において、上記正極側プレートと上記負極側プレートとを合わせる方向をｄ１とすると、上記巻締部の先端部は、上記外周縁部位が上記方向ｄ１に延びるように折曲されている構成をとることができる。適用例４において、上記正極側プレートと上記負極側プレートとを合わせる方向をｄ１とし、上記方向ｄ１に対して直角方向をｄ２とすると、上記巻締部の先端部は、上記正極側プレートと負極側プレートの外縁部であって、該外縁部から上記方向ｄ２に延びるように折曲されている構成をとることができる。これらの構成により、扁平型電池の収納ユニットの内圧が大きくなっても、外周縁枠体は、巻締部の先端部に開く方向への力を加えることがなく、シール性に優れている。
適用例３において、上記正極側プレートと上記負極側プレートとを合わせる方向をｄ１とすると、上記巻締部の先端部は、上記外周縁部位が上記方向ｄ１に延びるように折曲されている構成をとることができる。適用例４において、上記正極側プレートと上記負極側プレートとを合わせる方向をｄ１とし、上記方向ｄ１に対して直角方向をｄ２とすると、上記巻締部の先端部は、上記正極側プレートと負極側プレートの外縁部であって、該外縁部から上記方向ｄ２に延びるように折曲されている構成をとることができる。これらの構成により、扁平型電池の収納ユニットの内圧が大きくなっても、外周縁枠体は、巻締部の先端部に開く方向への力を加えることがなく、シール性に優れている。
（１） 扁平型電池１０の構成
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例としての扁平型電池１０の外観を示す斜視図である。扁平型電池１０は、電池要素２０と、収納ユニット３０とを備えている。
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例としての扁平型電池１０の外観を示す斜視図である。扁平型電池１０は、電池要素２０と、収納ユニット３０とを備えている。
図２は図１の扁平型電池１０の２−２線に沿った断面図、図３は扁平型電池１０の３−３線に沿った断面図、図４は扁平型電池１０の組付前の状態を示す斜視図である。図２において、電池要素２０は、例えば、リチウム２次電池として充放電を担う電池ユニットであり、正負の電極用金属薄膜を、電解質を介在させて巻回して構成されている。電池要素２０は、扁平で方形の電池要素本体２１と、電池要素本体２１の一端部から突出した正極集電箔２２と、その他端部から突出した負極集電箔２４とを備えている。正極集電箔２２はアルミニウムから形成され、負極集電箔２４は銅から形成されている。
収納ユニット３０は、例えば、アルミニウム板のプレス成形品からなる正極側プレート３２および銅からなる負極側プレート３４を備えている。正極側プレート３２および負極側プレート３４は、中央部にそれぞれ凹部を有し、各々の凹部を合わせることにより電池要素２０を収納する収納部３５を構成している。
図５は図２の扁平型電池１０の上部を示す断面図、図６は図２の扁平型電池１０の下部を示す断面図である。図５において、収納ユニット３０は、収納部３５の周縁部に接合端部４０を備えている。接合端部４０は、正極側プレート３２の外周縁部位３２ｂと負極側プレート３４の外周縁部位３４ｂとにわたって設けられており、外周縁部位３２ｂと外周縁部位３４ｂの間に中間枠体４２を介在させて外周縁部位３２ｂに正極集電箔２２を電気的に接続している。また、図６に示すように、負極集電箔２４も、正極集電箔２２と同様にその外周縁部位３４ｂに電気的に接続されている。図４に示すように、負極側プレート３４の外周縁部位３４ｂには、収納凹所３４ｃが形成されており、収納凹所３４ｃに中間枠体４２が収納されている。中間枠体４２は、絶縁性の樹脂成型品であり、左右に分割した左方側枠体４２Ｌと、右方側枠体４２Ｒとからなる２分割品であり、これらが合わさることで電池要素２０を枠内に取り囲む枠体を構成している。中間枠体４２には、段部を有する集電箔保持部位４３が形成されている。集電箔保持部位４３の段部は、正極集電箔２２を外周縁部位３２ｂに押しつけ（図５）、負極集電箔２４を外周縁部位３４ｂに押しつけている（図６）。
図５および図６に示すように、接合端部４０は、正極側プレート３２と負極側プレート３４との端部を接合する巻締部４５と、巻締部４５をモールドするように樹脂成形された外周縁枠体５０とを備えている。巻締部４５は、外周縁部位３２ｂと外周縁部位３４ｂとの間に絶縁シート４６を介在させ、外周縁部位３２ｂ，３４ｂを重ねて巻き込むことによって圧着・接合した二重巻締により構成されている。二重巻締は、後述するように、汎用の製缶方法を利用することにより形成したものである。外周縁枠体５０は、巻締部４５をインサート部材とし、絶縁性の樹脂を用いたインサート成形にて構成されている。
（２） 扁平型電池１０の製造方法
次に、上記した扁平型電池１０の製造方法について説明する。図７は扁平型電池１０の組付工程を説明する説明図である。まず、ステップＳ１００にて、扁平型電池１０を構成する各部品、つまり電池要素２０、正極側プレート３２、負極側プレート３４、中間枠体４２および絶縁シート４６を準備する。次いで、ステップＳ１１０にて、図８に示すように正極側プレート３２の外周縁部位３２ｂ上に絶縁シート４６を載置し、さらに正極側プレート３２の正極プレート本体３２ａの凹部に電池要素２０の電池要素本体２１を入り込ませ、図示しない溶接電極により正極集電箔２２を外周縁部位３２ｂの溶接領域ＷＦに溶接（例えば、スポット溶接）する。これにより、正極側プレート３２は、外周縁部位３２ｂにおいて電池要素２０と一体となる。
次に、上記した扁平型電池１０の製造方法について説明する。図７は扁平型電池１０の組付工程を説明する説明図である。まず、ステップＳ１００にて、扁平型電池１０を構成する各部品、つまり電池要素２０、正極側プレート３２、負極側プレート３４、中間枠体４２および絶縁シート４６を準備する。次いで、ステップＳ１１０にて、図８に示すように正極側プレート３２の外周縁部位３２ｂ上に絶縁シート４６を載置し、さらに正極側プレート３２の正極プレート本体３２ａの凹部に電池要素２０の電池要素本体２１を入り込ませ、図示しない溶接電極により正極集電箔２２を外周縁部位３２ｂの溶接領域ＷＦに溶接（例えば、スポット溶接）する。これにより、正極側プレート３２は、外周縁部位３２ｂにおいて電池要素２０と一体となる。
続いて、ステップＳ１２０にて、図９に示すように正極側プレート３２の凹所に入り込んだ電池要素２０を、負極集電箔２４の側が正極側プレート３２から離れるように斜めにし、負極側プレート３４をその凹所が電池要素２０の電池要素本体２１を覆うようにセットし、溶接電極により負極集電箔２４を外周縁部位３４ｂの溶接領域ＷＦに溶接する。これにより、負極側プレート３４は電池要素２０と一体となり、電池要素本体２１が収納部３５（図２参照）に収納される。
続くステップＳ１３０にて、図１０に示すように中間枠体４２を構成する左方側枠体４２Ｌおよび右方側枠体４２Ｒを、正極集電箔２２と外周縁部位３２ｂとの間、および負極集電箔２４（図６参照）と外周縁部位３４ｂとの間にそれぞれ差し込み、さらに中間枠体４２を負極側プレート３４の収納凹所３４ｃに位置合わせし、左方側枠体４２Ｌおよび右方側枠体４２Ｒをその開口側端面で接合させる。この状態で、正極側プレート３２と負極側プレート３４とにより中間枠体４２を押圧する。これにより、電池要素２０が正極側プレート３２と負極側プレート３４とにより収納されるとともに、中間枠体４２および絶縁シート４６を組み付けたサブアッシー品１２Ａが得られる。（図１１）
次に、ステップＳ１４０にて、巻締工程を行なう。図１２は巻締工程を説明する説明図である。巻締工程は、缶に蓋をする際の汎用の二重巻締方法を利用して行なう。すなわち、図１２において、サブアッシー品１２Ａの外周縁部位３２ｂ，３４ｂをシーミングチャック９０にセットし、シーミングロール９２により外周縁部位３２ｂ，３４ｂをシーミングチャック９０側に押し付けつつ回転させて、サブアッシー品１２Ａの全周にわたって曲げ成形することにより行なう。この場合において、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、シーミングチャック９０とシーミングロール９２Ａ，９２Ｂを用いて、順次、外周縁部位３２ｂ，３４ｂの折り返し加工を段階的に行なうことにより、図１２（Ｃ）のサブアッシー品１２Ｂに巻締部４５を得ることができる。
続いて、ステップＳ１５０にて、サブアッシー品１２Ｂを金型にセットする。図１３はサブアッシー品１２を金型と共に示す説明図である。図示するように、金型は、左右の合わせ型であり、左方金型１００Ｌと右方金型１００Ｒとを有する。左方金型１００Ｌと右方金型１００Ｒは、キャビティー１００Ｋを形成する。キャビティー１００Ｋは、サブアッシー品１２の外周縁を取り囲む。左右の金型は、キャビティー１００Ｋの型面から突出した肩部位突起１０２にて、正極側プレート３２の外周縁部位３２ｂ、中間枠体４２および負極側プレート３４の外周縁部位３４ｂを押圧して、サブアッシー品１２を保持する。こうしてサブアッシー品１２Ｂの金型セットが完了する。続くステップＳ１６０にて、絶縁性の樹脂をキャビティー１００Ｋに射出して、サブアッシー品１２をインサート成形する。これにより、キャビティー１００Ｋ内に外周縁枠体５０が形成される。樹脂射出後は、樹脂が冷却硬化するまで養生冷却し、その後に型外しすることで（ステップＳ１７０）、図１に示した扁平型電池１０を得ることができる。
（３） 実施例の作用・効果
上記実施例の構成により、以下の効果を奏する。
（３）−１ 図１４に示すように、収納ユニット３０は、収納部３５の周縁部であって正極側プレート３２および負極側プレート３４の外周縁部位３２ｂ，３４ｂに形成された接合端部４０により封止されている。接合端部４０は、正極側プレート３２および負極側プレート３４の外周縁部位３２ｂ，３４ｂを重ねて巻き込んで圧着・接合した２重巻締からなる巻締部４５により封止している。さらに、接合端部４０は、巻締部４５をインサート成形により囲んだ外周縁枠体５０により、巻締部４５をシールし、さらに外力に対しても補強および保護している。よって、接合端部４０は、扁平型電池１０の収納部３５の内圧の上昇が大きくても、巻締部４５および外周縁枠体５０により正極側プレート３２および負極側プレート３４の端部が開くのを大きな力で防ぎ、高いシール性を得ることができる。
上記実施例の構成により、以下の効果を奏する。
（３）−１ 図１４に示すように、収納ユニット３０は、収納部３５の周縁部であって正極側プレート３２および負極側プレート３４の外周縁部位３２ｂ，３４ｂに形成された接合端部４０により封止されている。接合端部４０は、正極側プレート３２および負極側プレート３４の外周縁部位３２ｂ，３４ｂを重ねて巻き込んで圧着・接合した２重巻締からなる巻締部４５により封止している。さらに、接合端部４０は、巻締部４５をインサート成形により囲んだ外周縁枠体５０により、巻締部４５をシールし、さらに外力に対しても補強および保護している。よって、接合端部４０は、扁平型電池１０の収納部３５の内圧の上昇が大きくても、巻締部４５および外周縁枠体５０により正極側プレート３２および負極側プレート３４の端部が開くのを大きな力で防ぎ、高いシール性を得ることができる。
（３）−２ 図１４に示すように、巻締部４５の外周縁部位３４ｂは、その先端部３４ｄが正極側プレート３２と負極側プレート３４の合わせ方向ｄ１と同方向に向くように折曲されている。このため、外周縁枠体５０を介して正極側プレート３２と負極側プレート３４とを広げるような外力が加わった場合に、先端部３４ｄに広げるような力Ｆ１を受けないから、シール性に優れている。
（３）−３ 図１３に示すように、外周縁枠体５０は、電池要素２０を収納部３５に収納した状態にて、巻締部４５をインサート部材として、その周囲に射出成形して形成されているから、その製造も容易である。
（４） 他の実施例
この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（４）−１ 図１５は他の実施例にかかる扁平型電池１０Ｂの端部を示す断面図である。本実施例は、接合端部４０Ｂの巻締部４５Ｂの構成に特徴を有する。すなわち、巻締部４５Ｂは、正極側プレート３２Ｂおよび負極側プレート３４Ｂの外周縁部位３２Ｂｂ，３４Ｂｂを二重巻締により構成している。また、上記正極側プレート３２Ｂと上記負極側プレート３４Ｂとを合わせる方向をｄ１とし、上記方向ｄ１に対して直角方向をｄ２とすると、先端部３４Ｂｄが外側に向かっている。したがって、扁平型電池１０Ｂの収納ユニット３０Ｂの内圧が大きくなっても、外周縁枠体５０Ｂは、巻締部４５Ｂの先端部３４Ｂｄに開く方向への力Ｆ１を加えることがなく、シール性に優れている。
この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（４）−１ 図１５は他の実施例にかかる扁平型電池１０Ｂの端部を示す断面図である。本実施例は、接合端部４０Ｂの巻締部４５Ｂの構成に特徴を有する。すなわち、巻締部４５Ｂは、正極側プレート３２Ｂおよび負極側プレート３４Ｂの外周縁部位３２Ｂｂ，３４Ｂｂを二重巻締により構成している。また、上記正極側プレート３２Ｂと上記負極側プレート３４Ｂとを合わせる方向をｄ１とし、上記方向ｄ１に対して直角方向をｄ２とすると、先端部３４Ｂｄが外側に向かっている。したがって、扁平型電池１０Ｂの収納ユニット３０Ｂの内圧が大きくなっても、外周縁枠体５０Ｂは、巻締部４５Ｂの先端部３４Ｂｄに開く方向への力Ｆ１を加えることがなく、シール性に優れている。
（４）−２ 本実施例の接合端部は、巻締部と外周縁枠体とを化学的接着により接着力を強化した接着層を有する構成に特徴を有する。この構成を得るには、以下の工程をとる。正負極プレートの外周縁部位の表面に、カルボキシル基や、アミノ基、ヒドロキシル基等の極性官能基を付与する。すなわち、放電ガス中で発生させたプラズマにより生成したラジカルで有機物を活性化させ、その活性化有機物で外周縁部位の表面に極性官能基を付与する。そして、外周縁部位を二重巻締することにより巻締部を形成する。また、外周縁枠体を形成する射出成形の際に、外周縁枠体の形成用の絶縁性樹脂に、上記した極性官能基と相互に作用し合う接着性官能基、例えばエポキシ基を含む接着性改質剤を配合しておく。これにより、巻締部と外周縁枠体とは、極性官能基と接着性官能基との相互作用により接着でき、外周縁枠体による封止の信頼性を高めることができる。本実施例において、接着層は、サブアッシー品を図１２の金型にセットする前に、巻締部に塗布することが好適である。
（４）−３ 上記実施例では、ボタン電池などの単一の扁平型電池について説明したが、これに限らず、扁平型電池を複数積層して構成される電池ユニットに適用してもよい。
（４）−４ 上記実施例では、図４に示すように中間枠体４２を２分割品で構成した例について説明したが、これに限らず、電池要素の全周を囲むように一体形成されたものであってもよい。この場合には、図７のステップＳ１２０とステップＳ１３０とを逆の工程、つまり、中間枠体を電池要素にセットした後に、プレートを溶接する工程をとることができる。
１０…扁平型電池
１０Ｂ…扁平型電池
１２…サブアッシー品
１２Ａ…サブアッシー品
１２Ｂ…サブアッシー品
２０…電池要素
２１…電池要素本体
２２…正極集電箔
２４…負極集電箔
３０…収納ユニット
３０Ｂ…収納ユニット
３２ｂ，３４ｂ…外周縁部位
３２…正極側プレート
３２ａ…正極プレート本体
３２Ｂｂ，３４Ｂｂ…外周縁部位
３４…負極側プレート
３４ｃ…収納凹所
３４ｄ…先端部
３４Ｂｄ…先端部
３５…収納部
４０…接合端部
４０Ｂ…接合端部
４２…中間枠体
４２Ｌ…左方側枠体
４２Ｒ…右方側枠体
４３…集電箔保持部位
４５…巻締部
４５Ｂ…巻締部
４６…絶縁シート
５０…外周縁枠体
５０Ｂ…外周縁枠体
９０…シーミングチャック
９０，９２Ａ，９２Ｂ…シーミングロール
１００Ｋ…キャビティー
１００Ｌ…左方金型
１００Ｒ…右方金型
１０２…肩部位突起
ＷＦ…溶接領域
１０Ｂ…扁平型電池
１２…サブアッシー品
１２Ａ…サブアッシー品
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２０…電池要素
２１…電池要素本体
２２…正極集電箔
２４…負極集電箔
３０…収納ユニット
３０Ｂ…収納ユニット
３２ｂ，３４ｂ…外周縁部位
３２…正極側プレート
３２ａ…正極プレート本体
３２Ｂｂ，３４Ｂｂ…外周縁部位
３４…負極側プレート
３４ｃ…収納凹所
３４ｄ…先端部
３４Ｂｄ…先端部
３５…収納部
４０…接合端部
４０Ｂ…接合端部
４２…中間枠体
４２Ｌ…左方側枠体
４２Ｒ…右方側枠体
４３…集電箔保持部位
４５…巻締部
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５０…外周縁枠体
５０Ｂ…外周縁枠体
９０…シーミングチャック
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１００Ｒ…右方金型
１０２…肩部位突起
ＷＦ…溶接領域
Claims (4)
- 電池要素（２０）と、該電池要素（２０）を収納する収納ユニット（３０）とを備えた扁平型電池であって、
上記収納ユニット（３０）は、
導電性の正極側プレート（３２）と、負極側プレート（３４）とを備え、上記正極側プレート（３２）と上記負極側プレート（３４）とにより上記電池要素（２０）を収納する収納部（３５）を構成するとともに、上記収納部（３５）の周縁部であって上記正極側プレート（３２）の外周縁部位（３２ｂ）および上記負極側プレート（３４）の外周縁部位（３４ｂ）との間に絶縁シート（４６）を介在させて両外周縁部位（３２ｂ，３４ｂ）を接合した接合端部（４０）を構成し、
上記接合端部（４０）は、上記両外周縁部位（３２ｂ，３４ｂ）を重ねて巻き込むことによって圧着・接合した巻締部（４５）と、該巻締部（４５）を囲むように絶縁性の樹脂を用いてインサート成形された外周縁枠体（５０）と、を備えている扁平型電池。 - 請求項１に記載の扁平型電池において、
上記接合端部（４０）は、上記巻締部（４５）と外周縁枠体（５０）との接触する部分に接着層を介在させている、扁平型電池。 - 請求項１または請求項２に記載の扁平型電池において、
上記正極側プレート（３２）と上記負極側プレート（３４）とを合わせる方向をｄ１とすると、上記巻締部（４５）の先端部（３４ｄ）は、上記外周縁部位（３２ｂ，３４ｂ）が上記方向ｄ１に延びるように折曲されている扁平型電池。 - 請求項１または請求項２に記載の扁平型電池において、
上記正極側プレート（３２）と上記負極側プレート（３４）とを合わせる方向をｄ１とし、上記方向ｄ１に対して直角方向をｄ２とすると、
上記巻締部（４５Ｂ）の先端部（３４Ｂｄ）は、上記正極側プレート（３２Ｂ）と負極側プレート（３４Ｂ）の外縁部であって、該外縁部から上記方向ｄ２に延びるように折曲されている扁平型電池。
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