JPH01167946A - 薄形電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対向配置した２枚の金属板間に発電要素が充
填され、両金属板の周辺部を封止部とする構造の薄形電
池の製造方法に関する。

〔従来の技術］ ボタン形やコイン形などの電池では、正負極集電板を構
成する２つの金属缶を相互に嵌合し、両金属缶の周縁部
を有機高分子材料からなるバッキングを挟んで屈曲して
締め付ける封止方式が汎用されてきた。

しかるに、近年の電子機器類の小形化、軽量化、薄形化
などに伴って、これらに使用する電池としても総厚がｌ
ｌｌ１ｌ１１以下、さらには０．５ｍｍ以下といった薄
形のものが要望されるようになってきたが、前述した金
属缶の屈曲を利用した封止方式では加工技術上で限界が
あるため、そのような要望に応じることができなかった
。

そこで、例えば、特開昭５７−８０６５６号公報に示さ
れるように、平板状の２枚の金属板を対向配置してその
周辺部間にセラミンクなどからなるスペーサを介在させ
て接合したり、あるいは、例えば特開昭６０−１９４１
６０号公報に示されるように、２枚の金属板の一方また
は両方の中央部を外部側に凸出した形状にして同様に対
向配置し、その周辺部において接合する封止方式が試み
られている。

そして、これらの接合には低融点ハンダや接着剤が用い
られるが、とくにホットメルト接着剤やハーメチックシ
ール可能なセラミックスなどの熱融着性材料は、シート
状に成形した固形部品として扱えて封止操作が容易であ
ること、ならびに溶液型接着剤のように電池内部へ流入
して電解質と混じり合って電池性能を低下させるおそれ
がないことなどから有望視されている。

ところで、上記熱融着性材料による封止方法として最初
に採用された方法は、ヒートブロックを使用し、このヒ
ートブロックで封止部を加圧しつつ封止部に介挿した熱
融着性材料を加熱溶融し、そののち、冷却固化するまで
上記加圧を続は融着封止するものである。そのため、金
属板間に装填された発電要素が冷却に至るまでの長時間
の加熱状態により熱影響を受け、電池性能が低下し、ま
た封止に時間がかかるので生産性が悪いという問題点が
あった。

そのため、本発明者らは、先に、加熱手段として抵抗体
からなる加圧治具を使用し、この治具で封止部を加圧し
た状態で上記治具に通電することによりてこの治具を発
熱させ、熱融着性材料を溶融して融着封止する方法を開
発した。

上記方法によれば、加圧治具に通電することによって速
やかに所要量の熱エネルギーを得ることができるととも
に、この通電を解除することによって迅速に冷却するこ
とができるので、前記ヒートブロックによる加熱方法に
比べて、発電要素への熱影響を少なくすることができる
。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記方法においても、熱融着封止のため
に加えた熱が金属板を伝わって発電要素に伝播し、それ
によって発電要素が熱影響を受けるのを完全に防止する
ことはできない。

したがって、本発明は、発電要素への熱影響の極力少な
い薄形電池の製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明では、加熱手段として抵抗体からなる加圧治具を
使用し、かつ、金属板の中央部の上部および下部の一方
または両方をベルチェ効果を利用した電子冷凍素子で冷
却しながら、前記抵抗体で封止部を加圧しつつ通電する
ことによって抵抗体を発熱させ、それによって熱融着性
材料の加熱融着を行うようにしたものである。これによ
り、発電要素への熱影響がほぼ完全に回避でき、また発
電要素への熱影響を気にすることなく封止部へ充分な熱
を加えることができるようになったので、熱融着部の融
着性、信頼性がより一層向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の製造方法を図面を参照して具体的に説明
する。

第１〜５図は、対向配置して正負極集電板を構成する２
枚の金属板が共に平板状で、両金属板の周辺部にスペー
サを介在させた構造の薄形電池の封止工程を示す。この
場合、まず第１図で示すようにステンレス鋼などからな
る一方の金属板１ａの一面側にセラミックスなどからな
る環状のスペーサ２を接着剤３にて固着する。この接着
剤３としてはホントメルト接着剤やハーメチックシール
可能なセラミックスなどの熱融着性材料のほか溶液型接
着剤などの他の接着剤を使用でき、また熱融着性材料を
使用する際の加熱融着手段としては後述するパルス電流
などの通電加熱による局部加熱ならびにヒートブロック
などによる全体ないし局部加熱など種々の方法を採用で
きる。そしてスペーサ２上に環状シートに成形した熱融
着性材料４ａを加熱融着しておく。

つぎに、第２図で示すように、上述の金属板１ａのスペ
ーサ２の内側に正極、負極、セパレータおよび電解質を
含む周知構成の発電要素５を装填すると共に、これを凹
型受枠６上に載置する。そして環状シートに成形した熱
融着性材料４ｂをあらかじめ加熱融着した他方の金属板
１ｂを、再熱融着性材料４ａ、４ｂが当接するように載
置する。

ついで、第３図に示すように、他方の金属板１ｂの中央
部上部にベルチェ効果を利用した電子冷凍素子９をその
冷却部９ａを電池側にして接触させる。

その状態で電子冷凍素子９に直流電流を通電し電池内容
物である発電要素５を冷却する。

ついで、第４図で示すようなタングステン合金、銅タン
グステン合金、モリブデン・モリブデンカーバイド（モ
リブデンとモリブデンカーバイドの焼結体）、銅クロム
合金などの抵抗体からなる加圧治具７を用いて、この加
圧治具７により第３図に示すように他方の金属板１ｂ側
から加圧し、上記治具７にパルス的に制御された電流を
流して発熱させ、金属板１ｂの周辺部すなわち封止部に
所要時間の加熱圧着を行い、熱融着性材料４ａ、４ｂを
短時間に加熱溶融させる。その後、加圧した状態で通電
を解除するとともに、加圧治具７の側面に通風口８．８
′を通して冷却したアルゴンガスを吹きつけて強制冷却
を行う。冷却固化後、抜工して封止が完了する。第５図
はこの封止完了後に受枠６から取り出された薄形電池を
示す。

第６〜８図は、２枚の金属板の一方の中央部を外部側に
凸出させた形状、つまり周辺部が鍔状になった底の浅い
容器状にして前記スペーサを省略した構造の薄形電池の
封止工程を示す。この場合、まず第６図で示すようにス
テンレス鋼などからなる中央部が外部側（外部側とは、
電池の厚み方向外部側をいい、この第６図に示す状態で
は下部側）に凸出した形状の金属板１ｃおよび平板状の
金属板１ｄの各周辺部に前述と同様の環状シートに成形
した熱融着性材料４ａ、４ｂをあらかじめ加熱接着して
おき、金属板１ｃの凹んだ中央部上に発電要素５を装填
してこれを凹型受枠６上に載置し、この上に平板状の金
属板１ｄを熱融着性材料４ａ、４ｂが当接するように載
置する。

ついで、第７図に示すように、平板状の金属板１ｄの中
央部上部にベルチェ効果を利用した電子冷凍素子９をそ
の冷却部９ａを電池側にして接触させる。その状態で上
記電子冷凍素子９に直流電流を通電し発電要素５を冷却
する。つぎに、抵抗体からなる加圧治具７にて平板状の
金属板１ｄ側から封止部に加圧し、この加圧下で加圧治
具７に前記同様に通電して熱融着性材料４ａ、４ｂを瞬
時に加熱溶融する。そして、その後、通電を解除し、ま
た強制冷却を行うことにより前述と同様に熱融着性材料
４は急速に冷却固化して封止が完了するから、この封止
完了後に受枠６から取り出して第８図で示す薄形電池を
得る。

前記のベルチェ効果を利用した電子冷凍素子９とは、２
種類の異なる金属または半導体を直列に接続し、電流を
流すと一方の接合部は発熱し、他方の接合部は吸熱する
というベルチェ効果を利用したものであり、９ａはその
冷却部で、９ｂは金属間化合物半導体であり、９ｃは放
熱部である。

なお、上記２つの実施例では、封止時に下方に位置させ
る金属板に発電要素全体を装填しているが、負極もしく
は正極の構成材料によってはこの部分のみを上方に位置
させる金属板に固着させてもよい。また、受枠６および
加圧治具７の形状は種々変更可能である。さらに、２枚
の金属板を共にその中央部が外部側に凸出した形状にし
た電池の封止を前記第６〜８図の場合と同様にして行う
こともできる。

なお、上述の実施例では、加圧治具７への通電をパルス
電流を流すことによって行っているが、パルス電流に限
らず、通常の電流を流すようにしてもよい。また、上記
例では通風口８，８′によって強制的に冷却しているが
、自然冷却法を採用することもできる。すなわち、上記
加熱方式では、加圧治具７の形状が封止部の形状に沿っ
た小形とされたものであるため、通電を解除すればそれ
によって短時間のうちに自然冷却される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、封止部の加熱手段と
して抵抗体からなる加圧治具を用い、発電要素が位置す
る金属板の中央部にベルチェ効果を利用した電子冷凍素
子を接触させて、前記加圧治具で封止部を加圧しつつ押
圧治具に通電して発熱させ、これによって熱融着性材料
を溶融し融着させて封止を行うようにしたので、発電要
素への熱影響が格段と少なくなり、融着封止時の加熱に
よる電池性能の低下の少ない高性能の電池を得ることが
できる。また、封止時間が従来のヒートブロックで加熱
する場合に比べて、大幅に短縮され、電池の生産性が向
上する。さらに、本発明では、封止時の加熱から冷却に
いたるまで連続した加圧状態を維持できるから、加圧の
不連続による封止部の密着性低下や歪を生じず、大きな
封止強度が得られる。

つぎに、本発明による方法と、従来のヒートブロックを
用いる方法と、電子冷凍素子を接触させないで抵抗体か
らなる加圧治具に通電して融着封止する方法との封止時
の発電要素に対する熱影響を比較するために下記の試験
を行った。

く熱影響試験Ａ〉 第９図で示すように、−辺１５１の正方形で厚さ０．１
ｍｍのステンレス鋼製平板からなる金属板ｌと厚さ０．
３１、幅２ＩＩｌｌＩのアルミナセラミックスからなる
方形環状のスペーサ２とに、それぞれ厚さ３０μｍ、幅
２＋１１１１の方形環状シートとした変性ポリオレフィ
ン樹脂（三菱油化社製の商品名ＭＯＤＩＣＰ−３００Ｍ
）ホントメルト接着剤である熱融着性材料４ａ、４ｂを
あらかじめ加熱接着すると共に、金属板１の中心部に熱
電対１０を接着した。

この金属板１とスペーサ２とを受枠６上にスペーサ２が
下位でかつ熱融着性材料４ａ、４ｂが当接する状態で載
置し、熱電対１０を受枠６に設けた孔６ａより導出した
上で、加圧部が２１ＷＩＩ１幅の抵抗体からなる加圧治
具７にて上方から５ｋｇ／ｃ−にて周辺部を加圧し、金
属板１の中央部に９で示すベルチェ効果を利用した電子
冷凍素子を接触させ、１アンペアの直流電流を通電して
、熱電対１０がＯ′Ｃになるように設定した。この加圧
下で封止部の加熱温度が２５０°Ｃとなるようにパルス
電流を通電した。

１０秒後に通電を解除するとともに、通風口８．８′よ
りアルゴンガスを吹き付けて冷却した。この際の通電開
始からの金属板１の中心部における温度変化を第１１図
に曲線Ａとして示した。

く熱影響試験Ｂ〉 金属板１の中央部に電子冷凍素子を接触させなかったほ
かは熱影響試験Ａと同様の試験を行った。

その温度変化を第１１図に曲線Ｂとして示した。

〈熱影響試験Ｃ） 第１０図で示すように、前記試験Ａと同様に金属板１と
スペーサ２を受枠６上にｌａ置し、２５０°Ｃとした下
方凹型のヒートブロック２０を５　ｋｇ　／　ｃｄの加
圧下で周辺部に１０秒間接触させたのち、直ちに銅製の
クールブロックに交換し、同加圧下で冷却させた。この
時の加熱開始からの金属板１の中心部における温度変化
を第１１図に曲線Ｃとして示す。

第１１図の曲線Ａに示されるように、金属板１の中央部
をベルチェ効果を利用した電子冷凍素子で冷却した場合
は、周辺部への加熱によっても、金属板１の中心部の温
度上昇が非常に小さく、この結果から明らかなように、
本発明によれば、薄形電池の封止時の発電要素への熱影
響を無視し得る程度に低くすることができる。特に、ヒ
ートブロックによる加熱方法に比べれば大幅な改善がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１実施例に係る方法を工程順に
示す縦断面図、第４図は上記方法に用いる加圧治具と強
制冷却するための強制冷却手段とを示す斜視図、第５図
は第１実施例にて製造した薄形電池の縦断面図、第６図
および第７図は本発明の第２実施例に係る方法を工程順
に示す縦断面図、第８図は第２実施例にて製造された電
池の縦断面図、第９図は本発明の方法による場合の熱影
響試験構成を示す縦断面図、第１０図は従来の方法によ
る場合の熱影響試験構成を示す縦断面図、第１１図は上
記熱影響試験結果を示す温度−時間相関図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ　−・・金属板、　２・・・ス
ペーサ、４．４ａ、４ｂ・・・熱融着性材料、　５・・
・発電要素、７・・・加圧治具、　９・・・電子冷凍素
子特許出願人　日立マクセル株式会社 第　　１　図 第２図 １ａ、　ｌｂ・・・金属板 ２・・・スペーサ ４ａ、４ｂ・・・熱融着性材料 ５・・・発電要素 第３図 第４図 ４　熱融着性材料 ５・・・発電要素 第５図 第６図 ｄ １ｃＪｄ・・・金属板 第７図 第８図 ９　・電子冷を東素ｆ 第９図 第　　ｌｌ　　　図 時　　　間　　（秒）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向配置した２枚の金属板間に発電要素が装填さ
   れ、両金属板の周辺部を封止部とする構造の薄形電池の
   製造方法において、上記発電要素が装填された状態で両
   金属板を、封止部に熱融着性材料を介在して対向配置し
   、この一面側より、抵抗体からなる加圧治具にて封止部
   を加圧し、この加圧下で上記治具に通電することにより
   、上記融着性材料を融着封止するにあたり、金属板の中
   央部の上部および下部の一方または両方にペルチェ効果
   を利用した電子冷凍素子を圧接させることを特徴とする
   薄形電池の製造方法。