JP6122263B2 - 扁平形電池 - Google Patents

Description

本発明は、外装缶及び封口缶によって形成される内部空間内に、正極及び負極を積層することによって形成される積層体が収納される扁平形電池に関する。

有底筒状の外装缶と、該外装缶との間に空間が形成されるように該外装缶に対して配置される有底筒状の封口缶と、前記空間内に配置される積層体と、外装缶と封口缶との間に挟み込まれるガスケットとを備えた扁平形電池が知られている。このような扁平形電池では、例えば特許文献１に開示されるように、正極缶及び負極缶によって形成される空間内に、複数の正極及び複数の負極を交互に積層することによって構成される積層体が収納されている。また、前記特許文献１の構成では、正極缶と負極缶との間にガスケットが挟み込まれている。

上述の構成では、電池を組み立てる際には、有底円筒状の正極缶内に積層体を配置した後、該正極缶の開口側を覆うように有底円筒状の負極缶を逆皿状に配置し、正極缶の側壁を負極缶の側壁に嵌合させる。この際、負極缶の側壁に設けられたガスケットが該負極缶と正極缶との間に挟み込まれるように、正極缶と負極缶とを組み合わせる。

特開２００９−２８９６２１号公報

ところで、上述のように、外装缶と封口缶との間に形成される空間内に積層体を配置した状態で、封口缶の側壁に設けられたガスケットを外装缶との間に挟み込む場合、積層体とガスケットとの位置関係によっては該ガスケットが積層体と接触する可能性がある。特に、電池を小型化する場合には、電池内の空間が狭くなるため、積層体とガスケットとの距離が短くなる。そのため、積層体とガスケットとが接触しやすくなる。

ガスケットが積層体と接触した場合、該ガスケットによって、積層体の一部が損傷を受ける可能性がある。積層体が損傷を受けると、電池内部で短絡を生じる可能性がある。

本発明の目的は、外装缶及び封口缶によって形成される内部空間内に積層体が収納される扁平形電池において、外装缶と封口缶とを組み合わせる際にガスケットによって積層体が損傷を受けるのを防止可能な構成を得ることにある。

本発明の一実施形態に係る扁平形電池は、筒状の外装缶周壁部を有する有底筒状の外装缶と、筒状の封口缶周壁部を有し、前記外装缶の開口側を覆うとともに前記外装缶周壁部が前記封口缶周壁部の開口部側に接続される有底筒状の封口缶と、それぞれ平板状に形成された正極及び負極を厚み方向に積層することにより形成され、前記外装缶及び前記封口缶によって形成された内部空間内に収納される積層体と、前記外装缶と前記封口缶との間に挟み込まれるガスケットとを備え、前記ガスケットは、前記内部空間内に位置付けられるガスケット内側部を有し、前記ガスケット内側部には、前記内部空間の内方側で且つ前記外装缶の底部側に、Ｒ部が設けられている（第１の構成）。

これにより、外装缶内に積層体を配置した状態で、封口缶及びガスケットを外装缶に組み合わせる際に、該ガスケットが積層体に接触しても、該ガスケットによって積層体が損傷を受けるのを防止できる。すなわち、ガスケットのガスケット内側部には、内部空間の内方側で且つ外装缶の底面側にＲ部が設けられているため、ガスケットが積層体に接触する際には、前記Ｒ部が積層体に接触する。そうすると、積層体にガスケットの角部が接触する場合に比べて、該積層体の損傷を抑制することができる。

前記第１の構成において、前記封口缶は、前記封口缶周壁部が前記外装缶周壁部の内方に位置するように、前記外装缶に対して組み合わされ、前記ガスケット内側部は、前記封口缶周壁部の内方に位置し、前記ガスケットは、前記封口缶周壁部の外方に位置するガスケット外側部と、前記ガスケット内側部と前記ガスケット外側部とを繋ぐガスケット接続部とをさらに有し、前記封口缶周壁部を挟み込むように配置されるのが好ましい（第２の構成）。

このような構成では、封口缶周壁部にガスケットが取り付けられた状態で、封口缶を外装缶に組み合わせる際に、ガスケットが積層体に接触する可能性がある。このような構成において、上述の第１の構成を適用することにより、積層体がガスケットにより損傷を受けるのを防止できる。

前記第２の構成において、前記Ｒ部は、前記ガスケット内側部と前記ガスケット接続部との間に設けられているのが好ましい（第３の構成）。

Ｒ部は、封口缶を外装缶に組み合わせる際に、ガスケットが積層体と接触する可能性が最も高い部分、すなわちガスケット内側部とガスケット接続部との間に設けられているため、ガスケットが積層体と接触しても、該積層体が損傷を受けるのを極力防止できる。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記ガスケット内側部は、前記封口缶周壁部に沿うように延びていて、前記Ｒ部は、前記ガスケット内側部の厚みの半分以上の曲率半径を有するのが好ましい（第４の構成）。

これにより、ガスケット内側部の内部空間側が積層体と接触した場合でも、該ガスケット内側部によって積層体に損傷を与えるのを防止できる。

前記第４の構成において、前記Ｒ部は、前記ガスケット内側部の厚み以上の曲率半径を有するのが好ましい（第５の構成）。

これにより、ガスケット内側部は、外装缶の底部側全体にＲ部が形成される。よって、ガスケット内側部が積層体と接触した場合に、該積層体が損傷を受けるのをより確実に防止できる。

本発明の一実施形態に係る扁平形電池によれば、外装缶と封口缶との間に挟み込まれるガスケットのうち、内部空間内に位置するガスケット内側部に、該内部空間の内方側で且つ外装缶の底部側にＲ部を設ける。これにより、電池を組み立てる際に、内部空間内に配置される積層体にガスケットが接触した場合でも、該積層体が損傷を受けるのを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る扁平形電池の概略構成を示す断面図である。 図２は、扁平形電池の外周側の構造を拡大して断面で示す部分拡大断面図である。 図３は、扁平形電池の製造方法を説明するための断面図である。 図４は、扁平形電池の製造方法を説明するための断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の一実施形態である扁平形電池１の概略構成を示す断面図である。この扁平形電池１は、有底円筒状の外装缶としての正極缶１０と、該正極缶１０の開口を覆う封口缶としての負極缶２０と、正極缶１０の外周側と負極缶２０の外周側との間に配置されるガスケット３０と、正極缶１０及び負極缶２０の間に形成される内部空間１ａ内に収納される電極体４０（積層体）とを備える。したがって、扁平形電池１は、正極缶１０と負極缶２０とを合わせることによって、全体が扁平なコイン状となる。扁平形電池１の正極缶１０及び負極缶２０の間に形成される内部空間１ａ内には、電極体４０以外に、非水電解液（図示省略）も封入されている。

正極缶１０は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。正極缶１０は、円形状の底部１１と、その外周に該底部１１と連続して形成される円筒状の周壁部１２とを備える。この周壁部１２は、縦断面視（図１に図示した状態）で、底部１１の外周端からほぼ垂直に延びるように設けられている。正極缶１０は、後述するように、負極缶２０との間にガスケット３０を挟んだ状態で、周壁部１２の開口端側が内側に折り曲げられて、負極缶２０に対してかしめられている。

負極缶２０も、正極缶１０と同様、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。負極缶２０は、正極缶１０の周壁部１２よりも外形が小さい円筒状の周壁部２２と、その一方の開口を塞ぐ円形状の平面部２１と、を有する。この周壁部２２も、正極缶１０と同様、縦断面視で、平面部２１に対してほぼ垂直に延びるように設けられている。周壁部２２には、平面部２１側の基端部２２ａに比べて径が段状に大きくなる拡径部２２ｂが形成されている。すなわち、周壁部２２には、基端部２２ａと拡径部２２ｂとの間に段部２２ｃが形成されている。図１に示すように、この段部２２ｃに対して、正極缶１０の周壁部１２の開口端側が折り曲げられてかしめられている。すなわち、正極缶１０は、その周壁部１２の開口端側が負極缶２０の段部２２ｃに嵌合されている。

ガスケット３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）からなる。ガスケット３０は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間に挟みこまれるように、該負極缶２０の周壁部２２に配置されている。なお、ガスケット３０の材料としては、ＰＰに限らず、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にオレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリアミド系樹脂などを用いてもよい。

ガスケット３０の詳しい構成については後述する。

電極体４０は、図２にも示すように、袋状のセパレータ４４内に収容された略円板状の正極４１と、略円板状の負極４６と、を厚み方向に交互に複数、積層してなる。これにより、電極体４０は、全体として略円柱状の形状を有する。また、電極体４０は、両端面が負極になるように、複数の正極４１及び負極４６が積層されている。

正極４１は、コバルト酸リチウム等の正極活物質を含有する正極活物質層４２を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体４３の両面にそれぞれ形成したものである。

負極４６は、黒鉛等の負極活物質を含有する負極活物質層４７を、銅等の金属箔製の負極集電体４８の両面にそれぞれ形成したものである。略円柱状の電極体４０の積層方向両端に位置する負極は、それぞれ、負極集電体４８，４８が電極体４０の積層方向端部に位置するように、負極集電体４８の一面側のみに負極活物質層４７を有する。すなわち、略円柱状の電極体４０は、その両端で負極集電体４８，４８が露出している。

電極体４０の一方の負極集電体４８は、該電極体４０が正極缶１０と負極缶２０との間に配置された状態で、負極缶２０の平面部２１に当接する。電極体４０の他方の負極集電体４８は、絶縁シート４９を介して正極缶１０の底部１１上に位置付けられる。

セパレータ４４は、平面視で略円形状に形成された袋状の部材であり、略円板状の正極４１を収納可能な大きさに形成されている。セパレータ４４は、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜によって構成されている。このように、セパレータ４４を微多孔性薄膜によって構成することで、リチウムイオンが該セパレータ４４を透過することができる。セパレータ４４は、一枚の長方形状の微多孔性薄膜のシート材によって正極４１を包み込んで、該シート材の重なっている部分を熱溶着等によって接着することにより形成される。

図１に示すように、正極４１の正極集電体４３には、平面視で該正極集電体４３の外方に向かって延びる導電性の正極リード５１が一体形成されている。この正極リード５１の正極集電体４３側も、セパレータ４４によって覆われている。

負極４６の負極集電体４８には、平面視で該負極集電体４８の外方に向かって延びる導電性の負極リード５２が一体形成されている。

図１に示すように、正極４１及び負極４６は、各正極４１の正極リード５１が一側に位置し、且つ、各負極４６の負極リード５２が該正極リード５１とは反対側に位置するように、積層される。

上述のように複数の正極４１及び負極４６を厚み方向に積層した状態で、複数の正極リード５１は、先端側を厚み方向に重ね合わされて、超音波溶接等によって正極缶１０の底部１１に接続される。これにより、複数の正極リード５１を介して複数の正極４１と正極缶１０の底部１１とが電気的に接続される。

一方、複数の負極リード５２も、先端側を厚み方向に重ね合わされて超音波溶接等によって互いに接続される。これにより、複数の負極リード５２を介して複数の負極４６が互いに電気的に接続される。

（ガスケット）
次に、ガスケット３０の構成について、図１から図３を用いて詳しく説明する。

ガスケット３０は、図１から図３に示すように、負極缶２０の周壁部２２の開口側に取り付けられる。すなわち、ガスケット３０は、負極缶２０の円筒状の周壁部２２と同様、略円筒状に形成されている。

ガスケット３０は、図２及び図３に示すように、内周側に位置するガスケット内側部３１と、外周側に位置するガスケット外側部３２と、ガスケット内側部３１及びガスケット外側部３２を繋ぐガスケット接続部３３とを有する。ガスケット内側部３１及びガスケット外側部３２は、それぞれ筒軸方向に延びる円筒状に形成されている。ガスケット接続部３３は、ガスケット内側部３１とガスケット外側部３２とを、それらの一端側同士で接続するように、該ガスケット内側部３１及びガスケット外側部３２に対して一体に形成されている。

ガスケット外側部３２には、図３に示すように、ガスケット接続部３３とは反対側に、ガスケット３０の内周側に膨出する膨出部３２ａが一体形成されている。ガスケット３０を負極缶２０の周壁部２２に装着した場合、ガスケット外側部３２の膨出部３２ａが負極缶２０の周壁部２２に引っ掛かって、ガスケット３０が負極缶２０から脱落するのを防止できる。

図２に示すように、ガスケット内側部３１には、扁平形電池１の内部空間１ａの内方側で且つ正極缶１０の底部１１側に、Ｒ部３１ａが形成されている。すなわち、Ｒ部３１ａは、ガスケット内側部３１とガスケット接続部３３との間の部分に、略円筒状のガスケット内側部３１の内周全周に亘って形成されている。

Ｒ部３１ａは、ガスケット内側部３１の厚みＴの半分以上の曲率半径を有する。ここで、ガスケット内側部３１の厚みＴは、該ガスケット内側部３１の径方向の厚みで最も厚みが大きい部分の厚みである。

上述のようなＲ部３１ａをガスケット内側部３１に設けることにより、後述するように扁平形電池１を組み立てる際に、正極缶１０内に配置された電極体４０に、ガスケット３０が接触した場合でも、該電極体４０が損傷を受けるのを防止できる。すなわち、正極缶１０に負極缶２０を組み合わせる際に、該正極缶１０内に配置された電極体４０に、負極缶２０の周壁部２２に取り付けられたガスケット３０が接触する場合、該ガスケット３０のＲ部３１ａが電極体４０に接触する。そうすると、ガスケット３０に接触した電極体４０は、Ｒ部３１ａによって押されて正極缶１０の底部１１上を移動する。これにより、電極体４０が、ガスケットの角部分等によって損傷を受けるのを防止することができる。

特に、Ｒ部３１ａの曲率半径を、ガスケット内側部３１の厚みＴの半分以上の曲率半径とすることで、ガスケット内側部３１の内部空間１ａ側が電極体４０に接触した場合でも、該電極体４０に損傷を与えるのをより確実に防止できる。

また、例えば、ガスケットの内径を１７．１ｍｍ、電極体４０の外径を１６．３ｍｍとすると、Ｒ部３１ａの曲率半径は、０．２ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは、０．３５ｍｍ以上である。

（扁平形電池の製造方法）
次に、図３及び図４を用いて、扁平形電池１の製造方法について説明する。

まず、正極缶１０及び負極缶２０をプレス加工によって図３のような形状に成形するとともに、ガスケット３０も成形型によって図３のような形状に成形する。一方、正極４１及び負極４６を積層することにより、積層体４０を構成する。

図３に示すように、正極缶１０内に電極体４０を配置して、正極リード５１を正極缶１０の底部１１に溶接する。一方、負極缶２０の周壁部２２にガスケット３０を装着する。そして、正極缶１０に対して負極缶２０を組み合わせる（白抜き矢印参照）。

このとき、ガスケット３０のガスケット内側部３１にはＲ部３１ａが形成されているため、該ガスケット内側部３１が積層体４０に接触しても、該積層体４０が損傷を受けるのを防止できる。

図４のように正極缶１０及び負極缶２０を組み合わせた状態で、正極缶１０の周壁部１２の開口側を該正極缶１０の内方に折り曲げて（図中の矢印参照）、負極缶２０の周壁部２２に嵌合させる。このとき、ガスケット３０は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間に挟み込まれる。これにより、図１に示すような扁平形電池１が得られる。

（実施形態の効果）
以上より、この実施形態では、正極缶１０と負極缶２０との間に挟み込まれるガスケット３０のガスケット内側部３１に、Ｒ部３１ａを設ける。これにより、正極缶１０と負極缶２０とを組み合わせる際に、該負極缶２０の周壁部２２に取り付けられたガスケット３０が正極缶１０内に配置された電極体４０に接触した場合でも、該電極体４０が損傷を受けるのを防止できる。

特に、Ｒ部３１ａの曲率半径を、ガスケット内側部３１の厚みＴの半分以上の曲率半径にすることで、ガスケット内側部３１の内部空間１ａ側が電極体４０に接触した場合でも、該ガスケット内側部３１によって電極体４０が損傷を受けるのをより確実に防止できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、ガスケット内側部３１に設けるＲ部３１ａを、ガスケット内側部３１の厚みＴの半分以上の曲率半径を有する形状としている。しかしながら、Ｒ部の曲率半径は、ガスケット内側部３１の厚みＴ以上の曲率半径であってもよい。こうすれば、ガスケット３０が電極体４０に接触した場合に、該電極体４０が損傷を受けるのをより確実に防止できる。

前記実施形態では、ガスケット３０を、負極缶２０とは別体に設けて、該負極缶２０の周壁部２２に装着している。しかしながら、ガスケットを負極缶２０の周壁部２２にモールド成形してもよい。このようなモールド成形のガスケットの場合でも、負極缶２０の周壁部２２の内方に位置する部分に、Ｒ部を設けることにより、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

前記実施形態では、電極体４０の正極リード５１を正極缶１０の底部１１に溶接しているが、この限りではなく、正極缶１０の底部１１に他の部材を介して電気的に接触させてもよい。

前記実施形態では、負極缶１０を外装缶としていて、正極缶２０を封口缶としているが、逆に負極缶が封口缶で、正極缶が外装缶であってもよい。

前記実施形態では、負極缶１０及び正極缶２０を、それぞれ有底円筒状に形成して、扁平形電池１をコイン状に形成したが、この限りではなく、扁平形電池を、多角柱状など、円柱状以外の形状に形成してもよい。

本発明による扁平形電池は、外装缶及び封口缶によって形成される内部空間に積層体が配置されるとともに、外装缶と封口缶との間にガスケットが挟み込まれる構成に利用可能である。

１：扁平形電池、１ａ：内部空間、１０：正極缶（外装缶）、１１：底部、１２：周壁部（外装缶周壁部）、２０：負極缶（封口缶）、２２：周壁部（封口缶周壁部）、３０：ガスケット、３１：ガスケット内側部、３１ａ：Ｒ部、３２：ガスケット外側部、３３：ガスケット接続部、４０：電極体（積層体）、４１：正極、４６：負極

Claims (4)

1. 筒状の外装缶周壁部を有する有底筒状の外装缶と、
   筒状の封口缶周壁部と、前記封口缶周壁部の一方の開口を塞ぐ平面部とを有し、前記外装缶の開口側を覆うとともに前記外装缶周壁部が前記封口缶周壁部の開口部側に接続される有底筒状の封口缶と、
   それぞれ平板状に形成された正極及び負極を厚み方向に積層することにより形成され、前記外装缶及び前記封口缶によって形成された内部空間内に収納される積層体と、
   前記外装缶と前記封口缶との間に挟み込まれるガスケットとを備え、
   前記ガスケットは、前記内部空間内に位置付けられる、筒状のガスケット内側部を有し、
   前記ガスケット内側部には、前記内部空間の内方側で且つ前記外装缶の底部側に、Ｒ部が設けられ、
   前記ガスケット内側部の前記内部空間の内方側の面は、段差のない連続した面であり、
   前記ガスケット内側部の内側に、前記積層体の全体が配置されている、扁平形電池。
2. 請求項１に記載の扁平形電池において、
   前記封口缶は、前記封口缶周壁部が前記外装缶周壁部の内方に位置するように、前記外装缶に対して組み合わされ、
   前記ガスケット内側部は、前記封口缶周壁部の内方に位置し、
   前記ガスケットは、前記封口缶周壁部の外方に位置するガスケット外側部と、前記ガスケット内側部と前記ガスケット外側部とを繋ぐガスケット接続部とをさらに有し、前記封口缶周壁部を挟み込むように配置される、扁平形電池。
3. 請求項２に記載の扁平形電池において、
   前記Ｒ部は、前記ガスケット内側部と前記ガスケット接続部との間に設けられている、扁平形電池。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   前記ガスケット内側部は、前記封口缶周壁部に沿うように延びていて、
   前記Ｒ部は、前記ガスケット内側部の厚みの半分以上の曲率半径を有する、扁平形電池。

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