JPH0290456A - 扁平形密閉電池の製造方法 - 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〕 本発明は扁平形密閉電池の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の発達に伴い、自己放電が小さく長寿命
のリチウム電池が多く使用されるようになってきた。そ
こで、ＣＭＯ３ＲＡＭのメモリバックアップ用電源とし
て筒形で電池蓋にメタル−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リチウム−オキシハライド
電池（例えば、リチウム−塩化チオニル電池）が開発さ
れ、これらは密閉性が高＜１０年間以上の長期間にわた
って使用できることから、急速に需要が伸びている。

しかし、市場においては、上記筒形のバックアップ用電
池のみならず、ＩＣの消費電流の低減から、あるいは機
器の小形、軽量化に伴う要請から、より小形、薄形のメ
モリバックアンプ用電池が求められている。

一方、従来からも、リチウムー二酸化マンガン電池、リ
チウム−フッ化黒鉛電池などの扁平形のリチウム電池が
商品化されているが、これらの電池の封止は、正極缶の
開口端部と負極缶の外周部との間に合成樹脂製のガスケ
ットを介在させて正極缶の開口端部の内方への締め付け
により封止する、いわゆるクリンプシール方式によるも
のであるため（例えば、特開昭５６−１６７２７４号公
報）、密閉性を保ち得る期間に限界があって、使用でき
る期間は長くても５〜７年であり、１０年以上の使用に
は到底耐えられない。したがって、ユーザーからはハー
メチックシールを採用した密閉性の高い扁平形密閉電池
が求められているが、扁平形密閉電池の場合、電解液注
入後の電解液注入口の封止が困難なことから、そのよう
な要望に応えることができていないのが現状である。

すなわち、筒形電池の場合、形状が大きく、電池総高は
少なくとも２５ｍｍ以上あり、電解液注入後の封止を電
解液注入口として使用されたバイブの上端部で行うため
（例えば、特開昭６１１６０６６０号公報）、電池容器
内の電解液面から封止部分までは少なくとも５ｍｍ以上
とり得るので、封止のための溶接時の熱が電解液に及ぼ
す影響は少ないが、電池総高が高々１０ｍｍ程度の扁平
形電池では、電解液面から溶接部分までの距離は１〜２
ｍｍ程度しかとれないため、封止溶接時の熱によって電
解液が気化し、電解液の気化物が溶接部分まで出てきて
、溶接を妨げたり、溶接部分にピンホールを発生させる
ため、完全な密閉構造を達成することができない。

また、扁平形電池では、電解液注入口を電池蓋の端子部
分に設けると、その溶接部分がガラス層に近すぎて、溶
接時の熱によってガラス層を破損することになるので、
例えば、第４図に示すように、電池容器（５）の底部（
５ｂ）の中央部に貫通孔をあけて電解液注入口側とし、
第５図に示すように電解液注入口（１２１が上端に位置
するように電池を配置し、上記電解液注入口（１２）か
ら電解液を電池内部に注入した後、該電解液注入口（１
２）に封止体０■の軸部（１３ｂ）を挿入し、封止体（
１３）の頭部（１３ａ）で電解液注入口０りを覆って、
該封止体０■の頭部（１３ａ）を電池容器（５）の底部
（５ｂ）に溶接して封止することが試みられているが、
前述したように、その溶接部分と電解液の液面との距離
が短いため、溶接時の熱によって電解液が気化し、その
気化物が溶接部分に出てきて、溶接を妨げたり、溶接部
分にピンホールを発生させて密閉性を損なう原因になる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記したようなハーメチックシールを採用し
た扁平形密閉電池を製造する際の電解液注入口の封止技
術の困難さを解消して良好な溶接を達成し、長期使用に
耐え得る密閉性の高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、電池容器の周壁部に電解液注入口を設け、電
池容器の開口端部と電池蓋のボディの外周部とを溶接し
たのち、上記電池容器の周壁部に設けた電解液注入口が
上端に位置するように電池を径方向に立て、上記電解液
注入口から電解液を電池内部に注入した後、該電解液注
入口に金属製でリベット状の封止体の軸部を挿入し、封
止体の頭部で電解液注入口を覆い、該封止体の頭部を電
池容器の周壁部に溶接して電解液注入口を封止するよう
にしたものである。

〔作用〕

扁平形電池では、厚み（高さ）が薄く、径方向（横方向
）の長さは厚みに比べて大きいので、この扁平形電池に
一定量の電解液を注入した場合、電池を水平に配置して
いるときよりも、電池を径方向に立てたときの方が、電
池の上端に位置する電解液注入口と電解液面との間に隙
間があく。

そこで、電池容器の周壁部に電解液注入口を設け、該電
解液注入口が上端に位置するように電池を径方向に立て
、上記電解液注入口から電解液を電池内部に注入した後
、該電解液注入口を封止体の頭部で覆い、該封止体の頭
部を電池容器の周壁部に溶接する構成にすると、電解液
注入口を電池容器の底部に設ける場合よりも、電解液注
入口の封止のための溶接部分と電解液面との間の距離が
長くなり、その結果、電解液注入口を封止するための溶
接時の熱が電解液に及ぼす影響が少なくなって、電解液
の気化物が溶接部分に出てきて溶接を妨げたり、ピンホ
ールを発生させることが少なくなり、良好な溶接が達成
できて密閉性の高い扁平形密閉電池が得られるようにな
る。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面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
電池の製造方法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１〜３図は本発明に係る扁平形密閉電池の一例を示す
もので、第１〜２図は製造中の主要工程での状態を示す
断面図であり、第３図は製造後の状態を示す断面図であ
る。ただし、断面図においては、繁雑化を避けるため、
断面より背面側に位置する部分の外形線は図示を省略し
ている。

まず、第３図に基づき、製造後の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、上記負極（１）
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）は環状でステンレス鋼製のボディ
（７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレ
ス鋼製の正極の端子（９）とからなり、上記ボディ（７
）の外周部（７ａ）は電池容器（５）の開口端部（５Ｃ
）に溶接されている。００）は正極集電体であり、ステ
ンレス鋼製網からなり、端子（９）の下部にスポット溶
接されている。０１）はガラス繊維不織布からなる絶縁
体で、正極（２）および正極集電体０ｆｆｌと電池蓋（
６）のボディ（７）との間を絶縁している。０汎よ電解
液注入口であり（第１図参照）、この電解液注入口θカ
は電池容器（５）の周壁部（５ａ）に設けられている。

面は封止体であり、本発明において、この封止体側は頭
部（１３　ａ　）と軸部（１３　ｂ　）とからなるリベ
ット状をしており、電解液注入後の電解液注入口θ″２
）に軸部（１３ｂ）を挿入し、頭部（１３ａ）で電解液
注入口（１２１を覆い、該頭部（１３ａ）が電池容器（
５）の周壁部（５ａ）に溶接されている。そして、この
電池は、外径３３ｍｍ、電池総高（電池厚み）６．５ｍ
ｍの円板状をした扁平形電池である。

つぎに、主要な構成部材について詳しく説明すると、負
極（１）は直径３０ｍｍの円板状に打抜いたリチウムシ
ートを電池容器（５）の底部内面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）
はアセチレンブラックを主成分とし、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
るものである。電解液（４）は塩化チオニルに四塩化ア
ルミニウムリチウムをｌ、Ｏｍｏｌ／１２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
解液の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
とからも明らかなように、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０．５ｍｍのステンレス鋼板で
外径３３闘、高さ６ｍｍの容器状に形成され、その周壁
部（５ａ）に直径０．８ｍｍの貫通孔を設けて電解液注
入口Ｑ２１としている。そして、この電池容器（５）は
、その底部内面での負極（１）との接触により、負極端
子を兼ねている。

電池蓋（６）は、前記のようにステンレス鋼製のボディ
（７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレ
ス鋼製の端子（９）とからなり、上記ガラスからなる絶
縁層（８）はその外周面でステンレス鋼製のボディ（７
）の内周面に融着し、その内周面でステンレス鋼製の端
子（９）の外周面に融着していて、いわゆるメタル−ガ
ラス−メタルのハーメチックシールを持ち、また、前記
のように電池蓋（６）のボディ（７）の外周部（７ａ）
は電池容器（５）の開口端部（５ｃ）に溶接されていて
、この電池はいわゆる完全密閉構造となり得るように構
成されている。

封止体（１３）はニッケル製で、その軸部（１３ｂ）は
先端部が円錐状になった円柱状をしており、その直径は
０　、７ｍｍで、電解液注入口０りの直径より若干小さ
く、それ自身では電解液注入口０りを密閉することがで
きない。一方、封止体（１３）の頭部（１３ａ）は、直
径１．５ｍｍで軸部（１３ｂ）に対してはもとより電解
液注入口面の直径より大きく、その肉厚は０　、２ｍｍ
であって、電解液注入口（１２）を覆い、かつ電池容器
（５）の周壁部（５ａ）に溶接されている。

この電池は次に示すようにして製造される。

まず、電池容器（５）の周壁部（５ａ）に電解液注入口
（１２）を設けておき、電・池蓋（６）の端子（９）の
下部に正極集電体００）をスポット溶接し、ボディ（７
）と正極集電体００）との間に絶縁体（１１）を挿入し
た状態にしておく。

そして、上記電池容器（５）を第３図に示すように水平
に置き、その底部（５ｂ）の内面に円板状のリチウムシ
ートを圧着して負極（］）を構成し、その上にセパレー
タ（３）を載置する。つぎに上記セパレータ（３）上に
正極（２）を載置し、ついで電池蓋（６）を電池容器（
５）に嵌合し、電池蓋（６）のボディ（７）の外周部（
７ａ）と電池容器（５）の開口端部（５ｃ）との接合部
を炭酸ガスレーザーで溶接した。この溶接にあたっての
炭酸ガスレーザーの出力は７００Ｗで、溶接速度は６０
ｍｍ／ｓｅｃであった。

つぎに、上記組立中の電池を第１図に示すように、電解
液注入口（１２）が上端に位置するように径方向に立て
、真空ポンプで吸引して、電池内部を減圧状態にし、上
記電解液注入口（１２１から電解液を電池内部に注入し
た。ついで、第２図に示すように、封止体（１３）の軸
部（１３ｂ）を上記電解液注入口（１２）に挿入し、封
止体（１３）の頭部（１３ａ）で電解液注入口（１２）
を覆い、炭酸ガスレーザーで封止体面の頭部（１３ａ）
を電池容器（５）の周壁部（５ａ）に溶接して電解液注
入口（１２１を封止し、所望とする電池を製造した。こ
のときの溶接条件は、レーザー出力が７００Ｗで、溶接
時間は０．３秒であった。なお、第１図および第２図に
おいて、０４１は電池が立てられている基盤を示し、第
２図の０５１は炭酸ガスレーザーのビームを模式的に示
している。

上記のように、本発明では、電解液注入口（１２１を電
池容器（５）の周壁部（５ａ）に設け、上記電解液注入
口面が上端に位置するように電池を径方向に立て（なお
、「電池を径方向に立てる」とは、電池の径方向が、電
池が立てられている基盤０４１に対して垂直になるよう
に電池を立てることを意味する）、上記電解液注入口０
′ＩＪから電解液を電池内部に注入したのち、封止体面
の頭部（１３ａ）で電解液注入口θカを覆い、これを電
池容器（５）の周壁部（５ａ）に溶接するので、必要量
の電解液を電池内部に注入しても、その電解液面と溶接
部分との間に所望の間隔をあけることができ、溶接時の
熱が電解液に及ぼす影響が少なくなって、電解液の気化
物が溶接部分に出てきて溶接を妨げたり、ピンホールを
発生させるのが防止される。

つぎに本発明の方法と従来試みられた方法により扁平形
密閉電池を製造したときの封止体面の炭酸ガスレーザー
による溶接時の溶接不良の発生について調べた結果を第
１表に示す。

本発明の方法は、上記実施例で示したとおり、電池容器
（５）の周壁部（５ａ）に電解液注入口Ｑ２１を設け、
第１〜２図に示すように、電解液注入口（１２１が上端
に位置するように電池を径方向に立て、上記電解液注入
口（１２）から電解液を電池内部に注入したのち、封止
体０■の軸部（１３ｂ）を電解液注入口Ｑ２１に挿入し
、封止体０■の頭部（１３ａ）で電解液注入口（１２）
を覆い、該封止体Ｏ■の頭部（１３ａ）を電池容器（５
）の周壁部（５ａ）に溶接したものであり、従来試みら
れた方法は、第４図に示すように１．電池容器（５）の
底部（５ｂ）の中央部に電解液注入口面を設け、第５図
に示すように、上記電解液注入口（１２１が上端に位置
するように電池を配置し、電解液注入口（１２１から電
解液を電池内部に注入したのち、封止体（１３）の軸部
（１３ｂ）を電解液注入口０乃に挿入し、封止体面の頭
部（１３ａ’）で電解液注入口０りを覆い、該封止体面
の頭部（１３ａ）を電池容器（５）の底部（５ｂ）に溶
接したものである。

そして、電解液注入口（１２１を電池容器（５）の底部
（５ｂ）に設けた関係で、負極（１）はリング状にして
いる。

電池内部への電解液の注入量は、本発明の方法による場
合も従来試みられた方法による場合も、１．７ｍ　ｊｉ
ずつであり、封止体（１３）の溶接時の条件は両者とも
、炭酸ガスレーザー出カフ００Ｗ、熔接時間０．３秒で
ある。

第１表中において、溶接不良発生電池個数を示す欄の数
値の分母は溶接に供した全電池個数を示し、分子は溶接
不良が発生した電池個数を示す。

また、方法を示す欄の本発明とは上記実施例の方法を示
しており、従来法とは従来試みられた方法を示している
。

第　　　　１　　　　表 第１表に示すように、従来法では、溶接に供した全部の
電池に溶接不良が発生したが、本発明の方法によれば、
溶接不良がまったく発生しなかった。このような差は両
者の構成上の相違に基づき、溶接部分と電解液面との距
離に第１表に示すような差が生じたことによるものであ
る。

また、本発明の方法で製造した電池はいずれもヘリウム
リークディレクターで調べたリーク量が１０−９ａｔｍ
　−ｃｃ／ｓｅｅ以下であり、高い気密性を有し、密閉
性の高いことを示していた。

なお、上記実施例では、封止体（１３）としてニッケル
製のものを用いたが、ニッケル以外にも、ステンレス網
のものなどを用いることができる。

また、実施例では、端子（９）を正極の端子として説明
したが、この端子（９）は、電池容器（５）の底部（５
ｂ）側に正極（２）を配置し、電池蓋（６）側に負極（
１）を配置したときには、負極の端子となる。また、実
施例では、絶縁層（８）をガラスで構成したが、ガラス
に代えてセラミックスで絶縁層（８）を構成してもよい
。さらに、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りチウム−
塩化チオニル電池について説明したが、負極活物質とし
てはナトリウム、カリウムなどのリチウム以外のアルカ
リ金属であってもよいし、正極活物質も塩化チオニル以
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（オキシハライド）
であってもよい。本発明は主として上記のようなオキシ
ハロゲン化物を正極活物質および電解液の溶媒として用
いる電池を対象としているが、本発明はそれのみにとど
まらず、有機電解液を用いるハーメチックシール構造の
扁平形密閉電池の製造にも適用することができる。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、電池容器（５）の周
壁部（５ａ）に電解液注入口（１２）を設け、電池蓋（
６）のボディ（７）の外周部（７ａ）を電池容器（５）
の開口端部（５ｃ）に溶接し、上記電池容器（５）の周
壁部（５ａ）に設けられた電解液注入口０乃が上端に位
置するように電池を径方向に立て、上記電解液注入口（
１２１から電解液を電池内部に注入した後、該電解液注
入口０りに封止体（１３）の軸部（１３ｂ）を挿入し、
電解液注入口（１２）を封止体（１３）の頭部（１３ａ
　）で覆い、該封止体（１３）の頭部（１３ａ）を電池
容器（５）の周壁部（５ａ）に溶接するようにしたので
、該溶接部分と電解液面との間に所望の間隙を設けるこ
とができ、溶接時の熱が電解液に及ぼす熱影響が少なく
なって、電解液の気化物が溶接部分に出てきて溶接を妨
げたり、ピンホールを発生させることが防止され、封止
体（１３）の頭部（１３８）の溶接が容易に行い得ると
ともに溶接不良の発生がない密閉性の高い扁平形密閉電
池を製造することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る扁平形密閉電池の一例を示す
もので、第１〜２図は製造中の主要工程での状態を示す
断面図であり、第３図は製造後の状態を示す断面図であ
る。第４図は従来試みられた扁平形密閉電池を示す断面
図で、第５図は第４図に示す電池の製造中の状態を示す
断面図である。 （１）・・・負極、　（２）・・・正極、　（３）・・
・セパレータ、（４）・・・電解液、　（５）・・・電
池容器、　（５ａ）・・・周壁部、（５ｃ）・・・開口
端部、　（６）・・・電池蓋、　（７）・・・ボディ、
（７ａ）・・・外周部、　（８）・・・絶縁層、　（９
）・・・端子、（１２）・・・電解液注入口、　（１３
）・・・封止体、　（１３ａ）・・・頭部、　（１３ｂ
）・・・軸部 −因■寸−のの〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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の製造にあたり、電池容器（５）
   の周壁部（５ａ）に電解液注入口（１２）を設け、電池
   蓋（６）を金属製で環状のボディ（７）と上記環状のボ
   ディ（７）の内周側に位置しガラスまたはセラミックス
   からなる環状の絶縁層（８）と上記環状の絶縁層（８）
   の中心部に位置する正極または負極のうちいずれか一方
   の電極の端子（９）とで構成し、該電池蓋（６）のボデ
   ィ（７）の外周部（７ａ）を前記電池容器（５）の開口
   端部（５ｃ）に溶接し、上記電池容器（５）の周壁部（
   ５ａ）に設けられた電解液注入口（１２）が上端に位置
   するように電池を径方向に立て、上記電解液注入口（１
   ２）から電解液を電池内部に注入した後、該電解液注入
   口（１２）に金属製でリベット状の封止体（１３）の軸
   部（１３ｂ）を挿入し、封止体（１３）の頭部（１３ａ
   ）で電解液注入口（１２）を覆い、該封止体（１３）の
   頭部（１３ａ）を電池容器（５）の周壁部（５ａ）に溶
   接して電解液注入口（１２）を封止することを特徴とす
   る扁平形密閉電池の製造方法。