JPH02168561A - 扁平形密閉電池 - 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、負極活物質としてリチウム、ナトリウベ、カ
リウムなどのアルカリ金属を用い、正極活物質として塩
化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどの常
温で液体のオキシハロゲン化物を用い、ハーメチックシ
ールを採用した扁平形密閉電池に関する。

〔従来の技術〕

近年、電子ｍ器の発達に伴い、そのバンクアンプ用電源
として、自己放電が小さく、長寿命で、かつ密閉性が高
く、１０年以上の長期間にわたって使用できる電池が要
望されるようになってきた。

そこで、そのような要望に応えるべく、負極活物質とし
てリチウムを用い、正極活物質として塩化チオニルを用
い、メタル−ガラス−メタルのいわゆるハーメチックシ
ールを採用した筒形の密閉電池が開発され（例えば、特
開昭６２−２０６７６９号公報）、その需要が増々増加
している。

また、ＩＣの消費電流の低減や、電子機器の小形、軽量
化に伴う要請から、そのような筒形の密閉電池のみなら
ず、より小形、薄形のバックアップ電源用電池が要望さ
れ、扁平形の密閉電池も開発されはじめてきた。

ところで、そのようなハーメチックシールを採用した密
閉電池では、高い密閉性を有する上からも、電池蓋のガ
ラス層が金属部分に強力に接合していることが必要とさ
れるが、電池が筒形から扁平形になり、さらに扁平形で
もより薄形のもの−・と厚みが薄くなっていくにしたが
って、電池蓋のボディに厚みの大きい金属板を用いるこ
とが困難になり、そのため、ボディとガラス層との接合
面積やガラス層と端子との接合面積が小さくなって、ガ
ラス層とボディや端子などの金属部分との接合強度が低
下する。

例えば、これまで開発されてきた扁平形密閉電池は、電
池厚みが５〜１０ｇ＋−程度あり、第３図に示すような
構造をしていて、電池蓋（６）のボディ（９）には、厚
さ０．８ｍ＋ｍのステンレス鋼板が用いられ、その内周
面をガラス層（８）との接合部とし、また、端子（７）
も円柱状のものでその外周面がガラスＮ（８）と接合し
ているが、その状態でも１５ｋｇ程度の接合強度〔端子
（７）に真上から垂直に下方に向けて１５ｋｇの荷重、
をかけたときに、端子（７）とガラス層（８）とが剥離
したり、ガラス層（８〕に割れ、亀裂などが生じること
なく、ガラス層（８）が端子（７）およびボディ（９）
に接合している強度〕が確保できるが、電池厚みがさら
に薄くなり、厚みが３．２１以下の薄形の電池になると
、そのような厚みの大きい金属板をボディ（９）に用い
ると電池内容積が減少して放電容量の低下が大きくなる
ので、ボディ（９）には高々０．２５ｍｍ程度の厚みの
薄い金属板しか使用できな（なる。

そして、そのような薄い金属板をボディ（９）に用いる
場合に、電池蓋（６）のボディ（９）を第３〜４図に示
すように平板状の状態で用いると、ボディ（９）とガラ
ス層（８）との接合面積が小さくなり、それに伴ってガ
ラス層（８）と端子（７）との接合面積も小さくなって
、ガラス層（８）と端子（７）との接合強度が低下し、
電池に振動がかかったり、あるいは通常使用範囲内での
電池の内部圧力上昇により、端子（７）とガラス層（８
）とが剥離して端子（７）が電池蓋（６）から抜は落ち
たり、ガラス層（８）に亀裂や割れが発生するようにな
る。またガラス層（８）と端子（７）やボディ（９）と
の接合面積の減少により密閉性も低下するようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記したように、従来構造では、電池厚みが
薄くなり、ボディ（９）に厚みの薄い金属板を用いざる
を得なくなったときに、ガラス層（８）と端子（７）や
ボディ（９）との接合強度が低下したという問題点を解
決し、電池厚みが薄くなり、ボディ（９）に厚みの薄い
金属板を用いる場合でも、ガラス層（８）と端子（７）
やボディ（９）との接合強度が大きい扁平形密閉電池を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、端子を柱状部と該柱状部の下部外周側に位置
する環状の板状部とで構成し、環状の板状部の外径をボ
ディの内径より大きくし、ガラス層を端子の柱状部の外
周面と環状の板状部の上面およびボディの内周面とボデ
ィの内周側部分の下面に接合するようにして形成し、か
つガラス層の端子およびボディへの接合部分の面積を０
．１３ｃｄ〜０．９ｃｆｆｌにすることによって、上記
目的を達成したものである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を回置に基づいて説明する。ただ
し、実施例ではリチウム−塩化チオニル系の扁平形密閉
電池について説明するが、本発明はその場合のみに限ら
れるものではない。

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池に使用された電池
蓋の拡大断面図である。

まず、電池の構成について概略的に説明すると、（１）
はリチウムからなる負極、（２）は炭素多孔質成形体か
らなる正極、（３）はガラス繊維不織布からなるセパレ
ータであり、このセパレータ（３）は上記負極（１１と
正極（２）とを隔離している。（４）は電解液で、（５
）はステンレス鋼製の電池容器、（６）は電池蓋であり
、この電池蓋（６）はステンレス鋼製の端子（７）とガ
ラス層（８）とステンレス鋼製のボディ（９）とからな
り、上記ボディ（９）の外周部（９ａ）は電池容器（５
）の開口端部（５ａ）に溶接されている。００）は集電
体であり、ステンレス鋼製網からなり、その中央部が端
子（７）の下部にスポット溶接されている。００はガラ
ス繊維不織布からなる絶縁体で、負極（１）および集電
体０ωと電池蓋（６）のボディ（９）との間を絶縁して
いる。そして、この電池は、外径２０ｓａ＋、電池総高
（厚み）２．５−鵬の円板状をした扁平形密閉電池であ
る。

つぎに、主要構成部材について詳しく説明すると、負１
（１）はリング状に打抜いたリチウムシートを集電体Ｏ
１Ｄに圧着したものであって、負極活物質のリチウムの
みで構成され、正極（２）はアセチレンブランクを主成
分とし、これに黒鉛とポリテトラフルオロエチレンを添
加した炭素質を主材とする材料の多孔質成形体、いわゆ
る炭素多孔質成形体からなるものであり、電池容器（５
）の底部側に収容されている。電解液（４）は塩化チオ
ニルに支持電解質として四塩化アルミニウムリチウムを
１．Ｏｎ＋ｏｌ／ｌ溶解した塩化チオニル溶液からなり
、塩化チオニルは上記のように電解液溶媒であるととも
に正極活物質でもある。このように塩化チオニルが正極
活物質として用いられていることからも明らかであるよ
うに、上記正極（２）はそれ自身が反応するものではな
く、正極活物質の塩化チオニルと負極（＋１からイオン
化して溶出してきたリチウムイオンとの反応場所を提供
するものである。

電池容器（５）は、厚さ０．２５ａ＋１１のステンレス
鋼板で外径２０＋ｍ＋ａ、高さ２．３１の容器状に形成
されたものであり、その内部に収容された正極（２）と
の接触により、この電池容器（５）は正極端子を兼ねて
いる。

電池蓋（６）は、前記のように端子（７）とガラス層（
８）とボディ（９）とからなり、上記ボディ（９）は厚
さ０．２５ｍｍのステンレス鋼板で形成されていて、そ
の外周側部分はＵ字状に折り返され、その外周部（９ａ
）が電池容器（５）の開口端部（５ａ）に溶接されてい
る。

端子（７）は、柱状部（７ａ）と該柱状部（７ａ）の下
部外周側に位置する環状の板状部（７ｂ）とからなり、
該環状の板状部（７ｂ）の外径はボディ（９）の内径よ
り大きく形成されている。この端子（７）は、例えば円
柱状のピンの下面に円板を溶接することによって作製す
るか、あるいはプレス加工によって図示のような柱状部
（７ａ）と環状の板状部（７ｂ）とからなる形状に作製
される。前者のように、円柱状のピンの下面に円板を溶
接することによって端子（７）を作製する場合、上記円
板のピンより外周側に飛び出した部分を環状の板状部（
７ｂ）とし、前記ピンを柱状部（７ａ）の主要部、つま
りガラス層（８）と接合する外周面を有する部分とする
。そして、上記端子（力は、その下面にスポット溶接さ
れた集電体００）にリチウムシートを圧着して負極（１
）を形成している関係で、負極端子として作用する。

ガラス層（８）は上記端子（７）の柱状部（７ａ）の外
周面と環状の板状部（７ｂ）の上面およびボディ（９）
の内周面およびボディ（９）の内周側部分の下面に接合
しており、そのガラス層（８）の端子（力およびボディ
（９）への接合面積は０．１３ｃＪ−０，９ｃ＋１にさ
れる。つまり、上記ガラス層（８）は、その構成ガラス
が端子（７）の柱状部（７ａ）の外周面と環状の板状部
（７ｂ）の上面およびボディ（９）の内周面とボディ（
９）の内周側部分の下面に融着することによって形成さ
れており、そのガラスの端子（７）およびボディ（９）
への融着部分の面積が０．１３＋Ｊ〜０．９ｃｍ２にさ
れている。

上記のように、この電池ではガラス層（８）の端子（力
お、よびボディ（９）への接合面積を０．１３ｃ４〜０
．９　ｃｆｆｌにするが、これは次の実験から求められ
たものである。

端子（７）の柱状部（７ａ）のガラス層（８）と接合す
る部分は、外径１．５５ｍｍ、高さ０．８１と一定にし
、環状の板状部（７ｂ）の肉厚は０．２ｍｍと一定で、
その外径を３．５〜１０ｍｍの範囲で変化させた。一方
、ボディ（９）には厚さ０．２５ｆｆｉｍのステンレス
鋼板を用い、外径やその外周側部分の形状は一定にし、
内径も３．２１１Ｉ１１と一定とし、ガラス層（８）の
端子（７）およびボディ（９）への接合面積が異なる６
種類の電池蓋（６）を作製した。

上記電池蓋（６）を作製したときのガラス層（８）の状
態を観察するとともに、作製後の電池蓋（６）の端子（
７）に真上から垂直に下方に向けて荷重をかけ、接合強
度〔端子（７）とガラス層（８）とが剥離したり、ある
いはガラス層（８）に割れや亀裂が発生することなく、
ガラス層（８）が端子（７）およびボディ（９）に接合
している強度〕を測定した。その結果を第１表に示す。

第　　　　１　　　　表 （注）※１ニガラス層（８）の端子（７）およびボディ
（９）への接合面積である。

※２：接合強度は、各電池蓋について２０個ずつ接合強
度を測定し、その最小値 から最大値の範囲で示した。

第１表に示すように、接合面積の増加に伴って接合強度
が増加し、接合面積が０．１３ｃｄ以上になると接合強
度が１５ｋｇ以下になることがなくなり、最も小さい場
合でも接合強度が１７ｋｇになる。このように１７ｋｇ
以上の接合強度が確保できれば、通常使用範囲内での電
池の内部圧力の上昇や電池にかかる振動などによって端
子（７）とガラス層（８）とが剥離したり、ガラス層（
８）に割れや亀裂が発生することがないと考えられる。

一方、接合面積が大きくなればなるほど接合強度が太き
（なるが、接合面積が大きくなると、ガラス層（８）の
外周端が電池蓋（６）の外周端に近付くことになり、電
池蓋（６）のボディ（９）の外周部（９ａ）と電池容器
（５）の開口端部（５ａ）との溶接時の熱によってガラ
ス層（８）が割れたり、ガラス層（８）に亀裂が入るよ
うになるなど、ガラス層（８）が破を員するようになる
。このような電池容器（５）の開口端部（５ａ）の溶接
時のガラス層（８）の破ｔｉは接合面積が０．９ｃｍ２
以下では生じないが、接合面積が１．４ｃ４になるとガ
ラス層（８）の破損が生じるようになる。

つぎに、電池外径２０ｍ５＋、電池総高（厚み）　２．
５１１ｍの扁平形密閉電池で、本発明の電池、つまり、
ボディ（９）に厚さ０．２５ｍｍのステンレス鋼板を用
い、ボディ（９）の形状を第１〜２図に示すようにし、
その内径を３．２−一にし、端子（７）を高さ　（総高
）１．〇−鍋で、直径１．５５１１ｍの柱状部（７ａ）
と厚み０．２ｍｍで外径３．８１の板状部（７ｂ）とで
構成し、ガラス層（８）を第１〜２図に示すように端子
（７）の柱状部（７ａ）の外周面と環状の板状部（７ｂ
）の上面およびボディ（９）の内周面およびボディ（９
）の内周側部分の下面に接合するようにして形成した本
発明の電池と、ボディ（９）に厚さ０．８ｍｍのステン
レス綱板を用い、第３図に示す構造に作製した従来電池
（従来品）の放電終止電圧２．５■までの放電容量を第
２表に示す、なお、両電池の電池容器（５）は同一１法
であり、セパレータ（３）、絶縁体（１１）には同し厚
みのものを使用した。

第　　　２　　　表 第２表に示すように、本発明の電池は、従来品に比べて
、放電容量が３０ｍＡｈ大きく、放電容量が従来品の約
１．２３倍であった。

なお、上記実施例では、電池蓋（６）に設けた端子（力
が負極（１）の端子である場合について説明したが、負
極（１）と正極（２）の配置する位置を変えることによ
って、上記端子（７）が正極（２）の端子となる場合が
ある。また、上記実施例では、負極活物質としてリチウ
ムを用い、正極活物質として塩化チオニルを用いたリチ
ウム−塩化チオニル電池について説明したが、負極活物
質としてナトリウム、カリウムなどのリチウム以外のア
ルカリ金属を用いてもよいし、また、正極活物質として
塩化チオニル以外に塩化スルフリル、塩化ホスホリルな
どの常温（２５°Ｃ）で液体のオキシハロゲン化物を用
いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、端子（７）を柱状部
（７ａ）と該柱状部（７ａ）の下部外周側に位置する環
状の板状部（７ｂ）とで構成し、上記環状の板状部（７
ｂ）の外径をボディ（９）の内径より大きくして、ガラ
ス層（８）を上記端子（７）の柱状部（７ａ）の外周面
と環状の板状部（７ｂ）の上面およびボディ（９）の内
周面とボディ、（９）の内周側部分の下面に接合するよ
うにして形成し、かつその端子（７）およびボディ（９
）への接合面積を０．１３ｃａ〜０．９ｃｍ２に特定す
ることによって、ボディ（９）に薄い金属板を使用する
場合でも、ガラス層（８）と端子（７）やボディ（９）
との接合強度が大きい扁平形密閉電池を提供することが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池に使用された電池
蓋の拡大断面図である。第３図は従来の扁平形密閉電池
を示す断面図であり、第４図は第３図に示す従来電池に
使用された電池蓋の拡大断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負極活物質としてアルカリ金属を用い、正極活物
   質として常温で液体のオキシハロゲン化物を用い、上記
   負極活物質および正極活物質を含む発電要素を電池容器
   （５）と電池蓋（６）とで密閉する扁平形密閉電池であ
   って、上記電池蓋（６）は中央部に位置する端子（７）
   とガラス層（８）と金属製のボディ（９）を有し、上記
   電池蓋（６）のボディ（９）の外周部（９ａ）は電池容
   器（５）の開口端部（５ａ）に溶接され、上記端子（７
   ）は柱状部（７ａ）と該柱状部（７ａ）の下部外周側に
   位置する環状の板状部（７ｂ）とからなり、該環状の板
   状部（７ａ）の外径はボディ部（９）の内径より大きく
   、上記ガラス層（８）は上記端子（７）の柱状部（７ａ
   ）の外周面と環状の板状部（７ｂ）の上面およびボディ
   （９）の内周面とボディ（９）の内周側部分の下面に接
   合していて、該ガラス層（８）の端子（７）およびボデ
   ィ（９）への接合部分の面積が０．１３ｃｍ＾２〜０．
   ９ｃｍ＾２であることを特徴とする扁平形密閉電池。