WO2023190556A1 - 扁平形電池 - Google Patents

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battery
internal
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能勢学
大野恵美子
山口浩司
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マクセル株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This application relates to a flat battery with excellent sealing properties.
  • flat-shaped batteries called coin-shaped batteries, button-shaped batteries, etc.
  • Such a flat battery uses a battery container formed by interposing a gasket between the outer can and the sealing body and caulking the open end of the outer can inward.
  • a gasket is disposed between the outer can and the sealing body and caulked to seal the battery container.
  • Patent Document 1 a power generator is sandwiched from both sides by metal cans that also serve as lead plates, and a long wire impregnated with an adhesive or a viscous material is used.
  • a flat battery has been proposed in which a fibrous material is placed in a sealing part and the outside of the sealing part is sealed with an insulating adhesive while applying pressure to the sealing part.
  • the insulating gasket has a substantially H-shaped cross section with recesses on the upper and lower surfaces into which the open ends of the pair of metal cases are fitted, and the open ends of the pair of metal cases and the recesses of the insulating gasket are arranged respectively.
  • a rectangular power storage cell for surface mounting has been proposed in which the engaging portion into which the battery is fitted is bonded with a sealing resin.
  • Patent Documents 1 and 2 are effective to some extent in improving the leakage resistance of batteries using liquid electrolytes, they do not prevent internal pressure from increasing due to gas generation in batteries using solid electrolytes. No consideration is given to the resulting reduction in sealing performance. Therefore, the present inventors conducted a structural analysis of a flat battery using a battery container with a new sealing structure, and found that if certain conditions were met, the sealing performance could be reduced due to an increase in internal pressure due to gas generation. It has become clear that this can be suppressed, and that it is possible to realize a flat battery with improved sealing properties.
  • the present application was made under the above circumstances, and aims to provide a flat battery with better sealing properties.
  • the flat battery of the present application includes a battery container and a power generation element housed in the battery container, the battery container includes an upper container and a lower container, and the upper container and the lower container each include: The open end of the upper container and the open end of the lower container are arranged to face each other, and the open end of the upper container and the open end of the lower container is sealed with a resin sealing member to form the battery container, and the sealing member includes an internal sealing member disposed within the battery container and the battery container.
  • the inner sealing member includes an outer sealing member disposed outside and a connecting sealing member connecting the inner sealing member and the outer sealing member, and the inner sealing member is arranged on the peripheral wall of each of the upper container and the lower container.
  • the internal sealing member is bonded to an inner surface, and is characterized in that the internal sealing member is not in contact with the bottom surface portions of each of the upper container and the lower container.
  • a flat battery with better sealing properties can be provided.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a flat battery according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of section A in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a half sectional view schematically showing a flat battery for consideration.
  • FIG. 5 is a half-side sectional view schematically showing a state in which the battery container of the flat battery under consideration is deformed.
  • FIG. 6 is an enlarged view of section B in FIG.
  • FIG. 7 is a partial side sectional view showing a sealing structure as a reference used for structural analysis.
  • An embodiment of the flat battery of the present application includes a battery container and a power generation element housed in the battery container, the battery container includes an upper container and a lower container, and the upper container and the lower container are , each including a bottom surface portion, a peripheral wall portion, and an open end portion, the open end portion of the upper container and the open end portion of the lower container are arranged to face each other, and the open end portion of the upper container
  • the battery container is configured by sealing between the open end and the open end of the lower container with a resin sealing member, and the sealing member includes an internal sealing member disposed within the battery container;
  • the internal sealing member includes an external sealing member disposed outside the battery container, and a connecting sealing member that connects the internal sealing member and the external sealing member.
  • the inner sealing member is joined to the inner surface of the peripheral wall portion, and the inner sealing member is not in contact with the bottom surface portions of the upper container and the lower container.
  • the flat battery of this embodiment can suppress interfacial peeling between the battery container and the sealing member even if the internal pressure inside the battery container increases, and sealing caused by an increase in internal pressure due to gas generation can be suppressed. It can effectively suppress the decline in sexual performance. Further, the above configuration was derived from the results of structural analysis of the sealing structure of the battery container, which will be described later.
  • the adhesion force between the internal sealing member and the inner surface of the peripheral wall portion be set to 3 MPa or more. Thereby, it is possible to prevent separation between the internal sealing member and the battery container depending on the length of the internal sealing member.
  • the adhesion force is more preferably 10 MPa or more, even more preferably 20 MPa or more, and most preferably the upper limit is set to 100 MPa.
  • the tensile modulus of the resin constituting the sealing member is A (MPa)
  • the tensile modulus of the material constituting the upper container and the lower container is B (MPa)
  • the tensile modulus ratio A/B is 0. It is preferable that it is .02 or less. Regardless of the length of the internal sealing member, separation of the internal sealing member and the external sealing member from the battery container can be prevented.
  • the tensile modulus ratio A/B is 0.02 or less, sufficient sealing performance can be obtained, but if the tensile modulus ratio A/B is less than 0.01, the strength of the sealing member decreases. Therefore, the tensile modulus ratio A/B is preferably 0.01 to 0.02.
  • flat batteries that are larger in diameter than height are called coin batteries or button batteries, but there is no clear difference between coin batteries and button batteries.
  • the flat battery of this embodiment includes both coin-shaped batteries and button-shaped batteries. Further, the shape of the flat battery of this embodiment when viewed from above is not particularly limited and may be circular, square, rectangular, or the like.
  • FIG. 1 is a schematic side view of the flat battery of this embodiment
  • FIG. 2 is a schematic side sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of section A of FIG. 2.
  • a flat battery 10 shown in FIGS. 1 to 3 has a laminate (power generation element) formed by laminating a positive electrode 11, a solid electrolyte layer 12, and a negative electrode 13, an upper container 14, a lower container 15, and a resin seal. It is configured to be housed within a battery container made up of a member 16.
  • the upper container 14 and the lower container 15 each include bottom portions 14a, 15a, peripheral wall portions 14b, 15b, and open ends 14c, 15c. Further, the open end portions 14c and 15c include protruding portions 14d and 15d bent outward, respectively.
  • the length of the width W1 of the protrusions 14d and 15d is not particularly limited, but can be set to, for example, 0.3 to 0.8 mm.
  • the open end 14c of the upper container 14 and the open end 15c of the lower container 15 are arranged to face each other, and a sealing member 16 made of resin is used to seal between the open end 14c and the open end 15c.
  • the inside of the battery has a sealed structure.
  • the length of the interval W2 between the open ends 14c and 15c is not particularly limited, but can be set to, for example, 0.15 to 0.7 mm.
  • the sealing member 16 includes an inner sealing member 16a disposed inside the battery container, an outer sealing member 16b disposed outside the battery container, and a connecting sealing member 16c connecting the inner sealing member 16a and the outer sealing member 16b.
  • the inner sealing member 16a, the outer sealing member 16b, and the connecting sealing member 16c are integrally formed.
  • the internal sealing member 16a is joined to the inner surfaces of the peripheral wall portions 14b and 15b of the upper container 14 and the lower container 15, respectively, and the internal sealing member 16a is connected to the bottom surface portion 14a of the upper container 14 and the lower container 15, respectively. It is not in contact with the inner surface of 15a.
  • the internal sealing member 16a of the sealing member 16 is joined to at least a portion of the power generation element.
  • the external sealing member 16b is joined to the outer surface of the peripheral wall portions 14b and 15b of the upper container 14 and the lower container 15, respectively.
  • the length of the internal sealing member 16a in the thickness direction of the battery container is set to be equal to or less than the length of the outer sealing member 16b in the thickness direction of the battery container.
  • the length of the external sealing member 16b in the thickness direction of the battery container is set to 1/2 or less of the thickness of the battery container.
  • the materials of the upper container 14 and the lower container 15 are not particularly limited, but are usually made of a metal material such as stainless steel with a tensile modulus of about 200,000 MPa.
  • the resin constituting the sealing member 16 is not particularly limited either, but a resin having a tensile modulus of elasticity in the range of about 1000 to 4000 MPa can usually be used.
  • resins with a tensile modulus in the range of about 1000 to 4000 MPa include polypropylene (PP, 1372 MPa), polyphenylene sulfide (PPS, 3300 MPa), methacrylic resin (PMMA, 3000 MPa), polycarbonate (PC, 2880 MPa), and MC nylon. (3500 MPa), nylon 66 (2900 MPa), polyacetal (3500 MPa), polyvinylidene fluoride (PVDF, 2140 MPa), and the like.
  • the types of the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer that constitute the power generation element are not particularly limited.
  • a solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer a sulfide-based solid electrolyte, a hydride-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, etc. can be used.
  • a solid electrolyte layer using a sulfide solid electrolyte with high lithium ion conductivity is preferred.
  • hydrogen sulfide gas may be generated when moisture enters the battery, increasing the internal pressure of the battery. In a shaped battery, it is possible to effectively suppress a decrease in sealing performance due to an increase in internal pressure.
  • the method for manufacturing the flat battery of this embodiment is not particularly limited.
  • the sealing structure of the flat battery of this embodiment is such that, for example, a power generation element made of a laminate is sandwiched between an upper container and a lower container, and then placed in a resin molding mold, and then inserted into the upper container from the resin injection port of the mold. It can be formed by injecting resin through the space between the lower containers. At this time, by adjusting the injection amount and injection pressure of the resin, the sizes of the inner sealing member and the outer sealing member of the sealing member and the adhesion force of the sealing member to the peripheral wall of the battery container can be adjusted.
  • FIG. 4 shows that the internal sealing member 16a of the sealing member 16 is in contact with the inner surfaces of the bottom surfaces 14a and 15a of the upper container 14 and the lower container 15, and the internal sealing member 16a is not connected to the power generation element.
  • FIG. 4 is a schematic half-side cross-sectional view of a flat battery for consideration that has the same sealing structure as the flat battery of the embodiment except for the above. Note that in FIG. 4, hatching indicating the cross section is omitted. The same applies to FIGS. 5 to 7 below.
  • FIG. 6 which is an enlarged view of section B in FIG. 5
  • tensile force acts on the resin-metal interface at the joint P between the bottom surface portion 14a and the internal sealing member 16a, causing peeling.
  • peeling it is conceivable that.
  • similar peeling occurs at the joint between the bottom surface portion 15a and the internal sealing member 16a.
  • the inventors believe that if the initial resin-metal interface peeling at the joint P between the bottom portion 14a and the internal sealing member 16a can be prevented, the peeling can be prevented from occurring at the peripheral wall. It was thought that this would prevent the spread to the inner surfaces of 14b and 15b, thereby preventing the final sealing structure from being destroyed. For this purpose, it was thought that it would be effective to have a structure in which no tensile force is applied to the joint between the bottom surface portion 14a and the internal sealing member 16a. Specifically, we expected that a sealing structure in which the internal sealing member 16a does not touch the inner surfaces of the bottom surfaces 14a and 15a of the upper container 14 and the lower container 15 would be effective. Therefore, the suitability of this prediction was confirmed by performing a structural analysis of the sealing structure as described below.
  • Model 1 shown in FIG. 7 has a structure in which the internal sealing member 16a of the sealing member 16 is joined to the inner surface of the bottom surface portion 14a of the upper container 14, and the internal sealing member 16a is not joined to the power generation element. .
  • a metal container with a thickness of 0.1 mm and a tensile modulus of 199,000 MPa was used as the upper container 14.
  • the thickness of the end T1 of the internal sealing member 16a was set to 0.05 mm
  • the width W1 of the protrusion 14d of the open end 14c was set to 0.31 mm.
  • the length L1 of the external sealing member 16b in the thickness direction of the battery container is further 1/2 of the total thickness of the battery container (that is, 1/4 of the total thickness of the battery container).
  • model 2 is obtained by removing part (1) of internal sealing member 16a
  • model 3 is obtained by removing parts (1) to (2) of internal sealing member 16a
  • model 3 is obtained by removing part (1) to (2) of internal sealing member 16a.
  • Model 4 is the model with parts (1) to (3) removed
  • model 5 is the model with parts (1) to (4) of the internal sealing member 16a removed
  • parts (1) to (5) of the internal sealing member 16a was used after removing .
  • the sealing member 16 is made of resin with a tensile modulus of elasticity of 20,986 MPa, and the internal pressure is set to 0.3 MPa.
  • the adhesion force between the inner surface of the peripheral wall part 14b was varied from 3 to 100 MPa, and the presence or absence of peeling (internal peeling) between the internal sealing member 16a and the peripheral wall part 14b, and the relationship between the peripheral wall part 14b and the external sealing member 16b were determined.
  • the presence or absence of peeling (external peeling) was confirmed by structural analysis.
  • the adhesion force was further varied from 200 to 500 MPa, and the presence or absence of internal and external peeling was confirmed. The results are shown in Table 1.
  • Model 6 in which portions (1) to (5) of the internal sealing member 16a are removed, that is, the internal sealing member 16a is the shortest, internal peeling can be prevented within the adhesion range of 3 to 100 MPa, and 10 to 100 MPa. Internal and external peeling could be prevented within this range.
  • Models 2 to 6 with an adhesion force of 100 MPa were able to prevent internal and external peeling.

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Abstract

本願の扁平形電池は、上容器と下容器とを含む電池容器を備え、前記上容器及び前記下容器は、それぞれ、底面部と、周壁部と、開口端部とを備え、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部は、相互に対向して配置され、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部の間を樹脂製の封口部材で封止して前記電池容器を構成し、前記封口部材は、前記電池容器内に配置された内部封口部材と、前記電池容器外に配置された外部封口部材と、前記内部封口部材と前記外部封口部材とを連結する連結封口部材とを備え、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記周壁部の内側面に接合しており、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記底面部には接していない。

Description

扁平形電池
　本願は、封止性に優れた扁平形電池に関するものである。
　従来より、コイン形電池やボタン形電池などと称される扁平形状の電池が知られている。このような扁平形電池においては、外装缶と封口体との間にガスケットを介在させ、外装缶の開口端部を内方にかしめることによって形成した電池容器を使用している。このように扁平形電池においては、外装缶と封口体との間にガスケットを配置してかしめることにより、電池容器を封口して密閉化している。
　しかし、ガスケットを用いて電池容器を密閉化した扁平形電池では、封口部における僅かな隙間から、電池の電気化学反応により生じたガスや電解液がリークし、電池性能の低下や、安全性が損なわれるおそれがある。
　上記問題を解決するために種々の提案がなされており、例えば、特許文献１では、発電体を、リード板を兼ねた金属缶で両側より挟み、予め接着剤又は粘性体を含侵させた長繊維質材料を封口部に配し、封口部を加圧しながらその外側を絶縁性接着剤で封口する扁平型電池が提案されている。また、特許文献２では、絶縁性ガスケットを上下面に一対の金属ケースの開放端を嵌め込む凹部を有する断面略Ｈ形状とし、前記一対の金属ケースの開放端と上記絶縁性ガスケットの凹部のそれぞれを嵌め込む係合部を封止樹脂で接合した面実装用方形蓄電セルが提案されている。
特開昭５５－５０５７２号公報 特開２００９－１７０５７５号公報
　しかし、特許文献１及び２で提案された封口構造は、液状電解液を用いる電池の耐漏液性の向上にはある程度の効果が認められるが、固体電解質を用いた電池のガス発生による内圧上昇に起因する封止性の低下については考慮されていない。そこで、本発明者らが新たな封止構造を有する電池容器を用いた扁平形電池の構造解析を行ったところ、一定の条件を満たせばガス発生による内圧上昇に起因する封止性の低下を抑制できることが判明し、封止性がより向上した扁平形電池が実現できることが明らかとなった。
　本願は、上記状況下でなされたものであり、封止性がより優れた扁平形電池を提供するものである。
　本願の扁平形電池は、電池容器と、前記電池容器内に収容された発電要素とを含み、前記電池容器は、上容器と下容器とを含み、前記上容器及び前記下容器は、それぞれ、底面部と、周壁部と、開口端部とを備え、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部は、相互に対向して配置され、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部の間を樹脂製の封口部材で封止して前記電池容器を構成し、前記封口部材は、前記電池容器内に配置された内部封口部材と、前記電池容器外に配置された外部封口部材と、前記内部封口部材と前記外部封口部材とを連結する連結封口部材とを含み、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記周壁部の内側面に接合しており、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記底面部には接していないことを特徴とする。
　本願によれば、封止性がより優れた扁平形電池を提供することができる。
図１は、実施形態の扁平形電池を模式的に示す側面図である。 図２は、図１の側断面図である。 図３は、図２のＡ部の拡大図である。 図４は、検討用の扁平形電池を模式的に示す半側断面図である。 図５は、検討用の扁平形電池の電池容器が変形した状態を模式的に示す半側断面図である。 図６は、図５のＢ部の拡大図である。 図７は、構造解析に用いたレファレンスとしての封止構造を示す部分側断面図である。
　本願の扁平形電池の実施形態は、電池容器と、前記電池容器内に収容された発電要素とを備え、前記電池容器は、上容器と下容器とを備え、前記上容器及び前記下容器は、それぞれ、底面部と、周壁部と、開口端部とを備え、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部は、相互に対向して配置され、前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部の間を樹脂製の封口部材で封止して前記電池容器を構成し、前記封口部材は、前記電池容器内に配置された内部封口部材と、前記電池容器外に配置された外部封口部材と、前記内部封口部材と前記外部封口部材とを連結する連結封口部材とを備え、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記周壁部の内側面に接合しており、前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記底面部には接していない。
　本実施形態の扁平形電池は、上記構成を備えることにより、電池容器内の内圧が上昇しても、電池容器と封口部材との界面剥離を抑制でき、ガス発生による内圧上昇に起因する封止性の低下を有効に抑制できる。また、上記構成は、後述する電池容器の封止構造に対する構造解析の結果から導いたものである。
　前記内部封口部材と前記周壁部の内側面との間の密着力は、３ＭＰａ以上に設定することが好ましい。これにより、内部封口部材の長さに応じて、内部封口部材と電池容器との剥離を防止できる。
　また、前記内部封口部材と前記周壁部の内側面との間の密着力が３ＭＰａ以上であれば、その密着力の上昇と共に封止性も向上するが、上記密着力を１００ＭＰａ以上としても封止性に大きな変化はない。従って、上記密着力は、１０ＭＰａ以上がより好ましく、２０ＭＰａ以上が更に好ましく、その上限値は１００ＭＰａに設定するのが最も好ましい。
　前記封口部材を構成する樹脂の引張弾性率をＡ（ＭＰａ）、前記上容器及び前記下容器を構成する材料の引張弾性率をＢ（ＭＰａ）とした場合、引張弾性率比Ａ／Ｂが０．０２以下であることが好ましい。内部封口部材の長さに関わらず、内部封口部材及び外部封口部材と、電池容器との剥離を防止できる。
　また、前記引張弾性率比Ａ／Ｂは０．０２以下であれば十分な封止性を得られるが、引張弾性率比Ａ／Ｂが０．０１未満となると、封口部材の強度が低下するおそれがあることから、引張弾性率比Ａ／Ｂは０．０１～０．０２が好ましい。
　電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本実施形態の扁平形電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。また、本実施形態の扁平形電池を平面視した場合の形状としては、円形、正方形、長方形などを採用でき、特に限定されない。
　以下、本実施形態の扁平形電池を図面に基づき説明する。
　図１は、本実施形態の扁平形電池の模式側面図であり、図２は、図１の模式側断面図であり、図３は、図２のＡ部の拡大図である。図１～図３に示す扁平形電池１０は、正極１１、固体電解質層１２及び負極１３を積層してなる積層体（発電要素）が、上容器１４及び下容器１５、更には樹脂製の封口部材１６で構成された電池容器内に収容されて構成されている。上容器１４及び下容器１５は、それぞれ、底面部１４ａ、１５ａと、周壁部１４ｂ、１５ｂと、開口端部１４ｃ、１５ｃとを備えている。また、開口端部１４ｃ、１５ｃは、それぞれ外方に折り曲げられた突出部１４ｄ、１５ｄを備えている。突出部１４ｄ、１５ｄの幅Ｗ１の長さは、特に限定されないが、例えば、０．３～０．８ｍｍに設定できる。
　上容器１４の開口端部１４ｃ及び下容器１５の開口端部１５ｃは、相互に対向して配置され、開口端部１４ｃ及び開口端部１５ｃの間を樹脂製の封口部材１６で封止して、電池内部が密閉構造となっている。開口端部１４ｃ、１５ｃの間隔Ｗ２の長さは、特に限定されないが、例えば、０．１５～０．７ｍｍに設定できる。
　封口部材１６は、電池容器内に配置された内部封口部材１６ａと、電池容器外に配置された外部封口部材１６ｂと、内部封口部材１６ａと外部封口部材１６ｂとを連結する連結封口部材１６ｃとを備え、内部封口部材１６ａ、外部封口部材１６ｂ、連結封口部材１６ｃは一体化されて形成されている。内部封口部材１６ａは、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの周壁部１４ｂ、１５ｂの内側面に接合しており、内部封口部材１６ａは、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの底面部１４ａ、１５ａの内側面に接していない。また、封口部材１６の内部封口部材１６ａは、発電要素の少なくとも一部と接合している。更に、外部封口部材１６ｂは、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの周壁部１４ｂ、１５ｂの外側面に接合している。
　内部封口部材１６ａの、電池容器の厚さ方向における長さは、外部封口部材１６ｂの、電池容器の厚さ方向における長さ以下に設定されている。一方、外部封口部材１６ｂの、電池容器の厚さ方向における長さは、電池容器の厚さの１／２以下に設定されている。
　上容器１４、下容器１５の材質は特に限定されないが、通常、引張弾性率が約２００,０００ＭＰａのステンレス鋼などの金属材料により構成される。
　封口部材１６を構成する樹脂も特に限定はされないが、通常、引張弾性率が約１０００～４０００ＭＰａの範囲の樹脂が使用できる。引張弾性率が約１０００～４０００ＭＰａの範囲に入る樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ、１３７２ＭＰａ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、３３００ＭＰａ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ、３０００ＭＰａ）、ポリカーボネート（ＰＣ、２８８０ＭＰａ）、ＭＣナイロン（３５００ＭＰａ）、ナイロン６６（２９００ＭＰａ）、ポリアセタール（３５００ＭＰａ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、２１４０ＭＰａ）などが挙げられる。
　発電要素を構成する正極、負極、固体電解質層の種類も特に限定はされない。例えば、固体電解質層を構成する固体電解質としては、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などを用いることができる。特に、リチウムイオン伝導性が高い硫化物系固体電解質を用いた固体電解質層が好ましい。一方、硫化物系固体電解質を用いた固体電解質層を用いると電池内に水分が侵入した場合に、硫化水素ガスが発生し、電池の内圧が上昇する可能性があるが、本実施形態の扁平形電池では、内圧上昇に起因する封止性の低下を有効に抑制できる。
　本実施形態の扁平形電池の製造方法は、特に限定されない。本実施形態の扁平形電池の封止構造は、例えば、積層体からなる発電要素を上容器及び下容器で挟んだ後、樹脂成型金型に入れ、金型の樹脂注入口から、上容器と下容器の間を通して樹脂を注入して形成することができる。その際、樹脂の注入量、注入圧力を調整することにより、封口部材の内部封口部材と外部封口部材の大きさ、及び、封口部材の電池容器の周壁部に対する密着力を調整できる。
　本実施形態の扁平形電池の上記好ましい構成も、電池容器の封止構造に対する構造解析の結果から導いたものである。
　以下、本実施形態の扁平形電池の封止構造の構造解析について説明する。
　＜構造解析ソフト＞
　本構造解析では、ムラタソフトウェア株式会社製の汎用解析ソフト「Ｆｅｍｔｅｔ」を用いた。
　＜事前検討＞
　先ず、前記実施形態の扁平形電池の封止構造に近い封止構造を有する扁平形電池の内圧上昇により、電池容器にどのような応力が加わるか検討した。図４は、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの底面部１４ａ、１５ａの内側面に接しており、内部封口部材１６ａが、発電要素と接合していない以外は、前記実施形態の扁平形電池と同じ封止構造を有する検討用の扁平形電池の模式半側断面図である。なお、図４では、断面を示すハッチングは省略した。以下の図５～図７も同様である。図４に示す封止構造を有する扁平形電池の内圧が上昇すると、図４に矢印で示した方向に応力が加わり、図５に示すように、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの底面部１４ａ、１５ａが外側に変形する。それに伴い、図５のＢ部の拡大図である図６に示したように、底面部１４ａと内部封口部材１６ａとの接合部Ｐにおいて、樹脂－金属界面に引張力が作用して剥離が生じると考えられる。図示は省略したが、底面部１５ａと内部封口部材１６ａとの接合部においても同様の剥離が生じると考えられる。一旦、樹脂－金属界面剥離が発生すると、その剥離は周壁部１４ｂ、１５ｂの内側面に広がり、最終的には封止構造の破壊に至る。
　そこで、本発明者らは、上記樹脂－金属界面剥離を防止するには、底面部１４ａと内部封口部材１６ａとの接合部Ｐでの最初の樹脂－金属界面剥離を防止できれば、剥離が周壁部１４ｂ、１５ｂの内側面に広がることがなくなり、最終的な封止構造の破壊を防止できると考えた。そのためには、底面部１４ａと内部封口部材１６ａとの接合部に引張力が作用しない構造とすることが有効と考えた。具体的には、内部封口部材１６ａが、上容器１４及び下容器１５のそれぞれの底面部１４ａ、１５ａの内側面に接していない封止構造が有効ではないかと予想した。そこで、この予想の適否を下記のように封止構造の構造解析を行うことにより確認した。
　＜封止構造＞
　構造解析の封止構造としては、図７に示す封止構造をモデル１とし、それをレファレンス（ｒｅｆ）とした。図７に示すモデル１は、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接合しており、内部封口部材１６ａが、発電要素と接合していない構造である。モデル１では、上容器１４として厚さ０．１ｍｍで、引張弾性率１９９，０００ＭＰａの金属容器を用いた設定とした。また、内部封口部材１６ａの端部Ｔ１の厚さを０．０５ｍｍとし、開口端部１４ｃの突出部１４ｄの幅Ｗ１を０．３１ｍｍに設定した。更に、外部封口部材１６ｂの、電池容器の厚さ方向における長さＬ１は、電池容器の厚さ全体の１／２の更に１／２（即ち、電池容器の厚さ全体の１／４）に設定した。
　次に、図７の、内部封口部材１６ａの(1)部分を除去したものをモデル２、内部封口部材１６ａの(1)～(2)部分を除去したものをモデル３、内部封口部材１６ａの(1)～(3)部分を除去したものをモデル４、内部封口部材１６ａの(1)～(4)部分を除去したものをモデル５、内部封口部材１６ａの(1)～(5)部分を除去したものをモデル６として用いた。
　＜密着力、密着部長さの影響＞
　上記モデル１～６を用い、封口部材１６は引張弾性率２０，９８６ＭＰａの樹脂で形成した設定とし、内圧を０．３ＭＰａに設定して、封口部材１６の内部封口部材１６ａと、上容器１４の周壁部１４ｂの内側面との間の密着力を３～１００ＭＰａに変化させて、内部封口部材１６ａと周壁部１４ｂとの剥離（内部剥離）の有無、及び、周壁部１４ｂと外部封口部材１６ｂとの剥離（外部剥離）の有無を構造解析により確認した。また、モデル１については、更に密着力を２００～５００ＭＰａに変化させて内部剥離及び外部剥離の有無を確認した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から下記のことが分かる。
　封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接しているモデル１（ｒｅｆ）では、密着力を３～５００ＭＰａに変化させても内部剥離を防止できなかった。但し、モデル１では、密着力を１０ＭＰａ以上とすることにより、外部剥離を防止できた。
　内部封口部材１６ａの(1)～(5)部分を除去したもの、即ち、内部封口部材１６ａが一番短いモデル６では、密着力が３～１００ＭＰａの範囲で内部剥離を防止でき、１０～１００ＭＰａの範囲で内部剥離及び外部剥離を防止できた。
　内部封止部材１６ａの長さを、外部封口部材１６ｂの長さとほぼ同じ長さ以下に設定したモデル４～６では、密着力が１０～１００ＭＰａの範囲で内部剥離及び外部剥離を防止できた。
　密着力を１００ＭＰａとしたモデル２～６では、内部剥離及び外部剥離を防止できた。
　以上の結果より、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接していない場合は、密着力を３ＭＰａ以上に設定することにより、内部封口部材１６ａの長さに応じて、内部剥離を防止できることが分かる。また、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接していない場合は、内部封口部材の長さが短いほど、小さい密着力で内部剥離及び外部剥離を防止できることが分かる。更に、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接合している場合は、密着力を５００ＭＰａにまで上げても内部剥離を防止できないことが分かる。
　＜引張弾性率の影響＞
　上記モデル１～６を用い、内圧を０．３ＭＰａに設定し、封口部材１６の内部封口部材１６ａと、上容器１４の周壁部１４ｂの内側面との間の密着力を１０ＭＰａに設定し、上容器１４及び下容器１５の引張弾性率Ｂを１９９，０００ＭＰａに設定し、更に封口部材を構成する樹脂の引張弾性率Ａを２，０００～２０，９８６ＭＰａの範囲で変化させて、内部封口部材１６ａと周壁部１４ｂとの剥離（内部剥離）の有無、及び、周壁部１４ｂと外部封口部材１６ｂとの剥離（外部剥離）の有無を構造解析により確認した。その結果を引張弾性率比Ａ／Ｂと共に表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から下記のことが分かる。
　封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接しているモデル１（ｒｅｆ）では、引張弾性率比Ａ／Ｂの値を変化させても内部剥離を防止できなかった。但し、モデル１では、引張弾性率比Ａ／Ｂの値に関係なく、外部剥離を防止できた。
　封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接していないモデル２～６では、引張弾性率比Ａ／Ｂを０．０２以下に設定することで、内部剥離及び外部剥離を防止できた。これは、封口部材１６を構成する樹脂の引張弾性率を一定程度低くすることで、封口部材１６の上容器１４への追従性が向上し、両者の剥離を抑制できたためと考えられる。
　内部封口部材１６ａの(1)～(3)部分を除去したモデル４～６では、引張弾性率比Ａ／Ｂを０．０５以下に設定することで、内部剥離及び外部剥離を防止できた。
　以上の結果より、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接していない場合は、引張弾性率比Ａ／Ｂを０．０２以下に設定することにより、内部封口部材１６ａの長さに関わらず、内部剥離及び外部剥離を防止できることが分かる。また、封口部材１６の内部封口部材１６ａが、上容器１４の底面部１４ａの内側面に接合している場合は、引張弾性率比Ａ／Ｂの値にかかわらず、内部剥離を防止できないことが分かる。
　本願は、上記以外の形態としても実施が可能である。本願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本願の範囲は、上述の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
　１０　扁平形電池
　１１　正極
　１２　固体電解質層
　１３　負極
　１４　上容器
　１５　下容器
　１４ａ、１５ａ　底面部
　１４ｂ、１５ｂ　周壁部
　１４ｃ、１５ｃ　開口端部
　１６　封口部材
　１６ａ　内部封口部材
　１６ｂ　外部封口部材
　１６ｃ　連結封口部材

Claims (10)

  1. 　電池容器と、前記電池容器内に収容された発電要素とを含む扁平形電池であって、
    　前記電池容器は、上容器と下容器とを含み、
    　前記上容器及び前記下容器は、それぞれ、底面部と、周壁部と、開口端部とを備え、
    　前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部は、相互に対向して配置され、
    　前記上容器の前記開口端部及び前記下容器の前記開口端部の間を樹脂製の封口部材で封止して前記電池容器を構成し、
    　前記封口部材は、前記電池容器内に配置された内部封口部材と、前記電池容器外に配置された外部封口部材と、前記内部封口部材と前記外部封口部材とを連結する連結封口部材とを含み、
    　前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記周壁部の内側面に接合しており、
    　前記内部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記底面部には接していないことを特徴とする扁平形電池。
  2. 　前記内部封口部材と前記周壁部の内側面との間の密着力が３ＭＰａ以上に設定されている請求項１に記載の扁平形電池。
  3. 　前記封口部材を構成する樹脂の引張弾性率をＡ（ＭＰａ）、前記上容器及び前記下容器を構成する材料の引張弾性率をＢ（ＭＰａ）とした場合、引張弾性率比Ａ／Ｂが０．０２以下である請求項１又は２に記載の扁平形電池。
  4. 　前記外部封口部材は、前記上容器及び前記下容器のそれぞれの前記周壁部の外側面に接合している請求項１～３のいずれかに記載の扁平形電池。
  5. 　前記内部封口部材の、前記電池容器の厚さ方向における長さが、前記外部封口部材の、前記電池容器の厚さ方向における長さ以下に設定されている請求項４に記載の扁平形電池。
  6. 　前記外部封口部材の、前記電池容器の厚さ方向における長さが、前記電池容器の厚さの１／２以下に設定されている請求項４又は５に記載の扁平形電池。
  7. 　前記開口端部は、外方に折り曲げられた突出部を備える請求項１～６のいずれかに記載の扁平形電池。
  8. 　前記封口部材の前記内部封口部材が、前記発電要素の少なくとも一部と接合している請求項１～７のいずれかに記載の扁平形電池。
  9. 　前記発電要素は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置された固体電解質層とを含む請求項１～８のいずれかに記載の扁平形電池。
  10. 　前記正極と、前記負極と、前記固体電解質層とは、積層されて積層体を構成している請求項９に記載の扁平形電池。
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