JPH09213289A - 筒形リチウム電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解液を注液したときに筒形リチウム負極の
浮き上がりを防止する。 【解決手段】 筒形リチウム電池は、有底筒状の正極缶
２の内部に筒状正極４が装填され、さらに筒状正極４の
内側にはセパレータ６を介して筒形リチウム負極８が挿
入されている。また、正極缶２の内部には電解液１０が
注入されている。正極缶２の開口端部２ａにはガスケッ
ト２２を介して封口板１６及び皿状の負極端子１８が封
止されている。ガスケット２２は、正極缶２の開口端部
２ａと封口板１６の周縁部との間に挟まれた環状の周壁
部２４と、周壁部２４から径方向中央に向けて延出する
円環部２６と、円環部２６の内周縁部下端に一体的に設
けられた筒部２８とからなる。筒部２８の外径はセパレ
ータ６の内径よりも小さく、またその内径は筒形リチウ
ム負極８の内径よりも大きくなっていて、筒部２８の下
端面全体が筒形リチウム負極８の上端面に当接し、電解
液１０の注液後、筒形リチウム負極８の浮き上がりを阻
止するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒状の正極の内側
にセパレータを介して筒形のリチウム負極が配置された
筒形リチウム電池に係り、特に、筒形リチウム負極の位
置決め構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】筒形リチウム電池としては、例えば、図
６に示すような内部構造を有するものが知られている。
すなわち、この筒形リチウム電池では、有底筒状の正極
缶２の内部に、正極活物質からなる筒状正極４が装填さ
れ、その筒状正極４の内周面にセパレータ６が装着され
ている。さらに、セパレータ６の内側には、負極活物質
として筒形リチウム負極８が配置されている。正極缶２
の内部には、筒状正極４及び筒形リチウム負極８の上方
まで非水電解液１０が注液されている。また、正極缶２
の開口端部２ａには、正極缶２の外周面に沿って溝状の
ビーディング部１２が形成され、このビーディング部１
２の上方に円環状のガスケット１４が配設されている。
そして、このガスケット１４を介して封口板１６及び負
極端子１８が正極缶２の開口端部２ａに封止されてい
る。また、前記筒形リチウム負極８は内側面に負極集電
体２０を備えている。負極集電体２０の上端部２０ａは
筒形リチウム負極８の上端面から突出し、ガスケット１
４の中央開口部１４ａを挿通して、前記封口板１６の下
面に溶接接続されている。

【０００３】そして、この電池の組立にあっては、ま
ず、前記正極缶２の内部に筒状正極４、セパレータ６及
び筒形リチウム負極８を収装してからビーディング部１
２を形成し、このビーディング部１２にガスケット１４
を載置するとともに負極集電体２０の上端部２０ａをガ
スケット１４の中央開口部１４ａに挿通させて、封口板
１６の下面に溶接接続する。そして、電解液１０を注入
した後、封口板１６を負極端子１８などとともにガスケ
ット１４を介して正極缶２の開口端部２ａに封止して完
了するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記筒
形リチウム負極８は、電解液１０に比べて比重が小さい
ので、電解液１０を注入したときに、図７に示すよう
に、電解液１０の液面へと浮き上がる場合がある。この
ように筒形リチウム負極８が浮き上がった状態で電池の
組立が完了してしまうと、筒形リチウム負極８が所定位
置に正しく配置されていないので、電池使用の際に筒状
正極４との有効反応面積が低減して、電池の性能が十分
発揮されない。これにより、電池の性能においてバラつ
きが生じ、安定した高い品質を確保するのが困難であっ
た。また、筒形リチウム負極８が浮き上がっていると、
封口板１６の封止作業を良好に行うことができず、不具
合が生じることがあった。

【０００５】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、筒形リチウム負極の浮き上がり
を防止できる筒形リチウム電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る筒形リチウム電池では、有底筒状の正
極缶の内部に筒状正極を装填し、さらに該筒状正極の内
側にセパレータを介して筒形リチウム負極を挿入し、該
正極缶の内部に電解液を注入し、該正極缶の開口端部に
ガスケットを介して封口板を封止してなる筒形リチウム
電池において、該ガスケットには、該筒形リチウム負極
の上端面に当接して該筒形リチウム負極を所定位置に位
置決めし得る係止部を一体的に設けてなる。

【０００７】つまり、筒形リチウム負極は、その上端面
がガスケットの係止部により当接されて上方への移動が
規制され、セパレータの内側の所定位置に位置決めされ
るので、電解液の注液後、その浮き上がりを阻止するこ
とができる。これにより、筒形リチウム負極を正しい位
置に適確に配置できるので、筒状正極との有効反応面積
を確実に確保することができ、電池の性能を確実かつ十
分に発揮させることができる。また、電池の組立におい
ては、封口板の封止を良好に行うことができ、不具合を
解消することができる。尚、電解液の注液直後、ガスケ
ットが筒形リチウム負極の浮力を受けて正極缶の開口端
部から浮き上がってしまって封口板の封止などを良好に
行えないような場合には、ガスケットが正極缶の開口端
部にきつくはまるようにガスケットの径寸法を適宜設定
すれば、ガスケットの浮き上がりを簡単に防止すること
ができ、封口板の封止などの際に不具合発生を防止でき
る。

【０００８】また、好ましくは、前記ガスケットは、前
記正極缶の前記開口端部と該封口板の周縁部との間に介
在する環状の周壁部と、該周壁部から径方向中央に向け
て延出する円環部と、該円環部の内周縁部下端に一体的
に設けられた筒部とからなり、該筒部の外径を前記セパ
レータの内径より小さくするとともに、該筒部の内径を
前記筒形リチウム負極の内径よりも大きくし、該筒部の
下端を前記係止部としてなる。このようにガスケットが
構成されることで、係止部を簡単かつ適切に設けること
ができ、筒形リチウム負極の浮き上がりを良好に阻止す
ることができる。特に、筒部の外径及び内径が前記のよ
うに設定されることで、筒部の下端面全体が筒形リチウ
ム負極の上端面に当接して、良好な当接が行われるよう
になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る筒形リチウム
電池について添付図面に基づき詳述する。尚、従来と同
一の構成要素には同一の符号を付すものとする。

【００１０】図１は、本発明に係る筒形リチウム電池の
内部構造を示したものである。この筒形リチウム電池
は、有底円筒状の正極缶２の内部に、正極活物質として
筒状正極４が嵌合挿入されて軸方向に沿って３つ積層装
填されている。各筒状正極４は、例えば二酸化マンガン
及び黒鉛に加えバインダとして粉末フッ素樹脂を混合す
るなどして作成された正極合剤により中空円筒体状に加
圧成形されてなる。３つの筒状正極４の内周面には、例
えばポリプロピレン製不織布などからなる有底筒状のセ
パレータ６が装着されている。さらに、セパレータ６の
内側には、負極活物質として内部中空の筒形リチウム負
極８が配置されている。この筒形リチウム負極８は、リ
チウム金属などからなるリチウム平板を巻回し、その両
端部を相互に突き合わせて円筒状に成形されたものであ
る。また、筒形リチウム負極８の内周面には負極集電体
２０が設けられていて、その負極集電体２０の上端部２
０ａが筒形リチウム負極８の上端面より突出している。

【００１１】そして、正極缶２の内部には、筒状正極４
及び筒形リチウム負極８の上方まで非水電解液１０が注
液されている。非水電解液１０は、例えば、過塩素酸リ
チウムを溶質とし、プロピンカーボネート及び１，２−
ジメトキシエタンを溶媒とした溶液などからなる。

【００１２】また、正極缶２の開口端部２ａには、正極
缶２の外周面に沿って形成された溝状のビーディング部
１２が形成され、ビーディング部１２の上方にガスケッ
ト２２が載置され、このガスケット２２を介して外形円
形状の封口板１６及び皿状の負極端子１８が封止されて
いる。

【００１３】ガスケット２２は、例えばポリプロピレン
をはじめとする樹脂などの絶縁材料からなり、本発明に
あっては、前記筒形リチウム負極８の上端面に当接し得
る係止部が一体的に設けられている。すなわち、ガスケ
ット２２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガス
ケット２２の外周を形成する環状の周壁部２４と、この
周壁部２４の下端部に一体的に設けられた円環部２６
と、この円環部２６の下側に一体的に設けられた内部中
空の筒部２８とからなる。

【００１４】周壁部２４は、正極缶２の開口端部と封口
板１６及び負極端子１８の周縁部との間に挾持され介在
し、正極缶２の開口部を密閉するようになっている。円
環部２６は、周壁部２４の内側面から径方向中央に向け
て延出形成されている。円環部２４の下側にはその内周
縁部に沿って前記筒部２８の上端部が連接している。

【００１５】筒部２８は円環部２６の下面より垂下し、
その下端が前記係止部として筒形リチウム負極８の上端
面に達して当接するようになっている。この筒部２８の
外径はセパレータ６の内径よりも小さくなり、またその
内径は筒形リチウム負極８の内径よりも大きくなってい
る。これにより、下端面全体が筒形リチウム負極８の上
端面に当接することになり、筒形リチウム負極８に対し
バランス良く良好に当接するようになっている。これら
ガスケット２２の周壁部２４、円環部２６及び筒部２８
は、樹脂の射出成形などによって一体成形されている。

【００１６】他方、前記負極集電体２０の上端部２０ａ
は、ガスケット２２の筒部２８の下端を介して筒部２８
の中空部に挿通され、円環部２６の上面開口部から延出
されて、封口板１６の下面に溶接接続されている。

【００１７】以上のようにガスケット２２の筒部２８の
下端が筒形リチウム負極８の上端面に係止部として当接
するので、筒形リチウム負極８は、上方への移動が規制
され、セパレータ６の内側の所定位置に位置決めされ
る。これにより、正極缶２の内部に電解液１０が注液さ
れた場合でも、筒形リチウム負極８は正しい位置に適確
に配置されるので、筒状正極４と筒形リチウム負極８と
の有効反応面積を確実に確保することができる。したが
って、電池の性能を確実かつ十分に発揮させることがで
き、従来生じていた電池性能のバラつきを抑制できて、
高品質を安定して確保することができる。また、電池の
組立においては、封口板１６を良好に封止することがで
き、従来生じていた不具合を解消することができる。

【００１８】また、ガスケット２２が周壁部２４、円環
部２６及び筒部２８からなり、これらが樹脂の射出成形
などによって一体化されれば、部品点数の増加を引き起
こすことがなく、また新たな工程が不要であるため、コ
ストアップをあまり招くことなく安価または簡便に係止
部を設けることができる。

【００１９】特に、前記ガスケット２２の前記筒部２８
が前記場合に比べて軸方向に沿ってやや長めに形成さ
れ、筒部２８の下端、即ち係止部が筒形リチウム負極８
の上端面に対し弾性的に押接するようにすれば、筒形リ
チウム負極８をセパレータ６の内奥部に深く押し込ん
で、より強固に位置決め固定することができる。

【００２０】また、電解液１０の注液直後、ガスケット
１４が筒形リチウム負極８の浮力を受けて正極缶２の開
口端部２ａから浮き上がってしまい、封口板１６や負極
端子１８の封止を良好に行えないような場合には、ガス
ケット１４と正極缶２の開口端部２ａとが互いにきつく
はまり合うようにガスケット１４の径寸法を適宜設定す
ることにより、ガスケット１４の浮き上がりを簡単に防
止することができ、封口板１６や負極端子１８の封止を
良好に行うことができる。

【００２１】他方、前記ガスケット２２については、図
３乃至５に示すような形状を有するものもある。図３に
示したガスケット２２は、筒部２８が上端から下端に沿
って漸次縮径されてテーパ状に成形されたものである。
また、図４に示したガスケット２２は、円環部２６と筒
部２８との間にテーパ部３０が形成されたものである。
さらにまた、図５に示したガスケット２２は、円環部２
６と筒部２８との間に、周壁部２４の内径よりも小さく
かつ筒部２８の外径よりも大きな径寸法を有する径段部
３２を設けたものである。

【００２２】次に、前記筒形リチウム電池について行っ
た従来との比較試験について説明する。この試験では、
図１に示すようなガスケット２２に係止部が設けられた
本発明品と、図６に示すようなガスケット１４に係止部
がない従来品との２種類を用意した。本発明品及び従来
品に対しては、共に、重量比９：１で混合された二酸化
マンガンと黒鉛とからなる筒状正極４と、ＳＵＳ３０４
よりなる正極缶２と、ポリプロピレン製不織布からなる
セパレータ６と、筒形リチウム負極８と、１ｍｏｌ／リ
ットルの割合で過塩素酸リチウムを溶質として含み、重
量比１：１で混合してなるプロピンカーボネートと１，
２−ジメトキシエタンとを溶媒とした非水電解液１０
と、ポリプロピレンよりなるガスケット１４，２２と、
封口板１６と、負極端子１８とを用いて、直径約１７ｍ
ｍ、長さ約４５ｍｍ程の電池を組立てた。電池の組立は
各種それぞれ１００００ヶずつ行われ、このときの封口
板１６の封止における不良発生数をそれぞれ計数した。
また、組立が正常に完了したものの中から、各種それぞ
れ３０ヶずつ抽出して、これらに対し放電性能試験を行
った。放電性能試験は、温度２０℃の環境下で１ＫΩ連
続放電して、その持続時間を測定して行われた。持続時
間については、従来品の平均を１００とし、本発明品の
平均を指数で求めた。表１は、これら封口板の封止にお
ける不良発生数及び放電性能試験における平均持続時間
を示したものである。

【００２３】

【表１】 この表１より、封口板１６の封止における不良発生数に
ついては、従来品が１０００ヶ中１０ヶに対し、本発明
品が０ヶとなっていて、本発明品の方が歩留まりにおい
て優れていることが認められる。また、放電性能にあっ
ては、従来品が持続時間１００に対し、本発明品が１１
５となっており、本発明品の方が平均的に放電性能に優
れていることが認められる。

【００２４】

【発明の効果】以上発明の実施の形態で説明したように
本発明に係る筒形リチウム電池によれば、筒形リチウム
負極の上端面に当接して筒形リチウム負極を所定位置に
位置決めし得る係止部がガスケットに一体的に設けられ
ていることで、筒形リチウム負極が上方への移動するこ
とを規制でき、これをセパレータの内側の所定位置に位
置決めして、電解液の注液後、筒形リチウム負極の浮き
上がりを阻止することができる。これにより、筒形リチ
ウム負極を正しい位置に適確に配置でき、筒状正極との
有効反応面積を確実に確保して電池の性能を確実かつ十
分に発揮させることができることから、電池の性能のバ
ラツキを抑制し、高品質を安定して確保することができ
る。また、電池の組立においては、従来、封口板の封止
の際に生じていた不具合を解消することができ、製品歩
留まりの向上を図ることができる。尚、電解液の注液直
後、ガスケットが筒形リチウム負極の浮力を受けて正極
缶の開口端部から浮き上がってしまって封口板の封止な
どを良好に行えないような場合には、ガスケットが正極
缶の開口端部にきつくはまるようにガスケットの径寸法
を適宜設定すれば、ガスケットの浮き上がりを簡単に防
止することができ、封口板の封止などの際に不具合発生
を防止できる。

【００２５】また、ガスケットが、環状の周壁部、円環
部及び筒部からなり、筒部の外径がセパレータの内径よ
りも小さく、また筒部の内径が筒形リチウム負極の内径
よりも大きくなっていて、筒部の下端が前記係止部とな
っていることで、筒部の下端面全体が筒形リチウム負極
の上端面に当接するので、筒形リチウム負極の係止を良
好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒形リチウム電池の内部構造を示
した縦断面図である。

【図２】（ａ）ガスケットを示した平面図である。 （ｂ）ガスケットを示した縦断面図である。

【図３】（ａ）筒部がテーパ状に形成されたガスケット
を備えた筒形リチウム電池の内部構造を示した縦断面図
である。 （ｂ）筒部がテーパ状に形成されたガスケットを示した
平面図である。 （ｃ）筒部がテーパ状に形成されたガスケットを示した
縦断面図である。

【図４】（ａ）筒部と円環部との間にテーパ部を有する
ガスケットを備えた筒形リチウム電池の内部構造を示し
た縦断面図である。 （ｂ）筒部と円環部との間にテーパ部を有するガスケッ
トを示した平面図である。 （ｃ）筒部と円環部との間にテーパ部を有するガスケッ
トを示した縦断面図である。

【図５】（ａ）筒部と円環部との間に径段部を有するガ
スケットを備えた筒形リチウム電池の内部構造を示した
縦断面図である。 （ｂ）筒部と円環部との間に径段部を有するガスケット
を示した平面図である。 （ｃ）筒部と円環部との間に径段部を有するガスケット
を示した縦断面図である。

【図６】従来の筒形リチウム電池の内部構造を示した縦
断面図である。

【図７】電池の組立において筒形リチウム負極が浮き上
がったときの様子を示した縦断面図である。

【符号の説明】

２ 正極缶 ２ａ 開口端
部 ４ 筒状正極 ６ セパレー
タ ８ 筒形リチウム負極 １０ 非水電
解液 １２ ビーディング部 １４ ガスケ
ット １４ａ 中央開口部 １６ 封口板 １８ 負極端子 ２０ 負極集
電体 ２０ａ 上端部 ２２ ガスケ
ット ２４ 周壁部 ２６ 円環部 ２８ 筒部 ３０ テーパ
部 ３２ 径段部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底筒状の正極缶（２）の内部に筒状正
   極（４）を装填し、さらに該筒状正極（４）の内側にセ
   パレータ（６）を介して筒形リチウム負極（８）を挿入
   し、該正極缶（２）の内部に電解液（１０）を注入し、
   該正極缶（２）の開口端部（２ａ）にガスケット（２
   ２）を介して封口板（１６）を封止してなる筒形リチウ
   ム電池において、該ガスケット（２２）には、該筒形リ
   チウム負極（８）の上端面に当接して該筒形リチウム負
   極（８）を所定位置に位置決めし得る係止部を一体的に
   設けてなることを特徴とする筒形リチウム電池。
2. 【請求項２】 前記ガスケット（２２）は、前記正極缶
   （２）の前記開口端部（２ａ）と該封口板（１６）の周
   縁部との間に介在する環状の周壁部（２４）と、該周壁
   部（２４）から径方向中央に向けて延出する円環部（２
   ６）と、該円環部（２６）の内周縁部下端に一体的に設
   けられた筒部（２８）とを有し、該筒部（２８）の外径
   を前記セパレータ（６）の内径より小さくするととも
   に、該筒部（２８）の内径を前記筒形リチウム負極
   （８）の内径よりも大きくし、該筒部（２８）の下端を
   前記係止部としてなることを特徴とする請求項１記載の
   筒形リチウム電池。