JPH11242948A - 電池の取付方法及び取付装置 - Google Patents
電池の取付方法及び取付装置Info
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- JPH11242948A JPH11242948A JP10362974A JP36297498A JPH11242948A JP H11242948 A JPH11242948 A JP H11242948A JP 10362974 A JP10362974 A JP 10362974A JP 36297498 A JP36297498 A JP 36297498A JP H11242948 A JPH11242948 A JP H11242948A
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Abstract
おいても正常動作させ得る電池の取付方法及び取付装置
を提供する。 【解決手段】 正極3と負極2とをセパレータ4を介在
させて対向配置した電池の負極2が遠心力方向に向くよ
うに装置に取り付けることにより、遠心力が加わった状
態でも負極2の反応面に電解液が存在する状態が維持さ
れ、電池は正常動作する。また、過大な遠心力が加わら
ない状態では遠心力方向に対して負極2が60度以内の
角度に取り付ければ実用上の問題はない。
Description
所に取り付けられた装置に装着される電池の取付方法に
関するものである。
と負極物質との間に存在する電解液中のイオン伝導によ
る。一般に電解液は正極物質と負極物質との間に介在さ
せたセパレータに含浸させた状態で存在し、正負電極間
の酸化還元反応に寄与する。
遠心力が加わる装置に搭載したとき、遠心力による電解
液の流動により酸化還元反応に寄与する電解液が減少
し、電池性能が低下する場合が生じる。例えば、自動車
タイヤの空気圧を自動車の走行中にも測定できるように
構成された装置を動作させるために使用される電池には
タイヤの回転による遠心力が加わることになる。
わる装置に使用した場合にも電池性能を低下させない電
池の取付方法を提供することにある。
の本願の第1発明は、電池ケース内に正極材料と負極材
料とをセパレータを介して対向配置し、正負両極材料の
間に電解液を充填した電池を、回転体上に取り付けられ
た装置に装着する電池の取付方法において、前記装置に
加わる遠心力の方向に前記負極材料が存在する向きにし
て電池を装置に装着することを特徴とする。
材料が存在する向きに電池が取り付けられるので、遠心
力により流動した電解液は正極材料に対向する負極材料
の反応面に存在する状態が維持され、電池を遠心力が加
わる装置に装着しても電池性能の低下はない。
正極材料及び負極材料をセパレータを介して対向配置
し、正負両極材料の間に電解液を充填した電池を、回転
体上に取り付けられた装置の装着する電池の取付方法に
おいて、前記装置に加わる遠心力の方向に対して0〜6
0度の角度範囲内に前記負極材料側が向くようにして電
池を装置に装着することを特徴とする。
度から傾斜角度が大きくなるほどに遠心力が加わった状
態では負極の反応面に存在する電解液が減少することに
なるが、60度以内の傾斜角度であれば過大な遠心力が
加わる状態でなければ極端な放電容量の低下はなく、装
置を実用上で支障のない範囲で動作させることができ
る。
料及び負極材料をセパレータを介して対向配置し、正負
両極材料の間に電解液を充填した電池を、遠心力が加わ
る場所に取り付けられた装置に装着する電池の取付装置
において、前記装置に加わる遠心力の方向に対して所定
角度範囲内に前記負極材料側が向くように規制する取付
手段を用いて、装置の所定位置に電池を装着することを
特徴とする。
遠心力の方向に対して所定角度範囲内に負極材料側が向
くように規制されるので、遠心力が加わる装置に電池を
装着しても、遠心力による電解液の移動により電池が正
常に動作しない状態を生じさせることがない。
形状が正極側と負極側とで異なるいずれか一方極側の形
状にのみ嵌合する取付構造により装着方向を規制して装
着するように構成することができる。電池はその正極側
と負極側とで外形形状が異なるので、いずれか一方側の
形状に嵌合する取付構造を用いて電池を装着することに
より、電池を遠心力の影響を受けることが少ない方向に
装着することができる。
が偏平形である電池をその厚さ方向に2分割し、個々の
分割部分における前記電池ケースの内容積から負極材料
及び正極材料、セパレータが占める容積を差し引いた空
隙容積を算出したとき、負極材料が配置された側の分割
部分が他の側の分割部分よりも前記空隙容積が小となる
ように電池を取り付けることができる。電池に遠心力が
作用することによる電池性能の低下は、起電反応時に負
極材料の表面に電解液が充分に存在しない状態になるた
めで、空隙容積が小となる側に負極材料があり、これが
遠心力方向になるように電池を取り付けると、空隙容積
が小となる側は電解液の移動が少なく、電解液が負極材
料の表面に存在する状態が保たれるので、遠心力による
電池性能の低下は抑制される。
は、電池ケース内に、金属酸化物、ハロゲン化物、硫化
物のいずれかを主体とする正極材料と、軽金属あるいは
この合金を主体とする負極材料とを、耐熱温度が150
℃以上の素材からなるセパレータを介して対向配置し、
前記正極材料と負極材料との間に、溶媒として沸点が1
70℃以上の有機溶媒の単体もしくは混合物に溶質とし
てリチウム塩を溶解した電解液を充填し、耐熱温度が1
50℃以上で且つ耐有機溶媒性を有するガスケットを介
して前記電池ケースの開口部を封口板によって封口して
構成することができる。このようにセパレータ及びガス
ケット、電解液を高温度に耐える材料によって形成する
ことにより、電解液の高温によるガス化が抑制され、セ
パレータやガスケットの高温による劣化が防止され、遠
心力が作用する環境では同時に高熱に曝される場合が多
いので、電池の耐熱構造が有効となる。
維、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリフッ化ビニリ
デン樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂、セラミック繊維から選択することが
できる。これらの素材は、耐熱温度が150℃以上ある
ので、高温環境においてもセパレータの劣化をまねくこ
とがない。
ン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、スルホラン、3メチルスルホラ
ンから選択することができる。ガンマブチロラクトン、
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチ
レンカーボネートは沸点が170℃以上なので高温環境
においてのガス化が抑制され、更に高温環境での信頼性
を高めるためには沸点が200℃以上のスルホラン、3
メチルスルホランを単独、もしくは両者の混合物として
使用することができる。
フィド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、
四フッ化ビニリデン樹脂から選択することができ、これ
らは耐熱温度が150℃以上で耐有機溶媒性を有してい
るので、高温環境での劣化により封口性が低下して漏液
を発生させることがない。
の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
3要素で成り立っている。電解液は正極材料と負極材料
との間に存在して正負電極間の電気化学反応に寄与す
る。この電池に遠心力が加わる状態で使用した場合、例
えば、自動車タイヤのような回転体に取り付けられた装
置を動作させる電源として使用されるような場合に電池
には遠心力が加わり、流体である電解液が遠心力方向に
流動するため、電池の取付角度が適正でない場合に、電
池の電気化学反応に寄与しない可能性が生じる。
るため次に示すような試験を実施した。
れたフッ化黒鉛リチウム電池を回転試験機に装着して回
転させ、回転による遠心力の方向に対する電池の装着角
度による放電容量(mAh)の変化を測定した。
池ケース5内にリチウム金属により板状に形成された負
極2と、フッ化黒鉛を主成分とした材料により板状に形
成された正極3とを、その間にポリプロピレン不織布で
形成されたセパレータ4を介在させて積層配置し、リチ
ウム塩を溶質として有機溶媒に溶解させた電解液を充填
した後、封口板1及びガスケット6により電池ケース5
を封口して形成されている。この電池に回転試験機の回
転数の変化により10〜1000Gの遠心力を加えると
共に、遠心力方向に対する電池の取付角度を変えて測定
した放電容量の利用率を表1に示す。
R2330)は、外形寸法が直径23mm、厚さ3mm
のもので、室温25℃における15kΩの定抵抗放電で
の放電容量を測定し、放電容量の利用率は遠心力が加わ
らない状態での放電容量255mAhを100%とし
て、これが遠心力強度、電池の取付角度により変化する
状態を示している。また、放電容量の確認は2.0V終
止によるもので、電池によるばらつきを勘案して試験数
20個の平均値を算出して示している。尚、本実験に使
用した電池は、電池空間容積に占める電解液の割合が4
2vol%のものである。
1に示すように正極3の中心から負極2の中心に向かう
中心軸方向が遠心力方向と一致する角度、即ち、負極2
の板面が遠心力方向に正対している角度を0度として、
これが反転して正極3の板面が遠心力に正対している角
度を180度として、この間の各角度における放電容量
の変化を測定している。この測定結果からわかるよう
に、電池の取付角度が90度以上の取付角度において
は、50Gを越える遠心力により放電容量に大きな低下
がみられ、正常な電池性能が得られない状態となってい
る。
度以外で放電容量の低下が発生するので、遠心力が加わ
る装置に装着する場合には、遠心力方向に負極板面が正
対するように取り付ける必要がある。但し、取付角度6
0度以下の場合には、大きな遠心力が加わらない条件下
では極端な放電容量の低下はないので、前記した自動車
タイヤの空気圧を測定する装置等においては、60度以
下の取付角度になるように電池を装着すれば実用上での
問題は少ないといえる。
の低下は、放電時の減極面となる負極に放電に必要な電
解液が充分に存在しない状態になるものと考えられ、こ
の状態は正極と負極とが平行に対向して配置される偏平
型電池で顕著に発生する。従って、上記フッ化黒鉛リチ
ウム電池だけでなく、ボタン形、ペーパー形に形成され
た各種電池に上記取付方法を適用することにより、遠心
力が加わる状態においても正常動作を得ることができ
る。
20〜70vol%の範囲のものであれば、電解液の種
類に関係なく同様の効果が得られることを本願発明者等
は確認している。
する取付装置の実施形態について以下に説明する。図2
は取付装置の第1の実施形態の構成を示す平面図(a)
と、そのA−A線矢視断面図(b)である。
電池と略記する)10を、これを電源として使用する装
置の回路基板12に取り付ける構成を示しており、電池
交換可能な構造に形成されている。図1に示したよう
に、円形の偏平型に形成された電池10の外形形状は、
その円周部の負極側と正極側とでは角部のアールが異な
っているため、取付装置は電池10の負極側の形状に嵌
合する内面形状に形成して、電池10の逆装填を防止す
ることができるようになっている。従って、この取付装
置を用いて電池10を取り付けるときには、電池10の
負極側は一定の方向に向けて取り付けられることにな
る。
池10の正極3(図1参照)に接続された電池ケース5
に接触する正極プレート11と、電池10の負極2に接
続された封口板1に接触する取付金具8と、この取付金
具8と電池ケース5との間を絶縁する絶縁カバー9とを
備えて構成されている。
1bを回路基板12上に形成された回路パターンのプラ
ス電源ラインに半田付けすると共に、接着等の手段によ
り回路基板12上に固定される。また、電池10が載置
される部位には、リング状に正極接触突起11aが形成
されており、この接触突起11aにより電池10の電池
ケース5に接触導通する。
り形成され、その中央部に電池10の封口板1部分を収
容する開口部9aが形成されると共に、その内面形状は
電池10の円周部の負極側アール形状に一致して電池1
0の負極側に嵌合するように形成されている。この絶縁
カバー9を覆う形状に取付金具8が形成され、その中央
部分に形成された負極接触突起8aにより、絶縁カバー
9に形成された開口部9a内に入り込んだ封口板1に接
触導通する。この取付金具8には、その周囲部に取付片
8bが形成されており、この取付片8bに開口させたネ
ジ穴8cを利用して取付金具8を回路基板12にネジ止
めすることにより電池10を装着固定すると共に、電池
10への導通接続を確実にする。このネジ穴8cから回
路基板12に螺入されるネジにより、取付金具8は回路
基板12に形成された回路パターンのマイナスラインに
接続される。
を、この回路基板12を用いて構成される装置の遠心力
方向に向けて取り付けられているので、上記構成により
負極側の取付方向を規制して回路基板12に装着される
電池10の負極側は遠心力方向に向くため、先に説明し
たように遠心力による電解液の移動により電池性能が低
下することが防止される。従って、遠心力が加わる装置
に電池10を装着するときには、上記構成に示したよう
に、遠心力方向に対して少なくとも60度の角度範囲内
に負極側が向くように取り付けることにより、放電容量
の極端な低下をきたすことのない実用的な状態で電池1
0を使用することができる。
下を抑制する電池の取付方法は、次のように構成するこ
ともできる。
態における電池10の正負極にそれぞれ正極端子13、
負極端子14を取り付けた端子付き電池として構成され
ている。この電池15は、正極端子13及び負極端子1
4により回路基板上に取り付けられるが、このときの取
付方向は、前記正極端子13及び負極端子14を除く素
電池10(第1の実施形態における電池10と同じ)に
ついて、これを図示するように厚さ方向に2分割したと
き、電池ケース5内の空隙容積が小となる側を遠心力方
向に向けて取り付けるものである。
によって封口したときの電池ケース5内の電池空間容積
が、ここに収容された発電要素の体積によって占められ
た残りの容積である。図3に示すフッ化黒鉛リチウム電
池の場合、外形寸法が直径23mm、厚さ3mmで、前
記電池空間容積は761μlである。また、正極3、負
極2、セパレータ4等の固形物の体積が369μlであ
り、電解液の体積が342μlである。従って、空隙容
積は50μlとなり、電池空間容積に占める電解液の割
合は45vol%である。この電池10を厚さ方向に等
分に2分割したとき、空隙容積が小となるのは負極2側
である。この負極2側の空隙容積は12μlである。逆
に空隙容積が大となるのは正極3のある側で、この側の
空隙容積は38μlである。
池などでは、空隙容積が小となる側は負極2のある側
で、これを遠心力方向に向けて所定角度範囲に取り付け
ると、遠心力による影響を抑制することができる。
測定管理する装置の電源として電池を使用した場合、タ
イヤの回転による遠心力が作用すると同時に、高温環境
に曝されることになる。例えば、夏期に自動車が坂道を
ブレーキをかけながら走行したとき、電池周囲の環境温
度は100℃〜150℃の高温環境となる。このように
タイヤ等の回転体に電池が取り付けられた場合には、遠
心力と共に摩擦等による熱の影響が避けられない環境と
なる場合が多くなる。
境で使用あるいは保存したり、熱衝撃負荷が加わったと
き、セパレータやガスケットの材料として用いられてい
るポリプロピレン樹脂(PP)は、その連続使用可能温
度が約65℃であるため、熱による酸化等により劣化す
る。ガスケットの劣化は封口部分に隙間を生じさせるの
で、電解液が漏液したり、外部からの水分の侵入により
電池性能が低下する。
ン(DME)のような低沸点溶媒が用いられていると、
電解液は85℃以上の温度で容易にガス化して封口部分
の微細な隙間から飛散する。
池に耐熱構造を採用することができる。図3において、
負極2と正極3との間に配設されるセパレータ4とし
て、耐熱温度が150℃以上の材料を採用することがで
きる。これに該当する材料は、ガラス繊維、ポリフェニ
レンスルフィド樹脂(PPS)の不織布、ポリフッ化ビ
ニリデン樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、ポリブチレ
ンテレフタレート(PBT)樹脂、セラミック繊維から
選択使用することができる。これらの具体的材料におい
て、各材料の平均繊維径、目付重量、平均孔径は、下記
のように設定する。
あり、耐有機溶剤性を有する材料を採用することができ
る。これに該当する材料は、ポリフェニレンスルフィド
樹脂、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂、四フッ化ビニリデン樹脂から選択使用
することができる。また、電解液として、沸点が170
℃以上の有機溶媒を単体もしくは混合物を溶媒として、
これに溶質としてリチウム塩を溶解させたものを採用す
ることができる。前記有機溶媒としては、ガンマブチロ
ラクトン(GBL)、プロピレンカーボネート、エチレ
ンカーボネート、ブチレンカーボネートから選択使用す
ることができる。更により高温環境に対する信頼性を高
めるためには、沸点が200℃以上のスルホラン、3メ
チルスルホランを単独、もしくは両者の混合物を使用す
ることができる。
記材料を適用して電池を構成した例を実施例1〜実施例
6として表2に示す。
る電池構成を表2に示す比較例1〜比較例6とについ
て、耐熱性能を検証するために、放電容量255mAh
に設定した各電池を高温環境下で30日間保存した後、
環境温度20℃において放電抵抗30kΩにより放電終
止電圧となるまで放電させる放電試験を実施し、放電容
量及び容量残存率を測定した結果を表2に示す。尚、電
池のサンプル数は、各電池について20個づつで、測定
値はそれぞれ20個の平均値である。また、熱衝撃によ
る電池の劣化を検証するために、実施例1〜実施例6及
び比較例1〜比較例6の各電池について、−20℃の低
温、80℃の高温の温度環境にそれぞれ2時間づつ、合
計4時間を1サイクルとする熱衝撃試験を100サイク
ル実施したときの電池電圧の不良率、電解液の漏液率を
測定した。この測定結果を同じく表2に示す。尚、電池
のサンプル数は、各電池について200個づつで、測定
値はそれぞれ200個の平均値である。
ンスルフィド樹脂、PEKはポリエーテルケトン樹脂、
PEEKはポリエーテルエーテルケトン樹脂、GBLは
ガンマブチロラクトン、DMEはジメトキシエタン、E
Pはエポキシ樹脂、PUはポリウレタン樹脂、PETは
ポリエチレンテレフタレート樹脂である。
従来構成である比較例1〜比較例6の電池では、高温環
境下では放電容量の残存率がゼロもしくは僅少となる
が、実施例1〜実施例6に示す耐熱材料を用いた本構成
の電池では、放電容量の残存率は70%以上あり、過酷
な条件下でありながら実用上許容し得る電池性能が維持
されている。
構成である比較例1〜比較例6の電池では、電圧不良の
発生があり、比較例5、6の電池では漏液が100%発
生した。これに対して耐熱材料を用いた実施例1〜実施
例6の電池では、電圧不良の発生は皆無であり、実施例
1、5の電池に僅かな漏液の発生があっただけである。
力が加わる装置に装着する電池の取付角度を規制するこ
とにより、遠心力により負極反応面に対して電解液が減
少する状態がなくなり、遠心力が加わる状態においても
電池を正常動作させることができる効果を奏する。ま
た、遠心力が加わる環境下では同時に高温環境となる場
合が多いが、耐熱構造を備えた電池を採用することによ
り、高温による電池性能の低下を抑制することができ
る。
池の構成を示す断面図。
(b)はA−A線矢視断面図。
Claims (9)
- 【請求項1】 電池ケース内に正極材料と負極材料とを
セパレータを介して対向配置し、正負両極材料の間に電
解液を充填した電池を、遠心力が加わる場所に取り付け
られた装置に装着する電池の取付方法において、 前記装置に加わる遠心力の方向に前記負極材料側が存在
する向きにして電池を装置に装着することを特徴とする
電池の取付方法。 - 【請求項2】 電池ケース内に正極材料及び負極材料を
セパレータを介して対向配置し、正負両極材料の間に電
解液を充填した電池を、遠心力が加わる場所に取り付け
られた装置に装着する電池の取付方法において、 前記装置に加わる遠心力の方向に対して0〜60度の角
度範囲内に前記負極材料側が向くようにして電池を装置
に装着することを特徴とする電池の取付方法。 - 【請求項3】 電池ケース内に正極材料及び負極材料を
セパレータを介して対向配置し、正負両極材料の間に電
解液を充填した電池を、遠心力が加わる場所に取り付け
られた装置に装着する電池の取付装置において、 前記装置に加わる遠心力の方向に対して所定角度範囲内
に前記負極材料側が向くように規制する取付手段を用い
て、装置の所定位置に電池を装着することを特徴とする
電池の取付装置。 - 【請求項4】 取付手段は、電池の外形形状が正極側と
負極側とで異なるいずれか一方極側の形状にのみ嵌合す
る取付構造により装着方向を規制して装着するように構
成された請求項3記載の電池の取付装置。 - 【請求項5】 電池ケースが偏平形である電池をその厚
さ方向に2分割し、個々の分割部分における前記電池ケ
ースの内容積から負極材料及び正極材料、セパレータが
占める容積を差し引いた空隙容積を算出したとき、負極
材料が配置された側の分割部分が他の側の分割部分より
も前記空隙容積が小となるように電池を取り付ける請求
項1または2記載の電池の取付方法。 - 【請求項6】 電池は、電池ケース内に、金属酸化物、
ハロゲン化物、硫化物のいずれかを主体とする正極材料
と、軽金属あるいはこの軽金属を主体とする合金を主体
とする負極材料とを、耐熱温度が150℃以上の素材か
らなるセパレータを介して対向配置し、前記正極材料と
負極材料との間に、溶媒として沸点が170℃以上の有
機溶媒の単体もしくは混合物に溶質としてリチウム塩を
溶解した電解液を充填し、耐熱温度が150℃以上で且
つ耐有機溶媒性を有するガスケットを介して前記電池ケ
ースの開口部を封口板によって封口されてなる請求項1
または2記載の電池の取付方法。 - 【請求項7】 セパレータは、その素材がガラス繊維、
ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリフッ化ビニリデン
樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、ポリブチレンテレフ
タレート樹脂、セラミック繊維から選択する請求項6記
載の電池の取付け方法。 - 【請求項8】 有機溶媒は、ガンマブチロラクトン、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネート、スルホラン、3メチルスルホランから
選択する請求項6記載の電池の取付け方法。 - 【請求項9】 ガスケットは、ポリフェニレンスルフィ
ド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、四フ
ッ化ビニリデン樹脂から選択する請求項6記載の電池の
取付方法。
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---|---|---|---|
JP36297498A JP3532109B2 (ja) | 1997-12-22 | 1998-12-21 | 電池の取付方法及び取付装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35329797 | 1997-12-22 | ||
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JPH11242948A true JPH11242948A (ja) | 1999-09-07 |
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