JPH0290458A - 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、負極にアルカリ金属を用い、正極に炭素多孔
質成形体を用い、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た扁平形密閉電池に関する。

〔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
て筒形でメタル−ガラス−メタルのいわゆるハーメチッ
クシールを電池蓋に採用したりチウム−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
モリバックアッ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
入後における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以上あるため、電池蓋の中央部に位
置する正極端子構成部材としての外径２ｍｍ程度の小径
の金属パイプを電解液注入口として使用し、電解液注入
後の封止のための溶接を上記金属パイプの上端部で行う
ので（例えば、特開昭６２−１６０６６０号公報）、電
解液注入後の溶接位置を電池蓋のガラス層から高さ方向
に距離を置いたところに設定できるが、電池総高が高々
１０ｍｍ程度の扁平形電池では、そのような小径の金属
パイプを電解液注入口として使用した場合には、高さ方
向に距離をとることができないので、電解液注入後の溶
接部分とガラス層との距離が近くなり、両者の構成材料
である金属とガラスの熱膨張係数の差に基づいて、ガラ
ス層に亀裂が入ったり、ガラ一 ス層と金属パイプとの融着部が損なわれて高い密閉性が
得られなくなるのである。

〔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作製する際の電解液注入口の封止の
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、上記目的を達成するために検討を重ね、正極
端子の外径を７ｍｍ以上にして、電解液注入後の電解液
注入口の封止のための溶接によってガラス層が損傷を受
けないようにし、かつボディを構成する金属板の水平に
展開したときのガラス層との接合面から外周端までの長
さを４．５ｍｍ以上に特定して、電池蓋のボディの外周
部と電池容器の開口端部との溶接時の熱によってガラス
層が損傷を受けないようにして、長期使用に耐え得る密
閉性の高い扁平形電池を提供したものである。

〔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、実施例ではりチウム−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
蓋の部分拡大断面図である。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、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
らなる正極で、（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
ステンレス鋼製の正極端子（７）とガラス層（８）とス
テンレス鋼製のボディ（９）を有しており、上記ボディ
（９）の外周部（９ａ）は電池容器（５）の開口端部（
５ａ）と溶接されている。θ山は正極集電網であり、ニ
ッケル製で、正極（２）の上面に配置されている。（１
０は環状のガラス繊維不織布からなる絶縁体で、正極（
２）および正極集電網０ωと電池蓋（６）のボディ（９
）との間を絶縁している。面は電解液注入口であり（第
２図参照）、この電解液注入口θカは正極端子（７）の
中心部に設けられていて、電解液注入後にニッケル製の
封止ピン面の軸部（１３ａ）が挿入され、該封止ピン０
３）の頭部（１３）の頭部（１３ｂ）を正極端子（７）
の上面（７ａ）に溶接することによって封止されている
。そして、この電池は、外形１２１１電池総高５．５ｍ
ｍの円板状をした扁平形電池である。

つぎに、主要構成部材について詳しく説明していくと、
負極（１）は直径１０ｍｍの円板状に打抜いた厚さ１ｍ
ｍのリチウムシートを電池容器（５）の底部内面に圧着
することによって構成したものである。正極（２）はア
セチレンブラックを主成分とし、これに強度付与のため
の黒鉛と結着剤としてのポリテトラフルオロエチレンと
を少量添加した炭素質を主材とする材料で構成される多
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、直径７ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状をしている。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１．０ｍｏｌ／Ｉ！、熔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わかる
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０．３開のステンレス網板で直
径１２ｍｍ、高さ５ｍｍの容器状に形成されたものであ
り、負極（１）との接触により負極端子としての機能を
兼ねている。

電池蓋（６）は、前記のようにステンレス鋼製の正極端
子（７）とガラス層（８）とステンレス鋼製のボディ（
９）とを有し、上記ガラス層（８）はその外周面でステ
ンレス鋼製のボディ（９）の内周面に融着し、その内周
面でステンレス鋼製の正極端子（７）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（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。

正極端子（７）は、電池蓋（６）の中央部に位置し、厚
さ１ｍｌ１１のステンレス鋼板で外径７ｍｍの円形に形
成されていて、その中心部に直径０．７ｍｍの貫通孔か
らなる電解液注入口（＋２１が設けられている。ガラス
層（８）は正極端子（７）の外周側に幅０．６ｍｍ、厚
さ０．６ｆｆｌＩ１１の環状に形成され、その外周側に
形成されるボディ（９）と正極端子（７）とを絶縁して
いる。ボディ（９）は厚さ０．６１のステンレス鋼板で
深さ約３１の折り返し部を有する形状に形成されていて
、そのボディ（９）を構成する金属板（本実施例では、
ステンレス鋼板）を水平に展開したときのガラス層（８
）との接合面から外周端までの長さＬｘ（第２図参照）
は４．５１１ＩＬ１１である。

封止ピン０■は、軸部（１３）の頭部（１３８　）と該
軸部（１３ａ　）より直径の大きい頭部＋１３）の頭部
（１３ｂ）とからなり、封止ピン面の軸部（１３ａ）は
電解液注入後の電解液注入口０りに挿入され、その頭部
［１３ａ）が正極端子（７）の上面（７ａ）に溶接され
ているが、この封止ピン（１３）の全長は４ＩＩＩＩｆ
ｉで、軸部（１３８）は直径が０．７ｍｍであり、軸部
（１３ａ）の先端は電解液注入口０２）および正極集電
網００）を貫通し、正極（２）の内部にまで達していて
、正極（２）と正極端子（７）との電気的接触が得られ
るようになっている。そして、封止ピン０３）の頭部（
１３）の頭部（１３ｂ）は、直径が１．５ｍｍで電解液
注入口Ｇ２）の直径より大きく、電解液注入口０２）を
覆って正極端子（７）の上面（７ａ）に炭酸ガスレーザ
ーで溶接されている。

この電池は例えば次に示すようにして作製される。

電池容器（５）の底部内面に円板状に打抜いたリチウム
シートを圧着して負極（１）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）および正極集電網０ωを順次載置し、つい
で絶縁体（１１）を配置したのち、電池蓋（６）を電池
容器（５）に嵌合し、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６０ｍ
ｍ／ｓｅｃであった。

つぎに、電解液注入口０２）から電解液を電池内部に注
入したのち、封止ピン０■の軸部（１３ａ）を電解液注
入口０２）に挿入し、封止ピン０３）の頭部（１３）の
頭部（１３ｂ）を正極端子（７）の上面（７ａ）に炭酸
ガスレーザーで溶接した。

このときの溶接条件は出カフ００Ｗで、溶接時間は０．
３秒であった。

上記実施例の電池についてガラス層の外観を顕微鏡で観
察した結果およびヘリウムリークディテクターでリーク
量を測定した結果を第１表に示す。

また、第１表には上記実施例の電池の有する特性を明確
にするために、下記２種類の比較品（比較例１および比
較例２）を作製して、それらについて上記実施例の場合
と同様にガラス層の外観を観察した結果およびヘリウム
リークディテクターでリーク量を測定した結果について
も示す。これら比較品（比較例１および比較例２）の作
製は次に示すように行われた。

比較例１ 正極端子（７）の外径を５ｍｍにしくつまり、上記実施
例の場合より正極端子（７）の外径を小さくシ）、それ
に伴ってボディー（９）を構成する金属板の水平に展開
したときのガラス層（８）との接面から外周端までの長
さＬ２を５．５ｍｍにしたほかは、上記実施例と同様に
して第３図に示す構造の扁平形密閉電池を作製した。

比較例２ ボディ（９）の折り返し深さを約１．５ｍｍとしくつま
り、上記実施例の場合よりボディ（９）の折り返し深さ
を浅クシ）、ボディ（９）を構成する金属板の水平に展
開したときのガラス層（８）との接面から外周端までの
長さＬ２を３．５ｍｍにしたほかは、上記実施例の場合
と同様にして第３図に示す構造の電池を作製した。

前述したように、上記実施例、比較例１および比較例２
の電池のガラス層の外観およびヘリウムリークディテク
ターで測定したリーク量を第１表に示すが、第１表にお
いて、［ガラス層（８）と溶接部までの距離」を示す欄
におけるＬｌは、第２図に示すように正極端子（７）の
中心点からガラス層（８）との接合面までの長さであり
、Ｌ２はこれまでにも記載してきたように、ボディ（９
）を構成する金属板を水平に展開したときのガラス層（
８）との接合面から外周端までの長さである。これらは
正確にはガラス層（８）と溶接部分との距離ではないが
（例えば、封止ピン（１３）の頭部（１３）の頭部（１
３ｂ）と正極端子（７）の上面（７ａ）との溶接による
接合は封止ピン０３１の頭部（１３）の頭部（１３ｂ）
の外周部で行われるので、溶接は正極端子（７）の中心
点よりは若干ガラス層（８）との接合面側にずれたとこ
ろで行われている）、近似的にガラス層（８）と溶接部
分との距離を表すので、第１表には「ガラス層（８）と
溶接部分との距離」として表示している。

溶接条件は前記のとおり、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）
との溶接時には炭酸ガスレーザーの出力が７００Ｗで、
溶接速度は６０ｍｍ／ｓｅｃであり、封止ビン面の頭部
（１３）の頭部（１３ｂ）の外周部と正極端子（７）の
上面（７ａ）との溶接時は炭酸ガスレーザーの出力が７
００Ｗで、溶接時間は０．３秒である。

第　　　　　１　　　　　表 第１表に示すように、実施例の電池では、ガラス層（８
）の外観の異常がなく、またヘリウムリークディテクタ
ーによるリーク量はＩ　ＸＩＯ−Ｘｌ０−ｌ０ａｔ／ｓ
ｅｃで、リーク量がＩ　ＸＩＯ−Ｘｌ０−９ａｔ／ｓｅ
ｃ以下であり、気密性が高く、電池の密閉性が高いこと
を示していたが、比較例１の電池では、正極端子（７）
の外径が小さく、第１表中のＬｌで示される封止ピン０
３）の頭部（１３ｂ）と正極端子（７）の上面（７ａ）
との溶接時のガラス層（８）と溶接部分との距離が短い
ために、その溶接時の熱によってガラス層（８）が損傷
を受け、ガラス層（８）に亀裂が発生し、また、ヘリウ
ムリークディテクターによるリーク量が２Ｘ１０−７ａ
ｔｍ−ｃｃ／ｓｅｃであって、実施例の場合より大きく
、気密性が劣り、電池の密閉性が低いことを示していた
。また、比較例２の電池では、第１表中のＬ２で示され
る電池蓋（６）のボディ（９）の外周部（９ａ）と電池
容器（５）の開口端部（５ａ）との溶接時のガラス層（
８）と溶接部分との距離が短いため、その溶接時の熱に
よってガラス層（８）が損傷を受け、ガラス層（８）に
亀裂が発生し、また、ヘリウムリークディテクターによ
るリーク量が２　ＸＩＯ−Ｘｌ０−ｌ１ａｔ／ｓｅｃで
あって、実施例の場合より大きく、気密性が劣り、電池
の密閉性が低いことを示していた。

上記結果より、正極端子（７）の外径が７ｍｍ以上で、
ボディ（９）を構成する金属板を水平に展開したときの
ガラス層（８）との接面から外周端までの長さＬ２が４
．５１以上であれば、ガラス層（８）に熱影響を及ぼす
ことがなく溶接が実施でき、高い密閉性を有する扁平形
電池を得ることができる。それら正極端子（７）の外径
の上限やボディ（９）を構成する金属板を水平に展開し
たときのガラス層（８）との接合面から外周端までの長
さＬ２の上限は、前記条件さえ満足していればいくらで
もよいが、対象とする電池が外径２５ｍｍ以下程度の小
さい電池が多いので、通常は、正極端子（７）の外径は
７ｍｍ以上で１８ｍｍ以下、ボディ（９）を構成する金
属板を水平に展開したときのガラス層（８）との接合面
から外周端までの長さＬ２は４．５ｍｍ以上で１０ｍｍ
以下にされる。なお、第１表に示すように、ガラス層（
８）への影響を避けるには、Ｌ、よりＬ２の方が長い距
離を要するが、このように封止ピン０３）の頭部（１３
ｂ）と正極端子（７）の上面（７ａ）との溶接よりも、
ボディ（９）の外周部（９ａ）と電池容器（５）の開口
端部（５ａ）との溶接の方が、ガラス層（８）に大きな
影響を及ぼすのは、後者の方が溶接時間が長いことによ
るものと考えられる。

また、実施例では、ボディ（９）を折り返し部を有する
形状に形成しているが、ボディ（９）を構成する金属板
を水平に展開したときのガラス層（８）との接合面から
外周端までの長さＬ２さえ必要な長さが確保されていれ
ば、ボディ（９）を水平に形成してもよい。そして、ボ
ディ（９）を折り返し部を有する形状に形成しているに
もかかわらず、ボディ（９）を構成する金属板を水平に
展開したときのガラス層（８）との接合面から外周端ま
での長さＬ２さえ必要な長さが確保されていれば、ガラ
ス層（８）への熱影響を避けるのは、ガラス層（８）に
及ぼす溶接時の熱は、はとんどが熱伝導によるものであ
って、輻射によるものはほとんどないことを示している
。

なお、実施例では、負極（１）にリチウムを用い、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（１）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構成して
もよいし、正極活物質も塩化チオニル以外にも塩化スル
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。また、実施例では、正極（２）にアセチレンブラッ
クを主成分とする多孔質成形体を用いたが、アセチレン
ブラック以外の炭素質を主成分とするものであってもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、正極端子（７）の外
径を７ｍｍ以上にし、ボディ（９）を構成する金属板を
水平に展開したときのガラス層（８）との接面から外周
端までの長さＬ２を４．５ｍｍ以上にすることによって
、ガラス層に損傷を与えることなく、良好な溶接を達成
して、密閉性の高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
蓋の部分拡大断面図である。第３図および第４図は本発
明外の扁平形密閉電池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）・・・開口端部、　（６）・・・電
池蓋、　（７）・・・正極端子、　（７ａ）・・・上面
、　（８）・・・ガラス層、　（９）・・・ボディ、（
９ａ）・・・外周部、　０２１・・・電解液注入口、　
（１３）の頭部（１３１・・・封止ピン、 （１３ａ）・・・軸部、 （１３）の頭部（１３ｂ）・・・頭部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負極（１）にリチウム、ナトリウム、カリウムな
   どのアルカリ金属を用い、正極（２）に炭素多孔質成形
   体を用い、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、上記負極（１）、正極（２）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正極端子（７）と該正極端子（７
   ）の外周側に設けられた環状のガラス層（８）と該ガラ
   ス層（８）の外周側に設けられた金属製のボディ（９）
   を有し、上記正極端子（７）は外径が７ｍｍ以上で、該
   正極端子（７）の中心部には電解液注入口（１２）が設
   けられ、上記ボディ（９）は金属板で構成されていて、
   そのボディ（９）を構成する金属板を水平に展開したと
   きのガラス層（８）との接合面から外周端までの長さＬ
   ＿２が４．５ｍｍ以上であり、該電池蓋（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、上記正極端子（７）に設けた電解液
   注入口（１２）には電解液注入後に封止ピン（１３）の
   軸部（１３ａ）を挿入し、該封止ピン（１３）の頭部（
   １３ｂ）を正極端子（７）の上面（７ａ）に溶接してな
   ることを特徴とする扁平形密閉電池。