JPH0648620B2 - 有機電解質電池用組立封口板の製造法 - Google Patents

有機電解質電池用組立封口板の製造法

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JPH0648620B2
JPH0648620B2 JP61103327A JP10332786A JPH0648620B2 JP H0648620 B2 JPH0648620 B2 JP H0648620B2 JP 61103327 A JP61103327 A JP 61103327A JP 10332786 A JP10332786 A JP 10332786A JP H0648620 B2 JPH0648620 B2 JP H0648620B2
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文夫 大尾
隆 松岡
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
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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等の軽金属を用い
て構成される有機電解質電池用組立封口板の製造法に関
するものである。
従来の技術 リチウム、ナトリウムなどの軽金属を負極活物質として
用いる有機電解質電池は、高電圧、高エネルギー密度、
長期信頼性の点において優れ、昨今、その需要はメモリ
ーバックアップ用電源、あるいはカメラ用電源などの電
源としてその需要を増大しつつある。しかしながらこの
種の用途に使用される上において、電池構成上、長期に
渡って安定した密閉性、気密性が要求され、極めて気密
性の高い封口がなされていた。このため、内部、外部短
絡あるいは漏れ電流などによる充電が行なわれた場合、
電池内部にガスが発生し、電池内圧が異常に上昇した場
合は電池が破裂し、極めて危険性の高いものであった。
このため、従来においては下記(1),(2),(3)に示すよ
うな対策が行なわれていた。
(1) 第6図に示すように、電池容器1の一部に環状の
肉薄部1aを設け、内圧が上昇して危険な状態に達する
前に、前記電池容器1の肉薄部1aが破裂して電池内の
ガスを外部に飛散させる。
(2) 電池の組立封口板の中に、封止部材として肉薄な
金属材料、合成樹脂あるいは合成ゴムの薄板あるいは実
公昭59−15398号公報記載のようにこれらの複合
体を配置し、内圧上昇時に、膨張して薄板を尖鋭な破壊
突起で破壊して電池内のガスを外部へ逃がす。
(3) 特開昭60−165040号公報記載のように電
池の蓋、あるいはケーースの表面にガス抜き孔を設け、
このガス抜き孔を金属箔でカバーし金属箔をレーザー溶
接で溶接しガス抜き孔を閉じたもの、あるいは特開昭5
9−121774号公報記載のように合成樹脂、合成ゴ
ム、金属からなる薄膜を接着剤で単に接着固定してガス
抜き孔を閉じ、電池内のガスが異常に発生した時に上記
金属箔、合成樹脂、合成ゴム薄膜が破れて電池内のガス
を外部へ逃がす。
発明が解決しようとする問題点 しかし上記(1)の場合、このような構造では鉄製電池容
器1に肉薄部1aを形成させる場合、加工上の精度か
ら、肉薄部1aの肉厚は0.08〜0.15mm程度までしか薄く
加工できないのが実状であり、この場合の電池の内圧は
50〜70kg/cm2の高圧に達しないと防爆機能が作動
しないという欠点があった。上記(2)の場合にあっては
合成ゴム、合成樹脂などの弾性体の薄板を使用する構造
の場合、低圧作動性を具現化するにはその厚みを0.1〜
0.3mm程度にする必要があり、この場合、合成ゴム、合
成樹脂が大気中の水分を極めて容易に透過しやすく、特
に水分をきらう有機電解質電池においては不適当であ
り、防爆の動作性においても、極めて弾性に富む特徴を
有しているため、作動圧が一定しないという面もある。
また上記(3)の場合にあっては水分透過性の少ないもの
としては、金属材料が理想的であるが、低圧動作性を考
慮するとその厚みが数μmのオーダーにする必要があ
り、このような金属材料の薄板、つまり金属箔を、組立
封口板内に機械的なカシメ方法で挿着固定する製造方法
では、気密封口性ならびに安定した防爆の動作性を実現
することは困難であった。
問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を耐食性の厚さ20〜30μmの
アルミニウム、厚さ8〜10μmのステンレス鋼、厚さ
5〜10μmのニッケルのいずれかよりなる金属箔と、
耐有機電解液性、耐金属接着性ならびに量産性に優れた
熱接着組成物である、カルボキシル基を含有したポリオ
レフィン系樹脂よりなる厚さ30〜50μmの熱溶着性
フィルムとを貼り合わせたものを弁孔を常時閉塞する弁
として採用し、あらかじめ下ケースの1段目の水平内底
部に弁体を熱接着する工程を設け、その後下ケースの開
口部を内方にキャップを介して機械的に折り曲げる工程
によって組立て封口板を製造することで解決するもので
ある。
作用 この製造方法による組立封口板を使用することにより、
弁体を単に機械的なカシメだけで固定する従来方法に比
べて本願発明はこの弁体挿入部を、耐有機電解液性接着
組成物である不飽和カルボン酸を3〜8wt%含有し
た、厚みが30〜50μmのポリオレフィン樹脂からな
る熱接着フィルムで熱接着することで量産性に優れると
ともに電解液の漏出経路を完全に閉塞できる。
また電池内圧上昇時に弁体材料が上方に膨らむ場合で
も、弁体の周縁が下ケース内底部に接着固定されている
ため、弁体の受圧部が常に一定の面積で受圧するため弁
体が受圧によって移動しなく作動圧力のバラツキがなく
なる。
また、従来の方法では下ケースの開口部を金属箔、合成
樹脂、合成ゴムの薄膜単体、あるいは複合材からなる弁
体をキャップを介して内方に折り曲げて機械的にカシメ
る工程においてプレスによる振動、あるいはカシメ時の
応力負荷によって弁体の位置がずれることがあったが、
本発明の製造法では、あらかじめ弁体を下ケースの1段
目の内底面に熱溶着させているため弁体の位置ズレは皆
無となり、気密性も完全なものが製造できる。従って本
発明の製造方法で得られた組立封口板を使用した有機電
解質電池は長期に渡って気密封口性が維持でき、耐漏液
性にも優れ、電池特性の安定した電池を提供できるもの
である。
実施例 以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。
第1図は本発明の製造法により生産された組立封口板を
用いた円筒形リチウム電池を示し、図において、Aは発
電要素群であり、正極はフッ化炭素、二酸化マンガン、
酸化銅、硫化鉄、酸化モリブデン等を主材として、これ
に導電材、結着剤を加えたものからなる。負極としては
金属リチウムあるいはマイクロポーラスフィルムからな
るセパレータ材(図示せず)を介して渦巻状に構成した
ものである。この要素群に電解液として、1.2−ジメ
トキシエタン、ジオキソラン、γ−ブチロラクトン等の
溶媒を単一あるいは混合系として使用し、これに溶質と
してLiBF、LiclO等を溶解させたものを電
解液として含浸させている。1は前記極板群の負極活物
質である金属リチウムの集電体リード2をスポット溶接
により、その内面部に溶接した電池容器で、従って負極
端子を兼ねる。その材質としては0.3mm程度の耐有機
電解質性ステンレス鋼あるいは耐触メッキを施した鉄ケ
ースが好ましい。Bは本発明による金属箔4aと熱溶着
性フィルム4bを貼り合わせた構成の弁体4を内部に配
した組立封口板である。
その製造方法としては、弁孔3aを2段目の水平部3b
の内面中央に設けた下ケース3の1段目のリング状水平
内底面に弁体4の熱溶着性フィルム部4bが当接するよ
うに挿入載置する工程。次いで弁体4の金属箔面4aを
熱接着性フィルム素材の溶融温度に加熱された金型治具
で下ケース3の1段目のリング状水平内底面に押圧する
工程。次いでガス抜き孔5aを凸状部5bに有し、その
周縁部5cをフラットに成形加工したキャップ5を、弁
体4の上面に挿入載置し、その後前記下ケース3の開口
部3d(破線で示す部分)を内方に金型で折り曲げて、
キャップの周縁部と弁体4の金属面を機械的にカシメ固
定する工程から製造されるものである。下ケース3の材
質は厚みが0.3mm程度の耐有機電解質性ステンレス鋼
よりなり、キャップ5はその厚みが0.3mm程度の耐触
ニッケルメッキを施した鉄材よりなる。弁体4の構成
は、第3図に示すようにその厚みが20〜30μmのア
ルミニウム4a(JIS4160相当品)と、厚みが3
0〜50μmの耐電解液、金属接着性に優れる熱接着組
成物からなる熱溶着性フィルム4bの貼り合せ材であっ
て、フィルム4bの材質としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン系樹脂に無水マレイン酸
を5〜8wt%グラフト重合させ、分子内にカルボキシ
ル基を含有させたものである。アルミニウム4aと、熱
溶着性フィルム4bはホットローラー等により熱接着さ
せて貼り合わせて一体化している。次にこの封口板Bの
下ケース3の底面には、前記極板群Aの正極活物質から
の集電リード6がスポット溶接により一体化されてお
り、従って封口板Bは正極端子を兼ねる。またこのよう
な弁体を備えた組立封口板Bは発電要素群Aを内蔵した
金属ケース1の開口部1bに、低透湿性、耐電解液性の
ポリ塩化ビニデンと、高抗張力を有するポリプロピレン
よりなる絶縁パッキング7を介して気密的に封口されて
いる。次に、前記弁体4のアルミニウム4aと、熱溶着
性フィルムと選定した理由を以下に記述する実験1,2
によって説明する。
<実験1>作動圧とアルミニウム箔の厚み 熱溶着性フィルムの厚みを50μm±5μmで一定と
し、アルミニウム(JIS4160相当品)の厚みを1
0,20,25,30,40,50μmに変化させたも
のを貼り合わせ弁体4及び封口板Bを構成し、電池を構
成せずに、その破損圧を各々100個測定した。測定方
法としては封口板の外径14.60mm、高さ3.5mm、弁孔
径3.0mm弁体4の受圧面積0.3cm2一定とし、治具
で空気が漏れないように封口板の弁孔周辺を密閉し、弁
孔にボンベより空気を送り込んで圧力を上昇させて、破
損した時の圧力を測定した。その結果を第4図に示す。
<実験2>耐水分透過性の影響 実験1と同様の弁体構成で封口板を構成し、直径17.
0mm、総高33.2mm、電気容量1200mAhの円筒
形チウム電池を各々100セル構成し、温度60℃、相
対湿度90%の雰囲気中に保存した時の内部抵抗の変化
を調査した結果を第5図に示す。
なお、実験1,2において、熱接着性フィルムの厚みを
50μmに固定したのは50μm以上にあっては熱(約
160〜180℃)負荷時に、前記製造時の第2の工程
において溶融状態となった接着組成物がアルミニウムの
上面ににじみ出たりあるいは接着治具に付着して、極め
て作業効率が悪く量産性に適しないものである。50μ
m以下、詳しくは30μm以下にあっては、熱接着時の
接着面における接着組成物の塗布状態において不均一な
部分が生じ、接着されない部分が発生して気密性に欠け
るからである。従って、熱接着性フィルムの厚みは実験
の結果から30〜50μmが好ましい。なお実験例とし
て金属箔がアルミニウムのみを記述したが、ニッケル、
ステンレス鋼についても同様の実験を行なったところ、
ニッケルの場合、厚みが5〜10μmで、その作動圧が
20kg/cm2以下、詳しくは16〜19kg/cm2(n=1
00個のテスト結果)、ステンレス鋼の場合はその厚み
が8〜10μmでその作動圧が20kg/cm2以下、詳し
くは17〜20kg/cm2であった。また熱接着組成物と
してポリエチレンに、無水マレイン酸を5wt%グラフ
ト重合した熱接着フィルムを示したが、ポリリエチレ
ン、ポリプロピレン等の無極性の耐電解液性に優れるポ
リオレフィンに、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン
酸、フマル酸等のカルボキシル基を有する不飽和カルボ
ン酸を5wt%詳しくは3〜8wt%共重合あるいはグ
ラフト重合させて得られる前述の厚みのものであれば、
同様の結果が得られたものである。なお不飽和カルボン
酸の添加量を3〜8wt%にしたのは3wt%以下であ
ると、金属に対する接着力を高める上で必要なカルボキ
シ基の量が少ないため、接着力が弱まり、長期気密封口
性が維持できないからであり、8wt%以上になると、
未重合の不飽和カルボン酸が残存し、この不飽和カルボ
ン酸が接着組成物の耐電解液性を弱めることになった
り、また接着時における接着力の低下を惹起し好ましく
ないからであった。
発明の効果 以上、述べたように本発明の製造法による組立封口板に
よれば高圧下での電池破裂が防止されて安全性が向上
し、さらには電池特性が長期に渡って安定した電池を提
供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成による弁体を使用した電池の断面
図、第2図は本発明による弁体を使用した組立封口板の
断面図、第3図は本発明の弁体の構成断面図、第4図は
弁体の厚みと、作動圧との関係を示す図、第5図は弁体
のアルミニウムの厚みと電池の内部抵抗特性の保存特性
を示す図、第6図は従来の防爆構造を備えた電池の断面
図である。 1……電池容器、3……下ケース、3a……弁孔、4…
…弁体、4a……金属箔、4b……熱溶着性フィルム、
5……キャップ、5a……ガス抜き孔、A……発電要素
群、B……組立封口板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 幹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大石 裕文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−165040(JP,A) 特開 昭59−121774(JP,A) 実公 昭59−15398(JP,Y2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機溶媒を電解液として用い、組立封口板
    の下ケース内底面に弁孔を有し、かつこの弁孔を封口板
    の内側から閉塞する弁体を内蔵した有機電解質電池用組
    立封口板の製造法であって、上記弁孔を常時閉塞する弁
    体として厚さ30〜50μmの不飽和カルボン酸を3〜
    8wt%含有したポリオレフィン樹脂からなる熱溶着性
    フィルムと厚さ20〜30μmのアルミニウム、厚さ5
    〜10μmのニッケル、厚さ8〜10μmのステンレス
    鋼のいずれかである金属箔とを貼り合わせたものを下ケ
    ースの1段目の水平内底部に弁体の熱溶着性フィルム部
    が当接するように挿入載置する工程、次いで弁体の金属
    箔面を熱溶着性フィルムの溶融温度に加熱された金型治
    具で下ケースの1段目の水平内底部に押圧する工程、次
    いでガス抜き孔を凸状部に有するキャップを弁体の上面
    に挿入介在させ、その後下ケースの開口部を内方に金型
    で折り曲げてキャップの周縁部と弁体の金属面を機械的
    にカシメ固定する工程からなる有機電解質電池用組立封
    口板の製造法。
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