JPWO2020202744A1 - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
一端に開口部および他端に底部を有し、筒状側面部を備えるケースと、前記ケースに電解液とともに収容された電極群と、前記ケースの開口部を封口するキャップと、前記ケースの開口部と前記キャップとの間に配されるガスケットと、を備え、前記ケースは、前記筒状側面部の一部にケース内方に突出する環状の溝部を有しており、前記ガスケットは、前記キャップを収容するシール部と、前記シール部から前記電極群側に延在する筒部を有していて、前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部には互いに当接する部分があり、前記ガスケットの当接部分は前記ケースの溝部最深部によって圧縮されている電池である。
Description
本発明は、電池およびその製造方法に関し、特に円筒状ケースを用いた密閉型の電池およびその製造方法に関する。
近年、携帯電話やモバイル端末等のポータブル機器、医療用リストバンド端末、スマートグラス、ワイヤレスイヤホン、スタイラスペン等のウェアラブル機器の高性能化や小型軽量化の進展が著しい。このような電子機器の電源は、小型で高容量の電池であることが望まれる。通常、こうした電池は、電極群を収容した電池ケースの開口部を、ガスケットを介してキャップでかしめ封口する構造を採用している。
そしてこれらの小型密閉形電池については、封口状態の向上や電極群の損傷防止を目的として、電池ケースやガスケットについてさまざまな工夫がなされている。
たとえば、特許文献１には、電池ケースのかしめによる封口の技術課題を解決することを意図して電池缶の封口溝部の曲率半径より大きな曲率半径を有するシールパッキンを軸方向に圧縮することにより、電池缶とシールパッキンとの接触面の沿面距離を増大させることが記載されている。
また特許文献２には、シール部と筒部を一体化した環状のガスケットを用いて、電池振動時に電極群が大きく振動することを防止するとともに、電池製造時の電極群の損傷を回避することが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の密閉形電池は、電池缶溝部とシールパッキンとの接触面の沿面距離を増大させるものであるが、この目的のために、より深く溝部を形成しようとすると、溝部とその周囲のガスケットに溝形成時の圧力がかかりすぎ、当該溝部やガスケットに割れやひびが生じることがあった。そして、溝部やガスケットに発生したこれらの割れやひびの部分から電解液が漏出することがあり、電池封口部の密閉性が低下するという課題が発生していた。
一方、特許文献２に記載の電池では、ガスケットの装着作業を容易にするため、ケース溝部の内径をガスケットの筒部の外径より十分に大きく設計している（特許文献２の段落［００３９］参照）。このため、電解液を注入した後、ケース内周面とガスケットとの隙間、特にケース溝部から開口部にかけてのケース内周面とガスケットとの隙間に、電解液が浸入するおそれがあった。その結果、かしめによる封口時に、前記浸入した電解液が電池封口部の近傍やケース上部に付着して、電池汚れが発生するおそれがあった。
また、電池を長期間保管した場合には、前記ケース内周面とガスケットとの隙間に残存した電解液が滲み出し、滲み出した電解液が電解質として析出（白汚れ）するおそれがあった。
こうした汚れは、商品としての電池の美観を損なうものであり、多量の電解液漏出は電池特性の低下になって電池の信頼性を損なうものである。また、漏出した電解液が電池の製造設備に付着して設備を汚染すると、電池の組み立て不良につながるおそれもある。
本発明はこのような課題を解決するものであり、電池封口部における電池ケース内周面とガスケットとの隙間に電解液が存在することを抑制して、電池製造時や電池保存時に、封口部からの電解液漏出を防止することができる電池ならびにその製造方法を提供するものである。
本発明に係る第１の態様は、電池に関するものであり、一端に開口部および他端に底部を有し、筒状側面部を備えるケースと、前記ケースに電解液とともに収容された電極群と、前記ケースの開口部を封口するキャップと、前記ケースの開口部と前記キャップとの間に配されるガスケットと、を備え、前記ケースは、前記筒状側面部の一部にケース内方に突出する環状の溝部を有しており、前記ガスケットは、前記キャップを収容するシール部と、前記シール部から前記電極群側に延在する筒部を有していて、前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部には互いに当接する部分があり、前記ガスケットの当接部分は前記ケースの溝部最深部によって圧縮されている電池である。
本発明に係る第２の態様は、電池の製造方法に関するものであり、一端に開口部および他端に底部を有し、筒状側面部を備えるケース内に、電極群を収容する工程と、前記ケースの筒状側面部の一部に、ケース内方に突出する環状の溝部を形成する工程と、キャップを収容するシール部と、前記シール部から延在する筒部とを備えたガスケットを、前記ガスケットの前記筒部が前記ケースの溝部最深部で圧縮されるように、前記ケース溝部内に挿入する工程と、前記ケース内に電解液を注液する工程と、前記ケースの開口部と前記キャップを、前記ガスケットのシール部を介して密閉する工程とを備える電池の製造方法である。
本発明の電池およびその製造方法では、ガスケットの筒部がケースの溝部最深部によって圧縮された状態で挿入されているため、ガスケットとケースの隙間から電解液が漏液することを抑制することができる。これにより、電解液の漏液による電池汚れや白汚れを防止することができる。
添付図面を参照して本発明に係る電池およびその製造方法の実施形態について以下説明する。文中で用いる用語については本発明を限定するものでなく、各図面における各構成部品の形状、寸法についても相対的なものとして図示しており、本発明を限定するものではない。
（電池の全体構成）
まず、本実施形態に係る電池１の全体構成について以下説明する。
まず、本実施形態に係る電池１の全体構成について以下説明する。
図１は、本実施形態に係る電池１の縦断面図である。図１に示す電池１は、第１の電極（たとえば正極）１２と第２の電極（たとえば負極）２２を、セパレータ１１を介して捲回して構成した電極群１０と、環状の溝部３２を有する電池ケース３０と、電池ケース３０の開口部に配されるガスケット５０と、電池ケース３０内に収容される電解液（図示せず）と、ガスケット５０の開口部を封口するキャップ７０と、を備える。次に、各構成部品について以下説明する。
（電極群）
電極群１０は、第１の電極１２と第２の電極２２を、セパレータ１１を介して捲回して柱状体として構成されている。第１の電極１２は、第１の集電体シートと、その両面に形成された第１の活物質層とを有する（ともに図示せず）。第２の電極２２も、第２の集電体シートと、その両面に形成された第２の活物質層とを有する（ともに図示せず）。第１の電極１２は、第１の集電リード１４を介して導電性を有するキャップ７０と接続されている。他方、第２の電極２２は、第２の集電リード２４を介して、導電性を有する電池ケース３０の開口付近内周面に接続されている。ここで、キャップ７０は電池１の第１の端子（例えば正極端子）として、電池ケース３０は電池１の第２の端子（例えば負極端子）として機能する。
電極群１０は、第１の電極１２と第２の電極２２を、セパレータ１１を介して捲回して柱状体として構成されている。第１の電極１２は、第１の集電体シートと、その両面に形成された第１の活物質層とを有する（ともに図示せず）。第２の電極２２も、第２の集電体シートと、その両面に形成された第２の活物質層とを有する（ともに図示せず）。第１の電極１２は、第１の集電リード１４を介して導電性を有するキャップ７０と接続されている。他方、第２の電極２２は、第２の集電リード２４を介して、導電性を有する電池ケース３０の開口付近内周面に接続されている。ここで、キャップ７０は電池１の第１の端子（例えば正極端子）として、電池ケース３０は電池１の第２の端子（例えば負極端子）として機能する。
第１の電極１２と第２の電極２２がそれぞれ正極および負極である場合についてさらに詳しく説明する。
正極１２は、正極集電体シートと、その両面に形成された正極活物質層とを有する（図示せず）。正極集電体シートには公知の正極集電体シートを用いることができるが、電池がリチウムイオン二次電池である場合には、例えばアルミニウム、アルミニウム合金などの金属箔が用いられ、その厚さとしては例えば１０μｍ〜２０μｍが用いられるが、これに限定されるものではない。
正極活物質層は、必須成分として正極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。正極活物質としては公知の活物質を用いることができるが、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてはリチウム含有複合酸化物が好ましく、例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などが用いられる。またリチウム一次電池の正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛などが用いられる。正極活物質層の厚さとしては、例えば７０μｍ〜１３０μｍが用いられるが、これに限定されるものではない。
リチウムイオン二次電池の正極集電リード１４には、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼などの材料を用いることができる。その厚さは例えば１０μｍ〜１２０μｍが用いられるが、これに限定されるものではない。正極集電リード１４は、ガスケット５０の筒部６０の中空を通って、正極端子を兼ねるキャップ７０の底面に接続される。
負極２２は、負極集電体シートと、その両面に形成された負極活物質層とを有する（図示せず）。負極集電体シートには公知の負極集電体シートを用いることができるが、電池がリチウムイオン二次電池である場合には、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などの金属箔が用いられる。その厚さは、例えば５μｍ〜２０μｍが用いられるが、これに限定されるものではない。
負極活物質層は、必須成分として負極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。負極活物質としては公知の負極活物質を用いることができるが、電池がリチウムイオン二次電池である場合には、たとえば金属リチウム、珪素合金、錫合金などの合金、黒鉛、ハードカーボンなどの炭素材料、珪素化合物、錫化合物、チタン酸リチウムなどが用いられる。負極活物質層の厚さは、例えば７０μｍ〜１５０μｍが用いられるが、これに限定されるものではない。
リチウムイオン二次電池の負極集電リード２４には、例えばニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼、銅、銅合金などの材料を用いることができる。その厚さは、例えば１０μｍ〜１２０μｍを用いることができるが、これに限定されるものではない。負極集電リード２４は、電池ケース３０の開口近傍の、ケース側壁の内面に接続されている（接続位置３８を図示）。
正極１２と負極２２の間に配されるセパレータ１１には公知のセパレータを用いることができ、絶縁性の微多孔薄膜、織布または不織布を用いて形成される。リチウムイオン二次電池のセパレータには、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンを用いることができる。その厚さには１０μｍ〜５０μｍが用いられるが、好適には１０μｍ〜３０μｍである。
（電解液）
電解液には公知の電解液を用いることができる。リチウムイオン二次電池の場合には、公知のリチウム塩と公知の非水溶媒とで構成される。例えば、非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられ、リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
電解液には公知の電解液を用いることができる。リチウムイオン二次電池の場合には、公知のリチウム塩と公知の非水溶媒とで構成される。例えば、非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられ、リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
（電池ケース）
図１に示す電池ケース３０は円筒状であり、一端に開口部、および他端にこれを塞ぐ底部を有する。電池ケース３０の開口部付近には、環状の溝部３２が形成されている。この環状の溝部３２は電池ケース３０の内方に突出したものである。なお、電池ケース３０は、筒形状であれば、円筒状のほか、楕円柱状であってもよい。
図１に示す電池ケース３０は円筒状であり、一端に開口部、および他端にこれを塞ぐ底部を有する。電池ケース３０の開口部付近には、環状の溝部３２が形成されている。この環状の溝部３２は電池ケース３０の内方に突出したものである。なお、電池ケース３０は、筒形状であれば、円筒状のほか、楕円柱状であってもよい。
図２は、電池１の封口部分を構成する電池ケース３０、ガスケット５０、キャップ７０の、電池１が組み立てられる前の状態での断面図である。図３には、ガスケット５０の底面図と、電池ケース３０の平面図を示す。
電池ケース３０には、図２（ｃ）および図３（ｂ）に示すように、ケース側面の一部に、ケースの内方に突出する環状の溝部３２が形成されている。環状の溝部３２は、最も突出した溝部最深部３４と、電池ケース３０の側面部より溝部最深部３４に向かって延びる縮径部３６とを有する。すなわち縮径部３６は、図１および図２（ｃ）に示すように、径が徐々に小さくなるように構成されている。
また環状の溝部３２の溝部最深部３４は、寸法Ｄを直径とする円形になるように設計されている。なお電池ケース３０は導電性を有する材料で作製され、例えば０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有するステンレス鋼が用いられるが、これに限定されるものではない。
（ガスケットおよびキャップ）
ガスケット５０は、キャップ７０を収容するシール部５２と、シール部５２から電池ケース３０内に収容された電極群１０に向かって延在する筒部６０とを有する。一方、シール部５２は、キャップ７０のフランジ７２の下面を支持する平坦状の支持部と、フランジの上面を保持する保持部とを有する。このようにガスケット５０の筒部６０は、ガスケット５０のシール部５２の平坦状支持部から、電池ケース３０内に収容された電極群１０の方に向かって延びている構造になっている。
ガスケット５０は、キャップ７０を収容するシール部５２と、シール部５２から電池ケース３０内に収容された電極群１０に向かって延在する筒部６０とを有する。一方、シール部５２は、キャップ７０のフランジ７２の下面を支持する平坦状の支持部と、フランジの上面を保持する保持部とを有する。このようにガスケット５０の筒部６０は、ガスケット５０のシール部５２の平坦状支持部から、電池ケース３０内に収容された電極群１０の方に向かって延びている構造になっている。
またガスケットの筒部６０は、キャップ７０と電極群１０との間に空間を設けるスペーサとして機能する。ガスケット５０のシール部５２と筒部６０とを一体化させて、筒部の高さ分に相当する空間部分を、キャップ７０と電極群１０との間に設けることにより、負極集電リード２４と電池ケース３０の側面との溶接を容易にすることができ、電池の使用時や搬送時に電極群１０が移動したり振動することを防止することができる。
本発明の形状を有するガスケット５０の有効性は、電池ケース３０の外径が小さくなるほど大きくなり、具体的には電池ケース外径が１０ｍｍ以下であることが好ましく、６ｍｍ以下であるとより好ましく、４．５ｍｍ以下であるとさらに好ましい。また電池ケース３０の外径は、製造上の現実性を考慮して３ｍｍ以上あることが好ましい。
キャップ７０は、図２（ａ）に示すように、キャップ７０の径方向外側に延びるフランジ７２と、その中央で上方に突出した端子部７４とを有していて、これらは導電性を有する材料で一体に構成されている。キャップ７０のフランジ７２は、ガスケット５０のシール部５２で保持される。このように、ガスケット５０のシール部５２はキャップ７０を収容し、ガスケット５０のシール部５２が電池ケース３０の開口部とともにかしめられて、電池１が封口される構造になっている。
本発明では、ガスケット５０が電池ケース３０の開口部から挿入される際、ガスケット５０の筒部６０がケースの溝部最深部３４によって圧縮されるように挿入される。これによってガスケット５０の筒部６０とケースの溝部最深部３４は密着した状態で接触する。この当接部分６２は、電池ケース３０の溝部最深部３４に周方向に沿った線または面で連続的に密着していることが好ましい。またガスケット５０は、図３（ａ）に示すように、溝部最深部３４と筒部６０との当接部分６２を通って径方向内方に向かう面において、当接部分６２の外周面が寸法ｄの直径を有する円形状となるように設計されている。
なお図１および図２（ｂ）では、ガスケット５０の筒部６０は、電池ケース３０の側面に平行に延びるように図示されているが、当接部分６２の外周面が直径ｄの円形状である限り、わずかにテーパーを有する漏斗状であってもよい。
ガスケット５０は、電解質に対する耐性を有する材質で成形されることが好ましく、例えばフッ素樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド等を用いることが好ましく、中でもフッ素樹脂がより好ましく、例えばテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルコキシビニルエーテルとの共重合体（ＰＦＡ）を用いることが好ましい。
本実施形態に係る電池１は、環状の溝部３２の溝部最深部３４の内径Ｄが、溝部最深部３４と当接する筒部の外径ｄより小さくなるように構成されている。すなわち、ガスケット５０は、その筒部６０が溝部最深部３４により圧縮された状態で電池ケース３０に挿入されるため、溝部最深部３４と筒部６０の当接部分６２での隙間をなくすことができる。そのため、電池ケース３０に収容された電解液が、溝部３２を介して漏液することを防止することができる。
より具体的には、溝部最深部３４の内径Ｄと筒部６０の外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）は、−０．０１〜−０．２０ｍｍであることが好ましい。また溝部最深部３４の内径Ｄと筒部６０の外径ｄの比（Ｄ／ｄ）は、０．９３〜０．９９であることが好ましい。さらに溝部最深部３４の内径Ｄと筒部６０の外径ｄとの差を筒部６０の外径ｄで除した圧縮率（１−Ｄ／ｄ）は０．１〜７．５％であることが好ましく、１〜６％であることがより好ましい。これにより、溝部３２を介しての漏液をより確実に防止することができる。
また、電池ケース３０は、溝部最深部３４の側周面が内径Ｄの真円形状を有するように設計されるものと上記では説明したが、電池ケース３０の外径が小さいため、溝部最深部３４を完全な真円形状を有するように加工することは容易ではない。しかしながら、溝部最深部３４が完全な真円形状ではなく、真円に近似した断面形状を有する場合、その最大内径Ｄmaxと真円近似の断面形状に内接する真円の径Ｄtrueとの差（Ｄmax−Ｄtrue）を、真円の径Ｄtrueで除した値（以下、歪み率とする）を０．０１以下にすることが好ましく、これにより溝部３２を介しての漏液をより効果的に防止することができる。一方、歪み率が０．０２を超えると実質的に電解液が減少するおそれがある。
また、ガスケット５０のシール部５２と電池ケース３０との境界に隙間５８が生じた場合であっても、ガスケット５０の筒部６０が、環状の溝部３２の溝部最深部３４により圧縮された状態で挿入されることで、筒部６０と溝部最深部３４とが線状または面状に連続的に密着して電解液の漏液を防止することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄを、溝部最深部３４と当接する筒部の外径ｄより小さく設計することにより、環状の溝部３２を介しての電解液の滲み出しを防止することが可能となる。そのため、かしめによる封口時に電解液が漏液して封口部近傍やケース上部に付着する電池汚れや長期保管時に封口部に残存していた電解液が滲み出すことによる白汚れの課題を解決することができる。その結果、商品としての電池の美観を担保するとともに、電解液量の不足を生ずることもなく、高い信頼性を有する電池を実現することができる。また漏液した電解液が周辺の量産設備に転写して汚染することに起因する組立不良を低減することもできる。
（電池の製造方法）
次に、本実施形態に係る電池の製造方法について以下説明する。
次に、本実施形態に係る電池の製造方法について以下説明する。
まず、上記説明した電極群１０を準備する。電極群１０の負極集電リード２４および正極集電リード１４が電池ケース３０の開口部に向かって（図中上方に）延びるように、電極群１０を開口部から電池ケース３０に挿入する。負極集電リード２４を接続位置３８で電池ケース３０の側周面に溶接する。そして電池ケース３０の開口部を形成する端部付近に環状の溝部３２を形成する。
そしてガスケット５０を開口部から電池ケース３０に挿入する。このとき、環状の溝部３２の溝部最深部３４の内径Ｄが、溝部最深部３４と当接するガスケット筒部の外径ｄよりも小さくなるように設計されているので、ガスケット５０は、その筒部６０が環状の溝部３２の溝部最深部３４により圧縮された状態で挿入される。
正極集電リード１４は、筒部６０の中空部から引き出され、キャップ７０と溶接される。ガスケット５０の筒部６０は、電極群１０に向かって深く延びており、負極集電リード２４と正極集電リード１４との間には筒部６０が介在するため、各集電リード間の接触が回避される。
次に、真空注液方式により、電池ケース３０の内部に電解液が注液される。このとき、上記のように、電解液注液前に、既にガスケット５０の筒部６０の一部が、溝部最深部３４により圧縮状態で挿入されていて、筒部６０と溝部最深部３４とが隙間なく密着しているので、電解液注時に、環状の溝部３２より上方に位置するケース内側面に電解液が浸入することはない。
このように本発明の製造方法では、溝部より上方に位置するケース内側面において、これと対面するガスケットとの隙間に電解液が存在することはなく、電池の長期保存時などにこの部分から電解液が漏出することを防止することができる。
また、ガスケット５０の筒部６０とケース３０の溝部最深部３４とが密着しているので、電池ケース３０内に収容された電解液が這い上がってきても、溝部最深部３４から上方へ電解液が漏出することを防止することができる。
次いで、キャップ７０がシール部５２に収容され、最後に、電池ケース３０の開口部を、ガスケット５０を介してキャップ７０とかしめることにより、円筒型の電池１が得られる。
上記のように、電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄを、溝部最深部３４と当接する部分の筒部６０の外径ｄよりも小さく設計し、筒部６０が環状の溝部３２の溝部最深部３４により圧縮された状態で挿入されることにより、ガスケット５０の筒部６０が電池ケース３０の溝部最深部３４に線状または面状で連続的に密着しているので、ガスケット５０のシール部５２と電池ケース３０との境界に隙間５８が生じた場合であっても、電解液の漏液を防止することができる。
なお、電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄ、溝部最深部３４と当接する部分の筒部６０の外径ｄ、歪み率の測定、および電池汚れや白汚れの確認については、例えば、キーエンス社製のデジタルマイクロスコープ（ＶＨＦ−７００Ｆ）を用いて行うことができる。
筒部６０の外径ｄが異なるガスケット５０を、溝部最深部３４の内径Ｄ（＜ｄ）が一定である電池ケース３０に挿入して作製した複数の実施例、および比較例に係る電池１について、下記要領で比較を行う。
実施例１〜５および比較例１〜３で用いた電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄは３．６０ｍｍで、真円に対する目標の歪み率は１％以下であり、比較例４で用いた電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄは３．６７ｍｍであり、真円に対する目標の歪み率は２％以上である。
また実施例１〜５で用いた、筒部６０と溝部最深部３４とが当接する部分の筒部６０の外径ｄはそれぞれ、３．６９ｍｍ、３．７３ｍｍ、３．６５ｍｍ、３．８５ｍｍ、および４．００ｍｍであり、比較例１〜４で用いた外径ｄはそれぞれ、３．５７ｍｍ、３．５５ｍｍ、３．５０ｍｍ、および３．５５ｍｍである。
実施例１〜５および比較例１〜４に係る電池１に対し、以下の項目について評価を行う。評価結果は、表１に示す。なお、実施例１〜５では、内径Ｄは、外径ｄより小さく、比較例１〜４では、内径Ｄは、外径ｄより大きい。
１）電解液減少量（サンプル個数：Ｎ＝５０）
注液前の電池重量（Ｗ１）、注液後の電池重量（Ｗ２）、封口後の電池重量（Ｗ３）をそれぞれ計測し、以下の式から、電解液の減少量を算出する。
（注液後重量−注液前重量）−（封口後重量−注液前重量）
＝（Ｗ２−Ｗ１）−（Ｗ３−Ｗ１）＝Ｗ２−Ｗ３
表１の評価表において、５０個のサンプル全数の平均値を示す。表１の評価表において、実施例１〜５の電解液減少量は、比較例１〜４の電解液減少量に比べて実質的に小さい。
注液前の電池重量（Ｗ１）、注液後の電池重量（Ｗ２）、封口後の電池重量（Ｗ３）をそれぞれ計測し、以下の式から、電解液の減少量を算出する。
（注液後重量−注液前重量）−（封口後重量−注液前重量）
＝（Ｗ２−Ｗ１）−（Ｗ３−Ｗ１）＝Ｗ２−Ｗ３
表１の評価表において、５０個のサンプル全数の平均値を示す。表１の評価表において、実施例１〜５の電解液減少量は、比較例１〜４の電解液減少量に比べて実質的に小さい。
２）電池汚れ（サンプル個数：Ｎ＝５０）
封口後の電池１について、電池１の上部および側面からマイクロスコープにて観察を行い、電解液の付着の有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対して、電解液の付着が確認されない場合に○印を、１つでも電解液の付着が確認される場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例１〜５では電池汚れは認められず、比較例１〜４では電池汚れが認められる。
封口後の電池１について、電池１の上部および側面からマイクロスコープにて観察を行い、電解液の付着の有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対して、電解液の付着が確認されない場合に○印を、１つでも電解液の付着が確認される場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例１〜５では電池汚れは認められず、比較例１〜４では電池汚れが認められる。
３）耐漏液性−減圧検査（サンプル個数：Ｎ＝５０）による白汚れ
封口後の電池１に対し、所定の初期充電、高温エージング、充放電を順次行い、充電率（ＳｏＣ）３０％に調整した後、減圧環境下で漏液の発生有無（漏液検査）を評価する。なお漏液検査においては、約−７０ｋＰａの減圧環境下に電池１を１５分間放置した後、封口部からの漏液の発生有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対してマイクロスコープ観察で漏液が認められない場合に○印を、マイクロスコープ観察で少なくとも１つに漏液が認められるが、目視では漏液が認められない場合に△印を、目視で少なくとも１つに漏液が認められる場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例５ではマイクロスコープ観察で漏液が認められたものの、実施例１〜５では目視での漏液は認められず、比較例１〜４では目視で漏液が認められる。
封口後の電池１に対し、所定の初期充電、高温エージング、充放電を順次行い、充電率（ＳｏＣ）３０％に調整した後、減圧環境下で漏液の発生有無（漏液検査）を評価する。なお漏液検査においては、約−７０ｋＰａの減圧環境下に電池１を１５分間放置した後、封口部からの漏液の発生有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対してマイクロスコープ観察で漏液が認められない場合に○印を、マイクロスコープ観察で少なくとも１つに漏液が認められるが、目視では漏液が認められない場合に△印を、目視で少なくとも１つに漏液が認められる場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例５ではマイクロスコープ観察で漏液が認められたものの、実施例１〜５では目視での漏液は認められず、比較例１〜４では目視で漏液が認められる。
４）耐漏液性−ヒートサイクル（サンプル個数：Ｎ＝５０）
封口後の電池１に対し、所定の初期充電、高温エージング、充放電を順次行い、充電率（ＳｏＣ）１００％に調整した後、次の環境下でヒートサイクル試験を行い、漏液（白汚れ）の発生有無を評価する。すなわちヒートサイクル試験は、ｉ）−１０℃で１時間保管した後、１時間掛けて６０℃まで温度上昇させて、６０℃で１時間保管し、ii）１時間かけて−１０℃まで温度を下げて１時間保管し、iii)上記ｉ）およびii）の工程を１サイクル（所要時間４時間）として１０００サイクル反復した後、封口部からの漏液の発生有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対してマイクロスコープ観察で漏液が認められない場合に○印を、マイクロスコープ観察で少なくとも１つに漏液が認められるが、目視では漏液が認められない場合に△印を、目視で少なくとも１つに漏液が認められる場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例４、５ではマイクロスコープ観察で漏液が認められたものの、実施例１〜５では目視での漏液は認められず、比較例１〜４では目視で漏液が認められる。
封口後の電池１に対し、所定の初期充電、高温エージング、充放電を順次行い、充電率（ＳｏＣ）１００％に調整した後、次の環境下でヒートサイクル試験を行い、漏液（白汚れ）の発生有無を評価する。すなわちヒートサイクル試験は、ｉ）−１０℃で１時間保管した後、１時間掛けて６０℃まで温度上昇させて、６０℃で１時間保管し、ii）１時間かけて−１０℃まで温度を下げて１時間保管し、iii)上記ｉ）およびii）の工程を１サイクル（所要時間４時間）として１０００サイクル反復した後、封口部からの漏液の発生有無を評価する。表１の評価表において、５０個のサンプル全数に対してマイクロスコープ観察で漏液が認められない場合に○印を、マイクロスコープ観察で少なくとも１つに漏液が認められるが、目視では漏液が認められない場合に△印を、目視で少なくとも１つに漏液が認められる場合に×印を示す。表１の評価表において、実施例４、５ではマイクロスコープ観察で漏液が認められたものの、実施例１〜５では目視での漏液は認められず、比較例１〜４では目視で漏液が認められる。
５）量産設備への電解液の転写汚れ
封口冶具についてマイクロスコープ観察を行い、電解液の付着の有無を評価する。表１の評価表には示していないが、実施例１〜５では封口冶具への電解液の付着が認められないが、比較例１〜４では封口冶具への電解液の付着が発生し、封口工程での不良の増大が認められる。
封口冶具についてマイクロスコープ観察を行い、電解液の付着の有無を評価する。表１の評価表には示していないが、実施例１〜５では封口冶具への電解液の付着が認められないが、比較例１〜４では封口冶具への電解液の付着が発生し、封口工程での不良の増大が認められる。
以上の評価から、電池ケース３０の溝部最深部３４の内径Ｄを、溝部最深部３４と当接する部分の筒部６０の外径ｄよりも小さく設計し、筒部６０が環状の溝部３２の溝部最深部３４により圧縮された状態で挿入されることにより、ガスケット５０の筒部６０が電池ケース３０の溝部最深部３４に線状または面状で連続的に密着した状態になるので、電解液の漏液による電池汚れや白汚れを防止することができる。
本発明は、円筒状ケースを用いた密閉形電池およびその製造方法に適用することができる。
１ 電池
１０ 電極群
１１ セパレータ
１２ 第１の電極
１４ 正極集電リード
２２ 第２の電極
２４ 負極集電リード
３０ 電池ケース
３２ 溝部
３４ 溝部最深部
３６ 縮径部
３８ 接続位置
５０ ガスケット
５２ シール部
５８ 隙間
６０ 筒部
６２ 当接部分
７０ キャップ
７２ フランジ
７４ 端子部
１０ 電極群
１１ セパレータ
１２ 第１の電極
１４ 正極集電リード
２２ 第２の電極
２４ 負極集電リード
３０ 電池ケース
３２ 溝部
３４ 溝部最深部
３６ 縮径部
３８ 接続位置
５０ ガスケット
５２ シール部
５８ 隙間
６０ 筒部
６２ 当接部分
７０ キャップ
７２ フランジ
７４ 端子部
Claims (20)
- 一端に開口部および他端に底部を有し、筒状側面部を備えるケースと、
前記ケースに電解液とともに収容された電極群と、
前記ケースの開口部を封口するキャップと、
前記ケースの開口部と前記キャップとの間に配されるガスケットと、を備え、
前記ケースは、前記筒状側面部の一部にケース内方に突出する環状の溝部を有しており、
前記ガスケットは、前記キャップを収容するシール部と、前記シール部から前記電極群側に延在する筒部を有していて、
前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部には互いに当接する部分があり、前記ガスケットの当接部分は前記ケースの溝部最深部によって圧縮されている電池。 - 前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部が互いに当接する部分は、線状または面状で連続的に密着している請求項１記載の電池。
- 前記ガスケットのシール部とこれに対面する前記ケースの筒状側面部との間には、実質的に隙間が存在する請求項１または２記載の電池。
- 前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部が互いに当接する部分において、前記溝部最深部の内径をＤ、前記筒部の外径をｄとした場合、これらの差（Ｄ−ｄ）が、−０．０１〜−０．２０ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
- 前記ケースの溝部最深部の内径Ｄと前記ガスケットの筒部の外径ｄとの比（Ｄ／ｄ）が、０．９３〜０．９９である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。
- 前記ガスケットの筒部の圧縮率が、０．１〜７．５％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。
- 前記ケースの溝部最深部は、前記ケースの径方向内方に延びる断面において、真円形状を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池。
- 前記ケースの溝部最深部は、前記ケースの径方向内方に延びる断面において、真円に近似した形状を有し、その最大内径Ｄmaxと前記真円近似形状に内接する真円の径Ｄtrueと
の差を、前記真円の径Ｄtrueで除した値（Ｄmax−Ｄtrue／Ｄtrue）が０．０１以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池。 - 前記電極群は、互いに極性が異なる第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回して構成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池。
- 前記ケースは、その筒状側面部の外径が１０ｍｍ以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池。
- 一端に開口部および他端に底部を有し、筒状側面部を備えるケース内に、電極群を収容する工程と、
前記ケースの筒状側面部の一部に、ケース内方に突出する環状の溝部を形成する工程と、
キャップを収容するシール部と、前記シール部から延在する筒部とを備えたガスケットを、前記ガスケットの前記筒部が前記ケースの溝部最深部で圧縮されるように、前記ケース溝部内に挿入する工程と、
前記ケース内に電解液を注液する工程と、
前記ケースの開口部と前記キャップを、前記ガスケットのシール部を介して密閉する工程とを備える電池の製造方法。 - 前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部が互いに当接する部分は、線状または面状で連続的に密着している請求項１１記載の電池の製造方法。
- 前記ガスケットのシール部とこれに対面する前記ケースの筒状側面部との間には、実質的に隙間が存在する請求項１１または１２記載の電池の製造方法。
- 前記ガスケットの筒部と前記ケースの溝部最深部が互いに当接する部分において、前記溝部最深部の内径をＤ、前記筒部の外径をｄとした場合、これらの差（Ｄ−ｄ）が、−０．０１〜−０．２０ｍｍである請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記ケースの溝部最深部の内径Ｄと前記ガスケットの筒部の外径ｄとの比（Ｄ／ｄ）が、０．９３〜０．９９である請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記ガスケットの筒部の圧縮率が、０．１〜７．５％である請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記ケースの溝部最深部は、前記ケースの径方向内方に延びる断面において、真円形状を有する請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記ケースの溝部最深部は、前記ケースの径方向内方に延びる断面において、真円に近似した形状を有し、その最大内径Ｄmaxと前記真円近似形状に内接する真円の径Ｄtrueとの差を、前記真円の径Ｄtrueで除した値（Ｄmax−Ｄtrue／Ｄtrue）が０．０１以下である請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記電極群は、互いに極性が異なる第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回して構成されている請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
- 前記ケースは、その筒状側面部の外径が１０ｍｍ以下である請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
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