JPH03216954A - 扁平形密閉電池 - Google Patents

扁平形密閉電池

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Publication number
JPH03216954A
JPH03216954A JP2011007A JP1100790A JPH03216954A JP H03216954 A JPH03216954 A JP H03216954A JP 2011007 A JP2011007 A JP 2011007A JP 1100790 A JP1100790 A JP 1100790A JP H03216954 A JPH03216954 A JP H03216954A
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JP
Japan
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battery
section
sealing plug
cylindrical part
battery container
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Pending
Application number
JP2011007A
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English (en)
Inventor
Hirokazu Yoshikawa
吉川 博和
Atsushi Sato
淳 佐藤
Kenichi Yokoyama
賢一 横山
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Filling, Topping-Up Batteries (AREA)

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、負掻活物質としてリチウム、ナトリウム、カ
リウムなどのアルカリ金属を用い、正掻活物質として塩
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、ハーメチソクシ
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、電子機器の発達に伴い、そのハックアノプ用電源
として、自己放電が小さく、長寿命で、かつ密閉性が高
く、10年間以上の長朋間にわたって使用できる電池が
要望されるようになっ“ζきた。
そこで、そのような要望に応えるべく、負Qi?J,物
質としてリチウムを用い、正極活物質とし′ζ塩化チオ
ニルを用い、電池蓋にメタル−ガラスーメタルのいわゆ
るハーメナックシールを採用した筒形の密閉電池が開発
されてきた(例えば、特開昭62 − 206769号
公報). 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、上記のような筒形の密閉電池のみな
らず、より小形、薄形のハソ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、このような扁平形の密閉電池では、その電解
液の注入と電解液注入後の封止に際して、次のような方
法が採用されている.例えば、第4図に示すように電解
液注入口を設けていない電池では、電池の組立時に、電
池容器(5)に電解液を注入した後、電池蓋(6)を電
池容器(5)の開口部に嵌合し、電池蓋(6)のポディ
(7)の外周部(7a)を電池容器(5)の開口端部(
5a)と溶接しており、また、第5図に示すように電池
蓋(6)のボディ(7)に電解液注入口(ロ)を設けた
電池では、電池蓋(6)のボディ(7)の外周部(7a
)とiit池容3(5》の開口端部(5a)とを熔接し
た後、−F記電解液注入口(+4]から電解液を電池内
部に注入し、電解液の注入後、電解液注入口04に封止
栓0つを挿入し、該封止栓(13)の頭部を上記電解液
注入口圓の周壁部に溶接していた。
しかしながら、前者の電解液注入法では、電解液注入後
に電池M(6)のボディ(7)の外周部(7a)と電池
容器(5)の開口端部(5a)とを溶接するため、その
溶接時の熱によって電解液が膨張し、そのため電池容器
(5)の底部(5b)の中央部が膨出し、電池総高の増
加を引き起こす.一方、後者の方法では、封止栓051
の頭部と電解液注入口圓の周壁部とを溶接したときに溶
接部分に盛り上がりが生し、そのため、電池総高が設定
した高さより高くなっ゛(総高不良が発生するという問
題があった。また、そのような溶接部分の盛り上がりを
8慮して電池総高を設定すると、そのぶん電池内容積が
減少して放電容量が低下することになった. そのため、本発明者らは、第1〜2図に示すように、電
池容器(5》の底部(5b)の中央部に、電池内部側に
底部(12b)を有しかつ中心部に先端が電池容器(5
)の底部(5b)の主底面より電池内部側に位置する筒
状部(12a)を有する凹部(12)を設け、該筒状部
(12a)を電解液注入口として使用した後に該筒状部
(12a)にリベット状の封止栓0湯の軸部(13a)
を挿入し、該封止栓a湯の頭部(13b)を筒状部(1
2a)の先端部に溶接することによって、電解液注入後
の溶接による電池総高の増加が生しない扁平形密閉電池
を開発し、それについて特許出願をしてきた(特願昭6
3192819号)。
上記構成にすれば、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(5a)に溶接
した後に電解液を注入することができるので、溶接時の
熱による電解液の熱膨張を抑制することができ、また、
筒状部(12a)に封止栓(13l1の軸部(+3a)
を挿入した後、封止栓0■の頭部(13b)を筒状部(
12a)の先端部に溶接しても、該筒状部(12a)の
先端が電池容器(5)の底部(5b)の主底面〔電池容
H(5)の底部(5b)の凹部Ozを設けていない部分
の底面〕より電池内部側に位置するので、上記封止栓0
′!Jの頭部(13b)と筒状部(12a)の先端部と
の溶接による溶接部分の盛り上がりが電池容器(5)の
底部(5b)の主底面より電池外部側に飛び出すことが
なく、電池総高の増加を引き起こさないのである。
〔発明が解決しようとする課題〕
扁平形密閉電池の電解液の注入口とその封止を−E記の
ような構成にすることによって、電解液注入後の熔接に
よる電池総高の増加が生じない扁平形密閉電池を提供す
ることができる。
しかしながら、筒状部(12a)の内径と封止栓(13
)の軸部(13a)の外径とが適正につくられていない
と、封止栓09の軸部(+3a)を筒状部(12a)に
挿入するときに電池容器(5)の底部(5b)をくぼま
せ(凹ばーU)たり、あるいは筒状部(12a)と封止
栓0■の軸部(+3a)との隙間があきすぎて溶接不良
を引き起こす原因になる。
したがって、本発明は、筒状部(12a)の内径と封止
栓0■の軸部(13a)の外径との1法を適正にするこ
とによって、電池容器(5)の底部(5b)のくぼみ(
凹み)や溶接不良の発生がなく、かつ溶接による電池総
高の増加が生しな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〕
本発明の構成をその実施例に対応する第1〜3図を用い
て説明すると、本発明は、筒状部(12a)の内径(A
)と封止栓側の軸部(13a)の外径(B)との寸法差
を−0.015 m一〜+0.020m−の範囲内にす
ることによって、上記目的を達成したものである. すなわち、本発明は、電池容器(5)の底部(5b)の
中央部に、電池内部側に底部(12b)を有し、かつ中
心部に先端が電池容器(5)の底部(5b)の主底面よ
り電池内部側に位置する筒状部(12a)を有する凹部
(12)を設け、該筒状部(12a)の内径(A)とリ
ベノト状の封止栓0湯の軸部(13a)の外径(B)と
の寸法差を−0.015 m一〜+0.020mmの範
囲内にしたものである。
上記において、マイナス寸法は筒状部(12a)の内径
(A)の方が封正栓0クの軸部(13a)の外径(B)
より小さいことを示すが、その寸法差が0.015−閣
より小さい場合には、筒状部(12a)に封止栓側の軸
部(13a)を挿入するときに、多少押し込む状態にな
るが、それでも電池容器(5)の底部(5h)を大きく
くぼませることなく、封止栓0争の軸部(13a)を筒
状部(12a)に挿入することができる.また、プラス
寸法は筒状部(12a)の内径(A)の方が封止栓0■
の軸部(13a)の外径(B)より大きいことを示すが
、その寸法差が0.020m−より小さい場合は、溶接
不良を引き起こすことなく、封止栓側の頭部(13b)
を筒状部(12a)の先端部に溶接することができる。
(実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。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概略的に
示す断面図であり、第2図は第1図に示す電池に使用さ
れた電池容器を示すもので、第2図の(a)はその断面
図であり、第2図の(b)はその底面図である。第3図
は電池容器の底部の要部とit市栓を示す拡大断面図で
ある。
まず、電池の構造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
らなる正掻、(3)はガラス繊維不織布からなるセパレ
ータであり、このセバレータ(3)は上記負極(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M(6)はステンレス鋼製で環状のボディ(
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、上記ボディ(7》の外周
部(7a)は電池容器(5)の開口端部(5a)に溶接
されている。
0ω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(9)の下部にスボソト溶接されている。
(11)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Of)と電池蓋(6)のポディ(7)
との間を絶縁している。(12)は電池容器(5)の底
部(5b)の中央部に設けた電池内部側に底部(12b
)を有する凹部であり、この凹部0クはその中心部に筒
状部(12a)を有している.O■はステンレス鋼製で
リヘット状の封止栓であり、封止栓0湯の軸部( 13
a)は、上記筒状部(12a)を電解液注入口として使
用して電解液を電池内部に注入したのち、上記筒状部(
l2a)に挿入され、その頭部(13b)が上記筒状部
(12a)の先端部に溶接されている.そして、上記情
状部(12a)と封止栓(131は、筒状部(12a)
の内径(A)(第3図参照)と封止栓0′!Jの軸部(
13a)の外径(B)(第3図参照)との寸法差が−0
.015mm〜+〇.020 wb−の範囲内になるよ
うに作製されたものが使用され、この電池は、外径20
vw、電池総高(厚み)2.5ms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、負極
(1)はリング状に打抜いたリチウムシ一トを2電体0
ω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、正掻(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口エチレンを添加
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、リング状をして
いて、電池容器(5)の底部側に収容されている.電解
液(4)は塩化チオニルに電解質として四塩化アルミニ
ウムリチウムをl.Osol/ l N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゜ζ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(I)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0.25m−のステンレス鋼板
で外径20m(高さ2.3m−の容器状に形成されたも
のであり、その内部に収容した正極(2)との接触によ
り、正極端子としての機能を歯えている。
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、上記ボディ(7)は電
池蓋(6)の外周部に位置し、上記絶縁層(8)は上記
ポディ(7)の内周側に位置し、上記端子(9)は上記
絶縁層(8)の中心部に位置していて、上記ガラスから
なる絶縁層(8)がその外周面でステンレス鋼製のボデ
ィ(7)の内周面に融着して、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、いわゆるメタルー
ガラスーメタルのハーメチックシールを持5、また、前
記のように電池蓋(6)のポディ(7)の外周部(7a
)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.そして、上記電池蓋(6)に設けられ
た端子(9)は、その下面に中央部が溶接されている集
電体Go)に負極(1)を圧着しているので、負極端子
として作用する. 電池容器(5)の底部(5b)の中央部に設けた四部0
乃は、電池内部側に底部( 12b)を有するものであ
り、したがって、この凹部Q21は電池容器(5)の底
面から見たときに凹んでおり、第1図に示すように底部
(5b)を下側にして電池容器(5)を配置したときに
は、凹部(12)は上方に凸出した状態に示される.筒
状部(12a)は上記凹部0クの中心部に先端が電池外
部側を向く態様で設けられているが、その先端は電池容
器(5)の底部(5b)の主底面〔つまり、電池容器(
5)の底部(5b)の凹部02)を設けていない部分の
底面〕より電池内部側に位!していて、この筒状部(1
2a)から電解液を電池内部に注入した後、封止栓(1
3)を上記筒状部(12)に挿入し、該封止栓0■の頭
部(13b)を筒4k部(12a)の先端部に溶接した
場合に溶接部分に生じる盛り上がりも電池容器(5)の
底部(5b)より電池外部側に突出することがないので
、溶接部分の盛り上がり番こよる電池総高の増加がない
なお、上記凹部02)と筒状部(12a)の形成は、電
池容器(5)の底部(5b)の中央部に電池容器(5)
の開口部側を向けて立ち上がり部(2l)を設け、上記
立ち上がり部(21)の上端から中心部に向けて底部(
5b)と平行な部分、つまり底部(12b)を設けて凹
部(l2)とし、さらに上記底部( 12b)の端部か
ら電池外部側に向けて立ら上がり部分を設けることによ
って筒状部(12a)とすることにより、行われている
また、この電池では、電池容器(5)の底部(5b)の
中央部に筒状部(12a)を有する四部02+を設けて
いるので、電池容器(5)の底部(5b)の変形に対す
る抵抗性が高くなっていて、封止栓側の頭部(13b)
と筒状部(12a)の先端部との溶接による電解液の膨
張程度では、電池容器(5)の底部(5b)が変形する
ことがない。
つぎに、リベソト状の封止栓(13)の軸部(13a)
の外径(B)(第3図参照)を一定にし、筒状部(12
a)の内径(A)(第3図参照)を変化させて、上記筒
状部(12a)の内径(A)と封止栓OQの軸部( +
3a)の外径(B)との寸法差を−0.020mm 〜
+0.(130s+mまで変化させたiom類の電池を
各10個ずつ作製し、筒状部(12a)への軸部(13
a)の挿入時における電池容器(5)の底部(5b)の
くぼみ寸法と封止栓0■の頭部(13b)と筒状部(1
2a>の先端部との溶接状態を調べた結果について第1
表に示す。
なお、月止栓面の頭部(13b)と筒状部(12a)の
先端部との熔接は炭酸ガスレーザーで出力700W、溶
接時間0.3秒で行った. 第 ■ 表 第1表に示すように、筒状部(12a)の内径(A)と
封止栓(131の軸部(13a)の外径(B)との寸法
差が一〇。015 am〜+0.020 mmの範囲内
では、電池容器(5)の底部(5b)のくぼみも許容で
きる範囲内にあり、また、封止のための溶接も不良発生
を伴うことなく行うことができた。なお、筒状部(12
a)の内径(A)と封止栓OQの軸部( 13a)の外
径(B)との寸法差が+0.025 ms以上では、溶
接部分にピンホールが発生して、良品数が減少した。ま
た、筒状部(12a)の内径(A)と封止栓0クの軸部
(13a)の外径(B)との寸法差が−0.020 +
mmでは、電池容器(5)の底部(5b)のくぼみが1
.20mmになり、変形が目立って好ましくなかった。
つぎに、上記本発明の電池を製造したときの電池容器(
5)の底部(5b)のふくれによる総高不良の発生を調
べた結果と、第4図に示す構造の電池を製造したときの
電池容2ii (5)の底部(5b)のふくれによる総
高不良の発生を調べた結果を第2表に対比して示す。
電池はいずれも最大寸法を外径20−、電池総高2.5
msに設定した扁平形密閉電池であり、本発明の電池で
は、正極(2)、セパレータ(3)、負極(1)などを
それぞれ電池容器(5)と電池蓋(6)の所定位置に収
容して電池容器(5)と電池蓋(6)とを嵌合したのち
、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(5a)に炭酸ガスレーザーで出
力700W、溶接速度60mm/secで溶接したのち
、電池を第1図に示す状態から上下を反転させ、筒状部
(12a)から電解液を電池内部に注入し、電解液の注
入後、封止栓(13)の軸部(13a)を筒状部(12
a)に挿入し、その封止栓0■の頭部( +3b)を筒
状部(12a)の先端部に炭酸ガスレーザーで出力70
0W、溶接時間0.3秒で溶接した.筒状部(12a)
の内径(A)は1.505−で、封止栓0′!Jの軸部
(13a)の外径(B)は1.500m−であり、上記
(A)と(B)との寸法差は+0.005一一である。
一方、第4図に示す従来電池(従来品)では、電池容器
(5)に正極(2)およびセバレータ(3)を収容した
段階で電解液を注入し、その後、電池蓋(6)を上記の
電池容器(5)に嵌合し、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(5a)
に前記本発明の電池の場合同様に炭酸ガスレーザーで出
力700W,溶接速度60mm/secで溶接した.両
電池とも100個ずつ製造し、電池総高が2.5一を超
えたものを総高不良と判定し、その総高不良発住率を第
2表に示した。
第    2    表 第2表に示すように、従来品、つまり、第4図に示す構
造の電池では、総高不良が30%発生したが、本発明の
電池では総高不良の発生がまったくなかった。これは、
本発明の電池では、電解液注入口の熔接が封止栓面の頭
部(13b)と筒状部(12d)の先端部とを溶接する
だけであって、第4図に示す従来構造の電池より電解液
注入後の熔接面積が少なく、したがって、溶接に要する
熱量が少なくて電解液の体積膨張が少ないことと、中央
部に凹部(12)を設けていることによって、電池容器
(5)の底部(5b)の電解液の体積膨張に基づく変形
に対する抵抗性が向上したためであると考えられる。
なお、上記実旅例では、電池蓋(6)に設けた端子(9
)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(9)が正極(2)の端子となる場合
がある.また、上記実施例では、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。また、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
を用いたりチウムー塩化チオニル電池について説明した
が、負捲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、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℃)で液体のすキシハロゲン化物
をn1いてもよい. (発明の効果] 以上説明したように、本発明では、電池容器(5)の底
部(5b)の中央部に、電池内部側に底部(12b)を
有しかつ中心部に先端が電池容器(5)の底部(5b)
の主底面より電池内部側に位置する筒状部(.l2a)
を有する四部02)を設け、該筒状部(12a)を電解
液注入口として使用した後に封止栓0湯の軸部( +3
a)を上記筒状部(12a)に挿入し、封止栓0ωの頭
部(13b)を筒状部(12a)の先端部に溶接する構
成にしたことにより、溶接に基づく電池総高不良の発生
を防止するとともに、筒状部(12a)の内径(A)と
封止栓0クの軸部( 13a)の外径(B)との寸法差
を−0.015 m階〜+0.020 1I@の範囲内
にすることによって、筒状部(12a)への封止栓θ湯
の軸部(13a)の挿入による電池容器(5)の底部(
5b)の変形(くぼみ)を防止し、かつ封止栓側の頭部
(13b)を筒状部(12a)の先端部に熔接不良の発
生を引き起こすことなく溶接することができた.
【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概略的に
示す断面図であり、第2図は第1図に示す電池に使用さ
れた電池容器を示すもので、第2図の(a)はその断面
図であり、第2図の(b)はその底面図である.第3図
は電池容器の底部の要部と封止栓の拡大断面図である。 第4図および第5図はそれぞれ従来の扁平形密閉電池を
示す断面図である. (11・・・負極、 (2》・・・正極、 (3)・・
・セパレータ、(4)・・・電解液、 (5)・・・電
池容器、 (5a)川開口端部、 (5b)・・・底部
、 (6)・・・電池蓋、 (7)・・・ポディ、 (
7a)・・・外周部、 (8)・・・絶縁層、 (9)
・・・端子、 (121・・・凹部、  (12a)・
・・筒状部、 θ湯・・・封止栓、(13a)−・・軸
部、  (13b)・・・頭部、(A)・・・筒状部の
内径、  (B)・・・封止栓の軸部の外径 科ダバす 1・・・負極 2・・・正極 3・・・セバレータ 4・・・電解液 5・・・電池容器 5a・・・開口端部 5b・・・底部 6・・・電池蓋 7・・・ボディ 7a・・・外周部 訃・・絶縁層 9・・・端子 12・・・凹部 12a・・・筒状部 13・・・封止栓 13a・・・軸部 13b・・・頭部 5b・・・底部 l2・・・凹部 12a・・・筒状部 (a) あ 2 図

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、金属製で環状のボディ(7)と、
    ガラスまたはセラミックスからなる環状の絶縁層(8)
    と、端子(9)を有し、 上記環状のボディ(7)は、上記電池蓋(6)の外周部
    に位置し、 上記絶縁層(8)は、上記環状のボディ(7)の内周側
    に位置し、 上記端子(9)は、上記環状の絶縁層(8)の中心部に
    位置し、 上記電池容器(5)は、その底部(5a)の中央部に凹
    部(12)を有し、 上記凹部(12)は、電池内部側に底部(12b)を有
    し、かつ中心部に筒状部(12a)を有し、上記筒状部
    (12a)は、先端が電池外部側を向き、かつ該先端が
    電池容器(5)の底部(5b)の主底面より電池内部側
    に位置し、 上記筒状部(12a)は、電解液注入口として使用され
    、かつ電解液注入口として使用した後にリベット状の封
    止栓(13)の軸部(13a)が挿入されるものであり
    、 上記筒状部(12a)の内径(A)と封止栓(13)の
    軸(13a)の外径(B)との寸法差は、−0.015
    mm〜+0.020mmの範囲内にあり、 上記電池蓋(6)のボディ(7)の外周部(7a)は、
    上記電池容器(5)の開口端部(5a)に溶接され、上
    記筒状部(12a)を電解液注入口として使用した後に
    、封止栓(13)の軸部(13a)を上記筒状部(12
    a)に挿入し、 上記封止栓(13)の頭部(13b)を上記筒状部(1
    2a)の先端部に溶接していることを特徴とする、扁平
    形密閉電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010225302A (ja) * 2009-03-19 2010-10-07 Hitachi Maxell Ltd 扁平形電池

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